WO2017035552A1 - Neue initiatoren und deren verwendung für die kationische photopolymerisation - Google Patents
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- C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
- C08G59/68—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the catalysts used
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
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- C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
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- C08G59/687—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the catalysts used containing sulfur
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G65/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
- C08G65/02—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from cyclic ethers by opening of the heterocyclic ring
- C08G65/04—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from cyclic ethers by opening of the heterocyclic ring from cyclic ethers only
- C08G65/06—Cyclic ethers having no atoms other than carbon and hydrogen outside the ring
- C08G65/08—Saturated oxiranes
- C08G65/10—Saturated oxiranes characterised by the catalysts used
- C08G65/105—Onium compounds
Definitions
- the present invention relates to the use of new Aryliodonium- and -sulfonium salts as initiators for cationic photopolymerization.
- iodonium and sulfonium salts are among the most common initiators.
- a cationic photoinitiator is also referred to as a photoacid generator or generator, which upon irradiation with (usually ultraviolet) light in an excited state in which then a bond homo- or heterolytically cleaved, followed by other molecules in the reaction mixture, preferably of the cationically polymerizable monomers, a hydrogen atom is abstracted to form a so-called.
- the latter is preferably a very strong acid, e.g. a superacid, which in turn protonates a monomer to initiate cationic polymerization.
- the iodonium or sulfonium cations are therefore generally present in these salts in combination with an anion corresponding to a very strong acid, which should also have low nucleophilicity.
- Mi represents a transition metal or a group III, IV or V element
- Each X is independently O, S or NR 5 R 6 ;
- Ri and R 2 are each independently H, a halide or Ci -4 alkyl
- R 3 is independently H, Ci -4 alkyl, or C 4- 2o aryl
- R 4 is independently Ci-10-alkyl, Ci-10 alkoxide or C 4- 2o-aryloxide;
- R 5 and R 6 are each independently H or D-20-alkyl; a and c are each independently an integer from 0 to 3;
- n is an integer from 2 to 8.
- n is an integer from 0 to 4.
- lithium tetrakis (perfluoro-t-butyloxy) aluminate LiAl (PFTB) 4
- LiAl (PFTB) 4 lithium tetrakis (perfluoro-t-butyloxy) aluminate
- the initiator used is either diphenylnonium tetrakis (perfluoro-t-butyloxy) aluminate of the following formula (II):
- the cationic polymerization can be carried out according to the present invention in a customary and therefore preferred manner as a ring-opening polymerization, preferably mono- or polyfunctional epoxides (oxiranes), thiiranes (episulfides), oxetanes, lactams, lactones, lactide, glycolide as cationically polymerizable monomers , Tetrahydrofuran or mixtures thereof, in particular one or more polyfunctional epoxides, which represent by far the most common cationically polymerized monomers, or as non-cyclic monomers, for example also vinyl ether.
- a ring-opening polymerization preferably mono- or polyfunctional epoxides (oxiranes), thiiranes (episulfides), oxetanes, lactams, lactones, lactide, glycolide as cationically polymerizable monomers , Tetrahydrofuran or
- the reaction mixture to be polymerized may comprise, in a manner known per se, one or more other components selected from additional initiators, additional monomers, sensitizers, stabilizers, modifiers, solvents, fillers, dyes, pigments and mixtures thereof to meet the specific requirements of the respective polymers.
- the mixture further comprises at least one thermal radical initiator, so that the polymerization reaction can be carried out as a frontal polymerization or else as a thermally initiated ionic polymerization, as is known to the person skilled in the art.
- the present invention provides the novel substances diphenyliodonium tetrakis (perfluoro-t-butyloxy) aluminate of the formula (II) which are more specifically characterized in the examples:
- reaction mixture was then transferred to a separatory funnel and extracted 3 times with 40 ml of water.
- the organic phase was filtered through silica gel and the solvent was evaporated, followed by several hours of drying in a fine vacuum.
- the product (1634.8 mg, 82% of theory) was obtained as a white solid.
- ATR-IR 1470, 1449, 1351, 1296, 1273, 1239, 1205, 1 165, 966, 831, 735, 724, 673, 548, 571, 560, 536 cm -1 .
- ATR-IR 1574, 1478, 1450, 1351, 1296, 1274, 1239, 1208, 1 167, 1065, 968, 829, 817, 744, 725, 682, 559, 536 cm -1 .
- novel compounds of the formula (II), DPITTA, and formula (III), TASTTA were investigated for their reactivity as a cationic photoinitiator by means of Photo-DSC with two different cationically polymerizable monomers, CE and BADGE, and these with those of commonly used initiators, namely (4-octyloxyphenyl) - (phenyl) iodonium hexafluoroantimonate (SbF6 IOC-8), (4-isopropylphenyl) (4'-methyl-phenyl) iodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate (DAI-PFPB) and CYRACURE ® UVI 6976 compared (see the overleaf illustrations). All work was carried out under light protection (orange light).
- t max indicates the time to reach the maximum of heat generation (in s) and is thus a measure of how fast the gel point and thus a high initial strength are reached.
- t 95 o / o is the time (in s) after which 95% of the total heat of reaction was released, and is thus a measure of the reaction rate (again, low values are advantageous).
- area is the area under the curve and indicates the heat of reaction released in the polymerization (in J) per gram of the particular formulation. This is therefore a measure of the reaction conversion, which is why the highest possible values should be achieved here.
- Tables 1 and 2 are also shown graphically for each of the three reaction parameters individually in FIGS. 1 to 6, ie in FIGS. 1 and 2 the results for t max , in FIGS 4 those for t 95 o / o and in Figs. 5 and 6 those for area. From Figure 1, where the results for t max are plotted using the monomer CE, it is clear that TASTTA, the initiator of formula (III), requires by far the shortest time to obtain the maximum heat generation. range, followed by DPITTA of formula (II). Accordingly, Examples 3 and 4 according to the invention cut better with 16 s and 1 1 s than all three initiators according to the prior art (17 s, 37 s, 73 s) - and sometimes even significantly.
- FIGS. 3 and 4 show the results for t for the two monomers.
- TASTTA from Example 4 according to the invention is again ahead (348 s), closely followed by IOC8 from Comparative Example 1 (350 s) and at a greater distance from DPITTA from Example 3 (504 s), UVI 6976 Comparative Example 3 (509 s) and again PFPB from Comparative Example 4 in the last position (540 s).
- the two embodiments of the invention are compared with the structurally similar known initiators, ie iodonium (FIG. 7) or sulfonium salts (FIG. 8), on the basis of the DSC curves in which the heat generation (FIG. in mW / mg) as a measure of the rate of the polymerization reaction over time (in seconds).
- the DSC measurements were carried out on a NETSCH DSC 204 F1 Phoenix under nitrogen atmosphere at 50 ° C, the irradiation with an Omnicure 2000 mercury vapor lamp with a wavelength filter of 320-500 nm.
- the intensity of the UV light was 1 W / cm 2 , the irradiation time was 9 minutes. All measurements were performed in triplicate and the averaged values are given in Tables 3 and 4 below for each monomer.
- t max indicates the time to reach the maximum of heat generation (in s) and is thus a measure of how fast the gel point and thus a high initial strength are achieved, with short times are desirable, and t is the time (in seconds) after which 95% of the total heat of reaction has been released, and is therefore a measure of the reaction rate, with low values again being advantageous.
- the area under the photo-DSC curves is converted into the polymerization conversion C (in%) on the basis of known values for the theoretical heat of polymerization of the monomers.
- R p indicates the polymerization rate, which was also directly derived from the Photo DSC results.
- the new initiator DPITTA clearly shows its superior polymerization behavior in all parameters compared to the other two initiators. Revenues of over 72% were achieved, which is 6% and 12% higher than those achieved with DPI-SbF 6 (around 68%) and DPI-PFPB (around 65%). The peak maximum is also reached most rapidly with DPITTA and the t 95 o / o values are significantly lower with this initiator than with the comparator. However, the benefits of DPITTA are most pronounced in the rate of polymerization, which is nearly twice that of DPI-PFPB and DPI-SbF 6 .
- Lithium tetrakis (perfluoro-t-butyloxy) aluminate (77, 16 mg, 0.0792 mmol) was placed in a roller rim vial with a magnetic stirrer, sealed with a septum and aluminum cap and dissolved in 9 ml of dichloromethane with stirring.
- the solvent of the organic phase was removed on a rotary evaporator and the residue was stored at 4 ° C overnight in the refrigerator to allow crystallization. This was followed by a 4-hour drying in a fine vacuum.
- the product (106 mg, 80% of theory) was obtained as a white solid.
- TAPS-TTA the substituted triarylsulfonium photoinitiator (IV), TAPS-TTA
- TAPS-TFSM and TAPS-PFPB sold under the tradenames Irgacure GSID- 26-1 and Irgacure 290, respectively, are commercially available as high performance photoinitiators for industrial applications.
- All three initiators comprise the same cationic chromophore ("TAPS") with the same light absorption properties, so here the influence of the anion on the polymerization behavior and the initiation efficiency can be directly compared.
- TAPS cationic chromophore
- the initiator TAPS-TTA according to the invention shows its superiority at t 95 o / o : the time until 95% conversion is reached is significantly shorter here, which is why this new initiator outperforms industrial high-performance initiators overall.
- the novel initiator according to the present invention achieves the highest conversion and thus also performs better with this monomer than the two industrial initiators.
- Figs. 11 and 12 the photo DSC curves of the three heat generation initiators are compared in CE (Fig. 11) and BADGE (Fig. 12), respectively. In both cases, the highest heat generation was found for the embodiment of the present invention (in BADGE on par with TAPS-PFPB).
- diphenyliodonium photoinitiators absorb particularly well in a wavelength range below 250 nm, sensitizers are frequently added which allow photoinitiation with radiation at 400-500 nm emitting light source. For this reason, the Omnicure S2000 helium medium-pressure lamp used as light source in the Photo-DSC experimental setup was provided with a filter permeable to light with a wavelength of 400-500 nm.
- the two Initiators DPITTA and DPI-SbF 6 produced photosensitive formulations with different concentrations of two sensitizers, isopropylthioxanthone (ITX) and perylene, in the monomer BADGE.
- the photo-DSC measurements were carried out analogously to Examples 10 and 11 with an intensity of 3 W / cm 2 , and the results are given in Tables 7 to 12 below.
- the two initiators were combined with three different concentrations of perylene as sensitizer, namely, 0.01%, 0.05%, and 0.10%, since the absorption spectrum of perylene coincides well with the emission spectrum of the omni- cial lamp , which allows a lower concentration of the sensitizer.
- concentrations of perylene as sensitizer namely, 0.01%, 0.05%, and 0.10%.
- Chemical dowels are formulations that allow the fixation of screws, bolts, threaded rods and the like in boreholes. You can either choose between fast reaction rate and short pot life or long pot life paired with the disadvantage of a very long reaction time.
- the use of formulations which can be cured by means of radical-induced cationic frontal polymerization (RICFP) as a mass for chemical dowels is therefore advantageous, since it combines long pot life with very rapid curing.
- the initiation of the reaction can either by irradiation with (UV) light or by local application of heat (for example, by a soldering iron or a hot air gun) possible.
- a typical formulation thereof consists of an epoxy resin, such as bisphenol A diglycidyl ether, a cationic photoinitiator, such as the initiator DPITTA of the invention, and a radical thermal initiator, such as benz pinacol.
- an epoxy resin such as bisphenol A diglycidyl ether
- a cationic photoinitiator such as the initiator DPITTA of the invention
- a radical thermal initiator such as benz pinacol.
- the initiators are dissolved in as small a quantity as possible of dichloromethane and then mixed with the resin. With stirring at 50 ° C, the dichloromethane is then removed completely in vacuo.
- Table 13 Typical formulation for a non-pretreated borehole
- the primer can either be added to the formulation or applied beforehand into the drill holes.
- the primer used in the present case 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane.
- Method A Direct pre-treatment of the drill holes
- a formulation comprising 50 ml of ethanol (96%), 0.23 ml of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 1.5 ml of dilute acetic acid (glacial acetic acid, 1:10) was prepared. With this solution, the wells were completely filled and allowed to act for about one hour at room temperature. Then the stones (concrete, granite and brick) were kept overnight in an oven at 60 ° C. The solution was completely dry the next day. Wells that have undergone such pretreatment are hereinafter referred to as "primed”.
- Method B Addition of Primer to Reaction Formulation
- the threaded rods (12 mm diameter) were cut to 1 1 cm and deburred the edges.
- the size of the borehole (14 mm) and the diameter of the threaded rods results in an annular gap of 1 mm.
- reaction was started by irradiation of the visible area of the formulation. It was irradiated with a UV-Vis light source equipped with a 320-500 nm filter, via a liquid-filled optical waveguide with 8 mm diameter. The irradiation intensity at the output of the optical waveguide was set to 3 W / cm 2 . tensile strength tests
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Aryliodonium- und/oder Arylsulfoniumsalzen des Tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat-Anions der nachstehenden Formel (I) als durch Licht und/oder Radikale spaltbare kationische Initiatoren bei der Polymerisation kationisch polymerisierbarer Monomere.
Description
Neue Initiatoren und deren Verwendung für die kationische
Photopolymerisation
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung neuer Aryliodonium- und -sulfo- niumsalze als Initiatoren für die kationische Photopolymerisation.
STAND DER TECHNIK
Seit einigen Jahren hat sich die Verwendung von Oniumsalzen als Photoinitiatoren für die kationische Photopolymerisation bewährt, wobei lodonium- und Sulfoniumsal- ze zu den gängigsten Initiatoren zählen. Ein solcher kationischer Photoinitiator wird auch als Photosäurebildner oder -generator bezeichnet, der bei Bestrahlung mit (üblicherweise ultraviolettem) Licht in einen angeregten Zustand übergeht, in dem sodann eine Bindung homo- oder heterolytisch gespalten wird, woraufhin von anderen Molekülen im Reaktionsgemisch, vorzugsweise von den kationisch zu polymerisie- renden Monomeren, ein Wasserstoffatom abstrahiert wird, um mit dem Anion des lodonium- oder Sulfonium-Kations eine sog. Photosäure zu bilden. Bei Letzterer handelt es sich vorzugsweise um eine sehr starke Säure, wie z.B. eine Supersäure, die ihrerseits ein Monomer protoniert und so die kationische Polymerisation initiiert. Die lodonium- bzw. Sulfoniumkationen liegen in diesen Salzen daher in der Regel in Kombination mit einem einer sehr starken Säure entsprechenden Anion vor, das zudem geringe Nukleophilie aufweisen soll.
In WO 99/12938 A1 werden Anionen der nachstehenden Formel offenbart
[Mi(XC(CFa(Rl )b)(CFc(R2)d)R3)m(R4)n]"P
worin
Mi ein Übergangsmetall oder ein Element der Gruppe III, IV oder V darstellt;
p = 1 oder 2 ist;
X jeweils unabhängig für O, S oder NR5R6 steht;
Ri und R2 jeweils unabhängig für H, ein Halogenid oder Ci-4-Alkyl stehen;
R3 jeweils unabhängig für H, Ci-4-Alkyl oder C4-2o-Aryl steht;
R4 jeweils unabhängig für Ci-10-Alkyl, Ci-10-Alkoxid oder C4-2o-Aryloxid steht;
R5 und R6 jeweils unabhängig für H oder d-20-Alkyl stehen;
a und c jeweils unabhängig für eine ganze Zahl von 0 bis 3 stehen;
a+b = 3 ist;
c+d = 3 ist;
m eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist; und
n eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist;
mit der Maßgabe, dass zumindest eines von a und c ungleich 0 ist.
Als eine konkrete Verbindung aus der riesigen Anzahl an möglichen Kombinationen wird Lithium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat, LiAI(PFTB)4, offenbart und im dorti- gen Beispiel 17 synthetisiert und charakterisiert. Dieses Salz wurde jedoch nicht auf seine elektrischen oder sonstigen Eigenschaften getestet und stellt daher nur eines von vielen tatsächlich synthetisierten Beispielen für die dortige Erfindung dar.
Allgemein sollen sämtliche in WO 99/12938 A1 offenbarten Anionen der obigen For- mel aufgrund ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit als Elektrolyte für elektrochemische Vorrichtungen geeignet sein, wobei als Gegenion M ein Metallkation, ein Phos- phoniumkation, ein Ammoniumkation oder ein Sulfoniumkation eingesetzt werden kann. In der Folge wurde von I. Raabe, A. Reisinger und I. Krossing, "Efficient syntheses of Li[AI(ORF)4], Ag[AI(ORF)4] (RF = C(CF3)3, C(H)(CF3)2, C(CH3)(CF3)2)) and [H(OEt2)2]+ [AI(OC(CF3)3)4]"", H. W. Roesky und Dietmar K. Kennepohl (Hrsg), Experiments in Green and Sustainable Chemistry, Wiley VCF, S. 131 -144 (2009), ein effizienteres Herstellungsverfahren für Lithium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat offen- bart.
Ziel der Erfindung war vor diesem Hintergrund die Entwicklung neuer Initiatoren, die sich durch bessere Eigenschaften als die bekannten Initiatoren auszeichnen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Dieses Ziel erreicht die vorliegende Erfindung durch Bereitstellung der neuen Verwendung von Aryliodonium- und/oder Arylsulfoniumsalzen des Tetrakis(perfluor-t- butyloxy)aluminat-Anions der nachstehenden Formel (I):
(I) als durch Licht und/oder Radikale spaltbare kationische Initiatoren bei der Polymerisation kationisch polymerisierbarer Monomere.
Die Erfinder haben nämlich im Zuge ihrer Untersuchungen nicht nur festgestellt, dass sich das aus WO 99/12938 A1 bekannte Anion der Formel (I) - völlig unabhängig von seiner elektrischen Leitfähigkeit - auch für kationische Initiatoren eignet, wenn es mit gängigen lodonium- oder Sulfonium-Kationen kombiniert wird, wie die Erfinder vermutet hatten, sondern überraschenderweise auch herausgefunden, dass diese neuen Initiatoren gängigen kationischen lodonium- und Sulfoniumsalz-Photoinitiato- ren in mehrerlei Hinsicht deutlich überlegen sind, wie die späteren Beispiele belegen.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird als Initiator entweder Diphe- nyliodonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat der nachstehenden Formel (II):
(II) oder Triphenylsulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat, gegebenenfalls mit Phenylthio oder 4-Diphenylsulfoniophenylthio substituiert, der nachstehenden Formel (III):
(Hl) oder auch Tris(4-((4-acetylphenyl)thio)phenyl)sulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy) aluminat der nachstehenden Formel (IV)
(IV) oder auch ein Gemisch davon eingesetzt, da diese Verbindungen bereits ausge- zeichnete Egebnisse geliefert haben. Nichtsdestotrotz ist davon auszugehen, dass die dem Tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat-Anion der Formel (I) zuzuschreibenden Vorteile auch mit den anderen, auf dem Gebiet üblichen Aryliodonium- und -sulfo- nium-Kationen erzielbar sein werden, weswegen die vorliegende Erfindung nicht bloß auf die Verbindungen der Formeln (II) und (III) beschränkt sein soll. Beispielsweise referieren J. V. Crivello und K. Dietliker in "Photoinitiators for Free Radical Cationic & Anionic Photopolymerisation", Band 3, 2. Aufl., Wiley, 1999, über die Eigenschaften von literaturbekannten Kationen wie Ferrocenium, Triarylselenonium, Dialkyl-4-hydro- xyphenylsulfonium, Dialkylphenacylsulfonium, Dialkylacylsulfoxonium, Pyrylium und Thiopyrylium, von denen anzunehmen ist, dass zumindest manche davon in Kombi- nation mit dem Tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat-Anion der Formel (I) vergleichbare Vorteile wie die Initiatoren der obigen Formeln (II) bis (IV) bieten können, so dass deren Verwendung als gleichwertig zu jener der oben dargestellten Kationen angesehen werden kann. Das Verbindungsgemisch aus dem unsubstutiertem Triphenylsulfonium-Kation und den beiden mit Phenylthio bzw. 4-Diphenylsulfoniophenylthio substituierten Varianten davon ergibt sich aus dem später detailliert beschriebenen Herstellungsverfahren,
zumal das Edukt Triphenylsulfoniumchlorid nur als Gemisch aus diesen drei Substitu- tionsvarianten (in wässriger Lösung) von Sigma Aldrich im Handel erhältlich ist und eine Trennung der drei Produkte nur unter hohem Aufwand möglich wäre. Aufgrund der hervorragenden Wirksamkeit des Gemischs ist eine solche Trennung daher bis- lang unterblieben.
Die kationische Polymerisation kann gemäß vorliegender Erfindung in üblicher und daher bevorzugter Weise als ringöffnende Polymerisation durchgeführt werden, wobei als kationisch polymerisierbare Monomere vorzugsweise ein- oder mehrwertige Epoxide (Oxirane), Thiirane (Episulfide), Oxetane, Lactame, Lactone, Lactid, Glyko- lid, Tetrahydrofuran oder Gemische davon eingesetzt werden, insbesondere ein oder mehrere mehrwertige Epoxide, die mit Abstand die häufigsten kationisch polymeri- sierten Monomere darstellen, oder als nicht-zyklische Monomere z.B. auch Vinyl- ether.
Das zu polymerisierende Reaktionsgemisch kann zu dem in an sich bekannter Weise eine oder mehrere weitere Komponenten, ausgewählt aus zusätzlichen Initiatoren, zusätzlichen Monomeren, Sensibilisatoren, Stabilisatoren, Modifikatoren, Lösungsmitteln, Füllstoffen, Farbstoffen, Pigmenten und Gemischen davon umfassen, um den speziellen Anforderungen an die jeweiligen Polymerisate gerecht zu werden.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Gemisch weiters zumindest einen thermisch-radikalischen Initiator, so dass die Polymerisationsreaktion als Frontalpolymerisation oder auch als thermisch gestartete ionische Polymerisation durchgeführt werden kann, wie dies dem einschlägigen Fachmann bekannt ist.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird durch die vorliegende Erfindung die neuen und in den Beispielen näher charakterisierten Substanzen Diphenyliodonium- tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat der Formel (II):
(Ii) partiell mit Phenylthio und 4-Diphenylsulfoniophenylthio substituiertes Triphenylsulfo- nium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat der nachstehenden Formel (III):
(IN) sowie Tris(4-((4-acetylphenyl)thio)phenyl)sulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)alumi- nat der nachstehenden Formel (IV)
bereitgestellt, die von den Erfindern erstmalig hergestellt wurden und sich als hervorragende Intiatoren bei der Polymerisation kationisch polymerisierbarer Monomere erwiesen haben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Figuren zeigen Vergleiche zwischen erfindungsgemäßen und bekannten Initiatoren bei Photo-DSC-Messungen, darunter die Fig. 1 und 2 in Bezug auf tmax, die Fig. 3 und 4 in Bezug auf t und die Fig. 5 und 6 in Bezug auf area, während die Fig. 7 bis 17 die aufgenommenen DSC-Kurven zeigen.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele konkret beschrieben, die allerdings nur zur Illustration der Ausführbarkeit der Erfindung angeführt werden und nicht als Einschränkung zu verstehen sind.
Beispiel 1
Herstellun von Diphenyliodonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat II) (DPITTA)
(I)
Die gesamte Reaktion wurde unter Argonatmosphäre und im Orangelichtlabor durch- geführt. Li[AI(OC(CF3)3)4] (1 ,5622 g, 1 ,602 mmol; hergestellt) wurde in 35 ml CH2CI2 vorgelegt, wobei keine homogene Lösung erhalten werden konnte, lodoniumchlorid (0,55796 g, 1 ,762 mmol) wurde in 25 ml CH2CI2 (DCM) suspendiert und im schwachen Argon-Gegenstrom in den Reaktionskolben übergeführt. Die bereits trübe Lösung färbte sich milchig-weiß. Nach 5 h wurden zur Verdünnung des Reaktionsge- mischs weitere 20 ml CH2CI2 zugesetzt, und die Reaktion wurde über Nacht gerührt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch in einen Scheidetrichter übergeführt und 3x mit je 40 ml Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde über Kieselgel filtriert und das Lösungsmittel abgedampft, wonach eine mehrstündige Trocknung im Feinvakuum erfolgte. Das Produkt (1634,8 mg; 82 % d. Th.) wurde als weißer Feststoff erhalten.
1 H-NMR (200 MHz, CD2CI2) δ (ppm): 7,58-7,70 (m, 2H), 7,79-7,89 (m, 1 H), 7,94-8,03 (m, 2H).
13C-NMR (200 MHz, CD2CI2) δ (ppm): 1 1 1 ,8 (C-l), 121 ,7 (q, C(CF3), J=291 ,5 Hz),
134,4 (m), 135, 1 (p), 135,5 (o).
27AI-NMR (400 MHz, CD2CI2) δ (ppm): 34,7.
ATR-IR: 1470, 1449, 1351 , 1296, 1273, 1239, 1205, 1 165, 966, 831 , 735, 724, 673, 548, 571 , 560, 536 cm"1.
Fp: 171 -174 °C (CH2CI2)
Beispiel 2
Herstellung von Triphenylsulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat, Diphenyl-(4- phenylthio)phenylsulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat und Diphenyl-4-[(4- diphenylsulfonio)phenylthio]phenylsulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat (III) (TA TTA)
Die gesamte Reaktion wurde unter Argonatmosphäre und im Orangelichtlabor durchgeführt. Li[AI(OC(CF3)3)4] (1 ,588 g, 1 ,626 mmol) wurde im Kolben vorgelegt und mit 120 ml CH2CI2 versetzt, wobei keine vollständig homogene Lösung erhalten werden konnte. Eine 45%ige Triphenylsulfoniumchlorid-Lösung in Wasser, die laut Angaben des Lieferanten (Sigma Aldrich) die drei Verbindungen mit den oben dargestellten Substituenten R im Molverhältnis 1 :6: 10 enthielt, wurde über eine Spritze durch ein Septum in den Kolben zugesetzt. Die wässrige Phase färbte sich spontan weiß und verfestigte sich nach kurzer Zeit. Nach 5 Stunden wurden 15 ml Wasser zugesetzt, wobei der Feststoff in Lösung ging. Die Reaktion wurde über Nacht gerührt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch wurde in einen Scheidetrichter übergeführt und 3x mit je 40 ml Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde über Kieselgel filtriert und das Lösungsmittel abgedampft, wonach eine mehrstündige Trocknung im Feinvakuum erfolgte. Das Produkt (1490,6 mg; 75 % d. Th.) wurde als weißer Feststoff erhalten.
1H-NMR (200 MHz, CD2CI2) δ (ppm): 7,93-7,82 (m, xH), 7,80-7,70 (m, 2H), 7,69-7,30 (m, 5H).
Eine exakte Zuordnung war wegen der starken Überlagerung nicht möglich. Aus demselben Grund können auch nur relative Integrale angegeben werden.
27AI-NMR (400 MHz, CD2CI2) δ (ppm): 34,7.
DC: Rf (CH2CI2) = 0,76 und 0,42
ATR-IR: 1574, 1478, 1450, 1351 , 1296, 1274, 1239, 1208, 1 167, 1065, 968, 829, 817, 744, 725, 682, 559, 536 cm"1.
Fp.: 164-167°C (CH2CI2)
Beispiele 3 bis 6, Vergleichsbeispiele 1 bis 6
Reaktivitätstests der neuen Verbindungen als Photoinitiatoren
Die neuen Verbindungen der Formel (II), DPITTA, und Formel (III), TASTTA, wurden mittels Photo-DSC mit zwei verschiedenen kationisch polymerisierbaren Monomeren, CE und BADGE auf ihre Reaktivität als kationischer Photoinitiator untersucht und diese mit jener von allgemein gebräuchlichen Initiatoren, nämlich (4-Octyloxyphenyl)- (phenyl)iodonium-hexafluoroantimonat (IOC-8 SBF6), (4-lsopropylphenyl)(4'-methyl- phenyl)iodonium-tetrakis(pentafluorphenyl)borat (DAI-PFPB) und CYRACURE® UVI 6976 verglichen (vgl. die umseitigen Darstellungen). Sämtliche Arbeiten wurden unter Lichtschutz (Orangelicht) durchgeführt.
Monomere:
CE BADGE
Initiatoren:
Tabelle 1 : CE
Tabelle 2: BADGE
Ein ähnliches Bild zeigt auch Fig. 2 für das BADGE-Monomer: Auch hier benötigt der TASTTA-Initiator aus Beispiel 6 die kürzeste Zeitspanne zum Erreichen von tmax, in diesem Fall allerdings gleichauf mit CYRACURE® UVI 6976 aus Vergleichsbeispiel 6 (beide 25 s) und knapp vor DPITTA aus Beispiel 5 (33 s). Deutlich länger benötigten wiederum die beiden bekannten Initiatoren IOC8 (38 s) und vor allem PFPB (84 s).
In den Fig. 3 und 4 sind die Ergebnisse für t für die beiden Monomere dargestellt. Im Falle von CE in Fig. 3 liegt TASTTA aus dem erfindungsgemäßen Beispiel 4 erneut voran (348 s), dicht gefolgt von IOC8 aus Vergleichsbeispiel 1 (350 s) und mit größerem Abstand von DPITTA aus Beispiel 3 (504 s), UVI 6976 aus Vergleichsbeispiel 3 (509 s) und erneut PFPB aus Vergleichsbeispiel 4 an letzter Stelle (540 s).
In Fig. 4 sind die Verhältnisse allerdings überraschenderweise gänzlich andere. Mit BADGE als Monomer liegt DPITTA aus Beispiel 5 mit großem Abstand voran (46 s), gefolgt von TASTTA aus Beispiel 6 (171 s). Der beste bekannte Initiator war zwar auch in diesem Fall IOC8 aus Vergleichsbeispiel 4, bei dem es allerdings mit 242 s mehr als fünfmal so lange dauerte, bis 95 % der gesamten Reaktionswärme freigesetzt waren. Dahinter liegen PFPB mit 355 s (Vergleichsbeispiel 5) und deutlich abgeschlagen in diesem Fall UVI 6976 aus Vergleichsbeispiel 6 (632 s).
Ähnlich zu den Ergebnissen für t sind auch jene für area, also die Fläche unter der Kurve, die die freigesetzte Reaktionswärme angibt und damit ein Maß für den Umsatz darstellt. Wie aus Fig. 5 zu entnehmen liegt für CE als Monomer TASTTA aus Beispiel 4 voran, dahinter mit IOC8 und UVI 6976 zwei bekannte Initiatoren noch vor DPITTA und PFPB weit abgeschlagen. In Fig. 6 für BADGE liegt hingegen DPITTA aus Beispiel 5 deutlich voran, gefolgt von IOC8, TASTTA und PFPB und schließlich UVI 6976 weit dahinter.
Somit zeigen die Fig. 1 bis 6 ganz klar, dass bei jedem der drei gemessenen Parameter eine Ausführungsform der Erfindung - oft mit großem Vorsprung - am besten abschnitt. In den Fig. 7 und 8 werden abschließend die beiden Ausführungsformen der Erfindung jeweils mit den strukturell ähnlichen bekannten Initiatoren, d.h. lodonium- (Fig. 7) bzw. Sulfoniumsalzen (Fig. 8) anhand der DSC-Kurven verglichen, in denen die Wärmeentwicklung (in mW/mg) als Maß für die Geschwindigkeit der Polymerisationsreaktion über der Zeit (in s) aufgetragen ist.
Sowohl in Fig. 7, wo DPITTA zusammen mit den beiden bekannten Initiatoren auf lodoniumionen-Basis, IOC8 und PFPB, aufgetragen ist, als auch in Fig. 8 für die Sul- fonium-lnitiatoren TASTTA und UVI 6976 zeigt sich ein ähnliches Bild: Die gemäß vorliegender Erfindung durchgeführte Polymerisation startet deutlich rascher und ist auch nach weitaus kürzerer Zeit im Wesentlichen abgeschlossen als unter Verwendung von Initiatoren nach dem Stand der Technik.
Beispiele 7 und 8, Verqleichsbeispiele 7 bis 10
In dieser Beispielsgruppe wurde der neu entwickelte Photoinitiator der Formel (II), DPITTA, erneut mittels Photo-DSC-Messungen mit zwei weiteren bekannten Initiatoren, nämlich DPI-PFPB und DPI-SbF6, bei der Härtung zweier weiterer bekannter di- funktioneller Monomere, BOB und BVC, allesamt wie nachstehend dargestellt, verglichen. Monomere:
BOB BVC
Initiatoren:
Für alle Formulierungen wurde je 1 Mol-% Initiator, bezogen auf polymerisierbare Gruppen, eingewogen und bei Raumtemperatur bis zum vollständigen Lösen magnetisch gerührt. Anschließend wurden je 14 mg der Reaktionsgemische in offene Alumi- nium-DSC-Schälchen eingewogen und die Schälchen mit Deckgläsern bedeckt.
Die DSC-Messungen erfolgten an einem NETSCH DSC 204 F1 Phönix unter Stick- Stoffatmosphäre bei 50 °C, die Bestrahlung mit einer Omnicure 2000-Quecksilber- dampflampe mit einem Wellenlängenfilter von 320-500 nm. Die Intensität des UV- Lichts betrug 1 W/cm2, die Bestrahlungsdauer betrug 9 Minuten. Alle Messungen wurden dreifach durchgeführt, und die gemittelten Werte sind in den nachstehenden Tabellen 3 und 4 für das jeweilige Monomer angegeben.
Wie in den Beispielen 3 bis 6 gibt tmax die Zeit bis zum Erreichen des Maximums der Wärmeentwicklung (in s) an und ist somit ein Maß dafür, wie schnell der Gelpunkt und damit eine hohe Anfangsfestigkeit erreicht sind, wobei kurze Zeiten erstrebenswert sind, und t ist die Zeit (in s), nach der 95 % der gesamten Reaktionswärme freigesetzt waren, und ist also ein Maß für die Reaktionsgeschwindigkeit, wobei wiederum niedrige Werte vorteilhaft sind. In der vorliegenden Beispielsgruppe wurden
darüber hinaus die Fläche unter den Photo-DSC-Kurven anhand von bekannten Werten für die theoretische Polymerisationswärme der Monomere in den Polymerisationsumsatz C (in %) umgerechnet. Und Rp gibt die Polymerisationsrate an, die ebenfalls direkt aus den Photo-DSC-Ergebnissen abgeleitet wurde.
Tabelle 3: BOB
Im Dioxetan-Harz BOB, zeigt der neue Initiator DPITTA bei sämtlichen Parametern klar sein überlegenes Polymerisationsverhalten im Vergleich zu den beiden anderen Initiatoren. Es wurden Umsätze von über 72 % erreicht, was um 6 % bzw. 12 % über den mit DPI-SbF6 (rund 68 %) und DPI-PFPB (rund 65 %) erzielten Werten liegt. Das Peakmaximum wird mit DPITTA ebenfalls am raschesten erreicht, und die t95o/o-Werte sind bei diesem Initiator deutlich niedriger als mit den Vergleichsinititoren. Am stärksten treten die Vorteile von DPITTA jedoch bei der Polymerisationsrate zutage, die nahezu doppelt so hoch ausfiel wie bei DPI-PFPB und DPI-SbF6.
Tabelle 4: BVC
Die in Tabelle 4 angeführten, mit dem Vinylether-Monomer BVC erhaltenen Werte waren für alle drei getesteten Initiatoren ähnlich oder sogar (nahezu) gleich. Dies liegt allerdings daran, dass die kationische Polymerisation von Vinylethern generell äußerst rasch abläuft, weswegen hier kaum Unterschiede zu beobachten waren.
In den Fig. 9 und 10 werden die beiden Ausführungsformen der Erfindung der Beispiele 7 und 8 jeweils mit den strukturell ähnlichen bekannten Diphenyliodonium- Initiatoren in BOB (Fig. 9) bzw. BVC (Fig. 10) anhand der DSC-Kurven verglichen, in denen die Wärmeentwicklung (in mW/mg) als Maß für die Geschwindigkeit der Poly- merisationsreaktion über der Zeit (in s) aufgetragen ist.
Sowohl in Fig. 9, wo DPITTA zusammen mit den beiden bekannten Initiatoren auf lodoniumionen-Basis, DPI-PFPB und DPI-SbF6, in BOB aufgetragen ist, als auch in Fig. 10 für die Initiatoren im Monomer BVC zeigt sich ein ähnliches Bild: Die gemäß vorliegender Erfindung durchgeführte Polymerisation startet deutlich rascher und ist auch nach weitaus kürzerer Zeit im Wesentlichen abgeschlossen als unter Verwendung von Initiatoren nach dem Stand der Technik.
Beispiel 9
Herstellung von Tris(4-((4-acetylphenyl)thio)phenyl)sulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyl- oxy)aluminat (IV) (TAPS-TTA)
1H-NMR (200 MHz, CDCI3) δ (ppm): 8,00 (d, 6H, J=8,60 Hz, Ar), 7,59 (d, 6H, J=8,60 Hz, Ar), 7,34 (d, 6H, J=8,56 Hz, Ar), 7,26 (d, 6H, J=9,00 Hz, Ar), 2,62 (s, 9H, CH3).
Beispiele 10 und 11. Verqleichsbeispiele 11 bis 14
In Analogie zu den Diphenyliodonium-Photoinitiatoren wurden auch der substituierte Triarylsulfoniumphotoinitiator (IV), TAPS-TTA, mittels Photo-DSC mit bekannten Initiatoren nach dem Stand der Technik verglichen, nämlich TAPS-TFSM und TAPS- PFPB, die unter den Handelsnamen Irgacure GSID-26-1 bzw. Irgacure 290 als Hochleistungsphotoinitiatoren für industrielle Anwendungen im Handel erhältlich sind. Alle drei Initiatoren umfassen denselben kationischen Chromophor ("TAPS") mit den gleichen Lichtabsorptionseigenschaften, weswegen hier direkt der Einfluss des Anions auf das Polymerisationsverhalten und die Initiierungseffizienz verglichen werden kann. Als Monomere kamen wie in den Beispielen 3 bis 6 CE und BADGE zum Einsatz. Monomere:
CE BADGE
Initiatoren:
TAPS-TTA TAPS-TFSM / Ir acure GSID-26-1 TAPS-PFPB / Irgacure 290
Die Versuchsparameter waren dieselben wie in den obigen Beispielen 7 und 8, mit der einzigen Ausnahme dass als Bestrahlungsintensität 3 W/cm2 eingestellt wurden. Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen 5 und 6 wiederum als Mittelwerte von Dreifachbestimmungen angegeben.
Tabelle 5: CE
Tabelle 6: BADGE
Bei ansonsten vergleichbaren Werten erzielt der neue Initiator gemäß vorliegender Erfindung den höchsten Umsatz und schneidet somit auch mit diesem Monomer besser ab als die beiden industriellen Initiatoren.
In den Fig. 1 1 und Fig. 12 werden die Photo-DSC-Kurven der drei Initiatoren bezüglich der Wärmeentwicklung in CE (Fig. 1 1 ) bzw. BADGE (Fig. 12) verglichen. In bei- den Fällen zeigte sich die stärkste Wärmeentwicklung für die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (in BADGE gleichauf mit TAPS-PFPB).
Beispiele 12 bis 17, Vergleichsbeispiele 15 bis 20
Da Diphenyliodoniumphotoinitiatoren in einem Wellenlängenbereich unterhalb von 250 nm besonders gut absorbieren, werden häufig Sensitizer zugesetzt, die eine Photoinitiierung mit einer Strahlung bei 400-500 nm aussendenden Lichtquelle ermöglichen. Aus diesem Grund wurde als Lichtquelle in der Photo-DSC-Versuchs- anordnung eingesetzte Omnicure S2000-Helium-Mitteldrucklampe mit einem für Licht mit 400-500 nm Wellenlänge durchlässigen Filter versehen. Mit den beiden Photo-
Initiatoren DPITTA und DPI-SbF6 wurden photosensitive Formulierungen mit unterschiedlichen Konzentrationen zweier Sensitizer, Isopropylthioxanthon (ITX) und Perylen, im Monomer BADGE hergestellt. Die Photo-DSC-Messungen wurden analog zu den Beispielen 10 und 1 1 mit einer Intensität von 3 W/cm2 durchgeführt, und die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen 7 bis 12 angegeben.
Zunächst wurden Formulierungen der beiden Initiatoren und ohne Sensitizer mit der neuen Lampe bestrahlt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 angegeben. Tabelle 7: Photo-DSC-Analyse ohne Sensitizer bei 400-500 nm
Während für DPI-SbF6 keinerlei Polymerisationsreaktion festzustellen war, erzielte DPITTA sogar ohne Sensitizer rund 45 % Umsatz,
Als nächstes wurden 0,05 % bzw. 0, 10 % ITX als Sensitizer zugesetzt.
Tabelle 8: Photo-DSC-Analyse mit 0,05 % ITX bei 400-500 nm
Tabelle 9: Photo-DSC-Analyse mit 0, 10 % ITX bei 400-500 nm
Tabelle 10: 0,01 % Perylen
Rp
Beispiel Initiator C [%] tmax [S] t95% [S]
[mol r s"1]
B15 DPITTA 67 18 180 0,052
V18 DPI-SbF6 60 24 132 0,047
Tabelle 1 1 : 0,05 % Perylen
Rp
Beispiel Initiator C [%] tmax [S] t95% [S]
[mol r s"1]
B16 DPITTA 92 16 32 0,400
V19 DPI-SbF6 67 17 159 0,087
Tabelle 12: 0, 10 % Perylen
Rp
Beispiel Initiator C [%] tmax [S] t95% [S]
[mol r s"1]
B17 DPITTA 89 12 30 0,373
V20 DPI-SbF6 82 10 49 0,299
Aus den Tabellen 10 bis 12 und den Figuren 15 bis 17 ist klar ersichtlich, dass DPITTA dem bekannten Initiator DPI-SbF6 insgesamt gesehen in allen untersuchten Parametern überlegen ist. DPITTA liefert demnach auch in Gegenwart von Sensitizern die besseren Ergebnisse als der handelsübliche Vergleichsinitiator.
Beispiel 18 - Anwendungsbeispiel "chemischer Dübel"
Chemische Dübel sind Formulierungen, die die Fixierung von Schrauben, Bolzen, Gewindestangen und dergleichen in Bohrlöchern erlauben. Dabei kann man entweder zwischen schneller Reaktionsgeschwindigkeit und kurzer Topfzeit oder langer Topfzeit gepaart mit dem Nachteil einer sehr langen Reaktionszeit wählen. Der Einsatz von Formulierungen, die mittels radikalinduzierter, kationischer Frontalpolymerisation (RICFP) ausgehärtet werden können, als Masse für chemische Dübel ist daher vorteilhaft, da er lange Topfzeit mit sehr schneller Aushärtung kombiniert. Die Initiierung der Reaktion kann dabei entweder durch Bestrahlung mit (UV-)Licht oder durch lokale Applikation von Hitze (beispielsweise durch einen Lötkolben oder eine Heißluftpistole) möglich. Formulierung
Eine typische Formulierung dafür besteht aus einem Epoxidharz, wie z.B. Bisphenol- A-diglycidylether, einem kationischen Photoinitiator, wie z.B. dem erfindungsgemäßen Initiator DPITTA, und einem radikalischen thermischen Initiator, wie z.B. Benz- pinakol. Für die Herstellung der Formulierung werden die Initiatoren in einer mög- liehst geringen Menge an Dichlormethan gelöst und anschließend mit dem Harz vermischt. Unter Rühren bei 50 °C wird das Dichlormethan anschließend im Vakuum restlos entfernt.
Tabelle 13: Typische Formulierung für ein nicht vorbehandeltes Bohrloch
Vorbereitung der Bohrlöcher
Mit einer Schlagbohrmaschine wurden Löcher mit einem Durchmesser von 14 mm in Granit, Beton und Ziegel gebohrt. Anschließend wurden die Bohrlöcher mit Druckluft ausgeblasen, um sie von anhaftendem Staub zu befreien. Da die Haftung zwischen Stein und Epoxidformulierung unter Umständen unzureichend ist, besteht die Möglichkeit, diese durch Einsatz eines Primers zu verbessern. Dabei kann der Primer entweder der Formulierung beigemischt oder vorab in die Bohrlöcher appliziert wer- den. Als Primer diente im vorliegenden Fall 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan.
Methode A: Direktes Vorbehandeln der Bohrlöcher
Als Vorbehandlung wurde eine Formulierung, umfassend 50 ml Ethanol (96 %), 0,23 ml 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan sowie 1 ,5 ml verdünnte Essigsäure (Eisessig- Wasser, 1 : 10) hergestellt. Mit dieser Lösung wurden die Bohrlöcher zur Gänze gefüllt, und sie wurde darin rund eine Stunde lang bei Raumtemperatur einwirken gelassen. Anschließend wurden die Steine (jeweils Beton, Granit und Ziegel) über Nacht in einem Ofen bei 60 °C gehalten. Die Lösung war am nächsten Tag vollständig aufgetrocknet. Bohrlöcher, die einer solchen Vorbehandlung unterzogen wurden, werden nachstehend als "geprimed" bezeichnet.
Methode B: Zugabe des Primers zur Reaktionsformulierung
Zu der oben beschnebenen Harzformulierung wurden gemeinsam mit den Initiatoren zusätzlich 5 Gew.-% 3-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan hinzugefügt. Nach Zugabe des Harzes wurde das Lösungsmittel abgezogen und die Formulierung entgast.
Gewindestangen
Für die Befestigung von Gewindestangen in den Gesteinen wurden die Gewindestangen (12 mm Durchmesser) auf 1 1 cm abgelängt und die Kanten entgratet. Aus der Größe des Bohrlochs (14 mm) und dem Durchmesser der Gewindestangen er- gibt sich ein Ringspalt von 1 mm.
Polymerisation
Etwa die Hälfte des Volumens der Bohrlöcher wurde mit der Reaktionsformulierung gefüllt und anschließend die Gewindestange mittig platziert. Danach wurde die Reak- tion durch Bestrahlung der sichtbaren Fläche der Formulierung gestartet. Dabei wurde mit einer UV-Vis-Lichtquelle, ausgestattet mit einem 320-500 nm Filter, über einen flüssigkeitsgefüllten Lichtwellenleiter mit 8 mm Durchmesser bestrahlt. Die Bestrah- lungsintensität am Ausgang des Lichtwellenleiters wurde auf 3 W/cm2 eingestellt. Zugfestigkeitsversuche
Um die Haftung des Polymers zwischen Gewindestange und Gestein zu testen, wurden die erhaltenen Proben anschließend mittels einer Zugprüfmaschine (Zwick Z250) untersucht. Dazu wurde an den Gewindestangen eine weitere Gewindestange mittels zweier Muttern befestigt, die anschließend in die Zugprüfmaschine eingespannt wur- de. Das Gestein wurde durch über ein Widerlager darunter befestigt.
Die Prüfung erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min. Die dabei typischerweise maximal notwendigen Kräfte sind in Tabelle 14 aufgelistet. Es ist dabei festzuhalten, dass zwischen der Zugabe des Primers in die Formulierung und der Vorbe- handlung der Bohrlöcher kein signifikanter Unterschied zu erkennen war. Weiters wurden stets Teile des Ziegels beim Versuch des Herausreißens zerstört.
Tabelle 14: zum Entfernen der Gewindestangen aus dem Bohrloch erforderliche Kraft
Material Maximale Kraft [N]
Beton 1 100
Ziegel 1050
Granit 500
Zusammengefasst bestätigen die obigen erfindungsgemäßen Beispiele eindrucksvoll die Überlegenheit der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik, womit vor Beginn der Forschungen der Erfinder keineswegs zu rechnen war.
Claims
1 . Verwendung von Aryliodonium- und/oder Arylsulfoniumsalzen des Tetrakis- (perfluor-t-butyloxy)aluminat-Anions der nachstehenden Formel (I):
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Diphenyl- iodonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat der nachstehenden Formel (II) als kationischer Initiator eingesetzt wird:
(II)
3. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Triphenylsulfo- nium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat der nachstehenden Formel (III), gegebenenfalls mit Phenylthio oder 4-Diphenylsulfoniophenylthio substituiert, als kationischer Initiator eingesetzt wird:
(III)
4. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Tris(4-((4 acetylphenyl)thio)phenyl)sulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat der nächste henden Formel (IV) als kationischer Initiator eingesetzt wird:
(IV)
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kationische Polymerisation als ringöffnende Polymerisation durchgeführt wird.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als kationisch polymerisierbare Monomere ein- oder mehrwertige Epoxide (Oxirane), Thiirane (Epi- sulfide), Oxetane, Lactame, Lactone, Lactid, Glykolid, Tetrahydrofuran oder Gemische davon eingesetzt werden.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als kationisch polymerisierbare Monomere ein oder mehrere mehrwertige Epoxide eingesetzt wird/ werden.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als kationisch polymerisierbare Monomere ein oder mehrere mehrwertige Vinyl- ether eingesetzt wird/werden.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu polymerisierende Reaktionsgemisch weiters eine oder mehrere Komponenten, ausgewählt aus zusätzlichen Initiatoren, zusätzlichen Monomeren, Sensibili- satoren, Stabilisatoren, Modifikatoren, Reglern, Lösungsmitteln, Füllstoffen, Farbstoffen, Pigmenten und Gemischen davon umfasst.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch weiters zumindest einen thermisch-radikalischen Initiator umfasst und die Polymerisationsreaktion als Frontalpolymerisation durchgeführt wird.
1 1 . Diphenyliodonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat der nachstehenden For- mel (ll):
12. Gegebenenfalls mit Phenylthio und 4-Diphenylsulfoniophenylthio substituiertes Triphenylsulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat der nachstehenden Formel (III):
(III)
13. Tris(4-((4-acetylphenyl)thio)phenyl)sulfonium-tetrakis(perfluor-t-butyloxy)alumi- nat der nachstehenden Formel (IV):
(IV)
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