Код документа: RU2071610C1
Изобретение относится к фотополимеризующимся композициям и может быть использовано в качестве печатных красок, белой эмали, пигментированных лакокрасочных материалов, красок для наружных работ, для получения фоторепродукций, фотоизображений или печатных плат в полиграфической промышленности, в качестве масс для зубных пломб, клеящих веществ, покрытий оптических волокон, для печатных схем или для нанесения покрытий на электронные детали.
Известены фотополимеризующиеся композиции, которые в качестве фотоинициатора содержат моноацилфосфиноксиды (1).
Наиболее близкой к предложенной является фотополимеризующаяся композиция, включающая 100 частей по меньшей мере одного этиленненасыщенного фотополимеризующегося соединения и 0,2-5,0 частей фотоинициатора - бисацилфосфиноксида (2).
Недостатком известной фотополимеризующейся композиции является низкая скорость фотополимеризации.
Целью изобpетения является повышение скорости фотополимеризации.
Поставленная цель достигается тем, что фотополимеризующаяся композиция,
включающая 100 частей по меньшей мере одного этиленненасыщенного фотополимеризующегося соединения и 0,2-5,0 частей фотоинициатора в качестве фотоинициатора содержит соединение формулы I:
R2 имеет вышеуказанное значение
R1 или означает остаток СО-R3 или -OR4, или R1 и
R2 вместе с атомом фосфора образуют дициклическое кольцо с 4-8 атомами углерода,
R3 означает незамещенный или замещенный галогеном С1-C8 алкил,
незамещенный или замещенный C1-C12 алкилом или
и замещенный C2-C5 алкоксикарбонилом C5-C10 циклоалкил, незамещенный или
C1-C12 алкилом тризамещенный фенил или C1-C12 алкокси группой или галогеном одно- или многозамещенный фенил, и R4 означает C1-C4
алкил при условии, что по меньшей мере один из остатков R1, R2 и R3 означает замещенный алкильный остаток или что R1 и R2 вместе с
атомом фосфора
образуют циклическое кольцо, или что R3 означает замещенный циклоалкильный остаток, который, однако, не может содержать алкильные остатки в качестве единственных
заместителей.
Соединения формулы 1, в которых R2 означает остаток CR4, могут быть получены по реакции Арбузова-Михайлиса, при взаимодействии соответствующего
фосфонита формулы II с
хлорангидридом карбоновой кислоты формулы III по следующей схеме:
Фосфониты формулы II могут быть получены известным образом путем взаимодействия дихлорфосфина R1-PCl2 с как минимум 2 молями Р4OH в присутствии акцептора PCl (см. Houben-Weyl, Methoden d.Org,Chemic XII/I, 324-327 (1963), G.Thieme-Verlag, Штутгарт).
Соединения формулы I, в которых R2
означает остаток -COR3, могут быть
получены путем двойного ацилирования первичного фосфина формулы IV по меньшей мере двумя эквивалентными хлорангидрида кислоты формулы III в присутствии
по меньшей мере двух эквивалентов основания и
последующего окисления образующегося диацилфосфина формулы V до фосфиноксида по следующей схеме:
Используемые в качестве исходного материала первичные фосфины формулы IV являются известными соединениями или они могут быть получены аналогично известным соединениям (см. Houben-Weyl Methoden der Org. Chemic XII/I, 60-63 (1963), G.Thieme Штутгарт).
Соединения формулы I, у которых R2 не является ни одним из остатков -OR4 или -COR3, могут быть получены путем
ацилирования вторичных фосфинов формулы VIII и
последующего окисления по схеме:
По другому варианту эти соединения могут быть получены по
реакции Арбузова-Михаэлиса, путем взаимодействия фосфинитов
формулы IX с V по следующей схеме:
Исходные соединения формулы VII могут быть получены известными методами, например, путем алкоголиза монохлорфосфинов (R1) (R2 ) PCI спиpтом R2OH в присутствии основания (см. Houben-Weyl, Methoden d.Org.Chemic XII-I, 208-210 (1963), G.Thieme-Verlag, Штутгарт).
В соответствии с настоящим изобретением соединения формулы I могут использоваться в качестве фотоинициаторов фотополимеризации этиленненасыщенных соединений или смесей, содержащих такие соединения. Такие ненасыщенные соединения могут содержать одну или несколько олефиновых двойных связей. Они могут быть низкомолекулярными (мономеры) или высокомолекулярными (олигомеры). Примерами мономеров с одной двойной связью являются алкил или оксиалкилакрилаты или алкил- или оксиалкилметикрилаты, такие как метил-, этил-, бутил-, 2-этилтексил- или 2-оксиэтилакрилаты, изоборнилакрилат, метил- или этилметакрилаты. Другими примерами таких соединений являются акрилнитрил, акриламид, метакриламид, N-замещенные (мет)акриламиды, виниловые эфиры, такие как винилацетат, простые виниловые эфиры, например, изобутилвиниловый эфир, стирол, алкил- и галогенстиролы, N-винилпирролидон, винилхлорид или винилиденхлорид.
Примерами иономеров с несколькими двойными связями являются этиленгликоль-, пропиленгликоль-, неопентилгликоль, гексаметиленгликоль- или биофенил-А-диакрилаты, 4, 4-бис(2-акрилоилоксиэтокси)-дифенилпропан, триметилолпропантриакрилат, петаэритриттракрилат, пентаэритриттетраакрилат, винилакрилат, дивинилбензол, дивинилсукцинат, диаллилфталат, триаллилфосфат, триаллилизоцианурат или трис-(2-акрилоилэтил)изоцианурат.
Примерами высокомолекулярных (олигомерных) соединений со многими ненасыщенными связями являются акрилированные эпоксидные смолы, акрилированные полиуретаны или акрилированные полиэфиры. Другими примерами ненасыщенных олигомеров являются ненасыщенные полиэфирные смолы, получаемые обычно из малеиновой, фталевой кислот и одного или нескольких диодов и имеющих молекулярный вес примерно 500-3000. Такие ненасыщенные олигомеры можно назвать также предполимерами.
Часто используют двухкомпонентные смеси предполимера с мономером с несколькими ненасыщенными связями или трехкомпонентные смеси, которые, кроме того, содержат еще мономер с одной ненасыщенной связью. Предполимер в этом случае определяют в первую очередь свойства образующейся лаковой пленки. Подбирая тот или иной предполимер, специалист может изменять свойства отверждаемой пленки. Мономеры с несколькими ненасыщенными связями играют роль сшивателя, который делает пленку нерастворимой. Мономер с одной ненасыщенной связью играет роль реакционно-способного разбавителя, с помощью которого можно снизить вязкость без использования растворителя.
Такие двух- и трехкомпонентные системы на основе предполимеров используют при получении печатных красок, а также лаков, фоторезисторов или других фотоотверждаемых масс. В качестве связующих для печатных красок применяются также однокомпонентные системы на основе фотоотверждаемых предполимеров.
Ненасыщенные полиэфирные смолы чаще всего применяются в двухкомпонентных системах в комбинации с ненасыщенными мономерами с одной связью, предпочтительно со стиролом. Для получения фоторезисторов часто применяются специальные однокомпонентные системы, например, полималеинимиды, полихалконы или полиимиды, описанные в неакцептованной заявке ФРГ 2 308 830.
Ненасыщенные соединения могут применяться также в смеси с нефотополимеризующимися пленкообразующими компонентами. Это могут быть, например, физически высыхающие полимеры или их растворы в органических растворителях, такие как нитроцеллюлозы или ацетобутиратцеллюлоза. К таким компонентам относятся также химически или термически отверждающиеся смолы, такие, как, например, полиизоцианаты, полиэпоксидные или меламиновые смолы. Использование в таких комбинациях термически отверждаемых смол играет важную роль при применении так называемых гибридных систем, которые на первой стадии фотополимеризуются, а на второй стадии сшиваются с помощью дополнительной термической обработки.
Фотополимеризующиеся смеси помимо фотоинициатора могут содержать также различные добавки. Примерами таких добавок являются термические ингибиторы, назначение которых состоит в предотвращении преждевременной полимеризации, в частности, гидрохинонин стерически затрудненные фенолы. Для повышения стабильности при хранении в темноте можно использовать, например, соединения меди, фосфора, четвертичные аммониевые основания или производные гидроксиламина. Для исключения влияния в процессе полимеризации кислорода воздуха можно добавлять парафин или аналогичные воскообразные материалы, которые в начале полимеризации выходят на поверхность. В качестве фотостабилизаторов можно добавлять небольшие количества УФ-абсорберов, например, типа бенэтриазола, бензофенона или оксаланилида. Еще более эффективными являются добавки фотостабилизаторов, не абсорбирующих УФ, таких как стерически затрудненные амины (НАLS).
В некоторых случаях может оказаться целесообразным применять смеси двух или нескольких фотоинициаторов в соответствии с настоящим изобретением. Разумеется, можно применять также смеси с известными фотоинициаторами, например, смеси с бензофеноном, производными ацетофенона, бензиоиновымми эфирами или бензилкеталями.
Для устранения фотополимеризации можно применять добавки аминов, например, триэтаноламина, N-метилдиэтаноламина, этилового эфира n-диметиламинобензойной кислоты или кетона Михлера. Действие аминов можно усилить путем добавки ароматических метонов типа бензофенона.
Ускорения фотополимеризации можно добиться также путем добавки фотосенсибилизаторов, смещающих или расширяющих спектральную чувствительность. Такими добавками являются, в частности, ароматические карбонильные соединения, такие как, например, производные бензофенона, тиоксантона, антрахинона и 3-ацилкумарина, а также 3-(ароилметилен)-тиазолины.
Другими обычно используемыми добавками в зависимости от целей применения являются наполнители, пигменты, красители, смачиватели или вспомогательные средства, способствующие растеканию.
Предметом настоящего изобретения поэтому являются также
фотополимеризующиеся композиции, содержащие
а) по меньшей мере одно этиленненасыщенное соединение и
в) в качестве
фотоинициатора по меньшей мере одно соединение формулы I;
причем такие композиции могут содержать, кроме того, и другой фотоинициатор и/или другие добавки.
Содержание фотоинициатора (в) в заявляемых фотополимеризующихся композициях предпочтительно составляет 0,05-15, наиболее предпочтительно 0,2-5 весов в расчете на вес композиции.
Полимеризацию осуществляют известными методами фотополимеризации, путем облучения солнечным светом или светом с большим содержанием коротковолнового излечения. В качестве источников облучения можно использовать, например, ртутные излучатели высокого, среднего и низкого давления, суперактиновые люминесцентные лампы или лазеры, максимум излучения которых н аходится в интервале 250-450 нм. В случае комбинаций фотосенсибилизаторов можно использовать также источники света с большей длиной волны или лазерное излучение с длиной волны до 600 нм.
Более подробно изобретение поясняется на нижеприведенных примерах. Если это не оговорено, приведенные части и проценты, как и в описании и формуле изобретения, являются весовыми.
Пример 1.
Получение бис(2-фенилпропил)-(2,6-диметоксибензоил)-фосфиноксида.
К раствору 1,1 г (0,011 моля) диизопропиламина в 10 мл абсолютного тетрагидрофурана (ТГФ) добавляют по каплям в течение 10 минут в атмосфере аргона при 0oC 6,9 мл (0,011 моля 1,6 М) бутиллития. Этот раствор при -20+-30oC добавляют по каплям в течение примерно 40 минут к раствору 2,2 г (0,011 моля) 2, 6-диметоксибензоилхлорида и 2,7 г (0,01 моля) бис(2-фенилпропил)-фосфина в 20 мл абсолютного ТГФ. После перемешивания в течение 2 часов при -30oC желтый раствор нагревают до комнатной температуры, разбавляют 100 мл толуола и промывают один раз водой и один раз насыщенным раствором бикарбоната натрия. Органическую фазу высушивают над сульфатом магния, фильтруют и концентрируют в ротационном выпарном аппарате. Остаток растворяют в 40 мл ацетонитрила и смешивают с 1,1 г (0,01 моля) 30%-ной перекиси водорода. После перемешиванию в течение часа при 50oC реакционную смесь разбавляют толуолом, промывают рассолом и насыщенным раствором карбоната натрия, высушивают с помощью сульфата магния и упаривают в ротационном выпарном аппарате. После очистки с помощью хроматографии (элемент:смесь гексана и уксусного эфира в соотношении 1:1) получают 3,1 г (63,9% от теоретического выхода) целевого соединения в виде маслянистой жидкости.
Результаты
элементного анализа:
Рассчитано: C 71,98% H 6,
94.
Найдено: C 71,45% H 7,05%
Пример 2.
Получение бис(2-фенилпропил)-(2,4, 6-триметилбензоил)-фосфиноксида.
Указанный фосфиноксид получают аналогичным описанному в примере 1 способом.
Результаты элементного анализа:
Рассчитано: C 77,
75% H 7,69%
Найдено: C 77,24% H 7,72%
Пример 3.
Получение дифенил-(2,2-бис(хлорметил)пропионил)-фосфиноксида 3,8 г (0,02 моля) дихлопропионилхлорида добавляют к 20 мл толуола и нагревают смесь до 80oC. В течение примерно 5 минут к полученному раствору добавляют по каплям 4,3 г (0,02 моля) метоксилифенилфосфина, причем при этом отгоняется метилхлорид. После перемешивания в течение часа при 80oC желтоватый раствор охлаждают до комнатной температуры и упаривают в ротационном выпарном аппарате. После хроматографической очистки (элюент: смесь гексана и уксусного эфира в соотношении 3:1) получают 1,6 г (22,8% от теоретического выхода) целевого соединения в виде желтой смолы.
Результаты элементного анализа:
Рассчитано: C 57,47% H 4,82% Cl 19,96%
Найдено: C 57,37% H 5,16% Cl
18,84%
Пример 4.
Получение этокси-(2,2-диметоксибензоил)-(диэтоксиметил)фосфиноксида.
Указанное соединение получают аналогичным описанному в примере 3 способом. Полученное соединение имеет температуру плавления 81oC.
Результаты элементного
анализа:
Рассчитано: C 53,333% H 6,99% P 8,60%
Найдено: C 53,15%
H 6,94% P 9,24%
Пример 5.
Получение дифенил-(1,2, 2-триметил-3-метоксикарбонил)-циклопент-1-ил-карбонил)фосфиноксида.
Указанное соединение получают аналогичным описанному в примере 3 способом. Полученное соединение представляет собой маслянистую жидкость (выход 28,2% от теоретического).
Результаты элементного анализа:
Рассчитано: C
69,33% H 6,83%
Найдено: С 69,75% H 6,87%
Пример 6.
Получение бис(2,6-диметоксибензоил)-бензилфосфиноксида
Точка плавления: 193-194oC.
Результаты элементарного анализа:
Рассчитано: C 64,
10% H 5,38%
Найдено: C 64,16% H 5,40.
Пример 7. Получение бис(2,
6-дихлорбензоил)-бензилфосфиноксида
Точка плавления: 149-151oC.
Результаты элементарного анализа:
Рассчитано: C
51,89% H 2,70% Cl 29,17%
Найдено: C 51,82% H 2,80% Cl 28,94%
Пример 8.
Получение бис(2,4,6-триметилбензоил)-бензилфосфиноксида
Результаты элементарного анализа:
Рассчитано: С
74,92% Н 6,76%
Найдено: С 73,90% Н 6,89%
Пример 9.
Результаты
элементарного анализа:
Соединение (I): Рассчитано: C 71,03% H 8,28% Найдено: C 70,88% H 8,49%
Соединение (II): Рассчитано: C 71,03% H 8,28% Найдено: C 69,99% Н 8,17%
Пример
10.
Точки плавления:
Соединение (I) 127-128oC
Соединение (II) 163-164oC.
Результаты элементарного анализа:
Соединение (I)
рассчитано: C 63,35; H 7,19% найдено: C 63,22% H 7,11%
Cоединение (II)
рассчитано: C 63,55% H 7,19% найдено: C 63,14% H 7,13%
Пример 11. Получение 9-пивалоил-9-фосфабицикло (4,2,1)
нонан-9-оксида (1) и 9-пивалоил-9-фосфабицикло(3,3,1)нонан-9-оксида (II)
(I) 4,0 г (16,5% от теоретического выхода) в виде воскообразного продукта;
(II) 7,3 г (30,2% от
теоретического выхода) в виде белого порошка, имеющего точки плавления 77-78oC.
Пример 12.
Реакционная способность инициатора в покровном слое из белой эмали.
30 частей ®ebecryl 608 (эпоксиакрилат фирмы UCB, Бельгия) 15 частей триметилолпропантрисакрилата 5 частей N-винилпирролидона 50 частей диоксида титана (рутил).
Полученную белую эмаль перемешивают в двумя весовыми процентами испытуемого инициатора и приготовленную композицию наносят слоем толщиной 100 мкм на алюминиевую жесть, предварительно загрунтованную белой Coil-Coat эмалью. Образцы отверждают, облучая их ртутной лампой среднего давления (Hanovia 80 Вт/см). Отверждение происходит после высыхания нижней стороны отделенной пленки эмали. Реакционную способность определяют по числу проходов под лампой при определенной скорости движения ленты. Кроме того, реакционную способность определяют после предварительного освещения в течение минуту под 5 лампами мощностью 40 Вт(Philips TL 03). Сразу же после отверждения и после дополнительного облучения в течение 15 минут или соответственно 16 часов (блеск) под 5 лампами мощностью 40 Вт(Philips TL 03) измеряют твердость по маятниковому прибору (по Konig, DIN 53157), пожелтение (индекс пожелтения: AS TMD 1925-70) и блеск при 20 и 60oC (Multiglossgerat, ASTMD 523). Полученные результаты приведены в таблицах 1 и 2.
Пример 13.
Реакционная способность в прозрачном лаке.
Прозрачный лак получают из 99,5 части ®Roskydal UV 502А (раствор ненасыщенного полиэфира в стироле, фирма Байер, ФРГ) 0,5 части ®Byk 300 (добавка).
Приготовленный лак смешивают с 2 весов. испытуемого инициатора и композицию наносят слоем толщиной 100 мкм на зажимные плиты, покрытые слоем белой синтетической смолы.
Образцы облучают в РРС-приборе ртутной лампой среднего давления (2х80 Вт/см). При этом определяют скорость движения ленты в м/мин. необходимую для получения стойкой к истиранию поверхности. Твердость определяют в единицах твердости по маятниковому прибору по Konig (DIN 53157), а также измеряют пожелтение в единицах индекса пожелтения (ASTMD 1925-70). Полученные результаты приведены в таблице 3.
Примеры использования со сравнительными данными.
Пример 14. Реакционная способность инициатора в белом лаке.
В качестве соединения по уровню техники (ЕР-А 184 095) подвергают испытанию соединение формулы
А
Инициаторы в концентрациях одного весового процента перемешивают с композицией белого лак, состоящей из 67,5 частей ®Ebecryl 830 (полиэфиракрилат фирмы UCB, Бельгия) 0,5 частей гександиолдиакрилата; 2,5 части триметилолпропантриакрилата; 25,0 частей диоксида титана (Р-ТС2), типа рутила.
Образцы наносят ракелем толщиной 100 мкм на зажимные плиты и, с целью их отверждения, направляют 4 раза под ртутной лампой среднего давления (типа Hanovia) при скорости движения ленты 10 м/мин. Твердость по маятниковому прибору определяют по методике Konig (DIN 53157). После этого дополнительно облучают образцы под 5 лампами типа TL 40/03 и после 15 минут или соответственно 16 часов снова определяют твердость по маятниковому прибору. Чем выше величины, тем лучше активность испытуемого инициатора. Полученные результаты приведены ниже в таблице 4 и показывают значительное превосходство соединения по настоящему изобретению.
Пример 15. Реакционная способность инициатора в белом лаке.
В качестве соединения по уровню техники подвергают испытанию описанное в примере 14 соединение А, а в качестве соединений по настоящему изобретению испытывают используемые в примере 9 соединения (I) и (II).
Испытуемое соединение в концентрации 2 весовых процентов перемешивают с композицией лака фирмы SIRCA, свободно от пигментов. К полученной смеси добавляют 20 вес. белой пасты пигмента (TiO2 ). Смеси наносят ракелем толщиной 150 цм на зажимные плиты и до отверждения обрабатывают воздухом в течение 1 минуты при 50oC, чтобы удалить долю растворителя лаковой композиции. В течение нескольких проходов облучают образцы под ртутной лампой среднего давления (типа Hanovia) при скорости движения ленты 10 м/мин. Реакционную способность инициатора определяют количеством проходов до того, что отвержденный слой лака является прочным на истирание. Чем ниже количество проходов, тем больше реакционная способность инициатора. После отверждения измеряют пожелтения (Yellowness Andex) по ASTM 1925-70. Чем ниже полученные значения, тем меньше пожелтение. Полученные значения приведены в таблице 5. Они показывают превосходство соединений по настоящему изобретению по сравнению с прототипом.
Использование: в полиграфической промышленности. Сущность: фотополимеризующаяся композиция, включающая 100 мас. ч.
по меньшей мере одной этиленненасыщенного
фотополимеризующегося соединения и 0,2-0,5 мас.ч. фотоинициатора ф-лы (I), где R1 - замещенный фенилом или С2-C4 - алкокси
группой С1-C4 - алкил
или фенил. R2 имеет вышеуказанное значение R1 или остаток OCOR3 или OR4, или R1 и R2
вместе с атомом фосфора образуют дициклическое
кольцо с 4-8 атомами углерода. R3 - незамещенный или замещенный галогеном C1-C8 - алкил, незамещенный или замещенный
C1-C12 - алкилом или/и
C2-C5-алкоксикарбонилом С5-C10-циклоалкил, незамещенный или С1-C12-алкилом тризамещенный
фенил или C1-C12
-алкокси группой или галогеном одно- или многозамещенный фенил, и R4- C1-C4 алкил при условии, что по меньшей мере один из
остатков R1, R2 и
R3 означает замещенный алкильный остаток или что R1 и R2 вместе с атомом фосфора образуют бициклическое кольцо, или что R3 означает замещенный
циклоалкильный остаток, который не может содержать алкильные остатки в качестве единственных заместителей. 5 табл. Структура соединения ф-лы (I):