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DE102008047006A1 - Lichthärtende Zusammensetzungen - Google Patents

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DE102008047006A1
DE102008047006A1 DE102008047006A DE102008047006A DE102008047006A1 DE 102008047006 A1 DE102008047006 A1 DE 102008047006A1 DE 102008047006 A DE102008047006 A DE 102008047006A DE 102008047006 A DE102008047006 A DE 102008047006A DE 102008047006 A1 DE102008047006 A1 DE 102008047006A1
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DE
Germany
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alkyl
formula
aryl
heteroaryl
substituent
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102008047006A
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English (en)
Inventor
Helmut Prof. Dr. Ritter
Gero Maatz
Christine Schur
Jens Prof. Dr. Hartung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DUESSELDORF H HEINE, University of
Heinrich Heine Universitaet Duesseldof
Technische Universitat Kaiserslautern
Original Assignee
DUESSELDORF H HEINE, University of
Heinrich Heine Universitaet Duesseldof
Technische Universitat Kaiserslautern
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Filing date
Publication date
Application filed by DUESSELDORF H HEINE, University of, Heinrich Heine Universitaet Duesseldof, Technische Universitat Kaiserslautern filed Critical DUESSELDORF H HEINE, University of
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Priority to PCT/EP2009/006617 priority patent/WO2010028844A1/de
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft lichthärtende Zusammensetzungen, die radikalisch polymerisierbare Vinylverbindungen und tageslichtsensitive Radikalinitiatoren der Formeln (I) und/oder (II) umfassen und die gegebenenfalls weitere Additive, wie Füllstoffe, Pigmente, Lösemittel enthalten, sowie deren Verwendung als Beschichtungsmaterial für technische, optische und medizinische Anwendungen. $F1

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft lichthärtende bzw. lichthärtbare Zusammensetzungen, die radikalisch polymerisierbare Verbindungen, insbesondere Vinylverbindungen und tageslichtsensitive Radikalinitiatoren umfassen und die gegebenenfalls weitere Additive wie Füllstoffe, Pigmente, Lösemittel enthalten, sowie deren Verwendung als Beschichtungsmaterial für technische, optische und medizinische Anwendungen. Außerdem betrifft die Erfindung aus den Zusammensetzungen hergestellte gehärtete Produkte einschließlich deren Herstellungsverfahren. Schließlich betrifft die Erfindung auch die als Radikalinitiatoren eingesetzten neuen Verbindungen als solche sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Photoinitiatoren absorbieren Strahlung im UV- oder im visuellen Bereich und stellen auf diese Weise die Polymerisation initialisierende Spezies zur Verfügung. Im Falle einer radikalischen Polymerisation sind dies freie Radikale. Allgemein werden radikalische Photoinitiatoren (Radikalinitiatoren), basierend auf dem chemischen Mechanismus der Radikalbildung in zwei Klassen eingeteilt. Norrish Typ I Photoinitiatoren bilden auf Grund von Strahlung durch unimolekularen Bindungsbruch freie Radikale. Dem Gegenüber durchlaufen Norrish Typ II Photoinitiatoren, nach dem Aussetzen von Strahlung eine bimolekulare Reaktion, wobei der Photoinitiator mit einem zweiten Molekül (dem Coinitiator) reagiert und die Polymerisation initialisierende Spezies durch Elektronen- und Protonentransfer oder direkt durch Wasserstoffabstraktion bildet. Norrish Typ I und II Photoinitiatoren werden bei die Härtung mit UV-Licht verwendet. Zurzeit werden fast ausschließlich Norrish Typ II Photoinitiatoren für die Polymerisation durch Bestrahlung mit visuellem Licht verwendet.
  • Charakteristisch für die Härtung durch Strahlung im UV-Bereich ist die hohe Reaktionsgeschwindigkeit. Diese Art der Härtung wird beispielsweise für Beschichtungen verschiedener Substrate wie zum Beispiel Holz verwendet. Ein solches Beispiel für UV-härtende Beschichtungen von Materialien mit Norrish Typ I Photoinitiatoren, wie Diethoxyphenylacetophenon oder Acrylphosphinoxiden, wird in der EP 1247843 beschrieben. Ferner beschreibt die WO 01/51533 ein UV-härtendes Material zur Holzbeschichtung, wobei Acrylphosphinoxide, α-Hydroxyalkylphenone oder α-Dialkoxyacetophenone als Photoinitiatoren verwendet werden.
  • Für alle transparenten Beschichtungen mit geringen Schichtdicken kann die UV-Härtung verwendet werden. Sie stößt jedoch bei einer Beimischung von Pigmenten und bei höheren Schichtdicken an ihre Grenzen. Solche photopolyreaktive Verbindungen härten deshalb durch UV-Strahlung nur unvollständig aus. Falls eine tiefere Durchhärtung gewünscht wird, wie zum Beispiel bei der Lichthärtung von Dentalmaterialien, die als Zahnfüllung verwendet werden sollen, kann zur Bestrahlung sichtbares Licht verwendet werden, welches eine höhere Durchdringstärke aufweist. Ein Photoinitiator der zu solchen Zwecken verwendet werden kann, ist eine Kombination aus α-Diketonen und Amino-Coinitiatoren. Ein solches System wird in der GB 1,408,265 beschrieben. Beispiele, in denen Dentalmaterialien und Photoinitiatoren verwendet werden, sind in der US 4,457,818 , oder in der US 4,525,256 , in denen Campherchinon bevorzugt verwendet wird, beschrieben. Campherchinon hat ein Absorptionsmaximum von 468 nm, was die intensive gelbe Farbe erklärt. Dies kann zum Nachteil haben, dass die Materialien, welche durch Campherchinon-Amin-Systeme als Photoinitiatoren gehärtet werden, einen unerwünschten sichtbaren gelben Schimmer aufweisen. Ein anderes System, das durch Strahlung im visuellen Bereich eine radikalische Polymerisation bzw. Härtung von Dentalmaterialien auslöst, beruht auf Acylgermanium-Verbindungen und wird in der US 2008/0076847 beschrieben.
  • Es zeigt sich also, dass die im Stand der Technik bekannten Initiatorsysteme nicht in der Lage sind, in jedem Fall eine ausreichend schnelle und vollständige Aushärtung der gewünschten Materialien zu gewährleisten. Vielmehr haben die bekannten Verbindungen, die mittels kurzwelligem Licht (UV-Bereich) die Polymerisation initialisierende Spezies zur Verfügung stellen, den Nachteil, dass die kurzwellige Strahlung nur eine geringe Eindringtiefe erzielt. Das ist insbesondere bei Verwendung in Systemen mit Füllstoffen problematisch. Darüber hinaus waren keine Systeme verfügbar, die mittels sichtbarem Licht (Tageslicht) und ohne Coinitiatoren die Polymerisation initialisierende Spezies in einfacher Weise zur Verfügung stellen. Es bestand also weiterhin der dringende Bedarf an der Bereitstellung neuer einfacher, aber dennoch leistungsfähiger Initiatoren, die durch sichtbares Licht effizient aktiviert werden können.
  • Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen Initiator für die radikalische Polymerisation zur Verfügung zu stellen, der bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht (d. h. langwelligem Tageslicht) eine ausreichend schnelle und vollständige Aushärtung der gewünschten Materialien auch ohne Coinitiator und die genannten negativen Nebeneffekte gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wurde überraschend durch die vorliegende Erfindung gemäß den angehängten Patentansprüchen gelöst.
  • Die neuen Photoinitiatoren für die radikalische Polymerisation gemäß der Erfindung werden durch die Formeln (I) und (II) dargestellt, wobei es sich bei den Verbindungen der Formel (I) um die monomeren und bei denen der Formel (II) um die dimeren Strukturen handelt. Die dimeren Strukturen weisen eine annähernd gleiche Effizienz in der Initiatorwirkung auf, besitzen aber zudem noch eine geringere Diffusionsfähigkeit, was von praktischer Relevanz sein kann.
  • Formeln (I) und (II):
    Figure 00030001
    worin in den Formeln (I) und (II) jeweils unabhängig voneinander
    X = S, CHR4, O, oder NR4 darstellt;
    R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl; Thioalkyl; Aryl; oder Heteroaryl sind, wobei R1 und R2 auch miteinander verbunden sein können unter Bildung von gesättigten oder ungesättigten Cyclen oder Heterocyclen;
    R3 = H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl; Thioalkyl; Aryl; Heteroaryl ist;
    R4 = H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl, wobei der Alkylsubstituent cyclische Teilstrukturen aufweisen kann; Acyloxy; Aryl; oder Heteroaryl ist;
    A eine aliphatische, aromatische oder heteroaromatische Verbindungsgruppe ist.
  • Die erfindungsgemäßen Polymerisationsinitiatoren nach Formel (I) oder (II) werden in lichthärtenden bzw. lichthärtbaren Zusammensetzung eingesetzt. Diese Zusammensetzungen umfassen:
    • a. mindestens eine radikalisch polymerisierbare Verbindung, insbesondere Vinylverbindung; und
    • b. mindestens eine Verbindung der Formel (I) und/oder der Formel (II) als Radikalinitiator.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin das gehärtete Produkt, welches durch Lichthärtung dieser Zusammensetzung mit sichtbarem Licht erhältlich ist, sowie das Lichthärtungsverfahren zur Herstellung eines solchen gehärteten Produkts als solches.
  • Außerdem betrifft die Erfindung insbesondere die Verwendung der Verbindungen der Formel (I) und/oder der Formel (II) als Radikalinitiator für die radikalische Polymerisation.
  • Schließlich betrifft die Erfindung auch ein neues Herstellungsverfahren für die Verbindungen der Formel (I) und/oder der Formel (II).
  • Der Substituent R1 in den Formeln (I) und (II) kann vorzugsweise wie folgt variiert werden: R1 = H, C1-C20 Alkyl; Aryl, wobei Aryl ein ein- bis fünffach substituierter Phenyl-Substituent, ein ein- bis siebenfach substituierter Naphthalin-Substituent sein kann; Substituenten können Halogen, bevorzugt Chlor, Alkoxy, C1-C20-Alkyl, Aminoalkyl, Diaminoalkyl, Acylamino, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl, wobei Alkoxy = C1-C10-Alkyl an einen einwertigen Sauerstoff-Substituenten gebunden ist; Acyloxy; Dialkylamino = ein oder zwei C1-C10 Alkyl an ein zweiwertiges Stickstoffatom gebunden; Acylamino = C1-C10-Alkanoyl oder substituiertes Benzoyl oder Naphthoyl an einen Aminostickstoff gebunden, sein.
  • Der Substituent R2 in den Formeln (I) und (II) kann vorzugsweise wie folgt variiert werden: R2 = H, C1-C20-Alkyl; Aryl, wobei Aryl ein ein- bis fünffach substituierter Phenyl-Substituent, ein ein- bis siebenfach substituierter Naphthalin-Substituent sein kann; Substituenten können Halogen, bevorzugt Chlor, Alkoxy, Dialkylamino, Acylamino, Methyl, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl, wobei Alkoxy = C1-C10-Alkyl an einen einwertigen Sauerstoff-Substituenten gebunden; Acyloxy; Dialkylamino = ein oder zwei C1-C10-Alkyl an ein zweiwertiges Stickstoffatom gebunden, Acylamino = C1-C10-Alkanoyl oder substituiertes Benzoyl oder Naphthoyl an einen Aminostickstoff gebunden, sein; Heteroaryl, wobei vorzugsweise ein ein- bis vierfach substituierter Pyridin-Substituent, substituierte Thiazyl, Oxazyl und Imidazyl-Substituenten eingesetzt werden.
  • Der Substituent R3 in der Formel (I) kann vorzugsweise wie folgt variiert werden: R3 = H, C1-C20-Alkyl, vorzugsweise ein ein- bis fünffach substituierter Phenyl-Rest, ein ein- bis siebenfach substituierter Naphthalin-Substituent; Substituenten sind ausgewählt aus Halogen, bevorzugt Chlor, Methoxy, Methyl, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl, wobei Alkoxy = C1-C10 Alkyl an einen einwertigen Sauerstoff-Substituengen gebunden; Acyloxy; Dialkylamino = ein oder zwei C1-C10 Alkyl an ein zweiwertiges Stickstoffatom gebunden, Acylamino = C1-C10 Alkanoyl oder substituiertes Benzoyl oder Naphthoyl an einen Aminostickstoff gebunden. Auch Ein- und Mehrfachkondensationsprodukte zwischen einer cyclischen Thiohydroxamsäure und einer substituierten Benzol-1,2-, -1,3- oder -1,4-dicarbonsäure oder einer Naphthalin-di-, tri-, -tetracarbonsäure können als R3 genannt werden. Weiterhin kann R3 ein heteroaromatischer Rest sein, wobei der Begriff heteroaroamtisch sich vorzugsweise auf Pyridin, Pyrrol, Thiophen und Furan sowie deren Derivate bezieht.
  • Der Substituent R4 in den Formeln (I) und (II) kann vorzugsweise wie folgt variiert werden: R4 = H, C1-C10-Alkyl, wobei ab C3 die Alkylkette linear oder verzweigt sein kann oder der Alkylsubstituent cyclische Teilstrukturen aufweisen kann, Phenyl, ein bis fünfach substituierte Phenylgruppen.
  • Die ringständige Gruppe X in den Formeln (I) und (II) kann bevorzugt wie folgt variiert werden, lautet aber besonders bevorzugt X = S. Formel (I) ist nachstehend beispielhaft angegeben.
  • Figure 00060001
  • Bei den Verbindungen der Formel (II) ist A bevorzugt eine Pyridin-, Pyrrol-, Thiophen-, Furan-, Thiazol-, Oxazol- oder Imidazol-Gruppe oder ein Derivat davon oder eine ein- bis vierfach substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppe.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weisen Verbindungen der Formel (I) bzw. (II) auf, worin X = S ist. Bevorzugt sind zudem R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander H, C1-C20-Alkyl, Aryl, oder Heteroaryl; wobei Aryl einen ein- bis fünffach substituierten Phenyl-Substituenten oder einen ein- bis siebenfach substituierten Naphthalin-Substituenten bedeutet, wobei die Substituenten aus Halogen, insbesondere Chlor, C1-C10-Alkoxy, C1-C20-Alkyl, Aminoalkyl, C1-C10-Mono- oder -dialkylamino, Acylamino, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl ausgewählt sind; und Heteroaryl substituiertes oder unsubstituiertes Pyridin, Pyrrol, Thiophen oder Furan bedeutet. Ferner ist A bevorzugt eine Pyridin-, Pyrrol-, Thiophen-, Furan-, Thiazol-, Oxazol- oder Imidazol-Gruppe oder ein Derivat davon oder eine ein- bis vierfach substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppe ist. Die Definition der Substituenten an der Phenylengruppe entspricht der oben angeführten Definition. R2 ist in Formel (I) oder (II) besonders bevorzugt nicht H, da bei diesen Verbindungen (d. h. in denen R2 C1-C20-Alkyl, Aryl, oder Heteroaryl wie oben definiert ist) eine überraschend höhere Sensitivität im sichtbaren Bereich des Lichts auftritt. Als Grund dafür wird eine bei Alkyl- und insbesondere Arylsubstituenten R2 bathochrome Verschiebung des längstwelligen Absorptionsmaximums des Chromophors (z. B. des Thiazol-2(3H)-chromophors) und eine damit verbundene höhere Sensivität im sichtbaren Bereich vermutet.
  • Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin X = S ist, R1 = C1-C4-Alkyl ist, R2 = Phenyl oder ein Phenyl-Rest mit einem weiteren ortho-, meta- oder paraständigen Substituenten ist, wobei der Substituent ausgewählt ist aus Methoxy, C1- C4-Alkyl, Amino, Dialkylamino, Acylamino und Chlor; oder R1 und R2 einen ungesättigten Cyclus bilden; R3 = Phenyl oder ein Phenyl-Rest mit einem weiteren ortho-, meta oder para-ständigen Substituenten, ausgewählt aus Methoxy, C1-C4-Alkyl, Amino, Dialkylamino, Acylamino und Chlor, ist. Durch R1 und R2 gebildete ungesättigte Cyclen sind hier insbesondere Phenyl, Inden, Cumaron (Benzofuran), Indol, Thionaphthen (Benzothiophen), Naphthalin die substituiert sein können. Als Substituenten sind insbesondere Halogen, bevorzugt Chlor, C1-C10-Alkoxy, C1-C20-Alkyl, Aminoalkyl, C1-C10-Mono- oder -dialkylamino, Acylamino, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl genannt.
  • Ganz besonders bevorzugte Verbindungen gemäß der Erfindung sind durch die folgenden Formeln (III)–(V) dargestellt. Dabei sind die Verbindungen (III) und (IV) besonders geeignet für die Photopolymerisation mit reinem Blaulicht der Wellenlänge von ungefähr 380–500 nm.
  • Figure 00070001
  • In den Formeln (III) bis (V) bedeutet R5 = Chlor, Alkoxy, C1-C20-Alkyl, Aminoalkyl, Diaminoalkyl, Acylamino, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl, wobei bedeutet: Alkoxy = C1-C10-Alkyl an einen einwertigen Sauerstoff-Substituenten gebunden; Acyloxy; Dialkylamino = ein oder zwei C1-C10-Alkyl an ein zweiwertiges Stickstoffatom gebunden; Acylamino = C1-C10-Alkanoyl oder substituiert Benzoyl oder Naphthoyl an einen Aminostickstoff gebunden. Ferner ist X = O, S, CHR4, NR4, bevorzugt S, und n reicht von 1 bis 4. R4 ist wie bei den Formeln (I) und (II) oben definiert.
  • Erfindungsgemäße Beispiele, in denen X = NR4 ist, lauten wie folgt (Formeln (VI) und (VII)):
    Figure 00080001
  • Die erfindungsgemäßen Polymerisationsinitiatoren nach Formel (I) oder (II), welche durch die Bestrahlung mit sichtbarem Licht aktiviert werden können, sind gemäß den Verfahren aus Acta Cryst. (2005). E61, o1738–01741; Eur. J. Org. Chem. (1999). 1275–1290; oder Synlett 2000, 371–373 zugänglich.
  • Die erfindungsgemäßen Polymerisationsinitiatoren nach Formel (I) oder (II) können zudem nach einem neuen Verfahren hergestellt werden, welches die Umsetzung der freien N-Hydroxy-Verbindung der folgenden Formel
    Figure 00080002
    worin X, R1 und R2 wie oben definiert sind, mit einem Carbonsäurechlorid bzw. Bis(carbonsäurechlorid) einer der beiden folgenden Formeln
    Figure 00080003
    umfasst, worin R3 wie oben dfiniert ist, und ebenfalls Teil der Erfindung ist. Im folgenden wird die Synthese beispielhaft für die bevorzugte Ausführungsform mit X = S, d. h. unter Einsatz von N-Hydroxythiazolthionen als Edukt, beschrieben. Analoges gilt aber auch für die anderen oben genannten Definitionen von X.
  • Die Bildung der Verbindung der Formel (I) oder der Formel (II) hängt von den eingesetzten Molverhältnissen der Ausgangsprodukte ab. Bei einem annähernd 1:1-Molverhältnis von N-Hydroxythiazolthion zu Carbonsäurechlorid resultieren die Verbindungen der Formel (I), bei einem annähernd 2:1-Molverhältnis von N-Hydroxythiazolthion zu Bis(carbonsäurechlorid) resultieren die Verbindungen der Formel (II). Die Umsetzung erfolgt in einem alkalischen wässrig/organischem Medium (bevorzugt Alkalicarbonat in Aceton) in einem Temperaturbereich von 10° bis 50°C, bevorzugt bei Umgebungstemperatur (ca. 20°C). Die Ausgangsprodukte sind entweder kommerziell erhältlich oder können durch dem Fachmann bekannte Verfahren hergestellt werden.
  • Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren ist der Einsatz der freien N-Hydroxythiazolthione anstelle von deren Salzen, da die freien Säuren im Allgemeinen als Produkt der Thizaolthion-Synthese anfallen und im Gegensatz zu meist hygroskopischen Alkalimetallsalzen weder hygroskopisch sind noch basisch reagieren. Folglich zeichnet sich das neue Verfahren insbesondere durch eine höhere Effizienz und leichtere Handhabung der Edukte aus.
  • Die erfindungsgemäßen Polymerisationsinitiatoren nach Formel (I) oder (II) weisen eine Durchhärtung mit hohem Durchhärtungsgrad bzw. hoher Eindringtiefe auf und sind in einem breiten technischen Gebiet einsetzbar. Darüber hinaus weisen sie einige deutliche Vorteile im Vergleich zu schon bekannten UV- und VIS-Photoinitiatoren auf. Darunter fallen, dass die neuen Initiatoren metallfrei, einfach zu synthetisieren und mit, aber insbesondere auch ohne Amin-Coinitiatoren verwendet werden können. Die Photoinitiatoren werden für die angegebenen Anwendungsgebiete in Mengen von 0,001 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-% und besonders bevorzugt von 0,01 bis 0.1 Gew.-%, bezogen auf das Monomersystem eingewogen. Dabei können die Photoinitiatoren dank ihrer guten Löslichkeit einfach in das verwendete System eingerührt werden, was eine gleichmäßige Verteilung der Initiatoren und die Transparenz des Polymerisats gewährleistet.
  • Die Photopolymerisation kann mittels Sonneneinstrahlung, oder durch bekannte Methoden der Photopolymerisation, also durch Bestrahlung mittels Lichtquellen, welche die erforderlichen Wellenlängen im ausreichenden Maße emittieren, erfolgen. Geeignete Wellenlängen sind dabei 300 < λ < 780 nm, bevorzugt 350 < λ < 600.
  • Die neue Verbindung kann als Photoinitiator für photopolymerisierbare ungesättigte Verbindungen verwendet werden. Solche Verbindungen sind beispielsweise ungesättigte Monomere wie Ester von (Meth)acrylsäure, z. B. Methyl-, Ethyl-, n- oder tert-Butyl-, Isooctyl-, Hydroxyethyl-, Glycidyl- oder Tetrahydrofufuryl(meth)acrylat, Etylenglycoldi(meth)acrylat, Neopentyldi(meth)-acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat; Pentaerythrittetra-(meth)acrylat oder Pentaerythritris(meth)acrylat; Acrylnitril, (Meth)acrylnitril, (Meth)acrylamid, N-substituierte (Meth)acrylamide; Vinylester wie z. B. Styrol, Alkylstyrole, Halogenstyrole, Divinylbenzol, Vinylnaphthalin, N-Vinylpyrrolidon, Vinylchlorid; Allylverbindungen wie Diallylphthalat, Diallylmaleat, Triallylisocyanurat, Triallylphosphat, oder Ethylenglycol-diallylether, und die Mischung von solchen ungesättigten Monomeren.
  • Photopolymerisierbare Verbindungen sind weiterhin ungesättigte Oligomere oder Polymere und deren Mischungen mit ungesättigten Monomeren. Hierzu zählen thermoplastische Harze, die ungesättigte Gruppen wie Maleinsäureester, Fumarsäure, Allylgruppen oder Acryl- oder Methacrylgruppen enthalten. Beispiele für solche Oligomere sind ungesättigte Polyester, ungesättigte Acrylharze sowie Polyetheracrylatoligomere. Beispiele für mehrfach ungesättigte Verbindungen sind vor allem die Acrylate bzw. Methacrylate von Diolen und Polyolen z. B. Hexamethylendi(meth)acrylat, Trimethylenpropantri(meth)acrylat, oder Pentaerythrittetra(meth)acrylat.
  • Des Weiteren kann eine Polymerisation in gewohnter Weise in Emulsion, in umgekehrter Emulsion, in Substanz oder in Lösung durchgeführt werden. Als Lösemittel können Wasser, wässrige organische Lösemittel, rein organischen Lösemittel, Lösemittelgemische oder ionische Flüssigkeiten verwendet werden. Bei Verwendung einer transparenten Apparatur oder einer hochdruckstabilen Lichtquelle kann die Polymerisation auch in überkritischem Kohlendioxid durchgeführt werden. Die Polymerisation kann insbesondere unter für die radikalische Polymerisation typischen Bedingungen durchgeführt werden. Die genauen Bedingungen sind unkritisch und können vom Fachmann in gewohnter Weise eingestellt werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der oben beschriebenen Zusammensetzung, welche mindestens eine radikalisch polymerisierbare Verbindung, insbesondere Vinylverbindung; und mindestens eine Verbindung der Formel (I) und/oder der Formel (II) als Radikalinitiator enthält, als Beschichtungsmaterial für technische, optische, medizinische Anwendungen sowie in der Photolithographie. Dabei hat die Photohärtung für Druckfarben besondere Bedeutung, da die Trocknungszeit des Bindemittels die Produktionsgeschwindigkeit des Produktes maßgeblich mitbestimmt. Ebenso ist die Photohärtung von Oberflächenbeschichtungen, wie sie bei der Lackierung von Blechen, oder Kunststoffteilen jeder Art anfällt, ein weiteres Einsatzgebiet. Auch hier besteht der Vorteil darin, dass durch die Bestrahlung mit sichtbarem Licht (Blaulicht) die Härtung initialisiert und somit auf die Bestrahlung mit für den Menschen schädlichen UV-Strahlen verzichtet werden kann. Ebenso ist ein Photoinitiator gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher durch sichtbares Licht die zur Polymerisation initialisierende Spezies zur Verfügung stellt, für eine Verwendung in der Photolithographie geeignet. Hierbei wird ein Substrat mit photopolymerisierbaren Monomeren beschichtet und bestimmte Bereiche des Substrates mit sichtbarem Licht bestrahlt. Anschließend werden die ungehärteten Anteile mittels Lösemittel eruiert ausgespült. Auf diese Weise können mit Hilfe des neuen Photoinitiators dreidimensionale Strukturen aufgebaut werden, wie sie beispielsweise bei Druckplatten, oder bei einer Teilbeschichtung von Silicium-Wafern gebraucht werden. Die lichthärtenden Zusammensetzungen, wie sie für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, können erfindungsgemäß außer den photopolymerisierbaren Verbindungen und dem entsprechenden Photoinitiator je nach Verwendungszweck Füllstoffe, wie Kieselsäure, Gips, Pigmente, Farbstoffe, Fasern, Verlaufsmittel oder Treibmittel, oder andere übliche Zusatzstoffe enthalten.
  • Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:
  • Anwendungsbeispiele:
  • 1. Synthese der Verbindungen nach Formel (I) und (II):
  • Die Herstellung der Verbindungen nach Formel (I) und (II) erfolgt erfindungsgemäß nach folgenden allgemeinen Schemata:
    Figure 00120001
  • Für die bevorzugte Ausführungsform X = S (d. h. unter Einsatz eines N-Hydroxythiazolthions als Edukt) verläuft die Synthese wie folgt:
    Figure 00120002
  • Eine Lösung aus N-Hydroxythiazolthion (1.00 mmol) in einem adäquaten Volumen Aceton wird mit K2CO3 (3 mmol) versetzt und 10 min bei 20°C gerührt. Zu der Reaktionsmischung tropfenweise ein Carbonsäurechlorid (1.1 mmol) gegeben. Die Reaktionsmischung wird bei 20°C nachgerührt. Die erhaltene Suspension wird mit Wasser versetzt, die Phasen getrennt und die wässrige Phase sukzessiv mit Diethylether und mit Ethylacetat extrahiert. Die organischen Phase wird mit den organischen Extrakten vereinigt und mit 2 M NaOH, sowie mit gesättigter wässriger NaCl-Lösung gewaschen. Die organische Phase wird abgetrennt, mit MgSO4 getrocknet und bei vermindertem Druck eingeengt. Der erhaltene Rückstand wird aus CH2Cl2/Et2O/Pentan umkristallisiert.
  • 2. Verwendung der Verbindungen nach Formel (I) und (II) als Photoinitiator:
  • Es werden in einem Schlenkkolben 2 g Monomer und 0,5 Gew.-% Ethylenglycoldimethacrylat (EGDMA) als Vernetzer vorgelegt und so lange gerührt, bis eine homogene Lösung entstanden ist. Um die Polymerisation zu starten, wird zur Monomerlösung mit 0,07 Gew.-% (1,4 mg/0,0039 mmol) 5-(4-Methoxyphenyl)-4-methyl-2-thioxo-2,3-dihydro-1,3-thiazol-3-ylbenzoat eingerührt und das Polymerisat direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Bereits nach wenigen Minuten ist die Aushärtung soweit fortgeschritten, dass ein festes Polymer entstanden ist.
  • Die Ergebnisse sind der folgenden Tablelle 1 zu entnehmen. Tab. 1: Anwendungsbeispiele
    Monomer (100 Gew.-%) EGDMA (Gew.-%) Initiator (Gew.-%) Aushärtung * (Min.)
    Hydroxyethylmethacrylat 0,5 0,07 3–6 f)
    Vinylacetat 0,5 0,07 15 f)
    1-Vinyl-2-pyrolidon 0,5 0,07 5–10 f)
    Styrol 0,5 0,07 8–10 f)
    Methacrylsäure 0,5 0,07 5 f)
    Acrylnitril 0,5 0,07 20–30 n)
    Styrol + Maleinsäureanhydrid a) 0,5 0,07 30 n)
    • a) Polymerisation in Lösung mit Toluol als LM
    • f) festes Polymer
    • n) Polymerniederschlag
    • *) Aushärtung nach Belichten mit Sonnenlicht bei direkter Sonneneinstrahlung im Monat Mai
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • - Synlett 2000, 371–373 [0025]

Claims (12)

  1. Lichthärtende Zusammensetzung, umfassend a. mindestens eine radikalisch polymerisierbare Verbindung; und b. mindestens eine Verbindung der Formel (I) und/oder der Formel (II) als Radikalinitiator,
    Figure 00150001
    worin in den Formeln (I) und (II) jeweils unabhängig voneinander X = S, CHR4, O, oder NR4 darstellt; R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl; Thioalkyl; Aryl; oder Heteroaryl sind, wobei R1 und R2 auch miteinander verbunden sein können unter Bildung von gesättigten oder ungesättigten Cyclen oder Heterocyclen; R3 = H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl; Thioalkyl; Aryl; Heteroaryl ist; R4 = H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl, wobei der Alkylsubstituent cyclische Teilstrukturen aufweisen kann; Acyloxy; Aryl; oder Heteroaryl ist; A eine aliphatische, aromatische oder heteroaromatische Verbindungsgruppe ist.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin X = S ist und/oder R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander H, C1-C20-Alkyl, Aryl, oder Heteroaryl sind; wobei Aryl einen ein- bis fünffach substituierten Phenyl-Substituenten oder einen ein- bis siebenfach substituierten Naphthalin-Substituenten bedeutet, wobei die Substituenten aus Chlor, C1-C10-Alkoxy, C1-C20-Alkyl, Aminoalkyl, C1-C10-Mono- oder -dialkylamino, Acylamino, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl ausgewählt sind; und Heteroaryl substituiertes oder unsubstituiertes Pyridin, Pyrrol, Thiophen oder Furan bedeutet; und A eine Pyridin-, Pyrrol-, Thiophen-, Furan-, Thiazol-, Oxazol- oder Imidazol-Gruppe oder ein Derivat davon oder eine substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppe ist.
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 und/oder 2, worin in der Formel (I) X = S ist, R1 = C1-C4-Alkyl ist, R2 = Phenyl oder ein Phenyl-Rest mit einem weiteren ortho-, meta- oder para-ständigen Substituenten ist, wobei der Substituent ausgewählt ist aus Methoxy, C1-C4-Alkyl, Amino, Dialkylamino, Acylamino und Chlor; oder R1 und R2 einen ungesättigten Cyclus bilden; R3 = Phenyl oder ein Phenyl-Rest mit einem weiteren ortho-, meta oder para-ständigen Substituenten, ausgewählt aus Methoxy, C1-C4-Alkyl, Amino, Dialkylamino, Acylamino und Chlor, ist.
  4. Verwendung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Beschichtungsmaterial für technische, optische, medizinische Anwendungen sowie in der Photolithographie.
  5. Gehärtetes Produkt, welches durch Lichthärtung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit sichtbarem Licht erhältlich ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Produkts, welches das Härten der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 durch Aussetzen gegenüber Tageslicht umfasst.
  7. Verwendung des Produktes nach Anspruch 5 als Dentalmaterial, Druckfarbe, Lack, oder Oberflächenbeschichtung.
  8. Verwendung der Verbindung der Formel (I) und/oder der Formel (II), wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 3 definiert ist, als Radikalinitiator für die radikalische Polymerisation.
  9. Verbindung der Formel (I),
    Figure 00170001
    worin X = S, CHR4, O, oder NR4 darstellt; R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl; Thioalkyl; Aryl; oder Heteroaryl sind, wobei R1 und R2 auch miteinander verbunden sein können unter Bildung von gesättigten oder ungesättigten Cyclen oder Heterocyclen; R3 = lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl; Thioalkyl; Aryl; Heteroaryl ist; R4 = H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl, wobei der Alkylsubstituent cyclische Teilstrukturen aufweisen kann; Acyloxy; Aryl; oder Heteroaryl ist; mit der Maßgabe, dass (a) R2 nicht H ist, wenn X = S ist; und (b) nicht gleichzeitig X = S, R1 = Methyl, R2 = p-Methoxyphenyl und R3 = Phenyl sind.
  10. Verbindung der Formel (II),
    Figure 00170002
    worin X = S, CHR4, O, oder NR4 darstellt; R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl; Thioalkyl; Aryl; oder Heteroaryl sind, wobei R1 und R2 auch miteinander verbunden sein können unter Bildung von gesättigten oder ungesättigten Cyclen oder Heterocyclen; R4 = H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl, wobei der Alkylsubstituent cyclische Teilstrukturen aufweisen kann; Acyloxy; Aryl; oder Heteroaryl ist; A eine aliphatische, aromatische oder heteroaromatische Verbindungsgruppe ist, mit der Maßgabe, dass R2 nicht H ist, wenn X = S ist.
  11. Verfahren zur Herstellung der Verbindung nach Formel (I) oder (II)
    Figure 00180001
    worin R1, R2, R3 und A wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 definiert sind, welches die Umsetzung einer freien N-Hydroxy-Verbindung der folgenden Formel
    Figure 00180002
    mit einem Carbonsäurechlorid oder einem Bis(carbonsäurechlorid) nach einer der beiden folgenden Formeln
    Figure 00180003
    umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, worin X = S ist.
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