DE3010148A1 - Neue gemische auf basis von aromatisch-aliphatischen ketonen, ihre verwendung als photoinitiatoren sowie photopolymerisierbare systeme enthaltend solche gemische - Google Patents
Neue gemische auf basis von aromatisch-aliphatischen ketonen, ihre verwendung als photoinitiatoren sowie photopolymerisierbare systeme enthaltend solche gemischeInfo
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Description
α U i ϋ ι h
Merck Patent Gesellschaft 14. März 1980
mit beschränkter Haftung
Darmstadt
Darmstadt
Neue Gemische auf Basis von aromatisch-aliphatischen
Ketonen, ihre Verwendung als Photoinitiatoren sowie photopolymerisierbare Systeme enthaltend solche Gemische
130039/0547
Neue Gemische auf Basis von aromatisch-aliphatischen
Ketonen, ihre Verwendung als Photoinitiatoren sowie photopolymerisxerbare Systeme enthaltend solche Gemische.
Die Erfindung betrifft neue, als Photoinitiatoren verwendbare Gemische auf Basis von aromatisch-aliphatischen
Ketonen und ihre Verwendung als Photoinitiatoren, insbesondere für die Photopolymerisation ethylenisch ungesättigter
Verbindungen, und als UV-Härter für Druckfarben sowie photopolymerisxerbare Systeme enthaltend solche
Gemische.
Photochemisch initiierte Polymerisationsreaktionen haben in der Technik große Bedeutung erlangt, insbesondere
wenn es um eine schnelle Härtung von dünnen Schichten geht, wie z.B. bei der Härtung von Lack- und Harzüberzügen
auf Papier, Metall und Kunststoff oder bei der Trocknung von Druckfarben, da diese Verfahren sich gegenüber
konventionellen Methoden zum Bedrucken und Beschichten von Gegenständen durch Rohstoff- und Energieersparnis
und eine geringere Umweltbelastung auszeichnen.
20. Da bei diesen Reaktionen in der Regel keiner der Reaktionspartner
in der Lage ist, die photochemisch wirksame Strahlung in ausreichendem Maße zu absorbieren,
müssen sogenannte Photoinitiatoren zugesetzt werden, die an der gewünschten Reaktion nicht teilnehmen, aber
in der Lage sind, eingestrahltes Licht oder UV zu absorbieren, die dabei aufgenommene Energie auf einen der
Reaktionspartner zu übertragen und so aktive Starterradikale zu bilden, die ihrerseits die Photopolymerisation
auslösen. Wesentliche Kriterien für die Auswahl solcher Initiatoren sind unter anderem die Art der durchzuführenden
Reaktion, das Verhältnis des Absorptions-
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GSPHA9 B
spektrums des Initiators zur spektralen Energieverteilung der verfügbaren Strahlenquelle, die Löslichkeit
des Initiators in der Reaktionsmischung, die Dunkellagerstabilität des mit dem Initiator versetzten
Reaktionssystems sowie die Beeinflussung der Endprodukte
durch darin verbliebene Reste des Initiators und/oder der daraus während der photochemischen Reaktion
entstandenen Produkte. Insbesondere die Geschwindigkeit der Reaktion hängt stark vom verwendeten Initiator
sb- Deshalb hat es nicht an Versuchen gefehlt, neue Initiatoren
und neue Initiatorgemische zu suchen, die in ihrem Vermögen, die Photopolymerisation ethylenisch
ungesättigter Verbindungen bzw. die Härtung photopolymerisierbarer
Systeme zu initiieren, eine gesteigerte Reaktivität zeigen.
Als Initiatoren für die Photopolymerisation ungesättigter
Verbindungen sind bisher hauptsächlich Benzophenonderivate, Benzoinether, Benzilmonoketale, Dibenzosuberonderivate,
Anthrachinone, Xanthone, Thioxanthone und a-Halogenacetophenonderivate eingesetzt worden.
Die technische Anwendbarkeit dieser Substanzen wird jedoch durch eine Reihe von Nachteilen deutlich eingeschränkt.
Hierzu gehören u.a. geringe DunkellagerStabilität von vielen photopolymerisierbaren Systemen, die
mit. diesen Initiatoren versetzt sind, geringe chemische
Stabilität und zu geringe Reaktivität im Vermögen, die Photopolymerisation ethylenisch ungesättigter Verbindungen
bzw. die Härtung photopolymerisierbarer Systeme zu initiieren. Viele dieser bekannten Initiatoren bewirken
eine Vergilbung der mit ihnen hergestellten Polymerisate, die besonders bei der Beschichtung heller Untergrundmaterialien
und bei UV-gehärteten Druckfarben höchst unerwünscht ist. Für dieses zuletzt genannte Anwendungsgebiet
ist auch die oft geringe Löslichkeit der bekannten
3c Initiatoren in dem photopolymerisierbaren System ein großer
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GSPHA9 B
Nachteil. Da Druckfarben in der Regel beträchtliche Mengen farbiger Pigmente enthalten, die einen großen
Teil der eingestrahlten Energie absorbieren, ohne daß er photochemisch wirksam wird, muß hier eine größere Menge
Initiator zugesetzt werden. Dabei kristallisieren die bekannten Initiatoren häufig teilweise aus; abgesehen
davon, daß die auskristallisierten Anteile nicht mehr initiierend wirksam werden können, beschädigen die entstandenen
Kristallite auch nach einiger Zeit die aus relativ weichen Materialien bestehenden Druckplatten.
Weiterhin werden in der deutschen Offenlegungsschrift
27 22 264 eine Reihe von Hydroxyalkylphenonen als Photoinitiatoren beschrieben, die die Nachteile der bis dahin
bekannten Initiatoren in wesentlich geringerem Maße aufweisen. Diese zum Teil flüssigen Verbindungen sind in
den üblichen photopolymerisierbaren Systemen deutlich besser löslich als die meisten bis dahin bekannten, in
der Regel festen Initiatoren und besitzen eine gute Dunkellager- und chemische Stabilität. Insbesondere aber
wird bei Photopolymerisation mit diesen Initiatoren Vergilbung der Polymerisate nur in wesentlich geringerem
Ausmaß als bei den bis dahin gebräuchlichen Initiatoren beobachtet. Doch trotz der gesteigerten photoinitiierenden
Wirksamkeit dieser Hydroxyalkylphenone im Vergleich zu den übrigen bekannten Initiatoren weisen auch diese
Verbindungen noch eine ungenügende Reaktivität bei der Initiierung der Photopolymerisation auf. Dadurch sind
immer noch relativ lange Härtungszeiten erforderlich, was zu einer nicht optimalen Ausnutzung der UV-Bestrahlungsanlagen
führt.
Es bestand daher die Aufgabe, Photoinitiatoren, insbesondere für die Photopolymerisation ethylenisch ungesättigter
Verbindungen bzw. für die Härtung photopolymerisier-
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rf
* 3010H8
barer Systeme zu finden, die physiologisch unbedenklich sind, im Gemisch mit den anderen Reaktionspartnern eine
ausreichende Dunkellagerstabilität besitzen, die selbst oder durch ihre Folgeprodukte keine Vergilbung der Reaktionsprodukte
verursachen, die in den üblichen photopolymerisierbaren Systemen eine möglichst hohe Löslichkeit
aufweisen, die eine geringe Oberflächenklebrigkeit der ausgehärteten Beschichtungen bewirken und dabei eine
größtmögliche Reaktivität in ihrem Vermögen, die Härtung
]_0 photopolymerisierbarer Systeme zu initiieren, zeigen und
so bereits in geringen Einsatzkonzentrationen wirksam sind.
Diese Aufgabe wurde gelöst durch die Bereitstellung von neuen, als Photoinitiatoren verwendbaren Gemischen, die
im Vergleich zu den Einzelkomponenten eine beträchtlich
2_5 gesteigerte Reaktivität in ihrem Vermögen, die Photopolymerisation
ethylenisch ungesättigter Verbindungen bzw. die Härtung photopolymerisierbarer Systeme zu initiieren,
zeigen. Darüberhinaus besitzen die erfindungsgemäßen Gemische eine gute Dunkellagerstabilität und
2Q den Vorteil der leichten Einarbeitbarkeit in das zu
polymerisierende System, da diese Gemische im Gegensatz zur Thioxanthon-Komponente flüssig sind. Die mit Hilfe
der erfindungsgemäßen Initiatorgemische ausgehärteten Polymere erfahren eine noch geringere Vergilbung als
jene Polymeren, die mit nur einer Einzelkomponente dieser Gemische erhalten werden.
Gegenstand der Erfindung sind somit als Photoinitiatoren verwendbare Gemische auf Basis von aromatisch-aliphatischen
Ketonen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie
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GSPHA9 B
3 3010U8
A) mindestens ein Hydroxyalkylphenon der allgemeinen
Formel I
R -//A)-CO-CR4R5OH
(I)
worm
R1 H, Alkyl mit 1-4 C-Atomen oder Chlor,
R2 H oder Methyl,
R3 H oder Methyl,
R Alkyl mit 1-6- C-Atomen und
R Alkyl mit 1-6 C-Atomen
bedeuten, sowie
B) mindestens ein 2-Alkylthioxanthon der allgemeinen
Formel II
(H)
worin
R Alkyl mit 1-8 C-Atomen bedeutet, enthalten.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung dieser Gemische als Photoinitiatoren, insbesondere für die
Photopolymerisation ethylenisch ungesättigter Verbindüngen,
sowie als UV-Härter für Druckfarben.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein photopolymerisierbares System, enthaltend mindestens eine ethylenisch
ungesättigte photopolymerisierbare Verbindung sowie gegebenenfalls weitere bekannte und übliche Zusatzstoffe,
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3010Η3
das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein Gemisch aus einem Hydroxyalkylphenon der allgemeinen Formel I und
einem 2-Alkylthioxanthon der allgemeinen Formel II, vorzugsweise 0,1 bis 2O Gew.% eines solchen Gemisches,
als Photoinitiator enthält.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Photopolymerisation von ethylenisch ungesättigten Verbindungen,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem zu polymerisierenden Gemisch vor der Auslösung der Photopolymerisation
ein Gemisch aus einem Hydroxyalkylphenon der allgemeinen Formel I und einem 2-Alkylthioxanthon
der allgemeinen Formel II, vorzugsweise 0,1 bis 20 Gew.% eines solchen Gemisches, als Photoinitiator zusetzt.
Die Hydroxyalkylphenone der allgemeinen Formel I, Verfahren'
zu ihrer Herstellung und ihre photoinitiierende Wirksamkeit sind - wie bereits erwähnt - aus der DE-OS
27 22 264 bekannt. Diese zum überwiegenden Teil flüssigen Verbindungen sind in den üblichen photopolymerisierbaren
Systemen gut löslich und besitzen eine gute Dunkellager- und chemische Stabilität.
2-Alkylthioxanthone und ihre photoinitiierende Wirksamkeit
sind ebenfalls seit langem bekannt. So werden beispielsweise in den US-Patentschriften 3,169,868 und
3,907,656 photopolymerisierbare Systeme beschrieben, die neben anderen Verbindungen auch Thioxanthone als Photo-
130039/0547
GSPHA9 B
initiatoren enthalten. Die Herstellung solcher 2-Alkylthioxanthone
und ihre Eignung als Photoinitiatoren ist ferner in einem Übersichtsartikel über das UV-Härtungsverhalten
einiger Photoinitiatoren und Photoaktivatoren in
J.Oil CoI. Chem. Assoc. 1978, j61, 256-263 beschrieben.
Weitere Herstellungsverfahren sind beispielsweise in der DE-OS 28 11 755 und in der US-PS 4,101, 558 beschrieben.
Die Verwendung von 2-Alkylthioxanthonen als alleinige
Photoinitiatoren in einem photopolymerisierbaren System
■j^q wird jedoch eingeschränkt durch verschiedene Nachteile,
insbesondere die schlechte Löslichkeit der festen Thioxanthone in den jeweiligen Reaktionsgemischen und
die starke Neigung zur Vergilbung der mit Hilfe von Thioxanthonen ausgehärteten Produkte.
•je Allgemeine Angaben über Photoinitiator-Gemische aus
Hydroxyalkylphenonen und weiteren bekannten Photoinitiatoren, wobei unter vielen anderen Verbindungen auch
2-Chlorthioxanthon genannt wird, sind bereits in der DE-OS 27 22 264 enthalten. Daraus konnte jedoch kein
Hinweis auf die besonders vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen speziellen Gemische entnommen
werden.
In der allgemeinen Formel I bedeutet R vorzugsweise Wasserstoff, Methyl, i-Propyl, tert.-Butyl oder Chlor,
2 aber auch Ethyl, n-Propyl, η-Butyl oder sek.-Butyl. R
3 4 5
und R sind vorzugsweise Wasserstoff. R und R sind
vorzugsweise gleich, können aber auch verschieden sein. Sie bedeuten unverzweigtes oder verzweigtes Alkyl mit
1-6 C-Atomen, vorzugsweise mit 1-3 C-Atomen, insbeson-3Q
dere Methyl.
Dementsprechend sind die folgenden Verbindungen der allgemeinen Formel I bevorzugt:
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GSPHA9 B
301QH;
l-Phenyl^-hydroxy^-methyl-propanon- (I),
1- (4' -Methylphenyl) ^-hydroxy^-methyl-propanon-(1),
1- (4' -i-Propylphenyl)^-hydroxy^-methyl-propanon-(1),
l-(4'-tert. Butylphenyl)-2-hydroxy-2-methyl-propanon-(l), 1-(4'-Chlorphenyl)-^-hydroxy^-methyl-propanon-(1),
l-(3'4'-Dimethylphenyl)-2-hydroxy-2-methyl-propanon-(l), l-Phenyl^-hydroxy^-methyl-butanon-(1),
l-Phenyl^-hydroxy^-ethyl-butanon- (1),
1-Phenyl-2-hydroxy-2-methyl-pentanon-(1).
In der allgemeinen Formel II bedeutet R unverzweigtes oder verzweigtes Alkyl mit 1-8 C-Atomen, vorzugsweise mit
2-6 C-Atomen, insbesondere mit 3-5 C-Atomen. Beispiele für R sind i-Propyl, η-Butyl, sek. Butyl, n-Pentyl,
i-Pentyl, aber auch Methyl, Ethyl, n-Propyl, tert.-Butyl,
1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, n-Hexyl,
n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, 3,3-Dimethylbutyl.
Dementsprechend sind die folgenden Verbindungen der allgemeinen Formel II bevorzugt:
2-i-Propylthioxanthon,
20. 2-n-Butylthioxanthon,
2-n-Pentylthioxanthon,
2-n-Hexylthioxanthon,
2-sek. Buty1thioxanthon,
2-i-Pentylthioxanthon.
2-i-Propylthioxanthon,
20. 2-n-Butylthioxanthon,
2-n-Pentylthioxanthon,
2-n-Hexylthioxanthon,
2-sek. Buty1thioxanthon,
2-i-Pentylthioxanthon.
Die Herstellung der Verbindungen der allgemeinen Formel I ist aus J.Amer.Chem.Soc. 7_3, 4702 (1951), J.Gen.Chem.
(USSR) 3_0, 792 (1960), Ber.1967, 1047, Tetrahedron Letters
1972, 2423 sowie der DE-OS 27 22 264 bekannt. Vorzugsweise arbeitet man nach dem in der DE-OS 27 22 264 als bevorzugt
genannten Herstellungsverfahren.
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3010H8
Die Herstellung der Verbindungen der allgemeinen Formel II wird beispielsweise in der CS-Patentschrift 113 698
(referiert in CA 64, 17 551 e), in J.Oil Col.Chem.Assoc.
1978, 61., 256-263, in der DE-OS 28 11 755 und in der US-PS
4,101,558 beschrieben.
Die 2-Alkylthioxanthone der allgemeinen Formel II können
den Hydroxyalkylphenonen der allgemeinen Formel I in Anteilen von 0,1 bis 99,9 Gew.%, vorzugsweise von 0,1 Gew.% bis
zur Sättigungskonzentration zugemischt werden. Besonders vorteilhaft sind Gemische, die die beiden Einzelkomponenten
A und B im Gewichtsverhältnis 99,9 : 0,1 bis 40 : 60 enthalten.
Die so erhaltenen Gemische sind flüssig und besitzen dadurch den Vorteil der leichten Einarbeitbarkeit in das
zu polymerisierende System.
Die erfindungsgemäßen Gemische aus Hydroxyalkylphenonen
der allgemeinen Formel I und 2-Alkylthioxanthonen der allgemeinen
Formel II können gemäß der vorliegenden Erfindung als Photoinitiatoren für die Photopolymerisation ethylenisch
ungesättigter Verbindungen bzw. für die Härtung photopoly-
2Q merisierbarer Systeme, die solche Verbindungen enthalten,
und insbesondere auch als UV-Härter für Druckfarben verwendet werden. Diese Verwendung erfolgt in
üblicher Weise. Die erfindungsgemäßen Gemische werden den zu polymerisierenden Systemen in der Regel in Mengen
von 0,1 bis 20 Gew.%, vorzugsweise O,5 bis 12 Gew.% zugesetzt.
Dieser Zusatz geschieht in der Regel durch einfaches Lösen und Einrühren, da die meisten der zu polymerisierenden
Systeme und die erfindungsgemäßen Gemische flüssig oder zumindest gut löslich sind. Unter
einem zu polymerisierenden System wird ein Gemisch von durch freie Radikale initiierbaren mono- oder polyfunktionellen
ethylenisch ungesättigten Monomeren, Oligomeren, Prepolymeren, Polymeren oder Mischungen dieser Oligomeren,
Prepolymeren und Polymeren mit ungesättigten Monomeren
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7* 3010U8
verstanden, das in der Regel weitere Zusätze wie z.B. Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, Farbstoffe, Pigmente,
Reaktionsbeschleuniger enthalten kann. Als ungesättigte Verbindungen kommen alle diejenigen infrage, deren C=C-Doppelbindungen
durch zum Beispiel Halogenatome, Carbonyl-, Cyano-, Carboxy-, Ester-, Amid-, Ether- oder Arylgruppen
oder durch konjugierte weitere Doppel- oder Dreifachbindungen aktiviert sind. Beispiele für solche
Verbindungen sind Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, Methyl-,
Ethyl-, η- oder tert. Butyl-, Cyclohexyl-, 2-Ethylhexyl-,
Benzyl-, Phenyloxyethyl-, Hydroxyethyl-, Hydroxypropyl-, niederes Alkoxyethyl-, Tetrahydrofurfurylacrylat oder
-methacrylat, Vinylacetat, -propionat, -acrylat, -succinat, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcarbazol, Styrol, Divinylbenzol,
substituierte Styrole, sowie die Mischung von solchen ungesättigten Verbindungen. Auch mehrfach ungesättigte
• Verbindungen wie beispielsweise Ethylendiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat,
propoxyliertes Bisphenol-A-diacrylat und -dimethacrylat, Trimethylolpropandiacrylat und Pentaerythrittriacrylat
können mit den erfindungsgemäßen Photoinitiatoren polymerisiert werden. Als photopolymerisierbare
Verbindungen kommen weiterhin ungesättigte Oligomere, Prepolymere oder Polymere und deren Mischung
mit ungesättigten Monomeren in Frage. Hierzu zählen beispielsweise ungesättigte Polyester, ungesättigte
Acrylmaterialien, Epoximaterialien, Urethane, Silikone,
Aminpolyamid-Harze und insbesondere acrylierte Harze wie acryliertes Silikonöl, acrylierter Polyester, acrylierte
Urethane, acrylierte Polyamide, acryliertes Sojabohnenöl, acryliertes Epoxiharz, acryliertes Acrylharz, zweckmäßig
im Gemisch mit einem oder mehreren Acrylaten eines Mono-, Di- oder Polyalkohols.
Die photopolymerisierbaren Verbindungen oder Systeme können 5 in bekannter Weise durch den Zusatz thermischer Inhibitoren
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is3Q1Q148
oder Antioxidantien, wie beispielsweise Hydrochinon oder Hydrochinonderivate, Pyrogallol, Thiophenole, Nitroverbindungen,
ß-Naphthylamine oder ß-Naphthole in den üblichen
Mengen stabilisiert werden, ohne daß dadurch die Initiatorwirkung der erfindungsgemäßen Gemische nennenswert
beeinträchtigt wird. Durch solche Zusätze soll vor allem eine vorzeitige Polymerisation während der Herstellung
der Systeme durch Mischen der Komponenten verhindert werden.
Weiterhin können geringe Mengen von Lichtstabilisatoren, wie beispielsweise Benzophenon-Derivate, Benztriazol-Derivate
oder Phenylsalicylate, zugesetzt werden.
Um die inhibierende Wirkung des Luftsauerstoffs auszuschließen, setzt man den photopolymerisierbaren Systemen
häufig auch Paraffine oder ähnliche wachsartige Stoffe zu. Infolge mangelnder Löslichkeit im Polymeren
schwimmen diese bei Beginn der Polymerisation aus und bilden eine transparente Oberflächenschicht, die den Zutritt
von Luft verhindert. Der Luftsauerstoff kann bei-
20· spielsweise auch durch Einführung von autoxidablen Gruppen, wie z.B. Allylgruppen, in das zu härtende System
desaktiviert werden.
Weiterhin können den photopolymerisierbaren Systemen bekannte Pigmente oder Farbstoffe, wie sie z.B. in
photochemisch aushärtenden Druckfarben gebräuchlich sind, zugesetzt werden. In diesem Fall wird die Photoinitiatormenge
höher gewählt, beispielsweise 6 bis 12 Gew.%, während für farblose photopolymerisierbare Produkte 0,1
bis 3 Gew.% in den meisten Fällen voll ausreichen. Je nach Verwendungszweck können weitere Füllstoffe, wie
Talkum, Gips oder Kieselsäure, Fasern, organische Zusatzstoffe, wie Thixotropiemittel, Verlaufsmittel,
weitere Bindemittel, Gleitmittel, Mattierungsmittel,
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Weichmacher, Netzmittel, Silikone zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit, Antiausschwimmittel oder geringe
Mengen an Lösungsmittel zugesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, den photopolymerisierbaren Systemen Reaktionsbeschleuniger zuzusetzen· Als solche
Reaktionsbeschleuniger kommen beispielsweise organische Amine, Phosphine, Alkohole, und/oder Thiole, die alle
mindestens eine zum Heteroatom α-ständige CH-Gruppe aufweisen,
in Frage. Ganz besonders geeignet sind z.B.
primäre, sekundäre und tertiäre aliphatische, aromatische, araliphatische oder heterocyclische Amine, wie sie z.B.
in der US-PS 3.759.807 beschrieben sind. Beispiele für solche Amine sind Butylamin, Dibutylamin, Tributylamin,
Cyclohexylamih, Benzyldimethylamin, Di-cyclohexylamin,
Triethanolamin, N-Methyldiethanolamin, Phenyl-diethanolamin,
Piperidin, Piperazin, Morpholin, Pyridin, Chinolin, p-Dimethylaminobenzoesäureethylester, p-Dimethylaminobenzoesäurebutylester,
4,4'-Bis-dimethylamino-benzophenon (Michlers Keton) oder 4,4'-Bis-diethylamino-benzophenon.
Besonders bevorzugt sind tertiäre Amine wie beispielsweise Trimethylamin, Triethylamin, Tri-isopropylamin,
Tributylamin, Octyl-dimethylamin, Dodecyl-dimethylamin,
Triethanolamin, N-Methyl-diethanolamin, N-Butyl-diethanolamin,
Tris(hydroxypropyl)amin, Dimethylaminobenzoesäurealkylester, Michlers Keton.
Weiterhin kommen als Reaktionsbeschleuniger beispielsweise Trialkylphosphine, sek. Alkohole und Thiole in
Frage.
Photopolymerisierbare Systeme, die zusätzlich als Reaktionsbeschleuniger
ein tertiäres organisches Amin enthalten, stellen somit eine besonders bevorzugte Form der
vorliegenden Erfindung dar.
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Der Ausdruck "Photopolymerisation von ethylenisch ungesättigten
Verbindungen" ist im weitesten Sinn zu verstehen. Darunter fällt z. B. das weitere Polymerisieren oder
das Quervernetzen von polymeren Materialien, z. B. von Prepolymeren, die Homo-, Co- und Terpolymerisation von
einfachen Monomeren und auch die Kombination der genannten Reaktionsarten.
Die Photopolymerisation erfolgt nach bekannten Methoden
durch Bestrahlen mit Licht oder UV-Strahlung des Wellen-
^q längenbereichs von 250 bis 500 nm, vorzugsweise von
3OO bis 400 nm. Als Strahlenquellen können Sonnenlicht oder künstliche Strahler verwendet werden. Vorteilhaft
sind z. B. Quecksilber-Hochdruck-, -Mitteldruck- oder -Niederdrucklampen, Xenon- und Wolframlampen; Laser-
^5 Lichtquellen können ebenfalls eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Gemische können als Photoinitiatoren bei der UV-Härtung von dünnen Schichten, wie z.B.
Papier-, Kunststoff- und Metallbeschichtungen eingesetzt werden und bieten besondere Vorteile als Initiatoren
für die Photohärtung von Druckfarben und für photohärtbare Systeme zur Herstellung von Druckplatten.
Insbesondere die Photohärtung von Druckfarben hat eine große Bedeutung erlangt, da die Trocknungszeit des Bindemittels
ein maßgeblicher Faktor für die Produktions-
geschwindigkeit graphischer Erzeugnisse ist und in der Größenordnung von Bruchteilen von Sekunden liegt. Bei
der Herstellung von Druckplatten werden z. B. Gemische von löslichen linearen Polyamiden mit photopolymerisierbaren
Monomeren, beispielsweise Acrylamiden, und
einem Photoinitiator verwendet. Filme oder Platten aus diesen Systemen werden über das Negativ oder über das
Positiv der Druckvorlage belichtet und die ungehärteten
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Anteile werden anschließend mit einem Lösungsmittel eluiert.
In den folgenden Beispielen werden die Herstellung und Verwendung der erfindungsgemäßen Gemische als Photoinitiatoren
bei der Photopolymerisation ethylenisch ungesättigter Verbindungen näher beschrieben. Dabei sind
Konzentrations- und Prozentangaben, soweit nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht bezogen.
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Eine Harzmischung aus 100 Teilen Titandioxid (Anatas), 63,5 Teilen eines Urethanacrylat-Harzes (Uvimer 530 der
Firma Bayer, Leverkusen), 36,5 Teilen Butandiol-l,4-diacrylat und 4 Teilen N-Methyldiethanolamin wird nach Zusatz
von 2,5 % des Initiatorgemisches unter Gelblicht, um unkontrollierbare Tageslichteinflüsse auszuschalten,
in einer Dicke von 15 pm auf Aluminiumfolie aufgebracht.
Die anschließende Härtung dieser Filme erfolgt mit einem Minicure-Gerät (der Fa. Primäre ITP (England)), bei dem
die Lackproben auf einem Transportband mit variabler Geschwindigkeit unter einer Hg-Hochdrucklampe (Strahlungsstärke 80 W/cm) vorbeibewegt und dabei bestrahlt werden.
Durch Änderung der Bandgeschwindigkeit wird die Strahlendosis variiert.
In den folgenden Tabellen 1 bis 4 wird in den ersten Spalten die jeweilige Zusammensetzung des verwendeten
Initiatorgemisches in Gew.-Teilen angegeben. In der letzten Spalte wird die Bandgeschwindigkeit (in m/Min)
angegeben, bei der der Film noch derart ausgehärtet wird, daß mittels eines Bleistiftes der Härte 6 B
keine Schichtverletzung mehr möglich ist. Der gleiche Härtegrad eines mit UV-Strahlung gehärteten Lacksystems
wird - unter sonst gleichen Bedingungen - in umso kürzerer Bestrahlungszeit erhalten, je reaktiver das verwendete
Initiatorgemisch ist.
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- JKT--
Io
3Ö1GU8
Zusammensetzung des verwendeten | Teile | Bandgeschwin | 20 |
Initiatorgemisches | 2-i-Propyl- | digkeit in | 40 |
Teile | thioxanthon | m/Min | >250 |
l-Phenyl-2-hydroxy- | _ | >250 | |
2-methyl-propanon-(1) | 1 | >250 | |
100 | 5 | >250 | |
99 | 10 | 15 | |
95 | 20 | ||
90 | 40 | ||
80 | 100 | ||
60 | |||
- |
Eine Harzmischung aus 100 Teilen Titandioxid (Anatas),
® 63,5 Teilen eines Epoxiacrylatharzes (Laromer 2555 der Firma BASF, Ludwigshafen), 36,5 Teilen Butandiol-1,4-diacrylat
und 4 Teilen N-Methyldiethanolamin wird mit 2,5 Gew.% des jeweiligen Initiatorgemisches
versetzt und, wie in Beispiel A beschrieben, auf Aluminiumfolie aufgebracht und bestrahlt. Dabei wurden
folgende Resultate erhalten:
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Zusammensetzung des verwendeten | Teile | Teile | 1 | 1 | Teile | Bandgeschwin | |
Initiatorgemisches | l-(4'-Chlor- | 2-Methyl- | 5 | 15 | 2-i-Pro- | digkeit in | |
Teile | phenyl)-2-hy | thioxanthon | 15 | pylthio- | m/Min | ||
5 | l-Phenyl-2-hy- | droxy- 2-me thyl·· | 100 | xanthon | |||
droxy-2-methyl- | ?ropanon-(l) | - | |||||
propanon-(l) | - | - | - | - | 4 | ||
- | - | - | 20 | ||||
10 | 100 | - | - | - | 45 | ||
99 | - | - | - | 55 | |||
95 | - | - | 20 | ||||
85 | 100 | - | 2 | ||||
. - ' | 99 | 1 | 20 | ||||
15 | - | 90 | 10 | 40 | |||
- | 60 | 40 | 35 | ||||
- | - | 100 | 10 | ||||
- | 99 | - | 20 | ||||
- | 85 | — | 50 | ||||
20 | - | ||||||
— |
Eine Harzmischung aus 100 Teilen Titandioxid (Anatas),
63,5 Teilen SVP 1928 (Harz der Firma Degussa, Frankfurt/M.)/
36,5 Teilen Butandiol-1,4-diacrylat und 4 Teilen
N-Methyldiethanolamin wird mit 2,5 Gew.% des jeweiligen
Initxatorgemisches versetzt und, wie in Beispiel A beschrieben, auf Aluminiumfolie aufgebracht
und bestrahlt.
und bestrahlt.
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Il
In der folgenden Tabelle 3 sind die Ergebnisse, die mit verschiedenen Photoinitiator-Gemischen erzielt
wurden, zusammengestellt.
Zusammensetzung des | - | 99 | - | verwendeten | 1 | Teile | Bandgeschwin | 4 |
Initiatorgemisches | 95 | 10 | 2-Methyl- | digkeit in | 15 | |||
Teile | 85 | Teile | 20 | thioxanthon | m/Min | 40 | ||
1-(4'-i-Propylphe- | 2-i-Propyl- | 40 | 40 | |||||
ny1)-2-hydroxy-2- | thioxanthon | 100 | _ | 35 | ||||
methyl-propanon-(l) | - | - | 15 | |||||
100 | _ | - | - | 15 | ||||
99 | - | 40 | ||||||
90 | - | - | 45 | |||||
80 | - | 20 | ||||||
60 | ' 1 | |||||||
5 | ||||||||
15 | ||||||||
100 | ||||||||
Eine Harzmischung aus 45 Teilen eines Acrylatharzes
(Plex® 6628-0 der Firma Röhm, Darmstadt), 18,5 Teilen
® eines weiteren Acrylatharzes (Plex 6673-0 der Firma Röhm, Darmstadt), 36,5 Teilen Butandiol-l,4-diacrylat
und 4 Teilen N-Methyldiethanolamin wird mit 2,5 Gew. %
des Initiatorgemisches versetzt und, wie in Beispiel A beschrieben, auf Aluminiumfolie aufgebracht und bestrahlt.
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Die Resultate sind in Tabelle 4 zusammengefaßt:
301OU
Zusammensetzung des verwendeten | 2-i-Propyl- | 100 | - | _ | 1 | Teile | Bandge |
Initiatorgemisches | phenyl)-2-hydroxy-j thioxanthon | 99 | 10 | 2-Methyl- | schwindig | ||
Teile j Teile | 2-methyl-propanon- | 90 | 20 | thioxanthon | keit in | ||
1-(3',4'-Dimethyl- | (D | 80 | 40 | m/Min | |||
60 | 100 | ||||||
- | 10 | ||||||
99 | - | - | 25 | ||||
95 | - | >250 | |||||
85 | - | >250 | |||||
- | >250 | ||||||
- | 15 | ||||||
1 | 25 | ||||||
5 | >250 | ||||||
15 | >250 | ||||||
100 | 20 | ||||||
Eine Harzmischung aus 100 Teilen Titandioxid (Anatas), 63,5 Teilen eines Epoxiacrylatharzes (Laromer 2555
der Firma BASF, Ludwigshafen), 36,5 Teilen Butandiol-1,4-diacrylat
und 4 Teilen N-Methyldiethanolamin wird mit 2,5 Gew.% eines Gemisches aus 99,9 Teilen l-Phenyl-2-hydroxy-2-methyl-propanon-(l)
und 0,1 Teilen 2-i-Propylthioxanthon versetzt und auf Aluminiumfolie aufgebracht.
3Q Nach Bestrahlung wird eine weiße, klebfreie, durchgehärtete
Oberflächenbeschichtung erhalten.
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Eine Harzmischung aus 100 Teilen Titandioxid (Anatas), 63,5 Teilen eines Acrylatharzes (Plex 6628-0 der Firma
Röhm, Darmstadt), 18,5 Teilen eines weiteren Acrylatharzes (Plex 6673-0 der Firma Röhm, Darmstadt), 36,5 Teilen
Butandiol-l,4-diacrylat und 4 Teilen N-Methy!diethanolamin
wird mit 2,5 Gew.% eines Gemisches aus 40 Teilen 1-(4-i-Propylphenyl)-^-hydroxy^-methylpropanon- (1) und
60 Teilen i-Pentylthioxanthon versetzt und auf Aluminiumfolie aufgebracht. Der nach der Bestrahlung erhaltene Film
ist klebfrei und kratzfest.
® 63,5 Teile exnes Epoxiacrylatharzes (Laromer 8555 der
Firma BASF, Ludwigshafen) werden mit 36,5 Teilen Butandioldiacrylat und 20 Teilen Heliogenblau auf einer
Dreiwalze angerieben. Zu der erhaltenen blauen Druckfarbe werden 2 Gew.% eines Gemisches aus 90 Teilen l-(4-Chlorphenyl)-2-hydroxy-2-methyl-propanon-(l)
und 10 Teilen 2-Isopropylthioxanthon zugesetzt. Nach Verdrucken auf
Kunstdruckpapier in 1 μπι Stärke wird mit UV-Licht bestrahlt.
Die erhaltenen Druckbogen sind sofort stapelfähig.
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Claims (9)
- Merck Patent Gesellschaft mit beschränkter Haftung, DarmstadtPatentansprüche:Als Photoinitiatoren verwendbare Gemische auf Basis von aromatisch-aliphatischen Ketonen, dadurch gekennzeichnet, daß sieA) mindestens ein Hydroxyalkylphenon der allgemeinen Formel IVS-CO-CR4R5OH(I)worinR H, Alkyl mit 1-4 C-Atomen oder Chlor,R2 H oder Methyl,R3 H oder Methyl,R Alkyl mit 1-6 C-Atomen undR Alkyl mit 1-6 C-Atomenbedeuten,GSPHA9 B130039/0547- 2 -:- ■-·'--' 30Ί0Η8sowieB) mindestens ein 2-Alkylthioxanthon der allgemeinen Formel IIworinR Alkyl mit 1-8 C-Atomen bedeutet, enthalten.
- 2. Als Photoinitiatoren verwendbare Gemische nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Komponenten A und B im Gewichtsverhältnis von 99,9 : 0,1 bis 40 : 60 enthalten.
- 3·. Verwendung von Gemischen nach Anspruch 1 oder 2 als Photoinitiatoren.
- 4. Verwendung von Gemischen nach Anspruch 1 oder 2 als Photoinitiatoren für die Photopolymerisation ethylenisch ungesättigter Verbindungen.
- 5. Verwendung von Gemischen nach Anspruch 1 oder 2 als UV-Härter für Druckfarben.
- 6. Photopolymerisierbares System, enthaltend mindestens eine ethylenisch ungesättigte photopolymerisierbare Verbindung sowie gegebenenfalls weitere bekannte und übliche Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gemisch nach Anspruch 1 oder 2 als Photoinitiator enthält.1 30039/0547GSPHA9 B- 3 - :- ··■■·--' ·■·*■-" 3010U8
- 7. Photopolymerisierbares System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,1 bis 20
Gew. % eines Gemisches nach Anspruch 1 oder 2 als Photoinitiator enthält. - 8. Verfahren zur Photopolymerisation von ethylenisch ungesättigten Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zu polymerisierenden Gemisch vor der Auslösung der Photopolymerisation ein Gemisch nach Anspruch 1 oder 2 als Photoinitiator zusetzt.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zu polymerisierenden Gemisch vor der Auslösung der Photopolymerisation 0,1 bis 20 Gew. % eines Gemisches nach Anspruch 1 oder ' als Photoinitiator zusetzt.130039/0S47GSPHA9 B
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