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課題・解決手段

適切な長さのアルキル鎖を有し、光重合系において光開始剤または増感剤として、とくに食品用途に適合するコーティングの調製に使用することができる、チオキサントンの3−エステル類および3−アミド類

概要

背景

本発明の説明
光重合系は、適切な波長光放射への露出により、重合化を開始することができるラジカルを発生させる、官能基分子内に有する光開始剤を含有する。
光開始剤が、低毒性、低揮発性低抽出性(低移動性)および低臭気性の厳しい要求を満たさなければないこと、ならびに光重合系と高度に適合しなければならないことは、周知である。これらの特性は、食品パッケージセクターにおいて、とくにパッケージ印刷に使用されるインクに必須である。

光開始剤からの汚染は、食品官能特性を変更し得、また、現在の法規制禁止されている。
さらに、光重合系において、基材への粘着性損失などの望ましくない効果の原因となり得る化合物の移動性を低減させるのは、必須である。
イソプロピルチオキサントン(ITX)およびその誘導体は、顔料系に対して非常に良好な光開始剤および増感剤であることが知られているが、ITXは、光重合コーティングから、とくに印刷インクからパッケージされた食品内へ、間接的な接触の結果として移動する傾向があることから、食品パッケージに対しては好適ではない。

一般的に、チオキサントンの誘導体の移動を回避することを目的とする構造の変更は、例えば米国特許第4,348,530号に記載のとおり、不飽和共重合性基の導入に基づくか、あるいは、OMNIPOL TX(登録商標)(IGMResins)または中国特許出願公開第1660837号に記載の生成物などのチオキサントンのオリゴマー誘導体の合成に基づく。
残念なことに、これらのチオキサントンの誘導体の化学反応性は、常にITXよりも劣る結果となる。とくに、オリゴマー誘導体は、例外なくITXよりも反応性が低い。

文献(Journal of Photochemistry, 35 (1986), 353-356)から、適宜置換されたいくつかの高分子量のチオキサントンの誘導体が、ITXの反応性に匹敵する反応性を有し得ることが知られている。とくに、チオキサントンの1または3位の電子求引基の存在は、反応性の増加をもたらす光の吸収における深色移動を生み出す。かかる反応性の増加は、光重合性組成物の応用性能を低減させる分子量の増加を、同重量の光開始剤を使用することによって相殺する。

米国特許第4,505,794号は、ITXと比較して配合物における溶解度を改善するための1および3位において置換されたチオキサントンのいくつかのエステル類およびアミド類の調製を記載する。とくに、チオキサントンの1位メチルエステル類およびN−イソプロピルアミドは、高活性を有する生成物であると示されている一方、エチルおよびn−ブチルエステル類のみが、3位における置換基として記載されており、アミドは記載がない。

概要

適切な長さのアルキル鎖を有し、光重合系において光開始剤または増感剤として、とくに食品用途に適合するコーティングの調製に使用することができる、チオキサントンの3−エステル類および3−アミド類。

目的

一般的に、チオキサントンの誘導体の移動を回避することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

70〜99.9重量%の少なくとも1種の光重合性化合物および0.1〜20重量%の少なくとも1種の式I式中、RはOR1、SR1またはNR2R3であり、R’は水素あるいは直鎖状または分枝状アルキル鎖C1−C4であり、R1は直鎖状または分枝状アルキル鎖C8−C16であり、R2およびR3は同一または異なることができ、直鎖状または分枝状鎖C4−C8であるか、あるいは、任意に置換され、2個までのさらなるヘテロ原子を含む5または6員環を形成するために結合することができる、で表されるチオキサントン誘導体を含む、光重合性組成物

請求項2

チオキサントンの誘導体が式1で表される化合物であり、式中、RがOR1またはNR2R3である、請求項1に記載の光重合性組成物。

請求項3

チオキサントンの誘導体が式1で表される化合物であり、式中、R’が水素であるか、またはR’が7位に位置し、メチルである、請求項2に記載の光重合性組成物。

請求項4

チオキサントンの誘導体が式1で表される化合物であり、式中、RがOR1であって、R1がC12直鎖状アルキル鎖である、請求項2または3に記載の光重合性組成物。

請求項5

チオキサントンの誘導体が式1で表される化合物であり、式中、RがNR2R3であって、R2およびR3がイソブチルである、請求項2または3に記載の光重合性組成物。

請求項6

少なくとも1種の共開始剤をさらに含む、請求項1または4または5に記載の光重合性組成物。

請求項7

共開始剤が(ビス−N,N−[4−ジメチルアミノベンゾイルオキシエチレン−1−イル]−メチルアミン)である、請求項6に記載の光重合性組成物。

請求項8

70〜98.9重量%の少なくとも1種の光重合性化合物、0.1〜5重量%の少なくとも1種の式Iで表されるチオキサントン誘導体および1〜10重量%の少なくとも1種の増感光開始剤を含む、請求項1または4または5に記載の光重合性組成物。

請求項9

増感性光開始剤が1−[4−[(4−ベンゾイル−フェニル)−チオ]−フェニル]−2−メチル−2−[(4−メチル−フェニル)−スルホニル]−プロパン−1−オンである、請求項8に記載の光重合性組成物。

請求項10

式I式中、RはOR1であって、R1はC12直鎖状アルキル鎖であり、およびR’は水素であるか、またはR’は7位に位置し、メチルである、で表されるチオキサントンの誘導体。

請求項11

式I式中、RはNR2R3であって、R2およびR3はイソブチルであり、およびR’は水素であるか、またはR’は7位に位置し、メチルである、で表されるチオキサントンの誘導体。

請求項12

食品パッケージの調製における、請求項1〜9のいずれか一項に記載の光重合性組成物の使用。

技術分野

0001

本発明は、光開始剤および増感剤として使用することができるチオキサントン置換された誘導体に、前記誘導体を含む光重合性組成物に、および前記組成物を適用する基材コーティングする方法に関する。

背景技術

0002

本発明の説明
光重合系は、適切な波長光放射への露出により、重合化を開始することができるラジカルを発生させる、官能基分子内に有する光開始剤を含有する。
光開始剤が、低毒性、低揮発性低抽出性(低移動性)および低臭気性の厳しい要求を満たさなければないこと、ならびに光重合系と高度に適合しなければならないことは、周知である。これらの特性は、食品パッケージセクターにおいて、とくにパッケージ印刷に使用されるインクに必須である。

0003

光開始剤からの汚染は、食品官能特性を変更し得、また、現在の法規制禁止されている。
さらに、光重合系において、基材への粘着性損失などの望ましくない効果の原因となり得る化合物の移動性を低減させるのは、必須である。
イソプロピルチオキサントン(ITX)およびその誘導体は、顔料系に対して非常に良好な光開始剤および増感剤であることが知られているが、ITXは、光重合コーティングから、とくに印刷インクからパッケージされた食品内へ、間接的な接触の結果として移動する傾向があることから、食品パッケージに対しては好適ではない。

0004

一般的に、チオキサントンの誘導体の移動を回避することを目的とする構造の変更は、例えば米国特許第4,348,530号に記載のとおり、不飽和共重合性基の導入に基づくか、あるいは、OMNIPOL TX(登録商標)(IGMResins)または中国特許出願公開第1660837号に記載の生成物などのチオキサントンのオリゴマー誘導体の合成に基づく。
残念なことに、これらのチオキサントンの誘導体の化学反応性は、常にITXよりも劣る結果となる。とくに、オリゴマー誘導体は、例外なくITXよりも反応性が低い。

0005

文献(Journal of Photochemistry, 35 (1986), 353-356)から、適宜置換されたいくつかの高分子量のチオキサントンの誘導体が、ITXの反応性に匹敵する反応性を有し得ることが知られている。とくに、チオキサントンの1または3位の電子求引基の存在は、反応性の増加をもたらす光の吸収における深色移動を生み出す。かかる反応性の増加は、光重合性組成物の応用性能を低減させる分子量の増加を、同重量の光開始剤を使用することによって相殺する。

0006

米国特許第4,505,794号は、ITXと比較して配合物における溶解度を改善するための1および3位において置換されたチオキサントンのいくつかのエステル類およびアミド類の調製を記載する。とくに、チオキサントンの1位メチルエステル類およびN−イソプロピルアミドは、高活性を有する生成物であると示されている一方、エチルおよびn−ブチルエステル類のみが、3位における置換基として記載されており、アミドは記載がない。

0007

我々は、1または3位におけるエステルまたはアミドの導入が、それらの反応性の観点から同等ではないこと、とくに、3位において置換された誘導体は、目立ってより活性があることを今や観察した。驚くべきことに、さらに、チオキサントンの3位エステル類、チオエステル類およびアミド類の総合的な性能(すなわち、光重合系との反応性、溶解度および適合性ならびに低抽出性)は、酸素または窒素に結合するアルキル鎖の長さに強く依存する。これらの鎖は、適切に選択されるとき、配合物におけるチオキサントンの誘導体の抽出性を低減または廃絶し、よって優れた適合性および反応性を維持する。

0008

したがって、本発明の目的は、適切な長さのアルキル鎖を有し、光重合系において光開始剤または増感剤として、とくに食品用途に適合するコーティングの調製に使用することができる、特定のエステル類およびアミド類のチオキサントンである。
増感剤は、エネルギー移動のプロセスを通じて、光開始剤単独では反応性を示さない波長で光開始剤を活性化する化合物を意味する。

0009

本発明の説明
本発明の目的は、70〜99.9重量%の、好ましくは70〜98.9重量%の、少なくとも1種の光重合性化合物および0.1〜20重量%の、好ましくは0.2〜7重量%の、少なくとも1種の式I



式中、
RはOR1、SR1またはNR2R3であり、
R’は水素あるいは直鎖状または分枝状アルキル鎖C1−C4であり、
R1は直鎖状または分枝状アルキル鎖C8−C16であり、
R2およびR3は同一または異なることができ、直鎖状または分枝状鎖C4−C8であるか、あるいは、任意に置換され、2個までのさらなるヘテロ原子を含む5または6員環を形成するために結合することができる、
で表されるチオキサントンの誘導体を含む、光重合性組成物である。

0010

本発明のさらなる目的は、式I



式中、RはOR1であって、R1はC12直鎖状アルキル鎖であるか、あるいは、RはNR2R3であって、R2およびR3はイソブチルであり、およびR’は水素であるか、またはR’は7位に位置し、メチルである、
で表されるチオキサントンの誘導体である。

0011

本発明の別の目的は、食品パッケージの調製における、とくに光架橋性顔料インクとしての、上述の光重合性組成物の使用である。
本発明のさらなる態様は、以下のステップを含む基材のコーティング方法である。
I.前記基材に、重合化後に0.2〜100ミクロンの厚さのコーティングが得られる量の上記の本発明の光重合性組成物を適用する
II.UV−可視領域内発光帯を有する光源により組成物を光重合化する
最後に、本発明の目的は、食品パッケージの調製における上述の方法に従いコーティングした基材の使用である。

0012

発明の詳細な説明
光重合性組成物の調製のために、RがOR1またはNR2R3である式Iで表されるチオキサントンの誘導体が好ましい。
好ましくはR’が水素であるか、またはR’が7位にあり、メチルである。
R1が直鎖状C12鎖であり、R2およびR3が両方イソブチル基である誘導体が、とくに好ましい。

0013

本発明の式Iで表されるチオキサントンの誘導体は、当業者に知られた従来の方法に従い、調製することができる。
とくにそれらは、式IIまたはII’



式中、R’は、式Iで表されるものと同じ意味を有する、
で表される化合物を、以下のスキームに従い環化して調製することができる。

0014

化合物の環化は、−50℃および150℃の間、好ましくは−10℃および50℃の間の温度で、反応を完了するのに適切な期間、通常は15分間および2時間の間、プロトン酸またはルイス酸の存在下で得ることができる。
好適なプロトン酸の例は、濃硫酸塩化スルホン酸メタンスルホン酸およびポリリン酸である。ルイス酸の例は、三塩化アルミニウム、三臭化アルミニウム三フッ化ホウ素塩化亜鉛および塩化鉄(III)である。

0015

式IIで表される化合物は、式IIIまたはIVで表される化合物、またはそれらの誘導体の1つを、式Vで表される化合物と反応させることにより、調製することができる。

0016

化合物IIIおよびIVにおいて、R’は、式Iのものと同じ意味を有し、Yは、OMe、OEt、Cl、BrまたはOY’であり得、ここでY’は、水素、アルカリまたはアルカリ土類金属であり得、Zは、チオール基、アルカリまたはアルカリ土類金属とのその塩の1つ、またはその塩化誘導体の1つであり得る。
式Vで表される化合物において、基Xは、良好な離脱基、例えばCl、Brの原子であり、Yは、上述と同じ意味を取る。

0017

反応は、0および300℃の間で、しかし好ましくは50および200℃の間で、有機溶媒、好ましくはジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどの非プロトン性溶媒の存在下で、および米国特許第3,904,647号に記載されているように銅粉および無水炭酸カリウムの存在下で、反応スキームに従い、行われる。

0018

使用することができる化合物IIIの例は、チオサリチル酸およびその誘導体であり、一方、化合物IVの例は、ジチオサリチル酸およびその誘導体である。
式II’で表される化合物は、米国特許第4,505,794号に記載されているように、式VIで表される化合物またはその誘導体を、式VIIで表される化合物と、



式中、R’、X、YおよびZは、既述の意味を有する、
スキームに従い反応させることにより得ることができる。

0019

ジフェニルチオエーテルの形成は、チオール基の塩を、上に示したような高沸点極性有機溶媒またはそれらの混合物中で、アルカリ土類金属と、および置換されたニトロ−ベンゼンと、反応させることによって得てもよい。混合物を、好ましくは50℃および150℃の間の温度で、反応を完了させるのに十分な時間、大抵は2および7時間の間、維持する。

0020

式Iのエステル類またはチオエステル類の調製は、反応式Iにおいて得られるカルボン酸またはその誘導体の1つ、一例としてその塩化アシルを、アルコールまたはチオールと、任意にトルエンまたは塩化メチレンなどの有機溶媒中で反応させることによって行うことができるが、反応は好ましくは、反応生成量に対して還流温度における過剰量のアルコールまたはチオールを使用して行われる。カルボン酸の使用には、気体状HClまたは濃硫酸などの脱水剤の存在が必要である一方、塩化アシルの使用には、トリエチルアミンまたはピリジンなどの有機塩基の存在が必要である。

0021

式Iで表される第二級アミド類は、反応式Iにおいて得られるカルボン酸またはその誘導体の1つを、対応する第二級アミンと、塩化メチレン、トルエン、ジオキサンなどの好適な不活性溶媒中で、任意に20および100℃の間の温度で過剰量のアミンの存在下で、反応させることによって得られる。
その誘導体の1つにおける、とくに塩化アシルにおける、反応式Iにおいて得られる酸の変換は、塩化チオニル塩化オキサリル五塩化リンなどの塩素化剤を使用して、任意に不活性溶媒の存在下で、過剰量の塩素化剤を用いて、得ることができる。

0022

本発明の光重合性組成物はまた、重合化速度を増加させる水素供与体として働く分子である共開始剤都合よく含むことができる。共開始剤は、当該技術分野において知られており、それらは典型的には、アルコール類チオール類アミン類またはエーテル類であり、ヘテロ原子に隣接する炭素に結合する利用可能な水素を有する。かかる共開始剤は一般的に、0.2および15重量%の間の、好ましくは0.2〜8重量%の量で存在する。好適な共開始剤は、脂肪族、脂環式芳香族アリール脂肪族複素環式、オリゴマーまたはポリマーアミンを含むが、これらに限定されない。それらは、第一級、第二級または第三級アミン類、例えばブチルアミンジブチルアミントリブチルアミンシクロヘキシルアミンベンジルジメチルアミンジシクロヘキシルアミン、トリエチルアミン、フェニルジエタノールアミンピペリジンピペラジンモルホリン、ピリジン、キノリンジメチルアミノ安息香酸エステル類、ミヒラーケトン(4,4’−ビスジメチルアミノベンゾフェノン)であり得る。食品パッケージ用として、非抽出性共開始剤、例えばイタリアLamberti S.p.A.からのEsacure A198(ビス−N,N−[4−ジメチルアミノベンゾイルオキシエチレン−1−イル]−メチルアミン)を使用することが望ましい。

0023

本発明の光重合性組成物はまた、他の光開始剤を都合よく含むことができる。式Iで表されるチオキサントンの誘導体と組み合わせて使用することができる光開始剤の例は、ベンゾフェノン類ケトスルホン類、α−アミノケトン類ベンゾインおよびベンゾインエーテル類、ベンジルケタール類、α−ヒドロキシケトン類である。
食品パッケージに好適な好ましい光開始剤は、α−ヒドロキシケトン類、ケトスルホン類および二官能性光開始剤、例えばEsacure 1001およびEsacure ONE(イタリアLamberti S.p.A.により商品化)のクラスに属する。

0024

さらなる光開始剤を、本発明の光重合性組成物に、0.5および10重量%の間の、好ましくは1および5重量%の間の量で添加することができる。
とくに好ましい態様において、本発明の式Iで表されるチオキサントンの誘導体は、光重合性組成物における増感性光開始剤の増感剤として使用される。

0025

この場合、光重合性組成物は、70〜98.9重量%の少なくとも1種の光重合性化合物、0.1〜5重量%の少なくとも1種の式Iで表されるチオキサントン誘導体、1〜10重量%の少なくとも1種の増感性光開始剤、例えばケトスルホンまたはα−アミノケトンならびに、場合により、共開始剤を含む。
好ましい増感性光開始剤は、1−[4−[(4−ベンゾイル−フェニル)−チオ]−フェニル]−2−メチル−2−[(4−メチル−フェニル)−スルホニル]−プロパン−1−オン(Esacure 1001)である。

0026

上記のとくに好ましい組成物において、共開始剤は一般的に、0.2および15重量%の間の、好ましくは0.2〜8重量%の量で存在する。
光重合性化合物は、モノマー、オリゴマー、プレポリマー、典型的にエチレン性不飽和化合物またはこれらの混合物であり、ラジカル重合化を経ることができるものを意味する。また、異なる程度の官能性を有するモノマーの組合せ、オリゴマーおよびプレポリマーを、使用することができる。

0027

本発明の光重合性組成物のモノマーおよびオリゴマーは、ビニルエーテル類;N−ビニルピロリドントリメチロールプロパンジアリルエーテルなどの単官能性および多官能性アリルエーテルスチレン類およびα−メチルスチレン類;脂肪族アルコールを有する(メタアクリル酸エステル類グリコール類ペンタエリスリトールまたはトリメチロールプロパンなどのポリヒドロキシル化化合物アクリル酸または脂肪族酸ビニルアルコールエステル類、フマル酸およびマレイン酸の誘導体から選択することができる。
本発明に好適なオリゴマーまたはプレポリマーは、例えば、アクリルマレインまたはフマル官能基を有するポリエステル類ポリアクリレート類、ポリウレタン類エポキシ樹脂ポリエーテル類を含む。

0028

上記化合物以外に、この分野において通常使用され、当業者に知られた他の成分を、本発明の光重合性組成物に添加してもよい。例えば、熱安定剤光酸化安定剤、抗酸化剤充填剤分散剤色素、着色および/または乳白物質および一般用途の他の添加剤である。本発明の光重合性組成物の他の成分は、化学的に不活性な物質として存在する非光重合性ポリマーであり得、例としては、ニトロセルロースポリアクリルエステル類、ポリオレフィン類などである。好ましい成分は、食品パッケージに好適な反応性および毒性特性を有するものである。

0029

式Iで表されるチオキサントンの誘導体は、透明な光重合性組成物および不透明なまたは顔料組成物の両方において機能し、例えば、光架橋性インクの調製にも有用である。
RがOR1であって、R1がC12直鎖状アルキル鎖であるか、あるいはRがNR2R3であって、R2およびR3がイソブチルであり、およびR’が水素であるか、またはR’が7位に位置し、メチルである、式Iで表されるチオキサントン誘導体が、とりわけ食品パッケージ用の顔料光架橋性インクの調製にとくに好適である。
本発明において請求される組成物は、金属、木材、紙およびプラスチック表面処理に有用である。

0030

本発明の組成物を光重合化するために好適な光源の例は、水銀または超化学線(super actinic)ランプ;金属ハロゲン、すなわちヨウ化鉄,またはエキシマ—ランプ;UV−可視領域、とくに180および450nmの間の発光帯の、あるいは適切な波長(例えば405nm)および良好な出力で放射するレーザーを備えたLEDである。好適な光源のうち、太陽光および180nmからIR帯までの波長を有する電磁放射を放射する他の源もまた、含むことができる。

0031

本発明の光重合性組成物は一般的に、食品と接触する用途に適合するコーティングの調製に、とくに食品パッケージにおいて使用される光重合性インクの調製に、とくに好適である。
説明目的のためのみであり、限定的ではない、式Iで表されるチオキサントンの誘導体の調製および本発明の光重合性組成物の例を、以下の段落に報告する。

0032


7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−3−カルボン酸の調製
10g(80.65mmoles)の4−メチルベンゼンチオールを温度計およびコンデンサを備えた三つ口フラスコに添加し、50ccのジメチルホルムアミドに溶解させる。3.39g(84.75mmoles)の細かい粉末水酸化ナトリウムを添加し、溶液を、1/2時間、連続攪拌下で、室温で休ませる。そして、18.89g(79.04mmoles)の2−ニトロベンゼン−1,4−ジカルボン酸ジメチルを添加し、温度を75℃に1.5時間維持する。反応が終了したら、混合物を冷却し、100mlの水を加える。形成された沈殿物をろ過し、120mlのメタノール中9.33g(16.67mmoles)の水酸化カリウムの溶液と還流させながら、1時間攪拌する。

0033

混合物を冷却し、脱色のために活性炭を含有する水に注ぎ、1時間の攪拌後、混合物をセライトろ過する。有機溶媒をロータリーエバポレータ—で蒸留し、残留物を塩化メチレンで洗浄する(2回)。そして、水相塩酸37%で酸性化する。得られた沈殿物をブフナー漏斗上でろ過し、水で洗浄し、真空オーブンで乾燥させ、最終収率が21.72g(収率:95%)の2−(p−トリルチオ)ベンゼン−1,4−ジカルボン酸白色固体として得られる。

0034

2−(p−トリルチオ)ベンゼン−1,4−ジカルボン酸を100mlの塩化スルホン酸を含むフラスコにゆっくり移す。温度を、氷浴を用いて5および10℃の間に維持する。添加終了時に、溶液を休ませ、熟成させ、1時間後、氷水注ぐ。沈殿物をろ過し、水で洗浄し、真空オーブンで乾燥させ、19.69g(収率:96.7%)の7−メチル−9−オキソ−チオキサンテン−3−カルボン酸を黄色の固体として得る。
融点>250℃

0035

7−メチル−9−オキソ−チオキサンテン−3−カルボニルクロリドの調製
8gの7−メチル−9−オキソ−チオキサンテン−3−カルボン酸を、7滴のDMFおよび7.2gの塩化チオニルを含有する100mlのトルエンに懸濁させる。温度を、75〜80℃に保持し、溶液をおよそ1時間攪拌する。反応を、2gのSOCl2をさらに添加し、さらに1/2時間攪拌することにより完了する。
溶媒を、ロータリーエバポレータ—で蒸留し、残留物をCH2Cl2に溶解させ、黄色の溶液を得て、以下の反応において使用する。

0036

例1.7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−3−カルボン酸ドデシルの合成

0037

1.5g(8.06mmoles)のドデカン−1−オールおよび1.0g(9.90mmoles)のトリエチルアミンを2.26g(7.41mmoles)の7−メチル9−オキソ−チオキサンテン−3−カルボニルクロリドを含有するCH2Cl2溶液に添加する。およそ1時間室温で攪拌した後、混合物を水に注ぎ、有機相を分離し、水で再度洗浄する。そして、有機相を分離し、脱水し、フラッシュカラム(SiO2−溶離液:CH2Cl2:AcOEt8:2)上での精製後、それを乾燥させ、以下のスペクトル特性を有する1.62g(49.8%)の黄色の固体を得る。
1H-NMR(CDCl3): δ (ppm): 8.65 (d, 1H); 8.4 (s, 1H); 8.2 (s, 1H); 8.0 (d, 1H); 7.45 (m, 2H); 4.35 (t, 2H); 2.45 (s, 3H); 1.8 (m, 2H); 1.5-1.15 (bm, 18H); 0.85 (t, 3H).

0038

例2(比較例).7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−3−カルボン酸ペンチルの合成

0039

1.0g(11.36mmoles)のペンタン−1−オール(ペンタン−2−オールもまた含む)および1.0g(9.90mmoles)のトリエチルアミンクロリドを2.26g(7.41mmoles)の7−メチル−9−オキソ−チオキサンテン−3−カルボニルクロリドを含有するCH2Cl2溶液に添加する。およそ1時間室温で攪拌した後、混合物を水に注ぎ、有機相を分離し、水で再度洗浄する。そして、有機相を分離し、脱水し、フラッシュカラム(SiO2−溶離液:CH2Cl2:AcOEt8:2)上での精製後、それを乾燥させ、以下のスペクトル特性を有する1.74g(71.6%)の黄色の固体を得る。
1H-NMR(CDCl3): δ (ppm): 8.65 (d, 1H); 8.4 (s, 1H); 8.2 (s, 1H); 8.0 (d, 1H); 7.45 (m, 2H); 4.35 (t, 2H); 2.45 (s, 3H); 1.8 (t, 2H); 1.4 (m, 4H); 0.95 (t, 3H).

0040

例3(比較例).7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−3−カルボン酸メチルの合成

0041

1.0g(31.3mmoles)のメタノールおよび1.0g(9.90mmoles)のトリエチルアミンを2.26g(7.41mmoles)の7−メチル9−オキソ−チオキサンテン−3−カルボニルクロリドを含有するCH2Cl2溶液に添加する。およそ1時間室温で攪拌した後、混合物を水に注ぎ、有機相を分離し、水で再度洗浄する。そして、有機相を分離し、脱水し、フラッシュカラム(SiO2−溶離液:CH2Cl2:AcOEt8:2)上での精製後、それを乾燥させ、以下のスペクトル特性を有する1.22g(58%)の黄色の固体を得る。
1H-NMR(CDCl3): δ (ppm): 8.65 (d, 1H2H); 8.4 (s, 1H); 8.25 (s, 1H); 8.0 (s, 1H); 7.45 (m, 2H); 4.0 (s, 3H); 2.5 (s, 3H).

0042

例4(比較例).7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−3−カルボン酸アリルの合成

0043

1.13g(19.4mmoles)のプロパ−2−エン−1−オールおよび2.06g(20.4mmoles)のトリエチルアミンを5.34g(18.5mmoles)の7−メチル−9−オキソ−チオキサンテン−3−カルボニルクロリドを含有するCH2Cl2溶液に添加する。およそ1時間室温で攪拌した後、混合物を水に注ぎ、有機相を分離し、水で再度洗浄する。そして、有機相を分離し、脱水し、フラッシュカラム(SiO2−溶離液:CH2Cl2)上での精製後乾燥させる。以下のスペクトル特性を有する3.02g(52.6%)の黄色の固体を得る。
1H-NMR(CDCl3): δ (ppm): 8.65 (d, 1H); 8.35 (s, 1H); 8.2 (s, 1H); 8.0 (d, 1H); 7.45 (m, 2H); 6.05 (m, 1H); 5.5-5.3 (dd, 2H); 4.85 (d, 2H); 2.45 (s, 3H).

0044

例5.N,N−ジイソブチル7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−3−カルボキサミドの合成

0045

40ccのCH2Cl2中5.0g(38.8mmoles)のジイソブチルアミンおよび5.0g(49.5mmoles)のトリエチルアミンの溶液を、7.47g(25.9mmoles)の7−メチル9−オキソ−チオキサンテン−3−カルボニルクロリドを含有するCH2Cl2溶液に一滴ずつ注ぐ。およそ1時間室温で攪拌した後、混合物を水に注ぎ、有機相を分離し、水で再度洗浄する。そして、有機相を分離し、脱水し、フラッシュカラム(SiO2−溶離液:CH2Cl2:AcOEt9:1)上での精製後乾燥させる。以下のスペクトル特性を有する5.4g(54.7%)の黄色の固体を得る。
1H-NMR(CDCl3): δ (ppm): 8.65 (d, 1H); 8.4 (s, 1H); 7.5 (s, 1H); 7.45 (d, 2H); 7.35 (d, 1H); 3.35 (d, 2H); 3.05 (d, 2H); 2.45 (s, 3H); 2.15 (m, 1H); 1.85 (m, 1H); 1.0 (d, 3H); 0.75 (d, 3H).

0046

例6.4−メチル−ピペラジニル7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−3−カルボキサミドの合成

0047

40ccのCH2Cl2中3.0g(31mmoles)の4−メチルピペラジンおよび3.1g(31mmoles)のトリエチルアミンの溶液を、7.47g(25.9mmoles)の7−メチル−9−オキソ−チオキサンテン−3−カルボニルクロリドを含有するCH2Cl2溶液に一滴ずつ注ぐ。およそ1時間室温で攪拌した後、混合物を水に注ぎ、有機相を分離し、水で再度洗浄する。そして、有機相を分離し、脱水し、フラッシュカラム(SiO2−溶離液:CH2Cl2:AcOEt9:1)上での精製後乾燥させ、以下のスペクトル特性を有する4.63g(50.8%)の黄色の固体を得る。
1H-NMR(CDCl3): δ (ppm): 8.65 (d, 1H); 8.4 (s, 1H); 7.6 (s, 1H); 7.5-7.4 (m, 3H); 3.85 (bs, 2H); 3.45 (bs, 2H); 2.55 (bs, 2H); 2.45 (s, 3H); 2.4 (bs, 2H); 2.3 (s, 3H).

0048

7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボン酸の調製
28.0g(0.23moles)の4−メチルベンゼンチオールを180ccのジメチルホルムアミドに溶解させる。14.8g(0.26moles)の細かい粉末の水酸化カリウムを添加し、溶液を室温で1/2時間攪拌する。
そして、48.8g(0.20moles)のジメチル−3−ニトロフタレートを75℃で添加する。3時間後、反応が完了する。冷却後、400mlの水を添加する。有機相をジエチルエーテルで抽出し、乾燥させ、溶媒をロータリーエバポレータ—で蒸留し、フラッシュクロマトグラフィー(SiO2−溶離液:トルエン:AcOEt8:2)で精製し、1.66gの黄色の油を得る。1.60gの黄色の油を5g(75.8mmoles)の水酸化カリウムの存在下で120mlのメタノールに溶解し、1時間還流させながら攪拌する。

0049

混合物を冷却し、希塩酸に注ぎ、有機相をジエチルエーテルで抽出する。有機溶媒を留去し、1.32g(4.88mmoles)(90.4%)の3−(p−トリルチオ)ベンゼン−1,2−ジカルボン酸を白色の固体として得る。
3−(p−トリルチオ)ベンゼン−1,2−ジカルボン酸を18gの塩化スルホン酸にゆっくり添加し、氷浴を用いて5および10℃の間に冷却する。1時間後、混合物を氷水に注ぐ。沈殿物をろ過し、水で洗浄し、乾燥させ、1.20g(87.7%)の7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボン酸を黄色の固体として得る。
1H-NMR(DMSO): δ (ppm): 8.4 (d, 1H); 7.85 (d, 1H); 7.35 (t, 1H);7.15 (s, 1H); 7.5-7.4 (m, 2H); 2.45 (s, 3H).

0050

7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボニルクロリドの調製
0.21g(0.78mmoles)の7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボン酸を2滴のDMFおよび0.35gの塩化チオニルを含有する30mlのトルエン中に懸濁させる。1時間80℃で攪拌した後、まとまり(mass)を室温に冷却し、7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボニルクロリドの黄色の溶液を得る。

0051

例7.N,N−ジイソブチル−7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボキサミドの合成(比較例)

0052

1.0g(7.75mmoles)のジイソブチルアミンを7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボニルクロリド(0.22g、0.78mmoles)のトルエン溶液中に滴下する。
2時間室温で攪拌した後、混合物を水に注ぎ、有機相を分離し、水で洗浄する。粗製油が溶媒の蒸発後に得られる。11.5mgの黄色の固体を粗製油のフラッシュクロマトグラフィー(SiO2−溶離液:CH2Cl2:MeOH96:4)の後に単離する。
1H-NMR(CDCl3): δ (ppm): 8.40 (d, 1H); 7.55 (d, 2H); 7.35 (s, 1H);7.25 (m, 3H); 3.5 (d, 2H); 3.0 (m, 2H);2.5 (s, 3H); 2.45-2.3 (m, 1H); 2.0-1.75 (m, 1H); 1.1 (m, 6H); 0.75 (m, 6H).

0053

例8.7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボン酸ドデシルの合成(比較例)

0054

0.43g(2.31mmoles)の1−ドデシルアルコールを0.22g(0.76mmoles)の7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボニルクロリドを含有するトルエン溶液に添加する。1時間室温で攪拌した後、混合物を水に注ぎ、有機相を分離し、水で洗浄する。溶媒の蒸発後、油をフラッシュクロマトグラフィー(SiO2−溶離液:石油エーテル:AcOEt8:2)で精製し、50mgの黄色の固体を得る。
1H-NMR(CDCl3): δ (ppm): 8.40 (d, 1H); 7.6 (d, 2H); 7.40 -7.30 (m, 2H); 4.45 (t, 2H); 2.45 (s, 3H); 1.8-1.7 (m, 2H); 1.5-1.15 (bm, 18H); 0.85 (t, 3H).

0055

応用試験
塩化メチレンにおける溶解度による配合性(formulability)の評価
10gの調査中のチオキサントン誘導体を量し、同量の溶媒に懸濁し、混合物を攪拌しながら室温で維持する。
2分後、溶液の透明度を評価する。試料が溶解していない場合、さらなる一定分量の溶媒を添加し、完全な可溶化まで、各添加後混合物を攪拌しながら2分間保持する。結果を表1に示す。

0056

0057

本発明のチオキサントンの誘導体が、光開始剤としての用途のために十分な可溶性があることがわかる。

0058

FT−IRによる顔料光重合性組成物におけるチオキサントンの誘導体の評価
顔料光重合性組成物を、それぞれ3重量%の式Iで表される光開始剤(例1〜6)およびLamberti S.p.Aにより商品化された共開始剤Esacure A198(ビス−N,N−[4−ジメチルアミノベンゾイル)オキシエチレン−1−イル]−メチルアミン)、ならびにオフセットインク用のシアンインク100重量%までを混合することにより調製する。
イソプロピルチオキサントン(ITX)を、基準光開始剤として選択する。

0059

光重合性組成物を、三円柱ミル(three cylinders mill)(実験室規模)で挽き、混合物を均質にし、3μmの厚さで柔らかいポリエチレン基材上に塗膜機(RK Print Coater Instrument Ltd)によって塗布する。
FT−IR(FT-IR 430-Jasco)の試料台(sample lodgment)に置かれた試料を、水銀/キセノン蒸気光源に、高圧で120W/cm(L8868 Light-cure、浜松ホトクス株式会社)に、試料から8cmの距離および30°の角度で設定し、露光する。
IRスペクトルを、一定の時間間隔で光重合化中に得て、アクリル二重結合割り当てられたピーク面積1408cm−1での経時的還元を、IRソフトウェア(Perkin Elmer, Spectrum ONE v. 2.0)により決定した。
これによって、経時的重合度、すなわち光開始剤の効率の定量化が可能となる。
結果を、経時的な%重合度として表2に報告する。

0060

0061

例1、5および6のチオキサントンの誘導体は、ITXと比較して、同様のまたはより大きな有効性を有する。
例に記載の化合物を、下記のとおり、顔料組成物における増感剤としても評価した。

0062

顔料光重合性組成物を、それぞれ3重量%のEsacure 1001および共開始剤Esacure A198(Lamberti S.p.A.によって両者とも商品化)、0.5重量%の表1に挙げたチオキサントンの誘導体の例およびオフセットインク用のシアンインク100重量%までを混合することによって調製する。
ITXを、基準増感剤として使用する。

0063

光重合性組成物を、三円柱式ミル(実験室規模)で挽き、混合物を均質にし、3μmの厚さで柔らかいポリエチレン基材上に塗膜機(RK Print Coater Instrument Ltd)によって塗布する。
FT−IR(FT-IR 430-Jasco)の試料台に置かれた試料を、水銀/キセノン蒸気光源に、高圧で120W/cm(L8868 Light-cure、浜松ホトニクス株式会社)に、試料から8cmの距離および30°の角度で設定し、露光する。

0064

IRスペクトルを、一定の時間間隔で光重合化中に得て、アクリル二重結合に割り当てられたピーク面積1408cm−1での経時的還元を、IRソフトウェア(Perkin Elmer, Spectrum ONE v. 2.0)により決定した。
これによって、経時的重合度、すなわち光開始剤の効率の定量化が可能となる。
結果を経時的な%重合度として表3に報告する。
本発明のチオキサントンの誘導体の増感剤としての有効性は、ITXの有効性よりも高いか、またはわずかに低いのみである。

0065

スルーキュア(through-cure)」の評価
「スルーキュア」試験は、基材に広げられた配合物(膜)のより深い層の架橋度を評価する。膜は、基材から剥離しないときまたは「サムツイスト(thumb twist)試験」により損傷を受けないとき、完全に架橋したと考えられる。試験は、様々な速度でUV源に露光することにより行われる。速度が速いほど、系の反応性が高い。

0066

0067

例に記載の製品を、光開始剤および増感剤の両方として試験した。光開始剤としての評価のために、以下の配合物を用いる(重量):3%の式Iで表されるチオキサントンの誘導体、3%のEsacure A198、オフセットインク用のシアンインク100重量%まで。増感剤としての評価のために、配合物を以下の組成とする(重量):0.5%の式Iで表されるチオキサントンの誘導体、3%のEsacure A198、3%のEsacure 1001、オフセットインク用のシアンインク100重量%まで。

0068

得られる混合物を、三円柱式ミル(実験室規模)で挽き、3μmの厚さでコーティングされたボール紙上に塗膜機(RK Print Coater Instrument Ltd)によって塗布し、そして、水銀蒸気ランプに、高圧で120W/cmに、異なる速度で露光する。
同量のITXを、基準として選択する。
結果を、表4に報告する。

0069

0070

本発明のチオキサントンの誘導体は、光開始剤および増感剤の両方として、ITXに匹敵する活性を有する。

0071

オフセット印刷における抽出性の評価
「スルーキュア」(光開始剤)用に調製したものと同じ配合物を、3μmの厚さでコーティングされたボール紙(3g/m2;印刷面積71.4cm2)上に塗膜機(RK Print Coater Instrument Ltd)によって塗布し、水銀蒸気ランプに、高圧で、160W/cmの出力で、30m/分の速度で露光する。光重合化後、コーティングされた表面を、別のコーティングされたボール紙と接触させ、20kgの圧力を10日間室温で行う。この期間の最後に、オフセット印刷したボール紙を、200mLのエタノール/水が10/90または95/5の混合物に浸漬し、10日間40℃の温度で保管する。

0072

接触溶液から抽出したチオキサントンの誘導体の量を、HPLC(HPLC法:Column Water Novapak C18、移動相15分以内、30%/70%のアセトニトリル/0.08Mリン酸から90%/10%のアセトニトリル/0.08Mリン酸まで、λ310nm)により決定する。各試験を3回行い、結果(平均値)を表5に報告する。

0073

0074

例1、5および6に記載した化合物は、ITXおよび例4に記載した反応性二重結合を有する化合物両方と比較して、接触溶液における移動性を示さない。

0075

PhotoDSCによるチオキサントンの1および3誘導体の反応性の比較
例1の化合物(7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−3−カルボン酸ドデシル)および例8の化合物(7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボン酸ドデシル、比較例)を配合し、PhotoDSCにより評価した。

0076

例5の化合物(N,N−ジイソブチル−7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−3−カルボキサミド)およびの例7化合物(N,N−ジイソブチル−7−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−カルボキサミド、比較例)もまた配合し、PhotoDSCにより評価した。
配合物を、トリプロピレングリコールジアクリレート、0.1%w/wの濃度の例1、8、5および7に記載の化合物および0.1%w/wの濃度のEDB(4−ジメチルアミノ安息香酸エチル)に溶解させて調製した。

0077

PhotoDSC試験.
約1mgの配合物(正確に秤量)を、DSCアルミニウムパネル内に保持し、出力450mWの400nmLEDを搭載したMettler DSC1熱量計により分析した。LEDを、24.3mW/cm2の強度で配合物に照射するために、設定した。

0078

結果
LEDに400nmで露光中に、例1、8、5および7に記載の化合物を用いて調製された配合物の重合化から発生した熱を、ピーク高さおよびピーク面積(ΔH)として記録した。ピーク高さは、重合化率に比例し、ピークが高いほど、重合化が速い。
結果を、表6に報告する。

0079

エステル異性体3(例1)およびエステル異性体1(例8)を用いて得られる2種類の配合物の比較は、異性体3が、異性体1よりも約1.5倍より反応性があり、および異性体3の重合化のΔHが、異性体1の重合化のΔHよりも1.2倍高いことを実証する。
同じ効果が、アミド異性体3(例5)およびアミド異性体1(例7)を用いて得られる2種類の配合物の比較から見られた。アミド異性体3は、アミド異性体1よりも3.5倍より反応性があり、アミド異性体3のΔHは、異性体1のΔHよりも約2倍高かった。

0080

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