New water-soluble benzophenone derivatives as initiators of free radical polymerization of acrylates

• Autorzy: Ścigalski F. , Pączkowski J.

Warianty tytułu

PL

Nowe rozpuszczalne wwodzie pochodne benzofenonu jako inicjatory rodnikowej polimeryzacji akrylanów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Triplet state quenching of benzophenone derivatives in the presence of amino-acids undergoes via photoinduced intermolecular electron transfer mechanism (PET), which is followed by the transformations yielding free radicals able to initiate polymerization. This paper describes a series of water soluble free radical photoinitiating systems consisting of sodium 4-benzoylbenzenesulfonate (BBS) and sodium 4,4'-dibenzoylbenzenesulfonate (DBBS) as the light absorbing chromophores and amino acids or sulfur-containing amino acids acting as the electron donors. Photoinitiated polymerization were carried out for the mixture composed of poly(ethylene glycol)diacrylate (PEGDA) - 1 % NH4OH (3:1). The mechanistic aspect of photoinitiating processes was investigated by the measurement of polymerization kinetics and by the nanosecond laser flash photolysis. The photoreduction of benzophenone derivatives in the presence of the electron donors was studied in acetonitryle and water solutions. Nanosecond laser flash photolysis indicated a weak efficiency of ketyl radical formation (lmax = 550 nm), which is due to the hydrogen atom abstraction by the excited triplet state of the sulfobenzophenone chromophore. It is also documented that in the presence of amino acids or sulfur containing amino acids PET process leads to formation of a-aminoradicals that can initiate PEGDA polymerization. Based on photochemistry of tested benzophenone derivatives, photochemistry of sulfur-containing amino acids and obtained results the mechanism describing primary and secondary processes occurring during photoinitiated polymerization via PET process is proposed.

PL

Wygaszanie stanu trypletowego benzofenonu przez aminokwasy przebiega zgodnie z mechanizmem fotoindukowanego międzycząsteczkowego przeniesienia elektronu (PET), prowadząc do generowania wolnych rodników mogących inicjować polimeryzację. Opisano wyniki badań inicjowania z wykorzystaniem procesu PET polimeryzacji rodnikowej za pomocą rozpuszczalnej w wodzie kompozycji składającej się z soli sodowej kwasu 4-benzoilo-benzenosulfonowego (BBS) lub soli disodowej kwasu di(benzoilobenzofenono-4,4'-sulfonowego) (DBBS) pełniących role absorbera promieniowania i aminokwasu jako donora elektronów. Stosowano przy tym aminokwasy zawierające siarkę bądź jej niezawierające - odpowiednio SAAc i AAc (tabela 1). Polimeryzacji poddano mieszaninę diakrylanu glikolu polioksyetylenowego (PEGDA) z 1-proc. roztworem NH4OH w stosunku objętościowym 3:1. Mechanizm procesu fotoinicjowania polimeryzacji analizowano korzystając z pomiarów kinetyki polimeryzacji rodnikowej metodą oznaczania ilości wydzielającego się ciepła (rys. 10, tabela 1) oraz badania procesu fotoredukcji sulfonowych pochodnych benzofenonu w obecności donorów elektronu metodą nanosekundowej fotolizy błyskowej (tabele 2 i 3, rys. 1-9). W procesie pierwotnym następuje przeniesienie elektronu z aminokwasu do stanu trypletowego sulfonowej pochodnej benzofenonu (absorpcja przejściowa BBS3 przy 530 nm) dające w rezultacie parę rodnikojonów (widmo przejściowe BBS-ź z maksimum przy 630 nm). Szybkie protonowanie rodnikoanionu prowadzi do utworzenia rodnika ketylowego badanego benzofenonu, obserwowanego w widmie przejściowym przy 545 nm. Zachodzący równolegle proces fotoindukowanego utleniania aminokwasu prowadzi w wyniku sekwencji reakcji następczych do utworzenia rodników a-aminoalkilowych mogących inicjować polimeryzację rodnikową akrylanów. Na podstawie uzyskanych wyników zaproponowano mechanizm podstawowych procesów fotochemicznych zachodzących w trakcie polimeryzacji (schematy A-D).

Słowa kluczowe

EN

photoinitiated radical polymerization; poly(ethylene glycol) diacrylate; redox systems; water-soluble benzophenone derivatives; sulfur-containing aminoacids

PL

fotoinicjowana polimeryzacja rodnikowa; diakrylan glikolu polioksyetylenowego; układy redoksy; rozpuszczalne w wodzie pochodne benzofenonu; aminokwasy zawierające siarkę

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2007
• Tom: T. 52, nr 1
• Strony: 19--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz.

Twórcy

autor

Ścigalski F.

autor

Pączkowski J.

• University of Technology and Agriculture, Faculty of Chemical Technology and Engineering, ul. Seminaryjna 3, 85-326 Bydgoszcz, Poland,

Bibliografia

• 1. Yates S. F., Schuster G. B.: J. Org. Chem. 1984, 49, 3349.
• 2. Bobrowski K., Marciniak B., Hug G. L.: J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10 279.
• 3. Corrales T., Peinado C., Catalina F., Neumann M. G., Allen N. S., Rufs A. M., Encinas M. V.: Polymer 2000, 41, 9103.
• 4. Hassoon S., Neckers D. C.: J. Phys. Chem. 1995, 99, 9416.
• 5. Kabatc J., Kucybała Z., Pietrzak M., Ścigalski F., Pączkowski J.: Polymer 1999, 40, 735.
• 6. Pączkowski J., Kucybała, Z., Ścigalski F., Wrzyszczyński A.: J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2003, 159, 115.
• 7. Jędrzejewska B., Kabatc J., Pączkowski J.: Polimery 2005, 50, 418.
• 8. Linden L.-A., Pączkowski J., Rabek J. F., Wrzyszczyński A.: Polimery 1999, 3, 161.
• 9. Pączkowski J., Kucybała Z., Ścigalski F., Wrzyszczyński A.: Trends Photochem. Photobiol. 1999, 9,79.
• 10. Inbar S., Linschitz H., Cohen S. G.: J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 1679.
• 11. Wrzyszczyński A., Filipiak P., Hug G. L., Marciniak B., Pączkowski J.: Macromolecules 2000, 33, 1577.
• 12. Hug G. L., Bobrowski K., Kozubek H., Marciniak B.: J. Photochem. Photobiol. 1998, 68, 785.
• 13. Marciniak B., Bobrowski K., Hug G. L.: J. Phys. Chem. 1993, 97, 11 937.
• 14. Pączkowski J., Pietrzak M., Kucybała Z.: Macromolecules 1996, 15, 5057.
• 15. Allonas X., Lalevée J., Morlet-Savary F., Fouassier J. P.: Polimery 2006, 51, 491.
• 16. Fouasier J. P., Lougnot D. J., Zuchowicz I., Green P. N., Timpe H. J., Kronfeld K. P., Müller Z.: J. Photochem. 1987, 36, 347.
• 17. Bobrowski K., Marciniak B., Hug G. L.: J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10 279.
• 18. Marciniak B., Bobrowski K., Hug G. L., Rozwadowski J.: J. Phys. Chem. 1994, 98, 4854.
• 19. Ścigalski F., Pączkowski J.: Polimery 2001, 46, 613.
• 20. Ścigalski F., Pączkowski J.: J. Appl. Pol. Sci. 2005, 97, 358.
• 21. Bell J. A., Linchitz H.: J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 528.
• 22. Buettner A. V., Dedinas J.: J. Phys. Chem. 1971, 98, 3884.
• 23. Bobrowski K., Hug G. L., Marciniak B., Kozubek H.: J. Phys. Chem. 1994, 98, 537.
• 24. Inbar S., Linschitz H., Cohen S. G.: J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 7323.
• 25. Rehm D., Weller A.: Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem. 1969, 73, 834.
• 26. Rehm D., Weller A.: Isr. J. Chem. 1970, 8, 259.
• 27. Bensasson R. V., Gramain J.-C.: J. Chem. Soc. Faraday I 1980, 76, 1801.
• 28. Turro N. J.: ”Modern molecular Photochemistry”, University Science Books, Sausalito, California, 1991.
• 29. Peters K. S., Lee, J.: J. Phys. Chem. 1993, 97, 3761.
• 30. Peters K. S., Cashin A., Timbers P.: J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 107.
• 31. Inbar S., Linschitz H., Cohen S. G.: J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 1419.
• 32. Moore W. M., Hammond G. S., Foss R. P.: J. Am. Chem. Soc. 1961, 83, 2789.
• 33. Inbar S., Linschitz H., Cohen S. G.: J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 1679.
• 34. Cohen S. G., Ojanpera S.: J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 5633.
• 35. Pączkowski J., Neckers D. C.: „Photoinduced Electron Transfer Initiating Systems for Free-radical Polymerization” in „Electron Transfer in Chemistry” (ed. V. Balzani), WILEY-VCH Verlag GmbH, D-69469 Weinheim, 2001, Volume 5, Part 2, Chapter 4, pp 516-585.