What affects the rate of free radical polymerization of a multifunctional acrylate photoinitiated by cyanine borate salts? Part I. Kinetic studies

• Autorzy: Kabatc J. , Pączkowski J.

Warianty tytułu

PL

Jakie czynniki wpływają na szybkość rodnikowej polimeryzacji wielofunkcyjnego akrylanu fotoinicjowanej solami boranowymi barwników cyjaninowych? Cz. I. badania kinetyczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Cyanine dyes, widely used in color photography, can also be used as initiators of radical polymerization, initiated with visible light., The aim of this work was to check the possibility of application of borate salts of these dyes as photoinitiators of 2-ethyl-2-(hydroxymethyl)-1,3-propanediol triacrylate - TMPTA and to determine the effect of photoinitiator structure on the polymerization rate. 32 symmetric cyanine dyes - derivatives of benzothiazole and benzoxazole have been synthesized. Their structures were differentiated by changing of heteroatom (S or O), substituent in the phenyl ring as well as the type of substituents in polymethine chain. Spectroscopic investigations of dyes used as well as their borate salts showed the intensive absorption band localized for thiocarbocyanine dyes in the range 550-600 nm while for carbocyanine dyes - in the range 480-510 nm. Replacement of halogen atom or ethylsulfate anion in the cyanine dye molecule to the following anions: n-, sec- or tert- butyltriphenylborate and tetra-n-butylborate gave the borate salts of cyanine dyes. 150 various borate salts of cyanine dyes have been used as photoinitiators of TMPTA photopolymerization. It has been stated that the ability of initiation of TMPTA [as 10 vol.% solution in 1-methyl-2-pyrrolidinone (MP)] polymerization depends on the type of heteroatom in the dye molecule, the type of substituent in the phenyl ring, the type of substituent in mezo position in polymethine chain and on borate anion structure. It has been also found that monomer conversion and quantum yield of the process depend also on the chemical structure of photoinitiator.

PL

Powszechnie stosowane w fotografii kolorowej barwniki cyjaninowe mogą znaleźć zastosowanie jako inicjatory rodnikowej polimeryzacji inicjowanej światłem widzialnym. Celem pracy było zbadanie możliwości zastosowania soli borano-wych tych barwników jako fotoinicjatorów polimeryzacji triakrylanu 2-etylo-2-(hydroksymetylo-l,3-propanodiolu [TMPTA-wzór (II)] oraz określenie wpływu struktury foto-inicjatora na szybkość polimeryzacji. Zsyntetyzowano 32 symetryczne barwniki cyjaninowe - pochodne benzotiazolu i benzoksazolu (schemat A); ich strukturę różnicowano zmieniając heteroatom (S lub O), podstawnik w pierścieniu fenylo-wym, a także rodzaj podstawników w łańcuchu polimetino-wym [wzór (III), tabela 1]. Badania spektroskopowe stosowanych barwników i ich soli boranowych wykazały, że charakteryzują się one intensywnym pasmem absorpcji zlokalizowanym w przypadku barwników tiokarbocyjaninowych w przedziale 550-600 nm (rys. 1), a barwników karbocyjaninowych - w przedziale 480-510 nm. Wymiana atomu halogenku lub anionu etylo-siarczanowego w cząsteczce wyjściowej barwnika cyjaninowe-go na anion n-, sec- lub ferf-butylotrifenyloboranowy oraz tetra-n-butyloboranowy dała sole boranowe barwników cyja-ninowych (wzór I). Badaniami rodnikowej fotopolimeryzacji TMPTA objęto 150 różnych soli boranowych barwników cyjaninowych jako fotoinicjatorów tej reakcji. Ustalono, że zdolność do inicjowania polimeryzacji TMPTA w postaci 10-proc. (obj.) roztworu w l-metylo-2-pirolidonie (MP) zależy od rodzaju heteroatomu w cząsteczce barwnika, rodzaju podstawnika w pierścieniu fe-nylowym (rys. 5 i 6), rodzaju podstawnika w położeniu mezo łańcucha polimetinowego (rys. 7) oraz od budowy anionu bo-ranowego (rys. 4). Stwierdzono, że stopień przereagowania monomeru i wydajność kwantowa procesu także zależą od budowy chemicznej fotoinicjatora (tabela 2).

Słowa kluczowe

EN

cyanine dyes borate salts; triacrylate; radical photopolymerization; kinetics; activity of dye photoinitiators; chemical structure

PL

sole boranowe barwników cyjaninowych; budowa chemiczna; triakrylan; fotopolimeryzacja rodnikowa; kinetyka; aktywność fotoinicjatorów barwnikowych

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 48, nr 5
• Strony: 322--328
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Kabatc J.

• University of Technology and Agriculture, Faculty of Chemical Technology and Engineering, ul. Seminaryjna3, 85-326 Bydgoszcz, Poland

autor

Pączkowski J.

• University of Technology and Agriculture, Faculty of Chemical Technology and Engineering, ul. Seminaryjna3, 85-326 Bydgoszcz, Poland

Bibliografia

• 1. Carblom L. H ., Pappas S. R: J. Polym. Sci. A l 1997,15, 1301.
• 2. Monitz W . B., Sojka S. A ., Porański C. E, Birkle D. L.: J. Am. Chem. Soc. 1978,100, 7940.
• 3. Sandner M . A ., Osborn R. M ., Trecker D. J.: J. Polym. Sci. A l 1972,10, 3173.
• 4. Neckers D. C , Hassoon S., Klimtchuk E.: J. Photo-chem. Photobiol., A: Chem. 1996, 95, 33.
• 5. Oster G.: Nature 1954,173, 300.
• 6. Pączkowski J., Kucybała Z.: Macromolecules 1995, 28,269.
• 7. Lan J. Y., Schuster G. B.: J. Am. Chem. Soc. 1985,107, 6710.
• 8. Lan J. Y., Schuster G. B.: Tetrahedron Letters 1986, 36, 4261.
• 9. Murphy S., Yang X., Schuster G. B.: J. Org. Chem. 1995, 60, 2411.
• 10. Chatterjee S., Davis P. D., Gottschalk R, Kurz M . E., Sauerwein B., Yang X., Schuster G. B.: J. Am. Chem.Soc. 1990,112,6329.
• 11. Sato T., Takahashi T., Seno M ., Mirano T.: J. Polym.Sci., Part A 2002 ,39, 4206.
• 12. Popielarz R., Sarker A. M ., Neckers D. C.: Macromolecules 1998, 31, 952.
• 13. Zhang S., Li B., Tang L., Wang X., Liu D., Zhou Q.: Polymer 2001 ,42, 7575.
• 14. Zhang S., Li B., Tang L.: Acta Polym. Sin. 2001,1,114.
• 15. Pączkowski J., Kucybała Z.: Macromolecules 1995, 28, 269.
• 16. Pączkowski J., Pietrzak M ., Kucybała Z.: Macromolecules 1996, 29, 5057.
• 17. Kabatc J., Kucybała Z ., Pietrzak M ., Ścigalski F.,Pączkowski J.: Polymer 1999, 40, 735.
• 18. Hamer F. M .: J. Chem. Soc. 1927,2796.
• 19. Turicina N . F, Levkoev I. L: Zh. Obshch. Khim. 1950, 22,309.
• 20. Damico R.: J. Org. Chem. 1964,29,1971.
• 21. Markocki W .: „Chemia organiczna procesu fotograficznego", PWN , Warszawa 1958.
• 22. Sheppard S. E., Lambert R. H ., Walker R. D.: J. Phys. Chem. 1941, 45, 107.