Novel dissociative electron transfer photoniniciators for free radical polymerization

• Autorzy: Wrzyszczyński A. , Pączkowski J.

Warianty tytułu

PL

Nowe fotoinicjatory redoks z przeniesieniem elektronu w polimeryzacji rodnikowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Radical polymerization of 2-ethyl-2-(hydroxymethyl)-1,3-propanediol triacrylate (TMPTA), photoinduced with redox system: electron donor-absorber, has been presented. Xanthene dyes: Rose bengal ditetrabutylammonium salt [RBTBAS - Formula (I)] and 5,7-diiodo-3-pentoxy-6--fluorone [DIPF - Formula (II)] were used as absorbers. Electron donors in the system investigated were: (phenylthio)acetic acid (PTAA), (phenylthio)acetic acid tetrabutylammonium salt (PTAA AS), ethyl (phenylthio)acetate (PTAA EE) or n-butyltriphenyl borate (BuPh3B+). Photopolymerization mechanism has been investigated using laser flash photolysis method. It has been found that photoreduction with PTAA or PTAA AS goes with electron transfer from sulfur atom to dye in triplet state (Schemes A and B). In case when RBTBAS is used as electron acceptor the anionic radicals of the dye [RB(ź3-) - Formula (III) and RB(ź2-) Formula (IV)] are obtained. The presence of these anionic radicals shows that after electron transfer the carboxylic group exists in an ionic form what let intramolecular electron transfer from carboxylate group to sulfur cationic radical, followed with rapid decarboxylation. As a result of decarboxylation the neutral thiomethylene radicals (Ph-S-CH2ź) are formed which, after escape from solvent cage, take part in photoinitiation of the polymerization. It has been stated that transformation of sulfur(II) containing carboxylic acids into their tetrabutylammonium salts significantly increases the sensitivity of the photoinitiating system (Fig. 6 and 7). It also increases photopolymerization rate (R(p)) (Table 1, Fig. 10), which is a function of square root of the quantum yield of decarboxylation process (phi(Co2)) (Fig- 9).

PL

Przedstawiono polimeryzację rodnikową triakrylanu 2-etylo-2(hydroksymetylo-1,3-propanodiolu) (TMPA) fotoindukowaną układem redoks donor-absorber elektronów. Jako absorbery zastosowano barwniki ksantenowe: sól tetrabutyloamoniową różu bengalskiego [RBTBAS - wzór (I)] oraz 5,7--dijodo-3-pentoksy-6-fluorenon [DIPF - wzór (II)]. Donory elektronów stanowiły w badanym układzie: kwas fenylotiooctowy (PTA), sól tetrabutyloamoniowa kwasu fenylotiooctowego (PTAA AS), fenylotiooctan etylu (PTAA EE) oraz boran n-butylotrifenylowy (BuPh3B+). Mechanizm fotopolimeryzacji zbadano metodą laserowej fotolizy błyskowej (laser flash photolysis). Stwierdzono, że fotoredukcja za pomocą PTAA i PTAA AS przebiega z przeniesieniem elektronu z atomu siarki do barwnika w stanie trypletowym (schematy A i B). W przypadku, gdy akceptorem elektronu jest RBTBAS otrzymuje się anionorodniki barwnika [RB(ź-3) - wzór (III) i RB(ź-2) - wzór (IV)]. Obecność tych anionorodników wskazuje, że po przeniesieniu elektronu grupa karboksylowa ma postać jonową, co umożliwia wewnątrzcząsteczkowe przeniesienie elektronu z grupy karboksylanowej do kationorodnika siarki, po czym następuje szybka dekarboksylacja. W wyniku dekarboksylacji powstają obojętne rodniki tiometylenowe (Ph-S-CH2ź), które po opuszczeniu klatki rozpuszczalnika biorą udział w fotoinicjowaniu polimeryzacji. Stwierdzono, że przeprowadzenie kwasów karboksylowych zawierających atom siarki(II) w sole tetrabutyloamoniowe wyraźnie zwiększa czułość układu inicjującego (rys. 6 i 7) oraz szybkość fotopolimeryzacji (R(p), tabela 1, rys. 10), która jest funkcją pierwiastka kwadratowego z wydajności procesu dekarboksylacji phi(CO2) (rys. 9).

Słowa kluczowe

EN

redox photoinitiators; xanthene dyes; trimethylolpropane triacrylate; electron transfer photoinitiated radical polymerization; initiation mechanism

PL

fotoinicjatory redoks; barwniki ksantenowe; triakrylan trimetylolopropanu; polimeryzacja rodnikowa; fotoinicjowana polimeryzacja rodnikowa; przeniesienie elektronu; mechanizm inicjowania

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 49, nr 9
• Strony: 606--614
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Wrzyszczyński A.

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

autor

Pączkowski J.

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

Bibliografia

• 1. Oster G.: Nature 1954, 173, 300.
• 2. Shi ]., Zhang X., Neckers D. C. J. Org. Chem. 1992, 57, 4418.
• 3. Shi J., Zhang, X., Neckers D. C. J. Org. Chem. 1993, 58, 2614.
• 4. Polykarpov A.Y., Hassoon S., Neckers, D. C.: Macromolecules 1996,29,8274.
• 5. Hassoon S., Neckers D. C.: J. Phys. Chem. 1995,99,9416.
• 6. Chatterjee S., Gottschalk P., Davis P. D., Schuster G. B.: J. Am. Chem. Soc. 1988,110,2326.
• 7. Chatterjee S., Davis P. D., Gottschalk P, Kurz B., Yang X., Schuster G. B.: J. Am. Chem. Soc. 1990,112,6329.
• 8. Kabatc J., Pietrzak M., Pączkowski J.: Macromolecules 1998, 31, 4651.
• 9 Encinas M. v., Majmund c. Lissi E. A., Scaiano J. c. Macromolecules 1991, 24, 2111.
• 10. Encinas M. v., Lissi E. A., Majmund c., Cosa J. J.: Macromolecules 1993, 26, 6284.
• 11. Previtali C. M., Bertolotti S. G., Neumann M. G., Pastre L A., Rufs A. M., Encinas M. v.. Macromolecules 1994,27,7454.
• 12. Kucybala Z., Pietrzak M., Pączkowski J.: Chem. Mater. 1998, 10,2555.
• 13. Kucybala Z., Pączkowski J.: J. Photochem. Photobiol., A: Chem. 1999,128,135.
• 14. Pączkowski J., Neckers D. c.: "Photoinduced Electron Transfer Initiating Systems for Free-Radical Polymerization" in "Electron Transfer in Chernistry", vol. 5 (Ed. Gould 1. R.), Wiley-VCH, 2001, p. 516; Pączkowski L Kucybala Z., Ścigalski F., Wrzyszczyński A.: Researeh Trends, 1999, No 5,79.
• 15. PączkowskiJ., Pietrzak M., Kucybala Z.: Macromolecules 1996, 29,5057.
• 16. Kabatc J., Kucybala Z., Pietrzak M., Ścigaiski F., Pączkowski J.: Polymer 1999, 40,735.
• 17. Wrzyszczyński A., Filipiak P., Hug G. L., Marciniak B., Pączkowski J.: Macromolecules 2000, 33,1577.
• 18. Andrzejewska E., Hug G. L., Andrzejewski M., Marciniak B.: Macromolecules 1999,32,2173.
• 19. Lamberts J. J. M., Neckers D. c. Z. Naturjorseh 1984, 39b, 474.
• 20. Lamberts J. J. M., Schumacher D. R, Neckers D. c. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5879.
• 21. Pączkowski J., Lamberts J. J. M., Pączkowska B., Neckers D. C. J. Free Radicals Biol. Med. 1985, 7, 341.
• 22. Kabatc J., Pączkowski J.: Polimery 2003, 48, 321.
• 23. Kabatc L Pączkowski L Karolczak J.: Polimery 2003, 48, 425.
• 24. Bourget D., Fouassier J. P.: J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1998, 94,1849 .
• 25. Peters K. S., Cashin A., Timbers P. J.: Am. Chem. Soc. 2000,122, 107.
• 26. Bobrowski K., Marciniak B., Hug G. L.: J. Am. Chem. Soc. 1992, 114,102279.
• 27. Marciniak B., Bobrowski K., Hug G. L., Rozwadowski J.: J. Phys. Chem. 1994,98,4854.
• 28. Bobrowski K., Hug G. L., Marciniak B., Kozubek H.: J. Phys. Chem. 1994,98,537.
• 29. Bobrowski K., Pogocki D., Schoneich c. J. Phys. Chem. 1998, 102,10512.
• 30. Bobrowski K., Pogocki D., Schoneich c. J. Phys. Chem. 1993, 97,13677.
• 31. Schóneich c, Pogocki D., Wiśniowski P., Hug G. L., Bobrowski K.: J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10224.
• 32. Bobrowski K., Hug G. L., Marciniak B., Wiśniowski P.: Res Chem. Intermed. 1999, 25, 285.
• 33. Hug G. L., Bonifaćić M., Asmus K.-D., Armstrong D. A.: J. Chem. Phys. B. 2000, 104, 6674.
• 34. Korzeniowska-Sobczuk A., Hug G. L., Carmichel L, Bobrowski K.: J. Phys. Chem., Part: A 2002, 106, 9251.
• 35. Davidson R S., Steiner P. R: J. Chem. Soc. «» 1971,1682.
• 36. Davidson R S., Harrison P. R, Steiner P R: J. Chem. 5oc. Comm. 1971,3480.
• 37. Barthomolew D. R, Brimage D. R G., Davidson R. S.: J. Chem. Soc. Comm. 1971,3482.
• 38. Su Z., Mariano P. S., Falvey D. E., Yoon U. C, Oh S. W. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 10676.
• 39. Davidson R S., Steiner P. R: J. Chem. Soc. 1971, 1682.
• 40. Gould 1. R., Shukla D., Giesen D., Farid S.: Helvetica Chernica Acta 2001, 84, 2796.
• 41. Lorance E. D., Kramer W. H., Gould 1. R: J. Am. Chem. 50c. 2002,124,15225.