WO2015091427A1 - Holographische medien mit verbesserter lichtempfindlichkeit - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a photopolymer formulation comprising matrix polymers, a writing monomer and a photoinitiator. Further objects of the invention are a photopolymer comprising matrix polymers, a writing monomer and a photoinitiator, a holographic medium containing a photopolymer according to the invention, the use of a holographic medium according to the invention and a method for producing a holographic medium using a photopolymer formulation according to the invention.
  • Photopolymer formulations of the type mentioned above are known in the art.
  • WO 2008/125229 A1 describes a photopolymer formulation and a photopolymer obtainable therefrom which comprise polyurethane matrix polymers, an acrylate-based writing monomer and photoinitiators comprising a coinitiator and a dye.
  • the refractive index modulation ⁇ produced by the holographic exposure plays the decisive role.
  • the interference field of signal and reference light beam (in the simplest case, that of two plane waves) is converted by the local photopolymerization of random monomers, e.g.
  • the refractive index grating in the photopolymer contains all the information of the signal light beam.
  • the signal can then be reconstructed.
  • the strength of the thus reconstructed signal in relation to the intensity of the incident reference light is called diffraction efficiency, hereinafter DE, such as Diffraction Efficiency.
  • the DE results from the quotient of the intensity of the light diffracted during the reconstruction and the sum of the intensities of non-diffracted and diffracted light.
  • the matrix polymers and the writing monomers of a photopolymer formulation should in principle be selected such that they differ as much as possible in their refractive indices.
  • One possibility for the realization is to use matrix polymers having the lowest possible and writing monomers with the highest possible refractive index.
  • Suitable low refractive index matrix polymers are, for example, polyurethanes obtainable by reaction of a polyol with a polyisocyanate component.
  • the matrix polymers are highly crosslinked in the finished medium. If the degree of crosslinking is too low, the medium does not have sufficient stability. This can lead to a significant reduction in the quality of holograms enrolled in the media. In the worst case, the holograms can even be destroyed later.
  • the photosensitivity is sufficient to be able to expose a large area and without loss of index modulation for a given laser light source.
  • the choice of a suitable photoinitiator is of crucial importance for the properties of the photopolymer.
  • holographic exposure with a continuous laser source encounters technical limitations in the case of large-area exposure, since it is always necessary to irradiate a certain dose of light per unit area in order to ensure efficient formation of the hologram and to limit the technically available laser power.
  • large-area exposures at relatively low dose require long exposure times, which in turn make very high demands on the mechanical vibration damping of the exposure setup.
  • holograms Another possibility for large-area exposure of holograms is the use of very short pulses of light, as e.g. of pulsed lasers or continuous wave lasers in conjunction with very fast shutters.
  • Typical pulse durations for pulsed lasers are 500 ns or shorter.
  • Typical pulse durations for continuous wave lasers with very fast shutters are 100 ⁇ 8 or shorter.
  • the same absorbed dose can be irradiated as with continuous lasers in seconds. In this way, holograms can be written point by point. Since pulsed lasers or fast optical shutters are technically available and such an exposure structure has very low requirements with regard to the mechanical vibration damping, it is a good technical alternative to the above-described constructions with continuous lasers for the large-area exposure of holograms.
  • the photopolymers known from WO 2008/125229 A1 have a too low photosensitivity in order to be able to use them when writing holograms with pulsed lasers.
  • the object of the present invention was therefore to provide a photopolymer formulation with the aid of which it is possible to produce photopolymers into which holograms can be written with pulsed lasers because of their higher photosensitivity.
  • This object is achieved by a photopolymer formulation comprising matrix polymers, a writing monomer and a photoinitiator which additionally comprises a compound of the formula (I)
  • a 1 , A 2 , A 3 are each independently of one another hydrogen, fluorine, chlorine, bromine or iodine,
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 are each independently hydrogen, halogen, cyano, nitro,
  • media made from a photopolymer formulation according to the invention have a higher photosensitivity and are thus well suited for exposure to pulsed lasers.
  • a 1 , A 2 and A 3 are each independently fluorine, chlorine, bromine or iodine and more preferably A 1 , A 2 and A 3 are simultaneously either fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are each independently of one another hydrogen, halogen, cyano, nitro, isonitrile, acyl, carboxyl, carbonic esters, carbonamide, orthoesters, Sulfonate, phosphate, organo-sulfonyl, organo-sulfoxidyl, optionally fluorinated alkoxy and preferably hydrogen, halogen, cyano, nitro, isonitrile, acyl, carboxyl, more preferably hydrogen, halogen and particularly preferably hydrogen, fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • the matrix polymers of the photopolymer formulation according to the invention can in particular be crosslinked and particularly preferably crosslinked three-dimensionally. It is also advantageous if the matrix polymers are polyurethanes, where the polyurethanes can be obtained in particular by reacting at least one polyisocyanate component a) with at least one isocyanate-reactive component b)
  • the polyisocyanate component a) preferably comprises at least one organic compound having at least two NCO groups. These organic compounds may in particular be monomeric di- and triisocyanates, polyisocyanates and / or NCO-functional prepolymers.
  • the polyisocyanate component a) may also contain or consist of mixtures of monomeric di- and triisocyanates, polyisocyanates and / or NCO-functional prepolymers.
  • monomeric di- and triisocyanates it is possible to use all the compounds or mixtures thereof which are well known to the person skilled in the art. These compounds may have aromatic, araliphatic, aliphatic or cycloaliphatic structures. In minor amounts, the monomeric di- and tri-isocyanates may also be monoisocyanates, i. include organic compounds having an NCO group.
  • Suitable monomeric di- and triisocyanates are 1,4-butane diisocyanate, 1,5-pentane diisocyanate, 1,6-hexane diisocyanate (hexamethylene diisocyanate, HDI), 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate and / or 2,4, 4-trimethylhexamethylene diisocyanate (TMDI), isophorone diisocyanate (IPDI), 1,8-diisocyanato-4- (isocyanatomethyl) octane, bis (4,4'-isocyanatocyclohexyl) methane and / or bis (2 ', 4-isocyanatocyclohexyl) methane and / or mixtures thereof any isomer content, 1, 4-cyclohexane diisocyanate, the isomeric bis (isocyanatomethyl) cyclohexanes, 2,4- and / or 2,6-diisocyanato-
  • Suitable polyisocyanates are compounds having urethane, urea, carbodiimide, acylurea, amide, isocyanurate, allophanate, biuret, oxadiazinetrione, uretdione and / or iminooxadiazinedione structures which are selected from the abovementioned di- or tri-meres Triisocyanates are available.
  • the polyisocyanates are particularly preferably oligomerized aliphatic and / or cycloaliphatic di- or triisocyanates, it being possible in particular to use the abovementioned aliphatic and / or cycloaliphatic di- or triisocyanates.
  • Suitable prepolymers contain urethane and / or urea groups and optionally further structures formed by modification of NCO groups as mentioned above.
  • Such prepolymers are obtainable, for example, by reacting the abovementioned monomeric diisocyanates and triisocyanates and / or polyisocyanates a1) with isocyanate-reactive compounds b1).
  • isocyanate-reactive compounds b1) it is possible to use alcohols, amino or mercapto compounds, preferably alcohols. These may in particular be polyols. Very particular preference is given to using as the isocyanate-reactive compound bl) polyester, polyether, polycarbonate, poly (meth) acrylate and / or polyurethane polyols.
  • Suitable polyester polyols are, for example, linear polyester diols or branched polyester polyols which can be obtained in a known manner by reacting aliphatic, cycloaliphatic or aromatic di- or polycarboxylic acids or their anhydrides with polyhydric alcohols having an OH functionality> 2.
  • suitable di- or polycarboxylic acids are polybasic carboxylic acids such as succinic, adipic, cork, sebacic, decanedicarboxylic, phthalic, terephthalic, isophthalic, tetrahydrophthalic or trimellitic acid, as well as acid anhydrides such as phthalic, trimellitic or succinic anhydride or their arbitrary mixtures among themselves.
  • the polyester polyols can also be based on natural raw materials such as castor oil. It is likewise possible for the polyesterpolyols to be based on homopolymers or copolymers of lactones, which preferably by addition of lactones or lactone mixtures such as butyrolactone, ⁇ -caprolactone and / or methyl-e-caprolactone to hydroxy-functional compounds such as polyhydric alcohols of an OH -Functionality> 2, for example, the type mentioned below can be obtained.
  • suitable alcohols are all polyhydric alcohols, e.g. the C2 - Cn-diols, the isomeric cyclohexanediols, glycerol or any mixtures thereof.
  • Suitable polycarbonate polyols are obtainable in a manner known per se by reacting organic carbonates or phosgene with diols or diol mixtures.
  • Suitable organic carbonates are dimethyl, diethyl and diphenyl carbonate.
  • Suitable diols or mixtures include the polyhydric alcohols of an OH functionality> 2, preferably 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol and / or 3-methylpentanediol, which are per se in the context of the polyester segments.
  • Polyester polyols can also be converted to polycarbonate polyols.
  • Suitable polyether polyols are optionally block-built polyaddition of eye lischer ethers to OH or NH-functional starter molecules.
  • Suitable cyclic ethers are, for example, styrene oxides, ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, butylene oxide, epichlorohydrin and any desired mixtures thereof.
  • the starter used may be the polyhydric alcohols of OH functionality> 2 mentioned in the context of the polyesterpolyols and primary or secondary amines and amino alcohols.
  • Preferred polyether polyols are those of the aforementioned type based solely on propylene oxide or random or block copolymers based on propylene oxide with further 1-alkylene oxides. Particular preference is given to propylene oxide homopolymers and also random or block copolymers which contain oxyethylene, oxypropylene and / or oxybutylene units, the proportion of oxypropylene units, based on the total amount of all oxyethylene, oxypropylene and oxybutylene units, being at least 20% by weight at least 45% by weight.
  • Oxypropylene and oxybutylene here include all respective linear and branched C3 and C i isomers.
  • isocyanate-reactive compounds are also low molecular weight, i. with molecular weights ⁇ 500 g / mol, short chain, i. 2 to 20 carbon atoms containing aliphatic, araliphatic or cycloaliphatic di-, tri- or polyfunctional alcohols suitable.
  • these may include neopentyl glycol, 2-ethyl-2-butylpropanediol, trimethylpentanediol, positionally isomeric diethyloctanediols, cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,6-hexanediol, 1,2- and 1, 4-cyclohexanediol, hydrogenated bisphenol A, 2,2-bis (4-hydroxy-cyclohexyl) -propane or 2,2-dimethyl-3-hydroxypropionic acid, 2,2-dimethyl-3-hydroxypropyl ester.
  • triols examples are trimethylolethane, trimethylolpropane or glycerol.
  • Suitable higher-functional alcohols are di (trimethylolpropane), pentaerythritol, dipentaerythritol or sorbitol. It is particularly preferred if the polyol component is a difunctional polyether, polyester or a polyether-polyester block copolyester or a polyether-polyester block copolymer having primary OH functions.
  • isocyanate-reactive compounds bl) amines are ethylene diamine, propylene diamine, diaminocyclohexane, 4,4'-Dicylohexyl- menthanediamine, isophoronediamine (IPDA), difunctional polyamines such as Jeffamine ®, amine terminated polymers, and in particular having number average molecular weights of ⁇ 10000 g / mol. Mixtures of the aforementioned amines can also be used.
  • isocyanate-reactive compounds bl) amino alcohols are also possible to use as isocyanate-reactive compounds bl) amino alcohols.
  • suitable amino alcohols are the isomeric aminoethanols, the isomeric aminopropanols the isomeric aminobutanols and the isomeric aminohexanols or any desired mixtures thereof.
  • All of the aforementioned isocyanate-reactive compounds B1) can be mixed with one another as desired.
  • the isocyanate-reactive compounds bl) have a number average molecular weight of> 200 and ⁇ 10000 g / mol, more preferably> 500 and ⁇ 8000 g / mol and very particularly preferably> 800 and ⁇ 5000 g / mol.
  • the OH functionality of the polyols is preferably 1.5 to 6.0, particularly preferably 1.8 to 4.0.
  • the prepolymers of the polyisocyanate component a) may in particular have a residual content of free monomeric di- and triisocyanates ⁇ 1% by weight, more preferably ⁇ 0.5% by weight and most preferably ⁇ 0.3% by weight.
  • the polyisocyanate component a) may comprise completely or proportionally organic compound whose NCO groups have been completely or partially reacted with blocking agents known from coating technology.
  • blocking agents are alcohols, lactams, oximes, malonic esters, pyrazoles and amines, such as e.g. Butanoxime, diisopropylamine, diethyl malonate, acetoacetic ester, 3,5-dimethylpyrazole, ⁇ -caprolactam, or mixtures thereof.
  • the polyisocyanate component a) comprises compounds having aliphatically bonded NCO groups, aliphatic NCO groups being understood to mean those groups which are bonded to a primary carbon atom.
  • the isocyanate-reactive component b) preferably comprises at least one organic compound which has on average at least 1.5 and preferably from 2 to 3 isocyanate-reactive groups. In the context of the present Invention are considered as isocyanate-reactive groups preferably hydroxy, amino or mercapto groups.
  • the isocyanate-reactive component may in particular comprise compounds which have a number average of at least 1.5 and preferably 2 to 3 isocyanate-reactive groups.
  • Suitable polyfunctional, isocyanate-reactive compounds of component b) are, for example, the compounds bl) described above.
  • the writing monomer c) comprises or consists of at least one mono- and / or one multifunctional writing monomer. More preferably, the writing monomer may comprise or consist of at least one mono- and / or a multifunctional (meth) acrylate writing monomer. Most preferably, the writing monomer may comprise or consist of at least one mono- and / or one multifunctional urethane (meth) acrylate.
  • Suitable acrylate writing monomers are, in particular, compounds of the general formula (II)
  • n> l and n ⁇ 4 and R 6 is a linear, branched, cyclic or heterocyclic unsubstituted or optionally also substituted by hetero atoms organic radical and / or R 7 is hydrogen, a linear, branched, cyclic or heterocyclic unsubstituted or optionally is also substituted with hetero atoms organic residue.
  • R 7 is particularly preferably hydrogen or methyl and / or R 6 is a linear, branched, cyclic or heterocyclic unsubstituted or optionally also substituted by hetero atoms organic radical.
  • esters of acrylic acid or methacrylic acid are referred to.
  • examples of preferably usable acrylates and methacrylates are phenyl acrylate, phenyl methacrylate, phenoxyethyl acrylate, phenoxyethyl methacrylate, phenoxyethoxyethyl acrylate, phenoxyethoxyethyl methacrylate, phenylthioethyl acrylate, phenylthioethyl methacrylate, 2-naphthyl acrylate, 2-naphthyl methacrylate, 1,4-bis (2-thionaphthyl) -2 butyl acrylate, 1, 4-bis (2-thionaphthyl) - 2-butyl methacrylate, bisphenol A diacrylate, bisphenol A dimethacrylate, and their ethoxylated analogues, N-carbazolyl acrylates.
  • Urethane acrylates in the present context are understood as meaning compounds having at least one acrylic acid ester group and at least one urethane bond. Such compounds can be obtained, for example, by reacting a hydroxy-functional acrylate or methacrylate with an isocyanate-functional compound.
  • Suitable isocyanate-functional compounds are monoisocyanates and the monomeric diisocyanates, triisocyanates and / or polyisocyanates mentioned under a).
  • suitable monoisocyanates are phenyl isocyanate, the isomeric Methylthiophenylisocyanate.
  • Di, tri- or polyisocyanates are mentioned above and triphenylmethane-4,4 ', 4 "-triisocyanat and tris (p-isocyanatophenyl) thiophosphate or derivatives thereof with urethane, urea, carbodiimide, acylurea, isocyanurate, Allophanate, biuret, oxadiazinetrione, uretdione, iminooxadiazine dione structure and mixtures thereof are preferred aromatic di-, tri- or polyisocyanates.
  • hydroxy-functional acrylates or methacrylates for the preparation of urethane acrylates are, for example, compounds such as 2-hydroxyethyl (meth ) acrylate, polyethylene oxide mono (meth) acrylates, Polypropylenoxidmono (meth) acrylates, Polyalkylenoxidmono (meth) acrylates, poly (8-caprolactone) mono (meth) acrylates, such as Ton
  • hydroxyl-containing epoxy (meth) acrylates known per se with OH contents of 20 to 300 mg KOH / g or hydroxyl-containing polyurethane (meth) acrylates with OH contents of 20 to 300 mg KOH / g or acrylated polyacrylates with OH contents of 20 to 300 mg KOH / g and mixtures thereof with one another and mixtures with hydroxyl-containing unsaturated polyesters and mixtures with polyester (meth) acrylates or mixtures of hydroxyl-containing unsaturated polyester with polyester (meth) acrylates.
  • urethane acrylates obtainable from the reaction of tris (p-isocyanato-phenyl) thiophosphate and / or m-methylthiophenyl isocyanate with alcohol-functional acrylates such as hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate and / or hydroxybutyl (meth) acrylate.
  • the writing monomer may comprise further unsaturated compounds such as ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid derivatives such as, for example, maleinates, fumarates, maleimides, acrylamides, furthermore vinyl ethers, propenyl ethers, allyl ethers and dicyclopentadienyl units, and also olefinically unsaturated compounds such as e.g. Styrene, ⁇ -methylstyrene, vinyltoluene and / or olefins, or consists thereof.
  • unsaturated compounds such as ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid derivatives such as, for example, maleinates, fumarates, maleimides, acrylamides, furthermore vinyl ethers, propenyl ethers, allyl ethers and dicyclopentadienyl units, and also olefinically unsaturated compounds such as e.g. Styrene, ⁇ -methylsty
  • Photoinitiators of component d) are usually activatable by actinic radiation compounds which can initiate a polymerization of the writing monomers.
  • actinic radiation compounds which can initiate a polymerization of the writing monomers.
  • a distinction can be made between unimolecular (type I) and bimolecular (type II) initiators.
  • photoinitiators for radical, anionic, cationic or mixed type of polymerization.
  • Type I photoinitiators for radical photopolymerization form free radicals upon irradiation by unimolecular bond cleavage.
  • type I photoinitiators are triazines, oximes, benzoin ethers, benzil ketals, bisimidazoles, aroylphosphine oxides, sulfonium and iodonium salts.
  • Radical polymerization type II photoinitiators consist of a dye as a sensitizer and a coinitiator and undergo a bimolecular reaction upon irradiation with dye-adapted light. First, the dye absorbs a photon and transfers energy to the coinitiator from an excited state. This releases the polymerization-releasing radicals by electron or proton transfer or direct hydrogen abstraction.
  • type II photoinitiators are preferably used.
  • photoinitiator systems are described in principle in EP 0 223 587 A and preferably consist of a mixture of one or more dyes with ammonium alkylaryl borate (s).
  • Suitable dyes which form a type II photoinitiator together with an ammonium alkylaryl borate are the cationic dyes described in WO 2012062655 in combination with the anions just described there.
  • Cationic dyes are preferably understood to mean those of the following classes: acridine dyes, xanthene dyes, thioxanthene dyes, phenazine dyes, phenoxazine dyes Dyes, phenothiazine dyes, tri (het) arylmethane dyes - in particular diamino- and triamino (het) arylmethane dyes, mono-, di-, tri- and pentamethine cyanine dyes, hemi-cyanine dyes, externally cationic merocyanine dyes , externally cationic neutrocyanine dyes, zero methine dyes - especially naphtholactam dyes, streptocyanine dyes.
  • Such dyes are described, for example, in H. Berneth in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Azine Dyes, Wiley-VCH Verlag, 2008, H. Berneth in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Methine Dyes and Pigments, Wiley-VCH Verlag, 2008, T Gessner, U. Mayer in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Triarylmethane and Diarylmethane Dyes, Wiley-VCH Verlag, 2000.
  • phenazine dyes particularly preferred are phenazine dyes, phenoxazine dyes, phenothiazine dyes, tri (het) arylmethane dyes - especially diamino and triamino (het) arylmethane dyes, mono-, di-, tri- and pentamethine cyanine dyes, hemicyanine Dyes, zero methine dyes - especially naphtholactam dyes, streptocyanine dyes.
  • cationic dyes are Astrazon Orange G, Basic Blue 3, Basic Orange 22, Basic Red 13, Basic Violet 7, Methylene Blue, New Methylene Blue, Azure A, 2,4-diphenyl-6- (4-methoxyphenyl) pyrylium, Safranine O, Astraphloxin, Brilliant Green, Crystal Violet, Ethyl Violet and Thionin.
  • Preferred anions are particularly Cs to C25 alkane, preferably CB to C25 alkane, C3 to Cis-perfluoroalkanesulfonate, C 4 - to C perfluoroalkanesulfonate, which kylkette in the Al at least 3 hydrogen atoms carries C9 to C25 alkanoate, C9 to C25-alkenoate, Cs to C25 alkyl sulphate, preferably CB to C25 alkyl sulfate, Cs to C25-alkenyl sulfate, preferably CB to C25-alkenyl sulfate, C 3 to C Perfluoralkylsulfat, C 4 - to Cis perfluoroalkyl sulfate having at least 3 hydrogen atoms in the alkyl chain, polyether sulfates based on at least 4 equivalents of ethylene oxide and / or 4 equivalents of propylene oxide, bis-C 4 to C 25 alky
  • the anion A "of the dye has an AClogP in the range from 1 to 30, particularly preferably in the range from 1 to 12 and in particular preferably in the range from 1 to 6.5
  • the AClogP is obtained according to J. Comput Aid. Mol. Des., 2005, 19, 453; Virtual Computational Chemistry Laboratory, http://www.vcclab.org.
  • Suitable ammonium alkylaryl borates are, for example, (Cunningham et al., RadTech'98 North America UV / EB Conference Proceedings, Chicago, Apr. 19-22, 1998): tetrabutylammonium tri-phenylhexylborate, tetrabutylammonium triphenylbutylborate, tetrabutylammonium trinapthylhexylborate, tetrabutylammonium tris (4- tert.-butyl) -phenylbutyl borate, tetrabutylammonium tris (3-fluorophenyl) hexylborate hexylborate ([191726-69-9], CGI 7460, product of BASF SE, Basel, Switzerland), 1-methyl-3-octylimidazolium dipentyldiphenylborate and tetrabutylammonium Tris (3-chloro-4-
  • photoinitiators it may be advantageous to use mixtures of these photoinitiators.
  • the type and concentration of photoinitiator must be adapted in a manner known to the person skilled in the art. Further details are described, for example, in P.K.T. Oldring (Ed.), Chemistry & Technology of UV & EB Formulations For Coatings, Inks & Paints, Vol. 3, 1991, SITA Technology, London, pp. 61-328.
  • the photoinitiator comprises a combination of dyes whose absorption spectra at least partially cover the spectral range from 400 to 800 nm with at least one co-initiator adapted to the dyes. It is also preferred if at least one suitable for a laser light color of blue, green and red photoinitiator is included in the photopolymer formulation.
  • the photopolymer formulation contains at least two laser light colors selected from blue, green and red each contain a suitable photoinitiator.
  • the photopolymer formulation in each case contains a suitable photoinitiator for each of the laser light colors blue, green and red.
  • the photopolymer formulation additionally contains urethanes as additives, it being possible for the urethanes in particular to be substituted by at least one fluorine atom.
  • the urethanes may preferably have the general formula (III)
  • R 9 and R 10 are linear, branched, cyclic or heterocyclic unsubstituted or optionally also substituted by hetero atoms organic radicals and / or R 9 , R 10 are independently hydrogen in which preferably at least one of the radicals R 8 , R 9 , R 10 is substituted by at least one fluorine atom and more preferably R 8 is an organic radical having at least one fluorine atom.
  • R 9 is particularly preferably a linear, branched, cyclic or heterocyclic organic radical which is unsubstituted or optionally also substituted by heteroatoms such as, for example, fluorine.
  • Another object of the present invention is a photopolymer comprising matrix polymers, a Schreibmonomer and a photoinitiator, which additionally comprises a compound of formula (I)
  • a 1 , A 2 , A 3 are each independently of one another hydrogen, fluorine, chlorine, bromine or iodine,
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 are each independently hydrogen, halogen, cyano, nitro,
  • a 1 , A 2 and A 3 are each independently fluorine, chlorine, bromine or iodine and more preferably A 1 , A 2 and A 3 simultaneously either Fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are each independently of one another hydrogen, halogen, cyano, nitro, isonitrile, acyl, carboxyl, carbonic esters, carbonamide, orthoesters, Sulfonate, phosphate, organo-sulfonyl, organo-sulfoxidyl, optionally fluorinated alkoxy and preferably hydrogen, halogen, cyano, nitro, isonitrile, acyl, carboxyl, more preferably hydrogen, halogen and particularly preferably hydrogen, fluorine, chlorine, bromine or iodine are.
  • the matrix polymers of the photopolymer according to the invention may in particular be crosslinked and particularly preferably be crosslinked three-dimensionally.
  • the matrix polymers are polyurethanes, where the polyurethanes may be obtainable in particular by reacting at least one polyisocyanate component with at least one isocyanate-reactive component.
  • the statements made above with regard to the photopolymer formulation according to the invention with regard to further preferred embodiments apply analogously to the photopolymer according to the invention.
  • the invention also provides a holographic medium, in particular in the form of a film, comprising a photopolymer according to the invention or obtainable using a photopolymer formulation according to the invention.
  • Yet another object of the invention is the use of a photopolymer formulation according to the invention for the production of holographic media.
  • holographic medium In a preferred embodiment of the holographic medium according to the invention are in this holgraphische information imprinted.
  • the holographic media according to the invention can be processed into holograms by appropriate exposure processes for optical applications in the entire visible and near UV range (300-800 nm).
  • Visual holograms include all holograms that can be recorded by methods known to those skilled in the art. These include in-line (Gabor) holograms, off-axis holograms, full-aperture transfer holograms, white-light transmission holograms, denisy-holograms, off-axis reflection holograms, edge-lit holograms, and holographic stereograms. Denisyuk holograms, transmission holograms.
  • Possible optical functions of the holograms that can be produced with the photopolymer formulations according to the invention correspond to the optical functions of light elements such as lenses, mirrors, deflection mirrors, filters, diffusers, diffractive elements, diffusers, light guides, waveguides, projection screens and / or masks. Also, combinations of these optical functions may be unified independently in a hologram. Frequently, these optical elements exhibit frequency selectivity depending on how the holograms were exposed and the dimensions of the hologram.
  • holographic images or representations can also be produced by means of the media according to the invention, for example for personal portraits, biometric representations in security documents, or generally for images or image structures for advertising, security labels, trademark protection, branding, labels, design elements, decorations, illustrations, trading cards , Images and the like, as well as images that can represent digital data, including in combination with the previously presented products.
  • Holographic images can have the impression of a three-dimensional image, but they can also represent image sequences, short films or a number of different objects, depending on which angle, with which (even moving) light source, etc., this is illuminated. Because of these diverse design possibilities, holograms, in particular volume holograms, represent an attractive technical solution for the above-mentioned application.
  • the present invention furthermore relates to the use of a holographic medium according to the invention for recording in-line, off-axis, full-aperture transfer, white-light transmissions, denisyuk, off-axis reflection or edge-lit holograms and holographic stereograms, in particular for Production of optical elements, images or image representations.
  • the present invention also provides a process for producing a holographic medium using a photopolymer formulation according to the invention.
  • the photopolymer formulations can be used in particular for producing holographic media in the form of a film.
  • a layer of a material or composite material transparent to light in the visible spectral range is coated on one or both sides and optionally a cover layer applied to the photopolymer layer (s).
  • Preferred materials or composite materials of the carrier are based on polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, cellulose acetate, cellulose hydrate, cellulose nitrate, cycloolefin polymers, polystyrene, polyepoxides, polysulfone, cellulose triacetate (CTA), polyamide, polymethyl methacrylate , Polyvinyl chloride, polyvinyl butyral or polydicyclopentadiene or mixtures thereof. Most preferably, they are based on PC, PET and CTA. Composite materials may be film laminates or co-extrudates.
  • Preferred material composites are duplex and triplex films constructed according to one of the schemes A / B, A B / A or A / B / C.
  • the materials or composite materials of the carrier may be unilaterally or bilaterally anti-adhesive, antistatic, hydrophobed or hydrophilated.
  • the above modifications serve on the side facing the photopolymer layer for the purpose that the photopolymer layer can be detached from the carrier without destruction.
  • a modification of the side of the carrier facing away from the photopolymer layer serves to ensure that the media according to the invention meet specific mechanical requirements which are required, for example, in processing in roll laminators, in particular in roll-to-roll processes.
  • the following examples serve to exemplify the invention. Examples
  • the Denisyuk hologram of a mirror was recorded in a sample consisting of a glass plate with laminated photopolymer film.
  • the substrate of the photopolymer film pointed to the laser source and the glass substrate to the mirror.
  • the sample was aligned with the plane of its exposure perpendicular to the laser beam.
  • the distance sample to the mirror was 3 cm.
  • the laser used was a pulse laser from Quantel, France, model Brilliant b. It was a Q-switched Nd-YAG laser with a frequency doubling module at 532 nm. The single frequency mode was guaranteed by a seed laser. The calculated coherence length was about 1 m. The pulse duration 4 ns and the average output power 3 watts at a pulse repetition rate of 10 Hz.
  • the electronically controlled shutter ensured single pulse exposure.
  • the wave plate allowed the rotation of the polarization plane of the laser light and with the following polarizer, the S-polarized portion of the laser light was reflected towards the sample.
  • the beam expansion allowed adjustment of the exposed area.
  • the wave plate and the beam spread were adjusted so that the sample reached an exposure dose of 100 mJ / cm 2 / pulse.
  • the samples were each exposed exactly with one pulse. After exposure, the sample was bleached on a light table.
  • the hologram of the bleached sample was used to measure a transmission spectrum.
  • a spectrometer from Ocean Optics, Model HR4000 was used. The sample was placed perpendicular to the light beam.
  • the transmission spectrum showed a breakdown in transmission at the wavelength at which the Bragg condition was met.
  • the depth of the transmission Breakdown to the baseline was evaluated as the diffraction efficiency DE of the mirror's Denisyuk hologram.
  • the solvents used were purchased in the chemicals trade.
  • Desmorapid Z dibutyltin dilaurate [77-58-7], product of Bayer Material Science AG, Leverkusen, Germany.
  • Aluminum chloride [7446-70-0] is available from Acros Organics, Geel, BE.
  • 1,4-Difluorobenzene [540-36-3] is available from Aldrich Chemie, Steinheim.
  • Tetrabutylammonium bromide [1643-19-2] is available from AB CR GmbH & CO. KG, Düsseldorf available. [10309-89-4] is available from Chemos GmbH, Germany, art. No.
  • Example 1 4-Fluorotrichlorobenzene 4-Fluorotrichlorobenzene [402-42-6] is available from ABCR GmbH & CO. KG, Düsseldorf and was used as received.
  • the organic phase was washed once with 100 ml of water, once with 100 ml of 5% NaHCO 3 solution and again once with 100 ml of water.
  • the carbon tetrachloride was distilled off and from the oil, the desired product (5.6 g) crystallized as colorless fine needles.
  • the organic phase was washed once with 100 ml of water, once with 100 ml of 5% NaHCO 3 solution and again once with 100 ml of water.
  • the carbon tetrachloride was distilled off and little acetonitrile was added. From this solution, the desired product (6.0 g) crystallized out as colorless fine needles.
  • Example 7 Preparation of 1,4-difluoro-2- (trichloromethyl) benzene:
  • the organic phase was washed once with 100 ml of water, once with 100 ml of 5% NaHCO 3 solution and again once with 100 ml of water.
  • the carbon tetrachloride was distilled off and little acetonitrile was added. From this solution, the desired product (8.0 g) crystallized out as colorless fine needles.
  • Example 8 Preparation of 1-chloro-4-fluoro-2- (trichloromethyl) benzene and 4-chloro-l-fluoro-2- (trichloromethyl) benzene: In a 250 ml four-neck round bottom flask with reflux condenser, dropping funnel, internal thermometer and mechanical stirrer were suspended under nitrogen 27.4 g of aluminum trichloride in 100 mL of carbon tetrachloride. To this suspension was slowly added 13.4 g of 4-chlorofluorobenzene so that the reaction mixture gently refluxed. The resulting HCl gas was introduced into aqueous sodium hydroxide solution. After completion of the addition, stirring was continued for 10 min and then cooled to room temperature.
  • the reaction mixture was discharged onto 300 ml of ice water and the organic phase was separated off.
  • the organic phase was washed once with 100 ml of water, once with 100 ml of 5% NaHCO 3 solution and again once with 100 ml of water.
  • the carbon tetrachloride was distilled off and little acetonitrile was added. From this solution, a mixture of the desired products l, 4-difluoro-2- (trichloromethyl) benzene and 4-chloro-l-fluoro-2- (trichloromethyl) benzene (17.5 g) in a ratio of about 3: 1.
  • the organic phase was washed once with 100 ml of water, once with 100 ml of 5% NaHCO 3 solution and again once with 100 ml of water.
  • the carbon tetrachloride was distilled off and little acetonitrile was added. From this solution, the desired product (4.6 g) crystallized out as colorless fine needles.
  • TMDI 2,4,4-trimethylhexane 1,6-diisocyanate
  • borate 1 photoinitiator: tetrabutylammonium tris (4-chlorophenyl) (hexyl) borate
  • borate 2 photoinitiator: tetrabutylammonium tris (4-fluorophenyl) (hexyl) borate
  • Example Medium II The procedure was as in Example 1, but using 0.10 g borate 2 instead of 0.10 g borate 1.
  • Example Medium III The procedure was as in Example 1, but using 0.010 g Example 2 instead of 0.010 g Example 1.
  • Example Medium IV The procedure was as in Example I but using 0.010 g of Example 3 instead of 0.010 g of Example 1 and using 0.10 g of Borate 2 instead of 0.10 g of Borate 1.
  • Example 4 The procedure was as in Example 1, but using 0.010 g Example 4 instead of 0.010 g Example 1.
  • Example 5 The procedure was as in Example 1, but using 0.010 g Example 5 instead of 0.010 g Example 1.
  • Example 6 The procedure was as in Example 1, but using 0.010 g Example 6 instead of 0.010 g Example 1.
  • Example I The procedure was as in Example I, but using 0.010 g of Example 7 instead of 0.010 g of Example 1 and using 0.10 g of borate 2 instead of 0.10 g of borate 1.
  • Example medium IX The procedure was as in Example 1, but using 0.010 g of Example 8 instead of 0.010 g of Example 1 and using 0.10 g of borate 2 instead of 0.10 g of borate 1.
  • Example Medium X The procedure was as in Example 1, but using 0.010 g of Example 9 instead of 0.010 g of Example 1.
  • the values found for the example media I to X show that the compounds of the formula (I) according to the invention used in the photopolymer formulations are very well suited for use in holographic media when exposed to pulsed laser exposure.
  • the comparative media V-1 and V-2 have no compound of the formula (I) according to the invention and are unsuitable for use in holographic media when exposed to pulsed laser exposure.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft neue eine Photopolymer-Formulierungen umfassend Matrixpolymere, ein Schreibmonomer und einen Photoinitiator, diezusätzlich eine Verbindung der Formel (I) umfasst, worin A1, A2, A3 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom oder Iod, R1, R2, R3, R4, R5 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Amino, Alkylimino, Azid, Isonitril, Enamino, Formyl, Acyl, Carboxyl, Carbonester, Carbonamid, Orthoester, Sulfonat, Phosphat, Organo-sulfonyl, Organo-sulfoxidyl, gegebenenfalls fluoriertes Alkoxy oder ein gegebenenfalls substituierter aromatischer, heteroaromatischer, aliphatischer, araliphatischer, olefinischer oder acetylenischer Rest sind und geeignete Reste über eine Brücke beliebiger Substitution miteinander verbunden sein können oder dass zwei oder mehrere Verbindungen der Formel (I) über mindestens einen der Reste R1, R2, R3, R4, R5 verbunden sein können, wobei diese Reste dann eine 2-4-fach funktionelle Brücke darstellenkönnen, mit der Maßgabe, dass wenigstenseiner der Reste R1, R2, R3, R4, R5 nicht Wasserstoff ist. Weitere Gegenstände der Erfindung sind ein Photopolymer umfassend Matrixpolymere, ein Schreibmonomer und einen Photoinitiator, ein holographisches Medium, das eine erfindungsgemäßes Photopolymer-Formulierung enthält oder unter deren Verwendung erhältlich ist, die Verwendung einer eines erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung zur Herstellung holographischer holographischen Medien Mediums sowie ein Verfahren zur Herstellung eines holographischen Mediums unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung.

Description

Holographische Medien mit verbesserter Lichtempfindlichkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photopolymer-Formulierung umfassend Matrixpolymere, ein Schreibmonomer und einen Photoinitiator. Weitere Gegenstände der Erfindung sind ein Photopolymer umfassend Matrixpolymere, ein Schreibmonomer und einen Photoinitiator, ein holographisches Medium, das ein erfindungsgemäßes Photopolymer enthält, die Verwendung eines erfin- dungsgemäßen holographischen Mediums sowie ein Verfahren zur Herstellung eines holographischen Mediums unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung.
Photopolymer-Formulierungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. So sind beispielsweise in der WO 2008/125229 AI eine Photopolymer-Formulierung und ein daraus erhältliches Photopolymer beschrieben, die Polyurethanmatrixpolymere, ein Schreibmonomer auf Acrylatbasis sowie Photoinitiatoren enthaltend einen Coinitiator und einen Farbstoff umfassen. Bei der Verwendungen von Photopolymeren spielt die durch die holographische Belichtung erzeugte Brechungsindexmodulation Δη die entscheidende Rolle. Bei der holographischen Belichtung wird das Interferenzfeld aus Signal- und Referenzlichtstrahl (im einfachsten Fall das zweier ebener Wellen) durch die lokale Photopolymerisation von Schreibmonomeren wie z.B. hochbrechenden Ac- rylate an Orten hoher Intensität im Interferenzfeld in ein Brechungsindexgitter abgebildet. Das Brechungsindexgitter im Photopolymer (das Hologramm) enthält alle Information des Signallichtstrahls. Durch Beleuchtung des Hologramms nur mit dem Referenzlichtstrahl kann dann das Signal wieder rekonstruiert werden. Die Stärke des so rekonstruierten Signals im Verhältnis zur Stärke des eingestrahlten Referenzlichts wird Beugungseffizienz, im Folgenden DE wie Diffraction Effi- ciency, genannt.
Im einfachsten Fall eines Hologramms, das aus der Überlagerung zweier ebener Wellen entsteht, ergibt sich die DE aus dem Quotienten der Intensität des bei der Rekonstruktion abgebeugten Lichtes und der Summe der Intensitäten aus nicht gebeugten und abgebeugtem Licht. Je höher die DE desto effizienter ist ein Hologramm in Bezug auf die Lichtmenge des Referenzlichtes die notwen- dig ist, um das Signal mit einer festen Helligkeit sichtbar zu machen.
Um ein möglichst hohes Δη und eine möglichst hohe DE bei Hologrammen realisieren zu können, sollten grundsätzlich die Matrixpolymere und die Schreibmonomere einer Photopolymer- Formulierung so gewählt werden, dass sie sich in ihren Brechungsindizes möglichst stark unterscheiden. Ein Möglichkeit zur Realisierung ist, Matrixpolymere mit einem möglichst niedrigen und Schreibmonomere mit einem möglichst hohen Brechungsindex zu verwenden. Geeignete Matrixpolymere mit niedrigem Brechungsindex sind beispielsweise durch Umsetzung einer Polyol- mit einer Polyisocyanat-Komponente erhältliche Polyurethane. Neben hohen DE- und Δη- Werten ist es für holographische Medien aus Photopolymer-Formulierungen aber auch von großer Bedeutung, dass die Matrixpolymere im fertigen Medium hoch vernetzt sind. Falls der Vernetzungsgrad zu niedrig ist, weist das Medium keine ausreichende Stabilität auf. Dies kann dazu führen, dass die Qualität von in die Medien eingeschriebenen Hologram- men erheblich vermindert ist. Im schlimmsten Fall können die Hologramme sogar nachträglich zerstört werden.
Weiterhin ist es insbesondere für den großtechnischen Einsatz von holographischen Medien aus Photopolymer-Formulierungen von großer Bedeutung, dass die Lichtempfindlichkeit ausreicht, um bei einer gegebenen Laser-Lichtquelle großflächig und ohne Verlust an Indexmodulation belichten zu können. Hier ist insbesondere die Wahl eines geeigneten Photoinitiators von entscheidender Bedeutung für die Eigenschaften des Photopolymers.
Die holographische Belichtung mit einer kontinuierlichen Laserquelle stößt jedoch bei großflächiger Belichtung an technische Grenzen, da immer eine gewisse Lichtdosis pro Flächeneinheit eingestrahlt werden muss, um eine effiziente Bildung des Hologramms zu gewährleisten und die tech- nisch verfügbare Laserleistung begrenzt ist. Zudem erfordern großflächige Belichtungen bei vergleichsweise geringer Dosis lange Belichtungszeiten, die wiederum sehr hohe Anforderungen an die mechanische Schwingungsdämpfung des Belichtungsaufbaus stellen.
Eine weitere Möglichkeit zur großflächigen Belichtung von Hologrammen besteht in der Verwendung von sehr kurzen Lichtpulsen, wie sie z.B. von gepulsten Lasern oder Dauerstrichlasern in Verbindung mit sehr schnellen Shuttern erzeugt werden. Typische Pulsdauern bei gepulsten Lasern sind 500 ns oder kürzer. Typische Pulsdauern bei Dauerstrichlasern mit sehr schnellen Shuttern sind 100 μ8 oder kürzer. Dabei kann die gleiche Energiedosis eingestrahlt werden wie mit kontinuierlichen Lasern in Sekunden. Auf diese Art können Hologramme Punkt für Punkt geschrieben werden. Da gepulste Laser oder schnelle optische Shutter technisch verfügbar sind und ein derarti- ger Belichtungsaufbau sehr geringe Anforderungen mit Hinblick auf die mechanische Schwingungsdämpfung hat, handelt es sich um eine gute technisch Alternative zu den oben beschriebenen Aufbauten mit kontinuierlichen Lasern zur großflächigen Belichtung von Hologrammen.
Die aus der WO 2008/125229 AI bekannten Photopolymere weisen auf Grund der dort verwendeten Photoinitiatoren eine zu geringe Lichtempfindlichkeit auf, um sie beim Schreiben von Holo- grammen mit gepulsten Lasern verwenden zu können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, eine Photopolymer-Formulierung bereit zu stellen, mit deren Hilfe sich Photopolymere herstellen lassen, in die auf Grund ihrer höheren Lichtempfindlichkeit mit gepulsten Lasern Hologramme geschrieben werden können. Diese Aufgabe ist durch eine Photopolymer-Formulierung umfassend Matrixpolymere, ein Schreibmonomer und einen Photoinitiator gelöst, die zusätzlich eine Verbindung der Formel (I) umfasst
Figure imgf000005_0001
worin
A1, A2, A3 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom oder Iod,
R1, R2, R3, R4, R5 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro,
Amino, Alkylimino, Azid, Isonitril, Enamino, Formyl, Acyl, Carboxyl, Carbonester, Carbonamid, Orthoester, Sulfonat, Phosphat, Organo- sulfonyl, Organo-sulfoxidyl, gegebenenfalls fluoriertes Alkoxy oder ein gegebenenfalls substituierter aromatischer, heteroaromatischer, aliphatischer, araliphatischer, olefinischer oder acetylenischer Rest sind und geeignete Reste über eine Brücke beliebiger Substitution miteinander verbunden sein können oder dass zwei oder mehrere Verbindungen der Formel (I) über mindestens einen der Reste R1, R2, R3, R4, R5verbunden sein können, wobei diese Reste dann eine 2 - 4-fach funktionelle Brücke darstellen können, mit der Maßgabe, dass wenigstens einer der Reste R1, R2, R3, R4, R5 nicht Wasserstoff ist.
So wurde überraschenderweise gefunden, dass Medien, die aus einer erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung hergestellt sind, eine höhere Lichtempfindlichkeit aufweisen und damit gut zur Belichtung mit gepulsten Lasern geeignet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung ist vorgesehen, dass bei der Verbindung der Formel (I) A1, A2 und A3 jeweils unabhängig voneinander Fluor, Chlor, Brom oder Iod und weiter bevorzugt A1, A2 und A3 gleichzeitig entweder Fluor, Chlor, Brom oder Iod sind.
Ebenfalls bevorzugt ist, wenn bei der Verbindung der Formel (I) R1, R2, R3, R4, R5 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Isonitril, Acyl, Carboxyl, Carbonester, Carbonamid, Orthoester, Sulfonat, Phosphat, Organo-sulfonyl, Organo-sulfoxidyl, gegebenenfalls fluoriertes Alkoxy und bevorzugt Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Isonitril, Acyl, Carboxyl, weiter bevorzugt Wasserstoff, Halogen und besonders bevorzugt Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom oder Iod sind.
Die Matrixpolymere der erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung können insbesondere vernetzt und besonders bevorzugt dreidimensional vernetzt sein. Vorteilhaft ist auch, wenn die Matrixpolymere Polyurethane sind, wobei die die Polyurethane insbesondere durch Umsetzung wenigstens einer Polyisocyanat-Komponente a) mit wenigstens einer Isocyanat-reaktiven-Komponente b) erhältlich sein können
Die Polyisocyanat-Komponente a) umfasst bevorzugt wenigstens eine organische Verbindung mit wenigstens zwei NCO-Gruppen. Bei diesen organischen Verbindungen kann es sich insbesondere um monomere Di- und Triisocyanate, Polyisocyanate und / oder NCO-funktionelle Prepolymere handeln. Die Polyisocyanat-Komponente a) kann auch Mischungen monomerer Di- und Triisocyanate, Polyisocyanate und / oder NCO-funktioneller Prepolymere enthalten oder daraus bestehen.
Als monomere Di- und Triisocyanate können alle dem Fachmann an sich gut bekannten Verbindungen oder deren Mischungen eingesetzt werden. Diese Verbindungen können aromatische, araliphatische, aliphatische oder cycloaliphatische Strukturen aufweisen. In untergeordneten Mengen können die monomeren Di- und Triisocyanate auch Monoisocyanate, d.h. organische Verbindungen mit einer NCO-Gruppe umfassen.
Beispiele für geeignete monomere Di- und Triisocyanate sind 1 ,4-Butandiisocyanat, 1,5-Pentandi- isocyanat, 1,6-Hexandiisocyanat (Hexamethylendiisocyanat, HDI), 2,2,4-Trimethylhexamethylen- diisocyanat und / oder 2,4,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat (TMDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), l,8-Diisocyanato-4-(isocyanatomethyl)-octan, Bis-(4,4'-isocyanatocyclohexyl)methan und / oder Bis-(2',4-isocyanatocyclohexyl)methan und / oder deren Mischungen beliebigen Isomerengehalts, 1 ,4-Cyclohexandiisocyanat, die isomeren Bis-(isocyanatomethyl)cyclohexane, 2,4- und / oder 2,6-Diisocyanato-l-methylcyclohexan (Hexahydro-2,4- und / oder 2,6-toluylendiisocyanat, HÖ-TDI), 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,4- und / oder 2,6-Toluylendiisocyanat (TDI), 1,5- Naphthylendiisocyanat (NDI), 2,4'- und / oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 1,3-Bis- (isocyanatomethyl)benzol (XDI) und / oder das analoge 1,4-Isomere oder beliebige Mischungen der vorgenannten Verbindungen.
Geeignete Polyisocyanate sind Verbindungen mit Urethan-, Harnstoff-, Carbodiimid-, Acylharn- stoff-, Amid-, Isocyanurat-, Allophanat-, Biuret-, Oxadiazintrion-, Uretdion- und/oder Iminooxadi- azindionstrukturen, die aus den vorgenannten Di- oder Triisocyanaten erhältlich sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Polyisocyanaten um oligomerisierte aliphatische und / oder cycloaliphatische Di- oder Triisocyanate, wobei insbesondere die oben stehenden aliphatischen und / oder cycloaliphatischen Di- oder Triisocyanate verwendet werden können.
Ganz besonders bevorzugt sind Polyisocyanate mit Isocyanurat-, Uretdion- und / oder Iminooxa- diazindion- Strukturen sowie Biurete basierend auf HDI oder deren Mischungen.
Geeignete Prepolymere enthalten Urethan- und / oder Harnstoff-Gruppen sowie gegebenenfalls weitere durch Modifizierung von NCO-Gruppen entstandene Strukturen wie oben genannt. Derartige Prepolymere sind beispielsweise durch Umsetzung der oben genannten monomeren Di- und Triisocyanate und / oder Polyisocyanaten al) mit isocyanatreaktiven Verbindungen bl) erhältlich. Als isocyanatreaktive Verbindungen bl) können Alkohole, Amino oder Mercapto- Verbindungen, bevorzugt Alkohole, verwendet werden. Dabei kann es sich insbesondere um Polyole handeln. Ganz besonders bevorzugt können als isocyanatreaktive Verbindung bl) Polyester-, Polyether-, Polycarbonat-, Poly(meth)acrylat- und/oder Polyurethan-Polyole verwendet werden.
Als Polyesterpolyole sind beispielsweise lineare Polyesterdiole oder verzweigte Polyesterpolyole geeignet, die in bekannter Weise durch Umsetzung von aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Di- bzw. Polycarbonsäuren bzw. ihren Anhydriden mit mehrwertigen Alkoholen einer OH-Funktionalität > 2 erhalten werden können. Beispiele für geeignete Di- bzw. Polycarbonsäuren sind mehrwertige Carbonsäuren wie Bernstein-, Adipin-, Kork-, Sebacin-, Decandicarbon-, Phthal-, Terephthal-, Isophthal- Tetrahydrophthal- oder Trimellithsäure sowie Säureanhydride wie Phthal-, Trimellith- oder Bernsteinsäureanhydrid oder deren beliebige Gemische untereinander. Die Polyesterpolyole können auch auf natürlichen Rohstoffen wie Rizinusöl basieren. Es ist ebenfalls möglich, dass die Polyesterpolyole auf Homo- oder Mischpolymerisaten von Lactonen basieren, die bevorzugt durch Anlagerung von Lactonen bzw. Lactongemischen wie Butyrolacton, ε- Caprolacton und / oder Methyl-e-caprolacton an hydroxyfunktionelle Verbindungen wie mehrwer- tige Alkohole einer OH-Funktionalität > 2 beispielsweise der nachstehend genannten Art erhalten werden können.
Beispiele für geeignete Alkohole sind alle mehrwertigen Alkohole wie z.B. die C2 - Cn-Diole, die isomeren Cyclohexandiole, Glycerin oder deren beliebige Gemische untereinander.
Geeignete Polycarbonatpolyole sind in an sich bekannter Weise durch Umsetzung von organischen Carbonaten oder Phosgen mit Diolen oder Diol-Mischungen zugänglich.
Geeignete organische Carbonate sind Dimethyl-, Diethyl- und Diphenylcarbonat. Geeignete Diole bzw. Mischungen umfassen die an sich im Rahmen der Polyestersegmente genannten mehrwertigen Alkohole einer OH-Funktionalität > 2, bevorzugt Butandiol-1,4, Hexandiol- 1,6 und / oder 3-Methylpentandiol. Auch Polyesterpolyole können zu Polycarbonatpolyolen umgearbeitet werden. Geeignete Polyetherpolyole sind gegebenenfalls blockweise aufgebaute Polyadditionsprodukte eye lischer Ether an OH- oder NH-funktionelle Startermoleküle.
Geeignete cyclische Ether sind beispielsweise Styroloxide, Ethylenoxid, Propylenoxid, Tetrahydro- furan, Butylenoxid, Epichlorhydrin sowie ihre beliebigen Mischungen.
Als Starter können die an sich im Rahmen der Polyesterpolyole genannten mehrwertigen Alkohole einer OH-Funktionalität > 2 sowie primäre oder sekundäre Amine und Aminoalkohole verwendet werden.
Bevorzugte Polyetherpolyole sind solche der vorgenannten Art ausschließlich basierend auf Propylenoxid oder statistische oder Block-Copolymere basierend auf Propylenoxid mit weiteren 1 -Alkylenoxiden. Besonders bevorzugt sind Propylenoxid-homopolymere sowie statistische oder Block-Copolymere, die Oxyethylen-, Oxypropylen- und / oder Oxybutyleneinheiten aufweisen, wobei der Anteil der Oxypropyleneinheiten bezogen auf die Gesamtmenge aller Oxyethylen-, Oxypropylen- und Oxybutyleneinheiten mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 45 Gew.- % ausmacht. Oxypropylen- und Oxybutylen umfasst hierbei alle jeweiligen linearen und verzweigten C3- und C i-Isomere. Daneben sind als Bestandteile der Polyol-Komponente bl) als polyfunktionelle, isoeyanatreaktive Verbindungen auch niedermolekulare, d.h. mit Molekulargewichten < 500 g/mol, kurzkettige, d.h. 2 bis 20 Kohlenstoffatome enthaltende aliphatische, araliphatische oder cycloaliphatische di-, trioder polyfunktionelle Alkohole geeignet.
Dies können beispielsweise in Ergänzung zu den oben genannten Verbindungen Neopentylglykol, 2-Ethyl-2-butylpropandiol, Trimethylpentandiol, stellungs-isomere Diethyloctandiole, Cyclohexan- diol, 1 ,4-Cyclohexandimethanol, 1,6-Hexandiol, 1,2- und 1 ,4-Cyclohexandiol, hydriertes Bisphenol A, 2,2-Bis(4-hydroxy-cyclohexyl)-propan oder 2,2-Dimethyl-3-hydroxypropionsäure, 2,2- dimethyl-3-hydroxypropyl-ester sein. Beispiele geeigneter Triole sind Trimethylolethan, Trimethy- lolpropan oder Glycerin. Geeignete höherfunktionelle Alkohole sind Di-(trimethylolpropan), Pen- taerythrit, Dipenta-erythrit oder Sorbit. Besonders bevorzugt ist, wenn die Polyolkomponente ein difunktioneller Polyether-, Polyester oder ein Polyether-polyester-block-copolyester oder ein Polyether-Polyester-Blockcopolymer mit primären OH-Funktionen ist.
Es ist ebenfalls möglich, als isocyanatreaktive Verbindungen bl) Amine einzusetzen. Beispiele geeigneter Amine sind Ethylendiamin, Propylendiamin, Diaminocyclohexan, 4,4'-Dicylohexyl- methandiamin, Isophorondiamin (IPDA), difunktionelle Polyamine wie z.B. die Jeffamine®, amin- terminierte Polymere, insbesondere mit zahlenmittleren Molmassen < 10000 g/Mol. Mischungen der vorgenannten Amine können ebenfalls verwendet werden.
Es ist ebenfalls möglich, als isocyanatreaktive Verbindungen bl) Aminoalkohole einzusetzen. Bei- spiele geeigneter Aminoalkohole sind die isomeren Aminoethanole, die isomere Aminopropanole die isomeren Aminobutanole und die isomeren Aminohexanole oder deren beliebige Mischungen.
Alle vorgenannten isocyanatreaktiven Verbindungen bl) können untereinander beliebig vermischt werden.
Bevorzugt ist auch, wenn die isocyanatreaktiven Verbindungen bl) eine zahlenmittlere Molmasse von > 200 und < 10000 g/Mol, weiter bevorzugt > 500 und < 8000 g/Mol und ganz besonders bevorzugt > 800 und < 5000 g/Mol aufweisen. Die OH-Funktionalität der Polyole beträgt bevorzugt 1.5 bis 6.0, besonders bevorzugt 1.8 bis 4.0.
Die Prepolymere der Polyisocyanat-Komponente a) können insbesondere einen Restgehalt an freiem monomeren Di- und Triisocyanaten < 1 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0.5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt < 0.3 Gew.-% aufweisen.
Es ist gegebenenfalls auch möglich, dass die Polyisocyanat-Komponente a) vollständig oder anteilsmäßig organische Verbindung enthält, deren NCO-Gruppen ganz oder teilweise mit aus der Beschichtungstechnologie bekannten Blockierungsmitteln umgesetzt sind. Beispiel für Blockierungsmittel sind Alkohole, Lactame, Oxime, Malonester, Pyrazole sowie Amine, wie z.B. Butano- noxim, Diisopropylamin, Malonsäurediethylester, Acetessigester, 3,5-Dimethylpyrazol, ε-Capro- lactam, oder deren Mischungen.
Besonders bevorzugt ist, wenn die Polyisocyanat-Komponente a) Verbindungen mit aliphatisch gebundenen NCO-Gruppen umfasst, wobei unter aliphatisch gebundenen NCO-Gruppen derartige Gruppen verstanden werden, die an ein primäres C-Atom gebunden sind. Die isocyanatreaktive Komponente b) umfasst bevorzugt wenigstens eine organische Verbindung, die im Mittel wenigstens 1.5 und bevorzugt 2 bis 3 isocyanatreaktive Gruppen aufweist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden als isocyanatreaktive Gruppen bevorzugt Hydroxy-, Amino- oder Mercapto- Gruppen angesehen.
Die isocyanatreaktive Komponente kann insbesondere Verbindungen umfassen, die im Zahlenmittel wenigstens 1.5 und bevorzugt 2 bis 3 isocyanatreaktive Gruppen aufweisen. Geeignete polyfunktionelle, isocyanatreaktive Verbindungen der Komponente b) sind beispielsweise die oben beschriebenen Verbindungen bl).
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Schreibmonomer c) wenigstens ein mono- und / oder ein multifunktionales Schreibmonomer umfasst oder daraus besteht. Weiter bevorzugt kann das Schreibmonomer wenigstens ein mono- und / oder ein multifunk- tionelles (Meth)acrylat-Schreibmonomer umfassen oder daraus bestehen. Ganz besonders bevorzugt kann das Schreibmonomer wenigstens ein mono- und / oder ein multifunktionelles Urethan- (meth)acrylat umfassen oder daraus bestehen.
Geeignete Acrylat-Schreibmonomere sind insbesondere Verbindungen der allgemeinen Formel (II)
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bei denen n>l und n<4 ist und R6 ein linearer, verzweigter, cyclischer oder heterocyclischer unsub- stituierter oder gegebenenfalls auch mit Heteroatomen substituierter organischer Rest und/oder R7 Wasserstoff, ein linearer, verzweigter, cyclischer oder heterocyclischer unsubstituierter oder gegebenenfalls auch mit Heteroatomen substituierter organischer Rest ist. Besonders bevorzugt ist R7 Wasserstoff oder Methyl und/oder R6 ein linearer, verzweigter, cyclischer oder heterocyclischer unsubstituierter oder gegebenenfalls auch mit Heteroatomen substituierter organischer Rest.
Als Acrylate bzw. Methacrylate werden vorliegend Ester der Acrylsäure bzw. Methacrylsäure bezeichnet. Beispiele bevorzugt verwendbarer Acrylate und Methacrylate sind Phenylacrylat, Phe- nylmethacrylat, Phenoxyethylacrylat, Phenoxyethylmethacrylat, Phenoxyethoxyethylacrylat, Phen- oxyethoxyethylmethacrylat, Phenylthioethylacrylat, Phenylthioethylmethacrylat, 2-Naphthyl- acrylat, 2-Naphthylmethacrylat, l,4-Bis-(2-thionaphthyl)-2-butylacrylat, 1 ,4-Bis-(2-thionaphthyl)- 2-butylmethacrylat, Bisphenol A Diacrylat, Bisphenol A Dimethacrylat, sowie deren ethoxylierte Analogverbindungen, N-Carbazolylacrylate.
Als Urethanacrylate werden vorliegend Verbindungen mit mindestens einer Acrylsäureestergruppe und mindestens eine Urethanbindung verstanden. Solche Verbindungen können beispielsweise durch Umsetzung eines Hydroxy-funktionellen Acrylats oder Methacrylats mit einer Isocyanat- funktionellen Verbindung erhalten werden.
Beispiele hierfür verwendbarer Isocyanat-funktionelle Verbindungen sind Monoisocyanate sowie die unter a) genannten monomeren Diisocyanate, Triisocyanate und / oder Polyisocyanate. Beispiele geeigneter Monoisocyanate sind Phenylisocyanat, die isomeren Methylthiophenylisocyanate. Di- , Tri- oder Polyisocyanate sind oben genannt sowie Triphenylmethan-4,4',4"-triisocyanat und Tris- (p-isocyanatophenyl)thiophosphat oder deren Derivate mit Urethan-, Harnstoff-, Carbodiimid-, Acylharnstoff-, Isocyanurat-, Allophanat-, Biuret-, Oxadiazintrion-, Uretdion-, Iminooxadiazin- dionstruktur und Mischungen derselben. Bevorzugt sind dabei aromatische Di-, Tri- oder Polyisocyanate. Als hydroxyfunktionelle Acrylate oder Methacrylate für die Herstellung von Urethanacrylaten kommen beispielsweise Verbindungen wie 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, Polyethylenoxid-mono- (meth)acrylate, Polypropylenoxidmono(meth)acrylate, Polyalkylenoxidmono(meth)-acrylate, Poly- (8-caprolacton)mono(meth)acrylate, wie z.B. Tone® Ml 00 (Dow, Schwalbach, DE), 2-Hydroxy- propyl(meth)acrylat, 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat, 3-Hydroxy-2,2-dimethylpropyl-(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat, Acrylsäure-(2-hydroxy-3-phenoxypropylester), die hydroxyfunk- tionellen Mono-, Di- oder Tetraacrylate mehrwertiger Alkohole wie Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Dipentaerythrit, ethoxyliertes, propoxyliertes oder alkoxyliertes Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Dipentaerythrit oder deren technische Gemische. Bevorzugt sind 2- Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat und Poly(e-caprolacton)mono- (meth)acrylat.
Ebenfalls verwendet werden können die an sich bekannten hydroxylgruppenhaltigen Epoxy(meth)- acrylate mit OH-Gehalten von 20 bis 300 mg KOH/g oder hydroxylgruppenhaltige Polyurethan- (meth)acrylate mit OH-Gehalten von 20 bis 300 mg KOH/g oder acrylierte Polyacrylate mit OH- Gehalten von 20 bis 300 mg KOH/g sowie deren Mischungen untereinander und Mischungen mit hydroxylgruppenhaltigen ungesättigten Polyestern sowie Mischungen mit Polyester(meth)acrylaten oder Mischungen hydroxylgruppenhaltiger ungesättigter Polyester mit Polyester(meth)acrylaten.
Bevorzugt sind insbesondere Urethanacrylate erhältlich aus der Umsetzung von Tris(p-isocyanato- phenyl)thiophosphat und / oder m-Methylthiophenylisocyanat mit alkoholfunktionellen Acrylaten wie Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat und / oder Hydroxybutyl(meth)- acrylat.
Ebenso ist es möglich, dass das Schreibmonomer weitere ungesättigte Verbindungen wie a,ß-un- gesättigte Carbonsäurederivate wie beispielsweise Maleinate, Fumarate, Maleimide, Acrylamide, weiterhin Vinylether, Propenylether, Allylether und Dicyclopentadienyl-Einheiten enthaltende Verbindungen sowie olefinisch ungesättigte Verbindungen wie z.B. Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltolu- ol und / oder Olefine, umfasst oder daraus besteht.
Photoinitiatoren der Komponente d) sind üblicherweise durch aktinische Strahlung aktivierbare Verbindungen, die eine Polymerisation der Schreibmonomere auslösen können. Bei den Photoiniti- atoren kann zwischen unimolekularen (Typ I) und bimolekularen (Typ II) Initiatoren unterschieden werden. Des Weiteren werden sie je nach ihrer chemischen Natur in Photoinitiatoren für radikalische, anionische, kationische oder gemischte Art der Polymerisation unterschieden.
Typ I-Photoinitiatoren (Norrish-Typ-I) für die radikalische Photopolymerisation bilden beim Bestrahlen durch eine unimolekulare Bindungsspaltung freie Radikale. Beispiele für Typ I-Photo- Initiatoren sind Triazine, Oxime, Benzoinether, Benzilketale, Bis-imidazole, Aroylphosphinoxide, Sulfonium- und Iodoniumsalze.
Typ II-Photoinitiatoren (Norrish-Typ-II) für die radikalische Polymerisation bestehen aus einem Farbstoff als Sensibilisator und einem Coinitiator und durchlaufen bei der Bestrahlung mit auf den Farbstoff angepasstem Licht eine bimolekulare Reaktion. Zunächst absorbiert der Farbstoff ein Photon und überträgt aus einem angeregten Zustand Energie auf den Coinitiator. Dieser setzt durch Elektronen- oder Protonentransfer oder direkte Wasserstoffabstraktion die polymerisationsauslö- senden Radikale frei.
Im Sinne dieser Erfindung werden bevorzugt Typ II-Photoinitiatoren verwendet.
Solche Photoinitiatorsysteme sind prinzipiell in der EP 0 223 587 A beschriebenen und bestehen bevorzugt aus einer Mischung von einem oder mehreren Farbstoffen mit Ammoniumalkyl- arylborat(en).
Geeignete Farbstoffe, die zusammen mit einem Ammoniumalkylarylborat einen Typ II- Photoinitiator bilden, sind die in der WO 2012062655 beschriebenen kationischen Farbstoffe in Kombination mit den eben dort beschriebenen Anionen. Unter kationischen Farbstoffen werden bevorzugt solche der folgenden Klassen verstanden: Acri- din-Farbstoffe, Xanthen-Farbstoffe, Thioxanthen-Farbstoffe, Phenazin-Farbstoffe, Phenoxazin- Farbstoffe, Phenothiazin-Farbstoffe, Tri(het)arylmethan-Farbstoffe - insbesondere Diamino- und Triamino(het)arylmethan-Farbstoffe, Mono-, Di-, Tri- und Pentamethincyanin-Farbstoffe, Hemi- cyanin-Farbstoffe, extern kationische Merocyanin-Farbstoffe, extern kationische Neutrocyanin- Farbstoffe, Nullmethin-Farbstoffe - insbesondere Naphtholactam-Farbstoffe, Streptocyanin- Farbstoffe. Solche Farbstoffe sind beispielsweise in H. Berneth in Ullmann's Encyclopedia of In- dustrial Chemistry, Azine Dyes, Wiley-VCH Verlag, 2008, H. Berneth in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Methine Dyes and Pigments, Wiley-VCH Verlag, 2008, T. Gessner, U. Mayer in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Triarylmethane and Diarylmethane Dyes, Wiley-VCH Verlag, 2000 beschrieben. Besonders bevorzugt sind Phenazin-Farbstoffe, Phenoxazin-Farbstoffe, Phenothiazin-Farbstoffe, Tri(het)arylmethan-Farbstoffe - insbesondere Diamino- und Triamino(het)arylmethan-Farbstoffe, Mono-, Di-, Tri- und Pentamethincyanin-Farbstoffe, Hemicyanin-Farbstoffe, Nullmethin-Farbstoffe - insbesondere Naphtholactam-Farbstoffe, Streptocyanin-Farbstoffe.
Beispiele für kationische Farbstoffe sind Astrazon Orange G, Basic Blue 3, Basic Orange 22, Basic Red 13, Basic Violett 7, Methylenblau, Neu Methylenblau, Azur A, 2,4-Diphenyl-6-(4-methoxy- phenyl)pyrylium, Safranin O, Astraphloxin, Brilliant Grün, Kristallviolett, Ethylviolett und Thio- nin.
Bevorzugte Anionen sind insbesondere Cs- bis C25-Alkansulfonat, vorzugsweise CB- bis C25- Alkansulfonat, C3- bis Cis-Perfluoralkansulfonat, C4- bis Cis-Perfluoralkansulfonat, das in der Al- kylkette mindestens 3 Wasserstoffatome trägt, C9- bis C25-Alkanoat, C9- bis C25-Alkenoat, Cs- bis C25-Alkylsulfat, vorzugsweise CB- bis C25-Alkylsulfat, Cs- bis C25-Alkenylsulfat, vorzugsweise CB- bis C25-Alkenylsulfat, C3- bis Cis-Perfluoralkylsulfat, C4- bis Cis-Perfluoralkylsulfat, das in der Alkylkette mindestens 3 Wasserstoffatome trägt, Polyethersulfate basierend auf mindestens 4 Äquivalenten Ethylenoxid und/oder 4 Äquivalenten Propylenoxid, Bis-C4- bis C25-Alkyl-, C5- bis C7-Cycloalkyl-, C3- bis Cs-Alkenyl- oder C7- bis Cn-Aralkyl-sulfosuccinat, durch mindestens 8 Fluoratome substituiertes B1S-C2- bis Cio-alkyl-sulfosuccinat, Cs- bis C25-Alkyl-sulfoacetate, durch mindestens einen Rest der Gruppe Halogen, C4- bis C25-Alkyl, Perfluor-Ci- bis Cs-Alkyl und/oder Ci- bis Ci2-Alkoxycarbonyl substituiertes Benzolsulfonat, ggf. durch Nitro, Cyano, Hydroxy, Ci- bis C25-Alkyl, Ci- bis Ci2-Alkoxy, Amino, Ci- bis Ci2-Alkoxycarbonyl oder Chlor substituiertes Naphthalin- oder Biphenylsulfonat, ggf. durch Nitro, Cyano, Hydroxy, Ci- bis C25-Alkyl, Ci- bis Ci2-Alkoxy, Ci- bis Ci2-Alkoxycarbonyl oder Chlor substituiertes Benzol-, Naphthalin- oder Biphenyldisulfonat, durch Dinitro, CÖ- bis C25-Alkyl, C4- bis Ci2-Alkoxycarbonyl, Benzoyl, Chlor- benzoyl oder Toluoyl substituiertes Benzoat, das Anion der Naphthalindicarbonsäure, Diphenylet- herdisulfonat, sulfonierte oder sulfatierte, ggf. mindestens einfach ungesättigte Cs- bis C25- Fettsäureester von aliphatischen Ci- bis Cs-Alkoholen oder Glycerin, Bis-(sulfo-C2- bis Ce-alkyl)- C3- bis Ci2-alkandicarbonsäureester, Bis-(sulfo-C2- bis C6-alkyl)-itaconsäureester, (Sulfo-C2- bis C6-alkyl)-C6- bis Cis-alkancarbonsäureester, (Sulfo-C2- bis C6-alkyl)-acryl- oder methacrylsäurees- ter, ggf. durch bis zu 12 Halogenreste substituiertes Triscatecholphosphat, ein Anion der Gruppe Tetraphenylborat, Cyanotriphenylborat, Tetraphenoxyborat, C4- bis Ci2-Alkyl-triphenylborat, deren Phenyl- oder Phenoxy-Reste durch Halogen, Ci- bis C4-Alkyl und/oder Ci- bis C4-Alkoxy substituiert sein können, C4- bis Ci2-Alkyl-trinaphthylborat, Tetra-Ci- bis C2o-alkoxyborat, 7,8- oder 7,9- Dicarba-nido-undecaborat(l -) oder (2-), die gegebenenfalls an den B- und/oder C-Atomen durch eine oder zwei Ci- bis Ci2-Alkyl- oder Phenyl-Gruppen substituiert sind, Dodecahydro- dicarbadodecaborat(2-) oder B-Ci- bis Ci2-Alkyl-C-phenyl-dodecahydro-dicarbadodecaborat(l -) steht, wobei bei mehrwertigen Anionen wie Naphthalindisulfonat A" für ein Äquivalent dieses An- ions steht, und wobei die Alkan- und Alkylgruppen verzweigt sein können und/oder durch Halogen, Cyano, Methoxy, Ethoxy, Methoxycarbonyl oder Ethoxycarbonyl substituiert sein können.
Bevorzugt ist auch, wenn das Anion A" des Farbstoffs einen AClogP im Bereich von 1 bis 30, be- sonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 12 und insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 bis 6,5 aufweist. Der AClogP wird nach J. Comput. Aid. Mol. Des. 2005, 19, 453; Virtual Computational Chemistry Laboratory, http://www.vcclab.org berechnet.
Geeignete Ammoniumalkylarylborate sind beispielsweise (Cunningham et al., RadTech'98 North America UV/EB Conference Proceedings, Chicago, Apr. 19-22, 1998): Tetrabutylammonium Tri- phenylhexylborat, Tetrabutylammonium Triphenylbutylborat, Tetrabutylammonium Trinapthyl- hexylborat, Tetrabutylammonium Tris(4-tert.butyl)-phenylbutylborat, Tetrabutylammonium Tris- (3-fluorphenyl)-hexylborat hexylborat ([191726-69-9], CGI 7460, Produkt der BASF SE, Basel, Schweiz), l -Methyl-3-octylimidazolium Dipentyldiphenylborat und Tetrabutylammonium Tris-(3- chlor-4-methylphenyl)-hexylborat ([1 147315-1 1 -4], CGI 909, Produkt der BASF SE, Basel, Schweiz).
Es kann vorteilhaft sein, Gemische dieser Photoinitiatoren einzusetzen. Je nach verwendeter Strahlungsquelle muss Typ und Konzentration an Photoinitiator in dem Fachmann bekannter Weise angepasst werden. Näheres ist zum Beispiel in P. K. T. Oldring (Ed.), Chemistry & Technology of UV & EB Formulations For Coatings, Inks & Paints, Vol. 3, 1991 , SITA Technology, London, S. 61 - 328 beschrieben.
Ganz besonders bevorzugt ist, wenn der Photoinitiator eine Kombination von Farbstoffen, deren Absorptionsspektren zumindest teilweise den Spektralbereich von 400 bis 800 nm abdecken, mit wenigstens einem auf die Farbstoffe abgestimmten Coinitiator umfasst. Bevorzugt ist auch, wenn wenigstens ein für eine Laserlichtfarbe ausgewählt aus blau, grün und rot geeigneter Photoinitiator in der Photopolymer-Formulierung enthalten ist.
Weiter bevorzugt ist auch, wenn die Photopolymer-Formulierung für wenigstens zwei Laserlichtfarben ausgewählt aus blau, grün und rot je einen geeigneten Photoinitiator enthält. Ganz besonders bevorzugt ist schließlich, wenn die Photopolymer-Formulierung für jede der Laserlichtfarben blau, grün und rot jeweils einen geeigneten Photoinitiator enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Photopolymer- Formulierung zusätzlich Urethane als Additive enthält, wobei die Urethane insbesondere mit wenigstens einem Fluoratom substituiert sein können. Bevorzugt können die Urethane die allgemeine Formel (III)
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haben, in der m>l und m<8 ist und R8, R9 und R10 lineare, verzweigte, cyclische oder heterocycli- sche unsubstituierte oder gegebenenfalls auch mit Heteroatomen substituierte organische Reste und/oder R9, R10 unabhängig voneinander Wasserstoff sind, wobei bevorzugt mindestens einer der Reste R8, R9, R10 mit wenigstens einem Fluoratom substituiert ist und besonders bevorzugt R8 ein organischer Rest mit mindestens einem Fluoratom ist. Besonders bevorzugt ist R9 ein linearer, verzweigter, cyclischer oder heterocyclischer unsubstituierter oder gegebenenfalls auch mit Heteroatomen wie beispielsweise Fluor substituierter organischer Rest.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Photopolymer umfassend Matrixpoly- mere, ein Schreibmonomer und einen Photoinitiator, das zusätzlich eine Verbindung der Formel (I) umfasst
Figure imgf000015_0002
worin
A1, A2, A3 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom oder Iod,
R1, R2, R3, R4, R5 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro,
Amino, Alkylimino, Azid, Isonitril, Enamino, Formyl, Acyl, Carboxyl, Carbonester, Carbonamid, Orthoester, Sulfonat, Phosphat, Organo- sulfonyl, Organo-sulfoxidyl, gegebenenfalls fluoriertes Alkoxy oder ein gegebenenfalls substituierter aromatischer, heteroaromatischer, aliphatischer, araliphatischer, olefinischer oder acetylenischer Rest sind und geeignete Reste über eine Brücke beliebiger Substitution miteinander verbunden sein können oder dass zwei oder mehrere Verbindungen der Formel (I) über mindestens einen der Reste R1, R2, R3, R4, R5verbunden sein können, wobei diese Reste dann eine 2 - 4-fach funktionelle Brücke darstellen können, mit der Maßgabe, dass wenigstens einer der Reste R1, R2, R3, R4, R5 nicht Wasserstoff ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photopolymers ist vorgesehen, dass bei der Verbindung der Formel (I) A1, A2 und A3 jeweils unabhängig voneinander Fluor, Chlor, Brom oder Iod und weiter bevorzugt A1, A2 und A3 gleichzeitig entweder Fluor, Chlor, Brom oder Iod sind. Ebenfalls bevorzugt ist, wenn bei der Verbindung der Formel (I) R1, R2, R3, R4, R5 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Isonitril, Acyl, Carboxyl, Carbonester, Carbonamid, Orthoester, Sulfonat, Phosphat, Orga- no-sulfonyl, Organo-sulfoxidyl, gegebenenfalls fluoriertes Alkoxy und bevorzugt Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Isonitril, Acyl, Carboxyl, weiter bevorzugt Wasserstoff, Halogen und besonders bevorzugt Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom oder Iod sind.
Die Matrixpolymere des erfindungsgemäßen Photopolymers können insbesondere vernetzt und besonders bevorzugt dreidimensional vernetzt sein.
Vorteilhaft ist auch, wenn die Matrixpolymere Polyurethane sind, wobei die die Polyurethane insbesondere durch Umsetzung wenigstens einer Polyisocyanat-Komponente mit wenigstens einer Isocyanat-reaktiven Komponente erhältlich sein können.
Die oben zu der erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung getroffenen Aussagen bezüglich weiterer bevorzugten Ausführungsformen gelten analog auch für das erfindungsgemäße Photopolymer. Gegenstand der Erfindung ist auch ein holographisches Medium insbesondere in Form eines Films, enthaltend ein erfindungsgemäßes Photopolymer oder erhältlich unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung. Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung zur Herstellung holographi- scher Medien.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen holographisches Mediums sind in dieses holgraphische Informationen einbelichtet.
Die erfindungsgemäßen holographischen Medien können durch entsprechende Belichtungsprozesse für optische Anwendungen im gesamten sichtbaren und nahen UV-Bereich (300-800 nm) zu Holo- grammen verarbeitet werden können. Visuelle Hologramme umfassen alle Hologramme, die nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgezeichnet werden können. Darunter fallen unter anderem In-Line (Gabor) Hologramme, Off-Axis Hologramme, Full-Aperture Transfer Hologramme, Weißlicht-Transmissionshologramme ("Regenbogenhologramme), Denisyukhologramme, Off-Axis Reflektionshologramme, Edge-Lit Hologramme sowie holographische Stereogramme. Bevorzugt sind Reflektionshologramme, Denisyukhologramme, Transmissionshologramme.
Mögliche optische Funktionen der Hologramme, die mit den erfindungsgemäßen Photopolymer- Formulierungen hergestellt werden können entsprechen den optische Funktionen von Lichtelementen wie Linsen, Spiegel, Umlenkspiegel, Filter, Streuscheiben, Beugungselemente, Diffusoren, Lichtleiter, Lichtlenker (waveguides), Projektionsscheiben und/oder Masken. Ebenfalls können Kombinationen aus dies optischen Funktionen unabhängig voneinander in einem Hologramm vereinigt sein. Häufig zeigen diese optischen Elemente eine Frequenzselektivität, je nachdem wie die Hologramme belichtet wurden und welche Dimensionen das Hologramm hat.
Zudem können mittels der erfindungsgemäßen Medien auch holographische Bilder oder Darstellungen hergestellt werden, wie zum Beispiel für persönliche Portraits, biometrische Darstellungen in Sicherheitsdokumenten, oder allgemein von Bilder oder Bildstrukturen für Werbung, Sicherheitslabels, Markenschutz, Markenbranding, Etiketten, Designelementen, Dekorationen, Illustrationen, Sammelkarten, Bilder und dergleichen sowie Bilder, die digitale Daten repräsentieren können u.a. auch in Kombination mit den zuvor dargestellten Produkten. Holographische Bilder können den Eindruck eines dreidimensionalen Bildes haben, sie können aber auch Bildsequenzen, kurze Filme oder eine Anzahl von verschiedenen Objekten darstellen, je nachdem aus welchem Winkel, mit welcher (auch bewegten) Lichtquelle etc. diese beleuchtet wird. Aufgrund dieser vielfältigen Design-Möglichkeiten stellen Hologramme, insbesondere Volumenhologramme, eine attraktive technische Lösung für die oben genannten Anwendung dar. Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung eines erfindungsgemäßen holographischen Mediums zur Aufzeichnung von In-Line, Off-Axis, Full-Aperture Transfer, Weißlicht-Transmissions, Denisyuk, Off-Axis Reflektions oder Edge-Lit Hologrammen sowie holographischen Stereogrammen, insbesondere zur Herstellung von optischen Elementen, Bildern oder Bilddarstellungen.
Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines holographischen Mediums unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierung.
Die Photopolymer-Formulierungen können insbesondere zur Herstellung holographischer Medien in Form eines Films verwendet werden. Dabei wird als Träger eine Lage eines für Licht im sichtbaren Spektralbereich (Transmission größer als 85% im Wellenlängenbereich von 400 bis 780 nm) transparenten Materials oder Materialverbunds ein- oder beidseitig beschichtet sowie ggf. eine Abdeckschicht auf der oder den Photopolymerlagen appliziert.
Bevorzugte Materialien oder Materialverbünde des Trägers basieren auf Polycarbonat (PC), Po- lyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Celluloseacetat, Cellulosehydrat, Cellulosenitrat, Cycloolefinpolymere, Polystyrol, Polyepoxide, Polysulfon, Cellu- losetriacetat (CTA), Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral oder Polydicyclopentadien oder deren Mischungen. Besonders bevorzugt basieren sie auf PC, PET und CTA. Materialverbünde können Folienlaminate oder Coextrudate sein. Bevorzugte Materialver- bünde sind Duplex- und Triplexfolien aufgebaut nach einem der Schemata A/B, A B/A oder A/B/C. Besonders bevorzugt sind PC/PET, PET/PC/PET und PC/TPU (TPU = Thermoplastisches Polyurethan).
Die Materialien oder Materialverbünde des Trägers können einseitig oder beidseitig antihaftend, antistatisch, hydrophobiert oder hydrophiliert ausgerüstet sein. Die genannten Modifikationen die- nen an der Photopolymerschicht zugewandten Seite dem Zweck, dass die Photopolymerlage von dem Träger zerstörungsfrei abgelöst werden kann. Eine Modifikation der der Photopolymerlage abgewandten Seite des Trägers dient dazu, dass die erfindungsgemäßen Medien speziellen mechanischen Anforderungen genügen, die z.B. bei der Verarbeitung in Rollenlaminatoren, insbesondere bei Rolle-zu-Rolle- Verfahren, gefordert sind. Die folgenden Beispiele dienen der beispielhaften Erläuterung der Erfindung. Beispiele
Messmethoden: OH Zahl:
Die angegebenen OH-Zahlen wurden gemäß DIN 53240-2 bestimmt. NCO-Wert:
Die angegebenen NCO- Werte (Isocyanat-Gehalte) wurden gemäß DIN EN ISO 11909 bestimmt. Bestimmung der Beugungseffizienz bei Puls-Belichtung:
Zur Bestimmung der Beugungseffizienz bei Puls-Belichtung wurde das Denisyuk Hologramm eines Spiegels in eine Probe, bestehend aus einer Glasplatte mit auflaminiertem Photopolymerfilm, aufgezeichnet. Das Substrat des Photopolymerfilms zeigte dabei zur Laserquelle und das Glassubstrat zum Spiegel. Die Probe war bei der Belichtung mit ihrer Planfläche senkrecht zum Laserstrahl ausgerichtet. Der Abstand Probe zum Spiegel betrug 3 cm.
Als Laser wurde ein Puls-Laser der Firma Quantel aus Frankreich, Modell Brilliant b, verwendet. Es handelte sich dabei um einen Q-switched Nd-YAG Laser mit einem Modul zur Frequenzver- dopplung zu 532 nm. Der Single Frequency Mode wurde durch einen Seed Laser garantiert. Die rechnerische Kohärenzlänge betrug ca. 1 m. Die Pulsdauer 4 ns und die mittlere Ausgangsleistung 3 Watt bei einer Pulswiederholungsrate von 10 Hz.
Mit dem elektronisch geregelten Shutter wurde eine Einfachpulsbelichtung sichergestellt. Die Wellenplatte erlaubte die Rotation der Polarisationsebene des Laserlichts und mit dem darauffolgenden Polarisator wurde der S-polarisierte Anteil des Laserlichtes in Richtung der Probe reflektiert. Die Strahlaufweitung erlaubte die Einstellung der belichteten Fläche. Die Wellenplatte und die Strahlaufweitung wurden so eingestellt, dass die Probe eine Belichtungsdosis von 100 mJ/cm2/Puls erreichte.
Zur Bestimmung der Beugungseffizienz wurden die Proben jeweils genau mit einem Puls belichtet. Nach der Belichtung wurde die Probe auf einem Leuchttisch geblichen.
Durch das Hologramm der geblichenen Probe wurde ein Transmissionsspektrum gemessen. Es wurde ein Spektrometer der Firma Ocean Optics, Modell HR4000 verwendet. Die Probe wurde senkrecht zum Lichtstrahl gestellt. Das Transmissionsspektrum zeigte bei der Wellenlänge, bei der die Bragg-Bedingung erfüllt war, einen Einbruch der Transmission. Die Tiefe des Transmissions- einbruchs zur Basislinie wurde als Beugungseffizienz DE des Denisyuk Hologramms des Spiegels ausgewertet.
Substanzen:
Die verwendeten Lösungsmittel wurden im Chemikalienhandel bezogen.
Desmorapid Z Dibutylzinn-dilaurat [77-58-7], Produkt der Bayer Material- Science AG, Leverkusen, Deutschland.
Desmodur® N 3900 Produkt der Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE, He- xandiisocyanat-basiertes Polyisocyanat, Anteil an Iminooxa- diazindion mindestens 30 %, NCO-Gehalt: 23.5 %.
Fomrez UL 28 Urethanisierungskatalysator, Handelsprodukt der Momentive
Performance Chemicals, Wilton, CT, USA.
Aluminiumchlorid [7446-70-0] ist bei Acros Organics, Geel, BE erhältlich.
1 -Chloro-3,4-difluorobenzol [696-02-6] ist bei AB CR GmbH & CO. KG, Karlsruhe erhältlich.
1 -Bromo-3,4-difluorobenzol [348-61-8] ist bei AB CR GmbH & CO. KG, Karlsruhe erhältlich.
1 ,4-Difluorbenzol [540-36-3] ist bei Aldrich Chemie, Steinheim erhältlich.
4-Chlorofluorobenzol [352-33-0] ist bei AB CR GmbH & CO. KG, Karlsruhe erhältlich.
4-Bromfluorbenzol [460-00-4] ist bei Aldrich Chemie, Steinheim erhältlich.
4-Chlorphenylmagnesiumbromid [873-77-8] ist als 0.9 M Lösung in THF/Toluol bei Aldrich
Chemie, Steinheim erhältlich.
4-Fluorphenylmagnesiumbromid [352-13-6] ist als 1.0M Lösung in THF bei Aldrich Chemie,
Steinheim erhältlich.
Tetrabutylammoniumbromid [1643-19-2] ist bei AB CR GmbH & CO. KG, Karlsruhe erhältlich. [10309-89-4] ist bei Chemos GmbH, Deutschland, Art. -Nr.
1308 erhältlich. Die Zusammensetzung des Substanzgemisches ist in EP 2450893 AI beschrieben.
[45297-26-5] ist bei Aldrich Chemie, Steinheim erhältlich.
Verbindungen der Formel (I)
Beispiel 1: 4-Fluortrichlorbenzol 4-Fluortrichlorbenzol [402-42-6] ist bei ABCR GmbH & CO. KG, Karlsruhe erhältlich und wurde eingesetzt wie erhalten.
Beispiel 2: Herstellung von l,2,4-Trifluor-5-(trichlormethyl)benzol :
In einem 250 mL Vierhals-Rundkolben mit Rückfluss-Kühler, Tropftrichter, Innenthermometer und mechanischem Rührer wurden unter Stickstoff 20.7 g Aluminiumtrichlorid in 75 mL Tetrachlorkohlenstoff suspendiert. Zu dieser Suspension wurden 10.2 g 1 ,2,4-Trifluorbenzol langsam zugeben, so dass das Reaktionsgemisch sanft refluxierte. Das entstehende HCl-Gas wurde in wässrige Natronlauge eingeleitet. Nach beendeter Zugabe wurde 10 min nachgerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 300 mL Eiswasser ausgetragen und die organische Phase abgetrennt. Die organische Phase wurde einmal mit 100 mL Wasser, einmal mit 100 mL 5% NaHC03-Lösung und erneut einmal mit 100 mL Wasser gewaschen. Der Tetrachlorkohlenstoff wurde abdestilliert und aus dem Öl kristallisierte das gewünschte Produkt (5.6 g) in Form farbloser feiner Nadeln aus.
Beispiel 3: Herstellung von l-Chlor-4,5-difluor-2-(trichlormethyl)benzol:
In einem 250 mL Vierhals-Rundkolben mit Rückfluss-Kühler, Tropftrichter, Innenthermometer und mechanischem Rührer wurden unter Stickstoff 27.4 g Aluminiumtrichlorid in 100 mL Tetrachlorkohlenstoff suspendiert. Zu dieser Suspension wurden 15.3 g l-Chlor-3,4-difluorobenzol langsam zugeben, so dass das Reaktionsgemisch sanft refluxierte. Das entstehende HCl-Gas wurde in wässrige Natronlauge eingeleitet. Nach beendeter Zugabe wurde 10 min nachgerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 300 mL Eiswasser ausgetragen und die organische Phase abgetrennt. Die organische Phase wurde einmal mit 100 mL Wasser, einmal mit 100 mL 5% NaHC03-Lösung und erneut einmal mit 100 mL Wasser gewaschen. Der Tetrachlorkohlenstoff wurde abdestilliert und wenig Acetonitril zugesetzt. Aus dieser Lösung kristallisierte das gewünschte Produkt (6.0 g) in Form farbloser feiner Nadeln aus.
Beispiel 4: Herstellung von 5-Chlor-l,2-difluor-3-(trichlormethyl)benzol:
Die Mutterlauge aus der Herstellung von Beispiel 3 wurde am Vakuum vom Acetonitril befreit und das verbliebene Öl (14.7 g) bestand aus dem isomeren 5-Chlor-l,2-difluor-3-(trichlormethyl)- benzol.
Beispiel 5: Herstellung von l-Brom-4,5-difluor-2-(trichlormethyl)benzol:
In einem 250 mL Vierhals-Rundkolben mit Rückfluss-Kühler, Tropftrichter, Innenthermometer und mechanischem Rührer wurden unter Stickstoff 27.4 g Aluminiumtrichlorid in 100 mL Tetrachlorkohlenstoff suspendiert. Zu dieser Suspension wurden 19.8 g l-Brom-3,4-difluorobenzol langsam zugeben, so dass das Reaktionsgemisch sanft refluxierte. Das entstehende HCl-Gas wurde in wässrige Natronlauge eingeleitet. Nach beendeter Zugabe wurde 10 min nachgerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 300 mL Eiswasser ausge- tragen und die organische Phase abgetrennt. Die organische Phase wurde einmal mit 100 mL Wasser, einmal mit 100 mL 5% NaHC03-Lösung und erneut einmal mit 100 mL Wasser gewaschen. Der Tetrachlorkohlenstoff wurde abdestilliert und wenig Acetonitril zugesetzt. Aus dieser Lösung kristallisierte das gewünschte Produkt (4.4 g) in Form farbloser feiner Nadeln aus.
Beispiel 6: Herstellung von 5-Brom-l,2-difluor-3-(trichlormethyl)benzol:
Die Mutterlauge aus der Herstellung von Beispiel 5 wurde am Vakuum vom Acetonitril befreit und das verbliebene Öl (22.0 g) bestand aus dem isomeren 5-Brom-l,2-difluor-3-(trichlormethyl)- benzol. Beispiel 7: Herstellung von l,4-Difluor-2-(trichlormethyl)benzol:
In einem 250 mL Vierhals-Rundkolben mit Rückfluss-Kühler, Tropftrichter, Innenthermometer und mechanischem Rührer wurden unter Stickstoff 27.4 g Aluminiumtrichlorid in 100 mL Tetrachlorkohlenstoff suspendiert. Zu dieser Suspension wurden 1 1.7 g 1 ,4-Difluorobenzol langsam zuge- ben, so dass das Reaktionsgemisch sanft refluxierte. Das entstehende HCl-Gas wurde in wässrige Natronlauge eingeleitet. Nach beendeter Zugabe wurde 10 min nachgerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 300 mL Eiswasser ausgetragen und die organische Phase abgetrennt. Die organische Phase wurde einmal mit 100 mL Wasser, einmal mit 100 mL 5% NaHC03-Lösung und erneut einmal mit 100 mL Wasser gewaschen. Der Tetrach- lorkohlenstoff wurde abdestilliert und wenig Acetonitril zugesetzt. Aus dieser Lösung kristallisierte das gewünschte Produkt (8.0 g) in Form farbloser feiner Nadeln aus.
Beispiel 8: Herstellung von l-Chlor-4-fluor-2-(trichlormethyl)benzol und 4-Chlor-l-fluor-2- (trichlormethyl)benzol : In einem 250 mL Vierhals-Rundkolben mit Rückfluss-Kühler, Tropftrichter, Innenthermometer und mechanischem Rührer wurden unter Stickstoff 27.4 g Aluminiumtrichlorid in 100 mL Tetrachlorkohlenstoff suspendiert. Zu dieser Suspension wurden 13.4 g 4-Chlorofluorobenzol langsam zugeben, so dass das Reaktionsgemisch sanft refluxierte. Das entstehende HCl-Gas wurde in wässrige Natronlauge eingeleitet. Nach beendeter Zugabe wurde 10 min nachgerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 300 mL Eiswasser ausgetragen und die organische Phase abgetrennt. Die organische Phase wurde einmal mit 100 mL Wasser, einmal mit 100 mL 5% NaHC03-Lösung und erneut einmal mit 100 mL Wasser gewaschen. Der Tetrachlorkohlenstoff wurde abdestilliert und wenig Acetonitril zugesetzt. Aus dieser Lösung fiel eine Mischung der gewünschte Produkte l,4-Difluor-2-(trichlormethyl)benzol und 4-Chlor-l-fluor-2- (trichlormethyl)benzol (17.5 g) im Verhältnis von ca. 3: 1 aus.
Beispiel 9: Herstellung von l,4-Difluor-2-(trichlormethyl)benzol:
In einem 250 mL Vierhals-Rundkolben mit Rückfluss-Kühler, Tropftrichter, Innenthermometer und mechanischem Rührer wurden unter Stickstoff 27.4 g Aluminiumtrichlorid in 100 mL Tetrach- lorkohlenstoff suspendiert. Zu dieser Suspension wurden 18.0 g 4-Bromfluorbenzol langsam zugeben, so dass das Reaktionsgemisch sanft refluxierte. Das entstehende HCl-Gas wurde in wässrige Natronlauge eingeleitet. Nach beendeter Zugabe wurde 10 min nachgerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 300 mL Eiswasser ausgetragen und die organische Phase abgetrennt. Die organische Phase wurde einmal mit 100 mL Wasser, einmal mit 100 mL 5% NaHC03-Lösung und erneut einmal mit 100 mL Wasser gewaschen. Der Tetrachlorkohlenstoff wurde abdestilliert und wenig Acetonitril zugesetzt. Aus dieser Lösung kristallisierte das gewünschte Produkt (4.6 g) in Form farbloser feiner Nadeln aus.
Herstellung der weiteren Komponenten für die Photopolymer-Formulierung: Herstellung von Polyol 1 :
In einem 1 L Kolben wurden 0.18 g Zinnoctoat, 374.8 g ε-Caprolacton und 374.8 g eines difunkti- onellen Polytetrahydrofuranpolyetherpolyols (Equivalentgewicht 500 g/Mol OH) vorgelegt und auf 120 °C aufgeheizt und so lange auf dieser Temperatur gehalten, bis der Festgehalt (Anteil der nicht-flüchtigen Bestandteile) bei 99.5 Gew.-% oder darüber lag. Anschließend wurde abgekühlt und das Produkt als wachsiger Feststoff erhalten.
Herstellung des Urethanacrylats 1 (Schreibmonomer): Phosphorothioyltris(oxybenzol-4,l- diylcarbamoyloxyethan-2,l-diyl)trisacrylat
In einem 500 mL Rundkolben wurden 0.1 g 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, 0.05 g Dibutylzinn- dilaurat sowie und 213.07 g einer 27 %-igen Lösung von Tris(p-isocyanatophenyl)thiophosphat in Ethylacetat (Desmodur® RFE, Produkt der Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, Deutschland) vorgelegt und auf 60 °C erwärmt. Anschließend wurden 42.37 g 2-Hydroxyethylacrylat zugetropft und die Mischung weiter auf 60 °C gehalten, bis der Isocyanatgehalt unter 0.1 % gesunken war. Danach wurde abgekühlt und das Ethylacetat im Vakuum vollständig entfernt. Das Produkt wurde als teilkristalliner Feststoff erhalten.
Herstellung des Urethanacrylats 2 (Schreibmonomer): 2-({[3-(Methylsulfanyl)phenyl]- carbamoyl}oxy)ethylprop-2-enoat
In einem 100 mL Rundkolben wurden 0.02 g 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, 0.01 g Desmora- pid Z, 11.7 g 3-(Methylthio)phenylisocyanat [28479-1-8] vorgelegt und auf 60 °C erwärmt. Anschließend wurden 8.2 g 2-Hydroxyethylacrylat zugetropft und die Mischung weiter auf 60 °C gehalten, bis der Isocyanatgehalt unter 0.1 % gesunken war. Danach wurde abgekühlt. Das Produkt wurde als farblose Flüssigkeit erhalten.
Herstellung des Additivs 1 Bis(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-dodecafluorheptyl)-(2,2,4- trimethylhexan-l,6-diyl)biscarbamat
In einem 50 mL Rundkolben wurden 0.02 g Desmorapid Z und 3.6 g 2,4,4-Trimethylhexane-l,6- diisocyanat (TMDI) vorgelegt und auf 60 °C erwärmt. Anschließend wurden 11.9 g 2,2,3,3,4,4,5,5, 6,6,7,7-Dodecafluorheptan-l-ol zugetropft und die Mischung weiter auf 60 °C gehalten, bis der Isocyanatgehalt unter 0.1 % gesunken war. Danach wurde abgekühlt. Das Produkt wurde als farbloses Öl erhalten.
Herstellung des Borates 1 (Photoinitiator): Tetrabutylammonium-tris(4- chlorphenyl)(hexyl)borat
Zu einer Lösung von 15.4 g Dibrom-hexylboran*dimethylsulfid [64770-04-3] (hergestellt wie im Journal of the American Chemical Society (1977), 99, 7097-8 beschrieben) in 25 mL Toluol wurden bei 0 °C 72 mL einer 0.9 M Lösung von 4-Chlorphenylmagnesiumbromid [873-77-8] in THF/Toluol langsam zugetropft. Das Reaktionsgemisch wurde innerhalb 30 min auf Raumtemperatur erwärmt und anschließend für 2 h am Rückfluss erhitzt. Anschließend wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt und der ölige Rest in 400 mL Methanol/Wasser (4:1) gelöst und vom aus- gefallenen Feststoff filtriert. Die erhaltene Lösung wurde mit 15.6 g Tetrabutylammoniumbromid versetzt und der ausgefallene Feststoff wurde durch Filtration isoliert und im Vakuum getrocknet. Man erhielt 12.2 g eines farblosen Feststoffes.
Herstellung des Borates 2 (Photoinitiator): Tetrabutylammonium-tris(4- fluorphenyl)(hexyl)borat
Zu einer Lösung von 12.5 g Dibrom-hexylboran*dimethylsulfid [64770-04-3] (hergestellt wie im Journal of the American Chemical Society (1977), 99, 7097-8 beschrieben) in 25 mL Toluol wurden bei 0 °C 60 mL einer 1.0 M Lösung von 4-Fluorphenylmagnesiumbromid [873-77-8] in THF langsam zugetropft. Das Reaktionsgemisch wurde innerhalb 30 min auf Raumtemperatur erwärmt und anschließend für 2 h am Rückfluss erhitzt. Anschließend wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt und der ölige Rest in 400 mL Methanol/Wasser (4: 1) gelöst und vom ausgefallenen Feststoff filtriert. Die erhaltene Lösung wurde mit 12.6 g Tetrabutylammoniumbromid versetzt und der ausgefallene Feststoff wurde durch Filtration isoliert und im Vakuum getrocknet. Man erhielt 10.2 g eines farblosen Feststoffes.
Herstellung des Farbstoffs 1:
5.07 g wasserfreies Natrium-bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat [45297-26-5] wurden in 50 mL wasserfreiem Essigsäureethylester gelöst. 4.00 g des wasserfreien Farbstoffs Safranin O [10309-89-4], Zusammensetzung siehe EP 2450893 AI, wurden zugesetzt. Die Mischung wurde 3 h bei Raum- temperatur gerührt und über einen Faltenfilter filtriert. Nach Entfernen des Lösungsmittels im Vakuum erhielt 5.1 g des Farbstoffs Safranin O bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat [1374689-68-5] als hochviskoses Öl.
Herstellung der Medien zur Bestimmung der holographischen Eigenschaften Beispiel-Medium I
3.38 g der Polyol-Komponente 1 wurden mit 0.010 g Beispiel 1, 2.00 g Urethanacrylat 1, 2.00 g Urethanacrylat 2, 1.50 g Additiv 1, 0.10 g Borat 1, 0.010 g Farbstoff 1 und 0.35 g N-Ethylpyr- rolidon bei 60 °C gemischt, so dass eine klare Lösung erhalten wurde. Anschließend wurde auf 30 °C abgekühlt, 0.65 g Desmodur® N3900 zugegeben und erneut gemischt. Schließlich wurden 0.01 g Fomrez UL 28 zugegeben und erneut kurz gemischt. Die erhaltene, flüssige Masse wurde dann auf eine Glasplatte gegeben und dort mit einer zweiten Glasplatte abgedeckt. Dieser Probenkörper wurde 12 Stunden bei Raumtemperatur liegen gelassen und gehärtet.
Beispiel-Medium II Es wurde gearbeitet wie im Beispiel Medium I, aber unter Verwendung von 0.10 g Borat 2 anstatt 0.10 g Borat 1.
Beispiel-Medium III Es wurde gearbeitet wie im Beispiel Medium I, aber unter Verwendung von 0.010 g Beispiel 2 anstatt 0.010 g Beispiel 1.
Beispiel-Medium IV Es wurde gearbeitet wie im Beispiel Medium I, aber unter Verwendung von 0.010 g Beispiel 3 anstatt 0.010 g Beispiel 1 sowie unter Verwendung von 0.10 g Borat 2 anstatt 0.10 g Borat 1.
Beispiel-Medium V
Es wurde gearbeitet wie im Beispiel Medium I, aber unter Verwendung von 0.010 g Beispiel 4 anstatt 0.010 g Beispiel 1.
Beispiel-Medium VI
Es wurde gearbeitet wie im Beispiel Medium I, aber unter Verwendung von 0.010 g Beispiel 5 anstatt 0.010 g Beispiel 1.
Beispiel-Medium VII
Es wurde gearbeitet wie im Beispiel Medium I, aber unter Verwendung von 0.010 g Beispiel 6 anstatt 0.010 g Beispiel 1.
Beispiel-Medium VIII
Es wurde gearbeitet wie im Beispiel Medium I, aber unter Verwendung von 0.010 g Beispiel 7 anstatt 0.010 g Beispiel 1 sowie unter Verwendung von 0.10 g Borat 2 anstatt 0.10 g Borat 1.
Beispiel-Medium IX Es wurde gearbeitet wie im Beispiel Medium I, aber unter Verwendung von 0.010 g Beispiel 8 anstatt 0.010 g Beispiel 1 sowie unter Verwendung von 0.10 g Borat 2 anstatt 0.10 g Borat 1.
Beispiel-Medium X Es wurde gearbeitet wie im Beispiel Medium I, aber unter Verwendung von 0.010 g Beispiel 9 anstatt 0.010 g Beispiel 1.
Vergleichs-Medium V-l
3.38 g der Polyol-Komponente 1 wurden mit 2.00 g Urethanacrylat 1, 2.00 g Urethanacrylat 2, 1.50 g Additiv 1 , 0.10 g Borat 1, 0.010 g Farbstoff 1 und 0.35 g N-Ethylpyrrolidon bei 60 °C gemischt, so dass eine klare Lösung erhalten wurde. Anschließend wurde auf 30 °C abgekühlt, 0.65 g Des- modur® N3900 zugegeben und erneut gemischt. Schließlich wurden 0.01 g Fomrez UL 28 zugegeben und erneut kurz gemischt. Die erhaltene, flüssige Masse wurde dann auf eine Glasplatte gegeben und dort mit einer zweiten Glasplatte abgedeckt. Dieser Probenkörper wurde 12 Stunden bei Raumtemperatur liegen gelassen und gehärtet.
Vergleichs-Medium V-2
Es wurde gearbeitet wie im Vergleichs-Medium V-l, aber unter Verwendung von 0.10 g Borat 2 anstatt 0.10 g Borat 1.
Holographische Prüfung:
Die wie beschrieben hergestellten Medien wurden mittels einer Messordnung gemäß Figur 1 in der oben beschriebenen Weise (Bestimmung der Beugungseffizienz bei Puls-Belichtung) auf ihre holographischen Eigenschaften geprüft. Dabei ergaben sich folgende Messwerte für DE bei einer fixen Dosis 100 mJ/cm2: Beispiel- Beispiel gemäß Single pulse
Borat
Medium Formel (I) DE [%]
I 1 1 22
II 1 2 21
III 2 1 38
IV 3 2 37
V 4 1 29
VI 5 1 34
VII 6 1 19
VIII 7 2 24
IX 8 2 26
X 9 1 27
Tab. 1 : Holographische Bewertung ausgewählter Beispiele
Figure imgf000029_0001
Tab. 2: Holographische Bewertung ausgewählter Vergleichs-Medien
Die gefundenen Werte für die Beispiel-Medien I bis X zeigen, dass die in den Photopolymer- Formulierungen eingesetzten erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel (I) für die Verwendung in holographischen Medien bei Belichtung mit gepulstem Laser sehr gut geeignet sind. Die Vergleichs-Medien V-1 und V-2 weisen keine erfindungsgemäßen Verbindung der Formel (I) auf und sind für die Verwendung in holographischen Medien bei Belichtung mit gepulstem Laser ungeeignet.

Claims

Patentansprüche:
1. Photopolymer-Formulierung umfassend Matrixpolymere, ein Schreibmonomer und einen Photoinitiator, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Verbindung der Formel (I) umfasst
Figure imgf000030_0001
worin
A1, A2, A3 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom oder lod,
R1, R2, R3, R4, R5 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Cyano,
Nitro, Amino, Alkylimino, Azid, Isonitril, Enamino, Formyl, Acyl, Carboxyl, Carbonester, Carbonamid, Orthoester, Sulfonat, Phosphat, Organo-sulfonyl, Organo-sulfoxidyl, gegebenenfalls fluoriertes Alkoxy oder ein gegebenenfalls substituierter aromatischer, heteroaromatischer, aliphatischer, araliphatischer, olefinischer oder acetylenischer Rest sind und geeignete Reste über eine Brücke beliebiger Substitution miteinander verbunden sein können oder dass zwei oder mehrere Verbindungen der Formel (I) über mindestens einen der Reste R1, R2, R3, R4, R5 verbunden sein können, wobei diese Reste dann eine 2 - 4-fach funktionelle Brücke darstellen können, mit der Maßgabe, dass wenigstens einer der Reste R1, R2, R3, R4, R5 nicht Wasserstoff ist.
2. Photopolymer-Formulierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass A1, A2 und A3 jeweils unabhängig voneinander Fluor, Chlor, Brom oder lod und bevorzugt A1, A2 und A3 gleichzeitig entweder Fluor, Chlor, Brom oder lod sind.
3. Photopolymer-Formulierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Rl, R2, R3, R4, R5 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Isonitril, Acyl, Carboxyl, Carbonester, Carbonamid, Orthoester, Sulfonat, Phosphat, Organo-sulfonyl, Organo-sulfoxidyl, gegebenenfalls fluoriertes Alkoxy und bevorzugt Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Isonitril, Acyl, Carboxyl, weiter bevorzugt Wasserstoff, Halogen und besonders bevorzugt Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom oder lod sind.
4. Photopolymer-Formulierang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixpolymere vernetzt und bevorzugt dreidimensional vernetzt sind.
5. Photopolymer-Formulierang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixpolymere Polyurethane sind.
6. Photopolymer-Formulierang nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethane durch Umsetzung wenigstens einer Polyisocyanat-Komponente mit wenigstens einer Isocyanat-reaktiven-Komponente erhältlich sind.
7. Photopolymer umfassend Matrixpolymere, ein Schreibmonomer und einen Photoinitiator, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Verbindung der Formel (I) umfasst
Figure imgf000031_0001
worin
A1, A2, A3 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom oder lod,
R1, R2, R3, R4, R5 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Cyano,
Nitro, Amino, Alkylimino, Azid, Isonitril, Enamino, Formyl, Acyl, Carboxyl, Carbonester, Carbonamid, Orthoester, Sulfonat, Phosphat, Organo-sulfonyl, Organo-sulfoxidyl, gegebenenfalls fluoriertes Alkoxy oder ein gegebenenfalls substituierter aromatischer, heteroaromatischer, aliphatischer, araliphatischer, olefinischer oder acetylenischer Rest sind und geeignete Reste über eine Brücke beliebiger Substitution miteinander verbunden sein können oder dass zwei oder mehrere Verbindungen der Formel (I) über mindestens einen der Reste R1, R2, R3, R4, R5verbunden sein können, wobei diese Reste dann eine 2 - 4-fach funktionelle Brücke darstellen können, mit der Maßgabe, dass wenigstens einer der Reste R1, R2, R3, R4, R5 nicht Wasserstoff ist.
8. Photopolymer nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, dass A1, A2 und A3 jeweils unabhängig voneinander Fluor, Chlor, Brom oder lod und bevorzugt A1, A2 und A3 gleichzeitig entweder Fluor, Chlor, Brom oder lod sind.
9. Photopolymer nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass R1, R2, R3, R4, R5 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Isonitril, Acyl, Carboxyl, Carbonester, Carbonamid, Orthoester, Sulfonat, Phosphat, Organo- sulfonyl, Organo-sulfoxidyl, gegebenenfalls fluoriertes Alkoxy und bevorzugt Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Isonitril, Acyl, Carboxyl, weiter bevorzugt Wasserstoff, Halogen und besonders bevorzugt Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom oder Iod sind.
10. Photopolymer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixpolymere vernetzt und bevorzugt dreidimensional vernetzt sind.
11. Photopolymer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixpolymere Polyurethane sind.
12. Photopolymer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethane durch Umsetzung wenigstens einer Polyisocyanat-Komponente mit wenigstens einer Isocyanat- reaktiven-Komponente erhältlich sind.
13. Holographisches Medium, insbesondere in Form eines Films, enthaltend eine Photopolymer gemäß wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12.
14. Holographisches Medium nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass holographische Informationen einbelichtet sind.
15. Verwendung eines holographischen Mediums gemäß Anspruch 13 zur Aufzeichnung von In-Line, Off-Axis, Full-Aperture Transfer, Weißlicht- Transmissions, Reflexions, Denisy- uk, Off-Axis Reflektions oder Edge-Lit Hologrammen sowie holographischen Stereogrammen, insbesondere zur Herstellung von optischen Elementen, Bildern oder Bilddarstellungen.
16. Verfahren zur Herstellung eines holographischen Mediums gemäß Anspruch 12 unter Verwendung einer Photopolymer-Formulierung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6.
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