CN107250193A - 基于聚氨酯的粘结剂分散体 - Google Patents
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Abstract
粘结剂分散体包括水和聚氨酯。所述聚氨酯由下述形成：多异氰酸酯；在一个链末端具有两个羟基(OH)基团且在相反链末端不具有OH基团、并且数均分子量(Mn)为～500‑～5,000的多元醇；具有Mn＜500的醇、二醇或胺；和下述中的一者：i)羧酸；ii)具有一个氨基基团的磺酸盐或磺酸；iii)i和ii；iv)i和在一个链末端具有一个或两个OH或氨基基团的聚(乙二醇)(PEG)的均聚物或共聚物；v)ii和在一个链末端具有一个或两个OH或氨基基团的PEG的均聚物或共聚物；或vi)i、ii和在一个链末端具有一个或两个OH或氨基基团的PEG的均聚物或共聚物。
Description
背景技术
除了家庭和办公室用途之外，喷墨技术已经扩展至高速、商用和工业印刷。喷墨印刷是非冲击式印刷方法，其利用电信号来控制并引导待沉积在介质上的墨滴或墨水流。一些商用和工业喷墨印刷机利用固定印刷头和移动基材卷筒纸从而实现高速印刷。现有的喷墨印刷技术涉及通过热喷射、压电压力或振荡迫使墨滴通过小喷嘴至介质的表面上。该技术已成为在多种介质表面(例如纸)上记录图像的一种受到欢迎的方式，这是由于许多原因，包括低印刷机噪音、能够高速记录和多颜色记录。
详细描述
在喷墨印刷中，可以将聚氨酯分散体添加至喷墨墨水从而改进所得印刷品的耐久性。特别地，添加聚氨酯以改进所得印刷品的刮擦和磨损耐性。但是，已发现，在喷墨墨水中使用的聚氨酯的量和类型可能导致喷墨性能和可靠性(例如喷嘴健康)方面的并发问题。
这些并发问题可能包括差的墨水(其包括聚氨酯)开盖性能。例如，许多包括多于1％的聚氨酯粘结剂的墨水展现出差的开盖性能。如本文中所指的术语“开盖性能”是指喷墨墨水在长时间暴露于空气时容易从印刷头喷出的能力。开盖时间被测量为在喷嘴可能由于来自喷嘴/发射室的液滴形成区域的着色剂的堵塞、阻塞或退回而导致不再恰当发射之前，印刷头可能保持未封盖(即暴露于空气)的时间的量。将在需要喷吐以形成可接受品质的墨滴之前热喷墨笔能够保持未使用和未封盖的时间长度称为开盖时间或者第一液滴开盖时间。另一开盖度量是在特定时间间隔下为获得笔的健康所需的喷吐数量。降低的开盖时间会导致差的印刷可靠性。因此，对于任意给定的墨水而言，期望的是可以给出可接受的第一液滴品质的最长开盖时间或者在任意给定的开盖时间下所需的最少喷吐数量。
本文中公开的喷墨墨水的实例(其包括本文中公开的聚氨酯粘结剂分散体)展现出多种期望的特征，其中之一为改进的开盖性能。特别地，当在以印刷间隔之间的空闲和未封盖期间形式的间隔下印刷喷墨墨水时，例如与包括其他类型的聚氨酯分散体的墨水相比，降低了在介质上获得健康(即液滴重量和位置)正常的液滴所需的喷吐(液滴)数量。
改进的开盖性能据信至少部分由于用于形成聚氨酯粘结剂的特定多元醇。多元醇在聚合物链的一个末端包括两个羟基基团，并且在聚合物链的相反末端不包括羟基基团。在一些实例中，该多元醇替代了在典型的聚氨酯中使用的在聚合物链的两个末端都具有羟基基团的多元醇类型。本文中公开的一部分多元醇侧接于聚氨酯骨架，并且聚氨酯在聚合后具有梳状结构。羟基基团可以成为聚氨酯骨架的一部分，并且多元醇的残留部分(即在多元醇的另一末端的基团)成为侧基或者侧分支。这与被替代的多元醇相反，其通常将整个多元醇并入聚合物链的骨架而没有任何部分的多元醇形成侧基或侧链。在本文中公开的实例中，已发现甚至在高粘结剂负载的情况下，在至少使用该多元醇时，也得到了改进的开盖性能。
改进的开盖性能也可能由于聚氨酯粘结剂的相对小的尺寸。例如，聚氨酯粘结剂可以呈具有约10nm至约200nm的平均直径的颗粒的形式。这些小颗粒可以被容易地喷射，并且由此不会有害地影响喷嘴健康。还进一步，改进的开盖性能可能至少部分由于聚氨酯粘结剂分散体的其他特性，包括酸值(例如弱酸和强酸基团两者的总和，其具有mgKOH/1克聚合物的单位)。这些特性还可以助于具有分散稳定性和形成耐久的印刷品的能力的喷墨墨水。总而言之，包括本文中公开的聚氨酯粘结剂分散体的实例的喷墨墨水展现出改进的喷射性能和印刷可靠性。
另外，改进的开盖性能导致可接受品质的墨滴的应用。在本文中公开的实例中，当聚氨酯粘结剂用具有一个氨基官能团的磺酸盐或磺酸、和/或特定的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物形成时，图像的品质(即光学密度和光泽度)可以进一步得到改进。还进一步，当喷墨墨水(包括聚氨酯粘结剂分散体)与预处理固着剂流体结合时，得到改进的图像品质。
包括本文中公开的聚氨酯粘结剂的喷墨墨水可以被包括在单墨盒墨水套装或者多墨盒墨水套装(其可以包括或者不包括预处理固着剂流体)中。在多墨盒墨水套装中，任意数量的多种墨水可以具有在其中并入的聚氨酯粘结剂。
在一个实例中，本文中公开的喷墨墨水包括共溶剂(除存在的任何水之外)、着色剂、表面活性剂、聚氨酯粘结剂、和余量的水(其为主溶剂)。在一些实例中，喷墨墨水组合物由这些组分构成而不具有其他组分。作为一个实例，喷墨墨水可以排除不同于本文中公开的聚氨酯粘结剂的聚合物。在其他实例中，喷墨墨水组合物可以包括其他组分，例如可喷射性添加剂、和抗结垢剂。
如在本文中使用的，“墨水载体”可以指其中置有聚氨酯粘结剂(例如聚氨酯粘结剂分散体)和着色剂(例如着色剂分散体)以形成一种或多种墨水的液体流体。可以在喷墨墨水中使用各种墨水载体。墨水载体可以仅包括水，或者与多种额外组分的混合物组合。这些额外组分的实例可以包括一种或多种共溶剂、一种或多种表面活性剂、一种或多种抗结垢剂、和/或一种或多种可喷射性添加剂。
至少部分取决于待使用的喷射架构，一种或多种共溶剂可以以约0.1wt％至约30wt％的量存在于喷墨墨水中。在一个实例中，共溶剂以基于喷墨墨水的总wt％计约10wt％的量存在于喷墨墨水中。要理解的是，还可以使用该实例和范围之外的其他量。可以使用的共溶剂类可以包括有机共溶剂，例如脂族醇、芳族醇、二醇、二醇醚、聚二醇醚、2-吡咯烷酮，己内酰胺、甲酰胺、乙酰胺、二元醇、和长链醇。这些共溶剂的实例包括伯脂族醇、仲脂族醇、1，2-醇、1，3-醇、1，5-醇、乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、聚乙二醇烷基醚的高级同系物(C6-C12)、N-烷基己内酰胺、未取代的己内酰胺、取代和未取代的甲酰胺、取代和未取代的乙酰胺等。在一些实例中，墨水载体可以包括1-(2-羟基乙基)-2-吡咯烷酮。
如上所述，喷墨墨水的墨水载体还可以包括一种或多种表面活性剂。作为一个实例，喷墨墨水可以包括非离子、阳离子、和/或阴离子表面活性剂，其可以以基于喷墨墨水的总wt％计约0.01wt％至约5wt％的量存在。在至少一些实例中，墨水载体可以包括不含硅的烷氧基化醇表面活性剂，例如 Wet 510(Evonik Tego Chemie GmbH)，和/或基于炔二醇化学的可自乳化润湿剂，例如 SE-F(Air Products andChemicals，Inc.)。其他合适的可商购的表面活性剂包括465(乙氧基化炔二醇)、 GA-211(又名 CT-211，非离子的烷基苯基乙氧基化物且不含溶剂)、和104(基于炔二醇化学的非离子润湿剂)(其均来自Air Products and Chemicals，Inc.)； FSO(又名其为水溶性的乙氧基化非离子氟表面活性剂，来自Dupont)； TMN-3和 TMN-6(其两者均为支链仲醇乙氧基化物，非离子表面活性剂)、和15-S-3、15-S-5、和15-S-7(其各自为仲醇乙氧基化物，非离子表面活性剂)(所有的表面活性剂可获自DowChemical Co.)。
喷墨墨水的墨水载体可以包括抗结垢剂。结垢是指干燥的墨水沉积于热喷墨印刷头的加热元件上。包括一种或多种抗结垢剂从而助于防止结垢的积聚。合适的抗结垢剂的实例包括油醇聚醚-3-磷酸酯(可商购为 O3A或 N-3酸，来自Croda Int.)、或葡聚糖500k。抗结垢剂的其他合适的实例包括HCE(磷酸酯，来自Croda Int.)、 N10(油醇聚醚-10-磷酸酯，来自CrodaInt.)、或 LFH(具有芳族锚固基团的聚合物分散剂，酸形式，阴离子，来自Clariant)等。抗结垢剂可以以墨水的总wt％的约0.05wt％至约2wt％的量存在于喷墨墨水中。
在本文中公开的一些实例中，喷墨墨水的墨水载体还可以包括一种或多种抗微生物剂(一种或多种杀生物剂)、一种或多种粘度改性剂、一种或多种用于pH调节的材料、一种或多种螯合剂、一种或多种防腐剂、一种或多种可喷射性添加剂(例如脂酮酸乙二醇(LEG-1)，可获自Liponics)等。
当利用杀生物剂时，杀生物剂的合适的量可以为墨水的总wt％的约0.05wt％至约0.5wt％。在实例中，杀生物剂以墨水的总wt％的约0.18wt％、或约0.14wt％的量存在。要理解的是，对于一种或多种杀生物剂而言的上限可以取决于杀生物剂的类型及其毒理学影响和/或监管要求。例如，对于 GXL(Arch Chemicals，Inc.，Norwalk，CT)而言的上限为0.2wt％。合适的杀生物剂包括例如 GXL、 MLX(The DowChemical Co.)、和/或 CS-1246(The Dow Chemical Co.)。
喷墨墨水可以为任意颜色，例如黑色、青色、洋红色、黄色等。因此，除了墨水载体之外，喷墨墨水还包括着色剂。在一个实例中，着色剂是添加至墨水载体的自分散颜料。在另一个实例中，着色剂是在包括水、颜料、分散颜料的聚合物(即聚合物分散剂)的分散体中的颜料。在一个实例中，颜料分散体还可以包括共溶剂，例如2-吡咯烷酮。可以制备或者购买颜料分散体，并且可以将墨水的其他组分(例如载体组分和聚氨酯粘结剂分散体)在连续混合下缓慢地添加至颜料分散体从而形成喷墨墨水。
如在本文中使用的，“颜料”通常可以包括将颜色引入墨水载体的有机或无机颜料着色剂、磁性颗粒、氧化铝、二氧化硅、和/或其他陶瓷、有机金属、金属颗粒物、或其他不透明颗粒。颜料可以为任意颜色，包括例如青色颜料、洋红色颜料、黄色颜料、黑色颜料、紫色颜料、绿色颜料、棕色颜料、橙色颜料、紫红色颜料、白色颜料、金属颜料(例如金色颜料、铜色颜料、银色颜料、或铜色颜料)、珠光颜料、或它们的组合。可以使用任意合适的颜料，并且尽管在本文中提供了多个实例，但要理解的是，列表为非限制性的。
合适的蓝色或青色有机颜料的实例包括C.I.颜料蓝1、C.I.颜料蓝2、C.I.颜料蓝3、C.I.颜料蓝15、颜料蓝15：3、C.I.颜料蓝15：34、C.I.颜料蓝15：4、C.I.颜料蓝16、C.I.颜料蓝18、C.I.颜料蓝22、C.I.颜料蓝25、C.I.颜料蓝60、C.I.颜料蓝65、C.I.颜料蓝66、C.I.还原蓝4、和C.I.还原蓝60。
合适的洋红色、红色、或紫色有机颜料的实例包括C.I.颜料红1、C.I.颜料红2、C.I.颜料红3、C.I.颜料红4、C.I.颜料红5、C.I颜料红6、C.I.颜料红7、C.I.颜料红8、C.I.颜料红9、C.I.颜料红10、C.I.颜料红11、C.I.颜料红12、C.I.颜料红14、C.I.颜料红15、C.I.颜料红16、C.I.颜料红17、C.I.颜料红18、C.I.颜料红19、C.I.颜料红21、C.I.颜料红22、C.I.颜料红23、C.I.颜料红30、C.I.颜料红31、C.I.颜料红32、C.I.颜料红37、C.I.颜料红38、C.I.颜料红40、C.I.颜料红41、C.I.颜料红42、C.I.颜料红48(Ca)、C.I.颜料红48(Mn)、C.I.颜料红57(Ca)、C.I.颜料红57：1、C.I.颜料红88、C.I.颜料红112、C.I.颜料红114、C.I.颜料红122、C.I.颜料红123、C.I.颜料红144、C.I.颜料红146、C.I.颜料红149、C.I.颜料红150、C.I.颜料红166、C.I.颜料红168、C.I.颜料红170、C.I.颜料红171、C.I.颜料红175、C.I.颜料红176、C.I.颜料红177、C.I.颜料红178、C.I.颜料红179、C.I.颜料红184、C.I.颜料红185、C.I.颜料红187、C.I.颜料红202、C.I.颜料红209、C.I.颜料红219、C.I.颜料红224、C.I.颜料红245、C.I.颜料红286、C.I.颜料紫19、C.I.颜料紫23、C.I.颜料紫32、C.I.颜料紫33、C.I.颜料紫36、C.I.颜料紫38、C.I.颜料紫43、和C.I.颜料紫50。
合适的黄色有机颜料的实例包括C.I.颜料黄1、C.I.颜料黄2、C.I.颜料黄3、C.I.颜料黄4、C.I.颜料黄5、C.I.颜料黄6、C.I.颜料黄7、C.I.颜料黄10、C.I.颜料黄11、C.I.颜料黄12、C.I.颜料黄13、C.I.颜料黄14、C.I.颜料黄16、C.I.颜料黄17、C.I.颜料黄24、C.I.颜料黄34、C.I.颜料黄35、C.I.颜料黄37、C.I.颜料黄53、C.I.颜料黄55、C.I.颜料黄65、C.I.颜料黄73、C.I.颜料黄74、C.I.颜料黄75、C.I.颜料黄77、C.I颜料黄81、C.I.颜料黄83、C.I.颜料黄93、C.I颜料黄94、C.I.颜料黄95、C.I颜料黄97、C.I.颜料黄98、C.I.颜料黄99、C.I.颜料黄108、C.I.颜料黄109、C.I.颜料黄110、C.I.颜料黄113、C.I.颜料黄114、C.I.颜料黄117、C.I.颜料黄120、C.I.颜料黄122、C.I.颜料黄124、C.I.颜料黄128、C.I颜料黄129、C.I颜料黄133、C.I.颜料黄138、C.I.颜料黄139、C.I.颜料黄147、C.I.颜料黄151、C.I.颜料黄153、C.I.颜料黄154、C.I.颜料黄167、C.I.颜料黄172、C.I.颜料黄180、和C.I.颜料黄185。
炭黑可以为合适的无机黑色颜料。炭黑颜料的实例包括由Mitsubishi ChemicalCorporation，Japan生产的那些(例如炭黑No.2300、No.900、MCF88、No.33、No.40、No.45、No.52、MA7、MA8、MA100、和No.2200B)；由Columbian Chemicals Company，Marietta，Georgia生产的系列的多种炭黑颜料(例如5750、5250、5000、3500、1255、和700)；由CabotCorporation，Boston，Massachusetts生产的系列、系列、或系列的多种炭黑颜料(例如400R、330R、660R、 E、 L、和410)；以及由Evonik Degussa OrionCorporation，Parsippany，New Jersey生产的多种炭黑颜料(例如颜色黑FW1、颜色黑FW2、颜色黑FW2V、颜色黑FW18、颜色黑FW200、颜色黑S150、颜色黑S160、颜色黑S170、35、 U、 V、140U、特别黑5、特别黑4A、和特别黑4)。有机黑色颜料的一个实例包括苯胺黑，例如C.I.颜料黑1。
绿色有机颜料的一些实例包括C.I.颜料绿1、C.I.颜料绿2、C.I.颜料绿4、C.I.颜料绿7、C.I.颜料绿8、C.I.颜料绿10、C.I.颜料绿36、和C.I.颜料绿45。
棕色有机颜料的实例包括C.I.颜料棕1、C.I.颜料棕5、C.I.颜料棕22、C.I.颜料棕23、C.I.颜料棕25、C.I.颜料棕41、和C.I.颜料棕42。
橙色有机颜料的一些实例包括C.I.颜料橙1、C.I.颜料橙2、C.I.颜料橙5、C.I.颜料橙7、C.I颜料橙13、C.I.颜料橙15、C.I.颜料橙16、C.I.颜料橙17、C.I.颜料橙19、C.I.颜料橙24、C.I.颜料橙34、C.I.颜料橙36、C.I颜料橙38、C.I.颜料橙40、C.I颜料橙43、和C.I.颜料橙66。
合适的金属颜料包括选自金、银、铂、镍、铬、锡、锌、铟、钛、铜、铝、和这些金属中任意的合金的金属。可以单独使用这些金属，或者组合两种或更多种金属或者金属合金。金属颜料的一些实例包括 RO100、 RO200、和金-铜色颜料(可获自Eckart Effect Pigments，Wesel，Germany)。
喷墨墨水中的颜料的总量为约1wt％至约5wt％(基于喷墨墨水的总wt％计)。颜料的平均颗粒尺寸可以为约50nm至约200nm。在一个实例中，平均颗粒尺寸为约80nm至约150nm。
在本文中公开的实例中，颜料可以通过阴离子聚合物(即阴离子聚合物分散剂)分散。分散剂可以以墨水组合物的总wt％的约0.1wt％至约5wt％的量存在。
在一个实例中，分散剂可以为苯乙烯-丙烯酸型分散剂，例如具有i)包括酸性单体的亲水单体、和ii)疏水单体的丙烯酸类分散剂。分散剂的酸值可以为约120mg/g至约300mg/g。要理解的是，苯乙烯-丙烯酸型分散剂为水溶性的。
可以在丙烯酸类分散剂中使用的酸性单体可以包括例如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、二甲基丙烯酸、马来酸酐、马来酸、乙烯基磺酸盐、氰基丙烯酸、乙烯基乙酸、烯丙基乙酸、乙叉基乙酸、丙叉基乙酸、巴豆酸、富马酸、衣康酸、山梨酸、当归酸、肉桂酸、苯乙烯基丙烯酸、柠康酸、戊烯二酸、乌头酸、苯基丙烯酸、丙烯酰氧基丙酸、乌头酸、苯基丙烯酸、丙烯酰氧基丙酸、乙烯基苯甲酸、N-乙烯基琥珀酰胺酸、中康酸、甲基丙烯酰基丙氨酸、丙烯酰基羟基甘氨酸、磺基乙基甲基丙烯酸、磺基丙基丙烯酸、苯乙烯磺酸、磺基乙基丙烯酸、2-甲基丙烯酰氧基甲-1-磺酸、3-甲基丙烯酰氧基丙-1-磺酸、3-(乙烯基氧基)丙-1-磺酸、乙烯磺酸、乙烯基硫酸、4-乙烯基苯基硫酸、乙烯膦酸、乙烯基磷酸、乙烯基苯甲酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、和它们的组合。
可以在丙烯酸类分散剂中聚合的疏水单体的实例可以包括苯乙烯、对甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、乙烯基苄基氯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸四氢糠基酯、甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、乙氧基化壬基苯酚甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸月桂基酯、甲基丙烯酸十三烷基酯、烷氧基化丙烯酸四氢糠基酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、和它们的组合。
喷墨墨水还包括聚氨酯粘结剂。在一个实例中，聚氨酯粘结剂与水存在于聚氨酯粘结剂分散体中。聚氨酯/聚氨酯粘结剂以基于喷墨墨水的总wt％计大于1wt％至约20wt％的量存在于墨水中。在另一个实例中，聚氨酯/聚氨酯粘结剂的量为基于喷墨墨水的总wt％计为约5wt％至约20wt％、或者大于5wt％至约15wt％。该重量百分比以存在于墨水组合物中的活性聚氨酯/聚氨酯粘结剂的重量百分比计，并且不以喷墨墨水中的聚氨酯粘结剂分散体的总重量百分比计。因此，对于聚氨酯/聚氨酯粘结剂给出的重量百分比不计在聚氨酯为分散体的一部分时可能存在的任何其他组分(例如水)。聚氨酯粘结剂分散体可以与着色剂(例如着色剂分散体)和墨水载体的组分一起添加从而形成喷墨墨水。
聚氨酯粘结剂分散体可以通过下述方式形成：合成聚氨酯溶液(即有机溶剂中的聚氨酯聚合物)，然后在水中电离和分散聚氨酯溶液从而形成聚氨酯粘结剂分散体。所得聚氨酯粘结剂分散体包括聚氨酯聚合物，其为水溶性/水分散性。这些步骤中的每一者将在下文进一步讨论。
聚氨酯粘结剂由下述组分形成：(a)多异氰酸酯；(b)具有在链的一个末端具有两个羟基官能团且在链的相反末端不具有羟基官能团的链的多元醇；在一些情况中，(c)包括至少两个羟基官能团或氨基官能团的含羧酸的离子酸；在一些情况中，(d)在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物；在一些情况中，(e)具有一个氨基官能团的磺酸盐或磺酸；和(f)具有少于500的数均分子量的醇、或二醇、或胺。
在本文中公开的实例中，聚氨酯可以由(a)、(b)、(f)、和下述中的任一者形成：i)组分(c)；ii)组分(e)；iii)组分(c)和(e)的组合；iv)组分(c)和(d)的组合；v)组分(d)和(e)的组合；或vi)组分(c)、(d)和(e)的组合。
可以对这些组分进行选择以使得所得聚氨酯粘结剂具有约10mg/g至约50mg/g的酸值。这些特定组分和特性的组合据信改进了喷墨墨水的开盖性能和印刷可靠性。此外，聚氨酯分散体排除了反应性着色剂。
对于组分(a)，可以使用任意合适的多异氰酸酯。例如，可以使用具有平均两个或更多个异氰酸酯基团的多异氰酸酯。在一个实例中，多异氰酸酯可以为脂族、脂环族、芳脂族、或芳族多异氰酸酯、以及它们的低聚物产物，其单独使用或以两种或更多种的混合物形式使用。在一个实例中，多异氰酸酯为脂族多异氰酸酯或脂环族多异氰酸酯，其分别具有减少的发黄倾向。一些实例多异氰酸酯包括六亚甲基-1，6-二异氰酸酯(HDI)、2，2，4-三甲基-六亚甲基-二异氰酸酯(TDMI)、1，12-十二烷二异氰酸酯、2，4，4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯、2-甲基-1，5-五亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、和它们的组合。粘结剂分散体内的多异氰酸酯的量为聚氨酯的总wt％的约20wt％至约50wt％。在一个实例中，多异氰酸酯构成聚氨酯粘结剂的约30wt％至约50wt％。
转向组分(b)，聚氨酯粘结剂分散体内的组分(b)(即多元醇)的量为聚氨酯的总wt％的约10wt％至约70wt％。在一个实例中，组分(b)(即多元醇)构成聚氨酯粘结剂的约30wt％至约60wt％。
组分(b)为特定的多元醇。如在本文中结合组分(b)使用的术语“多元醇”是指具有在链的一个末端具有两个羟基基团且在链的相反末端不具有羟基基团的链的任何产品。多元醇具有约500至约5000的数均分子量(Mn)。此外，多元醇具有约-20℃至约100℃的玻璃化转变温度(Tg)。在一个实例中，玻璃化转变温度为约0℃至约80℃。
多元醇可以在包括两个羟基官能团或两个羧基官能团的硫醇的存在下由单体的自由基聚合来形成。多元醇可以助于改进的喷墨墨水的开盖，这是由于在多元醇链的一个末端的羟基基团被并入聚氨酯骨架链中，而多元醇的另一个末端的基团取决于所使用的具体多元醇而形成侧基或侧链。多元醇可以在水性墨水中分离，其使得聚氨酯粘结剂在墨水载体中容易分散(即更稳定)。多元醇还有助于防止聚氨酯溶胀。
用于形成组分(b)的单体的一些实例包括丙烯酸的烷基酯或甲基丙烯酸的烷基酯，例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸四氢呋喃基酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸2-吖丙啶基乙酯、丙烯酸氨基甲酯、丙烯酸氨基乙酯、(甲基)丙烯酸氨基丙酯、(甲基)丙烯酸氨基正丁酯、(甲基)丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N，N-二甲基氨基丙酯、(甲基)丙烯酸N，N-二乙基氨基乙酯、和(甲基)丙烯酸N，N-二乙基氨基丙酯。
用于形成组分(b)的单体的一些其他实例包括含酸基团的单体，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、(甲基)丙烯酸羧基乙酯、2-(甲基)丙烯酰基丙酸、巴豆酸、和衣康酸。在另一些实例中，用于形成组分(b)的单体可以为丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、甲基丙烯酰胺、或甲基丙烯酰胺衍生物。丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺衍生物的一些实例包括羟基乙基丙烯酰胺、N，N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、N-丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、和N-异丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺。
用于形成组分(b)的单体的一些进一步的实例可以为苯乙烯或苯乙烯衍生物。苯乙烯衍生物的一些实例包括α-甲基苯乙烯、对氨基苯乙烯、和2-乙烯基吡啶。此外，用于形成组分(b)的单体可以为丙烯腈、偏二氯乙烯、含氟的丙烯酸酯、含氟的甲基丙烯酸酯、含硅氧烷的丙烯酸酯、含硅氧烷的甲基丙烯酸酯、乙酸乙烯酯、或N-乙烯基吡咯烷酮。一些具体实例包括丙烯酸2，2，2-三氟乙酯、丙烯酸1H，1H，3H-六氟丁酯、甲基丙烯酸1H，1H，3H-三氟丙酯、甲基丙烯酸1H，1H，5H-八氟戊酯、丙烯酸1H，1H，5H-八氟戊酯、聚(二甲基硅氧烷)、甲基丙烯酰氧基丙基封端的(由Gelest Chemicals制造)、和丙烯酰氧基封端的(由Gelest Chemicals制造)。要理解的是，可以使用对于组分(b)所列出的单体的任意组合。
用于形成组分(b)的硫醇的一些实例包括1，2-丙二醇(硫代甘油)、1-巯基-1，1-乙二醇、2-巯基-1，3-丙二醇、2-巯基-2-甲基-1，3-丙二醇、2-巯基-2-乙基-1，3-丙二醇、1-巯基-2，3-丙二醇、2-巯基乙基-2-甲基-1，3-丙二醇、和硫代乙醇酸。
在一个实例中，组分(b)可以通过制备单体和硫醇在有机溶剂中的溶液来形成。当使用两种单体的组合时，两种单体可以以约1∶1至约9∶1的比率存在。在一个实例中，甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸2-乙基己酯以9∶1的组合分别使用。当使用三种单体的组合时，三种单体可以以约5∶4∶1至约10∶8∶3的比率存在。在一个实例中，甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸2-乙基己酯、和甲基丙烯酸以10∶8∶3的组合分别使用。在形成组分(b)中使用的其他合适的单体组合的实例可以在实施例部分的表1中找到。
在制备溶液(包括单体和硫醇)后，将溶液放置在惰性环境中。例如，可以将氮气流引入通过溶液以生成惰性环境。然后可以将溶液加热至适用于聚合的温度，并且可以允许反应进行合适的时间。聚合的时间和温度将取决于所使用的一种或多种单体和一种或多种硫醇。在一个实例中，聚合温度为约50℃至约90℃，并且允许反应进行约6小时。在另一个实例中，聚合温度为约70℃。
所形成的多元醇可以包括基于多元醇的总wt％计约2wt％至约10wt％的硫醇。在一个实例中，硫醇可以构成多元醇的总wt％的约5wt％。
在一些情况中，还可以使用组分(c)来形成聚氨酯。组分(c)为羧酸。粘结剂分散体内的组分(c)的量为基于聚氨酯的总wt％计0wt％至约10wt％。在一个实例中，组分(c)构成聚氨酯粘结剂的约2wt％至约6wt％。
组分(c)的存在有助于聚氨酯在用碱电离后溶解或分散于水中的能力。如前所述，组分(c)为羧酸。在一些情况中，组分(c)包括两个或更多个羟基基团。组分(c)可以具有约500的数均分子量(Mn)。组分(c)的实例可以衍生自具有通式(HO)xQ(COOH)y的羟基-羧酸，其中，Q为含有1至12个碳原子的直链或支链的烃基团，并且x为2或3，并且y为1至3。合适的羟基-羧酸的实例包括二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸(DMBA)、丙氨酸、柠檬酸、酒石酸、乙醇酸、乳酸、苹果酸、二羟基马来酸、二羟基酒石酸、或它们的组合物。
关于组分(d)，在一些实例中，组分(d)为具有一个羟基官能团或一个氨基官能团的聚(乙二醇)(即聚(环氧乙烷))的均聚物或共聚物。在其他实例中，组分(d)为在其链的一个末端具有两个羟基官能团或两个氨基官能团的聚(乙二醇)(即聚(环氧乙烷))的均聚物或共聚物。聚(乙二醇)的均聚物或共聚物具有约500至约5,000的数均分子量(Mn)。在另一个实例中，聚(乙二醇)的均聚物或共聚物具有约500至约3,000的数均分子量(Mn)。组分(d)还具有大于30％v/v(聚(乙二醇)的体积对水的体积)的水溶性。
与用包括其他类型的不含组分(d)的聚氨酯分散体的墨水在相同介质上形成的印刷图像的光泽度和光学密度相比，本文中公开的包括组分(d)的聚氨酯分散体的实例增加了介质上的印刷图案的光泽度和光学密度。这可能部分由于在包括时组分(d)防止聚氨酯粘结剂与下面的预处理固着流体反应，否则会在将墨水组合物施加至介质时引起聚氨酯粘结剂不合期望地凝聚。因此，组分(d)使得聚氨酯粘结剂对预处理固着流体不敏感，并由此防止不合期望的聚氨酯凝聚。由于聚氨酯粘结剂不会与预处理固着流体强烈相互作用以引起凝聚，因此聚氨酯可以在印刷时形成膜，其有利地影响印刷图像的光泽度和光学密度。
聚氨酯粘结剂分散体中的组分(d)的量为基于聚氨酯的总wt％计0wt％至约20wt％。在一个实例中，组分(d)为聚氨酯粘结剂的约5wt％至约15wt％。
可以使用具有一个羟基或氨基基团的聚(乙二醇)的任意共聚物作为组分(d)，只要该共聚物具有＞30％v/v的水溶性和合适的数均分子量。适合于组分(d)的共聚物的一些实例包括具有一个羟基官能团的聚(乙烯)与聚(乙二醇)的共聚物(例如其中m＝1-10且n＝5-50)、具有一个羟基官能团的聚(丙二醇)与聚(乙二醇)的共聚物、和具有一个氨基官能团的聚(乙二醇)与聚(丙二醇)的共聚物。具有一个氨基官能团的聚(乙二醇)与聚(丙二醇)的共聚物的一些可商购的实例包括 M-1000(即其中x＝19且y＝3)、和 M-2070(即其中x＝31且y＝10)(均由Huntsman Chemicals制造)。
组分(d)的一些额外实例包括聚(乙二醇)均聚物，例如单胺封端的聚(乙二醇)(即其中n＝5-100)、和聚(乙二醇)单烷基醚。聚(乙二醇)单烷基醚的实例包括具有C1至C8直链或支链烃的烷基，例如甲基、乙基、和丁基。聚(乙二醇)单烷基醚的实例包括聚(乙二醇)单甲基醚(即其中n＝5-100)、聚(乙二醇)单乙基醚、聚(乙二醇)单丙基醚、和聚(乙二醇)单丁基醚。
此外，可以替代地使用在聚合物链的一个末端具有两个羟基或氨基基团的聚(乙二醇)的任意均聚物作为组分(d)，只要该均聚物具有＞30％v/v的水溶性和合适的数均分子量。作为一个实例，均聚物可以为两个羟基封端的聚(乙二醇)，其中两个羟基均位于链的一个末端。一个可商购的实例为YMERTM N120(线性双官能聚乙二醇单甲基醚，来自Perstorp)。
现转向组分(e)，组分(e)为具有一个氨基官能团的磺酸盐或磺酸。本文中公开的可以包括组分(e)的聚氨酯分散体改进了包括该分散体的喷墨墨水的开盖性能和印刷可靠性，而不牺牲(并且在一些情况中改进)图像品质。组分(e)可以以基于聚氨酯的总wt％计0wt％至20wt％的量存在。在一个实例中，组分(e)以聚氨酯粘结剂的约2wt％至约20wt％的量存在。在另一个实例中，组分(e)可以以聚氨酯粘结剂的约5wt％至约15wt％的量存在。
组分(e)的一些实例包括牛磺酸4-氨基甲苯-3-磺酸苯胺-2-磺酸磺胺酸4-氨基-1-萘磺酸3-氨基-4-羟基苯磺酸2-氨基-1-萘磺酸5-氨基-2-甲氧基苯磺酸2-(环己基氨基)乙磺酸和3-氨基-1-丙磺酸要理解的是，在一些实例中，组分(e)除磺酸盐或磺酸之外具有最多一个羟基官能团。此外，组分(e)不起聚氨酯的扩链剂的作用。
聚氨酯粘结剂分散体还包括组分(f)。组分(f)包括醇、二醇或胺。醇、或二醇、或胺具有小于500的数均分子量(Mn)。在一个实例中，组分(f)可以以基于聚氨酯的总wt％计大于0wt％至约20wt％的量存在。在另一个实例中，组分(f)可以以大于0wt％至约15wt％的量存在。
醇或二醇的一些实例包括甲醇、乙醇、1-丁醇、丙醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、1，4-环己二醇、环己烷-1，4-二甲醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、双酚A、双酚A乙氧基化物(BPAE，Mn＝492)、双酚A(2，3-二羟基丙基)缩水甘油基醚、双酚A双(3-氯-2-羟基丙基)醚、双酚A双(2，3-二羟基丙基)醚、双酚A丙氧基化物、和4，4’-磺酰基二酚。胺的实例包括正丁胺和乙二胺。
在用于制造聚氨酯粘结剂分散体的方法的第一步骤的一个实例中，将组分(a)和(b)、在一些情况中的(c)、和(f)在反应器中与有机溶剂(例如甲乙酮(MEK)、四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯、丙酮、或它们的组合)和催化剂(例如二月桂酸二丁基锡、辛酸铋、和1，4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷)混合。可以将反应器保持在恒定温度和干燥空气混合物下。可以将组分混合，并且可以允许聚合反应进行直至％NCO达到理论值。在一个实例中，反应时间为约1小时至约4小时。在另一个实例中，聚合反应在60℃下进行约3小时以实现％NCO的理论值。
在用于制造聚氨酯聚合物的方法的第二步骤的一个实例中，然后将组分(d)添加至组分(a)和(b)、和在一些情况中的(c)、和(f)的聚合反应。继续聚合直至％NCO达到理论值。在该步骤中，可以允许聚合反应进行约1小时至约4小时的时间。在一个实例中，聚合反应在60℃下进行4小时以实现％NCO的理论值。在其中不包括组分(d)的实例中，可以跳过该步骤并且可以如下所述地继续所述方法。
在用于制造聚氨酯聚合物的方法的第三步骤的一个实例中，将组分(e)溶解于一当量的碱和足够量的去离子水中以完全溶解组分(e)。碱的一些实例包括氨、三甲胺、三乙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、和氢氧化锂。将由组分(a)和(b)、和在一些情况中的(c)、(d)和/或(f)制成的聚合物溶液冷却至约30℃至约50℃的温度。以在约30℃至约50℃的温度下剧烈混合至少30分钟的方式将组分(e)的水溶液添加至来自第一步骤(如果不包括组分(d))或第二步骤(如果包括组分(d))的聚合物溶液。在其中不包括组分(e)的实例中，可以跳过该步骤并且可以如下所述地继续所述方法。
在用于制造聚氨酯聚合物的方法的第四步骤的一个实例中，可以在剧烈搅拌下将聚氨酯溶液缓慢添加至包括碱的水(例如经10分钟的时间)，或反之亦然。可以搅拌混合物并且可以通过蒸馏除去有机溶剂以形成聚氨酯粘结剂分散体。在一个实例中，聚氨酯粘结剂分散体的酸值为约10mg KOH/g固体树脂至约50mg KOH/g固体树脂、或约15mg KOH/g固体树脂至少于45mg KOH/g固体树脂、或约10mg KOH/g固体树脂至少于35mg KOH/g固体树脂。
一旦制备了聚氨酯粘结剂分散体，分散体中的聚氨酯粘结剂的颗粒尺寸为约10nm至约200nm。在一个实例中，聚氨酯粘结剂的颗粒尺寸为约10nm至约100nm。
在制备了墨水之后，可以使用任意喷墨印刷机(例如热、压电等)将一种或多种墨水施加至介质。在一个实例中，可以将一种或多种墨水施加至涂覆的胶版介质。涂覆的胶版介质为经涂覆以通过提供一定程度的表面光泽度、平滑度和减少的墨水吸收率而赋予更好的图像品质的任意纸。可商购的涂覆的胶版介质的实例包括 Ultra Gloss(NewPage Corp.)和(Appleton Coated LLC)。在其他实例中，介质可以为涂覆或未涂覆的纸。介质还可以为乙烯基或塑料材料。
在喷墨墨水套装中，喷墨墨水可以与预处理固着流体配对。在一些情况中，预处理固着流体可以在将喷墨墨水印刷至介质上之前施加至介质。预处理固着流体在下文更详细描述。
预处理固着流体可以适用于在涂覆的胶版介质上的湿压湿印刷。预处理固着流体包括特定的盐组合(以期望的低含量)、特定的共溶剂、和能够动态地降低预处理流体的表面张力的低HLB(亲水-亲油平衡)表面活性剂。在本文中公开的实例中，HLB小于10。所选择的一种或多种盐、溶剂、和表面活性剂一起可以有利地促进点增益并减少字迹不清和颜料浮选，得到更高品质的文本印刷品。本文中公开的预处理固着流体的组合物也展现出期望的笔可靠性。
如上所述，本文中公开的预处理固着流体包括丙酸钙、泛酸钙、四乙二醇、低HLB表面活性剂、酸、和余量的水。在一些实例中，预处理固着流体仅由这些组分组成，并且在其他实例中，预处理固着流体包括这些组分和抗微生物剂。
丙酸钙和泛酸钙的组合为预处理固着流体提供了可以引起沉积于其上的墨水中的颜料或着色剂凝聚、并且可以控制颜料迁移/浮选等的金属盐。丙酸钙可以以基于预处理流体计大于4.5wt％至约8.0wt％的量存在。泛酸钙可以以约2.0wt％至15wt％或更少的量存在。在一个实例中，预处理固着流体可以包括约6.5wt％的丙酸钙和约4.8wt％的泛酸钙。金属盐的量据信足够高以实现期望的固着效果而不会有害地影响笔可靠性。
预处理固着流体还包括四乙二醇作为共溶剂。四乙二醇可以以总计约0.1wt％至约30wt％存在于预处理固着流体中。所使用的量可以至少部分取决于用于施加预处理固着流体的喷射构架。在一个实例中，所使用的四乙二醇的量为约12wt％。
预处理固着流体还包括低HLB表面活性剂。这种类型的表面活性剂能够动态地控制、特别是降低预处理固着流体的表面张力。低HLB表面活性剂可以在其施加时为预处理流体提供低于在其上施加预处理固着流体的涂覆的胶版介质的表面能的表面张力。因此，预处理固着流体与介质之间的接触角为零(0)，这使得预处理固着流体能够在水平方向(相对于介质表面)上遍及介质表面铺展，并且有效地润湿并降低胶版涂覆介质的表面能。
低HLB表面活性剂的实例为基于炔二醇化学的可自乳化润湿剂(例如 SE-F)、或非离子烷基苯基乙氧基化物和不含溶剂的表面活性剂(例如 GA-211表面活性剂，又名 CT-211，来自Air Productsand Chemicals，Inc.)。低HLB表面活性剂以基于预处理固着流体的总wt％计约0.01wt％至约1.0wt％的量存在于预处理固着流体中。在一个实例中，表面活性剂的量为约0.05wt％。据信，期望的表面张力可能无法用其他量和/或其他表面活性剂获得。
在一些实例中，预处理固着流体还包括抗微生物剂。可以添加一种或多种抗微生物剂如杀生物剂和杀真菌剂从而抑制有害微生物的生长。抗微生物剂的实例可以包括(Ashland Inc.)、或(Dow Chemical Co.)、和(Arch Chemicals)系列、和它们的组合。预处理固着流体中的抗微生物剂的总量可以为约0.05wt％至约1wt％。在一个实例中，预处理固着流体包括约0.1wt％的杀生物剂。
预处理固着流体的余量为水。此外，可以使用一种或多种缓冲剂来将预处理固着流体的pH调节至特定的pH。合适的缓冲剂的一个实例为甲磺酸。在一些实例中，可以以足以缓冲预处理固着流体的pH以使得其为4.0至7.0的量来使用缓冲剂。在一个实例中，使用甲磺酸将预处理固着流体的pH调节至约6.6。
如上所述，预处理固着流体的表面张力低于胶版涂覆介质的表面能以使得当将预处理固着流体施加在胶版涂覆介质的表面上时，预处理固着流体与胶版涂覆介质之间的接触角为0。在一个实例中，预处理固着流体的表面张力低于37dyne/em。在另一个实例中，预处理固着流体的表面张力为约30dyne/cm至约33dyne/cm。在又另一个实例中，涂覆的胶版介质的表面能为约34dyne/cm至约42dyne/cm，并且预处理固着流体的表面张力为约33dyne/cm或更低。
可以使用任意合适的高速(例如约50fpm至约1000fpm)喷墨印刷装置将预处理固着流体施加在介质上，所述装置包括热喷墨印刷机或卷筒纸印刷机、压电喷墨印刷机或卷筒纸印刷机、连续喷墨印刷机或卷筒纸印刷机。
在一个实例中，施加至介质的预处理固着流体的量为约1gsm至约7gsm。
在本文中公开的实例中，在将预处理固着流体施加在介质上之后不实施干燥操作。然而，尽管预处理固着流体是湿的，但也将本文中公开的喷墨墨水沉积于介质上的预处理固着流体上。当使用多种墨水颜色时，要理解的是在先前沉积的层仍为湿的同时施加所有墨水。还将一种或多种墨水配制为通过喷墨印刷系统来沉积。
存在于预处理固着流体中的盐与存在于墨水中的着色剂瞬时反应，导致颜料从墨水中破出并将颜料固着在介质表面上。此外，所施加的预处理固着流体为涂覆的胶版介质提供降低的表面能，这导致已沉积的一种或多种墨水比如果表面能较高的情况下更少的铺展。这有助于渗出控制和点增益，并且由此提高了印刷品质属性。该益处是除了通过预处理固着流体中的盐将墨水中的一种或多种着色剂瞬时固着而获得的益处以外的益处。
为进一步举例说明本公开，在本文中给出实施例。要理解的是，这些实施例仅为说明性的目的而提供，并且不被解释为限制本公开的范围。
实施例
实施例1
制备了本文中公开的聚氨酯粘结剂分散体的多个实施例和多个对比聚氨酯分散体实施例。还制备了在聚合物链的一个末端具有两个羟基基团的多元醇的多个实施例以用于实施例聚氨酯粘结剂分散体中。用于形成聚氨酯分散体的特定多元醇的组成以所使用的各组分的wt％的方式示于表1中。实施例和对比实施例聚氨酯分散体的组成以所使用的各组分的wt％的方式示于表2中。还在表2中提供所得聚氨酯粘结剂分散体的多种特性。
在本文中被称为多元醇-2的一个实施例多元醇如下述合成：
将300g的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、300g的丙烯酸正丁酯(BA)、60g的硫代甘油、6g的偶氮二异丁腈(AIBN)、和400g的丙酮在烧杯中混合直至溶液变得均匀。将溶液用氮气吹扫20分钟。将配备有机械搅拌器、冷凝器和氮气入口的2升四颈圆底烧瓶浸于恒温水浴中。将含有单体(MMA和BA)、硫醇(即硫代甘油)、和2-2’-偶氮二异丁腈(AIBN)的溶液经约2小时泵送至反应器(即烧瓶)中。添加溶液后，聚合持续进行约4小时。得到粘性聚合物溶液。数均分子量(Mn)为1800。使用凝胶渗透色谱计算重均分子量(Mw)为2400。％固体为78％。
各其他实施例多元醇以如对多元醇-2所描述的类似方式使用在表1中所述的组分和量来制备。
在表1中使用下述缩写：MMA(甲基丙烯酸甲酯)、BA(丙烯酸丁酯)、EHA(丙烯酸2-乙基己酯)、MAA(甲基丙烯酸)、TBA(丙烯酸叔丁酯)、TBMA(甲基丙烯酸叔丁酯)、BzMA(甲基丙烯酸苄酯)、VA(乙酸乙烯酯)、CHMA(甲基丙烯酸环己酯)、和THFM(甲基丙烯酸四氢呋喃酯)。
表1
然后将多元醇-2和多元醇-8用于实施例聚氨酯分散体的合成。可以使用示于表1中的各个实施例来形成本文中公开的聚氨酯粘结剂分散体的实施例。实施例和对比实施例聚氨酯分散体在下文进一步详细讨论。
在本文中被称为PUG-1的一个实施例聚氨酯粘结剂分散体如下述合成：
(部分1)将61.1g的多元醇-02、7.89g的DMPA、34.9g的IPDI、和41ml的丙酮在500ml的四颈圆底烧瓶中混合。连接机械搅拌器和冷凝器。将烧瓶浸于约70℃下的恒温浴中。将系统保持在干燥空气覆套下。添加3滴二月桂酸二丁基锡(DBTDL)以引发聚合。聚合在约70℃下持续进行约2小时。取出0.5g样品以用于％NCO滴定。％NCO为5.2％。
(部分2)将7.75g的1-丁醇添加至反应器并且在约70℃下持续进行聚合另外3小时。取出0.5g的预聚物用于最终％NCO滴定。％NCO为0.2％。
(部分3)在良好搅拌下将预聚物溶液分散在385g的去离子水和7.33g的45％氢氧化钾中，以形成聚氨酯分散体(PUG-1)。将PUG-1通过400目不锈钢筛进行过滤。用旋转蒸发仪在55℃下除去丙酮。
使用Malvern Zetasizer测量颗粒尺寸，并且平均半径为30nm。pH为8.1。％固体为25.0％。
各其他实施例和对比实施例聚氨酯分散体以与PUG-1类似的方式使用表2中所述的组分和量来制备。用于形成对比实施例聚氨酯分散体的组分(b)的实施例在骨架链的相反末端具有羟基基团。
在表2中使用下述缩写：AN(酸值)、IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)、PTMG1K(聚(四氢呋喃)，Mn为1000)、PPG1K(聚(丙二醇)，Mn为1000)、C-1090(聚(碳酸酯)多元醇，Mn为1000)、DMPA(2，2’-二羟甲基丙酸)、M-2070( M-2070，来自HuntsmanChemical)、BOH(丁醇)、和BPAE(双酚A乙氧基化物)。PTMG1K、PPG1K和C-1090各自为在聚合物链的两个末端具有羟基基团的多元醇。
表2
*对比例聚氨酯粘结剂。
预测实施例2
用黑色颜料和青色颜料(各自存在于具有水的分散体中)以及实施例1的表2中列出的实施例和对比例聚氨酯粘结剂分散体来制备实施例和对比例墨水组合物。表3中示出了包括黑色颜料的实施例和对比例墨水组合物的通用制剂。表4中示出了包括青色颜料的实施例和对比墨水例组合物的通用制剂。要理解的是，各墨水包括表2中列出的聚氨酯粘结剂分散体中的不同的一种。通过将各自的粘结剂分散体和黑色颜料分散体或青色颜料分散体添加至表3和4中示出的剩余墨水组分来制备实施例和对比例墨水。
表3
表4
还制备了预处理固着剂流体。在下述表5中示出了预处理固着流体的组成。
表5
在制备各个实施例和对比例墨水组合物之后，对各墨水组合物测试开盖。开盖测试在测试床上进行，所述测试床包括印刷墨盒电子器件以用6ng的标称液滴重量来印刷热喷墨笔。在12Khz的笔频率和55℃的笔温度的情况下，将这些笔印刷在负载于旋转滚筒(每秒30英寸)的标准办公纸介质上。将笔以高达10秒的离散和增加的时间间隔进行印刷。各印刷时间间隔之间，将笔保持空闲且未封盖。1秒时的开盖被报告为对于在介质上获得健康(液滴重量和位置)正常的液滴所需的喷吐(液滴)的数量。预期的结果示于下述表6。针对黑色墨水和对比例墨水、以及青色墨水和对比例墨水示出了预期的开盖结果，但在表6中根据墨水或对比例墨水中的聚氨酯分散体来标识墨水。
表6
*对比例聚氨酯粘结剂。
如表6中所述，与黑色和青色实施例墨水组合物相比，黑色和青色对比实施例墨水组合物具有显著更大的预期喷吐数量以恢复喷嘴健康。
通常，在印刷空闲时间期间，在印刷头开口处水从墨水中蒸发导致印刷头喷嘴附近的显著的粘度增加，其可以形成防止或者干扰后续墨滴喷射的粘性阻塞。本文中公开的聚氨酯粘结剂(包括组分b)有助于具有较低粘度构建的墨水。因此，在未封盖时间间隔之间防止墨水在喷嘴附近变得过度粘稠，由此避免了笔开口的堵塞。因此，改进了开盖并且印刷墨盒需要更少的液滴以在介质上获得正常、准确的液滴。具体而言，这些预期的结果表明，组分(b)(即在多元醇链的一个末端具有两个羟基基团且在链的相反末端不具有羟基基团的多元醇)出乎意料地有助于具有较低粘度构建的墨水，并且与在多元醇的每一末端上具有羟基基团的多元醇相比，可以显著改进开盖。
此外，使用黑色和青色实施例墨水(即包括PUG-1、PUG-44、PUG-3、PUG-4、PUG-43、PUG45和PUG-46的黑色和青色墨水)以及黑色和青色对比实施例墨水(即包括PUD-1、PUD-12、PUD-24和PUD-29的黑色和青色墨水)形成印刷品。这些印刷品通过首先在 Ultra Gloss(NewPage Corp.)介质上印刷预处理固着流体(2.5g/m2或gsm)来形成。然后将各实施例和对比例墨水组合物以约10gsm的量印刷在含有预处理固着流体的介质上。干燥印刷品。
实施印刷图像的光学密度(OD)和75°光泽度测量。使用X-rite eXactTM光密度计来实施光密度(OD)测量，并且使用BYK-Gardner 75°Meter(BYK-GardnerUSA)来实施75°光泽度测量。光密度(OD)和75°光泽度测量的预期结构示于下述表7。针对黑色实施例和对比实施例墨水以及青色实施例和对比实施例墨水示出预期的印刷品质结果，但在表7中根据墨水中的聚氨酯分散体来标识墨水。
表7
*对比例聚氨酯粘结剂。
如表7中所示，用包括组分(b)但不具有组分(d)和/或组分(e)的聚氨酯分散体(例如PUG-1和PUG-44)形成的实施例黑色和青色墨水预期具有与对比实施例黑色和青色墨水相比稍微更好或相同的光学密度和光泽度。还如表7中所示，用包括组分(b)以及组分(d)和/或组分(e)的聚氨酯分散体(例如PUG-3、PUG-4、PUG-43、PUG-45、和PUG-46)形成的实施例黑色和青色墨水预期具有与对比实施例黑色和青色墨水相比改进的光学密度和光泽度。额外的具有一个羟基官能团或一个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物(即组分d)和/或具有一个氨基官能团的磺酸盐或磺酸(即组分e)预期改进具有预处理固着流体的墨水的相容性，由此改进在介质上的成膜性。其结果是，这些实施例聚氨酯分散体也被预期改进印刷性能。因此，除了改进墨水的开盖性能之外，本文中公开的聚氨酯粘结剂分散体的一些实施例还可以改进印刷品质属性。
要理解的是，本文中提供的范围包括所声明的范围和在所声明的范围内的任意值或子范围。例如，约1wt％至约20wt％的范围应当被解释为包括不仅明确引用的约1wt％至约10wt％的限值，而且还包括单个值如1.5wt％、10wt％、12.5wt％、15wt％等，以及子范围如约12wt％至约18wt％、约5wt％至约7wt％等。此外，当利用“约”来描述值时，其意在涵盖从所声明的值起算的微小变化(高达+/-10％)。
贯穿整个说明书提及的“一个实例”、“另一个实例”、“实例”等意指结合所述实例描述的特定要素(例如特征、结构、和/或特性)被包括在本文中描述的至少一个实例中，并且可以存在或者可以不存在于其他实例中。此外，要理解的是，针对任意实例所描述的要素可以以任意合适的方式组合在多个实例中，除非上下文明确地另有声明。
在描述和要求保护本文中公开的实例时，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指示物，除非上下文明确地另有声明。
尽管已详细地描述了多个实例，但要理解的是，可以对所公开的实例进行修改。因此，前述说明书被认为是非限制性的。
Claims (15)
1.基于聚氨酯的粘结剂分散体，其包含：
水；和
分散在水中的聚氨酯，所述聚氨酯已由下述形成：
多异氰酸酯；
多元醇，所述多元醇具有在链的一个末端具有两个羟基官能团且在链的相反末端不具有羟基基团的链，并且具有约500至约5,000的数均分子量；
具有小于500的数均分子量的醇或二醇或胺；和下述中的一者：
i)羧酸；
ii)具有一个氨基官能团的磺酸盐或磺酸；
iii)i和ii的组合；
iv)i和在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物的组合；
v)ii和在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物的组合；或
vi)i、ii和在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物的组合。
2.根据权利要求1所述的基于聚氨酯的粘结剂分散体，其中具有一个氨基官能团的磺酸盐或磺酸除磺酸盐或磺酸以外具有最多一个羟基官能团。
3.根据权利要求2所述的基于聚氨酯的粘结剂分散体，其中磺酸盐或磺酸选自牛磺酸、4-氨基甲苯-3-磺酸、苯胺-2-磺酸、磺胺酸、4-氨基-1-萘磺酸、3-氨基-4-羟基苯磺酸、2-氨基-1-萘磺酸、5-氨基-2-甲氧基苯磺酸、2-(环己基氨基)乙磺酸、和3-氨基-1-丙磺酸。
4.根据权利要求1所述的基于聚氨酯的粘结剂分散体，其中：
多元醇在包括两个羟基官能团或两个羧基官能团的硫醇的存在下由单体的自由基聚合形成；
所述单体选自丙烯酸的烷基酯、甲基丙烯酸的烷基酯、含酸基团的单体、丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺衍生物、苯乙烯、苯乙烯衍生物、丙烯腈、偏二氯乙烯、含氟的丙烯酸酯、含氟的甲基丙烯酸酯、含硅氧烷的丙烯酸酯、含硅氧烷的甲基丙烯酸酯、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、和它们的组合；并且
所述硫醇选自1，2-丙二醇(硫代甘油)、1-巯基-1，1-乙二醇、2-巯基-1，3-丙二醇、2-巯基-2-甲基-1，3-丙二醇、2-巯基-2-乙基-1，3-丙二醇、1-巯基-2，3-丙二醇、2-巯基乙基-2-甲基-1，3-丙二醇、和硫代乙醇酸。
5.根据权利要求4所述的基于聚氨酯的粘结剂分散体，其中：
所述丙烯酸的烷基酯或甲基丙烯酸的烷基酯选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸四氢呋喃基酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸2-吖丙啶基乙酯、丙烯酸氨基甲酯、丙烯酸氨基乙酯、(甲基)丙烯酸氨基丙酯、(甲基)丙烯酸氨基正丁酯、(甲基)丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N，N-二甲基氨基丙酯、(甲基)丙烯酸N，N-二乙基氨基乙酯、和(甲基)丙烯酸N，N-二乙基氨基丙酯；或者
所述含酸基团的单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、(甲基)丙烯酸羧基乙酯、2-(甲基)丙烯酰基丙酸、巴豆酸、和衣康酸；或者
所述丙烯酰胺衍生物或甲基丙烯酰胺衍生物选自羟基乙基丙烯酰胺、N，N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、N-丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、和N-异丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺；或者
所述苯乙烯衍生物选自α-甲基苯乙烯、对氨基苯乙烯、和2-乙烯基吡啶。
6.根据权利要求4所述的基于聚氨酯的粘结剂分散体，其中下述中的一者：
单体以1∶1的比率包括甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，并且硫醇包括10wt％的硫代甘油；
单体以3∶1的比率包括甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸2-乙基己酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以1∶1的比率包括甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸2-乙基己酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以9∶1的比率包括甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸2-乙基己酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以5∶4∶1的比率包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸2-乙基己酯、和甲基丙烯酸，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以1∶1的比率包括甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸2-乙基己酯，并且硫醇包括10wt％的硫代甘油；
单体以10∶8∶3的比率包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸2-乙基己酯、和甲基丙烯酸，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以1∶1的比率包括甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸叔丁酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以1∶1的比率包括甲基丙烯酸叔丁酯和丙烯酸2-乙基己酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以1∶1的比率包括(甲基)丙烯酸苄酯和丙烯酸2-乙基己酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以1∶1的比率包括苯乙烯和丙烯酸丁酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以1∶1的比率包括乙酸乙烯酯和丙烯酸丁酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以1∶1的比率包括甲基丙烯酸环己酯和丙烯酸丁酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油；
单体以1∶1的比率包括甲基丙烯酸四氢呋喃基酯和丙烯酸丁酯，并且硫醇包括5wt％的硫代甘油。
7.根据权利要求1所述的基于聚氨酯的粘结剂分散体，其中聚氨酯由iv、v、或vi中的一者形成，并且其中在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物以基于聚氨酯的总wt％计大于5wt％至约20wt％的量存在。
8.根据权利要求7所述的基于聚氨酯的粘结剂分散体，其中聚(乙二醇)的均聚物或共聚物具有约500至约5000的数均分子量(Mn)和大于30％v/v的水溶性，并且其中聚(乙二醇)的均聚物或共聚物为下述中的一者：
聚(乙二醇)共聚物，其选自具有一个羟基官能团的聚(乙烯)与聚(乙二醇)的共聚物、具有一个羟基官能团的聚(丙二醇)与聚(乙二醇)的共聚物、和具有一个氨基官能团的聚(乙二醇)与聚(丙二醇)的共聚物；或
聚(乙二醇)均聚物，其选自单胺封端的聚(乙二醇)、聚(乙二醇)单乙基醚、聚(乙二醇)单丙基醚、聚(乙二醇)单丁基醚、聚(乙二醇)单甲基醚、和在一个末端以两个羟基封端的聚(乙二醇)。
9.根据权利要求1所述的基于聚氨酯的粘结剂分散体，其中：
多异氰酸酯以基于聚氨酯的总wt％计约20wt％至约50wt％的量存在；
具有在链的一个末端具有两个羟基官能团且在链的相反末端不具有羟基基团的链的多元醇以基于聚氨酯的总wt％计约10wt％至约70wt％的量存在；
具有小于500的数均分子量的醇或二醇或胺以大于0wt％至约20wt％的量存在；和，在包括下述时：
羧酸以大于0wt％至约10wt％的量存在；
磺酸盐或磺酸以基于聚氨酯的总wt％计大于2wt％至约20wt％的量存在；和
聚(乙二醇)的均聚物或共聚物以基于聚氨酯的总wt％计大于5wt％至约20wt％的量存在。
10.根据权利要求1所述的基于聚氨酯的粘结剂分散体，其中具有小于500的数均分子量的醇或二醇或胺为选自1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，4-环己二醇、环己烷-1，4-二甲醇、双酚A乙氧基化物、和双酚A丙氧基化物的醇。
11.喷墨墨水，其包含：
水；
着色剂；
共溶剂；
表面活性剂；和
聚氨酯粘结剂，所述聚氨酯粘结剂已由下述形成：
多异氰酸酯；
多元醇，所述多元醇具有在链的一个末端具有两个羟基官能团且在链的相反末端不具有羟基基团的链，并且具有约500至约5,000的数均分子量；
具有小于500的数均分子量的醇或二醇或胺；和下述中的一者：
i)羧酸；
ii)具有一个氨基官能团的磺酸盐或磺酸；
iii)i和ii的组合；
iv)i和在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物的组合；
v)ii和在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物的组合；或
vi)i、ii和在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物的组合。
12.根据权利要求11所述的喷墨墨水，其中具有一个氨基官能团的磺酸盐或磺酸除磺酸盐或磺酸以外具有最多一个羟基官能团。
13.根据权利要求12所述的喷墨墨水，其中磺酸盐或磺酸选自牛磺酸、4-氨基甲苯-3-磺酸、苯胺-2-磺酸、磺胺酸、4-氨基-1-萘磺酸、3-氨基-4-羟基苯磺酸、2-氨基-1-萘磺酸、5-氨基-2-甲氧基苯磺酸、2-(环己基氨基)乙磺酸、和3-氨基-1-丙磺酸。
14.根据权利要求11所述的喷墨墨水，其中：
多元醇在包括两个羟基官能团或两个羧基官能团的硫醇的存在下由单体的自由基聚合形成；
所述单体选自丙烯酸的烷基酯、甲基丙烯酸的烷基酯、含酸基团的单体、丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺衍生物、苯乙烯、苯乙烯衍生物、丙烯腈、偏二氯乙烯、含氟的丙烯酸酯、含氟的甲基丙烯酸酯、含硅氧烷的丙烯酸酯、含硅氧烷的甲基丙烯酸酯、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、和它们的组合；并且
所述硫醇选自1，2-丙二醇(硫代甘油)、1-巯基-1，1-乙二醇、2-巯基-1，3-丙二醇、2-巯基-2-甲基-1，3-丙二醇、2-巯基-2-乙基-1，3-丙二醇、1-巯基-2，3-丙二醇、2-巯基乙基-2-甲基-1，3-丙二醇、和硫代乙醇酸。
15.喷墨墨水套装，其包含：
预处理固着流体，其包括
丙酸钙，其以基于预处理固着流体的总wt％计大于4.5至约8.0wt％的量存在；
泛酸钙，其以基于预处理固着流体的总wt％计约2.0wt％至等于或小于15wt％的量存在；
四乙二醇；
表面活性剂；
酸，其以足以使得预处理固着流体的pH为约4.0至约7.0的量存在；和
余量的水；以及
喷墨墨水，其包括：
水；
着色剂；
共溶剂；
表面活性剂；和
聚氨酯粘结剂，所述聚氨酯粘结剂已由下述形成：
多异氰酸酯；
多元醇，所述多元醇具有在链的一个末端具有两个羟基官能团且在链的相反末端不具有羟基基团的链，并且具有约500至约5,000的数均分子量；
具有小于500的数均分子量的醇或二醇或胺；和下述中的一者：
i)羧酸；
ii)具有一个氨基官能团的磺酸盐或磺酸；
iii)i和ii的组合；
iv)i和在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物的组合；
v)ii和在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物的组合；或
vi)i、ii和在其链的一个末端具有一个或两个羟基官能团或者一个或两个氨基官能团的聚(乙二醇)的均聚物或共聚物的组合。
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