JP2007522285A - 架橋済みポリウレタンを含有するインクジェットインキ - Google Patents

架橋済みポリウレタンを含有するインクジェットインキ Download PDF

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Abstract

主要成分として架橋済みポリウレタン分散体結合剤添加剤を有するインクジェットインキが記載されている。これらのインキは、異なる媒体上に印刷するために用いることが可能であり、織物上に印刷するために特に適する。

Description

本発明は、織物印刷のために特に適するインクジェットインキに関し、より詳しくは、架橋済みポリウレタン分散体結合剤を含有する顔料入りインクジェットインキに関する。
インクジェット記録は、インキの小滴が記録媒体の表面上に文字または図を形成するためにノズルを通して噴出される印刷方法である。こうした記録において用いられるインキは、例えば、良好な分散安定性、噴出安定性および媒体への良好な固定を含む厳しい要求を受けやすい。
染料と顔料の両方はインクジェットインキのための着色剤として用いられてきた。染料が顔料に比べて優れたカラー特性を典型的に提供する一方で、染料は速く色あせし、より擦り落とされがちである。水性媒体に分散した顔料を含むインキは、印刷された画像の洗濯堅牢度および耐光性において水溶性染料を用いるインキより有利に優れる。
水性インクジェットインキのために適する顔料は当業界で一般に周知されている。伝統的に、顔料は、ビヒクル中の顔料の安定な分散をもたらすために、高分子分散剤または界面活性剤などの分散剤によって安定化される。インキへの他の添加剤は、媒体を含む目標印刷済み系の必要性に調和するためにインキを改質する。
インクジェット印刷などのディジタル印刷法は、織物の印刷のためにますます重要になりつつあり、スクリーン印刷などの従来の印刷法に比べて多くの潜在的利点を提供する。ディジタル印刷はスクリーンの準備に付随した設備費用をなくし、費用効果に優れた短時間運転生産を潜在的に可能にすることができる。インクジェット印刷は、スクリーン印刷法では実用的に達成できない色調傾斜および印刷された模様の反復などの目視効果を更に可能にする。特にパターンオリジナルの生産の場合、大幅により短い時間内に要件の変更に応答することが可能である。
織物のためのこうした適するディジタル印刷システムは、例えば、共有された米国特許出願公開第20030128246号明細書および米国特許出願公開第20030160851号明細書で開示されている。これらの特許の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する。インクジェットハードウェアとしてさえ、改善は印刷速度を上げるために行われ、織物産業におけるインクジェット印刷の採用は、色堅牢度も改善する方法を見出さない場合に妨げられるであろう。
米国特許第4597794号明細書には、織物のために適するインクジェットインキ配合物が開示され、前記インキ配合物分散媒体は親水性部分としてエチレン系不飽和カルボン酸置換基と疎水性部分として芳香族環置換基の両方を有するポリマーを含む。このインキで画像形成され、150℃で5分にわたる加熱によって固定されたなら、洗濯堅牢度は布地のために優れると記載されていた。
米国特許第5897694号明細書には、添加剤として遷移金属キレートを含むインクジェットインキ配合物が開示されている。これらのインキは改善された洗濯堅牢度を提供すると言われている。
米国特許第5958561号明細書には、織物が架橋性熱可塑性ポリマーと合わせて予熱され、その後、水性インキで画像形成され、100〜190℃の温度で硬化されるインキ/織物組み合わせが開示されている。改善された洗濯堅牢度が報告されていた。
米国特許第6146769号明細書は、インキの少なくとも1種中のまたは織物上の水溶性相互作用性ポリマーが粒状着色剤を結合するとともに洗濯堅牢度を提供するのを助けると言われているインキ/織物組み合わせが開示されている。
特開平9−143407号公報には、布地上に画像形成され130℃で加熱することにより固定される熱硬化性樹脂入りのインクジェットインキが開示されている。画像は耐水性であると言われている。
特開平8−283636号公報には、高いTgを有する特殊樹脂エマルジョンを有するインクジェットインキが開示されている。このインキで画像形成された布地は洗濯堅牢度を提供するために高温で固定される。
国際公開第03/029362号パンフレットには、エマルジョンポリマーを架橋するために適する架橋剤およびエマルジョンポリマーを含む織物のために適する顔料入りインクジェットインキが開示されている。この開示では、記載された架橋剤の使用が乾燥および洗濯堅牢度を改善することが提案されている。
米国特許第6034154号明細書には、それぞれのポリマー微細粒子が着色剤を含有するポリマー微細粒子が開示されている。微細粒子のポリマー部分を構成する候補ポリマーの1つは、架橋済みポリウレタンとして記載されている。
米国特許第6136890号明細書には、顔料および顔料を安定化させるポリウレタン分散剤を含有する顔料入りインキが記載されている。顔料は、安定な顔料分散液を達成するために用いられる分散技術によってポリウレタンによって分散される。
米国特許出願公開第20030105187号明細書には、(紙媒体およびトランスペアレンシー媒体上の)インクジェット印刷において用いるための水性顔料入りインキが記載されている。このインキは、顔料および非架橋ポリウレタンが候補ラテックスとして記載されているラテックスからなる。
国際公開第03/029318号パンフレットには、インキのための分散剤としてポリウレタンブロックコポリマーが記載されている。これらのポリウレタンは、インバージョン(ポリウレタン分散液をもたらすための水の添加)の前にもインバージョン中にもインバージョン後にも架橋されない。印刷後の織物処理の時点で起きる高温および/または酸性条件でのみ有効である添加されたメラミン架橋剤から誘導される架橋も存在する。
上で明示した刊行物のすべての開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する。
インクジェット印刷、特に顔料入りインキによるインクジェット印刷の欠点は、インクジェット印刷された布地が磨耗によって色除去を特に受けやすく、従って劣った耐久性を有することである。更に、インクジェット印刷、特に顔料入りインキによるインクジェット印刷のもう1つの欠点は、インクジェット印刷された布地が織物のために必要とされる洗濯条件に耐えないことである。印刷された布地は洗濯すると色あせ、洗濯中に色は洗濯物中の他の布地または洗濯機部品に好ましくないほどに転写されうる。
特に着色剤が顔料である場合に織物上のインクジェット画像の改善された耐久性が当業界でなお必要とされている。
従って、本発明の目的は、特に洗濯の結果として改善された耐久性および色堅牢度をインクジェット印刷された織物に提供することである。
架橋済みポリウレタン分散体結合剤を水性インクジェットインキ中で用いることにより、インクジェット印刷された織物の洗濯堅牢度および汚染評点を市販レベルに改善することができることが見出された。本発明は、インクジェットインキ中の着色剤で印刷された織物の耐久性を改善するために特に有利であり、インクジェットインキで印刷された織物に関する商業的に許容できる耐久性の達成を可能にする。
従って、本発明の1態様において、水性ビヒクル、着色剤および架橋済みポリウレタン分散体を含むインクジェットインキ組成物であって、前記着色剤が前記水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記架橋済みポリウレタン対着色剤の重量比が少なくとも1.0であるインクジェットインキ組成物が提供される。インクジェットインキは、所望の最終特性を得るために必要に応じて他の周知された添加剤または補助剤を任意に含んでもよい。
インクジェットインキ中の着色剤は、インキの全重量を基準にして好ましくは約0.1〜約30重量%の範囲であり、好ましくは顔料である。架橋済みポリウレタン分散体は、インキの全重量を基準にして好ましくは約1重量%(固形分基準)を超える。架橋済みポリウレタン中の架橋の量は、更なる詳細を以下で論じるTHF不溶分試験によって測定した時、好ましくは約1%を超える。
本発明のもう1つの態様によると、少なくとも3種の異なる着色インクジェットインキを含むインクジェットインキセットであって、前記インキの少なくとも1種が上述したインクジェットインキであるインクジェットインキセットが提供される。
本発明のなおもう1つの態様において、基材上にインクジェット印刷する方法であって、
(a)ディジタルデータ信号に応答するインクジェットプリンタを提供する工程、
(b)印刷しようとする基材を前記プリンタに装填する工程、
(c)上述し更なる詳細を以下で記載するインキまたは上述し更なる詳細を以下で記載するインクジェットインキセットを前記プリンタに装填する工程および
(d)前記ディジタルデータ信号に応答して前記インキまたは前記インクジェットインキセットを用いて基材上に印刷する工程
を含む方法が提供される。
上で示したように、本発明によるインキおよびインキセットは特にインクジェットインキとして、より具体的には織物印刷のためのインクジェットインキとして有用である。従って、好ましい基材は織物を含む。
印刷された織物は印刷後に融着プロセスに任意に供することが可能である。融着工程は、印刷された織物を熱および圧力の組み合わせにさらすことを必要とし、それは特に着色剤が顔料である時に織物の耐久性を一般に改善することが見出された。特に、熱および圧力の後処理組み合わせが洗濯堅牢度および汚染評点を改善することが見出された。
本発明のもう1つの態様は、顔料入りインクジェットインキでインクジェット印刷されたインクジェット印刷済み織物であって、少なくとも2.0の洗濯堅牢度および少なくとも3.0の汚染評点(2A試験としてAATCC試験法61−1996に準拠して測定した時)を有するインクジェット印刷済み織物である。
本発明のこれらの特徴および利点ならびに他の特徴および利点は以下の詳細な説明を読むことから当業者によってより容易に理解されるであろう。分かりやすくするために別々の実施形態の背景において以上および以下で記載されている本発明の特定の特徴を単一実施形態の組み合わせで提供してもよいことは認められるべきである。逆に、簡単にするために単一実施形態の背景で記載されている本発明の種々の特徴を別々にまたはあらゆる下位組み合わせで提供してもよい。更に、文脈によって特に明確に指定されない限り、単数の指示内容は複数も含んでよい(例えば、単数形(「a」および「an」)は1つまたは1つ以上を指してもよい)。更に、範囲で記載された値の指示内容は当該範囲内の各値およびあらゆる値を含む。
水性インキは、着色剤、架橋済みポリウレタン分散体結合剤および他のインキ成分を含み、ここで、着色剤は水性ビヒクルに可溶性または分散性である。
本発明によると、「ポリウレタン分散体」という用語は、こうした用語が当業者によって理解されるようにウレタン基を含むポリマー(例えばポリウレタン)の水性分散液/エマルジョンを意味する。本発明による水性架橋済みポリウレタン分散体は架橋済みポリウレタンを含み、従って、ポリウレタンが多少の架橋を含む安定な水性ポリウレタンエマルジョンまたは分散液である。ポリウレタン分散液/エマルジョン結合剤をインクジェットインキ中の他の分散液および成分から区別するために、それらを本明細書においてポリウレタン「分散体」と呼ぶ。
架橋済みポリウレタン分散体は水性ビヒクルおよび着色剤と組み合わせて、織物を印刷するために用いることができる安定なインクジェットインキをもたらす。架橋済みポリウレタンは、好ましくは、他のインクジェットインキ成分への添加の前に架橋の実質的にすべてを完了させている。インキ成分の添加の順序は便利ないかなる順序でも可能である。
架橋済みポリウレタン分散体中で用いることができるポリウレタンの例を以下に記載する。上で示したように、ポリウレタンの架橋は、好ましくはインキ系に添加する前に達成される。
着色剤
本発明のインキのために適する着色剤には、染料などの可溶性着色剤および分散剤入り顔料(顔料+分散剤)などの不溶性着色剤および自己分散顔料が挙げられる。
アニオン染料、カチオン染料、両性染料および非イオン染料などの従来の染料は本発明において有用である。こうした染料は当業者に周知されている。アニオン染料は、水溶液中で着色アニオンをもたらす染料である。カチオン染料は、水溶液中で着色カチオンをもたらす染料である。典型的なアニオン染料はイオン部分としてカルボン酸基またはスルホン酸基を含む。カチオン染料は、通常は第四窒素基を含む。
本発明において最も有用なアニオン染料のタイプは、例えば、酸染料、直接染料、食品染料、媒染染料および反応染料である。アニオン染料は、ニトロソ化合物、ニトロ化合物、アゾ化合物、スチルベン化合物、トリアリールメタン化合物、キサンテン化合物、キノリン化合物、チアゾール化合物、アジン化合物、オキサジン化合物、チアジン化合物、アミノケトン化合物、アントラキノン化合物、インジゴイド化合物およびフタロシアニン化合物からなる群から選択される。
本発明において最も有用なカチオン染料のタイプは、主として塩基性染料および繊維などの基材上で酸性サイトを結合するように設計されている媒染染料の幾つかが挙げられる。こうした染料の有用なタイプには、特に、アゾ化合物、ジフェニルメタン化合物、トリアリールメタン、キサンテン化合物、アクリジン化合物、キノリン化合物、メチン化合物またはポリメチン化合物、チアゾール化合物、インダミンまたはインドフェニル化合物、アジン化合物、オキサジン化合物およびチアジン化合物が挙げられ、それらのすべては当業者に周知されている。
有用な染料には、(シアン)アシッドブルー9およびダイレクトブルー199、(マゼンタ)アシッドレッド52、リアクティブレッド180、アシッドレッド37、CIリアクティブレッド23および(イエロー)ダイレクトイエロー86、ダイレクトイエロー132およびアシッドイエロー23が挙げられる。
本発明において用いるために適する顔料は、水性インクジェットインキに関して当業界で一般に周知されている顔料である。伝統的に、顔料は高分子分散剤または界面活性剤などの分散剤によって安定化されて、ビヒクル中に顔料の安定な分散液をもたらす。しかし、より最近では、いわゆる「自己分散性」顔料または「自己分散用」顔料(以後、「SDP」)が開発されてきた。名称が示唆するように、SDPは分散剤なしで水に分散可能である。分散した染料は、本明細書で用いられる水性インキに不溶性であるので顔料ともみなされる。
分散剤を添加することにより安定化される顔料は、当業界で知られている方法によって調製してもよい。濃縮された形で安定化された顔料を製造することが一般に望ましい。安定化された顔料は、水性キャリア媒体(水および任意に水混和性溶媒)中で選択された顔料および高分子分散剤をプレミックスし、その後、顔料を分散または解凝集させることにより最初に調製される。分散工程は、2本ロール機、媒体ミル、水平ミニミル、ボールミル、磨砕機内で、または水性キャリア媒体内の顔料粒子の均一分散をもたらすために少なくとも5,000psiの液体圧力で液体ジェット相互作用チャンバ内の複数のノズルに混合物を通す(ミクロ流動化装置)ことにより実行してもよい。あるいは、コンセントレートは、圧力下で高分子分散剤および顔料を乾式混練することにより調製してもよい。媒体ミルのための媒体は、ジルコニア、YZTおよびナイロンを含む一般に入手できる媒体から選択される。これらの種々の分散プロセスは、一般的な意味で、米国特許第5022592号明細書、米国特許第5026427号明細書、米国特許第5310778号明細書、米国特許第5891231号明細書、米国特許第5679138号明細書、米国特許第5976232号明細書および米国特許出願公開第20030089277号明細書によって例示されたように当業界で周知されている。これらの刊行物の各々の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する。2本ロール機、媒体ミル、および少なくとも5,000psiの液体圧力で液体ジェット相互作用チャンバ内の複数のノズルに混合物を通すことによるのは好ましい。
混練プロセスが完了した後、顔料コンセントレートは水性系に「落とし」てもよい。「落とす」は、混合または分散によるコンセントレートの希釈を意味し、混合/分散の強度は、日常的な方法を用いる試行錯誤によって通常決定され、高分子分散剤、溶媒および顔料の組み合わせに応じて決まることが多い。
顔料を安定化させるために用いられる分散剤は、好ましくは高分子分散剤である。構造化ポリマーまたはランダムポリマーのいずれかを用いてもよい。但し、構造化ポリマーが当業界で周知されている理由で分散剤として用いるために好ましい。「構造化ポリマー」という用語は、ブロック構造、分岐構造またはグラフト構造を有するポリマーを意味する。構造化ポリマーの例には、米国特許第5085698号明細書で開示されたようなABブロックコポリマーまたはBABブロックコポリマー、欧州特許出願公開第0556649号明細書で開示されたようなABCブロックコポリマーおよび米国特許第5231131号明細書で開示されたようなグラフトポリマーが挙げられる。用いることができる他の高分子分散剤は、例えば、米国特許第6117921号明細書、米国特許第6262152号明細書、米国特許第6306994号明細書および米国特許第6433117号明細書に記載されている。これらの刊行物の各々の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する。
本発明において用いるために適するポリマー分散剤は、疎水性モノマーと親水性モノマーの両方を一般に含む。ランダムポリマー中で用いられる疎水性モノマーの幾つかの例は、メチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、2−フェニルエチルメタクリレートおよび対応するアクリレートである。親水性モノマーの例は、メタクリル酸、アクリル酸、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートおよびそれらの塩である。ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートの第四塩も用いてよい。
多様な有機顔料および無機顔料は単独または組み合わせでインキを製造するために選択してもよい。本明細書で用いられる「顔料」という用語は不溶性着色剤を意味する。顔料粒子は、特に通常は約10マイクロメートル〜約50マイクロメートルの範囲の直径を有する噴出ノズルでインクジェット印刷装置を通してインキのフリーフローを可能にするのに十分に小さい。粒度は、インキの寿命全体を通して重要である顔料分散安定性にも影響を及ぼす。微小粒子のブラウン運動は粒子が凝集しないようにするのを助ける。最大色強度および光沢のために小粒子を用いることも望ましい場合がある。有用な粒度の範囲は、典型的には約0.005マイクロメートル〜約15マイクロメートルである。好ましくは、顔料の粒度は約0.005〜約5マイクロメートル、最も好ましくは約0.005〜約1マイクロメートルの範囲であるのがよい。動的光散乱によって測定される平均粒度は、好ましくは約500nm未満、より好ましくは約300nm未満である。
選択された顔料は乾燥形態または湿り形態で用いてもよい。例えば、顔料は水性媒体中で通常製造され、得られた顔料は水で濡れたプレスケーキとして得られる。プレスケーキの形態を取った顔料は乾燥形態を取る程には塊にならない。従って、水で湿ったプレスケーキ中の顔料は、乾燥状態を取った顔料ほどにはインキを調製するプロセスにおいて多くの解凝集を必要としない。代表的な商用乾燥顔料は前に援用した米国特許第5085698号明細書に記載されている。
有機顔料の場合、インキは、全インキ重量を基準にして約30重量%以下、好ましくは約0.1〜約25重量%、より好ましくは約0.25〜約10重量%の顔料を含有してもよい。無機顔料が選択される場合、インキは、有機顔料を用いる比較インキより高い重量%の顔料を含有する傾向があり、場合によって約75%ほどに高くてもよい。無機顔料が有機顔料より高い比重を一般に有するからである。
自己分散顔料(SDP)は架橋済みポリウレタン分散体と合わせて用いることが可能であり、同じ顔料装填量で、より大幅に安定でより低い粘度の観点から伝統的な分散剤安定化顔料より有利であることが多い。これは、最終インキのより広い配合許容範囲を提供することが可能である。
SDPおよび特に自己分散カーボンブラック顔料は、例えば、米国特許第2439442号明細書、米国特許第3023118号明細書、米国特許第3279935号明細書および米国特許第3347632号明細書で開示されている。SDP、SDPを製造する方法および/またはSDPと合わせて配合された水性インクジェットインキの追加の開示は、例えば、米国特許第5554739号明細書、米国特許第5571311号明細書、米国特許第5609671号明細書、米国特許第5672198号明細書、米国特許第5698016号明細書、米国特許第5707432号明細書、米国特許第5718746号明細書、米国特許第5747562号明細書、米国特許第5749950号明細書、米国特許第5803959号明細書、米国特許第5837045号明細書、米国特許第5846307号明細書、米国特許第5851280号明細書、米国特許第5861447号明細書、米国特許第5885335号明細書、米国特許第5895522号明細書、米国特許第5922118号明細書、米国特許第5828419号明細書、米国特許第5976223号明細書、米国特許第6057384号明細書、米国特許第6099632号明細書、米国特許第6123759号明細書、米国特許第6153001号明細書、米国特許第6221141号明細書、米国特許第6221142号明細書、米国特許第6221143号明細書、米国特許第6281267号明細書、米国特許第6329446号明細書、米国特許出願公開第2001/0035110号明細書、欧州特許出願公開第1114851号明細書、欧州特許出願公開第1158030号明細書、国際公開第01/10963号パンフレット、国際公開第01/25340号パンフレットおよび国際公開第01/94476号パンフレットで見ることが可能である。上で明示した刊行物のすべての開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する。
ポリウレタン分散体結合剤(PUD)
上で示したように、架橋済みポリウレタン分散体は、こうした用語が当業者によって理解されているように、ウレタン基および架橋を含むポリマーの水性分散液を意味する。これらのポリマーは、水、より好ましくは水性ビヒクル中でポリマーの安定な分散液を維持するのに必要とされる程に親水性官能基も導入してもよい。ポリマーに親水性官能基を導入する主たる利点は最少エネルギーで分散を行うことが可能であり、分散プロセスが強い剪断力を必要としないようにし、よってより細かい粒度、より良好な分散安定性および水の蒸発後に得られるポリマーの低い水感受性をもたらすことである。これらのポリマーは、水中でポリマーの安定な分散液を維持するのに必要とされる程にイオン官能基および非イオン官能基も導入してよい。あるいは、これらのポリマーは、適する外部乳化剤および界面活性剤などの助けにより水中で疎水性ポリウレタンを乳化することによって、および/または水中油分散液を形成するために強い剪断力を用いることによって調製することが可能である。
一般に、水性ビヒクル中の架橋済みポリウレタンの安定性は、ポリウレタンポリマー中にアニオン成分、カチオン成分および/または非イオン成分を導入することにより達成され、それは水性系中で架橋済みポリウレタンを安定化するのを促進する。また、架橋済みポリウレタンを安定化するために外部乳化剤を添加してもよい。導入されたアニオン成分、カチオン成分および/または非イオン成分、および/または外部乳化剤の組み合わせも用いることが可能である。
適するポリウレタンの例は、導入されたアニオン官能基(例は中和酸基などのアニオン官能基である)を通してポリマーが分散液中で主として安定化されるポリウレタン(「アニオン安定化ポリウレタン分散体」)である。更なる詳細を以下で提供する。親水性官能化の更なる例はカチオン官能基および非イオン官能基である。
適する水性ポリウレタン分散体は、NCO末端プレポリマーが形成され、このプレポリマーが水に添加されるか、または水がプレポリマーに添加され、よって水中に分散されたポリマー(水性分散液)を形成し、その後、水相中で連鎖延長される多工程合成プロセスによって典型的に調製される。プレポリマーは、単一工程プロセスまたは多工程プロセスによって形成することが可能である。連鎖延長を用いるならば、連鎖延長も単一工程プロセスまたは多工程プロセスであることが可能である。重要な架橋は、これらの単一工程プロセスまたは多工程プロセスの一部として行うことが可能である。
ポリウレタン分散体を調製した後、ポリウレタン分散体を他のインキ成分と一緒に含めて、インクジェットインキを製造する。インキの調製の詳細は当業者に熟知されている。
ポリウレタンのための架橋がインキ配合物にポリウレタンを添加する前に実質的に完了することが好ましい。インクジェットシステムにおけるポリウレタンの他の使用は、インキ配合の時点で、またはより恐らく印刷の時点で、あるいは印刷された材料の後処理の時点で架橋を受けるポリウレタン中の成分が存在することを必要としうる。あるいは、架橋用化学種は、インキ配合の時点またはその後で架橋に影響を及ぼすために添加することが可能である。これらのプロセスの各々を後架橋システムとして表現することが可能である。
上で示したように、ポリウレタン分散体は、多工程プロセスによって典型的に調製される。典型的には、プレポリマー形成の第1の段階において、ジイソシアネートは、2個のNCO反応性基を各々が含む化合物、ポリマーまたは化合物の混合物、ポリマーの混合物あるいはそれらの混合物と反応させる。2個以上のNCO反応性基および安定化用イオン官能基をすべてが含む追加の化合物または追加の複数の化合物も用いて、中間ポリマーを形成させる。この中間ポリマーまたはプレポリマーは、NCO基またはNCO反応性基のいずれかを末端とすることが可能である。末端基は、プレポリマー段階においてNCO対NCO反応性基のモル比によって定義される。典型的には、プレポリマーは、NCOのモル過剰を用いることにより達成されるNCO末端材料である。従って、ジイソシアネート対2個のイソシアネート反応性基を含む化合物のモル比は、少なくとも約1.1:1.0、好ましくは約1.20:1.0〜約5.0:1.0、より好ましくは約1.20:1.0〜約2.5:1.0である。一般に、比は、少なくとも2個のNCO反応性基を有するNCO反応性化合物の1つをジイソシアネートの全部または一部と反応させることにより第1の段階でNCO末端中間体を調製することにより達成される。必要ならば、逐次的に、これに他のNCO反応性化合物の添加が続く。すべての反応が完了した時、NCOおよび/またはNCO反応性基はプレポリマーの末端で見つけられる。これらの成分は、NCO基対NCO反応性基の全体的な当量比を達成するようなモル比を提供するのに十分な量で反応させる。
適するジイソシアネートは、イソシアネート基に結合された芳香族基、脂環式基または脂肪族基を含むものである。これらの化合物の混合物も用いることが可能である。脂環式部分または脂肪族部分に結合されたイソシアネートを有するプレポリマーは好ましい。芳香族ジイソシアネートを用いる場合、脂環式イソシアネートまたは脂肪族イソシアネートも好ましくは存在する。
適するジイソシアネートの例には、シクロヘキサン−1,3−ジイソシアネートおよびシクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、1−イソシアナト−3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサン(イソホロンジイソシアネートまたはIPDI)、ビス−(4−イソシアナトシクロヘキシル)メタン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンおよび1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1−イソシアナト−2−イソシアナトメチルシクロペンタン、2,4’−ジイソシアナト−ジシクロヘキシルメタン、ビス(4−イソシアナト−3−メチル−シクロヘキシル)メタン、α,α,α’,α’−テトラメチル−1,3−および/または1,4−キシレンジイソシアネート、1−イソシアナト−1−メチル−4(3)−イソシアナトメチルシクロヘキサンおよび2,4−および/または2,6−ヘキサヒドロトルエンジイソシアネートが挙げられる。
追加のジイソシアネートは直鎖または分岐であってもよく、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートおよび1,12−ドデカメチルレンジイソシアネートを含む4〜12個の炭素原子、好ましくは4〜9個の炭素原子を含んでもよい。1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートおよびイソホロンジイソシアネートは、架橋済みポリウレタンのための効果的なジイソシアネートの例である。
非イオン分散基の例には、例えば、溶媒可溶性であるとともに選択された溶媒内でポリウレタンの分散を促進するポリウレタン内に存在する非イオン分散セグメントが挙げられる。選択された溶媒が例えば水を含む時、非イオン分散セグメントは、アルキレンオキシドセグメントまたはポリオキシアルキレンオキシドセグメント、例えば−((CH2n)O)m−(式中、nは好ましくは2〜4であることが可能であり、mは約1〜400、好ましくは5〜200であることが可能である)などの親水性分散セグメントであることが可能である。
イオン基、例えばアニオン基およびカチオン基を含むイソシアネート反応性化合物はポリウレタンに化学的に導入して、親水性を提供することが可能であり、ポリウレタンを水性媒体に分散させることを可能にすることができる。
イオン分散基の例には、カルボキシレート基(−COOM)、ホスフェート基(−OPO3、M2)、ホスホネート基(−PO3、M2)、スルホネート基(−SO3、M)、第四アンモニウム基(−NR3、Y)(Yは塩素またはヒドロキシルなどの1価アニオンである)または他の有効なあらゆるイオン基が挙げられる。Mは1価金属イオン(例えば、Na+、K+、Li+など)、H+、NR4 +などのカチオンであり、各Rは独立してアルキル、アラルキル、アリールまたは水素であることが可能である。これらのイオン分散基は、典型的にはポリウレタン主鎖から垂れ下がって位置する。
アニオン基置換の場合、基はカルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、燐酸基およびホスホネート基であることが可能である。酸塩は、NCOプレポリマーの形成の前、形成中、形成の後、好ましくはNCOプレポリマーの形成の後に対応する酸基を中和することにより形成される。
カルボキシル基を導入するために適する化合物は、米国特許第3479310号明細書、米国特許第4108814号明細書および米国特許第4408008号明細書に記載されている。これらの特許の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する。カルボン酸基をカルボキシレート塩基に転化するための中和剤は、前に援用した刊行物に記載され、以後でも論じる。本発明の背景内で、「中和剤」という用語は、カルボン酸基をより親水性のカルボキシレート塩基に転化するために有用である薬剤のすべてのタイプを包含するものである。似た方式で、スルホン酸基、スルホネート基、燐酸基およびホスホネート基をそれらのより親水性塩の形態に類似化合物で中和することが可能である。
カルボン酸基含有化合物の例は、式(HO)xQ(COOH)y(式中、Qは1〜12個の炭素原子を含む直鎖または分岐の炭化水素基を表し、xは1または2(好ましくは2)であり、yは1〜3(好ましくは1または2)である)に対応するヒドロキシ−カルボン酸である。
これらのヒドロキシ−カルボン酸の例には、クエン酸、酒石酸およびヒドロキシピバル酸が挙げられる。
特に好ましい酸は、x=2およびy=1である上述した式の酸である。これらのジヒドロキシアルカン酸は米国特許第3412054号明細書に記載されている。この特許の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する。特に好ましいジヒドロキシアルカン酸は、構造式
Figure 2007522285
(式中、Q’は水素または炭素原子数1〜8のアルキル基である。最も好ましい化合物は、α,α−ジメチロールプロピオン酸である、すなわち、Q’は上の式でメチルである)によって表されるα,α−ジメチロールアルカン酸である。
イオン安定化基が酸である時、酸基は、少なくとも約5、好ましくは少なくとも約10ミリグラムKOH/ポリウレタン1.0gの酸価(mgKOH/固体ポリマーg)として当業者に知られている酸基含量を提供するのに十分な量で導入される。酸価(AN)に関する上限は約50、好ましくは約40である。
プレポリマーを調製するために反応させてもよい少なくとも2個のNCO反応性基を含む適するポリオールは、約60〜約6000の分子量を有するポリオールである。これらの内、高分子ポリオールは、数平均分子量によって最も良く定義され、約200〜約6000、好ましくは約800〜約3000、より好ましくは約1000〜約2500の範囲であることが可能である。分子量はヒドロキシル基分析(OH価)によって決定される。これらの高分子量化合物の例には、ポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエステルアミド、ポリチオエーテル、またはポリエステル−ポリカーボネート(エステル連結とカーボネート連結の両方を同じポリマー内で見られる)などの混合ポリマーが挙げられる。これらのポリマーの組み合わせも用いることが可能である。例えば、ポリエステルポリオールおよびポリ(メタ)アクリレートポリオールを同じポリウレタン合成において用いてもよい。
ヒドロキシを含有するが、他のNCO反応性基を含む化合物およびポリマーのために記載されたように類似のNCO反応性材料を用いることが可能である。例は、ジチオール、ジアミン、チオアミンならびにヒドロキシチオールおよびヒドロキシルアミンもである。ポリオールのために記載されたような分子量または数平均分子量を有する化合物またはポリマーのいずれかが存在することが可能である。
適するポリエステルジオールには、3価アルコールを任意に追加してもよい多価アルコール、好ましくは2価アルコールと多塩基性(好ましくは2塩基性)カルボン酸の反応生成物が挙げられる。これらのポリカルボン酸の代わりに、より低級のアルコールの対応するカルボン酸無水物またはポリカルボン酸エステルあるいはそれらの混合物はポリエステルを調製するために用いてもよい。
ポリカルボン酸は、脂肪族、脂環式、芳香族および/またはヘテロ環式あるいはそれらの混合物であってもよく、それらは、例えばハロゲン原子によって置換されていてもよく、および/または不飽和であってもよい。例として、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,12−ドデシル二酸、フタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラクロロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水グルタル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、低分子量脂肪酸と混合してもよいオレイン酸などの二量体脂肪酸および三量体脂肪酸、ジメチルテレフタレートおよびビスグリコールテレフタレートが挙げられる。
適する多価アルコールには、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール−(1,2)および−(1,3)、ブチレングリコール−(1,4)および−(1,3)、ヘキサンジオール−(1,6)、オクタンジオール−(1,8)、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール(1,4−ビス−ヒドロキシメチル−シクロヘキサン)、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコールおよびポリブチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコールまたは混合モノマーポリエーテルグリコールなどのポリエーテルジオールが挙げられる。ポリエステルはカルボキシル末端基の一部も含んでよい。ラクトンのポリエステル、例えば、イプシロン−カプロラクタムまたはヒドロキシカルボン酸、例えばオメガヒドロキシカプロン酸も用いてよい。
ヒドロキシル基を含むポリカーボネートには、プロパンジオール−(1,3)、ブタンジオール−(1,4)および/またはヘキサンジオール−(1,6)、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールまたはテトラエチレングリコール、より高級のポリエーテルジオールなどのジオールとホスゲン、ジフェニルカーボネートなどのジアリールカーボネート、ジエチルカーボネートなどのジアルキルカーボネート、またはエチレンカーボネートもしくはプロピレンカーボネートなどの環式カーボネートの反応から得られる製品などのそれ自体知られているポリカーボネートが挙げられる。上述したポリエステルまたはポリラクトンとホスゲン、ジアリ−ルカーボネート、ジアルキルカーボネートまたは環式カーボネートから得られるポリエステルカーボネートも適する。
適するポリエーテルポリオールは、反応性水素原子を含む出発化合物をエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド、テトラヒドロフラン、エピクロロヒドリンまたはこれらの混合物などのアルキレンオキシドと反応させることにより既知の方式で得られる。ポリエーテルが約10重量%を超えるエチレンオキシド単位を含まないことが好ましい。最も好ましくは、エチレンオキシドの添加なしで得られたポリエーテルが用いられる。反応性水素原子を含む適する出発化合物は、ポリエステルポリオールを調製するために記載された多価アルコールおよびそれに加えて、水、メタノール、エタノール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、ペンタエリトリトール、マニトール、ソルビトール、メチルグリコシド、スクロース、フェノール、イソノニルフェノール、レゾルシノール、ヒドロキノン、1,1,1−および1,1,2−トリス−(ヒドロキシフェニル)エタン、ジメチロールプロピオン酸またはジメチロール酪酸を含む。
アミン化合物を含む出発化合物の反応によって得られたポリエーテルも用いることが可能である。これらのポリエーテルならびに適するポリヒドロキシポリアセタール、ポリヒドロキシポリアクリレート、ポリヒドロキシポリエステルアミド、ポリヒドロキシポリアミドおよびポリヒドロキシポリチオエーテルの例は米国特許第4701480号明細書(この特許の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する)で開示されている。
ヒドロキシル基を含むポリ(メタ)アクリレートには、カチオン重合、アニオン重合およびラジカル重合などの付加重合の当業界で一般的なものが挙げられる。例はα−オメガジオールである。ジオールのこれらのタイプの例は、1個のヒドロキシル基をポリマーの末端または末端付近に置くことを可能にする「リビング」重合プロセスまたは「コントロール」重合プロセスあるいは連鎖移動重合プロセスによって調製されるジオールである。米国特許第6248839号明細書および米国特許第5990245号明細書(これらの特許の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する)には、末端ジオールを作るためのプロトコルの例がある。他のジ−NCO反応性ポリ(メタ)アクリレート末端ポリマーを用いることが可能である。例はアミノまたはチオールなどのヒドロキシル以外の末端基であり、ヒドロキシルとの混合末端基も含んでよい。
高分子量ポリオールは、ポリウレタンの重量を基準にして少なくとも約5重量%、好ましくは少なくとも約10重量%の量でポリウレタン中に一般に存在する。これらのポリオールの最大量は、ポリウレタンの重量を基準にして一般には約85重量%、好ましくは75重量%である。
NCOプレポリマーを調製するための他の任意の化合物には、約400以下の平均分子量を有する低分子量の少なくとも二官能性のNCO−反応性化合物が挙げられる。例には、ポリエステルポリオールおよびポリエーテルポリオールの調製のために前に記載された二価アルコールおよびより高い官能価のアルコールが挙げられる。
イソシアネート重付加反応において好ましくは二官能性である上述した成分に加えて、一官能性およびトリメチロールプロパンまたは4−イソシアナトメチル−1,8−オクタメチレンジイソシアネートなどのポリウレタン化学において一般に知られている三官能性およびより高次の官能性の成分の小部分でさえも、NCOプレポリマーまたはポリウレタンの分岐が望まれる場合に用いてもよい。しかし、NCOプレポリマーは実質的に直鎖であるべきであり、これは、プレポリマー出発成分の平均官能価を2:1または2:1未満に維持することにより達成してもよい。
他の任意の成分には、分岐および/または末端の親水性および/または疎水性の単位を含むNCO反応性化合物が挙げられる。これらの単位には、ポリエチレンオキシドまたは他のオキシドとのコポリマー、および親水性ポリオキサゾリンなどの非イオン親水性材料が挙げられる。親水性単位(存在する時)の含量は、ポリウレタンの重量を基準にして約10重量%以下、好ましくは約8重量%以下、最も好ましくは約2〜約6重量%であってもよい。更に、許容できる化学的に導入された親水性単位の約75%以下を既知の非イオン外部乳化剤によって置き換えてもよい。これらの例は、アルカリール型ポリオキシエチレン、ノニルフェニルエーテルまたはポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテルまたはポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのアルキルエーテル型の乳化剤、ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンオレエートまたはポリオキシエチレンステアレートなどのアルキルエステル型の乳化剤ならびにポリオキシエチレンベンジル化フェニルエーテル型の乳化剤である。
分岐および/または末端の親水性および/または疎水性の単位を導入するためのイソシアネート反応性化合物は、1または2個のイソシアネート反応性基、好ましくはヒドロキシ基を含んでもよい。これらの化合物の例は、米国特許第3905929号明細書、米国特許第3920598号明細書および米国特許第4190566号明細書(これらの特許の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する)で開示されている。好ましい親水性成分は1価ポリエーテルまたは1価オキサゾリンである。これらの親水性成分は、エチレンオキシドおよび任意にプロピレンオキシドなどのもう1種のアルキレンオキシド、またはオキサゾリンの場合、メチルオキサゾリンを用いてメタノールまたはn−ブタノールなどの一官能性出発材料をアルコキシル化することにより前の特許に記載されたように製造してもよい。
他の任意の化合物には、自己縮合部分を含むイソシアネート反応性化合物が挙げられる。これらの化合物の含量は望ましい樹脂特性を提供するのに必要な自己縮合の所望のレベルに応じて異なる。3−アミノ−1−トリエトキシシリル−プロパンはアミノ基を通してイソシアネートと反応するが、しかし、水にインバートされた時にシリル基を通して自己縮合する化合物の例である。
他の任意の化合物には、イソシアネート反応性基を有する非縮合性シランおよび/またはフルオロカーボンであって、イソシアネート反応性化合物の代わりにまたはイソシアネート反応性化合物と合わせて用いることが可能である非縮合性シランおよび/またはフルオロカーボンを含むイソシアネート反応性化合物が挙げられる。米国特許第5760123号明細書および米国特許第6046295号明細書(これらの特許の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する)には、これらの任意のシラン/フルオロ含有化合物の使用のための方法の例が記載されている。
NCO含有プレポリマーを調製するためのプロセス条件は、前に記載された刊行物内で論じられてきた。最終NCO含有プレポリマーは、プレポリマー固形分の重量を基準にして約1〜約20重量%、好ましくは約1〜約10重量%のイソシアネート含量を有するべきである。
混合NCO反応性基を有する化合物および/またはポリマーの混合物も可能である。
ポリウレタンは、これらのNCO含有プレポリマーを連鎖延長することにより典型的に調製される。連鎖延長剤は、米国特許第4269748号明細書および米国特許第4829122号明細書(これらの特許の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する)で開示されたように部分的または全体的に任意に遮断されることが可能であるポリアミン連鎖延長剤である。これらの刊行物は、水の存在しない状態でNCO含有プレポリマーを少なくとも部分的に遮断されたジアミン連鎖延長剤またはヒドラジン連鎖延長剤と混合し、その後、混合物を水に添加することによる水性ポリウレタン分散体の調製を開示している。水に接触すると遮断剤は解除され、得られた非遮断ポリアミンはNCO含有プレポリマーと反応して、ポリウレタンを形成する。
適する遮断アミンおよび遮断ヒドラジンには、ケチミンおよびアルジミンを形成するためのポリアミンとケトンおよびアルデヒドの反応生成物、およびケタジン、アルダジン、ケトンヒドラゾンおよびアルデヒドヒドラゾンを形成するためのヒドラジンとケトンおよびアルデヒドの反応生成物が挙げられる。少なくとも部分的に遮断されたポリアミンは、多くとも1個の第一アミノ基または第二アミノ基および水の存在下で遊離第一アミノ基または遊離第二アミノ基を解除する少なくとも1個の遮断された第一アミノ基または第二アミノ基を含む。
少なくとも部分的に遮断されたポリアミンを調製するために適するポリアミンは平均官能価、すなわち2〜6、好ましくは2〜4、より好ましくは2〜3の分子当たりのアミン窒素の数を有する。所望の官能価は、第一アミノ基または第二アミノ基を含むポリアミンの混合物を用いることにより得ることにより得ることが可能である。ポリアミンは、一般に芳香族、脂肪族または脂環式アミンであり、1〜30個の間、好ましくは2〜12個、より好ましくは2〜10個の炭素原子を含む。これらのポリアミンは追加の置換基を含んでもよい。但し、追加の置換基が第一アミンまたは第二アミン程にはイソシアネート基と反応性ではないことを条件とする。これらの同じポリアミンは部分的または全体的に遮断されたポリアミンであることが可能である。
連鎖延長の適する方法は、水へのプレポリマーのインバージョンの前、インバージョン中またはインバージョンの後にNCOプレポリマーにポリアミンを添加することである。任意に、連鎖延長はプレポリマーのインバージョンの後に起きることが可能である。ポリアミンには、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(イソホロンジアミンまたはIPDA)、ビス−(4−アミノ−シクロヘキシル)メタン、ビス−(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、1,6−ジアミノヘキサン、ヒドラジン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、テトラエチレンペンタアミンおよびペンタエチレンヘキサアミンが挙げられる。
場合によって、連鎖停止が望ましい場合がある。これは、大抵の場合、モノアミンまたはモノアルコールなどのモノNCO反応性材料の添加を必要とする。この材料は、プレポリマーのインバージョンの前、インバージョン中またはインバージョンの後に添加することが可能である。ポリNCO反応性材料は、NCO反応性基の1つが他より実質的に速く反応する場合に用いることが可能である。例はエタノールアミンおよびジエタノールアミンである。アミン基は、アルコールよりずっと速くNCO基と反応する。
適する連鎖停止剤は、1の分子当たり平均官能価を有するアミンまたはアルコールである。すなわち、第一アミンまたは第二アミンの窒素またはアルコールの酸素の数がモル当たり平均1である。所望の官能価は、第一アミノ基または第二アミノ基を用いることにより得ることが可能である。アミンまたはアルコールは、一般に芳香族、脂肪族または脂環式であり、1〜30個の間、好ましくは2〜15個、より好ましくは2〜10個の炭素原子を含む。これらは追加の置換基を含んでもよい。但し、追加の置換基がアミン基またはアルコール基程にはイソシアネート基と反応性ではないことを条件とする。
連鎖停止剤および連鎖延長剤は、混合物としてまたはNCOプレポリマーへの逐次添加として一緒に用いることが可能である。
本発明により用いるべき連鎖延長剤および/または連鎖停止剤の量は、プレポリマー中のイソシアネート基の数に応じて異なる。プレポリマーのイソシアネート基対連鎖延長剤/連鎖停止剤のイソシアネート反応性基の比は、当量基準で好ましくは約1.0:0.6〜約1.0:1.1の間、より好ましくは約1.0:0.7〜約1.0:1.1の間である。アミンまたはアルコールで連鎖延長/連鎖停止されないあらゆるイソシアネート基は連鎖延長剤として機能する水と反応する。
連鎖延長はプロセスにおいて水の添加の前に行うことが可能であるが、NCO含有プレポリマー、連鎖延長剤、水および他の任意の成分を攪拌下で組み合わせることにより典型的に行われる。
安定な分散液を有するために、任意の親水性エチレンオキシド単位および他のアルケニルオキシド単位ならびに任意の外部乳化剤と組み合わされた時、得られたポリウレタンが水性媒体中で定常に分散したままであるように十分な量のイオン基(存在する場合)は中和されなければならない。一般には少なくとも約70%、好ましくは少なくとも約80%の酸基は、対応するカルボキシレート塩基に中和される。あるいは、ポリウレタン中のカチオン基は第四アンモニウム基(−NR3Y、ここで、Yは塩素またはヒドロキシルなどの1価アニオンである)であることが可能である。
酸基を塩基に転化させるために適する中和剤には、第三アミン、アルカリ金属カチオンおよびアンモニアが挙げられる。これらの中和剤の例は、前に援用した米国特許第4701480号明細書、および米国特許第4501852号明細書(これらの特許の開示は、完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する)で開示されている。好ましい中和剤は、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミンおよびジメチルエチルアミンなどのトリアルキル置換第三アミンである。
中和はプロセスにおけるどの点でも起きる場合がある。典型的な手順はプレポリマーの少なくとも多少の中和を含み、その後、プレポリマーは追加の中和剤の存在下で水中で連鎖延長/連鎖停止される。
最終製品は約60重量%以下、好ましくは約15〜約60重量%、最も好ましくは約30〜約40重量%の固形分含量を有するポリウレタン粒子の安定な水性分散体である。しかし、望まれるいずれかの最少固形分含量に分散液を希釈することは常に可能である。
ポリウレタンの架橋を達成する手段は、3個以上の官能性反応サイトを有するポリウレタン(出発材料および/または中間体)の少なくとも1成分に頼る。3(またはそれ以上の)反応サイトの各々の反応は架橋済みポリウレタン(三次元マトリックス)をもたらす。2個のみの反応サイトしか各反応性成分上で入手できない時、直鎖(多分高い分子量であるけれども)ポリウレタンのみをもたらすことが可能である。架橋技術の例には、以下を含むが、それらに限定されない。
イソシアネート反応性部分は少なくとも3個の反応性基、例えば多官能性アミンまたはポリオールを有する。
イソシアネートは少なくとも3個のイソシアネート基を有する。
プレポリマー鎖は、例えばアミノトリアルコキシシランとのイソシアネートの反応以外の反応を経由して反応することが可能である少なくとも3個の反応性サイトを有する。
少なくとも3個の反応性サイトを有する反応成分、例えば三官能性エポキシ架橋剤をインクジェットインキ調製における使用の前にポリウレタンに添加する。
オキサゾリン官能基を有する水分散性架橋剤の添加。
カルボニル官能基によるポリウレタンの合成、その後のジヒドラジド化合物の添加。
およびこれらの架橋方法と関連技術上当業者に知られている他の架橋手段のいずれかの組み合わせ。
また、これらの架橋成分がポリウレタンに添加された全反応性官能基の(小)部分のみでありうることは言うまでもない。例えば、多官能性アミンを添加する時、一官能性アミンまたは二官能性アミンもイソシアネートとの反応のために存在してもよい。多官能性アミンはアミンの僅少部分であってもよい。
架橋は好ましくはポリウレタンの調製中に起きる。ポリウレタン反応シーケンス中の架橋のために好ましい時間はインバージョン工程の時間であるか、またはインバージョン工程の時間後である。すなわち、架橋は好ましくはポリウレタン調製混合物への水の添加中またはその直後に起きる。インバージョンは、ポリウレタンが安定な分散された水性形態に転化されるように十分な水を添加するその点である。架橋がインバージョン後に起きることが最も好ましい。更に、ポリウレタンの架橋の実質的にすべては、好ましくはインキ配合物に導入される前に完了している。
あるいは、架橋は、イソシアネートまたはイソシアネート反応性基が反応できる3個以上の基を有する時にウレタン結合の初期形成中に起きることが可能である。架橋がこの早期段階で行われる場合、架橋の程度はゲル形成につながってはならない。この段階における多すぎる架橋は安定なポリウレタン分散液の形成を妨げる。
織物のための所望のインクジェットインキを達成するためのポリウレタンの架橋の量は広い範囲にわたって異なることが可能である。理論に拘束されない一方で、架橋の量は、ポリウレタンの組成、ポリウレタンを形成するために用いられる反応条件の全体的シーケンスおよび当業者に知られている他の要素の関数である。架橋の程度、インクジェットインキ配合、着色剤、インクジェットセット中の他のインキ、織物、熱および/または圧力への後処理暴露および織物のための印刷技術は、すべて最終の印刷された織物の性能に寄与する。印刷技術のために、これは織物の前処理および後処理を含むことが可能である。
本明細書に記載された技術に基づいて、当業者は、織物に関する効果的なインクジェットインキを得るためにポリウレタンの特定のタイプについて必要とされる架橋を日常的実験により決定することが可能である。更に、上で示したように、これらのインキは、普通紙、写真紙、トランスペアレンシー、ビニル基材および他の印刷可能な基材のためにも用いてよい。
架橋の量は標準テトラヒドロフラン不溶分試験によって測定することが可能である。本明細書の定義の目的において、ポリウレタン分散体のテトラヒドロフラン(THF)不溶分は、前もって秤量した遠心分離管内で1グラムのポリウレタン分散体を30グラムのTHFと混合することにより測定される。溶液を17,000rpmで2時間にわたり遠心分離した後、上液相を注ぎ出し、底に溶解しなかったゲルを残す。溶解しなかったゲルが入った遠心分離管は、遠心分離管をオーブンに入れ、110℃で2時間にわたり乾燥させた後に再秤量する。
ポリウレタンの%THF不溶分=(管および溶解しなかったゲルの重量−管の重量)/(サンプルの重量×ポリウレタン固形分%)
架橋の上方限界は安定な水性ポリウレタン分散液を作る能力に関連する。高度に架橋されたポリウレタンが水にインバートされた時に安定であるように水性イオン官能基または水性非イオン官能基を有する場合、その架橋のレベルは織物のために改善されたインクジェットインキにつながる。架橋済みポリウレタンのエマルジョン/分散液安定性は、添加された分散剤または乳化剤によって改善することが可能である。THF不溶分試験によって測定される架橋の上方限界は約90%である。あるいは、上方限界は約60%である。
ポリウレタン分散体の架橋の下方限界は、THF不溶分試験によって測定した時、約1%以上、好ましくは約4%以上、より好ましくは約10%以上である。
ポリウレタンの架橋の効果的な量を達成するための代替方法は、架橋性サイトを有するポリウレタンを選択し、その後、自己架橋および/または添加された架橋剤を介してこうしたサイトを架橋することである。自己架橋官能基の例には、例えば、上で示した特定の出発材料から入手できるシリル官能基(自己縮合)、およびエポキシ/ヒドロキシル、エポキシ/酸およびイソシアネート/ヒドロキシルなどのポリウレタンに導入された反応性官能基の組み合わせが挙げられる。ポリウレタンおよび補足的架橋剤の例には、(1)イソシアネート反応性サイト(ヒドロキシル基および/またはアミン基など)を有するポリウレタンおよびイソシアネート架橋性反応物、ならびに(2)未反応イソシアネート基およびイソシアネート反応性架橋性反応物(例えばヒドロキシル基および/またはアミン基を含む)を有するポリウレタンが挙げられる。補足的反応物は、インキ形成のためにインキに導入する前に架橋を行うことが可能であるようにポリウレタンに添加することが可能である。架橋は、インキ配合物に分散体を導入する前に好ましくは実質的に完了されるべきである。この架橋済みポリウレタンは、THF不溶分試験によって測定した時に好ましくは約1〜約90%の架橋を有する。
2種以上のポリウレタン架橋済み分散体結合剤の組み合わせもインキの形成において用いてよい。
架橋済みポリウレタン分散体は、ラテックスなどを含む他の結合剤と混合することが可能である。これらの結合剤の非限定的なリストには、分散したポリアクリレート、ネオプレン、分散したナイロンおよび非架橋ポリウレタン分散液(THF不溶分試験によって本明細書で定義されたもの)が挙げられる。
本明細書で用いられる「ラテックス」という用語は、ビヒクルに分散されているポリマー粒子を意味する。ラテックスは時には「エマルジョンポリマー」と呼ばれる。ラテックスは、ポリマー自体の部分であることが可能である安定剤(内部安定剤)または乳化剤などの別個の化学種(外部安定剤)によって分散液に安定化される。
市販されているラテックスは、約0.02〜約3マイクロメートルの範囲内の中央粒度を有する。本発明のために、中央粒度は、好ましくは約1マイクロメートル未満、より好ましくは約0.5マイクロメートル未満であり、最も好ましくは約0.03〜約0.3マイクロメートルの範囲内である。
これらのラテックスのためのポリマー合成は、標準ラジカル開始剤、連鎖移動開始剤および界面活性剤により乳化条件下で行うことが可能である。ドデシルメルカプタンおよび硫黄などの連鎖移動剤は、分子量、分岐およびゲル含量を制御するために用いられる。分子量は、典型的には約100,000〜約1,000,000ダルトン超の範囲内である。%転化率もゲル含量を制限するために制御される。
水性ビヒクル
「水性ビヒクル」は、水または水と少なくとも1種の水溶性有機溶媒(共溶媒)の混合物を意味する。適する混合物の選択は、所望の表面張力および粘度、選択された着色剤、インキの乾燥時間、およびインキが上に印刷される基材のタイプなどの特定の用途の要件に応じて異なる。選択してもよい水溶液有機溶媒の代表的な例は、前に援用された米国特許第5085698号明細書に記載されている。
本発明の水性インキは主として水よりなる。従って、本インキは、インキの全重量を基準にして少なくとも約40重量%、好ましくは少なくとも約45重量%、より好ましくは少なくとも約50重量%の水を含む。
水と水溶性溶媒の混合物を用いる場合、水性ビヒクルは典型的には約40〜約95重量%の水を含有し、残り(すなわち、約60〜約5重量%)は水溶性溶媒である。好ましい組成物は、水性ビヒクルの全重量を基準にして約65〜約95重量%の水を含有する。
インキ中の水性ビヒクルの量は、インキの全重量を基準にして典型的には約70%〜約99.8重量%、好ましくは約80〜約99.8重量%の範囲内である。
水性ビヒクルは、界面活性剤またはグリコールエーテルおよび1,2−アルカンジオールなどの浸透剤を含めることにより速い浸透(迅速乾燥)であるようにすることが可能である。グリコールエーテルには、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、1−メチル−1−メトキシブタノール、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルおよびジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテルが挙げられる。1,2−アルカンジオールは好ましくは1,2−C4-6アルカンジオール、最も好ましくは1,2−ヘキサンジオールである。適する界面活性剤には、エトキシル化アセチレンジオール(例えばエアープロダクツ(Air Products)製の「サーフィノールズ(Surfynols)」(登録商標)シリーズ)、エトキシル化第一アルコール(例えばシェル(Shell)製の「ネオドール(Neodol)」(登録商標)シリーズ)、エトキシル化第二アルコール(例えばユニオン・カーバイド(Union Carbide)製の「タージトール(Tergitol)」(登録商標)シリーズ)、「プルロニック(Pluronic)」(登録商標)ブロックコポリマー界面活性剤、スルホスクシネート(例えばサイテック(Cytec)製の「アエロゾル(Aerosol)」(登録商標)シリーズ)、オルガノシリコーン(例えばウィトコ(Witco)製の「シルウェット(Silwet)」(登録商標)シリーズ)およびフルオロ界面活性剤(例えばデュポン(DuPont)製の「ゾニル(Zonyl)」(登録商標)シリーズ)が挙げられる。
添加されるグリコールエーテルおよび1,2−アルカンジオールの量は適切に決定しなければならないが、インキの全重量を基準にして典型的には約1〜約15重量%、より典型的には約2〜約10重量%の範囲内である。
界面活性剤は、インキの全重量を基準にして典型的には約0.01〜約5%、好ましくは約0.1〜約1%の量で用いてもよい。
更に、水混和性でない溶媒をインキに添加して、ポリウレタン分散体結合剤を中に有するインキの印刷を促進してもよい。理論に拘束されない一方で、この添加された非水性溶媒が印刷された基材上の、特に織物印刷の場合に布地上のポリウレタンの合一を助けることが考えられる。これらの水不混和性溶媒の例は、プロピレンカーボネートおよびジプロピレングリコールモノメチルエーテルである。
主原料の割合
織物インキ中で用いられる顔料レベルは、印刷された画像に所望の色密度を付与するのに典型的に必要であるレベルである。顔料は、インキの全重量を基準にして典型的には約0.1〜約30重量%のレベル以下のレベルで存在する。あるいは、顔料は、インキの全重量を基準にして約0.25〜約25%であることが可能である。更に、顔料は、インキの全重量の約0.25〜約15%であることが可能である。
用いられる架橋済みポリウレタン分散体レベルは、許容できるインキ特性の範囲によって決定される。ポリウレタンレベルは、インキの全重量の一般には約30重量%以下の範囲であり、より好ましくは約1〜約25重量%、典型的には約4〜約20重量%(ポリウレタン固形分基準)の範囲である。
ポリウレタンの有効レベルは、ポリウレタン(固形分)対着色剤(顔料)の重量比が少なくとも約1.0、好ましくは約1.0超、あるいは約1.33超、なお更に約1.5超のレベルである。この重量比は、許容できる噴出性能を維持するために粘度などの他のインキ特性に対して調和されなければならない。特性の正しい調和は状況ごとに決定されなければならない。それは、日常的実験を用いて当業者によって行うことが可能である。
他の原料
インクジェットインキは、当業界で周知されているように他の原料を含有してもよい。例えば、アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、カチオン界面活性剤または両性界面活性剤を用いてもよい。水性インキにおいて、界面活性剤は、インキの全重量を基準にして典型的には約0.01〜約5%、好ましくは約0.2〜約2%の量で存在する。
米国特許第5272201号明細書(完全に記載されたかのようにすべての目的のために本明細書に引用して援用する)に例示されたものなどの共溶媒はインキ組成物の目詰り抑制特性を改善するために含めてもよい。
微生物の成長を抑制するために殺虫剤を用いてもよい。
EDTAなどの金属イオン封鎖剤も重金属不純物の有害作用をなくすために含めてよい。
インキ特性
ジェット速度、小滴の分離長さ、滴サイズおよびストリーム安定性はインキの表面張力および粘度によって大いに影響を受ける。インクジェット印刷システムと合わせて用いるために適するインクジェットインキは、25℃で約20ダイン/cm〜約70ダイン/cm、より好ましくは約25ダイン/cm〜約40ダイン/cmの範囲内の表面張力を有するべきである。粘度は、25℃で好ましくは約1cP〜30cP、より好ましくは約2cP〜約20cPの範囲内である。インキは広範囲の噴出条件、すなわち、ペンの駆動頻度ならびにノズルの形状およびサイズに適合する物理的特性を有する。
インキは、長期間にわたって優れた貯蔵安定性を有するべきである。好ましくは、本インキは、粘度または粒度の実質的な増加なしで長い期間(例えば、70℃で7日間)にわたって密閉容器内で高温に耐えることが可能である。
更に、インキは、インキが接触することになるインクジェット印刷装置の部品を腐食させるべきではなく、インキは本質的に無臭および無毒であるべきである。
本発明のインキは洗濯堅牢度の有益な耐久特性を達成することが可能である。
インキセット
本発明によるインキセットは、好ましくは少なくとも3種の異なる着色インキ(CMYなど)および好ましくは少なくとも4種の異なる着色インキ(CMYKなど)を含み、ここで、インキの少なくとも1種は水性ビヒクル、着色剤および架橋済みポリウレタン分散体を含む水性インクジェットインキであり、着色剤は水性媒体に可溶性または分散性であり、ポリウレタン分散体対着色剤の重量比は上述したように少なくとも1.0である。
インキセットの他のインキも好ましくは水性インキであり、染料、顔料またはそれらの組み合わせを着色剤として含んでもよい。こうした他のインキは、一般的な意味で当業者に周知されている。
好ましい一実施形態において、インキセットは次の通り3種の異なる着色インキを含む。
(a)第1の水性ビヒクル、第1の着色剤および第1の架橋済みポリウレタン分散体を含む第1の着色インキであって、前記第1の着色剤が前記第1の水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記第1のポリウレタン分散体対第1の着色剤の重量比が少なくとも約1.0である第1の着色インキ、
(b)第2の水性ビヒクル、第2の着色剤および第2の架橋済みポリウレタン分散体を含む第2の着色インキであって、前記第2の着色剤が前記第2の水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記第2のポリウレタン分散体対第2の着色剤の重量比が少なくとも約1.0である第2の着色インキおよび
(c)第3の水性ビヒクル、第3の着色剤および第3の架橋済みポリウレタン分散体を含む第3の着色インキであって、前記第3の着色剤が前記第3の水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記第3のポリウレタン分散体対第3の着色剤の重量比が少なくとも約1.0である第3の着色インキ。
好ましくは、第1の着色インキはシアンインキであり、第2の着色インキはマゼンタインキであり、第3の着色インキはイエローインキである。
もう1つの好ましい実施形態において、このインキセットは、(d)第4の水性ビヒクル、第4の着色剤および第4の架橋済みポリウレタン分散体を含む第4の着色インキを更に含み、ここで前記第4の着色インキは前記第4の水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記第4のポリウレタン分散体対第4の着色剤の重量比が少なくとも約1.0である。好ましくは、この第4の着色インキはブラックインキである。
インキセットは、オレンジインキ、グリーンインキ、レッドインキおよび/またはブルーインキ、ならびにライトシアンおよびライトマゼンタのような全強度とライト強度の組み合わせなどの異なる着色インキを含む1種以上の「域拡大」インキを更に含んでもよい。これらの「域拡大」インキは、前に援用した米国特許出願公開第20030128246号明細書で開示されたようなアナログスクリーン印刷の色域を模擬するために織物印刷において特に有用である。
印刷の方法
本発明のインキおよびインキセットは、いずれかのインクジェットプリンタで印刷することにより用いることが可能である。基材は、普通紙(標準エレクトログラフィック紙など)、処理紙(写真紙のような被覆紙など)、織物およびポリ塩化ビニルおよびポリエステルなどの高分子フィルムを含む無孔質基材を含む適するあらゆる基材であることが可能である。
本発明のインキおよびインキセットの特に好ましい用途は織物のインクジェット印刷である。織物には、コットン、ウール、シルク、ナイロンおよびポリエステルなどが挙げられるが、それらに限定されない。織物の最終形態には、布地、被服;ならびにカーペットおよび椅子張り生地などの室内装備材料が挙げられるが、それらに限定されない。更に、考慮に入れられることになる繊維質織物材料は、コットン、リネンおよびヘンプなどの天然繊維質材料ならびにビスコースおよびリオセルなどの再生繊維質材料に限定されないが、それらを含む特にヒドロキシル基含有繊維質材料である。特に好ましい織物には、ビスコースおよび特にコットンが挙げられる。更なる繊維質材料には、ウール、シルク、ポリビニル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、アラミド、ポリプロピレンおよびポリウレタンが挙げられる。前記繊維質材料は、好ましくは、シート状織物、織布、メリヤス生地またはウェブの形態を取っている。
織物印刷のために設計された適する市販インクジェットプリンタには、例えば、「デュポン(DuPont)」(登録商標)「アーティストリ(Artistri)」(登録商標)2020および3210テキスタイルプリンタ(デラウェア州ウィルミントンのE.I.デュポン・ドゥ・ヌムール(E.I.duPont de Nemours and Company(Wilmington,DE)))、「テキスタイルジェット(Textile Jet)」(ジョージア州ダルースのミマキUSA(Mimaki USA(Duluth,GA)))、「ディスプレイメーカーファブリジェット(DisplayMaker Fabrijet)」(ミネソタ州エデンプレーリーのマクダミド・カラースパン(MacDermid ColorSpan(Eden Prairie,MN)))、「アンバー(Amber)」、「ジルコン(Zircon)」および「アメシスト(Amethyst)」(ストーク(Stork)(登録商標))が挙げられる。
印刷された織物は、前に援用した米国特許出願公開第20030160851号明細書に記載されたように熱および/または圧力で任意に後処理してもよい。
上方温度は印刷される特定の織物の許容範囲によって決定される。下方温度は所望の耐久性レベルを達成するために必要な熱の量によって決定される。一般に、融着温度は少なくとも約80℃、好ましくは少なくとも約140℃、より好ましくは少なくとも約160℃、最も好ましくは少なくとも180℃である。
改善された耐久性を達成するために必要な融着圧力は非常に穏やかであることが可能である。従って、圧力は、約3psig、好ましくは少なくとも約5psig、より好ましくは約8psig、最も好ましくは少なくとも約10psigである。約30psigおよびそれより上の融着圧力は、耐久性に付加的利益を与えないように思われるが、こうした圧力は排除されない。
融着の持続期間(印刷された織物が所望の温度で圧力下にある時間の量)は、特に重要であると考えられていない。融着操作の大部分の時間はプリントを所望の温度に至るまでもっていくことを一般に含む。一旦プリントが温度に完全に至ってしまうと、圧力下にある時間は短い(秒)ことが可能である。
以下の実施例によって本発明を今から更に例示するが、本発明は以下の実施例によって限定されない。
ポリウレタン分散体、インキおよび印刷された織物を特性分析するために用いられる試験は当業界で一般に用いられている試験であった。幾つかの特定の手順を記載する。
印刷および試験の技術
以下の実施例で用いられたインクジェットプリンタは、
(1)8個以下のプリントヘッドおよび媒体プラテンを有する静止プリントヘッドマウントを有するプリントシステム。プリントヘッドはザール(Xaar)(英国ケンブリッジ(Cambridge,United Kingdom))製であった。媒体プラテンは利用可能な媒体を保持し、プリントヘッドの下を移動した。サンプルサイズは7.6cm×19cmであった。特に注記がない限り、試験サンプルを印刷するためにこのプリントシステムを用いた。
(2)布地を受け入れるように構成された「セイコー(Seiko)」IP−4010
(3)「デュポン(DuPont)」(登録商標)「アーティストリ(Artistri)」(登録商標)2020プリンタ
用いられた布地は、テストファブリックス(Testfabrics,Inc.)(ペンシルバニア州ピッツトン(Pittston,PA))から得た。すなわち、(1)100%コットン布地スタイル#419W、漂白し苛性処理し櫛ですいたブロードクロス(133×72)、(2)ポリエステル/コットン布地スタイル#7435M、苛性処理し漂白された65/35ポプリン、(3)ポリエステル/コットン布地スタイル#XXXX、苛性処理し漂白された65/35ポプリン。
幾つかの実施例において、印刷された織物を高温および高圧で融着させた。2つの異なる融着装置を用いた。
(1)グレンロ(Glenro)(ニュージャージー州パターソン(Paterson,NJ))「ボンドテックス(Bondtex)」(商標)布地および衣料融着プレス。調節可能な空気式プレスが装備された2つの加熱ベルトの間の印刷された布地を移動させ、最後にはニップロールアセンブリを通して動く。
(2)温度および圧力を厳密に制御する目的で組み立てられたプラテンプレス。プラテンプレスは、所望のプラテン温度を維持するために設定できる埋め込み抵抗加熱エレメントを有する2つの平行6インチ正方形プラテンよりなっていた。プラテンは空気式プレスに互いに平行位置で固定した。空気式プレスは、調節可能な空気圧力によって所望の圧力でプラテンを合わせてプレスすることができた。融着される加工物全体を横切って等圧を加えるためにプラテンを確実に位置決めするように注意を払った。プラテンの有効面積は、より小さい加工物上での操作を可能にするために適切な寸法のスペーサー(例えばシリコーンゴム製)を挿入することにより必要に応じて減少させることができた。
実施例の融着工程のための標準温度は特に指示がない限り160℃であった。
ノースカロライナ州リサーチトライアングルの米国線維化学染色協会(American Association of Textile Chemists and Colorists(Research Triangle Park,NC))(AATCC)によって開発された方法に準拠して印刷された織物を試験した。AATCC試験法61−1996「促進された家庭洗濯および商用洗濯の色堅牢度(Colorfastness to Laundering,Home and Commercial:Accelerated)」を用いた。その試験において、色堅牢度は、「材料の処理、試験、貯蔵または使用中に生じかねないあらゆる環境への材料の暴露の結果としての色特性のあらゆる変化、隣接材料への着色剤の移行またはその両方に対する材料の抵抗」として表現されている。試験2Aおよび3Aを行い、色堅牢度および汚染評点を記録した。これらの試験の評点は1〜5であり、5は最良の結果である。すなわち、それぞれ色の損失が殆どまたは全くない、または別の材料への色の移行が殆どまたは全くない。
着色剤分散液または他の安定な水性着色剤は、インクジェット当業界で知られている技術によって調製した。注記された場合を除きブラック顔料分散液をインキ実施例のために用いた。
原料および略称
APTES=アミノプロピルトリエトキシシラン
APTMS=アミノプロピルトリメトキシシラン
BZMA=ベンジルメタクリレート
CHBMA=1,3−シクロヘキサンビス(メチルアミン)
DBTL=ジブチル錫ジラウレート
DMEA=ジメチルエタノールアミン
DMIPA=ジメチルイソプロピルアミン
DMPA=ジメチロールプロピオン酸
EDA=エチレンジアミン
EDTA=エチレンジアミン四酢酸
ETEGMA=エトキシトリエチレングリコールメタクリレート
HDI=1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート
IPDA=イソホロンジアミン
IPDI=イソホロンジイソシアネート
MAA=メチルアクリル酸
NMP=n−メチルピロリドン
POEA=2−フェノキシエチルアクリレートエステル
TEA=トリエチルアミン
TEOA=トリエタノールアミン
TETA=トリエチレンテトラアミン
THF=テトラヒドロフラン
特に注記がない限り、上の化学品は、アルドリッチ(Aldrich)(ウィスコンシン州ミルウォーキー(Milwaukee,WI))または実験室化学品の他の類似供給業者から購入した。
BYK(登録商標)348−Bykキミー(Byk−Chemie)(コネチカット州ウォリングフォード(Wallingford,CT))製のシリコーン界面活性剤
「サイタン(Cythane)」(登録商標)3174−サイテック(Cytec)(ニュージャージー州ウェストパターソン(West Patterson,NJ))製の脂肪族ポリイソシアネート樹脂
「デスモジュール(Desmodur)」N3400、バイエル(Bayer)(ペンシルバニア州ピッツバーグ(Pittsburgh,PA))製のヘキサメチレンジイソシアネート40重量%二量体および60重量%三量体ブレンド
「デスモフェン(Desmophene)」C2000−バイエル(Bayer)(ペンシルバニア州ピッツバーグ(Pittsburgh,PA))製のポリエステルカーボネートジオール
GP426−ゲネシーシリコーンズ(Genesee Silicones)(ミシガン州フリント(Flint,MI))製の2000分子量シリコーン系ジオール
「リポニック(Liponic)」(商標)EG−1−リポ・ケミカルズ(Lipo Chemicals Inc.(ニュージャージー州パターソン(Patterson,NJ))製のエトキシル化グリセリン保湿剤
「シルウェット(Silwet)」(登録商標)L77−GEシリコーンズ(GE Silicones(コネチカット州ウィルトン(Wilton,CT))製のオルガノシリコーン界面活性剤
「サーフィノール(Surfynol)」(登録商標)104E−エアープロダクツ(Air Products)(ペンシルバニア州アレンタウン(Allentown,PA))製の非イオン界面活性剤
「サーフィノール(Surfynol)」(登録商標)485E−エアープロダクツ(Air Products)(ペンシルバニア州アレンタウン(Allentown,PA))製の非イオン界面活性剤
「サーフィノール(Surfynol)」(登録商標)440−エアープロダクツ(Air Products)(ペンシルバニア州アレンタウン(Allentown,PA))製の非イオン界面活性剤
「テラタン(Terathane)」(登録商標)1400−E.I.デュポン・ドゥ・ヌムール(E.I.duPont de Nemours and Company)(デラウェア州ウィルミントン(Wilmington,DE))製のポリテトラメチレンオキシドポリオール
ポリウレタン反応の程度
ポリウレタン反応の程度は、ウレタン化学で一般的な方法であるジブチルアミン滴定によってNCO%を検出することにより決定した。
この方法において、NCO含有プレポリマーのサンプルを既知量のジブチルアミン溶液と反応させ、残留アミンをHClで逆滴定する。
粒度の測定
ポリウレタン分散液、顔料およびインキの粒度は、ハネウェル/ミクロトラック(Honeywell/Microtrac(ペンシルバニア州モンゴメリービル(Montgomeryville,PA))製の「ミクロトラック(Microtrac)」(登録商標)UPA150アナライザを用いる動的光散乱によって決定した。
この技術は粒子の速度分布と粒度との間の関係に基づいている。レーザー発生光は各粒子から散乱され、粒子のブラウン運動によってドップラーシフトされる。シフトした光とシフトしなかった光との間の周波数差を増幅し、ディジタル化し、分析して、粒度分布を回収する。
以下で報告された数値は体積平均粒度である。
固形分含量の測定
無溶媒ポリウレタン分散体に関する固形分含量は、サトリウス(Satorius)製の水分分析計モデルMA50で測定した。NMPなどの高沸点溶媒を含むポリウレタン分散体に関して、その後、固形分含量は150℃のオーブン内で180分にわたり焼成する前および焼成した後に重量差によって決定した。
THF不溶分の測定
ポリウレタンのTHF不溶分は、前もって秤量した遠心分離管内で1グラムのポリウレタン分散体を30グラムのTHFと最初に混合することにより測定した。溶液を17,000rpmで2時間にわたり遠心分離した後、上液相を注ぎだし、底に溶解しなかったゲルが残った。遠心分離管をオーブンに入れ、110℃で2時間にわたり乾燥させた後、溶解しなかったゲルを有する遠心分離管を再秤量した。
ポリウレタンの%ミクロゲル=((管の重量と溶解しなかったゲル)−(管の重量))/サンプル重量*ポリウレタン固形分%)
インキの調製
実施例で用いられたインキはインクジェット技術上の標準手順により製造した。原料の量は最終インキの重量%である。ポリウレタン分散体結合剤および着色剤を固形分基準で見積もっている。
インキ調製の実施例として、インキビヒクルを調製し、ポリウレタン分散体結合剤に攪拌しつつ添加した。良好な分散を得るまで攪拌した後、混合物を顔料分散液に添加し、もう3時間にわたり、または良好なインキ分散液を得るまで攪拌した。
ブラック顔料分散液の調製
最初に以下の原料を十分に混合することによりブラック分散液を調製した。(i)210.4重量部(pbw)の脱イオン水、(ii)80.3pbwの41.5重量%(固体)アニオン高分子分散剤および(iii)9.24pbwのジメチルエタノールアミン。アニオンポリマー分散剤は、前に援用した米国特許出願公開第20030128246号明細書の「分散剤1の調製」により調製されたグラフトコポリマー66.3/−g−4.2/29.5POEA/−g−ETEGMA/MAAであった。モノマーの比を調節して、刊行物で示された61.6/5.8/32.6の比の代わりに66.2/4.2/29.5を得た。
これに100pbwのブラック顔料(「ニペックス(Nipex)」180IQ、デグッサ(Degussa))を徐々に添加した。顔料を導入した後、100pbwの脱イオン水を混合して入れて、ミルベースを形成し、それを粉砕のために媒体ミルを通して循環した。その後、55.4pbwの脱イオン水を最終強度に希釈のために添加した。
得られた15重量%分散液は、8.60cpの粘度(ブルックフィールド粘度計、20℃)、約7.5のpHおよび92nmの中央粒度の特性を有していた。
比較ポリウレタン分散体1(比較PUD1)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに699.2gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、280.0gのアセトンおよび0.06gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して40℃で60分にわたり189.14gのIPDIをフラスコに添加した。15.5gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、30分にわたり保持し、添加漏斗を経由して、44.57gのDMPA、その後、25.2gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を15.5gのアセトンでリンスした。その後、フラスコの温度を50℃に再び上げ、60分にわたり保持した。
温度が50℃で、1520.0gの脱イオン(DI)水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して131.00gのEDA(水中6.25%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を80.0gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−310.0g)を真空下で除去し、約35.0重量%固形分を有する非架橋ポリウレタンの最終分散体を残した。
比較ポリウレタン分散体2(比較PUD2)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに540.80gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、139.00gのアセトンおよび0.08gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して60分にわたり180.20gのIPDIをフラスコに添加した。27.00gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した(NCO%=5.2まで)。添加漏斗を経由して、27.20gのDMPA、その後、17.4gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を5.00gのアセトンでリンスした。その後、フラスコの温度を50℃で60分(NCO%=3.2を達成するまで)にわたり保持した。
温度が50℃で、797.0gのDI水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して水中のEDAの6.25%溶液259.00gを5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を3.00gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−171.0g)を真空下で除去し、約40重量%固形分を有する非架橋ポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体1(PUD実施例1)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに699.2gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、280.0gのアセトンおよび0.06gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して40℃で60分にわたり189.14gのIPDIをフラスコに添加した。15.5gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して44.57gのDMPA、その後、25.2gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を15.5gのアセトンでリンスした。その後、NCO%が1.14%以下になるまでフラスコの温度を再び50℃に上げた。
温度が50℃で、1498.0gの脱イオン(DI)水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して97.5gのEDA(水中6.25%溶液として)と29.7gのTETA(水中6.25%溶液として)の混合物を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を80.0gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−310.0g)を真空下で除去し、約35.0重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体1に関して、架橋をTETAによって達成した。
ポリウレタン分散体2(PUD実施例2)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに699.2gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、280.0gのアセトンおよび0.06gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して40℃で60分にわたり189.14gのIPDIをフラスコに添加した。15.5gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して44.57gのDMPA、その後、25.2gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を15.5gのアセトンでリンスした。その後、フラスコの温度を再び50℃に上げ、NCO%が1.23%未満になるまで50℃で保持した。
温度が50℃で、1498.0gの脱イオン(DI)水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して24.4gのEDA(水中6.25%溶液として)と118.7gのTETA(水中6.25%溶液として)の混合物を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を80.0gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−310.0g)を真空下で除去し、約35.0重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体2に関して、架橋をTETAによって達成した。
ポリウレタン分散体3(PUD実施例3)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに375.0gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、156.7gのアセトンおよび0.04gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して60分にわたり107.5gのIPDIおよび18.5gの「デスモジュール(Desmodur)」N3400をフラスコに投入した。11.3gのアセトンにより一切の残留イソシアネートを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して31.5gのDMPA、その後、20.2gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を7.4gのアセトンでリンスした。その後、NCO%が1.23%未満になるまでフラスコの温度を50℃で保持した。
温度が50℃で、850.0gのDI水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して100.0gのEDA(水中6.25%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を50.0gの水でリンスした。その後、混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−176.7g)を真空下で除去し、約33重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体3に関して、「デスモジュール(Desmodur)」N3400の多官能性イソシアネート成分によって架橋を達成した。
ポリウレタン分散体4(PUD実施例4)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに363.3gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、115.4gのアセトンおよび0.04gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して60分にわたり113.5gのIPDIをフラスコに投入した。5.8gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して28.9gのDMPA、その後、19.6gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を4.0gのアセトンでリンスした。その後、NCO%が1.50%未満になるまでフラスコの温度を50℃で保持した。その後、32.4gの「サイタン(Cythane)」(登録商標)3174(サイテック(Cytec))を投入し、50℃で5分にわたり保持した。その後、添加漏斗を経由して600gのDI水を10分にわたり添加し、120.0gのEDA(水中6.25%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を40.0gの水でリンスした。その後、混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−125.2g)を真空下で除去し、約37重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体4に関して、多官能性イソシアネート「サイタン(Cythane)」(登録商標)3174によって架橋を達成した。
ポリウレタン分散体5(PUD実施例5)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに327.64gの「テラタン(Terathane)」(登録商標)1400、126.3gのアセトンおよび0.06gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して40℃で60分にわたり115.36gのIPDIをフラスコに添加した。7.5gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して22.2gのDMPA、その後、12.6gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を8.0gのアセトンでリンスした。その後、再度フラスコの温度を50℃に上げ、NCO%が1.58%未満になるまで50℃で保持した。
温度が50℃で、860.0gの脱イオン(DI)水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して81.4gのTETA(水中6.25%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を80.0gの水でリンスした。その後、混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−141.8g)を真空下で除去し、約30重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体4に関して、架橋をTETAによって達成した。
ポリウレタン分散体6(PUD実施例6)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに219.95gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、44.10gのアセトンおよび0.007gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して60分にわたり73.30gのIPDIをフラスコに添加した。10.90gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30〜60分(NCO%=5.0まで)にわたり保持した。添加漏斗を経由して11.10gのDMPA、その後、8.88gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を4.17gのアセトンでリンスした。その後、約60分(NCO%=3.0まで)にわたりフラスコの温度を50℃で保持し、その後、30℃に冷却した。発熱が45℃より高くならないように制御しつつ、30.40gのAPTESを50〜60分にわたり添加した。その後、NCO%=1.4%まで温度を50℃に上げた。
温度が50℃で、544.31gのDI水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して水中のEDAの6.25%溶液52.86gを5分にわたり添加した。その後、混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−59.17g)を真空下で除去し、約36重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体6に関して、架橋をAPTESによって達成した。
ポリウレタン分散体1〜6および比較ポリウレタン分散体1に関する特性
ポリウレタン分散体の物理的特性およびTHF不溶分を測定し、表1で報告した。



表1 ポリウレタン分散体の特性
Figure 2007522285
ポリウレタン分散体1〜6は、架橋の範囲を指示するTHF不溶分の範囲を示した。比較例はTHF不溶分をもたなかった。
ポリウレタン分散体7(PUD実施例7)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに340gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、9.8gのGP426、140gのアセトンおよび0.04gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して40℃で60分にわたり94.2gのIPDIをフラスコに添加した。7.7gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して22.3gのDMPA、その後、12.6gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を7.7gのアセトンでリンスした。その後、フラスコの温度を50℃に再び上げ、60分にわたり保持した。
温度が50℃で、780gの脱イオン(DI)水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して13.0gのEDA(水中6.25%溶液として)と63.5gのTETA(水中6.25%溶液として)の混合物を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を40gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−155.4g)を真空下で除去し、約34.0重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体7に関して、架橋をTETAによって達成した。
ポリウレタン分散体8(PUD実施例8)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに90.0gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、245.5gの「テラタン(Terathane)」(登録商標)1400、140gのアセトンおよび0.04gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して40℃で60分にわたり108.3gのIPDIをフラスコに添加した。5.8gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して22.3gのDMPA、その後、12.6gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を12.5gのアセトンでリンスした。その後、フラスコの温度を50℃に再び上げ、60分にわたり保持した。
温度が50℃で、787gの脱イオン(DI)水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して49gのTETA(水中6.25%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を40gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−157.3g)を真空下で除去し、約34.0重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体8に関して、架橋をTETAによって達成した。
ポリウレタン分散体9(PUD実施例9)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに335.0gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、135gのアセトンおよび0.04gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して60分にわたり82gのIPDIおよび24.5gの「デスモジュール(Desmodur)」N3400をフラスコに投入した。10.0gのアセトンにより一切の残留イソシアネートを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して22.3gのDMPA、その後、13.1gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を10.0gのアセトンでリンスした。NCO%=1.52以下になるまでフラスコの温度を50℃で保持した。
温度が50℃で、730.0gのDI水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して96.0gのEDA(水中6.25%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を40gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−155g)を真空下で除去し、約37重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体9に関して、「デスモジュール(Desmodur)」N3400の多官能性イソシアネート成分によって架橋を達成した。
ポリウレタン分散体10(PUD実施例10)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに335.0gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、138gのアセトンおよび0.04gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して60分にわたり90gのIPDIおよび27.0gの「デスモジュール(Desmodur)」N3400をフラスコに投入した。10.0gのアセトンにより一切の残留イソシアネートを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して22.3gのDMPA、その後、13.3gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を10.0gのアセトンでリンスした。NCO%が1.8以下になるまでフラスコの温度を50℃で保持した。
温度が50℃で、716.0gのDI水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して134.0gのEDA(水中6.25%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を40.0gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−158g)を真空下で除去し、約39重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体10に関して、「デスモジュール(Desmodur)」N3400の多官能性イソシアネート成分によって架橋を達成した。
ポリウレタン分散体11(PUD実施例11)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに335.0gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、142gのアセトンおよび0.04gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して60分にわたり99gのIPDIおよび29.5gの「デスモジュール(Desmodur)」N3400をフラスコに投入した。10.0gのアセトンにより一切の残留イソシアネートを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して23.4gのDMPA、その後、13.6gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を10.0gのアセトンでリンスした。NCO%が2.3以下になるまでフラスコの温度を50℃で保持した。
温度が50℃で、700.0gのDI水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して174.0gのEDA(水中6.25%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を40.0gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−162g)を真空下で除去し、約36重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体11に関して、「デスモジュール(Desmodur)」N3400の多官能性イソシアネート成分によって架橋を達成した。
ポリウレタン分散体12(PUD実施例12)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに349.5gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、140gのアセトンおよび0.04gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して60分にわたり87gのIPDIおよび16gの「デスモジュール(Desmodur)」N3400をフラスコに投入した。10.0gのアセトンにより一切の残留イソシアネートを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して22.3gのDMPA、その後、12.8gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を10.0gのアセトンでリンスした。NCO%が1.23以下になるまでフラスコの温度を50℃で保持した。
温度が50℃で、730.0gのDI水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して159.6gのIPDA(水中10.0%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を40.0gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−160g)を真空下で除去し、約35重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体12に関して、「デスモジュール(Desmodur)」N3400の多官能性イソシアネート成分によって架橋を達成した。
ポリウレタン分散体13(PUD実施例13)
添加漏斗、コンデンサ、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに350.0gの「デスモフェン(Desmophene)」C200、140gのアセトンおよび0.04gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、十分に混合した。その後、添加漏斗を経由して60分にわたり87gのIPDIおよび16gの「デスモジュール(Desmodur)」N3400をフラスコに投入した。10.0gのアセトンにより一切の残留イソシアネートを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。
フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して22.3gのDMPA、その後、12.8gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を10.0gのアセトンでリンスした。NCO%が1.23以下になるまでフラスコの温度を50℃で保持した。
温度が50℃で、770.0gのDI水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して109.25gのCHBMA(水中12.00%溶液として)を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を40.0gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。
アセトン(−160g)を真空下で除去し、約35重量%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。
ポリウレタン分散体13に関して、「デスモジュール(Desmodur)」N3400の多官能性イソシアネート成分によって架橋を達成した。
ポリウレタン分散体14(PUD実施例14)
ポリウレタン分散体14は、比較例1とPUD実施例6のポリウレタン分散体の物理的ブレンドであった。材料のブレンド比は、重量基準で50:50であった。
ポリウレタン分散体7〜14に関する特性
ポリウレタン分散体の物理的特性およびTHF不溶分を測定し、表2で報告した。






表2 ポリウレタン分散体7〜14に関する特性
Figure 2007522285
セット1:架橋済みポリウレタン分散体の試験
インキ実施例A〜Fおよび比較インキAに関する組成を表3に記載している。ブラック分散液の調製は前に記載した。
表3 インキ実施例の組成
Figure 2007522285
その後、インキを419コットン試験布地上に印刷した。印刷装置はインキプリンタ(1)として上で記載されている。印刷後、織物を除去し、160℃、10psigおよび1分の保圧時間でプラテンプレスにより融着させた。
印刷および融着後、上述した「色堅牢度」AATCC試験法61−1996に準拠して布地を試験した。
特に注記がない限り、本明細書で記載された布地試験のすべては、この方式で印刷され融着され試験された織物上で行った。
表4 洗濯および汚染の結果
Figure 2007522285
洗濯堅牢度および汚染評点は、架橋済みポリウレタン分散体含有インキ配合物A〜F(本発明による)が比較実施例を基準にして洗濯堅牢度および汚染評点を大幅に改善することを示している。
セット2:異なる色を有する架橋済みポリウレタン分散体
インキを表6に記載された処方により調製した。こうしたインキについて、顔料および分散液を表5に記載している。表7はこれらの着色インキに関する洗濯堅牢度および汚染評点の結果を記載している。
表5 着色インキ、顔料タイプおよび高分子分散剤
Figure 2007522285
注:前に援用した米国特許出願公開第20030128246号の手順「分散剤2の調製」を用いてBzMA//MAA(13//10)を調製した。
前に援用した米国特許出願公開第20030128246号の手順「分散剤3の調製」をBzMA//MAA/E(13//13/7.5)を調製した。

















Figure 2007522285
Figure 2007522285
セット3:架橋済みポリウレタン分散体の調製の相違および融着変更の評価
第3のセットインキを調製し、ポリウレタン調製(ポリウレタン分散体7および9〜14)および融着条件の相違に関して試験した。ブラック顔料入りのインキ組成物Q〜Wを表8に示し、試験結果のまとめを表9に示している。
表8 ポリウレタン分散体7および9〜14に関するインキ組成
Figure 2007522285
表9 洗濯堅牢度の結果
Figure 2007522285
PUD実施例14に記載されたポリウレタン分散体50/50重量%ブレンド(架橋済みポリウレタン分散体と非架橋ポリウレタン分散体の物理的混合物)から調製されたインキWは、架橋済みポリウレタンのみと比べた時により低い洗濯評点(しかし、同等の汚染評点)をもたらした。
セット4:異なる融着温度での洗濯堅牢度
インキBのために上で記載された処方により、そしてPUD実施例2のための処方により製造されたポリウレタンを用いて調製されたブラックインキを419コットン上に印刷し、印刷された織物を異なる温度で融着させた。結果を表11に示している。




表11 異なる融着温度での洗濯堅牢度、インキ実施例Y
Figure 2007522285
洗濯堅牢度は、419コットンおよびこのインキ配合を用いてより高い温度で改善される。
セット5:より高い温度での洗濯堅牢度
処方インキIにより、そしてPUD実施例2のための処方により製造されたポリウレタンを用いて調製刺されたマゼンタインキを419コットン上に印刷し、印刷された織物を異なる温度で融着させた。織物を指示された温度で処理した後、織物を10psigで1分の保圧時間にわたりプラテンプレスに供した。これらの実験の結果を表12上に示している。
表12 異なる融着温度での洗濯堅牢度、インキ実施例Z
Figure 2007522285
この試験組に関して、洗濯堅牢度は融着およびより高い温度で改善された。
セット6:異なる布地上での洗濯堅牢度試験
インキBのために上で記載された処方により、そしてPUD実施例2のための処方により製造されたポリウレタンを用いて調製されたブラックインキを用いて419コットン、7435ポリ/コットンブレンドおよび755ポリエステル試験サンプルを印刷した。インキプリンタ(1)を用いて印刷を行い、織物を160℃、10psigおよび1分の保圧時間で融着させた。洗濯堅牢度および摩擦色落ちをこれらのサンプルについて試験した。摩擦色落ち試験手順は上述したAATCC試験法に記載されている。
表13 異なる布地上の洗濯堅牢度:インキ実施例R
Figure 2007522285
セット7:NCO/OH比が異なるポリウレタン分散体
PUD実施例9(NCO/OHの比1.27)、PUD実施例10(NCO/OHの比1.4)およびPUD実施例11(NCO/OHの比1.5)に関して上で記載された処方を用いる方法によってポリウレタン分散体を調製した。示したように、3つの異なるNCO/OH比を試験した。表8に記載されたインキを用いてコットンサンプルを印刷し、その洗濯堅牢度を試験した。表14は結果を示している。
表14 ポリウレタンNCO/OH比の相違
Figure 2007522285
より高いNCO/OHは、特にコットン上で改善された洗濯堅牢度を与えた。THF不溶分も試験された範囲にわたってNCO/OH比の増加につてれ増加した。
セット8:連鎖延長剤が異なるポリウレタン分散体
PUD実施例3(EDA)、PUD実施例12(IPDA)およびPUD実施例13(CHBMA)による3種の異なる連鎖延長剤を用いてポリウレタン分散体を調製した。インキ中で用いられた分散体を表3および8に記載し、コットンサンプルを印刷し、洗濯堅牢度について試験した。
表15 連鎖延長剤が異なるポリウレタン分散体
Figure 2007522285
これらの試験に基づいて、EDAは最良の洗濯堅牢度をもたらす。
セット9:中和が異なるポリウレタン分散体
ポリウレタン分散体をPUD実施例3において示した方法により2種の異なる中和剤により調製した。PUD実施例3に関して、中和剤はトリエチルアミン(TEA)であった。代替中和剤に関して、DMIPAのモル当量を用いた。DMIPA中和剤に関して、インキCと同じインキ配合を用いる。分散体をインキ中で用い、コットンを印刷し、洗濯堅牢度について試験した。
表16 中和剤が異なるポリウレタン分散体
Figure 2007522285
2種の中和剤について異なる洗濯堅牢度は決定されなかった。DMIPAの印刷性はTEAほどには良くなかった。
セット10:異なるポリウレタン分散体に関する洗濯堅牢度
3種の異なるポリウレタン分散体を調製した。エントリーaはPUD実施例6と同じプロセスによって調製している。エントリーbおよびエントリーc(表17)を実施例2に記載されたのと同じプロセスにより調製した。分散体を用いてインクジェットインキを調製し、コットン上に印刷し、異なる温度で融着させ、洗濯堅牢度について試験した。
表17 異なるポリウレタン分散体および異なる温度の試験
Figure 2007522285
異なるポリウレタン分散体の調製は似た洗濯堅牢度性能をもたらした。洗濯堅牢度は、より高い温度で改善した。より高い架橋密度にて、より良好な洗濯堅牢度を達成するために、より高い融着温度を必要とした。
セット11:インキの安定性
本発明のインキは一般に貯蔵安定性である。従って、本インキは、粘度または粒度の実質的な増加なしに密閉容器内で長い期間にわたって高温(例えば70℃で7日間)に耐えることが可能である。
インキ実施例Bを70℃で7日にわたって加熱し、物理的特性を測定した。
表18 貯蔵安定性
Figure 2007522285
このインキは安定であると判定された。

Claims (19)

  1. 水性ビヒクル、着色剤および架橋済みポリウレタン分散体を含むインクジェットインキ組成物であって、前記着色剤が水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記架橋済みポリウレタン対着色剤の重量比が少なくとも約1.0であるインクジェットインキ組成物。
  2. 前記インキは前記インキの全重量を基準にして約0.1〜約30重量%の着色剤を含む、請求項1に記載のインクジェットインキ組成物。
  3. 前記インキは前記インキの全重量を基準にして約1重量%超〜約30重量%(固形分基準)の架橋済みポリウレタン分散体を含む、請求項1に記載のインクジェットインキ組成物。
  4. 前記架橋済みポリウレタン中の架橋の量は約1%を超える(THF不溶分試験)、請求項1に記載のインクジェットインキ組成物。
  5. 前記架橋済みポリウレタン中の架橋の量は約50%未満である(THF不溶分試験)、請求項1に記載のインクジェットインキ組成物。
  6. 前記インキは前記インキの全重量を基準にして約0.1〜約30重量%の着色剤および約1重量%超〜約30重量%(固形分基準)の架橋済みポリウレタン分散体を含み、前記架橋済みポリウレタン中の架橋の量は約1%を超え、且つ約50%未満である(THF不溶分試験)、請求項1に記載のインクジェットインキ組成物。
  7. 約20ダイン/cm〜約70ダイン/cmの範囲内の表面張力を有し、粘度が25℃で約1cP〜約30cPの範囲内である、請求項1に記載のインクジェットインキ組成物。
  8. 前記架橋済みポリウレタンは、水性ビヒクル中のポリマーの安定な分散液を維持するのに必要とされる程度に親水性官能基を中に導入させている、請求項1に記載のインクジェットインキ組成物。
  9. 前記着色剤は顔料を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載のインクジェットインキ組成物。
  10. 少なくとも3種の異なる着色インクジェットインキを含むインクジェットインキセットであって、前記インキの少なくとも1種が請求項1〜9のいずれか1項に記載のインクジェットインキ組成物であるインクジェットインキセット。
  11. 前記インキセットは、
    (a)第1の水性ビヒクル、第1の着色剤および第1の架橋済みポリウレタン分散体を含む第1の着色インキであって、前記第1の着色剤が前記第1の水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記第1のポリウレタン分散体対第1の着色剤の重量比が少なくとも約1.0である第1の着色インキ、
    (b)第2の水性ビヒクル、第2の着色剤および第2の架橋済みポリウレタン分散体を含む第2の着色インキであって、前記第2の着色剤が前記第2の水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記第2のポリウレタン分散体対第2の着色剤の重量比が少なくとも約1.0である第2の着色インキおよび
    (c)第3の水性ビヒクル、第3の着色剤および第3の架橋済みポリウレタン分散体を含む第3の着色インキであって、前記第3の着色剤が前記第3の水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記第3のポリウレタン分散体対第3の着色剤の重量比が少なくとも約1.0である第3の着色インキ
    を含む、請求項10に記載のインクジェットインキセット。
  12. 前記第1の着色インキはシアンインキであり、前記第2の着色インキはマゼンタインキであり、前記第3の着色インキはイエローインキである、請求項11に記載のインクジェットインキセット。
  13. (d)第4の水性ビヒクル、第4の着色剤および第4の架橋済みポリウレタン分散体を含む第4の着色インキを更に含み、前記第4の着色剤は前記第4の水性ビヒクルに可溶性または分散性であり、前記第4のポリウレタン分散体対第4の着色剤の重量比は少なくとも約1.0である、請求項11に記載のインクジェットインキセット。
  14. 前記第4の着色インキはブラックインキである、請求項13に記載のインクジェットインキセット。
  15. 基材上にインクジェット印刷する方法であって、
    (a)ディジタルデータ信号に応答するインクジェットプリンタを提供する工程、
    (b)印刷しようとする基材を前記プリンタに装填する工程、
    (c)請求項1〜9のいずれか1項に記載のインキまたは請求項10〜14のいずれか1項に記載のインクジェットインキセットを前記プリンタに装填する工程および
    (d)前記ディジタルデータ信号に応答して前記インキまたは前記インクジェットインキセットを用いて基材上に印刷する工程
    を含む方法。
  16. 前記基材は織物である、請求項15に記載の方法。
  17. 前記印刷された基材は熱および圧力の組み合わせで後処理される、請求項16に記載の方法。
  18. 前記印刷された織物は、少なくとも2.0の洗濯堅牢度および少なくとも3.3の汚染評点(2A試験としてAATCC試験法61−1996に準拠して測定した時)を有する、請求項15に記載の方法。
  19. 顔料入りインクジェットインキでインクジェット印刷されたインクジェット印刷済み織物であって、少なくとも2.0の洗濯堅牢度および少なくとも3.0の汚染評点(2A試験としてAATCC試験法61−1996に準拠して測定した時)を有するインクジェット印刷済み織物。
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