TWI391413B - 經中和的乙烯-丙烯酸聚合物分散體之製備及其用於印刷媒體以改善數位色劑附著度之用途 - Google Patents

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Description

經中和的乙烯-丙烯酸聚合物分散體之製備及其用於印刷媒體以改善數位色劑附著度之用途 工藝範圍
本發明係關於一種經中和的乙烯－丙烯酸聚合物分散體，及使用該分散體來製備一可在電子顯像及數位膠版印刷應用中用來接收影像的基材。
 發明背景
靛藍液態調色劑膠版印刷為一種電子顯像印刷與膠版印刷的混雜體。電子顯像印刷通常包括讓一感光性接收輥帶電，雷射掃描該感光性接收器表面之影像或文字區域，讓帶電的調色劑顆粒沉積到該感光性接收輥之影像區域上以顯影出一潛影，將該調色劑影像從該感光性接收輥轉移至一帶電基材(如紙)，最後加熱及加壓以熔融在該紙表面上的調色劑顆粒。膠版印刷簡單意指為使用一中間橡板滾筒，將該墨水或調色劑影像從其在印版滾筒上的起源轉移至最後基材(即紙)上。
在大部分的電子顯像印刷機中，皆使用由彩色顏料、電荷導向體及聚合物黏著劑所組成的乾粉調色劑顆粒。這些調色劑的顆粒尺寸之下限為7至9微米，因為當它們變得較小時，它們會在印刷機中變成氣載式。此會造成印刷問題且會對印刷機操作者造成健康問題。大的調色劑顆粒會危害印刷品質，因為其無能力再現出細微的細節及可接受的彩色。因此，無法由乾調色劑電子顯像印刷機來印刷出高品質影像。
液態調色劑配方則包含小到1至2微米的調色劑顆粒，因為在該配方中的溶劑可保持其不變成氣載式。由於這些調色劑可精確轉移到感光性接收器表面上的能力，由其所產生之影像具有較高的品質。在液態調色劑配方中的溶劑必需藉由蒸發(在調色劑轉移至紙表面之前)或乾燥(在調色劑已轉移至紙之後)來移除。在數位膠版印刷(例如HP靛藍印刷機)中，將一熱膠印橡板滾筒放置在該感光性影像滾筒與該紙表面(其背面邊由壓力輥支持)之間。該液態調色劑可由該膠印橡板滾筒加熱，使得首先在該液態調色劑中之顏料攜帶顆粒熔化及溶劑化成一均勻的混合物，然後當該膠印橡板滾筒將該液態調色劑轉移到該紙表面上時，其會蒸發溶劑。當該液態調色劑接觸到該冷紙表面時，其會變成足夠黏而可黏附至紙，且立即固化以允許快速印刷。在靛藍印刷機中的熱膠印可提供二個超過乾粉電子顯像印刷的優點：紙不需要導電以便接受調色劑，及不需要熔融步驟來讓該乾調色劑顆粒熔融至紙表面。
調色劑附著度不足已為電子顯像及數位膠版印刷二者之問題。數位膠版印刷的調色劑附著度不足特別嚴重，此由於缺乏熔融步驟來將該液態調色劑顆粒固定到紙表面上。差的調色劑附著度會造成該調色劑無法完全轉移至紙表面，而將殘餘物遺留在該膠印橡板滾筒的背面上，且低印刷影像妨害亦會在隨後的轉換操作中變成移位。已使用稱為藍寶石處理(sapphire treatment)的方法，以一聚乙烯亞胺層來塗佈該紙表面來改善液態調色劑附著度。但是藍寶石處理的缺點包括有限的紙閑置壽命(六至八個月)、會黃化、需要在製紙之後使用額外的步驟來塗佈該塗層，及該調色劑影像趨向於容易在最後的修整及處理期間擦損。
已揭示出使用乙烯－丙烯酸共聚物來製備一合適於數位膠版印刷的基材，例如，揭示在EP 1273975及0789281中。該聚合物典型在塗佈至基材之前會分散於水中。但是，該聚合物無法以其酸形式分散，而必需至少經部分中和以製備出一具有低黏度及合適的顆粒尺寸之穩定的水性分散體。
已使用胺類(諸如氨及單乙醇胺)、鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物及胺與鹼的混合物來製備乙烯－丙烯酸聚合物之分散體。可參見美國專利案號3,389,109；3,872,039；3,899,389；4,181,566；5,206,279；及5,387,635。在美國專利案號5,387,635之實例19中描述一於氫氧化鈉與乙醇胺的水溶液中製備一聚乙烯－共－丙烯酸聚合物之水性分散體(20重量百分比的丙烯酸)。但是，在乙醇胺中所製備的相同聚合物之分散體並不穩定，此如可由該分散體的黏度過夜時會戲劇性增加的觀察而明瞭。
因此，對改善能使用於使用液態調色劑配方的數位膠印印刷應用之紙表面處理已有不間斷的需求。這些處理應該穩定、可改善調色劑附著度、具有可在紙製造期間塗佈的能力、具有好的耐久性及可抗光致泛黃。
 發明概要
在一具體實施例中，本發明為一種包含一或多種乙烯－丙烯酸聚合物與一或多種有效分散量的N,N－二烷基烷醇胺之水性分散體。
在一具體實施例中，本發明為一種水性乙烯－丙烯酸聚合物分散體的製備方法，其包括在水性媒體中混合一或多種乙烯－丙烯酸聚合物與一或多種有效分散量的N,N－二烷基烷醇胺。
在一具體實施例中，本發明為一種可使用在電子顯像或數位膠版印刷方法中的基材之製備方法，其包括將一水性分散體塗佈至該基材，其中該分散體包含一或多種乙烯－丙烯酸聚合物與一或多種有效分散量的N,N－二烷基烷醇胺。
在一具體實施例中，本發明為一種可使用在電子顯像印刷方法中的基材，其包含一或多種乙烯－丙烯酸聚合物及一或多種N,N－二烷基烷醇胺。
不像經銨中和的乙烯－丙烯酸共聚物(其中氨會在加工期間釋放至空氣而造成聚合物與水相分離)，以根據本發明之N,N－二烷基烷醇胺來中和的分散體則不會發生此分離，此由於N,N－二烷基烷醇胺的沸點較高(N,N－二甲基乙醇胺為136℃)。額外與在鹼金屬氫氧化物(諸如KOH，NaOH及LiOH及其類似物)中的乙烯－丙烯酸分散體比較，在N,N－二烷基烷醇胺上的羥基可提供改善該聚合物對該基材之附著度，因為羥基能形成氫鍵結而作為供應者及接受者二者。再者，該羥基官能基可讓本發明之產物進一步與其它官能基(諸如酐、環氧基、異氰酸鹽)反應以形成共價鍵，而提供較好的附著度。
 發明之詳細說明
本發明之乙烯－丙烯酸聚合物可藉由乙烯及丙烯酸與選擇性一或多種其它經乙烯化的不飽和單體進行自由基聚合反應來製備。可參見例如美國專利案號6,482,886及5,387,635及在其中所引用的參考資料。典型的其它單體包括甲基丙烯酸、順丁烯二酸及酐、分解烏頭酸、反丁烯二酸、巴豆酸及檸康酸及酐、順丁烯二酸甲基氫酯、順丁烯二酸乙基氫酯、丙烯、丁烯、異丁烯、丁二烯、異戊二烯、苯乙烯、α－甲基苯乙烯、三級丁基苯乙烯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸異丁酯、及反丁烯二酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、氯乙烯及偏二氯乙烯、丙烯醯胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、反丁烯二腈及其類似物。
在一具體實施例中，該乙烯－丙烯酸聚合物包含約5至約30莫耳百分比的丙烯酸單體。
在一具體實施例中，該乙烯－丙烯酸聚合物包含約5至約20莫耳百分比的丙烯酸單體。
在一具體實施例中，該乙烯－丙烯酸聚合物包含約14至約20莫耳百分比的丙烯酸單體。
在一具體實施例中，該乙烯－丙烯酸聚合物包含約5至約25重量百分比的丙烯酸單體。
在一具體實施例中，該乙烯－丙烯酸聚合物包含約14至約25重量百分比的丙烯酸單體。
在本發明之水性分散體中，有用的乙烯－丙烯酸聚合物之分子量指為熔化指數(MI)。除非其它方面另有報導，否則可根據ASTM D1238條件E(190℃/2.16公斤)來測量熔化指數。
在一具體實施例中，該乙烯－丙烯酸聚合物之熔化指數約10克/10分鐘至約3,000克/10分鐘。
在一具體實施例中，該乙烯－丙烯酸聚合物之熔化指數約10克/10分鐘至約2,500克/10分鐘。
在一具體實施例中，該乙烯－丙烯酸聚合物之熔化指數約10克/10分鐘至約200克/10分鐘。
可商業購得合適的乙烯－丙烯酸聚合物，例如可從MI中部(Midland)的道化學公司(Dow Chemical Company)購得。
本發明之水性分散體可藉由讓該乙烯－丙烯酸聚合物與一或多種有效分散量的N,N－二烷基烷醇胺反應而製備。“有效分散量”意謂著能至少部分中和該乙烯－丙烯酸聚合物，以產生一具有想要的黏度及顆粒尺寸之穩定的水性分散體所需要之N,N－二烷基烷醇胺量。
典型會在溫度最高約130℃(經常在溫度約120℃至130℃)下，在合適於產生一包含經分散的固體(其平均粒子尺寸少於約100奈米)之水性分散體的N,N－二烷基烷醇胺量存在下進行該中和反應。
在一具體實施例中，該水性分散體可藉由在水性媒體中，讓該乙烯－丙烯酸聚合物與約0.2至約1.4莫耳當量的一或多種N,N－二烷基烷醇胺反應而製備。
在一具體實施例中，該水性分散體可藉由在水性媒體中，讓該乙烯－丙烯酸聚合物與約0.5至約1.4莫耳當量的一或多種N,N－二烷基烷醇胺反應而製備。
在一具體實施例中，該水性分散體可藉由在水性媒體中，讓該乙烯－丙烯酸聚合物與約0.8至約1.2莫耳當量的一或多種N,N－二烷基烷醇胺反應而製備。
合適的N,N－二烷基烷醇胺具有式R1 R2 NR3 OH，其中R1 及R2 為1至約4個碳原子之直或支鏈烷基，及R3 為1至約4個碳原子之直或支鏈亞烷基。
在一具體實施例中，該N,N－二烷基烷醇胺可選自於由下列所組成之群：N,N－二甲基－2－(2－胺基乙氧基)乙醇、N,N－二乙基乙醇胺、N,N－二甲基異丙醇胺、N,N－二甲基乙醇胺、N,N－二丁基乙醇胺及N,N－二異丙基乙醇胺。
在一具體實施例中，該N,N－二烷基烷醇胺為N,N－二甲基乙醇胺。
在一具體實施例中，該水性分散體包含約5至約40重量百分比的一或多種乙烯－丙烯酸聚合物。
在一具體實施例中，該水性分散體包含約10至約30重量百分比的一或多種乙烯－丙烯酸共聚物。
在一具體實施例中，該水性分散體包含約14至約20重量百分比的一或多種乙烯－丙烯酸聚合物。
在一具體實施例中，該乙烯－丙烯酸聚合物選自於由乙烯－丙烯酸共聚物所組成之群。
在一具體實施例中，本發明為一種可使用在電子顯像或數位膠版印刷方法中之基材的製備方法，其包括將一水性分散體塗佈至該基材，其中該分散體包含約5至約40重量百分比的一或多種乙烯－丙烯酸聚合物及約0.2至約1.4莫耳當量(以丙烯酸單體為準)的一或多種N,N－二烷基烷醇胺。
合適的基材包括任何能在其表面上支撐描述於本文的乙烯－丙烯酸樹脂之可印刷的基材薄片，其包括例如，紙(包括銅版紙、塗料紙、紙板及其類似物)、薄膜、不織布衣料及其類似物。
如使用於本文，“薄膜”意謂著一由有機樹脂所製得的基材薄片，諸如黏膠、醋酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚苯乙烯、耐綸、聚碳酸酯、聚(對酞酸乙二酯)或聚(對酞酸丁二酯)。
“不織布衣料”意謂著一從纖維材料，利用已公開熟知的方法(諸如紡黏方法或紙製程)所製得的基材薄片，諸如木質纖維素、棉花、嫘螢、聚(對酞酸乙二酯)、聚(對酞酸丁二酯)、聚丙烯腈或聚丙烯。
在一具體實施例中，該基材為紙。
該水性分散體可利用任何一些已在此項技藝中熟知可產生均勻的基材覆蓋層之方法來塗佈至基材。例如，該水性分散體可利用浸漬、噴灑、桿棒或滾筒，或使用一設備(諸如上膠印刷機、刮刀塗佈機、澆鑄塗佈機、棒式塗佈機、氣刀塗佈機、幕塗機及其類似物)來塗佈至該基材。
該水性分散體可單獨或與任何數量可使用來提高薄片性質的添加劑組合著塗佈至該基材。此添加劑包括澱粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、瓜爾膠、充填劑及顏料(諸如黏土及碳酸鈣)、黏著劑、染料、光鮮劑、交聯劑、除泡劑、防靜電劑、分散劑、凝膠劑及其類似物。該添加劑可在塗佈該水性乙烯－丙烯酸分散體之前、期間或之後塗佈至該基材。
在一具體實施例中，該添加劑為澱粉。
在一具體實施例中，該澱粉可選自於經乙基化、經氧化及陽離子澱粉。合適之經乙基化、經氧化及陽離子澱粉的實例包括(但是不限於)經乙基化的玉米澱粉、經酵素轉換之經氧化的澱粉、四級銨陽離子澱粉衍生物、一級、二級及三級胺陽離子澱粉衍生物及其它陽離子經氮經取代的澱粉衍生物和陽離子鋶及鏻澱粉衍生物。
在一具體實施例中，該添加劑可與本發明之水性乙烯－丙烯酸分散體一起配製。當製成一上膠印刷機配方時，該組成物可藉由混合該分散體與一澱粉溶液或其它添加劑而製備。可根據紙塗佈製備程序來製備一包含經中和的乙烯－丙烯酸聚合物之經著色的組成物。
前述可由參考下列實例而較佳地了解，但其存在目的僅為闡明而不意欲限制本發明之範圍。
實例1水性乙烯－丙烯酸共聚物－二甲基乙醇胺離聚物分散體之製備。
使用一300毫升配備有一反應器頭(其使用一連接至驅動馬達之攪拌軸)的帕爾高壓容器(Parr bomb)反應器。該反應器頭額外配備有溫度計、壓力計、釋壓閥及樣品埠。在該攪拌軸上安裝二片葉輪片，一片接近該反應混合物表面及另一片在該軸的末端處，以提供最大攪動。在該帕爾反應器中，加入20.0克的乙烯－丙烯酸共聚物(熔化指數65，15%的丙烯酸單體，其可獲得如為XUS60751.18，來自MI中部的道化學公司)及去離子水(176.57克)、二甲基乙醇胺(DMEA，4.46克，來自愛發艾沙(Alfa Aesar)，沃德希爾(Ward Hill)，MA；或來自漢次門性能化學物(Huntsman Performance Chemicals)，伍德蘭次(The Woodlands)，TX)、史班(Span)60(0.77克)及屯(Tween)60(1.26克)(二者皆來自優尼奎瑪(Uniqema)，紐卡索(New Castle)，DE)的混合物。然後，用螺栓拴緊該反應器且將該帕爾組合放入一加熱罩中。將攪拌速度逐漸增加至800rpm。該混合物的溫度反應逐漸增加至120℃，且維持在120至130℃之間3小時。在反應後，將該反應器冷卻至周溫，且將該產物傾入一塑膠容器中。該灰白色、稍微混濁的反應產物之pH為10.22。
實例2比較例如描述在實例1中般製備該經中和的乙烯－丙烯酸分散體，除了以氫氧化銨取代二甲基乙醇胺外。所產生的反應產物為灰白色及非均勻，且包括許多絮狀物。其pH為10.44。
實例3水性乙烯－丙烯酸共聚物－二甲基乙醇胺離聚物分散體之製備。
該反應器如實例1所描述。在該反應器中，加入30.0克的乙烯－丙烯酸共聚物(熔化指數65，15%的丙烯酸單體，可如實例1般獲得)及去離子水(163.31克)與DMEA(6.69克)之混合物。然後，用螺栓拴緊該反應器且將該帕爾組合放入一加熱罩中。將攪拌速度逐漸增加至800rpm。將該溫度反應混合物逐漸增加至120℃及維持在120至130℃之間3小時。然後，將該反應器冷卻至周溫及將該產物傾入塑膠容器中。該反應產物呈灰白色及稍微混濁，且pH為10。該反應產物的平均粒子尺寸(使用光散射測量)約23.2奈米。
實例4水性乙烯－丙烯酸共聚物－二甲基乙醇胺離聚物分散體之製備。
該反應器如實例1所描述。在該反應器中，加入30.0克的乙烯－丙烯酸聚合物(熔化指數18，14.8%的丙烯酸單體，可獲得如為XUS60568.05，來自MI中部的道化學公司)及去離子水(163.31克)與二甲基乙醇胺(6.90克)之混合物。然後，用螺栓拴緊該反應器且將該帕爾組合放入一加熱罩中。將攪拌速度逐漸增加至800rpm。將該反應混合物的溫度逐漸增加至120℃及維持在120至130℃之間3小時。然後，將該反應器冷卻至周溫及將該產物傾入一塑膠容器中。該半透明、混濁的反應產物之pH為10。該反應產物的平均粒子尺寸(使用光散射測量)約75.8奈米。
實例5塗佈配方之製備及基礎薄片之處理。
在此實例中所使用的原紙為未經塗佈之無木質的薄片，其基礎重量約85克/平方公尺。使用#5拉延棒來將該配方塗佈到尺寸8.5"×12"的原紙上。然後，經由由NY皇后斯貝瑞(Queensbury)的阿狄隆戴克機器公司(Adirondack Machine Company)所製造之滾筒乾燥器來乾燥該潮溼的薄片。處理該原紙的二邊，以減少紙捲曲及保証印刷運行性。該塗層吸液率約20磅/噸紙。典型的配方顯示在表1。
實例6靛藍數位膠印印刷品質評估。
在此實例中使用在實例5中所製備之塗料紙。使用來印刷的印刷機為HP 3000靛藍薄片輸入印刷機。使用四色印刷標的來印刷，其包括青綠色、紅色、黃色及黑色。在印刷後，將1”蘇格蘭製圖膠帶(Scotch Drafing Tape)230放在經印刷的彩色標的上15分鐘，及將該薄片與黏附膠帶夾在二片橡膠墊之間。讓2磅的滾筒在該墊背面上來回滾動，且以角度約45度剝除膠帶。掃描該印刷標的之膠帶剝除區域，且使用影像分析軟體來分析。該調色劑附著度可表示為在剝除後之調色劑覆蓋面積百分比。該調色劑附著度百分比顯示在表2。
顯示在表2的資料闡明使用根據本發明的典型配方所處理之紙，可以任何彩色墨水來獲得幾乎完整之調色劑附著度。
可在描述於本文之本發明的方法之組成物、操作及安排中製得改變而沒有離開本發明如於申請專利範圍中所定義之概念及範圍。

Claims (25)

  1. 一種水性分散體，其包含一或多種乙烯-丙烯酸聚合物與一或多種有效分散量的N,N-二烷基烷醇胺，且該有效分散量之N,N-二烷基烷醇胺可適於產生含有一平均粒子尺寸小於約100奈米之分散固體的水性分散體，其中該水性分散體不包含鹼金屬氫氧化物。
  2. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其包含約5至約40重量百分比的一或多種乙烯-丙烯酸聚合物。
  3. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其包含約0.2至約1.4莫耳當量(以丙烯酸單體為準)的一或多種N,N-二烷基烷醇胺。
  4. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該乙烯-丙烯酸聚合物包含約5至約30莫耳百分比的丙烯酸單體。
  5. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該乙烯-丙烯酸聚合物包含約5至約20莫耳百分比的丙烯酸單體。
  6. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該乙烯-丙烯酸聚合物包含約14至約20莫耳百分比的丙烯酸單體。
  7. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該乙烯-丙烯酸聚合物包含約5至約25重量百分比的丙烯酸單體。
  8. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該乙烯-丙烯酸聚合物包含約14至約25重量百分比的丙烯酸單體。
  9. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該乙烯-丙烯酸聚合物之熔化指數約10克/10分鐘至約3,000克/10分鐘。
  10. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該乙烯-丙烯酸聚合物之熔化指數約10克/10分鐘至約2,500克/10分鐘。
  11. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該乙烯-丙烯酸聚合物之熔化指數約10克/10分鐘至約200克/10分鐘。
  12. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該N,N-二烷基烷醇胺選自於由下列所組成之群：N,N-二甲基-2-(2-胺基乙氧基)乙醇、N,N-二乙基乙醇胺、N,N-二甲基異丙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二丁基乙醇胺及N,N-二異丙基乙醇胺。
  13. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該N,N-二烷基烷醇胺為N,N-二甲基乙醇胺。
  14. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其包含約0.5至約1.4莫耳當量(以丙烯酸單體為準)的一或多種N,N-二烷基烷醇胺。
  15. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其包含約0.8至約1.2莫耳當量(以丙烯酸單體為準)一或多種N,N-二烷基烷醇胺。
  16. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其包含約10至約30重量百分比的一或多種乙烯-丙烯酸聚合物。
  17. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其包含約14至約20重量百分比的一或多種乙烯-丙烯酸聚合物。
  18. 如申請專利範圍第1項之水性分散體，其中該乙烯-丙烯酸聚合物選自於由乙烯-丙烯酸共聚物所組成之群。
  19. 如申請專利範圍第18項之水性分散體，其中該N,N-二烷基烷醇胺為N,N-二甲基乙醇胺。
  20. 如申請專利範圍第1項之水性組成物，更包含一或多種選自於由下列所組成之群的添加劑：澱粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、瓜爾膠、顏料、黏著劑、染料、光鮮劑、交聯劑、除泡劑、防靜電劑、分散劑及凝膠劑。
  21. 如申請專利範圍第20項的水性組成物，其中該添加劑為澱粉。
  22. 一種水性乙烯-丙烯酸聚合物分散體的製備方法，其包括在水性媒體中混合一或多種乙烯-丙烯酸聚合物與一或多種有效分散量的N,N-二烷基烷醇胺，其中該方法可適於產生含有一平均粒子尺寸小於約100奈米之分散固體的水性分散體，且其中該水性分散體不包含鹼金屬氫氧化物。
  23. 一種可使用在電子顯像或數位膠版印刷方法中之基材的製備方法，其包括將一水性分散體塗佈至該基材，其中該分散體包含一或多種乙烯-丙烯酸聚合物及一或多種有效分散量的N,N-二烷基烷醇胺，其中該水性分散體含有一平均粒子尺寸小於約100奈米之分散固體，且其中該水性分散體不包含鹼金屬氫氧化物。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該基材為紙。
  25. 一種可使用在電子顯像印刷方法中的基材，其包含一水性分散體含有一或多種乙烯-丙烯酸聚合物及一或多種N,N-二烷基烷醇胺，其中該水性分散體含有一平均粒子 尺寸小於約100奈米之分散固體，且其中該水性分散體不包含鹼金屬氫氧化物。
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