(57)【要約】水性インクジェット用インクは、顔料と、顔料が自己分散しない場合には任意選択の分散剤と、ウレタンポリマーまたはプレポリマー分散系とを水に混合した混合物を形成することによって作製される。このインクは、ワイドフォーマット基材およびテキスタイルへの印刷などの様々なインクジェット印刷用途に有用である。本明細書では、インクジェット用インク調合物中の結合剤として使用されるウレタンプレポリマーまたはポリウレタンの水性分散系と、インクジェット調合物とについて記述される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散顔料と、ポリウレタン樹脂分散系と、前記分散顔料が自己分散性顔料以外の場合には前記顔料の分散を助ける分散剤とを含む、水性インクジェット用インク組成物であって；
前記ポリウレタン樹脂分散系は、式
Ｏ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ
のジイソシアネートを含むポリイソシアネートと活性水素含有化合物とを反応させて、ウレタンポリマーまたはプレポリマーを形成し、次いで、これを水性媒体に分散させてポリウレタン樹脂分散系を形成することにより誘導され；
前記ポリウレタン樹脂分散系に組み込まれた前記ポリイソシアネート成分の少なくとも６０重量％は、Ｒ基が４から３０個の炭素原子の脂肪族部分のみ含むので、脂環式イソシアネートとして特徴付けられ；
前記活性水素含有化合物はポリ（グリコールアジペート）を含む、
水性インクジェット用インク組成物。
【請求項２】
式Ｏ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏの前記ジイソシアネートが、Ｈ１２  ＭＤＩ（実質的に脂肪族および環状）およびＩＰＤＩ（実質的に脂肪族および環状）からなる群から選択される、請求項１に記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項３】
前記ジイソシアネートの少なくとも８５％が、Ｈ１２  ＭＤＩ（実質的に脂肪族および環状）、ＩＰＤＩ（実質的に脂肪族および環状）、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１または２に記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項４】
前記ジイソシアネートの少なくとも８５％が、Ｈ１２  ＭＤＩ（実質的に脂肪族および環状）からなる群から選択される、請求項１、２、または３に記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項５】
前記活性水素含有化合物がポリ（グリコールアジペート）を含み、前記ポリ（グリコールアジペート）が、アジピン酸と、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，２−ブチレングリコール、１，３−ブチレングリコール、１，４−ブチレングリコール、２，３−ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、および１，８−オクタンジオールからなる群から選択されるグリコールとの反応物を含む、前記請求項のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項６】
前記ポリウレタン樹脂が、１，６−ヘキサンジオールおよびネオペンチルグリコールのアジピン酸エステルとして特徴付けられるポリエステルを含む活性水素含有化合物から誘導される、請求項５に記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項７】
前記１，６−ヘキサンジオールおよびネオペンチルグリコールのアジピン酸エステルとして特徴付けられる前記ポリエステルが、５００から１０，０００ダルトンの数平均分子量により特徴付けられる、請求項６に記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項８】
前記活性水素含有化合物が、同じポリマー（主鎖）タイプを含むが異なる分子量を有する２種以上の活性水素含有化合物の混合物を含む、請求項７に記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項９】
前記ウレタンを形成するのに使用される前記活性水素含有化合物の少なくとも７５モル％が、アジピン酸と反応させた脂肪族直鎖および分枝状ジオールからのポリエステルである、前記請求項のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項１０】
前記ウレタンを形成するのに使用される前記活性水素含有化合物の少なくとも７５モル％が、アジピン酸と反応させた１，６−ヘキサンジオールおよびネオペンチルグリコールからのポリエステルである、前記請求項のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項１１】
前記ウレタンを形成するのに使用される前記活性水素含有化合物の少なくとも８５モル％が、アジピン酸と反応させた脂肪族直鎖および分枝状ジオールからのポリエステルである、前記請求項のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項１２】
前記ポリウレタン樹脂分散系が、式Ｏ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏのジイソシアネートを含むポリイソシアネートと活性水素含有化合物とを反応させて、ウレタンポリマーまたはプレポリマーを形成することにより誘導され、最初に、約１から約４０（より望ましくは約１０から約３５）ｍｇＫＯＨ／ｇポリマーの酸価を有するプレポリマーを形成する、前記請求項のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項１３】
前記ポリウレタン樹脂分散系が、式Ｏ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏのジイソシアネートを含むポリイソシアネートと、活性水素含有化合物、および一般式（ＨＯ）ｘＱ（ＣＯＯＨ）ｙ（式中、Ｑは、１から１２個の炭素原子を含有する直鎖または分枝状炭化水素基であり、ｘおよびｙは１から３である）を有するヒドロキシカルボン酸との反応から誘導される、前記請求項のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項１４】
前記ポリウレタン樹脂分散系が、ａ）式Ｏ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏの前記ジイソシアネートと、ｂ）前記活性水素含有化合物、ｃ）一般式（ＨＯ）ｘＱ（ＣＯＯＨ）ｙ（式中、Ｑは、１から１２個の炭素原子を含有する直鎖または分枝状炭化水素基であり、ｘおよびｙは１から３である）を有するヒドロキシカルボン酸、必要に応じてｄ）鎖延長剤、および必要に応じてｅ）プレポリマーｐＨ中和剤とを反応させることから得られる反応生成物から本質的になる、前記請求項のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項１５】
ＤＭＰＡおよびＤＭＢＡからなる群から選択されるポリウレタンまたはウレタンプレポリマー中に、活性イオンコロイド安定化部分を含む（請求項１２から１４の場合）またはさらに含む（請求項１から１１）、請求項１から１４のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項１６】
前記ポリウレタン樹脂が、連続水相における溶解度が１リットル当たり少なくとも２０グラムである二官能性以上のアミンで鎖延長され、前記請求項のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項１７】
前記二官能性以上のアミンが、
ａ）アルキレンジアミン
ｂ）ヒドラジン
ｃ）アミノエタノールアミン、および
ｄ）これらの混合物
からなる群から選択される、請求項１６に記載の水性インクジェット用インク組成物。
【請求項１８】
請求項１から１７および２１から２６のいずれかに記載の水性インクジェット用インク組成物を含むインクジェットで生成される、写真、巻かれたテキスタイル製品、または衣類上のインクジェット印刷画像。
【請求項１９】
請求項１から１７および２１から２６のいずれかに記載のインクジェット用インク組成物をデジタル式に噴射することにより生成された、被膜、織布、または不織布基材の形をとる合成ポリマー上のインクジェット印刷画像。
【請求項２０】
請求項１から１７および２１から２６のいずれかによるインクジェット用インク組成物をデジタル式に噴射することにより生成された、バナー、標示、ビルボード、または購買時点広告の形をとる広告上のインクジェット印刷画像。
【請求項２１】
前記顔料または染料が、前記組成物の２から１０重量％であり、前記ポリウレタンまたはウレタンプレポリマーが、前記組成物の５から３０重量％であり、水が、前記組成物の２０から７０重量％である、請求項１から１７のいずれかに記載のインクジェット用インク組成物。
【請求項２２】
プロピレングリコール、グリセリン、イソプロピルアルコール、数平均分子量が２００から６００ダルトンのポリエチレングリコール、およびグリコールエーテルからなる群から選択される（１種または複数の）共溶媒を、１０から３０重量％さらに含む、請求項２１に記載のインクジェット用インク組成物。
【請求項２３】
前記ポリウレタンまたはウレタンプレポリマーが、ウレタンとアクリルポリマーとの混成ポリマーである、請求項１から１３のいずれかに記載のインクジェット用インク組成物。
【請求項２４】
前記ポリウレタン樹脂分散系が、前記ポリウレタン分散系の重量に対して１０００ｐｐｍ未満、より望ましくは１００ｐｐｍ未満の揮発性有機溶媒（ＮＭＰなど）を含む、請求項１から１７のいずれかに記載のインクジェット用インク組成物。
【請求項２５】
２５℃で２から５ｃＰの粘度を有する、請求項１から１７のいずれかに記載のインクジェット用インク組成物。
【請求項２６】
２５〜７０℃の動作温度で１０から１５ｃＰの粘度を有する、請求項１から１７のいずれかに記載のインクジェット用インク組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結合剤として分散形態にあるウレタンポリマーまたはプレポリマーと、水と、顔料と、組成物中で安定した顔料の分散系を形成することが望ましい場合には必要に応じて分散剤とを含む、水性インクジェット用インク組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、水、水溶性有機溶媒、着色材料、および水溶性オリゴマーを含むインクに関する。
【０００３】
特許文献２は、水性担体、結合剤としてのウレタン分散系、および自己分散顔料を使用した耐汚れ性（ｓｍｅａｒ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）インクジェット用インクに関する。
【０００４】
特許文献３は、顔料、水混和性共溶媒を必要に応じて有する水、および特定の式のポリウレタンを含む、インクジェット用インクに関する。
【０００５】
特許文献４は、インクビヒクル、着色剤、およびポリウレタン樹脂エマルジョンを混合するステップを含む、インクを調製するためのプロセスに関する。
【０００６】
特許文献５は、架橋ポリウレタンを含有するインクジェット用インクを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，６９６，１８２号明細書
【特許文献２】米国特許第７，１７６，２４８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／００８５４１９号明細書
【特許文献４】米国特許第Ｈ２１１３Ｈ１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／０１８２１５４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書では、インクジェット用インク調合物中の結合剤として使用されるウレタンプレポリマーまたはポリウレタンの水性分散系と、インクジェット調合物とについて記述される。これらは、（１）ポリウレタンプレポリマーの混合物を、水が実質的にない状態で形成し（水に対するイソシアネートの感受性があるため）、次いで（２）プレポリマーを水性媒体に分散させることによって（酸基の鎖延長および／または中和を伴ってまたは伴わずに）、作製される。必要に応じて、（３）プレポリマー酸基を中和することができ、かつ／または適切な反応物でプレポリマーを鎖延長することができる。プレポリマーおよび／またはポリウレタンは、分散後および／またはインクジェットノズルから出た後に、必要に応じて架橋することができる。
【０００９】
一実施形態では、分散系は、水が実質的にない状態で、（１）少なくとも１種のポリイソシアネート；（２）少なくとも１種の活性水素含有化合物、および（３）必要に応じて少なくとも１種の水分散性増強化合物を反応させて、プレポリマーを形成する（この段階でしばしばイソシアネートで終結し、その後、鎖延長してより高い分子量になる）ことによって調製される。このプレポリマーは、少なくとも１種の中和剤との反応により、必要に応じて中和され、水性媒体に分散され、水、平均して約２以上の第１級および／または第２級アミン基を有する無機もしくは有機ポリアミン、またはこれらの組合せの少なくとも１種との反応により、必要に応じて鎖延長される。ウレタンプレポリマーおよび／またはポリウレタンは、インクジェット用インク調合物で使用するために化学組成およびコロイド安定化が最適化される。
【００１０】
インクジェット用インクは、インクに必要な性能に応じて、成分から調合される。ワイドフォーマット印刷用および捺染印刷用のインクは、本出願における好ましい実施形態である。これらのインクは、迅速に印刷され、永続的な堅牢な画像を提供し、印刷されたインクが接触し得るその他の面に転写されないことが必要である。インクは、インクジェットノズル内に堆積しにくく、またはインクジェットシステムを詰まらせにくいことも必要である。インクは、インクジェットプロセスの一部として加熱または圧縮に供される可能性がある。プリントヘッドから出て行くインクの液滴は、望ましくは、基材表面に単一の液滴を形成し、その後、基材上に厳密に付着された接着画像を形成する。
【００１１】
一実施形態では、インクジェット用インクは、ポリ（グリコールアジペート）、および必要に応じてアミンまたはその他の塩基で中和したときにプレポリマーに水分散性を与えるヒドロキシカルボン酸成分と反応させた、脂肪族ジイソシアネート（好ましくは、ジイソシアネートの脂肪族部分に４〜３０個の炭素原子を有し、より好ましくは、４〜３０個の炭素原子を有する脂環式ジイソシアネート）から作製された、ポリウレタン樹脂分散系を含む。一実施形態では、ポリ（グリコールアジペート）は、３から８個の炭素原子を有するグリコールから選択され、好ましくはネオペンチルグリコールおよび／または１，６−ヘキサンジオールである。一実施形態では、ポリ（グリコールアジペート）は、約５００から約１０，０００ダルトンの分子量を有する。一実施形態では、プレポリマーは本質的に、前記ジイソシアネート、前記ポリ（グリコールアジペート）、および前記ヒドロキシカルボン酸の反応生成物からなり、非イオン性水分散性増強成分または低分子量ジオールもしくはトリオール（例えば、２〜２０個の炭素原子を含む）など、有意な量のその他の成分を含まない。これらの実施形態では、ウレタン成分は、インクジェット印刷プロセスを容易に通過し耐久性ある画像を形成する、良好な特性をインクに与えると見られる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明によれば、ポリウレタンプレポリマー（しばしば、イソシアネートで終結される）を、水が実質的にない状態で調製し（イソシアネート基と水との間の分解反応を最小限に抑えるため）、次いで水性媒体に分散させて、ポリウレタンプレポリマーの分散系を形成する。このプレポリマーは、少なくとも１種の中和剤との反応により必要に応じて中和され、水性媒体に分散され、水、平均して約２個以上の第１級および／または第２級アミン基を有する無機もしくは有機ポリアミン、またはこれらの組合せの少なくとも１種との反応により必要に応じて鎖延長される。ウレタンプレポリマーおよび／またはポリウレタンは、インクジェット用インク調合物で使用するために化学組成およびコロイド安定性が最適化される。このポリウレタンまたはプレポリマーを、顔料（おそらくは、自己分散性顔料、または適切な分散剤を組み合わせた顔料）と、水性媒体（必要に応じて、グリコール、グリコールエーテル、グリセリンなど、最大５０または６０重量％の水溶性有機物を含む）中で混合して、インクジェット用インクを形成する。インクジェット用インクは調合物と呼ばれることになり、湿潤剤、その他の結合剤、粘度調整剤、表面活性剤、腐食防止剤などのその他の添加剤を含むことができる。インクは、インクジェットノズル内に堆積しにくく、またはその他の手法でインクジェットシステムに付着しにくいことが必要である。インクは、インクジェットプロセスの一部として加熱または圧縮に供される可能性がある。プリントヘッドから出て行くインクの液滴は、望ましくは、印刷される表面に単一の個別の液滴を形成し、印刷プロセス中または形成された物品の使用中に、隣接する液滴に容易に混じらずまたは擦り落とされない（耐摩擦性および耐引掻き性）。耐摩擦性は、画像表面の品質に関係する可能性があり、一方、耐引掻き性は、基材、または実際の基材とインクとの間の任意の介在層に対するインクの接着性に関係する可能性がある。
【００１３】
定義
本文書において、「ポリウレタン」は、ポリマーがどのように作製されるかとは無関係に、ウレタン基、即ち−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＮＨ−を含有するオリゴマー（例えば、プレポリマー）を含むポリマーを記述するのに使用される一般名である。周知のように、これらのポリウレタンは、ウレタン基に加え、尿素、アロファネート、ビウレット、カルボジイミド、オキサゾリジニル、イソシアヌレート、ウレトジオン（ｕｒｅｔｄｉｏｎｅ）などの（ポリマー合成中に形成された）追加の基を含有することができる。
【００１４】
「重量％」は、ポリマー１００重量部当たりのモノマーの重量部の数値、または、その一部を成分が形成している組成物もしくは材料１００重量部当たりの、この成分の重量部の数値を意味する。
【００１５】
「水性媒体」は、有意な量の水を含有する組成物を意味する。その他の水溶性および／または水分散性成分を同様に含有していてもよい。
【００１６】
「最終ポリウレタン生成物」は、本発明の水性分散系生成物中のポリウレタン、または乾燥した画像のポリウレタンの形を指す。ポリウレタンプレポリマーが必要に応じて鎖延長される場合、最終ポリウレタン生成物は、この鎖延長ポリマーである。ポリウレタンプレポリマーが鎖延長しない場合、最終ポリウレタン生成物はプレポリマーそのものである。インクジェットノズルから出て行く前または後にポリウレタンが部分的にまたは完全に架橋する場合、ポリウレタン生成物を架橋ポリウレタンとすることができる。好ましい実施形態では、ポリウレタンは、水をベースにした媒体に分散された親油性相として存在する。分散相は、望ましくは、ヒドロキシカルボン酸から誘導されたようなポリウレタン上のイオンセグメントにより、コロイド状となって安定化する。
【００１７】
「実質的に水がない」は、いかなる有意な量の水も、例えば約２重量％といった量の水も意図的に添加することなく形成された、組成物を指す。
【００１８】
ポリウレタンプレポリマー成分
本発明のポリウレタンプレポリマーは、少なくとも１種のポリイソシアネート、少なくとも１種の活性水素含有化合物、および必要に応じて少なくとも１種の水分散性増強化合物から形成される。
【００１９】
ポリイソシアネート
適切なポリイソシアネートは、１分子当たり平均して約２個以上のイソシアネート基、好ましくは平均して約２個から約４個のイソシアネート基を有し、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族（ａｒａｌｉｐｈａｔｉｃ）、および芳香族ポリイソシアネート、ならびにそれらのオリゴマー化の生成物であって単独でまたは２種以上の混合物で使用されるものを含む。ジイソシアネートがより好ましい。
【００２０】
適切な脂肪族ポリイソシアネートの特定の例には、５から２０個の炭素原子を有するα，ω−アルキレンジイソシアネート、例えばヘキサメチレン−１，６−ジイソシアネート、１，１２−ドデカンジイソシアネート、２，２，４−トリメチル−ヘキサメチレンジイソシアネート、２，４，４−トリメチル−ヘキサメチレンジイソシアネート、および２−メチル−１，５−ペンタメチレンジイソシアネートなどが含まれる。５個よりも少ない炭素原子を有するポリイソシアネートを使用することができるが、それらの高い揮発性および毒性によりそれほど好ましくはない。好ましい脂肪族ポリイソシアネートには、ヘキサメチレン−１，６−ジイソシアネート、２，２，４−トリメチル−ヘキサメチレン−ジイソシアネート、および２，４，４−トリメチル−ヘキサメチレンジイソシアネートが含まれる。
【００２１】
適切な脂環式ポリイソシアネートの特定の例には、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、（Ｂａｙｅｒ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＤｅｓｍｏｄｕｒ（商標）Ｗとして市販されている）、イソホロンジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、および１，３−ビス−（イソシアナトメチル）シクロヘキサンなどが含まれる。好ましい脂環式ポリイソシアネートには、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（最も好ましい）、およびイソホロンジイソシアネートが含まれる。１つの好ましい実施形態では、ウレタンポリマーまたはプレポリマーを形成するためのポリイソシアネートと活性水素含有化合物との反応で使用されるポリイソシアネートの少なくとも５０モル％、より望ましくは少なくとも７５モル％、好ましくは少なくとも８５モル％が、脂環式ポリイソシアネートであり、好ましくはジシクロヘキシルメタンジイソシアネートである。
【００２２】
適切な芳香脂肪族ポリイソシアネートの特定の例には、ｍ−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、ｐ−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、１，４−キシリレンジイソシアネート、および１，３−キシリレンジイソシアネートが含まれる。好ましい芳香脂肪族ポリイソシアネートは、テトラメチルキシリレンジイソシアネートである。
【００２３】
適切な芳香族ポリイソシアネートの例には、４，４’−ジフェニルメチレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、それらの異性体、およびナフタレンジイソシアネートが含まれる。好ましい芳香族ポリイソシアネートはトルエンジイソシアネートである。
【００２４】
活性水素含有化合物
下記の反応：−ＮＣＯ＋Ｈ−Ｘ→−ＮＨ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｘを介してイソシアネート基と反応するための活性水素源を提供する任意の化合物を、本発明の活性水素含有化合物として使用することができる。その例には、ポリオール、ポリチオール、およびポリアミンが含まれるが、これらに限定するものではない。
【００２５】
この文脈における「ポリオール」は、１分子当たり平均して約２個以上のヒドロキシル基を有する任意の生成物を意味する。その例には、２〜２０個の炭素原子を有する、より典型的には２〜１０個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式、および芳香族ポリオール、特にジオールなどの、数平均分子量が約５００ダルトン未満の「エキステンダー」と呼ばれる低分子量生成物、ならびに「マクログリコール」、即ち少なくとも５００ダルトン、より典型的には約１，０００〜１０，０００ダルトン、またはさらに１，０００〜６，０００ダルトンの分子量を有するポリマーポリオールが含まれる。そのようなマクログリコールの例には、アルキドを含むポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリヒドロキシポリエステルアミド、ヒドロキシル含有ポリカプロラクトン、ヒドロキシル含有アクリルポリマー、ヒドロキシル含有エポキシド、ポリヒドロキシポリカーボネート、ポリヒドロキシポリアセタール、ポリヒドロキシポリチオエーテル、ポリシロキサンポリオール、エトキシ化ポリシロキサンポリオール、ポリブタジエンポリオールおよび水素化ポリブタジエンポリオール、ポリイソブチレンポリオール、ポリアクリレートポリオール、ハロゲン化ポリエステルおよびポリエーテルなど、ならびにこれらの混合物が含まれる。ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリシロキサンポリオール、およびエトキシ化ポリシロキサンポリオールが好ましい。ポリエステルポリオールが最も好ましい。
【００２６】
ポリエステルポリオールは、典型的には、有機ポリカルボン酸またはその無水物と、化学量論的に過剰な１種または複数のジオールとの反応によって調製されたエステル化生成物である。反応で使用される適切なポリオールの例には、ポリ（グリコールアジペート）、ポリ（エチレンテレフタレート）ポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、アルキドポリオール、オルトフタル酸ポリオール、スルホン化およびホスホン化ポリオールなど、ならびにこれらの混合物が含まれる。
【００２７】
ポリエステルポリオールを作製するのに使用されるジオールには、アルキレングリコール、例えばエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，２−ブチレングリコール、１，３−ブチレングリコール、１，４−ブチレングリコール、２，３−ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、およびその他のグリコール、例えばビスフェノール−Ａ、シクロヘキサンジオール、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（ｃｙｃｏｈｅｘａｎｅ））、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、ジエチレングリコール、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、ポリブチレングリコール、ジメレートジオール、ヒドロキシ化ビスフェノール、ポリエーテルグリコール、ハロゲン化ジオールなど、ならびにこれらの混合物が含まれる。好ましいジオールには、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、およびネオペンチルグリコールが含まれる。
【００２８】
ポリエステルポリオールの作製で使用される適切なカルボン酸には、ジカルボン酸およびトリカルボン酸および無水物、例えばマレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、グルタル酸、グルタル酸無水物、アジピン酸、スベリン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、クロレンド酸、１，２，４−ブタン−トリカルボン酸、フタル酸、フタル酸の異性体、無水フタル酸、フマル酸、ダイマー脂肪酸、例えばオレイン酸など、ならびにこれらの混合物が含まれる。ポリエステルポリオールの作製で使用される好ましいポリカルボン酸には、脂肪族または芳香族二塩基酸が含まれる。
【００２９】
特に興味深いポリオールは、ポリエステルジオール、即ち−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−基を含有する任意の化合物である。その例には、ポリ（アジピン酸ブタンジオール）、ポリ（カプロラクトン）、酸含有ポリオール、ヘキサンジオールとアジピン酸およびイソフタル酸から作製されたポリエステル、例えばヘキサンアジペートイソフタレートポリエステル、ヘキサンジオールネオペンチルグリコールアジピン酸ポリエステルジオール、例えばＰｉｏｔｈａｎｅ  ６７−３０００  ＨＮＡ（Ｐａｎｏｌａｍ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）およびＰｉｏｔｈａｎｅ  ６７−１０００  ＨＮＡ；ならびにプロピレングリコールマレイン酸無水物アジピン酸ポリエステルジオール、例えばＰｉｏｔｈａｎｅ  ５０−１０００  ＰＭＡ；およびヘキサンジオールネオペンチルグリコールフマル酸ポリエステルジオール、例えばＰｉｏｔｈａｎｅ  ６７−５００  ＨＮＦが含まれる。その他の好ましいポリエステルジオールには、Ｒｕｃｏｆｌｅｘ（商標）、Ｓ１０１５−３５、Ｓ１０４０−３５、およびＳ−１０４０−１１０（Ｂａｙｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）が含まれる。１つの好ましい実施形態では、ウレタンポリマーまたはプレポリマーを形成するためにポリイソシアネートと活性水素含有化合物とを反応させる際に使用される活性水素含有化合物の、少なくとも５０モル％、より望ましくは少なくとも７５モル％、好ましくは少なくとも８５モル％は、アジピン酸と反応させた脂肪族直鎖状および分枝状ジオールから得たポリエステルであり、好ましくは、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、およびアジピン酸のコポリマーである。一実施形態では、コポリマー中の１，６−ヘキサンジオールとネオペンチルグリコールとのモル比は、９０：１０から１０：９０であり、別の実施形態では、その比が７５：２５から２５：７５である。一実施形態では、前記コポリマー中の酸の少なくとも９０モル％がアジピン酸である。一実施形態では、前記コポリマー中のジオールの少なくとも９０モル％が１，６−ヘキサンジオールまたはネオペンチルグリコールである。
【００３０】
本発明による活性水素含有化合物として使用することができるポリエーテルポリオールは、−Ｃ−Ｏ−Ｃ−基を含有する。このポリエーテルポリオールは、（Ａ）ポリエステルポリオールの調製で記述された水またはジオールなどの反応性水素原子を含有する出発化合物と、（Ｂ）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、およびエピクロロヒドリンなどのアルキレンオキシド、ならびにこれらの混合物との反応により、公知の手法で得ることができる。好ましいポリエーテルには、ポリ（プロピレングリコール）、ポリテトラヒドロフラン、およびポリ（エチレングリコール）とポリ（プロピレングリコール）とのコポリマーが含まれる。
【００３１】
ポリカーボネートポリオールには、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−基を含有するものが含まれる。このポリカーボネートポリオールは、例えば、（Ａ）１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、およびテトラエチレングリコールなどのジオール、ならびにこれらの混合物と、（Ｂ）ジフェニルカーボネートまたはホスゲンなどのジアリールカーボネートとの反応から得ることができる。脂肪族および脂環式ポリカーボネートポリオールを使用することもできる。１つの好ましい実施形態では、ウレタンポリマーまたはプレポリマーを形成するためのポリイソシアネートと活性水素含有化合物との反応で使用される活性水素含有化合物の、少なくとも５０モル％、より望ましくは少なくとも７５モル％、好ましくは少なくとも８５モル％が、ポリカーボネートである。
【００３２】
有用なポリヒドロキシポリアセタールには、（Ａ）ホルムアルデヒドなどのアルデヒドと、（Ｂ）ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エトキシ化４，４’−ジヒドロキシジフェニルジメチルメタン、および１，６−ヘキサンジオールなどのグリコールとの反応から調製できる化合物が含まれる。ポリアセタールは、環状アセタールの重合によって調製することもできる。
【００３３】
ポリオールの代わりにまたはポリオールに加えて、その他の化合物を使用してプレポリマーを調製してもよい。その例には、ポリアミン、ポリエステルアミド、およびポリアミド、例えば（Ａ）多塩基性飽和および不飽和カルボン酸またはこれらの無水物と（Ｂ）多価飽和または不飽和アミノアルコール、ジアミン、およびポリアミンなどとの反応から得られた大部分が直鎖状の縮合体、およびこれらの混合物が含まれる。
【００３４】
ジアミンおよびポリアミンは、前述のポリエステルアミドおよびポリアミドの調製に有用な好ましい化合物の中にある。適切なジアミンおよびポリアミンには、１，２−ジアミノエタン、１，６−ジアミノヘキサン、２−メチル−１，５−ペンタンジアミン、２，２，４−トリメチル−１，６−ヘキサンジアミン、１，１２−ジアミノドデカン、２−アミノエタノール、２−［（２−アミノエチル）アミノ］−エタノール、ピペラジン、２，５−ジメチルピペラジン、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、１，４−ジアミノシクロヘキサン、１，２−プロピレンジアミン、ヒドラジン、尿素、アミノ酸ヒドラジド、セミカルボジドカルボン酸のヒドラジド、ビス−ヒドラジドおよびビス−セミカルバジド、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリス−（２−アミノエチル）アミン、Ｎ−（２−ピペラジノエチル）−エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ビス−（２−アミノエチル）−ピペラジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリス−（２−アミノエチル）エチレンジアミン、Ｎ−［Ｎ−（２−アミノエチル）−２−アミノ−エチル］−Ｎ’−（２−アミノエチル）−ピペラジン、Ｎ−（２−アミノエチル）−Ｎ’−（２−ピペラジノエチル）−エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ビス−（２−アミノエチル）−Ｎ−（２−ピペラジノエチル）アミン、Ｎ，Ｎ−ビス−（２−ピペラジノエチル）−アミン、ポリエチレンイミン、イミノビスプロピルアミン、グアニジン、メラミン、Ｎ−（２−アミノエチル）−１，３−プロパンジアミン、３，３’−ジアミノベンジジン、２，４，６−トリアミノピリミジン、ポリオキシプロピレンアミン、テトラプロピレンペンタミン、トリプロピレンテトラミン、Ｎ，Ｎ−ビス−（６−アミノヘキシル）アミン、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、および２，４−ビス−（４’−アミノベンジル）−アニリンなど、ならびにこれらの混合物が含まれる。好ましいジアミンおよびポリアミンには、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、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ミン、テトラエチレンペンタミン、およびペンタエチレンヘキサミンなど、ならびにこれらの混合物が含まれる。その他の適切なジアミンおよびポリアミンには、Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ（商標）、Ｄ−２０００およびＤ−４０００が含まれ、これらは分子量のみが異なる、アミンで終結されたポリプロピレングリコールであり、Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なものである。
【００３５】
ポリウレタンについて記述する別の方法は、ポリウレタン中の硬質および軟質セグメントの重量パーセンテージに関係する。ポリウレタン中の硬質セグメントは、典型的には、イソシアネート成分、任意の低分子量（＜５００ダルトン）ポリオール鎖延長剤、ジアミンおよびポリアミン（一般に、同じ分子量範囲にある）、および水分散性増強成分として使用されるヒドロキシカルボン酸として特徴付けられる。軟質セグメントは、少なくとも５００ダルトン（数平均分子量）のポリマーポリオールである。一実施形態では、軟質セグメントの量は、ポリウレタンの約３０から約８５重量％であることが望ましく（硬質セグメントを形成する成分は、相補的な量である）、より望ましくはポリウレタンの約３５から約７５重量％、好ましくはポリウレタンの約４０から約６５または７２重量％である（硬質セグメントを形成する成分は、相補的な量である）。
【００３６】
水分散性増強化合物
ポリウレタンは、一般に疎水性（親油性）であり、水分散性ではない。したがって本発明の一実施形態によれば、少なくとも１個の親水性、イオン性、または潜在的にイオン性の基を有する少なくとも１種の水分散性増強化合物（即ち、モノマー）は、必要に応じてポリウレタンプレポリマーに含まれて、ポリウレタンプレポリマーならびにそこから作製される鎖延長ポリウレタンの水中への分散を助け、それによって、このように作製された分散系の安定性を増強する。典型的には、この増強は、少なくとも１個の親水性基または親水性にすることができる基（例えば、中和などの化学改変によって）を保持する化合物を、ポリマー鎖に組み込むことによって行われる。これらの化合物は、非イオン性、陰イオン性、陽イオン性、もしくは両性イオンの性質、またはこれらの組合せのものであってもよい。例えば、約１から約６０、典型的には約１もしくは５から約４０、または７もしくは１０から３５、１２から３０、または１４から２５の酸価を有するプレポリマーを生成するために、カルボン酸基などの陰イオン性基を不活性形態でプレポリマーに組み込み、引き続き、以下により十分定義される第３級アミンなどの塩形成化合物により活性化することができる。その他の水分散性増強化合物は、側方または末端親水性エチレンオキシドまたはウレイド単位を含む、ウレタン結合または尿素結合を通して、プレポリマー主鎖と反応させることもできる。
【００３７】
特定の関心がもたれる水分散性増強化合物は、カルボキシル基をプレポリマーに組み込むことができるものである。通常これらは、一般式（ＨＯ）ｘＱ（ＣＯＯＨ）ｙ（式中、Ｑは、１から１２個の炭素原子を含有する直鎖状または分枝状炭化水素基であり、ｘおよびｙは１から３である）を有するヒドロキシカルボン酸から誘導される。そのようなヒドロキシカルボン酸の例には、ジメチロールプロパン酸（ＤＭＰＡ）、ジメチロールブタン酸（ＤＭＢＡ）、クエン酸、酒石酸、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、ジヒドロキシリンゴ酸、およびジヒドロキシ酒石酸など、ならびにこれらの混合物が含まれる。ジヒドロキシカルボン酸がより好ましく、ジメチロールプロパン酸（ＤＭＰＡ）が最も好ましい。
【００３８】
特定の関心が持たれる水分散性増強化合物の別の基は、側鎖親水性モノマーである。いくつかの例には、例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，８９７，２８１号に示されるように、アルキレンオキシド基が２〜１０個の炭素原子を有している（好ましくは反復単位当たり２個の炭素原子を有している）、アルキレンオキシドポリマーおよびコポリマーが含まれる。
【００３９】
その他の適切な水分散性増強化合物には、チオグリコール酸、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、スルホイソフタル酸、およびポリエチレングリコールなど、ならびにこれらの混合物が含まれる。
【００４０】
少なくとも１個の架橋性官能基を有する化合物
少なくとも１個の架橋性官能基を有する化合物を、所望される場合、本発明のポリウレタンプレポリマーに組み込むことができる。そのような化合物の例には、カルボキシル基、カルボニル基、アミン基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アセトアセトキシ基、オレフィン基、およびヒドラジド基を有するもの、およびブロックイソシアネートなど、ならびに、そのような基と、それらが誘導された当初の基に逆戻りすることができる保護形態にある上記そのような基との混合物が含まれる。
【００４１】
架橋性をもたらすその他の適切な化合物には、チオグリコール酸、および２，６−ジヒドロキシ安息香酸など、ならびにこれらの混合物が含まれる。
【００４２】
触媒
プレポリマーは、所望される場合、触媒を使用することなく形成されてもよいが、場合によっては好ましいと考えられる。適切な触媒の例には、オクタン酸第１スズ、ジブチルスズジラウレート、および第３級アミン化合物、例えばトリエチルアミンおよびビス−（ジメチルアミノエチル）エーテル、β，β−ジモルホリノジエチルエーテルなどのモルホリン化合物、カルボン酸ビスマス、亜鉛ビスマスカルボキシレート、塩化鉄（ＩＩＩ）、オクタン酸カリウム、酢酸カリウム、およびＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ製のＤＡＢＣＯ（登録商標）（ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン）が含まれる。好ましい触媒は、２−エチルへキサン酸およびオクタン酸第１スズの混合物であり、例えば、Ｅｌｆ  Ａｔｏｃｈｅｍ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ製ＦＡＳＣＡＴ（登録商標）２００３である。
【００４３】
成分特性
通常、本発明で生成されるプレポリマーは、イソシアネートで終結される。この目的で、プレポリマー中のイソシアネート基と活性水素基との比は、典型的には、約１．３／１から約２．５／１に、好ましくは約１．５／１から約２．１／１に、より好ましくは約１．７／１から約２／１に及ぶ。この結果、分子量が限定されたイソシアネート末端プレポリマーが得られる（１：１から外れた活性基の化学量論量により）。
【００４４】
プレポリマーに化学的に組み込まれた水分散性増強化合物の典型的な量は、プレポリマーの全重量に対して最高約５０重量％、より典型的には約２重量％から約３０重量％、より特別には約２重量％から約１０重量％になる。
【００４５】
プレポリマー中に架橋性官能基を有する任意選択の化合物の量は、乾燥重量ベースで最終ポリウレタン１グラム当たり、典型的には最大約１ミリ当量、好ましくは約０．０５から約０．５ミリ当量、より好ましくは約０．１から約０．３ミリ当量になる。
【００４６】
プレポリマーを形成するのに使用される触媒の量は、プレポリマー反応物の全重量の、典型的には約５から約２００ｐｐｍになる。
【００４７】
本特許出願では、ポリウレタンまたはポリウレタン分散系について記述するときの「本質的に〜からなる」という用語は、ポリイソシアネート成分、活性水素含有種（ポリ（グリコールアジペート）と、プレポリマーまたはポリウレタンのため水に分散性をもたらすよう機能するヒドロキシカルボン酸とを含む）、プレポリマー用の任意選択の鎖延長剤、および任意選択のプレポリマー中和剤を、意味する。「本質的に〜からなる」は、脂肪族イソシアネート型ポリウレタンに影響を及ぼす可能性のある芳香族イソシアネートの量など、ポリウレタンの性質および性能に物質的に影響を及ぼす量の剤、ポリ（グリコールアジペート）に関連付けられたウレタンの性質に影響を及ぼす可能性のある量の活性水素含有種、非イオン性または陽イオン性分散剤などの分散性に影響を及ぼす量のその他の分散性増強成分などを除外するものとする。
【００４８】
プレポリマーの製造
ポリウレタン複合粒子の水性分散系は、水が実質的にない状態でポリウレタンプレポリマーを形成し、次いでこのブレンドを水性媒体に分散させることによって、本発明により作製される。これは、プレポリマーと水とを組み合わせる前に、プレポリマーの連続的な塊（プレポリマーの個々の粒子とは対照的に）が実質的に水がない状態で形成される限り、任意の手法で行うことができる。典型的には、プレポリマーの形成は、プレポリマー用の成分のバルクまたは溶液重合によって行われる。
【００４９】
バルクおよび溶液重合は周知の技法であり、例えば、「Ｂｕｌｋ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ」、２巻、５００〜５１４頁、および「Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ」、１５巻、４０２〜４１８頁、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、（Ｃ）１９８９年、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋに記載されている。「Ｉｎｉｔｉａｔｏｒｓ」、１３巻、３５５〜３７３頁、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、（Ｃ）１９８１年、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋも参照されたい。これら文書の開示も、参照により本明細書に組み込む。
【００５０】
水性媒体への分散
ポリウレタンプレポリマーを形成したら、水性媒体に分散させて、プレポリマーのポリウレタン分散系を形成する。水性媒体へのプレポリマーブレンドの分散は、任意の従来の技法によって行うことができる。通常、分散は、プレポリマーと水とを混合して合わせることによって行われる。溶媒重合を用いる場合、溶媒およびその他の揮発性成分は、所望される場合、最終分散系から必要に応じて留去することができる。
【００５１】
本発明の一実施形態では、プレポリマーが、乳化剤（より低い分子量の（プレポリマーに化学結合していない）界面活性剤）を添加することなく安定な分散系が形成されるようにこのプレポリマーに化学的に組み込まれた十分な水分散性増強化合物を含む場合、分散系は所望される場合、そのような化合物なしに、即ち界面活性剤を実質的に含まずに作製することができる。この手法の利点は、ポリウレタンから作製されたコーティングまたはその他の生成物が、水に対する低い感受性、より良好な被膜形成、少ない起泡、カビおよび細菌などの少ない成長を示すことである。
【００５２】
プレポリマーの中和
プレポリマーが、ペンダントカルボキシル基を生成する水分散性増強化合物（プレポリマーに化学結合される）を含むような場合、これらのカルボキシル基は、プレポリマーの水分散性を増強するためにカルボキシレート陰イオンに変換することができる。
【００５３】
このための適切な中和剤には、第３級アミン、金属水酸化物、水酸化アンモニウム、ホスフィン、および当業者に周知のその他の剤が含まれる。トリエチルアミン（ＴＥＡ）、ジメチルエタノールアミン（ＤＭＥＡ）、およびＮ−メチルモルホリン、ならびにこれらの混合物など、第３級アミンおよび水酸化アンモニウムが好ましい。中和剤は、その機能およびプレポリマーに関連した性質が、鎖延長剤とは異なる。第１級または第２級アミンは、鎖延長プロセスを妨げないように十分遮られている場合、第３級アミンの代わりに使用されてもよいことが認識される。
【００５４】
鎖延長
上述のように生成された水性プレポリマー粒子分散系は、所望される場合、そのまま使用することができる。あるいは、この分散系は、粒子中のプレポリマーがより複雑な（より高い分子量）ポリウレタンに変換されるように、鎖延長することができる。
【００５５】
鎖延長剤として、水、平均して約２以上の第１級および／または第２級アミン基を有する無機または有機ポリアミン、ポリアルコール、尿素、またはこれらの組合せの少なくとも１種が、本発明で使用するのに適切である。鎖延長剤として使用される適切な有機アミンには、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、エチレンジアミン（ＥＤＡ）、メタ−キシリレンジアミン（ＭＸＤＡ）、アミノエチルエタノールアミン（ＡＥＥＡ）、および２−メチルペンタンジアミンなど、ならびにこれらの混合物が含まれる。プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、シクロヘキシレンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、３，３−ジクロロベンジデン、４，４’−メチレン−ビス−（２−クロロアニリン）、３，３−ジクロロ−４，４−ジアミノジフェニルメタン、スルホン化第１級および／または第２級アミンなど、ならびにこれらの混合物も、本発明を実施するのに適切である。適切な無機アミンには、ヒドラジン、置換ヒドラジン、およびヒドラジン反応生成物など、ならびにこれらの混合物が含まれる。適切なポリアルコールには、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ブタンジオール、およびヘキサンジオールなどの２から１２個の炭素原子、好ましくは２から８個の炭素原子を有するもの、ならびにこれらの混合物が含まれる。適切な尿素には、尿素およびその誘導体など、ならびにこれらの混合物が含まれる。ヒドラジンが好ましく、水溶液として最も好ましく使用される。鎖延長剤の量は、利用可能なイソシアネートに対して典型的には約０．５から約１．１当量に及ぶ。
【００５６】
追加の成分および特徴
上述の本発明の、ポリウレタンプレポリマー、それから生成された生成物ポリウレタン、および水性ウレタン分散系は、公知のポリウレタン技術により様々な追加の成分および特徴と共に作製することができる。
【００５７】
ポリマーの分枝
最終的なポリマー生成物ならびにプレポリマーの分枝は、引張り強さを増強し耐クリープ性を改善する目的で、即ち延伸後のその当初の長さにまたは当初の長さ付近に回復させる目的で、実現することができる。これに関して、その開示が参照により上記にて本明細書に組み込まれる米国特許第６，８９７，２８１号を参照されたい。
【００５８】
単官能性活性水素含有化合物
本発明のプレポリマーは、上述の米国特許第６，８９７，２８１号にも記載されるように、基材表面にコーティングされるとき、水性媒体中のプレポリマーの分散性を増強し、その他の有用な性質、例えば架橋性を与え、それと共にポリマーのモルホロジーおよびレオロジーを調節するために、単官能性活性水素含有化合物で作製することもできる。
【００５９】
可塑剤
本発明のポリウレタンプレポリマーおよび最終的なポリウレタン生成物は、可塑剤の存在下で調製することができる。可塑剤は、プレポリマーの調製または分散中に任意の時間に添加することができ、またはその製造中もしくは製造後にポリウレタンに添加することができる。当技術分野で周知の可塑剤は、特定のポリウレタンとの適合性および最終組成物の所望の性質などのパラメータに応じて、本発明で使用するために選択することができる。例えば、ＷＯ  ０２／０８３２７  Ａ１ならびに上述の米国特許第６，８９７，２８１号を参照されたい。
【００６０】
分散系を調製するためのその他の添加剤
当業者に周知のその他の添加剤を使用して、本発明の分散系の調製を助けることができる。そのような添加剤には、安定剤、消泡剤、抗酸化剤（例えば、Ｉｒｇａｎｏｘ  １０１０）、ＵＶ吸収剤、カルボジイミド、活性剤、硬化剤、カルボジイミドなどの安定剤、着色剤、顔料、中和剤、増粘剤、非反応性および反応性可塑剤、ジ（プロピレングリコール）メチルエーテル（ＤＰＭ）などの融合助剤（ｃｏａｌｅｓｃｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）、ワックス、滑剤および離型剤、抗菌剤、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ（商標）Ｆ６８−ＬＦおよびＩＧＥＰＡＬ（商標）ＣＯ６３０などの界面活性剤およびシリコーン界面活性剤、金属、合体剤、塩、難燃性添加剤、オゾン分解防止剤、および腐食防止添加剤などが含まれる。これらは、当業者に周知のように、本発明の分散系の処理前および／または処理中に、必要に応じて適切に最終生成物に添加することができる。添加剤は、物品を作製するためにまたはその他の生成物を処理するために、適切に使用してもよい（含浸、飽和、スプレー、またはコーティングなどによって）。製造された本発明のウレタン分散系は、典型的には、少なくとも約２０重量％、好ましくは少なくとも約２５重量％、より好ましくは少なくとも約３０重量％の全固形分を有する。その後これらを、インク製造の一部として希釈する。
【００６１】
その他のポリマーおよびポリマー分散系とのブレンド
本発明の分散系は、当業者に周知の方法によって、商用のポリマーおよびポリマー分散系と組み合わせることができる。そのようなポリマーおよび分散系には、その開示が参照により本明細書に組み込まれるＷＩＰＯ公開ＷＯ  ０２／０２６５７  Ａ２、米国特許第４，９２０，１７６号、米国特許第４，２９２，４２０号、米国特許第６，０２０，４３８号、米国特許第６，０１７，９９７号と、Ｄ．Ｐ．ＴａｔｅおよびＴ．Ｗ．Ｂｅｔｈｅａ、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、２巻、５３７頁による総論に記載されるものが含まれる。
【００６２】
その他のポリマーとの混成体
本発明の水性分散系は、ポリウレタンとその他のポリマー（例えば、アクリレートポリマー）との混成体を形成するためのシードポリマーとして使用することもできる。これは、上述の手法でポリウレタン分散系の水性分散系を形成し、次いでこれら分散系の存在下、乳化または懸濁重合によって追加のモノマーを重合することによって行うことができ、即ち、本発明の分散系を、重合が終了する前に追加のモノマーと混合する。ポリウレタンとアクリルとの混成体は、この手法により有利に作製することができる。
【００６３】
本発明による混成ポリマーを作製するさらに別の方法は、エチレン系不飽和モノマーをポリウレタンプレポリマー反応系に含め、これらの（１種または複数の）モノマーを、プレポリマーが水性媒体に分散されたときまたは分散された後に重合させることである。この手法では、エチレン系不飽和モノマーは、プレポリマーの形成および／またはプレポリマーの分散中に希釈剤として働く。水性媒体において、これらのエチレン系不飽和モノマーは、追加のモノマーを添加してまたは添加することなく最後まで重合することができる。ポリウレタンおよびアクリルの混成体は、同様にこの手法により有利に作製することができる。
【００６４】
水系エネルギー硬化性ポリウレタン組成物
エネルギー（ＵＶおよびＩＲ放射線、および／または電子ビーム）を加えることによって硬化できる水系ポリウレタンおよび混成組成物は、（メタ）アクリルエステルおよびその他のエチレン系不飽和モノマーでポリウレタンをエンドキャップすることによって作製できることが、既に公知である。この技術は、エネルギー硬化性水系ポリウレタンインクまたはインクジェットで付着されたコーティングを提供するために、本発明に応用することができる。
【００６５】
代替の製造方法
本発明の分散系を作製することができる典型的な方法、即ち水が実質的にない状態でプレポリマーを形成し、次いでブレンドを混合しながら水性媒体に分散させる方法が、上記にて示されている。水性ポリウレタン分散系を作製するその他の公知の方法も、プレポリマーが最終的には水性媒体中の分散系になるという条件で、本発明のウレタン分散系を作製するのに使用することができる。ウレタン分散系の代替の作製方法の例を、以下に示す。
【００６６】
プレポリマー剪断混合
この方法では、プレポリマーを、乳化剤（界面活性剤などの外部乳化剤、または、ポリウレタン主鎖の一部としてもしくはポリウレタン主鎖の側基として、および／またはポリウレタン主鎖の末端基として組み込まれた非イオン性基、陰イオン性基、陽イオン性基、および／または両性イオン基を有する内部乳化剤）を用いて剪断力によって分散させる。この方法は、プレポリマーの粘度を低下させるために希釈剤をしばしば使用し、プレポリマー上に残るイソシアネート基の分解が生じる可能性のある高温を回避する傾向がある。プレポリマーは、分散後にポリアミンを用いて鎖延長することができる。
【００６７】
アセトンプロセス
プレポリマーは、アセトン、ＭＥＫ、および／またはイソシアネート基に対して非反応性であり容易に蒸留されるその他の極性溶媒を用いてまたは用いることなく形成される。プレポリマーは、粘度制御のため、必要に応じて前記溶媒中でさらに希釈され、活性水素含有化合物を用いて鎖延長される。水を鎖延長ポリウレタンに添加し、溶媒を留去する。このプロセスの変形例は、プレポリマーを水に分散させた後にこのプレポリマーを鎖延長することである。
【００６８】
溶融分散プロセス
イソシアネート末端プレポリマーを形成し、次いで過剰なアンモニアまたは尿素と反応させて、末端尿素基またはビウレット基を有する低分子量オリゴマーを形成する。このオリゴマーを水に分散させ、ホルムアルデヒドによるビウレット基のメチロール化によって鎖延長させる。この方法は、プレポリマー剪断混合よりも高い温度に耐えることができ、粘度制御のために希釈剤をそれほどまたは全く使用しなくてもよい。
【００６９】
ケタジンおよびケチミンプロセス
ヒドラジンまたはジアミンをケトンと反応させて、ケタジンまたはケチミンを形成する。これらはウレタンプレポリマーに添加され、イソシアネート基に対して不活性なままである。プレポリマーが水に分散されるにつれ、ヒドラジンまたはジアミンが解放され、プレポリマーの鎖延長が、分散が生じたときに行われる。
【００７０】
連続プロセス重合
イソシアネート末端プレポリマーを形成する。このプレポリマーを、（１つまたは複数の）高剪断混合ヘッドを通してポンプ送出し、水に分散させ、次いで前記（１つまたは複数の）混合ヘッドで鎖延長させ、または前記（１つまたは複数の）混合ヘッドで同時に分散させ鎖延長させる。これは、プレポリマー（または中和されたプレポリマー）、任意選択の中和剤、水、および任意選択の鎖延長剤、および／または界面活性剤からなる複数の流れによって実現される。
【００７１】
逆供給プロセス
水、および任意選択の（１種または複数の）中和剤、および／または（１種または複数の）エキステンダーアミンを、撹拌しながらプレポリマーに充填する。プレポリマーは、水および／またはジアミン鎖延長剤を添加する前に中和することができる。
【００７２】
インクジェット用インクへの応用
水性媒体に分散させたプレポリマーまたはウレタンポリマー分散系に関する好ましい使用は、インクジェット用インク中の結合剤としてである。インクジェット用インクは、基材上に画像を生成するために、所望の基材に対する１種または複数の着色インクの噴射技術を介して付着される点で（ノンインパクト印刷とも呼ばれる）、その他のインクと区別することができる。その他の印刷プロセス（インパクト型）には、フレキソ、グラビア印刷などが含まれる。噴射は、印刷機器のオリフィスを通したインクの転写と、（１種または複数の）特定の色の画像が望まれる基材の特定領域（インクが付着される場所または特定領域がデジタル制御される）への付着である。オリフィスは、直径が１０〜５０ミクロンになる傾向があり、プリントヘッドは印刷面から０．１から１”離れている。噴射用オリフィスは、基材の特定部分の上を噴射機器が１回通過することにより複数のカラム、列、および／またはインクの色の噴射が可能になるようにカラム、列、およびその他の構成にすることができる。デジタル技術は、インクジェットプロセス、インクの色などの制御によって所望のデジタル制御された画像が生成されるように、基材上のｘおよびｙ座標に対して噴射機器の位置を調整するのを助ける。オリフィスが小さいほど、および液滴サイズが小さいほど、画像の解像度はより高くなる（インチ当たりのドット数（ｄｐｉ）で測定される）。ジェット処理されたインク部分は、所望の解像度に応じて１〜８０ピコリットルになる傾向にある。プリントヘッド技術およびその設計に基づいて、より低い粘度（例えば、２〜５ｃＰ）またはより高い粘度（例えば、１０〜１５ｃＰ）のインクを動作温度で使用することができる。より低い粘度のインクは、より小さいジェット処理済み液滴サイズを有する傾向にあり、より高い粘度のインクは、僅かに大きいジェット処理済み液滴サイズを有する傾向にある。両方に関する表面張力は、望ましくは、印刷される基材に対して２５〜４０ダイン／ｃｍになる。
【００７３】
５０，０００〜１００，０００液滴／秒という噴射速度が、０．５から１画素の精度で可能である。噴射機器から出て行く液滴速度は、容易に５〜１５ｍ／秒にすることができる。
【００７４】
少なくとも２つのタイプのインクジェット印刷が存在する（連続的およびドロップオンデマンド（Ｄｒｏｐ−ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ）インクジェット）。連続インクジェット印刷では、インクの液滴の連続流が、各オリフィスを通して生成される。液滴は、帯電しておりまたは帯電していない。この方法によれば、帯電した液滴は媒体（基材）上に画像を形成することが可能になり、帯電していない液滴を側溝に収集して再循環させることが可能になる。ドロップオンデマンド技術では、インクの液滴は、媒体（基材）上に画像を生成することが必要なときにのみ生成され（形成され）、一部の液滴を選択的に帯電させかつ帯電していない液滴を再循環させる必要がなくなる。液滴を生成する方法には、熱、圧電、静電、および音響が含まれる。熱および圧電が、よりしばしば使用される。
【００７５】
インクジェット用インク組成物は、望ましくは、インク組成物の重量に対して顔料または染料（水または溶媒なしで）を約０．２または１から１０、より望ましくは約０．２または２から８、好ましくは約０．２または２から６重量％；水を約２０から８４または８７、より望ましくは約３０から８３または８５、好ましくは約３０〜６０または８５重量％；結合剤（ポリウレタン分散系のポリウレタン部分）を約１または５から約３０、より望ましくは約２または５から約１５、好ましくは約２または５から約１０重量％；溶媒および／または共溶媒（水以外または水の他に）を約１０から約３０または４４重量％；およびその他の添加剤を約０．１から約５重量％含む。
【００７６】
ポリウレタン分散系の組成物および製造は、一貫した液滴サイズ、低いオリフィス塞栓率、オリフィス内での固形分の少ない蓄積（噴射中の剪断安定性を含む）、オリフィスからの噴射のために最適化された表面張力、起泡が少なくまたはないこと、環境許容性、基材上での素早い乾燥、印刷後の低い表面粘着、および噴射機器ヘッドのオリフィス内でのインク（またはその成分）の少ない乾燥または堆積も含めた、いくつかの有用な性質を、堆積されたインクに与えることができる。最適化されたポリウレタン分散系は、耐摩耗性、耐表面損傷性、耐摩擦性、および耐引掻き性；架橋または自己架橋；障壁特性；難燃性；耐水性、耐化学薬品性、および耐汚染性；耐変色性；耐光堅牢性（耐退色性）；無黄変性；耐洗浄性；より高い引張り強さ；触媒活性、生物活性、磁気および電気特性；光学特性（光沢、艶消し、艶なしなど）および作用；ＵＶおよび放射線遮断；ＵＶ安定性；および自己アセンブリなど、インクから画像に所望の性質を与えることができる。一実施形態では、インクは、表面エネルギー（表面の濡れ性に影響を及ぼし、噴射機構のオリフィスに接触する）を制御するために、殺生剤、腐食防止剤、ｐＨ調節剤、グリコール、および界面活性剤から選択される添加剤を含む。一実施形態では、インクジェット用インクは、少なくとも４つまたは５つの色（即ち、シアン、黄、マゼンタ、白（任意選択）および黒）を有する。インクは、明るく着色される。
【００７７】
インクジェット用インクを着色するための顔料または染料の分散
染料の代わりに、着色に顔料を使用する場合、顔料は一般に、その最大直径が２００ｎｍよりも小さくなり、より望ましくは、粒子の少なくとも７５％が１５０ｎｍ未満、より望ましくは１２０ｎｍ未満、好ましくは８０ｎｍ未満の最大直径を有する。インクジェット用インクは、大き過ぎるまたは凝集した粒子／顔料をなくすために、製造中に、孔径が１マイクロメートル未満のフィルタに１回または複数回通して濾過することが望ましい。インクに適切な顔料／染料の例には、有機および無機顔料、金属酸化物、金属、カーボンブラックなどのナノ材料、エキステンダーおよび充填剤；染料、特に分散染料；蛍光増白剤およびテキスタイル用助剤染浴；粒状セラミック材料；および磁性材料および磁気記録媒体が含まれる。好ましい粒状固体は、例えば、ｔｈｅ  Ｃｏｌｏｒ  Ｉｎｄｅｘ（１９７１年）第３版、および後続のその改訂版、およびその補遺に、「Ｐｉｇｍｅｎｔｓ」と題された章に記載されている、認識されている種類の顔料のいずれかからの顔料である。無機顔料の例は、二酸化チタン、酸化亜鉛、プルシアンブルー、硫化カドミウム、酸化鉄、バーミリオン、ウルトラマリン、およびクロム顔料であって、鉛、亜鉛、バリウム、カルシウムのクロム酸塩、モリブデン酸塩、クロム酸塩と硫酸塩とを混合したもの、これらの混合物および改変物であり、緑黄色から赤色顔料として、プリムローズ、レモン、ミドル、オレンジ、スカーレット、およびレッドクロムの名称で市販されているものが含まれる。有機顔料の例は、アゾ、ジアゾ、縮合アゾ、チオインジゴ、インダントロン、イソインダントロン、アンタントロン、アントラキノン、イソジベンズアントロン、トリフェンジオキサジン、キナクリドン、ペリレン、ジケトピローロピロール（ＤＰＰ）、およびフタロシアニン系列、特に銅フタロシアニンおよびその核ハロゲン化誘導体、ならびに酸性、塩基性、および媒染染料のレーキからのものである。カーボンブラックは、厳密には無機物であるが、その分散特性がむしろ有機顔料のように振る舞う。好ましい有機顔料は、フタロシアニン、特に銅フタロシアニン、モノアゾ、ジスアゾ、インダントロン、アントラントロン、キナクリドン、ペリレン、ジケトピローロピロール（ＤＰＰ）、およびカーボンブラックである。
【００７８】
特殊目的のインクジェット用インクに使用してもよいその他の好ましい粒状固形分は、タルク、カオリン、シリカ、バライト、およびチョークなどのエキステンダーおよび充填剤；アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、混合型ケイ素アルミニウム窒化物、および金属チタン酸塩などの粒状セラミック材料；遷移金属、特に鉄およびクロムの磁性酸化物（例えばγ−Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、コバルトがドープされた酸化鉄、酸化カルシウム、フェライト、特にバリウムフェライトなどの、粒状磁性材料；金属粒子、特に金属の鉄、ニッケル、コバルト、およびこれらの合金；ならびにアルミニウム三水和物および水酸化マグネシウムなどの難燃剤である。ナノ材料には、アルミナ、ジルコニウム、亜鉛、第１鉄シリカおよびチタンなどの酸化物などの金属酸化物、および銀、金、銅などの金属が含まれる。
【００７９】
結合剤の選択
結合剤（この開示では分散系のウレタンポリマーまたはプレポリマー）は、インクジェット印刷プロセスおよび印刷された基材の最終使用応用例に望ましい性質を与えるように選択される。望ましくは、結合剤は、耐久性ある画像被膜が提供されるように、乾燥段階で顔料粒子をカプセル封入する。望ましくは結合剤は、基材への結合剤の相互浸透、結合剤と基材との極性相互作用、結合剤と基材との化学結合、基材への結合剤の架橋、または基材と結合剤との単なる有効な濡れ性によって、インクと基材との接着を増強する。素早い乾燥（または粘着性の低減）は、インクの望ましい特徴である。インクは、基材に付着された後に素早く乾燥することが望ましいが、噴射機器のオリフィス内ではインクが乾燥しないようにかつ堆積物を形成しないようにすることが望ましい。湿潤剤は、インクジェットオリフィス内のインクをゆっくり乾燥させることができるが、基材上の画像の乾燥も遅くする。結合剤の水相でのグリコール−水のブレンドが、オリフィス内のインクの乾燥を最小限に抑えるためにしばしば使用される。
【００８０】
インクジェット用インクへの添加剤
結合剤分散系および調合インクの上記列挙した特性／特徴のいくつかを最適化するために、様々な添加剤が、インクジェット用インクに有用である。顔料および／または結合剤上に立体安定層を提供しまたは立体安定層を増強する分散剤および／またはその他の表面活性種が有用である。これらは、オリフィスの遮断を防止し、粘度を制御し、インク中での顔料の凝集を最小限に抑えるのを助ける。分散剤および／またはその他の界面活性種の少なくとも一部は、数平均分子量が５００ダルトンよりも大きい分散剤であることが望ましく、それは、より高い分子量の分散剤であると移動しにくくなり、かつより長い期間にわたるコロイド安定性が得られるからである。５００ダルトンよりも大きい分散剤は、立体安定層を提供するために水可溶性のセグメントまたは鎖を利用することが望ましい。一実施形態では、水可溶性セグメントは、アルキレン部分が少なくともいくらかの部分のエチレンであり必要に応じていくらかの量のプロピレンである、ポリ（アルキレンオキシド）を含むことが望ましい。一実施形態では、分散剤の少なくとも１０重量％が水可溶性セグメントである（２５℃の水中で少なくとも１０重量％の水可溶性を有することによって特徴付けられる）。一実施形態では、分散剤および／またはその他の表面活性種は、調合インクの粘度（全ての分散相のコロイド安定性によって影響を受ける）が、妥当に予測されるインク調合物の貯蔵期間とは無関係になるように、水中での顔料および結合剤のコロイド分散系の安定性が２５℃で長期間（何カ月または何年など）維持されるよう設計されることが望ましい。
【００８１】
インクの分散相（顔料、結合剤など）は、インクの在庫の貯蔵寿命に関する問題を回避するために、典型的には６カ月から１年にわたってコロイド状態で安定である（凝集または沈降がない）ことが必要である。インク移送装置および噴射装置で隣接する面を保護するための添加剤は、これら面上での固形分の蓄積を最小限に抑えることが望ましい（特に、噴射プロセス中の、温めたまたは加熱したインクの高剪断移送中）。腐食を受ける、任意の隣接する噴射面の保護（添加剤として腐食防止剤を使用する）も望ましく、それは腐食した面が異なる濡れ特性を有し、噴射プロセスを妨げる可能性のある面の凹凸を有する可能性があるからである。殺生添加剤は、インク内での任意の生物学的成長によって不十分なインクの流れおよび／またはオリフィス塞栓に関与し得る高粘度の液体または固形分をもたらす可能性があるので、望ましい。基材表面接触角（または、インクとの基材の濡れ性）を促進させまたは制御する添加剤は、噴射処理されたインク液滴が融合してコヒーレント画像を形成するが、隣接する液滴に滲んで解像度および色の強さを低減することがないように、噴射中のオリフィス内での堆積物を最小限に抑えかつ基材上での液滴の移行を制御するのを助けることができるので、望ましい。インクの表面張力は、基材に対する濡れ性および接着性にも影響を及ぼす可能性があり、そのため基材へのインクの結合の耐久性に影響を及ぼす可能性がある。媒染剤は、乾燥時間を最短にし、基材表面での移行を最小限に抑えるなどするために添加することができる（陽イオン性添加剤、無機塩、第４級添加剤、凝集剤など）。レオロジー調節剤は、基材への浸透を最小限に抑え、かつ／またはいくらかのコーティングの厚さを維持するような効果を発揮するために（特に、加熱硬化条件の間）、インクの粘度を制御するのに添加することができる。インク被膜のための表面改質剤を添加して、高い光沢、中程度の光沢、または低い光沢のインク画像（艶消し、艶なしなど）を実現することができる。難燃性添加剤をインクに組み込んで、コーティングされた基材の耐火性を促進させるのを助けることができる。添加剤は、プロピレングリコール、グリセリン、イソプロピルアルコール、ＰＥＧ（２００−６００）、およびグリコールエーテル、例えばＤＰＭＥ、ＰＭＡなどの特殊溶媒を含んでいてもよい。溶媒は、使用されるプリントヘッドに基づいてインクの表面張力を所望のレベルに調節できるように、ならびに、オリフィスおよび印刷された基材の両方での乾燥を制御するように、使用される。添加剤は、消泡剤、脱泡剤、抗酸化剤などを含むことができる。
【００８２】
本発明の水性ポリウレタン分散系は、プレポリマー形態および鎖延長形態の両方において、多孔質および非多孔質基材用に、インクおよび／またはインクジェット付着コーティングおよび被膜を作製するのに使用することができ、この基材には、例えば被膜および繊維材料、例えば紙、不織材料、テキスタイル、皮革、木材、コンクリート、石造物、金属、断熱材およびその他の建築材料、ファイバーグラス、ポリマー物品、巻き物、個人用保護具（フェイスマスク、医療用カーテンおよびガウン、ならびに消防士の出動服を含めた危険物質保護衣服など）などが含まれる。応用例には、紙および不織布；繊維材料；被膜、シート、複合材、およびその他の物品が含まれる。テキスタイルは、衣類、室内装飾品、テント、およびオーニングなどに使用することができる。適切なテキスタイルには、織布、不織布、または編地であろうと、天然、合成、または再生物であろうと、そのような布、糸、およびブレンドが含まれる。合成基材には、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ヒドロキシカルボン酸由来のポリエステル、ポリオールおよびポリカルボン酸由来のポリエステル、アクリル繊維または布、木綿繊維または布などが含まれる。基材は、インク受容コーティングまたは層間結合剤コーティングでプレコートすることができる（従来のコーティング技法を介して、またはインクジェットを介して）。印刷された基材の最終用途は、看板およびバナー（屋内および屋外）、ビルボード、バスの標識、購買時点広告の標示などにすることができる。適切なテキスタイルの例には、セルロースアセテート、ウール、木綿、ジュート、リネン、ポリアミド、および再生セルロース（レーヨン）などが含まれる。
【００８３】
本発明の一実施形態では、本発明のインクジェット用インクおよびインクジェットコーティング組成物を、接着剤として使用することができ、または、当業者に周知の接着剤タイプを増大させまたは補うのに使用することができる。例えば、特定の接着剤の特性は、（１種または複数の）イソシアネートのタイプおよび量；（１種または複数の）ポリオールのタイプ、量、および分子量；ならびにポリ（アルキレンオキシド）側鎖単位の量を変えることによって実現することができる。インクジェット付着技術は、顔料を含みまたは顔料を含まないインクまたはコーティングを様々なパターンでテキスタイルおよびその他の材料に付着させて、２つ以上の基材の間に精密に制御された結合線を形成するのを容易にするのに使用することができる。
【００８４】
一実施形態では、インクを作製するのに使用されるポリウレタン分散系は、米国特許第６，８９７，２８１号に記載されるものなどの通気性ポリウレタンのコーティングを形成するポリ（エチレンオキシド）など、側方に結合された非イオン性コロイド安定化ポリ（アルキレンオキシド）を有するポリウレタンをベースにし、また米国公開特許出願第２００５０００４３０６号に記載されるコア−シェルポリウレタン分散系を製造するための技法に基づく。上記特許および公開出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【実施例】
【００８５】
下記の実施例は、本発明を例示するために提示される：
実施例で使用される化学物質
ＤＢＡ＝ジブチルアミン
Ｈ１２ＭＤＩ＝Ｄｅｓｍｏｄｕｒ  Ｗ＝Ｂａｙｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製１，１’−メチレンビス−（４−イソシアナトシクロヘキサン）
ＩＰＤＩ＝イソホロンジイソシアネート
ＨＮＡは、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、およびアジピン酸から得たジオールポリエステル
ＢＡは、ブチレングリコールおよびアジピン酸から得たジオールポリエステル
ＨＡは、１，６−ヘキサンジオールおよびアジピン酸から得たジオールポリエステル
ＤＭＰＡ＝ジメチロールプロパン酸
ＦＡＳＣＡＴ（登録商標）２００３＝２−エチルヘキサン酸およびオクタン酸第１スズ
Ｈｙｄ＝３５重量％水溶液として典型的に添加された、ヒドラジン水溶液
ＮＭＰ＝１−メチル−２−ピロリドン
ＴＥＡ＝トリエチルアミン；
ＤＥＴＡ＝ジエチレントリアミン；
ＮＣＯ比は、プレポリマー中のイソシアネート基とヒドロキシル基との比である；
ＭＥＫは、メチルエチルケトンである。
【００８６】
ＰＵＤの実施例
プレポリマーステップ
ポリオール、イソシアネート、および１滴のＦＡＳＣＡＴ（登録商標）２００３触媒を、乾燥窒素のブランケット下で、２００〜２１０°Ｆ（９３〜９９℃）で混合しながら１時間半反応させた。次いで溶媒および酸を反応器に充填し、２：１のＮＣＯ：ＯＨ比を用いて、適切な残留イソシアネート（ＮＣＯ）レベルに達するまで、さらに１時間反応させた。ＮＣＯは、ＤＢＡおよび１Ｍ  ＨＣｌで滴定することによって決定した。混合物を１３０°Ｆ（５４℃）に冷却し、中和剤を充填した。１５分の混合後、混合物を、以下に示す分散および延長ステップで分散させた。
【００８７】
分散および延長ステップ
プレポリマーの一部を、約１０分間にわたり室温で脱イオン水に混合しながら充填して、ＮＣＯ末端ポリウレタンプレポリマーを形成した。２０分混合した後、エキステンダーを、鎖延長したポリウレタンプレポリマーに添加し、それによってポリウレタン粒子の水性分散系を生成した。全固形分含量、ｐＨ、粒度、およびブルックフィールド粘度が得られた。従来の消泡剤および／または界面活性剤は、所望される場合、添加することができた。揮発性溶媒を用いた場合、溶媒は、特徴付けの前に真空を介して除去した。
【００８８】
【表１】
2013527267.tif 000002
【００８９】
【表２】
2013527267.tif 000003
【００９０】
インクジェット用インク調製物
まず、水、グリセリン、イソプロピルアルコール、および予備分散顔料のマスターバッチプレミックスをブレンドすることによって、インクを調製した。顔料濃度は、最終的なインクにおいて約３％の乾燥顔料重量であった。予備分散顔料中の分散剤の量は、顔料の表面積と、顔料および分散剤の供給業者の推奨により決定した。グリセリンおよびイソプロピルアルコールは、それぞれが最終インク調合物中に約１０％の最終重量パーセンテージを有する量で、それぞれ添加した。樹脂分散系の測定された量をマスターバッチに添加して、各インク調合物に約３％の乾燥樹脂を提供した。水は、であった。
【００９１】
様々な顔料分散系を、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ  Ｃｏｒｐ．製Ｓｏｌｓｐｅｒｓｅ（商標）２７，０００；４１，０００；４１，０９０；４４，０００；４６，０００；ＢＡＳＦ製Ｅｆｋａ（商標）４５６０；またはＢｙｋ  Ｃｈｅｍｉｅ製ＤＩＳＰＥＲＳＢＹＫ（商標）１９０を使用して調製した。分散系は、Ｅｖｏｎｉｋ製カーボンブラックから調製した。乾燥顔料粉末をＣｌａｒｉａｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから得て、インクを調製した。一部の予備分散顔料は、Ｃｌａｒｉａｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから評価された。水ベースのインク分散系は、シアン、マゼンタ、黄、および黒の顔料という一般的なインクジェットの色から調製した。分散濃度は、直径０．３ｍｍのビーズを有するＥｉｇｅｒミルで約３時間ミリングしながら、顔料ごとに最適化した。全ての顔料分散系の粘度は＜２００ｃＰであり、粒度は０．５ミクロン未満であり、これらは使用される顔料のタイプに基づいて変化するものであった。Ｃｌａｒｉａｎｔ  ＯＰ−Ｔ、黒色分散系を、表３のインクの顔料として使用した。
【００９２】
顔料分散系を作製したら、この顔料分散系を、約１時間混合しながら試験樹脂と共に水、溶媒、消泡剤で希釈することによって、インクサンプルを作製した。８色のインクを作製して、インクジェットプリンタで試験をしたが、これらはシアン、マゼンタ、黄、ライトシアン、ライトマゼンタ、黒、ライトブラック、およびライトライトブラックであった。インクのそれぞれを、Ｅｐｓｏｎプリンタでの噴射に必要なレベルに、粘度および表面張力を調節した。全てのインクを、＜１．０ミクロンに通して濾過することにより、オリフィスを詰まらせることなく噴射を可能にした。試験画像を、コーティングされた状態およびコーティングされていない状態の両方に関する印画紙（艶消しおよび光沢）、テキスタイルサンプル、ＰＶＣ、ＰＰ、およびＰＥなどの異なる基材上に作製し、使用される試験基材および最終使用者の要求に基づいて、摩擦堅牢度および接着性などのそれらの印刷特性を比較した。
【００９３】
さらに、より高い粘度のインク（プリントヘッドの動作温度、２５〜７０℃で１０〜１５ｃＰ）を、同じ顔料分散系で作製し、印刷特性の試験をした。インクの表面張力は、インクサンプルの調製および試験でも考慮された。
【００９４】
試験方法
１．ブルックフィールド粘度。ブルックフィールド粘度試験は、ブルックフィールドＲＶ粘度計およびスピンドル＃３から＃６（粘度に応じて）を使用して、２０ｒｐｍおよび約７７°Ｆで行った。
【００９５】
２．粒度測定。分散系の粒度およびサイズ分布は、ガウス分布による強度平均を使用して、サブミクロン粒度測定器ＡｕｔｏｄｉｌｕｔｅＰＡＴ  Ｍｏｄｅｌ  ３７０（ＮＩＣＯＭＰ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｉｚｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）から得られた。
【００９６】
３．固形分含量。全固形分を、水分／固形分分析器ＬａｂＷａｒｅ  ９０００（商標）（ＣＥＭ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により測定した。
【００９７】
４．ｐＨ測定。ｐＨの読取りは、Ａｃｕｍｅｔ  Ｂａｓｉｃ  ｐＨ  Ｍｅｔｅｒ（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を使用して行った。
【００９８】
５．ＮＣＯ滴定。プレポリマーのサンプル（約３グラム）を、２５０ｍｌのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコに計量する。トルエン（５０ｍｌ）と、トルエン中２Ｍのジブチルアミン溶液（２０ｍｌ）とを添加し、混合物を、プレポリマーが完全に溶解するまでホットプレート上で加熱する。フラスコを、イソプロパノールで２００ｍｌまで満たす。ブロモフェノールブルー指示薬（６〜７滴）を添加し、溶液を、色が青から薄黄色に変化するまで１Ｎ  ＨＣｌ溶液で滴定する。
【００９９】
表３のインクのサンプル調製
インク調合物を、Ｅｐｓｏｎ  Ｐｒｅｍｉｕｍ  Ｇｌｏｓｓｙ  Ｐｈｏｔｏ  Ｐａｐｅｒ  ２５０およびＨＰ  Ｐｒｅｍｉｕｍ  Ｐｈｏｔｏ  Ｐａｐｅｒ  Ｓｏｆｔ  Ｇｌｏｓｓ（２４０）に、＃４  ＷＷＲで付着させ、試験前に数時間、室温で乾燥させた。
【０１００】
乾式および湿式摩擦試験
湿式および乾式摩擦を、綿棒を用いてインク表面で試験する。被膜の同じ面積に、同様の圧力で１０回摩擦を行う。評価は、インクが容易に除去されるのかまたは基板表面に固着したままになるのかについて、および表面に付いたあらゆる損傷について行う。ランク付けシステムは、下記の通りである：
１−  ほぼ全てのインクが除去される
１．５−  インクの２５〜７５％が除去される
２−  ２５％未満のインクが除去され、または表面が著しく擦り減っている
２．５−  少量のインクが除去され、かつ表面が著しく擦り減っている
３−  インクは除去されず、擦り減りが容易に観察される
３．５−  光沢および擦り減りに著しい変化がある
４−  わずかな量の擦り減りしか生じない
４．５−  光沢にわずかな変化がある
５−  擦り減りも表面損傷も全くない
引掻き試験
引掻き試験は、迅速な工業的プレスサイド評価であり、被膜の表面を指の爪の甲で引っ掻く。
１−  ２５〜１００％のインクが完全に除去される
２−  ２５％未満のインクが除去され、または表面が著しく擦り減っている
３−  インクは除去されず、擦り減りが容易に観察される
４−  わずかな量の擦り減りしか生じない
５−  擦り減りも表面損傷も全くない
Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ摩擦試験は、ＡＳＴＭ  Ｆ  ２４９７−０５である。
【０１０１】
【表３】
2013527267.tif 000004
【０１０２】
表４のインクのサンプル調製
インクジェット用インクを、プレミックス溶液と水とを混合し、その後、ポリウレタン分散系（ＰＵＤ）樹脂および最後にマゼンタ分散系を混合することによっても調製した。最終的なインクを３０分間混合させた。ｐＨ、粘度、および表面張力を、インクごとに得た。プレミックス溶液は、プロピレングリコール１４部、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル１０部、グリセリン４部、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ  ４６５  １部、Ｂｙｋ  ０２８  ０．４部、および全体で１００部になる量の水を混合することによって調製した。マゼンタ分散系は、Ｃｌａｒｉａｎｔ  Ｉｎｋ  Ｊｅｔ  Ｍａｇｅｎｔａ  Ｅ０２  １５部、水に顔料を分散させるための分散剤２４．４部、プロピレングリコール４部、Ｂｙｋ  ０２８  ０．１部、および全体で１００部になる量の水を、適切な粒度が実現されるまでミリングすることにより調製した。
【０１０３】
次いでインクを連続インク供給システムに充填し、Ｅｐｓｏｎ  Ｃ８８＋プリンタを通してＯｃｅ  ＰＳＰ８Ｇ紙上にジェット処理した。最終的な印刷特性は、であった。
【０１０４】
【表４】
2013527267.tif 000005
【０１０５】
本発明のごくわずかな実施形態について、これまで述べてきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく多くの改変を加えてもよいことを理解すべきである。全てのそのような改変は、本発明の範囲内に含めることができ、下記の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。
【国際調査報告】
2013527267.tif 000006
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