[发明专利]水性阳离子聚氨酯分散体

说明书

发明领域

本发明涉及水性阳离子聚氨酯分散体（PUD）的组合物和制备，其中通过任选被中和和/或季铵化的叔氨基（例如束缚的叔胺基（在侧链中的胺基）或每个端点具有多个叔氨基的端位叔氨基）增强了该聚氨酯的分散性和性能。这种分散体可用于各种应用中，包括数字印刷、油墨接收性基材、纸和纤维玻璃胶料、涂料、粘合剂、包装物、医学制品、个人护理用品和家庭护理用品。 

发明背景 

数字印刷（包括喷墨和激光）是将图像或数据从计算机直接复制到介质上的方法。两者都可以进行数据或图像的快速显影和定影。尽管存在很多优点，但在使用数字技术时也存在一些问题，包括例如以下的问题：防水性差（也称作染料涂污）、色泽稳定性差以及空白区域变黄。另一图像质量上的关键因素是吸收,或者说液体油墨结合到固体介质中的情况如何，以及它在最终数据或图像外观中的作用如何。在将油墨施用到介质上时，其应当保持在致密的对称点上，否则该油墨点就将开始羽化，或以不规则方式扩散以覆盖比数字印刷机所希望得到的略大的区域。结果就是图像或数据显示模糊，由其是在目标物和文字的边缘处，这也称作毛细化（wicking）。已经进行了大量的努力以改善这些潜在的问题。 

EP1068959A1公开了在主链上具有叔胺的阳离子聚氨酯树脂，这些胺被硫酸二乙酯季铵化或被乙酸中和。不使用多元醇，所得到的聚合物可溶于水且制备为具有低固含量（20-30wt%）的含溶剂的水溶液。FR2,934,777涉及能够是阳离子的或能够制成阳离子的的聚氨酯组合物。其还涉及使用该聚氨酯的化妆品处理工艺。 

US6,140,412公开了用作防水喷墨接收涂层的阳离子聚氨酯水溶液，其中用乙酸中和主链中的叔氨基。在包含二甲基甲酰胺溶剂的稀水溶液（总固含量小于20wt%）形式中仅得到了低分子量产物（重均分子量小于8,000g/mol）。 

US6,358,306公开了在侧链中包含叔胺基的亲水性聚合物（包括聚氨酯），其未被中和或季铵化。因为在合成中使用了水溶性聚乙二醇多元醇，因此本发明的示例被限定于在有机溶剂中的聚合，且最终产物是在有机溶剂中的聚合物溶液。未预测和示例束缚胺用于水生产物的独特特征。 

US2008090949涉及阳离子聚氨酯分散体，其中通过二环氧化合物与仲胺的反应产物引入叔胺基。这种方法的限制是目标仅从用一个碳原子从主链上除去叔氮且该tether连接的主链上的固定原子仅能够是碳二不能是另一氮原子。这种途径的实施中的另一显著障碍是其需要额外的合成步骤，且为了得到最大的分散性，仲胺中的最优选的烷基将需要是甲基，这将会需要在有害的且可燃性很高的二甲胺中在升高的温度（70℃）操作，二甲胺具有=7℃的沸点且与空气形成爆炸混合物。为此，US2008090949中的简化最佳实施方式限制为二丁基胺。 

发明概述 

本发明涉及水性阳离子聚氨酯分散体，其包括具有叔氨基的聚氨酯的水分散体，该叔氨基在优化氨基与含水介质的相互作用的位置上连接到氨基甲酸酯上，例如a）连接到聚氨酯主链上的受束缚叔氨基或b）连接在端部的包含多个叔氨基的叔氨基，其中该氨基任选地被酸中和和/或被季铵化，其中“束缚”解释为表示包含叔胺的基团从氨基甲酸酯主链侧垂且该叔胺基与该氨基甲酸酯主链间隔至少两个间隔原子，该间隔原子例如选自由碳、氮、氧组成的组，优选为碳。 

特别地，本发明涉及环境友好的（即具有显著低的溶剂含量的）具有高固含量和低粘度的阳离子聚氨酯（优选具有高的分子量）的水 分散体。 

该分散体能够用于具有优越性质（例如毛细化减少、抗磨损性提高、颜色不失真和干燥速率较快）的油墨接收涂层（例如用于喷墨打印油墨的接收涂层），本发明的氨基甲酸酯的其他有用性质包括对阴离子基材的亲和性和作为在水中的分散体与数字印刷和其他上述应用中常用作辅助助剂的阳离子物质和多价金属离子的相容性。 

发明详述 

定义 

以下术语具有如下所述的定义： 

受束缚胺基是指胺基的位置远离聚合物主链。在这种排列中，多个胺基与所述主链通过间隔基团相连。这种布局能够如下图所示：