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生物基聚酯膠乳的制造方法與工藝

文檔序號(hào):11293584閱讀:401來源:國(guó)知局
生物基聚酯膠乳發(fā)明背景本發(fā)明涉及適合用于膠乳組合物的(部分)生物基共聚多酯、用于制備所述共聚多酯的方法,所述方法通過使為異脫二水己六醇(isohexide)的第一二醇、環(huán)二羧酸和(第二)二醇共聚。本發(fā)明還涉及一種包含所述共聚多酯的膠乳組合物和用于制備這樣的膠乳的方法。本發(fā)明還涉及包含所述聚酯膠乳的噴墨油墨。膠乳為聚合物納米顆?;蛭⒚最w粒在液體(優(yōu)選水)中的穩(wěn)定的分散體?,F(xiàn)有技術(shù)膠乳-油墨包含構(gòu)成油墨的主要固體部分的樹脂和在水中分散的著色劑。為了調(diào)節(jié)油墨性質(zhì),可使用添加劑,例如助溶劑和/或分散劑。在膠乳-油墨中常用的樹脂為基于石油化學(xué)的合成的聚酯和/或聚丙烯酸類。通常,所用的聚酯使用鄰苯二甲酸酯和/或雙酚A作為單體合成。這樣的單體越來越成為關(guān)于健康問題的討論要點(diǎn)。此外,提高的油價(jià)可使得基于石油化學(xué)的(聚合的)材料過于昂貴,并且因此不適于多種應(yīng)用,特別是當(dāng)用于具有短使用壽命的產(chǎn)品時(shí)。因此,日益需要用于聚合的材料(在本情況下,特別是聚酯)的原料的其它資源,其不具有健康問題或至少健康問題程度較少,并且優(yōu)選廉價(jià)。在“短壽命”或一次性產(chǎn)品,例如在用于印刷臨時(shí)文件(例如,報(bào)紙、雜志、私人郵件、廣告材料等)的油墨中施用這樣的聚合物也需要該聚合物可生物降解。包含具有改善的生物降解性的聚合物的油墨可顯示更好的脫墨性,原因是油墨組分將更容易分解和在再循環(huán)過程中從紙纖維分開。具有改善的脫墨性,可提高再循環(huán)紙的品質(zhì)。已將異脫二水己六醇(即,異山梨醇、異二縮甘露醇和異艾杜醇(isoidide))確定為對(duì)于許多應(yīng)用的可再生的原料的感興趣的來源。異脫二水己六醇容易由可再生的資源(例如糖和淀粉)制備。例如,異山梨醇(也稱為D-異山梨醇)可由D-葡萄糖通過氫化隨后酸催化的脫水來制備。包含異脫二水己六醇作為單體的聚合物(生物-酯)以它們的生物降解性而眾所周知。US6,485,819B2公開了一種為以下的反應(yīng)產(chǎn)物的共聚多酯:(a)一種或多種芳族二羧酸或其酯;(b)一種或多種脂族二羧酸或其酯;和(c)異山梨醇。US6,485,819還公開了這樣的聚酯可用于形成具有提高的生物降解性的制品。US6,762,276公開了一種用于氫化含有對(duì)苯二甲酸殘基的聚酯低聚物的方法,其中將對(duì)苯二甲酸殘基轉(zhuǎn)化為1,4-環(huán)己烷二羧酸的殘基。還公開了一種用于聚合該氫化聚酯低聚物的方法。US4,418,174公開了二脫水甘露醇(異二縮甘露醇)、二脫水山梨醇(異山梨醇)和二脫水甘露醇半酯和二脫水山梨醇半酯為用于生產(chǎn)基于聚酯的含水烘烤噴漆的杰出的原料。所公開的含水烘烤噴漆為包含以下的組合物:(A)10-90重量%的平均分子量Mn為1000-10000的聚酯;(B)10-50重量%的反應(yīng)性稀釋劑,其應(yīng)理解為稀釋樹脂粘合劑的低粘度材料,因此賦予漆其施用所需的粘度,含有能使混合縮合物與漆樹脂(A)混合聚合的官能團(tuán),并且在硬化過程(即,固化)期間,主要變?yōu)橛不崮さ慕M分。因此,反應(yīng)性稀釋劑也用作交聯(lián)劑;(C)至多50重量%的水;和(D)0-40重量%的氨基塑料樹脂。所述百分比基于組分A、B和D的總和。由現(xiàn)有技術(shù)已知的(共)聚酯和(共)聚酯組合物并非為用于膠乳,或特別是用于膠乳油墨而優(yōu)化。為了適用于膠乳油墨,樹脂必須滿足可能與材料特性沖突的許多規(guī)格要求。例如,對(duì)于膠乳油墨,需要不過于脆的(連結(jié)料)樹脂,以得到良好的印刷耐劃性。這解釋為在膠乳中聚合物的性質(zhì),其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)不能過于遠(yuǎn)離印刷的使用溫度,通常為環(huán)境溫度。另一方面,對(duì)于印刷的抗堵塞要求(即,在壓力和熱量下,油墨從印刷品到另一個(gè)底材的不希望的轉(zhuǎn)移),重要的是粘合劑材料具有足夠高的軟化點(diǎn),即,Tg。兩個(gè)要求彼此沖突。對(duì)于印刷的抗堵塞性質(zhì)和耐水性,還需要樹脂防水,即,排斥水,這解釋為印刷的油墨的疏水性。就本發(fā)明的目的而言,尋求可噴射的油墨,即,適用于噴墨過程的油墨。因此,本發(fā)明的一個(gè)目的是提供適用于膠乳(特別是膠乳油墨)的(部分)生物基聚酯,其具有令人滿意的抗堵塞性質(zhì)、耐水性和噴射性。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于制備這樣的(部分)生物基共聚多酯的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于制備(部分)生物基聚酯的膠乳組合物的方法。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供膠乳,特別是包含(部分)生物基聚酯粘合劑的膠乳油墨,其具有至少部分滿足上述要求的所述性質(zhì)。發(fā)明概述通過提供共聚多酯至少部分實(shí)現(xiàn)這些目的,所述共聚多酯得自30-50mol%,優(yōu)選35-47mol%,更優(yōu)選40-45mol%的為異脫二水己六醇的第一單體;40-60mol%,優(yōu)選45-55mol%,更優(yōu)選47-52mol%的為芳族二羧酸或脂環(huán)族二羧酸的第二單體;和1-20mol%,優(yōu)選3-15mol%,更優(yōu)選5-10mol%的為脂族二醇的第三單體,所述共聚多酯具有10-50,優(yōu)選12-45,更優(yōu)選15-35的酸值。本發(fā)明的共聚多酯通過使上述量的第一單體、第二單體和第三單體反應(yīng)而得到,如后文所說明。在化學(xué)中,酸值(或“中和值”或“酸值”或“酸度”)表示為中和1克化學(xué)物質(zhì)所需的氫氧化鉀(KOH)的質(zhì)量,以毫克計(jì)。酸值衡量在化學(xué)化合物(例如,本發(fā)明的聚酯)中或在化合物的混合物中羧酸基團(tuán)的量。在典型的過程中,使用具有已知濃度的氫氧化鉀溶液和使用例如酚酞的顏色指示劑或通過使用組合電極(電勢(shì)滴定)滴定溶解于溶劑中的已知量的樣品。酸值不應(yīng)低于10,低于10可導(dǎo)致聚酯在水中的非常不穩(wěn)定的分散體(膠乳)。聚酯可能沉淀。酸值也不應(yīng)超過50,因?yàn)槿绻哂谠撍?,則聚酯可能溶解。因此,在上述酸值范圍以外,難以或甚至不可能得到聚酯在水中的分散體。發(fā)明詳述現(xiàn)在參考圖1來詳細(xì)說明本發(fā)明:圖1顯示適于噴射本發(fā)明的油墨的噴墨印刷組件的示意性表示。用于制造本發(fā)明的(部分)生物基共聚多酯的材料第一單體:異脫二水己六醇就本發(fā)明的目的而言,術(shù)語異脫二水己六醇用于表示1,4:3,6-二脫水己糖醇的所有三種立體-異構(gòu)體,如下所示。異山梨醇異二縮甘露醇異艾杜醇式1在一個(gè)實(shí)施方案中,異脫二水己六醇為異山梨醇。異山梨醇為衍生自葡萄糖的雜環(huán)化合物,因此為生物原料。葡萄糖可氫化為山梨醇,其當(dāng)雙脫水時(shí),得到異山梨醇。然而,上述異脫二水己六醇也可合成得到。第二單體:二酸原則上,所有二酸適于與異脫二水己六醇聚合,但是在根據(jù)本發(fā)明的一方面的應(yīng)用中,優(yōu)選所得到的聚酯為無定形的。還優(yōu)選所得到的聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為30℃-90℃,更優(yōu)選40℃-75℃,甚至更優(yōu)選50℃-65℃。通過向聚合物中引入鏈勁度,可提高Tg。因此,優(yōu)選使用環(huán)二酸來提供鏈勁度,其可為芳族二酸或脂環(huán)族二酸。環(huán)可含有雜原子(例如,O、N、S、P等),并且環(huán)尺寸可為4-14個(gè)原子,優(yōu)選5-8個(gè)原子,更優(yōu)選6或7個(gè)原子。脂族或芳族環(huán)可任選被含有雜原子的基團(tuán)取代。從環(huán)境的角度,比起脂環(huán)族二酸,較不優(yōu)選芳族二酸。如果使用脂環(huán)族二酸,優(yōu)選保持小的環(huán)尺寸,以提供所需的鏈勁度。然而,環(huán)尺寸不應(yīng)過小,原因是在聚酯中不期望的環(huán)的張力,其對(duì)聚合物的降解敏感。最優(yōu)選5、6或7個(gè)原子的環(huán)尺寸。第二單體可選自或衍生自芳族二羧酸,例如鄰苯二甲酸(phtalicacid)、間苯二甲酸(isophtalicacid)、對(duì)苯二甲酸(terephtalicacid)、2,5-呋喃二羧酸、2,5-噻吩二羧酸、2,5-吡咯二羧酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、3,4’和4,4’-二苯基醚二羧酸、3,4’和4,4’-二苯基硫醚二羧酸、4,4’-二苯基砜二羧酸、3,4’和4,4’-二苯甲酮二羧酸和1,4-萘二羧酸。2,5-呋喃二羧酸為優(yōu)選的芳族二羧酸,原因是其可衍生自生物原料。在一個(gè)實(shí)施方案中,第二單體為具有包含4-12個(gè)碳原子和任選的一個(gè)或多個(gè)雜原子的環(huán)的脂環(huán)族二羧酸,環(huán)優(yōu)選包含5-8個(gè)碳原子并且不含雜原子。合適的第二單體為選自或衍生自但不限于以下的脂環(huán)族二羧酸:環(huán)丁烷-1,2-二羧酸、環(huán)丁烷-1,3-二羧酸、環(huán)戊烷-1,2-二羧酸、環(huán)戊烷-1,3-二羧酸、環(huán)己烷-1,2-二羧酸、環(huán)己烷-1,3-二羧酸、環(huán)己烷-1,4-二羧酸、環(huán)庚烷-1,2-二羧酸、環(huán)庚烷-1,3-二羧酸、環(huán)庚烷-1,4-二羧酸、環(huán)辛烷-1,2-二羧酸、環(huán)辛烷-1,3-二羧酸、環(huán)辛烷-1,4-二羧酸、環(huán)辛烷-1,5-二羧酸、環(huán)壬烷-1,2-二羧酸、環(huán)壬烷-1,3-二羧酸、環(huán)壬烷-1,4-二羧酸、環(huán)壬烷-1,5-二羧酸、環(huán)十二烷-1,2-二羧酸、環(huán)癸烷-1,2-二羧酸、環(huán)癸烷-1,3-二羧酸、環(huán)癸烷-1,4-二羧酸、環(huán)癸烷-1,5-二羧酸、環(huán)癸烷-1,6-二羧酸、環(huán)十一烷-1,2-二羧酸、環(huán)十一烷-1,3-二羧酸、環(huán)十一烷-1,4-二羧酸、環(huán)十一烷-1,5-二羧酸、環(huán)十一烷-1,6-二羧酸、環(huán)十二烷-1,2-二羧酸、環(huán)十二烷-1,3-二羧酸、環(huán)十二烷-1,4-二羧酸、環(huán)十二烷-1,5-二羧酸、環(huán)十二烷-1,6-二羧酸、環(huán)十二烷-1,7-二羧酸。在環(huán)中具有一個(gè)或多個(gè)不飽和度的單體也是合適的。這樣的單體可選自或衍生自但不限于:1-環(huán)丁烯-1,2-二羧酸、2-環(huán)丁烯-1,2-二羧酸、3-環(huán)丁烯-1,2-二羧酸、1-環(huán)丁烯-1,3-二羧酸、1-環(huán)戊烯-1,2-二羧酸、2-環(huán)戊烯-1,2-二羧酸、3-環(huán)戊烯-1,2-二羧酸、1-環(huán)戊烯-1,3-二羧酸、3-環(huán)戊烯-1,3-二羧酸、4-環(huán)戊烯-1,3-二羧酸、1-環(huán)己烯-1,2-二羧酸、2-環(huán)己烯-1,2-二羧酸、3-環(huán)己烯-1,2-二羧酸、4-環(huán)己烯-1,2-二羧酸、1-環(huán)己烯-1,3-二羧酸、3-環(huán)己烯-1,3-二羧酸、4-環(huán)己烯-1,3-二羧酸、1-環(huán)己烯-1,4-二羧酸、2-環(huán)己烯-1,4-二羧酸、1-環(huán)庚烯-1,2-二羧酸、2-環(huán)庚烯-1,2-二羧酸、3-環(huán)庚烯-1,2-二羧酸、4-環(huán)庚烯-1,2-二羧酸、1-環(huán)庚烯-1,3-二羧酸、3-環(huán)庚烯-1,3-二羧酸、4-環(huán)庚烯-1,3-二羧酸、5-環(huán)庚烯-1,3-二羧酸、1-環(huán)庚烯-1,4-二羧酸、2-環(huán)庚烯-1,4-二羧酸、4-環(huán)庚烯-1,4-二羧酸、5-環(huán)庚烯-1,4-二羧酸、1-環(huán)辛烯-1,2-二羧酸、2-環(huán)辛烯-1,2-二羧酸、3-環(huán)辛烯-1,2-二羧酸、4-環(huán)辛烯-1,2-二羧酸、5-環(huán)辛烯-1,2-二羧酸、1-環(huán)辛烯-1,3-二羧酸、3-環(huán)辛烯-1,3-二羧酸、4-環(huán)辛烯-1,3-二羧酸、5-環(huán)辛烯-1,3-二羧酸、6-環(huán)辛烯-1,3-二羧酸、1-環(huán)辛烯-1,4-二羧酸、2-環(huán)辛烯-1,4-二羧酸、4-環(huán)辛烯-1,4-二羧酸、5-環(huán)辛烯-1,4-二羧酸、6-環(huán)辛烯-1,4-二羧酸、1-環(huán)辛烯-1,5-二羧酸和2-環(huán)辛烯-1,5-二羧酸。其它合適的二羧酸可衍生自以上引用的單體并且含有一個(gè)或多個(gè)取代基。在一個(gè)實(shí)施方案中,脂環(huán)族二羧酸為1,4-環(huán)己烷二羧酸。第三單體:第二二醇在一個(gè)實(shí)施方案中,第三單體為具有以下通式的二醇:式2其中:-R1為包含1-13個(gè)碳原子和任選的一個(gè)或多個(gè)雜原子的任選取代的雙官能基團(tuán);-R2和R3獨(dú)立地選自-H和包含1-12個(gè)碳原子和任選的一個(gè)或多個(gè)雜原子的任選取代的烷基。在一個(gè)實(shí)施方案中,R2和R3基團(tuán)中的至少一個(gè)為包含1-12個(gè)碳原子和任選的一個(gè)或多個(gè)雜原子的任選取代的烷基。可引入這樣的第二二醇,以進(jìn)一步調(diào)節(jié)所得到的聚酯的耐水性和Tg。在最優(yōu)的情況下,主鏈(即,HO-C-R1-OH)不應(yīng)過長(zhǎng),優(yōu)選共包含2或3個(gè)碳原子,使得R1包含1或2個(gè)任選被取代的碳原子。出乎預(yù)料地發(fā)現(xiàn),包含為二醇的第二單體的單體單元并且具有短主鏈的本發(fā)明的聚酯的耐水性顯著改善。然而,所述較短的主鏈可在所得到的聚酯鏈中引入更多剛性,可能導(dǎo)致不期望的高Tg。因此,在二醇的所述主鏈上引入至少一個(gè)具有2-14個(gè)原子的側(cè)鏈。為了防止所得到的聚酯結(jié)晶,第二二醇的側(cè)鏈的長(zhǎng)度不應(yīng)超過14個(gè)原子。合適的第三單體為選自或衍生自但不限于以下的二醇:1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇(1-甲基-1,2-乙二醇、異丙二醇)、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇(1-甲基-1,3-丙二醇)、1,2-丁二醇(1-乙基-1,2-乙二醇)、2,3-丁二醇(1,2-二甲基-1,2-乙二醇)、1,5-戊二醇、1,4-戊二醇(1-甲基-1,4-丁二醇)、1,3-戊二醇(1-乙基-1,3-丙二醇)、1,2-戊二醇(1-丙基-1,2-乙二醇、1-正丙基-1,2-乙二醇、1-異丙基-1,2-乙二醇)、2,4-戊二醇(1,3-二甲基-1,3-丙二醇)、2,3-戊二醇(1-甲基-2-乙基-1,2-乙二醇)、1,6-己二醇、1,5-己二醇(1-甲基-1,5-戊二醇)、1,4-己二醇、1,3-己二醇,1,2-己二醇、2,5-己二醇、2,4-己二醇、2,3-己二醇、3,4-己二醇、1,7-庚二醇、1,6-庚二醇(1-甲基-1,6-己二醇)、1,5-庚二醇(1-乙基-1,5-戊二醇)、1,4-庚二醇(1-丙基-1,4-丁二醇)、1,3-庚二醇(1-丁基-1,3-丙二醇、1-正丁基-1,3-丙二醇、1-仲丁基-1,3-丙二醇、1-叔丁基-1,3-丙二醇)、1,2-庚二醇(1-戊基-1,2-乙二醇)、1,8-辛二醇、1,7-辛二醇(1-甲基-1,7-庚二醇)、1,6-辛二醇(1-乙基-1,6-己二醇)、1,5-辛二醇(1-丙基-1,5-戊二醇)、1,4-辛二醇(1-丁基-1,4-丁二醇)、1,3-辛二醇(1-戊基-1,3-丙二醇)、1,2-辛二醇(1-己基-1,2-乙二醇)、1,9-壬二醇、1,8-壬二醇(1-甲基-1,8-辛二醇)、1,7-壬二醇(1-乙基-1,7-庚二醇)、1,6-壬二醇(1-丙基-1,6-己二醇)、1,5-壬二醇(1-丁基-1,5-戊二醇)、1,4-壬二醇(1-戊基-1,4-丁二醇)、1,3-壬二醇(1-己基-1,3-丙二醇)、1,2-壬二醇(1-庚基-1,2-乙二醇)、1,10-癸二醇、1,9-癸二醇(1-甲基-1,9-壬二醇)、1,8-癸二醇(1-乙基-1,8-辛二醇)、1,7-癸二醇(1-丙基-1,7-庚二醇)、1,6-癸二醇(1-丁基-1,6-己二醇)、1,5-癸二醇(1-戊基-1,5-戊二醇)、1,4-癸二醇(1-己基-1,4-丁二醇)、1,3-癸二醇(1-庚基-1,3-丙二醇)、1,2-癸二醇(1-辛基-1,2-乙二醇)、1,11-十一烷二醇、1,10-十一烷二醇(1-甲基-1,10-癸二醇)、1,9-十一烷二醇(1-乙基-1,9-壬二醇)、1,8-十一烷二醇(1-丙基-1,8-辛二醇)、1,7-十一烷二醇(1-丁基-1,7-庚二醇)、1,6-十一烷二醇(1-戊基-1,6-己二醇)、1,5-十一烷二醇(1-己基-1,5-戊二醇)、1,4-十一烷二醇(1-庚基-1,4-丁二醇)、1,3-十一烷二醇(1-辛基-1,3-丙二醇)、1,2-十一烷二醇(1-壬基-1,2-乙二醇)、1,12-十二烷二醇、1,11-十二烷二醇(1-甲基-1,11-十一烷二醇)、1,10-十二烷二醇(1-乙基-1,10-癸二醇)、1,9-十二烷二醇(1-丙基-1,9-壬二醇)、1,8-十二烷二醇(1-丁基-1,8-辛二醇)、1,7-十二烷二醇(1-戊基-1,7-庚二醇)、1,6-十二烷二醇(1-己基-1,6-己二醇)、1,5-十二烷二醇(1-庚基-1,5-戊二醇)、1,4-十二烷二醇(1-辛基-1,4-丁二醇)、1,3-十二烷二醇(1-壬基-1,3-丙二醇)、1,2-十二烷二醇(1-癸基-1,2-乙二醇)、1,13-十三烷二醇、1,12-十三烷二醇(1-甲基-1,12-十二烷二醇)、1,11-十三烷二醇(1-乙基-1,11-十一烷二醇)、1,10-十三烷二醇(1-丙基-1,10-癸二醇)、1,9-十三烷二醇(1-丁基-1,9-壬二醇)、1,8-十三烷二醇(1-戊基-1,8-辛二醇)、1,7-十三烷二醇(1-己基-1,7-庚二醇)、1,6-十三烷二醇(1-庚基-1,6-己二醇)、1,5-十三烷二醇(1-辛基-1,5-戊二醇)、1,4-十三烷二醇(1-壬基-1,4-丁二醇)、1,3-十三烷二醇(1-癸基-1,3-丙二醇)、1,2-十三烷二醇(1-十一烷基-1,2-乙二醇)、1,14-十四烷二醇、1,13-十四烷二醇(1-甲基-1,13-十三烷二醇)、1,12-十四烷二醇(1-乙基-1,12-十二烷二醇)、1,11-十四烷二醇(1-丙基-1,11-十一烷二醇)、1,10-十四烷二醇(1-丁基-1,10-癸二醇)、1,9-十...
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