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TWI486368B - 用於印刷包覆層之熱塑性聚胺基甲酸酯 - Google Patents

用於印刷包覆層之熱塑性聚胺基甲酸酯 Download PDF

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TWI486368B
TWI486368B TW100100794A TW100100794A TWI486368B TW I486368 B TWI486368 B TW I486368B TW 100100794 A TW100100794 A TW 100100794A TW 100100794 A TW100100794 A TW 100100794A TW I486368 B TWI486368 B TW I486368B
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diisocyanate
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TW100100794A
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Donald A Meltzer
Joseph J Vontorcik
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Lubrizol Advanced Mat Inc
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Application filed by Lubrizol Advanced Mat Inc filed Critical Lubrizol Advanced Mat Inc
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Description

用於印刷包覆層之熱塑性聚胺基甲酸酯
本發明係關於一種使用軟性熱塑性聚胺基甲酸酯組成物製得的印刷包覆層，其具有優良的壓縮變形性(compression set)及優良的耐某些溶劑(諸如環烷礦油精類)性。在本發明的印刷包覆層之印刷表面層中使用該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物係特別有益。
最常見的商業印刷方法之一為平版印刷法。在此印刷方法中，油墨在轉印至基材(諸如紙)前，先從印刷版上平版印刷至已裝配在包覆滾筒上之表面塗橡膠的印刷包覆層或圓柱套筒。典型來說，該印刷包覆層或套筒包含至少一層包含金屬或織物的基礎層，及一層從適應於攜帶及轉印液體印刷油墨的聚合橡膠材料形成之印刷表面層。該包覆層或套筒典型亦包含一中間可壓縮層。美國專利申請案公告案號2008/0070042 A1揭示出一種包含熱塑性聚胺基甲酸酯或熱塑性聚胺基甲酸酯合金層的印刷包覆層或套筒。美國專利申請案公告案號2008/0070042 A1之教導以參考之方式併入本文，其目的用來闡明可使用本發明的熱塑性嵌段共聚物來製造印刷包覆層。
現在所使用的大部分印刷表面層典型包含天然或合成橡膠材料，其需要使用溶劑來溶解橡膠材料，以便其可在數次薄通過中塗佈到基礎層上。溶劑應該在每次通過後及在硬化前被蒸發掉。再者，可以單次通過將天然或合成橡膠材料壓延到基礎層上，但是由於需要適當地控制厚度、蒸發溶劑及回收該揮發性物質而代價重大。在二者方法中，橡膠必需在壓力下硬化，此為一耗時的過程。
現在所使用的可壓縮層典型包括諸如合成橡膠、橡膠摻合物及鑄塑胺基甲酸酯之材料，其已經被加工成蜂窩狀、或泡棉、包含空洞的形式。再次，橡膠之使用典型需要使用溶劑來溶解用於加工的橡膠材料，然後必需在硬化前蒸發掉溶劑。鑄塑胺基甲酸酯亦會在加工時顯現出複雜性(如必需小心地控制其有效時間)，及此可導致混合、鑄塑及硬化困難。
當可壓縮層允許印刷表面層正位移而沒有造成影像變形時，為了有效，該可壓縮層必需具有好的抗衝擊之復原性。通常來說，包覆層之抗永久壓縮的能力決定其有用的壽命，因此可壓縮層典型為限制包覆層壽命之層。就其本身而論，將想要使用一能改善可壓縮層之抗永久壓縮變形的能力及隨後改善印刷包覆層的壽命之材料來形成該可壓縮層。
此外，在技藝中對影像轉移產物有需求，諸如從可不需要溶劑且容易加工的層所形成之印刷包覆層或套筒，其提供想要用於印刷的厚度及紋路及其具有抗永久壓縮性。
本發明提供一種包含一或多層以軟性熱塑性聚胺基甲酸酯組成物製得之層的平版印刷包覆層或套筒，其提供優良的壓縮變形及優良的抗非極性溶劑(諸如環烷礦油精類)性。該熱塑性聚胺基甲酸酯可潛在地使用在此印刷包覆層或套筒之基礎層、可壓縮層、印刷表面層及/或影像補強層中。該熱塑性聚胺基甲酸酯典型使用在壓縮層及/或印刷表面層中，及最典型為使用在印刷表面層中。使用此熱塑性聚胺基甲酸酯組成物提供超過先前所使用的聚合橡膠材料之優點，因為可不需要溶劑而提供及加工該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物。
本發明更特別顯露出一種印刷包覆層，其包含：基礎層、可壓縮層及印刷表面層，其中該可壓縮層及/或印刷表面層係包含該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物，其中該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物係藉由反應(a)至少一種聚酯多元醇中間物與(b)至少一種二異氰酸酯及(c)至少一種鏈伸長劑製得，其中該聚酯多元醇中間物包含一衍生自至少一種二伸烷基二醇及至少一種二羧酸或其酯或酐的中間物。在本發明的印刷包覆層之印刷表面層中使用該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物係特別有益。
在製造本發明之印刷包覆層時所使用的熱塑性聚胺基甲酸酯(TPU)聚合物係藉由三種反應物之反應製得。第一反應物為聚酯多元醇中間物，第二反應物為二異氰酸酯及第三反應物為鏈伸長劑。
聚酯多元醇中間物
在製造本發明之印刷包覆層時，在所使用的TPU之合成中所使用的聚酯多元醇中間物衍生自至少一種二伸烷基二醇(其它二醇可為或不為二伸烷基及可為伸烷基)及至少一種二羧酸、或其酯或酐。雖然想要包含2個終端羥基(最想要2個一級羥基)，但這些聚酯多元醇中間物可包含至少一個終端羥基，及在某些具體實例中，至少一個終端羥基及一或多個羧酸基團。該聚酯多元醇中間物通常為實質上線性或線性、具有數均分子量(Mn)在約500至約10,000的範圍內之聚酯，更典型為約1000至約4000，及通常為從約1200至約3000。在許多情況中，該聚酯多元醇將具有數均分子量在1500至2500的範圍內。
在某些具體實例中，該聚酯多元醇中間物可具有低酸數，諸如小於1.5、小於1.0或甚至小於0.8。該聚酯多元醇中間物之低酸數通常可在所產生的TPU聚合物中提供改良的水解穩定性。該酸數可藉由ASTM D-4662測量及定義為鹼的量，其以滴定在1.0克樣品中的酸性成分所需要之氫氧化鉀的毫克數表示。亦可藉由將由熟習該項調配TPU聚合物之技術者已知的水解安定劑加入至TPU來改善水解穩定性。
合適於使用來製備本發明的聚酯多元醇中間物之二伸烷基二醇可為脂肪族、環脂族、芳香族或其組合。合適的二伸烷基二醇典型為包含2至20個碳原子，更典型為包含2至14個碳原子，及最典型為包含2至8個碳原子。在許多情況中，該二伸烷基二醇將包含2至4個碳原子。但是，該二伸烷基二醇可包含4至12個碳原子或4至8個碳原子。可使用來製造聚酯多元醇中間物的二伸烷基二醇之某些典型實施例包括氧基二甲醇、二甘醇、二丙二醇、3,3-氧基二丙-1-醇、二丁二醇或其組合。在其它具體實例中，可從本發明排除一或多種所列出之二伸烷基二醇。可使用二或更多種二醇的摻合物。在某些具體實例中，單伸烷基二醇可與上述描述的二伸烷基二醇組合著使用。在其它具體實例中，使用來製備該聚酯多元醇中間物的二醇無單伸烷基二醇。
合適於使用來製備本發明的聚酯多元醇中間物之二羧酸可為脂肪族、環脂族、芳香族或其組合。合適的二羧酸典型包含2至約20個碳原子。例如，該二羧酸可包含4至16個碳原子或該二羧酸可包含6至12個碳原子。可使用的二羧酸之某些典型實施例包括琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、異酞酸、對酞酸、環己烷二羧酸或其組合。在本發明的一個具體實例中，故意從在合成該聚酯多元醇中間物中所使用的那些排除一或多種上述列出之二羧酸。
本發明的聚酯多元醇中間物亦可衍生自一或多種上述描述的二羧酸之酯或酐或此等材料之組合。合適的酐包括琥珀酸酐、烷基及/或烯基琥珀酸酐、酞酸酐及四氫酞酸酐。
本發明的聚酯多元醇中間物係藉由反應一或多種上述描述的二伸烷基二醇與一或多種上述描述的二羧酸及/或一或多種其酯或酐製備。在某些具體實例中，對每當量的酸使用多於一當量的二醇。該製備包括(1)一或多種二伸烷基二醇與一或多種二羧酸或酐之酯化反應；或(2)藉由轉酯基反應，即，一或多種二伸烷基二醇與二羧酸的酯之反應。通常以二醇對酸過量多於一莫耳之莫耳比率為較佳，以便獲得具有終端羥基優勢的線性鏈。
在本發明的一個具體實例中，該聚酯多元醇中間物與一或多種其它聚酯多元醇中間物(其為一或多種衍生自除了上述描述的那些外之多元醇的聚酯多元醇中間物)組合著使用。如於本文中所使用，本發明的聚酯多元醇中間物可包括酯與醚鏈結之混合物，但是可不僅包含醚鏈結，或在某些具體實例中，多於70%醚鏈結。在其它具體實例中，本發明的組成物實質上無或無聚醚多元醇中間物，及此等材料未使用在製備中，其中如於本文中所使用的聚醚多元醇中間物可意謂著僅包含醚鏈結之中間物，或包含少於50、40、20或甚至15百分比的酯鏈結。
二異氰酸酯
在合成TPU時所使用的第二反應物為二異氰酸酯。合適的二異氰酸酯包括：(i)芳香族二異氰酸酯類，諸如：4,4’-亞甲基雙-(異氰酸苯酯)(MDI)、二異氰酸間-茬二酯(XDI)、伸苯基-1,4-二異氰酸酯、二異氰酸1,5-萘酯、二苯基甲烷3,3’-二甲氧基-4,4’-二異氰酸酯(TODI)及二異氰酸甲苯酯(TDI)；和(ii)脂肪族二異氰酸酯類，諸如：二異氰酸異佛爾酮酯(IPDI)、二異氰酸1,4-環己酯(CHDI)、癸烷-1,10-二異氰酸酯、二異氰酸己二酯(HDI)、雙(異氰酸基甲基)環己烷(CHMDI)及二環己基甲烷-4,4’-二異氰酸酯(HMDI)。在某些具體實例中，該二異氰酸酯為4,4’-亞甲基雙(異氰酸苯酯)(MDI)。在其它具體實例中，排除一或多種所列出的二異氰酸酯。
可使用二或更多種二異氰酸酯之混合物。同樣地，可與二異氰酸酯一起使用小量具有官能基多於2的異氰酸酯(諸如三異氰酸酯)。應該避免大量具有官能基3或更多的異氰酸酯，因為它們將造成該TPU聚合物交聯。
鏈伸長劑
合適的鏈增量劑包括二醇類及可為脂肪族、芳香族或其組合。在某些情況中，該鏈增量劑為具有2至約20個碳原子的二醇。在某些具體實例中，該二醇鏈增量劑為具有約4至約12個碳原子的短鏈脂肪族或短鏈二醇，及包括例如：二甘醇、二丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,4-環己二甲醇、新戊二醇、1,9-壬二醇、1,12-十二烷二醇及其類似物。在某些具體實例中，該鏈伸長劑係獨自地包含1,6-己二醇。
亦可使用芳香族二醇類作為製得TPU的鏈伸長劑，其包括苯二醇及苯二甲醇。苯二甲醇為1,4-二(羥甲基)苯與1,2-二(羥甲基)苯之混合物。苯二醇特別包括氫醌雙(β-羥乙基)醚(HQEE)、1,3-二(2-羥乙基)苯、1,2-二(2-羥基乙氧基)苯及其組合。
在一個具體實例中，該鏈伸長劑以芳香族二醇為較佳，同時在另一個具體實例中，可使用二或更多種二醇之混合物作為在本發明的TPU中之鏈伸長劑。在其它具體實例中，可從本發明排除一或多種所列出的鏈增量劑。
亦可使用二胺類作為鏈伸長劑，如在技藝中熟知。在本發明的一個具體實例中，該鏈伸長劑包括二胺作為與一或多種上述描述的鏈增量劑組合之共鏈伸長劑。在其它具體實例中，本發明在其組成物之製備中不使用任何二胺。
製造TPU的方法
三種反應物(聚酯多元醇中間物、二異氰酸酯及鏈伸長劑)一起反應形成本發明的高分子量TPU。可使用任何已知能反應該三種反應物的方法來製造TPU。在一個具體實例中，該方法為所謂的"一次成型"方法，其中將全部三種反應物加入至擠壓反應器並反應。二異氰酸酯的當量量對包含羥基組分(也就是說，聚酯多元醇中間物及鏈伸長劑二醇)的總當量量可從約0.95至約1.10，或從約0.96至約1.02，及甚至從約0.97至約1.005。使用胺基甲酸酯觸媒的反應溫度可為約150℃至約245℃，及在其它具體實例中為170℃至220℃。
通常來說，可使用任何習知的觸媒來反應該二異氰酸酯與該聚酯多元醇中間物或鏈伸長劑。合適的觸媒之實施例包括多種鉍或錫的烷基胺、烷基醚或烷基硫醇醚，其中該烷基部分具有1至約20個碳原子，而特定實施例包括辛酸鉍、月桂酸鉍及其類似物。較佳的觸媒包括多種錫觸媒，諸如辛酸亞錫、二辛酸二丁基錫、二月桂酸二丁錫及其類似物。此觸媒的量通常為小，諸如每百萬約20至約200份(以該聚胺基甲酸酯形成反應物的總重量為準)。
該TPU亦可使用預聚物方法製備。在該預聚物途徑中，該聚酯多元醇中間物通常與當量過量的一或多種二異氰酸酯反應，以形成一在其中具有自由態或未反應的二異氰酸酯之預聚物溶液。該反應通常於合適的胺基甲酸酯觸媒存在下，在溫度約80℃至約220℃或約150℃至約200℃下進行。隨後，以通常等於異氰酸酯末端基團和任何自由態或未反應的二異氰酸酯化合物之相等量加入如上述提到的鏈伸長劑。因此，總二異氰酸酯對終端為羥基的聚酯與鏈伸長劑之總當量的整體當量比率為約0.95至約1.10，或為約0.96至約1.02及甚至為約0.97至約1.05。該鏈延伸反應溫度通常為約150℃至約245℃，或約170℃至約220℃。典型來說，該預聚物途徑可在任何習知的裝置(包括擠壓器)中進行。在此具體實例中，該聚酯多元醇中間物在該擠壓器的第一部分中與當量過量之二異氰酸酯反應以形成一預聚物溶液，隨後在下游部分處加入該鏈伸長劑及與該預聚物溶液反應。可使用任何習知的擠壓器，包括配備有具有長度對直徑比率至少20(及在某些具體實例中至少25)的障壁螺桿之擠壓器。
在一個具體實例中，在其進料末端與其模具末端間具有多重加熱區域及多重進料埠之單或雙螺旋槳擠壓器中混合該等成份。可在一或多個進料埠處加入該等成份，及可對引出該擠壓器的模具末端之所產生的TPU組成物進行小球化。
在某些具體實例中，組分(a)，該聚酯多元醇中間物包括聚(己二酸二甘醇酯)；組分(b)，該二異氰酸酯包括4,4’-亞甲基雙-(異氰酸苯酯)；及組分(c)，該鏈增量劑包括丁二醇、HQEE(氫醌雙(2-羥乙基)醚)；或其組合。
該TPU可具有硬度至少60或70蕭氏(Shore)A單位，如藉由ASTM D-2240測量。該TPU可具有抗拉強度至少10、15、17或甚至17.9 MPa，及最終拉伸多於300%、500%或甚至600%，如藉由ASTM D-412測量。該TPU可具有格雷夫氏(Graves)撕裂值至少5或5.6公斤/毫米，如藉由ASTM D-624，使用模具C測量。該組成物可具有塔伯(Taber)磨耗每H-18/1000旋轉不多於或少於100、50、40或甚至35毫克，如藉由ASTM D-3389或D4060-95測量。該組成物可具有重量平均分子量從60,000至500,000或從80,000至300,000。該組成物可具有每10分鐘少於50、40或甚至35克的熔體流動指數，如藉由ASTM D-1238程序，在桶溫度190℃及3.8公斤活塞負載下測量。
額外的添加劑
在製造本發明之印刷包覆層時，所使用的TPU組成物可進一步包括適當量之額外有用的添加劑。這些選擇性的額外添加劑包括不透明顏料、著色劑、礦物及/或惰性摻合料、安定劑(包括光安定劑)、潤滑劑、UV吸收劑、加工助劑、抗氧化劑、抗臭氧化劑及其它如想要的添加劑。有用的不透明顏料包括二氧化鈦、氧化鋅及鈦黃。有用的著色顏料包括碳黑、黃色氧化物、棕色氧化物、原及煅富鐵黃土(sienna)或棕土(umber)、氧化鉻綠、鎘顏料、鉻顏料、及其它混合的金屬氧化物及有機顏料。有用的摻合料包括矽藻土(諸如來自CA 93438的隆波克塞里塑料股份(有限)公司(Celite Corporation of Lompoc)之超級牙線(Superfloss)矽藻土防黏添加劑)、黏土、二氧化矽、滑石、雲母、矽灰石、硫酸鋇及碳酸鈣。若須要時，可使用有用的安定劑(諸如抗氧化劑)及包括酚抗氧化劑及有機磷酸鹽。有用的潤滑劑包括金屬硬脂酸鹽、烷烴石蠟油及醯胺蠟。有用的UV吸收劑包括2-(2’-羥基酚)苯并三唑類及2-羥基二苯甲酮類。亦可使用添加劑來改善該TPU聚合物之水解穩定性。上述描述的這些選擇性額外添加劑每種可存在於本發明之組成物中或從其中排除。
當存在時，將以習知程度包含這些額外的添加劑，其典型在0.01重量百分比至5重量百分比之範圍內及更典型為0.1重量百分比至約2重量百分比(以該TPU組成物的總重量為準)。這些範圍可分別應用至每種存在於該組成物中之額外添加劑或全部額外添加劑的全部。此等添加劑可在反應期間加入以形成該TPU，但是正常為在隨後的化合步驟中加入。
包含聚合物的摻合物
本發明的TPU聚合物可與第二(額外)聚合物摻合以形成一聚合物摻合物。如於本文中所定義之合適的第二聚合物可為同元聚合物或共聚物。該第二聚合物可為其它聚合物之摻合物，及可進一步包括任何額外的添加劑，諸如抗降解劑、摻合料、加工助劑、顏料、著色劑、潤滑劑及抗黴菌及抗微生物劑。
該第二聚合物可包括：
(i)聚烯烴(PO)，諸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丁基橡膠、聚丁烯、乙烯丙烯橡膠(EPR)、EPDM、腈橡膠(NBR)、聚氧乙烯(POE)、環狀烯烴共聚物(COC)或其組合；
(ii)苯乙烯類，諸如聚苯乙烯(PS)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、苯乙烯丙烯腈(SAN)、苯乙烯丁二烯橡膠(SBR或HIPS)、聚　甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯苯乙烯(MS)、苯乙烯馬來酸酐(SMA)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBC)(諸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)及苯乙烯-乙烯/丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS))、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯共聚物(SEPS)、苯乙烯丁二烯乳液(SBL)、以乙烯丙烯二烯單體(EPDM)改質的SAN及/或丙烯酸彈性體類(例如，PS-SBR共聚物)、或其組合；
(iii)熱塑性聚胺基甲酸酯(TPU)；
(iv)聚醯胺，諸如耐綸TM ，包括聚醯胺6,6(PA66)、聚醯胺1,1(PA11)、聚醯胺1,2(PA12)、共聚醯胺(COPA)或其組合；
(v)丙烯酸聚合物，諸如聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯或其組合；
(vi)聚氯乙烯(PVC)、氯化的聚氯乙烯(CPVC)或其組合；
(vii)聚甲醛，諸如聚縮醛；
(viii)聚酯，諸如聚對酞酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、共聚酯及/或聚酯彈性體(COPE)(包括聚醚-酯嵌段共聚物，諸如經二醇改質的聚對酞酸乙二酯(PETG)聚乳酸(PLA))、或其組合；
(ix)聚碳酸酯(PC)、聚苯撐硫醚(PPS)、聚苯撐醚(PPO)或其組合；
或其組合。
如於本文中所使用，聚氯乙烯(PVC)、乙烯基聚合物或乙烯基聚合物材料指為乙烯基鹵化物及亞乙烯基鹵化物的同元聚合物及共聚物，及包括後鹵化的乙烯基鹵化物，諸如CPVC。這些乙烯基鹵化物及亞乙烯基鹵化物之實施例有氯乙烯、溴乙烯、偏二氯乙烯及其類似物。該乙烯基鹵化物及亞乙烯基鹵化物可彼此共聚合，或每種與一或多種具有至少一個終端CH2 =C<群集之可聚合的烯系單體共聚合。至於此烯系單體的實施例，可提及的有,-烯烴不飽和羧酸類，諸如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、-氰基丙烯酸及其類似物；丙烯酸的酯類，諸如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸氰乙酯、丙烯酸羥乙酯及其類似物；甲基丙烯酸的酯類，諸如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯及其類似物；腈類，諸如丙烯腈、甲基丙烯腈及其類似物；丙烯醯胺類，諸如甲基丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、N-丁氧基甲基丙烯醯胺及其類似物；乙烯醚類，諸如乙基乙烯基醚、氯乙基乙烯基醚及其類似物；乙烯基酮類；苯乙烯及苯乙烯衍生物，諸如，-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯苯乙烯及其類似物；乙烯基萘、氯醋酸烯丙基及乙烯基酯、醋酸乙烯酯、乙烯基吡啶、甲基乙烯基酮；二烯烴類，包括丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯及其類似物；及其它由熟習該項技術者已知之可聚合的烯系單體型式。在一個具體實例中，該基礎聚合物包括聚氯乙烯(PVC)及/或聚對酞酸乙二酯(PET)。
在製造本發明之印刷包覆層時，所使用的TPUs為軟的、提供耐溶劑性、具有優良的抗壓縮變形及拉伸變形性。例如，當根據ASTM D412在23℃下測試時，所使用的TPU典型在200%應變下提供少於20%的拉伸變形，較佳為少於15%及最佳為少於10%。它們亦提供超過1000磅/平方英寸[6.9×106 巴斯卡(pascals)]的高抗拉強度及大於500%的伸長至斷裂。該TPU具有大於1500磅/平方英寸(1.0×107 巴斯卡)的抗拉強度將亦較佳，及具有大於2000磅/平方英寸(1.4×107 巴斯卡)的抗拉強度將最佳。
印刷包覆層
根據本發明的一個觀點提供一種印刷包覆層或套筒，其包含至少一基礎層、一可壓縮層及一印刷表面層，其中該印刷表面層係包含該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物。該TPU可選擇性與腈橡膠、COPA、COPE或PVC合金。
在本發明的一個具體實例中，該包覆層或套筒的基礎層可包括織物、金屬或聚合材料。在另一個具體實例中，該基礎層可包含熱塑性聚合物或熱塑性聚合物合金。該可壓縮層可包含橡膠似的聚合材料。在本發明的較佳具體實例中，該可壓縮層係包含該TPU或該TPU之合金。
根據本發明的另一個觀點提供一種印刷包覆層或套筒，其包含一包含該TPU或其合金之基礎層，及一包含熱塑性聚合物或熱塑性聚合物合金的印刷表面層。該印刷包覆層或套筒可進一步包括一配置於該基礎層與該印刷表面層間之可壓縮層，其中該可壓縮層包含熱塑性聚合物或熱塑性聚合物合金且可在其中具有空洞。在此具體實例中，該印刷表面層較佳為包含熱塑性聚合物合金，及更佳為熱塑性聚合物/腈合金。
此具體實例的印刷包覆層或套筒可進一步包括一配置在該印刷表面層下之影像補強層。該影像補強層可包括織物、TPU或TPU的合金。以該影像補強層包含具有蕭氏A硬度大於該印刷表面層的蕭氏A硬度之TPU為較佳。以該影像補強層具有蕭氏A硬度在約55至95間為較佳。
此具體實例的印刷包覆層或套筒可更包括一或多層配置在該基礎層與該印刷表面層間之補強織物層。若在該架構中包含影像補強層時，以該補強織物層配置在該影像補強層下為較佳。根據本發明的另一個觀點提供一種製造包含可壓縮層的印刷包覆層或套筒之方法，其包括提供一基礎基材織物或套筒；提供呈熔融形式包含空洞產生材料之TPU或其合金來源；將該TPU或其合金擠壓在該基礎基材或套筒之實質上全部表面上，以在上面形成一可壓縮層；及在該可壓縮層上提供一印刷表面層。
該空洞產生材料係選自於由預膨脹的微球體、未膨脹的微球體及吹泡劑所組成之群。再者，該等空洞可藉由併入可浸濾材料(其隨後在該層形成後移除)，或藉由將空氣拍入熱塑性聚合物(當其在熔融狀態時)中產生。
在該方法的一個具體實例中，該空洞產生材料包含未膨脹的微球體，及該擠壓TPU的方法更包括膨脹該微球體。在可替代的具體實例中，該空洞產生材料包含未膨脹的微球體，其中該微球體藉由在該可壓縮層之擠壓後加熱而膨脹。在本發明的另一個具體實例的中，提供一種製造包含可壓縮層的印刷包覆層或套筒之方法，其包括提供一包含基材網或套筒的基礎層；將包含熱塑性聚合物或熱塑性聚合物合金之可壓縮層塗佈至該基材網或套筒；及將一印刷表面層提供在該可壓縮層上。在此具體實例中，該可壓縮層可呈膜或薄片形式，其積層至該基礎層。該基礎層可包含織物、金屬、聚合物或熱塑性聚合物或熱塑性聚合物合金。該印刷表面層可包含橡膠、TPU或TPU的合金。
在本發明的又另一個具體實例中，該製造印刷包覆層或套筒的方法包括提供一包含基材網或套筒的基礎層，及在該基礎層上提供一印刷表面層；其中該基礎層及印刷表面層包含TPU或TPU的合金。此外，本發明的具體實例之特徵為提供一種印刷包覆層或套筒，其中從熱塑性聚合物或熱塑性聚合物合金形成該基礎層、可壓縮層或印刷表面層之至少一種。
TPUs的性質對使用作為在印刷包覆層或套筒架構中之層提供明顯的加工優點。使用這些TPU合金在設計具有想要的性質以使用在平版印刷之印刷包覆層或套筒中提供彈性。再者，該TPUs在加工時不需要使用溶劑，此節省時間、成本、及在加入、乾燥及回收溶劑(除了初始的溶劑購買外)上的努力。再者，該TPUs不需要如使用在包覆層架構中的習知橡膠材料般硬化，此獲得額外的製程時間及能量節省。這些TPUs亦提供可容易地著色及再循環之優點。再者，這些TPUs在廣泛的溫度範圍內維持其彈性體行為，及它們具有高跳回能力及改良的內聚力強度，此對併入其之印刷包覆層或套筒產生較長的壽命。
現在參照第1圖，本發明的一個具體實例顯示出該印刷包覆層10之形式。將察知，如顯示在包覆層架構中的層亦可應用至套筒架構。該印刷包覆層10顯示出包含基礎層12、可壓縮層15及印刷表面層18。該包覆層可選擇性包括額外的層，諸如例如，織物補強疊層或層14及影像補強疊層或層17。該多種包覆疊層或層可使用合適的黏著劑13彼此穩固。在顯示出的具體實例中，基礎層12包含一織物層。應瞭解可在該架構中包含多於一層基礎層。在此具體實例中，該印刷表面層18包含該TPU或該TPU之合金，但是可此外包含一聚合橡膠材料。
再者，該基礎層可包含該TPU或該TPU的合金，當將該印刷包覆層放置在張力下時其提供支撐。若該印刷包覆層繃緊時，該基礎層應該具有使該包覆層容易繞著印刷圓柱均勻繃緊的摩擦係數。此可隨著使用TPU、TPU的合金、以纖維補強的TPU或TPU與紡織織物的複合物達成。若該印刷包覆層未繃緊時，可使用金屬基礎層，或可使用任何上述TPU材料，只要它們提供想要的摩擦性質。
該可壓縮層15可包含TPU及/或TPU的合金。該TPU或TPU的合金可藉由在TPU材料內引進空洞來形成可壓縮層。這些空洞可藉由使用包括併入預膨脹的微球體、未膨脹的微球體(其隨著該起始材料之熱加工膨脹)或使用吸熱或放熱性吹泡劑之技術引發。其它合適的技術包括併入及隨後移除可浸濾的添加劑、機械拍擊該材料及/或併入低沸點液體添加劑。
控制空洞規格及空洞含量百分比之能力依引進空洞的方法而變化。使用微球體將空洞引進TPU中為較佳。微球體可在TPU丸粒形成前併入TPU化合物中或作為在熱加工(諸如擠壓)期間的添加劑，如在下列解釋。
當使用預膨脹的微球體時必需小心，以便空洞不被依靠剪切的熱加工(諸如擠壓)破壞。對使用在本發明中來說，以使用未膨脹的微球體為較佳。此微球體隨著加熱膨脹，及可在擠壓期間加入且當該TPU混合物離開擠壓模頭(如在下列描述)時或在擠壓隨著施加額外的熱後膨脹。空洞規格藉由適當施加的熱、冷卻速率及在層形成及/或積層物期間施加至該層的壓力來控制。預膨脹或未膨脹的微球體之空洞含量百分比為空洞規格、加入的球數及其在可壓縮層內的均勻分佈之函數。
該TPU可壓縮層以使用已分散在例如乙烯醋酸乙烯酯中之未膨脹的微球體且具有蕭氏A硬度約55至70之熱塑性聚合物來製造為較佳。將微球體併入TPU中的合適方法揭示在歐洲專利申請案EP 1 174 459 A1及EP 1 233 037 A2、及PCT申請案WO 01/10950、及WO 00/44821中，其主題以參考之方式併入本文。
若該TPU可壓縮層使用膨脹的微球體製造時，該TPU在塗佈製程期間的溫度應該保持低於該微球體之膨脹溫度，以便膨脹的量將在該可壓縮層的加工期間保持固定。若該TPU可壓縮層使用未膨脹的微球體製造時，該TPU可在擠壓期間僅加熱至或稍微高於該TPU之膨脹溫度，以便在或靠近擠壓模頭出口處發生該膨脹。然後，讓該仍然軟的TPU通過校準夾以達成想要的規格。再者，該TPU的溫度可在擠壓製程期間保持在低於微球體之膨脹溫度，隨後僅帶至或稍微高於微球體之膨脹溫度。於此情況中，該TPU的軟化點應該與微球體之膨脹溫度相當緊密地相配，以便其可考慮到膨脹而變形。將該TPU之溫度提高至微球體的膨脹溫度之一種方法為讓包含該未膨脹的微球體之經擠壓的TPU膜通過已加熱的夾子或一系列已加熱的夾子，以便該複合物的溫度逐漸提高至微球體之膨脹溫度及在壓力下發生膨脹，以控制該可壓縮層的總規格。此溫度超過在化合及擠壓期間所到達的溫度，允許該材料軟化及微球體在壓力下膨脹，控制膨脹的量。或者，吸熱及/或放熱性吹泡劑可在TPU之初始化合/製造期間及在TPU丸粒(pellet)形成前或較佳為在熱加工期間引進該TPU材料中。吹泡劑分解(當到達其活化溫度時)及在分解後釋放出氣體。吸熱性吹泡劑在分解期間吸收能量及趨向於釋放出比放熱性試劑較少之氣體，大約110毫升/克。此吹泡劑在製造較細及更均勻的泡沫上有用。
放熱性吹泡劑在分解期間放出能量及趨向於釋放出比吸熱性試劑更多的氣體，大約220毫升/克。它們在產生具有較大空洞規格的泡沫上有用。空洞規格及空洞含量百分比依吹泡劑的量及型式、加熱、冷卻速率及在層形成及積層期間施加至該層的壓力而定。
亦可在化合階段或在熱加工期間將可浸濾的添加劑(諸如多種鹽類、糖類或其它選擇性可溶的材料)加入至TPU。一旦併入該可浸濾的添加劑，空洞將不被引發直到該TPU層形成。在此處，必需將該TPU層帶至與適當溶劑(其將溶解或浸濾出該添加劑而沒有降解該層)接觸。隨著從而移除該添加劑，空洞餘留在該層中。這些空洞的規格由所選擇的微粒添加劑之規格決定，同時該空洞含量的百分比為該添加劑的量及分佈與移除程度之函數。
亦可使用機械拍擊該熔融的TPU對該層引進空洞。例如，當TPU已經藉由熱加工藉由擠壓或其它方法熔化時，可藉由機械方法攪拌TPU，以便併入空氣或其它氣體。此機械方法可包括攪拌、加熱、拍擊或將空氣或其它氣體強迫混合進入該熔融材料中之任何其它機械方法。或者，可將空氣或其它氣體注入該熔融TPU中及混合以將該空氣整體均勻地分散。然後，可將該經拍擊/混合的材料形成適當層。空洞規格及空洞含量百分比藉由拍擊/混合方法的劇烈性、引進的空氣或氣體量、及藉由拍擊/混合設備(諸如攪拌器、螺旋槳及槳)的幾何形狀來機械地控制。
亦可在TPU的熱加工期間併入低沸點液體添加劑，諸如碳氟化合物或碳氯化合物。但是，必需小心地進行該液體及熱加工參數之選擇，以便該液體在沸騰前於TPU內充分地混合。當沸騰發生時會於材料內形成空洞，而當TPU材料在層形成期間冷卻時，會將其保留。空洞規格及空洞含量百分比係由所加入的液體量及型式、加熱與冷卻之平衡、及在形成及積層期間施加至該層的壓力決定。
雖然該可壓縮層於本文中已經描述為包含TPU層，亦應該察知在某些包覆層/套筒架構中，該可壓縮層可包含一聚合橡膠層。此可壓縮的聚合橡膠層可併入如上所述的空洞。該可壓縮層具有厚度以約0.006英吋至約0.100英吋(約0.15毫米至2.54毫米)為較佳，及更佳為約0.010英吋至約0.060英吋(約0.25毫米至1.5毫米)。
該基礎層厚度典型為約0.010英吋至約0.026英吋(約0.25毫米至0.66毫米)，及該印刷表面層厚度典型在約0.010英吋至0.025英吋(約0.25毫米至0.64毫米)間。但是，應瞭解該基礎層及印刷表面層之厚度可依所選擇用於該層的材料及想要完成的包覆層/套筒性質而變化。
在製造包含熱塑性聚合物可壓縮層15的印刷包覆層或套筒之較佳方法中，在印刷包覆層或套筒上提供基礎層12，及將該熱塑性聚合物可壓縮層擠壓或壓延(呈熔融形式)或積層(隨著使用加熱及/或黏著劑)至基礎層。印刷表面層18可藉由黏著劑黏合、加熱積層或直接擠壓或壓延施加至可壓縮層15。
第2圖闡明本發明呈印刷套筒20形式的另一個具體實例，其中在套筒中的全部層已經從熱塑性聚合物或熱塑性聚合物合金形成。將察知，如顯示在套筒架構中的層亦可應用至包覆層架構。如所顯示出，該套筒包括基礎層22、選擇性可壓縮層24、選擇性影像補強層26及印刷表面層28。
該基礎層22係包含一低拉伸、高抗拉強度、如上所述的TBC及/或TBC合金。該選擇性影像補強層26當存在時配置在該印刷表面層28下及較佳為包含硬的TPU合金，其作用為穩定該印刷表面層28及保護在下面的可壓縮層24。可如想要地藉由選擇TPU材料以提供一種調整及變化產物的進料速率之方法來修改該影像補強層的厚度、硬度及拉伸，如特別的印刷機設計所需要般。此提供改良而超過先前已使用作為影像補強層的紡織材料。
該影像補強層具有蕭氏A硬度範圍從70至95為較佳，及更佳為約80至90。該TPU材料與其它聚合物或其它合適的加工助劑摻合為較佳，以減少在加工時的黏性及輔助。
在顯示於第2圖的具體實例中，印刷表面層28包含相對軟及未塑化的TPU及/或TPU合金。合適的TPU合金包括腈橡膠、異丁烯-異戊二烯、聚硫醚橡膠、EPDM三元共聚物、天然橡膠及苯乙烯丁二烯橡膠。該合金可更包括摻合料及/或表面處理。
該印刷表面層包含TPU/腈橡膠合金及礦物添加劑(諸如滑石)。所包含的滑石以在約1%至35%間之負載為較佳及作用為在機械表面修飾(研磨)製程期間的輔助，即，其作用以減少在研磨期間的磨擦熱積聚。
該印刷表面層較佳為具有巴肖而回跳(Bashore rebound)少於40%，及平均表面粗糙度少於約0.5微米。「巴肖而回跳」意謂著遵循ASTM 2632測量該層的垂直回跳。
可藉由在將TPU或TPU合金材料塗佈到該包覆層/套筒複合物上之前或後熱形成來提供該印刷表面曲線之想要的特徵。或者，該想要的表面曲線可藉由磨蝕/研磨機械地授予，或在該TPU材料塗佈至包覆層/套筒複合物後化學蝕刻或浸濾。
在該基礎層、選擇性可壓縮層、選擇性影像補強層及印刷表面層各者皆包含TPU或TPU合金之具體實例中，此等層可以無或經支持的膜形式提供。該等層可藉由在技藝中熟知的黏合方法黏附至該包覆層架構的毗連層，或藉由熱積層或直接擠壓到該包覆層架構上。該等層亦可經擠壓積層或經狹縫模具塗佈至毗連層，或可與毗連層共擠壓。應瞭解，該等層亦可使用習知的黏著劑黏著。或者，包含該等層的TPU材料可藉由施加熱軟化，如此它們作用為黏著劑。
在本發明之實行中，可將織物層併入該架構中，只要該包覆層或套筒邊緣經密封及/或該織物已充分地由合適的TPU材料滲入，以防止溶劑/化學品的毛細作用。若該印刷包覆層或套筒層主要包含TPU或TPU合金時，容易地藉由加熱該包覆層的曝露邊緣，允許該熱塑性材料軟化及一起流動而達成邊緣密封。或者，可隨著對曝露邊緣加熱而加入額外的TPU或TPU合金。所加入的TPU或TPU合金將由於其熱塑性本質而容易地黏合至該包覆層截面。
若使用一或多層織物層作為補強層(例如，如顯示在第1圖中)時，較佳的織物具有約4至16%的拉伸及每英吋60磅(每公分27.21公斤)的最小抗拉強度。該織物層的邊緣可如上所述以TPU材料密封或滲入TPU或TPU合金，如此維持想要的性質及該織物不再保持明顯的毛細性質。
在該包覆層或套筒包括一包含TPU或TPU合金泡棉的可壓縮層之具體實例中，該包覆層或套筒應該較佳具有靜態壓縮性約0.14至0.22毫米(在1060 kPa下)或約0.21至0.29毫米(在2060 kPa下)。該包含可壓縮層的包覆層或套筒亦應該具有動態厚度損失少於約0.025毫米。該包覆層或套筒亦應該具有抗溶劑/膨脹性。較佳的是，在蒸餾水中，該包覆層或套筒應該具有少於2.5%的體積膨脹；在3.125%潤版液中，少於3.0%；在10%潤版液中，少於3.5%；及在包覆層清洗中，少於2.0%。
本發明藉由下列實施例闡明，其全然用於闡明的目的而不視為限制本發明之範圍或可實行其的方式。除非有特別指示出，否則份及百分比皆以重量表示。
實施例1-4
在此實驗中，使用相同的共通程序合成一系列的TPU聚合物。所使用的程序包括將多元醇與鏈伸長劑之摻合物及二異氰酸酯分別地加熱至在表1中具體指定的溫度，然後混合該等成份。在約0.5至3分鐘(在此時間期間倒空該反應容器)內對明顯增加的反應觀察該反應混合物之黏性，及允許該聚合物慢慢地冷卻至室溫。在合成此系列TPUs中所使用的組分及所製造之TPUs的物理特徵亦表示於表1中。
在環烷溶劑中，於23℃下老化該TPUs 7天，在此時間後，再次測試抗拉強度及拉伸。亦在25%壓縮，於23℃下22小時後測量所製造的TPUs之壓縮變形。
如可從表1之檢閱看見，該TPUs在23℃下曝露至環烷溶劑7天後高程度保留抗拉強度及拉伸。在此系列實驗中所製造的TPUs亦具有低程度壓縮變形及體積膨脹。此外，此TPU對使用來製造印刷包覆層具有優良的性質組合。
雖然為了闡明本發明的目的已經顯示出某些典型具體實例及細節，熟知此技藝之人士將明瞭，可在其中做多種改變及修改而沒有離開本發明的範圍。
10．．．印刷包覆層
12、22．．．基礎層
13．．．黏著劑
14．．．織物補強層
15．．．可壓縮層
17．．．影像補強層
18、28．．．印刷表面層
20．．．印刷套筒
24．．．選擇性可壓縮層
26．．．選擇性影像補強層
第1圖為一包含可壓縮層之印刷包覆層的透視圖，其中該可壓縮層係包含熱塑性聚胺基甲酸酯(TPU)。
第2圖為一印刷套筒的截面，其包括TPU基礎層、TPU可壓縮層及TPU印刷表面層。

Claims (16)

  1. 一種印刷包覆層，其包含基礎層、可壓縮層及印刷表面層，其中該可壓縮層及/或該印刷表面層係包含熱塑性聚胺基甲酸酯組成物，其中該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物係藉由反應下列材料製得：(a)至少一種線性聚酯多元醇中間物與(b)至少一種二異氰酸酯及(c)至少一種芳香族鏈伸長劑，其中該聚酯多元醇中間物包含一衍生自二甘醇與己二酸的中間物。
  2. 如申請專利範圍第1項之印刷包覆層，其中該二異氰酸酯係選自於由下列所組成之群：4,4’-亞甲基雙-(異氰酸苯酯)、二異氰酸己二酯、3,3’-二甲基聯苯基-4,4’-二異氰酸酯、二異氰酸間-茬二酯、伸苯基-1,4-二異氰酸酯、萘-1,5-二異氰酸酯、二苯基甲烷-3,3’-二甲氧基-4,4’-二異氰酸酯、二異氰酸甲苯酯、二異氰酸異佛爾酮酯、二異氰酸1,4-環己酯、癸烷-1,10-二異氰酸酯及二環己基甲烷-4,4’-二異氰酸酯；及其中該鏈伸長劑係選自於由下列所組成之群：氫醌雙(β-羥乙基)醚、1,3-二(2-羥乙基)苯、雙酚乙氧基化物類及1,2-二(2-羥基乙氧基)苯。
  3. 如申請專利範圍第1項之印刷包覆層，其中該聚酯多元醇中間物係包含聚(己二酸二甘醇酯)；其中該二異氰酸酯包含4,4’-亞甲基雙-(異氰酸苯酯)；及其中該鏈伸長劑係選自於由氫醌、間苯二酚、雙酚乙氧基化物類及兒茶酚所組成之群。
  4. 如申請專利範圍第1項之印刷包覆層，其中該聚酯多元醇組分係實質上無聚醚多元醇。
  5. 如申請專利範圍第1項之印刷包覆層，其中該印刷表面層係包含該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物。
  6. 如申請專利範圍第5項之印刷包覆層，其中該印刷表面包含該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物與選自於由腈橡膠、聚氯乙烯及熱塑性彈性體所組成之群的聚合材料之合金。
  7. 如申請專利範圍第5項之印刷包覆層，其中該基礎層係包含一選自於由織物、金屬及聚合物材料所組成之群的材料。
  8. 如申請專利範圍第7項之印刷包覆層，其中該可壓縮層係包含橡膠。
  9. 如申請專利範圍第7項之印刷包覆層，其中該可壓縮層係配置在該基礎層與該印刷表面層間。
  10. 如申請專利範圍第9項之印刷包覆層，其中該印刷包覆層更包含一配置在該印刷表面層下的影像補強層，及其中該影像補強層係包含該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物及一織物。
  11. 如申請專利範圍第10項之印刷包覆層，其中該影像補強層具有一蕭氏(Shore)A硬度，其大於該印刷表面層的蕭氏A硬度。
  12. 如申請專利範圍第11項之印刷包覆層，其中該影像補 強層具有一蕭氏A硬度，其在約55至約95之範圍內。
  13. 如申請專利範圍第1項之印刷包覆層，其更包含一配置在該印刷表面層下的補強織物層。
  14. 如申請專利範圍第4項之印刷包覆層，其中該印刷表面包含該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物與選自於由共聚酯及共聚醯胺所組成之群的聚合材料之合金。
  15. 如申請專利範圍第4項之印刷包覆層，其中該印刷表面包含該熱塑性聚胺基甲酸酯組成物與額外的熱塑性聚胺基甲酸酯之合金。
  16. 如申請專利範圍第1項之印刷包覆層，其中該聚酯多元醇中間物包括實質上無醚鏈結的額外聚酯多元醇中間物。
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