JP2019123863A - 印刷可能な接着剤としてトナーを使用する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】印刷可能な接着剤としてトナーを使用する方法を提供する。【解決手段】実施形態では、基材を接着させる方法が提供され、この方法は、ゼログラフィを介して第1の基材上に相変化材料を含む低温圧力定着トナーを配置して、第1の基材上に低温圧力定着トナーの未融着層を形成することと、低温圧力定着トナーの未融着層上に第2の基材を置くことと、低温圧力定着トナーに圧力をかけて、第1の基材と、低温圧力定着トナーから形成された接着剤層と、第2の基材とを含む接合物品を形成することとを含む。基材に接着剤を塗布する方法および接合物品も提供される。【選択図】なし

Description

接着剤は、紙、プラスチック、木材、金属などの物品をラミネートする際のラベリングおよびパッケージング、ならびに専用接着剤が電子部品の組み立てに適用される電子機器製造に広く使用されている。例えば、接着剤は、永続的または一時的なグラフィックオーバーレイ、セキュリティ文書、およびデカールを作成するのに使用される。これらの接着剤は、典型的には、高い材料使用、高い封止および取扱コスト、および長い製造サイクル時間に関連する、従来のコーティングまたはスクリーン印刷技術を使用して所望の部品に予め塗布される。さらに、スクリーン印刷可能な接着剤は、乾燥または硬化工程を必要とする溶剤媒体または低分子量モノマーを含む。したがって、接合が必要な場合にデジタル印刷技術を使用して、オンデマンドで表面上に接着剤を選択的に配置することを可能にする接着剤を塗布する方法が必要である。
本開示は、印刷可能な接着剤としてトナーを使用する方法の実例を提供する。
一態様では、基材を接着させる方法が提供される。実施形態では、方法は、ゼログラフィを介して第1の基材上に相変化材料を含む低温圧力定着トナーを配置して、第1の基材上に低温圧力定着トナーの未融着層を形成することと、低温圧力定着トナーの未融着層上に第2の基材を置くことと、低温圧力定着トナーに圧力をかけて、第1の基材と、低温圧力定着トナーから形成される接着剤層と、第2の基材とを含む接合物品を形成することと、を含む。
別の態様では、基材に接着剤を塗布する方法が提供される。実施形態では、この方法は、約10℃未満のTを有する低T非晶性樹脂と、約30℃〜約130℃の範囲のTを有する結晶性有機材料との混合物を含む相変化材料を含む低温圧力定着トナーであって、約40℃〜約70℃の範囲のTを有する高T非晶性樹脂を任意に含むこの低温圧力定着トナーを提供することと、ゼログラフィを介して基材上に低温圧力定着トナーを配置して、基材上に低温圧力定着トナーの未融着層を形成することと、低温圧力定着トナーの未融着層に約25kgf/cm〜400kgf/cmの範囲の圧力を加えて基材上に接着剤層を形成させることと、を含む。
別の態様では、接合物品が提供される。いくつかの実施形態では、接合物品は、少なくとも2つの基材と、2つの基材の間に配置された接着剤層とを含み、接着剤層は、約10℃未満のTを有する低T非晶性樹脂と、約30℃〜約130℃の範囲のTを有する結晶性有機材料との混合物を含む相変化材料を含む低温圧力定着トナーから形成され、さらに、低温圧力定着トナーは、約40℃〜約70℃の範囲のTを有する高T非晶性樹脂を任意に含む。
本開示は、例えば、様々な基材を接合して接合物品を形成するための印刷可能な接着剤としてトナーを使用する方法の実例を提供する。本発明の方法は、特定の低温圧力定着トナーを含む。本特許明細書全体を通して使用される「低温圧力定着トナー」は、基材へ塗布し、続いて主として加圧によって、すなわち加熱によると対比して、基材に定着させるために特別に設計されたトナーを指す。本発明の方法はまた、ゼログラフィを介して、例えばゼログラフィプリンタを介して、低温圧力定着トナーを塗布することを含む。したがって、本発明の方法の少なくともいくつかの実施形態は、接着剤組成物を塗布するための従来のコーティングおよびスクリーン印刷技術と比較して、より柔軟性があり、複雑さが低く、コストが低い。さらに、本発明の方法の少なくともいくつかの実施形態は、従来の方法と比較してより多様な基材の接合を可能にする。
本特許明細書全体を通して使用される、Mは数平均分子量を指し、Mは重量平均分子量を指し、この両者ともゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定することができる。用語Tはガラス転移温度を指し、これは示差走査熱量測定(DSC)によって測定することができる。用語Tは、DSCによって測定することができる溶融温度を指す。
一実施形態では、ゼログラフィを介して第1の基材上に低温圧力定着トナーを配置して、第1の基材上に低温圧力定着トナーの未融着層を形成することと、第2の基材を低温圧力定着トナーの未融着層上に置くことと、低温圧力定着トナーに圧力をかけることと、を含む方法を提供する。以下でさらに説明するように、圧力は、第1および第2の基材を一緒に接合して接合物品を形成するために、低温圧力定着トナーを接着剤層に変換するように選択することができる。第2の基材を低温圧力定着トナーの未融着層上に置く前に、初期圧力を低温圧力定着トナーの未融着層に加えて、層を部分的に定着させることができる。接合工程中または接合工程後に、第1および第2の基材の接合を容易にするために任意に熱を加えることができる。
低温圧力定着トナー
種々の低温圧力定着トナーを本方法で使用することができる。実施形態では、低温圧力定着トナーは、約10℃未満のTを有する低T非晶性樹脂と、約30℃〜約130℃の範囲内の融点を有する結晶性有機材料との混合物を含む相変化材料を含む。低T非晶性樹脂は、約10℃〜約−45℃の範囲のTを有することができる。実施形態では、低温圧力定着トナーは、約40℃〜約70℃の範囲のTを有する高T非晶性樹脂をさらに含むことができる。
低温圧力定着トナーは、適切なトナー帯電特性および貯蔵安定性を提供するために相変化材料を覆うシェルを任意に含み得る。このシェルは、約40℃〜約70℃の範囲の高T非晶性樹脂を含むことができる。高T非晶性樹脂がまた、相変化材料に含まれている場合には、シェルの高T非晶性樹脂は、混合物中の高T非晶性樹脂と同一または異なっていてもよい。
実施形態では、低温圧力定着トナーは、約10℃〜約−45℃の範囲のTを有する低T非晶性樹脂と、30℃〜約130℃の範囲内の融点を有する結晶性有機材料、および任意に、約40℃〜約70℃の範囲のTを有する高T非晶性樹脂を含む。このような相変化材料は、固体状態から、約15℃〜約70℃のような適度な温度で、約25kgf/cm〜約400kgf/cm、または約50kgf/cm〜約200kgf/cmと同様に低い圧力で、流動性相への物理的状態の変化を受けることができる。
実施形態では、相変化材料は、約10℃〜約90℃の範囲の温度で、約10kgf/cm〜約100kgf/cmでの範囲の圧力で、固体状態から約10Pa・s未満の粘度を有する流動性相への、物理的状態の変化を受ける。トナー粒子が、例えば、保管中または出荷中のトナーカートリッジ内、または現像剤ハウジングを含むプリンタの内部、または感光体または中間転写ベルトのような画像形成面上に互いに粘着しないことは非常に望ましい。実施形態では、約25kgf/cm以下、または約10kgf/cmの圧力で約10Pa・sまで相変化材料の粘度を低下させるのに必要な温度は、約50℃〜約90℃である。実施形態では、約100kgf/cm以上の圧力で約10Pa・sまで相変化材料の粘度を低下させるのに必要な温度は、約10℃〜約70℃、または約15℃〜約50℃である。
低T非晶性樹脂
実施形態では、低T非晶性樹脂は、アクリルポリマー、エチレン−酢酸ビニルポリマー、スチレン−アクリレートコポリマー、スチレン−ブタジエン−スチレンコポリマー、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンコポリマー、スチレン−エチレン/プロピレンコポリマー、スチレン−イソプレン−スチレン、ポリビニルエーテル、ポリエステル樹脂など、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。
特定の実施形態では、低T非晶性樹脂は、式Iを有するロジン酸系ポリエステル樹脂であり、
式中、Rは、アビエチン酸、ピマル酸、またはこれらの組み合わせのロジン酸であり、Rは(CH、nは2〜6および3〜6を含む、2〜8の整数であり、A、B、C、およびDは、独立して水素またはメチルであり、mは10〜10,000の整数である。
実施形態では、非晶性ポリエステルのMは約300〜約1200であり、Mは約300〜約2,000である。
低T非晶性ロジン酸系ポリエステル樹脂は、以下のスキーム1に示すように、市販のロジン酸製品(木の樹脂から誘導されたいずれもが任意に水素化されている、アビエチン酸および/またはピマル酸の族、およびそれらの混合物に例示される、式C1929COOHを有する化合物を含むことができる)をグリコールジグリシジルエーテルと反応させてロジンジオールを得、これを次に脂肪族二酸と重合させて、低Tロジン酸系ポリエステル樹脂(I)を得る。
実施形態では、式Iの化合物において、mは、10〜10,000、または10〜5,000、または10〜1000、または10〜500、または10〜100の整数である。実施形態では、mは、100〜10,000、または500〜10,000、または1,000〜10,000、または5,000〜10,000の整数である。
以下の表1に示すように、脂肪族二酸成分の長さに依存して、非常に低い低T樹脂を得ることができる。
ロジン酸系ポリエステル樹脂は、3〜20個の炭素、3〜14個の炭素、または4〜10個の炭素を有する脂肪族二酸成分を使用することができる。実施形態では、グリコールジグリシジルエーテルは、1,1−ジメチルエチレングリコールをベースとする。
実施形態では、ロジン酸系ポリエステル樹脂は、式I(上記)を有し、Rはアビエチン酸、ピマル酸、またはそれらの組み合わせであり、Rは(CHであり、nは2〜8の整数であり、A、B、C、およびDは、水素およびメチルから独立して選択され、mは10〜10,000の整数である。実施形態では、Rは、デヒドロアビエチン酸、ネオアビエチン酸、レボピマル酸、ピマル酸、サンダラコピマル酸、イソピマル酸、テトラヒドロアビエチン酸、およびそれらの組み合わせから選択される。
実施形態では、ロジン酸系ポリエステル樹脂は、約10℃〜約−45℃(約0℃〜約−45℃および約−5℃〜約−45℃を含む)の範囲のTを有する。
実施形態では、ロジン酸系ポリエステルは、以下のように形成される。2L Buchi反応器に、356.8gのForal AX(Pinovaから入手可能なロジン酸)、166gのネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル(Sigma−Aldrichから入手可能)、および0.57gのテトラエチルアンモニウムブロミド(Sigma−Aldrichから入手可能)を装填することができる。混合物を窒素下で撹拌しながら3時間にわたって175℃に加熱し、次いで得られたロジン−ジオール(スキーム2参照)の酸価が1.8mgKOH/g樹脂になるまで175℃でさらに5時間維持することができる。この混合物に、306gのプロピレングリコール(Archer−Daniels Midlandから入手可能)、844.5gのセバシン酸(Sigma−Aldrichから入手可能)および2gのTC400触媒(Elf−Atochemから入手可能)を添加することができる。混合物を6時間かけて195℃までゆっくりと加熱し、続いて樹脂の粘度が15になるまで、および13.5mgKOH/g樹脂の酸価が得られるまで減圧蒸留することができる。樹脂は排出され、室温まで冷却させることができる。
結晶性有機材料
実施形態では、結晶性有機材料は、エステル化合物(ジエステル化合物を含む)または結晶性ポリエステルである。ジエステル化合物は、置換フェニルまたはベンジルジエステルであってもよい。そのような例示的なジエステルは、以下の表2に列挙される。
実施形態では、トナー性能を向上させるため負の電荷を付与するために、表2の化合物に1つ以上の酸基、例えばカルボン酸塩またはスルホン酸塩を組み込むことが望ましい場合がある。これらの酸基は有用でもあり、そのため、材料は、低温圧力定着トナーを形成するための乳化/凝集処理に使用され得る。実施形態では、酸部分は、表2の化合物の芳香族残基上の任意の位置に配置することができる。実施形態では、ジエステルの代わりにある量のモノエステルを含むことにより、分子の一端が酸部分を有するように、酸を提供することができる。
実施形態では、結晶性有機材料は、以下のスキーム2から製造されるジエステル化合物である。
式中、Rは、飽和またはエチレン性不飽和脂肪族基である。実施形態では、Rは、少なくとも6個の炭素原子、少なくとも8個の炭素原子、100個以下の炭素原子、80個以下の炭素原子、または60個以下の炭素原子を有する。
実施形態では、ジエステル化合物は、オクタノール、ステアリルアルコール、ラウリルアルコール、ベヘニルアルコール、ミリスチルアルコール、カプリンアルコール、リノレイルアルコールなどの天然脂肪アルコールから誘導される。スキーム1は、スズ触媒例えばジブチルスズジラウレート(Fascat 4202)もしくはジブチルスズオキシド(Fascat 4100)、亜鉛触媒例えばBi cat Z、ビスマス触媒例えばBi cat 8124もしくはBi cat 8108、またはチタン触媒例えば二酸化チタンの存在下、テレフタル酸ジメチルとアルコールとを溶融物中で混合することによって行うことができる。わずかな痕跡量の触媒がプロセスに必要とされる。実施形態では、触媒は、(生成物の総重量に基づいて)約0.01重量%〜約2重量%、または約0.05重量%〜約1重量%の範囲の量で存在する。反応は、約150℃〜約250℃または約160℃〜約210℃の高温で行うことができる。無溶剤プロセスは環境的に持続可能であり、副産物の問題を排除し、また、より高い反応器スループットを意味する。
実施形態では、結晶性有機材料は、式IIを有することができ、
式中、p1は1〜40であり、q1は1〜40である。実施形態では、p1は8〜26、14〜20、または16〜18である。実施形態では、q1は8〜26、14〜20、または16〜18である。実施形態では、p1はq1と同一である。
実施形態では、結晶性有機材料はポリエステルである。結晶性ポリエステルは、二酸(またはそのジエステル)とジオールから調製することができる。有機ジオールの例としては、2〜36個の炭素原子を有する脂肪族ジオール、例えば1,2−エタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール等が挙げられる。
有機二酸の例は、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ナフタレン−2、7−ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、マロン酸およびメサコン酸、またはそれらのジエステルまたは無水物である。有機二酸は、例えば、樹脂の約40〜約50モル%の量で選択することができる。
例として、結晶性ポリエステルは、1,12−ドデカン二酸およびC3(1,3−プロピレングリコール)〜C12(1,12−ドデカンジオール)のジオールを使用して製造されている。結晶性ポリエステルは、約60℃〜約90℃のTの値を示す。例示的な結晶性ポリエステルを以下の表3に示す。
実施形態では、結晶性ポリエステルは、約30℃〜約130℃(40℃〜約100℃および50℃〜約90℃を含む)の範囲のTを特徴とする。実施形態では、結晶性樹脂は、約1,000〜約10,000のMによって特徴付けられる。実施形態では、結晶性樹脂は、約2,000〜約30,000の範囲のMによって特徴付けられる。
実施形態では、結晶性ポリエステル成分は、コアの総重量の約20重量%〜約60重量%の量で、低温圧力定着トナーのコア中に存在する。
実施形態では、低温圧力定着トナー中の結晶性樹脂と非晶性成分(例えば、低T非晶性樹脂)の重量比は、約50:50〜約95:5、約60:40〜約95:5、または約70:30〜約90:10である。
高T非晶性樹脂
様々な樹脂が、低温圧力定着トナーの高T非晶性樹脂成分のために使用されてもよい。高T樹脂のTは、低T非晶性ポリエステル樹脂のものより一般的に大きい。低温圧力定着トナーのブロッキングおよび他の所望のゼログラフィの特性を有効にするように、高T樹脂のTは、一般的に十分に高い。実施形態では、高T非晶性樹脂は、約40℃〜約70℃(約50℃〜約70℃または約55℃〜約65℃を含む)の範囲のTを有する。上記のように、高T樹脂を使用して、低温圧力定着トナー粒子のコア上にシェルを形成することができる。しかしながら、高T樹脂の一定量もコア内に含まれていてもよい。実施形態では、高T樹脂は、コアの全重量の約10重量%〜約30重量%の量で、低温圧力定着トナーのコアに存在する。
実施形態では、高T樹脂はスチレンアクリレートポリマーである。スチレンアクリレートポリマーは、スチレン、n−ブチルアクリレートのようなアルキルアクリレートおよびβ−カルボキシエチルアクリレートとのコポリマーであってもよい。モノマー成分の相対量は、所望のM、Mおよび/またはTを提供するように調節することができる。実施形態では、スチレンアクリレートコポリマーは、50℃を超える、55℃を超える、60℃を超える、または50℃〜65℃を超える範囲のTを特徴とする。実施形態では、スチレンアクリレートコポリマーは、約5,000〜約20,000のMを特徴とする。実施形態では、スチレンアクリレートコポリマーは、約15,000〜約40,000の範囲のMを特徴とする。
高Tg非晶性樹脂のために選択することができる他の例示的なアクリレートポリマーは例えば、ポリ(スチレン−アルキルアクリレート)、ポリ(スチレン−アルキルメタクリレート)、ポリ(スチレン−アルキルアクリレート−アクリル酸)、ポリ(スチレン−アルキルメタクリレート−アクリル酸)、ポリ(アルキルメタクリレート−アルキルアクリレート)、ポリ(アルキルメタクリレート−アリールアクリレート)、ポリ(アリールメタクリレート−アルキルアクリレート)、ポリ(アルキルメタクリレート−アクリル酸)、ポリ(スチレン−アルキルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(アルキルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(メチルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(エチルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(プロピルメタクリルレート−ブタジエン)、ポリ(ブチルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(メチルアクリレート−ブタジエン)、ポリ(メチルメタクリレート−イソプレン)、ポリ(エチルメタクリレート−イソプレン)、ポリ(メチルアクリルレート−イソプレン)、ポリ(エチルアクリレート−イソプレン)、ポリ(プロピルアクリルレート−イソプレン)、ポリ(スチレン−プロピルアクリルレート)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−メタクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリロニトリル)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(スチレン−1,3−ジエン−アクリル酸)、ポリ(スチレン−1,3−ジエン−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブタジエン−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブタジエン−メタクリル酸)、ポリ(スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−メタクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリロニトリル)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルメタクリレート)、ポリ(スチレン−ブチルメタクリレート−アクリル酸)、ポリ(ブチルメタクリルレート−アクリル酸)、ポリ(アクリロニトリル−ブチルアクリレート−アクリル酸)、およびこれらの混合物が挙げられる。前述のポリマー中のアルキル基は、任意のアルキル基であり、特に、例えば、メチル、エチル、プロピルおよびブチルなど、C−C12アルキル基であってもよい。
実施形態では、高T非晶性樹脂は非晶性ポリエステルである。非晶性ポリエステルは、任意選択の触媒の存在下でジオールを二酸と反応させることによって形成されてもよい。非晶性ポリエステルの調製のために利用される、ビニル二酸またはビニルジエステルを含む二酸またはジエステルの例としては、ジカルボン酸またはジエステル、例えば、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、フマル酸、ジメチルフマレート、ジメチルイタコネート、シス1,4−ジアセトキシ−2−ブテン、ジエチルフマレート、ジエチルマレエート、マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、コハク酸、無水コハク酸、ドデシルコハク酸、ドデシルコハク酸無水物、グルタル酸、無水グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、ドデカン二酸、ジメチルテレフタレート、ジエチルテレフタレート、ジメチルイソフタレート、ジエチルイソフタレート、ジメチルフタレート、無水フタル酸、ジエチルフタレート、ジメチルスクシネート、ジメチルフマレート、ジメチルマレエート、ジメチルグルタレート、ジメチルアジペート、ジメチルドデシルスクシネート、およびそれらの組み合わせが挙げられる。有機二酸またはジエステルは、例えば、樹脂の約40〜約60モルパーセント、実施形態では樹脂の約42〜約52モルパーセント、実施形態では樹脂の約45〜約50モルパーセントの量で存在してもよい。
非晶性ポリエステルの生成に利用されるジオールの例としては、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、2,2−ジメチルプロパンジオール、2,2,3−トリメチルヘキサンジオール、ヘプタンジオール、ドデカンジオール、ビス(ヒドロキシエチル)−ビスフェノールA、ビス(2−ヒドロキシプロピル)−ビスフェノールA、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、キシレンジメタノール、シクロヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ビス(2−ヒドロキシエチル)オキシド、ジプロピレングリコール、ジブチレン、およびそれらの組み合わせが挙げられる。選択される有機ジオールの量は、変動することができ、例えば、樹脂の約40〜約60モルパーセント、実施形態では樹脂の約42〜約55モルパーセント、実施形態では樹脂の約45〜約53モルパーセントの量で存在してもよい。
実施形態では、高T非晶性樹脂は不飽和非晶性ポリエステルである。そのような樹脂の例としては、米国特許第6,063,827号に開示されているものが挙げられ、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。例示的な不飽和非晶性ポリエステル樹脂には、限定するものではないが、ポリ(プロポキシル化ビスフェノールコフマレート)、ポリ(エトキシル化ビスフェノールコフマレート)、ポリ(ブチルオキシル化ビスフェノールコフマレート)、ポリ(コプロポキシル化ビスフェノールコエトキシル化ビスフェノールコフマレート)、ポリ(1,2−プロピレンフマレート)、ポリ(プロポキシル化ビスフェノールコマレアート)、ポリ(エトキシル化ビスフェノールコマレアート)、ポリ(ブチルオキシル化ビスフェノールコマレアート)、ポリ(コプロポキシル化ビスフェノールコエトキシル化ビスフェノールコマレアート)、ポリ(1,2−プロピレンマレアート)、ポリ(プロポキシル化ビスフェノールコイタコネート)、ポリ(エトキシル化ビスフェノールコイタコネート)、ポリ(ブチルオキシル化ビスフェノールコイタコネート)、ポリ(コプロポキシル化ビスフェノールコ−エトキシル化ビスフェノールコイタコネート)、ポリ(1,2−プロピレンイタコネート)、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
実施形態では、高T非晶性樹脂は、式IIIを有するポリ(プロポキシル化ビスフェノールAコフマレート)樹脂のような非晶性ポリエステルであってもよく、
式中、mは約5〜約1000であってもよい。そのような樹脂の例としては、米国特許第6,063,827号に開示されているものが挙げられ、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
低温圧力定着トナーは、所望の接合性能を提供するために、粘着付与剤または他の樹脂のような他の成分を含んでもよい。例示的な粘着付与剤には、ロジンエステル、ポリテルペン、テルフェンフェノール、これらの組み合わせなどが含まれる。すべてEastmanからの、脂肪族C5モノマー樹脂、PICCOTAC(商標)1095、水素化C5モノマー樹脂EASTOTAC(商標)H−100R、EASTOTAC(商標)H−100L樹脂、EASTOTAC(商標)H−100W樹脂、C9モノマー樹脂KRISTALEX(商標)1120、PICCOTEX(商標)75、PICCOTEX(商標)LC、PICCOTEX(商標)100炭化水素樹脂、スチレンC8モノマー樹脂PICCOLASTIC(商標)A5、PICCOLASTIC(商標)A75、水素化C9芳香族モノマー樹脂REGALITE(商標)S1100、部分水素化C9芳香族モノマー樹脂REGALITE(商標)55100、REGALITE(商標)S7175、REGALITE(商標)R1100、REGALITE(商標)R7100、REGALITE(商標)R1090、REGALITE(商標)R1125、REGALITE(商標)R9100、混合C5脂肪族およびC9芳香族モノマー樹脂PICCOTAC(商標)8095、PICCOTAC(商標)9095、PICCOTAC(商標)7050、芳香族炭化水素樹脂REGALREZ(商標)1094、水素化されたC9モノマー芳香族炭化水素樹脂REGALREZ(商標)1085、部分的に水素化されたC9芳香族モノマー樹脂REGALREZ(商標)、Cray Valleyの脂肪族C5改質石油樹脂WINGTACK(商標)10、WINGTACK(商標)95、WINGTACK(商標)98、WINGTACK(商標)86、芳香族改質石油樹脂WINGTACK(商標)ETおよび芳香族改質石油樹脂WINGTACK(商標)STSがある。接合性能を改善するために選択される樹脂の実例は、例えば、アクリル、ウレタン、フェノール、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ、ロジンエステル、ポリテルペンまたはそれらの混合物を含み得る。
実施形態では、粘着付与剤または他の樹脂は、低温圧力定着トナーの全重量の約1重量%〜約40重量%の量で、低温圧力定着トナー中に存在する。
低温圧力定着トナーには他の添加剤が存在してもよいが、ある実施形態では、トナーは着色剤を含まない(すなわち、着色剤を含んでいない)。このように、低温圧力定着トナーは鮮明なトナーとして特徴付けることができる。
低温圧力定着トナーは、上記に記載された樹脂から、従来の押出および粉砕、懸濁、SPSS(Journal of the Imaging Society of Japan,Vol.43,1,48−53,2004に記載された、Spherical Polyester Toner by Suspension of Polymer/Pigment Solution and Solvent Removal Method)、N−Capトナー中への組み込み、または乳化凝集、を含む任意の手段によって調製できる。必要に応じて、溶剤フラッシュ法または無溶剤法を含む転相乳化によって調製されたラテックスとして樹脂を提供することができる。
低温圧力定着トナーはそのまま使用してもよく、またはキャリア粒子をさらに含む現像剤組成物に配合してもよい。
米国特許第9,738,759号明細書および米国特許出願公開第2017/0017173号明細書に記載されているトナー(およびその構成要素)を含む他の低温圧力定着トナーを使用することができ、その各々はその全体が参考として援用される。
ゼログラフィおよび基材接合
上述したように、本方法の第1の工程は、ゼログラフィを介して画像様式で第1の基材(例えば、第1の基材上に直接)に低温圧力定着トナーのいずれかを配置して、第1の基材上に低温圧力定着トナーの未融着層を形成する。「ゼログラフィ」という用語は、任意のタイプのゼログラフィプリンタを介して印刷するプロセスを指す。このようなゼログラフィプリンタは、低温圧力定着トナーを第1の基材上に配置するために使用することができる。しかしながら、本方法の第1段階では、低温圧力定着トナーは未融着のままであり、即ち、圧力または熱に曝されない(または実質的な融着が起こらないように十分な偶発的な圧力/熱が加えられる)。これは、融着装置を取り外した状態でゼログラフィプリンタを使用することによって達成することができる。
用語「層」は、特定の形状または寸法を伝えることを意図していない。トナーのゼログラフィ印刷では、任意の枚数の画像を印刷することができる。同様に、低温圧力定着トナーの未融着層は、様々な形状または寸法をとることができる。さらに、用語「層」は、第1の基材のある領域が低温圧力定着トナーで完全に覆われている連続層ならびに、第1の基材のある領域が覆われ、他の領域が露出しているパターン化層の両方をも指す。層の特定の形態は、第1の基材と上にある第2の基材との間の接着が所望される場所に依存する。単位面積(TMA)当たりのトナー質量によって測定される層で低温圧力定着トナーの量は、約0.1mg/cm〜2mg/cm以上の範囲であってもよい。
第1および第2の基材に関して、選択されたゼログラフィプリンタに適合していれば、任意のタイプの基材材料を使用することができる。用語「第1の」および「第2の」は、個々の異なる基質を指すことができる。他の実施形態では、これらの用語は、同じ基材の異なる部分を指すことができる。説明のために、低温圧力定着トナーは、基材の一部に配置され、基材は、低温圧力定着トナーの未融着層の上に同じ基材の異なる部分を配置するように折り畳まれる。さらに、この異なる部分は、それ自体、本明細書に記載されているゼログラフィ印刷によって塗布された未融着低温圧力定着トナーを含んでもよい。
低温圧力定着トナーを塗布して未融着層を形成した後、第2の基材をその上に(例えば、直接その上に)置く。次に、低温圧力定着トナーに圧力を加える。この工程は、第1および第2の基材を選択された速度で定着ロールの下に(または上または上に)通過させることにより、1つまたは複数の定着ロールを介して(例えば、低温定着装置の一部として)達成され得る。定着ロールの例としては、TEFLON(登録商標)PTFEポリテトラフルオロエチレン樹脂、TEFLON(登録商標)PFAパーフルオロアルコキシ樹脂、TEFLON(登録商標)FEP、フッ素化エチレンプロピレン、DUPONT(商標)TEFLON(登録商標)AF非晶性フッ素樹脂、樹脂、または異なる樹脂の組み合わせを含むことができる。米国特許第8,541,153号に記載されているような他の定着ロール(その全体が参照により本明細書に組み込まれる)もまた使用され得る。
低温圧力定着トナーに圧力をかけることにより、未融着層を接着剤層に効果的に変換し、接着剤層は第1および第2の基材を一緒に接合して接合物品を形成する。圧力は、この変換、かくして、この接合を達成するように選択することができる。実施形態では、加圧力は約100kgf/cm以上である。これには、加圧力が約200kgf/cm以上または約400kgf/cm以上である実施形態が含まれる。実施形態では、この接合工程中に熱が加えられない(または接合プロセスに実質的に影響を与えないように熱が十分に付随する)。しかしながら、他の実施形態では、この接合工程中またはこの接合工程の後に、(例えば、ランプなどを介して)熱を加えて接合を容易にすることができる。
いくつかの実施形態では、第2の基材を低温圧力定着トナーの未融着層上に置く前に、初期圧力を低温圧力定着トナーの未融着層に加えて層を部分的に定着させることができる。しかし、この初期圧力は、一般に、第1および第2の基材の接合を達成するために加えられるその後の圧力よりも低い。実施形態では、部分的な定着を達成するために加えられる初期圧力は、約400kgf/cm未満である。これは、加えられる初期圧力は約200kgf/cm未満または約150kgf/cm未満である実施形態を含む。上記のように圧力を加えることができる。
本発明の方法は、様々な用途に使用される。例示的な用途には以下のもの含まれる:印刷された文書の縁部にゼログラフィ印刷によって低温圧力定着トナーが適用され、縁部が一緒に折り畳まれ、折り畳まれた縁部を上述のように一緒に接合する封緘書類、低温圧力定着トナーがゼログラフィ印刷によってハガキの領域(例えば、隠されるべき印刷された情報を含む。)に塗布され、ハガキのフラップがその領域の上に配置され、フラップとハガキが上述のように互いに接合される、剥離可能なポストカード、またはラベルの領域(例えば、隠されるべき印刷された情報を含む)にゼログラフィ印刷によって低温圧力定着トナーが塗布され、ラベルのフラップが領域の上に配置され、フラップとラベルが上述のように互いに接合される、はがれるように見える(peel−to−reveal)ラベル。
本方法によって製造された接合物品も本開示に包含される。したがって、一実施形態では、接合物品は、第1の基材、第2の基材、および第1および第2の基材の間の接着剤層を含み、この接着剤層は、本明細書に記載の低温圧力定着トナーのいずれかから形成される。
以下の実施例は、本開示の様々な実施形態を説明するために提示されている。これらの実施例は、例示に過ぎないことを意図し、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。また、部およびパーセンテージは、他に指示がない限り重量に基づく。この特許明細書を通じて使用される「室温」とは、約20℃〜約25℃の温度をいう。
2つの透明な低温圧力定着トナーを調製し、本開示の例示的な実証のためにゼログラフィ印刷可能な接着剤として使用した。
ラテックスの調製:結晶性ポリエステル(C10/C6CPE(ポリ1,6−ヘキシレン−ドデカノエート)(AV=10.2mgKOH/g樹脂)の50/50比の共乳化により、156.6nmサイズのラテックス))および低Tポリエステル樹脂、スキームIに従って調製されたロジン酸系ポリエステル(GS1462(AV=13.5mgKOH/g樹脂))を調製した。共乳化は、無溶剤転相法を用いて行った。具体的には、100グラムのC10/C6 CPE樹脂、100グラムのGS1462樹脂、9.98グラムの界面活性剤、Tayca Corporation(60重量%)から入手可能なTaykaおよび6.69グラムのトリエチルアミンを、2リットルBuchiガラス反応器中に測定した。反応器を10分間かけて105℃に加熱した。反応器の温度が65℃を超えると、撹拌機を始動させて混合物をゆっくり(約60rpm)撹拌した。温度が95℃を超えると、撹拌速度は200rpmに上昇し、FMI Lab Pump(Model Q3−20)を用いて320gの脱イオン水を約3.5g/分で反応器に供給した。反応器を25℃に冷却し、ラテックスを排出し、25ミクロンのふるいでふるいにかけた。得られた樹脂エマルジョンは、水中で約37.12重量%の固体から構成され、HONEYWELL MICROTRAC(登録商標)UPA150粒度分析器で測定して約167.9ナノメートルの体積平均直径を有していた。
トナー調製:オーバーヘッド撹拌機を備えた2リットルのガラス反応器に、37.39グラムのスチレンアクリレートラテックスおよび140.99グラムの上記のように調製したラテックスを添加した。スチレンアクリレートラテックスは水中固形分41.72重量%であった。スチレンアクリレート樹脂は、79重量%のスチレン、18重量%のn−ブチルアクリレートおよび3.0重量%のβ−カルボキシエチルアクリレートから構成され、63.2℃のT、13,050g/モルのMおよび36,562g/モルのMを特徴とする。2つのラテックスを均一に混合し、混合物のpHを2.63に調整し、次いでIKA Ultra−Turraxホモジナイザーを用いて4000rpmで撹拌した。次に、19.11グラムの硫酸アルミニウム溶液を、凝集剤として滴加し、連続して均質化した。その後、得られた混合物を約200rpmで撹拌しながら1℃/分の速度で室温から45℃まで加熱した。コア粒子が8.68μmの体積平均粒径に達するまで、Coulter Counterを用いて粒子サイズをモニターした。次いで、20.54グラムの同じスチレンアクリレートラテックスEP07をシェル材料として加え、体積平均粒径8.95μmのコア−シェル構造の粒子を得た。その後、1.74グラムのEDTA(39重量%)および18.80グラムの1M NaOH溶液を用いて反応スラリーのpHを7.8に上昇させて、トナーの成長を凍結させた。凍結後、反応混合物を65.0℃に加熱し、混合物のpHを0.3MのHNOを用いて7.58に減少させた。その後、反応混合物をこの温度で合体のために合計30分間維持した。トナーを急冷した。粒子の体積平均粒径は8.77μmであった。次いで、トナースラリーを室温に冷却し、ふるい分け(25μm)、濾過、その後の洗浄および凍結乾燥により分離した。
接着剤塗布手順:上記で得られたトナーを、40nmのチタニア、120nmのゾル−ゲルシリカ、40nmのシリカ、ZnStおよび二酸化セリウムを含有する標準的な添加剤パッケージと混合した。得られた現像剤を、変更されたColor560プリンタに入れ、Xerox Bold 90gsm(非コート)および120gsmコート紙上に未融着画像(約1.0mg/cm)を生成した。次いで、2枚目の紙を試験前に未融着トナーの上に置き、その後、2枚の紙を一緒に接合するために、ニップ圧力を1500psiに設定して社内のコールドプレス固定具(46mm/秒)を通過させた。接合した紙シートを、Post−it(登録商標)ノート上の接着剤によって提供されるのと同様の剥離力で剥がした。

Claims (20)

  1. 基材を接着させる方法であって、
    ゼログラフィを介して第1の基材上に相変化材料を含む低温圧力定着トナーを配置して、前記第1の基材上に前記低温圧力定着トナーの未融着層を形成することと、
    前記低温圧力定着トナーの前記未融着層上に第2の基材を置くことと、
    前記低温圧力定着トナーに圧力をかけて、前記第1の基材と、前記低温圧力定着トナーから形成された接着剤層と、前記第2の基材とを含む、接合物品を形成することと、を含む、方法。
  2. 前記第2の基材を前記第1の基材上に置く前に、前記方法は、ゼログラフィを介して前記第2の基材上に前記低温圧力定着トナーを配置して、前記第2の基材上に前記低温圧力定着トナーの未融着層を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 加える圧力が約100kgf/cm以上である、請求項1に記載の方法。
  4. 前記低温圧力定着トナーに前記圧力をかけている間またはその後に熱を加える、請求項1に記載の方法。
  5. 前記低温圧力定着トナーに前記圧力をかける前に、前記低温圧力定着トナーの前記未融着層に初期圧力を加えて前記層を部分的に定着させ、前記初期圧力がその後に加える圧力よりも低い、請求項1に記載の方法。
  6. 前記低温圧力定着トナーの前記相変化材料は、約10℃未満のTを有する低T非晶性樹脂と、約30℃〜約130℃の範囲のTを有する結晶性有機材料との混合物を含み、さらに、前記低温圧力定着トナーは、約40℃〜約70℃の範囲のTを有する高T非晶性樹脂を任意に含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記低温圧力定着トナーは、前記相変化材料の上にシェルをさらに含み、前記シェルは約40℃〜約70℃の範囲内のTを有する非晶性樹脂を含み、前記シェルの前記非晶性樹脂は、前記高T非晶性樹脂と同じかまたは異なる、請求項6に記載の方法。
  8. 前記相変化材料は、約10℃〜約90℃の範囲の温度で、約10kgf/cm〜約100kgf/cmの範囲の圧力で、固体状態から、約10Pa・sより低い粘度を有する流動性相への物理的状態の変化を受ける、請求項1に記載の方法。
  9. 約100kgf/cmの圧力で約10Pa・sに粘度を低下させるのに必要な温度は、約15℃〜約70℃である、請求項8に記載の方法。
  10. 約10kgf/cmの圧力で約10Pa・sに粘度を低下させるのに必要な温度は、約50℃〜約90℃である、請求項8に記載の方法。
  11. 前記低T非晶性樹脂がポリエステルである、請求項6に記載の方法。
  12. 前記低T非晶性樹脂は、式Iを有するロジン酸系ポリエステル樹脂であり、
    式中、Rは、アビエチン酸、ピマル酸、またはこれらの組み合わせであり、Rは(CHであり、nは2〜8の整数であり、A、B、C、およびDは、独立して、水素およびメチルから選択され、mは10〜10,000の整数である、請求項6に記載の方法。
  13. が、デヒドロアビエチン酸、ネオアビエチン酸、レボピマル酸、ピマル酸、サンダラコピマル酸、イソピマル酸、テトラヒドロアビエチン酸、およびこれらの組み合わせから選択される、請求項12に記載の方法。
  14. 前記結晶性有機材料は、エステル化合物または結晶性ポリエステルである、請求項6に記載の方法。
  15. 前記低温圧力定着トナーは、前記相変化材料または前記シェルのいずれかにおいて前記高T非晶性樹脂を含み、前記高T非晶性樹脂は、約7ミリグラム〜約25ミリグラムKOH/樹脂1グラムの範囲の酸価を有する、請求項7に記載の方法。
  16. 前記低温圧力定着トナーは、相前記相変化材料または前記シェルのいずれかにおいて前記高T非晶性樹脂を含み、前記高T非晶性樹脂は、ポリエステルであるか、またはスチレン、置換スチレン、アルキル(C1−C6)(メタ)アクリレート、シクロアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、2−カルボキシエチルアクリレート、およびこれらの混合物からなる群から選択されるモノマーから形成されるコポリマーである、請求項7に記載の方法。
  17. 前記低温圧力定着トナーは、粘着付与剤、またはアクリル系、ウレタン、フェノール系、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ、ロジンエステル、ポリテルペン、もしくはこれらの混合物からなる群から選択される別の樹脂をさらに含む、請求項6に記載の方法。
  18. 基材に接着剤を塗布する方法であって、
    約10℃未満のTを有する低T非晶性樹脂と、約30℃〜約130℃の範囲のTを有する結晶性有機材料との混合物を含む相変化材料を含む低温圧力定着トナーであって、さらに、約40℃〜約70℃の範囲のTを有する高T非晶性樹脂を任意で含む、低温圧力定着トナーを提供することと、
    ゼログラフィを介して基材上に前記低温圧力定着トナーを配置して、前記基材上に前記低温圧力定着トナーの未融着層を形成することと、
    前記低温圧力定着トナーの前記未融着層に約25kgf/cm〜400kgf/cmの範囲の圧力を加えて、前記基材上に接着剤層を形成することと、を含む、方法。
  19. 少なくとも2つの基材と、前記2つの基材の間に配置された接着剤層とを含む接合物品であって、前記接着剤層は、約10℃未満のTを有する低T非晶性樹脂と、約30℃〜約130℃の範囲のTを有する結晶性有機材料との混合物を含む相変化材料を含む低温圧力定着トナーから形成され、さらに、前記低温圧力定着トナーは、約40℃〜約70℃の範囲のTを有する高T非晶性樹脂を任意で含む、接合物品。
  20. 1つ以上の追加の基材をさらに含み、隣接する基材が、前記低温圧力定着トナーから形成された接着剤層によって隔てられている、請求項19に記載の接合物品。
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