JP2022135397A - ホットメルト接着剤及び接着物の製造方法 - Google Patents

ホットメルト接着剤及び接着物の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】より短時間で強い接着力を発現可能なホットメルト接着剤。【解決手段】熱可塑性樹脂及び第1の結晶性材料を含有するホットメルト接着剤であって、該ホットメルト接着剤の示差走査熱量測定において、150℃まで昇温した後の10℃/minでの降温過程において観測される発熱ピークのうち、最も高さが高いピークのピーク温度をTc(℃)とし、該降温過程の後の10℃/minでの昇温過程において観測される吸熱ピークのうち、最も高さが高いピークのピーク温度をTm(℃)としたとき、Tm-Tcが、20.0℃以上70.0℃以下であり、該ホットメルト接着剤のテトラヒドロフラン可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定された重量平均分子量Mwが、100000以上400000以下であることを特徴とするホットメルト接着剤。【選択図】なし

Description

本開示は、主に紙媒体を接着するのに用いられるホットメルト接着剤及び該ホットメルト接着剤による接着物の製造方法に関する。
接着剤とは物質の間に介在することによって物質を結合することのできる物質であり、接着剤を使用して接着すると外観が良好で異種材料の結合も可能であり、耐久性に優れた接着物が得られる。従って、様々な接着剤が家具、建築、土木、電気・電子、自動車、梱包剤(箱やラミネート)、医療品、一般家庭などあらゆる分野で利用されている。
接着剤には様々な分類があるが、一般家庭で良く用いられる液体のりを代表とする液体接着剤と、ホットメルト接着剤を代表とする固体接着剤に分類することができる。液体接着剤の一般的なメリットとして接着力が強いことが挙げられる一方、デメリットとして接着に時間がかかってしまうという課題がある。これは以下の理由による。液体接着剤は被着物へ塗布されると紙など被着物の凹凸に入り込み、接着剤中の水分又は溶剤が蒸発して固化することによって接着力を発現する。そのため、蒸発乾固するまでに時間がかかるため接着力の発現には時間がかかる。一方、固化するまでに時間がかかるからこそ、被着物の凹凸に入り込んでアンカー効果を発現するため強い接着力を発現することが可能である。
逆に、固体接着剤の一般的なメリットとして接着に時間がかからないことが挙げられる一方、デメリットとして接着力が弱いという課題がある。これは以下の理由による。ホットメルト接着剤などの固体接着剤は被着物へ塗布される直前、又は塗布後に熱などで軟化されて被着物の凹凸に入り込むことができるようになり、その後冷えることによって固化して接着力を発現する。そのため、冷却固化までの時間は蒸発乾固と比較すると速やかである。固化するまでの時間が短いため、接着に時間がかからないメリットがある一方、凹凸に入り込む前に固化しやすいため、十分なアンカー効果が得られにくく、強い接着力が得られにくい。そこで、固体接着剤と液体接着剤のメリットを併せ持つような接着剤、つまり短時間で強い接着力を発現可能な接着剤が求められている。
短時間で強い接着力を発現する接着剤の技術としては、例えば特許文献1にラジカル重合反応により素早く強靭な接着力を発現する2液型接着剤の技術が開示されている。固体接着剤側からのアプローチとしては、特許文献2に反応性ホットメルト接着剤の技術が開示されている。
特開2009-293015号公報 特開2003-277717号公報
特許文献1のような2液型接着剤は比較的短時間で強靭な接着力を発現することが可能な優れた技術である。一方で、このような技術は、硬化する際にラジカル重合を始めとした化学反応を利用するため、接着物がラジカルアタックを受けるなど意図せぬダメージを受けることがある。特に、紙への印刷物において、紙へのダメージと共に印刷した着色剤へダメージが及ぶこともある。また、接着時間は比較的短時間ではあるものの特許文献1
に記載の通り数分間~60分間の時間がかかるため、より短時間での接着技術が求められる。
特許文献2のような反応性ホットメルト接着剤は冷却固化による素早い初期接着の後、湿気硬化させて優れた接着力を発現させる技術である。この技術も最終的な接着物は優れた接着力を発現しているが、湿気硬化させるための時間が課題である。
本開示は、固体接着剤と液体接着剤のメリットを併せ持つような接着剤、つまり、より短時間で強い接着力を発現可能なホットメルト接着剤、及び該ホットメルト接着剤を用いた接着物の製造方法を提供する。
熱可塑性樹脂及び第1の結晶性材料を含有するホットメルト接着剤であって、
該ホットメルト接着剤の示差走査熱量測定において、
150℃まで昇温した後の10℃/minでの降温過程において観測される発熱ピークのうち、最も高さが高いピークのピーク温度をTc(℃)とし、
該降温過程の後の10℃/minでの昇温過程において観測される吸熱ピークのうち、最も高さが高いピークのピーク温度をTm(℃)としたとき、
Tm-Tcが、20.0℃以上70.0℃以下であり、
該ホットメルト接着剤のテトラヒドロフラン可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定された重量平均分子量Mwが、100000以上400000以下であるホットメルト接着剤。
本開示により、固体接着剤と液体接着剤のメリットを併せ持つような接着剤、つまり、より短時間で強い接着力を発現可能なホットメルト接着剤、及び該ホットメルト接着剤を用いた接着物の製造方法を提供することができる。
画像形成装置の概略図 画像形成装置の装置本体に対する接着ユニットの装着を説明するための図 画像形成装置におけるシートの搬送経路を表す図 折り工程の内容を説明するための図 画像形成装置の外観を示す斜視図 画像形成装置が出力する成果物を例示する図 プロセスカートリッジの概略図 評価用サンプルの模式図 評価用サンプルの模式図 接着力評価の模式図
本開示において、数値範囲を表す「XX以上YY以下」や「XX~YY」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。
本発明者らはこの課題を解決するにあたり、接着機構を基に検討を行った。接着とは前述の通り、接着剤を介して2つの物質が結合することである。この時、強い接着力を発現するためには被着物と接着剤との結合力も重要である。そこで、発明者は被着物と接着剤の結合力を上げるための技術について検討を行った。結合力を上げるためには、まず接着
剤が被着物に浸み込む必要がある。被着物には多少なりとも凹凸が存在するため、そこに接着剤が浸み込んで充填されることでアンカー効果を発現し、結合力を上げることができる。ホットメルト接着剤は被着物が常温の場合には被着物に冷やされて、ホットメルト接着剤が浸み込む前に冷却固化しやすいことが課題である。そこで本発明者らは、ホットメルト接着剤が被着物に浸み込むまでの時間を確保することが重要であると考え、検討を行った。
冷却固化までの時間を延ばす対策として、ホットメルト接着剤を融解させる温度を、ホットメルト接着剤の融点より大幅に高く上げて融解させることが考えられる。こうすることで、融点まで冷える時間を稼ぐことができると考えた。しかし、結果として多少は固化するまでの時間は延びたが、浸み込むのに十分な時間を確保することができなかった。これは、被着物に接着剤が浸み込もうとしても、浸み込む場所は接着剤の流路が細いため少量の接着剤が多量の被着物に囲まれて速やかに冷やされてしまうことに因ると考えられる。
そこで、本発明者らは接着剤が固化する凝固点を下げる試みを行った。すると、被着物に浸み込むのに十分な時間を確保することができたが、接着物は周辺環境の温度が少し上がるだけで融点に到達してしまい、接着剤が溶けだしてしまって高温環境下で接着力を維持することができなかった。このように、ホットメルト接着剤の凝固点を下げると、接着物の耐熱性が低下する阻害要因があるため、通常は凝固点を下げる着想は持たない。本発明者らはこの阻害要因を解決するための検討を行い、ホットメルト接着剤に融点と凝固点が異なるヒステリシス特性を持たせることで課題を解決し得ることを見出した。つまり、ホットメルト接着剤が被着物に浸み込む際には凝固点が低い状態とし、浸み込んで固化した後は高い融点にすることで課題を解決できると考えた。
ホットメルト接着剤を含む一般的な物質は融解する融点と、冷却固化する凝固点はほぼ一緒の温度であることが多い。例えば、水が固化して氷になる温度は0℃であり、氷が融解して水になる温度も0℃である。有機高分子化合物は融点と凝固点が異なるヒステリシス特性を持つ物もあるが、一般的にはその差は10℃程度である。
ホットメルト接着剤の示差走査熱量測定において、150℃まで昇温した後の10℃/minでの降温過程において観測される発熱ピークの内、最も高さが高いピークのピーク温度をTc(℃)とし、該降温過程の後の10℃/minでの昇温過程において観測される吸熱ピークの内、最も高さが高いピークのピーク温度をTm(℃)とする。このとき、ホットメルト接着剤はTm-Tcが20.0℃以上70.0℃以下であることが必要である。
融点と凝固点のヒステリシス特性を大きくするためには、Tm-Tcを20.0℃以上とすることが必要である。こうすることでヒステリシス特性が大きくなるメカニズムについて、本発明者らは以下の様に考えている。TmとTcの差が大きいことは一般的に結晶化速度が遅いことを顕している。結晶化速度が遅いホットメルト接着剤を用いることで接着剤の結晶化が遅くなり、その結果、結晶化に伴う発熱により融解状態が維持されるため、浸み込むまでの時間の確保が可能になったと推測している。
本発明者らの検討の結果、Tm-Tcが20.0℃以上であるとヒステリシス特性が大きいために十分な接着力を発現することができた。一方、Tm-Tcは70.0℃以下であることにより、短時間で接着することが可能であった。Tm-Tcが24.0℃以上50.0℃以下であると好ましく、Tm-Tcが28.0℃以上40.0℃以下であるとより好ましい。Tmを生じさせるピークは、第一の結晶性材料に帰属されるピークであることが好ましい。また、Tcを生じさせるピークは、第一の結晶性材料に帰属されるピーク
であることが好ましい。
Tm-Tcを制御する手段は特に限定されないが、例えばホットメルト接着剤に熱可塑性樹脂と結晶性材料を含有させ、それらの相溶性を高めることが挙げられる。なお、結晶性材料とは、材料単体で示差走査熱量測定を行った際に明確な発熱ピーク又は吸熱ピーク(好ましくは発熱ピーク及び吸熱ピーク)が観測される材料のことを指す。その際の測定条件は以下の通りである。10℃/secで20℃から200℃まで昇温させ、次に10℃/secで200℃から20℃まで降温し、更に10℃/secで20℃から200℃まで昇温させる。このいずれかの工程で結晶化に基づく発熱ピーク及び融解に伴う吸熱ピークのいずれか一方(好ましくは両方)が観測された材料を結晶性材料と定義する。
具体的な手段として、まずは材料の選択としてホットメルト接着剤の主たる材料である熱可塑性樹脂及び第1の結晶性材料として、相溶性の高い物質の組み合わせを選択することが挙げられる。材料の組み合わせは、熱可塑性樹脂及び第1の結晶性材料の下記式(1)で表される相溶化度Aが50%以上100%以下であることが好ましい。
相溶化度A(%)=
100-(100×ΔH(A))/(ΔH(C)×C/100) ・・・(1)
ここで、ΔH(A)は、示差走査熱量測定における、該熱可塑性樹脂と該第1の結晶性材料との混合樹脂Aの発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。ΔH(C)は、示差走査熱量測定における該第1の結晶性材料の発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。Cは、該混合樹脂Aにおける該第1の結晶性材料の質量比率(%)を示し、11.9である。相溶化度Aは80%以上100%以下であるとより好ましく、90%以上100%以下であるとさらに好ましい。
熱可塑性樹脂及び第1の結晶性材料の相溶性をさらに高める手段として、接着剤の製造において、下記(工程a)及び(工程b)の条件でホットメルト接着剤を熱処理する工程を採用することが好ましい。また、下記(工程a)を下記(工程b)より前に行うことによっても相溶性を高めることが可能である。後述する懸濁重合法でホットメルト接着剤を製造する場合、重合工程後のスラリーに対し工程a及びbを実施することが好ましい。
(工程a)熱可塑性樹脂と第1の結晶性材料の存在下で、示差走査熱量計により該第1の結晶性材料を単体で測定した融点よりも高い温度で該ホットメルト接着剤を30分以上(好ましくは45分~90分)熱処理する工程。
(工程b)工程aの後、該ホットメルト接着剤を、示差走査熱量計にて第1の結晶性材料
を単体で測定した融点よりも10℃以上低い温度まで急冷する工程。
上記(工程a)ではまず、第1の結晶性材料の融点よりも高い温度で熱処理することによって、結晶性材料を十分に融解させて熱可塑性樹脂と相溶させる。第1の結晶性材料の融点をTm1としたとき、該温度は、好ましくはTm1より高く、(Tm1+50℃)以下であり、より好ましくは(Tm1+10℃)~(Tm1+40℃)である。なお、結晶性材料の融点が高く、昇温が困難な場合には時間を長くすることによって相溶性を高めることもできる。
そして(工程b)で第1の結晶性材料の融点よりも10℃以上低い温度まで急速に冷やすことによって瞬間冷凍のように相溶したままの状態で固めることが可能となり、相溶性を高めることができたと考えている。急冷する際の温度勾配は選択する材料に応じて任意に設計することができるが、冷却速度は1℃/sec以上が好ましく、3℃/sec以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、10℃/sec以下が好ましく、6℃/sec以下がより好ましい。
ホットメルト接着剤のテトラヒドロフラン可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定された重量平均分子量Mwが、100000以上400000以下である必要がある。Mwが100000以上であることにより接着剤が固化した後のアンカー効果が十分に得られるため、強い接着力を得ることが可能となる。そして、Mwが400000以下であれば、融解した時の粘度が低く被着物に浸み込みやすいため強い接着力を得ることが可能となる。Mwは150000以上350000以下であるとより好ましく、180000以上300000以下であるとさらに好ましい。
ホットメルト接着剤の数平均分子量Mnは、好ましくは5000~50000であり、より好ましくは10000~40000である。ピーク分子量Mpは、好ましくは10000~100000であり、より好ましくは15000~50000である。分子量の制御は、ホットメルト接着剤を構成する原材料の分子量により制御することができる。ホットメルト接着剤を重合反応などにより合成する際は、重合開始剤の量や反応温度などの重合反応条件により制御することができる。
熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgは、好ましくは40℃~90℃であり、より好ましくは50℃~65℃である。ガラス転移温度の制御は、ホットメルト接着剤を構成する原材料比率によって制御することができる。
ホットメルト接着剤中の熱可塑性樹脂の含有量は、好ましくは60.0質量%~99.9質量%であり、より好ましくは70.0質量%~95.0質量%であり、さらに好ましくは75.0質量%~92.0質量%である。
熱可塑性樹脂に対する第1の結晶性材料の質量基準の含有割合(第1の結晶性材料/熱可塑性樹脂)は、好ましくは0.05~0.50であり、より好ましくは0.10~0.40であり、さらに好ましくは0.10~0.30である。
テトラヒドロフラン(THF)を用いた16時間のホットメルト接着剤のソックスレー抽出で抽出されないテトラヒドロフラン不溶分の含有量が、該ホットメルト接着剤中、20質量%以上60質量%以下であることが好ましい。THF不溶分の含有量はホットメルト接着剤の熱可塑性樹脂のうち、高分子架橋されている物の量を表している。架橋反応は硬化型接着剤などでも強固な接着のために利用されており、THF不溶分の含有量が20%以上であると強固な接着力を発現することができる。一方で、THF不溶分の含有量が60質量%以下であることによって融解した時の粘度が低く、接着物に浸み込みやすいため強い接着力を得ることが可能となる。THF不溶分の含有量が30質量%以上40質量%以下であることがより好ましい。THF不溶分の含有量は、架橋剤を添加する量などで制御することができる。
ホットメルト接着剤は、さらに第2の結晶性材料を含有することが好ましい。該第2の結晶性材料及び該熱可塑性樹脂の下記式(2)で表される相溶化度Bは10%以上50%未満であることが好ましい。
相溶化度B(%)=
100-(100×ΔH(B))/(ΔH(C2)×D/100) ・・・(2)
ここで、ΔH(B)は、示差走査熱量測定における、該熱可塑性樹脂と該第2の結晶性材料との混合樹脂Bの発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。ΔH(C2)は、示差走査熱量測定における該第2の結晶性材料の発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。Dは、該混合樹脂Bにおける該第2の結晶性材料の質量比率(%)を示し、1.9である。相溶化度Bは20%以上45%以下であるとより好ましく、30%以上40%以下であるとさら
に好ましい。
熱可塑性樹脂に対する相溶化度が低い第2の結晶性材料を共存させることにより、ホットメルト接着剤を加熱した際に速やかに融解するようになり、さらに強固な接着力を得ることが可能となる。これは、第2の結晶性材料が結晶核になって第1の結晶性材料が樹脂全体に微分散され、接着剤が加熱された際に樹脂全体が速やかに融解されるようになったためと推測している。
第2の結晶性材料の含有量は選択する熱可塑性樹脂や第1の結晶性材料に合わせて任意に設計することができるが、該ホットメルト接着剤中、0.5質量%以上5.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上3.0質量%以下であることがより好ましい。
ホットメルト接着剤は、Tcが20℃以上60℃以下であることが好ましく、Tmが50℃以上110℃以下であることが好ましい。Tcが20℃以上であることでさらに短時間で接着が可能となり、Tcが60℃以下であることにより、接着時に過度なエネルギーを用いてホットメルト接着剤を融解させる必要がなくなる。また、Tmが50℃以上であることにより、得られた接着物の耐熱性をより十分にすることができ、110℃以下であることにより接着時に過度なエネルギーを用いてホットメルト接着剤を融解させる必要がなくなる。
Tcは、選択する熱可塑性樹脂と第1の結晶性材料の種類や、それらの相溶性を高めることによって制御することができる。相溶性を高める具体的な手段は前述の通りである。また、Tmは選択する第1の結晶性材料の種類や、前述の(工程b)の後に結晶性材料の結晶化工程を設けることなどにより制御することができる。Tcは30℃以上50℃以下であるとより好ましく、35℃以上45℃以下であるとさらに好ましい。Tmは55℃以上90℃以下であるとより好ましく、60℃以上80℃以下であるとさらに好ましい。
定荷重押し出し方式の細管式レオメータにより測定された100℃におけるホットメルト接着剤の粘度が、20000Pa・s以上100000Pa・s以下であることが好ましい。100℃粘度が上記範囲であることにより、接着剤が適切な溶融粘度を持つことができ、さらに強固な接着力を発現することが可能となる。100℃粘度は30000Pa・s以上80000Pa・s以下であるとより好ましく、40000Pa・s以上70000Pa・s以下であるとさらに好ましい。100℃粘度は、ホットメルト接着剤の分子量、THF不溶分の量、ガラス転移温度などにより制御することができる。
ホットメルト接着剤に含有される熱可塑性樹脂としては特に限定されない。例えば、ポリエステル樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン-アクリル酸共重合樹脂などの公知の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂を複数含有してもよい。
熱可塑性樹脂は、ポリエステル樹脂及びスチレンアクリル系樹脂からなる群から選択される少なくとも一を含むことが好ましく、スチレンアクリル系樹脂を含むことがより好ましく、スチレンアクリル系樹脂及びポリエステル樹脂を含むことがさらに好ましい。熱可塑性樹脂は、非晶性樹脂であることが好ましい。ホットメルト接着剤に含まれる熱可塑性樹脂は、ポリエステル樹脂及びスチレンアクリル系樹脂からなる群から選択される少なくとも一を含むことが好ましく、スチレンアクリル系樹脂を含むことがより好ましい。熱可塑性樹脂中のスチレンアクリル系樹脂の含有量が、50質量%~100質量%であることが好ましく、80質量%~97質量%であることがより好ましく、90質量%~95質量
%であることがさらに好ましい。
ポリエステル樹脂は、公知のポリエステル樹脂を用いることができる。具体例として、二塩基酸やその誘導体(カルボン酸ハロゲン化物、エステル、酸無水物)及び二価のアルコールの縮重合体が挙げられる。必要に応じて三価以上の多塩基酸及びその誘導体(カルボン酸ハロゲン化物、エステル、酸無水物)、一塩基酸、三価以上のアルコール、並びに一価のアルコールを用いてもよい。
二塩基酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、ドデシルコハク酸、ドデセニルコハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカン-1,10-ジカルボン酸などの脂肪族二塩基酸;フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラブロムフタル酸、テトラクロルフタル酸、ヘット酸、ハイミック酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸などの芳香族二塩基酸;などが挙げられる。また、二塩基酸の誘導体としては、上記脂肪族二塩基酸及び芳香族二塩基酸のカルボン酸ハロゲン化物、エステル化物及び酸無水物などが挙げられる。
一方、二価のアルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、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、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどの非環式の脂肪族ジオール類;ビスフェノールA、ビスフェノールFなどのビスフェノール類;ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物などのビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物;キシリレンジグリコールなどのアラルキレングリコール類;などが挙げられる。
三価以上の多塩基酸やその無水物としては、例えば、トリメリット酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、無水ピロメリット酸などが挙げられる。熱可塑性樹脂中のポリエステル樹脂の含有量は、1質量%~10質量%であることが好ましく、2質量%~5質量%であることがより好ましい。
スチレンアクリル系樹脂は、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルなどの不飽和カルボン酸エステルからなる群から選択される少なくとも一と、スチレン系単量体と、の共重合体である。スチレン系単量体は、スチレンを含むことが好ましい。該共重合体のうち、スチレンが重合したモノマーユニットの含有割合は、50質量%~90質量%であることが好ましく、60質量%~85質量%であることがより好ましく、70質量%~80質量%であることがさらに好ましい。該共重合体のうち、不飽和カルボン酸エステルからなる群から選択される少なくとも一が重合したモノマーユニットの含有割合は、10質量%~50質量%であることが好ましく、15質量%~40質量%であることがより好ましく、20質量%~30質量%であることがさらに好ましい。
該スチレンアクリル系樹脂を形成し得る重合性単量体としては、スチレン、α-メチルスチレン、ジビニルベンゼンのようなスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシルのような不飽和カルボン酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸のような不飽和カルボン酸;マレイン酸のような不飽和ジカルボン酸;マレイン酸無水物のような不飽和ジカルボン酸無水物;アクリロニトリルのようなニトリル系ビニル単量体;塩化ビニルのような含ハロゲン系ビニル単量体;ニトロスチレンのようなニトロ系ビニル単量体;などが挙げられる。これらは単独で又は複数種を組み合わせて用いることができる。
不飽和カルボン酸エステルとしては、好ましくは、アルキル基の炭素数が1~8(より好ましくは2~6)の(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好ましい。スチレンアクリル樹脂は、アルキル基の炭素数が1~8(より好ましくは2~6)の(メタ)アクリル酸アルキルエステル及びスチレンを含むモノマーの共重合体であることが好ましい。スチレンアクリル樹脂は、アルキル基の炭素数が1~8(より好ましくは2~6)の(メタ)アクリル酸アルキルエステル及びスチレン並びに架橋剤の共重合体であることが好ましい。
熱可塑性樹脂を形成する際には架橋剤を添加することが好ましい。すなわち、熱可塑性樹脂は、架橋剤による架橋構造を有することが好ましい。熱可塑性樹脂中の架橋剤由来の構造(架橋構造)の量は、好ましくは0.01質量%~1.0質量%であり、より好ましくは0.1質量%~0.5質量%である。架橋剤としては。例えば、以下のものが挙げられる。
ジビニルベンゼン、ビス(4-アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、エチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#200、#400、#600の各ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエステル型ジアクリレート(MANDA 日本化薬)、及び以上のアクリレートをメタクリレートに変えたもの。
多官能の架橋性単量体としては以下のものが挙げられる。ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及びそのメタクリレート、2,2-ビス(4-メタクリロキシ・ポリエトキシフェニル)プロパン、ジアクリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリールクロレンデート。
ホットメルト接着剤に含有される第1の結晶性材料は、特に制限されず、エステルワックス;ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸アルミニウムなどの脂肪酸金属塩などから選択される少なくとも一など公知の材料を用いることができる。第1の結晶性材料は、エステルワックスを含むことが好ましく、エステルワックスであることがより好ましい。エステルワックスは極性を持ったエステル基部位と、疎水性を持った炭化水素部位を持つため、幅広い被着物に対して効果を発揮することができる。エステルワックスとしては、1分子中にエステル結合を1つ含有するモノエステル化合物、1分子中にエステル結合を2つ含有するジエステル化合物をはじめ、1分子中にエステル結合を3つ含有する3官能エステル化合物や、1分子中にエステル結合を4つ含有する4官能エステル化合物、1分子中にエステル結合を6つ含有する6官能エステル化合物などの多官能エステル化合物を用いることができる。
その中でも、第1の結晶性材料は、モノエステル化合物及びジエステル化合物からなる群より選ばれる少なくとも一の化合物を含有することが好ましい。モノエステル化合物の具体例としては、カルナウバワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;及び脱酸カルナバワックスなどのような脂肪酸エステル類から酸成分の一部又は全部を脱酸したもの、植物性油脂の水素添加などによって得られるもの、ヒドロキシ基を有するメチルエステル化合物;ステアリン酸ステアリル、ベヘン酸ベヘニルなどの飽和脂肪酸モノエステルが挙げられる。
また、ジエステル化合物の具体例としては、セバシン酸ジベヘニル、ノナンジオールジベヘネート、テレフタル酸ベヘネート、テレフタル酸ステアリルなどが挙げられる。なお、第1の結晶性材料は、上記化合物以外の公知の他のワックスを含有させてもよい。
モノエステル化合物及びジエステル化合物は、炭化水素ワックスや3官能以上のエステル化合物よりも結晶化度が高く、吸熱量が大きい傾向がある。そのため、接着工程においてホットメルト接着剤が溶融する際に、ワックスの溶融挙動を合わせやすく、上記物性による効果が得られやすい。
第1の結晶性材料は、下記式(3)及び(4)で示されるエステルワックスからなる群から選択される少なくとも一を含有することが好ましい。
Figure 2022135397000001
式中、lは2以上12以下(好ましくは2以上4以下)の正の整数を示し、n及びmは、それぞれ独立して12以上20以下(好ましくは14以上20以下)の正の整数を示す。pは2以上10以下(好ましくは2以上4以下)の正の整数を示し、q及びrは、それぞれ独立して11以上21以下(好ましくは14以上20以下)の正の整数を示す。式(3)及び式(4)に示すエステルワックスはエステル基の位置が近いため、被着物の極性基に対する相互作用が強い。そのため、幅広い種類の被着物に対して効果を発揮することができる。
該エステルワックスは、下記式(5)で示される化合物であることがより好ましい。第1の結晶性材料は、下記式(5)で示されるエステルワックスを含有することがより好ましい。
Figure 2022135397000002
式中、n及びmは、それぞれ独立して14以上20以下の正の整数を示す。エステルワックスの含有量は、熱可塑性樹脂100質量部に対して、0.3質量部以上30.0質量部以下であることが好ましく、3.0質量部以上25.0質量部以下であることがより好ましく、5.0質量部以上20.0質量部以下であることがさらに好ましい。
第2の結晶性材料は、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの炭化水素ワックスを含むことが好ましい。炭化水素ワックスは、上記したエステルワックスに比べて結晶化が速く、エステルワックスに対して効果的に結晶核剤として作用することができる。
ホットメルト接着剤の利用形態は特に限られないが、粉末の形態で用いることが接着面に均一に載せやすいため好ましい。特に、ホットメルト接着剤の重量平均粒径(D4)は、0.1μm以上100.0μm以下が好ましい。より好ましくは1.0μm以上30.0μm以下であり、さらに好ましくは3.0μm以上15.0μm以下である。
ホットメルト接着剤の製造方法は特に限定されないが、上記粒径範囲の粉末を得るためには公知のトナーの製造方法を応用することが好ましい。トナーの製造方法としては例えば、粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法などを挙げることができる。
中でも、ホットメルト接着剤の強い接着性と保存性を両立する観点から懸濁重合法が好ましい。ホットメルト接着剤の接着性を向上させる観点から、低Tg化及び低分子量化による熱可塑性樹脂の低粘度化を図る場合、本発明者らは、懸濁重合法を用いることで高温高湿環境における保存性が大幅に向上することを見出した。ホットメルト接着剤は、懸濁重合法で製造されたホットメルト接着剤であることが好ましい。
懸濁重合法で製造されたホットメルト接着剤の熱可塑性樹脂においては、樹脂の伸長と粒子形成が同時に起こる。その際の、分子の絡み合いが影響していると本発明者らは考えている。特に、架橋剤を用いた場合に顕著に保存性向上の効果が発現する。
懸濁重合法では、まず、熱可塑性樹脂を形成しうる重合性単量体中に、第1の結晶性材料や必要に応じて第2の結晶性材料、その他の熱可塑性樹脂、ワックス、架橋剤、荷電制御剤、その他の添加剤を均一に分散させて、重合性単量体組成物を得る。その後、分散安定剤を含有する連続相(例えば水相)中に、得られた重合性単量体組成物を分散させ、重合性単量体組成物の粒子を形成(造粒)し、重合性単量体の重合反応を行い、ホットメルト接着剤を得る。
ホットメルト接着剤は必要に応じて着色剤を含有してもよいが、有機顔料はホットメルト接着剤の結晶化をより良好にする観点から、有機顔料は必要な範囲で少量であることが好ましい。ホットメルト接着剤は、有機顔料を実質的に含有しないことが好ましい。「実質的に含有しない」とは、ホットメルト接着剤の製造において不可避的にわずかに混入する微量の有機顔料を含んでもよいことを意味する。有機顔料の含有量は、0.0質量%以上1.0質量%以下であることが好ましく、0.0質量%以上0.1質量%以下であることがより好ましい。
ホットメルト接着剤は、必要に応じて荷電制御剤、荷電制御樹脂、顔料分散剤などの、公知の材料を含有してもよい。必要により外添剤などを混合しその表面に付着させてもよい。外添剤としては、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子から選ばれる無機微粒子又はその複合酸化物などが挙げられる。複合酸化物としては、例えば、シリカアルミニウム微粒子やチタン酸ストロンチウム微粒子などが挙げられる。外添剤の含有量は、好ましくは0.01質量%以上10.0質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以上4.0質量%以下である。
ホットメルト接着剤を粉末の形態で用いる場合には、電子写真方式を利用して記録材上に静電潜像を現像し、トナー画像と、粉末状のホットメルト接着剤(以下、「粉末接着剤」ともいう)による接着部とを形成する、トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤
セットとして用いることもできる。電子写真方式を利用することが、接着剤の塗布範囲を緻密に制御することができて好ましい。上記トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セットを用いた、電子写真方式による紙袋の作製方法について一例を説明する。
まず、電子写真方式を用いて、トナーによる画像部及び粉末接着剤による接着部を紙上に形成現像する(現像工程)。その後、加熱を行うことで、画像部及び接着部を紙上に定着し(定着工程)、接着部をはさむようにして紙を重ねてさらに加熱を行い、接着部を溶融させることで接着し(接着工程)、紙袋を作製する。このとき、紙を重ねる方法としては、紙を折り畳んでもよいし、異なる紙を乗せてもよい。
以下に、トナーと粉末接着剤とを含む電子写真用現像剤セットを好適に用いることのできる、画像形成装置及び紙の接着処理を行う処理装置の一例について、具体的に説明する。
(全体の装置構成)
最初に、画像形成装置の全体構成について、図1、図2、図5を用いて説明する。図1は、画像形成装置本体(以下、装置本体10と記載する)と、装置本体10と接続された後処理ユニット30と、を備えた画像形成装置1の断面構成を表す概略図である。画像形成装置1は、電子写真式の印刷機構を備えた装置本体10と、シート処理装置としての後処理ユニット30とによって構成される電子写真画像形成装置(電子写真システム)である。
図5は画像形成装置1の外観を表す斜視図である。後処理ユニット30は、装置本体10の上部に装着されている。画像形成装置1は、下部にシートカセット8を有し、右側面部に開閉可能なトレイ20を有し、上面部に第1排出トレイ13を備えている。まず、装置本体10の内部構成を説明する。図1に示すように、装置本体10は、記録媒体であるシートPを収納するシート収納部としてのシートカセット8と、画像形成手段としての画像形成ユニット1eと、定着手段としての第1定着器6と、これらを収容する筐体19と、備えている。装置本体10は、シートカセット8から給送されるシートPに画像形成ユニット1eによってトナー像を形成し、第1定着器6によって定着処理を施した印刷物を作成する印刷機能を有する。
シートカセット8は、装置本体10の下部において筐体19に対して引き出し可能に挿入されており、多数枚のシートPを収納している。シートカセット8に収納されたシートPは、給送ローラ等の給送部材でシートカセット8から給送され、分離ローラ対によって1枚ずつ分離された状態で、搬送ローラ8aによって搬送される。また、開いた状態のトレイ20(図5)にセットされたシートを1枚ずつ給送することも可能である。
画像形成ユニット1eは、4つのプロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cと、スキャナユニット2と、転写ユニット3と、を備えたタンデム型の電子写真ユニットである。プロセスカートリッジとは、画像形成プロセスを担う複数の部品を一体的に交換可能にユニット化したものである。装置本体10には、筐体19に支持されるカートリッジ支持部9が設けられており、各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cはカートリッジ支持部9に設けられた装着部9n,9y,9m,9cに着脱可能に装着される。なお、カートリッジ支持部9は、筐体19から引き出し可能なトレイ部材であってもよい。
各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cは、4つの粉体収容部104n,104y,104m,104cに収容される粉体の種類を除いて実質的に共通の構成を備えている。すなわち、各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cは、像担持体である感光ドラム101、帯電器である帯電ローラ102、粉体を収容する粉体収容部104n,
104y,104m,104c、及び粉体を用いて現像を行う現像ローラ105と含む。
4つの粉体収容部のうち、図中右側3つの粉体収容部104y,104m,104cには、シートPに可視像を形成するためのトナー(第1の粉体)として、それぞれイエロー、マゼンタ、シアンの印刷用トナーTy,Tm,Tcが収容されている。これに対し、図中最も左側の粉体収容部104nには、印刷後に接着処理を行うための粉体(第2の粉体)である粉末接着剤Tnが収容されている。
粉体収容部104y,104m,104cは、いずれも印刷用トナーを収容する第1収容部の例であり、粉体収容部104nは粉末接着剤を収容する第2収容部の例である。また、プロセスカートリッジ7y,7m,7cは、いずれも印刷用トナーを用いてトナー像を形成する第1プロセスユニットの例であり、プロセスカートリッジ7nは、所定の塗布パターンで粉末接着剤の像を形成する第2プロセスユニットの例である。
テキスト等の黒色の画像を印刷する場合は、イエロー(Ty)、マゼンタ(Tm)、シアン(Tc)のトナーを重畳したプロセスブラックで表現する。ただし、例えば画像形成ユニット1eにブラックの印刷用トナーを用いる5つ目のプロセスカートリッジを追加し、黒色の画像をブラックの印刷用トナーで表現できるようにしてもよい。これに限らず、画像形成装置1の用途に応じて印刷用トナーの種類及び数は変更可能である。
スキャナユニット2は、プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの下方、かつシートカセット8の上方に配置されている。スキャナユニット2は、各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの感光ドラム101にレーザ光Gを照射して静電潜像を書き込む露光手段である。
転写ユニット3は、中間転写体(二次的な像担持体)としての転写ベルト3aを備えている。転写ベルト3aは、二次転写内ローラ3b及び張架ローラ3cに巻き回されたベルト部材であり、外周面において各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの感光ドラム101に対向している。
転写ベルト3aの内周側には、各感光ドラム101に対応する位置に一次転写ローラ4が配置されている。また、二次転写内ローラ3bに対向する位置に、転写手段としての二次転写ローラ5が配置されている。二次転写ローラ5と転写ベルト3aとの間の転写ニップ5nは、転写ベルト3aからシートPにトナー像が転写される転写部(二次転写部)である。
第1定着器6は、二次転写ローラ5の上方に配置されている。第1定着器6は、定着部材としての加熱ローラ6aと、加圧部材としての加圧ローラ6bとを有する熱定着方式の定着器である。加熱ローラ6aは、ハロゲンランプやセラミックヒータ等の発熱体や誘導加熱方式の発熱機構によって加熱される。加圧ローラ6bは、バネ等の付勢部材によって加熱ローラ6aに押圧されており、加熱ローラ6aと加圧ローラ6bのニップ部(定着ニップ6n)を通過するシートPを加圧するための加圧力を発生させる。
筐体19には、装置本体10からシートPを排出するための開口部である排出口12(第1の排出口)が設けられており、排出口12には排出ユニット34が配置されている。排出手段である排出ユニット34は、第1排出ローラ34aと、中間ローラ34bと、第2排出ローラ34cと、を有するいわゆる三連ローラを使用している。
また、第1定着器6と排出ユニット34との間には、シートPの搬送経路を切り替えるフラップ状のガイドである切替ガイド33が設けられている。切替ガイド33は、軸部3
3aを中心に先端33bが図中矢印c方向に往復するように回動可能である。
装置本体10は、両面印刷を行うための機構を備えている。排出ユニット34には不図示のモータが接続され、中間ローラ34bの回転方向を正転及び逆転可能に構成されている。また、主搬送路1mに対してループ状に接続された搬送路としての両面搬送路1rが設けられている。主搬送路1mを通過する間に第一面に画像形成されたシートPは、時計方向に回動した切替ガイド33によって第1排出ローラ34aと中間ローラ34bとによって挟持搬送される。
前記シートPの進行方向後端が切替ガイド33を通過した後、切替ガイド33が反時計方向に回動するとともに中間ローラ34bが逆転し、シートPは両面搬送路1rへと反転搬送される。そして、シートPが表裏を反転した状態で主搬送路1mを再び通過する間に、シートPの第2面に画像が形成される。
両面印刷後のシートPは反時計方向に回動した切替ガイド33により、中間ローラ34bと第2排出ローラ34cによって挟持搬送され、装置本体10から排出される。また、装置本体10において搬送ローラ8a、転写ニップ5n及び定着ニップ6nを通る搬送経路は、シートPに対する画像形成が行われる主搬送路1mを構成している。主搬送路1mは、画像形成時の主走査方向(主搬送路1mを搬送されるシートの搬送方向に垂直なシートの幅方向)から見た場合に、画像形成ユニット1eに対して水平方向の一方側を通って下方から上方に延びている。
言い換えると、装置本体10は、主搬送路1mが略鉛直方向に延びる、いわゆる垂直搬送型(縦パス型)のプリンターである。なお、鉛直方向に見た場合、第1排出トレイ13、中間パス15及びシートカセット8は互いに重なっている。そのため、水平方向に関して排出ユニット34がシートPを排出するときのシートの移動方向は、水平方向に関してシートカセット8からシートPが給送されるときのシートの移動方向とは反対向きとなる。
また、図1の視点(画像形成時の主走査方向に見た場合)において、後処理ユニット30の第2排出トレイ35を除いた本体部分の水平方向の占有範囲は、装置本体10の占有範囲に収まっていると好適である。このように後処理ユニット30を装置本体10の上方の空間に収めることで、接着印刷機能を備えた画像形成装置1を、通常の縦パス型プリンターと同程度の設置空間に設置することが可能となる。
(接着ユニット)
図2に示すように、後処理ユニット30は装置本体10の上部に取り付けられている。後処理ユニット30は、折り手段としての折り器31と、接着手段(第2の定着手段)としての第2定着器32とが、筐体(第2の筐体)39に収容されて一体化された後処理ユニットである。
また、後処理ユニット30は、トレイ切替ガイド13aを回転自在に保持する第1排出トレイ13と、中間パス15と、第2排出トレイ35とが設けられている。第1排出トレイ13は、後処理ユニット30の上面に設けられていると共に、画像形成装置1全体の上面(図1)に位置している。後処理ユニット30が備える各部の機能は後述する。
後処理ユニット30には、筐体39を装置本体10の筐体19(第1の筐体)に対して位置決めするための位置決め部(例えば、筐体19の凹部に係合する凸形状)が設けられている。また、後処理ユニット30には、装置本体10とは別の駆動源及び制御部が設けられており、後処理ユニット30のコネクタ36と装置本体10のコネクタ37が結合す
ることで装置本体10と電気的に接続される。これにより、後処理ユニット30は、装置本体10を介して供給される電力を用いて、装置本体10に設けられた制御部からの指令に基づいて動作する状態となる。
(プロセスカートリッジ)
各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cは、先述したように、各4つの粉体収容部104n,104y,104m,104cに収容される粉体の種類を除いて実質的に共通の構成を備えている。ここでは代表してプロセスカートリッジ7nについて説明する。図7はプロセスカートリッジ7nの概略断面図である。プロセスカートリッジ7nは、感光ドラム101等を備えた感光体ユニットCCと、現像ローラ105等を備えた現像ユニットDTと、から成り立っている。
感光体ユニットCCには、不図示の軸受を介して感光ドラム101が回転可能に取り付けられている。また感光ドラム101は、不図示の駆動手段(駆動源)としての駆動モータの駆動力を受けることによって、画像形成動作に応じて図中時計回り方向(矢印w)に回転駆動される。さらに感光体ユニットCCには、感光ドラム101の周囲に感光ドラム101を帯電するための帯電ローラ102、クリーニング部材103が配置されている。
現像ユニットDTには、感光ドラム101と接触して図中反時計回り方向(矢印d)に回転する現像剤担持体としての現像ローラ105が設けられている。現像ローラ105と感光ドラム101は、対向部(接触部)において互いの表面が同方向に移動するようにそれぞれ回転する。
また現像ユニットDTには、図中時計回り方向(矢印e)に回転する現像剤供給部材としての現像剤供給ローラ106(以下、単に「供給ローラ」という。)が配置されている。供給ローラ106と現像ローラ105は、対向部(接触部)において互いの表面が同方向に移動するようにそれぞれ回転する。
供給ローラ106は、現像ローラ105上に粉末接着剤(プロセスカートリッジ7y,7m,7cの場合は、印刷用トナー)を供給すると共に、現像ローラ105上に残留した粉末接着剤(プロセスカートリッジ7y,7m,7cの場合は、印刷用トナー)を現像ローラ105上から剥ぎ取る作用をなす。
また、現像ユニットDTには、供給ローラ106によって現像ローラ105上に供給された粉末接着剤(プロセスカートリッジ7y,7m,7cの場合は、印刷用トナー)の層厚を規制する現像剤規制部材としての現像ブレード107が配置されている。
粉体収容部104nには、粉体として粉末接着剤(プロセスカートリッジ7y,7m,7cの場合は、印刷用トナー)が収納されている。また粉体収容部104n内には、回転自在に支持された搬送部材108が設けられている。攪拌部材108は、図中時計回り方向(矢印f)に回転して粉体収容部104n内に収納された粉体を撹拌すると共に、上記現像ローラ105や供給ローラ106が設けられた現像室109へと粉体を搬送する。
ここで、感光体ユニットCC、現像ユニットDTをそれぞれ別体として、感光体ユニットカートリッジ、現像ユニットカートリッジとし、画像形成装置本体に着脱可能に構成することも可能である。また粉体収容部104及び搬送部材108だけを有し、装置本体に着脱可能な粉体カートリッジとして構成することも可能である。
(画像形成の動作)
次に、画像形成装置1が行う画像形成動作について、図1~図7を用いて説明する。図
3(a)及び図3(b)は、画像形成装置1におけるシートの搬送経路を表す図である。図4(a)~図4(f)は、折り工程の内容を説明するための図である。図6(a)及び図6(b)は、画像形成装置1が出力する成果物を例示する図である。
画像形成装置1に対して印刷すべき画像のデータ及び印刷の実行指令が入力されると、画像形成装置1の制御部はシートPを搬送して画像を形成し、必要に応じて後処理ユニット30による後処理を施す一連の動作(画像形成動作)を開始する。画像形成動作では、まず、図1に示すように、シートPがシートカセット8から1枚ずつ給送され、搬送ローラ8aを介して転写ニップ5nへ向けて搬送される。
シートPの給送に並行して、プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cが順次駆動され、感光ドラム101が図中時計回り方向(矢印w)に回転駆動される。このとき感光ドラム101は、帯電ローラ102によって表面に一様な電荷を付与される。また、スキャナユニット2が、画像データに基づいて変調したレーザ光Gを各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの感光ドラム101に照射して、感光ドラム101の表面に静電潜像を形成する。次に、各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの現像ローラ105に担持された粉体によって、感光ドラム101上の静電潜像が粉体像として現像される。
なお、粉末接着剤Tnによって現像されることで感光ドラム101上に形成される粉末接着剤層は、視覚情報の伝達を目的としない点で、図形やテキスト等の画像をシートPに記録するための印刷用トナーのトナー像(通常のトナー像)とは異なっている。しかしながら、以下の説明では、シートPに所定の塗布パターンで粉末接着剤Tnを塗布するために、電子写真プロセスによって塗布パターンに応じた形状で現像された粉末接着剤Tnの層も「トナー像」の1つとして扱う。
転写ベルト3aは、図中反時計回り方向(矢印v)に回転する。各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cにおいて形成されるトナー像は、感光ドラム101と一次転写ローラ4との間に形成される電界によって、感光ドラム101から転写ベルト3aに一次転写される。転写ベルト3aに担持されて転写ニップ5nに到達したトナー像は、二次転写ローラ5と二次転写内ローラ3bとの間に形成される電界によって、主搬送路1mを搬送されてきたシートPに二次転写される。
その後、シートPは、第1定着器6に搬送されて熱定着処理を受ける。即ち、シートPが定着ニップ6nを通過する際にシートP上のトナー像が加熱及び加圧されることで印刷用トナーTy,Tm,Tc及び粉末接着剤Tnが溶融し、その後固着することで、シートPに定着した画像が得られる。片面印刷・両面印刷に依らず、装置本体10より排出されるシートPは、図3(a)、図3(b)に示すように、中間ローラ34bと第2排出ローラ34cにより挟持され、トレイ切替ガイド13aにより第1経路R1又は第2経路R2
へと搬送される。
図3(a)に示す第1経路R1は、後処理ユニット30を使わない通常印刷のモードにおいて、第1定着器6を通過したシートPが排出ユニット34によって第1排出トレイ13に排出される経路である。図3(b)に示す第2経路R2は、接着印刷のモードにおいて、第1定着器6を通過したシートPが排出ユニット34、折り器31及び第2定着器32を介して第2排出トレイ35に排出される経路である。
第2経路R2における第1定着器6と折り器31との間には、中間パス15が設けられている。中間パス15は、画像形成装置1の上面部(天面部)を通るシート搬送路であり、第1排出トレイ13の下側で第1排出トレイ13と略平行に延びている。なお、中間パ
ス15及び第1排出トレイ13は、水平方向に関して折り器31に向かって鉛直方向の上方に傾斜している。従って、折り器31の入口(下記のガイドローラ対(31c,31d)は、装置本体10の出口(中間ローラ34bと第2排出ローラ34cのニップ)よりも鉛直方向で上方に位置する。
折り器31は、第1ガイドローラ31c、第2ガイドローラ31d、第1折りローラ31a及び第2折りローラ31bの4本のローラと、引き込み部31eと、を有している。第1ガイドローラ31c及び第2ガイドローラ31dは、折り器31の上流側の搬送パス(本実施例では中間パス15)から受け取ったシートPを挟持して搬送するガイドローラ対である。第1折りローラ31a及び第2折りローラ31bは、シートPを折り曲げながら送り出す折りローラ対である。
なお、第2経路R2に沿ったシートの搬送方向における第2排出ローラ34cから第1ガイドローラ31cまでの間隔M(図1)は、折り処理前のシートPの搬送方向の全長L(図4(a))よりも短くなるように構成されている。言い換えると、第2排出ローラ34cから第1ガイドローラ31cまでの間隔Mにより、後処理ユニット30によって処理可能なシートの搬送方向の長さの下限が定まる。この構成により、排出ユニット34からガイドローラ対に滞りなくシートPが受け渡される。
図4(a)~図4(f)に沿って折り器31による折り処理を説明する。折り処理を実行する場合、第1ガイドローラ31c及び第1折りローラ31aは図中時計回り方向に、第2ガイドローラ31d及び第2折りローラ31bは図中反時計回りに回転する。
まず、排出ユニット34から送り出されたシートPの先端qが、図4(a)に示すようにガイドローラ対(31c,31d)に引き込まれる。シートPの先端qは、図4(b)に示すように、ガイド壁31fにより下向きに案内されて第1折りローラ31aに接触し、互いに対向している第1折りローラ31aと第2ガイドローラ31dに引き込まれて引き込み部31eの壁31gに当接する。
ガイドローラ対(31c,31d)によるシートPの引き込みに連れて、先端qは壁31gに摺接しながら引き込み部31eの奥へと進む。やがて、先端qは図4(c)に示すように引き込み部31eの端部31hに突き当たる。なお、引き込み部31eは、中間パス15の下方側で中間パス15と略平行に延びた空間を形成しており、図4(c)の段階で、シートPは第2ガイドローラ31dに巻き付いてU字型に曲がった状態となる。
図4(c)の状態からガイドローラ対(31c,31d)によってさらにシートPが引き込まれると、図4(d)に示すように中腹部rでたわみが生じはじめる。やがて図4(e)に示すように、中腹部rが第2折りローラ31bに接することで、第2折りローラ31bから受ける摩擦力により折りローラ対(31a,31b)のニップ部に引き込まれる。そして、図4(f)に示すように、中腹部rを折り目として折り畳まれた状態で、折りローラ対(31a,31b)によって中腹部rを先頭にシートPが排出される。
ここで、引き込み部31eの深さN(図4(e))、即ち折りローラ対(31a,31b)のニップ部から引き込み部31eの端部31hまでの距離は、シートPの全長Lの半分の長さに設定している。これにより、折り器31は、シートPを半分の長さで二つ折りにする処理(中折り)を実行可能である。なお、引き込み部31eの深さNを変えることで、折り目の位置を任意に変えることができる。
以上説明した折り器31は折り手段の一例であり、例えばシートPにブレードを押し当ててローラ対のニップ部に押し込むことで折り目を形成する折り機構を用いてもよい。ま
た、折り処理の内容は二つ折りに限らず、例えばZ折りや三つ折りを実行する折り機構を用いてもよい。
なお、折り器31は、回転するローラと固定された引き込み部31eで構成されるため、往復運動をするブレードを用いる折り機構に比べて駆動機構の簡素化が可能である。また、折り器31は、4本のローラ以外に、シート長さの半分の深さNを有する引き込み部31eを設ければよいため、後処理ユニット30の小型化が可能である。
折り器31を通過したシートPは、図3(b)に示すように第2定着器32に搬送される。第2定着器32は、第1定着器6と同様に熱定着方式の構成を有する。すなわち、第2定着器32は、加熱部材としての加熱ローラ32bと、加圧部材としての加圧ローラ32aとを有する。加熱ローラ32bは、ハロゲンランプやセラミックヒータ等の発熱体や誘導加熱方式の発熱機構によって加熱される。
加圧ローラ32aは、バネ等の付勢部材によって加熱ローラ32aに押圧されており、加熱ローラ32bと、加圧ローラ32aのニップ部(接着ニップ)を通過するシートPを加圧するための加圧力を発生させる。
折り器31で折り畳まれたシートPは、第2定着器32によって接着処理(粉末接着剤Tnが塗布された画像面に対する2回目の熱定着)を受けることで、折り畳まれた状態のまま接着される。すなわち、シートPが接着ニップを通過する際にシートP上の粉末接着剤Tnが加熱されて再溶融した状態で加圧されることで、対向面(折り畳まれた状態で、粉末接着剤Tnのトナー像が転写されたシートPの画像面に対向する面)に付着する。そして、粉末接着剤Tnが冷えて固まることで、粉末接着剤Tnを接着剤としてシートPの画像面と対向面が結合(接着)される。
第2定着器32による接着処理を受けたシートPは、図3(b)に示すように、後処理ユニット30の筐体39に設けられた排出口32c(第2の排出口)から図中左側に排出される。そして、装置本体10の左側面に設けられた第2排出トレイ35(図1参照)に収納される。以上で、シートPが第2経路R2を搬送される場合の画像形成の動作が終了する。
なお、シートPに対する粉末接着剤Tnの塗布パターンによって、折り畳まれたシートPの結合箇所を変えることが可能となる。図6(a)及び図6(b)は、粉末接着剤Tnの塗布パターンが異なる成果物(画像形成装置の出力物)を例示している。図6(a)は、受け取った人が開封する用途の成果物(半接着の成果物)の例である。図6(a)の給与明細書51の場合、シートPの片面の外周部の全周51aに粉末接着剤Tnが塗布され、中央の折り目51bで折り畳まれた状態で接着される。
図6(b)は、開封されることを前提としない用途の成果物(完全接着の成果物)の例としての袋(薬袋)を表している。この場合、折り畳まれた状態のシートPの折り目52bを含めた三辺が結合されるように、コ字状の領域52aに粉末接着剤Tnが塗布される。図6(b)中には袋の内側に画像を形成していないが、必要に応じて画像を形成することもできる。
また、画像形成装置1は、図6(a)及び図6(b)に例示したいずれの成果物についても、プレプリント紙を用意することなくワンストップで出力することが可能である。すなわち、印刷用トナーを用いてシートPの片面又は両面に画像を記録する動作に並行して、所定の塗布パターンで粉末接着剤Tnを塗布し、折り処理及び接着処理を施した状態の成果物を出力することが可能である。
例えば、図6(a)及び図6(b)の成果物を出力する場合、原紙として用いるシートPの一方の面が成果物の外側となり、他方の面が成果物の内側となる。そこで、両面印刷における第1面の画像形成動作として、印刷用トナーで外側面用の画像を形成し、第2面の画像形成動作として、印刷用トナーで内側面用の画像を形成すると共に所定の塗布パターンで粉末接着剤Tnを塗布すればよい。
画像形成装置1が印刷用トナーを用いて記録する画像には、プレプリント紙を用いる場合のフォーマット(不変部分)と、個人情報等の可変部分とを含めることができる。従って、上記のようにプレプリント紙ではない白紙等の原紙から、接着処理によって接着された成果物を出力することができる。ただし、プレプリント紙を記録媒体として使用し、可変部分の印刷処理と接着処理を行う用途で画像形成装置1を使用することもできる。
(接着物(成果物)の製造方法)
接着物の製造方法は、上記ホットメルト接着剤を用いた、少なくとも一の紙が接着部を介して貼り合わされている接着物の製造方法であって、
紙にホットメルト接着剤による該接着部を現像し、加熱により接着部を定着させる接着部の形成工程、及び
接着部の形成後、形成された接着部をはさむように紙を重ねて加熱し、該接着部を溶融させることで該紙を接着し、該接着物を得る接着工程を有し、
該加熱する際の定着器の温度Tf(℃)及びホットメルト接着剤の融点Tm(℃)が、70≦Tf-Tm≦200を満たすことが好ましい。
また、接着物は紙の少なくとも片面に電子写真用現像剤による画像部を有し、接着物の製造方法は、紙の少なくとも片面に電子写真用現像剤による画像部及びホットメルト接着剤による接着部を現像し、加熱により画像部及び接着部を定着させる画像部及び接着部の形成工程を有してもよい。そして、画像部及び接着部の形成後、形成された接着部をはさむように該紙を重ねて、上記のように加熱することが好ましい。
接着物は、一枚の紙が折りたたまれて接着部を介して貼り合わされた形態でもよいし、二枚の紙が接着部を介して貼り合わされた形態でもよい。接着物は、例えば、冊子状、袋状、筒状などの形態を有する。紙が接着部を介して貼り合わされる場合、接着部が存在する面は、接着物において二面存在することになるが、粉末接着剤による接着部は、その二面の少なくとも一方に形成されればよい。一枚の紙で接着物を製造する場合、トナーによる画像部及び粉末接着剤による接着部を、紙の少なくとも一方の面に形成すればよい。紙の他方の面に画像部が形成されてもよいし、形成されなくてもよい。
二枚の紙を貼り合わせて接着物を製造する場合、一方の紙に画像部及び接着部を形成すればよい。他方の紙には画像部又は接着部を形成してもよいし、しなくてもよい。画像部の形成及び接着部の形成は、どちらかを先に行ってもよいし、両方を同時に行ってもよい。画像部の現像及び定着、並びに接着部の現像及び定着は、例えば、上述した画像形成装置により行うことができる。また、公知の電子写真方式を採用しうる。
画像部及び接着部を形成した後、一枚の紙であれば紙を折って接着部をはさみ、二枚の紙であればこれらを重ねて接着部をはさむ。そして、加熱して接着部を溶融させて紙を接着させ、接着物(成果物)を得る。このような接着工程は、例えば、上述した画像形成装置やシート処理装置の定着器を用いて行うことができる。
加熱する際の定着器の温度Tf(℃)及びホットメルト接着剤の融点Tm(℃)は、70≦Tf-Tm≦200を満たすことが好ましい。70≦Tf-Tmであることで、ホッ
トメルト接着剤を十分に溶融させることができ、強靭な接着力を得ることが可能となる。Tf-Tm≦200であることで、ホットメルト接着剤が定着器に取り去られる現象(所謂ホットオフセット)が起きにくいため、強靭な接着力を得ることが可能となる。なお、定着器の温度Tfとは、定着器が具備する加熱部材の表面温度を指す。Tf及びTmは、より好ましくは80≦Tf-Tm≦180を満たし、さらに好ましくは100≦Tf-Tm≦160を満たす。
(接着物)
上記ホットメルト接着剤を、少なくとも一の紙が接着剤を介して貼り合わされている接着物における接着剤として用いることができる。接着剤は、ホットメルト接着剤の溶融硬化物である。接着物を得る手段は特に制限されない。折り曲げた一枚の紙、又は重ねた複数の紙の間の所望の部分にホットメルト接着剤を適用し、加熱及び必要に応じて加圧すればよい。あるいは、紙上の所望の位置にホットメルト接着剤を乗せ、熱及び必要に応じて圧力により、ホットメルト接着剤を紙上に定着させて、接着部を有する紙を得る。そして、接着部を有する紙を折り曲げて、あるいは他の紙と重ねて、加熱及び必要に応じて加圧することで接着物を得ることもできる。
加熱及び必要に応じて加圧する手段は特に制限されない。ホットプレートやラミネーターなどを用いることができる。電子写真方式による定着プロセスを採用してもよい。紙上に接着部を形成させる際に、電子写真方式による現像プロセス及び定着プロセスを採用することもできる。
接着物を引きはがした際の1cm当たりの接着力は、0.5N/cm~2.5N/cmであることが好ましく、1.0N/cm~2.5N/cmであることがより好ましく、1.3N/cm~2.5N/cmであることが特に好ましい。接着力の測定は、テンシロン万能試験機RTG-1225(エー・アンド・デイ社製)を用い、後述の(評価用サンプルの作製)及び(接着力の評価)に記載の方法で行うことができる。
以下、各物性の測定方法に関して記載する。
<熱可塑性樹脂及び結晶性材料の分子構造の同定、ホットメルト接着剤に含有される熱可塑性樹脂の含有量、並びにホットメルト接着剤に含有される結晶性材料の含有量の測定方法>
熱可塑性樹脂及び結晶性材料の分子構造の同定、ホットメルト接着剤に含有される熱可塑性樹脂の含有量、並びにホットメルト接着剤に含有されるワックスの含有量の測定には、熱分解ガスクロマトグラフィー質量分析計(以下、熱分解GC/MS)及びNMRを用いる。熱分解GC/MSでは、サンプルの樹脂全量の構成する単量体を決定し、各単量体のピーク面積を求めることができるが、定量を行うには基準となる濃度既知のサンプルによるピーク強度の規格化が必要となる。一方、NMRでは構成する単量体の決定及び定量を、濃度既知のサンプルを用いることなく求めることが可能である。そこで、状況に応じて、構成する単量体の決定には、NMRと熱分解GC/MSの両方のスペクトルを比較しながら行う。
具体的には、NMR測定時の抽出溶媒である、重水素化クロロホルムに溶けない樹脂成分が5.0質量%未満の場合、NMRの測定による定量を行う。一方、NMR測定時の抽出溶媒である、重水素化クロロホルムに溶けない樹脂成分が5.0質量%以上存在した場合には、重水素化クロロホルム可溶分に対して、NMR及び熱分解GC/MSの両方の測定を行い、重水素化クロロホルム不溶分に対して、熱分解GC/MSの測定を行う。この場合は、先ず重水素化クロロホルム可溶分のNMR測定を行い、構成単量体の決定と定量を行う(定量結果1)。次いで、重水素化クロロホルム可溶分に対して、熱分解GC/MS測定を行い、各構成単量体に帰属されるピークのピーク面積を求める。NMR測定で得
られた定量結果1を用いて、各構成単量体の量と熱分解GC/MSのピーク面積との関係を求める。
次いで、重水素化クロロホルム不溶分の熱分解GC/MS測定を行い、各構成単量体に帰属されるピークのピーク面積を求める。重水素化クロロホルム可溶分の測定で得られた各構成単量体の量と熱分解GC/MSのピーク面積との関係から、重水素化クロロホルム不溶分における構成単量体の定量を行う(定量結果2)。そして、定量結果1と定量結果2とを合わせて、最終的な各構成単量体の定量結果となる。具体的には、以下の操作を行う。
(1)ホットメルト接着剤50mgを8mLのガラス製サンプル瓶に精秤し、重水素化クロロホルムを1mL加えた後、蓋をし、超音波分散機によって1時間分散し溶解させる。次いで、0.4μm径のメンブランフィルターによりろ過を行い、ろ液を回収する。この際、重水素化クロロホルム不溶分は、メンブランフィルター上に残存する。
(2)ろ液について、H-NMR測定を行い、樹脂中の各構成単量体について、スペクトルを帰属し、定量値を求める。
(3)重水素クロロホルム不溶分の分析が必要であれば、熱分解GC/MSにて分析を行う。必要に応じて、メチル化などの誘導化処理を行う。
(NMRの測定条件)
ブルカー・バイオスピン(株)社製 Bruker AVANCE 500
測定核:
測定周波数:500.1MHz
積算回数:16回
測定温度:室温
(熱分解GC/MSの測定条件)
熱分解装置:日本分析工業(株)社製 TPS-700
熱分解温度:400℃~600℃での適正値
GC/MS装置:サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)社製 ISQ
カラム:「HP5-MS」(アジレント/19091S-433)、長さ30m、内径0.25mm、膜厚0.25μm
GC/MS条件
注入口条件:
InletTemp:250℃
SplitFlow:50mL/min
GC昇温条件:40℃(5min)→10℃/min(300℃)→300℃(20min)
また、熱可塑性樹脂が複数成分含まれることを示唆する結果が得られた場合は、ホットメルト接着剤をTHFに溶解し、得られた可溶分から溶媒を減圧留去して、ホットメルト接着剤のTHF可溶分を得る。得られたホットメルト接着剤のTHF可溶成分をクロロホルムに溶解し、濃度25mg/mLの試料溶液を調製する。得られた試料溶液3.5mLを、下記装置に注入し、下記条件で、数平均分子量(Mn)2000未満、2000以上5000未満、5000以上10000未満、10000以上30000未満及び30000以上の成分に分けて分取する。
分取GPC装置:日本分析工業(株)製 分取HPLC LC-980型
分取用カラム:JAIGEL 3H、JAIGEL 5H(日本分析工業(株)社製)
溶離液:クロロホルム
流速:3.5mL/min
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F-850、F-450、F-288、F-128、F-80、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000、A-500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
各成分を分取した後、溶媒を減圧留去し、アセトンからの再結晶法により固体を分取し、さらに90℃雰囲気中、減圧下で24時間乾燥する。各成分がそれぞれ100mg程度得られるまで上記操作を繰り返す。得られた各成分に関して上述した同定方法に従って分析し、各熱可塑性樹脂の構造の同定と含有量を求める。
<Tc、Tmの測定方法>
Tc、Tmは、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いて測定する。装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。具体的には、ホットメルト接着剤1mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用いる。昇温速度10℃/分で0℃から150℃に昇温し、150℃にて5分間維持する。その後、冷却速度10℃/分で150℃から0℃まで冷却を行う。この降温過程で生じる発熱ピークのうち最も高さが高いピークのピーク温度をTc(℃)とする。続いて、0℃で5分間維持したのちに、昇温速度10℃/分で0℃から150℃まで昇温する。このときのDSC曲線において生じる吸熱ピークのうち、最も高さが高いピークのピーク温度をTm(℃)とする。
<ガラス転移温度(Tg)の測定方法>
熱可塑性樹脂などの樹脂のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いて測定する。装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。具体的には、サンプル1mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用いる。モジュレーション測定モードを用い、昇温速度1℃/分、温度変調条件±0.6℃/60秒で0℃から100℃の範囲で測定を行う。昇温過程において比熱変化が得られるので、比熱変化が出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点をガラス転移温度(Tg)とする。
<分子量Mw、Mp、Mnの測定方法>
ホットメルト接着剤のTHF可溶分の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。まず、室温で24時間かけて測定サンプルをテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:高速GPC装置「HLC-8220GPC」[東ソー(株)製]
カラム:LF-604の2連[昭和電工(株)製]
溶離液:THF
流速:0.6ml/min
オーブン温度:40℃
試料注入量:0.020ml
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F-850、F-450、F-288、F-128、F-8
0、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000、A-500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。得られた分子量分布から、付属の解析ソフトを用いてMw,Mp,Mnの算出を行う。
<熱可塑性樹脂と結晶性材料の相溶化度の測定方法>
相溶化度A及び相溶化度Bの測定には、示差走査熱量分析(DSC)測定を用いる。サンプルとしては、熱可塑性樹脂と結晶性材料を混合した樹脂を用いる。
(熱可塑性樹脂の製造)
ホットメルト接着剤を懸濁重合法によって製造する場合には、熱可塑性樹脂のみを単離することは困難である。そのため、これら材料が単体で入手できる場合にはそれを用いればよく、単体で入手できない場合には別途作製する。具体的には、懸濁重合法によってホットメルト接着剤を製造する際に、該ホットメルト接着剤を構成するモノマーのみを用いて、ホットメルト接着剤の製造条件と同じ重合温度、同じ重合開始剤を同じ量用いて製造した樹脂を、熱可塑性樹脂とする。
(熱可塑性樹脂と結晶性材料樹脂を混合した混合樹脂の製造)
トルエン2mlに、熱可塑性樹脂と結晶性材料(第1の結晶性材料又は第2の結晶性材料)を、質量比率C又はDで溶解し、必要に応じて加熱して均一な溶解液を作製する。該溶解液をロータリーエバポレータにて120℃まで加熱し、突沸しないように徐々に減圧する。50mbarまで減圧して2時間乾燥を行ったものを混合樹脂(混合樹脂A又はB)とする。
(相溶化度の測定)
相溶化度A及び相溶化度Bは示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418-82に準じて測定する。装置検出部
の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。具体的には、混合樹脂2mgを精秤し、アルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定範囲0℃から100℃の間で、昇温速度10℃/分の速度で昇温する。100℃で15分ホールドし、その後100℃から0℃の間で、降温速度10℃/分の速度で冷却する。この冷却過程の発熱曲線における発熱ピークの発熱量ΔH(J/g)を測定する。
相溶化度A及びBは、下記計算式によって計算する。
相溶化度A(%)=
100-(100×ΔH(A))/(ΔH(C)×C/100) ・・・(1)
ΔH(A)は、示差走査熱量測定における、熱可塑性樹脂と第1の結晶性材料との混合樹脂Aの発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。ΔH(C)は、示差走査熱量測定における第1の結晶性材料の発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。Cは、混合樹脂Aにおける第1の結晶性材料の質量比率(%)を示す。
相溶化度B(%)=
100-(100×ΔH(B))/(ΔH(C2)×D/100) ・・・(2)
ΔH(B)は、示差走査熱量測定における、熱可塑性樹脂と第2の結晶性材料との混合樹脂Bの発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。ΔH(C2)は、示差走査熱量測定における第2の結晶性材料の発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。Dは、混合樹脂Bにおける第2の結晶性材料の質量比率(%)を示す。
<THF不溶分の測定方法>
テトラヒドロフラン(THF)を用いた16時間のホットメルト接着剤のソックスレー
抽出で抽出されないTHF不溶分の含有量は、以下のようにして測定する。ホットメルト接着剤1.0gを秤量(W1g)し、予め秤量した円筒濾紙(商品名No.86R(サイズ28×100mm)、アドバンテック東洋社製)に入れてソックスレー抽出器にセットする。そして、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)200mlを用いて16時間抽出する。このとき、溶媒の抽出サイクルが約5分に一回になるような還流速度で抽出を行う。
抽出終了後、円筒ろ紙を取り出して風乾した後、40℃で8時間真空乾燥し、抽出残分を含む円筒濾紙の質量を秤量し、円筒濾紙の質量を差し引くことにより、抽出残分の質量(W2g)を算出する。そして、樹脂成分以外の成分の含有量(W3g)を下記式(6)のように差し引くことによって、THF不溶分を求めることができる。
THF不溶分(質量%)=
{(W2-W3)/(W1-W3)}×100 ・・・(6)
樹脂成分以外の成分の含有量は、公知の分析手段によって測定することができる。分析が困難な場合には、以下のようにして樹脂成分以外の成分の含有量(ホットメルト接着剤中の焼却残灰分(W3´g))を見積もり、その含有量を差し引くことによって、THF不溶分を求めることができる。ホットメルト接着剤中の焼却残灰分は以下の手順で求める。予め秤量した30mlの磁性るつぼに約2gのホットメルト接着剤を秤量(Wag)する。るつぼを電気炉に入れ約900℃で約3時間加熱し、電気炉中で放冷し、常温下でデシケーター中に1時間以上放冷し、焼却残灰分を含むるつぼの質量を秤量し、るつぼの質量を差し引くことにより焼却残灰分(Wbg)を算出する。そして、下記式(7)により、試料W1g中の焼却残灰分の質量(W3´g)を算出する。
W3´=W1×(Wb/Wa) ・・・(7)
この場合、THF不溶分は、下記式(8)で求められる。
THF不溶分(質量%)=
{(W2-W3´)/(W1-W3´)}×100 ・・・(8)
<100℃粘度の測定方法>
定荷重押し出し方式の細管式レオメータにより測定された100℃におけるホットメルト接着剤の粘度の測定方法は以下のようにして測定する。定荷重押し出し方式の細管式レオメータ「流動特性評価装置 フローテスターCFT-500D」(島津製作所社製)を用い、装置付属のマニュアルに従って行う。なお、本装置では、測定試料の上部からピストンによって一定荷重を加えつつ、シリンダに充填した測定試料を昇温させて溶融し、シリンダ底部のダイから溶融された測定試料を押し出し、この際の温度とピストンの降下量との関係を計測する。
50℃から200℃までの測定を行い、100℃において算出された見かけの粘度を、ホットメルト接着剤の100℃における粘度(Pa・s)とする。100℃における見かけの粘度η(Pa・s)は次のようにして算出する。まず、下式(9)よりフローレートQ(cm/s)を計算する。式中、ピストンの断面積をA(cm)、100℃時点におけるピストンの位置に対して上下0.10mm(間隔としては0.20mm)の間をピストンが降下するのに要した時間をΔt(秒)とする。
Q=(0.20×A)/(10×Δt) ・・・(9)
そして、得られたフローレートQを用いて、下式(10)より100℃における見かけの粘度ηを算出する。式中、ピストン荷重をP(Pa)、ダイの穴の直径をB(mm)、ダイの長さをL(mm)とする。
η=(π×B×P)/(128000×L×Q) ・・・(10)
測定試料は、1.0gのホットメルト接着剤を、25℃の環境下で、錠剤成型圧縮機(例えば、NT-100H、エヌピーエーシステム社製)を用いて10MPaで、60秒間圧縮成型し、直径約8mmの円柱状としたものを用いる。CFT-500Dの測定条件は、以下の通りである。
試験モード:昇温法
開始温度:50℃
到達温度:200℃
測定間隔:1.0℃
昇温速度:4.0℃/min
ピストン断面積:1.000cm
試験荷重(ピストン荷重):10.0kgf(0.9807MPa)
予熱時間:300秒
ダイの穴の直径:1.0mm
ダイの長さ:1.0mm
<ホットメルト接着剤の重量平均粒子径(D4)の測定方法>
重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター(株)製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター(株)製)を用いる。なお、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行う。測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が1.0%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター(株)製)が使用できる。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように専用ソフトの設定を行う。専用ソフトの「標準測定方法(SOMME)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター(株)製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。具体的な測定法は以下のとおりである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに電解水溶液200.0mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャーチューブのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに電解水溶液30.0mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10%水溶液、和光純薬工業(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を0.3mL加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetra150」(日科機バイオス(株)製)を準備する。超音波分散器の水槽内に3.3Lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを2.0mL添加する。
(4)上記(2)のビーカーを上記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分
散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)上記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、測定サンプル10mgを少量ずつ上記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した上記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー粒子を分散した上記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。なお、実施例において部は、特に断りのない限り質量基準である。
(結晶性材料1の製造例)
温度計、窒素導入管、攪拌機及び冷却管を備えた4つ口フラスコに、ステアリン酸312.9g(1.1mol)と、エチレングリコール31g(0.5mol)とを加え、窒素気流下、180℃で反応水を留去しつつ、15時間常圧で反応させた。この反応によって得られたエステル化粗生成物100部に対して、トルエン20部と、エタノール4部とを加え、さらに、前記エステル化粗生成物の酸価の1.5倍当量に相当する量の水酸化カリウムを含む10%水酸化カリウム水溶液を加え、70℃で30分間攪拌した。攪拌後30分間静置した後、エステル相から分離した水相(下層)を除去することによって、前記エステル化粗生成物を水洗した。水相のpHが7になるまで、上記水洗を4回繰り返した。その後、180℃、1kPaの減圧条件下で、水洗されたエステル相から溶媒を留去し、濾過を行い、結晶性材料1(エチレングリコールジステアレート)を得た。得られた結晶性材料は材料単体で示差走査熱量測定を行った際に明確な発熱ピーク及び吸熱ピークが観測され、結晶性を有することを確認した。測定した融点を表1に示す。
Figure 2022135397000003
(結晶性材料2~9)
実施例及び比較例に用いた結晶性材料2~9の組成及び物性を表1に示す。
<ポリエステル樹脂の製造例>
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、単量体としてテレフタル酸1.00mol、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2mol付加物0.65mol、エチレングリコール0.35molのモル比で添加して、撹拌しながら温度130℃まで加熱した。その後、エステル化触媒としてジ(2-エチルヘキサン酸)錫を、上記単量体100.00部に対して0.52部を加え、温度200℃に昇温し所望の分子量になるまで縮重合した。さらに、無水トリメリット酸を上記単量体100.00部に対して3.00部を加え、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂のピーク分子量は12000、ガラス転移温度(Tg)は75℃であった。
<ホットメルト接着剤1の製造例>
・スチレン: 75.0部
・n-ブチルアクリレート: 25.0部
・ポリエステル樹脂: 4.0部
・第1の結晶性材料:結晶性材料1: 14.0部
・第2の結晶性材料:結晶性材料6: 2.0部
・ジビニルベンゼン: 0.5部
上記材料を混合した混合物を60℃に保温し、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、500rpmで攪拌し、均一に溶解し、重合性単量体組成物を調製した。一方、高速撹拌装置クレアミックス(エム・テクニック社製)を備えた容器中に0.10mol/L-NaPO水溶液850.0部及び10%塩酸8.0部を添加し、回転数を15000rpmに調整し、70℃に加温した。ここに、1.0mol/L-CaCl水溶液127.5部を添加し、リン酸カルシウム化合物を含む水系媒体を調製した。
水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入後、重合開始剤であるt-ブチルパーオキ
シピバレート7.0部を添加し、15000回転/分の回転数を維持しつつ10分間造粒した。その後、高速撹拌機からプロペラ撹拌翼に撹拌機を変え、還流しながら重合温度70℃で5時間反応させた後、液温85℃とし、さらに2時間反応させた。重合反応終了後、スラリーを加熱処理工程として100℃に加熱して60分保持した後、急冷工程としてスパイラル式熱交換機KSH-1型(株式会社クロセ製)を通して100℃から40℃まで4℃/secの冷却速度で急冷を行った。
急冷して得られたスラリーに塩酸を加えpHを1.4にし、1時間撹拌することでリン酸カルシウム塩を溶解させた。その後、スラリーの3倍の水量で洗浄し、ろ過、乾燥の後、分級して粉末接着剤粒子を得た。その後、粉末接着剤粒子100.0部に対して、外添剤として、ジメチルシリコーンオイル(20質量%)を用いて疎水化処理されたシリカ微粒子(1次粒子の個数平均粒径:10nm、BET比表面積:170m/g)2.0部を加えて三井ヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社製)を用い、3000rpmで15分間混合して重量平均粒径6.5μmのホットメルト接着剤1を得た。得られたホットメルト接着剤の物性を表3に示す。
<ホットメルト接着剤2~25、比較用ホットメルト接着剤1~4の製造例>
表2に示すように、反応条件、結晶性材料の種類と添加量を変更すること以外はホットメルト接着剤1の製造例と同様にして、ホットメルト接着剤2~25、比較用ホットメルト接着剤1~4を得た。得られたホットメルト接着剤の物性を表3に示す。
Figure 2022135397000004
Figure 2022135397000005
<実施例1>
ホットメルト接着剤1に関して、下記の評価手法に従って評価を行った。なお、評価はすべて常温常湿(25℃/50%RH)環境で行い、紙はGFC-081(81.0g/m)(キヤノンマーケティングジャパン社製)を用いた。
<接着力の評価>
(評価用サンプルの作製)
評価用サンプルの作製には、市販のキヤノン製レーザービームプリンタLBP712Ciを用いた。ソフトウェアを変更することにより、全てのカートリッジがセットされていなくても動作するように改造した。また、ホットメルト接着剤及びトナーの載り量(mg/cm)をそれぞれ任意に調整できるようにした。LBP712Ciのブラックカートリッジの中に入っているトナーを抜き取り、ホットメルト接着剤1を150g充填し、ブラックステーションにセットした。
このプリンターを用い、図8に示すように、先端余白8cmを開けて、4cmの領域に粉末接着剤を載り量0.5mg/cmで印刷し、さらに余白2cmを開けて、4cmの領域にトナーを載り量0.08mg/cmで印刷した(画像A)。さらに、別の紙に先端余白8cmを開けて、4cmの領域に粉末接着剤を載り量0.5mg/cmで印刷した(画像B)。得られた画像Aについて幅3cmに切断し、サンプルAを得た。同様に、画像Bを切断しサンプルBを得た。なお、トナーは、使用したLBP712Ciの標準ト
ナーを使用した。
(評価用サンプルの張り合わせ)
図9に示すように、サンプルAとサンプルBを、画像面が内側になるように向かい合わせ、LBP712Ciから取り外した外部定着器の定着器温度Tfを200℃に調整して、サンプルA側が上側になるように通すことで張り合わせた。
(接着力と接着速度の評価)
張り合わせた接着物は、定着器を通してから10秒後、300秒後に接着力の評価を行った。接着力の評価にはテンシロン万能試験機RTG-1225(エー・アンド・デイ社製)を用いた。治具は平行締付型ジョウを用い、図10のように張り合わせたサンプルをセットした。50mm/minの条件で評価用サンプルを引き剥がした際に得られる横軸が距離(mm)、縦軸が応力(N/cm)のグラフにおける最大値に対し1/3をかけて得られた幅1cm当たりの応力を接着力(N/cm)とした。この値が大きいほど接着力が良好である。
<実施例2~29及び比較例1~4>
実施例2~29及び比較例1~4に関して、表4の通りホットメルト接着剤及びTfを変更し、実施例1と同様にして評価した。評価結果を表4に示す。
Figure 2022135397000006
表4より明らかなように、本発明は短時間で強い接着力を発現可能な接着剤、および、そのような接着物の製造方法を提供することができている。
1…画像形成装置、1e…画像形成手段(画像形成ユニット)、1m…主搬送路、2…スキャナユニット、3…転写ユニット、3a…転写ベルト、3b…二次転写内ローラ、3c…張架ローラ、4…一次転写ローラ、5…転写手段(二次転写ローラ)、5n…転写ニップ、6…定着手段(第1定着器)、6a…加熱ローラ、6b…加圧ローラ、6n…定着ニップ、7n…第2プロセスユニット(プロセスカートリッジ)、7y,7m,7c…第1プロセスユニット(プロセスカートリッジ)、8…シートカセット、8a…搬送ローラ、9…カートリッジ支持部、10…装置本体、12…排出口(第1の排出口)、13…ガイド部材(第1排出トレイ)、13…aトレイ切替ガイド、15…中間パス、19…第1の筐体、20…開閉可能なトレイ、
30…シート処理装置(後処理ユニット)、31…折り手段(折り器)、31a…第1折りローラ、31b…第2折りローラ、31c…第1ガイドローラ、31d…第2ガイドローラ、31e…引き込み部、31f…ガイド壁、31g…壁、31h…端部、32…接
着手段(第2定着器)、33…切替ガイド、33a…切替ガイド軸部、33b…切替ガイド先端、34…排出ユニット、34a…第1排出ローラ、34b…中間ローラ、34c…第2排出ローラ、35…第2排出トレイ、36,37…コネクタ、39…第2の筐体、
51…接着ハガキ、52…薬袋、51a…外周部の全周、51b,52b…中央の折り目、52a…コ字状の領域、
101…感光ドラム、102…帯電ローラ、103…クリーニング部材、104n,104y,104m,104c…粉体収容部、105…現像ローラ、106…現像剤供給ローラ、107…現像ブレード、108…攪拌部材、109…現像室、
P…シート、R1…第1経路、R2…第2経路、Tn…粉末接着剤、Ty,Tm,Tc…印刷用トナー、CC…感光体ユニット、DT…現像ユニット、q…シートPの先端、r…中腹部、L…シートPの全長、M…間隔、N…引き込み部の深さ

Claims (9)

  1. 熱可塑性樹脂及び第1の結晶性材料を含有するホットメルト接着剤であって、
    該ホットメルト接着剤の示差走査熱量測定において、
    150℃まで昇温した後の10℃/minでの降温過程において観測される発熱ピークのうち、最も高さが高いピークのピーク温度をTc(℃)とし、
    該降温過程の後の10℃/minでの昇温過程において観測される吸熱ピークのうち、最も高さが高いピークのピーク温度をTm(℃)としたとき、
    Tm-Tcが、20.0℃以上70.0℃以下であり、
    該ホットメルト接着剤のテトラヒドロフラン可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定された重量平均分子量Mwが、100000以上400000以下であることを特徴とするホットメルト接着剤。
  2. 前記熱可塑性樹脂及び前記第1の結晶性材料の下記式(1)で表される相溶化度Aが、50%以上100%以下である請求項1に記載のホットメルト接着剤。
    相溶化度A(%)=
    100-(100×ΔH(A))/(ΔH(C)×C/100) ・・・(1)
    ΔH(A)は、示差走査熱量測定における、前記熱可塑性樹脂と前記第1の結晶性材料との混合樹脂Aの発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。ΔH(C)は、示差走査熱量測定における前記第1の結晶性材料の発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。Cは、該混合樹脂Aにおける前記第1の結晶性材料の質量比率(%)を示し、11.9である。
  3. テトラヒドロフランを用いた16時間の前記ホットメルト接着剤のソックスレー抽出で抽出されないテトラヒドロフラン不溶分の含有量が、前記ホットメルト接着剤中、20質量%以上60質量%以下である請求項1又は2に記載のホットメルト接着剤。
  4. 前記ホットメルト接着剤が、さらに第2の結晶性材料を含有し、
    該第2の結晶性材料及び前記熱可塑性樹脂の下記式(2)で表される相溶化度Bが、10%以上50%未満である請求項1~3のいずれか1項に記載のホットメルト接着剤。
    相溶化度B(%)=
    100-(100×ΔH(B))/(ΔH(C2)×D/100) ・・・(2)
    ΔH(B)は、示差走査熱量測定における、該熱可塑性樹脂と該第2の結晶性材料との混合樹脂Bの発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。ΔH(C2)は、示差走査熱量測定における該第2の結晶性材料の発熱ピークの発熱量(J/g)を示す。Dは、該混合樹脂Bにおける該第2の結晶性材料の質量比率(%)を示し、1.9である。
  5. 前記Tcが、20℃以上60℃以下であり、
    前記Tmが、50℃以上110℃以下である請求項1~4のいずれか1項に記載のホットメルト接着剤。
  6. 定荷重押し出し方式の細管式レオメータにより測定された100℃における前記ホットメルト接着剤の粘度が、20000Pa・s以上100000Pa・s以下である請求項1~5のいずれか1項に記載のホットメルト接着剤。
  7. 前記第1の結晶性材料が、エステルワックスである請求項1~6のいずれか1項に記載のホットメルト接着剤。
  8. 前記熱可塑性樹脂が、非晶性樹脂である請求項1~7のいずれか1項に記載のホットメルト接着剤。
  9. 請求項1~8のいずれか1項に記載のホットメルト接着剤を用いた、少なくとも一の紙が接着部を介して貼り合わされている接着物の製造方法であって、
    該紙に前記ホットメルト接着剤による該接着部を現像し、加熱により該接着部を定着させる接着部の形成工程、及び
    該接着部の形成後、形成された該接着部をはさむように該紙を重ねて加熱し、該接着部を溶融させることで該紙を接着し、該接着物を得る接着工程を有し、
    該加熱する際の定着器の温度Tf(℃)及びホットメルト接着剤の融点Tm(℃)が、70≦Tf-Tm≦200を満たす接着物の製造方法。
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