JP4267533B2 - トナー用バインダー樹脂及び該樹脂を用いた静電荷現像用電子写真トナー - Google Patents
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Description
(1)ポリエステル構造を有する構造単位(A)、水酸基含有スチレン系樹脂由来の構造単位(B)、及びポリイソシアネート由来の構造単位(C)を有するポリエステル樹脂(D)を含むトナー用バインダー樹脂であって、
前記ポリエステル樹脂(D)は、ポリエステル系樹脂(A2)、水酸基含有スチレン系樹脂(B2)、及びポリイソシアネート(C2)を反応させて得られるものであり、
前記ポリエステル系樹脂(A2)が要件(i)を満たし、前記水酸基含有スチレン系樹脂(B2)が要件(ii)を満たし、前記ポリエステル系樹脂(A2)と前記水酸基含有スチレン系樹脂(B2)の質量比(A2)/(B2)が55/45〜99/1であり、前記ポリエステル系樹脂(A2)と前記水酸基含有スチレン系樹脂(B2)の質量の合計100質量部に対して、前記ポリイソシアネート(C2)が0.05〜40質量部であることを特徴とする、トナー用バインダー樹脂。
要件(i)数平均分子量(Mn)が1000〜50000であり、水酸基価が4〜100mgKOH/gであり、酸価が1〜40mgKOH/gである。
要件(ii)数平均分子量(Mn)が1000〜30000であり、水酸基価が4〜100mgKOH/gである。
(2)上記のトナー用バインダー樹脂を用いた静電荷現像用電子写真トナー。
ガラス転移温度(Tg)は示差走査型熱量測定法(DSC)に従い、DSC−20(セイコー電子工業社製)によって測定した。試料約10mgを−20℃から200℃まで10℃/分で昇温し、得られたカーブのベースラインと吸熱ピークの傾線の交点よりTgを求めた。樹脂は、測定の前に一旦200℃程度まで昇温し、5分間保持した後、即座に常温(25℃)まで降温する操作を行い、樹脂の熱履歴を統一することが望ましい。また、ワックスの融点も同様にワックス吸熱ピークから求めた。
水酸基価の測定方法は、例えば酸無水物による逆滴定により行われる。特に酸無水物として無水フタル酸、触媒としてイミダゾールを使用する方法が好ましく、これら酸無水物、触媒をピリジンに溶解して、反応試薬とした。反応試薬と樹脂を反応させた後にこれらを希釈する溶剤としては、ピリジン、テトラヒドロフラン(THF)等、樹脂の溶解性に優れた溶剤を使用する。
酸価の測定方法は中和滴定により行われるが、溶剤としては樹脂の溶解性に優れた溶剤を用いる。キシレン/ジメチルホルムアミド=1/1(重量比)の混合溶剤が特に好ましい。
分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて求めた。測定は、市販の単分散標準ポリスチレンを標準とし、以下の条件で行った。
検出器 ; SHODEX RI-71S
溶剤 ; テトラヒドロフラン(THF)
カラム ; KF-G + KF-807L x 3 + KF800D
流速 ; 1.0ml/分
試料 ; 0.25%THF溶液
なお、測定の信憑性は上記の測定条件で行ったNBS706ポリスチレン試料(Mw=288000、Mn=137000、Mw/Mn=2.11)のMw/Mnが、2.11±0.10となることにより確認し得る。
粉砕性は、以下のように測定した。市販の機械式粉砕機にあらかじめ1mmメッシュパス、600ミクロンメッシュオンで前処理したサンプルを約10g仕込み、粉砕時間30秒間、粉砕強度60Vに設定してサンプルを粉砕した。粉砕されたサンプルをメッシュ目開き600ミクロン、250ミクロン、106ミクロンに供試し、パウダーテスター(細川粉体工学研究所)の加減抵抗機の目盛りを4にして、7分間振動を加えた。振動後の106ミクロンメッシュのふるいを通過したサンプルの質量を測定し、通過質量比を求め,粉砕性指数とした。
○ ; 粉砕性指数 ≧ 40%
△ ; 40% > 粉砕性指数 ≧ 20%
× ; 20% > 粉砕性指数
定着性は市販の電子写真複写機を改造した複写機にて未定着画像を作成した後、この未定着画像を市販の複写機の定着部を改造した熱ローラー定着装置を用いて定着させた。熱ロールの定着速度は190mm/secとし、熱ローラーの温度を5℃ずつ変化させてトナーの定着を行った。得られた定着画像を砂消しゴム(トンボ鉛筆社製)により、1.0kgの荷重をかけ、10回摩擦させ、この摩擦試験前後の画像濃度をマクベス式反射濃度計により測定した。各温度での画像濃度の変化率が60%以上となった最低の定着温度をもって最低定着温度とした。なお、ここに用いた熱ローラ定着装置はシリコーンオイル供給機構を有しないものである。また、環境条件は、常温常圧(温度22℃,相対湿度55%)とした。
○ ; 最低定着温度 ≦ 165℃
△ ; 185℃ ≧ 最低定着温度 > 165℃
× ; 最低定着温度 > 185℃
耐オフセット性の評価は、上記最低定着温度の測定に準ずるが、上記複写機にて未定着画像を作成した後、トナー像を転写して上述の熱ローラー定着装置により定着処理を行い、次いで白紙の転写紙を同様の条件下で当該熱ローラー定着装置に送って転写紙上にトナー汚れが生ずるか否かを目視観察する操作を、前記熱ローラー定着装置の熱ローラーの設定温度を順次上昇させた状態で繰り返し、トナーによる汚れの生じた最低の設定温度をもってオフセット発生温度とした。また、環境条件は、常温常圧(温度22℃,相対湿度55%)とした。
○ ; オフセット発生温度 ≧ 240℃
△ ; 240℃ > オフセット発生温度 ≧ 220℃
× ; 220℃ > オフセット発生温度
環境安定性は22℃、相対湿度55%に48時間放置したトナー1gとパウダーテック社製キャリア鉄粉(F95−100)49gをターブラーシェイカーミキサーで30分混合攪拌させた後、東芝ケミカル社製ブローオフ帯電測定装置により測定した摩擦帯電量Q1と、35℃、相対湿度85%に48時間放置したトナー1gとパウダーテック社製キャリア鉄粉(F95−100)49gをターブラーシェイカーミキサーで30分混合攪拌させた後、東芝ケミカル社製ブローオフ帯電測定装置により測定した摩擦帯電量Q2の比(Q2/Q1)から評価を行った。
○ ; Q2/Q1 ≧ 0.9
△ ; 0.9 > Q2/Q1 ≧ 0.7
× ; 0.7 > Q2/Q1
保存性は温度40℃、相対湿度60%の環境条件下に24時間放置後、150メッシュのふるいに5gのせ、パウダーテスター(細川粉体工学研究所)の加減抵抗機の目盛りを3にして、1分間振動を加える。振動後の150メッシュのふるいの上に残った質量を測定し、残存質量比を求めた。
○ ; 20%より小さい
△ ; 20%以上35%以下
× ; 35%より大きい
ランニング性は,市販の複写機を改造して(50枚/分のコピースピード)連続複写し、かぶりが発生した時点の枚数で評価した。
○;10000枚以上
△;5000枚以上10000枚未満
×;5000枚未満
樹脂A−1
5リットルの四つ口フラスコに還流冷却器、水分離装置、窒素ガス導入管、温度計及び攪拌装置を取り付け、ポリオールKB300(三井化学株式会社製)22.0mol、エチレングリコール(EG)50.0mol、トリエチレングリコール(TEG)20.0mol、トリメチロールプロパン(TMP)8.0mol,テレフタル酸(TPA)36.0mol、を仕込みフラスコ内に窒素を導入しながら180〜240℃で脱水縮重合し樹脂A−1を得た。反応生成物のTgは33.5℃であり、酸価は2.5mgKOH/g、水酸基価は56.3mgKOH/gであり、数平均分子量は2600であった。
ポリオールKB300(三井化学株式会社製)を28.0mol、エチレングリコール(EG)を64.0mol、トリエチレングリコール(TEG)8.0mol,テレフタル酸(TPA)を38.0mol、安息香酸(Benz A)6.0molとした以外は樹脂A−1と同様の方法で樹脂A−2を得た。反応生成物のTgは58℃、酸価は21.9mgKOH/g、水酸基価は2.5mgKOH/gであり、数平均分子量は2700であった。
ネオペンチルグリコール(NPG)30.0mol、トリメチロールプロパン(TMP)8.0mol、エチレングリコール(EG)70.0mol、トリエチレングリコール(TEG)10.0mol、テレフタル酸(TPA)33.1molとした以外は樹脂A−1と同様の方法で樹脂A−3を得た。反応生成物のTgは34.4℃、酸価は7.0mgKOH/g、水酸基価は61.7mgKOH/gであり、数平均分子量は2900であった。
ネオペンチルグリコール(NPG)30.0mol、エチレングリコール(EG)を70.0mol,テレフタル酸(TPA)を31.5mol、安息香酸(Benz A)6.0molとした以外は樹脂A−1と同様の方法で樹脂A−4を得た。反応生成物のTgは57℃、酸価は31.6mgKOH/g、水酸基価は0.7mgKOH/gであり、数平均分子量は2400であった。
樹脂A−1;20質量部、樹脂A−2;80質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.8質量部を供給して更に混練して樹脂A−5を得た。得られた樹脂のTgは58.0℃であり、Mw/Mn>6であった。
樹脂A−3;20質量部、樹脂A−4;80質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.9質量部を供給して更に混練して樹脂A−6を得た。得られた樹脂のTgは58.5℃であり、Mw/Mn>6であった。
樹脂B−1
窒素置換したフラスコにキシレン50.0質量部を仕込み、オイルバスにより加熱し還流下(内温138℃)においてスチレン73.0質量部、アクリル酸n−ブチル22.0質量部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル5.0質量部、及びジ−t−ブチルパーオキサイド0.5質量部を5時間かけて連続滴下し、その後、1時間反応を継続して重合後、内温を130℃に保ち、ジ−t−ブチルパーオキサイド0.5質量部を添加し2時間反応させて重合を終了した。得られた樹脂を190℃、10mmHgのベッセル中にフラッシュして溶剤を除去し、樹脂B−1を得た。反応生成物のTgは57℃、水酸基価は、21.8mgKOH/g、数平均分子量は4200、ピーク分子量は50000であった。
単量体組成をスチレン95.0質量部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル5.0質量部とした以外は樹脂B−1と同様の方法で樹脂B−2を得た。反応生成物のTgは67℃、水酸基価は、20.0mgKOH/g、数平均分子量は1500、ピーク分子量は4000であった。
単量体組成をスチレン76.0質量部、アクリル酸n−ブチル19.0質量部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル5.0質量部とした以外は樹脂B−1と同様の方法で樹脂B−3を得た。反応生成物のTgは59℃、水酸基価は、20.5mgKOH/g、数平均分子量は4700、ピーク分子量は50000であった。
樹脂A−5;99質量部、樹脂B−1;1質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練して樹脂C−1を得た。得られた樹脂のTgは57.8℃であり、Mw/Mn=6.1であった。
樹脂A−5;90質量部、樹脂B−1;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練して樹脂C−2を得た。得られた樹脂のTgは57.6℃であり、Mw/Mn=6.0であった。
樹脂A−5;80質量部、樹脂B−1;20質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練して樹脂C−3を得た。得られた樹脂のTgは57.5℃であり、Mw/Mn=6.2であった。
樹脂A−5;55質量部、樹脂B−1;45質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練して樹脂C−4を得た。得られた樹脂のTgは57.5℃であり、Mw/Mn=6.2であった。
樹脂A−5;100質量部を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練して樹脂C−5を得た。得られた樹脂のTgは58.0℃であり、Mw/Mn=6.0であった。
樹脂A−5;90質量部、樹脂B−2;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練して樹脂C−6を得た。得られた樹脂のTgは58.7℃であり、Mw/Mn=6.0であった。
樹脂A−5;90質量部、樹脂B−3;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練して樹脂C−7を得た。得られた樹脂のTgは58.1℃であり、Mw/Mn=6.0であった。
樹脂A−6;90質量部、樹脂B−1;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練して樹脂C−8を得た。得られた樹脂のTgは58.3℃であり、Mw/Mn=6.1であった。
樹脂A−6;100質量部を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練して樹脂C−9を得た。得られた樹脂のTgは58.4℃であり、Mw/Mn=5.8であった。
樹脂A−1;18質量部、A−2;72質量部,樹脂B−1;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.6質量部を供給して更に混練して樹脂C−10を得た。得られた樹脂のTgは58.2℃であり、Mw/Mn=6.1であった。
樹脂A−3;18質量部、A−4;72質量部,樹脂B−1;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.8質量部を供給して更に混練して樹脂C−11を得た。得られた樹脂のTgは58.0℃であり、Mw/Mn=6.0であった。
樹脂A−1;18質量部、A−2;72質量部、樹脂B−2;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.6質量部を供給して更に混練して樹脂C−12を得た。得られた樹脂のTgは62.0℃であり、Mw/Mn=6.0であった。
樹脂A−1;18質量部、A−2;72質量部、樹脂B−3;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.6質量部を供給して更に混練して樹脂C−13を得た。得られた樹脂のTgは60.0℃であり、Mw/Mn=6.2であった。
樹脂A−3;18質量部、A−4;72質量部、樹脂B−2;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.7質量部を供給して更に混練して樹脂C−14を得た。得られた樹脂のTgは61.0℃であり、Mw/Mn=6.0であった。
樹脂A−3;18質量部、A−4;72質量部、樹脂B−3;10質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.7質量部を供給して更に混練して樹脂C−14を得た。得られた樹脂のTgは61.0℃であり、Mw/Mn=6.2であった。
樹脂C−1を100部に対してカーボンブラックREGAL 330R(CABOT社製)6部及びポリプロピレンワックス NP−105(三井化学株式会社製)3部,帯電調整剤(BONTRON E-84;オリエント化学工業社製)1.5部をヘンシェルミキサーにて分散混合した後、二軸混練機 PCM30(池貝鉄工株式会社製)にて150℃で溶融混練して塊状のトナー組成物を得た。この組成物をハンマーミルにて粗粉砕した後、ジェット粉砕機(日本ニューマチック社製 IDS2型)にて微粉砕し、次いで気流分級して平均粒径8.5μm(5μm以下3質量%、20μm以上2質量%)のトナー粒子を得た。トナーの粉砕性はジェット粉砕機への粗粉の供給速度を一定にした条件での粉砕後の体積平均粒径を測定して判断した。このトナーを市販の複写機を用いて定着性、耐オフセット性、ランニング性を判定して熱ローラの汚染性の程度を調べた。更に、このトナーと疎水性シリカ(エアロジルR972、日本エアロジル社製)0.1%とを混合したものを温度40℃、相対湿度60%の環境に24時間保存した後、保存性、環境安定性を調べた。
樹脂C−2を用いて実施例1と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−3を用いて実施例1と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−4を用いて実施例1と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−5を用いて実施例1と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−6を用いて実施例1と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−7を用いて実施例1と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−8を用いて実施例1と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−9を用いて実施例1と同様の方法で試験を実施した。
評価結果を表1に示す。
樹脂C−10を100部に対してカーボンブラックREGAL 330R(CABOT社製)6部及びポリプロピレンワックス NP−105(三井化学株式会社製)3部,帯電調整剤(BONTRON E-84;オリエント化学工業社製)1.5部をヘンシェルミキサーにて分散混合した後、二軸混練機 PCM30(池貝鉄工株式会社製)にて150℃で溶融混練して塊状のトナー組成物を得た。この組成物をハンマーミルにて粗粉砕した後、ジェット粉砕機(日本ニューマチック社製 IDS2型)にて微粉砕し、次いで気流分級して平均粒径8.5μm(5μm以下3質量%、20μm以上2質量%)のトナー粒子を得た。トナーの粉砕性はジェット粉砕機への粗粉の供給速度を一定にした条件での粉砕後の体積平均粒径を測定して判断した。このトナーを市販の複写機を用いて定着性と耐オフセット性、ランニング性を判定して熱ローラの汚染性の程度を調べた。更に、このトナーと疎水性シリカ(エアロジルR972 日本エアロジル社製)0.1%とを混合したものを温度40℃、相対湿度60%の環境に24時間保存した後、保存性、環境安定性を調べた。それらの結果を表3に示す。
樹脂C−11を用いて実施例8と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−12を用いて実施例8と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−13を用いて実施例8と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−14を用いて実施例8と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−15を用いて実施例8と同様の方法で試験を実施した。
樹脂A−5を用いて実施例8と同様の方法で試験を実施した。
樹脂A−6を用いて実施例8と同様の方法で試験を実施した。
評価結果を表2に示す。
樹脂C−16
樹脂A−1;18質量部、樹脂A−2;72質量部,樹脂B−1;10質量部、ワックスとしてFT−100(日本精鑞株式会社製、融点98℃);3質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)2.0質量部を供給して更に混練して樹脂C−23を得た。得られた樹脂のTgは58.8℃であり、Mw/Mn=6.0であった。
樹脂A−1;16質量部、樹脂A−2;64質量部、樹脂B−1;20質量部、ワックスとしてFT−100(日本精鑞株式会社製、融点98℃);3質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.9質量部を供給して更に混練して樹脂C−17を得た。得られた樹脂のTgは59.0℃であり、Mw/Mn=6.1であった。
樹脂A−3;18質量部、樹脂A−4;72質量部,樹脂B−1;10質量部、ワックスとしてFT−100(日本精鑞株式会社製、融点98℃);3質量部の混合物を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)2.0質量部を供給して更に混練して樹脂C−18を得た。得られた樹脂のTgは59.2℃であり、Mw/Mn=6.1であった。
樹脂A−1;20質量部、A−2;80質量部,ワックス(C)としてFT−100(日本精鑞株式会社製、融点98℃);3質量部を10kg/hrの流量で二軸混練機に供給し、175℃で混練し、更に混練搬送中の樹脂混合物にトリレンジイソシアネート(TDI)1.8質量部を供給して更に混練して樹脂C−19を得た。得られた樹脂のTgは58.2℃であり、Mw/Mn=4.8であった。
樹脂C−16を100部に対してカーボンブラックREGAL 330R(CABOT社製)6部,帯電調整剤(BONTRON E-84;オリエント化学工業社製)1.5部をヘンシェルミキサーにて分散混合した後、二軸押出機・PCM−30(池貝鉄工社製)にて120℃で溶融混練して塊状のトナー組成物を得た。このトナー組成物をハンマーミルにて粗粉砕した。さらに、ジェット粉砕機(日本ニューマチック社製IDS2型)にて微粉砕し、ついで気流分級して平均粒径8.5μm(5μm以下3質量%、20μm以上2質量%)のトナー微粉末を得た。次いで、上記トナ−100部に対して、疎水性シリカ(R−972、アエロジル社製)を0.5部となる割合で外部から添加して、これをヘンシェルミキサーにより混合してトナ−を得た。このトナーを用いて、定着性、耐オフセット性、保存性、ランニング性を調べた。それらの結果を表に示す。
樹脂C−17を用いて実施例14と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−18を用いて実施例14と同様の方法で試験を実施した。
樹脂C−19を用いて実施例14と同様の方法で試験を実施した。
Claims (5)
- ポリエステル構造を有する構造単位(A)、水酸基含有スチレン系樹脂由来の構造単位(B)、及びポリイソシアネート由来の構造単位(C)を有するポリエステル樹脂(D)を含むトナー用バインダー樹脂であって、
前記ポリエステル樹脂(D)は、ポリエステル系樹脂(A2)、水酸基含有スチレン系樹脂(B2)、及びポリイソシアネート(C2)を反応させて得られるものであり、
前記ポリエステル系樹脂(A2)が要件(i)を満たし、前記水酸基含有スチレン系樹脂(B2)が要件(ii)を満たし、前記ポリエステル系樹脂(A2)と前記水酸基含有スチレン系樹脂(B2)の質量比(A2)/(B2)が55/45〜99/1であり、前記ポリエステル系樹脂(A2)と前記水酸基含有スチレン系樹脂(B2)の質量の合計100質量部に対して、前記ポリイソシアネート(C2)が0.05〜40質量部であることを特徴とする、トナー用バインダー樹脂。
要件(i)数平均分子量(Mn)が1000〜50000であり、水酸基価が4〜100mgKOH/gであり、酸価が1〜40mgKOH/gである。
要件(ii)数平均分子量(Mn)が1000〜30000であり、水酸基価が4〜100mgKOH/gである。 - 前記ポリエステル樹脂(D)のガラス転移温度が40〜70℃であり、かつ、前記ポリエステル樹脂(D)のテトラヒドロフラン(THF)可溶部の分子量分布(重量平均分子量(Mw)を数平均分子量(Mn)で除した値、すなわちMw/Mn)が5以上60以下である請求項1に記載のトナー用バインダー樹脂。
- 前記ポリエステル樹脂(D)が、ワックス由来の構造単位(E)を有するポリエステル樹脂(F)であることを特徴とする請求項1記載のトナー用バインダー樹脂であって、
前記ポリエステル樹脂(F)は、前記ポリエステル系樹脂(A2)、前記水酸基含有スチレン系樹脂(B2)、及び前記ポリイソシアネート(C2)を、ワックス(E2)の存在下で反応させて得られるものであるトナー用バインダー樹脂。 - 前記ポリエステル系樹脂(A2)と前記水酸基含有スチレン系樹脂(B2)の質量の合計100質量部に対して、前記ワックス(E2)が1〜13質量部であることを特徴とする請求項3記載のトナー用バインダー樹脂。
- 請求項1〜請求項4いずれかに記載のトナー用バインダー樹脂を用いた静電荷現像用電子写真トナー。
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