CN101403869A - 激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法及其球状铁黑磁粉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法及其球状铁黑磁粉，用铁盐，碱溶液和工业废铁刨花，废铁丝或废铁片做原料，通过上述原料进行两步氧化生成氧化铁黄，然后将氧化铁黄加成制得。本工艺采用一种将原料两次氧化后再加层而制得的产品性能较稳定、粒度分布窄、含有矫顽力较低，优于一般的激光打印机的磁粉。它具有高清晰度、高黑度等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种球状磁粉氧化铁黑的制备方法及球状铁黑磁粉，属于复印，激光打印技术领域，具体涉及一种将原料两次氧化后再加层而制得的产品性能较稳定、粒度分布窄、含有矫顽力较低的激光印刷用球状氧化铁黑磁粉的制备方法及其球状氧化铁黑磁粉。
背景技术
在照相复印和激光印刷中使用的许多调色剂中含有黑色磁性氧化铁黑(Fe3O4)。复印机和激光印刷机的核心是涂覆着有机光导涂层(OPC)的一个圆柱体。用高压电晕使圆柱体带上静电荷，在激光或投影体系下，受到光照射的涂层面积会丢失不同比例的电荷，而没有暴露部分即原件的黑点部分，则保持其电荷。借助于带静电荷物体吸尘效应，当黑的细的热塑性粉末即调色剂喷洒在圆柱体上时，带电荷面积就被黑色调色粉末所覆盖。这样在圆柱体上产生了原件的镜面影像。然后，这些颗粒在静电作用下转移到纸上，通过热压固定，使影像再生。
通常调色剂中的黑色磁性氧化铁黑粒度在0.2-0.5微米，并要求粒度分布窄，对于不同类型的复印机和激光打印机还要求磁粉具有相应的矫顽力，饱和磁化强度，剩磁等磁性能。许多复印调色剂含有矫顽力为70-110Oe的磁粉，而激光印刷调色剂则通常含有矫顽力较低的磁粉，要求在50Oe左右。磁性氧化铁黑的矫顽力由生产过程，粒子形状和粒度控制。以球形＜立方体＜八面体的顺序增加。大多数复印调色剂含有八面体和立方体的磁粉粒子，而高质量激光印刷机调色剂含有球形磁粉粒子。
黑色磁粉通常是用鉄盐溶液沉淀法生产的。USP802928对此已有描述。在通常的工艺中得到的是立方体或不规则多面体粒子(JP5-213620，JP6-53574，JP6-144840)。在沉淀中严格控制Fe(II)/NaOH在0.48-0.6才可以得到类球形粒子(USP6806010，USP6849196)，但产品性能对反应中的PH，升温速度，搅拌形式和速度以及氧化时间都非常敏感，在工业上很难得到稳定性能的产品。
发明内容
本发明的主要任务在于提供一种激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法及其球状铁黑磁粉，具体是一种将原料两次氧化后再加层而制得的产品性能较稳定、粒度分布窄、含有矫顽力较低的激光印刷用球状磁粉的制备方法及其球状氧化铁黑磁粉。
为了解决以上技术问题，本发明的一种激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法及其球状铁黑磁粉，用铁盐，碱溶液和工业废铁刨花，废铁丝或废铁片做原料，其特征在于：所述球状氧化铁黑的制取为通过上述原料进行两步氧化生成氧化铁黄，然后将氧化铁黄加成制得。
所述两步氧化的第一步即先是用碱在20-40摄氏温度，溶液中通入空气氧化的条件下沉淀鉄盐来制备晶种，然后把晶种悬浮液打入盛满铁刨花的氧化桶中并用水稀释并加热至70-90摄氏温度，通入空气氧化；晶种按此原理完成氧化铁黄生长；第二步为：晶种悬浮液中含有的亚铁盐被空气中的氧氧化成三价铁盐，三价铁盐水解形成FeOOH，释放出的酸和铁刨花反应生成亚铁盐，该亚铁盐又被空气氧化，这样循环48-100小时生成氧化铁黄。
所述碱可以是氨，碱金属氢氧化物，碱土金属氢氧化物或碱金属碳酸盐。
所述铁盐可以是硫酸亚铁或氯化亚铁。
所述氧化铁黄晶种的温度控制在20-40摄氏温度。
所述氧化铁黄第二步反应即加成反应为用氧化铁黄在微酸性条件下进行加成反应生成球状氧化铁黑磁粉，化学反应式为：
FeSO4.7H2O+2NaOH＝Fe(OH)2↓+Na2SO4+7H2O
所述加成反应中氧化铁黄和七水硫酸亚铁的重量比在1∶1.4-1∶2.5最好在1∶1.6-1∶1.8。
所述的加成反应的时间是在PH6-6.5时4-8小时，PH7-8时1小时，可以使产品中残留鉄盐全部沉淀。
所述加成反应的PH是5.5-6.8，最好是在6.0-6.5。反应结束前1小时可以在7-8。
上述工艺制备出的球状氧化铁黑磁粉，其粒度在0.2-0.5微米，BET比表面积为4-12m.sup2/g，PH4-8，矫顽力为48-90Oe。
以上工艺及制出的球状氧化铁黑磁粉的优点在于：采用一种将原料两次氧化后再加层而制得的产品性能较稳定、粒度分布窄、含有矫顽力较低，优于于一般的激光打印机的磁粉。它具有高清晰度、高黑度等优点。
具体实施方式
第一步是用铁盐(可以是硫酸亚铁或氯化亚铁)，碱溶液(可以是氢氧化钠，碳酸钠，氨)和工业废铁刨花，废铁丝或废铁片做原料，采用两步氧化来制备具有合适粒度及粒度分布很窄的氧化铁黄。即先是用碱在20-40摄氏温度，溶液中通入空气氧化的条件下沉淀鉄盐来制备晶种。然后用泵把晶种悬浮液打入盛满铁刨花的氧化桶中并用水稀释。在70-90摄氏温度通入空气氧化。晶种按此原理完成氧化铁黄生长：晶种悬浮液中含有的亚铁盐被空气中的氧氧化成三价鉄盐，三价铁盐水解形成FeOOH，释放出的酸和铁刨花反应生成亚铁盐，该亚铁盐又被空气氧化，这样循环48-100小时生成氧化铁黄。
第二步是用氧化铁黄在微酸性条件下进行加成反应生成球状氧化铁黑。即把第一步制好的铁黄悬浮液投入另一合成桶中，按FeOOH∶FeSO47H2O＝1∶1.4-1∶2.5最好在1∶1.6-1∶1.8加入铁盐。然后在85-100摄氏温度用碱溶液在搅拌下使溶液PH维持在5.5-6.8，最好在6.0-6.5进行加成反应。反应4-8小时后再在PH7-8反应1小时。然后进行过筛，压滤，用去离子水漂洗，在80摄氏温度干燥至水分＜1.0％，用KEK磨粉机磨细后得到目的产品球状氧化铁黑磁粉，所述球状氧化铁黑磁粉的特点为：其粒度在0.2-0.5微米(TEM分析)，BET比表面积为4-12m.sup2/g，PH(悬浮液测定)4-8，矫顽力为48-90Oe。该过程中，可将相关参数作以下调整，能使反应在最佳状态中进行：
a)在20-40摄氏温度氧化铁黄晶种的制备；
b)在加成反应中氧化铁黄和七水硫酸亚铁(FeSO4.7H2O)的重量比在1∶1.4-1∶2.5最好在1∶1.6-1∶1.8；
c)加成反应保持在85-95摄氏温度，最后在反应结束前1小时可以升到100摄氏温度，可以提高产品的抗氧化性，
d)加成反应的PH是5.5-6.8，最好是在6.0-6.5。反应结束前1小时可以在7-8，
e)加成反应的时间是在PH6-6.5时4-8小时，PH7-8时1小时，可以使产品中残留鉄盐全部沉淀。
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
在容积为30立方米的桶中，泵入经过沉清的20％浓度的硫酸亚铁溶液(按FeSO4.7H2O计为2750公斤)，在32摄氏温度搅拌下加入30％的氢氧化钠溶液650公斤。加完后再继续搅拌5分钟以上。此时溶液的温度在35摄氏温度左右。通入空气氧化8小时后形成晶种悬浮液。把该晶种悬浮液泵入50立方米已盛满铁皮的氧化桶中，加水稀释后在80摄氏温度用空气氧化72小时，得到氧化铁黄悬浮液。把该悬浮液泵入100立方米的合成桶中，加入35％的硫酸亚铁溶液使铁黄∶FeSO4.7H2O为1∶1.8，并使该铁黄悬浮液升温到90-95摄氏温度，维持该温度搅拌下慢慢加入30％的氢氧化钠溶液，使反应液的PH稳定在6.0-6.5，8小时后继续加入30％的氢氧化钠溶液使反应液的PH升至8同时升温到100摄氏温度，保持该条件1小时后，放出反应好的氧化铁黑悬浮液，经过400目过筛后用压滤机进行压滤，然后用去离子水进行漂洗。漂洗至无水溶盐后，滤饼在循环气流烘箱中80摄氏温度左右干燥24小时，然后用KEK磨粉碎得到题述产品。
获得的产品具有下述性质：
Fe3O4含量 98.2％
矫顽力Hc VSM@10k field 50.52Oe
饱和磁化强度Sigma S VSM@10k field 86.77emu/g
剩磁 SigmaR VSM@10k field 3.43emu/g
球形粒度 0.25微米
BET比表面积 5.3平方米/克
实施例2：
同实施例1不同的是在氧化铁黄晶种制备中，加入3000公斤(以FeSO4.7H2O计)的硫酸亚铁溶液和750公斤的30％的氢氧化钠溶液。其余操作同实施例1.得到的产品具有如下性质：
Fe3O4含量 97.8％
Hc VSM@10k field 62.29Oe
Sigma S VSM@10k field 80.02emu/g
Sigma R VSM@10k field 4.0emu/g
球形粒度 0.20微米
BET比表面积 5.9平方米/克。
Claims (10)
1、一种激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法，用铁盐，碱溶液和工业废铁刨花，废铁丝或废铁片做原料，其特征在于：所述球状氧化铁黑的制取为通过上述原料进行两步氧化生成氧化铁黄，然后将氧化铁黄加成制得球状氧化铁黑磁粉。
2、根据权利要求1所述的激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法，其特征在于：所述两步氧化的第一步即先是用碱在20-40摄氏温度，溶液中通入空气氧化的条件下沉淀鉄盐来制备晶种，然后把晶种悬浮液打入盛满铁刨花的氧化桶中并用水稀释并加热至70-90摄氏温度，通入空气氧化；晶种按此原理完成氧化铁黄生长；第二步为：晶种悬浮液中含有的亚铁盐被空气中的氧氧化成三价铁盐，三价铁盐水解形成FeOOH，释放出的酸和铁刨花反应生成亚铁盐，该亚铁盐又被空气氧化，这样循环48-100小时生成氧化铁黄。
3、根据权利要求2所述的激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法，其特征在于：所述碱可以是氨，碱金属氢氧化物，碱土金属氢氧化物或碱金属碳酸盐。
4、根据权利要求2所述的激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法，其特征在于：所述铁盐可以是硫酸亚铁或氯化亚铁。
5、根据权利要求2所述的激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法，其特征在于：所述氧化铁黄前驱体晶种的反应温度控制在20-40摄氏温度。
6、根据权利要求1所述的激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法，其特征在于：所述氧化铁黄加成反应为用氧化铁黄在微酸性条件下进行加成反应生成球状氧化铁黑磁粉，化学方程式为：FeSO47H2O+2NaOH＝Fe(OH)2↓+Na2SO4+7H2O
7、根据权利要求6所述的激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法，其特征在于：所述加成反应中氧化铁黄和七水硫酸亚铁的重量比在1∶1.4-1∶2.5最好在1∶1.6-1∶1.8。
8、根据权利要求6所述的激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法，其特征在于：加成反应的时间是在PH6-6.5时4-8小时，PH7-8时1小时，可以使产品中残留鉄盐全部沉淀。
9、根据权利要求6所述的激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法，其特征在于：加成反应的PH是5.5-6.8，最好是PH在6.0-6.5。反应结束前1小时PH可以在7-8。
10、一种根据权利要求1所述的激光印刷用球状铁黑磁粉的制备方法制得的球状铁黑磁粉，其特征在于：上述工艺制备出的球状氧化铁黑磁粉，其粒度在0.2-0.5微米，BET比表面积为4-12m.sup2/g，PH4-8，矫顽力为48-90Oe。
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