ES2317865T3 - Uso de particulas de magnetita. - Google Patents
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Abstract
Uso de magnetitas pobres en silicio con un contenido en silicio inferior a 0,025% en peso, un brillo L* de 50,0 a 60,0 CIELAB, un matiz de color a* de -0,5 a 1,5 CIELAB, un matiz de color b* de -3,0 a -7,0 CIELAB, una esfericidad de 0,80 a 1,0, una fuerza coercitiva de 2,387 a 5,570 kA/m (de 30 a 70 Oe), un tamaño de partícula de 0,1 a 1,0 µm, un contenido en azufre de 0,05 a 1,1% en peso, determinado como SO3, un contenido en manganeso de 0,05 a 0,5% en peso, un contenido en proporciones solubles en agua inferior a 0,2% en peso y un valor de pH de 4,0 a 8,5, que se obtienen del siguiente modo a) se dispone un componente alcalino en forma de una solución acuosa en gas protector, b) se calienta el componente alcalino a una temperatura de 50 a 100ºC, preferiblemente de 60 a 90ºC, c) se añade un componente de hierro II en forma de una solución acuosa en una cantidad tal que se presente una relación molar de componente de Fe II a un equivalente de componente alcalino de 0,48 a 0,6, y en donde la temperatura se mantiene de 50 a 100ºC, preferiblemente de 60 a 90ºC, d) se trata la suspensión obtenida en c) con un agente oxidante hasta un contenido en Fe III de más de 65% en moles en el compuesto de hierro, e) tras la oxidación en d) se añade de nuevo bajo gas protector un componente alcalino en forma de una solución acuosa a la suspensión obtenida en d) en una cantidad tal que se obtenga una relación molar teórica de Fe II usado en c) a un equivalente de componente alcalino usado en total de 0,40 a 0,48, preferiblemente de 0,45 a 0,47, f) se calienta esta suspensión de 50 a 100ºC, preferiblemente de 60 a 90ºC, g) se añade un componente de Fe II en forma de una solución acuosa en una cantidad tal que se obtenga una relación molar de componente de Fe II a un equivalente de componente alcalino de 0,48 a 0,60, h) se oxida con un agente oxidante hasta un contenido de Fe III en el compuesto de hierro de más de 65% en moles, referido al contenido en hierro, y luego i) se filtra y el residuo se lava, se seca y se muele, para la fabricación de tóners, para la coloración de hormigón, pinturas, plásticos, papel y pinturas de dispersión y en la fabricación de tintas para impresión y tintas para impresoras de chorro de tinta.
Description
Uso de partículas de magnetita.
La invención se refiere al uso de partículas de
magnetita, entre otros en la fabricación de tóners.
Se conocen desde hace tiempo magnetitas en forma
de partículas que se preparan mediante un procedimiento de
precipitación en soluciones acuosas. En el documento
US-A 802928 se describe ya la preparación de
magnetita mediante precipitación de sulfato de hierro II con un
componente alcalino y a continuación oxidación con aire. En otros
múltiples documentos subsiguientes se describe igualmente la
preparación de magnetitas según el procedimiento de
precipitación.
La preparación de magnetitas según el
procedimiento de precipitación con adición de silicio se describe en
el documento JP-A-51044298. Se
pueden preparar magnetitas de precipitación puras sin adición de
elementos extraños según el documento DE-A 3209469
de forma discontinua o según el documento DE-A
2618058 de forma continua. Normalmente se usa FeSO_{4} como sal de
hierro II.
Sin embargo también es posible usar para la
preparación de una magnetita según el procedimiento de precipitación
sal de hierro II soluble. De forma particular se tiene en cuenta
aquí el uso de FeCl_{2}, como se describe en el documento
DE-A 3004718. El uso de FeSO_{4} o FeCl_{2}
tiene la ventaja de que ambas sustancias se pueden obtener en
grandes cantidades a buen precio como subproductos de la industria
del procesamiento del hierro. Como precipitante se tiene en cuenta
además del hidróxido de sodio usado más frecuentemente también CaO o
CaCO_{3} (documento DE-A 3004718), amoniaco
(DE-A 2460493) o Na_{2}CO_{3}, MgC_{3} o MgO
(documento EP-A 0187331). Como agente oxidante se
usa por lo general aire. Sin embargo se describen también
procedimientos para la oxidación con nitratos (documentos
DD-A 216040 y DD-A 284478).
Las magnetitas fueron de uso en primer lugar
para la preparación de tintes de todo tipo. La ventaja especial de
las magnetitas frente a los colorantes orgánicos y negro de carbón
se encuentra en su resistencia a la intemperie mucho mejor de modo
que se pueden usar tintes con magnetita también en ambiente
exterior.
Además se usan magnetitas de precipitación para
la coloración de piezas de moldeo de hormigón como, por ejemplo,
adoquines de hormigón o losas de hormigón.
Desde hace tiempo las magnetitas también se usan
en la electrofotografía para la fabricación de tóners. Para la
fabricación de tóner para equipo de copia con tonos de un componente
se usan preferiblemente magnetitas que se prepararon según el
procedimiento de precipitación. El tóner magnético usado a tal fin
debe presentar distintas propiedades. Con el desarrollo y mejora
progresivos de los equipos de copia e impresoras fueron cada vez más
los requerimientos en tóner magnéticos y en consecuencia en
magnetita usada para tal fin. La generación de impresoras más
reciente consigue una resolución de más de 400 dpi (puntos por
pulgada), para lo cual se requirió el desarrollo de tóner de
partícula fina con distribución de tamaños de partícula muy
estrecha. Esto trajo como consecuencia que las magnetitas usadas a
tal fin debían presentar igualmente una distribución de tamaños de
partículas muy estrecha. Adicionalmente se requiere un determinado
tamaño de partícula de forma que se asegure una distribución
homogénea de las partículas de magnetita en el tóner preparado. Las
magnetitas propiamente deben tener una resistencia eléctrica
suficientemente alta para estabilizar la imagen latente durante la
transmisión electrostática. Adicionalmente la fuerza coercitiva,
magnetización de saturación y sobre todo la magnetización remanente
deben estar en la relación correcta con las fuerzas de campo que
rigen en la máquina.
Para la aplicación en tóners magnéticos se usan
magnetitas que contienen Si. Estas tienen un comportamiento de carga
distinto que las magnetitas puras y presentan con igual tamaño de
partícula una estabilidad térmica mayor. Se describe un
procedimiento para la preparación de partículas de este tipo en el
documento JP-A-61034070. A este
respecto se añade el componente de Si al sulfato de hierro II, lo
que sin embargo conduce a la precipitación de ácido silícico y con
ello a un reparto no uniforme del silicio en la retícula de
magnetita. En el documento
US-A-4992191 se describe una
magnetita con 0,1 a 5,0% de átomos de Si referido al Fe, que debe
ser especialmente adecuada para la fabricación de tóners.
En el procedimiento ahí descrito se añade a un
componente alcalino en forma de una solución acuosa un componente
silicato y luego un componente de hierro (II) en forma de una
solución acuosa en una cantidad tal que se presente una relación
molar de componente de Fe (II) a componente alcalino de
aproximadamente
0,53
\left[\frac{1,5}{2,85}\right]
en donde la temperatura se mantiene
en 90ºC. La suspensión así obtenida se trata luego con aire como
agente oxidante para obtener magnetita esferoidal, que contiene
silicio, con un tamaño de partícula en el intervalo de 0,1 a 1,0
\mum. Las partículas obtenidas se filtran, se lavan y se
muelen.
\newpage
En el documento DE-A 19702431 se
describe un procedimiento adicional para la preparación de
magnetitas que contienen Si especialmente esféricas. Ahí se describe
por vez primera también expresamente en un ejemplo comparativo la
preparación de magnetita esférica, pobre en silicio, casi exenta de
Si. La estabilidad térmica de estas magnetitas se describe no
obstante como no suficiente para la fabricación de tóners
magnéticos, de modo que según indicación se valoró la presencia de
silicio como necesaria para preparar magnetitas adecuadas para la
fabricación de tóners.
La presente invención se basó en el objetivo de
proporcionar un procedimiento especialmente económico para la
preparación de magnetitas con propiedades adecuadas para la
fabricación de tóners magnéticos así como propiamente los tóners que
se pueden fabricar con estas magnetitas.
De forma sorprendente se encontró que las
magnetitas descritas como no suficientemente estables frente a la
temperatura en el documento DE-A 19702431 se pueden
usar muy adecuadamente en tóners. Adicionalmente el procedimiento de
preparación es económico por la eliminación del componente que
incorpora Si, con lo que también se evita una etapa de
procedimiento.
Este objetivo se pudo conseguir con las
magnetitas según el procedimiento de acuerdo con la invención. Estas
magnetitas pobres en silicio no se pueden usar sólo en tóners
magnéticos, sino también para la coloración de papel, plástico,
pinturas, fibras y hormigón y para uso en tintes.
Pobre en Si en el sentido de la invención son
magnetitas con un contenido en Si menor de 0,025% en peso,
preferiblemente menor de 0,0025% en peso, con especial preferencia
menor de 0,001% en peso, así como un brillo L* de 50,0 a 60,0
CIELAB, un matiz de color a* de -0,5 a 1,5 CIELAB, un matiz de color
b* de -3,0 a -7,0 CIELAB, una esfericidad de 0,80 a 1,0, una fuerza
coercitiva de 2,387 a 5,570 kA/m (de 30 a 70 Oe), un tamaño de
partícula de 0,1 a 1,0 \mum, un contenido en azufre de 0,05 a 1,1%
en peso, determinado como SO_{3}, un contenido en manganeso de
0,05 a 0,5% en peso, un contenido en proporciones solubles en agua
inferior a 0,2% en peso y un valor de pH de 4,0 a 8,5.
Las magnetitas que se pueden usar de acuerdo con
la invención se pueden obtener del siguiente modo
- a)
- se dispone un componente alcalino en forma de una solución acuosa en gas protector,
- b)
- se calienta el componente alcalino a una temperatura de 50 a 100ºC, preferiblemente de 60 a 90ºC,
- c)
- se añade un componente de hierro II en forma de una solución acuosa en una cantidad tal que se presente una relación molar de componente de Fe II a un equivalente de componente alcalino de 0,48 a 0,6, y en donde la temperatura se mantiene de 50 a 100ºC, preferiblemente de 60 a 90ºC,
- d)
- se trata la suspensión obtenida en c) con un agente oxidante hasta un contenido en Fe III de más de 65% en moles en el compuesto de hierro,
- e)
- tras la oxidación en d) se añade de nuevo bajo gas protector un componente alcalino en forma de una solución acuosa a la suspensión obtenida en d) en una cantidad tal que se obtenga una relación molar teórica de Fe II usado en c) a un equivalente de componente alcalino usado en total de 0,40 a 0,48, preferiblemente de 0,45 a 0,47,
- f)
- se calienta esta suspensión de 50 a 100ºC, preferiblemente de 60 a 90ºC,
- g)
- se añade un componente de Fe II en forma de una solución acuosa en una cantidad tal que se obtenga una relación molar de componente de Fe II a un equivalente de componente alcalino de 0,48 a 0,60,
- h)
- se oxida con un agente oxidante hasta un contenido de Fe III en el compuesto de hierro de más de 65% en moles, referido al contenido en hierro, y luego
- i)
- se filtra y el residuo se lava, se seca y se muele.
El tamaño de partícula y la forma de partícula
de las magnetitas se puede controlar con el valor del pH de
precipitación. La magnetita precipita en el intervalo de relaciones
de Fe-II/NaOH de más de 0,48, obteniéndose así
partículas crecientemente esféricas, que se caracterizan por una
remanencia muy baja. Además estas partículas son por lo general en
comparación con las magentitas preparadas a otros valores de pH
relativamente finas.
Con la adición de sosa cáustica tras
finalización de la primera oxidación, más adición de hierro en forma
de una sal de hierro II soluble en agua y nueva oxidación se
consigue agrandar estas magnetitas de partícula fina. Con esto se
mejora la estabilidad térmica. Se puede conseguir una mejora
adicional de la estabilidad térmica mediante
post-tratamiento con sustancias orgánicas o
inorgánicas. Aquí se usan preferiblemente compuestos de Al, Si, Ti,
Mg o Zr inorgánicos, que forman en la precipitación hidróxido o
capas de oxihidróxido densos. Sin embargo es especialmente preferida
la adición de agentes de post-tratamiento orgánicos
como polisiloxanos o ésteres de Ti.
Como componente alcalino se puede usar
preferiblemente un hidróxido de metal alcalino, un hidróxido de
metal alcalinotérreo, un óxido de metal alcalinotérreo, un carbonato
de metal alcalino, MgCO_{3} o amoniaco. Como componente de
silicato se usa preferiblemente un silicato de metal alcalino
soluble en agua. Como componente de hierro II se usa preferiblemente
una sal de Fe II soluble en agua, con especial preferencia sulfato
de hierro o cloruro de hierro. Sin embargo también es posible usar
otros compuestos de Fe II solubles en agua, de forma particular si
estos disponen de precios comparables. Como agentes oxidantes se
pueden usar preferiblemente oxígeno del aire, oxígeno puro,
H_{2}O_{2}, cloro, cloratos de metales alcalinos (por ejemplo,
NaOCl, NaClO_{3}, NaClO_{4}) o nitratos. Por motivos económicos
se usan con especial preferencia oxígeno del aire, oxígeno puro,
H_{2}O_{2} o nitrato de sodio.
Una forma de realización especialmente preferida
del procedimiento de acuerdo con la invención se describe a
continuación con más detalle:
Se dispone sosa cáustica con un contenido de 300
g de NaOH por litro de agua en un tanque agitado discontinuo con
agitación y conducción de gas protector.
A continuación se calienta a una temperatura
entre 50 y 100ºC, preferiblemente entre 60 y 90ºC. Cuando se alcanza
esta temperatura se inicia la dosificación del componente de Fe II.
El cálculo del componente del Fe II se realiza mediante la relación
pretendida NaOH/Fe-II. Si se pretende, por ejemplo,
una relación NaOH/Fe-II de 0,55 y se disponen 100
moles de NaOH, entonces se deben añadir 100*0,55 = 55 moles de
componente de Fe-II. El cálculo de las relaciones de
hidróxido de metal alcalino/Fe-II se basa en la
ecuación
Fe^{2+} + 2 \
NaOH Fe(OH)_{2} + 2 \ Na^{+} \
Fe-II/NaOH =
0,50
Si se usa un componente alcalino que reacciona
en otra relación estequiométrica con el componente de
Fe-II dando Fe(OH)_{2} o FeCO_{3},
se debe cambiar entonces la relación en correspondencia. Este caso
se da, por ejemplo, con el uso de carbonatos o hidróxidos o
hidróxidos de metales alcalinotérreos, de modo que en estos casos
resulta la siguiente ecuación:
Fe^{2+} +
Ca(OH)_{2}
\hskip0.5cm\rightarrow
\hskip0.5cmFe(OH)_{2} + Ca^{2+} \ Fe-II/Ca(OH)_{2} \ : \ 1,0
o
Fe^{2+} +
Na_{2}CO_{3} \ FeCO_{3} + 2 \ Na^{+} +
Fe-II/NaCO_{3}:
1,0
La dosificación del componente de
Fe-II se realiza preferiblemente con una velocidad
tal que no aparece caída alguna de la temperatura. Una vez finaliza
la adición de la cantidad calculada del componente de
Fe-II, se calienta dado el caso de nuevo de 50 a
100ºC. En muchos casos la temperatura en b) y la temperatura en c)
son idénticas, de modo que no se requiere una etapa de calentamiento
más. Cuando se alcanza la temperatura finaliza la ventilación de gas
protector y comienza la adición de agente oxidante. En el caso de
una ventilación con aire se introduce aire por un dispositivo de
ventilación por debajo del agitador. La cantidad de aire alimentada
por hora está entre 0,5 y 15 l/h por mol de Fe-II.
Con uso de NaNO_{3} se bombea el agente oxidante como solución
acuosa dentro de 5 a 30 minutos. La cantidad requerida a este
respecto se calcula según:
NaNO_{3} \
[mol] = Fe-II \
[mol]*0,67*1/8
En consecuencia para 100 ml de
Fe-II se requieren 8,375 mol de NaNO_{3}. El
cálculo de otros agentes oxidantes se realiza correspondientemente a
los equivalentes redox del agente oxidante respectivo. Se debe
observar que se deben oxidar sólo como máximo 66,6% del
Fe-II para la preparación de magnetita.
La oxidación finaliza preferiblemente cuando se
alcanza un contenido de Fe-III de más de 65% en
moles. Esto se puede comprobar mediante valoración redox.
Después de esta primera ruta (etapa a) a d)) se
llevan a cabo nuevamente estas etapas. Se añade un componente
alcalino con agitación y conducción de gas protector por la
suspensión de d). Se calcula la cantidad requerida de componente
alcalino como se indica anteriormente a partir de la relación
Fe-II/NaOH aquí requerida. Luego se incorpora el
componente de Fe-II en una cantidad que corresponde
a la relación de Fe-II/NaOH pretendida. Tras adición
de esta cantidad en componente de Fe-II se ajusta la
conducción de gas protector y comienza de nuevo con la
oxidación.
Tras finalizar la segunda oxidación se filtra el
producto, se lava y se seca. Antes del secado se puede tratar
posteriormente el producto para la mejora de la estabilidad térmica
y la dispersabilidad. A tal fin se usa preferiblemente un
polisiloxano o éster de Ti orgánico.
Las magnetitas o las magnetitas de acuerdo con
la invención preparadas según el procedimiento de acuerdo con la
invención se usan con especial ventaja para la fabricación de tóners
pero también para la fabricación de tintas de impresión y de pastas
colorantes para impresoras de chorro tinta.
\newpage
La medida de las propiedades de las magnetitas
se realiza según los siguientes procedimientos:
- 1.
- Las tonalidades se comprueban mediante preparación de una pintura:
- se muelen 3,2 g de magnetita en el microdismembrador (30'') con una esfera de ágata de 10 mm de diámetro. Luego se muelen 2,0 g de aglutinante Alkydal F48 (producto de Bayer AG), 0,1 g de la magnetita molida que se va a ensayar y 1,0 g de TiO_{2} (Bayertitan R-FK2; producto de Bayer AG) en una máquina de molienda de pintura de sobremesa de la compañía Engelsmann con un diámetro de 250 mm (también conocida como Muller). La tonalidad L* (brillo), a* (tono rojizo) y b* (tono azulado) se determinan según la norma DIN 55986 con Dataflash 2000 (d/8º), equipo A y el programa de valoración CIELAB2 de 19/10/1989. La forma de proceder completa de la medida del color se describe expresamente en el documento EP-A 0911370.
- 2.
- Se miden los valores de magnetismo (fuerza coercitiva, magnetización de saturación, magnetización remanente específica) en el magnetómetro de la compañía Bayer (con fuerza de campo de 5000 Oe (que corresponde a 397,9 A\cdotm^{-1}).
- 3.
- Se mide la superficie BET según DIN 66131:
- Mezcla de gas: 90% de He, 10% de N_{2}; temperatura de medida: 77,4 K;
- Calentamiento a 140ºC, 60 minutos.
- 4.
- Análisis elemental para Si y Mn:
- Se determina el Si por análisis espectral mediante ICP-OES. Se determina el Mn mediante espectroscopia de absorción atómica.
- 5.
- Análisis elemental para Fe (total), Fe-II y Fe-III:
- Determinaciones según norma DIN 55913: el contenido en Fe-II se determina mediante valoración con KMnO_{4} mediante una valoración memo (Mettler DL-70). Se determina Fe-III de forma análoga al TiCl_{3}. El contenido en hierro total se calcula a partir de ambos valores individuales y de la pesada. La determinación de los contenidos de ambas soluciones de medida se realiza diariamente.
- 6.
- Forma de partícula y tamaño de partícula:
- Estimación del tamaño y forma de partícula a partir de una toma por microscopía de transmisión (TEM) con una ampliación de 30.000 veces.
- 7.
- Análisis elemental para S:
- Se determina azufre mediante ICP-OES.
- 8.
- Se determina la esfericidad mediante análisis de imagen en función de una toma por TEM con ampliación de 30.000 veces, la valoración se realiza según el procedimiento del factor de forma mediante un sistema de análisis de imagen automático (IBAS, compañía Zeiss). A este respecto la relación de diámetro mínimo a diámetro máximo de una partícula da el factor de forma. Cuanto más próximo se encuentre este valor a 1,0 tanto más esférica es una partícula.
- 9.
- Las proporciones solubles en agua se determinan según norma ISO-EN 787 parte 3.
- 10.
- El valor del pH del polvo de magnetita se determina según ISO-EN 787 parte 9.
La invención se aclarará más detalladamente con
ayuda de los siguientes ejemplos.
En un tanque agitado de 30 litros de volumen
útil se añadieron 6000 g de sosa cáustica con un contenido de
300 g/l, que corresponde a 45 mol de NaOH. Tras conexión de la ventilación de nitrógeno y del agitador se calentó la sosa cáustica a 90ºC. Se bombearon en 51 minutos 13,756 litros de solución de sulfato de hierro II con un contenido de 260,89 g/l, que corresponde a 23,625 mol de Fe-II. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue de 0,525. Luego se ajustó la ventilación de nitrógeno y se ventiló con 86 l/h de aire por un anillo de ventilación dispuesto bajo el agitador. Se retiró la ventilación después de que se alcanzase un contenido en Fe-III de 66% en moles. Luego se ventiló de nuevo con nitrógeno. A continuación se bombearon en 4 minutos 850 ml de sosa cáustica con 300 g de NaOH/l, que corresponde a 6,375 mol de NaOH. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue en este momento de 0,46. Después se bombearon 1100 ml de solución de FeSO_{4} con un contenido de 260,89 g/l en 5 minutos. Esta cantidad de FeSO_{4} corresponde a 1,889 mol de FeSO_{4}. La relación de FeSO_{4} fue en este momento 0,497. A continuación se oxidó con 86 l/h de aire hasta un contenido en Fe-III de 66,8% en moles.
300 g/l, que corresponde a 45 mol de NaOH. Tras conexión de la ventilación de nitrógeno y del agitador se calentó la sosa cáustica a 90ºC. Se bombearon en 51 minutos 13,756 litros de solución de sulfato de hierro II con un contenido de 260,89 g/l, que corresponde a 23,625 mol de Fe-II. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue de 0,525. Luego se ajustó la ventilación de nitrógeno y se ventiló con 86 l/h de aire por un anillo de ventilación dispuesto bajo el agitador. Se retiró la ventilación después de que se alcanzase un contenido en Fe-III de 66% en moles. Luego se ventiló de nuevo con nitrógeno. A continuación se bombearon en 4 minutos 850 ml de sosa cáustica con 300 g de NaOH/l, que corresponde a 6,375 mol de NaOH. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue en este momento de 0,46. Después se bombearon 1100 ml de solución de FeSO_{4} con un contenido de 260,89 g/l en 5 minutos. Esta cantidad de FeSO_{4} corresponde a 1,889 mol de FeSO_{4}. La relación de FeSO_{4} fue en este momento 0,497. A continuación se oxidó con 86 l/h de aire hasta un contenido en Fe-III de 66,8% en moles.
Tras finalizar la oxidación se filtró la
suspensión, se lavó con agua totalmente desmineralizada y se secó a
80ºC en aire. Se molió el producto obtenido en un molino por
impacto.
La magnetita obtenida tenía las siguientes
propiedades:
- Brillo L*
- : 51,2 CIELAB
- a*
- : 0,3 CIELAB
- b*
- : -4,8 CIELAB
- Esfericidad
- : 0,92
- Contenido en Si
- : 0,001% en peso
- Fuerza coercitiva
- : 52 Oe = 4,138 kA/m
- Tamaño de partícula
- : 0,2 \mum
- Contenido en S
- : 0,78% en peso, determinado como SO_{3}
- Contenido en Mn
- : 0,11% en peso
- Proporciones solubles en agua
- : 0,13% en peso
- Valor de pH según DIN
- : 6,2
- Estabilidad a la temperatura
- : 120ºC
\vskip1.000000\baselineskip
En un tanque agitado de 30 litros de volumen
útil se añadieron 6000 g de sosa cáustica con un contenido de
300 g/l, que corresponde a 45 mol de NaOH. Tras conexión de la ventilación de nitrógeno y del agitador se calentó la sosa cáustica a 90ºC. Se bombearon en 43 minutos 13,664 litros de solución de sulfato de hierro II con un contenido de 250,13 g/l, que corresponde a 22,50 mol de Fe-II. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue de 0,500. Luego se ajustó la ventilación de nitrógeno y se ventiló con 80 l/h de aire por un anillo de ventilación dispuesto bajo el agitador. Se retiró la ventilación después de que se alcanzase un contenido en Fe-III de 67,3% en moles. Luego se ventiló de nuevo con nitrógeno. A continuación se bombearon en 4 minutos 521 ml de sosa cáustica con 300 g/l, que corresponde a 3,910 mol de NaOH. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue en este momento de 0,46. Se bombearon ahora 1187 ml de solución de FeSO_{4} con un contenido de 250,13 g/l en 5 minutos. Esta cantidad de FeSO_{4} corresponde a 1,955 mol de FeSO_{4}. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue en este momento 0,500. A continuación se oxidó adicionalmente con 86 l/h de aire hasta un contenido en Fe-III de 66,8% en moles.
300 g/l, que corresponde a 45 mol de NaOH. Tras conexión de la ventilación de nitrógeno y del agitador se calentó la sosa cáustica a 90ºC. Se bombearon en 43 minutos 13,664 litros de solución de sulfato de hierro II con un contenido de 250,13 g/l, que corresponde a 22,50 mol de Fe-II. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue de 0,500. Luego se ajustó la ventilación de nitrógeno y se ventiló con 80 l/h de aire por un anillo de ventilación dispuesto bajo el agitador. Se retiró la ventilación después de que se alcanzase un contenido en Fe-III de 67,3% en moles. Luego se ventiló de nuevo con nitrógeno. A continuación se bombearon en 4 minutos 521 ml de sosa cáustica con 300 g/l, que corresponde a 3,910 mol de NaOH. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue en este momento de 0,46. Se bombearon ahora 1187 ml de solución de FeSO_{4} con un contenido de 250,13 g/l en 5 minutos. Esta cantidad de FeSO_{4} corresponde a 1,955 mol de FeSO_{4}. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue en este momento 0,500. A continuación se oxidó adicionalmente con 86 l/h de aire hasta un contenido en Fe-III de 66,8% en moles.
Tras finalizar esta reacción se filtró la
suspensión, se lavó con agua totalmente desmineralizada y se secó a
80ºC en aire. Se molió el producto obtenido en un molino por
impacto.
La magnetita obtenida tenía las siguientes
propiedades:
- Brillo L*
- : 51,7
- a*
- : 0,3
- b*
- : -4,6
- Superficie BET
- : 5,6 m^{2}/g
- Esfericidad
- : 0,92
- Contenido en Si
- : 0,001%
- Fuerza coercitiva
- : 52 Oe = 4,138 kA/m
- Tamaño de partícula
- : 0,2 \mum
- Contenido en S
- : 1,03% de SO_{3}
- Contenido en Mn
- : 0,12%
- Proporciones solubles en agua
- : 0,09%
- Valor de pH según DIN
- : 5,6
- Contenido en Fe
- : 70,3%
- Estabilidad a la temperatura
- : 140ºC
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
comparativo
En un tanque agitado de 30 litros de volumen
útil se añadieron 6000 g de sosa cáustica con un contenido de
300 g/l, que corresponde a 45 mol de NaOH. Tras conexión de la ventilación de nitrógeno y del agitador se calentó la sosa cáustica a 90ºC. Se bombearon en 43 minutos 13,664 litros de solución de sulfato de hierro II con un contenido de 250,13 g/l, que corresponde a 22,50 mol de Fe-II. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue de 0,500. Luego se ajustó la ventilación de nitrógeno y se ventiló con 80 l/h de aire por un anillo de ventilación dispuesto bajo el agitador. Se retiró la ventilación después de que se alcanzase un contenido en Fe-III de 67,3% en moles. Tras finalizar esta reacción se filtró la suspensión, se lavó con agua totalmente desmineralizada y se secó a 80ºC en aire. Se molió el producto obtenido en un molino por impacto.
300 g/l, que corresponde a 45 mol de NaOH. Tras conexión de la ventilación de nitrógeno y del agitador se calentó la sosa cáustica a 90ºC. Se bombearon en 43 minutos 13,664 litros de solución de sulfato de hierro II con un contenido de 250,13 g/l, que corresponde a 22,50 mol de Fe-II. La relación de FeSO_{4}/NaOH fue de 0,500. Luego se ajustó la ventilación de nitrógeno y se ventiló con 80 l/h de aire por un anillo de ventilación dispuesto bajo el agitador. Se retiró la ventilación después de que se alcanzase un contenido en Fe-III de 67,3% en moles. Tras finalizar esta reacción se filtró la suspensión, se lavó con agua totalmente desmineralizada y se secó a 80ºC en aire. Se molió el producto obtenido en un molino por impacto.
La magnetita obtenida tenía las siguientes
propiedades:
- Brillo L*
- : 53,8
- a*
- : 0,4
- b*
- : -4,1
- Superficie BET
- : 7,2 m^{2}/g
- Esfericidad
- : 0,90
- Contenido en Si
- : < 0,001%
- Fuerza coercitiva
- : 57 Oe = 4,535 kA/m
- Tamaño de partícula
- : 0,2 \mum
- Contenido en S
- : 1,08% de SO_{3}
- Contenido en Mn
- : 0,12%
- Proporciones solubles en agua
- : 0,09%
- Valor de pH según DIN
- : 5,6
- Contenido en Fe
- : 70,3%
- Estabilidad a la temperatura
- : 110ºC
Claims (4)
1. Uso de magnetitas pobres en silicio con un
contenido en silicio inferior a 0,025% en peso, un brillo L* de 50,0
a 60,0 CIELAB, un matiz de color a* de -0,5 a 1,5 CIELAB, un matiz
de color b* de -3,0 a -7,0 CIELAB, una esfericidad de 0,80 a 1,0,
una fuerza coercitiva de 2,387 a 5,570 kA/m (de 30 a 70 Oe), un
tamaño de partícula de 0,1 a 1,0 \mum, un contenido en azufre de
0,05 a 1,1% en peso, determinado como SO_{3}, un contenido en
manganeso de 0,05 a 0,5% en peso, un contenido en proporciones
solubles en agua inferior a 0,2% en peso y un valor de pH de 4,0 a
8,5, que se obtienen del siguiente modo
- a)
- se dispone un componente alcalino en forma de una solución acuosa en gas protector,
- b)
- se calienta el componente alcalino a una temperatura de 50 a 100ºC, preferiblemente de 60 a 90ºC,
- c)
- se añade un componente de hierro II en forma de una solución acuosa en una cantidad tal que se presente una relación molar de componente de Fe II a un equivalente de componente alcalino de 0,48 a 0,6, y en donde la temperatura se mantiene de 50 a 100ºC, preferiblemente de 60 a 90ºC,
- d)
- se trata la suspensión obtenida en c) con un agente oxidante hasta un contenido en Fe III de más de 65% en moles en el compuesto de hierro,
- e)
- tras la oxidación en d) se añade de nuevo bajo gas protector un componente alcalino en forma de una solución acuosa a la suspensión obtenida en d) en una cantidad tal que se obtenga una relación molar teórica de Fe II usado en c) a un equivalente de componente alcalino usado en total de 0,40 a 0,48, preferiblemente de 0,45 a 0,47,
- f)
- se calienta esta suspensión de 50 a 100ºC, preferiblemente de 60 a 90ºC,
- g)
- se añade un componente de Fe II en forma de una solución acuosa en una cantidad tal que se obtenga una relación molar de componente de Fe II a un equivalente de componente alcalino de 0,48 a 0,60,
- h)
- se oxida con un agente oxidante hasta un contenido de Fe III en el compuesto de hierro de más de 65% en moles, referido al contenido en hierro, y luego
- i)
- se filtra y el residuo se lava, se seca y se muele,
para la fabricación de tóners, para
la coloración de hormigón, pinturas, plásticos, papel y pinturas de
dispersión y en la fabricación de tintas para impresión y tintas
para impresoras de chorro de
tinta.
2. Uso según la reivindicación 1,
caracterizado porque las magnetitas tienen un contenido en
silicio inferior a 0,0025% en peso.
3. Uso según la reivindicación 1,
caracterizado porque las magnetitas tienen un contenido en
silicio menor de 0,001% en peso.
4. Tóners que contienen magnetitas pobres en
silicio según una de las reivindicaciones 1 a 3.
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---|---|---|---|
DE10043492 | 2000-09-01 | ||
DE10043492A DE10043492A1 (de) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | Verwendung von Magnetteilchen und Verfahren zu deren Herstellung |
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