JP2000344527A - 酸化鉄粒子及びその製造方法 - Google Patents
酸化鉄粒子及びその製造方法Info
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Abstract
化に対する吸湿安定性等に優れ、用途に応じて抵抗の調
整可能な酸化鉄粒子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 SiとFeの複合酸化鉄が粒子表面に存
在することを特徴とする酸化鉄粒子。
Description
の製造方法に関し、詳しくはSiとFeの複合酸化鉄を
粒子表面に存在させることにより、流動性、分散性、ハ
ンドリング性、環境変化に対する吸湿安定性等の諸特性
をバランスよく向上させた、特に静電複写磁性トナー用
材料粉、静電潜像現像用キャリア用材料粉、塗料用黒色
顔料粉等の用途に用いられる酸化鉄粒子及びその製造方
法に関する。
電子複写機、プリンター等の磁性トナー用材料として、
水溶液反応によるマグネタイト粒子が広く利用されてい
る。磁性トナーとしては各種の一般的現像特性が要求さ
れるが、近年、電子写真技術の発達により、特にデジタ
ル技術を用いた複写機、プリンターが急速に発達し、要
求特性がより高度なものになってきた。
クや写真等の出力も要求されており、複写機、プリンタ
ーの中には1インチ当たり1200ドット以上の能力の
ものも現れ、感光体上の潜像はより緻密になってきてい
る。そのため、現像での細線再現性の高さ、各環境下で
も問題なく使用できること等が強く要求されている。
は、磁性トナーについて開示されている。それによると
磁性粉として抵抗は高く、流動性の良いものが望まれて
いるとされている。特開平8−101529号公報には
磁性トナーについて開示され、磁性粉として流動性が良
く、抵抗が高くないものが望まれているとされている。
それは、低湿下におけるトナーの帯電過剰を防止するた
めである。また、低湿下における、かぶりを防止するた
めに残留磁化や保磁力の高めのものを使用している。ま
た、特開平7−239571号公報においても、上記と
同様に磁性粉の耐環境性、特に高温高湿下における問題
点が有ることを指摘している。さらに、特開平3−11
60号公報の磁性トナーについて開示されている記載に
おいて、多様な環境下において満足させるには、高抵抗
化や低吸湿が必要となる旨が記載されている。
ャリアについて開示されている記載において、混練機に
て総量の約90重量%前後のマグネタイト粒子を使用し
て樹脂被覆キャリアが製造されることが記載されてい
る。つまり、非常に分散しやすい磁性粉が必要であるこ
とがうかがえる。
ナーがあり、また、マグネタイトを用いたキャリア等に
おいても負帯電性又は正荷電性のものがある。そして、
黒色顔料としての黒味や分散性が必要であり、粉体とし
ての取り扱い性が要求される。
は、通常磁性粉に要求される特性のみならず、流動性、
分散性、ハンドリング性、耐環境性、黒味に優れた磁性
粉を提供する必要があり、例えば次の提案がなされてい
る。
及び/又はAlの酸化物が含有されているマグネタイト
粒子が開示されている。これにより、黒色度、分散性、
耐熱性に優れたマグネタイト粒子が得られるものの、S
i及び/又はAlの混合物を共沈させるだけなので(S
iの中和処理)、Siの吸湿性により耐環境性は劣り、
流動性、抵抗制御、ハンドリング性の面でも不充分であ
った。
内部にSiを含有させ、その表面にシリカやアルミナの
共沈物で処理したマグネタイト粒子について開示されて
いる。これにより、繰り返し測定の時に帯電安定性に優
れたマグネタイト粒子が得られるものの、環境の変化に
対する吸湿安定性、流動性、ハンドリング性、黒味につ
いては不充分である。
は、粒子内部にSiを含有させ、その表面にシリカやア
ルミナの共沈物で処理し、さらに非磁性粒子を固着させ
たマグネタイト粒子について開示されている。これによ
り、繰り返し測定の時に帯電安定性に優れ、流動性、初
期分散性に優れているものの、非磁性粒子を固着させる
ためにはコストがかかる上、剥離の可能性、均一かつ完
全な表面処理は困難である上に、環境変化に対する吸湿
安定性に対し不充分であり、黒色度の低下を招くことに
なる。
は、一般に酸化鉄粒子の比表面積が大きいと空気と接触
する面積が大きく吸湿率は比例して大きくなる。よっ
て、同じ面積当たりに吸湿する量が低温低湿、高温高湿
において変化の少ないもののことをいう。
にZnx Fe2+y Oz 、上層にSi、Al、Tiの共沈
物で表面処理されたマグネタイト粒子について開示され
ている。これにより、耐熱性と着色力に優れ、帯電量が
制御されるものの、流動性、ハンドリング性、環境変化
に対する吸湿安定性、抵抗制御に対し不充分である。
イ素を含んだ金平糖状のマグネタイト粒子の表面にSi
等を被着させたマグネタイト粒子について開示されてい
る。これにより、トナー粒子からの脱落がなく、流動性
に優れたマグネタイト粒子が得られるものの、トナー粒
子から露出した粒子の凹凸により、ドラムの表面に傷を
つけ寿命を短くする恐れがあり、また環境変化に対する
吸湿安定性において不充分である。
粉に要求される特性はもとより、流動性、分散性、ハン
ドリング性、耐環境性に優れ、用途に応じて抵抗の調整
可能な酸化鉄粒子、特にマグネタイト粒子は未だ提供さ
れていない。
性、ハンドリング性、環境の変化に対する吸湿安定性等
に優れ、用途に応じて抵抗の調整可能な酸化鉄粒子及び
その製造方法を提供することにある。
果、酸化鉄粒子の表面に、SiとFeの複合酸化物を存
在させることにより、上記目的が達成し得ることを知見
した。
で、SiとFeの複合酸化鉄が粒子表面に存在すること
を特徴とする酸化鉄粒子を提供するものである。
方法として、本発明は、湿式法にて生成した酸化鉄粒子
を含むスラリーに、水可溶性ケイ酸塩と第一鉄塩とアル
カリの水溶液を添加混合し、pH5〜10、温度60〜
98℃にて酸化し、SiとFeの複合酸化鉄を粒子表面
に存在させることを特徴とする酸化鉄粒子の製造方法を
提供するものである。
する。本発明でいう酸化鉄粒子とは、好ましくはマグネ
タイトを主成分とするものであり、コアとなるマグネタ
イトを主成分とする酸化鉄粒子にはケイ素、アルミニウ
ム等の各種の有効元素を含有するものも包含される。以
下の説明では、酸化鉄粒子としてその代表的なものであ
るマグネタイト粒子について説明する。また、酸化鉄粒
子又はマグネタイト粒子という時には、その内容によっ
て個々の粒子またはその集合のいずれも意味する。
SiとFeの複合酸化鉄が存在する。ここでSiとFe
の複合酸化鉄が存在するとは、芯材(コア材)となるマ
グネタイトコア粒子の表面にSiとFeの複合酸化鉄の
微粒子が分散又は被覆している状態をいう。さらに、被
覆している状態は、緻密な形成層でも、多量の微粒子に
よる固着や付着による形成層のどちらも意味する。本発
明では、マグネタイトコア粒子の表面にSiとFeの複
合酸化鉄の微粒子が層状に被覆している状態が最も好ま
しい。また、ここでいうSiとFeの複合酸化鉄とは、
鉄成分がケイ素成分存在下で酸化することにより、ケイ
素を取り込む又は結合した酸化鉄をいう。マグネタイト
コア粒子は、通常は湿式法で製造されるが、乾式法で製
造されたものでもよい。また、このマグネタイトコア粒
子中には、上記のように、粒子内部にケイ素、アルミニ
ウム等の各種の有効元素を含有していてもよい。
処理のみを行ったもの、例えば上記特開平5−2867
23号公報に代表される方法にて製造されたものでは、
そのSi自体に吸湿性がある上、流動性、抵抗、ハンド
リング等の諸特性が得られない。
ネタイト粒子全体に対してSiに換算して好ましくは
0.05〜2重量%、さらに好ましくは0.5〜2重量
%である。Siの存在量が0.05重量%未満の場合に
は目的とする効果が少なく、2重量%を超えるとマグネ
タイト粒子に通常要求される磁気特性の低下を招く。磁
気特性(10kOeでの飽和磁化)は70emu/g以
上が好ましく、さらには75emu/g以上が好まし
い。また、粒子表面の複合酸化鉄を形成するSiとFe
のモル比は、好ましくはSi:Fe=1〜100〜10
0:1、さらに好ましくは5:100〜75:25であ
る。
0以下であることが望ましい。凝集度が40を超えると
取り扱い性、樹脂への混合性、トナー製造設備への供給
安定性が悪く、ひいてはトナー自身の流動性に影響を及
ぼす恐れがある。
×10-5dyne/contact以下であることが望
ましい。付着力がこれを超えると粉体同士の付着が強
く、トナー製造時の粉体取り扱いのハンドリング性、つ
まり粉体同士が付着することによる搬送設備の負荷、及
びトナー製造時の樹脂と磁性体の混合状態が悪くなり、
分散性に劣るものとなる。
0%RHと35℃、85%RHの各環境下で4Hr曝露
された後の各吸湿率と比表面積とが下記式(1)を満足
することが望ましい。トナーや樹脂被覆キャリアを製造
した場合、表面に露出する磁性粉の存在が考えられる。
つまり、各環境下での吸湿変化に対し、下記式(1)の
範囲外ではトナー及びキャリアの流動性、帯電性、抵抗
の安定性に悪影響を生じる恐れがある。
中のSi成分が、マグネタイト粒子全体に対してSiに
換算して0.5〜2重量%存在し、電気抵抗が1×10
4 Ω・cm以上であることが望ましい。Si成分が0.
5重量%未満の時は抵抗は1×104 Ω・cm未満とな
り、抵抗が高いことが望まれるトナー、キャリアについ
てはSiを0.5重量%以上にする必要がある。Si成
分が2重量%を超えると飽和磁化が低下し望ましくな
い。
内で解砕した時の容器内の残存率が20重量%以内であ
ることが望ましい。この容器内の残量率が20重量%を
超える場合には、粉体を取り扱うホッパー、搬送設備へ
の残存が増え、樹脂との混合時の配合量のずれ、練り機
への供給を考えると不都合であり、取り扱いにくい。
る黒色度(L)が18.5以下、反射率(60度)が8
0%以上であることが望ましい。L値は高い方が黒みが
弱い方向にあり、反射率は高いと樹脂への分散性が良好
となる。粉体として樹脂への分散性がよく、黒色度も凝
集体ではなく、分散した上で、黒色度の高いものが顔料
として最も適している。近年のトナー小径化に伴い、高
解像度の上での黒色のためには、使用される磁性体も黒
色度が高いものが要求される。
の複合酸化鉄の微粒子が表面に強固に存在することによ
り、Si等の化合物が単体で存在するのではなく、複合
酸化鉄中に存在し、しかも粒子表面層に制御されたこと
により、Si等の化合物が単体で表面に存在することに
よる吸湿が抑えられ、また、複合酸化鉄内に存在するS
i成分が適度の水分を安定的に保有することにより、外
部の環境変化に対する応答が少ないため、上記目的が達
成されるものと推測される。
存在により、電気伝導を妨げ、少量のSiの添加にて高
抵抗であり、表面の磁気凝集が抑えられたこと、Siの
みではないこと等により個々粉体の付着低下、良好な分
散性等の効果が得られたのでないかと推測される。
法は、湿式法にて生成したマグネタイトコアスラリー
に、水可溶性ケイ酸塩と第一鉄塩とアルカリ水溶液を添
加混合し、pH5〜10、温度60〜98℃にて酸化す
ることにより、該コア粒子の表面にSiとFeの複合酸
化鉄を存在させるものである。
は、その形状が八面体、六面体、球形等であり、何ら限
定されるものではない。水可溶性ケイ酸塩としては、ケ
イ酸ナトリウム等の水溶性のケイ酸塩であれば何れでも
よい。第一鉄塩としては硫酸第一鉄、塩化第一鉄等が挙
げられる。アルカリとしては水酸化ナトリウム、炭酸ナ
トリウム、水酸化カリウム等が用いられる。
Hが5未満だと、酸化する工程において反応スピードが
遅く工業的ではなく、pHが10を超えるとコストがか
かり、経済的ではない。また、溶液の温度は60〜98
℃であり、温度が60℃未満だとFeOOH等が混在
し、色味、飽和磁化、粒子の均一性等の問題点が生じ
る。温度が98℃超では工業的ではない。酸化する方法
としては、酸素を含有するガスを通気すればよく、経済
的にも好ましくは空気を使用する。また、液体の酸化剤
を使用してもよい。
説明する。
2+2.0mol/lを含む硫酸第一鉄水溶液50リット
ルと、3.60mol/lの水酸化ナトリウム水溶液5
0リットルを混合撹拌した。この時のpHは6.5であ
った。そのスラリーを85℃に維持しながら65リット
ル/minの空気を吹き込み反応を終了させた(マグネ
タイトコア粒子の製造)。
対し、ケイ酸ナトリウム水溶液(Si1.1mol/
l)を3リットルとFeのモル比が1:2になるように
硫酸第一鉄水溶液(Fe2+1.3mol/l)を5リッ
トルと水酸化ナトリウム水溶液を混合し、pHを9とし
た。そのスラリーを80℃に維持しながら65リットル
/minの空気を吹き込み再度酸化し反応を終了させた
(複合酸化鉄の形成)。
燥、粉砕工程により処理しマグネタイト粒子を得た。ま
た、下記に示す方法にて、Siの含有量、比表面積、磁
気特性(飽和磁化)、各環境下において得られた吸湿
率、面積当たりの吸湿率変化、凝集度、付着力、黒色
度、反射率、電気抵抗、SUS容器残存率について評価
した。結果を表2に示す。
て測定した。 (3)磁気特性 東英工業製振動試料型磁力計VSM−P7を使用し、外
部磁場10KOeにて測定した。 (4)吸湿率 乾燥機で105℃、1Hrにて予め乾燥(乾燥重量W
1)させ、環境室内にて10℃、20%RHと35℃、
85%RHの環境下に各々4Hr曝露し(吸湿後の重量
W2)、各々の重量測定を以下の式にて吸湿率(重量
%)を算出した(ΔWLL;10℃、20%、ΔWHH;3
5℃、85%)。 吸湿率(重量%)=(W2−W1)/W1×100 また、面積当たりの吸湿率変化は、以下の式にて表され
る。 (ΔWHH−ΔWLL)/A(比表面積) (5)凝集度 Hosokawa Micron製「Powder T
ester TypePT−E」(商品名)を用いて、
振動時間65secにて測定した。測定結果を所定の計
算式にて凝集度を求めた。 (6)付着力 島津粉体付着力測定装置(EB−3300CH)を用い
て、試料をセル容器の縁いっぱいに入れる(粉重量を測
定)。セル内の切断面より1cmまで、プレス後、上記
測定器により測定し、所定の計算式にて算出した。 (7)電気抵抗 試料10gをホルダーに入れ600kg/cm2 の圧力
を加えて、25mmφの錠剤型に成形後、電極を取り付
け、150kg/cm2 の加圧状態で測定した。測定に
使用した試料の厚さ、及び断面積と抵抗値から算出して
マグネタイト粒子の電気抵抗値を求めた。 (8)黒色度、反射率 スチレンアクリル系樹脂(TB−1000F)をトルエ
ン(樹脂:トルエン=1:2)にて溶解した液を60
g、試料10g、直径1mmのガラスビーズ90gを内
容積140mlのビンに入れ、蓋をした後、ペイントシ
ェーカー(トウヨウセイキ社製)にて30分混合した。
これをガラス板上に4milのアプリケーターを用いて
塗布し、乾燥後、色差計にて黒色度、ムラカミ式GLO
SS METER(GM−3M)にて60度の反射率を
測定した。 (9)SUS容器残存率 サンプルミル(Matsusita Electric
Industrial製 SSC612CA)に専用
のSUS容器内に試料を10g入れ、ミルにて5秒撹拌
した後、静かに容器を取り外し、容器を逆さまにして試
料を取り出した。取り出した試料の重量A(g)を測定
し下記式にて容器内の残存量を求めた。 SUS容器内残存量(重量%)=[(10−A)/1
0]×100
造の反応条件、表面の複合酸化鉄層の被覆条件を変えた
以外は、実施例1と同様にマグネタイト粒子を製造し
た。このマグネタイト粒子の製造条件を表1に示す。ま
た、実施例1と同様に各種性状及び特性を評価した結果
を表2に示す。
わなかった以外は、実施例1と同様にマグネタイト粒子
を製造した。このマグネタイト粒子の製造条件を表1に
示す。また、実施例1と同様に各種性状及び特性を評価
した結果を表2に示す。
造の反応条件、表面の複合酸化鉄層の被覆条件を変えた
以外は、実施例1と同様にマグネタイト粒子を製造し
た。このマグネタイト粒子の製造条件を表1に示す。ま
た、実施例1と同様に各種性状及び特性を評価した結果
を表2に示す。なお、比較例5は、マグネタイトコア粒
子作成後のスラリーにケイ酸ナトリウム水溶液と水酸化
ナトリウムを添加(添加後のpH10)し、硫酸にてp
H6まで中和した。
のマグネタイト粒子は、飽和磁化を大きく劣化させるこ
となく、各環境下における吸湿性が安定であり、流動
性、ハンドリング性、分散性、黒色度に優れ、かつ高抵
抗化が可能である。実施例8から判るように、Si存在
量の多いものは、分散性、黒色度は良好であり、抵抗は
高いものの、飽和磁化が低く、高温高湿下における吸湿
率が大きい。すなわち、Si存在量が多いと電気抵抗値
は高いが、存在量のわりに電気抵抗上昇に対する効果が
低い。
ため、飽和磁化は高いものの、各環境下における面積あ
たりの吸湿変化、流動性、ハンドリング性、分散性、黒
色度に劣ったものである。
が、比較例1〜3と同様な結果が得られた。比較例5
は、Si中和処理を行ったものであり、分散性、SUS
容器の残存率は良好であるが、中和処理を行ったにも拘
わらず、各環境下における面積当たりの吸湿率が大き
く、さらに凝集度、付着力が大きいので、流動性、ハン
ドリング性に乏しい。また、Si中和処理したにも拘わ
らず電気抵抗値が低い。
子は、酸化鉄コア粒子の表面にSiとFeの複合酸化鉄
を存在させるものであり、通常磁性粉に要求される特性
はもとより、流動性、分散性、ハンドリング性、環境の
変化に対する吸湿安定性に優れ、かつ抵抗を任意に調整
が可能であることから、静電複写磁性トナー用材料粉、
静電潜像現像用キャリア用材料粉、塗料用黒色顔料粉等
の用途に好適である。
Claims (10)
- 【請求項1】 SiとFeの複合酸化鉄が粒子表面に存
在することを特徴とする酸化鉄粒子。 - 【請求項2】 上記複合酸化鉄で表面が被覆されている
請求項1記載の酸化鉄粒子。 - 【請求項3】 上記複合酸化鉄中のSi成分の存在量
が、酸化鉄粒子全体に対してSiに換算して0.05〜
2重量%である請求項1又は2記載の酸化鉄粒子。 - 【請求項4】 凝集度が40以下である請求項1、2又
は3記載の酸化鉄粒子。 - 【請求項5】 付着力が5×10-5dyne/cont
act以下である請求項1〜4のいずれかに記載の酸化
鉄粒子。 - 【請求項6】 10℃、20%RHと35℃、85%R
Hの各環境下で4Hr曝露された後の吸湿率(重量%)
をそれぞれΔWLL、ΔWHHとし、比表面積(m2 /g)
をAとしたときに下記式(1)を満足する請求項1〜5
のいずれかに記載の酸化鉄粒子。 (ΔWHH−ΔWLL)/A≦0.05・・・・(1) - 【請求項7】 上記複合酸化鉄中のSi成分の存在量
が、酸化鉄粒子全体に対してSiに換算して0.5〜2
重量%であり、電気抵抗が1×104 Ω・cm以上であ
る請求項1〜6のいずれかに記載の酸化鉄粒子。 - 【請求項8】 SUS容器内で解砕した時の容器内の残
存率が20重量%以内である請求項1〜7のいずれかに
記載の酸化鉄粒子。 - 【請求項9】 色差計による黒色度(L)が18.5以
下、反射率(60度)が80%以上である請求項1〜8
のいずれかに記載の酸化鉄粒子。 - 【請求項10】 湿式法にて生成した酸化鉄粒子を含む
スラリーに、水可溶性ケイ酸塩と第一鉄塩とアルカリの
水溶液を添加混合し、pH5〜10、温度60〜98℃
にて酸化し、SiとFeの複合酸化鉄を粒子表面に存在
させることを特徴とする酸化鉄粒子の製造方法。
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