JP2000351627A - 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
に、電気抵抗が高く、粉体の凝集が少なく、分散性やハ
ンドリング性が改善され、FeOの劣化や黒味の低下が
防止でき、かつその安定性を兼ね備えた酸化鉄粒子及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 電気抵抗が1×104 Ω・cm以上で、
かつFeを除く原子番号21番以降の元素を含有しない
ことを特徴とする酸化鉄粒子。
Description
トナー用材料粉、静電複写キャリア用材料粉、もしくは
塗料用黒色顔料粉等に好適な酸化鉄粒子及びその製造方
法に関する。
粒子は各種分野、特に乾式電子複写機、プリンタ等の磁
性トナー用材料粉、静電複写キャリア用材料粉、もしく
は塗料用黒色顔料粉等の原材料として広く利用されてお
り、酸化鉄単独ではマグネタイト(Fe3 O4 )、フェ
ライトであるマグヘマイト(γ−Fe2 O3 )やその中
間組成のベルトライド化合物(FeOx・Fe2 O3 、
0<x<1)等が用いられている。
その原材料に含まれる物質については、環境負荷物質へ
の配慮がクローズアップされている。環境負荷物質の中
でも無機物質としては遷移金属元素を始めとする金属元
素が挙げられ、工業製品やその原材料においては、かか
る環境や人体に影響を与える物質がなるべく存在しない
ことがより強く求められてきている。
リアの廃カートリッジ、廃トナーの廃棄や印刷書類の焼
却等、あるいは顔料の廃棄や成分の各種拡散等の影響を
充分に考慮しなくてはならない状況にある。
いては、求められている品質特性を引き出すために、鉄
以外の各種添加元素を含有させる提案が各種なされてお
り、例えば磁性トナー用材料粉においても諸特性を改善
するために、鉄以外にZn、Mn、Si、Al、Ti、
Mg、Co、Ni、Cr、Cu等の各種添加元素が使用
されている(例えば特公平3−24412号公報、特開
平9−59025号公報、特開平7−267646号公
報等)。
加元素を含まずに磁性トナー用材料粉に求められる諸特
性、特に重要である電気特性、磁気特性及び分散性等の
粉体特性を改善し得る技術については未だ提案されてい
ない。
意図的に含有させることなしに、電気抵抗が高く、粉体
の凝集が少なく、分散性やハンドリング性が改善され、
FeOの劣化や黒味の低下が防止でき、かつその安定性
を兼ね備えた酸化鉄粒子及びその製造方法を提供するも
のである。
の結果、酸化鉄粒子表面に酸化度の異なる形態の鉄酸化
物を被覆することにより、核である酸化鉄コア粒子の特
性を損なわずに、かつ各種外的要因による劣化を防止で
きることを知見した。
で、電気抵抗が1×104 Ω・cm以上で、かつFeを
除く原子番号21番以降の元素を含有しないことを特徴
とする酸化鉄粒子を提供するものである。
て、第一鉄塩水溶液をアルカリ水溶液と中和混合後、得
られた水酸化第一鉄コロイドを含むスラリーに対して酸
化反応を行うことにより得られた酸化鉄粒子を含むスラ
リーや酸化鉄粒子を水分散させたスラリーに、Fe3+含
有水溶液を添加し、pHを調整することにより表面にF
e3+を主成分とする被覆層を形成す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。本発明の酸化鉄粒子は、電気抵抗が1×104 Ω
・cm以上であることが必要である。電気抵抗が1×1
04 Ω・cm未満の場合には、磁性トナーが必要とする
帯電量を保持することが困難な方向にあり、画像濃度低
下等のトナー特性への悪影響を及ぼしやすい。
降の元素を含有しない。ここで、元素を含有しないと
は、酸化鉄粒子の特性改善のためにFe以外の環境負荷
元素を意図的に含有しないことを指し、原料由来の不可
避成分元素の随伴については除外される。むろん、この
不可避成分元素については、原料中に含まれていないほ
うが好ましく、原子番号21番以降の元素、特に遷移金
属元素は、本発明の環境負荷抑制という目的のためには
より低いほうが好ましい。
子総量に対し、マンガン及びチタン以外の原子番号21
番以降の元素の合計含有量が0.3重量%以下であるこ
とが好ましく、マンガン及びチタンを含む遷移金属元素
の合計含有量が0.3重量%以下であればさらに好まし
い。
元素については、環境負荷が小さく酸化鉄粒子の特性を
改善する効果が認められるものも存在するので、使用目
的に応じて必要最小限度含有していてもよい。例えば、
酸化鉄粒子の流動性や分散性を改善するために有効なケ
イ素成分及び/又はアルミニウム成分等を酸化鉄粒子総
量に対し、0.05〜2重量%程度含有させることがで
きる。
グネタイト(Fe3 O4 )を始めとして、マグヘマイト
(γ−Fe2 O3 )やその中間組成のベルトライド化合
物(FeOx・Fe2 O3 、0<x<1)等より選択す
ればよく、その形状はトナー用に適した特性を付与でき
るものなら特に限定されないが、トナー用材料粉とし
て、一般的な粒状品(球状、八面体状、六面体状等)が
好ましい。
してFe3+を主成分とする被覆層を有する。このFe3+
を主成分とする被覆層を有することにより、環境負荷元
素を意図的に含有させることなく、電気抵抗が高く、磁
気凝集が少なく、分散性やハンドリング性が改善され、
FeOの劣化や黒味の低下が防止でき、かつその安定性
を兼備した酸化鉄粒子が得られるのである。
化物、含水水酸化物、酸化物等であり、これらの形態の
化合物を複合的に含有させてもよいし、酸化鉄粒子の特
性を改善するために、上記環境負荷の少ないケイ素成分
及び/又はアルミニウム成分等を含有させてもよい。
粒子総量に対して0.1〜10重量%が好ましい。この
Fe3+含有量が0.1重量%未満の場合には、電気抵抗
に対する効果が低く、10重量%を超える場合には、磁
気特性の低下や、色味の低下の原因となるので好ましく
ない。むろん、この被覆層中には上記原子番号21番以
降の元素を極力含まないほうが好ましいことはいうまで
もない。
とする被覆層の被覆状態については、粒子表面を非酸化
性雰囲気中で徐々に酸溶解し、溶出したFe3+/全Fe
を分析することで判る。全Feとは、その溶解時点まで
の総Fe量を指す。
e3+量と同量のFeを溶出した際のFe3+/全Feが
0.5〜1であることが好ましく、0.7〜1がより好
ましい。
0%以下であり、より好ましくは40%以下である。凝
集度が50%を超える場合には、分散性やハンドリング
性に劣る。
の外部磁場における飽和磁化が75emu/g以上であ
ることが好ましい。飽和磁化が75emu/g未満の場
合には、磁性トナーの飽和磁化も低いため、画像スリー
ブ上での磁化が不充分となり好ましくない。
有率が18重量%以上であることが好ましい。FeO含
有率が18重量%未満の場合には、黒色度の点で劣るこ
ととなり好ましくない。
方法について説明する。本発明の酸化鉄粒子は、第一鉄
塩水溶液をアルカリ水溶液と中和混合後、得られた水酸
化第一鉄コロイドを含むスラリーに対して酸化反応を行
うことにより得られた酸化鉄粒子を含むスラリーや酸化
鉄粒子を水分散させたスラリー等に、Fe3+含有水溶液
を添加し、pHを調整することによって製造できる。
おいて用いられる第一鉄塩としては、硫酸第一鉄、塩化
第一鉄等が挙げられるが、工業的には鉄産廃液やスクラ
ップ原料の酸溶解品、酸化チタン製造時の副産物等が用
いられる。通常このような第一鉄塩には原料由来の不可
避成分が含まれており、特にマンガン成分とチタン成分
は上記回収工程を経るがゆえにやや高めに含有している
が、不可避成分の除去にかかるコスト面から見て、環境
負荷への影響が低い原料の選定、調整等に留意すれば、
そのまま使用しても特に問題はない。
は、その酸化鉄粒子は原料由来の不可避成分元素の随伴
を除き、Fe以外の環境負荷元素を意図的に含有してい
なければ、湿式、乾式のいずれの製造方法で得られたも
のでもよい。
は、pHが2以上であることが好ましく、5〜10であ
ることがさらに好ましい。pHが2未満ではFe3+の被
覆の際の歩留が不良となり、pHが10を超えると過剰
のアルカリを要するので、経済的でない。また上記した
通り、この被覆層の形成工程においてケイ素成分及び/
又はアルミニウム成分等を添加しても良い。
説明する。
一鉄A〜Cの組成を表1に示す。
に、表1における原料Aを用いたFe2+を2.0mol
/l含有する硫酸第一鉄水溶液50リットルとNaOH
を4.0mol/l含有する水酸化ナトリウム水溶液4
5リットルとを混合撹拌した。このスラリーを90℃及
びpHを6.3に維持しながら空気を通気し、酸化する
ことでマグネタイトコア粒子含有スラリーを得た。
のスラリーにpH8を維持するように水酸化ナトリウム
を添加しながらFe 3+を1.0mol/l含有する硫酸
第二鉄水溶液を4.3リットル添加した。スラリーの温
度を90℃に維持しながら30分間混合撹拌すること
で、Fe3+成分をマグネタイトコア粒子表面に被覆し
た。得られた生成粒子を通常の濾過、洗浄、乾燥、粉砕
工程を経て、コアがマグネタイトである酸化鉄粒子を得
た。
した。その結果を表3に示す。 〔測定方法〕 (1)粒子形状 走査型電子顕微鏡にて粒子形状を観察した。 (2)比表面積 島津−マイクロメリテックス製2200型BET計にて
測定した。 (3)電気抵抗 サンプル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 の加圧状態で電気抵抗を測
定した。測定に使用した試料の厚さ及び断面積と抵抗値
から酸化鉄粒子の体積抵抗値(Ω・cm)を求めた。 (4)凝集度 Hosokawa Micron製、Powder T
ester TypePT−Eを用いて、振動時間を6
5sec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。 (5)磁気特性 東英工業製振動型磁力計VSM−P7を使用し、外部磁
場10kOeにて測定した。 (6)FeO含有量 サンプルを硫酸にて溶解し、過マンガン酸カリウム標準
溶液を使用して酸化還元滴定にて測定した。 (7)金属元素含有量 サンプルを溶解し、ICPにて測定した。この時、測定
する元素については、Fe、Mn、Ti、V、Cr、C
o、Ni、Cu、Zn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、
Cd、Sn、Ba、La、Ce、W、Hg、Pbの22
元素とし、これらを定量した。なお、金属元素量につい
てはFe、Mn、Tiは個別に品位を表示し、その他元
素は合計品位を表示した。但し、硫酸鉄中での不純物の
分析の下限を100ppm、酸化鉄粒子中での不純物の
分析の下限を10ppmとし、これ以下の場合について
はそれぞれ100ppm、10ppmと見なした。 (8)粒子表面のFe3+/全Fe分析 試料25gを二酸化炭素気流中で1mol/lの濃度に
調整した硫酸水溶液5リットルに分散させた。溶液の温
度を50℃に調整して酸化鉄粒子を表面より徐々に溶解
させながら時間の経過と共に硫酸水溶液を分取し、フィ
ルター(孔径0.1μm)を用いて不溶な酸化鉄粒子を
取り除いた後、水溶液中に溶出した全Fe濃度をICP
を用いて測定した。溶出試験は被覆したFe3+量とほぼ
同じ全Fe量が確認できるところまで行った。また、こ
の水溶液中に溶出したFe3+濃度は三塩化チタン標準溶
液を用いて酸化還元滴定にて測定した。なお、比較例で
は被覆するFe3+成分はないので、比較例1は実施例
1、比較例2は実施例2、比較例3は実施例3と各々同
じ全Fe濃度が溶出したところを表面として、粒子表面
部分のFe3+/全Fe分析を行った。
原料である硫酸第一鉄、マグネタイトコア粒子の製造条
件、被覆条件を変えた以外は、実施例1と同様にしてコ
アがマグネタイトである酸化鉄粒子を得た。得られた酸
化鉄粒子を実施例1と同様に測定し、その結果を表3に
示す。
マグネタイト粒子の製造条件を変え、かつ被覆工程を行
わなかった以外は、実施例1と同様にしてマグネタイト
粒子を得た。得られたマグネタイト粒子を実施例1と同
様に測定し、その結果を表3に示す。なお、比較例1〜
3は、被覆工程を行わなかった以外は、それぞれ実施例
1〜3の製造に準拠したものである。
〜5の酸化鉄粒子は、比較例1〜3のマグネタイト粒子
に比較して、電気抵抗が高く、かつ粉体の凝集が少な
い。
子は、環境負荷元素を意図的に含有することなしに、電
気抵抗が高く、粉体の凝集が少なく、分散性やハンドリ
ング性が改善され、FeOの劣化や黒味の低下が防止で
き、かつその安定性を兼ね備えたものである。また、本
発明の製造方法によって、上記酸化鉄粒子が、簡便に、
かつ工業的規模で得られる。
Claims (4)
- 【請求項1】 電気抵抗が1×104 Ω・cm以上で、
かつFeを除く原子番号21番以降の元素を含有しない
酸化鉄粒子。 - 【請求項2】 粒子表面に、金属成分としてFe3+を主
成分とする被覆を有する請求項1に記載の酸化鉄粒子。 - 【請求項3】 凝集度が50%以下である請求項1又は
2に記載の酸化鉄粒子。 - 【請求項4】 第一鉄塩水溶液をアルカリ水溶液と中和
混合後、得られた水酸化第一鉄コロイドを含むスラリー
に対して酸化反応を行うことにより得られた酸化鉄粒子
を含むスラリーや酸化鉄粒子を水分散させたスラリー
に、Fe3+含有水溶液を添加し、pHを調整することに
より表面にFe3+を主成分とする被覆層を形成すること
を特徴とする酸化鉄粒子の製造方法。
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JP16115999A JP3595197B2 (ja) | 1999-06-08 | 1999-06-08 | 酸化鉄粒子及びその製造方法 |
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1999
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