JP2002091065A - 磁鉄鉱粒子含有トナー - Google Patents

磁鉄鉱粒子含有トナー

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性トナーを製造するために好適な特性を有
する磁鉄鉱を製造する特に安価な方法および該磁鉄鉱を
用いて製造できるトナー。 【解決手段】 従来、熱的安定性のために必要とされて
きたトナー用磁鉄鉱に含まれるケイ素成分が不要である
ことを見出したことによる、ケイ素成分の導入を省略す
る磁鉄鉱の製造方法、およびそれにより製造されるケイ
素低含有量磁鉄鉱。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁鉄鉱粒子を含有
するトナーに関する。
【0002】
【従来の技術】水溶液から沈殿法により製造することが
できる粒状磁鉄鉱は、かなり前から既知である。US-A 8
02,928 は既に、アルカリ成分を用いて硫酸鉄(II)を沈
殿させ、次いで空気酸化することによる磁鉄鉱の製造を
記載する。数多くの後続の文献が同様に、沈殿法による
磁鉄鉱の製造を記載する。他の金属または元素の痕跡を
有さない純粋沈殿磁鉄鉱は、DE-A 3,209,469 に従いバ
ッチ式に、または DE-A 2,618,058 に従い連続的に製造
することができる。
【0003】通常、FeSO4が、鉄(II)塩として使用
される。しかしながら、あらゆる溶解性の鉄(II)塩も沈
殿法による磁鉄鉱の製造のために使用することができ
る。特に、FeCl2が、DE-A 3,004,718 に記載されて
いるように好適である。FeSO4またはFeCl2は、
両方の物質とも鉄加工産業から廃棄物として大量で非常
に安価に入手できるという利点を有する。
【0004】最も頻繁に使用される水酸化ナトリウムの
ほかに、CaOまたはCaCO3(DE-A 3,004,718)、
アンモニア(DE-A 2,460,493)またはNa2CO3、Mg
CO3またはMgO(EP-A 0,187,331)も沈殿剤として
好適である。通常、空気が酸化剤として使用される。し
かしながら、硝酸塩を使用する酸化方法(DD-A 216,040
および DD-A 284,478)も記載されている。
【0005】磁鉄鉱はまず、あらゆる種類のペイントを
製造するために使用された。有機染料およびススに対す
る磁鉄鉱の特別な利点は、その非常に良好な耐候性であ
る。磁鉄鉱を含有するペイントは屋外で使用することも
できる。さらに、沈殿磁鉄鉱はコンクリート製建造物
(例えば、コンクリート製敷石またはコンクリート製屋
根ふきタイル)の着色に使用するために好都合である。
【0006】磁鉄鉱は時折、エレクトロフォトグラフィ
ー分野におけるトナーの製造のためにも使用されてい
る。沈殿法により製造された磁鉄鉱は、単一成分トナー
を使用するコピー機のためのトナーを製造するために好
ましく使用される。この目的のために使用される磁性ト
ナーは種々の特性を有さなければならない。コピー機お
よびプリンターの進歩発展および改良につれ、磁性トナ
ーに対する要求、その結果、磁性トナーのために使用さ
れる磁鉄鉱に対する要求がますます増大している。レー
ザープリンターの出現により400dpi(ドット/イ
ンチ)を超える解像度が達成され、この目的のために、
非常に狭い粒度分布を有する微分散トナーの開発が必要
となった。これにより、この目的のために使用される磁
鉄鉱も同様に非常に狭い粒度分布を有さなければならな
い結果となる。さらに、一定の粒度が、完成トナーにお
いて磁鉄鉱粒子の均一な分布を確保するために必要であ
る。磁鉄鉱自体は、静電移送中の潜像を安定化するため
に十分に高い電気抵抗を有さなければならない。さら
に、保持力、飽和磁化、特に残留磁化は、機械中の磁場
強さに対して適正な関係になければならない。
【0007】ケイ素含有磁鉄鉱は、磁性トナーでの適用
のために使用される。これらは、純粋磁鉄鉱のものと異
なる電荷挙動を有し、同じ粒度についてより高い熱的安
定性を有する。そのような粒子の製造方法は、JP-A-61
034 070 に記載されている。この場合、ケイ素成分は硫
酸鉄(II)に添加されるが、これによりケイ酸が沈殿し、
その結果、磁鉄鉱格子中にケイ素の不均一な分布が生じ
る。ケイ素を使用する沈殿法による磁鉄鉱の製造も、JP
-A-51 044 298 に記載されている。US 4,992,191 は、
Feに対して0.1〜5.0原子%のSiを含有する磁鉄
鉱を記載し、これはトナーの製造のために特に好適であ
ると主張する。その中に記載されている方法では、ケイ
酸塩成分は、水溶液形態のアルカリ成分に、次いで、鉄
(II)成分のアルカリ成分に対するモル比が約0.53
[1.5/2.85]であるような量の水溶液形態の鉄(I
I)成分に、温度を90℃に保持しながら添加される。次
いで、0.1〜1.0μmの範囲の粒度を有する回転楕円
状ケイ素含有磁鉄鉱を得るために、このようにして得ら
れた懸濁液は空気を酸化剤として用いて処理される。得
られた粒子は、濾過され、洗浄され、粉砕される。
【0008】DE-A 19 702 431 は、特に球形のケイ素含
有磁鉄鉱を製造するためのさらなる方法を記載する。後
者において、ケイ素低含有量、ほとんど無ケイ素の球形
磁鉄鉱の製造も初めて詳細に記載されている。しかしな
がら、該磁鉄鉱の熱的安定性は磁性トナーの製造のため
に不十分であると記載され、その結果、該教示によれ
ば、ケイ素の存在がトナーの製造のために好適な磁鉄鉱
を製造するために必要であるとみなされていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、磁性
トナーを製造するために好適な特性を有する磁鉄鉱を製
造する特に安価な方法、また該磁鉄鉱を用いて製造でき
るトナーを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】驚くべきことに、DE-A 1
9 702 431 に熱的安定性が不十分であると記載されてい
る磁鉄鉱が、トナーにおいて非常に申し分無く使用でき
ることを見出した。さらに、ケイ素導入成分を不要に
し、また1つのプロセス工程も不要にする結果として、
本製造方法は経済的である。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明は、ケイ素低含有量磁鉄鉱
を含有するトナーに関する。本発明の明細書においてケ
イ素低含有量磁鉄鉱とは、0.025質量%未満、好ま
しくは0.0025質量%未満、特に好ましくは0.00
1質量%未満のケイ素含有量を有する磁鉄鉱である。
【0012】本発明に従って使用することができる磁鉄
鉱は、 a)アルカリ成分を、保護ガス下で水溶液の形態に調製
し、 b)該アルカリ成分を、50〜100℃、好ましくは6
0〜90℃の温度に加熱し、 c)水溶液形態のFe(II)成分を、アルカリ成分1当量
に対するFe(II)成分のモル比が0.48〜0.6である
ような量で、温度を50〜100℃、好ましくは60〜
90℃に保持しながら添加し、 d)工程c)で得られた懸濁液を、鉄化合物中のFe
(III)含有量が65mol%を超えるまで、酸化剤を
用いて処理し、 e)工程d)での酸化後に水溶液形態のアルカリ成分
を、使用する全アルカリ成分1当量に対する工程c)で
使用したFe(II)の理論モル比が0.40〜0.48、好
ましくは0.45〜0.47になるような量で、工程d)
で得られた懸濁液に保護ガス下で再度添加し、 f)該懸濁液を、50〜100℃、好ましくは60〜9
0℃に加熱し、 g)水溶液形態のFe(II)成分を、アルカリ成分1当量
に対するFe(II)成分のモル比が0.48〜0.60にな
るような量で添加し、 h)鉄化合物中のFe(II)含有量の65mol%(鉄含
有量基準)まで酸化剤を用いて酸化し、次いで i)濾過し、残留物を洗浄し、乾燥し、粉砕する 方法により得られる。
【0013】磁鉄鉱の粒度および粒形を、沈殿のpHに
より調節することができる。磁鉄鉱を0.48を超える
Fe(III)/NaOH比の範囲で沈殿させる場合、非
常に低い残留磁気のために注目に値し、ますます球形の
粒子が得られる。さらに、これらの粒子は一般に、他の
pH範囲で製造された磁鉄鉱と比べて、比較的微分散で
ある。
【0014】第1の酸化完了後に水酸化ナトリウム溶液
を添加し、水溶性鉄(II)塩の形態の鉄をさらに添加し、
再酸化することにより、これらの微分散磁鉄鉱を粗くす
ることができる。これは熱的安定性を改良する。熱的安
定性のさらなる改良は、有機または無機物質を用いる後
処理により達成することができる。これに関連して、沈
殿中に濃厚水酸化物またはオキシ水酸化物層を形成する
無機Al、Si、Ti、MgまたはZr化合物を好まし
く使用する。しかしながら、特に好ましくは、有機後処
理剤(例えば、ポリシロキサンまたはTiエステル)を
添加する。
【0015】アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属
水酸化物、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属炭酸
塩、MgCO3またはアンモニアを、アルカリ成分とし
て好ましく使用することができる。水溶性アルカリ金属
ケイ酸塩を、ケイ酸成分として好ましく使用する。水溶
性Fe(II)塩、特に好ましくは硫酸鉄または塩化鉄を、
鉄(II)成分として好ましく使用する。しかしながら、他
の水溶性Fe(II)化合物も、特に同等の価格で入手でき
る場合、使用することもできる。大気酸素、純粋酸素、
22、塩素、アルカリ金属塩素酸塩(例えば、NaO
Cl、NaClO3、NaClO4)または硝酸塩を、酸
化剤として好ましく使用することができる。経済的理由
により、大気酸素、純粋酸素、H22または硝酸ナトリ
ウムを特に好ましく使用する。
【0016】本発明の方法の特に好ましい実施態様は、
以下でより詳細に記載する:水1LあたりNaOH30
0gを含有する水酸化ナトリウム溶液を、攪拌し保護ガ
スを通じながら、バッチ式攪拌容器に導入する。次い
で、該溶液を50〜100℃の間、好ましくは60〜9
0℃の間の温度に加熱する。この温度に達した後、Fe
(II)成分を計量して添加を開始する。Fe(II)成分を、
所望のNaOH/Fe(II)比を基準に計算する。例え
ば、0.55のNaOH/Fe(II)比を望み、100m
olのNaOHを使用する場合、100×0.55=1
5molの鉄(II)成分を添加しなければならない。アル
カリ金属水酸化物/Fe(II)比の計算は、次式:
【化1】 に基づく。
【0017】アルカリ成分を他の化学量論比でFe(II)
成分と反応させて使用し、Fe(OH)2またはFeCO3
を形成させる場合、それに応じて比を変更しなければな
らない。この場合、例えば、炭酸塩またはアルカリ土類
金属水酸化物若しくはアルカリ土類金属酸化物を使用す
る場合、それぞれの場合において、次式:
【化2】 または
【化3】 で表される反応が起こる。
【0018】Fe(II)成分の計量添加は、好ましくは、
温度降下が起こらないような速度で行う。計算量のFe
(II)成分の添加完了後、混合物を場合により50〜10
0℃に再び加熱する。多くの場合、工程b)の温度およ
び工程c)の温度は同一であり、その結果、工程c)で
の再加熱は不要である。該温度に達した後、保護ガスを
用いる通気を停止し、酸化剤の添加を開始する。空気を
通気する場合、攪拌機の下にある通気装置を介して空気
を通ずる。1時間あたりに適用する空気量は、Fe(II)
1molあたり0.5〜15L/時間である。NaNO3
を使用する場合、酸化剤を水溶液として5〜30分以内
でポンプ注入により供給する。これに関する必要な量
を、次式:
【数1】 に従い計算する。
【0019】従って、8.375molのNaNO3が、
100molのFe(II)のために必要である。他の酸化
剤の量は、各酸化剤のレドックス当量に基づき計算す
る。磁鉄鉱を製造するために最大66.6%だけのFe
(II)を酸化しなければならないことを注意する必要があ
る。65mol%を超えるFe(III)含有量に達した時
に、好ましくは、酸化を停止する。これはレドックス滴
定により測定することができる。
【0020】この第1の作業(工程a)〜d))に次い
で、これらの工程をもう1度行う。工程d)からの懸濁
液を攪拌し、保護ガスを通じながら、アルカリ成分を添
加する。アルカリ成分の必要量は、必要なFe(II)/N
aOH比から上記のように計算する。次いで、Fe(II)
成分を所望のFe(II)/NaOH比に対応する量で添加
する。この量のFe(II)成分を添加後、保護ガスの通気
を止め、酸化を再開する。
【0021】第2の酸化完了後、生成物を濾過し、洗浄
し、乾燥する。乾燥前に、該生成物を後処理し、熱安定
性および分散性を改良することができる。ポリシロキサ
ンまたは有機Tiエステルを、この目的のために好まし
く使用する。
【0022】本発明の方法により製造された磁鉄鉱また
は本発明の磁鉄鉱は、トナーを製造するために、また、
インクジェットプリンター用印刷インクまたはインクペ
ーストを製造するために、特に有利に使用することがで
きる。これらのケイ素低含有量磁鉄鉱を、磁性トナーだ
けでなく、着色紙、プラスチック、ラッカー、繊維およ
びコンクリートのためにも使用することができ、ペイン
トにおいて使用することができる。
【0023】磁鉄鉱の特性を、次の方法により測定す
る: 1. 色度を、ラッカーを調製することにより試験す
る:磁鉄鉱3.2gを、メノウ製ボール(直径10m
m)を有する Micro-Dismembrator(30")内で粉砕す
る。次いで、結合剤 Alkyldal F48(Bayer AG 製)2.
0g、試験する粉砕磁鉄鉱0.1gおよびTiO2(Baye
rtitan R-FK2、Bayer AG製)1.0gを、直径250m
mのディスク型ペイント用分散機(Engelsmann company
製)(マラーとも呼ばれる。)でペースト化する。色
度(L*〈明度〉、a*〈赤み〉およびb*〈青み〉)を
Dataflash 2000(d/8°)、装置Aおよび評価プログ
ラム CIELAB 2(19.10.1989)を使用して DIN 55 986
に従い測定する。色の測定手順のすべては、EP-A 0 911
370 に詳細に記載されている。
【0024】2. 磁性値(保持力、比飽和磁化、比残
留磁化)を、Bayer 製磁力計(磁場強さ5000エルス
テッド〈397.9A・m−1に相当〉)を使用して測定
する。 3. BET表面積を DIN 66131 に従い測定する: 混合気:He90%、N210%、測定温度:77.4
K、焼付け:140℃、60分。
【0025】4. SiおよびMnの元素分析:Siを
ICP-OESを用いて分光分析により測定する。Mn
を原子吸光分光法により測定する。 5. Fe(合計)、Fe(II)およびFe(III)の元素分
析: DIN 55913 に従い測定する:Fe(II)含有量を、Memoti
trator(Mettler DL-70)を使用し、KMnO4を用いる
滴定により測定する。Fe(III)含有量をTiCl3を用
いて同様に測定する。鉄合計の含有量を、2つの各値お
よび初期試料質量から計算する。2つの標準溶液の含有
量は毎日測定する。
【0026】6. 粒形および粒度:粒度および粒形
を、倍率30,000倍の透過型電子顕微鏡写真(TE
M)から評価する。 7. Sの元素分析:硫黄をICP-OESにより測定す
る。 8. 球形度を、倍率30,000倍のTEM顕微鏡写真
に基づき画像分析により測定する。評価を、自動画像分
析システム(IBAS、Zeiss 製)を使用し、形状因子法に
より行う。これに関して、粒子の最大径に対する最小径
の比が形状因子を与える。この値が1.0に近いほど、
粒子はより球状である。
【0027】9. 水溶性成分を、ISO EN 787 第3部に
従い測定する。 10. 磁鉄鉱粒子のpHを、ISO EN 787 第9部に従い
測定する。 本発明を、次の実施例を言及することによって、より詳
細に説明する。
【0028】
【実施例】実施例1 300g/Lの濃度を有する水酸化ナトリウム溶液60
00ml(NaOH45mol当量)を、30Lの容積
を有する攪拌容器に導入した。窒素通気および攪拌を開
始した後、水酸化ナトリウム溶液を90℃に加熱した。
260.89g/Lの濃度を有する硫酸鉄(II)溶液13.
756L(Fe(II)23.625mol当量)をポンプ
注入により51分間で供給した。FeSO4/NaOH
比は0.525であった。次いで、窒素通気を止め、攪
拌機の下に取り付けた通気リングを介して86L/時間
の空気を通気した。66mol%のFe(III)含有量に
達した時に、通気を停止した。次いで、窒素通気を繰り
返した。次いで、NaOH300g/Lの濃度を有する
水酸化ナトリウム溶液850ml(NaOH6.375
mol当量)をポンプ注入により4分間で供給した。こ
の時点でFeSO4/NaOH比は0.46であった。次
いで、260.89g/Lの濃度を有するFeSO4溶液
1100mlをポンプ注入により5分間で供給した。こ
のFeSO4の量は、FeSO41.889molと当量
である。この時点でのFeSO4/NaOH比は0.49
7であった。次いで、86L/時間の空気で66.8m
ol%のFe(III)含有量まで酸化をおこなった。酸化
完了後、懸濁液を濾過し、十分な脱イオン水を用いて徹
底的に洗浄し、空気中80℃で乾燥した。得られた粉末
を衝撃粉砕機内で粉砕した。
【0029】得られた磁鉄鉱は、次の特性を有した: 明度L*:51.2 CIELAB a*:0.3 CIELAB b*:−4.8 CIELAB 球形度:0.92 Si含有量:0.001質量% 保持力:52エルステッド=4.138kA/m 粒度:0.2μm S含有量:0.78質量%(SO3として測定) Mn含有量:0.11質量% 水溶性成分:0.13質量% DIN pH値:6.2 熱安定性:120℃。
【0030】実施例2 300g/Lの濃度を有する水酸化ナトリウム溶液60
00ml(NaOH45mol当量)を、30Lの容積
を有する攪拌容器に導入した。窒素通気および攪拌を開
始した後、水酸化ナトリウム溶液を90℃に加熱した。
250.13g/Lの濃度を有する硫酸鉄(II)溶液13.
664L(Fe(II)22.50mol当量)をポンプ注
入により43分間で供給した。FeSO4/NaOH比
は0.500であった。次いで、窒素通気を止め、攪拌
機の下に取り付けた通気リングを介して80L/時間の
空気を通気した。67.3mol%のFe(III)含有量に
達した時に、通気を停止した。次いで、窒素通気を繰り
返した。次いで、NaOH300g/Lの濃度を有する
水酸化ナトリウム溶液521ml(NaOH3.910
mol当量)をポンプ注入により4分間で供給した。こ
の時点でFeSO4/NaOH比は0.46であった。次
いで、250.13g/Lの濃度を有するFeSO4溶液
1187mlをポンプ注入により5分間で供給した。こ
のFeSO4の量は、FeSO41.955molと当量
である。この時点でのFeSO4/NaOH比は0.50
0であった。次いで、80L/時間の空気で66.8m
ol%のFe(III)含有量まで酸化をおこなった。この
反応完了後、懸濁液を濾過し、十分な脱イオン水を用い
て徹底的に洗浄し、空気中80℃で乾燥した。得られた
粉末を衝撃粉砕機内で粉砕した。
【0031】得られた磁鉄鉱は、次の特性を有した: 明度L*:51.7 a*:0.3 b*:−4.6 BET表面積:5.6m2/g 球形度:0.92 Si含有量:0.001%未満 保持力:52エルステッド=4.138kA/m 粒度:0.2μm S含有量:1.03%SO3 Mn含有量:0.12% 水溶性成分:0.09% DIN pH値:5.6 Fe含有量:70.3% 熱安定性:140℃。
【0032】比較例 300g/Lの濃度を有する水酸化ナトリウム溶液60
00ml(NaOH45mol当量)を、30Lの容積
を有する攪拌容器に導入した。窒素通気および攪拌を開
始した後、水酸化ナトリウム溶液を90℃に加熱した。
250.13g/Lの濃度を有する硫酸鉄(II)溶液13.
664L(Fe(II)22.50mol当量)をポンプ注
入により43分間で供給した。FeSO4/NaOH比
は0.500であった。次いで、窒素通気を止め、攪拌
機の下に取り付けた通気リングを介して80L/時間の
空気を通気した。67.3mol%のFe(III)含有量に
達した時に、通気を停止した。この反応完了後、懸濁液
を濾過し、十分な脱イオン水を用いて徹底的に洗浄し、
空気中80℃で乾燥した。得られた粉末を衝撃粉砕機内
で粉砕した。
【0033】得られた磁鉄鉱は、次の特性を有した: 明度L*:53.8 a*:0.4 b*:−4.1 BET表面積:7.2m2/g 球形度:0.90 Si含有量:0.001%未満 保持力:57エルステッド=4.535kA/m 粒度:0.2μm S含有量:1.08%SO3 Mn含有量:0.12% 水溶性成分:0.09% DIN pH値:5.6 Fe含有量:70.3% 熱安定性:110℃。
【0034】本発明を例証の目的のために上述において
詳細に記載したが、そのような詳細は単に例証の目的の
ためだけであり、請求項により制限され得る場合を除
き、本発明の意図および範囲から外れることなく当業者
によりその中で変形することができるものと理解される
べきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591063187 Bayerwrk,Leverkuse n,BRD

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケイ素低含有量磁鉄鉱を含むトナー。
  2. 【請求項2】 ケイ素低含有量磁鉄鉱が、0.025質
    量%未満のケイ素含有量を有する請求項1に記載のトナ
    ー。
  3. 【請求項3】 ケイ素低含有量磁鉄鉱が、0.0025
    質量%未満のケイ素含有量を有する請求項1に記載のト
    ナー。
  4. 【請求項4】 ケイ素低含有量磁鉄鉱が、0.001質
    量%未満のケイ素含有量を有する請求項1に記載のトナ
    ー。
  5. 【請求項5】 磁鉄鉱が、 50.0〜60.00 CIELAB の明度L*、 −0.5〜1.5 CIELAB の色合いa*、 −3.0〜−7.0 CIELABの 色合いb*、 0.80〜1.0の球形度、 30〜70エルステッドの保磁力、 0.1〜1.0μmの粒度、 0.05〜1.1質量%の硫黄含有量(SO3として計
    算)、 0.05〜0.5質量%のマンガン含有量、 0.2質量%未満の水溶性成分含有量、および 4.0〜8.5のpH を有する請求項1に記載のトナー。
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