JP2002091065A - 磁鉄鉱粒子含有トナー - Google Patents
磁鉄鉱粒子含有トナーInfo
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Abstract
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
するトナーに関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
H2O2、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、H2O2または硝酸ナトリ
ウムを特に好ましく使用する。
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:
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:
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:
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (5)
- 【請求項1】 ケイ素低含有量磁鉄鉱を含むトナー。
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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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