JP2019059655A - コアシェル粒子、コアシェル粒子の焼成物、コアシェル粒子の製造方法、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法、磁気記録媒体、及び磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

コアシェル粒子、コアシェル粒子の焼成物、コアシェル粒子の製造方法、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法、磁気記録媒体、及び磁気記録媒体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を焼成により得ることができる、コアシェル粒子、及びその応用を提供する。【解決手段】Fe2O3及びFe3O4から選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコアと、金属アルコキシドの重縮合物、及び鉄以外の金属元素を含有する、前記コアを被覆するシェルと、を含む、コアシェル粒子、及びその応用。【選択図】図1

Description

本開示は、コアシェル粒子、コアシェル粒子の焼成物、コアシェル粒子の製造方法、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法、磁気記録媒体、及び磁気記録媒体の製造方法に関する。
イプシロン型酸化鉄(ε−Fe)は、フェライト磁石の3倍の保磁力を有することから、優れた磁性材料として注目が集まっている。
イプシロン型酸化鉄を合成する方法としては、SiOで形成されるマトリックスに含まれるFeCo合金粉末を焼成することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、硝酸鉄(III)九水和物を含む原料ミセル、及びアンモニア水を含む中和剤ミセルを用いる逆ミセル法により、イプシロン型酸化鉄を合成する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、平均粒径約6nmの酸化水酸化鉄(III)ナノ微粒子(β−FeO(OH))のゾルから、単相のイプシロン型酸化鉄を合成する方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。
特開2015−153918号公報 特許第5347146号公報 特開2014−224027号公報
イプシロン型酸化鉄を磁性材料として使用する場合、例えば、磁気記録密度及び磁気記録媒体におけるSNR(signal−to−noise ratio)などの観点から、イプシロン型酸化鉄粒子の一次粒径が小さいこと、及び一次粒径の変動係数が小さいこと(すなわち、一次粒径のバラツキが少ないこと)などの特性は、重要である。
しかしながら、従来のイプシロン型酸化鉄の合成法によると、不定個数のイプシロン型酸化鉄前駆体がマトリックス状に存在するシリカに包まれた状態で焼成されるため、焼成後のイプシロン型酸化鉄は凝集し、イプシロン型酸化鉄粒子の一次粒径及び粒径の変動係数は大きくなる傾向がある。イプシロン型酸化鉄粒子の一次粒径及び粒径の変動係数が大きい場合、イプシロン型酸化鉄粒子を用いた磁気記録媒体(例えば、磁気テープ)のSNR及び走行耐久性が劣るという問題がある。
また、従来のイプシロン型酸化鉄粒子は、平均一次粒径が比較的小さい場合(例えば15nm以下)でも、一次粒径の変動係数が十分に小さいとはいえず、磁気記録媒体(例えば、磁気テープ)に用いた場合にSNR及び走行耐久性に劣るという問題がある。
上記に鑑み、本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を焼成により得ることができる、コアシェル粒子を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を焼成により得ることができる、コアシェル粒子の製造方法を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む、コアシェル粒子の焼成物を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、一次粒径の変動係数が小さいイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含み、良好なSNR及び走行耐久性を示す、磁気記録媒体を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、一次粒径の変動係数が小さいイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含み、良好なSNR及び走行耐久性を示す、磁気記録媒体の製造方法を提供することである
上記課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
<1> Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコアと、金属アルコキシドの重縮合物、及び鉄以外の金属元素を含有する、コアを被覆するシェルと、を含む、コアシェル粒子。
<2> コアシェル粒子1個が、コアを1個含む、<1>に記載のコアシェル粒子。
<3> 金属元素が、Ga、Al、In、Nb、Co、Zn、Ni、Mn、Ti、及びSnからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素である、<1>又は<2>に記載のコアシェル粒子。
<4> Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄が、スピネル型構造を有する、<1>〜<3>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子。
<5> オキシ水酸化鉄が、β−オキシ水酸化鉄である、<1>〜<3>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子。
<6> 金属アルコキシドが、ケイ素を含む金属アルコキシドである、<1>〜<5>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子。
<7> ケイ素に対する鉄の元素質量比が、1/2〜1/15である、<6>に記載のコアシェル粒子。
<8> Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコア成分を、界面活性剤を含む有機溶媒に乳化させる工程、及び乳化により形成したコアを、金属アルコキシドの重縮合物、及び鉄以外の金属元素を含有するシェルで被覆する工程、を含む、コアシェル粒子の製造方法。
<9> 界面活性剤が、非イオン性界面活性剤である、<8>に記載のコアシェル粒子の製造方法。
<10> コア1個に対し、コアシェル粒子が1個形成される、<8>又は<9>に記載のコアシェル粒子の製造方法。
<11> 金属元素が、Ga、Al、In、Nb、Co、Zn、Ni、Mn、Ti、及びSnからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素である、<8>〜<10>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子の製造方法。
<12> Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄が、スピネル型構造を有する、<8>〜<11>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子の製造方法。
<13> オキシ水酸化鉄が、β−オキシ水酸化鉄である、<8>〜<11>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子の製造方法。
<14> 金属アルコキシドが、ケイ素を含む金属アルコキシドである、<8>〜<13>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子の製造方法。
<15> コアシェル粒子におけるケイ素に対する鉄の元素質量比が、1/2〜1/15である、<14>に記載のコアシェル粒子の製造方法。
<16> <1>〜<7>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子を形成する工程、コアシェル粒子を焼成する工程、及び、コアシェル粒子のシェルを除去する工程、を含む、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法。
<17> <8>〜<15>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子の製造方法に従って、コアシェル粒子を形成する工程、コアシェル粒子を焼成する工程、及び、コアシェル粒子のシェルを除去する工程、を含む、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法。
<18> 平均一次粒径が6.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満である、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子。
<19> <1>〜<7>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子の焼成物のコアである、<18>に記載のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子。
<20> <18>又は<19>に記載のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む、磁気記録媒体。
<21> <18>又は<19>に記載のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む磁性層形成用組成物を調製する工程、非磁性支持体上に磁性層形成用組成物を塗布する工程、及び、非磁性支持体上の磁性層形成用組成物を乾燥させて磁性層を形成する工程、を含む、磁気記録媒体の製造方法。
<22> <1>〜<7>のいずれか1つに記載のコアシェル粒子の焼成物。
本開示によれば、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を焼成により得ることができる、コアシェル粒子を提供することができる。
また、本開示によれば、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を焼成により得ることができる、コアシェル粒子の製造方法を提供することができる。
また、本開示によれば、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む、コアシェル粒子の焼成物を提供することができる。
また、本開示によれば、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を提供することができる。
また、本開示によれば、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法を提供することができる。
また、本開示によれば、一次粒径の変動係数が小さいイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含み、良好なSNR及び走行耐久性を示す、磁気記録媒体を提供することができる。
また、本開示によれば、一次粒径の変動係数が小さいイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含み、良好なSNR及び走行耐久性を示す、磁気記録媒体の製造方法を提供することができる。
実施例2のコアシェル粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した結果を示す写真である。 比較例2の焼成前の粉末をTEMで観察した結果を示す写真である。
本開示において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本開示において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本開示において「溶媒」とは、水、有機溶剤、及び水と有機溶剤との混合溶媒を包含する意味で用いられる。
<コアシェル粒子>
本開示のコアシェル粒子は、Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコアと、金属アルコキシドの重縮合物、及び鉄以外の金属元素を含有する、コアを被覆するシェルと、を含む。
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の合成においては、焼成の際に、鉄を含むコアがシリカなどのシェルで被覆されていることが望ましい。しかし、特許文献1及び特許文献2に記載されている従来の合成法では、コアを被覆するシェルの態様は何ら制御されておらず、マトリックス状のシェル内に複数のコアが散在する状態で焼成されることなどにより、コアの凝集が発生していたため、生成されるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の粒径は制御できていなかった。また、特許文献3には、平均一次粒径が比較的小さい(例えば15nm以下)イプシロン型酸化鉄が開示されているものの、一次粒径の変動係数が十分に小さいとはいえなかった。
これに対し、本開示のコアシェル粒子は、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の焼成前駆体であるコアが、金属アルコキシドの重縮合物を含有するシェルで被覆されており、好ましくはそれぞれのコアシェル粒子は独立して存在する。ここで、コアシェル粒子が「独立して存在する」とは、コアシェル粒子同士が接着していないことをいい、換言すると、複数のコアシェル粒子間でシェルが共有されていないことをいう。コアシェル粒子が独立して存在することにより、焼成時におけるコア同士の凝集を防ぐことができ、一次粒径の変動係数が小さいイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を生成することができる。
コアシェル粒子が独立して存在することができるのは、コアシェル粒子の製造方法において、コアをシェルで被覆する前に、界面活性剤を用いてコアを乳化させることで、コアの分散性が高められること、及び乳化により形成されるコアを含む逆ミセル内で金属アルコキシドの重縮合が進行することで、それぞれの逆ミセル内で個別的にコアを被覆するシェルが形成されること、に主に起因すると考えられる。
また、本開示のコアシェル粒子においては、焼成前に、Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコアを作製し、その後、コアシェル粒子を焼成することにより、鉄以外の金属元素がシェルからコアへ拡散し、鉄金属と置換されてイプシロン型酸化鉄系化合物が形成される。このように、焼成前のコアには、鉄以外の金属元素が含まれないことで、コアの一次粒径の変動係数が小さくなり、磁気記録媒体とした場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すと考えられる。
更に、本開示のコアシェル粒子は、焼成されることで、シェルに存在していた鉄以外の金属原子がコアに拡散して鉄原子と置換され、鉄以外の金属原子を含むイプシロン型酸化鉄系化合物が形成される。これにより、焼成前のコアに鉄以外の金属原子を含ませる場合よりも、鉄以外の金属原子の所望量を安定的に含むイプシロン型酸化鉄系化合物を生成することができ、より好ましい特性を有するイプシロン型酸化鉄系化合物を得ることができる。
コアシェル粒子がコアシェル構造を有することは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた観察により確認することができる。
好ましくは、コアシェル粒子1個は、コアを1個含む。コアシェル粒子1個がコアを1個含むことにより、焼成の際のコア同士の凝集が防止され、焼成後のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の一次粒径の変動係数を小さくする(すなわち、一次粒径のバラツキを小さくする)ことができる。
コアシェル粒子は、鉄を含有するコアを含むため、硬磁性粒子として使用することができる。また、コアシェル粒子は、鉄を含有するコアを含むため、電波吸収体として使用することができる。硬磁性粒子として使用することができるコアシェル粒子は、本開示のコアシェル粒子の焼成後の焼成物であってもよい。コアシェル粒子が、焼成後の焼成物である場合、コアは、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子である。
また、コアシェル粒子は、シェルが金属アルコキシドの重縮合物を含むことから、表面修飾の自由度が高い。それゆえ、本開示のコアシェル粒子は、シェルに所望の表面修飾を施すことにより、ドラッグデリバリーシステム、ハイパーサーミア等の用途に好適に使用することができる。
コアシェル粒子の平均一次粒径は、好ましくは、5nm〜50nmであり、さらに好ましくは、5nm〜30nmであり、7nm〜25nmが最も好ましい。
コアシェル粒子の一次粒径は、TEMを用いて測定できる。TEMとしては、例えば株式会社日立ハイテクノロジーズ製透過型電子顕微鏡H−9000型を用いることができる。
コアシェル粒子の一次粒径は、コアシェル粒子を含む粉末を、TEMを用いて撮影倍率50000倍〜80000倍で撮影し、総倍率500000倍になるように印画紙にプリントして、コアシェル粒子の写真を得て、得られた写真から任意のコアシェル粒子を選び、デジタイザーでコアシェル粒子の輪郭をトレースし、トレースした領域と同じ面積の円の直径(円面積相当径)として算出される値として算出できる。円面積相当径の算出における画像解析には、公知の画像解析ソフト、例えばカールツァイス製画像解析ソフトKS−400を用いることができる。なお、一次粒径とは、凝集のない独立したコアシェル粒子の粒径をいう。
また、複数(例えば500個)のコアシェル粒子の一次粒径についての算術平均を「平均一次粒径」とする。
コアシェル粒子を焼成して得られるコアシェル粒子の焼成物の平均一次粒径は、好ましくは、5nm〜50nmであり、さらに好ましくは、5nm〜30nmであり、7nm〜25nmが最も好ましい。コアシェル粒子の焼成物の平均一次粒径は、上記コアシェル粒子の平均一次粒径と同じ手順により、測定できる。
(コア)
コアシェル粒子は、コアを含む。コアは、焼成されることにより、後に詳細を説明するイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を形成する。
コアは、Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有する。
コアは、焼成によるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の形成を妨げない範囲で、Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄以外の物質、並びにオキシ水酸化鉄以外の物質を含んでよい。そのようなFe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄以外の物質、並びにオキシ水酸化鉄以外の物質としては、特に限定されないが、例えばアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、遷移金属元素の塩または遷移金属元素の酸化物などが不純物として混入していてもよい。
−酸化鉄−
酸化鉄は、Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄である。
酸化鉄は、公知の様々な手法により、調製することができる。好ましくは、酸化鉄は、実施例2に記載される方法で調製できる。また、酸化鉄の市販品として、例えば、アルドリッチ製の製品番号747327、747424、747254、747343、747408、747416、790508、900084、900026、900028、900027、900063、900043、900042、900062、900064、900081、900082、900037、900038、900083、900088、900089、900090、900091、900092、900093、900093、900094、900148、900201、900199、900200、900041、900034、747335、747432、747459、747467、747440などを使用することができる。
酸化鉄は、任意の構造を有してよく、好ましくはスピネル型構造を有する。
酸化鉄が、所定の構造、例えばスピネル型構造を有することは、X線回折(XRD)パターンを解析することにより確認することができる。XRD装置としては、X’Pert PRO(PANanalytical社製)を使用できる。
−オキシ水酸化鉄−
オキシ水酸化鉄は、FeOOHとして表すこともできる。
オキシ水酸化鉄は、任意の方法で調製できる。例えば、オキシ水酸化鉄は、水に金属原料を溶解させ、アルカリ水溶液を添加して撹拌した後、酸性水溶液を添加して撹拌して生じた沈殿物を遠心分離で回収し、水で沈殿物を洗浄して乾燥させることにより、粉末のオキシ水酸化鉄として調製できる。また、特開2011−51836号公報の段落0008〜0024に記載の方法によっても、好ましいオキシ水酸化鉄を得ることができる。好ましくは、オキシ水酸化鉄は、実施例1に記載される方法で調製できる。
オキシ水酸化鉄は、任意の構造を有してよく、例えば、α-オキシ水酸化鉄構造、β-オキシ水酸化鉄構造、及び/又はγ-オキシ水酸化鉄構造を有することができ、好ましくはβ-オキシ水酸化鉄構造を有する。
オキシ水酸化鉄が、所定の構造、例えばβ-オキシ水酸化鉄構造を有することは、XRDパターンを解析することにより確認することができる。XRD装置としては、X’Pert PRO(PANanalytical社製)を使用できる。
焼成前のコアの平均一次粒径は、コアシェル粒子のコア部分について、コアシェル粒子の平均一次粒径と同様の手順により、測定できる。好ましくは、コアの平均一次粒径は、2nm〜40nmであり、より好ましくは、3nm〜30nmであり、5nm〜25nmが更に好ましく、5nm〜10nmが最も好ましい。
焼成前のコアの平均一次粒径は、前掲の「コアシェル粒子の平均一次粒径」と同じ手順で求めることができる。
(シェル)
コアシェル粒子は、コアを被覆するシェルを含む。シェルは、金属アルコキシドの重縮合物、及び鉄以外の金属元素を含有する。
シェルに含まれる「鉄以外の金属元素」は、金属アルコキシドに含まれる金属元素とは異なる。
シェルは、コアシェル粒子の形成を妨げない範囲で、金属アルコキシドの重縮合物以外の物質、及び鉄以外の金属元素以外の物質を含んでよい。そのような金属アルコキシドの重縮合物以外の物質、及び鉄以外の金属元素以外の物質としては、特に限定されないが、例えばアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、遷移金属元素の塩または遷移金属元素の酸化物、シェル形成時の溶媒などが挙げられる。
−金属アルコキシドの重縮合物−
シェルは、金属アルコキシドの重縮合物を含有する。金属アルコキシドの重縮合物は、金属アルコキシドを重縮合して得られる。
金属アルコキシドは、金属原子に直接結合したアルコキシ基を有し、かつ縮重合し得る化合物であれば、特に制限されない。好ましくは、金属アルコキシドは、金属原子に2個以上のアルコキシ基が直接結合している基を有する化合物である。
金属アルコキシドの重縮合物は、1種類の金属アルコキシドから形成されていてよく、又は2種類以上の金属アルコキシドから形成されていてもよい。
金属アルコキシドに含まれる金属元素は、シェルに含まれる「鉄以外の金属元素」とは異なる。
金属アルコキシドの金属原子には、金属に分類される元素の原子、半金属に分類される元素の原子(例えば、ケイ素及びホウ素)、及び非金属に分類される元素の原子であってもアルコキシ基が結合した場合に金属様性質を示す原子(例えば、リン)が含まれる。金属原子としては、例えば、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、リン(P)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウム(Ga)、アンチモン(Sb)、スズ(Sn)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)等が挙げられる。
好ましくは、金属アルコキシドは、ケイ素を含む金属アルコキシドである。
ケイ素を含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラプロポキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどが挙げられ、テトラエトキシシランが好ましい。
チタンを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトラ−sec−ブトキシチタン、テトラ−tert−ブトキシチタンが挙げられる。
ジルコニウムを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、テトラメトキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム、テトラプロポキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム、テトラ−sec−ブトキシジルコニウム、テトラ−tert−ブトキシジルコニウムが挙げられる。
アルミニウムを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、トリメトキシアルミニウム、トリエトキシアルミニウム、トリプロポキシアルミニウム、トリイソプロポキシアルミニウム、トリブトキシアルミニウム、トリ−sec−ブトキシアルミニウム、トリ−tert−ブトキシアルミニウムが挙げられる。
ホウ素を含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、トリメトキシボラン、トリエトキシボラン、トリプロポキシボラン、トリイソプロポキシボラン、トリブトキシボラン、トリ−sec−ブトキシボラン、トリ−tert−ブトキシボランが挙げられる。
リンを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、トリメトキシホスフィン、トリエトキシホスフィンが挙げられる。
亜鉛を含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、ジメトキシ亜鉛、ジエトキシ亜鉛が挙げられる。
マグネシウムを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、ジメトキシマグネシウム、ジエトキシマグネシウムが挙げられる。
ゲルマニウムを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、テトラエトキシゲルマニウム、テトラ−n−プロポキシゲルマニウムが挙げられる。
ガリウムを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、トリエトキシガリウム、トリ−n−ブトキシガリウムが挙げられる。
アンチモンを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、トリエトキシアンチモン、トリ−n−ブトキシアンチモンが挙げられる。
スズを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、テトラエトキシスズ、テトラ−n−プロポキシスズが挙げられる。
タンタルを含む金属アルコキシド化合物としては、例えば、ペンタメトキシタンタル、ペンタエトキシタンタルが挙げられる。
金属アルコキシドが、ケイ素を含む金属アルコキシドである場合、コアシェル粒子におけるケイ素に対する鉄の元素質量比(Fe/Si比)は、1/1〜1/30であることが好ましく、1/2〜1/15であることがより好ましい。コアシェル粒子におけるFe/Si比が1/1以上、好ましくは1/2以上であることにより、焼成の際に生じ得るコアの凝集を十分に防ぐことができる。また、コアシェル粒子におけるFe/Si比が1/30以下、好ましくは1/15以下であることにより、焼成後のコアシェル粒子からシェルを除去する際にシェルが良好に除去され、不純物がより少ないイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を生成することができる。
なお、コアシェル粒子におけるケイ素に対する鉄の元素質量比は、TEM観察により確認されるコアシェル粒子のコア部分の面積とシェル部分の面積との面積比、並びにケイ素及び鉄の分子量に基づいて、換算することができる。好ましくは、コア部分の面積とシェル部分の面積との面積比は、複数のコアシェル粒子から得られた面積比の算術平均値が使用される。
シェルの厚さは、コアシェル粒子のシェル部分をTEMで観察することにより、測定することができる。好ましくは、シェルの厚さは、複数のコアシェル粒子について得られた厚さの算術平均である。シェルの厚さは、好ましくは、0.5nm〜30nmであり、より好ましくは、1nm〜15nmであり、2nm〜8nmが更に好ましい。
−鉄以外の金属元素−
シェルは、鉄以外の金属元素を含有する。鉄以外の金属元素がコアシェル粒子のシェルに含まれていることにより、焼成の際に、鉄以外の金属元素がコアに拡散し、コアを形成する鉄原子と置換されてイプシロン型酸化鉄系化合物が形成される。鉄以外の金属元素を制御することにより、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の磁気特性や粒子表面の物性(磁気記録媒体作製時、磁性層形成用組成物中の分散剤、各種結合剤などとの相互作用)等を好ましく制御することができる。
鉄以外の金属元素としては、好ましくは、Ga、Al、In、Nb、Co、Zn、Ni、Mn、Ti、及びSnからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素が挙げられる。
鉄以外の金属元素は、金属アルコキシドに含まれる金属元素とは異なる。
シェルにおいて、鉄以外の金属元素は、イオン化された形態であってよく、イオン化されていない形態であってもよい。
鉄以外の金属元素をAとした場合、鉄以外の金属元素(A)と鉄(Fe)との原子組成比は、A:Fe=a1:2−a1(但し、0<a1<2)の関係式を満たすことが好ましい。ここで、a1は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<a1<1.8が好ましく、0.1<a1<1.2であることがより好ましい。
シェルに含まれている鉄以外の金属元素は、FEI製の高分解透過型顕微鏡Talosを用いたTEM−EDS(Transmission electron microscopy−Energy dispersive X-ray spectrometer)解析により確認することができる。
また、Ga、Al、In、及びNbからなる群から選ばれる少なくとも1種の鉄以外の3価の金属元素を「Z」とした場合、ZとFeとの原子組成比は、Z:Fe=z1:2−z1(但し、0<z1<2)の関係式を満たすことが好ましい。ここで、z1は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<z1<1.8が好ましく、0.1<z1<1.2であることがより好ましい。
また、Co、Ni、Mn、及びZnからなる群より選ばれる少なくとも1種の鉄以外の2価の金属元素を「X」とし、Ti及びSnから選ばれる少なくとも1種の鉄以外の4価の金属元素を「Y」とした場合、XとYとFeとの原子組成比は、X:Y:Fe=x1:y1:2−x1−y1(但し、0<x1<1、かつ、0<y1<1)の関係式を満たすことが好ましい。ここで、x1は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<x1<0.5であることが好ましく、y1は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<y1<0.5であることが好ましい。
また、Co、Ni、Mn、及びZnからなる群より選ばれる少なくとも1種の鉄以外の2価の金属元素を「X」とし、Ga、Al、In、及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の鉄以外の3価の金属元素を「Z」とした場合、XとZとFeとの原子組成比は、X:Z:Fe=x1:z1:2−x1−z1(但し、0<x1<1、かつ、0<z1<1)の関係式を満たすことが好ましい。ここで、x1は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<x1<0.5であることが好ましく、y1は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<y1<1であることが好ましい。
また、Ti及びSnから選ばれる少なくとも1種の鉄以外の4価の金属元素を「Y」とし、Ga、Al、In、及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の鉄以外の3価の金属元素を「Z」とした場合、YとZとFeとの原子組成比は、Y:Z:Fe=y1:z1:2−y1−z1(但し、0<y1<1、かつ、0<z1<1)の関係式を満たすことが好ましい。ここで、y1は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<y1<0.5であることが好ましく、z1は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<z1<1.2であることが好ましい。
また、Co、Ni、Mn、及びZnからなる群より選ばれる少なくとも1種の鉄以外の2価の金属元素を「X」とし、Ti及びSnから選ばれる少なくとも1種の鉄以外の4価の金属元素を「Y」とし、Ga、Al、In、及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の鉄以外の3価の金属元素を「Z」とした場合、XとYとZとFeとの原子組成比は、X:Y:Z:Fe=x1:y1:z1:2−x1−y1−z1(但し、0<x1<1、0<y1<1、0<z1<1、かつ、x1+y1+z1<2)の関係式を満たすことが好ましい。ここで、各々、磁気特性とε相の安定形成の観点から、x1は、0<x1<1.5であることが好ましく、0<x1<1.0がより好ましく、y1は、0<y1<0.5であることが好ましく、0<y1<0.3がより好ましく、z1は、0<z1<0.5であることが好ましく、0<z1<0.3がより好ましい。
<コアシェル粒子の製造方法>
本開示のコアシェル粒子の製造方法は、Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコア成分を、界面活性剤を含む有機溶媒に乳化させる工程(工程A)、及び乳化により形成したコアを、金属アルコキシドの重縮合物、及び鉄以外の金属元素を含有するシェルで被覆する工程(工程B)を含む。
上記製造方法に従って得られたコアシェル粒子は、好ましくは、コア1個に対し、コアシェル粒子が1個形成される。
[工程A]
コアシェル粒子の製造方法は、Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコア成分を、界面活性剤を含む有機溶媒に乳化させる工程(工程A)を含む。工程Aにより、コアが形成される。
工程Aにより、有機溶媒中で本開示のコア成分を含む逆ミセルが形成され、その後の工程で添加されるシェルの構成成分である金属アルコキシドが逆ミセルに入り込んで重縮合することにより、独立して存在するコアシェル粒子、すなわちシェルが複数のコアシェル粒子間で共有されていないコアシェル粒子を好ましく形成することができる。
工程Aは、有機溶媒と界面活性剤とを混合する工程、界面活性剤を含む有機溶媒と酸又はアルカリ水溶液とを混合する工程、並びに、界面活性剤及び酸又はアルカリ水溶液を含む有機溶媒とコアとを混合する工程を含むことが好ましい。
(有機溶媒と界面活性剤とを混合する工程)
工程Aには、有機溶媒と界面活性剤とを混合する工程を含むことが好ましい。有機溶媒と界面活性剤とを混合する工程は、激しく撹拌した有機溶媒に界面活性剤を添加することにより行うことが好ましい。
−有機溶媒−
有機溶媒としては、公知の有機溶媒を使用できる。有機溶媒は、直鎖状、分枝状又は環状であってよい飽和又は不飽和の炭素数5〜18の炭化水素系有機溶媒であることが好ましく、直鎖状、分枝状又は環状であってよいペンタン、ヘキサン又はオクタンがより好ましく、シクロヘキサンが更に好ましい。
有機溶媒は、コア成分を乳化させるのに十分な量であれば、任意の量であってよい。好ましくは、有機溶媒は、コア成分1質量部に対し、100質量部以上用いられる。
−界面活性剤−
界面活性剤は、公知の界面活性剤を使用できる。界面活性剤は、両親媒性の界面活性剤であることが好ましく、非イオン界面活性剤がより好ましく、親水性のポリオキシアルキレン(PO)鎖と疎水性の基とがエーテル結合で結びついている界面活性剤が更に好ましい。界面活性剤としては、例えば、ポリ(オキシエチレン)ノニルフェニルエーテルなどを挙げることができる。界面活性剤の分子量は、100〜1000であることが好ましい。界面活性剤は、1種のみであってよく、2種以上であってもよい。
界面活性剤は、市販品を使用することができる。例えば、界面活性剤の市販品としては、Dow Chemical社製TERGITOL(登録商標)NPシリーズ、TritonXシリーズ、Rhodia社製IGEPAL(登録商標)COシリーズ、IGEPAL(登録商標)CAシリーズ、Croda International社製Synperonic(登録商標)NPシリーズ、及び花王株式会社製エマルゲンシリーズ、三洋化成工業株式会社製ナロアクティー(登録商標)シリーズ、サンノニックシリーズ、エマルミンシリーズ、セドランシリーズ、イオネットシリーズ、ニューポールシリーズ、ピュアミールシリーズが好ましく、Rhodia社製IGEPAL(登録商標)CO520が特に好ましい。
界面活性剤の使用量は、有機溶媒100質量部に対し、0.1質量部〜15質量部であることが好ましく、1質量部〜10質量部であることがより好ましい。
(界面活性剤を含む有機溶媒とアルカリ水溶液とを混合する工程)
工程Aは、有機溶媒と界面活性剤とを混合する工程の後に、界面活性剤を含む有機溶媒とアルカリ水溶液とを混合する工程を含むことが好ましい。
アルカリ水溶液としては、pHが7超14以下の水溶液であれば特に限定されず、KOH水溶液、NaOH水溶液、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)水溶液、又はアンモニア水溶液であることが好ましく、2質量%〜30質量%のアンモニア水溶液であることがより好ましい。
アルカリ水溶液の使用量は、界面活性剤を含む有機溶媒100質量部に対し、0.05質量部〜10質量部であることが好ましく、0.1質量部〜5質量部であることがより好ましい。
(界面活性剤及びアルカリ水溶液を含む有機溶媒とコアとを混合する工程)
工程Aは、界面活性剤を含む有機溶媒とアルカリ水溶液とを混合する工程の後に、界面活性剤及びアルカリ水溶液を含む有機溶媒とコアとを混合する工程を含むことが好ましい。この工程により、有機溶媒中で、コアが界面活性剤に取り込まれた逆ミセルが形成される。
コア成分として粉末のオキシ水酸化鉄を用いる場合、粉末のオキシ水酸化鉄にオレイン酸などの分散剤を混合して解砕することにより、ペースト状のオキシ水酸化鉄として調製できる。このように、コア成分を分散剤と混合することにより、有機溶媒への分散性を向上させることができる。
−コア−
コアは、前掲の「(コア)」の項に記載されたコアと同じであり、好ましい範囲も同様である。
[工程B]
コアシェル粒子の製造方法は、乳化により形成したコアを、金属アルコキシドの重縮合物、及び鉄以外の金属元素を含有するシェルで被覆する工程(工程B)を含む。
工程Bは、好ましくは、工程Aにおいて形成されたコアが取り込まれた逆ミセルと、シェルの成分である金属アルコキシド、及び鉄以外の金属元素とを有機溶媒中で撹拌して混合することにより行われる。これにより、金属アルコキシド、及び鉄以外の金属元素は、コアを含む逆ミセル内に入り込み、その中で金属アルコキシドが重縮合することにより、コアがシェルで被覆される。
金属アルコキシドが、ケイ素を含む金属アルコキシドである場合、コアを被覆した後に得られるコアシェル粒子のケイ素に対する鉄の元素質量比(Fe/Si比)は、1/1〜1/30であることが好ましく、1/2〜1/15であることがより好ましい。
(金属アルコキシドの重縮合物)
「金属アルコキシドの重縮合物」は、前掲の「−金属アルコキシドの重縮合物−」の項に記載した金属アルコキシドと同じであり、好ましい範囲も同様である。
(鉄以外の金属元素)
「鉄以外の金属元素」は、前掲の「−鉄以外の金属元素−」の項に記載した鉄以外の金属元素と同じであり、好ましい範囲も同様である。
<イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法>
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法は、コアシェル粒子を形成する工程、コアシェル粒子を焼成する工程、及び、コアシェル粒子のシェルを除去する工程を含む。
ここで、「イプシロン型酸化鉄系化合物粒子」とは、イプシロン型酸化鉄系化合物から形成される粒子をいう。「イプシロン型酸化鉄系化合物」については、後述する。
コアシェル粒子は、前掲の「<コアシェル粒子>」の項に記載したコアシェル粒子であり、好ましい範囲も同様である。好ましくは、コアシェル粒子は、本開示のコアシェル粒子の製造方法によって製造されるコアシェル粒子である。
(コアシェル粒子を形成する工程)
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法は、コアシェル粒子を形成する工程を含む。
コアシェル粒子を形成する工程は、本開示のコアシェル粒子を形成することができれば、任意の方法であってよい。好ましくは、本開示のコアシェル粒子を形成する工程は、本開示のコアシェル粒子の製造方法である。
(コアシェル粒子を焼成する工程)
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法は、コアシェル粒子を焼成する工程を含む。コアシェル粒子を焼成することにより、シェルに含まれていた鉄以外の金属元素は、コアに拡散して鉄原子と置換され、鉄以外の金属原子を含むイプシロン型酸化鉄系化合物が形成される。
本開示のコアシェル粒子においては、焼成前に、Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコアを作製し、その後、コアシェル粒子を焼成することにより、鉄以外の金属元素がシェルからコアへ拡散し、鉄金属と置換されてイプシロン型酸化鉄系化合物が形成される。このように、焼成前のコアには、鉄以外の金属元素が含まれないことで、コアの一次粒径の変動係数が小さくなり、磁気記録媒体とした場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すと考えられる。
コアシェル粒子を焼成する工程は、イプシロン型酸化鉄を焼成するための公知の条件で行うことができる。焼成することにより、コアは、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子となる。例えば、焼成条件は、公知の焼成炉内で、大気雰囲気下、950℃〜1300℃であることが好ましく、1000℃〜1200℃がより好ましく、1050℃〜1150℃が最も好ましく、1時間〜20時間であることが好ましく、2時間〜15時間であることがより好ましく、3時間〜12時間であることが最も好ましい。
(コアシェル粒子のシェルを除去する工程)
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法は、コアシェル粒子のシェルを除去する工程を含む。
コアシェル粒子を焼成した後のコアシェル粒子においては、コアがイプシロン型酸化鉄系化合物粒子であるものの、シェルはそのまま残されている。従って、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子のみを単離するため、コアシェル粒子からシェルを除去する。
シェルの除去は、金属アルコキシドの重縮合物を溶解させることができる公知の方法によって行うことができる。シェルの除去は、例えば、焼成後の本開示のコアシェル粒子を、液温が20℃〜90℃である1モル/L〜8モル/Lの水酸化ナトリウムに入れて1時間〜100時間撹拌することにより、行うことができる。
シェルを除去した後は、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子から残渣の除去等のために、公知の洗浄する工程を設けることができる。
また、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子を乾燥させるために、公知の乾燥させる工程を適宜設けることができる。
<イプシロン型酸化鉄系化合物粒子>
「イプシロン型酸化鉄系化合物粒子」とは、後述するイプシロン型酸化鉄系化合物から形成される粒子をいう。
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、好ましくは、平均一次粒径が6.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満であり、より好ましくは、平均一次粒径が7.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満であり、更に好ましくは、平均一次粒径が10nm〜15nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満であり、最も好ましくは、平均一次粒径が10nm〜12nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満である。イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、このような平均一次粒径及び一次粒径の変動係数を有することにより、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すことができる。
また、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、好ましくは、平均一次粒径が6.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満であり、より好ましくは、平均一次粒径が7.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満であり、更に好ましくは、平均一次粒径が10nm〜15nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満であり、最も好ましくは、平均一次粒径が10nm〜12nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満である。イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、このような平均一次粒径及び一次粒径の変動係数を有することにより、磁気記録媒体に使用した場合に更に良好なSNR及び走行耐久性を示すことができる。
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の平均一次粒径は、前掲の「コアシェル粒子の平均一次粒径」と同じ手順で求めることができる。
上記平均一次粒径及び一次粒径の変動係数を有するイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、任意の方法で製造することができる。好ましくは、上記平均一次粒径及び一次粒径の変動係数を有するイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、本開示のコアシェル粒子を焼成して得られる焼成物のコアである。
好ましくは、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、本開示のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法により製造されたイプシロン型酸化鉄系化合物粒子である。本開示のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法により製造されたイプシロン型酸化鉄系化合物粒子である場合、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、コアシェル粒子を焼成した後にシェルに被覆されたままのコアとしてのイプシロン型酸化鉄系化合物粒子、及び焼成後のコアシェル粒子からシェルを除去して形成されたイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の両方をいうことができる。
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の一次粒径及び平均一次粒径は、コアシェル粒子の平均一次粒径と同様の手順により、測定できる。なお、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子がコアシェル粒子の焼成物のコアである場合、焼成後のコアシェル粒子のコア部分についてTEMを用いた測定を行うことにより、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の一次粒径及び平均一次粒径を測定できる。
また、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の一次粒径の変動係数は、複数のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の一次粒径について得られた標準偏差を平均一次粒径で除算した値として算出される。
なお、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の一次粒径について、「変動係数が小さい」とは、複数個(例えば500個)の本開示のコアシェル粒子の一次粒径の標準偏差を平均一次粒径で除算して得られる変動係数が、0.5未満、好ましくは0.4未満、より好ましくは0.3未満であることをいう。
(イプシロン型酸化鉄系化合物)
イプシロン型酸化鉄系化合物は、ε−Fe、及び下記の式(1)で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のイプシロン型酸化鉄系化合物である。
ε−A a2Fe2−a2 (1)
式(1)中、Aは、Fe以外の少なくとも1種の金属元素を表し、a2は、0<a2<2を満たす。
好ましくは、式(1)におけるAは、Ga、Al、In、Nb、Co、Zn、Ni、Mn、Ti、及びSnからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素である。
式(1)で表される化合物の例としては、下記の式(2)で表される化合物、下記の式(3)で表される化合物、下記の式(4)で表される化合物、下記の式(5)で表される化合物、及び下記の式(6)で表される化合物が挙げられる。
ε−Z z2Fe2−z2 (2)
式(2)中、Zは、Ga、Al、In、及びNbからなる群から選ばれる少なくとも1種の3価の金属元素を表す。z2は、0<z2<2を満たす。z2は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<z2<1.8が好ましく、0.1<z2<1.2であることがより好ましい。
式(2)で表される化合物の具体例としては、ε−Ga0.25Fe1.75、ε−Ga0.5Fe1.50などが挙げられる。
ε−X x2 y2Fe2−x2−y2 (3)
式(3)中、Xは、Co、Ni、Mn、及びZnからなる群から選ばれる少なくとも1種の2価の金属元素を表し、Yは、Ti及びSnから選ばれる少なくとも1種の4価の金属元素を表す。x2は、0<x2<1を満たし、y2は、0<y2<1を満たす。x2は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<x2<0.5であることが好ましい。y2は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<y2<0.5であることが好ましい。
式(3)で表される化合物の具体例としては、ε−Co0.05Ti0.05Fe1.9、ε−Co0.07Ti0.07Fe1.86などが挙げられる。
ε−X x2 z2Fe2−x2−z2 (4)
式(4)中、Xは、Co、Ni、Mn、及びZnからなる群から選ばれる少なくとも1種の2価の金属元素を表し、Zは、Ga、Al、In、及びNbからなる群から選ばれる少なくとも1種の3価の金属元素を表す。x2は、0<x2<1を満たし、z2は、0<z2<1を満たす。x2は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<x2<0.5であることが好ましい。z2は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<z2<1.0であることが好ましい。
式(4)で表される化合物の具体例としては、ε−Ga0.25Co0.05Fe1.7、ε−Ga0.3Co0.05Fe1.65などが挙げられる。
ε−Y y2 z2Fe2−y2−z2 (5)
式(5)中、Yは、Ti及びSnから選ばれる少なくとも1種の4価の金属元素を表し、Zは、Ga、Al、In、及びNbからなる群から選ばれる少なくとも1種の3価の金属元素を表す。y2は、0<y2<1を満たし、z2は、0<z2<1を満たす。y2は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<y2<0.5であることが好ましい。z2は、磁気特性とε相の安定形成の観点から、0<z2<1.2であることが好ましい。
式(5)で表される化合物の具体例としては、ε−Ga0.3Ti0.05Fe1.65、ε−Ga0.25Ti0.05Fe1.7などが挙げられる。
ε−X x2 y2 z2Fe2−x2−y2−z2 (6)
式(6)中、Xは、Co、Ni、Mn、及びZnからなる群から選ばれる少なくとも1種の2価の金属元素を表し、Yは、Ti及びSnから選ばれる少なくとも1種の4価の金属元素を表し、Zは、Ga、Al、In、及びNbからなる群から選ばれる少なくとも1種の3価の金属元素を表す。x2は、0<x2<1を満たし、y2は、0<y2<1を満たし、z2は、0<z2<1を満たし、x2+y2+z2<2である。各々、磁気特性とε相の安定形成の観点から、x2は、0<x2<1.5であることが好ましく、0<x2<1.0がより好ましく、y2は、0<y2<0.5であることが好ましく、0<y2<0.3がより好ましく、z2は、0<z2<0.5であることが好ましく、0<z2<0.3がより好ましい。
式(6)で表される化合物の具体例としては、ε−Ga0.24Co0.05Ti0.05Fe1.663、ε−Ga0.3Co0.05Ti0.05Fe1.63、ε−Ga0.2Co0.05Ti0.05Fe1.73、ε−Ga0.5Co0.01Ti0.01Fe1.48などが挙げられる。
イプシロン型酸化鉄系化合物が、Fe、Ga及びCoを含む場合、Fe原子及びCo原子に対するGa原子の原子組成百分率は、0.2原子%〜0.3原子%であることが好ましい。
また、イプシロン型酸化鉄系化合物が、Ga、Co及びTiを含む場合、Co原子及びTi原子に対するGa原子の原子組成百分率は、0.03原子%〜0.05原子%であることが好ましい。
(イプシロン型酸化鉄系化合物の組成)
イプシロン型酸化鉄系化合物の組成は、高周波誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法により確認する。具体的には、上記化合物を含有する粉末又は粒子の試料12mg及び4mol/Lの塩酸水溶液10mlを入れた容器を、設定温度80℃のホットプレート上で3時間保持し、溶解液を得る。次いで、得られた溶解液を0.1μmのメンブレンフィルタを用いてろ過する。このようにして得られたろ液の元素分析を、高周波誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)発光分光分析装置を用いて行う。得られた元素分析の結果に基づき、鉄原子100原子%に対する各金属原子の含有率を求める。
<磁気記録媒体>
本開示の磁気記録媒体は、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む。磁気記録媒体において、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、以下に記載する強磁性粉末に含まれる。
好ましくは、磁気記録媒体に含まれるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、本開示のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法に従って得られるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子である。
好ましくは、磁気記録媒体に含まれるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、本開示のコアシェル粒子を焼成して得られる焼成物のコアである。
磁気記録媒体は、非磁性支持体と、強磁性粉末及び結合剤を含む磁性層と、を有する。好ましくは、強磁性粉末は、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む。
磁気記録媒体は、目的に応じてその他の層を有してもよい。磁気記録媒体が有し得るその他の層としては、非磁性層、バックコート層などが挙げられる。その他の層については後述する。
[非磁性支持体]
非磁性支持体とは、磁性を有しない支持体を指す。以下、非磁性支持体を、単に「支持体」と称することがある。
「磁性を有しない」とは、残留磁束密度が10mT以下であるか、保磁力が7.98kA/m(100Oe)以下であるか、又は、残留磁束密度が10mT以下であり、かつ保磁力が7.98kA/m(100Oe)以下であることを示し、好ましくは、残留磁束密度と保磁力を持たないことを意味する。
非磁性支持体は、磁性を有しない材料、例えば、磁性材料を含まない樹脂材料、磁性を有しない無機材料により形成された基材を挙げることができる。非磁性支持体を形成する材料は、磁気記録媒体に必要な成形性などの物性、形成された非磁性支持体の耐久性等の要求を満たす材料から適宜選択して用いることができる。
非磁性支持体は、磁気記録媒体の使用形態に応じて選択される。例えば、磁気記録媒体が磁気テープ等の場合、非磁性支持体としては、可撓性を有する樹脂フィルムを用いることができる。磁気記録媒体がハードディスクの場合、非磁性支持体としては、ディスク状の樹脂成形体、無機材料成形体、金属材料成形体などを用いることができる。
非磁性支持体を形成する樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアラミドを含む芳香族ポリアミド等のアミド系樹脂、ポリイミド、セルローストリアセテート(TAC)、ポリカーボネート(PC)、ポリスルフォン、ポリベンゾオキサゾール等の樹脂材料が挙げられる。既述の樹脂材料から適宜選択して非磁性支持体を形成することができる。
なかでも、強度と耐久性とが良好であり、加工が容易であるとの観点から、ポリエステル、アミド系樹脂等が好ましく、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、及びポリアミドがより好ましい。
樹脂材料を磁気テープ等の非磁性支持体に用いる場合には、樹脂材料をフィルム状に成形する。樹脂材料をフィルム状に成形する方法は、公知の方法を用いることができる。
樹脂フィルムは、未延伸フィルムでもよく、一軸延伸、二軸延伸などの延伸フィルムでもよい。例えば、ポリエステルを用いる場合には、寸法安定性を向上させるため、二軸延伸したポリエステルフィルムを用いることができる。
また、目的に応じて2層以上の積層構造を有するフィルムを用いることもできる。即ち、例えば、特開平3−224127号公報に示されるように、磁性層を形成する面と、磁性層を有しない面との表面粗さを変えるため等の目的で異なる2層のフィルムを積層した非磁性支持体等を用いることもできる。
非磁性支持体の厚みは、特に限定されず、磁気記録媒体の用途に応じて適宜設定できる。非磁性支持体の厚みは、好ましくは3.0μm〜80.0μmである。例えば、磁気記録媒体が磁気テープである場合、非磁性支持体の厚みは、3.0μm〜6.5μmであることが好ましく、3.0μm〜6.0μmであることがより好ましく、3.3μm〜5.5μmであることが更に好ましい。
非磁性支持体、及び以下に説明する磁気記録媒体の各層の厚みは、磁気記録媒体の厚み方向の断面を、イオンビーム、ミクロトーム等の公知の手法により露出させた後、露出した断面において走査型電子顕微鏡によって断面観察を行い、断面観察において厚み方向の1箇所の厚みとして、又は無作為に抽出した2箇所以上の複数箇所(例えば2箇所)において求められた厚みの算術平均として、求めることができる。
[磁性層]
磁性層は、磁気記録に寄与する層である。磁性層は、磁性体としての強磁性粉末及び膜形成成分である結合剤を含む層が好ましく、更に目的に応じて添加剤を含んでもよい。
(強磁性粉末)
磁性層における強磁性粉末は、本開示のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む。
強磁性粉末に含まれるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、好ましくは、平均一次粒径が6.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満であり、より好ましくは、平均一次粒径が7.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満であり、更に好ましくは、平均一次粒径が10nm〜15nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満であり、最も好ましくは、平均一次粒径が10nm〜12nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満である。イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、このような平均一次粒径及び一次粒径の変動係数を有することにより、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すことができる。
また、強磁性粉末に含まれるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、好ましくは、平均一次粒径が6.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満であり、より好ましくは、平均一次粒径が7.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満であり、更に好ましくは、平均一次粒径が10nm〜15nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満であり、最も好ましくは、平均一次粒径が10nm〜12nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満である。イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、このような平均一次粒径及び一次粒径の変動係数を有することにより、磁気記録媒体に使用した場合に更に良好なSNR及び走行耐久性を示すことができる。
また、好ましくは、強磁性粉末に含まれるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、本開示のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法に従って得られるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子である。
また、好ましくは、強磁性粉末に含まれるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、本開示のコアシェル粒子を焼成して得られる焼成物のコアである。
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の平均一次粒径は、前掲の「コアシェル粒子の平均一次粒径」と同じ手順で求めることができる。
磁性層における強磁性粉末の含有率(充填率)は、磁性層の乾燥質量に対し、好ましくは50質量%〜90質量%であり、より好ましくは60質量%〜90質量%である。磁性層における強磁性粉末の充填率が、磁性層の乾燥質量に対し、50質量%以上であることにより、記録密度を向上させることができる。
(結合剤)
結合剤は、既述の強磁性粉末を含む磁性層を形成するために有用な膜形成性樹脂から選ばれる。
結合剤に用いられる樹脂は、目的とする強度、耐久性などの諸物性を満たす樹脂層を形成しうる限り、特に制限はない。公知の膜形成性樹脂から目的に応じて適宜選択して、結合剤として用いることができる。
結合剤に用いる樹脂は、単独重合体(ホモポリマー)であってもよく、共重合体(コポリマー)であってもよい。結合剤に用いる樹脂は、公知の電子線硬化型樹脂であってよい。
結合剤に用いる樹脂としては、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、塩化ビニル樹脂、スチレン、アクリロニトリル、メチルメタクリレート等を(共)重合したアクリル樹脂、ニトロセルロース等のセルロース樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアルキラール樹脂等から選択したものを単独で用いることができ、又は複数の樹脂を混合して用いることができる。これらの中で好ましいものは、ポリウレタン、アクリル樹脂、セルロース樹脂及び塩化ビニル樹脂である。
結合剤としての樹脂は、磁性層に含まれる強磁性粉末の分散性をより向上させるため、粉体表面に吸着し得る官能基、例えば、極性基を分子内に有することが好ましい。結合剤としての樹脂が有し得る好ましい官能基としては、例えば、−SOM、−SOM、−PO(OM)、−OPO(OM)、−COOM、=NSOM、=NRSOM、−NR、−Nなどが挙げられる。ここで、Mは水素原子またはNa、K等のアルカリ金属原子を表す。Rはアルキレン基を表し、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基またはヒドロキシアルキル基を表す。XはCl、Br等のハロゲン原子を表す。
結合剤としての樹脂が上記官能基を有する場合、樹脂中の官能基の含有量は0.01meq/g以上2.0meq/g以下が好ましく、0.3meq/g以上1.2meq/g以下がさらに好ましい。樹脂における官能基の含有量が上記範囲内にあることで、磁性層における強磁性粉体等の分散性がより良好となり、磁性密度がより向上するため好ましい。
これらのなかでも、結合剤に用いる樹脂としては、−SONa基を含むポリウレタンがより好ましい。ポリウレタンが−SONa基を含む場合、−SONa基は、ポリウレタンに対し、0.01meq/g〜1.0meq/gで含まれることが好ましい。
結合剤は、市販の樹脂を適宜使用できる。
結合剤として使用される樹脂の平均分子量は、重量平均分子量として、例えば10,000以上200,000以下とすることができる。
本開示における重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定された値をポリスチレン換算して求められる値である。測定条件としては、下記条件を挙げることができる。
GPC装置:HLC−8120(東ソー株式会社製)
カラム:TSK gel Multipore HXL−M(東ソー株式会社製、7.8mmID(Inner Diameter)×30.0cm)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
試料濃度:0.5質量%
サンプル注入量:10μl
流速:0.6ml/min
測定温度:40℃
検出器:RI検出器
磁性層における結合剤の含有量は、強磁性粉末100質量部に対し、例えば1質量部〜30質量部の範囲とすることができ、2質量部〜20質量部の範囲とすることが好ましい。
(他の添加剤)
磁性層は、既述の強磁性粉末及び結合剤に加え、磁性層の効果を損なわない範囲にて、目的に応じて種々の添加剤を含有することができる。
添加剤としては、例えば、研磨剤、潤滑剤、分散剤、分散助剤、防黴剤、帯電防止剤、酸化防止剤、カーボンブラック等を挙げることができる。また、添加剤としては、必要に応じて、無機フィラーとしてのコロイド粒子も用いることができる。
添加剤は、所望の性質に応じて、市販品を適宜使用できる。
[非磁性層]
非磁性層は、磁性層の薄層化等に寄与する層である。非磁性層は、フィラーとしての非磁性粉末及び膜形成成分である結合剤を含む層であることが好ましく、更に目的に応じて添加剤を含んでよい。
非磁性層は、非磁性支持体と磁性層との間に設けることができる。非磁性層には、磁性を有しない層、及び、不純物として又は意図的に少量の強磁性粉末を含む実質的に非磁性な層が包含される。
ここで「非磁性」とは、残留磁束密度が10mT以下であるか、保磁力が7.98kA/m(100Oe)以下であるか、又は、残留磁束密度が10mT以下であり、かつ保磁力が7.98kA/m(100Oe)以下であることをいい、好ましくは、残留磁束密度と保磁力を持たないことを意味する。
(非磁性粉末)
非磁性粉末は、フィラーとして機能する、磁性を有しない粉末である。非磁性層に使用される非磁性粉末は、無機粉末でも有機粉末でもよい。また、カーボンブラック等も使用できる。無機粉末としては、例えば金属、金属酸化物、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属窒化物、金属炭化物、金属硫化物等の粉末が挙げられる。非磁性粉末は、1種単独で使用でき、又は2種以上を組み合わせて使用することもできる。非磁性粉末は、市販品として入手可能であり、公知の方法で製造することもできる。
具体的には二酸化チタン等のチタン酸化物、酸化セリウム、酸化スズ、酸化タングステン、ZnO、ZrO2、SiO2、Cr23、α化率90〜100%のα−アルミナ、β−アルミナ、γ−アルミナ、α−酸化鉄、ゲータイト、コランダム、窒化珪素、チタンカーバイト、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、2硫化モリブデン、酸化銅、MgCO3、CaCO3、BaCO3、SrCO3、BaSO4、炭化珪素、炭化チタンなどが単独または2種類以上を組み合わせて使用することができる。好ましいものは、α−酸化鉄、酸化チタンである。
非磁性粉末の形状は、針状、球状、多面体状、板状のいずれでもあってもよい。非磁性粉末の結晶子サイズは、4nm〜500nmが好ましく、40nm〜100nmがさらに好ましい。結晶子サイズが4nm〜500nmの範囲であれば、分散が困難になることもなく、また好適な表面粗さを有するため好ましい。これら非磁性粉末の平均粒径は、5nm〜500nmが好ましいが、必要に応じて平均粒径の異なる非磁性粉末を組み合わせたり、単独の非磁性粉末でも粒径分布を広くしたりして同様の効果をもたせることもできる。とりわけ好ましい非磁性粉末の平均粒径は、10nm〜200nmである。5nm〜500nmの範囲であれば、分散も良好で、かつ好適な表面粗さを有するため好ましい。
非磁性層における非磁性粉末の含有率(充填率)は、好ましくは50質量%〜90質量%の範囲であり、より好ましくは60質量%〜90質量%の範囲である。
非磁性層における「結合剤」及び「添加剤」は、「磁性層」の項において説明した「結合剤」及び「添加剤」と同義であり、好ましい態様も同様である。
非磁性層の厚みは、0.05μm〜3.0μmであることが好ましく、0.05μm〜2.0μmであることがより好ましく、0.05μm〜1.5μmであることが更に好ましい。
[バックコート層]
バックコート層は、経時安定性、走行安定性等に寄与する層である。バックコート層は、フィラーとしての非磁性粉末及び膜形成成分である結合剤を含有する層であることが好ましく、目的に応じて、更に添加剤を含んでよい。
バックコート層は、非磁性支持体の磁性層側とは反対側の表面に設けることができる。
バックコート層における「非磁性粉末」、は、「非磁性層」の項で説明した「非磁性粉末」と同義であり、好ましい態様も同様である。また、バックコート層における「結合剤」及び「添加剤」は、「磁性層」の項で説明した「結合剤」、及び「添加剤」と同義であり、好ましい態様も同様である。
バックコート層の厚みは、0.9μm以下であることが好ましく、0.1μm〜0.7μmであることがより好ましい。
<磁気記録媒体の製造方法>
本開示の磁気記録媒体の製造方法は、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む磁性層形成用組成物を調製する工程(工程C)、非磁性支持体上に磁性層形成用組成物を塗布する工程(工程D)、及び、非磁性支持体上の磁性層形成用組成物を乾燥させて磁性層を形成する工程(工程E)を含む。
好ましくは、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、コアシェル粒子を焼成して得られる焼成物のコアである。
(工程C)
本開示の磁気記録媒体の製造方法は、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む磁性層形成用組成物を調製する工程(工程C)を含む。
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、好ましくは、平均一次粒径が6.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満であり、より好ましくは、平均一次粒径が7.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満であり、更に好ましくは、平均一次粒径が10nm〜15nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満であり、最も好ましくは、平均一次粒径が10nm〜12nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満である。イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、このような平均一次粒径及び一次粒径の変動係数を有することにより、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すことができる。
また、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、好ましくは、平均一次粒径が6.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満であり、より好ましくは、平均一次粒径が7.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満であり、更に好ましくは、平均一次粒径が10nm〜15nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満であり、最も好ましくは、平均一次粒径が10nm〜12nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.3未満である。イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、このような平均一次粒径及び一次粒径の変動係数を有することにより、磁気記録媒体に使用した場合に更に良好なSNR及び走行耐久性を示すことができる。
また、好ましくは、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、本開示のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法に従って得られるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子である。
また、好ましくは、強磁性粉末に含まれるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、本開示のコアシェル粒子を焼成して得られる焼成物のコアである。
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の平均一次粒径は、前掲の「コアシェル粒子の平均一次粒径」と同じ手順で求めることができる。
工程Cは、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む強磁性粉末、結合剤、及び必要に応じて添加剤を、溶媒に添加すること及び分散することを含む。
組成物を調製するための「強磁性粉末」、「結合剤」、及び「添加剤」は、「磁性層」の項で説明した「強磁性粉末」、「結合剤」、及び「添加剤」と同義であり、好ましい態様も同様である。
本開示の強磁性粉末、結合剤、非磁性粉末、添加剤など全ての原料は、工程Cの最初又は途中で添加してもかまわない。
個々の原料は、同時に添加してよく、又は2回以上に分割して添加してもかまわない。例えば、結合剤は、成分を分散させる工程において添加した後、分散後の粘度調整のために更に添加することができる。
磁性層形成用組成物の原料の分散には、例えばバッチ式縦型サンドミル、横型ビーズミルなどの公知の分散装置を用いることができる。分散ビーズとしては、例えばガラスビーズ、ジルコニアビーズ、チタニアビーズ、及びスチールビーズなどを用いることができる。分散ビーズの粒径(ビーズ径)及び充填率は、最適化して用いることができる。
また、磁性層形成用組成物の原料の分散は、例えば公知の超音波装置を用いて行うこともできる。
また、分散前に、磁性層形成用組成物の原料の少なくとも一部を、例えばオープンニーダを用いて混練することもできる。
磁性層形成用組成物の原料は、それぞれの原料ごとに溶液を調製した後に、混合してもよい。例えば、強磁性粉末を含む磁性液、及び研磨剤を含む研磨剤液をそれぞれ調製した後に、混合して、分散することができる。
組成物における強磁性粉末の含有量は、磁性層形成用組成物の全質量に対し、5質量%〜50質量%が好ましく、10質量%〜30質量%がより好ましい。
磁性層形成用組成物における結合剤の含有量は、強磁性粉末100質量部に対し、1質量部〜30質量部の範囲が好ましく、2質量部〜20質量部の範囲とすることがより好ましい。
−溶媒−
溶媒は、強磁性粉末及び結合剤、必要に応じて添加剤を分散させるための媒体である。
溶媒は、1種のみであってよく、又は2種以上の混合溶媒であってもよい。溶媒としては、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン、テトラヒドロフラン等のケトン系化合物、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール、メチルシクロヘキサノール等のアルコール系化合物、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、酢酸グリコール等のエステル系化合物、グリコールジメチルエーテル、グリコールモノエチルエーテル、ジオキサン等のグリコールエーテル系化合物、ベンゼン、トルエン、キシレン、クレゾール、クロルベンゼン等の芳香族炭化水素系化合物、メチレンクロライド、エチレンクロライド、四塩化炭素、クロロホルム、エチレンクロルヒドリン、ジクロルベンゼン等の塩素化炭化水素系化合物、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサン等を使用することができる。好ましい有機溶媒は、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、及びこれらを任意の割合で含む混合溶媒を挙げることができる。
分散性を向上させるためには、ある程度極性が強い溶媒が好ましく、溶媒全質量に対し、誘電率が15以上の溶媒が50質量%以上含まれることが好ましい。また、溶解パラメータは8〜11であることが好ましい。
(工程D)
本開示の磁気記録媒体の製造方法は、非磁性支持体上に磁性層形成用組成物を塗布する工程(工程D)を含む。
組成物を塗布する塗布方法としては、エアードクターコート、ブレードコート、ロッドコート、押出しコート、エアナイフコート、スクイズコート、含浸コート、リバースロールコート、トランスファーロールコート、グラビヤコート、キスコート、キャストコート、スプレイコート、スピンコート等の公知の方法を利用できる。塗布方法については、例えば(株)総合技術センター発行の「最新コーティング技術」(昭和58年5月31日)を参考にできる。
((磁場配向処理))
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む磁性層形成用組成物を非磁性支持体上に塗布した後、組成物が乾燥する前に、組成物の塗布層を磁場配向処理することが好ましい。組成物の塗布層は、磁気テープの場合、組成物中に含まれる強磁性体であるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子にコバルト磁石やソレノイドを用いて磁場配向処理することが好ましい。ディスクの場合、配向装置を用いず無配向でも十分に等方的な配向性が得られることもあるが、コバルト磁石を斜めに交互に配置すること、ソレノイドで交流磁場を印加するなど公知のランダム配向装置を用いることが好ましい。また異極対向磁石など公知の方法を用い、垂直配向とすることで円周方向に等方的な磁気特性を付与することもできる。特に高密度記録を行う場合は垂直配向が好ましい。また、スピンコートを用いて円周配向することもできる。
(工程E)
本開示の磁気記録媒体の製造方法は、非磁性支持体上の磁性層形成用組成物を乾燥させて磁性層を形成する工程(工程E)を含む。
強磁性体であるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む組成物を非磁性支持体上で乾燥させることにより、磁性層が形成される。
−乾燥−
非磁性支持体上の組成物は、公知の方法で乾燥させることができる。乾燥風の温度、風量、塗布速度を制御することで塗膜の乾燥位置を制御できるようにすることが好ましく、塗布速度は20m/分〜1000m/分、乾燥風の温度は60℃以上が好ましい。また磁石ゾーンに入る前に適度の予備乾燥を行うこともできる。
((カレンダー処理))
磁気記録媒体の製造方法は、工程Eの後に、磁性層を有する非磁性支持体をカレンダー処理することが好ましい。
磁性層を有する非磁性支持体は、巻き取りロールでいったん巻き取られた後、この巻き取りロールから巻き出されて、カレンダー処理に供することができる。カレンダー処理によって、表面平滑性が向上するとともに、乾燥時の溶媒の除去によって生じた空孔が消滅し、磁性層中の強磁性粉末の充填率が向上するので、電磁変換特性の高い磁気記録媒体を得ることができる。カレンダー処理する工程は、磁性層の表面の平滑性に応じて、カレンダー処理条件を変化させながら行うことが好ましい。
カレンダー処理には、例えばスーパーカレンダーロールなどを利用することができる。
カレンダーロールとしてはエポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等の耐熱性プラスチックロールを使用することができる。また金属ロールで処理することもできる。
カレンダー処理条件としては、カレンダーロールの温度を、例えば60℃〜120℃の範囲、好ましくは80℃〜100℃の範囲とすることができ、圧力は、例えば100kg/cm〜500kg/cm(98kN/m〜490kN/m)の範囲、好ましくは200〜450kg/cm(196〜441kN/m)の範囲とすることができる。
[非磁性層及びバックコート層等の任意の層を形成する工程]
本開示の磁気記録媒体の製造方法は、必要に応じて、非磁性層及びバックコート層等の任意の層を形成する工程を含むことができる。
非磁性層及びバックコート層は、「工程C」、「工程D」、及び「工程E」と同様にして形成することができる。
なお、「非磁性層」及び「バックコート層」の項に記載したように、非磁性層は、非磁性支持体と磁性層との間に設けることができ、バックコート層は、非磁性支持体の磁性層側とは反対側の表面に設けることができる。
非磁性層の形成用組成物、及びバックコート層の形成用組成物は、「非磁性層」及び「バックコート層」の項に記載した成分及び含有量で調製することができる。
以下、本開示を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。
<実施例1>
(原料A)
純水90gに、硝酸鉄(III)9水和物8.2g、及びポリビニルピロリドン(PVP)1.13gを溶解させ、マグネチックスターラーを用いて撹拌しながら、大気雰囲気中、25℃の条件下で、25%アンモニア水溶液3.8gを添加し、そのまま2時間撹拌した。この溶液に、クエン酸0.9gを水9.2gに溶かした溶液を加え、1時間撹拌した。沈殿した粉を遠心分離で採集して、純水で洗浄した後、80℃で乾燥させ、粉末Aを得た。粉末AのXRDパターンから、β−オキシ水酸化鉄が生成していることを確認した。XRDは、X’Pert PRO(PANanalytical社製)を用いて解析した。
粉末A 1gにオレイン酸1.1gを加えて自動乳鉢にて24時間解砕を行い、ペースト状の原料Aを得た。シクロヘキサン185mlを激しく撹拌しながら界面活性剤としてIGEPAL(登録商標)CO520(Rhodia社製)7.6mlを添加し、そのまま1時間撹拌した後、25質量%アンモニア水溶液(和光純薬工業株式会社製)を2.1ml、原料A、および硝酸ガリウム(III)8水和物0.38g、硝酸コバルト(II)6水和物65mg、硫酸チタン(IV)51mg、を添加し、撹拌を60分続けた。その後、テトラエトキシシラン(TEOS)5.1mLを1時間かけて滴下し、さらに25℃の恒温槽中で24時間撹拌した。この溶液にエタノールを150ml加え、生成した沈殿物をデカンテーションで採集し、計3回エタノールで洗浄し、80℃で乾燥させることで、粉末Bを得た。この粉末Bを透過型電子顕微鏡(TEM)で観察することにより、β−オキシ水酸化鉄をコアとし、金属アルコキシドの重縮合物であるSiOをシェルとするコアシェル粒子が形成していることが確認された。また、同サンプルについてのTEM−EDS解析(FEI製 高分解透過型顕微鏡Talos)により、鉄以外の金属元素は、シェル部分にのみ検出され、コア部分には検出されなかったことが確認された。
また、このコア部分の面積及びシェル部分の面積比、並びにケイ素及び鉄の原子量から換算したFe/Si元素質量比は、1/10であることが算出された。
得られた粉末Bを、炉内に装填し、大気雰囲気下、1037℃で4時間の熱処理を施し、熱処理粉とした。熱処理粉を、液温70℃の4モル/Lの水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液中に投入して24時間撹拌することにより、熱処理粉からケイ素酸化物を除去した。残渣を遠心分離によって採集し、純水で残渣を洗浄することにより、ε-Fe相を有するイプシロン型酸化鉄系化合物粒子(ε−Ga0.24Co0.05Ti0.05Fe1.66)を得た。上記イプシロン型酸化鉄系化合物の組成は、上述の「イプシロン型酸化鉄系化合物の組成」の項に記載の方法により測定した。後述する方法で算出したイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の平均一次粒径は、11.1nmであった。
(平均一次粒径及び変動係数)
イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の粉末を、株式会社日立ハイテクノロジーズ製透過型電子顕微鏡H−9000型を用いて撮影倍率80000倍で撮影し、総倍率500000倍になるように印画紙にプリントして、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の写真を得た。得られた粒子の写真から任意の粒子を選びデジタイザーで粒子の輪郭をトレースし、トレースした領域と同じ面積の円の直径(円面積相当径)を算出することで「一次粒径」を求めた。円面積相当径の算出には、公知の画像解析ソフト、例えばカールツァイス製画像解析ソフトKS−400を用いた。なお、一次粒径とは、凝集のない独立した粒子の粒径をいう。
こうして得られた500個のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の一次粒径の算術平均を「平均一次粒径」とした。
また、500個のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子について得られた一次粒径の標準偏差を平均一次粒径で除算した値である「変動係数」を用いて、以下の評価を行った。
(サイズ分布の評価)
本開示のコアシェル粒子の焼成後のコアであるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の一次粒径に基づいて得られる変動係数の値に基づいて、サイズ分布を以下のように評価した。評価結果を表1に示す。
5: 変動係数が0.3未満である。 (最もサイズ分布が小さく良好)
4: 変動係数が0.3以上0.4未満である。
3: 変動係数が0.4以上0.5未満である。
2: 変動係数が0.5以上0.6未満である。
1: 変動係数が0.6以上である。
<実施例2>
原料Aを以下で得られる原料Bに代えた他は実施例1と同様にして、コアシェル粒子を得た。上記コアシェル粒子について、焼成条件を1097℃で12.5時間に変更した以外は、実施例1と同様にして、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子(ε−Ga0.24Co0.05Ti0.05Fe1.66)を得た。上記イプシロン型酸化鉄系化合物の組成は、上述の「イプシロン型酸化鉄系化合物の組成」の項に記載の方法により測定した。得られたイプシロン型酸化鉄系化合物粒子の平均一次粒径は、10.2nmであった。
(原料B)
3口フラスコに、1−オクタデセン104g、ステアリン酸鉄(III)18.1g、及びオレイン酸2.1gを添加し、還流管、熱電対、及び耐熱性スターラーチップを入れて、撹拌しながら315℃まで3.3℃/分の昇温速度で加熱した。その後、35分315℃程度で撹拌し続け、室温に戻して黒色の分散液を得た。
遠心分離用の容器へ分散液を移し、シクロヘキサンを240ml添加して激しく振とうした後、遠心分離を7600rpmで12分間行い、沈殿物を回収して、計3回シクロヘキサンで洗浄し、80℃で乾燥させることで、原料Bを得た。原料BのXRDパターンから、スピネル型構造を有する酸化鉄(Fe)が混晶で生成していることを確認した。なお、XRDは、X’Pert PRO(PANanalytical社製)を用いて解析した。
また、原料BのTEM観察から、スピネル構造を持つ酸化鉄をコアとし、SiOをシェルとするコアシェル粒子が形成されていることを確認した。上記酸化鉄の組成は、上述の「イプシロン型酸化鉄系化合物の組成」の項に記載の方法により測定した。また、同サンプルのTEM-EDS解析(FEI製 高分解透過型顕微鏡Talos)より、シェル部分にのみ、鉄以外の元素が検出され、コア部分には観察されないことを確認した。また、コア部分の面積及びシェル部分の面積比、並びにケイ素及び鉄の原子量から換算したFe/Si元素質量比は、1/9と算出された。
<実施例3>
実施例1のテトラエトキシシランの添加量を0.6mlとした以外は、実施例1と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物を得た。
<実施例4>
実施例1のテトラエトキシシランの添加量を2.3mlとした以外は、実施例1と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物を得た。
<実施例5>
実施例1のテトラエトキシシランの添加量を8.2mlとした以外は、実施例1と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物を得た。
<実施例6>
実施例1のテトラエトキシシランの添加量を15.9mlとした以外は、実施例1と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物を得た。
<実施例7>
実施例2のテトラエトキシシランの添加量を0.6mlとした以外は、実施例2と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物を得た。
<実施例8>
実施例2のテトラエトキシシランの添加量を2.5mlとした以外は、実施例2と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物を得た。
<実施例9>
実施例2のテトラエトキシシランの添加量を8.4mlとした以外は、実施例2と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物を得た。
<実施例10>
実施例2のテトラエトキシシランの添加量を16.2mlとした以外は、実施例2と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物を得た。
<実施例11>
硝酸ガリウム(III)8水和物を0.79g、硝酸コバルト(II)6水和物を33mg、硫酸チタン(IV)を25mgに変更した以外は実施例1と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物(ε−Ga0.49Co0.025Ti0.025Fe1.46)を得た。
<実施例12>
硝酸ガリウム(III)8水和物を0.78g、硝酸コバルト(II)6水和物を32mg、硫酸チタン(IV)を26mgに変更した以外は実施例2と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物(ε−Ga0.49Co0.025Ti0.025Fe1.46)を得た。
<実施例13>
硝酸ガリウム(III)8水和物を1.16gに変更し、硝酸コバルト(II)6水和物及び硫酸チタン(IV)を添加しなかった以外は実施例1と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物(ε−Ga0.74Fe1.26)を得た。
<実施例14>
硝酸ガリウム(III)8水和物を1.18gに変更し、硝酸コバルト(II)6水和物及び硫酸チタン(IV)を添加しなかった以外は実施例2と同様にしてコアシェル粒子を調製し、更にイプシロン型酸化鉄系化合物(ε−Ga0.75Fe1.25)を得た。
<比較例1>
特開2015−153918号公報の実施例1の記載に従って試料を作製し、評価を行った。詳細は、以下の通りである。
ナイタール48.9g(メタノールに体積で3.1%の硝酸を加えた溶液)に28.3gの水を加え,均一になるように撹拌した。この溶液にテトラアルコキシシラン類としてのテトラメトキシシランの4量体(多摩工業化学社製、商品名:シリケート51)32gを徐々に添加した。この溶液中の溶媒であるメタノールと水とを徐々に蒸発させながら濃縮し、溶液を増粘させた。この溶液の粘度が1Pa・s〜5Pa・s程度になった際に、この溶液に、Fe含有粉末としてのFeCo合金粉末(Fe:70質量%)を混合し、激しく撹拌した。FeCo合金粉末の混合量は、最終的に得られる組成物中TEM観察から得られるFe/Si元素質量比が1/10となるように設定した。なお、使用したFeCo合金粉末の平均一次粒径は、0.96μmであった。
得られたゲル状物質を乾燥させて固形化した後、乳鉢を用いて粉砕した。この粉砕物を、真空オーブン(18hPa以下)を使用して120℃にて20時間の条件で加熱乾燥させた。この乾燥物を真空高温熱処理炉にて焼成した。焼成条件としては、昇温速度245℃/時間で1208℃まで昇温し、1200℃で3.5時間保持した後、室温まで冷却した。得られた粉末をTEMで観察した結果、SiOのマトリックス中にFeCoが存在している態様が確認されたが、コアシェル粒子として独立に存在する態様は確認されなかった。
上記比較例1の粉末について、実施例と同様の評価を行った。
<比較例2>
特許第5347146号公報に記載の実施例に従って試料を作製し、実施例と同様の評価を行った。比較例2の試料の作製の詳細は、以下の通りである。
(1)ミセル溶液Aおよびミセル溶液Bの調製
(1−1)イオン交換水53ml、n−オクタン165ml及び1−ブタノール34mlを混合する。この溶液に、硝酸鉄(III)9水和物を0.014mol添加し、室温でよく撹拌しながら溶解させた。さらに、界面活性剤として臭化セチルトリメチルアンモニウムを、イオン交換水/界面活性剤のモル比が29.5となる量で添加して撹拌することにより、ミセル溶液Aを得た。
(1−2)25%のアンモニア水18.3mlをイオン交換水34.1mlに添加して撹拌した後、さらにn−オクタン165mlと1−ブタノール34mlを加えてよく撹拌した。この溶液に、界面活性剤として臭化セチルトリメチルアンモニウムを、(イオン交換水+アンモニア水中の水分)/界面活性剤のモル比が30.5となる量で添加して撹拌することにより、ミセル溶液Bを得た。
(2)ミセル溶液Aに対してミセル溶液Bを激しく撹拌しながら滴下した。滴下が終了した後、ミセル溶液Aとミセル溶液Bとの混合液を80分間撹拌し続けた。
(3)得られたAB混合液を撹拌しながら、テトラエトキシシラン(TEOS)14.9mlを加え24時間撹拌する。この工程により、鉄化合物の粉末の表面にSiOの層が形成された。
(4)得られた溶液を遠心分離機によって遠心分離処理した。この処理で得られた沈殿物を回収した。回収された沈殿物をエタノールで複数回洗浄して乾燥させた後、粉末として回収した。この粉末のXRDパターンから、オキシ水酸化鉄のパターンが見られたが、βの単相ではなく、複相となっていた。
ここで得られた粉末(比較例2の焼成前の粉末)をTEMで観察した結果を図2に示す。図2において、SiOのシェル中に複数のオキシ水酸化鉄粒子が存在している態様、及びマトリックス状のSiO中にオキシ水酸化鉄粒子が凝集している態様などが確認されたが、コアシェル粒子として独立に存在する態様は確認されなかった。
(5)上記粉末を大気雰囲気、1050℃で4時間焼成した。焼成後の粉末を9mol/lのNaOH水溶液中で50℃24時間撹拌し、粉末表面に存在するSiOを除去し、濾過した後水洗いし、乾燥させることにより、ε−Feを含む粉末が得られた。この粉末を、水素気流中に400℃の雰囲気温度で40時間放置することにより、ε−Feの粒子の表面を還元し、さらに50℃酸素濃度0.4%の雰囲気24時間放置し、還元後のε−Fe表面に保護層を形成した。上記によって、ε−Feを含むコアと、Feを主成分とするシェルとを有する粉末(比較例2の粉末)が作製された。
上記比較例2の粉末について、実施例と同様の評価を実施した。
[磁気記録媒体(磁気テープ)の作製]
(1)磁性層形成用組成物処方
(磁性液)
強磁性粉末(上記実施例または比較例で作製した粉末):100.0部
SONa基含有ポリウレタン樹脂:14.0部
(重量平均分子量:70,000、SONa基:0.4meq/g)
シクロヘキサノン:150.0部
メチルエチルケトン:150.0部
(研磨剤液)
−研磨剤液A−
アルミナ研磨剤(平均粒子サイズ:100nm):3.0部
スルホン酸基含有ポリウレタン樹脂:0.3部
(重量平均分子量:70,000、SO3Na基:0.3meq/g)
シクロヘキサノン:26.7部
−研磨剤液B−
ダイヤモンド研磨剤(平均粒子サイズ:100nm):1.0部
スルホン酸基含有ポリウレタン樹脂:0.1部
(重量平均分子量:70,000、SO3Na基:0.3meq/g)
シクロヘキサノン:26.7部
(シリカゾル)
コロイダルシリカ(平均粒子サイズ:100nm):0.2部
メチルエチルケトン:1.4部
(その他成分)
ステアリン酸:2.0部
ブチルステアレート:6.0部
ポリイソシアネート(日本ポリウレタン社製コロネート):2.5部
(仕上げ添加溶媒)
シクロヘキサノン:200.0部
メチルエチルケトン:200.0部
(2)非磁性層形成用組成物処方
非磁性無機粉末 α−酸化鉄:100.0部
平均粒子サイズ:10nm
平均針状比:1.9
BET比表面積:75m2/g
カーボンブラック(平均粒子サイズ:20nm):25.0部
SONa基含有ポリウレタン樹脂:18.0部
(重量平均分子量:70,000、SONa基:0.2meq/g)
ステアリン酸:1.0部
シクロヘキサノン:300.0部
メチルエチルケトン:300.0部
(3)バックコート層形成用組成物処方
非磁性無機粉末 α−酸化鉄:80.0部
平均粒子サイズ:0.15μm
平均針状比:7
BET比表面積:52m/g
カーボンブラック(平均粒子サイズ:20nm):20.0部
塩化ビニル共重合体:13.0部
スルホン酸基含有ポリウレタン樹脂:6.0部
フェニルホスホン酸:3.0部
シクロヘキサノン:155.0部
メチルエチルケトン:155.0部
ステアリン酸:3.0部
ブチルステアレート:3.0部
ポリイソシアネート:5.0部
シクロヘキサノン:200.0部
(4)磁気テープの作製
磁性液は、上記磁性液の処方中の成分を混合し、バッチ式縦型サンドミルを用いて24時間分散して調製した。分散ビーズとしては、粒径0.5mmΦのジルコニアビーズを使用した。研磨剤液は、上記研磨剤液の処方中の成分を混合し、バッチ型超音波装置(20kHz,300W)で24時間分散して調製した。これらの分散液を他の成分(シリカゾル、その他成分及び仕上げ添加溶媒)と混合後、バッチ型超音波装置(20kHz、300W)で30分処理を行った。その後、0.5μmの平均孔径を有するフィルタを用いてろ過して磁性層形成用組成物を作製した(なお、比較例1の粉末を用いた場合は、フィルタ径が1.2μmのフィルタを使用した)。
非磁性層形成用組成物については、各成分をバッチ式縦型サンドミルを用いて、24時間分散した。分散ビーズとしては、粒径0.1mmΦのジルコニアビーズを使用した。得られた分散液を0.5μmの平均孔径を有するフィルタを用いてろ過を行い非磁性層形成用組成物を作製した。
バックコート層形成用組成物は、潤滑剤(ステアリン酸及びブチルステアレート)とポリイソシアネート、シクロヘキサノン200.0部を除いた各成分をオープンニーダにより混練及び希釈した後、横型ビーズミル分散機により、粒径1mmΦのジルコニアビーズを用い、ビーズ充填率80体積%、ローター先端周速10m/秒で、1パス滞留時間を2分とし、12パスの分散処理を行った。その後、残りの成分を分散液に添加し、ディゾルバーで撹拌した。得られた分散液を1μmの平均孔径を有するフィルタを用いてろ過しバックコート層形成用組成物を作製した。
その後、厚み5μmのポリエチレンナフタレート製支持体に、乾燥後の厚みが100nmになるように非磁性層形成用組成物を塗布し乾燥させた後、その上に乾燥後の厚みが70nmになるように磁性層用形成組成物を塗布した。
この磁性層形成用組成物が未乾状態にあるうちに、磁場強度0.6Tの磁場を、塗布面に対し垂直方向に印加し垂直配向処理を行った後、乾燥させた。その後、上記支持体の塗布面の反対側に、乾燥後の厚みが0.4μmになるようにバックコート層形成用組成物を塗布し乾燥させた。
その後、金属ロールのみから構成されるカレンダで、速度100m/分、線圧300kg/cm(294kN/m)、カレンダロールの表面温度100℃で表面平滑化処理(カレンダ処理)を行った後、雰囲気温度70℃の環境で36時間熱処理を行った。熱処理後、1/2インチ(0.0127メートル)幅にスリットし、磁気テープを得た。
[磁気テープの評価方法]
1.電磁変換特性(SNR)の評価
作製した各磁気テープに対して、下記条件で磁気信号をテープ長手方向に記録し、磁気抵抗効果型(MR;Magnetoresistive)ヘッドで再生した。再生信号をシバソク製スペクトラムアナライザーで周波数分析し、300kfciの出力と、0〜600kfci範囲で積分したノイズとの比をSNRとした。評価結果を表1に示す。
(記録再生条件)
記録:記録トラック幅5μm
記録ギャップ0.17μm
ヘッド飽和磁束密度Bs1.8T
再生:再生トラック幅0.4μm
シールド間距離(sh−sh距離)0.08μm
記録波長:300kfci
(SNRの評価)
5: ノイズがほぼなく、シグナルが良好でエラーも見られず実用上問題なし
4: ノイズが小さく、シグナルが良好で実用上問題なし。
3: ノイズが見られるが、シグナルが良好なため実用上問題なし。
2: ノイズが大きく、シグナルが不明瞭で実用上問題あり。
1: ノイズとシグナルの区別ができないか記録でできておらず、実用上問題あり。
2.膜強度(走行耐久性)の評価
各磁気テープを、リニアテスターで速度3m/secで走行させ、磁性層の膜強度を走行耐久性で評価した。
100m長のテープを1000パス走行させた後に、磁気テープの末端から20m、40m、60m、及び80mの場所における磁性層表面の削れの程度を光学顕微鏡(株式会社Nikon製、EclipseLV150)で観察した。削れの程度は上記4か所を下記観点で評価し、点数を付けた。評価結果を表1に示す。
−評価−
5: 摺動痕は観察されなかった。
4: 弱い摺動痕はあるものの、磁性層表面の削れには至っていない。
3: 磁性層表面が削れているが、実用上問題なし。
2: 磁性層表面が削れ、磁性層表面が剥離又は磁性層が欠落した箇所が多数あり、実用上問題あり。
1: 磁性層表面全面が削り取られており、実用上問題あり。
実施例1、3〜6、11及び13の結果から、焼成前のコアがβ−オキシ水酸化鉄である実施例1、3〜6、11及び13のコアシェル粒子は、ケイ素に対する鉄の元素質量比(Fe/Si比)が、1/1〜1/30であることが示された。また、それらのコアシェル粒子を焼成して得られた焼成物のコアであるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、平均一次粒径が、11.1nm〜14.1nmであり、かつ良好なサイズ分布を有する(すなわち一次粒径の変動係数が小さい)ことが示された。また、上記イプシロン型酸化鉄系化合物粒子を用いた磁気テープは、良好なSNR及び走行耐久性を示したことから、電磁変換特性及び膜強度に優れることが示された。
また、コアシェル粒子のFe/Si比が、1/2〜1/15である場合に、生成したイプシロン型酸化鉄系化合物粒子のサイズ分布がより良好であり(すなわち一次粒径の変動係数がより小さく)、かつ磁気テープとした場合のSNR及び走行耐久性がより良好であることから電磁変換特性及び膜強度により優れることが示された。
実施例2、7〜10、12及び14の結果から、焼成前のコアがスピネル構造を有する酸化鉄である実施例2、7〜10、12及び14のコアシェル粒子は、Fe/Si比が1/1〜1/30であることが示された。また、それらのコアシェル粒子を焼成して得られた焼成物のコアであるイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、平均一次粒径が、10.2nm〜12.2nmであり、かつ良好なサイズ分布を有する(すなわち一次粒径の変動係数が小さい)こと、及び磁気テープとした場合に良好なSNRを有することが示された。また、上記イプシロン型酸化鉄系化合物粒子を用いた磁気テープは、良好なSNR及び走行耐久性を示したことから、電磁変換特性及び膜強度に優れることが示された。
また、コアシェル粒子のFe/Si比が、1/2〜1/15である場合に、生成したイプシロン型酸化鉄系化合物粒子のサイズ分布がより良好であり(すなわち一次粒径の変動係数がより小さく)、かつ磁気テープとした場合のSNR及び走行耐久性がより良好であることから電磁変換特性及び膜強度により優れることが示された。
他方、本開示のコアシェル粒子を形成しない比較例1により得られたイプシロン型酸化鉄系化合物を含むFeCo粒子は、平均一次粒径が大きいことから、及び磁気テープとした場合のSNRが不良であることが示された。
本開示のコアシェル粒子を形成しない比較例2により得られたイプシロン型酸化鉄系化合物粒子は、平均一次粒径が23.3nmであり、かつサイズ分布が不良である(すなわち一次粒径の変動係数が大きい)こと、及び磁気テープとした場合のSNRが不良であることが示された。
本開示のコアシェル粒子は、一次粒径の変動係数が小さく、かつ、磁気記録媒体に使用した場合に良好なSNR及び走行耐久性を示すイプシロン型酸化鉄系化合物粒子等を提供することができることから、優れた磁気特性を有する磁気記録媒体の製造等などに好ましく使用することができる。また、本開示のコアシェル粒子は、電波吸収体、及びドラッグデリバリーシステム等の用途に好ましく使用できる。

Claims (22)

  1. Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコアと、
    金属アルコキシドの重縮合物、及び鉄以外の金属元素を含有する、前記コアを被覆するシェルと、
    を含む、コアシェル粒子。
  2. 前記コアシェル粒子1個が、前記コアを1個含む、請求項1に記載のコアシェル粒子。
  3. 前記金属元素が、Ga、Al、In、Nb、Co、Zn、Ni、Mn、Ti、及びSnからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素である、請求項1又は請求項2に記載のコアシェル粒子。
  4. 前記Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄が、スピネル型構造を有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。
  5. 前記オキシ水酸化鉄が、β−オキシ水酸化鉄である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。
  6. 前記金属アルコキシドが、ケイ素を含む金属アルコキシドである、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。
  7. ケイ素に対する鉄の元素質量比が、1/2〜1/15である、請求項6に記載のコアシェル粒子。
  8. Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄、又はオキシ水酸化鉄を含有するコア成分を、界面活性剤を含む有機溶媒に乳化させる工程、及び
    前記乳化により形成したコアを、金属アルコキシドの重縮合物、及び鉄以外の金属元素を含有するシェルで被覆する工程、
    を含む、コアシェル粒子の製造方法。
  9. 前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤である、請求項8に記載のコアシェル粒子の製造方法。
  10. 前記コア1個に対し、前記コアシェル粒子が1個形成される、請求項8又は請求項9に記載のコアシェル粒子の製造方法。
  11. 前記金属元素が、Ga、Al、In、Nb、Co、Zn、Ni、Mn、Ti、及びSnからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素である、請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載のコアシェル粒子の製造方法。
  12. 前記Fe及びFeから選択される少なくとも一方の酸化鉄が、スピネル型構造を有する、請求項8〜請求項11のいずれか1項に記載のコアシェル粒子の製造方法。
  13. 前記オキシ水酸化鉄が、β−オキシ水酸化鉄である、請求項8〜請求項11のいずれか1項に記載のコアシェル粒子の製造方法。
  14. 前記金属アルコキシドが、ケイ素を含む金属アルコキシドである、請求項8〜請求項13のいずれか1項に記載のコアシェル粒子の製造方法。
  15. 前記コアシェル粒子におけるケイ素に対する鉄の元素質量比が、1/2〜1/15である、請求項14に記載のコアシェル粒子の製造方法。
  16. 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のコアシェル粒子を形成する工程、
    前記コアシェル粒子を焼成する工程、及び、
    前記コアシェル粒子のシェルを除去する工程、
    を含む、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法。
  17. 請求項8〜請求項15のいずれか1項に記載のコアシェル粒子の製造方法に従って、コアシェル粒子を形成する工程、
    前記コアシェル粒子を焼成する工程、及び、
    前記コアシェル粒子のシェルを除去する工程、
    を含む、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子の製造方法。
  18. 平均一次粒径が6.0nm〜20nmであり、かつ、一次粒径の変動係数が0.4未満である、イプシロン型酸化鉄系化合物粒子。
  19. 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のコアシェル粒子の焼成物のコアである、請求項18に記載のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子。
  20. 請求項18又は請求項19に記載のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む、磁気記録媒体。
  21. 請求項18又は請求項19に記載のイプシロン型酸化鉄系化合物粒子を含む磁性層形成用組成物を調製する工程、
    非磁性支持体上に前記磁性層形成用組成物を塗布する工程、及び、
    前記非磁性支持体上の前記磁性層形成用組成物を乾燥させて磁性層を形成する工程、
    を含む、磁気記録媒体の製造方法。
  22. 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のコアシェル粒子の焼成物。
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