JP2631753B2 - フェライト被覆方法 - Google Patents

フェライト被覆方法

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JP2631753B2 JP331690A JP331690A JP2631753B2 JP 2631753 B2 JP2631753 B2 JP 2631753B2 JP 331690 A JP331690 A JP 331690A JP 331690 A JP331690 A JP 331690A JP 2631753 B2 JP2631753 B2 JP 2631753B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はフェライト被覆方法、特に粒子,繊維状物の
フェライト被覆方法に関する。
(従来の技術及びその問題点) 基体上にフェライト被膜を形成する方法は、特開昭63
−65085号公報で公知であるが、副生物を生じやすく、
安定かつ制御された磁性膜が得難かった。
(発明の内容) 本発明は、基体上にフェライト被膜を形成する方法に
おいて、 (a)水又は水溶液に基体を接触させ、 (b)pH−酸化・還元電位図でA(6,−440mV),B(6,
−130mV),C(11,−430mV)及びD(11,−740mV)の範
囲にpHと酸化・還元電位が含まれるように、第一鉄イオ
ン水溶液,酸化剤溶液及びpH調製剤を添加するフェライ
ト被覆方法を提供する。
本発明に用いられる基体は、特に限定はないが微少粒
子,繊維が好ましい。発明者は、如何に溶液中の粒子及
び/又は繊維状表面に吸着していない第一鉄イオンを少
なく制御するかが、重要であることを見出し、pHと酸化
・還元電位を一定の範囲内に制御することにより、安定
かつ制御されたフェライト被覆物を得る発明を完成し
た。
特に、粒子の表面エネルギーの特殊性が期待しにく
い、粒径の比較的大きな(比表面積の小さな)粒子など
は第一鉄イオンの吸着量が少なく、溶液中の第一鉄イオ
ン量が副生物の発生に大きく影響する。
更に本発明では、pH−酸化・還元電位をA(6,−440m
V),B(6,−130mV),C(11,−430mV)D(11,−740mV)
の範囲内に制御することにより所望の飽和磁化量を得る
ことを見出した。
粒子は、平均粒径100μm以下のものが好適である。1
00μmを越えるものについては、フェライト膜の形成が
緩慢になり、副生物が生成しやすくなる。本発明中にお
いて、粒子とは球体,不定型,板状のものを意味する。
また、繊維状物にもフェライト膜の選択的形成が考えら
れ、実際にそのように選択的に形成されることが確認さ
れた。繊維状物の場合についても、直径100μm以下の
ものが好適に利用される。
粒子又は繊維状物(以下、合わせて粒子状物という)
は、如何なるものから形成されていてもよい。例えば、
樹脂,金属,金属酸化物,有機顔料,セルロース,合成
高分子材料,セラミックス等の素材から形成されていて
もよい。特に樹脂,金属酸化物(顔料等を含む),セラ
ミックス,有機顔料等が好適なものとして考えられる。
繊維状物の場合は天然繊維,合成繊維又は無機繊維を用
いることができる。
フェライト膜の形成は、粒子状物が混合された水又は
水溶液中において実施される。本発明での水溶液はpH緩
衝剤、例えば酢酸アンモニウムなどの有機酸塩水溶液
で、好ましくは脱酸素状態の水溶液が好ましい。第一鉄
イオンは、第一鉄の塩酸塩,硫酸塩,酢酸塩等の塩の形
で水溶液中に供給される。第一鉄イオン水溶液は、第一
鉄イオンと共に他の金属イオンを含んでいてもよい。水
溶液が金属イオンとして第一鉄イオンのみを含む場合に
は、金属元素として鉄のみを含むスピネル・フェライ
ト、すなわちマグネタイトFe3O4の膜として得られる。
また水溶液中には、第一鉄イオンの他にその他の遷移金
属イオンMn+を含んでもよい。その他の金属種として
は、亜鉛,コバルト,ニッケル,マンガン,銅,バナジ
ウム,アンチモン,リチウム,モリブデン,チタン,ル
ビジウム,マグネシウム,アルミニウム,シリコン,ク
ロム,錫,カルシウム,カドミウム,インジウム等が例
示される。Mがコバルトの場合にはコバルトフェライト
(CoxFe3xO4)、ニッケルの場合にはニッケルフェライ
ト(NixFe3xO4)などが得られ、Mが複数種の場合にも
混晶フェライトが得られる。これらの第一鉄イオン以外
の金属種も、それぞれ水溶性の塩の形で水溶液中に供給
される。
本発明では、酸化剤の例としては亜硝酸塩,硝酸塩,
過酸化水素,有機過酸化物,過塩素酸又は溶存酸素水等
が挙げられるが、酸化能が高いものは溶液中での副生物
の生成やフェライトの純度低下が生じ、また酸化能が低
いものはフェライトの反応が遅くなったり、フェライト
反応そのものが生じないため、本発明においては亜硝酸
塩を用いることが好ましい。また水溶液のpHは、水溶液
中に存在するアニオン,金属イオンの種類において適宜
選択され、pH6〜11に制御されるが、好ましくは6.5〜10
の範囲とされる。pHの安定化のために、例えば酢酸ナト
リウムなどの緩衝液、又は緩衝効果のある塩を加えても
よい。
酸化・還元電位は、第1図で示したpHと酸化・還元電
位図の線と線の間に制御される。従って、pHと酸化
・還元電位図(第1図)に示されたA,B,C,Dで囲まれた
部分に制御することによって、目的のフェライト被覆物
が得られる。
本発明の反応を実行させるための温度条件は、水溶液
の沸点以下の範囲であればよいが、好ましくは60〜90℃
の範囲で行われる。また、反応は好ましくは脱酸素雰囲
気下で行われる。酸素が多量に存在する条件下では、不
必要な酸化反応が進行するので好ましくない。例えば、
窒素雰囲気下で反応を行うのが好ましい。また同様に、
第一鉄イオン及び酸化剤溶液からも酸素を除き、脱酸素
水溶液とする。
本発明に用いる粒子状物はそのまま用いてもよいが、
磁気ディスク等の板状物において実施される前処理、例
えばプラズマ処理,アルカリ処理,酸処理あるいは物理
的な処理を行ってもよい。これらの処理を行った場合、
水溶液に対するぬれ性が改善され、均一な膜が得られ
る。
本発明の好適な方法は、先ず脱酸素水に粒子状物を懸
濁し、この際必要により界面活性剤等の添加剤を添加し
て、粒状物の水への馴染みを向上してもよい。次いで必
要によりpH調整のためにpH緩衝剤等を混入し、pHを所定
値に設定する。この後、第一鉄イオン溶液と酸化剤溶液
を上記懸濁液に添加していく。この添加プロセス中、懸
濁液の酸化・還元電位,pHは所定値で一定の範囲内に制
御する。酸化・還元電位の制御は、酸化剤溶液もしくは
第一鉄イオン溶液の適加速度を変化させることで行う。
pHの制御は、アンモニア水等アルカリ溶液を適宜添加す
ることで行う。特に好ましくは、pH−酸化・還元電位は
定点制御である。
この工程では、適加した金属イオン量によりフェライ
ト膜厚が調整され、極めて好適である。
得られたフェライト被覆をした粒子状物は、過する
ことにより分離し目的物を得る。目的に応じて分離後、
乾燥してもよい。
本発明において、第一鉄イオン溶液と酸化剤溶液は、
Fe2+/Fe3+による酸化・還元電位の制御のもとに懸濁液
中に添加される。
例えば、酸化剤溶液の添加量を一定とした場合、第一
鉄イオン溶液の添加量を多くすると溶液中のFe2+濃度が
高まり、酸化・還元電位が下降する。この場合、表面に
吸着していないFe2+濃度が高まり、粒子表面以外での副
生物の生成が多くなる。また、Fe2+の滴加量を少なくす
ると溶液中のFe2+が殆どなくなり、酸化・還元電位は上
昇し酸化剤の濃度が高まる。
この場合には、供給・吸着したFe2+イオンの多くがFe
3+に酸化され、目的とするフェライトの磁化量を得るこ
とができない。
本発明における溶液中の酸化・還元電位は、pH,鉄イ
オン濃度に依存するが、温度,他種金属イオンの種類,
濃度によっても異なるため、制御電位を適宜設定するこ
とにより、所望の飽和磁化量を得ることが可能である。
また、酸化・還元電位測定のための電極は、電極での
不必要な酸化・還元反応を生じさせないため白金,ステ
ンレス等の不活性,導電物質を用いるのが好ましい。
以上述べたように、本発明の工程は簡単な方法によ
り、極めて選択的に粒子状物表面にフェライト膜がコー
ティングされ、所望の飽和磁化量を持った今までにない
被覆物が得られる。
(発明の効果) 本発明のフェライト被覆物は、種々の用途に応用する
ことができる。例えば、電子写真用のトナーやキャリア
ー等にフェライト被覆をして、トナーの飛散防止や軟化
点の低い樹脂材料の使用等を可能にする。また、フェラ
イト膜で被覆された粒子は表示材料(例えば、磁性表
示),記録材料(マグネトグラフィー)等への応用も考
えられる。また、フェライト被覆は、塗料,インキ,樹
脂成型品等に混入することもできる。更に医療分野へも
応用可能であり、粒子状の薬剤にフェライトを被覆し
て、これを磁石で患者の疾患部に誘導し、優れた薬効を
発揮させることも可能である。
(実施例) 本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例1 反応容器にイオン交換水0.9を仕込んだ。これに予
め酸化チタンを10g分散させたイオン交換水100gを投入
し、N2ガスにより脱酸素を行った。充分脱酸素を行った
後、アンモニア水でpHを6.9に調整した。容器内の温度
は、その間70℃に保持した。
このものに予めFeCl210gを脱酸素イオン交換水に溶解
し、100ccの第一鉄イオン水溶液を作製した溶液と、脱
酸素を行ったイオン交換水1に亜硝酸ナトリウム20g
溶解した溶液を、5cc/minの割合で供給を開始した。こ
の間pHは一定に維持した。また、この溶液における制御
酸化・還元電位は、予めの検討により−470mVであるの
で、この値で一定に維持するよう第一鉄イオン溶液の供
給速度により調整した。20分後、酸化チタン上にマグネ
タイトがカプセル化された粒子が生成した。副生マグネ
タイト粒子は殆ど生じなかった。約10分間のエージング
の後、粒子を過により分離・水洗した。作製されたマ
グネタイトメッキ酸化チタンは灰色であった。
この方法は、金属イオンを鉄の他、Zn,Ni等を加える
ことにより色相が黄味がかったものなどが得られる。こ
のものは、塗料用,化粧用など用途が広い。
実施例2 反応容器にイオン交換水0.9を仕込んだ。これに予
め6μmのポリスチレン粒子(住友化学社製ファインパ
ール300F)10gを分散したイオン交換水100gを投入し、N
2ガスにより脱酸素を行った。充分脱酸素を行った後、
0.1N−NaOHでpH6.9に調整した。この後、容器内の温度
を70℃に加温した。
このものに予め、実施例1と同様にして調整した塩化
第一鉄水溶液と脱酸素を行ったイオン交換水1に亜硝
酸ナトリウム20g溶解した溶液を、5cc/minの割合で供給
した。この間pHは一定に維持し、酸化・還元電位を−47
0mVに、実施例1と同様にして維持した。
約20分後、ポリスチレン粒子にマグネタイトがカプセ
ル化されたポリスチレン粒子が生成した。副生マグネタ
イト粒子は殆ど生じなかった。これを過,水洗してマ
グネタイトメッキポリスチレン粒子を得た。得られたマ
グネタイトメッキポリスチレン粒子は、黒色をしてい
た。
実施例3 反応容器にイオン交換水0.9を仕込んだ。これに予
め6μmのポリスチレン粒子(住友化学社製ファインパ
ール300F)10gを分散したイオン交換水100gを投入し、N
2ガスにより脱酸素を行った。充分脱酸素を行った後、
アンモニア水でpH6.9に調整した。この後、容器内の温
度を70℃に加温した。
このものに予め、FeCl210g,NiCl22gを脱酸素イオン交
換水に溶解し、100ccの金属イオン水溶液を作製し、こ
の溶液と脱酸素を行ったイオン交換水1に亜硝酸ナト
リウム20g溶解した溶液を、5cc/minの割合で供給した。
この間pHは一定に維持した。また、酸化・還元電位を−
470mVに、実施例1と同様にして維持した。本溶液にお
いてNiCl2は、第一鉄イオンの酸化・還元電位に影響を
与えなかった。
約20分後、ポリスチレン粒子にNiフェライトがカプセ
ル化されたポリスチレン粒子が生成した。副生Niフェラ
イト粒子は殆ど生じなかった。これを過,水洗してNi
フェライトメッキポリスチレン粒子を得た。得られたNi
フェライトメッキポリスチレン粒子は、茶色をしてい
た。
実施例2及び3のものは、粒子に種々の樹脂材料を選
ぶことにより磁性トナー,磁気型表示材料等に用いられ
たり、化粧用,粉体塗料用,帯電防止用充填材,磁気印
刷材料など用途が広い。
実施例4 反応容器にイオン交換水0.9を仕込んだ。これに予
めガラスカットファイバー(直径15μm,スチレン粒子を
得た。得られたNiフェライトメッキポリスチレン粒子
は、茶色をしていた。
実施例2及び3のものは、粒子に種々の樹脂材料を選
ぶことにより磁性トナー,磁気型表示材料等に用いられ
たり、化粧用,粉体塗料用,帯電防止用充填材,磁気印
刷材料など用途が広い。
実施例4 反応容器にイオン交換水0.9を仕込んだ。これに予
めガラスカットファイバー(直径15μm,長さ3mm:富士フ
ァイバーグラス社製)30gを分散したイオン交換水100g
を投入し、N2ガスにより脱酸素を行った。充分脱酸素を
行った後アンモニア水でpH6.9に調整した。この後、容
器内の温度を70℃に加温した。このものに予め実施例1
と同様にして作製した塩化第一鉄イオン溶液と、脱酸素
を行ったイオン交換水1に亜硝酸ナトリウム20g溶解
した溶液を、5cc/minの割合で供給した。この間pHは一
定に維持した。また、酸化・還元電位を−470mVに実施
例1と同様にして維持した。
更に、飽和磁化量を制御した実施例について説明す
る。
実施例5 反応容器にイオン交換水0.9を仕込んだ。これに予
め粒径6μmのポリスチレン粒子を10g分散させたイオ
ン交換水100gを投入し、N2ガスにより脱酸素を行った。
充分脱酸素を行った後、アンモニア水でpHを8.0に調整
した。容器内の温度は、その間70℃に保持した。
このものに予めFeCl2を脱酸素イオン交換水に溶解
し、30重量%の第一鉄イオン水溶液を作製した溶液を、
10ml/minの割合で供給を開始し、更に脱酸素を行ったイ
オン交換水に亜硝酸ナトリウムを溶解し、15重量%溶液
を1ml/minの割合で供給した。この間pHは一定に維持し
た。また、この溶液における制御酸化・還元電位は−48
0mVの値で一定に維持するよう、第一鉄イオン溶液を供
給した。
30分後、ポリスチレン粒子上にフェライトが生成し
た。副生マグネタイト粒子は殆ど生じなかった。約10分
間のエージングの後、粒子を過により分離・水洗し
た。本法により5回サンプルを作製し、作製された粒子
をVSM振動式磁気測定装置を用いて10Kエルステッドの飽
和磁化量を測定したところ、31,28,26,30,27emu/gの飽
和磁化量を得たが、これらは平均値28.4emu/gで、バラ
ツキも少ない粒子であった。
実施例6 実施例5における、酸化・還元電位を−300mVに変え
た以外は、実施例5と同様にして行った。
得られた結果は、下記の通りである。
サンプル1 25emu/g 2 22 3 23 4 18 5 20 (平均値 21.6) 実施例7 実施例5における、pHと酸化・還元電位を9.5,−500m
Vに変えた以外は、実施例5と同様にして行った。
得られた結果は、下記の通りである。
サンプル1 34emu/g 2 28 3 30 4 36 5 32 (平均値 34.0) 実施例8 実施例5における、pHと酸化・還元電位を9.0,−350m
Vに変えた以外は、実施例5と同様にして行った。
得られた結果は、下記の通りである。
サンプル1 30emu/g 2 27 3 29 4 23 5 28 (平均値 27.4) 実施例9 実施例5における、ポリスチレン粒子をTiO2粒子に変
えた以外は、実施例5と同様にして行った。
得られた5サンプルの平均値は、下記の通りである。
平均値 10.0emu/g 実施例10 実施例6における、ポリスチレン粒子をガラスカット
ファイバーに変えた以外は、実施例6と同様にして行っ
た。
得られた5サンプルの平均値は、下記の通りである。
平均値 23.1emu/g 実施例11 実施例5における、Fe2+の供給割合を30,60ml/minに
変えた以外は、実施例5と同様にして行った。
得られた5サンプルの平均値は、下記の通りである。
実施例12 実施例5における、Fe2+とNO2 -の供給割合をFe2+が60
ml/min、NO2 -が3,5ml/minに変えた以外は、実施例5と
同様にして行った。
得られた5サンプルの平均値は、下記の通りである。
実施例13 実施例15における、pHを開始時にpH7.5にし、終了時
にpH9.5となるように変えた以外は実施例5と同様にし
て行った。
得られた結果は、下記の通りである。
サンプル1 33emu/g 2 32 3 28 4 34 5 33 (平均値 32.0) 比較例1 実施例5における、pHを5.5に変えた以外は実施例5
と同様にして行った。
得られた結果は、下記の通りである。安定なフェライ
ト被覆ができなかった。
サンプル1 フェライト被覆できず 2 10emu/g 3 5 4 フェライト被覆できず 5 15 比較例2 実施例5における、pHを11.5に変えた以外は、実施例
5と同様にして行った。
得られた結果は、下記の通りである。
サンプル1 2emu/g 2 15 3 5 4 6 5 フェライト被覆できず 比較例3 実施例5における、pHと酸化・還元電位をpH6.5,酸化
・還元電位−550mVに変えた以外は、実施例5と同様に
して行った。
副生成物が多くでき、被覆はできなかった。
比較例4 実施例5における、pHを6.5に、酸化・還元電位制御
を行わなかった以外は、実施例5と同様にして行った。
得られた結果は、下記の通り飽和磁化量のバラツキの
大きい被覆であった。
サンプル1 28emu/g 2 10 3 21 4 5 5 18 (平均値 16.4) 実施例5〜13に示したように、pHと酸化・還元電位を
制御することにより、飽和磁化量をコントロールするこ
とが可能になった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明で得られるフェライト被覆を得ること
のできる範囲(網目部分)を示したpH−酸化・還元電位
図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基体上にフェライト被膜を形成する方法に
    おいて (a)水又は水溶液に基体を接触させ、 (b)pH−酸化・還元電位図でA(6,−440mV),B(6,
    −130mV),C(11,−430mV)及びD(11,−740mV)の範
    囲にpHと酸化・還元電位が含まれるように、第一鉄イオ
    ン水溶液,酸化剤溶液及びpH調製剤を添加するフェライ
    ト被覆方法
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