JP2634366C - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は球状マグネタイト粒子粉末の製造方法、詳しくは、従来の電子写真、
静電記録、静電複写機及びレーザープリンター等における鮮明な複写画像や高解
像度の画像を得るために必要な小粒径トナーの製造において必要とされる、低磁
場中での飽和磁束密度(σs)が高く分散性に優れ、トナー中に多量に使用され
ても樹脂との混練状態が良く、分級後のトナーの粒度分布が均一であり、トナー
粒径を小さくすることができるマグネタイト粒子粉末の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
電子写真、静電記録、静電複写機及びレーザープリンター等における鮮明な複
写画像や高解像度の画像を得るために必要な小粒径トナーの製造において、従来
からマグネタイト粒子粉末が使用されているが、一般的には、該マグネタイト粒
子粉末の粒子形状は、立方体形、八面体形及び不定形のため分散性に劣ると言う
欠点を有しており更に、低磁場中での飽和磁束密度(σs)が低いことから上記
マグネタイト粒子粉末は、トナー中に多量に使用されなければならない。このこ
とは、上記小粒径トナーの製造をより困難なものにするだけでなく、上記トナー
中への上記マグネタイト粒子粉末の分散をも困難にするため上記トナー中のマグ
ネタイト含有量は、不均一になってしまう。
【0003】
しかしながら、鮮明な複写画像や高解像度の画像を得るために磁性トナー用に
使用される物質は、小粒径で粒度分布が狭く分散性に優れていることが必要とさ
れるが、従来のマグネタイト粒子粉末の立方状や八面体及び不定型粒子は、その
残留磁化(σr)の値が大きいことも二次凝集を起こし易くする原因と考えられ
、樹脂中への分散が悪くなる原因である。
また、上記磁性トナー中のマグネタイト粒子粉末の含有量が不均一となると粉
砕分級工程で粒度分布が不均一となる。
【0004】
そのため、トナー中の磁気特性の不均一化や粒度分布の乱れが生じ、画像濃度
やカブリの問題、更にトナーの流動性やライフにも悪影響を及ぼすことになる。
そこで、理想的なマグネタイト粒子粉末は、飽和磁束密度(σs)が高く分散
性に優れ、小粒径で球状を呈すものが好ましいと考えられているが、今だにこれ
らの条件を満たす磁性トナー用マグネタイト粒子粉末は提供されていない。
【0005】
従って、本発明の目的は、従来の電子写真、静電記録、静電複写機及びレーザ
ープリンター等における鮮明な複写画像や高解像度の画像を得るために必要な小
粒径トナーの製造において必要とされる、低磁場中での飽和磁束密度(σs)が
高く分散性に優れ、トナー中に多量に使用されても樹脂との混練状態が良く、分
級後のトナーの粒度分布が均一であり、トナー粒径を小さくすることができるマ
グネタイト粒子粉末の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、本発明に使用す
る鉄塩の種類、塩基の種類及びその組み合わせ反応条件により、粒子形状を異に
するマグネタイト粒子粉末が生成すること、即ち、第一鉄塩、アルカリ金属水酸
化物及びアルカリ金属炭酸塩の使用量を調節することにより、反応系のPH値を
調節し且つ反応過程における反応系の増粘傾向を減少させ、酸化反応の時間を短
くすることで、マグネタイト粒子粉末の形状や大きさを調節し得ることを知見し
た。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、平均粒径が0.08〜0.2
μm、比表面積が5〜20m2/gであり、ケイ素(Si)を鉄(Fe)に対し
て0.1〜3.0原子%含有し、且つ低磁場(1K Oe)における飽和磁束密度(
σs)が65emu/g以上であることを特徴とする球状マグネタイト粒子粉末
の製造方法を提供するものである。
【0007】
即ち、本発明は、上記球状マグネタイト粒子粉末の好ましい製造方法として、
アルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属炭酸塩を含み更に、ケイ素(Si)を反
応に加えられる全鉄(Fe)量に対し0.1〜3.0原子%含む混合溶液に、塩
化第一鉄を反応に加えられる全第一鉄塩に対しモル比で0.1〜0.5含み、且
つ塩化第二鉄を上記塩化第一鉄に対しモル比で1.0〜5.0を含む混合溶液を
加え、マグネタイトの種晶を生成させ、次いで、反応に加えられる全第一鉄塩に
対しモル比で0.5〜0.95となる量の塩化第一鉄を含む溶液を加えて反応系
のPH値を9.0〜12.5とし、反応温度を80〜100℃に保持しながら、
酸化性ガスを吹き込み、マグネタイト粒子を生成させ、然る後、濾過、水洗、乾
燥及び粉砕を行うことを特徴とするマグネタイト粒子粉末の製造方法を提供する
ものである。
【0008】
本発明の球状マグネタイト粒子粉末の製造方法において、上記反応系のPH値
は、第一鉄塩、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属炭酸塩それぞれのモル比
によって調節され、該モル比は正確を要する。即ち、反応に加えられる第一鉄
塩、アルカりリ金属水酸化物及びアルカリ金属炭酸塩のモル比をそれぞれ1.0
:0.5〜1.5:1.0〜3.0とし、一次反応に用いられる第一鉄塩及び
第二鉄塩のモル比はそれぞれ1.0:1.0〜5.0で反応中の反応系のPH
値は9.0〜12.5の範囲に保つことが重要でこの時に生成するマグネタイト
粒子粉末の形状は多面体形であるが、これを更に微細化することで該マグネタイ
ト粒子粉末の形状は、球状になる。
【0009】
以下、本発明のマグネタイト粒子粉末の製造方法の好ましい実施態様について
詳述する。
ガス通気管を有する攪拌式酸化反応槽の中に、空気(酸化性ガス)を5〜10
リットル/minの速度で通気しながら、反応に加えられる全第一鉄塩、アルカ
リ金属水酸化物及びアルカリ金属炭酸塩のモル比をそれぞれ1.0:0.8〜1
.1:1.0〜1.5とした混合溶液を加える。
更に、上記反応槽の混合溶液中に、ケイ素(Si)を反応に加えられる全鉄(
Fe)量に対し0.1〜3.0原子%含む様に加え、攪拌しながら該反応槽の温
度を80〜100℃に昇温させる。
【0010】
次に、一次反応として、別に用意した塩化第一鉄を、反応に加えられる全第一
鉄塩に対しモル比で0.1〜0.5含み、且つ塩化第二鉄を上記塩化第一鉄に対
しモル比で1.0〜5.0を含む混合溶液を、定量ポンプを用いて上記反応槽の
中に、5〜10分間程で滴下してコロイド状またはゲル状のマグネタイトの種晶
粒子を生成させる。その後、上記反応槽の内部を空気から窒素へ置換する。
【0011】
この時、一次反応に用いられる上記塩化第一鉄は、最終的に分散性に優れたマ
グネタイト粒子を製造させるために、反応に加えられる全第一鉄塩に対しモル比
で0.1〜0.5とする。該モル比が0.1未満では、生成する上記マグネタイ
トの種晶粒子は、不定形又はツブ状となり、また0.5超では、生成する上記マ
グネタイトの種晶粒子は大きくなり、本発明における目的に適さないものとなる
。
【0012】
上記一次反応における上記第一鉄塩及び上記第二鉄塩のモル比は、それぞれ1
.0:1.0〜5.0であるが、マグネタイトのスピネル構造によるフェライト
組成を考慮すると、1.0:1.5〜3.0とするのが更に好ましい。
【0013】
また、一次反応用の上記混合溶液の滴下時間を5分未満とすると、生成する上
記マグネタイトの種晶粒子はネックレス状で大きく分散性に劣るものとなり、1
0分超とすると、生成する上記マグネタイトの種晶粒子は微細になりすぎてコロ
イド状またはネックレス状となり、いずれも好ましくない。
【0014】
次に、2次反応として、反応に加えられる全第一鉄塩に対しモル比で0.5〜
0.95となる量の塩化第一鉄を含む溶液を上記反応槽の中に加えて反応系のP
H値を9.0〜12.5とし、反応温度を80〜100℃に保持しながら約5〜
10分間程攪拌した後、再び上記反応槽の内部を窒素から酸化性ガスである空気
へ置換して酸化反応を再開し、マグネタイト粒子を生成させる。
然る後、上記マグネタイト粒子を常法により濾過、水洗、乾燥及び粉砕し、最
終生成物であるマグネタイト粒子粉末を得る。
【0015】
この時の上記反応系のPH値は、反応過程における上記反応系の増粘傾向を抑
えるために9.0〜12.5とする。
また、2次反応である酸化反応全体の時間は、2〜3時間とするのが好ましい
。
【0016】
上記酸化反応の速度は、酸化性ガス(空気)の通気速度に依存し、該通気速度
が速く酸化が速すぎると、生成するマグネタイト粒子は極微細な粒子となり、ま
た上記通気速度が遅く酸化が遅すぎると、上記マグネタイト粒子は多面体形状を
有する大きなものとなる。
【0017】
従って、生成するマグネタイト粒子粉末の粒径及び大きさを磁性トナーに適し
たものにするためには、酸化性ガスの上記通気速度は5〜10リットル/min
とするのが好ましい。上記酸化性ガスとしては、空気、酸素等が用いられる。
【0018】
次に、本発明の球状マグネタイト粒子粉末の製造方法において使用される反応
物質について詳述する。
本発明に使用されるアルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属炭酸塩としては、
例えば苛性ソーダ及び炭酸ソーダを挙げることができるが、特にこれらに限定さ
れるものではない。また、上記アルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属炭酸塩そ
れぞれの溶液の濃度は、通常のマグネタイト粒子粉末の製造方法において使用さ
れる濃度と同一で、0.5〜1.5mol/リットルである。
【0019】
本発明に使用されるケイ(Si)素は、ケイ素(Si)化合物の形で用いられ
、例えばNa2SiO3、Na2SiO5等のケイ酸塩、Si(OH)4等の水酸化
物及びSiO2等の酸化物等を挙げることがでるが、特にこれらに限定されるも
のではない。
【0020】
また、使用されるケイ素(Si)が、反応に加えられる全鉄(Fe)量に対し
、0.1原子%未満では、最終生成物であるマグネタイト粒子粉末の形状は大き
くなり、また3.0原子%超では、上記マグネタイト粒子粉末の形状が乱れてし
まう。
【0021】
上述の本発明の球状マグネタイト粒子粉末の製造方法によれば、平均粒径が0
.08〜0.2μm、比表面積が5〜20m2/gであり、ケイ素(Si)を鉄
(Fe)に対して0.1〜3.0原子%含有し、且つ低磁場(1K Oe)における
飽和磁束密度(σs)が65emu/g以上である球状マグネタイト粒子粉末が
得られる。
本発明の製造方法により得られるマグネタイト粒子粉末は、ケイ素(Si)が
マグネタイト粒子粉末の内部及び表面上にあるため、分散性に優れ、樹脂キャリ
ア等へ利用することも可能である。
【0022】
また、上記マグネタイト粒子粉末は、低磁場(1K Oe)における飽和磁束密度
(σs)が65emu/g以上であり、そのため、トナー中の上記マグネタイト
粒子粉末の含有量が通常のマグネタイト粒子粉末より少なくても、従来の飽和磁
束密度(σs)を維持することができる。
【0023】
本発明の製造方法により得られたマグネタイト粒子粉末の樹脂中への分散性の
評価は下記の方法により行った。
即ち、常法により2本加圧式熱ローラーでマグネタイト粒子粉末の溶融混練を
行い、ジェットミル式粉砕機及び分級機を用いて、平均粒径10μmを有する磁
性トナーを得た後、この磁性トナーについて、市販の一成分系複写の現像液ボッ
クスを改良したものを用い、次のブラシ飛散法により該磁性トナーの磁気分布を
測定した。
【0024】
ブラシ飛散法とは、マグローラの回転数を可変式に改良し、磁性トナーの仕込
み量を一定化させた場合、回転数を速くすることで、磁力の弱いトナー(磁性材
の含有量が少ないトナー)は遠心力で飛ばされ、その飛ばされた量とそのトナー
の磁気を測定することによりトナー中のマグネタイトの分散性を計測する方法で
ある。
つまり、上記ブラシ飛散法は、樹脂中へのマグネタイト粒子粉末の分散が悪い
場合、個々のトナーの磁力が異なるため、磁力の弱いトナーが早く飛ばされるこ
とを利用した計測方法である。
【0025】
上記計測方法を用いて、本発明の製造方法により得られたマグネタイト粒子粉
末の樹脂中への分散性を評価した結果、このマグネタイト粒子粉末は、微細な粒
子形状を呈していながらも、その粒度分布は均一であり、粒子形状も球状を呈し
ており且つ、ケイ素(Si)を内部及び表面上に保有しているため分散性に優れ
、小粒径トナーに必要な条件である樹脂との混練状態が良く磁気特性も均一であ
った。そのため、製造されたトナー1個当たりのマグネタイト粒子粉末の含有量
が均一化しているので、コピーの画質及び解像度を向上させ、カブリやトナー飛
散の恐れもなく鮮明な複写画像が得られた。
【0026】
【実施例】
以下、本発明の球状マグネタイト粒子粉末の製造方法を、実施例及び比較例を
挙げて更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚
、下記実施例1〜4及び比較例1〜4で用いた物質のそれぞれの反応量を〔表1
〕に示す。
【0027】
<実施例1>
ガス通気管を有する内容積50リットルの攪拌式酸化反応槽の中に、空気を1
0リットル/minの速度で通気させながら固形の苛性ソーダ0.64Kg及び
炭酸ソーダ2.544Kgを水22.5リットルに溶解し、更にケイ素(Si)
化合物60gを溶解し攪拌しながら反応槽の温度を90〜100℃に昇温させた
。
次に一次反応として、別に用意した濃度425g/リットルの種晶用塩化第一
鉄溶液717mlび濃度510g/リットルの塩化第二鉄溶液1304mlを含
む混合溶液に水を混合し、全量を2.5リットルとした混合溶液を、定量ポンプ
を用いて上記反応槽の中に約7分間程で滴下してコロイド状またはゲル状のマグ
ネタイトの種晶粒子を生成させた後、上記反応槽の内部を空気から窒素へ置換し
た。
次に2次反応として、濃度425g/リットルの塩化第一鉄溶液4046ml
に水を混合し、全量を15リットルとした塩化第一鉄溶液を、上記反応槽の中に
加えてPH値を9.0〜12.5とし、反応温度を80〜100℃に保持しなが
ら約5分間程攪拌した。その後、上記反応槽の内部に空気を10リットル/mi
nの速度で通気し、上記反応槽の内部を窒素から空気へ置換して酸化反応を再開
し、マグネタイト粒子を生成した。この際の2次反応全体の時間を、約2.5時
間程度とした。
【0028】
然る後、上記方法で製造したマグネタイト粒子粉末を常法により濾過、水洗、
乾燥及び粉砕し、ブラシ飛散法を用いて生成したマグネタイト粒子粉末の樹脂中
への分散性を評価した。その結果を〔表2〕に示し、また上記マグネタイト粒子
粉末の粒子構造を図1に示す。
表2の結果から明らかな様に、上記マグネタイト粒子粉末は、平均粒径が0.
16μm、比表面積が11.1m2/gであり、ケイ素(Si)を鉄(Fe)に
対して2.4原子%含有し、且つ低磁場(1K Oe)における飽和磁束密度(σs
)が70.1emu/gであった。また、図1の結果から明らかな様に、上記マ
グネタイト粒子粉末の形状は、球形を呈していた。
【0029】
<実施例2〜4>
ケイ素(Si)化合物の添加量を変えた以外は、それぞれ実施例1と同様の反
応条件で反応させ、微細化することにより球形を呈したマグネタイト粒子粉末を
製造し、実施例1と同様にして上記マグネタイト粒子粉末の樹脂中への分散性を
評価した。その結果を〔表2〕に示す。
表2の結果から明らかな様に、それぞれの実施例において製造されたマグネタ
イト粒子粉末は、どれも平均粒径が0.08〜0.2μmと小さく球形を呈し、
比表面積が5〜20m2/gであり、且つ低磁場(1K Oe)における飽和磁束密度
(σs)が65emu/g以上であった。
【0030】
<比較例1>
塩化第一鉄溶液及び塩化第二鉄溶液を含む混合溶液の滴下を省略し、2次反応
として濃度425g/リットルの塩化第一鉄溶液4760mlに水を混合し、全
量を15リットルとした塩化第一鉄溶液を、反応槽の中に加えた以外は、実施例
1と同様の反応条件で反応させ、マグネタイト粒子粉末を製造し、実施例1と同
様にして上記マグネタイト粒子粉末の樹脂中への分散性を評価した。その結果を
〔表2〕に示し、上記マグネタイト粒子粉末の粒子構造を図2に示す。
表2の結果から明らかな様に、上記マグネタイト粒子粉末は、低磁場(1K Oe
)における飽和磁束密度(σs)が62.3emu/gと低かった。また、図2
の結果から明らかな様に、上記マグネタイト粒子粉末の形状は、八面体形を呈し
ていた。
【0031】
<比較例2>
炭酸ソーダの添加を省略した以外は実施例1と同様の反応条件で反応させ、マ
グネタイト粒子粉末を製造し、実施例1と同様にして上記マグネタイト粒子粉末
の樹脂中への分散性を評価した。その結果を〔表2〕に示す。
表2の結果から明らかな様に、上記マグネタイト粒子粉末は、平均粒径が0.
11〜0.3μmであり粒度分布が不均一で、低磁場(1K Oe)における飽和磁
束密度(σs)も61.8emu/gと低かった。また、上記マグネタイト粒子
粉末の形状は、不定形を呈していた。
【0032】
<比較例3>
炭酸ソーダの添加及び2次反応の際の反応槽の内部の空気から窒素への置換を
省略し、2次反応として濃度425g/リットルの塩化第一鉄溶液4760ml
に水を混合し、全量を15リットルとした塩化第一鉄溶液を、上記反応槽の中に
加えた以外は、実施例1と同様の反応条件で反応させマグネタイト粒子粉末を製
造し、実施例1と同様にして上記マグネタイト粒子粉末の樹脂中への分散性を評
価した。その結果を〔表2〕に示す。
表2の結果から明らかな様に、上記マグネタイト粒子粉末は、平均粒径が0.
10〜0.3μmであり粒度分布が不均一で、低磁場(1K Oe)における飽和磁
束密度(σs)も60.6emu/gと低かった。また、上記マグネタイト粒子
粉末の形状は、八面体を呈しており更に、形状が針状を呈するものも生成してい
た。
【0033】
<比較例4>
ケイ素(Si)化合物の添加を省略した以外は、実施例1と同様の反応条件で
反応させマグネタイト粒子粉末を製造し、実施例1と同様にして上記マグネタイ
ト粒子粉末の樹脂中への分散性を評価した。その結果を〔表2〕に示す。
表2の結果から明らかな様に、上記マグネタイト粒子粉末は、平均粒径が0.
10〜0.3μmであり粒度分布が不均一で、低磁場(1K Oe)における飽和磁
束密度(σs)も50.8emu/gと低かった。また、上記マグネタイトは、
形状が八面体を呈していた。
【0034】
【表1】
【表2】
【0035】
【発明の効果】
【0036】
本発明の製造方法により得られる球状マグネタイト粒子粉末は、電子写真、静
電記録、静電複写機及びレーザープリンター等における鮮明な複写画像や高解像
度の画像を得るために必要な小粒径トナーの製造において必要とされる、低磁場
中での飽和磁束密度(σs)が高く分散性に優れ、トナー中に多量に使用されて
も樹脂との混練状態が良く、分級後のトナーの粒度分布が均一であり、トナー粒
径を小さくすることができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing spherical magnetite particles,
The saturation magnetic flux density (σs) in a low magnetic field, which is required in the production of a small particle size toner required for obtaining a clear copied image or a high-resolution image in an electrostatic recording, an electrostatic copying machine, a laser printer, or the like. ) Is excellent in dispersibility, is well kneaded with the resin even when used in a large amount in the toner, has a uniform particle size distribution of the classified toner, and can reduce the toner particle size. It relates to a manufacturing method. 2. Description of the Related Art A small particle size required for obtaining a clear copied image or a high-resolution image in an electrophotography, an electrostatic recording, an electrostatic copying machine, a laser printer or the like. In the production of toner, magnetite particle powder has been conventionally used, but generally, the particle shape of the magnetite particle powder is disadvantageous in that it has poor dispersibility due to cubic shape, octahedral shape, and irregular shape. In addition, the magnetite particle powder must be used in a large amount in toner because of its low saturation magnetic flux density (σs) in a low magnetic field. This not only makes the production of the small particle size toner more difficult, but also makes the dispersion of the magnetite particle powder in the toner difficult, so that the magnetite content in the toner is uneven. Become. However, a substance used for a magnetic toner in order to obtain a clear copy image or a high-resolution image needs to have a small particle size, a narrow particle size distribution, and excellent dispersibility. The cubic, octahedral, and irregular particles of conventional magnetite particles are considered to have a large remanent magnetization (σr) value, which is likely to cause secondary agglomeration and cause poor dispersion in the resin. It is. Further, if the content of the magnetite particles in the magnetic toner becomes non-uniform, the particle size distribution becomes non-uniform in the pulverizing and classifying step. [0004] Therefore, the magnetic properties in the toner become non-uniform and the particle size distribution is disturbed, which causes problems such as image density and fog, and also adversely affects the fluidity and life of the toner. Therefore, it is considered that an ideal magnetite particle powder having a high saturation magnetic flux density (σs), excellent dispersibility, and a small particle size and a spherical shape is preferable. No magnetite particle powder is provided. Accordingly, an object of the present invention is to produce a small particle size toner necessary for obtaining a clear copied image or a high-resolution image in a conventional electrophotography, electrostatic recording, electrostatic copying machine, laser printer, or the like. High saturation magnetic flux density (σs) in a low magnetic field, excellent in dispersibility, good kneading with resin even when used in a large amount in toner, and uniform particle size distribution of toner after classification It is another object of the present invention to provide a method for producing magnetite particle powder that can reduce the toner particle size. Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, the type of iron salt used in the present invention, the type of base, and the reaction conditions for the combination thereof have been determined. The magnetite particle powder having a different particle shape is produced, that is, by adjusting the amount of ferrous salt, alkali metal hydroxide and alkali metal carbonate to adjust the PH value of the reaction system, and It has been found that the shape and size of the magnetite particle powder can be adjusted by reducing the tendency of the reaction system to thicken in the reaction process and shortening the oxidation reaction time. The present invention has been made based on the above findings, and has an average particle size of 0.08 to 0.2.
μm, a specific surface area of 5 to 20 m 2 / g, containing silicon (Si) in an amount of 0.1 to 3.0 atomic% with respect to iron (Fe), and a saturation magnetic flux density (1 K Oe) in a low magnetic field (1 K Oe).
s) is 65 emu / g or more, and a method for producing spherical magnetite particle powder. That is, the present invention provides a preferred method for producing the spherical magnetite particle powder,
Ferrous chloride is added to a mixed solution containing an alkali metal hydroxide and an alkali metal carbonate and further containing 0.1 to 3.0 atomic% of silicon (Si) based on the total iron (Fe) added to the reaction. A mixed solution containing a molar ratio of 0.1 to 0.5 with respect to all ferrous salts added to the reaction and containing a ferric chloride with a molar ratio of 1.0 to 5.0 with respect to the ferrous chloride. To form a magnetite seed crystal, and then add a solution containing ferrous chloride in a molar ratio of 0.5 to 0.95 with respect to all ferrous salts added to the reaction to form a reaction system. PH of 9.0 to 12.5, and while maintaining the reaction temperature at 80 to 100 ° C,
An object of the present invention is to provide a method for producing magnetite particle powder, which comprises blowing an oxidizing gas to generate magnetite particles, and thereafter performing filtration, washing, drying, and pulverization. In the method for producing a spherical magnetite particle powder of the present invention, the PH value of the reaction system is adjusted by the molar ratio of each of ferrous salt, alkali metal hydroxide and alkali metal carbonate, and the molar ratio is Needs accuracy. That is, the molar ratio of the ferrous salt, alkali metal hydroxide and alkali metal carbonate added to the reaction was 1.0
: 0.5 to 1.5: 1.0 to 3.0, and the molar ratio of ferrous salt and ferric salt used in the primary reaction is 1.0: 1.0 to 5.0, respectively. PH of reaction system inside
It is important to keep the value in the range of 9.0 to 12.5, and the shape of the magnetite particle powder generated at this time is a polyhedral shape. By further refining the shape, the shape of the magnetite particle powder becomes spherical. become. Hereinafter, preferred embodiments of the method for producing magnetite particle powder of the present invention will be described in detail. Air (oxidizing gas) is introduced into a stirring type oxidation reaction tank having a gas vent tube by 5 to 10%.
While aerating at a rate of 1 liter / min, the molar ratio of all ferrous salts, alkali metal hydroxides and alkali metal carbonates added to the reaction was 1.0: 0.8 to 1 respectively.
. 1: A mixed solution of 1.0 to 1.5 is added. Furthermore, in the mixed solution of the above-mentioned reaction tank, silicon (Si) is added to the reaction by all iron (
Fe) is added so as to contain 0.1 to 3.0 atomic% based on the amount of Fe), and the temperature of the reaction vessel is raised to 80 to 100 ° C. while stirring. [0010] Next, as a primary reaction, ferrous chloride prepared separately is contained in a molar ratio of 0.1 to 0.5 with respect to all ferrous salts added to the reaction, and ferric chloride is added to the above-mentioned chloride. A mixed solution containing a molar ratio of 1.0 to 5.0 with respect to ferrous iron was dropped into the above-mentioned reaction tank for about 5 to 10 minutes by using a metering pump, so that colloidal or gel-like magnetite was formed. Generate seed particles. Thereafter, the inside of the reaction tank is replaced with nitrogen from air. At this time, the ferrous chloride used in the primary reaction has a molar ratio of 0.1 to the total ferrous salt added to the reaction in order to finally produce magnetite particles having excellent dispersibility. 1 to 0.5. When the molar ratio is less than 0.1, the formed magnetite seed particles are irregular or lumpy, and when the molar ratio is more than 0.5, the generated magnetite seed particles are large. It is not suitable for The molar ratio of the ferrous salt and the ferric salt in the primary reaction is 1
. 0: 1.0 to 5.0, but more preferably 1.0: 1.5 to 3.0 in consideration of the ferrite composition due to the spinel structure of magnetite. Further, if the drop time of the mixed solution for the primary reaction is less than 5 minutes, the generated magnetite seed crystal particles are necklace-shaped and have poor dispersibility.
If the time is longer than 0 minutes, the generated magnetite seed crystal particles become too fine and become colloidal or necklace-like, and both are not preferred. [0014] Next, as a secondary reaction, a molar ratio of 0.5 to 0.5 with respect to all ferrous salts added to the reaction.
A solution containing ferrous chloride in an amount of 0.95 was added to the above reaction vessel, and the P of the reaction system was added.
The H value is set to 9.0 to 12.5, and the reaction temperature is maintained at 80 to 100 ° C. for about 5 to
After stirring for about 10 minutes, the inside of the reaction tank is replaced again with nitrogen as air, which is an oxidizing gas, and the oxidation reaction is restarted to generate magnetite particles. Thereafter, the magnetite particles are filtered, washed with water, dried and pulverized by a conventional method to obtain a magnetite particle powder as a final product. At this time, the PH value of the reaction system is set to 9.0 to 12.5 in order to suppress the tendency of the reaction system to thicken in a reaction process. Further, the time of the whole oxidation reaction as the secondary reaction is preferably set to 2 to 3 hours. The rate of the oxidation reaction depends on the rate of air flow of the oxidizing gas (air). If the air flow rate is too high and the oxidation is too fast, the generated magnetite particles will be extremely fine particles, and the air flow rate will be reduced. If the oxidation is too slow, the magnetite particles will be large with a polyhedral shape. Therefore, in order to make the particle size and size of the generated magnetite particles suitable for the magnetic toner, the oxidizing gas is passed at a rate of 5 to 10 l / min.
It is preferred that Air, oxygen, or the like is used as the oxidizing gas. Next, the reactants used in the method for producing the spherical magnetite particle powder of the present invention will be described in detail. As the alkali metal hydroxide and alkali metal carbonate used in the present invention,
Examples include caustic soda and sodium carbonate, but are not particularly limited thereto. The concentration of each solution of the alkali metal hydroxide and the alkali metal carbonate is the same as that used in a usual method for producing magnetite particle powder, and is 0.5 to 1.5 mol / liter. The silicon (Si) element used in the present invention is used in the form of a silicon (Si) compound, for example, a silicate such as Na 2 SiO 3 or Na 2 SiO 5, or a silicate such as Si (OH) 4 . Examples include hydroxides and oxides such as SiO 2, but are not particularly limited thereto. If the silicon (Si) used is less than 0.1 atomic% with respect to the total iron (Fe) added to the reaction, the shape of the magnetite particle powder as the final product becomes large, If it exceeds 3.0 atomic%, the shape of the magnetite particle powder will be disturbed. According to the method for producing spherical magnetite particle powder of the present invention described above, the average particle size is 0%.
. 08 to 0.2 μm, specific surface area of 5 to 20 m 2 / g, containing silicon (Si) in an amount of 0.1 to 3.0 atomic% with respect to iron (Fe), and in a low magnetic field (1 K Oe). A spherical magnetite particle powder having a saturation magnetic flux density (σs) of 65 emu / g or more is obtained. The magnetite particle powder obtained by the production method of the present invention has excellent dispersibility since silicon (Si) is present inside and on the surface of the magnetite particle powder, and can be used as a resin carrier or the like. Further, the magnetite particle powder has a saturation magnetic flux density (σs) of 65 emu / g or more in a low magnetic field (1 K Oe). Therefore, the content of the magnetite particle powder in the toner is reduced to a normal magnetite particle powder. Even if it is less, the conventional saturation magnetic flux density (σs) can be maintained. The evaluation of the dispersibility of the magnetite particle powder obtained by the production method of the present invention in a resin was performed by the following method. That is, the magnetite particle powder is melt-kneaded with a two-pressure heating roller by a conventional method, and a magnetic toner having an average particle size of 10 μm is obtained using a jet mill type pulverizer and a classifier. The magnetic distribution of the magnetic toner was measured by the following brush scattering method using an improved developer box for commercially available one-component copying. The brush scattering method refers to a method in which the number of rotations of a mag roller is variably improved and the amount of magnetic toner charged is kept constant. By increasing the number of rotations, toner having a weak magnetic force (content of a magnetic material) Is a method of measuring the dispersibility of magnetite in the toner by measuring the amount of the toner and the magnetism of the toner. In other words, the brush scattering method is a measurement method using the fact that when the dispersion of the magnetite particle powder in the resin is poor, the magnetic force of each toner is different, so that the toner having a weak magnetic force is quickly blown. As a result of evaluating the dispersibility of the magnetite particle powder obtained by the production method of the present invention in a resin using the above measurement method, this magnetite particle powder has a fine particle shape, The particle size distribution is uniform, the particle shape is spherical, and silicon (Si) is retained inside and on the surface, so that it has excellent dispersibility and is a necessary condition for a small particle size toner. And the magnetic properties were uniform. Therefore, since the content of the magnetite particle powder per manufactured toner is uniform, the image quality and resolution of the copy are improved, and a clear copy image is obtained without fear of fogging or toner scattering. EXAMPLES Hereinafter, the method for producing the spherical magnetite particle powder of the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. The reaction amounts of the substances used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 below are shown in Table 1 below.
]. <Example 1> [0027] Into a 50-liter internal stirring type oxidation reaction tank having a gas ventilation tube, 1 air was introduced.
While aerating at a rate of 0 liter / min, 0.64 kg of solid caustic soda and 2.544 kg of sodium carbonate were dissolved in 22.5 liters of water, and silicon (Si) was further added.
60 g of the compound was dissolved and the temperature of the reaction vessel was raised to 90 to 100 ° C. while stirring. Next, as a primary reaction, water was mixed with a separately prepared mixed solution containing 717 g of a ferrous chloride solution for seed crystals having a concentration of 425 g / l and 1304 ml of a ferric chloride solution having a concentration of 510 g / l, and the total amount was 2.5 g. A liter of the mixed solution was dropped into the reactor using a metering pump in about 7 minutes to generate colloidal or gel-like magnetite seed crystal particles. Was replaced with nitrogen. Next, as a secondary reaction, 4046 ml of a ferrous chloride solution having a concentration of 425 g / liter.
, And a ferrous chloride solution having a total volume of 15 liters was added to the reaction vessel to adjust the pH value to 9.0 to 12.5, while maintaining the reaction temperature at 80 to 100 ° C. Stir for about 5 minutes. Then, 10 liters / mi of air was introduced into the reactor.
Air was passed at a rate of n, and the inside of the reaction tank was replaced with nitrogen to air to restart the oxidation reaction, thereby producing magnetite particles. The time for the entire secondary reaction at this time was about 2.5 hours. After that, the magnetite particle powder produced by the above-mentioned method is filtered, washed with water by a conventional method,
Drying and pulverization were performed, and the dispersibility of the magnetite particle powder generated by a brush scattering method in a resin was evaluated. The results are shown in Table 2 and the particle structure of the magnetite particles is shown in FIG. As is clear from the results in Table 2, the magnetite particle powder has an average particle size of 0.1.
16 μm, a specific surface area of 11.1 m 2 / g, containing 2.4 atomic% of silicon (Si) with respect to iron (Fe), and a saturation magnetic flux density (σs) in a low magnetic field (1 K Oe).
) Was 70.1 emu / g. Further, as is apparent from the results of FIG. 1, the shape of the magnetite particle powder was spherical. <Examples 2 to 4> Except that the addition amount of the silicon (Si) compound was changed, the reaction was performed under the same reaction conditions as in Example 1, and the magnetite particle powder having a spherical shape was obtained by miniaturization. It was manufactured, and the dispersibility of the magnetite particle powder in the resin was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in [Table 2]. As is evident from the results in Table 2, the magnetite particle powders produced in the respective examples all have a small spherical shape with an average particle size of 0.08 to 0.2 μm,
The specific surface area was 5 to 20 m 2 / g, and the saturation magnetic flux density (σs) in a low magnetic field (1 K Oe) was 65 emu / g or more. <Comparative Example 1> Dropping of a mixed solution containing a ferrous chloride solution and a ferric chloride solution was omitted, and water was mixed with 4760 ml of a ferrous chloride solution having a concentration of 425 g / liter as a secondary reaction. A magnetite particle powder was produced by reacting under the same reaction conditions as in Example 1 except that a ferrous chloride solution having a total volume of 15 liters was added into the reaction tank, and a magnetite particle powder was produced in the same manner as in Example 1. The dispersibility of the magnetite particle powder in the resin was evaluated. The results are shown in Table 2 and the particle structure of the magnetite particles is shown in FIG. As is evident from the results in Table 2, the magnetite particle powder has a low magnetic field (1 K Oe).
)) Was as low as 62.3 emu / g. As is clear from the results shown in FIG. 2, the shape of the magnetite particles was octahedral. Comparative Example 2 A magnetite particle powder was produced by reacting under the same reaction conditions as in Example 1 except that the addition of sodium carbonate was omitted, and the same procedure as in Example 1 was carried out. Was evaluated for dispersibility. The results are shown in [Table 2]. As is clear from the results in Table 2, the magnetite particle powder has an average particle size of 0.1.
The particle size distribution was 11 to 0.3 μm, the particle size distribution was non-uniform, and the saturation magnetic flux density (σs) in a low magnetic field (1 K Oe) was as low as 61.8 emu / g. In addition, the shape of the magnetite particle powder was irregular. <Comparative Example 3> Addition of sodium carbonate and replacement of the air inside the reaction tank with nitrogen during the secondary reaction were omitted, and 4760 ml of a ferrous chloride solution having a concentration of 425 g / liter was used as the secondary reaction.
The magnetite particles were produced by reacting under the same reaction conditions as in Example 1 except that a ferrous chloride solution having a total volume of 15 liters was added to the above-mentioned reaction vessel. In the same manner as in Example 1, the dispersibility of the magnetite particle powder in the resin was evaluated. The results are shown in [Table 2]. As is clear from the results in Table 2, the magnetite particle powder has an average particle size of 0.1.
The particle size distribution was 10 to 0.3 μm, the particle size distribution was uneven, and the saturation magnetic flux density (σs) in a low magnetic field (1 K Oe) was as low as 60.6 emu / g. Further, the shape of the magnetite particle powder was octahedral, and some of the magnetite particles had a needle shape. Comparative Example 4 A magnetite particle powder was produced by reacting under the same reaction conditions as in Example 1 except that the addition of the silicon (Si) compound was omitted, and the magnetite particle powder was produced in the same manner as in Example 1. Was evaluated for dispersibility in a resin. The results are shown in [Table 2]. As is clear from the results in Table 2, the magnetite particle powder has an average particle size of 0.1.
The particle size distribution was 10 to 0.3 μm, the particle size distribution was nonuniform, and the saturation magnetic flux density (σs) in a low magnetic field (1 K Oe) was as low as 50.8 emu / g. In addition, the magnetite is
The shape was octahedral. [Table 1] [Table 2] The spherical magnetite particle powder obtained by the production method of the present invention can be used as a clear copy image or a high-resolution image in electrophotography, electrostatic recording, an electrostatic copying machine, a laser printer, or the like. High saturation magnetic flux density (σs) in a low magnetic field, excellent in dispersibility, and kneaded with resin even when used in a large amount in toner The particle size distribution of the classified toner is uniform, and the particle size of the toner can be reduced.
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、本発明の実施例1において製造されたマグネタイト粒子粉末の粒子構
造を示す電子顕微鏡写真である。
【図2】
図2は、比較例1において製造されたマグネタイト粒子粉末の粒子構造を示す
電子顕微鏡写真である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an electron micrograph showing a particle structure of a magnetite particle powder produced in Example 1 of the present invention. FIG. 2 is an electron micrograph showing the particle structure of the magnetite particle powder produced in Comparative Example 1.
Claims (1)
gであり、ケイ素(Si)を鉄(Fe)に対して0.1〜3.0原子%含有し、
且つ低磁場(1K Oe)における飽和磁束密度(σs)が65emu/g以上である
球状マグネタイト粒子粉末の製造方法であって、アルカリ金属水酸化物及びアル
カリ金属炭酸塩を含み更に、ケイ素(Si)を反応に加えられる全鉄(Fe)量
に対し0.1〜3.0原子%含む混合溶液に、塩化第一鉄を反応に加えられる全
第一鉄塩に対しモル比で0.1〜0.5含み、且つ塩化第二鉄を上記塩化第一鉄
に対しモル比で1.0〜5.0を含む混合溶液を加え、マグネタイトの種晶を生
成させ、次いで、反応に加えられる全第一鉄塩に対しモル比で0.5〜0.95
となる量の塩化第一鉄を含む溶液を加えて反応系のPH値を9.0〜12.5と
し、反応温度を80〜100℃に保持しながら、酸化性ガスを吹き込み、マグネ
タイト粒子を生成させ、然る後、濾過、水洗、乾燥及び粉砕を行うことを特徴と
するマグネタイト粒子粉末の製造方法。Claims: 1. An average particle size of 0.08 to 0.2 μm and a specific surface area of 5 to 20 m 2 /
g, containing 0.1 to 3.0 atomic% of silicon (Si) with respect to iron (Fe),
A method for producing a spherical magnetite particle powder having a saturation magnetic flux density (σs) of 65 emu / g or more in a low magnetic field (1 K Oe), comprising an alkali metal hydroxide and an alkali metal carbonate, and further comprising silicon (Si) In a mixed solution containing 0.1 to 3.0 atomic% with respect to the total amount of iron (Fe) added to the reaction, and ferrous chloride in a molar ratio of 0.1 to 3.0 with respect to the total ferrous salt added to the reaction. 0.5 and a mixed solution containing ferric chloride in a molar ratio of 1.0 to 5.0 with respect to the ferrous chloride to form a magnetite seed crystal. 0.5 to 0.95 in molar ratio to ferrous salt
The pH value of the reaction system is adjusted to 9.0 to 12.5 by adding a solution containing ferrous chloride in an amount of A method for producing magnetite particle powder, which comprises producing, followed by filtration, washing, drying and grinding.
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