JP2704521B2 - 板状マグネタイト粒子粉末及びその製造法 - Google Patents

板状マグネタイト粒子粉末及びその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、平均径が0.5〜2.0μmであって比表面積が
1.5〜6.0m2/gである無孔且つ無焼結の板状マグネタイト
粒子からなる板状マグネタイト粒子粉末及びその製造法
に関するものである。
本発明に係る板状マグネタイト粒子粉末の主な用途
は、電磁波吸収材用、シールド材用材料粉末等である。
〔従来の技術〕
マグネタイト粒子粉末は、電磁波吸収材用、シールド
材用材料粉末として使用されている。
この事実は、例えば、特開昭54−110496号公報の「マ
グネタイト(Fe3O4)の電波吸収特性を従来の複合フェ
ライトとの比較において解明し、5〜10GHzのマイクロ
波領域においては複合フェライトよりも薄型化が可能で
あり、施工性が改良され、電波吸収量も優れている‥
‥。」なる記載の通りである。電磁波吸収、シールド
は、マグネタイト粒子粉末をビヒクル中に分散混合させ
て得られた塗料を電波を反射する建築物、船舶、航空機
等や電磁波発生源である機器等に塗布することにより行
われている。
電磁波吸収用、シールド材用材料粉末としてのマグネ
タイト粒子粉末は、板状粒子であって、且つ、ビークル
中での分散性が優れた粒子であり、しかも、粒度の大き
な、殊に0.5μm以上の粒子であることが要求されてい
る。
即ち、粒子の形態について言えば、例えば、特開昭61
−77626号公報の「板状フェライト粒子は、通常のフェ
ライト粒子では実現できない低周波領域での電波吸収材
料および電磁シールド材として優れた特性を示す。」な
る記載及び例えば、特開昭55−104923号公報の「‥‥被
覆材料中に個々の粒子の極めて顕著な平行配向が生ず
る。従って、‥‥著しく高い充填密度を持つことが可能
であり、その結果例えば腐食防止効果が増大し、電磁気
干渉場に対する遮蔽が効果的となり、そして導電性が高
くなる。」、「‥‥マグネタイトまたはマグネマイトの
構造を有する六角薄片形(板状)酸化鉄に対する他の用
途がある。‥‥個々の粒子の極めて顕著な平行配向(配
向性)が生ずる。従って、‥‥著しく高い充填密度を持
つことが可能であり‥‥」なる記載の通り、板状形態を
呈した粒子であることが必要である。
次に、粒子の大きさについて言えば、前出特開昭61−
77626号公報の「‥‥粒子の平均長径dは、0.5μm以上
‥‥である。」なる記載の通りである。
従来、板状マグネタイト粒子粉末の製造法としては、
例えば、水酸化第二鉄又はゲータイトを含むアルカリ性
懸濁液をオートクレーブを用いて水熱処理することによ
り水溶液中から板状へマタイト粒子を生成させ、該板状
へマタイト粒子を還元性ガス中で加熱還元する方法及び
水酸化第一鉄を含むアルカリ性懸濁液を強酸化剤で急激
に酸化することにより、又は、特定の添加剤の存在下で
第二鉄塩とアルカリとを水性媒体中で反応させて水酸化
第二鉄を生成させ、該水酸化第二鉄を水熱処理すること
により水溶液中から板状ゲータイト粒子を生成させ、該
板状ゲータイト粒子を加熱脱水後、還元性ガス中で加熱
還元する方法が知られている。
前者の方法に属するものとしては、例えば、前出特開
昭51−28700号公報記載の方法、前出特開昭55−104923
号公報に記載の方法があり、後者の方法に属するものと
しては、例えば、前出特開昭61−266311号公報、前出特
開昭55−104923号公報に記載の方法がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
分散性が優れ、且つ、粒度の大きな、殊に、0.5μm
以上の板状マグネタイト粒子粉末は現在最も要求されて
いるところであるが、上述した通りの公知方法による場
合には、水溶液から生成した板状粒子を還元性ガス中で
加熱還元することが必要である為、粒子及び粒子相互間
の焼結が生起し、その結果、ビヒクル中又は樹脂中への
分散が困難となり、充填密度が低下し、配向性が劣化す
るという欠点がある。
また、公知方法のうち後者の方法による場合には、板
状ゲータイト粒子の加熱時にゲータイト結晶粒子中の水
分が脱水される為、得られる板状マグネタイト粒子の粒
子表面、粒子内部には多数の空孔が存在することにな
る。このような多孔性の板状マグネタイト粒子粉末をビ
ヒクル中又は樹脂中に分散させた場合、表面磁極の生じ
ている部分に他の微細粒子の吸引が起こり、その結果、
多数の粒子が集合してかなりの大きさをもつ凝集塊が生
じ、この為、分散が困難となって充填密度が低下し、配
向性が劣化する。
本発明者は、上述した従来技術に鑑み、水溶液中から
直接版状マグネタイト粒子粉末を生成させることによ
り、無孔且つ無焼結の板状マグネタイト粒子粉末を得る
方法を既に開発している(特願昭62−34141号、特願昭6
2−332467号)。しかしながら、この方法によっては、
粒度の大きな、殊に、0.5μm以上の板状マグネタイト
粒子粉末を得ることができなかったのである。
そこで、粒度の大きな、殊に、0.5μm以上の板状マ
グネタイト粒子を水溶液中から直接生成させる方法が強
く要求されているのである。
〔問題を解決する為の手段〕
本発明者は、粒度の大きな、殊に、0.5μm以上の板
状マグネタイト粒子を水溶液中から直接生成させる方法
について種々検討を重ねた結果、本発明に到達したので
ある。
即ち、本発明は、平均径が0.5〜2.0μmであって比表
面積が1.5〜6.0m2/gである無孔且つ無焼結の板状マグネ
タイト粒子からなる板状マグネタイト粒子粉末及び含水
酸化第二鉄粒子と水酸化第一鉄とを含むアルカリ性懸濁
液を硫酸根の存在下、200〜300℃の温度範囲で水熱処理
することにより水溶液中から板状マグネタイト粒子を生
成させることからなる平均径が0.5〜2.0μmであって比
表面積が1.5〜6.0m2/gである無孔且つ無焼結の板状マグ
ネタイト粒子からなる板状マグネタイト粒子粉末の製造
法である。
〔作用〕
先ず、本発明において最も重要な点は、含水酸化第二
鉄粒子と水酸化第一鉄とを含むアルカリ性懸濁液を硫酸
根の存在下、200〜300℃の温度範囲で水熱処理すること
により水溶液中から板状マグネタイト粒子を生成させた
場合には、粒度の大きな、殊に、0.5μm以上の板状マ
グネタイト粒子を水溶液中から直接生成させることがで
きるという事実である。
本発明において板状形態を呈したマグネタイト粒子が
生成する理由については未だ明らかではないが、本発明
者は、後出の比較例に示す通り、硫酸根が存在しない場
合には板状粒子が生成しないことから、硫酸根が生成マ
グネタイト粒子の粒子形態に関与しているものと考えて
いる。
また、本発明において粒度の大きな板状マグネタイト
粒子が生成する理由については未だ明らかではないが、
本発明者は、後出の参考例に示す通り、100℃以下の常
圧下で板状マグネタイト粒子を生成する場合には、粒度
の大きな、殊に、0.5μm以上の粒子を生成させること
ができないことから、高温高圧等の条件が生成するマグ
ネタイト粒子の粒度に関与しているものと考えている。
本発明における板状マグネタイト粒子は、粒度が0.5
〜2.0μmの大きな粒子であり、また、水溶液中から直
接生成させるものであるから無孔且つ無焼結である。
本発明における板状マグネタイト粒子は、大きな粒子
であり、且つ無孔等である為、比表面積が6.0m2/g以下
と小さく、また、板状形態であって無孔且つ無焼結であ
る為、塗料化が容易であり、分散性、配向性に優れ、ビ
ヒクル中又は樹脂中への高密度充填が可能である。
更に、本発明における板状マグネタイト粒子粉末は、
保磁力が50〜70Oeと低いという特徴を有する。その為、
大きな透磁率(μ)が得られやすく電磁波吸収材用、シ
ールド材用材料粉末として特に有利に用いることができ
る。
次に、本発明実施にあたっての諸条件について述べ
る。
本発明における含水酸化第二鉄粒子としては、α−、
β−、γ−FeOOH等を使用することができる。
本発明における水酸化第一鉄は、第一鉄塩とアルカリ
とを反応させることにより生成させることができる。
第一鉄塩としては硫酸第一鉄、塩化第一鉄を使用する
ことができ、アルカリとしては水酸化ナトリウム等を使
用することができる。
本発明における硫酸根は、硫酸第一鉄とアルカリとの
反応により生成する場合であっても、また、反応溶液中
に硫酸ナトリウム等の硫酸塩や硫酸マンガン、硫酸亜
鉛、硫酸ニッケル等の金属の硫酸塩を別に添加する場合
のいずれの場合でもよい。
本発明における水熱処理は、オートクレーブ等の高温
高圧容器を用いて行うことができる。
本発明における水熱処理の温度は、200〜300℃であ
る。
200℃未満である場合にも、板状マグネタイト粒子が
生成するが粒度分布の拡りが大きくなる。
300℃を越える場合にも、板状マグネタイト粒子の生
成は可能であるが、装置の安全性等を考慮した場合、温
度の上限は300℃である。
〔実施例〕
次に、実施例並びに比較例により、本発明を説明す
る。
尚、以下の実施例並びに比較例における粒子の平均
径、板状比(板面径と厚みとの比)はいずれも電子顕微
鏡写真から測定した数値の平均値で示したものであり、
比表面積は、BET法により測定したものである。磁気測
定は、振動試料磁力計VSMP−1型(東英工業製)を使用
し、測定磁場10KOeで測定した。
実施例1 α−FeOOH0.093mol及びFeSO40.046molとNaOH0.7molと
を混合して全容量0.7とし、オートクレーブに投入し
た後、220℃まで加熱し、機械的に撹拌しつつこの温度
に2時間保持し、黒色沈澱を生成させた。室温まで冷却
後、黒色沈澱を常法により別、水洗、乾燥、粉砕し
た。
この黒色粒子粉末は、透過型電子顕微鏡観察の結果、
平均径1.0μmであり、図1に示す走査型電子顕微鏡写
真(×10,000)から明らかな通り、板状比(板面径と厚
みとの比)7:1の板状形態を呈した粒子からなり、粒子
表面並びに内部に空孔が存在していないものであった。
また、この粒子粉末は粒子の一ケ一ケがバラバラの状
態(無焼結)であり、そのBET比表面積は2.8m2/g、角型
比(σr/σs)は0.078であって配向性に優れた粒子で
あった。保磁力Hcは58Oeであった。この粒子粉末のX線
回折図を図2に示す。図2から明らかな通り、ピークA
はマグネタイトを示すピークであり、マグネタイトのみ
からなっていることがわかる。
実施例2 α−FeOOH0.093mol及びFeSO40.046molとNaOH4.2molと
を混合して全容量0.7とし、オートクレーブに投入し
た後、250℃まで加熱し、機械的に撹拌しつつこの温度
に2時間保持し、黒色沈澱を生成させた。室温まで冷却
後、黒色沈澱を常法により別、水洗、乾燥、粉砕し
た。
この黒色粒子粉末は、透過型電子顕微鏡観察の結果、
平均径1.5μmであり、図3に示す走査型電子顕微鏡写
真(×10,000)から明らかな通り、板状比(板面径と厚
みとの比)21:1の板状形態を呈した粒子からなり、粒子
表面並びに内部に空孔が存在していないものであった。
また、この粒子粉末は粒子の一ケ一ケがバラバラの状
態(無焼結)であり、そのBET比表面積は5.5m2/g、角型
比(σr/σs)は0.087であって配向性に優れた粒子で
あった。保磁力Hcは64Oeであった。
この粒子粉末はX線回折の結果、マグネタイトを示す
ピークのみが認められ、マグネタイトのみからなってい
ることがわかる。
実施例3 α−FeOOH0.093mol及びFeSO40.046molとNaOH0.35mol
とを混合して全容量0.7とし、オートクレーブに投入
した後、280℃まで加熱し、機械的に撹拌しつつこの温
度に2時間保持し、黒色沈澱を生成させた。室温まで冷
却後、黒色沈澱を常法により別、水洗、乾燥、粉砕し
た。
この黒色粒子粉末は、透過型電子顕微鏡観察の結果、
平均径0.7μmであり、図4に示す走査型電子顕微鏡写
真(×10,000)から明らかな通り、板状比(板面径と厚
みとの比)6:1の板状形態を呈した粒子からなり、粒子
表面並びに内部に空孔が存在していないものであった。
また、この粒子粉末は粒子の一ケ一ケがバラバラの状
態(無焼結)であり、そのBET比表面積は3.5m2/g、角型
比(σr/σs)が0.092であって配向性に優れた粒子で
あった。保磁力Hcは57Oeであった。
この粒子粉末はX線回折の結果、マグネタイトを示す
ピークのみが認められ、マグネタイトのみからなってい
ることがわかる。
実施例4 α−FeOOH0.093mol及びFeCl20.046molとNaOH5.6molと
を混合し、さらにNa2SO40.1mol添加して全容量0.7と
し、オートクレーブに投入した後、220℃まで加熱し、
機械的に撹拌しつつこの温度に2時間保持し、黒色沈澱
を生成させた。室温まで冷却後、黒色沈澱を常法により
別、水洗、乾燥、粉砕した。
この黒色粒子粉末は、透過型電子顕微鏡観察の結果、
平均径2.0μmであり、図5に示す走査型電子顕微鏡写
真(×15,000)から明らかな通り、板状比(板面径と厚
みとの比)25:1の板状形態を呈した粒子からなり、粒子
表面並びに内部に空孔が存在していないものであった。
また、この粒子粉末は粒子の一ケ一ケがバラバラの状
態(無焼結)であり、そのBET比表面積は4.8m2/g、角型
比(σr/σs)が0.082であって配向性に優れた粒子で
あった。保磁力Hcは53Oeであった。
この粒子粉末はX線回折の結果、マグネタイトを示す
ピークのみが認められ、マグネタイトのみからなってい
ることがわかる。
比較例1 FeSO4代りにFeCl2を使用した以外は、実施例1と同様
にして黒色沈澱を生成させた。
室温まで冷却後、黒色沈澱を常法により別、水洗、
乾燥、粉砕した。
この黒色粒子粉末は、透過型電子顕微鏡観察の結果、
平均径0.25μmであり、図6に示す透過型電子顕微鏡写
真(×30,000)から明らかな通り、等方形態を呈した粒
子からなり、粒子表面並びに内部に空孔が存在していな
いものであった。
参考例1 硫酸第一鉄1.35mol/水溶液0.83を、N2ガス流下に
おいて、反応器中に準備されたFeに対し0.5モル%を含
むようにクエン酸三ナトリウム二水和物1.65gを添加し
て得られた0.62mol/のNa2CO3水溶液3.67に加え(CO
3/Fe=2.0当量に該当する。)温度60℃においてFeCO3
生成を行った。この時の鉄濃度は、Fe換算で0.25mol/
であった。上記FeCO2を含む水溶液中に引き続きN2ガス
を毎分15の割合で吹き込みながら85℃で30分間熟成処
理した後、温度85℃において毎分18の空気を2.0時間
通気して粒子を生成した。
酸化反応終点は、反応液の一部を抜き取り、塩酸酸性
に調整した後、赤血塩溶液を用いてFe2+の青色呈色反応
の有無で判定した。
生成粒子は、常法により別、水洗、乾燥、粉砕し
た。この粒子粉末は、透過型電子顕微鏡観察の結果、平
均径0.39μmであり、走査型電子顕微鏡観察の結果、板
状比(板面径と厚みとの比)8:1の板状形態を呈した粒
子からなり、粒子表面並びに内部に空孔が存在していな
いものであった。
また、この粒子粉末のBET比表面積は、8.5m2/gであ
り、磁性は、保磁力Hcが110Oe、飽和磁化σsが87.8emu
/g、角型比(σr/σs)が0.168であった。
この粒子粉末は、X線回折の結果、マグネタイトを示
すピークのみが認められ、マグネタイトのみからなって
いることがわかる。
〔効果〕
本発明に係るマグネタイト粒子粉末は、前出実施例に
示した通り、板状粒子であって、且つ、当該粒子形態と
無孔且つ無焼結であることに起因してビヒクル中又は樹
脂中での分散性が優れた粒子であり、しかも、大きな、
殊に、0.5μm以上の粒子であるから、電磁波吸収用、
シールド材用材料粉末として好適である。
【図面の簡単な説明】
図1及び図3乃至図6は、いずれも電子顕微鏡写真であ
り、図1及び図3乃至図5は、それぞれ実施例1乃至4
で得られた板状マグネタイト粒子粉末、図6は、比較例
1で得られた等方形態を呈したマグネタイト粒子粉末で
ある。 図2は実施例1で得られた板状マグネタイト粒子粉末の
X線回折図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平均径が0.5〜2.0μmであって比表面積が
    1.5〜6.0m2/gである無孔且つ無焼結の板状マグネタイト
    粒子からなる板状マグネタイト粒子粉末。
  2. 【請求項2】含水酸化第二鉄粒子と水酸化第一鉄とを含
    むアルカリ性懸濁液を硫酸根の存在下、200〜300℃の温
    度範囲で水熱処理することにより水溶液中から板状マグ
    ネタイト粒子を生成させることを特徴とする平均径が0.
    5〜2.0μmであって比表面積が1.5〜6.0m2/gである無孔
    且つ無焼結の板状マグネタイト粒子からなる板状マグネ
    タイト粒子粉末の製造法。
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