JP3314788B2 - 粒状マグネタイト粒子粉末及びその製造法 - Google Patents
粒状マグネタイト粒子粉末及びその製造法Info
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Description
eを有しており、しかも、優れた耐熱性と高い着色力を
有する粒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。
主な用途は、塗料用・印刷インキ用・樹脂用着色顔料粉
末や磁性トナー用・磁性キャリア用材料粉末である。
している為、ビヒクル中に分散させたり、樹脂と混練し
たりする黒色着色顔料として広く使用されている。
る強磁性粒子であることから、樹脂中に混合分散させて
複合粒子とすることにより静電複写の為の磁性トナー用
材料粒子粉末及び磁性キャリア用材料粒子粉末としても
広く使用されている。
として使用する場合、あまりに保磁力が高すぎると粒子
相互間で磁気的再凝集が生じてビヒクルや樹脂への分散
が困難になるので、分散性を考慮すると保磁力は、でき
るだけ低く、150Oe以下であることが要求される。
材料粒子粉末として使用する場合、連続コピーにおける
画像の濃度低下、画像欠損現象等の改良を考慮すれば保
磁力ができるだけ低く、殊に、150Oe以下であるこ
とが要求される。この事実は特開昭57−46254号
公報の「‥‥保磁力170エルステッドの磁性粉を使用
したトナーにおいては画像欠損現象著しく、連続コピー
安定性が悪かった。また、保磁力300エルステッドの
場合は、非磁性円筒体上で磁気的に磁化し、凝集してし
まい流動性が損なわれ、穂立ちが生じなくなり、画像出
しが行なえなかった。‥‥」、「‥‥保磁力が150エ
ルステッド以上であると画像欠損現象が著しく、連続コ
ピー安定性が悪くなるからである。‥‥」なる記載の通
りである。
り、黒色着色顔料として汎用されているが、その使用に
際して150℃以上、殊に200℃以上の高温にさらさ
れることが多く、150℃以上、殊に200℃以上の温
度においても色調が安定している(以下、耐熱性とい
う.)ことが要求される。
の「‥‥該顔料をポリエチレン、ポリプロピレン、スチ
レン、ABSなどの熱可塑性樹脂の着色剤として使用す
る場合、殊に黄色酸化鉄顔料においてはこれら熱可塑性
樹脂が殆んど200℃以上の高温で成型加工されている
ので、その際該顔料の褪変色は決定的となりその使用範
囲は著しく限定されている。‥‥」なる記載や特開昭5
5−65406号公報の「一般に、このような一成分方
式における磁性トナー用の磁性粉には次のような諸特性
が要求される。‥‥iv)実用に耐える黒さをもつこ
と。磁性トナー中には、着色剤を含有させることもでき
るが、粉体自身が黒色を有し、着色剤は使用しない方が
好ましい。v)耐熱性が高いこと。色調、特に黒さおよ
び電磁気的特性が0〜150℃程度の温度範囲内で充分
安定であることが必要である。‥‥」なる記載の通りで
ある。
周知の通り、粒状マグネタイト粒子の黒色度がFe2+の
含有量に依存しておりFe2+含有量が多い程黒色度が優
れる傾向にあるが、150℃以上、殊に200℃程度の
高温にさらされるとマグネタイト粒子中のFe2+が酸化
されてFe3+となってマグヘマイトに変態することに起
因するものである。
るだけ少量で着色することができれば、取扱い等の作業
性の面からはもちろん省資源・省エネルギー化の面から
も有利であることから加熱前における黒色度をできるだ
け維持することにより着色力ができるだけ高いことが要
求される。
鉄塩水溶液と水酸化アルカリや炭酸アルカリ等のアルカ
リ水溶液とを反応させて得られるFe(OH)2 コロイ
ドやFe含有沈澱物を含む懸濁液中に酸素含有ガスを通
気する、所謂、湿式法により得られている。
する為の試みは種々なされており、粒状マグネタイト粒
子を水酸化亜鉛、リン酸亜鉛、亜リン酸亜鉛、リン酸ア
ルミニウム、シリカ等の可溶性無機化合物で被覆する方
法(米国特許第4082905号公報)、粒状マグネタ
イト粒子をFe以外の二価金属を1.5〜13モル%有
するフェライトで被覆する方法(特開平3−67265
号公報)、粒状マグネタイト粒子粉末の生成反応時に、
Zn、Mn、Ni、Co、Mg、CuまたはCdの酸化
物を共沈させる方法(特公昭59−43408号公報、
特公平3−48505号公報)等がある。
粒子粉末の諸特性を改良する方法として磁気記録の分野
においては、例えば、特開昭60−165703号公報
に見られるように針状磁性粒子粉末の粒子表面を亜鉛フ
ェライト等で被覆することが行われているが当該技術を
顔料分野で行うことはいまだ提案されていない。
く、殊に150Oe以下を有しており、しかも、優れた
耐熱性と高い着色力を有する粒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、前出公知
の湿式法で得られた粒状マグネタイト粒子粉末は、保磁
力が40〜130Oe程度と低いものではあるが、耐熱
性や着色力が悪いものであった。
は、後出比較例に示す通り、130℃程度の温度でマグ
ヘマイトへの変態が生起しはじめる為、黒色から茶褐色
に変色し、その結果、着色力も低いものであった。
載の粒子は、耐熱性を改良するものであるが未だ充分と
は言い難いものである。
粒子は、帯電量を制御するものであり、耐熱性を改良す
るものではなく、事実後出の比較例4に示す通り、14
0℃付近の温度でマグヘマイトへの変態が生起しはじめ
耐熱性が悪いものである。
特公平3−48505号公報に記載の粒状マグネタイト
粒子は、耐熱性や着色力を改良するものではない。
状磁性粒子粉末の亜鉛フェライトによる被覆は、高密度
記録化の要求に応えて、磁性粒子粉末の飽和磁化値を高
め、経時変化を改良するものであり、耐熱性や着色力に
ついては全く意図されておらず、事実、後出比較例に示
す通り、120〜145℃程度の温度でマグヘマイトへ
の変態が生起しはじめ耐熱性が悪いものであった。
く、殊に、150Oe以下を有しており、しかも、優れ
た耐熱性と高い着色力を有する粒状マグネタイト粒子粉
末を得ることを技術的課題とする。
りの本発明によって達成できる。
2+y Oz (但し、0.4≦x≦1.0、x+y=1、
4.0≦z≦4.3)で表わされる亜鉛フェライトで被
覆されている粒状マグネタイト粒子であって、前記Zn
x Fe2+y Oz 中のZn量が前記粒状マグネタイト粒子
中の全Feに対し0.5〜4.0mol%であることを
特徴とする粒状マグネタイト粒子粉末及び粒状マグネタ
イト粒子粉末を含む水分散液中に、非酸化性雰囲気下に
おいて前記粒状マグネタイト粒子中の全Feに対しFe
2+換算で1.0〜26mol%の第一鉄塩水溶液とZn
換算で0.5〜4.0mol%の亜鉛塩水溶液と水酸化
アルカリ水溶液とを添加・混合して分散液中のOH基濃
度が0.3〜1.0mol/lになるように調整した
後、50℃以上の温度において酸素含有ガスを通気し
て、前記粒状マグネタイト粒子の粒子表面をZnx Fe
2+y Oz (但し、0.4≦x≦1.0、x+y=1、
4.0≦z≦4.3)で表わされる亜鉛フェライトで被
覆することからなる粒状マグネタイト粒子粉末の製造法
である。
いて述べる。
ネタイト粒子粉末は、湿式法により得られたFe2+を1
2〜24wt%含有する黒色を呈する粒子であり、その
形状は球状、立方状、八面体等いずれの形状のものでも
よい。また、粒子サイズは、分散性を考慮すれば、BE
T比表面積で3〜15m2 /gの範囲であることが好ま
しい。
グネタイト粒子粉末は、通常、黒色を呈してはいるが、
より黒色度が優れており、より着色力が高い目的物粒子
を得ようとすれば、被処理粒子としてFe2+を多量に含
有する、殊に、Fe2+を14wt%以上、より好ましく
は、17wt%以上含有する粒状マグネタイト粒子を使
用すればよい。
e2+y Oz (但し、0.4≦x≦1.0、x+y=1、
4.0≦z≦4.3)で表わされる亜鉛フェライトであ
る。xが0.4未満の場合には、耐熱性の改良が十分で
はなく、発熱開始温度が低下する。xが1.0を越える
場合には、被覆物の生成に寄与しないZnイオンがZn
(OH)2 微粒子として単独で分離析出する。
n量は、粒状マグネタイト粒子中の全Feに対して0.
5〜4.0mol%である。0.5mol%未満の場合
には、耐熱性の改良が十分ではなく、発熱開始温度が低
下する。4.0mol%を越える場合にも、耐熱性の改
良はできるが必要以上に含有させる意味がない。
程、また、x値が1に近づく程、得られる粒状マグネタ
イト粒子の耐熱性が向上する傾向にある。
e2+は、Znx Fe2+y Oz を生成する為に必要な量で
あればよい。
は、粒状マグネタイト粒子粉末を含む水分散液中に、非
酸化性雰囲気下において前記粒状マグネタイト粒子中の
全Feに対しFe2+換算で1.0〜26mol%の第一
鉄塩水溶液とZn換算で0.5〜4.0mol%の亜鉛
塩水溶液と水酸化アルカリ水溶液とを添加・混合して分
散液中のOH基濃度が0.3〜1.0mol/lになる
ように調整した後,50℃以上の温度において酸素含有
ガスを通気して、前記粒状マグネタイト粒子の粒子表面
をZnx Fe2+y Oz (但し、0.4≦x≦1.0、x
+y=1、4.0≦z≦4.3)で被覆することにより
得ることができる。
非酸化性雰囲気である。非酸化性雰囲気とする為には、
窒素ガス等を反応容器中に通気すればよい。非酸化性雰
囲気でない場合には、粒状マグネタイト粒子表面にZn
x Fe2+y Oz が十分成長せず、Znx Fe2+y Oz 微
粒子が単独で分離析出する。
硫酸第一鉄、塩化第一鉄等を使用することができる。
z を生成する為に必要な量であればよく、粒状マグネタ
イト粒子中の全Feに対しFe2+換算で1.0〜26m
ol%が好ましい。
酸亜鉛、塩化亜鉛、硝酸亜鉛、リン酸亜鉛等を使用する
ことができる。
イト粒子中の全Feに対し0.5〜4.0mol%であ
る。0.5mol%未満の場合には、耐熱性の改良が十
分ではなく、発熱開始温度が低下する。4.0mol%
を越える場合にも、耐熱性の改良はできるが必要以上に
添加する意味がない。
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を使用することが
できる。
OH基濃度が0.3〜1.0mol/lになるように調
整すればよい。0.3mol/l未満の場合には、粒状
マグネタイト粒子表面にZnx Fe2+y Oz が十分成長
せず、Znx Fe2+y Oz 微粒子が単独で分離析出す
る。粒状マグネタイト粒子表面にZnx Fe2+y Oz を
成長させる為には1.0mol/lで十分である。
しては、空気が最適である。
以上である。50℃未満の場合には、添加した第一鉄塩
の全量がZnフェライト被覆層の生成に寄与することな
く、その一部が針状ゲータイト粒子や針状レピッドクロ
サイト粒子が生成し、粒状マグネタイト粒子と混在す
る。
グネタイト粒子粉末を含む水分散液中に、非酸化性雰囲
気下において前記粒状マグネタイト粒子中の全Feに対
しFe2+換算で1.0〜26mol%の第一鉄塩水溶液
とZn換算で0.5〜4.0mol%のコバルト塩水溶
液と水酸化アルカリ水溶液とを添加・混合して分散液中
のOH基濃度が0.3〜1.0mol/lになるように
調整した後、50℃以上の温度において酸素含有ガスを
通気した場合には、粒子表面がZnx Fe2+y Oz (但
し、0.4≦x≦1.0、x+y=1、4.0≦z≦
4.3)で表わされる亜鉛フェライトで被覆されている
粒状マグネタイト粒子であって、前記Znx Fe2+y O
z 中のZn量が前記粒状マグネタイト粒子中の全Feに
対し0.5〜4.0mol%である粒状マグネタイト粒
子粉末を得ることができ、当該粒状マグネタイト粒子粉
末は、保磁力30〜150Oeを有しており、しかも、
耐熱性と着色力が優れているという事実である。
前記諸特性の改良機構についての理論的解明はいまだ行
っていないが、本発明者は、後出比較例に示す通り、添
加・混合時における雰囲気を酸化性雰囲気にした場合や
OH基濃度が0.3〜1.0mol/lの範囲外である
場合には本発明の目的とする諸特性を有する粒状マグネ
タイト粒子粉末を得ることができないことから、添加・
混合時における雰囲気を非酸化性にするにより酸化反応
の生起を制御して系内における酸化反応を均一に行わせ
ることと、OH基濃度を特定範囲に調整することによ
り、水酸化物の溶解度を低下させて新たな核が単独で析
出分離することを制御することとの相乗効果により、粒
状マグネタイト粒子の粒子表面に均一、且つ、緻密な被
膜が形成されていることによるものと考えている。
は、後出実施例に示す通り、発熱開始温度が150℃以
上、好ましくは200℃以上であり、耐熱性が極めて優
れたものであった。そして、温度200℃という高温に
おいてさえも加熱前後におけるFe2+の変化率が8%以
下、殊に6%以下であり、加熱前におけるFe2+量を略
維持していた。そして、その結果、ΔEも0.8以下、
殊に0.6以下であり、十分黒色度を維持しており、耐
熱性が極めて優れていることが確認された。
明する。尚、以下の実施例及び比較例における粒子の粒
子径は、BET法により測定した値で示した。
波プラズマ発光分光分析装置ICAP−575」(日本
ジャーレル・アッシュ(株)製)により測定した値で示
した。
VSM−3S−15」(東英工業(株)製)を用いて磁
場10kOe下で測定した値である。
−200」(セイコー電子工業(株)製)を用いて測定
した示差熱分析による発熱開始温度(℃)で示した。
0℃で1時間加熱処理した場合における加熱前後におけ
るFe2+の変化率(%)を示すとともに加熱処理前のL
1 *、a1 * 及びb1 * と加熱処理後のL2 * 、a2 *
及びb2 * とをそれぞれ測定し、加熱処理前後における
色相の変化を数1で示した。
b* 値で示され、これらは、測色用試験片を光源分光測
色計MSC−IS−2D(スガ試験機(株)製)を用い
てHunterのLab空間によりL* 値、a* 値、b
* 値をそれぞれ測色し、国際証明委員会(Commis
sion Internationale de l’
Eclairage、CIE)1976(L* 、a* 、
b* )均等知覚色空間に従って表示した値で示した。
粒子粉末0.5gとヒマシ油0.5ccをフーバー式マ
ーラーで練ってペースト状とし、このペーストにクリヤ
ラッカー4.5gを加え混練し塗料化して、キャストコ
ート紙上に6milのアプリケータを用いて塗布するこ
とによって得た。
径0.26μm、保磁力120Oe、BET比表面積
5.5m2 /g、Fe2+含有量20.1wt%)185
6gを水に分散させた温度90℃の分散液に、N2 ガス
を20l/分の割合で通気しながら、0.24molの
ZnSO4 溶液と0.50molのFeSO4 溶液と3
7.0molのNaOH水溶液とを添加し、全容量を3
9.5lとした。この分散液中のZn2+量及びFe2+量
はそれぞれ粒状マグネタイト粒子中の全Feに対し1.
00mol%及び2.09mol%であり、OH基濃度
は0.94mol/lであった。
0l/分の割合で通気しながら温度90℃で20分間溶
液を攪拌して亜鉛フェライトによる被覆反応を行った。
得られた黒色沈澱物を濾過、水洗した後、60℃で乾
燥して、黒色粒子粉末を得た。
測定したZn及びFeの組成分析の結果、粒子表面の組
成が一般式Znx Fe2+y Oz においてx=0.97、
2+y=2.03(但し、被覆物中のZn量は被処理粒
子中の全Feに対し1.0mol%、被覆物中の全Fe
量は被処理粒子中の全Feに対し2.1mol%)であ
った。この黒色粒子粉末は、BET比表面積が4.9m
2 /gであって、Fe2+含有量が20.5wt%であ
り、磁気特性は、保磁力Hcが124Oe、残留磁化σ
rが12.8emu/g、飽和磁化σsが85.4em
u/gであった。
であり、耐熱性に優れたものであった。そして、200
℃で60分間加熱した後のFe2+含有量は19.6wt
%であって、加熱前のFe2+量20.5wt%に対する
変化率は4.4%であり、加熱前のFe2+含有量と比べ
大巾な変化はみられず、青みがかった黒色を呈してい
た。その結果、着色力も優れていることが認められた。
また、ΔEは0.42であった。
を100mlの水に懸濁させ、該懸濁液を反応容器に入
れ60℃に加熱した後、攪拌しながら1−NのHCl溶
液200mlを加え、溶液中に溶解したZn量及びFe
量を測定することにより行った。即ち、測定試料を6点
用意しHClを加えた瞬間をt=0として1、5、1
0、30、60、120分の各時間を経過するごとに試
料を1点ずつとり出し、黒色粒子を濾別して得られた濾
液中のZn及びFe量をそれぞれ分析した。
合工程における亜鉛塩水溶液の種類及び量、第一鉄塩水
溶液の量、NaOH水溶液の量、並びに酸化反応工程に
おける温度を種々変化させた以外は、実施例1と同様に
して被覆処理済マグネタイト粒子粉末を得た。
タイト粒子粉末の諸特性を表1乃至表3に示す。
マグネタイト粒子粉末は、いずれも耐熱性が優れたもの
であった。
をN2 ガスを通気することなく空気中で実施した以外は
実施例1と同様に実施したものであり、被覆処理後に得
られた粒子は、電子顕微鏡観察の結果、八面体状マグネ
タイト粒子以外に亜鉛フェライト微粒子が単独で分離析
出していることが確認された。また、比較例3において
も同様に被覆処理後に得られた粒子は、電子顕微鏡観察
の結果、八面体状マグネタイト粒子以外に亜鉛フェライ
ト微粒子が単独で分離析出していることが確認された。
は、前出実施例に示した通り、保磁力30〜150Oe
を有しており、しかも、優れた耐熱性と高い着色力を有
しているので、塗料用・印刷インキ用・樹脂用着色顔料
粉末、磁性トナー用・磁性キャリア用材料として好適で
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 粒子表面がZnx Fe2+y Oz (但し、
0.4≦x≦1.0、x+y=1、4.0≦z≦4.
3)で表わされる亜鉛フェライトで被覆されている粒状
マグネタイト粒子であって、前記Znx Fe2+y Oz 中
のZn量が前記粒状マグネタイト粒子中の全Feに対し
0.5〜4.0mol%であることを特徴とする粒状マ
グネタイト粒子粉末。 - 【請求項2】 粒状マグネタイト粒子粉末を含む水分散
液中に、非酸化性雰囲気下において前記粒状マグネタイ
ト粒子中の全Feに対しFe2+換算で1.0〜26mo
l%の第一鉄塩水溶液とZn換算で0.5〜4.0mo
l%の亜鉛塩水溶液と水酸化アルカリ水溶液とを添加・
混合して分散液中のOH基濃度が0.3〜1.0mol
/lになるように調整した後、50℃以上の温度におい
て酸素含有ガスを通気して、前記粒状マグネタイト粒子
の粒子表面をZnx Fe2+y Oz (但し、0.4≦x≦
1.0、x+y=1、4.0≦z≦4.3)で表わされ
る亜鉛フェライトで被覆することを特徴とする粒状マグ
ネタイト粒子粉末の製造法。
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-
1993
- 1993-04-27 JP JP12520993A patent/JP3314788B2/ja not_active Expired - Lifetime
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