JP3413963B2 - 磁性粒子の製造方法 - Google Patents

磁性粒子の製造方法

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    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/44Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は特定の重合体粒子表面に
超常磁性フェライトが被覆された磁性粒子の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】粒子表面にフェライトを被覆する方法と
してフェライトの湿式メッキ法は良く知られた技術であ
る(特開昭63−65085号公報)。フェライトの湿
式メッキ法は、粒子を第一鉄イオン(Fe2+および/ま
たはFeOH+)とその他の金属イオン(Mnn+および
MOH(n-1)-)を含有する溶液に接着させて粒子表面に
イオン種を付着させ、次いで酸化剤によりイオン種を酸
化させることにより粒子表面にフェライト層を形成させ
る方法である。しかし、上記方法では粒子の分散性が劣
るため反応中に該粒子同士が凝集しやすく、結果として
得られるフェライトを被覆した粒子も凝集体となりやす
いという問題点を有していた。また、前記第一鉄イオン
の粒子表面への吸着は粒子表面に存在する水酸基のみに
対して行われるため吸着能が不十分であり、そのためフ
ェライト単独粒子の副生があった。さらに、上記方法に
よって得られる粒子表面のフェライト層が強磁性体とな
るために磁界の中に入れると凝集して再分散しなくな
り、例えば免疫測定用担体として用いる場合、著しく性
能を悪化させるという問題点があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明によれば、分散
安定性に優れ、かつフェライトの粒子表面への吸着が強
固な超常磁性を有するフェライトが被覆された磁性粒子
が提供される。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題は、重合体粒子
表面を濃硫酸で処理してスルホン酸基を導入する方法も
しくは重合体粒子の存在下でスルホン酸基および/また
はカルボキシル基を有するモノマーをシード重合する方
法により、粒子表面に導入された粒子1個当たり10個
以上のスルホン酸基および/またはカルボキシル基を有
し、等電点が1.6以下、平均粒子径が0.1〜50μ
m、かつ平均粒子径のCV値が5%以下の重合体粒子を
水中に均一に分散せしめた後、フェライトを湿式メッキ
することにより、重合体粒子表面に超常磁性フェライト
を被覆することを特徴とする磁性粒子の製造方法により
達成される。
【0005】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて使用する重合体粒子の材料としては、例えばエチ
レン、プロピレン等のオレフィンの(共)重合体;スチ
レン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル化合物の
(共)重合体;酢酸ビニル等のビニルエステルの(共)
重合体;アクリルニトリル等のシアン化ビニル化合物の
(共)重合体;メタクリル酸メチル等の(メタ)アクリ
ル酸エステルの(共)重合体;塩化ビニル、テトラフル
オロエチレン等のハロゲン化ビニル化合物の(共)重合
体;ポリアセタール;ポリカーボネート;ポリエステ
ル;アルキド樹脂;不飽和ポリエステル;ポリアリレー
ト;ポリスルフィド;ポリスルホン;ポリアミド(例え
ばナイロン−6、ナイロン−12等);ポリイミド;ポ
リシロキサン;エポキシ樹脂;フェノール樹脂;尿素樹
脂;メラミン樹脂;ベンゾグアナミン樹脂;セルロー
ス;アイオノマー等を使用することができる。これらの
重合体粒子は、架橋構造を有することもできる。また、
これらの重合体粒子は予め二種以上の材料を混練・混合
後、造粒、分級した粒子でもよく、異なる材料からなる
二種以上の粒子の混合物であることもできる。重合体粒
子の調整方法としては、特に限定されるものではない
が、例えば転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、解砕・粉
砕造粒、圧縮造粒、押出造粒、溶融造粒、混合造粒、噴
霧冷却造粒、噴霧乾燥造粒、沈澱・析出造粒、凍結乾燥
造粒、懸濁凝集造粒、滴下冷却造粒等の物理的造粒法;
乳化重合、懸濁重合、沈澱重合等の化学的造粒法等を、
重合体粒子の材料に応じて適宜選択して造粒し、必要に
応じて分級する方法を挙げることができる。また、重合
体粒子が市販品として入手できる場合はそれを使用する
こともできる。本発明において使用する重合体粒子の平
均粒子径は0.1〜50μm、好ましくは0.4〜40
μmであり、CV値は5%以下、好ましくは3%以下で
ある。平均粒子径が0.1μm未満であると形成される
フェライト被覆層が不均一となり、また、50μmを超
えるとフェライト被覆層の形成が緩慢になり副生物が増
大する。また、CV値が5%を超えると本発明により得
られる磁性粒子の分散性が悪くなる。また、重合体粒子
の等電点は重合体粒子表面とフェライトとの吸着能を向
上させるために1.4以下であることが必要である。
【0006】重合体粒子表面に導入されるアニオン性官
能基は、スルホン酸基(SO 3 - 基)およびカルボキシル
基(COO - 基)である。これらのアニオン性官能基の
重合体粒子表面への導入量は、一般的には粒子1個当た
り10個以上であり、好ましくは50個以上である。上
記において重合体粒子表面に導入されるアニオン性官能
基が粒子1個当たり100個未満であるとフェライト湿
式メッキ処理の際の前記分散安定性が低下し、重合体粒
子同士の凝集を生じたり、形成されるフェライト層が凸
凹となるために超常磁性体にならない場合がある。な
お、重合体粒子表面に導入されるアニオン性官能基の上
限は、一般には重合体粒子を構成する重合体の重合度以
下である。これらのアニオン性官能基が重合体粒子表面
に導入されることにより、後述するフェライトの湿式メ
ッキの際の水中での重合体粒子の分散安定性が向上し、
かつ重合体粒子表面へのフェライト吸着能を著しく向上
させることができる。なお、上記アニオン性官能基は、
重合体粒子表面を濃硫酸で処理してスルホン酸基を導入
する方法、重合体粒子の存在下でスルホン酸基および/
またはカルボキシル基を有するモノマーをシード重合す
る方法等により、容易に重合体粒子表面に導入すること
ができる。
【0007】次に、重合体粒子にフェライトの湿式メッ
キを施し、重合体粒子表面にフェライト被覆層を形成す
る。まず、重合体粒子が均一に分散された水中に、フェ
ライト被覆層の形成に必須である第一鉄イオンおよび必
要に応じてその他の遷移金属イオンが塩酸塩、硫酸塩、
酢酸塩等の水溶性の塩の形で供給される。ここで、金属
イオンとして第一鉄イオンのみが供給された場合、重合
体粒子表面に形成されるフェライト層は、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(Fe34)の被覆層となる。上記遷移金属イオン
(Mn+)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、アルミニウム、シリコン、ク
ロム、錫、カルシウム、カドミウム、インジウム等のイ
オンが例示される。ここで、Mn+がコバルトまたはニッ
ケルの場合にはコバルトフェライト(ConFe
3-n4)、ニッケルフェライト(NinFe3-n4)等
が得られ、Mn+が複数種の場合には混晶フェライトが得
られる。
【0008】重合体粒子および第一鉄イオン(必要に応
じてその他の遷移金属イオン)の使用量は、それぞれ
0.001〜500g/反応混合液1l、好ましくは
0.01〜300g/反応混合液1lである。ここで反
応混合液とは、重合体粒子、第一鉄イオンおよび遷移金
属イオンを含む水溶液のことをいう。
【0009】続いて、反応混合液に酸化剤溶液を添加す
ることにより重合体粒子表面にフェライトの被覆を行
う。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、溶存酸素水等が挙げられ
る。これらの酸化剤の添加量は、0.00001〜10
0g/反応混合液1l、好ましくは0.00005〜5
0g/反応混合液1lである。酸化剤の添加は、好適に
は酸化剤の水溶液を分析化学における滴定法の如く一定
速度で反応混合液中に滴下するのが好ましい。このよう
に、一定速度の滴下によると、フェライト被覆層の調整
が容易に行われる。
【0010】上記反応中、反応混合液のpHは、反応混合
液中に存在する重合体粒子表面に導入されたアニオン性
官能基、第一鉄イオンおよび遷移金属イオンの種類によ
って適宜選択され制御されるが、好ましくは6〜11、
より好ましくは7〜11の範囲とされる。pHの安定化の
ために、例えば酢酸アンモニウム等の緩衝液または緩衝
効果のある塩を加えてもよい。反応時の温度は水溶液の
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、反応は本質的に脱酸素雰囲
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恐れがある。具体的には窒素
雰囲気下で反応を行うのが好ましい。また、同様に反応
混合液からも酸素を除き、脱酸素水溶液として使用する
ことが好ましい。そのため酸化剤として溶存酸素水を用
いる場合には溶存酸素量を厳密に制御することが望まし
い。本発明の好適な方法は、まず脱酸素水に重合体粒子
を均一に分散せしめる。この際必要により界面活性剤等
の添加剤を添加して重合体粒子の水への馴染みを向上さ
せてもよい。次いで必要によりpH調整のためにpH緩衝液
等を混入し、さらに第一鉄イオンを塩の形で混入する。
また、必要に応じて他の金属イオンを第一鉄イオンと同
時に混入する。全てのものが混入し終わった状態で、前
述の如く滴定法により酸化剤を溶液中に添加することに
より反応を進行させる。この工程では添加した金属イオ
ン種あるいは酸化剤の濃度により、フェライト被覆層が
調整される。得られたフェライトが被覆された重合体粒
子は、ろ過することにより分離し、乾燥することにより
目的物として得られる。
【0011】上記方法により得られる本発明の磁性粒子
の平均粒子径は、0.1〜50μmであり、磁性粒子の
外径に対する重合体粒子の外径の比は0.9〜0.99
である。平均粒子径が0.1μm未満であると形成され
るフェライト被覆層が不均一となり、また、50μmを
超えるとフェライト被覆層の形成が緩慢となり副生物が
増大する。また、磁性粒子の外径に対する重合体粒子の
外径の比が0.9未満であると超常磁性を示さなくなる
場合があり、0.99を超えると磁石応答速度が極端に
小さくなる場合がある。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を示すが本発明はこれ
に限定されるものではない。なお、実施例において
「部」および「%」はそれぞれ「重量部」および「重量
%」を表す。 実施例1 平均粒子径0.6μmの架橋ジビニルベンゼン重合体粒
子100gと濃硫酸800mlとの混合物を室温で12
時間攪拌した後、洗浄してスルホン化架橋粒子を得た。
このスルホン化架橋粒子をゲルパーミェーションクロマ
トグラフィー、赤外吸収スペクトル、電子顕微鏡、δ−
電位測定、核磁気共鳴スペクトルにより同定したとこ
ろ、分子量は264,000、等電点は1.3、平均粒
子径は0.6μm、CV値は3.5%であり、粒子1個
当たり100個のスルホン酸基を有していた。次に、攪
拌機、温度計、滴下ロート、加熱装置および窒素ガス導
入管を取り付けたフラスコに前記スルホン化架橋粒子の
水分散液(固形分30%)100部を仕込み、窒素ガス
を導入して該分散液中の酸素を脱気させた。次いで、予
め用意した塩化第一鉄溶液100部(固形分10部)お
よび酢酸アンモニウム150部(固形分75部)をフラ
スコ内に投入し、充分に攪拌混合しながら70℃に加温
した。その後、攪拌を続けながらアンモニア水にてpHを
7.2に調製した。この溶液に亜硝酸ナトリウム溶液1
50部(固形分15部)を1時間かけて滴下した。滴下
中、反応系へ窒素ガスを導入し、攪拌を続けながら70
℃、pH7.0〜7.2の範囲に保ち、該粒子表面にフェ
ライト被覆層を形成した。約20分間後、溶液を冷却し
て、ろ過およびイオン交換水による洗浄を繰り返した
後、粒子を取り出してフェライトが被覆された粒子(以
下、「粒子I」という。)を得た。粒子Iを赤外吸収ス
ペクトル、X線回析、電子顕微鏡により同定したとこ
ろ、平均粒子径が0.62μm、粒子Iの外径に対する
スルホン化架橋粒子の比が0.97であり、被覆層はマ
グネタイトであった。また、振動試料型磁気測定装置を
用いて粒子Iの磁気特性を観察したところ、飽和磁化3
0emn/g、保磁力0Oe、残留磁化0emn/gで
あり、超常磁性を示した。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、分散安定性に優れ、か
つフェライトの粒子表面への吸着が強固な超常磁性を有
するフェライトが被覆された磁性粒子を得ることができ
る。また、該磁性粒子は、磁性材料、電子材料、診断用
担体、現像剤用磁性キャリヤー、トナー、スペーサー、
顔料、電磁波シールド剤、塗料、クロマト担体、磁性流
体、触媒、易滑剤等に好適に使用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−10163(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 1/00 - 1/117 G03G 9/00 - 9/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重合体粒子表面を濃硫酸で処理してスル
    ホン酸基を導入する方法もしくは重合体粒子の存在下で
    スルホン酸基および/またはカルボキシル基を有するモ
    ノマーをシード重合する方法により、粒子表面に導入さ
    れた粒子1個当たり10個以上のスルホン酸基および/
    またはカルボキシル基を有し、等電点が1.6以下、平
    均粒子径が0.1〜50μm、かつ平均粒子径のCV値
    が5%以下の重合体粒子を水中に均一に分散せしめた
    後、フェライトを湿式メッキすることにより、重合体粒
    子表面に超常磁性フェライトを被覆することを特徴とす
    る磁性粒子の製造方法。
  2. 【請求項2】 重合体粒子が濃硫酸で処理され、表面に
    スルホン酸基を粒子1個あたり50個以上導入されたも
    のであることを特徴とする請求項1記載の磁性粒子の製
    造方法。
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