JP3600754B2

JP3600754B2 - 酸化鉄粒子粉末

Info

Publication number: JP3600754B2
Application number: JP12504299A
Authority: JP
Inventors: 武志宮園; 克彦吉丸
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: JP2000319022A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化鉄粒子粉末に関し、詳しくは異形状である球状酸化鉄粒子と八面体酸化鉄粒子とを混在させることにより、流動性、分散性、ハンドリング性等の諸特性をバランスよく向上させた、特に静電複写磁性トナー用材料粉、静電潜像現像用キャリア用材料粉、塗料用黒色顔料粉等の用途に主に用いられる酸化鉄粒子粉末に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
最近、電子写真複写機、プリンター等の磁性トナー用材料として、水溶液反応による酸化鉄粒子が広く利用されている。
【０００３】
磁性トナーとしては各種の一般的現像特性が要求されるが、近年、電子写真技術の発達により、特にデジタル技術を用いた複写機、プリンターが急速に発達し、要求特性がより高度になってきた。
【０００４】
すなわち、従来の文字以外にもグラフィックや写真等の出力も要求されており、特にプリンターの中には１インチ当たり１２００ドット以上の能力のものも現れ、感光体上の潜像はより緻密になってきている。そのため、現像での細線再現性の高さが強く要求されている。
【０００５】
また、それに伴うトナーも小粒径化されており、より一層の酸化鉄粒子の樹脂への分散が要求されている。
【０００６】
一般的に、トナー、キャリア、顔料を製造する際に、酸化鉄粒子と樹脂の計量、混合、混練を行う。その中で、分散性をよくするためには、計量時又は混合後の混練機への供給性、比重の低い樹脂との混合性をよくする必要がある。一方、高解像度化が進み、残留磁化の低いものが好まれており、またトナーの小粒径化に伴い、それに使用される酸化鉄粒子も小粒径化が必要である。
【０００７】
酸化鉄粒子の比重は、樹脂より重く混合時に分離する可能性があるので、振動があっても嵩密度の低いものであれば、比重の低いものとの混合性を向上することができ、ひいては混練後の分散性を向上することができる。また、そういうものは輸送時にも粉体がしまりにくく、取り扱い性も良好である。
【０００８】
しかし、一般的に球状酸化鉄粒子が低残留磁化であることが広く知られているが、球状品は通常最密充填を取りやすく嵩密度が高くなる傾向があり、流動性の面でも問題があった。流動性の改良については従来から種々の提案が試みられているが、その結果として粉体の流動性は向上するが、嵩密度がさらに高くなる傾向にあった。
【０００９】
また、酸化鉄粒子の代表的な形状として八面体がある。八面体の酸化鉄粒子は、嵩密度が一般的に低いが、その形状より残留磁化が高く、細線再現性に問題があった。
【００１０】
このように、流動性が高く、かつ充填密度が低く、しかも磁気特性に優れた酸化鉄粒子は未だ提供されていない。
【００１１】
従って、本発明の目的は、流動性が高く、かつ充填密度が低く、しかも磁気特性に優れた酸化鉄粒子粉末を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、検討の結果、球状と八面体の酸化鉄粒子を混在させることによって、上記目的が達成し得ることを知見した。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、球状酸化鉄粒子と八面体酸化鉄粒子が混在する酸化鉄粒子粉末であって、
個数平均粒径が０．１５〜０．５μｍ、かつ全個数に対する八面体酸化鉄粒子の存在個数率［八面体酸化鉄粒子個数／（球状酸化鉄粒子個数＋八面体酸化鉄粒子個数）×１００］が５〜９０％で、その中の球状酸化鉄粒子の平均粒径をＸμｍ、八面体酸化鉄粒子の平均粒径をＹμｍ、八面体酸化鉄粒子の存在個数率Ｚ（％）とした時、下記式（１）を満足することを特徴とする酸化鉄粒子粉末を提供するものである。
１０≦（５．２／６×πＹ ³ Ｚ／１００）／［（５．２／６×πＹ ³ Ｚ／１００）＋（５．２／６×πＸ ³ （１００−Ｚ）／１００］×１００・・・・・（１）
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明でいう酸化鉄粒子とは、好ましくはマグネタイトを主成分とするものであり、ケイ素、アルミニウム、チタン等の各種有効元素含有するもの、あるいはこれら有効元素で被覆されたものも含まれる。以下の説明では、酸化鉄粒子としてその代表的なものであるマグネタイト粒子について説明する。また、酸化鉄粒子又はマグネタイト粒子というときには、その内容によって個々の粒子又はその集合のいずれも意味する。また、酸化鉄粒子粉末又はマグネタイト粒子粉末とは、形状、粒径の異なる酸化鉄粒子又はマグネタイト粒子が混在したものをいう。
【００１５】
本発明のマグネタイト粒子粉末は、球状マグネタイト粒子と八面体マグネタイト粒子が混在したものである。ここで球状とは、走査型電子顕微鏡で観察したときに、角や辺がなく、長軸／短軸の比率が１〜１．２のものをいう。また、八面体とは、走査型電子顕微鏡で観察したときに、角と辺を持ち、一つの角に辺を４つ持つものをいう。この球状又は八面体のマグネタイト粒子は、水酸化第一鉄スラリーを酸化する際のｐＨを制御することにより得られる。
【００１６】
本発明のマグネタイト粒子粉末は、個数平均粒径が０．１５〜０．５μｍである。また、全個数に対する八面体マグネタイト粒子の存在個数率［八面体マグネタイト粒子個数／（球状マグネタイト粒子個数＋八面体マグネタイト粒子個数）×１００］が５〜９０％で、その中の球状マグネタイト粒子の平均粒径をＸμｍ、八面体マグネタイト粒子の平均粒径をＹμｍ、八面体マグネタイト粒子の存在個数率Ｚ（％）とした時、下記式（１）を満足する。
１０≦（５．２／６×πＹ³Ｚ／１００）／［（５．２／６×πＹ³Ｚ／１００）＋（５．２／６×πＸ³（１００−Ｚ）／１００］×１００・・・・・（１）
【００１７】
八面体マグネタイト粒子の存在個数率は、５〜９０％、好ましくは１６〜８０％である。この存在個数率が５％未満、又は９０％を超える場合、流動性の改善効果が少ない。
【００１８】
何故、異形状粒子が混在すると流動性が改善されるかについては定かではないが、活性点の異なる粒子の混在により、コロの原理が作用していることが推測される。
【００１９】
また、上記式（１）は、マグネタイト粒子粉末中の粒子すべてを球状粒子と考えた場合に、体積と真比重よりマグネタイト粒子粉末中の八面体粒子の重量比を計算したものである。この式（１）を満たさない場合、すなわち八面体マグネタイト粒子の重量存在率が１０重量％未満の場合、タップ密度が高くなり、輸送中の粉体にしまりが生じ、以降の取扱い性が悪くなる上、樹脂との混合性が不良となる。
【００２０】
本発明のマグネタイト粒子粉末は、タップ密度が１．４ｇ／ｃｍ³以下であることが必要である。タップ密度が１．４ｇ／ｃｍ³を超えると充填密度の上昇を抑えることができない。また、残留磁化（σｒ）は、磁気凝集による流動性への影響を考慮すると８Ａｍ ² ／ｋｇ（ｅｍｕ／ｇ）以下が好ましい。
【００２１】
本発明のマグネタイト粒子粉末は、流動性の向上という観点から、安息角が好ましくは４２°以下、さらに好ましくは４０°以下である。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例等に基づき本発明を具体的に説明する。なお、本発明は八面体粒子と球状粒子が混在していることが重要であり、かかる事例に限定されるものではない。
【００２３】
〔比較例１〕
Ｆｅ^２＋２．０ｍｏｌ／リットルを含む硫酸第一鉄水溶液５０リットルと、５．０ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液３６リットルを混合撹拌した。この時のｐＨは６．５であった。そのスラリーを８５℃に維持しながら３０リットル／ｍｉｎの空気を吹き込み、ｐＨを５〜９に維持して反応を終了させた。得られた生成粒子は、通常の濾過、洗浄、乾燥、粉砕工程により処理し、球状マグネタイト粒子を得た。
【００２４】
〔比較例２及び３〕
比較例１と同様の反応において、空気吹き込み量を５０リットル／ｍｉｎ（比較例２）、７０リットル／ｍｉｎ（比較例３）とし、所望の粒径の生成粒子を得た。得られた生成粒子は通常の濾過、洗浄、乾燥、粉砕工程により処理し、球状マグネタイト粒子を得た。
【００２５】
〔比較例４〕
Ｆｅ^２＋２．０ｍｏｌ／リットルを含む硫酸第一鉄水溶液５０リットルと、５．２ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液４０リットルを混合撹拌した。この時のｐＨは１１であった。そのスラリーを８５℃に維持しながら３０リットル／ｍｉｎの空気を吹き込み、ｐＨを１０以上にて反応を終了させた。得られた生成粒子は、通常の濾過、洗浄、乾燥、粉砕工程により処理し、八面体マグネタイト粒子を得た。
【００２６】
〔比較例５及び６〕
比較例４と同様の反応において、空気吹き込み量を４０リットル／ｍｉｎ（比較例２）、５０リットル／ｍｉｎ（比較例３）とし、所望の粒径の生成粒子を得た。得られた生成粒子は通常の濾過、洗浄、乾燥、粉砕工程により処理し、八面体マグネタイト粒子を得た。
【００２７】
〔実施例１〕
比較例１の球状マグネタイト粒子７００ｇ、比較例４の八面体マグネタイト粒子３００ｇをＶ型ブレンダーを用い、２０分間混合して球状マグネタイト粒子と八面体マグネタイト粒子の混在するマグネタイト粒子粉末を得た。
【００２８】
〔実施例２〜２６〕
表２〜３に示すマグネタイト粒子粉末となるように、比較例１〜６のマグネタイト粒子を用い、総重量１０ｋｇのマグネタイト粒子を実施例１と同様にＶ型ブレンダーで混合し、マグネタイト粒子粉末を得た。
【００２９】
〔実施例２７〕
比較例１の反応終了後のスラリー７リットルと比較例４の反応終了後のスラリー３リットルを混合し、通常の濾過、洗浄、乾燥、粉砕工程により処理し、マグネタイト粒子粉末を得た。
【００３０】
このようにして得られた比較例１〜６のマグネタイト粒子又は実施例１〜２７のマグネタイト粒子粉末について、下記の評価（平均粒径、全個数に対する八面体マグネタイト粒子の存在個数率、式（１）による八面体マグネタイト粒子の重量存在率、磁気特性、タップ密度、安息角）を行った。結果を表１〜３に示す。
【００３１】
＜評価方法＞
（１）平均粒径
走査型電子顕微鏡にて３万倍の写真を撮影し、２００個測定し、フィレ径にてマグネタイト粒子粉末の個数平均を求めた。その時に八面体マグネタイト粒子、球状マグネタイト粒子の個数もチェックした。また、各形状の平均粒径はそれぞれの形状の測定を１００個測定し、各形状の個数平均粒径を求めた。
（２）全個数に対する八面体マグネタイト粒子の存在個数率
上記（１）にてマグネタイト粒子粉末の平均粒径測定時にチェックした各形状の個数を用い、八面体マグネタイト粒子個数／（球状マグネタイト粒子個数＋八面体マグネタイト粒子個数）×１００で求めた。
（３）式（１）による八面体マグネタイト粒子の重量存在率
球状マグネタイト粒子の平均粒径をＸμｍ、八面体マグネタイト粒子の平均粒径をＹμｍ、八面体マグネタイト粒子の存在個数率Ｚ（％）とした時、下記式（１）の値を求めた。
Ａ＝（５．２／６×πＹ³Ｚ／１００）／［（５．２／６×πＹ³Ｚ／１００）＋（５．２／６×πＸ³（１００−Ｚ）／１００］×１００・・・・・（１）
（４）磁気特性
東英工業製振動型磁力計ＶＳＭ−Ｐ７を用い、外部磁場７９．６ｋＡ／ｍ（＝１ｋＯｅ）、３９８ｋＡ／ｍ（＝５ｋＯｅ）にて測定した。
（５）タップ密度、安息角
ＨｏｓｏｋａｗａＭｉｃｒｏｎ社製、「ＰｏｗｄｅｒＴｅｓｔｅｒＴｙｐｅＰＴ−Ｅ」（商品名）を用いて、タップ密度、安息角を求めた。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【表３】

【００３５】
表１に示されるように、比較例１〜３の球状マグネタイト粒子は、タップ密度が高く、安息角が大きい。また、比較例４〜６の八面体マグネタイト粒子は、残留磁化が高く、安息角も大きい。
【００３６】
これに対して、実施例１〜２７のマグネタイト粒子粉末は、タップ密度が低く、安息角が小さく、しかも残留磁化も低い。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の酸化鉄粒子粉末は、流動性が高く、かつ充填密度が低く、しかも磁気特性に優れる。

Claims

球状酸化鉄粒子と八面体酸化鉄粒子が混在する酸化鉄粒子粉末であって、
個数平均粒径が０．１５〜０．５μｍ、かつ全個数に対する八面体酸化鉄粒子の存在個数率［八面体酸化鉄粒子個数／（球状酸化鉄粒子個数＋八面体酸化鉄粒子個数）×１００］が５〜９０％で、その中の球状酸化鉄粒子の平均粒径をＸμｍ、八面体酸化鉄粒子の平均粒径をＹμｍ、八面体酸化鉄粒子の存在個数率Ｚ（％）とした時、下記式（１）を満足することを特徴とする酸化鉄粒子粉末。
１０≦（５．２／６×πＹ ³ Ｚ／１００）／［（５．２／６×πＹ ³ Ｚ／１００）＋（５．２／６×πＸ ³ （１００−Ｚ）／１００］×１００・・・・・（１）
球状酸化鉄粒子の個数平均粒径が０．２０〜０．４０μｍであり、八面体酸化鉄粒子の個数平均粒径が０．１５〜０．５０μｍである請求項１に記載の酸化鉄粒子粉末。
外部磁場３９８ｋＡ／ｍ（５ｋＯｅ）又は７９．６ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）における残留磁化が８Ａｍ ² ／ｋｇ（ｅｍｕ／ｇ）以下で、タップ密度１．４ｇ／ｃｍ³以下である請求項１又は２記載の酸化鉄粒子粉末。
安息角が４２°以下である請求項１、２又は３に記載の酸化鉄粒子粉末。