JP3662778B2 - 粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法に関し、詳しくは酸化鉄一次粒子を乾式装置で凝集させ特定の酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末とすることにより、ハンドリング性、流動性、分散性に優れた、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用いられる粒状酸化鉄凝集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】
一般に、静電複写磁性トナーや静電潜像現像用キャリア等は、アクリル樹脂やポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を基材として、マグネタイト粒子に代表されるような磁性と黒色顔料の性能を併せ持つ酸化鉄粒子が添加されて製造される。この際、酸化鉄粒子に要求される特性として、樹脂中へのより高い分散性が挙げられる。磁性トナー製造において、この分散性が不良だとトナー中の酸化鉄粒子の存在がばらつき、磁気特性を始めとする諸特性に悪影響を与える。
【０００３】
一方、磁性トナー製造においては、酸化鉄粒子のハンドリング性、流動性も重要な特性である。例えば、樹脂との混合、粉砕等の製造工程において、酸化鉄粒子のハンドリング性や流動性が不良で供給が安定しない場合、より具体的には、ホッパー内や供給口での棚つりや居付き、閉塞等が発生すると酸化鉄粒子と樹脂等の混合品や粉砕品中において既に酸化鉄粒子の重量的な分布不良が発生してしまうからである。
【０００４】
このような不都合を抑制するためには、使用する酸化鉄粒子自体のハンドリング性、流動性、分散性を改良する必要があり、これまでにも種々の提案がなされている。例えば特開平６−１３０７１８号公報には粒子表面にシリカ微粒子を付着させたものが提案されている。特開平６−２３０６０３号公報には粒子表面にＳｉ及び／又はＴｉ化合物及びカップリング剤層を有することが開示されている。また、特開平７−２４０３０６号公報にはケイ素含有マグネタイト粒子表面にシリカ及びアルミナ微粒子その他を付着させることが示されている。特開平９−５９０２４号公報にはケイ素その他の金属元素含有マグネタイト粒子の各稜線を曲面状とすることが記載されている。さらに特開平９−２４１０２５号公報にはケイ素含有マグネタイト粒子の形状を角の丸い金平糖状とすることが開示されている。しかし、これらの従来技術を始めとして乾式、湿式を問わず公知の製造工程により得られた酸化鉄粒子を用いたのでは、粉体そのものの凝集性に加え、磁気凝集の影響も相俟って酸化鉄粒子自体のハンドリング性、流動性、分散性の改良効果には限界があった。
【０００５】
また、特開平８−２５９２３８号公報には、個数平均粒子径が０．０５〜１μｍの酸化鉄粒状粒子が凝集した粒子径２０μｍ以下の凝集粒子からなる着色用顔料粉末が開示されており、該粉末は剪断作用が大きい容器固定の水平複軸型の混練機を使用することにより得られるとしている。そして、同公報には、大きな凝集粒子を粉砕して凝集粒子の粒子径を数十μｍ以下とする手段、例えば衝撃式粉砕機、ボールミル、振動ミル、ロール圧縮成形機、ホイール型混練機を使用する手段についても触れ、これらにより得られた凝集粒子に対する上記粒子径２０μｍ以下の凝集粒子の優位性について記載されている。
【０００６】
同公報に開示の技術によれば、確かに樹脂成形物製造の際の分散性には優れているものの、凝集粒子の大きいものは分散性が悪いという観点に立っており、さらにハンドリング性、流動性の面で充分な性能を有していない。
【０００７】
以上のように、工程内での流動性に優れ、かつ樹脂等との混練時の分散性に優れた酸化鉄凝集粒子については未だ提案されていない。
【０００８】
従って、本発明の目的は、搬送性に優れ、またハンドリング性、流動性が良好で、凝集粒子でありながら適度な強度を有することで樹脂との混練時の分散性に優れた粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
一般的に、粉体そのものには少なからず凝集する性質があることが知られており、その物理的、化学的な結合力としてのファンデルワールスカ、静電的、磁気的、又は液架橋的な凝集作用以外に、外部からの力学的又は熱的エネルギーを加えることによって、粉体を凝集、造粒、顆粒化することができる。
【００１０】
しかしながら、本発明の場合には、得られた凝集粒子は、使用時にはその凝集形態がほぐれ、分散性にも優れていることが要求される。この凝集粒子製造の際に、外部から加えられるエネルギーが高いと、分散時に必要となるエネルギーも大きくなり、結果としてかかる凝集粒子の分散性は不良となることが容易に推定される。
【００１１】
本発明者等は、鋭意検討の結果、出発原料である酸化鉄一次粒子に対してなるべくエネルギーを直接的に加えることなく、分散時に少ないエネルギーでほぐれる凝集粒子を製造できれば良いのではないかと考えた。
【００１２】
そして、従来の製造方法で製造された酸化鉄粒子を用いて意図的な凝集操作を加える製造方法において、粒子同士の接触機会を多くでき、その接触の際に粒子同士が付着・凝集を繰り返す、いわゆる粒子の自己凝集力及び／又は付着力を助長させる乾式装置を凝集操作に使用することにより、凝集粒子の形状、大きさ、強度等を制御することができ、出発原料の酸化鉄粒子に比べ、分散性、ハンドリング性、流動性が格段に優れた粒状酸化鉄凝集粒子が得られ、本発明の目的が達成し得ることを知見するに至った。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、個数平均粒子径が０．０５〜１μｍの酸化鉄一次粒子が凝集し、個数平均粒子径が３０〜３０００μｍであり、かつ加熱減量が０．０５〜２重量％である粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法であって、
上記酸化鉄一次粒子の凝集操作を、加熱減量が０．１〜１．８％の酸化鉄一次粒子を用い、粒子同士の接触の際に粒子同士が付着・凝集を繰り返し、粒子の自己凝集力及び／又は付着力を助長させる、（イ）低速回転型、（ロ）公転及び／若しくは自転機能のある回転転動型、又は、（ハ）水平及び／若しくは垂直方向への振動移動型乾式装置により行うことを特徴とする粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の製造方法においては、出発原料である酸化鉄一次粒子の形態は、マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）を始めとして、マグヘマイト（γ−Ｆｅ2 Ｏ3 ）やその中間組成のベルトライド化合物（ＦｅＯｘ・Ｆｅ2 Ｏ3 、０＜Ｘ＜１）、及びこれらの単独又は複合化合物にＦｅ以外のＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐ等を少なくとも１種以上含むスピネルフェライト粒子等を必要な特性に応じて選択すればよく、その形状はトナー用に適した特性を付与できるものなら特に限定されないが、トナー用材料粉として一般的な粒状品（球状、八面体状、六面体状）を用いるのが好ましい。
【００１５】
さらに、分散性を向上させるために、ＳｉやＡｌ、あるいは有機処理剤等による表面処理を施した酸化鉄一次粒子を用いてもよい。
【００１６】
酸化鉄一次粒子としては、乾式、湿式を問わず公知の製造工程により得られる個数平均粒子径０．０５〜１μｍのものであればよく、乾燥工程を経たものであれば成形物でもよいが、予め一次粒子や一次粒子の微細な凝集粒子レベルまでジェットミルやハンマーミル等の粉砕装置やミックスマーラー等の圧密処理装置による処理を加えて、大きな凝集粒子を少なくしておくほうが好ましい。
【００１７】
本発明では、この酸化鉄一次粒子の凝集操作を粒子の自己凝集力及び／又は付着力を助長させる乾式装置により行い、粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末とする。一般的に、意図的な凝集操作の中には造粒、顆粒化という手段があり、この手段により得られるものを造粒物、顆粒と呼んだりして、固有の粉体特性等に起因する凝集、並びにそれによる凝集物と区別されることが多いが、本発明でいう「意図的な凝集」は意図的に行う凝集、造粒、顆粒化のいずれの手段をも指す。
【００１８】
ここでいう粒状凝集粒子とは、光学顕微鏡８０倍にて観察した際に、凝集粒子中に空隙が認められず、かつ一次粒子が稠密に凝集しているものを指し、粒状酸化鉄凝集粒子とは、粒状凝集粒子が酸化鉄粒子からなるものを指す。さらに、粒状凝集粉末とは粒状凝集粒子からなる粉末を指し、粒状酸化鉄凝集粉末とは粒状酸化鉄凝集粒子からなる粉末を指す。この粒状酸化鉄凝集粉末は、理想的には１００％粒状酸化鉄凝集粒子で構成されていることが最も好ましいが、実用上は、８０重量％以上の粒状酸化鉄凝集粒子が含まれていれば良い。
【００１９】
また、一次粒子又は凝集粒子という場合には、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。
【００２０】
凝集を行う乾式装置としては、一次粒子の面接触に基づく固い凝集を避け、点接触に基づく柔らかでほぐれやすい凝集を実現し、かつ強度を加熱減量で調整しながら凝集操作を加えられるものであればよい。具体的には、ナウターミキサー、モルタルミキサーに代表される混合装置、振動ふるい機、ロータップに代表されるふるい装置、皿型、ドラム型に代表される転動式造粒装置、振動フィーダーやスクリューフィーダーに代表される供給・搬送装置、サイクロンに代表される遠心力集塵装置を凝集装置として利用することにより製造できる。上記装置に共通している点は、転動や振動等により粒子同士の接触機会が多く、その接触の際に粒子同士が付着、凝集を繰り返すことにある。
【００２１】
これら装置は、粒子本来の有する凝集力及び／又は付着力を利用し、その作用を助長する機能を有しており、低速回転型、公転及び／又は自転機能のある回転転動型、水平及び／又は垂直方向への振動移動型といった特徴を少なくとも一つ以上有するものである。
【００２２】
これに対し、酸化鉄一次粒子に大きなエネルギーを直接的に加えるような装置の使用は好ましくない。個々の粒子を強力に相互圧縮したり、強固に成形させるような装置、詳しくは短時間に衝撃を与える打錠機やブリケッティングマシン等に代表される圧縮式造粒装置、大きな圧縮応力により強制的に成形を行うスクリュー型、ラム型、リング型等の各種押出し機に代表される押出式造粒装置、高温度の雰囲気中でスラリー等を加熱・乾燥・固結させるスプレードライヤーやディスクドライヤーに代表される噴霧式造粒装置、粗大な塊状粒子を粉砕する各種粉砕装置、あるいは圧縮応力の高いミックスマーラーや圧縮ロールに代表される圧密処理装置等を単独で用いたのでは、凝集粒子の流動性は改善されるものの、凝集粒子を構成する一次粒子や一次粒子の微細な凝集粒子同士の凝集力が強すぎて分散性に劣るものであったり、粗大な塊状の凝集粒子が破壊されただけの不定形、かつ流動性、分散性が共に劣る凝集粒子しか得られない。
【００２３】
次に、本発明の製造方法に使用できる好ましい製造装置について、具体的に説明する。
【００２４】
ここで言う混合装置とは、粉体を乾式で機械的な応力で混合する機械を指し、ナウターミキサー、モルタルミキサー、フラッシュミキサー、ヘンシェルミキサー、リボン型混合機、Ｖ型混合機、スクリュー型混合機、パドル型混合機、ニーダー等であり、好ましくはナウターミキサー、モルタルミキサー、Ｖ型混合機、スクリュー型混合機等であり、付着、凝集作用による機能がより高い装置が好ましい。また、粉体同士が混合される過程でランダムに接触する機会があるものであればバッチ式でも連続式のものでもよい。
【００２５】
また、ふるい装置とは、乾式で行うもので、振動ふるい機、ロータップ等であり、振動式、円運動型、旋回型、３次元旋回運動型等の方式があるが、いずれも粉体同士がランダムに接触する機会があるものであれば使用できる。
【００２６】
供給・搬送装置とは、乾式で粉体を機械的な応力により供給・搬送する装置を指し、振動フィーダー又はコンベアー、空気コンベアー、スクリューフィーダー又はコンベアー等が代表として挙げられるが、粉体が供給・搬送される際に系内での粒子の移動がランダムにあるものであれば使用できる。
【００２７】
転動式造粒装置とは、皿型又はドラム型に代表される造粒装置を指し、ペレタイザーや媒体を用いない回転ドラム式の装置（ボールミル等）が代表として挙げられる。
【００２８】
遠心力集塵装置とは、サイクロンを指し、粉体が移動する際に粉体同士の接触機会がランダムにあるものなら使用できる。
【００２９】
次に、本発明に用いられる上記乾式装置のいずれかを利用する際の重要な操作条件を述べる。
まず、粒状酸化鉄凝集粉末を製造する環境条件は、温度０〜５０℃、湿度１０〜９０％である。この範囲未満やこの範囲を超える環境条件では、得られる粒状酸化鉄凝集粒子の加熱減量を容易に制御しにくいばかりか、コスト的に不経済でもある。出発原料の加熱減量に応じて上記の範囲内で環境条件の設定を行うのが好ましい。
【００３０】
この乾式装置を用いた酸化鉄一次粒子の凝集においては、粒状酸化鉄凝集粒子の加熱減量を０．０５〜２重量％に調整することが重要である。その手段として、原料となる酸化鉄一次粒子として、加熱減量を調節した酸化鉄一次粒子を使用する方法を用いる。
【００３２】
次に、本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粉末を構成する粒状酸化鉄凝集粒子の性状について述べる。
【００３３】
本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子は、一次粒子や一次粒子の微細な凝集粒子が凝集してなるものであり、その個数平均粒子径は３０〜３０００μｍである。また、この酸化鉄凝集粒子の形状は、粒状であれば特に限定されないが、流動性の面からすると好ましくは球状である。
【００３４】
上述した従来技術に示されるような、乾式、湿式を問わず公知の製造工程により得られる凝集した酸化鉄粒子や、該凝集した酸化鉄粒子を粉砕して凝集粒子の粒子径を数十μｍ以下とすることにより得られる凝集粒子は、粉体自体の凝集や磁気凝集の影響が強かったり、元の凝集粒子の形状に起因して不定形であるばかりか、一次粒子が枝状に絡み合ったり、粒子中に空隙が多く存在したりするため、分散性、ハンドリング性、流動性に劣るものである。
【００３５】
これに対し、本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子は、強制的に粉体同士を圧着するような製造方法を用いず、粉体同士の凝集力及び／又は付着力を利用して遊離粒子の発生を抑制しているため、ハンドリング性、流動性に優れているのはもちろん、樹脂中での分散性にも優れている。
【００３６】
また、上記特開平８−２５９２３８号公報に記載の粒子径２０μｍ以下の凝集粒子は、凝集粒子が大きいと分散性が不良になるという観点から提案されているのに対し、本発明では樹脂中で粒状酸化鉄凝集粒子が均一な分散性を示した上で、凝集粒子を構成する一次粒子や微細な凝集粒子がさらに分散してゆくという二段分散が達成できることを前提として、凝集粒子を大きくしてハンドリング性、流動性をも向上させているのである。
【００３７】
つまり、本発明によって得られる粒状酸化鉄凝集粒子を用いることにより、まず樹脂中で凝集粒子は速い分散速度で、かつ均一に分散していく。次いで、混練の際、凝集粒子が適度にバランスされた強度で凝集されているので個々の凝集粒子に均等な応力がかかり、二次分散が完結するのである。
【００３８】
上述した従来技術による酸化鉄粒子においては、流動性に劣るため、一次分散が進みにくく、その結果一次分散と二次分散が同時に進行せざるを得ず、結果として均等な混練応力が粒子にかからず一次粒子の分散に不具合が生じるものと推測される。
【００３９】
従って、凝集粒子を適度な大きさの粒径に整えると共に、その強度を加熱減量でバランスよく制御した凝集粒子とすることが重要な点である。
【００４０】
特に、凝集粒子径の大きさと凝集粒子の強度のバランスは重要で、本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子の個数平均粒子径が３０μｍ未満の場合には、分散性の面では良好であっても、ハンドリング性、流動性の面で劣ったものとなる。この個数平均粒子径が３０００μｍを超える場合には、凝集粒子が大きすぎてバインダーを用いない場合には強度が全く不足し、バインダーを使用すると強度が上がりすぎ、凝集粒子から一次粒子レベルへの分散性の不良を免れない。
【００４１】
また、本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子は、加熱減量が０．０５〜２重量％である。加熱減量が０．０５重量％未満の場合には、凝集粒子中の一次粒子同士の凝集力が弱すぎ、一次粒子の一部が凝集粒子から分離してしまい、特にハンドリング性、流動性が不良となる。また、凝集粒子の加熱減量が２重量％を超える場合には、水分過多により一次粒子同士の凝集力及び／又は付着力が強すぎ、分散性が不良となる。
【００４２】
この粒状酸化鉄凝集粒子は次の特性、性状を有するものが好ましい。すなわち、圧縮度は好ましくは４０％以下であり、さらに好ましくは３５％以下である。安息角は好ましくは４０°以下であり、さらに好ましくは３８°以下である。見掛嵩密度は好ましくは１ｇ／ｃｍ3 以上であり、さらに好ましくは１．１ｇ／ｃｍ3 以上である。衝撃を加えた後のスパチュラ角は好ましくは４５°以下であり、さらに好ましくは４０°以下である。４５°傾斜金属板上での重量付着率は１０重量％以下であることが望ましい。
【００４３】
本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末は、上記特性、性状を有する粒状酸化鉄凝集粒子のみで構成されていることが好ましいが、実用面から考えて、風力分級により得られた粒径３０μｍ以上の凝集粒子の重量比率が８０重量％以上となるように、上記粒状酸化鉄凝集粒子を含有していればよく、好ましくは９０重量％以上、より好ましくは９５重量％以上が望ましい。この重量比率が８０重量％未満の場合には、凝集粉末のハンドリング性、流動性、搬送性は著しく劣るものとなる。
【００４４】
上述した本発明の製造方法では、凝集物をある程度の大きさに調整することができ、それにより、工程での二次粒子の均一な供給が行え、かつ、その凝集粒子の硬さを柔らかく調整することもでき、それにより、凝集粒子を一次粒子まで分散させることができる。
【００４５】
この凝集粒子の粒径や強度が維持できない場合には、工程内での搬送中の衝撃や応力等により凝集粒子がこわれ、その結果ハンドリング性や流動性に劣る粒子が発生するので、装置内での付着や閉塞を起こすこととなり、安定した供給が困難になる。
【００４６】
また、本発明によって得られた粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末は、樹脂と混練する等の工程で粉体を供給するときに、安定して、かつ容易に投入のコントロールができる。特に、連続式で投入され、全体の再混合、再混練が行われないときは、供給時の複数物質のバランスが重要となり、いかに一定して物質を供給し続けるかが重要になる。そういう観点から、本発明によって得られた粒状酸化鉄凝集粉末は優れている。
【００４７】
【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。
【００４８】
［試験例］
表１に出発原料となる酸化鉄粒子Ａ〜Ｅについて、下記の方法によって測定した諸特性を示す。この酸化鉄粒子は通常の湿式酸化法によって製造され、通常の方法で洗浄、乾燥、粉砕されたものである。なお、実施例及び比較例に記載の製造方法では、特に記載のないものは通常の環境、詳しくは温度１５〜２８℃、湿度４０〜７０％で行った。
【００４９】
（１）一次粒子の個数平均粒子径；透過型電子顕微鏡写真（倍率３０，０００倍）により、写真上の粒径を計測し、その個数平均粒子径を求めた。
（２）安息角；ホソカワミクロン社製パウダーテスターを用い、本体付属のマニュアルに従って測定した。
（３）見掛嵩密度；試料をふるい等を使用せず、そのまま内容量１００ｃｍ3 の容器に投入し、重量を測定し単位体積当たりの重量を求めた。
（４）加熱減量；窒素雰囲気下で、試料を９０℃、１時間加熱し、変化した重量の元重量に対する割合を求めた。
（５）衝撃後のスパチュラ角；ホソカワミクロン社製パウダーテスターを用い、本体付属のマニュアルに従って測定した。
（６）圧縮度；見掛嵩密度と、ホソカワミクロン社製パウダーテスターを用い、本体付属のマニュアルに従って測定したタップ密度に基づき、次式で計算して求めた。
圧縮度＝｛（タップ密度−見掛嵩密度）／（タップ密度）｝×１００
（７）鏡面反射率；ＪＩＳ Ｋ ５１０１のフーバーマーラー法に準じて調製した分散ペーストと硝化綿クリヤーラッカーとの混練物を１ｍｉｌのフィルムアプリケーターを用いて白紙に展色した塗布膜面における２０°の反射率を測定した。
（８）傾斜板上に付着する割合；厚さ０．５ｍｍ、縦３０ｃｍ、横２０ｃｍの金属製板（材質ＳＵＳ３０４）を４５°に傾け、試料１０ｇを高さ１０ｃｍのところから一度に落下させ、金属板上を転がし、又は滑らせる。その操作を１０回、計１００ｇの試料を落下させ、金属板上に付着した重量を求め、投入した１００ｇに対する割合で示した。
【００５０】
【表１】
【００５１】
［実施例１］
上記酸化鉄粒子Ａ３０ｋｇを、温度２３℃、湿度３５％の環境を維持しながら、ナウターミキサー（ホソカワミクロン（株）社製、ＮＸ−１）を用い、スクリューの自転９０ｒｐｍ、公転３ｒｐｍの回転で、６０分間処理することにより粒状酸化鉄凝集粉末を得た。
【００５２】
この粒状酸化鉄凝集粉末について、上記試験例の酸化鉄粒子の測定に準拠して諸特性を評価した。また、風力分級による３０μｍ以上の凝集粒子の重量比率、凝集粒子の個数平均粒子径、粒状酸化鉄凝集粉末と樹脂との混練物中のムラ、粒状酸化鉄凝集粉末と樹脂との混練物中の分散については下記の方法によって測定した。結果を表２に示す。
【００５３】
（９）風力分級による３０μｍ以上の凝集粒子の重量比率；風力分級機（日清エンジニアリング社製、ターボクラシファイアＴＣ−１５Ｍ型）を用いて３０μｍ以上の凝集粒子を分級し、その重量と分級に供した粒状酸化鉄凝集粉末重量により３０μｍ以上の凝集粒子重量比率を求めた。
（１０）凝集粒子の個数平均粒子径；光学顕微鏡（倍率８０倍）により、写真上の粒径を計測し、その個数平均粒子径を求めた。
（１１）粒状酸化鉄凝集粉末と樹脂、負帯電制御剤、剥離剤との混練物中のムラ；試料と樹脂（三洋化成社製ＴＢ−１０００Ｆ）、負帯電制御剤（オリエント化学社製ポントロンＳ−３４）及び剥離剤（三洋化成社製ビスコール５５０Ｐ）を用いて重量比１００：１００：１：２でヘンシェルミキサーを用いて混合し、２軸のニーダーで１８０℃、１分間溶融混練した後、混練物をローラーを用いて板状に成型、冷却の後、粗粉砕、微粉砕（ファインミル）し、得られたものを風力分級して磁性トナーを得た。この磁性トナーを常温硬化型エポキシ樹脂にて固定し、この試料を切断、研磨した後、切断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察し（倍率５，０００倍）、切断面中の酸化鉄粒子が均一に分布しているものを○、少し分布に偏りがあるものを△、分布の偏りが著しいものを×として評価した。
（１２）粒状酸化鉄凝集粉末と樹脂、負帯電制御剤、剥離剤との混練物中の分散；上記（１１）の観察において、切断面中の酸化鉄一次粒子が凝集していないものを○、やや凝集しているものを△、著しく凝集しているもの×として評価した。
【００５４】
［実施例２］
上記酸化鉄粒子Ｂ５００ｋｇを、ロータップ型振動ふるい機（（株）平工製作所社製、ロータップ型振動ふるい機）を用い、使用するふるいのメッシュを３段とし、上側から４２５μｍ、２５０μｍ、１２５μｍとし、振動回転数２９０ｒｐｍ、タップ頻度１５６ｔｐｍの条件で、３０分間処理し、各メッシュ上の凝集粒子をひとまとめに混合し、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５５】
［実施例３］
上記酸化鉄粒子Ｃを振動コンベアー（幅３０ｃｍ、高さ１０ｃｍ、長さ２ｍ）を用い、振幅１ｍｍ、振動数６０Ｈｚの振動を加え、３ｋｇ／ｍｉｎの速度で原料酸化鉄粒子を投入することで処理を行い、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５６】
［実施例４］
上記酸化鉄粒子Ｄ１０ｋｇを、パン型造粒機（パンの内径１．２ｍ、深さ１５ｃｍ）を用い、パンの傾斜を４５度、回転数２０ｒｐｍで３０分間処理し、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５７】
［実施例５］
上記酸化鉄粒子Ｅ１ｋｇを、サイクロン（ＯＳＡＷＡ社製ＭＰ−３８）を用い、凝集されていない粒子は循環し、凝集された物は順次サイクロンの系から排出し、排出された物を粒状酸化鉄凝集粉末として得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５８】
［比較例１］
上記酸化鉄粒子Ａを何も処理しないで、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５９】
［比較例２］
上記酸化鉄粒子Ｅを何も処理しないで、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６０】
［比較例３］
上記酸化鉄粒子Ａの未粉砕品である塊をショックレスハンマーで砕き、３ｍｍの篩を通して粗粒子を取り除き、酸化鉄凝集粉末を得た。この酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６１】
［比較例４］
上記酸化鉄粒子Ｄの未粉砕品である塊をショックレスハンマーで砕き、３ｍｍの篩を通して粗粒子を取り除き、酸化鉄凝集粉末を得た。この酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６２】
［比較例５］
上記酸化鉄粒子Ａを１０ｇ／Ｌとなるように水で希釈し、スプレードライヤー（三井三池化工機（株）社製、ＳＤ−１０型）を用い、１２０℃の条件下で給液量を２００ｍＬ／ｍｉｎで処理し、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６３】
［比較例６］
上記酸化鉄粒子Ｃを１０ｇ／Ｌとなるように水で希釈し、スプレードライヤー（三井三池化工機（株）社製、ＳＤ−１０型）を用い、１２０℃の条件下で給液量を２００ｍＬ／ｍｉｎで処理し、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６４】
［比較例７］
上記酸化鉄粒子Ｂを製造する工程で洗浄工程が完了し、乾燥を行う前の水分２０ｗｔ％を含んだ粘土状の塊を直径１ｍｍの穴から押し出し、ひも状に成形した物を１ｍｍ間隔で切断し、５０℃の乾燥機中で６時間乾燥し、酸化鉄凝集粉末を得た。この酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
【００６６】
表２から明らかな通り、実施例１〜５の粒状酸化鉄凝集粉末は、いずれも安息角が４０°以下、見掛嵩密度が１ｇ／ｃｍ3 以上、加熱減量が０．０５〜２重量％、衝撃を加えた後のスパチュラ角が４５°以下、圧縮度が４０％以下、傾斜板上に付着する割合が１０重量％以下であり、かつ鏡面反射率が４０°以下のものが得られ、樹脂との混練の製造工程において、二次粒子の均一な供給と一次粒子の良好な分散とを兼ね備えていた。また、混練物中のムラや一次粒子の分散性の評価においても良好な結果が得られた。なお、樹脂との混合粉末を混練する際の供給も安定していた。
【００６７】
一方、比較例１及び２の酸化鉄粒子は見掛嵩密度が低く、かつ衝撃を加えた後のスパチュラ 角、安息角、圧縮度が実施例１〜５に比べて大きく、流動性や凝集強度において劣るものであった。また、傾斜板上に付着する粒子も多く、混練物中のムラや一次粒子の分散性の評価においても劣るものであった。なお、樹脂等との混合粉末を粉体供給フィーダーやホッパーに供給する際、付着や閉塞を度々起こし、強制的に粉体を押し込む操作が必要であた。
【００６８】
比較例３及び４の酸化鉄凝集粉末は、見掛嵩密度、安息角、及び衝撃を加えた後のスパチュラ角は良好なため、流動性に優れ安定して粉体を供給できるが、その凝集過程で湿式で行われ、かつ、目的とする凝集粒子の大きさまでの粉砕しか行っていないため、粒子同士の凝集力が強すぎ、鏡面反射率も低く、一次粒子の分散性に劣るものであった。
【００６９】
比較例５及び６の粒状酸化鉄凝集粉末は、見掛嵩密度、安息角、及び衝撃を加えた後のスパチュラ角は良好なため、流動性に優れ安定して粉体を供給できるが、高温での強力な加熱、乾燥、固結により、実施例１〜５に比べて凝集粒子の一次粒子への分散が悪く、従って鏡面反射率が低く、かつ樹脂との混練時には混合ムラはないものの、一次粒子の分散不良を起こしていた。
【００７０】
比較例７の酸化鉄凝集粉末は、見掛嵩密度、安息角、及び衝撃を加えた後のスパチュラ角は良好なため、流動性に優れ安定して粉体を供給できるが、湿式で得られた凝集粒子を乾燥しているものであり、その乾燥過程で凝集粒子がより強く凝集するため、実施例１〜５に比べて凝集粒子の一次粒子への分散が悪く、従って鏡面反射率が低く、かつ樹脂との混練時には混合ムラはないものの、一次粒子の分散不良を起こしていた。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法によって、凝集粒子でありながら適度な強度を有することで樹脂との混合時の分散性に優れ、かつハンドリング性、流動性にも優れた粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末が得られる。そして、この粒状酸化鉄凝集粉末は、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好適に用いられる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法に関し、詳しくは酸化鉄一次粒子を乾式装置で凝集させ特定の酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末とすることにより、ハンドリング性、流動性、分散性に優れた、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用いられる粒状酸化鉄凝集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】
一般に、静電複写磁性トナーや静電潜像現像用キャリア等は、アクリル樹脂やポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を基材として、マグネタイト粒子に代表されるような磁性と黒色顔料の性能を併せ持つ酸化鉄粒子が添加されて製造される。この際、酸化鉄粒子に要求される特性として、樹脂中へのより高い分散性が挙げられる。磁性トナー製造において、この分散性が不良だとトナー中の酸化鉄粒子の存在がばらつき、磁気特性を始めとする諸特性に悪影響を与える。
【０００３】
一方、磁性トナー製造においては、酸化鉄粒子のハンドリング性、流動性も重要な特性である。例えば、樹脂との混合、粉砕等の製造工程において、酸化鉄粒子のハンドリング性や流動性が不良で供給が安定しない場合、より具体的には、ホッパー内や供給口での棚つりや居付き、閉塞等が発生すると酸化鉄粒子と樹脂等の混合品や粉砕品中において既に酸化鉄粒子の重量的な分布不良が発生してしまうからである。
【０００４】
このような不都合を抑制するためには、使用する酸化鉄粒子自体のハンドリング性、流動性、分散性を改良する必要があり、これまでにも種々の提案がなされている。例えば特開平６−１３０７１８号公報には粒子表面にシリカ微粒子を付着させたものが提案されている。特開平６−２３０６０３号公報には粒子表面にＳｉ及び／又はＴｉ化合物及びカップリング剤層を有することが開示されている。また、特開平７−２４０３０６号公報にはケイ素含有マグネタイト粒子表面にシリカ及びアルミナ微粒子その他を付着させることが示されている。特開平９−５９０２４号公報にはケイ素その他の金属元素含有マグネタイト粒子の各稜線を曲面状とすることが記載されている。さらに特開平９−２４１０２５号公報にはケイ素含有マグネタイト粒子の形状を角の丸い金平糖状とすることが開示されている。しかし、これらの従来技術を始めとして乾式、湿式を問わず公知の製造工程により得られた酸化鉄粒子を用いたのでは、粉体そのものの凝集性に加え、磁気凝集の影響も相俟って酸化鉄粒子自体のハンドリング性、流動性、分散性の改良効果には限界があった。
【０００５】
また、特開平８−２５９２３８号公報には、個数平均粒子径が０．０５〜１μｍの酸化鉄粒状粒子が凝集した粒子径２０μｍ以下の凝集粒子からなる着色用顔料粉末が開示されており、該粉末は剪断作用が大きい容器固定の水平複軸型の混練機を使用することにより得られるとしている。そして、同公報には、大きな凝集粒子を粉砕して凝集粒子の粒子径を数十μｍ以下とする手段、例えば衝撃式粉砕機、ボールミル、振動ミル、ロール圧縮成形機、ホイール型混練機を使用する手段についても触れ、これらにより得られた凝集粒子に対する上記粒子径２０μｍ以下の凝集粒子の優位性について記載されている。
【０００６】
同公報に開示の技術によれば、確かに樹脂成形物製造の際の分散性には優れているものの、凝集粒子の大きいものは分散性が悪いという観点に立っており、さらにハンドリング性、流動性の面で充分な性能を有していない。
【０００７】
以上のように、工程内での流動性に優れ、かつ樹脂等との混練時の分散性に優れた酸化鉄凝集粒子については未だ提案されていない。
【０００８】
従って、本発明の目的は、搬送性に優れ、またハンドリング性、流動性が良好で、凝集粒子でありながら適度な強度を有することで樹脂との混練時の分散性に優れた粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
一般的に、粉体そのものには少なからず凝集する性質があることが知られており、その物理的、化学的な結合力としてのファンデルワールスカ、静電的、磁気的、又は液架橋的な凝集作用以外に、外部からの力学的又は熱的エネルギーを加えることによって、粉体を凝集、造粒、顆粒化することができる。
【００１０】
しかしながら、本発明の場合には、得られた凝集粒子は、使用時にはその凝集形態がほぐれ、分散性にも優れていることが要求される。この凝集粒子製造の際に、外部から加えられるエネルギーが高いと、分散時に必要となるエネルギーも大きくなり、結果としてかかる凝集粒子の分散性は不良となることが容易に推定される。
【００１１】
本発明者等は、鋭意検討の結果、出発原料である酸化鉄一次粒子に対してなるべくエネルギーを直接的に加えることなく、分散時に少ないエネルギーでほぐれる凝集粒子を製造できれば良いのではないかと考えた。
【００１２】
そして、従来の製造方法で製造された酸化鉄粒子を用いて意図的な凝集操作を加える製造方法において、粒子同士の接触機会を多くでき、その接触の際に粒子同士が付着・凝集を繰り返す、いわゆる粒子の自己凝集力及び／又は付着力を助長させる乾式装置を凝集操作に使用することにより、凝集粒子の形状、大きさ、強度等を制御することができ、出発原料の酸化鉄粒子に比べ、分散性、ハンドリング性、流動性が格段に優れた粒状酸化鉄凝集粒子が得られ、本発明の目的が達成し得ることを知見するに至った。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、個数平均粒子径が０．０５〜１μｍの酸化鉄一次粒子が凝集し、個数平均粒子径が３０〜３０００μｍであり、かつ加熱減量が０．０５〜２重量％である粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法であって、
上記酸化鉄一次粒子の凝集操作を、加熱減量が０．１〜１．８％の酸化鉄一次粒子を用い、粒子同士の接触の際に粒子同士が付着・凝集を繰り返し、粒子の自己凝集力及び／又は付着力を助長させる、（イ）低速回転型、（ロ）公転及び／若しくは自転機能のある回転転動型、又は、（ハ）水平及び／若しくは垂直方向への振動移動型乾式装置により行うことを特徴とする粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の製造方法においては、出発原料である酸化鉄一次粒子の形態は、マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）を始めとして、マグヘマイト（γ−Ｆｅ2 Ｏ3 ）やその中間組成のベルトライド化合物（ＦｅＯｘ・Ｆｅ2 Ｏ3 、０＜Ｘ＜１）、及びこれらの単独又は複合化合物にＦｅ以外のＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐ等を少なくとも１種以上含むスピネルフェライト粒子等を必要な特性に応じて選択すればよく、その形状はトナー用に適した特性を付与できるものなら特に限定されないが、トナー用材料粉として一般的な粒状品（球状、八面体状、六面体状）を用いるのが好ましい。
【００１５】
さらに、分散性を向上させるために、ＳｉやＡｌ、あるいは有機処理剤等による表面処理を施した酸化鉄一次粒子を用いてもよい。
【００１６】
酸化鉄一次粒子としては、乾式、湿式を問わず公知の製造工程により得られる個数平均粒子径０．０５〜１μｍのものであればよく、乾燥工程を経たものであれば成形物でもよいが、予め一次粒子や一次粒子の微細な凝集粒子レベルまでジェットミルやハンマーミル等の粉砕装置やミックスマーラー等の圧密処理装置による処理を加えて、大きな凝集粒子を少なくしておくほうが好ましい。
【００１７】
本発明では、この酸化鉄一次粒子の凝集操作を粒子の自己凝集力及び／又は付着力を助長させる乾式装置により行い、粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末とする。一般的に、意図的な凝集操作の中には造粒、顆粒化という手段があり、この手段により得られるものを造粒物、顆粒と呼んだりして、固有の粉体特性等に起因する凝集、並びにそれによる凝集物と区別されることが多いが、本発明でいう「意図的な凝集」は意図的に行う凝集、造粒、顆粒化のいずれの手段をも指す。
【００１８】
ここでいう粒状凝集粒子とは、光学顕微鏡８０倍にて観察した際に、凝集粒子中に空隙が認められず、かつ一次粒子が稠密に凝集しているものを指し、粒状酸化鉄凝集粒子とは、粒状凝集粒子が酸化鉄粒子からなるものを指す。さらに、粒状凝集粉末とは粒状凝集粒子からなる粉末を指し、粒状酸化鉄凝集粉末とは粒状酸化鉄凝集粒子からなる粉末を指す。この粒状酸化鉄凝集粉末は、理想的には１００％粒状酸化鉄凝集粒子で構成されていることが最も好ましいが、実用上は、８０重量％以上の粒状酸化鉄凝集粒子が含まれていれば良い。
【００１９】
また、一次粒子又は凝集粒子という場合には、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。
【００２０】
凝集を行う乾式装置としては、一次粒子の面接触に基づく固い凝集を避け、点接触に基づく柔らかでほぐれやすい凝集を実現し、かつ強度を加熱減量で調整しながら凝集操作を加えられるものであればよい。具体的には、ナウターミキサー、モルタルミキサーに代表される混合装置、振動ふるい機、ロータップに代表されるふるい装置、皿型、ドラム型に代表される転動式造粒装置、振動フィーダーやスクリューフィーダーに代表される供給・搬送装置、サイクロンに代表される遠心力集塵装置を凝集装置として利用することにより製造できる。上記装置に共通している点は、転動や振動等により粒子同士の接触機会が多く、その接触の際に粒子同士が付着、凝集を繰り返すことにある。
【００２１】
これら装置は、粒子本来の有する凝集力及び／又は付着力を利用し、その作用を助長する機能を有しており、低速回転型、公転及び／又は自転機能のある回転転動型、水平及び／又は垂直方向への振動移動型といった特徴を少なくとも一つ以上有するものである。
【００２２】
これに対し、酸化鉄一次粒子に大きなエネルギーを直接的に加えるような装置の使用は好ましくない。個々の粒子を強力に相互圧縮したり、強固に成形させるような装置、詳しくは短時間に衝撃を与える打錠機やブリケッティングマシン等に代表される圧縮式造粒装置、大きな圧縮応力により強制的に成形を行うスクリュー型、ラム型、リング型等の各種押出し機に代表される押出式造粒装置、高温度の雰囲気中でスラリー等を加熱・乾燥・固結させるスプレードライヤーやディスクドライヤーに代表される噴霧式造粒装置、粗大な塊状粒子を粉砕する各種粉砕装置、あるいは圧縮応力の高いミックスマーラーや圧縮ロールに代表される圧密処理装置等を単独で用いたのでは、凝集粒子の流動性は改善されるものの、凝集粒子を構成する一次粒子や一次粒子の微細な凝集粒子同士の凝集力が強すぎて分散性に劣るものであったり、粗大な塊状の凝集粒子が破壊されただけの不定形、かつ流動性、分散性が共に劣る凝集粒子しか得られない。
【００２３】
次に、本発明の製造方法に使用できる好ましい製造装置について、具体的に説明する。
【００２４】
ここで言う混合装置とは、粉体を乾式で機械的な応力で混合する機械を指し、ナウターミキサー、モルタルミキサー、フラッシュミキサー、ヘンシェルミキサー、リボン型混合機、Ｖ型混合機、スクリュー型混合機、パドル型混合機、ニーダー等であり、好ましくはナウターミキサー、モルタルミキサー、Ｖ型混合機、スクリュー型混合機等であり、付着、凝集作用による機能がより高い装置が好ましい。また、粉体同士が混合される過程でランダムに接触する機会があるものであればバッチ式でも連続式のものでもよい。
【００２５】
また、ふるい装置とは、乾式で行うもので、振動ふるい機、ロータップ等であり、振動式、円運動型、旋回型、３次元旋回運動型等の方式があるが、いずれも粉体同士がランダムに接触する機会があるものであれば使用できる。
【００２６】
供給・搬送装置とは、乾式で粉体を機械的な応力により供給・搬送する装置を指し、振動フィーダー又はコンベアー、空気コンベアー、スクリューフィーダー又はコンベアー等が代表として挙げられるが、粉体が供給・搬送される際に系内での粒子の移動がランダムにあるものであれば使用できる。
【００２７】
転動式造粒装置とは、皿型又はドラム型に代表される造粒装置を指し、ペレタイザーや媒体を用いない回転ドラム式の装置（ボールミル等）が代表として挙げられる。
【００２８】
遠心力集塵装置とは、サイクロンを指し、粉体が移動する際に粉体同士の接触機会がランダムにあるものなら使用できる。
【００２９】
次に、本発明に用いられる上記乾式装置のいずれかを利用する際の重要な操作条件を述べる。
まず、粒状酸化鉄凝集粉末を製造する環境条件は、温度０〜５０℃、湿度１０〜９０％である。この範囲未満やこの範囲を超える環境条件では、得られる粒状酸化鉄凝集粒子の加熱減量を容易に制御しにくいばかりか、コスト的に不経済でもある。出発原料の加熱減量に応じて上記の範囲内で環境条件の設定を行うのが好ましい。
【００３０】
この乾式装置を用いた酸化鉄一次粒子の凝集においては、粒状酸化鉄凝集粒子の加熱減量を０．０５〜２重量％に調整することが重要である。その手段として、原料となる酸化鉄一次粒子として、加熱減量を調節した酸化鉄一次粒子を使用する方法を用いる。
【００３２】
次に、本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粉末を構成する粒状酸化鉄凝集粒子の性状について述べる。
【００３３】
本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子は、一次粒子や一次粒子の微細な凝集粒子が凝集してなるものであり、その個数平均粒子径は３０〜３０００μｍである。また、この酸化鉄凝集粒子の形状は、粒状であれば特に限定されないが、流動性の面からすると好ましくは球状である。
【００３４】
上述した従来技術に示されるような、乾式、湿式を問わず公知の製造工程により得られる凝集した酸化鉄粒子や、該凝集した酸化鉄粒子を粉砕して凝集粒子の粒子径を数十μｍ以下とすることにより得られる凝集粒子は、粉体自体の凝集や磁気凝集の影響が強かったり、元の凝集粒子の形状に起因して不定形であるばかりか、一次粒子が枝状に絡み合ったり、粒子中に空隙が多く存在したりするため、分散性、ハンドリング性、流動性に劣るものである。
【００３５】
これに対し、本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子は、強制的に粉体同士を圧着するような製造方法を用いず、粉体同士の凝集力及び／又は付着力を利用して遊離粒子の発生を抑制しているため、ハンドリング性、流動性に優れているのはもちろん、樹脂中での分散性にも優れている。
【００３６】
また、上記特開平８−２５９２３８号公報に記載の粒子径２０μｍ以下の凝集粒子は、凝集粒子が大きいと分散性が不良になるという観点から提案されているのに対し、本発明では樹脂中で粒状酸化鉄凝集粒子が均一な分散性を示した上で、凝集粒子を構成する一次粒子や微細な凝集粒子がさらに分散してゆくという二段分散が達成できることを前提として、凝集粒子を大きくしてハンドリング性、流動性をも向上させているのである。
【００３７】
つまり、本発明によって得られる粒状酸化鉄凝集粒子を用いることにより、まず樹脂中で凝集粒子は速い分散速度で、かつ均一に分散していく。次いで、混練の際、凝集粒子が適度にバランスされた強度で凝集されているので個々の凝集粒子に均等な応力がかかり、二次分散が完結するのである。
【００３８】
上述した従来技術による酸化鉄粒子においては、流動性に劣るため、一次分散が進みにくく、その結果一次分散と二次分散が同時に進行せざるを得ず、結果として均等な混練応力が粒子にかからず一次粒子の分散に不具合が生じるものと推測される。
【００３９】
従って、凝集粒子を適度な大きさの粒径に整えると共に、その強度を加熱減量でバランスよく制御した凝集粒子とすることが重要な点である。
【００４０】
特に、凝集粒子径の大きさと凝集粒子の強度のバランスは重要で、本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子の個数平均粒子径が３０μｍ未満の場合には、分散性の面では良好であっても、ハンドリング性、流動性の面で劣ったものとなる。この個数平均粒子径が３０００μｍを超える場合には、凝集粒子が大きすぎてバインダーを用いない場合には強度が全く不足し、バインダーを使用すると強度が上がりすぎ、凝集粒子から一次粒子レベルへの分散性の不良を免れない。
【００４１】
また、本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子は、加熱減量が０．０５〜２重量％である。加熱減量が０．０５重量％未満の場合には、凝集粒子中の一次粒子同士の凝集力が弱すぎ、一次粒子の一部が凝集粒子から分離してしまい、特にハンドリング性、流動性が不良となる。また、凝集粒子の加熱減量が２重量％を超える場合には、水分過多により一次粒子同士の凝集力及び／又は付着力が強すぎ、分散性が不良となる。
【００４２】
この粒状酸化鉄凝集粒子は次の特性、性状を有するものが好ましい。すなわち、圧縮度は好ましくは４０％以下であり、さらに好ましくは３５％以下である。安息角は好ましくは４０°以下であり、さらに好ましくは３８°以下である。見掛嵩密度は好ましくは１ｇ／ｃｍ3 以上であり、さらに好ましくは１．１ｇ／ｃｍ3 以上である。衝撃を加えた後のスパチュラ角は好ましくは４５°以下であり、さらに好ましくは４０°以下である。４５°傾斜金属板上での重量付着率は１０重量％以下であることが望ましい。
【００４３】
本発明により得られる粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末は、上記特性、性状を有する粒状酸化鉄凝集粒子のみで構成されていることが好ましいが、実用面から考えて、風力分級により得られた粒径３０μｍ以上の凝集粒子の重量比率が８０重量％以上となるように、上記粒状酸化鉄凝集粒子を含有していればよく、好ましくは９０重量％以上、より好ましくは９５重量％以上が望ましい。この重量比率が８０重量％未満の場合には、凝集粉末のハンドリング性、流動性、搬送性は著しく劣るものとなる。
【００４４】
上述した本発明の製造方法では、凝集物をある程度の大きさに調整することができ、それにより、工程での二次粒子の均一な供給が行え、かつ、その凝集粒子の硬さを柔らかく調整することもでき、それにより、凝集粒子を一次粒子まで分散させることができる。
【００４５】
この凝集粒子の粒径や強度が維持できない場合には、工程内での搬送中の衝撃や応力等により凝集粒子がこわれ、その結果ハンドリング性や流動性に劣る粒子が発生するので、装置内での付着や閉塞を起こすこととなり、安定した供給が困難になる。
【００４６】
また、本発明によって得られた粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末は、樹脂と混練する等の工程で粉体を供給するときに、安定して、かつ容易に投入のコントロールができる。特に、連続式で投入され、全体の再混合、再混練が行われないときは、供給時の複数物質のバランスが重要となり、いかに一定して物質を供給し続けるかが重要になる。そういう観点から、本発明によって得られた粒状酸化鉄凝集粉末は優れている。
【００４７】
【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。
【００４８】
［試験例］
表１に出発原料となる酸化鉄粒子Ａ〜Ｅについて、下記の方法によって測定した諸特性を示す。この酸化鉄粒子は通常の湿式酸化法によって製造され、通常の方法で洗浄、乾燥、粉砕されたものである。なお、実施例及び比較例に記載の製造方法では、特に記載のないものは通常の環境、詳しくは温度１５〜２８℃、湿度４０〜７０％で行った。
【００４９】
（１）一次粒子の個数平均粒子径；透過型電子顕微鏡写真（倍率３０，０００倍）により、写真上の粒径を計測し、その個数平均粒子径を求めた。
（２）安息角；ホソカワミクロン社製パウダーテスターを用い、本体付属のマニュアルに従って測定した。
（３）見掛嵩密度；試料をふるい等を使用せず、そのまま内容量１００ｃｍ3 の容器に投入し、重量を測定し単位体積当たりの重量を求めた。
（４）加熱減量；窒素雰囲気下で、試料を９０℃、１時間加熱し、変化した重量の元重量に対する割合を求めた。
（５）衝撃後のスパチュラ角；ホソカワミクロン社製パウダーテスターを用い、本体付属のマニュアルに従って測定した。
（６）圧縮度；見掛嵩密度と、ホソカワミクロン社製パウダーテスターを用い、本体付属のマニュアルに従って測定したタップ密度に基づき、次式で計算して求めた。
圧縮度＝｛（タップ密度−見掛嵩密度）／（タップ密度）｝×１００
（７）鏡面反射率；ＪＩＳ Ｋ ５１０１のフーバーマーラー法に準じて調製した分散ペーストと硝化綿クリヤーラッカーとの混練物を１ｍｉｌのフィルムアプリケーターを用いて白紙に展色した塗布膜面における２０°の反射率を測定した。
（８）傾斜板上に付着する割合；厚さ０．５ｍｍ、縦３０ｃｍ、横２０ｃｍの金属製板（材質ＳＵＳ３０４）を４５°に傾け、試料１０ｇを高さ１０ｃｍのところから一度に落下させ、金属板上を転がし、又は滑らせる。その操作を１０回、計１００ｇの試料を落下させ、金属板上に付着した重量を求め、投入した１００ｇに対する割合で示した。
【００５０】
【表１】
［実施例１］
上記酸化鉄粒子Ａ３０ｋｇを、温度２３℃、湿度３５％の環境を維持しながら、ナウターミキサー（ホソカワミクロン（株）社製、ＮＸ−１）を用い、スクリューの自転９０ｒｐｍ、公転３ｒｐｍの回転で、６０分間処理することにより粒状酸化鉄凝集粉末を得た。
【００５２】
この粒状酸化鉄凝集粉末について、上記試験例の酸化鉄粒子の測定に準拠して諸特性を評価した。また、風力分級による３０μｍ以上の凝集粒子の重量比率、凝集粒子の個数平均粒子径、粒状酸化鉄凝集粉末と樹脂との混練物中のムラ、粒状酸化鉄凝集粉末と樹脂との混練物中の分散については下記の方法によって測定した。結果を表２に示す。
【００５３】
（９）風力分級による３０μｍ以上の凝集粒子の重量比率；風力分級機（日清エンジニアリング社製、ターボクラシファイアＴＣ−１５Ｍ型）を用いて３０μｍ以上の凝集粒子を分級し、その重量と分級に供した粒状酸化鉄凝集粉末重量により３０μｍ以上の凝集粒子重量比率を求めた。
（１０）凝集粒子の個数平均粒子径；光学顕微鏡（倍率８０倍）により、写真上の粒径を計測し、その個数平均粒子径を求めた。
（１１）粒状酸化鉄凝集粉末と樹脂、負帯電制御剤、剥離剤との混練物中のムラ；試料と樹脂（三洋化成社製ＴＢ−１０００Ｆ）、負帯電制御剤（オリエント化学社製ポントロンＳ−３４）及び剥離剤（三洋化成社製ビスコール５５０Ｐ）を用いて重量比１００：１００：１：２でヘンシェルミキサーを用いて混合し、２軸のニーダーで１８０℃、１分間溶融混練した後、混練物をローラーを用いて板状に成型、冷却の後、粗粉砕、微粉砕（ファインミル）し、得られたものを風力分級して磁性トナーを得た。この磁性トナーを常温硬化型エポキシ樹脂にて固定し、この試料を切断、研磨した後、切断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察し（倍率５，０００倍）、切断面中の酸化鉄粒子が均一に分布しているものを○、少し分布に偏りがあるものを△、分布の偏りが著しいものを×として評価した。
（１２）粒状酸化鉄凝集粉末と樹脂、負帯電制御剤、剥離剤との混練物中の分散；上記（１１）の観察において、切断面中の酸化鉄一次粒子が凝集していないものを○、やや凝集しているものを△、著しく凝集しているもの×として評価した。
【００５４】
［実施例２］
上記酸化鉄粒子Ｂ５００ｋｇを、ロータップ型振動ふるい機（（株）平工製作所社製、ロータップ型振動ふるい機）を用い、使用するふるいのメッシュを３段とし、上側から４２５μｍ、２５０μｍ、１２５μｍとし、振動回転数２９０ｒｐｍ、タップ頻度１５６ｔｐｍの条件で、３０分間処理し、各メッシュ上の凝集粒子をひとまとめに混合し、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５５】
［実施例３］
上記酸化鉄粒子Ｃを振動コンベアー（幅３０ｃｍ、高さ１０ｃｍ、長さ２ｍ）を用い、振幅１ｍｍ、振動数６０Ｈｚの振動を加え、３ｋｇ／ｍｉｎの速度で原料酸化鉄粒子を投入することで処理を行い、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５６】
［実施例４］
上記酸化鉄粒子Ｄ１０ｋｇを、パン型造粒機（パンの内径１．２ｍ、深さ１５ｃｍ）を用い、パンの傾斜を４５度、回転数２０ｒｐｍで３０分間処理し、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５７】
［実施例５］
上記酸化鉄粒子Ｅ１ｋｇを、サイクロン（ＯＳＡＷＡ社製ＭＰ−３８）を用い、凝集されていない粒子は循環し、凝集された物は順次サイクロンの系から排出し、排出された物を粒状酸化鉄凝集粉末として得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５８】
［比較例１］
上記酸化鉄粒子Ａを何も処理しないで、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００５９】
［比較例２］
上記酸化鉄粒子Ｅを何も処理しないで、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６０】
［比較例３］
上記酸化鉄粒子Ａの未粉砕品である塊をショックレスハンマーで砕き、３ｍｍの篩を通して粗粒子を取り除き、酸化鉄凝集粉末を得た。この酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６１】
［比較例４］
上記酸化鉄粒子Ｄの未粉砕品である塊をショックレスハンマーで砕き、３ｍｍの篩を通して粗粒子を取り除き、酸化鉄凝集粉末を得た。この酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６２】
［比較例５］
上記酸化鉄粒子Ａを１０ｇ／Ｌとなるように水で希釈し、スプレードライヤー（三井三池化工機（株）社製、ＳＤ−１０型）を用い、１２０℃の条件下で給液量を２００ｍＬ／ｍｉｎで処理し、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６３】
［比較例６］
上記酸化鉄粒子Ｃを１０ｇ／Ｌとなるように水で希釈し、スプレードライヤー（三井三池化工機（株）社製、ＳＤ−１０型）を用い、１２０℃の条件下で給液量を２００ｍＬ／ｍｉｎで処理し、粒状酸化鉄凝集粉末を得た。この粒状酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６４】
［比較例７］
上記酸化鉄粒子Ｂを製造する工程で洗浄工程が完了し、乾燥を行う前の水分２０ｗｔ％を含んだ粘土状の塊を直径１ｍｍの穴から押し出し、ひも状に成形した物を１ｍｍ間隔で切断し、５０℃の乾燥機中で６時間乾燥し、酸化鉄凝集粉末を得た。この酸化鉄凝集粉末について、実施例１に準拠して諸特性を評価した。結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
表２から明らかな通り、実施例１〜５の粒状酸化鉄凝集粉末は、いずれも安息角が４０°以下、見掛嵩密度が１ｇ／ｃｍ3 以上、加熱減量が０．０５〜２重量％、衝撃を加えた後のスパチュラ角が４５°以下、圧縮度が４０％以下、傾斜板上に付着する割合が１０重量％以下であり、かつ鏡面反射率が４０°以下のものが得られ、樹脂との混練の製造工程において、二次粒子の均一な供給と一次粒子の良好な分散とを兼ね備えていた。また、混練物中のムラや一次粒子の分散性の評価においても良好な結果が得られた。なお、樹脂との混合粉末を混練する際の供給も安定していた。
【００６７】
一方、比較例１及び２の酸化鉄粒子は見掛嵩密度が低く、かつ衝撃を加えた後のスパチュラ 角、安息角、圧縮度が実施例１〜５に比べて大きく、流動性や凝集強度において劣るものであった。また、傾斜板上に付着する粒子も多く、混練物中のムラや一次粒子の分散性の評価においても劣るものであった。なお、樹脂等との混合粉末を粉体供給フィーダーやホッパーに供給する際、付着や閉塞を度々起こし、強制的に粉体を押し込む操作が必要であた。
【００６８】
比較例３及び４の酸化鉄凝集粉末は、見掛嵩密度、安息角、及び衝撃を加えた後のスパチュラ角は良好なため、流動性に優れ安定して粉体を供給できるが、その凝集過程で湿式で行われ、かつ、目的とする凝集粒子の大きさまでの粉砕しか行っていないため、粒子同士の凝集力が強すぎ、鏡面反射率も低く、一次粒子の分散性に劣るものであった。
【００６９】
比較例５及び６の粒状酸化鉄凝集粉末は、見掛嵩密度、安息角、及び衝撃を加えた後のスパチュラ角は良好なため、流動性に優れ安定して粉体を供給できるが、高温での強力な加熱、乾燥、固結により、実施例１〜５に比べて凝集粒子の一次粒子への分散が悪く、従って鏡面反射率が低く、かつ樹脂との混練時には混合ムラはないものの、一次粒子の分散不良を起こしていた。
【００７０】
比較例７の酸化鉄凝集粉末は、見掛嵩密度、安息角、及び衝撃を加えた後のスパチュラ角は良好なため、流動性に優れ安定して粉体を供給できるが、湿式で得られた凝集粒子を乾燥しているものであり、その乾燥過程で凝集粒子がより強く凝集するため、実施例１〜５に比べて凝集粒子の一次粒子への分散が悪く、従って鏡面反射率が低く、かつ樹脂との混練時には混合ムラはないものの、一次粒子の分散不良を起こしていた。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法によって、凝集粒子でありながら適度な強度を有することで樹脂との混合時の分散性に優れ、かつハンドリング性、流動性にも優れた粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末が得られる。そして、この粒状酸化鉄凝集粉末は、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好適に用いられる。
Claims (7)
- 個数平均粒子径が０．０５〜１μｍの酸化鉄一次粒子が凝集し、個数平均粒子径が３０〜３０００μｍであり、かつ加熱減量が０．０５〜２重量％である粒状酸化鉄凝集粒子からなる粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法であって、
上記酸化鉄一次粒子の凝集操作を、加熱減量が０．１〜１．８％の酸化鉄一次粒子を用い、粒子同士の接触の際に粒子同士が付着・凝集を繰り返し、粒子の自己凝集力及び／又は付着力を助長させる、（イ）低速回転型、（ロ）公転及び／若しくは自転機能のある回転転動型、又は、（ハ）水平及び／若しくは垂直方向への振動移動型乾式装置により行うことを特徴とする粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法。 - 上記乾式装置が混合装置である請求項１に記載の粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法。
- 上記乾式装置がふるい装置である請求項１に記載の粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法。
- 上記乾式装置が転動式造粒装置である請求項１に記載の粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法。
- 上記乾式装置が供給・搬送装置である請求項１に記載の粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法。
- 上記乾式装置が遠心力集塵装置である請求項１に記載の粒状酸化鉄凝集粉末の製造方法。
- 凝集操作を温度０〜５０℃、湿度１０〜９０％で行う請求項１ないし６の何れかに記載の製造方法。
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