JP6550836B2

JP6550836B2 - 磁性微粒子の製造方法

Info

Publication number: JP6550836B2
Application number: JP2015064959A
Authority: JP
Inventors: 山田　雅士; 雅士山田
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016184703A

Description

本発明は、磁性微粒子の製造方法に関し、特に湿式方法にて得られた磁性微粒子の分散液を乾燥させることを特徴とする磁性微粒子の製造方法に関する。

従来、微粒子を磁性化する際には、例えば高分子微粒子を多孔質にしてその孔に磁性体をイオン的もしくは物理的に吸着させる、もしくは高分子微粒子と磁性体を乾式回転方法によって物理的に高分子微粒子表面に磁性体をコーティングする方法が用いられていた（特許文献１）。多孔質高分子微粒子を使用する場合には、孔の奥深くまで磁性体が浸透することによる磁気応答性の低下や、磁気応答性確保のために過剰な磁性体添加を原因とする比重増大による分散安定性の低下が起こる。また、高分子微粒子と磁性体を乾式回転方式にて実施する際には、高価な装置を必要として汎用性に欠けるという問題があった。

特許４２７３３１５号公報

本発明は、微粒子に対して磁性化を行う際に、多孔質微粒子を用いなくても、また高価な装置を使わなくても磁性微粒子を製造することができる方法を提供するものである。

本発明者は、鋭意検討の結果、以下の方法をとることで、上記問題点を解決しうることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明は以下のとおりである。
（１）湿式方法にて得られた磁性微粒子の分散液を乾燥させることを特徴とする、磁性微粒子の製造方法。
（２）（１）に記載の方法において、湿式方法にて得られた磁性微粒子の分散液が、金属酸化物被覆微粒子と磁性体とを反応させて得られたものである方法。
（３）（２）に記載の方法において、金属酸化物が酸化鉄である方法。
（４）（１）に記載の方法において、湿式法にて得られた磁性微粒子の分散液が、微粒子表面にあるイオン性官能基と、磁性体表面にあり、微粒子表面にあるイオン性官能基とは反対の電荷を有するイオン性官能基とを反応させて得られたものである方法。
（５）（１）乃至（４）いずれかに記載の方法において、磁性体表面にカチオン性官能基がある方法。
（６）（１）１乃至（４）いずれかに記載の方法において、磁性体表面にアニオン性官能基がある方法。
以下に本発明を更に詳細に説明する。

本発明の湿式方法にて得られた磁性微粒子の分散液とは、溶媒中で微粒子に磁性体を導入させて得られた磁性微粒子の分散液である。この際に、磁性体が均一に分散（コロイド状分散状態を含む）する溶媒を用いたものであり、水溶液、有機溶媒から適宜選択したものを用いればよい。

本発明で用いられる微粒子とは、ガラス、金属、セラミツクス等の無機物であってもよく、また高分子ポリマー等の有機物であってもよい。またそれらの微粒子は磁性体を含むものであってもよい。微粒子の粒子径は０．１から５０μｍが好ましく、さらには１から１０μｍが好ましい。また微粒子は細孔を有しても有さなくてもよいが、細孔を有さない表面が平滑なものであっても本発明の方法は適用できる点に特徴がある。なお微粒子の表面とは、微粒子の外表面ばかりでなく、細孔を有する微粒子の場合は細孔内表面を含めてもよい。

本発明の微粒子は、金属酸化物で被覆されたものであってもよい。金属酸化物とは、ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｕ_２Ｏ、ＣｕＯ、Ａｇ_２Ｏ、ＡｇＯ、Ａｕ_２Ｏ_３、Ｔｉ_２Ｏ、ＴｉＯ、ＲｕＯ_２、ＲｕＯ_４等があげられ、特に酸化鉄が好ましい。

また本発明の微粒子上にイオン性官能基があってもよい。イオン性官能基とは、アミノ基、イミノ基等のカチオン性官能基、スルホニル基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、アルコール性水酸基等のアニオン性官能基があげられる。イオン性官能基は、微粒子が既にそのような官能基を表面に有している場合（例えばイオン性官能基を有する高分子ポリマー微粒子）は、それをそのまま利用すればよい。一方、そのような官能基を有していない微粒子の場合（例えばイオン性官能基を有さない高分子ポリマーやガラス、金属、セラミツクス等の微粒子）は、その微粒子表面に官能基を導入すればよい。その方法としては特に限定されるものではないが、例えば微粒子とイオン性化合物とを反応させ、微粒子表面上にイオン性官能基を導入すればよい。このとき用いられるイオン性化合物には特に限定はないが、例えばスルホン酸、カルボン酸などの酸性化合物もしくはアンモニウム塩、フェノール性水酸基塩、アルコール性水酸基塩などが好ましい。反応条件にも特に限定はなく、例えばイオン性化合物を含む溶液に高分子微粒子を分散・反応させることにより、イオン性官能基を導入すればよい。この際に水溶性の無機もしくは有機イオン性化合物を用いる場合には溶媒として水を用いることが好ましい。有機イオン性化合物が水および有機溶媒に溶解する場合には、どちらを用いても構わない。なお、イオン性官能基を導入したのちは、十分な洗浄を行い、過剰なイオン性化合物を除去することが好ましい。

一方、本発明の磁性微粒子の製造に用いられる磁性体は、その組成に特に限定はなく、例えば、フェライト、マグネタイト、マグヘマイト等があげられる。その粒子径は１から１００ｎｍが好ましい。磁性体は細孔を有しても有さなくてもよい。磁性体の表面とは、微粒子の外表面ばかりでなく、細孔を有する磁性体の場合は細孔内表面を含めてもよい。磁性体表面には、イオン性官能基（アニオン性官能基、カチオン性官能基）や脂肪酸などがあってもよい。アニオン性官能基、カチオン性官能基としては、前述と同様のものが例示される。

本発明において、前述のような微粒子に磁性体が導入されるのは、磁性体表面にイオン性官能基がある場合には、そのイオン性官能基と微粒子を被覆している金属酸化物の電子の局在化又は電荷の偏りにより結合が生じると推測される。一方、磁性体表面にイオン性官能基がない場合や脂肪酸などがある場合は、物理的吸着により金属酸化物被覆微粒子と磁性体とが結合すると推測される。

本発明では、湿式方法で得られた磁性微粒子の分散液を乾燥させ、磁性微粒子を得る。この時の乾燥法には特に限定はなく、磁性微粒子に悪影響値を与えない温度（例えば２０〜８０℃）で乾燥するまで行えばよい。このようにして得られた磁性微粒子は、乾燥前の分散液状態のものと比べて磁気応答性が大きく向上する。

本発明ではこのようにして得られた磁性微粒子を原料として用いて、湿式方法にて磁性微粒子の分散液を得て、それを用いて本発明の磁性微粒子の製造方法を繰り返して行うことができる。これは必要な回数繰り返して行うことができ、これによって微粒子の上に必要な量の磁性体をコートすることができ、かつ磁気応答性も大きく向上する。

本発明により、磁気応答性が大きく向上した磁性微粒子を得ることができる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。しかし本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１）
ポリジビニルベンゼン微粒子５．０ｇ（粒子径２．５μｍ、白色）、ポリビニルピロリドン１．２ｇ、１Ｎ−塩酸水溶液６ｍＬを純水１６０ｍＬに回転数１８０ｒｐｍで分散させた。窒素雰囲気下、８０℃に昇温した後に、尿素６ｇ、塩化鉄（ＩＩ）四水和物２ｇ、塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物３ｇを添加し５時間反応させた。この微粒子分散液をろ過にて微粒子と反応液を分離した後に、再度微粒子を純水２００ｍＬに回転数１８０ｒｐｍで分散させた。窒素雰囲気下、８０℃に昇温した後に、０．２Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液を滴下し１５時間反応させた。純水にて洗浄し、黄土色の酸化鉄被覆された微粒子５．７５ｇを得た。

このようにして得られた微粒子１ｇを純水５０ｍＬに室温にて回転数１００ｒｐｍで分散させた。この微粒子分散液に、表面にカチオン系分散剤を有する磁性体（材質：マグネタイト、粒子径：１０ｎｍ、商品名：ＥＭＧ６０７、フェローテック社製）０．３ｇを添加し、室温にて回転数１００ｒｐｍで２時間反応させた。純水にて洗浄し、さらに５０℃で１５時間乾燥させることにより、褐色の磁性化された微粒子を１．２８ｇ得た。

（実施例２）
実施例１にて得られた磁性化微粒子１．２ｇを純水５０ｍＬに室温にて回転数１００ｒｐｍで分散させた。この微粒子分散液に、表面にカチオン系分散剤を有する磁性体（材質：マグネタイト、粒子径：１０ｎｍ、商品名：ＥＭＧ６０７、フェローテック社製）０．３ｇを添加し、室温にて回転数１００ｒｐｍで２時間反応させた。純水にて洗浄し、さらに５０℃で１５時間乾燥させることにより、褐色の磁性化された微粒子を１．４７ｇ得た。

（実施例３）
実施例２にて得られた磁性化微粒子１．４ｇを純水５０ｍＬに室温にて回転数１００ｒｐｍで分散させた。この微粒子分散液に、表面にカチオン系分散剤を有する磁性体（材質：マグネタイト、粒子径：１０ｎｍ、商品名：ＥＭＧ６０７、フェローテック社製）０．３ｇを添加し、室温にて回転数１００ｒｐｍで２時間反応させた。純水にて洗浄し、さらに５０℃で１５時間乾燥させることにより、褐色の磁性化された微粒子を１．６７ｇ得た。

（実施例４）
１，４−ジオキサン５０ｍＬに、ポリジビニルベンゼン微粒子１．０ｇ（粒子径２．５μｍ、白色）を回転数１００ｒｐｍにて分散させた。グリシジルメタクリレート１．３５ｇ、エチレングリコールジメタクリレート０．１５ｇ、Ｖ−６５０．０３ｇを添加し、６０℃に加熱し、この状態を維持したまま１５時間反応させた。反応終了後、１，４−ジオキサンおよび純水にて洗浄した後に、純水５０ｍＬに回転数１００ｒｐｍにて分散させた。この微粒子分散液に亜硫酸ナトリウム２．０ｇを添加し、６０℃に加熱し、この状態を維持したまま１５時間反応させた。反応終了後、純水にて洗浄し、表面がスルホン化された微粒子を得た。

この微粒子１ｇを純水５０ｍＬに室温にて回転数１００ｒｐｍで分散させた。この微粒子分散液に、表面にカチオン系分散剤を有する磁性体（材質：マグネタイト、粒子径：１０ｎｍ、商品名：ＥＭＧ６０７、フェローテック社製）０．５ｇを添加し、室温にて回転数１００ｒｐｍで２時間反応させた。純水にて洗浄し、さらに５０℃で１５時間乾燥させることにより、褐色の磁性化された微粒子１．４５ｇを得た。

（比較例１）
乾燥工程を行わなかった以外は実施例１と同様にして、褐色の磁性化された微粒子分散液を１２．６ｇ得た（スラリー濃度１０．１％、乾燥重量換算１．２７ｇ）。

（比較例２）
表面にカチオン系分散剤を有する磁性体の添加量を１．０ｇとし、かつ乾燥工程を行わなかった以外は実施例１と同様にして、褐色の磁性化された微粒子分散液を１８．８ｇ得た（スラリー濃度１０．２％、乾燥重量換算１．９２ｇ）。

（比較例３）
乾燥工程を行わなかった以外は実施例４と同様にして、褐色の磁性化された微粒子分散液を１４．０ｇ得た（スラリー濃度１０．５％、乾燥重量換算１．４７ｇ）。

（試験例１）
実施例１〜４、比較例１〜３にて得られた磁性化された微粒子又はその分散液をスラリー濃度１．０％の分散液とした。これら分散液１ｍＬをプラスチック製容器に入れ、超音波洗浄機（出力２４０Ｗ、周波数４０ｋＨｚ）に１０分間投入した。実施例１〜４にて得られた磁性微粒子の分散液上澄みは無色透明で磁性体の流出が確認されなかった。比較例１〜３にて得られた磁性微粒子の分散液上澄みは茶色濁った液で磁性体の流出が確認された。

（試験例２）
実施例１〜４、比較例１〜３にて得られた磁性化された微粒子をスラリー濃度０．０５％の懸濁液とした。これら懸濁液２ｍＬをプラスチック製セルに入れ、分光光度計にセットした。セル側面にネオジウム磁石を設置して吸光度の変化を測定し、初期吸光度の１０分の１となるまでの時間を算出した。実施例１〜４にて得られた磁性微粒子の測定結果は、それぞれ１６０秒、１２０秒、８０秒、１２５秒であった。比較例１〜３にて得られた磁性微粒子の測定結果は、それぞれ２００秒、１４０秒、１７５秒であった。

これらの結果から以下のことが明らかである。
１．実施例１と比較例１の結果から、また実施例４と比較例３との結果から、湿式方法で得られた磁性微粒子分散液を乾燥させて得られた磁性微粒子は、乾燥前の分散液状態のものより磁気応答性が大きく向上していた。
２．実施例３と比較例１の結果より、実施例３は用いた磁性体の合計量がより少ないにもかかわらず、湿式方法による磁性微粒子分散液の製造と乾燥工程を繰り返すことにより、磁気応答性が大きく向上していた。
３．実施例１〜３の結果より、湿式方法による磁性微粒子分散液の製造と乾燥工程の繰り返しにより、磁気応答性が大きく向上した。

Claims

微粒子表面にあるイオン性官能基と、磁性体表面にあり、微粒子表面にあるイオン性官能基とは反対の電荷を有するイオン性官能基とを反応させて得られた、粒子径が１から１０μｍの磁性微粒子の分散液を乾燥させることを特徴とする、磁性微粒子の製造方法。
請求項１に記載の方法において、磁性体表面にカチオン性官能基がある方法。
請求項１に記載の方法において、磁性体表面にアニオン性官能基がある方法。