JPH0623053B2 - 等軸磁性酸化鉄顔料の製造方法 - Google Patents

等軸磁性酸化鉄顔料の製造方法

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JPH0623053B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄(II)塩を含有する水性溶液をアルカリ性沈
殿剤を用いて沈殿させ次いで20゜〜100℃の温度に
おいて酸化することにより等軸の(isometric)磁性酸
化鉄を製造する方法に関する。
最も初期の磁気記録方法は等軸のカルボニル鉄粉末また
はγ−Fe顔料を含有する磁気音響記録媒体を使
用した。しかしこのところ暫く以前から、磁性媒体の分
野においても等軸の顔料の使用は可成り大きい程度まで
針状の顔料の使用によって置きかえられてきた。針状の
顔料は、その形態の基づく異方性の故に等軸の顔料より
も高い保磁力を有し、そしてそれらは一般にテープの製
造時に記録の方向に配向されると高い残留磁気を有す
る。それ故に久しい間、開発は事実上、制御された針状
形状の顔料の製造を可能ならしめる方法に局限されてき
た。
等方性の記録媒体が提案されたのは1955年の如く早
い時期(米国特許第2,941,901号)ではあった
けれども、等方性の記録媒体の利点が再び考慮されるよ
うになったのはつい最近のことに過ぎない(欧州特許出
願第0,044,258号及び同第0,043,882
号)。等軸の磁性粒子はその挙動において等方性であ
り、それ故例えばデータの記録に要求される如き等方性
時磁気録材料の製造用に非常に適している。
等軸磁性酸化物のその他の応用分野は、近代的静電フォ
トコピー系に用いられる如き磁性一成分トナー及び磁気
印刷機用または銀行紙幣標識用に用いられる磁気プリン
ト染料を包含する。
等軸磁性顔料は、磁気記録方法に用いられるすべての顔
料と同様に、技術的に実施が簡単でそして生成物の性質
を正確に制御しうる製造方法を要求する。
等軸磁性酸化鉄顔料の製造法は知られている。例えばド
イツ特許第891,625号は鉄(II)塩のアルカリに
よる沈殿物を加圧下に硝酸塩で酸化することを提案して
いる。圧力の適用はこの方法を高価且つ複雑化せしめ
る。ドイツ特許出願公告第1,112,725号は鉄
(II)塩のアルカリによる沈殿を提案している。しかし
磁性酸化物の製造には酸化物の水熱処理、次いで高温に
おける水素による還元を要する。ドイツ特許第944,
427号は鉄修酸塩の沈殿を提案しており、これは次い
で熱によって分解しければならない。この方法は種々の
理由により疑問的問題がある。即ち修酸塩は塵埃を生成
する傾向が非常に高く、分解に必要な装置中での取扱い
が困難である。
ドイツ特許出願公開公報第2,612,798号は鉄
(II)塩のアルカリ性沈殿剤による沈殿及び酸化によっ
て等軸酸化鉄を製造する方法を提案している。しかしこ
の方法によれば、粗粒子の形態の磁鉄鉱を生成しうるだ
けである。ドイツ特許出願公開公報第2,617,56
9号によれば、磁鉄鉱の化学量論量に相当する割合の鉄
(II)塩と鉄(III)塩との混合物をつくり次いでアル
カリ性沈殿によって微細分割された等軸磁鉄鉱が得られ
る。この方法は鉄(III)塩の使用を必要とし、それは
高価であるばかりではなくFeClの場合には腐食性
でもある。この先行技術によって得られる顔料は超常磁
性体であって磁気記録の目的には不適当である。
従って本発明の目的は特定粒径及び大きい比表面積を有
する等軸磁性酸化鉄を製造するための技術的に簡単で経
済的に有効な方法を提供することである。
この目的は鉄(II)塩を酸化するに際し、沈殿に先立っ
て酸化鉄溶液を特定の鉄(III)含有量に調整すること
により達成されることが今回見出された。
かくして本発明は鉄(II)塩を含有する水性溶液をアル
カリ性沈殿剤を用いて沈殿させ次いで20゜〜100℃
の温度において酸化することにより等軸磁性酸化鉄を製
造するに当り、アルカリ性沈殿剤を添加する前に鉄(II
I)の含有量を酸化により鉄全量に基づき1〜25モル
%に調整することから成る方法を提供する。
本発明によれば、鉄(III)の含有量の調整のための酸
化はpH3以下の鉄(II)塩水性溶液中で、有利には空
気を用いて、行なわれる。迅速な酸化のためには、空気
は例えばガス撹拌器、泡鐘塔、放射器またはループ反応
器の如き適当な装置によって溶液中へ微細に細分割され
る。広く支持されている意見(グメリン59B、第80
5頁以降)に反して、驚くべきほど高速度の酸化が添付
図面から見ることができる。
第1図は種々の時間における鉄(III)のモル%をグラ
フであらわしたものである。
酸化は最終製品の所望の微細化度を得るために必要な鉄
(III)含有量に到達したとき停止する。
本発明方法の大きい利点は、鋼の酸洗い工場及び/また
は二酸化チタン工場から得られる鉄(II)の硫酸塩及び
/または塩化物を鉄(II)塩含有溶液として使用しうる
事実に見ることができる。そのような溶液は通常調節さ
れていない少量の割合の鉄(III)塩を含有する。鉄の
全含量に基づきFe3+ 0.5モル%以下の割合が代
表的である。
最初の鉄(III)含量と顔料の細分化微細度との関係は
後掲の実施例中で実証される。最終製品の比表面積5〜
50m/gを得るためには鉄(III)の含量は鉄の全
含量に基づき1〜25モル%であることが必要である。
粒子の大きさは比表面積(窒素を用いBET法)によっ
て規定され、それは本発明方法でつくられた粒子におい
て5〜50m/gの値を有する。顔料粒子の大きさを
検定するその他の方法は結晶子の大きさの放射線写真に
よる検定であり、それはほぼ粒子の直径に相当する。粒
子直径dと比表面積Oとは次式に従い理論的に互い関連
している: 上記式中、Oはm/gにより、dはÅにより、そして
顔料の密度ρはg/cmによって与えられる。磁鉄鉱
は見掛け密度が4.8と想定され、よって上記式は次の
如く簡単化しうる: 酸化の前または後に他の追加の塩例えばCo、Mn、Z
n、Alを含有する塩及び/またはホスフェートイオン
を添加することができる。最初Fe3+含量の調整に次
いでアルカリ性沈殿剤を用いて沈殿が行なわれる。用い
られる沈殿剤は好ましくはNaOH、NaCO、N
、MgO及び/またはMgCOであり、沈殿度は
0.9〜2.0の範囲内にあるべきであり、好ましくは
1.01〜1.2である。
沈殿剤が化学量論量で添加されるとすると沈殿度は1で
ある。沈殿剤がFe塩に基づき当量の部分量または過剰
量で添加されると、これは沈殿度において等しい百分率
の低減または増加に相当する。本方法は上記の好ましい
範囲内において最も経済的であり、そして添加されるイ
オンはすべてこの範囲内において特に容易に精製酸化鉄
中に結合される。沈殿に次いで空気による酸化が行なわ
れ、これは沈殿した水酸化物が完全に結晶性酸化鉄に変
換されるまで続けられる。
本発明により製造された磁性酸化鉄は比表面積5〜50
/gの範囲に細分化された所要の微細化性質を満た
す。保磁力の何らかの増大は、沈殿の前にコバルト塩の
形でコバルトを0.5〜15モル%添加することによっ
て得られる。本発明方法によって得られた顔料の磁気的
性質は、沈殿及び酸化の後に顔料を洗滌及び乾燥するだ
けでなく熱処理に服せしめることによって改善されう
る。
熱処理は普通回転しうる加熱された変換炉または管の中
に行なわれる。それは種々の方法で行なうことができ
る。非−酸化性雰囲気中200〜600℃、好ましくは
300゜〜450℃における焼戻し(tempering)が有
利であることが見出された。上記焼戻し処理の後或いは
その代りに、100゜〜600℃、好ましくは300゜
〜450℃において空気のもとで酸化を行なうこともで
きる。この方法は例えば等軸γ−Feを得るため
に、用いることができる。残留磁気を増大するには、顔
料を還元性雰囲気、好ましくは湿った水素中で200゜
〜600℃、好ましくは200゜〜450℃において焼
戻しするのが有利であり、そして随時それを100゜〜
600℃、好ましくは300゜〜450℃の温度で再酸
化する。これらの手段によって任意の酸化度の等軸磁性
酸化鉄顔料を得ることができる。本発明はまた本発明方
法でつくられた顔料をトナー、プリント染料及び磁気記
録媒体の製造用に用いることに関する。
下記の実施例は本発明を例示するものであって制限する
意図はない。
磁気的データは280kA/mの最大磁界中における測
定によって得られた。粉末試料は長さ4cm、直径7m
mの小さい管の中においた。
実施例 1 ガス撹拌器を備えた300l容器中で、FeSO
1.7モルを含む水溶液22lをつくった。pHは2.
1である。酸化の前に滴定によってFe3+の含量0.
45モル%が検定された。溶液を70℃に熱しそして空
気をガス撹拌器により導入する。下の表は反応時間とと
もにFe3+含量が増加することを示す。この関係は更
に添付図面中のグラフにより明らかにされている。
Fe3+ 時 間 [h] [モル%] 開始前 0.45 空気のもとで加熱後(1/2h) 4.0 1 11.8 2 18.0 3 24.0 4 29.2 5 35.4 6 40.7 実施例 2 FeSOモルを含有する22lの水性溶液、pH1.
9、を70℃において空気で酸化してFe3+含量8.
1モル%とする。次いで水酸化ナトリウム溶液で沈殿し
(沈殿度1.03)、そして空気で酸化する。生成物を
洗い、40℃で乾燥する。
保磁力 43.3kA/m 残留磁気 41.8nTm/g 結晶子の大きさ 38nm 比表面積 28m/g 実施例 3 実施例1に記載の如き容器の中で、FeSO21.7
モルを含有する水溶液22lを25%硫酸250mlで
酸性化しそして70℃で空気により酸化してFe3+
量9.3モル%とする。これに次いで水酸化ナトリウム
溶液で沈殿させ(沈殿度1.03)、そして空気で酸化
する。生成物を洗い、乾燥する。
保磁力 13.85kA/m 残留磁気 19.5nTm/g 結晶子の大きさ 29.5nm 比表面積 30m/g 実施例 4 実施例1に記載の如き容器の中で、FeSO21.7
モルを含有する水性溶液22lを70℃に加熱し、そし
て空気を用いFe3+含量を1.0モル%に調整する。
次いで水酸化ナトリウム溶液で沈殿させ(沈殿度1.
0)、そして空気で酸化する。顔料を洗い、乾燥する。
保磁力 9.63KA/m 残留磁気 10.2nTm/g 結晶子の大きさ 92nm 比表面積 9.5m/g 実施例 5 実施例2の顔料を空気中400℃で3時間焼戻しする。
焼戻しは実験室用回転炉中で行なう。
保磁力 84.2kA/m 残留磁気 45.4nTm/g 実施例 6 実施例5の顔料を実験室用回転炉中500℃で30分間
焼戻し、次いで湿った水素を用い400℃で100分間
還元しそして最後に空気により400℃で3時間再酸化
する。
保磁力 70.6kA/m 残留磁気 65.4nTm/g 比較例 比較例 Fe(SO15モル及びFeSO7.7モル
の水性溶液20lを実施例1に記載の容器中でつくる。
これを次に水酸化ナトリウム溶液で沈殿させ、洗滌しそ
して乾燥する。
保磁力 0kA/m 残留磁気 0nTcm/g 結晶子の大きさ 11nm 比表面積 110m/g この生成物は超常磁性である。残量磁気がないので記録
用の目的には不適当である。
【図面の簡単な説明】
第1図は種々の時間における鉄(III)のモル%をグラ
フであらわす。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉄(II)塩を含有する水性溶液をアルカリ
    性沈殿剤を用いて沈殿させ、次いで沈殿を20℃〜10
    0℃の温度において酸化することにより等軸磁性酸化鉄
    を製造するに当り、沈殿させる前に鉄(III)の含有量
    を酸化により鉄全量に基づき1〜25モル%に調整する
    ことを特徴とする改善された等軸磁性酸化鉄の製造方
    法。
  2. 【請求項2】鉄(III)の含有量の調整のための酸化を
    pH3以下において行なう特許請求の範囲第1項記載の
    方法。
  3. 【請求項3】鉄(III)の含有量の調整のための酸化を
    空気を用いて行なう特許請求の範囲第1項記載の方法。
  4. 【請求項4】鉄(II)塩含有溶液が鉄(II)硫酸塩また
    は塩化鉄(II)または両者の混合物である特許請求の範
    囲第1項記載の方法。
  5. 【請求項5】アルカリ性沈殿剤がNaOH、Na2
    3、NH3、MgO、MgCO3またはそれらの混合物
    であり、そして沈殿度が0.9〜2.0である特許請求
    の範囲第1項記載の方法。
  6. 【請求項6】沈殿度が1.0〜1.2である特許請求の
    範囲第5項記載の方法。
  7. 【請求項7】沈殿の前に溶液にコバルト塩を鉄に基づき
    0.5〜15モル%の量で添加する特許請求の範囲第1
    項記載の方法。
  8. 【請求項8】沈殿の後に酸化鉄沈殿を洗浄し、乾燥しそ
    して熱処理に付する特許請求の範囲第1項記載の方法。
  9. 【請求項9】熱処理が非−酸化性雰囲気中200゜〜6
    00℃における焼戻しである特許請求の範囲第8項記載
    の方法。
  10. 【請求項10】焼戻しが300〜450℃で行なわれる
    特許請求の範囲第9項記載の方法。
  11. 【請求項11】熱処理が100゜〜600℃において空
    気による酸化である特許請求の範囲第8項記載の方法。
  12. 【請求項12】酸化が300゜〜450℃において空気
    により行なわれる特許請求の範囲第11項記載の方法。
  13. 【請求項13】熱処理が250゜〜600℃における還
    元剤による焼戻しである特許請求の範囲第8項記載の方
    法。
  14. 【請求項14】焼戻しが300゜〜450℃において行
    なわれる特許請求の範囲第13項記載の方法。
  15. 【請求項15】還元剤は水素である、特許請求の範囲第
    13項記載の方法。
  16. 【請求項16】焼戻しに次いで酸化鉄を200゜〜60
    0℃において空気により酸化する特許請求の範囲第13
    項記載の方法。
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