KR100516090B1

KR100516090B1 - 철함량50내지73중량%의,용이한유동성의자성산화철의용도

Info

Publication number: KR100516090B1
Application number: KR10-1998-0022299A
Authority: KR
Inventors: 볼프강 쾨르쉔; 울리히 마이젠
Original assignee: 바이엘 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2005-12-21
Also published as: EP0886188A3; EP0886188A2; SG63850A1; EP0886188B1; CN1206031A; CN1126793C; AU6989298A; DE19725390A1; JP3942736B2; AU729360B2; CA2240557A1; ZA985178B; US6063180A; BR9802013A; JPH1115190A; DE59800400D1; KR19990006990A

Abstract

본 발명은 자성 산화철 95.0 내지 99.8 중량％ 및 결합제 0.2 내지 5.0 중량％를 포함하며, 자성 산화철은 50 내지 73 중량％의 철 함량을 갖고, 조명하의 명도 L^*이 40 내지 79 CIELAB 단위, 색도 a^*가 -1.0 내지 4.0 CIELAB 단위, 색도 b^*가 0.0 내지 -7.0 CIELAB 단위이고, 30 내지 250 ㎛의 평균 입도, 및 1 mm 체로 400 회를 치는 유동성 시험에서 잔류물이 2 중량％ 미만인 특성을 갖는, 토너 또는 잉크 제조용 자성 산화철 과립에 관한 것이다.

Description

철 함량 50 내지 73 중량％의, 용이한 유동성의 자성 산화철의 용도 {Use of Free-Flowing, Magnetic Iron Oxide with 50 to 73 wt.％ Iron Content}

본 발명은 50 내지 73 중량％의 철 함량을 갖는, 용이한 유동성의 철 산화물의 용도에 관한 것이다.

수용액으로부터의 침전법으로 제조되는 미립상 마그네타이트는 오랜 동안 공지되어 왔다. 알칼리 성분으로 황산 제2철을 침전시키고, 이어서 공기에 의한 산화를 통하여 마그네타이트를 제조하는 것이 미국 특허 제802 928호에 기재되어 있다. 침전법에 의한 마그네타이트의 제조와 관련된 다른 출원들이 이어서 다수 출원되었다. 제조된 산화철은 초기에는 여러 유형의 페인트 제조에 사용되었다. 유기 염료 및 카본 블랙과 비교하여 마그네타이트의 특별한 잇점은 그의 매우 우수한 내후성에 있어서, 이런 유형의 페인트는 옥외에서도 사용할 수 있다. 또한, 침전된 마그네타이트는 콘크리이트 도로 포장 석재 또는 콘크리이트 지붕 타일과 같은 콘크리이트 주형의 착색에 사용된다. 또한 마그네타이트는 전자 사진 분야에서 토너 제조용으로 얼마간 사용되어 왔다.

침전법으로 제조된 마그네타이트는 일성분 토너를 사용하는 복사기용의 토너 제조에 바람직하게 사용된다. 이런 목적을 위해 사용되는 자성 토너는 여러 가지 일반적인 성질을 가져야만 한다. 복사기 및 프린터의 점진적인 발달과 개선에 따라, 자성 토너 및 그에 따른 마그네타이트에 대하여 더욱 고성능이 필요하게 되었다. 가장 최근의 인쇄기에서 600 dpi (dots per inch) 이상의 해상도가 달성되었고, 이는 매우 좁은 입도 분포를 갖는 미세 입도 토너의 개발을 초래하였다. 이를 위해 필요한 마그네타이트도 또한 매우 좁은 입도 분포를 가져야 한다는 것을 의미한다. 더욱이, 최종 토너에서 마그네타이트 입자의 균일한 분포가 보장되도록 특정한 입도가 필요하다. 시판되는 토너 제조용 마그네타이트는 이런 조건을 충족시키는 분말이다. 그러나, 이런 분말상 침전 마그네타이트는 좋지 못한 유동성을 갖는다. 따라서 분말상 마그네타이트의 계량이 어렵고, 노동-집중식이다. 또한, 분말상 안료는 분진을 내는 경향이 있다. 이런 이유 때문에, 과립이 분말보다 더 적당하다. 한편, 과립의 단점은 이들이 분산될 수 있어야 한다는 것이다. 통상적으로, 경질의, 강하고, 용이하게 이송 및 계량되고, 용이한 유동성의 과립은 잘 분산되지 않는다. 연질 과립은 용이하게 분산되지만, 통상적으로 수송할 수가 없고, 취급시 분말로 다시 붕괴된다.

미국 특허 제5 401 313호에서는, 다른 것들 중에서 표면 전하를 변경시키는 1종 이상의 첨가제 및 1종 이상의 분산성 촉진제와 함께 상응하는 분말로부터 제조된 특수 안료 과립을 기재하고 있다. 이런 과립은 자성 토너 조성물로도 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은

- 우수한 유동성

- 높은 색도

- 거의 무분진

- 계량의 용이함

- 계량기에서 이송이 용이함

- 우수한 분산력

- 배합물의 조합능

의 특성을 가지며, 토너, 인쇄용 잉크 및 잉크에 사용 가능한 자성 산화철 과립을 제공하는 것이다.

특정 과립으로 이런 목적을 달성하는 것이 가능했다.

본 발명은 50 내지 73 중량％의 철 함량, 40 내지 79 CIELAB 단위의 조명하의 명도 L^*, -1.0 내지 4.0 CIELAB 단위의 색도 a^* 및 0.0 내지 -7.0 CIELAB 단위의 색도 b^* 및 30 내지 250 ㎛의 평균 입도를 가지며 1 mm 체로 400 회를 치는 유동성 시험에서 잔류물이 2 중량％ 미만인 자성 산화철 95.0 내지 99.8 중량％, 및 폴리실록산, 폴리에스테르, 일가 또는 다가 폴리알콜, 장쇄 지방산 및 10개 이상의 탄소 원자를 갖는 지방산 에스테르, 유기금속 화합물, 폴리아크릴레이트 및 폴리비닐 알콜로 구성되는 화합물의 군 중에서 선택된 0.2 내지 5.0 중량％의 결합제를 포함하는 과립의, 토너, 인쇄용 잉크 및 잉크 제조에 있어 그의 용도에 관한 것이다.

결합제로 실록산 또는 유기금속 화합물을 사용하여 과립을 제조하는 것이 바람직하다.

결합제의 양은 0.5 내지 2.0 중량％가 바람직하다. 사용된 결합제의 양이 너무 작다면, 얻어진 과립은 충분히 강하지 않을 것이고, 결합제의 양을 너무 과다하게 첨가한다면, 토너 제조에 문제를 일으킬 것이다.

미국 특허 제5 401 313호에서는, 2종 이상의 첨가제를 첨가해야만 한다. 이것은 첨가제의 양이 비교적 많아서, 무엇보다도 배합물의 조합능에 부작용이 있을 수 있으며, 제조가 고비용이라는 것을 의미한다.

본 발명에 따라 사용된 과립은 우수한 유동성, 우수한 분산력, 낮은 마모성과 같은 우수한 특성을 갖고, 토너 제제와 조합이 가능하다.

사용된 과립을 여러 방법으로 제조할 수 있다. 가능한 방법으로는, 예를 들어, 분무 조립법, 디스크 조립법, 및 압축 조립법과 같은 방법이 있다.

현탁액으로부터 출발하는 조립법의 경우, 통상적으로 액상 또는 용액으로 구성되는 결합제를 물 중에 분산되어 있는 공지된 양의 안료에 첨가한다. 분산은 기계적 교반기, 연속 유동 분산기, 제트 펌프 또는 유사한 기기와 같은 기기들로 수행된다. 이어서 적당한 조립법에 의해 현택액을 과립으로 전환시킨다. 분무 조립법은 현탁액 중에 존재하는 안료의 조립에 특히 적당하다.

분무 조립법은 예를 들어, 하기와 같이 수행될 수 있다.

- 자성 산화철의 수분산액을 회전자-고정자 원리에 의해 고속 교반기 또는 연속 유동 분산기를 사용하여 필터 케이크를 파쇄시킴으로써 제조한다. 이런 분산액은 150 내지 500 g/l의 마그네타이트를 함유한다.

- 액상 형태의 이 분산액 (순수하거나 적당한 용매 중에 용해됨)에 결합제를 첨가한다.

- 이 분산액을 10 분 내지 240 분 동안 교반, 펌핑 또는 연속 유동 분산기에 통과시킴으로써 혼합해서 결합제를 분산액 중에 균질하게 분배시킨다.

- 최종 분산액을 노즐 또는 디스크 분무 건조기에서 분무시킨다. 배기 온도는 110 내지 140 ℃이어야 한다. 디스크의 속도는 (분무 건조기의 배출량 및 크기에 따라) 원하는 입도가 얻어지도록 선택한다.

노즐 분무 건조기를 사용할 때, 입도는 배출량, 압력 및 노즐 단면에 따라 결정된다.

건조 안료로부터 출발하는 조립법의 경우, 결합제 (액상 또는 용액을 본 발명에서도 통상적으로 사용함)를 적당한 혼합기에 있는 안료 분말에 첨가한다. 이어서 충분한 시간 동안 혼합을 수행하고, 이후에 조립 단계를 수행한다. 과립의 입도 및 강도는 처리 과정 파라미터를 조정함으로써 영향을 받는다. 압축 조립의 경우, 압축 압력을 증가시킴으로써 더 강한 과립이 얻어질 수 있다. 분무 조립의 경우, 입도는 노즐 직경 및 건조 속도에 의해 영향을 받는다.

과립의 성질을 결정하기 위하여, 하기의 시험 방법을 사용한다.

1. 라커를 제조함으로써 색도를 결정한다. 측정 전, 10 mm 직경의 마노 볼을 갖는 마이크로디스멤브레이터 (30") (브라운사 제품)를 사용하여 자성 산화철 3.2 g을 미분쇄한다. 이어서, 결합제 알키달 (Alkydal) (등록 상표) F48 (바이엘 아게 (Bayer AG)사 제품) 2.0 g, 시험용 미분쇄 자성 산화철 0.1 g, 및 TiO₂ (바이엘티탄 (Bayertitan) (등록상표) R-FK2 (바이엘 아게사 제품)) 1.0 g을 엥겔만 (Engelsmann)사 제품의 디스크 미분쇄기에서 미분쇄시킨다. 색도 L^* (명도), a^* (적색도) 및 b^* (청색도)는 데이터플래쉬 (Dataflash) 2000 (d/8°), 장치 A로 DIN 55 986에 따라서 측정을 하고, 1989.10.19의 CIELAB2 평가 프로그램을 사용하여 계산함으로써 결정한다.

2. Fe, Fe(II), Fe(III)의 원소 분석; DIN 55 913에 따라서 결정

Memotitrator (메틀러 (Mettler) DL-70)에 의해 KMnO₄로 적정함으로써 Fe(II) 함량을 결정한다. Fe(III)는 TiCl₃를 사용하여 동일한 방법으로 결정한다. 총 철 함량을 두 별도의 값 및 칭량된 양으로부터 계산한다. 두 개의 표준 용액의 함량을 매일 결정한다.

3. 유동성 시험

먼저 과립 샘플을 2.5 mm 메쉬 크기를 갖는 체에 통과시켰다. 과립 50 g을 1 mm의 메쉬 크기를 갖는 중간 체가 있는 체 단지 (직경=76 mm, 높이=94 mm)에 칭량 투입하였다. 계량된 분량이 담긴 체 단지를 직경 102 mm 및 높이 163 mm의 수집 단지에 놓았다. 수집 단지 바닥에는 삽입형 차폐기 (bayonet seal)가 있었다. DIN/ISO 787, 파트 11에 따라서, 삽입형 차폐기를 사용하여 탬프 (tamp) 체적계 위에 단지를 놓고, 400 번까지 다졌다. 유동성이 매우 우수하다면, 다지기 타수가 25 이하로 감소될 수 있다. 유동성은 체 단지에 있는 1 mm 체 상의 잔류물의 중량％로 표현되었다.

잔류값이 작을수록 유동성이 우수하다는 것을 의미한다.

하기의 실시예의 도움으로 본 발명을 좀더 상세히 설명할 것이다.

<실시예>

실시예 1

69.0 중량％의 철 함량을 갖는 마그네타이트를 교반기에서 물로 300 g/l의 농도로 조정하였다. 후처리제 KR-TTS (켄리히 페트로케미칼스 (Kenrich Petrochemicals)사 제품, 트리스-2-프로필 이소스테아릴 티타네이트, C57H11207 Ti)를 이 현탁액에 펌핑하였다. 이어서 30 분 동안 교반을 하고, 10,000 1/분(revolution per minute)의 속도(speed)로 배출량(throughput)이 10 l/h인 디스크 분무 건조기를 사용하여 분무 건조시켰다. 얻어진 과립은 용이한 유동성이었고, 하기의 특성을 갖는다.

명도 L^*: 50.0 CIELAB 단위

a^* : 0.5 CIELAB 단위

b^* : -3.7 CIELAB 단위

1 mm 체에서 100 회 친 후에 잔류물량으로서의 유동성: 1 중량％ 미만

KR-TTS (지방산 에스테르): 1.05 중량％

우수한 유동성으로 인해, 이 생성물은 토너 제조에 특히 적당하다.

비교예 1

동일한 마그네타이트를 후처리제 없이 18,000 1/분으로 분무 건조시켰다. 유동성 시험에서, 400 회 친 후에 잔류물량은 18 중량％였다.

비교예 2

동일한 마그네타이트를 18,000 1/분으로 실시예 1의 후처리제 1.25 중량％와 함께 분무 건조시켰다. 유동성 시험에서, 400 회 친 후에의 잔류물량은 5 중량％였다.

종래의 분말상 마그네타이트는 입도 분포 조건을 충족하나, 유동성이 불량하였다. 이에 반해 본 발명의 과립상 자성 산화철은 우수한 유동성, 우수한 분산력, 낮은 마모성과 같은 우수한 특성을 가지며, 토너 배합물과 조합이 가능하다.

Claims

자성 산화철 95.0 내지 99.8 중량％ 및 결합제 0.2 내지 5.0 중량％를 포함하며, 자성 산화철은 50 내지 73 중량％의 철 함량을 갖고, 조명하의 명도 L^*이 40 내지 79 CIELAB 단위, 색도 a^*가 -1.0 내지 4.0 CIELAB 단위, 색도 b^*가 0.0 내지 -7.0 CIELAB 단위이고, 30 내지 250 ㎛의 평균 입도, 및 1 mm 체로 400 회를 치는 유동성 시험에서 잔류물이 2 중량％ 미만인 특성을 갖는, 토너 또는 잉크 제조용 자성 산화철 과립.
제1항에 있어서, 결합제가 폴리실록산, 폴리에스테르, 일가 또는 다가 폴리알콜, 10개 이상의 탄소를 갖는 장쇄 지방산, 10개 이상의 탄소 원자를 갖는 지방산 에스테르, 유기금속 화합물. 폴리아크릴레이트, 및 폴리비닐 알콜로 구성되는 군 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 과립.
제2항에 있어서, 결합제가 폴리실록산 화합물, 10개 이상의 탄소 원자를 갖는 지방산 에스테르 화합물 또는 유기금속 화합물인 과립.
제3항에 있어서, 10개 이상의 탄소 원자를 갖는 지방산 에스테르 화합물이 트리스-2-프로필 이소스테아릴 티타네이트를 포함하는 것인 과립.
제1항에 있어서, 0.5 내지 2.0 중량％의 결합제를 포함하는 과립.
제1항에 있어서, 1 mm 체로 100 회를 치는 유동성 시험에서 잔류물이 1 중량％ 미만인 과립.
제1항에 있어서, 자성 산화철이 약 69.0 중량％의 철 함량을 갖는 과립.
제1항에 있어서, 분무, 디스크 또는 압축 조립법으로 제조되는 과립.
a) 자성 산화철을 분산시켜서 수성 분산액을 형성하는 단계,

b) 액화 형태의 결합제를 분산액에 첨가하는 단계,

c) 결합제가 분산액 중에서 균질하게 분배될 때까지 결합제를 함유하는 분산액을 혼합하는 단계,

d) 혼합된 분산액을 노즐 또는 디스크 분무 건조기로 분무하는 단계

를 포함하는 제8항의 분무 또는 디스크 조립 방법.
a) 결합제를 건조 형태의 자성 산화철에 첨가하는 단계,

b) 결합제 및 자성 산화철을 혼합하여 균질한 혼합물을 형성하고 조립을 개시하는 단계,

c) 균질한 혼합물을 노즐 또는 디스크 분무 건조기로 분무하거나, 또는 프레스로 균질한 혼합물을 압축하는 단계를 포함하는 제8항의 분무, 디스크 또는 압축 조립 방법.