JPH10130526A - 磁性酸化鉄、その製造法、およびその使用 - Google Patents
磁性酸化鉄、その製造法、およびその使用Info
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Abstract
る粒子形を有するトナー、印刷インクまたはインク・ジ
ェット・プリンター用のインクの製造用のマグネタイト
粒子、およびその製造法の提供。 【解決手段】 Fe含量が45〜73重量%、で一定の
輝度色キャストを有し、リチウム、ナトリウム、カリウ
ム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリ
ウム、マンガンおよび亜鉛の金属の酸化物、水酸化物、
水和した酸化物、塩、有機ジルコニウム(IV)化合
物、有機セリウム(IV)化合物、および有機錫(I
V)化合物から成る群から選ばれる1種またはそれ以上
の補足的化合物を、原料(添加剤を含まない)の摩擦電
荷を少なくとも30%増加させるような0.1〜5重量
%の量で含んでいることを特徴とする磁性酸化鉄。
Description
ネタイト粒子、その製造法、およびトナー、印刷イン
ク、およびインク・ジェット・プリンター用のインクと
してのその使用に関する。
のマグネタイトは久しい以前から知られている。アルカ
リ成分を使用して硫酸鉄(II)を沈澱させた後空気で
酸化してマグネタイトを製造する方法は米国特許802
928号に記載されている。この方法は、沈澱法によ
りマグネタイトを製造するための種々の他の変形法を開
発する原点となっている。これらの方法の生成物は主と
してすべての種類の着色剤に使用されて来た。有機性の
顔料およびカーボンブラックに比べてマグネタイトガも
つ特別の利点は、耐候性が非常に良く、従ってこの種の
着色剤を屋外でも使用し得る点である。沈澱マグネタイ
トはまた予備注型したコンクリート部材、例えばコンク
リートの敷石またはコンクリートの屋根材のタイルを着
色するのにも使用される。或る時期においてはマグネタ
イトはトナーを製造するための電気写真法に使用され
た。沈澱法で製造されたマグネタイトは一成分トナーを
用いて操作する光複写用のトナーの製造に特に好適であ
る。光複写法に使用されるマグネタイト・トナーは種々
の一般的性質をもっていなければならない。光複写法お
よびプリンターが漸次開発、改良されるにつれて、それ
に使用される磁性をもったトナー、従ってマグネタイト
に対する要求は次第に大きくなって来た。最も最近のプ
リンターでは、600dpi(ドット/インチ)より高
い分解能が達成され、そのために粒径分布が狭い微粉末
のトナーが開発された。その結果、必要とされるマグネ
タイトも非常に狭い粒径分布をもっていなければならな
い。さらに最終的なトナーの中においてマグネタイトを
均一に分布させるためには特定な粒径が要求される。マ
グネタイト自身は、静電転写法の際に潜在的な画像を安
定化させるのに十分な高い電気抵抗を持っていなければ
ならない。さらに保磁力、飽和磁気および残留磁気は機
械の中における主要磁場に対して正しい関係をもってい
なければならない。光複写法においては、主として二つ
の力、即ち飽和磁気および残留磁気によってつくられる
磁気的な引力、および摩擦電荷がトナーに作用する。従
って特定の光複写機に適したトナーは両方の力に応答す
る。酸化鉄の磁気的性質は粒子の形と粒子の大きさによ
って、即ち結局は沈澱法によって影響を受ける可能性が
ある。摩擦電気的性質はそれほど容易には影響を受けな
い。或る与えられた電荷電位を得るためには、多くの場
合、トナーの製造時に遷移金属の錯体、特にクロムの錯
体を使用する。これらの材料は或る程度毒性があり、ま
た比較的高価である。
製造する方法が日本特許51 044 298号(Ch
emical Abstract)に記載されている。
ドイツ特許A 3 209 469号によればバッチ法
により、また同A 2 618 058号によれば連続
法によって、異種元素を加えることなく純粋なマグネタ
イトを製造することができる。上記の文献によれば、使
用する鉄(II)塩はFeSO4である。しかし他の可
溶性の鉄(II)塩を用い沈澱法によってマグネタイト
を製造することもできる。即ちドイツ特許A 3 00
4 718号によればFeCl2を使用することができ
る。FeSO4またはFeClは両方とも鉄処理産業の
廃棄生成物として大量に得ることができるから、この両
者を使用することは有利である。沈澱剤としては、最も
普通に使用される水酸化ナトリウムの他に、CaOまた
はCaCO3(ドイツ特許A 3 004 718
号)、アンモニア(同A 2 460 493号)また
はNa2CO3(ヨーロッパ特許A187331号)も使
用することができる。酸化剤としては一般に空気が使用
される。しかし硝酸塩を使用する酸化法も記載されてい
る(ドイツ特許D 216 040号または同D 28
4 478号)。
を含むマグネタイトの製造法が特に有利である。このよ
うなマグネタイトの電荷に関する挙動は純粋なマグネタ
イトとは異なっており、同じ粒径の場合熱的安定性が大
きい。この種の粒子を製造する方法は日本特許61 0
34 007号(Chemical Abstrac
t)に記載されている。この場合硫酸鉄(II)にSi
成分を加える。これによってシリカが沈澱し、従ってマ
グネタイトの格子の中にSiが不均一に分布する。米国
特許4 992 191号においては、Feに関し0.
1〜5.0原子%のSiを含むマグネタイトが記載され
ており、これはトナーの製造に特に適していると言われ
ている。これ以後Siを含むマグネタイトの製造法およ
び使用に関して記載した多数の出願が現れた。Siを含
むマグネタイトは30年以上前から市販されている。
澱の際pH値によってコントロールすることができる。
pH値が高く、それに対応してFe(II)/NaOH
の比が小さい(0.47より小さい)と八面体が得られ
る。このような粒子は相対的に最高の保磁力および残留
磁気をもっている。Fe(II)/NaOHの比が0.
48より大きな値でマグネタイトを沈澱させると、次第
に丸まった粒子が得られるようになり、これらは残留磁
気が極めて低いことが特徴である。さらにこれらの粒子
は他のpH値で製造されたマグネタイトと比べ一般に比
較的細かい。これらの相関はBull.Chem.So
c.Japan誌47巻(7号)1974年、1646
〜50頁に記載されている。
ナーとしても使用できる表面が変性された粒子が記載さ
れている。この粒子は電荷を変性する少なくとも1種の
試剤と、分散を促進する少なくとも1種の試剤とを含ん
でいる。使用される粒子は金属酸化物、例えば酸化鉄を
含んでいる。
酸化鉄を含んだ磁性をもったトナーが記載されている。
使用される酸化鉄は有機チタネートまたはレクチンと反
応するカップリング剤で処理されている。
は、磁性をもったトナーおよび磁性をもった現像剤が記
載されている。その製造には樹脂、および珪素を含んだ
磁性酸化鉄が用いられる。
に必要とされる狭い粒径分布および必要とされる粒子サ
イズをもった磁性酸化鉄を提供することである。
ング剤を含む磁性酸化鉄によって達成される。
方法で決定されたFe含量が45〜73重量%、好まし
くは62〜71重量%、最も好ましくは67〜71.5
重量%、輝度(L*)が45.0〜65.0CIELA
B単位、色キャスト(a*)が−0.5〜1.5CIE
LAB単位、色キャスト(b*)が−1.0〜−7.0
CIELAB単位であり、リチウム、ナトリウム、カリ
ウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バ
リウム、マンガンおよび亜鉛の金属の酸化物、水酸化
物、水和した酸化物(hydrated oxide
s)、水に難溶性の塩および水に易溶性の塩、有機ジル
コニウム(IV)化合物、有機セリウム(IV)化合
物、および有機錫(IV)化合物から成る群から選ばれ
る1種またはそれ以上の補足的化合物を、原料(添加剤
を含まない)の摩擦電荷を少なくとも30%、好ましく
は少なくとも50%増加させるような0.1〜5重量%
の量で含んでいる磁性酸化鉄が提供される。
〜+10μC/g、特に好ましくは−5〜+10μC/
g、最も好ましくは0〜+10μC/gの電荷をもって
いる。
い摩擦電荷をもっている。摩擦電荷が−5μC/gより
も大きい酸化鉄は偶然生じることもあるが、これらの酸
化鉄はしばしば色値が悪い。
およびインク・ジェット・プリンター用のインクに使用
することがことが好ましい。本発明によればまた本発明
の磁性酸化鉄を製造する方法が手異様されるが、この方
法は(DIN 55 913の方法で決定された)Fe
含量が約45〜約73重量%、好ましくは65〜73重
量%、最も好ましくは69〜71。5重量%、輝度(L
*)が45.0〜70.0CIELAB単位、色キャス
ト(a*)が−0.5〜1.5CIELAB単位、色キ
ャスト(b*)が−1.0〜−7.0CIELAB単位
である磁性酸化鉄をつくり、上記に述べた補足的化合物
を液体または固体の形で加え、次いで十分混合し、随時
乾燥することを特徴としている。
分散物に加えることが好ましい。本発明のマグネタイト
は好ましくは下記の工程に従ってつくられる。
得る。
ライトはそれ自身は公知の他の方法でつくることもでき
る。
種類に依存して沈澱させる際に補足的化合物をFe(I
I)成分に加えるか、または最終的に洗滌したマグネタ
イト懸濁液に加える。
ましい。Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Z
n、Mnから成る群から選ばれる元素の酸化物;Li、
Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Mnから成
る群から選ばれる元素の水酸化物または水和した酸化
物;Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、
Mnから成る群から選ばれる元素の水に難溶性の塩;L
i、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Mnか
ら成る群から選ばれる元素の水に易溶性の塩;有機ジル
コニウム(IV)化合物、例えば脂肪酸のジルコニウム
(IV)エステル;有機セリウム(IV)化合物、例え
ば脂肪酸のセリウム(IV)エステル;有機錫(IV)
化合物、例えば脂肪酸の錫(IV)エステル。
成分は水酸化アルカリ、アルカリ土類の水酸化物、アル
カリ土類の酸化物、炭酸アルカリまたはアンモニアが好
適である。
I)成分の形で使用され、FeSO4またはFeCl2を
使用することが特に好適である。しかし他の水溶性のF
e(II)成分を使用することもできる。大気中の酸
素、純酸素、H2O2、アルカリ金属の塩素酸塩(V)、
アルカリ金属の塩素酸塩(VII)または硝酸塩を酸化
剤として使用することができる。経済的な理由により大
気中の酸素、純酸素、H2O2または硝酸ナトリウムが特
に好適である。
ツ特許A 3 209 469号)によってつくられた
磁性酸化鉄では、一般にFe(IIの)含量および随時
加えられるドーピング用の元素の含量に依存して、その
Fe含量は45〜73重量%(DIN 55 913号
で決定)である。これらの酸化鉄の摩擦電荷は−2μC
/gより小さい(測定法は下記に説明する)。他の方法
(例えば金属の鉄をニトロベンゼンと反応させる方法)
または他の沈澱法または還元法でつくられた磁性酸化鉄
は一般に約−5μC/gの負の摩擦電荷電位をもってい
る。ニトロベンゼンで鉄を酸化してつくられたマグネタ
イトはしばしば水蒸気吸収量が24時間で1.5重量%
より多い。このような高い値をもっていると、製造の際
にトナーの性質が望ましくないほど変化することがあ
る。
工程の沈澱法で磁性酸化鉄をつくることが好ましい。補
足的化合物を加えていない原料生成物は輝度(L*)が
45.0〜70.0CIELAB単位、色キャスト(a
*)が−0.5〜1.5CIELAB単位、色キャスト
(b*)が−1.0〜−7.0CIELAB単位であ
り、鉄含量は45〜73重量%、摩擦電荷は約−2μC
/gである。補足的化合物が存在するためにFeを45
〜73重量%含み、輝度(L*)が45.0〜65.0
である磁性酸化鉄が得られる。他の光学的性質の変化は
無視し得る。本発明の生成物の特別な利点は少量の水分
しか吸収しない点である。この生成物の摩擦電荷は原料
に比べ少なくとも30%増加している。
+10μC/gの摩擦電荷をもっている。摩擦電荷が0
〜+10μC/gの磁性酸化鉄が特に好適である。摩擦
電荷は下記に詳細に説明する方法で測定される。
は、上記金属の水溶性の塩を鉄(II)成分に加えるこ
とによって行われる。既に必要な添加剤を必要な量だけ
含んでいる粗製材料を用いることもできる。即ち例えば
MgまたはZnを含んだ鋼を酸洗いする際に蓄積され
る、Feの他にMgまたはZnを適量含んだ使用済みの
酸を使用することができる。また例えば既につくられた
マグネタイトの懸濁液の中に、洗滌および濾過した後乾
燥する前において、マグネシウム、マンガン、カルシウ
ムまたは亜鉛の酸化物、水和した酸化物、水酸化物、難
溶性の塩の形、または上記有機化合物の形で添加剤を導
入することができる。必要な添加剤は適当な計量装置に
より必要量導入し、効率的な分散装置を用いてマグネタ
イトの懸濁液の中に完全に分散させる。乾燥工程中分離
を防ぐために、乾燥器の中に入れたまま懸濁液を分散さ
せる。
性酸化鉄の性質は下記の方法で測定する。
記載)における摩擦電荷の測定 0.5gの乾燥磁性酸化鉄およびDegussa社製の
スチレン−アクリル樹脂(VPOT 409型)9.5
gを、毎分60回のローラ・ブロック上に載せた10m
lのガラス・フラスコの中で15分間混合して帯電させ
る。次いで約100mgの量を取り出し、正確に秤量
し、吹き付け型の粉末電荷測定装置(東京のToshi
ba Chem. Prod.Co.Ltd製TB20
0型)の中に入れる。1バールの圧力で30秒間窒素を
吹き付けて摩擦電荷を測定する。注意してきれいにした
ステンレス鋼の篩をTB200のファラデー・ケージの
中に置いた。
る。
al F48(Bayer AGの製品)2.0g、試
験すべき磁性酸化鉄0.1gおよびTiO2のBaye
ritan R−FK2(Bayer ADの製品)
1.0gを荷重2.5kg、直径25mmの粉砕機(E
ngelsmann社製)の中で磨砕する。
D 3964、D2244−89に従って測定した。光
沢を含め、標準的な照明の下で標準の観測角(2°)を
用い、光沢の量に対して数学的な考慮をせずに評価を行
う。使用した測定装置のスペクトル的な分解能は20n
mである。
(Microdismembrator)(30”)
(Braun社製)の上で直径10mmの瑪瑙の球を使
用し3.2gの磁性酸化鉄を磨砕した。
残留磁気)は磁気測定装置(Bayer AG製)を用
い磁場の強さ5,000 Oeにおいて測定する。
に従って測定する。
による光学的放射スペクトル法)を用い元素分析を行
う。
の元素分析 DIN 55 913号によって決定。Fe(II)の
含量は自記式滴定器(Memotitrator)(M
ettler製DL−70)によりKMnO4で滴定し
て決定する。Fe(III)はTiCl3を用いて同様
に決定した。鉄の全含量はこの二つの別々の値および最
初の秤量値から計算する。2種の標準溶液の含量は毎日
決定する。
い倍率30,000倍の顕微鏡写真から評価した。
ネタイトをつくる。
が−1.7μC/gであった。
重量%含む懸濁液に、マグネタイトに関し2重量%のM
gOを加え、均一な分散液が得られるまで分散装置によ
り混合させる。次いでこの分散物を乾燥し、適当な磨砕
装置を用いて磨砕する。得られた最終生成物は下記の性
質をもっていた。
てFeSO4を沈澱させ、次いで大気中の酸素で85℃
において酸化することとにより撹拌槽中で沈澱マグネタ
イトをつくった。
9μC/gであった。
0重量%含む懸濁液に、マグネタイトに関し2重量%の
MgOを加え、均一な分散液が得られるまで分散装置に
より混合させる。次いでこの分散物を乾燥し、適当な磨
砕装置を用いて磨砕する。得られた最終生成物は下記の
性質をもっていた。
Claims (8)
- 【請求項1】 Fe含量が45〜73重量%、輝度(L
*)が45.0〜65.0CIELAB単位、色キャス
ト(a*)が−0.5〜1.5CIELAB単位、色キ
ャスト(b*)が−1.0〜−7.0CIELAB単位
であり、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウ
ム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、マンガン
および亜鉛の金属の酸化物、水酸化物、水和した酸化
物、塩、有機ジルコニウム(IV)化合物、有機セリウ
ム(IV)化合物、および有機錫(IV)化合物から成
る群から選ばれる1種またはそれ以上の補足的化合物
を、原料(添加剤を含まない)の摩擦電荷を少なくとも
30%増加させるような0.1〜5重量%の量で含んで
いることを特徴とする磁性酸化鉄。 - 【請求項2】 補足的化合物はリチウム、ナトリウム、
カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウム、マンガンおよび亜鉛から成る群から選ば
れる金属の酸化物、水酸化物および水和した酸化物であ
ることを特徴とする請求項1記載の磁性酸化鉄。 - 【請求項3】 補足的化合物はリチウム、ナトリウム、
カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウム、マンガンおよび亜鉛から成る群から選ば
れる金属の塩であることを特徴とする請求項1記載の磁
性酸化鉄。 - 【請求項4】 補足的化合物は脂肪酸のジルコニウム
(IV)エステル、脂肪酸のセリウム(IV)エステル
または脂肪酸の錫(IV)エステルであることを特徴と
する請求項1記載の磁性酸化鉄。 - 【請求項5】 補足的化合物はカルシウム、マグネシウ
ム、マンガンおよび亜鉛から成る群から選ばれる金属の
酸化物または水酸化物であることを特徴とする請求項1
記載の磁性酸化鉄。 - 【請求項6】 請求項1記載の酸化鉄を含むトナー、印
刷インクまたはインク・ジェット・プリンター用のイン
ク。 - 【請求項7】 Fe含量が45〜73重量%、輝度(L
*)が45.0〜70CIELAB単位、色キャスト
(a*)が−0.5〜1.5CIELAB単位、色キャ
スト(b*)が−1.0〜−7.0CIELAB単位で
ある磁性酸化鉄を液体または固体の形の少なくとも1種
の補足的化合物と十分混合し、随時乾燥することを特徴
とする請求項1記載の磁性酸化鉄を製造する方法。 - 【請求項8】 補足的化合物を磁性酸化鉄の水性分散液
に加えることを特徴とする請求項7記載の方法。
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