JPH0271502A - 主に鉄から成る針状の強磁性金属粒子の製法 - Google Patents

主に鉄から成る針状の強磁性金属粒子の製法

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JPH0271502A
JPH0271502A JP63316637A JP31663788A JPH0271502A JP H0271502 A JPH0271502 A JP H0271502A JP 63316637 A JP63316637 A JP 63316637A JP 31663788 A JP31663788 A JP 31663788A JP H0271502 A JPH0271502 A JP H0271502A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、主に鉄から成る針状の強磁性金属粒子並びに
形状安定に加工された針状酸化鉄をガス状還元剤を用い
て還元することにより上記金属粒子を製造する方法に関
する。
産業上の利用分野 磁気記録担体のための高保磁力鉄粒子は、特に細分され
た針状酸化鉄化合物、例えば酸化物又は水酸化酸化物を
水素又はその他のガス状還元剤で還元することにより得
られる。好ましくは水酸化酸化鉄(III)が使用され
、該水酸化酸化鉄(III)から熱処理及び還元並びに
引続いての不動態化により相応する鉄粒子が製造される
良好な磁気特性及び特に針状鉄粒子の高保磁力磁界強度
は、立方体の結晶格子にも拘わらず実質的に形態異方性
に基づく、即ち粒子の針状形が磁気特性にとって決定的
である。針状水酸化酸化鉄(1’[l)の転移の際に生
じる形状係数損失をできる限り小さく保持しかつ焼結を
回避するためには、水酸化酸化鉄はその転移の)Fiに
形状安定化被覆が施される。しかしながら、既にFc0
011−合成過程で形状の正確な調整が極めて有利であ
る。
従って、例えばα−FeOOIIの合成は、いわゆる酸
性方法に基づき行うことができる。この際には、Fe(
11)塩水溶液から出発し、該水溶液に場合により面別
のイオンを添加する。この異種イオンを添加することに
より、Pe0OH−粒子の形態に影響を及ぼずことがで
きる。合成の開始時に、Fe(11)イオンに一部を苛
性アルカリ溶液で析出させる。引続き、例えば空気を導
入することによりα−FeOOIIへの酸化を行う。こ
の際発生するプロトンは、まず溶解するFe(II)水
酸化物沈澱物によって捕捉される、従ってpH値は5以
下には低下しない。次いで、Fe(II)水酸化物沈澱
物が完全に溶解すると、p H値の強度の低下が生じか
つα−FeOOHの形成が実際に停止する。
これらのFe00)1合成の第1工程を芽晶期と称する
。今や尚溶液中に存在するFe(II)イオンを、引続
き酸化剤、例えば空気で同時に苛性アルカリ溶液を連続
的に添加しながらα−FeOO1]に酸化し、該α−F
eOOHは存在する芽晶上で成長する(成長期)。合成
の終了後に、α−FeOOHに形状安定化被覆を施す。
このためには、既に燐酸塩(米国特許第4305753
号明細書)、燐酸塩及び硼酸塩(ドイツ連邦共和国特許
出願公開第2743298号明細書)、燐酸塩及び亜鉛
(ドイツ連邦共和国特許出願公開第3603431号明
細書)、カルボン酸と結合したアルカリ土類金属化合物
(ドイツ連邦共和国特許出願公開第2434096号明
細書)又は亜鉛化合物(ドイツ連邦共和国特許第190
7691号明細111)並びに珪素及び/又はアルミニ
ウムの化合物(欧州公開特許第56257号、ドイツ連
邦共和国特許出願公開第3044772号明細書、米国
特許第4133677号明細書)が提案された。同様に
、α−FcOOIlの脱水及び/又は熱処理も記載され
た(特に欧州公開特許第24692号、同第24694
号及び同第56257号及び米国特許第3702270
号明細書)それにより得られた鉄酸化物粒子の金属への
還元は、一般にガス状還元剤、たいていは水素を用いて
行われる(米国特許第287915/1号明細書)。
これらの酸化物材料の還元のためには、5゜0℃までの
温度が必要である。更に又、この温度は、酸化物の金属
への十分に完全な転化を生じるためには、尚数時間保持
しなければならない。゛しかしながら、このことは針状
粒子が焼結し、従って得られる金属粒子の必要な磁気特
性を達成することができないという結果を招く。
従って既に、水素反応のために接触作用する金属を酸化
鉄粒子に埋設し、それによって還元の温度並びに時間を
低減させることも提案された(ドイツ連邦共和国特許出
願公開第2212933号明細冴)。就中、高保磁力の
金属粒子、特に保磁力磁界強度> I OOkA/+及
び磁化120 nTma/gを有する鉄粒子を製造する
ためには、ニッケル化合物を還元ずべき酸化鉄材料に組
込むのが、有利であることが立証された。ニッケルの触
媒効果により簡易化され、ひいては特に温和な還元によ
れば、主として鉄から成る金属粒子の、磁気記録担体に
おいて所望の高さ記録密度のために必要な磁気特性を得
ることが可能である。しかしながら、この手段の欠点は
、ニッケルが環境及び作業場汚染物質に数えられること
にある。
発明が解決しようとする課題 従って、本発明の課題は、重犯欠点を有しておらず、そ
れにも拘わらず保磁力磁界強度及び磁化に関して必要な
高い値を有する、主として鉄から成る針状の強磁性金属
粒子並びにその製法を提供することであった。
課題を解決するだめの手段 従って、本発明の対象は、ニッケルを、金属粒子の全量
に対して 〈0.4屯’Ft%を含有し、かつ同時に保
磁力磁界強度>100に^/l及び外部磁界160に^
/mで測定した磁化≧I 20 n7m3/gを有する
、主に鉄から成る針状の強磁性金属粒子である。
特に、本発明の対象は、鉄及び酸素の他に尚亜鉛、燐及
び珪素並びにそれぞれ金属粒子の全量に対して < O
、I IRid%のニッケルを含(1’する、主に鉄か
ら成る針状の強磁性金属粒子である。
本発明のもう1つの対象は、形状安定化加工したa−F
aoollを沈澱させ、該α刊’c0011を500〜
850℃30〜300分間熱処理しかつ得られiこ材料
を引続き200〜450℃の温度でガス状還元剤を用い
て金属に還元し、その際形状安定加工されたα−P e
 OOitを得ることにより、前記金属粒子を製造する
方法であり、該方法は、a)硫酸鉄(U)水溶液からア
ルカリ金属水酸化物水溶液を添加しかつ酸素含有ガスを
導入することにより鉄(n)イオンの30〜70%を水
酸化酸化鉄(In)芽晶として沈澱させb)それに引続
き、得られた尚溶液中に存在する鉄(II )イオンを
、アルカリ金属水酸化物の添加により一定に保持したp
II値 4.0〜6.0 で酸素含有ガスを同時に導入
しかつ珪酸塩含有溶液をアルカリ金属水酸化物溶液に対
して、得られる Fe0OHのittに対して、5if
tとして計算したfdO,4〜1.8重量%で配合して
、α−FeOO1l芽晶上に析出させかっC)その後p
II値を一定に保持して、別の珪酸塩含有溶液を、得ら
れるFe1onの量に対して、5i02として計算した
量0.6〜2.6重量%で添加する ことを特徴とする。
本発明による方法の有利な1つの実施形は、第3工程に
基づく珪酸塩含有溶液を添加する而に、a−FeOOI
11!JIl!3液のp H値を 〉7.0、有利には
8.0〜9.0にコM整しかつ添加終了後に<7.0、
’4j’利には4〜6の値に降下させることより成る。
発明の作用及び効果 本発明による方法を実施する際には、使用する硫酸鉄(
m)がニッケル不含であるか、ないしは極めて僅かな不
純物としてのニッケル、即ち硫酸鉄に対して く0.1
%未満を有することが重要である。このことは操作過程
で使用される材料、特に珪酸塩含有溶液、更に又場合に
より公知方法で添加される量の燐酸塩及び亜鉛塩につい
ても当て嵌まる。
この加工に引続き、脱水し、かつ次いで濾別し、洗浄し
かつ乾燥したα−FaOOIIを500〜850℃の温
度で30〜300分間熱処理する。
今や、熱処理の際に得られた酸化鉄粒子をガス状の還元
剤、例えば水素で200〜450℃の温度で金属に還元
する。最後に、この微粒子状の金属粉末を有利には表面
の制御した酸化にょり不動態化し、それにより取り扱い
可能にする本発明による金属粒子は、課題で設定した所
望の特性を有する、特に驚異的にらニッケルイオンを放
棄すると、飽和磁化が著しく上昇するこの飽和磁化は、
本発明方法に基づく特に有利な実施形式で得ることがで
きる。その好ましい磁気特性に基づき、これらの材料は
磁気記録担体、特に高い記録密度が所望される総ての情
報記憶素子のための磁性材料として極めて好適である。
記憶媒体の製造は、自体公知方法で行う。このためには
、金属粉末を常用の添加物1、即し分散助剤例えば油酸
ナトリウムもしくはAb酸亜鉛、ラウリン酸ナトリウム
、パルミチン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム並
びに場合により非磁性充填物例えば石英粉、珪酸塩ヘー
スの粉末、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウム、及
び有機溶剤中に溶解した結合剤例えばエラストマーのポ
リウレタン、エポキシ樹脂、塩化ビニル共重合体、酢酸
ビニル共重合体イソシアネートで架橋した、OH基ρ、
イ丁ポリウレタン並びにそれらの混合物と一緒に、分散
装置、例えばポット型又は撹拌機型ミル内で分散液に加
工する。引続き、マグネット分散液を常用の被覆装置を
用いて非磁性支持体に被覆する。非磁性支持体としては
、常用の支持体材料、特に一般に4〜20μmの厚さの
線状ポリエステル例えばポリエチレンテレフタレートを
使用することができる。支持体上で尚液状の被覆混合物
が・乾燥する前に、異方性のマグネット粒子を磁界を作
用させることにより所定の記録方向に沿って配向する。
引続き、マグネット層を加熱される研摩したロールの間
を通過させることにより平滑にしかつ圧縮する。マグネ
ット層の厚さは、一般に2〜IOμmである。
実施例 灰に実施例により本発明の詳細な説明する。
金属粒子を特性化するためには、DIN66132に基
づき、シュテーライン社(Fa、5Lr01ain)、
デュセルドルフ、[3RD在のシュテーライン・エーリ
アメータを用いて、ホール(llaul)及びデュンゲ
ン(Dumbgen)の基づく1点着法により測定され
る比表面積SN、並びに磁気特性値を測定した。これら
の値は、前磁化後にパルスマグネットメータで160又
は380 kA/mの磁界で測定した、評言すれば充填
密度1 、6 gram3で保磁力磁界強度Hcを[k
^/i]で及び比残留磁気Mr/p及び磁化Mta/p
を[nTi3/g]で測定した。
更に、尚ウィリアムズ(Yilliams)及びコムス
トック(Cows Lock) (^IP Conf、
 Proc、 5(1971)738)による切換磁界
強度分布(SFD)を測定した実施例1 撹拌機、温度計及びp H測定装置並びに窒素及び空気
のためのガス導入装置を備えたlOeのガラス容器内で
、窒素を貫流させながら水5、scをaH,so、 3
.2a で酸性化しかつその中に化学的に純粋なFe5
0.・711.Of 222 yを溶解した。この溶液
中で、付加的にZn5Oi・7 II 、012.89
並びにNa11.PO,−2HtOI 、 l ’iを
溶解した。該反応混合物を40’Cに温度設定した。弓
続き、チューブポンプを用いて15重量%のNa0II
溶液を供給した、これはFe(1)50%の沈澱度に相
当する。ガス供給を、空気40012/hに切り換え、
かつp H値が4.0未満の値に降Fするまで、40℃
を芽晶形成を実施した。
次いで、反応混合物にNa1ltPOa・21105 
、 I f/を添加した。引続き、pH値5.5で洗浄
工程を実施した。この工程で必要なN a O+lため
に、水ガラス(26重1t%の溶液)359を計量供給
した。成長期が終了した後に、更に+(,0200峠中
の水ガラス27gをポンプで供給した。その際、p)I
値を5.5に保持した。a−FeOOIIを吸引濾過器
上で濾過しかつ洗浄した。濾過ケーキの乾燥は、真空乾
燥棚内で110℃で行った。
得られたα−FeOOIlを3つ首フラスコ内で窒素流
内で800℃で90分間熱処理しかつ次いで回転炉内で
450℃で8時間還元して金属粉末にし、該金属粉末を
最後に窒素/空気混合物で不動態化した。
こうして得られた磁性材料は、以下の特性を存する(測
定磁界160 kA/m) BET比表面積:47 He:       107 Mr/p:       85.6 Mn+/ρ:     120 SF’D:        0.48 実施例2 実施例1に記載と同様に操作したが、但しこの場合には
成長期における空気供給lR400f2/hを空気20
012/hに減少させた。
測定結果は以下の通りであった(測定磁界380に^/
m) B E T比表面積:   43.2 He:       102.3 Mr/p:       84.5 Mm/p:      149.2 SPD:        0.51 実施例3 実施例2に記載と同様に操作したが、但しこの場合には
温度を750℃に低下させた。
測定結果は以下の通りであった(測定磁界380 kA
/m) : 13 E T比表面積+   44.3Ire:   
    104.3 Mr/ρ:85 MI@d:      147 SIi’D:        0.47実施例4 実施例2に記載と同様に操作したが、但しこの場合には
還元温度を410℃に低下させた。
測定結果は以下の通りであった(測定磁界380に^/
m) 11 E T比表面積:   43.71ie:   
    102.5 Mr/ρ、       76.1 Mm/ρ:      131.9 SFD・       0.50 実施例5 実施例1に記載と同様に操作したが、但しこの場合には
成長期におけるガス供給量を400I2/hからI O
OQ/hに減少させた。
測定結果は以下の通りであった(測定磁界380に人/
m) : BET比表面積:   42.7 11c:       101 Mr/p:       80.4 Mra/p:      146.7 SFD二〇、53 実施例6 実施例Iに記載と同様に操作したが、但しこの場合には
成長期におけるガス供給量を400i2/hから5(H
!/hに減少させた。
測定結果は以下の通りであった(測定磁界380に^/
m): BET比表面積:   43.9 )(c:       100.5 Mr/ρ:       87.2 Mm#:      155.6 SFD:        0.56 実施例7 実施例1に記載と同様に操作したが、但しこの場合には
成長期過程後のpI−1値を 5.5から4.0に変更
した。
測定結果は以下の通りであった(測定磁界380に^/
m): I’(ET比表面積:   42.6 +1c:       100.3 Mr/ρ: 、     85.9 Mt/p:      151.3 SFD:        0.55 実施例8 実施例Iに記載と同様に操作したが、但しこの場合には
成長期過程後にN a OIIでp I−1値を9に調
整し、次いで水20(1++2中の水ガラス27gをポ
ンプで供給し、後撹拌しかつ希硫酸でp H値6に調整
しかつ再度数時間後撹拌した。800℃で熱処理しかつ
410℃で水素で還元した測定結果は以下の通りであっ
た(測定磁界160に^/m) : l3ET比表面積+   48./1 11c:              1083Mr/
ρ:            75.OMm/p:  
        1 2 8 .3SFD+     
         0.51実施例9 実施例8に記載と同様に操作したが、但しこの場合には
還元温度を430℃に高めた。
測定結果は以下の通りであった(測定磁界380に^/
m): [3E T比表面積:   719.8ITc:   
    103 Mr/ρ・      783 Mm/p:      135.6 SFD:        0.57 実施例10 撹拌機、温度計及びpH測定装置並びに窒素及び空気の
ためのガス導入装置を備えた250Qの容器内で、窒素
を貫流させながら水108QをctH2S O,57m
12テ酸性化Lカツソノ中ニ化学的に純粋なFcSO4
・711t022 kgを溶解した。
この溶液に付加的にZnSO441120230g及び
Mail、PO,−211,020gを加えかつ溶解し
た。該反応混合物を40℃に温度設定した。引続き、チ
ューブポンプを用いて15重槍形のNa0Il溶液を供
給した、これはFe(II)50%の沈澱度に相当する
。ガス供給を、空気3700 C/hに切り換え、かつ
pII値が4.0未満の値に降下するまで4℃で芽晶形
成を実施した。次いで、反応混合物にNa1l、PO,
−2110,I 20 ’iを添加した。引続き、pa
r値5.5で洗浄工程を実施した。全洗浄工程で、II
、03ρ中の水ガラス630gの溶液を供給した。成長
期が終了した後に、15%のM a OIIでptr=
9.oに調整しかつ水212・中の水ガラス486gを
加えた。数時間撹拌し、引続き昂11tSO4でpH値
6に調整しかつ再び数時間後撹拌した。α−Pe001
1を吸引濾過器」−で濾過し、洗浄しかつ濾過ケーキを
真空乾燥棚内で110℃で乾燥させた。
得られたα−Pe001を回転炉内で780℃及び滞留
時間90分間で熱処理しかつ次いで回転炉内で410℃
で7時間還元して金属粉末にし、該金属粉末を最後に窒
素/空気混合物で不動態化した。
こうして得られた磁性材料は、以ドの特性を(j’する
(測定磁界160 kA/m) 。
BET比表面積=45 1(c:       109.O Mr/ρ:       87.3 Mra/p:      I 23.08FD:   
     0.51 実施例I+ 実施例IOからの針状鉄粉末700部を、平均粒度0.
6μmを有する球状の^(lt0391 mと一緒に、
同じ部のテトラヒドロフランとジキサンから成る混合物
中の、アジピン酸、ブタンジオール−1,4及び4.4
′−ジイソシアネートジフェニルメタンから成る熱可塑
性ポリニスエルウレタンの13%の溶液 722.8部
、上記溶剤混合物中の〈14均分子i+t 30000
及びヒドロキシル基金ink 6%をイfするビスフェ
エノールΔ及びエピクロルヒドリンから成るフェノキシ
樹脂の20%の溶液 201.3部並びに別の」二記溶
液混合物 261.4部中に、6000容ツ、t:事を
収容し、直径1i、5xxをFjする球2330部を充
填した撹拌ミル内で、ステアリン酸35部及びエトキシ
ル化した一燐酸エステルとスルホコハク酸エチルヘキシ
ルエステルの塩の混合物をベースとする分散助剤 55
.41m<を添加しながら、32時間分散させた。引続
き、ステアリン酸メチル 23.7部を供給しかつ再度
5時間分散させた。分散の終了後に、酢酸エチル中でト
ルイレンジイソシアネート3モル及び11、I−)リメ
ヂロールプロパン1モルから製造したトリイソシアネー
トの50%の溶液46.7部を加えかつ更に15分間撹
拌した。分1攻液を濾過した後に、該分散液を層状で5
μmの厚さで同時に永久磁石を用いてマグネット粒子を
配向しながらポリエチレンテレフタレートフィルムに塗
布した。乾燥後に、マグネット層を加圧下に加熱したロ
ール(90℃、線状圧200kg/cz)の間を通過さ
せることにより平滑にしかつ被覆したフィルムテープを
1/2インチ幅のテープに切断した。
磁気特性の測定は、380に^/mの測定磁界で実施し
た。ビデオ特性は、テープ回転機構で市販の基準テープ
、ソニーMP(OdBに相当)に対して調査した。測定
結果は以下の表に示す表 輝 信号 一1φ重− 3,5 度     変調雑音    クロミナンスS/N  
          信号   S/N[dBI−−−
−−一−rdllj −一−−LイB’l    [d
B12.5    −t9.4   −2.0  −1
.5比較実験■ 実施例1に記載と同様に操作したが、但しこの場合には
以下の点を変更した: 成長期の終了後に、pH値を9に調整しかつ全時間中こ
の値に保持した。
得られたα−Fe0011を、780℃で熱処理しかつ
410°Cで還元した。
測定結果は以下の通りであった(測定磁界160に^/
m)。
BET比表面積=  410 11c:        883 Mr/ρ:       62.0 Mrn/ρ:       96.0 SFD:        0.6+ 比較実験2 実施例1に記載と同様に操作したか、但しこの場合には
熱処理温度を750℃に低下さけた測定結果は以下の通
りであった(ll!III定磁界160 kA/m)。
II F−〕’I”比表面積:  43111c:  
      86.O Mr/ρ:       62.0 Mm/ρ:       98.0 SFD・       0.69 比較実験3 実施例Iに記載と同様に操作したが、但しこの場合には
5hotの全、r+kを成長期の終了後にpl−19で
添加した。
測定結果は以十の通りであった(測定磁界380 kA
/m)。
BET比表面積:39 Hc:        90 Mr/ρ:69 MJp:      105 SFD:        0.61 比較実験4 実施例3に記載と同様に操作したが、但しこの場合には
II、0300峠中のNiSO4・611.01107
を添加した。更に。750℃で熱処理しかつ410℃で
水素で還元した。
測定結果は以下の通りであった(測定磁界160に^/
m)。
BET比表面積:   42.6 I−1c:       105 Mr/p: Mm/ρ SFD  : 0.44

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.主に鉄から成る針状の強磁性金属粒子において、該
    材料がニッケルを、金属粒子の全量に対して<0.4重
    量%を含有し、かつ同時に保磁力磁界強度>1.00k
    A/m及び外部磁界160kA/mで測定した磁化≧1
    20nTm^3/gを有することを特徴とする、主に鉄
    から成る針状の強磁性金属粒子。
  2. 2.鉄及び酸素の他に尚亜鉛、燐及び珪素並びにそれぞ
    れ金属粒子の全量に対して、<0.1重量%のニッケル
    を含有する、請求項1記載の主に鉄から成る針状の強磁
    性金属材料。
  3. 3.形状安定化加工したα−FeOOHを沈澱させ、該
    α−FeOOHを500〜850℃30〜300分間熱
    処理しかつ得られた材料を引続き200〜450℃の温
    度でガス状還元剤を用いて金属に還元することにより、
    請求項1記載の材料粒子を製造する方法において、 a)硫酸鉄(II)水溶液からアルカリ金属水酸化物水溶
    液を添加しかつ酸素含有ガスを 導入することにより鉄(II)イオンの30 〜70%を水酸化酸化鉄(III)芽晶として 沈澱させ、 b)それに引続き、得られた尚溶液中に存在する鉄(I
    I)イオンを、アルカリ金属水酸 化物の添加により一定に保持したpH値4 .0〜6.0で酸素含有ガスを同時に導入しかつ珪酸塩
    含有溶液をアルカリ金属水酸化 物溶液に対して、得られるFeOOHの量に対して、S
    iO_2として計算した量0.4〜1.8重量%で配合
    して、α−FeOOH芽晶上に析出させかつ c)その後pH値を一定に保持して、別の珪酸塩含有溶
    液を、得られるFeOOHの量に対して、SiO_2と
    して計算した量0.6〜2.6重量%で添加する ことを特徴とする、主に鉄から成る針状の強磁性金属粒
    子の製法。
  4. 4.第3工程の基づく珪酸塩含有溶液を添加する前に、
    α−FeOOH懸濁液のpH値を>7.0に調整しかつ
    添加終了後に<7.0の値に降下させる請求項3記載の
    方法。
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