JPH03201509A - 六面体を呈したマグネタイト粒子粉末及びその製造法 - Google Patents

六面体を呈したマグネタイト粒子粉末及びその製造法

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JPH03201509A
JPH03201509A JP1343400A JP34340089A JPH03201509A JP H03201509 A JPH03201509 A JP H03201509A JP 1343400 A JP1343400 A JP 1343400A JP 34340089 A JP34340089 A JP 34340089A JP H03201509 A JPH03201509 A JP H03201509A
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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、黒色を呈しており、磁気的な凝集力が小さい
ことに起因して樹脂との混合性が優れているマグネタイ
ト粒子粉末及びその製造法に関するものである。
本発明に係るマグネタイト粒子粉末の主な用途は磁性ト
ナー用材料粒子粉末である。
〔従来の技術〕
従来、静電潜像の現像法の一つとして、キャリアを使用
せずに樹脂中にマグネタイト粒子粉末等の磁性粒子粉末
を混合分散させた複合体粒子を現像剤として用いる所謂
−成分系磁性トナーによる現像法が広く知られ、汎用さ
れている。
近時、複写機器の高速度化、高N’l化、連続化等の高
性能化に伴って、現像剤である磁性トナーの特性向上が
強く要求さ′れており、その為には、磁性粒子粉末が黒
色を呈しているとともに、樹脂との混合性が優れている
ことが要求される。
この事実は、特開昭55−65406号公報の「一般に
、このような−成分方式における磁性トナー用の磁性粉
には次のような緒特性が要求される。・・・・iv)実
用に耐える黒さをもつこと。磁性トナー中には、着色剤
を含有させることもできるが、粉体それ自身が黒色を有
し、着色剤は使用しない方が好ましい。・・・・vi)
樹脂との混合性がよいこと。
・・・・トナー中の微視的混合度がトナーの特性にとっ
て重要となる。・・・・」なる記載の通りである。
マグネタイト粒子粉末の黒色度は、「試料の黒色度合は
Fe(Ill含有量および平均粒径によって左右され、
平均粒径0,2μ−の粉末は青味を帯びた黒色粉末であ
り黒色顔料として最も好適である。・・・・Fe(I)
含有量が10%以上では黒色度合に若干の差異が認めら
れるが、試料はいずれも黒色である。
Fe([1含有量が10%以下に減少すると各試料は黒
色から赤茶色に変化する。」なる記載の通り、磁性トナ
ー用に使用される0、1〜0.5μm程度のマグネタイ
ト粒子粉末の場合、主にFe”°含有量によって左右さ
れることが知られている。
マグネタイト粒子粉末と樹脂との混合性の向上の為には
、マグネタイト粒子粉末の分散性が優れていることが必
要であり、その為には、残留磁化が可及的に小さいこと
によって磁気的な凝集力が小さいものであることが要求
される。
尚、特開昭63−128356号公報のr = = l
 KOeの磁場の強さは、本発明の磁性カプセルトナー
を用いて現像を行う際の現像スリーブ付近の磁場の強さ
にほぼ対応するものである。」なる記載の通り、磁性ト
ナーは一般に、I KOe程度の外部磁場の下で使用さ
れるので、磁性トナーに含有されるマグネタイト粒子粉
末の残留磁化もI KOeの外部磁場をかけた後におけ
る値が出来るだけ小さいことが望まれる。
従来、磁性トナー用磁性粒子粉末として用いられている
マグネタイト粒子粉末は、■第一鉄塩水溶液と該第一鉄
塩水溶液中のPe″=に対し当量以上のアルカリ性水溶
液とを反応して得られたpH10以上の水酸化第一鉄コ
、ロイドを含む懸濁液に、酸素含有ガスを通気すること
により得られる八面体を呈したマグネタイト粒子粉末(
特公昭44−668号公報〉か、■第一鉄塩水溶液と該
第一鉄塩水溶液中のp e + 1に対し0.80〜0
.9g当量の水酸化アルカリとを反応して得られた水酸
化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩反応水溶液に、酸素含
有ガスを通気することにより、球状マグネタイト粒子を
生成させる第一段と、該第−段反応終了後、残存Fe″
2に対し1.00当量以上の水酸化アルカリを添加して
91110以上で加熱酸化することにより得られる球状
を呈したマグネタイト粒子粉末(特公昭62−5120
8号公報)のいずれかである。
〔発明が解決しようとする課a〕
黒色を呈しているとともに、樹脂との混合性が優れてい
るマグネタイト粒子粉末は、現在量も要求されていると
ころであるが、前出■の八面体を呈したマグネタイト粒
子粉末は、Fe”含有量がFe50に対しモル比で0.
3〜0.45程度であり、黒色度においては優れている
が、残留磁化が大きく磁気的な凝集が生起しやすいもの
である為、分散性が悪<m脂との混合性が悪い。また、
前出■の球状を呈したマグネタイト粒子粉末は、残留磁
化が小さく磁気的な凝集が生起しにくいので分散性に優
れ樹脂との混合性は良好であるが、Fe”″含有量がF
e”に対しモル比で高々0.28程度であるので、やや
茶褐色を帯びた黒色となり、黒色度において劣る。
そこで、本発明は、黒色を呈しているとともに、磁気的
な凝集力が小さいことに起因して樹脂との混合性が優れ
ているマグネタイト粒子粉末を得ることを技術的課題と
するものである。
〔課題を解決する為の手段〕
前記技術的vsaは、次の通りの本発明によって遠戚で
きる。
即ち、本発明は、Fet*含有量がFe”に対しモル比
で0.3〜0.5であって、1にOeの外部磁場をかけ
た後における残留磁化σrが、式σr(emu/g) 
=0.92X比表面積値+b(但し、比表面積=3.0
〜15゜0rrf/g、 b =1.6〜3)で示され
る範囲である六面体を呈したマグネタイト粒子からなる
マグネタイト粒子粉末及び第一鉄塩水溶液と該第一鉄塩
水溶液中のFet″に対し当量以下のアルカリ性水溶液
とを反応して得られたpH6,0〜7.5の範囲の水酸
化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩反応水溶液に、酸素含
有ガスを通気することにより上記水酸化第−銖コロイド
を部分的に酸化してマグネタイト核粒子を生成させ、次
いで、該マグネタイト核粒子及び水酸化第一鉄コロイド
を含む第一鉄塩反応水溶液にp)18.0〜9.5の範
囲において酸素含有ガスを通気することにより、前記マ
グネタイト核粒子の成長反応を行うことからなるFe”
含有量がFe’ ”に対しモル比で0.3〜0.5であ
って、I KOeの外部磁場をかけた後における残留磁
化σrが、式σr(emu/g) =0.92X比表面
積値+b(但し、比表面積=3.0〜15.0ポ/g、
 b =1.6〜3)で示される範囲である六面体を呈
したマグネタイト粒子からなるマグネタイト粒子粉末の
製造法である。
〔作  用〕
先ず、本発明において最も重要な点は、第一鉄塩水溶液
と該第一鉄塩水溶液中のFe”に対し当量以下のアルカ
リ性水溶液とを反応して得られたpl!6.0〜マ、5
の範囲の水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩反応水溶
液に、酸素含有ガスを通気することにより上記水酸化第
一鉄コロイドを部分的に酸化してマグネタイト核粒子を
生成させ、次いで、該マグネタイト核粒子及び水酸化第
一鉄コロイドを含む第一鉄塩反応水溶液にP)18.0
〜9.5の範囲において酸素含有ガスを通気した場合に
は、黒色を呈しているとともに、磁気的な凝集力が小さ
いマグネタイト粒子粉末が得られるという事実である。
本発明に係るマグネタイト粒子粉末は、後出図2の走査
型電子顕微鏡写真に示す通り粒子形状が六面体状であっ
て、Fe”含有量がpe+*に対しモル比で0,3〜0
.5であることによって青味を帯びた黒色であり、且つ
、I KOeの外部磁場をかけた後における残留磁化σ
rが小さいことによって磁気的な凝集が小さいものであ
る。
尚、前出■のpH10以上の水酸化第一鉄コロイドを含
む懸濁液に酸素含有ガスを通気することによって得られ
るマグネタイト粒子粉末の粒子形状は、粒子の陰影を撮
影した透過型電子顕微鏡写真に示された平面形状をとら
えて六面体状又は立方体状としている報告もあるが、粒
子の立体形状を写した後出図5の走査型電子顕微鏡写真
に示される通り、実際には八面体を呈しており、本発明
に係るマグネタイト粒子の粒子形状とは相違するもので
ある。
また、特開昭48−99700号公報及び粉体粉末冶金
協会昭和46年度秋季大会講演概要集第112頁第14
〜19行には、水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩反
応水溶液に酸素含有ガスを吹き込みながらp[+4〜6
の範囲でマグネタイトの成長反応を行うことにより六面
体を呈するマグネタイト粒子を生成させることが開示さ
れているが、得られるマグネタイト粒子粉末は、後出比
較例7に示す通りマグネタイト粒子粉末中にゲータイト
粒子粉末が混在しやすいものであり、また、Fe”″含
有量が本発明に係るマグネタイト粒子粉末と比べ全く相
違しており、黒色度において劣るものである。
今、本発明者が行った数多くの実施例からその一部を抽
出して説明すれば以下の通りである。
図1は、マグネタイト粒子粉末の比表面積と1にOeの
外部磁場をかけた後における残留磁化との関係を示した
ものである。図1中、Δ印は八面体を呈するマグネタイ
ト粒子粉末、○印は六面体を呈するマグネタイト粒子粉
末である。
図1に示される通り、本発明に係る六面体を呈したマグ
ネタイト粒子は、八面体を呈したマグネタイト粒子に比
べ残留磁化が小さい。
一般に、マグネタイト粒子の粒子サイズと残留磁化とは
密接な関係にあり、粒子サイズが小さくなる程、即ちB
ET比表面積が大きくなる程、残留磁化が大きくなる傾
向があり、本発明においては、図1の直線a、b、c及
びdで囲まれた範囲のBET比表面積及び残留磁化を有
するマグネタイト粒子粉末が得られている。
この直線a、b、c及びdで囲まれた範囲は、下記式で
表される。
σr (emu/g) −0,92X比表面積値+b(
但し、比表面積=3.0〜15.0ポ/g、 b =1
.6〜3) 次に、本発明実施にあたっての諸条件について述べる。
本発明において使用される第一鉄塩水溶液としては、硫
酸第一鉄水溶液、塩化第−鉄水溶液等がある。
本発明において使用されるアルカリ性水溶液としては、
水酸化ナトリウム水溶液等の水酸化アルカリ水溶液、′
炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム等の
炭酸アルカリ水溶液及びアンモニア水等がある。
本発明におけるアルカリ性水溶液の添加量は、第一鉄塩
水溶液中のp e 1 *に対し当量以下であり、当量
を越える場合には、八面体を呈したマグネタイト粒子粉
末が生成する。
本発明におけるマグネタイト核粒子の生成反応はpH6
,0〜7.5の範囲で行われる。
pH6,0が未満の場合、pHが7.5を越える場合に
は、粒度の不均斉な六面体を呈したマグネタイト粒子粉
末が生成する。
本発明における水酸化第一鉄コロイドの部分的酸化は、
生成する六面体を呈したマグネタイト粒子の粒子サイズ
を考慮した場合、全Fe”に対し30%以下であること
が好ましい。
本発明におけるマグネタイト粒子の成長反応は、pH8
,0〜9.5の範囲である。
pH8,0未満の場合には、球状を呈したマグネタイト
粒子粉末が生成する。
pH9,5を越える場合には、八面体を呈したマグネタ
イト粒子わ)末が生成する。
本発明における酸化手段は、酸素含有ガス(例えば空気
)を液中に通気することにより行う。
本発明における反応温度は、通常、マグネタイト粒子が
生成する温度である45〜100℃の範囲である。
45℃未満の場合には、六面体を呈したマグネタイト粒
子粉末中に針状を呈したゲータイト粒子が混在してくる
100℃を越える場合にも六面体を呈したマグネタイト
粒子粉末が生成するが、オートクレーブ等の特殊な装置
を必要とし、工業的ではない。
本発明に係る六面体を呈したマグネタイト粒子粉末のF
e″′″含有量がFe”に対しモル比で0.3未満の場
合には、黒色度が低下する。
残留磁化σrが、式σr(emu/g) =0.92X
比表面積値+bにおいて、bが3を越える場合には、磁
気的な凝集力が大きくなり、磁性トナー用磁性粒子粉末
として好ましくない。上記式において、bの値が1.6
〜2.5の範囲がより好ましい。
〔実施例〕
次に、実施例並びに比較例により、本発明を説明する。
尚、以下の実施例並びに比較例における粒子の形状は走
査型電子顕微鏡により、粒子の粒度分布は透過型電子顕
微鏡によって、それぞれ観察したものである。
粒子の比表面積はBET法により測定した値で示したも
のであり、残留磁化は「振動試料型磁力計VSM−3S
−15J  (東英工業■製〉を用いてl Koeの外
部磁場をかけた後において測定した値で示した。
Fe”″含有量は、下記の化学分析法により求めた値で
示した。即ち、不活性ガス雰囲気下において、磁性粒子
粉末0.5gに対しリン酸と硫酸とを2:lの割合で含
む混合溶液25ccを添加し、上記磁性粒子粉末を溶解
する。この溶解水溶液の希釈液に指示薬としてジフェニ
ルア壽ンスルホン酸を数滴加えた後、重クロム酸カリウ
ム水溶液を用いて酸化還元滴定を行った。上記希釈液が
紫色を呈した時を終点とし、該終点に至るまでに使用し
た重クロム酸カリウム水溶液の量から計算して求めた。
また、赤味を表わすa m値及び青味を表わすb0値は
、測定用試料片を多光源分光測色計?1SC−l5−2
0 (スガ試験機■製)を用いてHunterのLab
空間によりL0値、a0値、b1値をそれぞれ測色し、
国際照明委員会(Commission Intern
ationale de l’Eclairage、 
CIE)1976 (L”   a”   b” )均
等知覚色空間に従って表示した値で示した。上記赤味を
表わすa8値がOに近づく程、また、青味を表わすb9
値の負の値が大きい程、黒色度は優れ、青味を帯びた黒
色となる。
測定用試料片は、マグネタイト粒子粉末0.5gとヒマ
シ油1 、 Occをツーバー式マーラーで練ってペー
スト状とし、このペーストにクリヤラッカー4゜5gを
加え混練し塗料化して、キャストコート紙上に6s+i
lのアプリケーターを用いて塗布することによって得た
実施例I Fe” 1.5mol#!を含む硫酸第一鉄水溶液20
ffiと2.64−NのNaOH水溶液201とを混合
し、PH6,9、温度90℃においてFe(OH)tを
含む第一鉄塩水溶液の生成を行った。
上記Fe (0■)8を含む第一鉄塩水溶液に温度90
℃において毎分80ffiの空気を25分間通気してマ
グネタイト粒子及びFe (OH) zを含む第一鉄塩
水溶液を生成した。
次いで、上記マグネタイト粒子及びFe (OH) !
を含む第一鉄塩水溶液に3.78−NのNaOH水溶液
1.83J!を加え、pl(8,5、温度90°Cにお
いて毎分501の空気を280分間通気してマグネタイ
ト粒子を生成した。
生成粒子は、常法により、水洗、炉別、乾燥、粉砕した
得られたマグネタイト粒子粉末は、図2に示す走査型電
子顕微鏡写真(X 20000)から明らかな通り、六
面体を呈した粒子であり、図3の透過型電子顕微鏡写真
(X20000)に示す通り、粒度が均斉なものであっ
た。
この六面体を呈したマグネタイト粒子粉末は、RIOT
比表面積が7.0 rrf/gであって、残留磁化が7
゜1 ewpH/gであり、且つ、化学分析の結果、P
e”″含有量がFe”に対しモル比で0.38であり青
味を帯びた黒色を呈していた。この黒色粒子粉末の80
値は+0.04及びbs値は−1,74であった。
実施例2〜3、比較例1〜4 マグネタイト核粒子の生成反応におけるFe”″水溶液
の種類、濃度及び使用量、アルカリ性水溶液の種類、濃
度及び使用量、pH1温度並びにマグネタイト核粒子の
成長反応におけるアルカリ性水溶液の種類、濃度及び使
用量、pH1温度を種々変化させた以外は、実施例1と
同様にしてマグネタイト粒子を生成させた。
この時の主要製造条件を表1に、生成マグネタイト粒子
の緒特性を表2に示す。
実施例2で得られたマグネタイト粒子粉末は図4に示す
透過型電子顕微鏡写真に示す通り、粒度が均斉な粒子で
あった。また、実施例3で得られたマグネタイト粒子粉
末も同様に粒度が均斉な粒子であった。
比較例1及び比較例2で得られたマグネタイト粒子粉末
は、透過型電子顕微鏡観察の結果、粒度が不均斉な粒子
であった。
比較例5 Fe” 1.5sol/j!を含む硫酸第一鉄水溶液2
01と3.40−NのNaOH水溶液201とを混合し
、p旧2.5、温度90℃においてFe(OR)tを含
む水溶液の生成を行った。
上記Fe (OH) !を含む水溶液に温度90℃にお
いて毎分100 j!の空気を220分間通気してマグ
ネタイト粒子粉末を生成した。
得られたマグネタイト粒子粉末は、図5に示す走査型電
子顕微鏡写真(x 20000)から明らかな通り、八
面体を呈した粒子であり、図6の透過型電子顕微鏡写真
(x 20000)に示す通り、粒度が不均斉なもので
あった。
この八面体を呈したマグネタイト粒子粉末は、BlET
比表面積が4.5 %/gであって、残留磁化が7゜9
 emu/gと高いものであった。また、化学分析の結
果、Fe”含有量がFe”に対しモル比で0.40であ
って、am値は−0,02、b0値は−2,02であり
、青味を帯びた黒色を呈していた。
比較例6 Fe” 1.5mol/fを含む硫酸第一鉄水溶液20
1と2.76−NのNaOH水溶液20 e  (Fe
”に対し0.92当量に該当する。)とを混合し、pH
7,L温度90°Cにおいてre (OH) zを含む
第一鉄塩水溶液の生成を行った。
上記Fe(OH)zを含む第一鉄塩水溶液に温度90℃
においで毎分1001の空気を240分間通気してマグ
ネタイト粒子を含む第一鉄塩水溶液を生成した。
次いで、上記マグネタイト粒子を含む第一鉄塩水溶液に
3.78−NのNaOH水溶液1.8!lを加え(残存
Fe”°に対しl、46当量に1亥当する。)、ρ旧2
,5、温度90℃において毎分201の空気を60分間
通気してマグネタイト粒子を生成した。
生成粒子は、常法により、水洗、炉別、乾燥、粉砕した
得られたマグネタイト粒子粉末は、走査型電子顕微鏡観
察の結果、球状を呈した粒子であり、BET比表面積が
6.9 rd/gであって、残留磁化4.γemu/g
であった。また、化学分析の結果、Fe”°含有量は、
Fe″′に対しモル比で0.26であって、a ’1値
は+0.66、b1値は−0,33であり、やや茶褐色
を帯びた黒色であった。
比較例7 Fe” 1.5mol#!を含む硫酸第一鉄水溶液2.
41を反応容器に入れた後、上記硫酸第一鉄水溶液を攪
拌しなから342/sinの割合で空気を吹き込み、次
いで、2.521−NのNa0tl水溶液1.6 I!
、を添加した後、直ちに加温して20分後に50°Cま
で昇温し、該温度に15時間保持して沈澱粒子を生成さ
せた。この時のpHは4.3であった。
上記沈澱粒子を、常法により、水洗、炉別、乾燥、粉砕
した。
得られた粒子粉末は、電子顕微鏡観察の結果、針状粒子
と六面体粒子が混在しており、また、X線回折の結果、
マグネタイトとゲータイトのピークが認められた。
尚、上記粒子粉末を磁気選別して得られたマグネタイト
粒子粉末のp e Z +含有量はFe34に対しモル
比で0.23であった。
表 2 〔発明の効果〕 本発明に係る六面体を呈したマグネタイト粒子粉末は、
Fe”含有量がFe”に対しモル比で0.3〜0.5で
あることによって青味を帯びた黒色を呈しているととも
に、磁気的な凝集力が小さいことに起因して樹脂との混
合性が優れたものであるので、磁性トナー用材料粒子粉
末として好適である。
更に、本発明に係る六面体を呈したマグネタイト粒子粉
末を用いて得られた磁性トナーは、十分な黒色を呈する
ことによって画像濃度に優れ、また、磁気的な凝集力が
小さいことに起因して画像むら等がなく優れたものであ
る。
尚、本発明に係る六面体を呈したマグネタイト粒子粉末
は、青味を帯びた黒色を呈しているとともに、分散性が
優れているので、周知の塗料用顔料粉末や樹脂着色用顔
料粉末としても使用できるのは当然である。
【図面の簡単な説明】
図1は、マグネタイト粒子粉末の比表面積とl関係を示
したものである。図1中、Δ印は八面体を呈するマグネ
タイト粒子粉末、○印は六面体を呈するマグネタイト粒
子粉末である。 図2及び図5は、それぞれ実施例1及び比較例5で得ら
れたマグネタイト粒子粉末の粒子構造を示す走査型電子
顕微鏡写真(x 2000G)であり、図3、図4及び
図6は、それぞれ実施例1、実施例2及び比較例5で得
られたマグネタイト粒子粉末の粒子構造を示す透過型電
子Im鏡写真(x 20000)である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Fe^2^+含有量がFe^3^+に対しモル比
    で0.3〜0.5であって、1KOeの外部磁場をかけ
    た後における残留磁化σrが、式σr(emu/g)=
    0.92×比表面積値+b(但し、比表面積=3.0〜
    15.0m^2/g、b=1.6〜3)で示される範囲
    である六面体を呈したマグネタイト粒子からなるマグネ
    タイト粒子粉末。
  2. (2)第一鉄塩水溶液と該第一鉄塩水溶液中のFe^2
    ^+に対し当量以下のアルカリ性水溶液とを反応して得
    られたpH6.0〜7.5の範囲の水酸化第一鉄コロイ
    ドを含む第一鉄塩反応水溶液に、酸素含有ガスを通気す
    ることにより上記水酸化第一鉄コロイドを部分的に酸化
    してマグネタイト核粒子を生成させ、次いで、該マグネ
    タイト核粒子及び水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩
    反応水溶液にpH8.0〜9.5の範囲において酸素含
    有ガスを通気することにより、前記マグネタイト核粒子
    の成長反応を行うことを特徴とする請求項1記載の六面
    体を呈したマグネタイト粒子からなるマグネタイト粒子
    粉末の製造法。
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Cited By (6)

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