JPH0416409B2 - - Google Patents

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JPH0416409B2
JPH0416409B2 JP60249103A JP24910385A JPH0416409B2 JP H0416409 B2 JPH0416409 B2 JP H0416409B2 JP 60249103 A JP60249103 A JP 60249103A JP 24910385 A JP24910385 A JP 24910385A JP H0416409 B2 JPH0416409 B2 JP H0416409B2
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明はFe2O3含有量が少くとも88%、平均粒
子直径が0.5〜20μm、そして直径対厚さの平均比
率が20〜100である薄板状α−酸化鉄顔料、その
製造方法及びこれら顔料の着色基体及び磁性顔料
製造用出発原料としての用途に関する。 薄板状顔料はメタリツク効果をもつ被覆を着色
するために用いられる。特に薄板状アルミニウム
顔料は、既に長い間用いられてきた。しかしなが
ら、異なる型の着色効果を得るためには、それら
は透明な着色顔料と混合しなければならず、その
ことは分離する傾向に基きラツカー技法において
不利であると考えられている。アルミニウム薄板
はまた腐食に対し限られた抵抗性しか有しない。 薄板状に結晶した赤鉄鉱は上記の欠点を有しな
い。しかし、薄板状α−酸化鉄の望ましい固有の
銅色乃至赤の着色及び強い金属性効果は、薄板の
幾何学的形態と化学的組成とを互いに独立的に変
えることができるときにのみ有効に発現される。 薄板状酸化鉄の製造にも最も屡々用いられる熱
水合成の際、粒子直径は特定のアルカリ濃度の選
定によつてよく影響される(ドイツ特許出願公開
明細書第2056042号)。周期律表、及び/また
は主族及び/または亜族の元素の酸化物の添
加は薄板の平面における成長とは別個に層の厚さ
における成長を制御する(欧州特許第14382号)。
赤鉄鉱の結晶格子中への酸化アルミニウムの合体
によつて、粒子の幾何学的形態に影響することな
しに薄板の色を修飾することができ、従つて金属
性効果の強さが影響される(ドイツ特許出願公開
公報第3124746号)。この方法においては粒子もま
た異なるアルカリ濃度によつてのみ調整される;
しかしこれはアルミニウム及びその他の外来のイ
オンの赤鉄鉱結晶格子中への合体の割合に影響を
及ぼす。 このような互いに影響する数多くの反応パラメ
ーターの結果、望ましい全範囲の製品を生成させ
るためには、今までに相当な技術的労力経費の消
費が必要であつた。特に、分散性または外来イオ
ン含量の如き不変の性質において、薄板の粒子サ
イズを自由に変えることは不可能であつた。外来
イオンの合体の割合は熱水処理が行なわれる媒体
に依存する。しかしながら、従来知られたすべて
の方法において、粒子サイズは同じく反応媒体を
変えることによつてのみ影響を及ぼすことができ
る。 固体の磁気的性質は、それらの化学組成、粒子
径、粒子の幾何学的形態、及び特に粒径の分布に
実質的に依存する。従つて粒径への定められた影
響に対する要求は、薄板状α−酸化鉄を磁性顔料
製造用の前駆化合物として使用すべきとき殊に重
要である。更に、公知方法によれば、磁性顔料の
近代的技法において要求されるような狭い粒径分
布を有する薄板状酸化鉄を製造することは不可能
であつた。 薄板状α−酸化鉄の熱水的製造のための公知法
の欠点は特公昭55−16978号公報に従う種を用い
る方法によつて防止されるであろう。それ自体熱
水反応から誘導された薄板状α−酸化鉄はより粗
大な顔料粒子製造用の種として用いられる。しか
し、この合成方法は前述した諸問題を除くには適
しない。即ち、一方において、種の製造それ自体
熱水合成の多くの反応パラメーターに依存し、そ
して他方において非常に粗大な種しか生成せず、
従つて粗大で所望の色の均一性及び輝きを有しな
い最終製品しか製造されない。 かくして、本発明の目的は既に知られた如き欠
点をあらわさない薄板状α−酸化鉄群を提供する
ことである。 かかる薄板状α−酸化鉄顔料に対する要求は、
本発明に従いFe2O3含量が少くとも88%、平均粒
子直径が0.5〜20μm、そして直径対厚さの平均比
率が20〜100であり、殆ど正規分布した粒径分布
を有しその相対的標準偏差は正規分布の平均値に
基き0.3より小さいことを特徴とする顔料によつ
て満たされる。 かような顔料は、この際粒子直径1〜20μm及
び直径対厚さの平均比率20〜60を有するものが殊
に好ましい。 薄板状α−酸化鉄顔料の平均粒子直径及び/又
は直径対厚さの平均比率は、メタリツク効果をも
つ被覆を着色するために使用する際に重要であ
り、該顔料の平均粒子直径が0.5〜20μmの範囲か
らはずれたもの及び/又は直径厚さの平均比率が
20〜100の範囲からはずれたものは、一般に色値
(colour value)L*が低く、メタリツク被覆の着
色力に劣り、商品価値の乏しいものとなる。 また、Fe2O3含量も得られる薄板状α−酸化鉄
顔料の色、その他の性質に影響を及ぼすフアクタ
ーであり、Fe2O3含量が88%より低い場合には、
不純物が多くなり、一般に、望ましい色調の薄板
状α−酸化鉄顔料を与えない。 本発明によるα−酸化鉄は薄板状または円盤状
結晶型の活性α−酸化鉄の種を加えて3価の鉄−
含有溶液または懸濁液を熱水処理することによつ
て得られる。 また驚くべきことには、本発明の顔料の粒径
は、特に微細分割された結晶したα−酸化鉄の存
在において鉄水酸化物または酸化鉄水酸化物の熱
水処理を行なうときには、広い範囲内で反応媒体
の種類に関係なしに、影響されうることも見出さ
れた。更に、特定の微細−分割されたα−酸化鉄
の種を用いるとき所望の狭い粒径分布で薄板状顔
料が生じることが見出された。 薄板状α−酸化鉄顔料の粒径分布が狭いこと
は、高い色飽和をもつ製品を得るために重要であ
るのみならず、磁性酸化鉄及びそれから製造され
るマグネタイトの磁性特性にとつても重要であ
る。本発明の薄板状α−酸化鉄顔料は、殆んど正
規分布した粒径分布を有し、その相対的標準偏差
が正規分布の平均値に基き0.3よりも小さいとい
う極めて狭い粒径分布をもつているが、このよう
に狭い粒径分布をもつ薄板状α−酸化鉄顔料は通
常の製造法では得ることができなかつたものであ
る。 かくして本発明はまた本発明による薄板状α−
酸化鉄顔料の製造法をも提供するものであり、こ
れら顔料は3価の鉄−含有溶液または懸濁液から
熱水反応方法で得られ、その際薄板状または円盤
状結晶型及び少なくとも10m2/gの比表面積を有
する活性α−酸化鉄の種を熱処理前に該溶液また
は懸濁液に添加する。 種の比表面積は、種の効果を高める上で重要で
あり、種の比表面積が大きくなればなる程、種の
効果は増大する。また、種の比表面積は得られる
薄板状α−酸化鉄顔料粒子の粒径を決定し、比表
面積が10m2/gより小さい種を用いると、前記特
性をもつ本発明の薄板状α−酸化鉄顔料を製造す
ることが極めて困難となる。 種は極く少量でも活性であるが、比較的多量に
用いることができそして有効である。 本発明方法において、種は好ましくは、熱水処
理過程で生じる薄板状α−酸化鉄顔料に基き
0.001〜10重量%、好ましくは0.005〜5重量%の
量で添加される。 原理的に、これらすべての方法を種の製造用
に用いることができ、それによつて所要の性質を
有するα−酸化鉄粒子を生成させる。しかし特に
良好な結果は、高められた温度でオキザレートイ
オンの存在において無定形鉄()−水酸化物を
熟成する過程で生じる薄板状α−Fe2O3−粒子に
よつて達成される。 この無定形鉄()−水酸化物のα−Fe2O3
の熟成が、その上カルシウムイオンを含む懸濁液
中で行なわれるとき、本発明の粗大顔料の熱水合
成において特に卓越した効果を有する種が生成さ
れる。 鉄()−水酸化物からα−Fe2O3種の製造法
の詳細は次の通りである:出発化合物は鉄()
塩であり、これを水の中へ残渣を残さないように
溶解させ、その際、所望に応じ少量の酸を添加す
る。濃度は、一方では高い空−時−収量が達成さ
れるように、しかし他方では沈でんの過程で粘度
が余り増大しないように、えらばれる。例えば鉄
()の硫酸塩、硝酸塩または塩化物を用い0.25
モル/の濃度によつて良好な結果が達成され
る。 無定形水酸化物の沈でんは可溶のアルカリ性−
反応化合物、好ましくはアルカリ水酸化物、アル
カリ炭酸塩またはアンモニアの添加によつて起
る。沈でんは強い撹拌または沈でん試薬の滴々添
加によつても早急に行なうことができる。沈でん
の完結後水酸化物懸濁液のPHは11を超えるべきで
はない。 無定形鉄()水酸化物を結晶性微細分割され
たα−Fe2O3へ変換するために、懸濁液を温度処
理(熟成)に服せしめなければならない。α−
FeOOHを最大限に除外した、α−Fe2O3の迅速
完全な結晶化は、懸濁液がオキザレートイオンを
0.001〜0.5モル/の濃度で含みそして7〜11の
PHを有するときに達成される。オキザレート濃度
の調整は、水酸化物沈でんの前または後に、相当
する量の修酸またはアルカリオキザレートの添加
によつて行なうことができる。先ず新たに沈でん
した鉄()水酸化物を母液から分離し次いでこ
れをオキザレート−含有溶液に再び懸濁させた後
熟成に服せしめることも可能である。 水酸化物懸濁液の温度処理は無定形水酸化物が
X−線結晶性α−Fe2O3に変換されるまで継続し
なければならない。反応時間は、オキザレート濃
度に依存することを別として、何よりも温度に依
存する。70℃では約24時間を要し、150℃におい
ては圧力下に1時間以内で既に反応の全行程を完
了する。 特に活性な種をつくるためには、水酸化物沈で
んの前または後の出発溶液または懸濁液に、更に
可溶性カルシウム化合物の形でカルシウムイオン
を好ましくは生成α−酸化鉄1モル当り0.1〜1
モルの量で添加する。 微細分割されたα−Fe2O3を熟成の後、更に熱
水合成用の種として用いる場合には、仕上げ処理
は傾瀉及び数回再懸濁するだけで行なわれる;次
いで生成物は湿潤状態において使用される。 本発明を添付図面を参照しつつ更に説明する: 第1図は本発明による種の多数の個々の粒子を
示す電子顕微鏡写真であり、第2図は本発明によ
る典型的な薄板状酸化鉄粒子の粒径分布を示す曲
線である。 種は赤鉄鉱の結晶格子に均一に結晶している。
典型的な性質として、各粒子は非常に平均した薄
板状乃至円盤状の結晶性質を有し、これは電子顕
微鏡写真(第1図)中に明らかに認められる。粒
子直径は約0.1μmである。比表面積は、BET法
により検定して、常に10m2/gよりも大であり、
特に活性の種は15〜100m2/gの表面積を有する。 本発明方法の更に別の態様においては種とし
て、ドイツ特許出願公開明細書第2249274号に相
当する米国特許第398130号から知られている如
く、鉄()水酸化物を種変性添加剤の存在下に
空気で酸化する間に生成するα−酸化鉄の粒子が
用いられる。 このようにしてつくられた種は大きい表面積と
主として赤鉄鉱構造を有する。比表面積は10〜
140m2/gの広い範囲で変りうる。更に、ドイツ
特許出願公開明細書第2508932号に記載されてい
る表面積>40m2/gの微細分割された生成物は薄
板状酸化鉄の熱水法合成において特に良好な種効
果を有する。それらは主として粒径範囲0.1μm以
下の円盤状粒子から成る。 上記方法により生成されたBET表面積10m2
g以上の微細分割されたα−Fe2O3種はα−酸化
鉄顔料の熱水法合成において十分な種効果を有
し、そしてその際新たに鉄()−水酸化物また
は−酸化物水酸化物から形成されたα−Fe2O3
子はそのような微細の結晶性の種粒子の上に成長
する。かくして最終生成物の性質は熱水法合成に
おける知られたパラメーターによつて決定される
ばかりではなく、むしろ種の型及び量によつて決
定される。 次の方法は種効果を試験するのに用いられる: 工業的に沈でん法によつて製造されたフエライ
トイエロー(α−FeOOH)水酸化ナトリウム濃
度溶液中に懸濁させる。FeOOHに基き0.001〜10
%の量で種を添加した後、この懸濁液を200℃で
熱水処理に服せしめる。4時間後用いられた
FeOOHは完全に薄板状α−Fe2O3へ変換される。 種を添加しないと、上記条件下で、直径20μm
及びそれ以上の薄板状結晶より成る暗紫赤色の生
成物を生じる。活性種の可能な最低量0.001%は、
平均粒子直径を20μm以下の値に減じそして色を
所望の明るい銅一色の色調に変える結果をもたら
す。種の量を増大するに従い、生成物は益々微細
分割され、種の量10%において生成物の粒子直径
は0.5〜1μmの値に低下する。生成物はすべて、
同様に但し種の添加なしに製造された薄板状α−
酸化鉄にくらべて明らかに上位の色純度を有する
明るい金属光沢の色を有している。これらの事実
は、色の値をシエルアプ・カラー・システム
(CIELab color system)(DIN6174)で測定す
るとき、高い値の光輝度L*及び色純度C* abによ
つてあらわされる。 卓越した金属性効果及び非常に高い輝度を有す
る製品は種を0.05〜1%を用いて得られる。それ
故これらの条件は装飾着色用顔料の製造に特に適
する。 かくして本発明の更に一つの目的は本発明によ
る薄板状α−酸化鉄顔料を装飾的基体の着色及び
ラツカー、プラスチツク及びエナメルの被覆に使
用することである。 微細分割されたα−酸化鉄は、薄板状磁性酸化
鉄または鉄の粒子を製造するための出発材料とし
て必要である。それは工業的酸化鉄水酸化物か
ら、種の比較的多量及び/またはアルカリの比較
的低濃度における熱水反応によつてつくることが
できる。 径約1μmの薄板状粒子はその形状を維持しな
がら赤鉄鉱または金属鉄へと還元し、または還元
及び次いで酸化によりマグヘマイト
(maghaemite)(γ−Fe2O3)へと変換すること
ができる。 かくして本発明による薄板状α−酸化鉄顔料
は、薄板状の磁性粒子または磁性のマグヘマイト
または組成Fe3-xO4-x(xは0〜1値)のベルトロ
イド相を製造するための出発材料として使用する
のに特に適する。 本発明の顔料はすべて狭い粒径分布を有する。
粒径とは六辺形薄板状平面に外接する環の直径を
意味する。この直径を決定するため、1000〜
10000倍率の走査電子顕微鏡(SEM)を用いて試
料の写真をつくる。評価は画像分析装置を用い粒
子の周囲をまわることにより行なわれる。このよ
うにして、各試料から約1000個の粒子を測定す
る。第2図に代表的製品の直径の分布(ヒストグ
ラム)が与えられそしてガウス正規分布と比較さ
れている。 量的評価のためには、ガウス正規分布を測定値
に適合させそして平均値d及び標準偏差δをこの
曲線から決定する。本発明の顔料は、平均値に基
く相対的標準偏差、即ちδ/dの値、が最大でも
0.3であるという事実によつて特徴づけられる。
これは従来製品における(0.4)よりも実質的
に小さい。この型の狭い粒径分布の眼に見える特
徴は製品の高い光輝性及び色純度である。 本発明を以下の実施例によつて説明するが、本
発明はこれによつて限定されるものではない。 実施例 1 0.25モルFe(NO33・9H2Oを水700mlに溶かし、
2.5N KOHを30分に亘り添加することによつて
鉄()−水酸化物を沈でんさせる。沈でん後の
PHは9である。修酸二水和物0.05モルを懸濁液に
加えて溶解させる。KOHをまた加えてPHを9に
再調整する。懸濁液をオートクレーブに入れ、
120℃で3.5時間熱水処理に付する。初めの無定形
水酸化鉄の赤褐色沈でんは、その際微細分割され
た結晶性α−酸化鉄の薄板へ変換される。次いで
固体の精製を数回の傾瀉によつて行なう。こうし
て得られた種は懸濁液中に保たれる。 FeSO4を二段階法により空気で酸化することに
よつて製造されBET表面積15m2/gを有するα
−酸化鉄水酸化物の実質的アルカリ性懸濁液に上
記種の懸濁液をそれぞれ異なる量で添加する。そ
の後のアルカリ濃度は8N NaOHである。次いで
4時間200℃で懸濁液の熱水処理を行ない、その
間にα−酸化鉄水酸化物は薄板状α−酸化鉄へ変
換される。過、洗条及び乾燥後、顔料を市販の
アルキド樹脂中へ顔料−容量−濃度10%で混入加
工する。CIELabカラーシステムで測定した色値
を表1に掲げる。 製品のBET表面積、BET表面積から計算され
た薄板の平均厚さ、及び電子顕微鏡写真から概略
的に決定された粒子直径もまた表1中に示され
る。これらの値は製品の粒径及び色性質が種の量
を変えることによつて如何に影響されるかを明ら
かに示している。
【表】 実施例 2 種の製造過程で、Fe(OH)3沈でんの前に0.05モ
ルのカルシウムイオンをCa(NO32・4H2Oの形
で添加すること以外には細部に亘つて実施例1を
繰返す。 一連の実験結果を表2に掲げる。カルシウム−
含有種の効果はカルシウムを含まない種の場合よ
りも強い。特に、色がより明るく、より純粋な顔
料をこの種によつてつくることができ、この顔料
は金属性着色用に殊に良く用いることができる。
【表】 実施例 3 種の製造を再び実施例1と類似法で行なう。出
発溶液は水700ml中に144gのFe(NO33・9H2O
及び5.9gのCa(NO32を含む。Fe(OH)3の沈で
んはKOHによりPH9までにおいて行なう;6.2g
の修酸二水和物を添加し、そしてPHを9に再調整
する。無定形Fe(OH)3のα−Fe2O3の結晶性薄板
への変換は懸濁液の3時間煮沸によつて起る。こ
の方法で生成した種はBET表面積24m2/gを有
する。0.06〜0.1μmの非常に狭い直径分布を有す
る円い薄板状乃至円盤状の粒子をSEM写真中に
見ることができる。 FeSO4を空気で酸化することにより製造されそ
してX−線測定結晶子径150Aを有するα−酸化
鉄水和物のアルカリ性懸濁液に上記の種を種々異
なる量で添加する。アルカリ濃度は8N NaOHで
あり、FeOOH濃度は50g/である。次いで
200℃で4時間の熱水処理を行ない、その結果α
−酸化鉄水酸化物のα−酸化鉄への変換が起る。
生成物を過し、洗滌しそして乾燥する。色値は
実施例1中に記載のようにして検定する。粒子直
径の分布(第2図)はSEM写真から決定されそ
して表3中に示されている。製品は本発明に従つ
て狭い粒径分布を示しそしてL*及びC* abの高い
数値により示される如く平行の高い色純度を示
す。
【表】 実施例 4 鉄()−水酸化物の沈でんを実施例1と同様
に行なう。Fe(OH)3の懸濁液を分割し、それぞ
れ異なる熱処理(70℃で24時間、100℃で5時間、
圧力下120℃で2時間、圧力下250℃で2時間)に
付する。この処理によつて、BET表面積が106、
53、21及び13.1m2/gであるα−酸化鉄の種を得
る。α−酸化鉄水酸化物の薄板状α−酸化鉄への
熱水的変換におけるこれらの種の効果はそれぞれ
異なる(第4表);250℃でつくられた種は最も小
さい効果を有する;最も純粋な色をもつ製品は
120℃でつくられた種によつて得られる。
【表】 実施例 5 種の製造は実施例1〜4に記載された標準的操
作法からは相違している。修酸の量、PH、鉄
()化合物の種類、アルカリの種類ならびに熱
処理の温度と時間を変えた。各実験のパラメータ
ーは表4に記載されている。種の試験はFeOOH
に基き0.05%及び0.1%の種を用いる実施例3に
記載の標準法に従つて行なう。活性の弱い種では
薄板状酸化鉄の色値はブランク実験からの製品の
色値と僅かに異なるだけである;非常に良好な効
果の場合50よりも大きい光輝度の値L*が測定さ
れる。
【表】 実施例 6 種々異なるBET表面積を有する赤色酸化鉄顔
料を、ドイツ特許出願公開公報第2249274号及び
第2508932号に相当する米国特許第398130号に記
載の二段階法によつて製造する。いずれの場合も
最大直径0.1μmを有する円盤状または薄板状のα
−酸化鉄粒子が得られる。生成物を薄板状α−
Fe2O3の熱水合成における種として使用する。そ
の他に、アニリン法によりつくつたα−酸化鉄水
酸化物(BET表面積28m2/g、SiO21.3%)を8N
NaOH中に懸濁する。この懸濁液に0.0025〜0.5
重量%のα−Fe2O3種を加える。そのあと固形分
濃度は50g/である。懸濁液を実験室用撹拌オ
ートクレーブ中で15分間260℃に加熱し、次いで
迅速に冷却する。薄板状α−酸化鉄を普通のよう
に後処理する。製品の色値を表6に掲示する。製
品の性質に対する種の効果、特に光輝度L*及び
色C* abの増大に関する効果を明らかに見ることが
できる。
【表】 以上の記述及び実施例は例示的なものであつて
本発明を限定するものではないこと、そして本発
明の精神及び範囲内においてその他の態様を当技
術分野の専門家に示唆することが理解されるであ
ろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による種の多数の個々の粒子を
示す電子顕微鏡写真である。第2図は本発明によ
る典型的な薄板状酸化鉄粒子の粒径分布を示す曲
線である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Fe2O3含有量が少くとも88%で、平均粒子直
    径が0.5〜20μmで、直径対厚さの平均比率が20〜
    100であり、そして殆ど正規分布した粒径分布を
    有し、その相対的標準偏差が正規分布の平均値に
    基き0.3よりも小さいことを特徴とする薄板状α
    −酸化鉄顔料。 2 粒子直径1〜2μm及び直径対厚さの平均比
    率20〜60を有する特許請求の範囲第1項記載の薄
    板状α−酸化鉄顔料。 3 3価の鉄−含有溶液または懸濁液の熱水処理
    によりα−酸化鉄顔料を製造するに当り、熱水処
    理に先立ち溶液または懸濁液に、薄板状または円
    盤状の結晶形態及び少くとも10m2/gの比表面積
    を有する活性α−酸化鉄の種を添加し、これによ
    つてFe2O3含有量が少くとも88%、平均粒子直径
    が0.5〜20μm、直径対厚さの平均比率が20〜100
    であり、そして殆ど正規分布した粒径分布を有
    し、その相対的標準偏差が正規分布の平均値に基
    き0.3よりも少さい薄板状の顔料を生ぜしめるこ
    とを特徴とする改良されたα−酸化鉄顔料の製造
    方法。 4 種を熱水処理から生ずる薄板状α−酸化鉄顔
    料に基き0.001〜10重量%添加する特許請求の範
    囲第3項記載の方法。 5 種を、鉄()−水酸化物をオキザレートイ
    オン0.001〜0.5モル濃度の水性懸濁液中で、PH7
    〜11でそして温度70〜250℃における熱水処理に
    よつて得る特許請求の範囲第4項記載の方法。 6 種の生成の間カルシウムイオンが生成α−酸
    化鉄の種1モル当り0.1〜1モル存在する特許請
    求の範囲第5項記載の方法。 7 種が種変性添加剤の存在において鉄()−
    水酸化物の空気による酸化によつて生成される特
    許請求の範囲第4項記載の方法。
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