JP4829491B2 - Magnetite particles - Google Patents
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Description
本発明はマグネタイト粒子の表面に均一で高密度なシリカ層を形成して耐酸化性を付与するのと同時に、その磁気特性、特には飽和磁化を大きく損なわないことによって、レーザービームプリンター、コピー等で使用される静電潜像現像用トナーに好適なマグネタイト粒子を提供するものである。 The present invention forms a uniform and high-density silica layer on the surface of magnetite particles to provide oxidation resistance, and at the same time, by not greatly impairing its magnetic properties, particularly saturation magnetization, laser beam printers, copies, etc. The present invention provides magnetite particles suitable for a toner for developing an electrostatic latent image.
静電複写型画像形成装置はコピーやプリンターとして幅広く使用されている。これらの装置は大きくカラー用とモノクロ用に分けられる。このうちモノクロ用トナーは紙面へのトナーの搬送方式の違いにより、1成分トナーと2成分トナーに類別される。さらに1成分トナーについては、トナーが磁性体を含むか否かにより、磁性1成分トナーと非磁性1成分トナーに類別される。一方の2成分トナーはトナーと搬送体であるキャリアの2種類である。一般的にはこの方式ではトナーには非磁性トナーを用い、また、搬送体であるキャリアとしては鉄粉、フェライトキャリア、マグネタイトキャリア、及びバインダー型キャリアに類別される。 Electrostatic copying type image forming apparatuses are widely used as copies and printers. These devices are roughly divided into color and monochrome. Among them, the monochrome toner is classified into a one-component toner and a two-component toner according to a difference in a toner transport method to the paper surface. Further, the one-component toner is classified into a magnetic one-component toner and a non-magnetic one-component toner depending on whether the toner contains a magnetic material. On the other hand, the two-component toner is of two types: a toner and a carrier as a carrier. In general, in this method, a non-magnetic toner is used as the toner, and the carrier as the carrier is classified into iron powder, ferrite carrier, magnetite carrier, and binder type carrier.
これらのトナーのうち磁性1成分トナーには着色材料となる黒色顔料と磁性を付加するための磁性粉を含む必要があるが、一般には黒色を呈し且つ磁性を有する酸化鉄粒子すなわちマグネタイトが広く用いられている。しかしながらマグネタイトはトナーに利用する上で本質的な欠点を有している。 Among these toners, the magnetic one-component toner needs to contain a black pigment as a coloring material and a magnetic powder for adding magnetism, but generally, iron oxide particles that are black and have magnetism, that is, magnetite, are widely used. It has been. However, magnetite has essential drawbacks when used in toners.
マグネタイトはFeO・Fe2O3の化学式で表されるように、2価の鉄と3価の鉄により構成されている。このためマグネタイトは酸化されやすく、常温においても空気中の酸素によって徐々に酸化されてマグヘマイトに変化する。あるいは空気中で加熱すると発熱とともに速やかに酸化して、マグヘマイトあるいはヘマタイトに変化する。マグネタイトが黒色であるのに対し、一般にマグヘマイトは褐色、ヘマタイトは赤色である。 Magnetite is composed of divalent iron and trivalent iron as represented by the chemical formula of FeO.Fe 2 O 3 . For this reason, magnetite is easily oxidized, and is gradually oxidized by oxygen in the air and converted into maghemite even at room temperature. Alternatively, when heated in air, it rapidly oxidizes with heat generation and changes to maghemite or hematite. Magnetite is black, while maghemite is generally brown and hematite is red.
さらには、マグヘマイトやヘマタイトは磁気特性がマグネタイトとは異なる。マグヘマイトは強磁性体であるが、マグネタイトに比べて理論上の飽和磁化が小さく、ヘマタイトは全くの非磁性体である。すなわち、マグネタイトが酸化してマグヘマイトやヘマタイトに変性すると、色や飽和磁化において磁性1成分トナーに使用するには不適な材料となる。工業的には、マグネタイト製造後からトナーを製造し終えるまでに、酸化の進行程度を一定にできないことが問題となる。 Furthermore, maghemite and hematite have different magnetic properties from magnetite. Maghemite is a ferromagnetic material, but its theoretical saturation magnetization is smaller than that of magnetite, and hematite is a completely non-magnetic material. That is, when magnetite is oxidized and modified to maghemite or hematite, it becomes an unsuitable material for use in a magnetic one-component toner in terms of color and saturation magnetization. Industrially, there is a problem that the degree of progress of oxidation cannot be made constant from the production of magnetite to the completion of toner production.
まず、マグネタイト製造後からトナー製造前までの保存期間や保存条件が異なると、酸化のレベルは一定にできない。また、トナー製造では、磁性1成分トナーで適用される粉砕法において、樹脂を加熱溶融し、マグネタイトと混練する工程で酸化度合を制御するのは難しい。このように、マグネタイト製造からトナー製造に至るまでの酸化の進行程度が異なると、当初の設計とは異なる色や飽和磁化を有するトナーが製造されてしまう。従って、マグネタイトの酸化をいかにして抑制するかが重要な課題である。 First, if the storage period and storage conditions from magnetite production to toner production differ, the oxidation level cannot be made constant. In toner production, it is difficult to control the degree of oxidation in a pulverization method applied with a magnetic one-component toner by heating and melting the resin and kneading it with magnetite. Thus, if the degree of progress of oxidation from magnetite production to toner production is different, a toner having a color and saturation magnetization different from the original design is produced. Therefore, how to suppress the oxidation of magnetite is an important issue.
マグネタイトの酸化を抑止するには、空気中の酸素が接触するのを遮断するのが効果的である。しかしながら、酸素を透過しない包装材を用いたり、あるいはトナー製造において装置内を窒素雰囲気に保つことはコストや作業性の面で不利になることは否めない。 In order to suppress the oxidation of magnetite, it is effective to block contact of oxygen in the air. However, it cannot be denied that it is disadvantageous in terms of cost and workability to use a packaging material that does not transmit oxygen or to keep the inside of the apparatus in a nitrogen atmosphere in toner production.
前記の欠点を解決するものとして、マグネタイトの表面に無機、有機あるいはこれらを複合した被覆層を形成することが提案されてきた。例えば、特開平8−48524号公報(特許文献1)には、粒子表面に鉄−亜鉛酸化物の薄膜が被覆され、鉄−ケイ素酸化物の薄膜が被覆されたマグネタイト粒子が開示されており、主たる効果は流動性と磁気特性をバランスよく向上させるものであるが、当該被覆層により酸化抑制効果もあることは自明である。しかしながら、実施例によればマグネタイト粒子表面に非磁性のケイ素酸化物を被覆することで、SiO21重量%当たり飽和磁化が約1Am2/kgも低下してしまうため、特に磁性1成分トナーにおいては好適な材料とはいえないものである。 In order to solve the above-described drawbacks, it has been proposed to form an inorganic, organic or composite layer of these on the surface of magnetite. For example, JP-A-8-48524 (Patent Document 1) discloses a magnetite particle having a particle surface coated with a thin film of iron-zinc oxide and a thin film of iron-silicon oxide, The main effect is to improve the fluidity and magnetic properties in a well-balanced manner, but it is obvious that the coating layer also has an oxidation inhibiting effect. However, according to the embodiment, coating the surface of the magnetite particles with nonmagnetic silicon oxide decreases the saturation magnetization per 1 wt% of SiO 2 by about 1 Am 2 / kg. Is not a suitable material.
マグネタイトの飽和磁化が小さくなると、装置上必要とされる飽和磁化を有するトナーを得るためには、より多量のマグネタイトを含有させなければならなくなる。このためトナーを設計する上での自由度が狭くなり、好ましくない。例えば、トナーは最終的に加熱溶融することで紙面上に定着するが、マグネタイトを用いた磁性1成分トナーは通常でも40〜50重量%程度のマグネタイトを含有しているため、その含有率を大きくすると、トナーを加熱溶融した際に十分な流動性が得られなくなり、定着性が悪くなる。 When the saturation magnetization of the magnetite is reduced, a larger amount of magnetite must be contained in order to obtain a toner having the saturation magnetization required for the apparatus. For this reason, the degree of freedom in designing the toner becomes narrow, which is not preferable. For example, although the toner is finally fixed on the paper surface by being melted by heating, the magnetic one-component toner using magnetite usually contains about 40 to 50% by weight of magnetite. Then, when the toner is heated and melted, sufficient fluidity cannot be obtained, and the fixability is deteriorated.
従って、マグネタイト表面にマグネタイトの酸化を抑止するために非磁性の被覆層を形成しても磁気特性、特に飽和磁化が変化しないか、あるいは変化しても予想される変化よりも小さいことが理想的である。しかしながら、そのような被覆層を得ることは理論的に困難であるというのが常識化しており、当該発明は未だなされていないのが実情である。
本発明は前記の従来技術の課題を解決すべくなされたもので、酸化による色調や磁気特性の変化を抑止するための高密度シリカ被覆層を粒子表面に有する、トナー材料として好適なマグネタイトを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a magnetite suitable as a toner material having a high-density silica coating layer on the particle surface for suppressing changes in color tone and magnetic properties due to oxidation. The purpose is to do.
すなわち、本発明はケイ素化合物を粒子表面に被覆したマグネタイト粒子であって、当該マグネタイト粒子中のケイ素化合物被覆量をSiO2としてX(重量%)、測定磁場が398kA/mのときの飽和磁化をY(Am2/kg)とし、基体の値も含めて回帰相関で算出したときに、下記(1)式を満足することを特徴とするマグネタイト粒子に関する。
〔数1〕
Y=K×X+C (1)
(0.5≦X≦5.0、−0.60≦K≦−0.36、85≦C≦88)
That is, the present invention is a magnetite particles coated with the silicon compound on the particle surface, X (wt%) of the silicon compound coverage in the magnetite particles as SiO 2, the saturation magnetization when the measurement magnetic field of 398 kA / m It is related with the magnetite particle | grains characterized by satisfying the following (1) Formula, when it is set to Y (Am < 2 > / kg) and it calculates by regression correlation also including the value of a base | substrate .
[Equation 1]
Y = K × X + C (1)
(0.5 ≦ X ≦ 5.0, −0.60 ≦ K ≦ −0.36 , 85 ≦ C ≦ 88)
本発明のマグネタイト粒子は(1)式を満足するため、従来のケイ素化合物被覆タイプのマグネタイト粒子においてSiO2としてのケイ素化合物被覆量から予測される飽和磁化よりも大きな飽和磁化を有するものである。ここでいう、従来のケイ素化合物被覆タイプのマグネタイト粒子においてケイ素化合物被覆量から予測される飽和磁化とは、下記(2)式より計算される飽和磁化Y’のことであり、Y>Y’である。
〔数2〕
Y’=Y0×(100−X)/100
Y’;予測飽和磁化(Am2/kg)
Y0;基体マグネタイトの飽和磁化(Am2/kg)
X ;SiO2被覆量(重量%)
Since the magnetite particles of the present invention satisfy the equation (1), the conventional magnetite-coated magnetite particles have a saturation magnetization larger than that predicted from the silicon compound coating amount as SiO 2 . The saturation magnetization predicted from the silicon compound coating amount in the conventional magnetite-coated magnetite particles here is the saturation magnetization Y ′ calculated from the following equation (2), where Y> Y ′. is there.
[Equation 2]
Y ′ = Y 0 × (100−X) / 100
Y '; predicted saturation magnetization (Am 2 / k g)
Y 0; base saturation magnetization of magnetite (Am 2 / k g)
X: SiO 2 coating amount (% by weight)
上記(1)式のKはSiO2被覆量1重量%当たり低下する、測定磁場が398kA/mのときの飽和磁化(Am2/kg)を表し、その低下量(Kの絶対値)は0.34〜0.62Am2/kgである。一方、従来のケイ素化合物被覆タイプのマグネタイト粒子では、(2)式からSiO2被覆量1重量%当たり0.84〜0.88Am2/kgと計算される。従って、本発明のマグネタイト粒子の方がSiO2被覆量1重量%当たりの飽和磁化の低下量は小さい。すなわち、基体となるマグネタイト粒子が同じであれば、本発明の方が同じSiO2としてのケイ素化合物被覆量でも高い飽和磁化量を有しており、優れていることがわかる。(1)式は、本発明で得られた5〜6個の試料のデータから回帰相関によって得られたものであるが、実施例に示すように、マグネタイト粒子の飽和磁化はSiO2被覆量が1重量%前後までは基体と同等かやや大きく、低下が認められない特徴がある。また、CはX=0のとき、即ち基体となるマグネタイト粒子の飽和磁化を表す。 K in the above equation (1) represents the saturation magnetization (Am 2 / kg) when the measured magnetic field is 398 kA / m, which decreases per 1% by weight of the SiO 2 coating amount, and the decrease (the absolute value of K) is 0. .34 to 0.62 Am 2 / kg. On the other hand, in the conventional silicon compound-coated type magnetite particles, it is calculated as 0.84 to 0.88 Am 2 / kg per 1% by weight of SiO 2 coating from the equation (2). Accordingly, the amount of decrease in saturation magnetization per 1% by weight of SiO 2 coating is smaller in the magnetite particles of the present invention. That is, it can be seen that if the magnetite particles serving as the base are the same, the present invention has a high saturation magnetization even with the same silicon compound coverage as SiO 2 , and is superior. The formula (1) is obtained by regression correlation from the data of 5 to 6 samples obtained in the present invention. As shown in the examples, the saturation magnetization of the magnetite particles has a SiO 2 coating amount. Up to about 1% by weight, it is the same as or slightly larger than the substrate, and there is a feature that no decrease is observed. C represents the saturation magnetization of the magnetite particles serving as the base when X = 0.
本発明でいうケイ素化合物は好ましくはシリカである。シリカとは、結晶並びに無定形の二酸化ケイ素のことであるが、本発明ではこれらに一部ケイ素の水酸化物を含有したものも含まれる。本発明のマグネタイト粒子が前記のような長所を有するのは、後述する、マグネタイト粒子に高密度シリカを被覆する製造方法に起因するものである。 The silicon compound referred to in the present invention is preferably silica. Silica refers to crystalline as well as amorphous silicon dioxide. In the present invention, the silica partly contains silicon hydroxide. The magnetite particles of the present invention have the advantages as described above because of the production method for coating magnetite particles with high-density silica, which will be described later.
本発明のマグネタイト粒子の形状は球状、六面体、八面体、十二面体等いずれでもよいが、トナーに使用する際の流動性の面で球状であることが好ましい。 The magnetite particles of the present invention may be spherical, hexahedral, octahedral, dodecahedron, etc., but are preferably spherical in terms of fluidity when used in toner.
また、本発明のマグネタイト粒子は、粒子内部にケイ素化合物をSiO2として0.5〜1.5重量%含有し、平均一次粒子径が0.10〜0.25μm、比表面積が6〜15m2/gであることが好ましい。 Further, magnetite particles of the present invention, a silicon compound containing 0.5 to 1.5 wt% as SiO 2 inside the particles, average primary particle size 0.10~0.25Myuemu, specific surface area 6~15M 2 / G is preferable.
SiO2が0.5重量%未満では球状のマグネタイトが得難くなり、流動性の面で好ましくない。また、1.5重量%を超えると遊離したケイ素化合物の存在によって、磁化率が低下したり、粒径分布および形骸分布が拡がるので好ましくない。平均一次粒子径が0.10μm未満で比表面積が15m2/gを超えると、物理光学的な原因によりマグネタイト粒子が黒色を呈さなくなり、また、平均一次粒子径が0.25μmを超え、比表面積が6m2/g未満では着色力が不足するため好ましくない。 If SiO 2 is less than 0.5% by weight, it is difficult to obtain spherical magnetite, which is not preferable in terms of fluidity. On the other hand, if it exceeds 1.5% by weight, the magnetic susceptibility is lowered due to the presence of the free silicon compound, and the particle size distribution and the shape distribution are widened. When the average primary particle diameter is less than 0.10 μm and the specific surface area exceeds 15 m 2 / g, the magnetite particles do not exhibit a black color due to a physical optical cause, and the average primary particle diameter exceeds 0.25 μm. Is less than 6 m 2 / g, it is not preferable because coloring power is insufficient.
また、本発明のマグネタイト粒子は、Fe2+含有量が17〜22重量%であって、空気中200℃×1時間の加熱処理後のFe2+含有量保持率が40%以上である。Fe2+含有量が17重量%未満では黒色度に劣り、また、22重量%を超えると酸化の抑制が困難となるので好ましくない。空気中200℃×1時間の加熱処理後のFe2+含有量保持率が40%以上であるのは、本発明のマグネタイト粒子が前記の大きな飽和磁化と合わせて優れた耐酸化性をも有することを意味するものである。 The magnetite particles of the present invention have an Fe 2+ content of 17 to 22% by weight and an Fe 2+ content retention rate of 40% or more after heat treatment in air at 200 ° C. for 1 hour. If the Fe 2+ content is less than 17% by weight, the blackness is inferior, and if it exceeds 22% by weight, it becomes difficult to suppress oxidation, which is not preferable. The reason why the Fe 2+ content retention after heat treatment at 200 ° C. for 1 hour in air is 40% or more is that the magnetite particles of the present invention have excellent oxidation resistance in combination with the large saturation magnetization. Means.
本発明のマグネタイト粒子は、基体となるマグネタイト粒子に高密度シリカを被覆することで得られるものであるが、代表的には以下の方法で製造される。 The magnetite particles of the present invention are obtained by coating magnetite particles serving as a substrate with high-density silica, and are typically produced by the following method.
まず、第一鉄塩水溶液と水酸化アルカリとを中和反応することにより水酸化第一鉄沈殿を生成させ、pH、温度および空気吹き込み量を調整しながら酸化反応を進めることにより基体とするマグネタイト粒子が得られる。第一鉄塩水溶液と水酸化アルカリとの比率、pH、酸化速度、鉄濃度、添加成分の種類や量によって、得られるマグネタイト粒子の大きさや形状を任意に調整することができる。得られる形状は多面体、八面体、六面体、球形、針状、鱗片状などであるが、前述したように流動性の面で球形であることが好ましい。また、大きさは実用的には平均一次粒子径が0.10〜0.25μmのものが好ましい。 First, a ferrous hydroxide precipitate is generated by neutralizing a ferrous salt aqueous solution and an alkali hydroxide, and the oxidation is advanced while adjusting the pH, temperature and air blowing amount. Particles are obtained. The size and shape of the obtained magnetite particles can be arbitrarily adjusted according to the ratio of ferrous salt aqueous solution and alkali hydroxide, pH, oxidation rate, iron concentration, and type and amount of the added component. The shape to be obtained is polyhedron, octahedron, hexahedron, spherical shape, needle shape, scale shape, etc., but it is preferably spherical in terms of fluidity as described above. In terms of size, those having an average primary particle diameter of 0.10 to 0.25 μm are preferred in practice.
第一鉄塩水溶液としては、硫酸第一鉄、塩化第一鉄、硝酸第一鉄等があげられるが、一般的に硫酸法酸化チタン製造時に副生する硫酸鉄、鋼板の表面洗浄に伴って副生する硫酸鉄を使用する。また、水酸化アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物並びに水酸化アンモニウム、アンモニアガス等を用いることができる。 Examples of ferrous salt aqueous solutions include ferrous sulfate, ferrous chloride, ferrous nitrate, etc., but generally, iron sulfate by-produced during the production of sulfuric acid method titanium oxide, along with the surface cleaning of steel sheets Use by-product iron sulfate. Examples of the alkali hydroxide include alkali metals such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and calcium hydroxide, hydroxides of alkaline earth metals, ammonium hydroxide, ammonia gas, and the like.
第一鉄塩水溶液と水酸化アルカリとを中和反応することにより水酸化第一鉄沈殿を生成させるが、球状のマグネタイト粒子を得るには、第一鉄塩に対する水酸化アルカリの量は第一鉄塩水溶液中のFe2+に対し、0.90〜1.0当量であることが好ましい。0.90当量未満では球状粒子の生成率が低くなり、ゲーサイトが副生してくるので好ましくない。また、1.0当量を超えると立方体、八面体、多面体が生成し易い領域となり、球状マグネタイト粒子は得られ難い。 A ferrous hydroxide precipitate is produced by neutralizing a ferrous salt aqueous solution and an alkali hydroxide. To obtain spherical magnetite particles, the amount of alkali hydroxide relative to the ferrous salt is It is preferable that it is 0.90-1.0 equivalent with respect to Fe < 2+ > in iron salt aqueous solution. If it is less than 0.90 equivalent, the production rate of spherical particles is low, and goethite is by-produced. Moreover, when it exceeds 1.0 equivalent, it will become an area | region where a cube, an octahedron, and a polyhedron are easy to produce | generate, and it is difficult to obtain spherical magnetite particles.
本発明における水酸化第一鉄を酸化する際の反応温度は60〜100℃である。60℃未満では、飽和磁化が小さくなる。100℃を超えてもマグネタイト粒子は得られるが、工業的でない。 The reaction temperature when oxidizing ferrous hydroxide in the present invention is 60 to 100 ° C. Below 60 ° C., the saturation magnetization becomes small. Even if it exceeds 100 degreeC, a magnetite particle is obtained, but it is not industrial.
酸化方法としては空気等の酸素含有ガスや酸素ガスを液中に通気することや、過酸化水素等の酸化剤を添加する方法等があるが、酸素含有ガスを通気させる方法が一般的である。 As the oxidation method, there are a method of passing an oxygen-containing gas such as air or oxygen gas through the liquid, a method of adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, etc., but a method of passing an oxygen-containing gas is common. .
次に、前記基体マグネタイトに対する高密度シリカの被覆方法について述べる。 Next, a method for coating the base magnetite with high density silica will be described.
前記基体マグネタイトの懸濁液を適当な方法で濃縮し、その顔料濃度を50g/Lから200g/Lとする。50g/Lよりも小さいと、同量の産物を得るのにより容量の大きな処理装置を必要とするので好ましくなく、また200g/Lより大きいと懸濁液の粘度が上昇して均一な撹拌状態になりにくいので好ましくない。 The suspension of the base magnetite is concentrated by an appropriate method, and the pigment concentration is adjusted to 50 g / L to 200 g / L. If it is less than 50 g / L, it is not preferable because a processing apparatus with a larger capacity is required to obtain the same amount of product, and if it is more than 200 g / L, the viscosity of the suspension is increased and uniform stirring is achieved. It is not preferable because it is difficult to become.
この懸濁液を分散し、懸濁液の温度を80〜90℃に昇温して、pHを9.5〜11に調整した後、シリカ源としての珪酸ナトリウムや珪酸カリウムのような珪酸アルカリを添加して前記pHの範囲で撹拌保持する。次いでpHを段階的に8〜9に調整して基体のマグネタイト粒子表面に均一な高密度シリカを被覆させる。 This suspension is dispersed, the temperature of the suspension is raised to 80 to 90 ° C., and the pH is adjusted to 9.5 to 11, and then an alkali silicate such as sodium silicate or potassium silicate as a silica source. Is added and the mixture is kept stirring in the above pH range. Next, the pH is adjusted stepwise to 8-9 to coat the surface of the magnetite particles of the substrate with uniform high density silica.
前記の温度が80℃未満では高密度シリカ層を被覆させることが困難であり、90℃を超えても本発明のマグネタイトを得ることはできるものの、高温に保持するためのエネルギー費用の面で経済的ではない。次に、珪酸アルカリのpH調整剤としては水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような水酸化アルカリ水溶液が使用できるが、水酸化マグネシウムや水酸化カルシウムのようなアルカリ土類金属を使用すると、珪酸アルカリのアルカリ金属イオンがアルカリ土類金属イオンとイオン交換して、溶解度により直ちにシリカが沈殿してしまうので好ましくない。また、珪酸アルカリの添加時のpHが9.5未満でもシリカの溶解度が著しく小さくなり、11を超えると本発明のマグネタイト粒子を得ることはできるが、使用する水酸化アルカリ量が多くなるために工業的に好ましくない。 If the temperature is less than 80 ° C., it is difficult to coat the high-density silica layer, and even if the temperature exceeds 90 ° C., the magnetite of the present invention can be obtained, but it is economical in terms of energy cost for maintaining at a high temperature. Not right. Next, an alkali hydroxide aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used as the pH adjuster of the alkali silicate, but when an alkaline earth metal such as magnesium hydroxide or calcium hydroxide is used, the alkali silicate The alkali metal ions are ion-exchanged with alkaline earth metal ions, and silica is immediately precipitated due to solubility, which is not preferable. Further, even when the pH at the time of addition of alkali silicate is less than 9.5, the solubility of silica is remarkably reduced, and when it exceeds 11, the magnetite particles of the present invention can be obtained, but the amount of alkali hydroxide used increases. Industrially unfavorable.
珪酸アルカリ添加後の懸濁液を液相の珪酸アルカリと固相のシリカが平衡状態になるまで撹拌保持する。平衡状態に達したか否かは懸濁液のpHを計測することによって検知することができる。溶液中の珪酸アルカリが固相のシリカとして析出する際にアルカリイオンを放出するため、十分に平衡に達していない場合には、時間とともに懸濁液のpHが大きくなる。経験的にはpHが頭打ちとなって変化しなくなるまでには、30分から2時間を要する。 The suspension after addition of the alkali silicate is stirred and held until the liquid-phase alkali silicate and the solid-phase silica are in an equilibrium state. Whether or not an equilibrium state has been reached can be detected by measuring the pH of the suspension. Since alkali ions are released when the alkali silicate in the solution is precipitated as solid phase silica, the pH of the suspension increases with time if the equilibrium is not reached sufficiently. Empirically, it takes 30 minutes to 2 hours for the pH to reach its peak and stop changing.
次いで無機酸でpHを段階的に8〜9まで調整する。このときの無機酸は硫酸や塩酸の水溶液が使用できるが、硝酸のような酸化作用のある化合物を使用するのはマグネタイトを酸化してしまうため好ましくない。無機酸を添加してpHを0.2〜0.5ずつ低下させ、30分程度撹拌保持して液相の珪酸アルカリと固相のシリカが平衡状態になるまで、すなわちpHの上昇がなくなるまで撹拌保持する。以下、同じ操作を繰り返してpHを段階的に8〜9まで調整することで、マグネタイト粒子表面に均一な高密度シリカ層が被覆形成される。前記のpH調整を一度で行ってしまったり、あるいは、後述の比較例に記載されたようなゲル状のシリカを粒子表面に形成させたものでは、シリカ層が不均一になったり緻密でなくなくなるので、好ましくない。また、pHが8未満では懸濁液中のシリカの溶解度は概略一定になるので無意味であり、9を超えると懸濁液中に珪酸アルカリが残存するので好ましくない。 The pH is then adjusted stepwise to 8-9 with an inorganic acid. In this case, an aqueous solution of sulfuric acid or hydrochloric acid can be used as the inorganic acid, but it is not preferable to use a compound having an oxidizing action such as nitric acid because it oxidizes magnetite. Inorganic acid is added to lower the pH by 0.2 to 0.5 and stirred for about 30 minutes until the liquid-phase alkali silicate and the solid-phase silica are in an equilibrium state, that is, until there is no increase in pH. Keep stirring. Thereafter, the same operation is repeated to adjust the pH stepwise from 8 to 9, whereby a uniform high-density silica layer is formed on the surface of the magnetite particles. In the case where the pH adjustment is performed once or gel-like silica as described in Comparative Examples described later is formed on the particle surface, the silica layer becomes non-uniform or not dense. Therefore, it is not preferable. On the other hand, if the pH is less than 8, the solubility of silica in the suspension becomes substantially constant, which is meaningless. If it exceeds 9, the alkali silicate remains in the suspension, which is not preferable.
その後、例えば顔料pHを中性付近に設定したい場合は、さらにpHを6〜7に調整してもよい。前記の懸濁液を洗浄、ろ別、乾燥して本発明の高密度シリカを被覆したマグネタイト粒子を得る。粉体としての性状を調整したい場合は、後工程で粉砕、解砕、圧密等の操作を付加してもよい。以上により、耐酸化性に優れかつシリカ非磁性無機被覆層を有するにもかかわらず磁気特性、特に飽和磁化の大きいマグネタイト粒子を得ることができる。高密度シリカを被覆することで飽和磁化の低下が抑制される理由については定かではないが、後述する比較例でゲル状のシリカ被覆をしたものの低下幅がほぼ計算値通りであることから、マグネタイト表面のシリカの被覆状態が影響しているのではないかと推定している。 After that, for example, when it is desired to set the pigment pH near neutral, the pH may be further adjusted to 6-7. The suspension is washed, filtered and dried to obtain magnetite particles coated with the high-density silica of the present invention. When it is desired to adjust the properties as a powder, operations such as crushing, crushing, and compacting may be added in the subsequent steps. As described above, it is possible to obtain magnetite particles having excellent oxidation resistance and having a large magnetic property, particularly a large saturation magnetization, despite having a silica nonmagnetic inorganic coating layer. Although it is not clear why the decrease in saturation magnetization is suppressed by coating with high-density silica, the decrease width of the gel-like silica coating in the comparative example described later is almost as calculated, so magnetite It is estimated that the coating state of the silica on the surface may have an effect.
以下に、各特性の測定方法について説明する。 Below, the measuring method of each characteristic is demonstrated.
(平均一次粒子径)
透過型電子顕微鏡(JEOL製「JEM−200CX」(商品名))を用い、倍率30,000倍にて試料粒子の形状観察、及び300個の粒子について円相当径の粒子径測定を行い、体積平均粒子径を平均一次粒子径として算出した。
(Average primary particle size)
Using a transmission electron microscope (“JEM-200CX” (trade name) manufactured by JEOL), the shape of the sample particles was observed at a magnification of 30,000 times, and the particle diameter of the equivalent circle diameter of 300 particles was measured. The average particle size was calculated as the average primary particle size.
(磁気特性)
振動試料型磁力計(東英工業製「VSM−3」(商品名))を使用し、外部磁場398kA/mにて飽和磁化、及び残留磁化を測定した。
(Magnetic properties)
Using a vibrating sample magnetometer (“VSM-3” (trade name) manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd.), saturation magnetization and residual magnetization were measured with an external magnetic field of 398 kA / m.
(SiO2およびAl2O3含有量)
試験粉末を溶解し、ICP(Nippon Jarrell−Ash製「ICAP−5
75」(商品名))にて測定した。被覆処理後の被覆量はあらかじめ被覆処理していない基体マグネタイトのSiO2およびAl2O3含有量を分析しておき、被覆処理後の含有量分析値から被覆処理前の含有量を差し引くことにより求めた。
(耐熱性試験)
被験試料3gを直径60mm、高さ10mmのアルミパン上に拡げ、200℃に保持したオーブンに投入して1時間後に取り出した。この加熱処理前後の試料をそれぞれ希硫酸溶液に溶解し、過マンガン酸カリウムを用いた酸化還元滴定により、Fe2+含有量を求めた。また加熱処理後のFe2+含有量を加熱処理後のFe2+含有量で除して、100を乗ずることにより、Fe2+含有量保持率を求めた。
(SiO 2 and Al 2 O 3 content)
The test powder was dissolved, and ICP (“ICAP-5” manufactured by Nippon Jarrel-Ash) was used.
75 "(trade name)). The coating amount after the coating treatment is obtained by analyzing the SiO 2 and Al 2 O 3 contents of the base magnetite that has not been coated beforehand, and subtracting the content before the coating treatment from the content analysis value after the coating treatment. Asked.
(Heat resistance test)
3 g of the test sample was spread on an aluminum pan having a diameter of 60 mm and a height of 10 mm, put into an oven maintained at 200 ° C., and taken out after 1 hour. The samples before and after the heat treatment were dissolved in a dilute sulfuric acid solution, and the Fe 2+ content was determined by oxidation-reduction titration using potassium permanganate. Further, the Fe 2+ content after the heat treatment was divided by the Fe 2+ content after the heat treatment and multiplied by 100 to obtain the Fe 2+ content retention rate.
以下、本発明の効果を示す実施例について説明するが、以下の実施例は単に例示のために示すものであり、発明の範囲がこれらによって制限されるものではない。
(実施例1)
基体にはケイ素化合物をSiO2として0.90重量%含有し、平均一次粒子径0.16μm、飽和磁化が86.9Am2/kgのマグネタイト粉末を用いた。なお、このマグネタイト粒子の耐熱性は、前記の耐熱性試験の結果、Fe2+含有量保持率が22%であった。このマグネタイト6kgを顔料濃度100g/L、容量60Lの懸濁液とし、特殊機化製TKホモミキサーで30分間分散した。この懸濁液を85℃に昇温し、50g/Lの水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH10に調整した。ついでSiO2として400g/Lの3号水ガラスを0.21Lを添加し、30分間撹拌保持した後、1.8mol/Lの希硫酸溶液を加えて懸濁液のpHを9.75とし、さらに30分間撹拌保持した後、1.8mol/Lの希硫酸溶液を加え、懸濁液のpHを9.50とした。この操作を懸濁液のpHが8.50になるまで繰り返した。pH8.50における30分間の撹拌保持が終了した後、再度1.8mol/Lの希硫酸溶液を加え、懸濁液のpHを6.0とし、さらに30分間撹拌保持した。この懸濁液を洗浄、ろ別後、乾燥してマグネタイト粉末を得た。得られたマグネタイト粉末は0.86重量%の高密度シリカ被覆層を有し、飽和磁化87.0Am2/kg、耐熱性試験によるFe2+含有量保持率が60%であり、耐熱性に優れ、なおかつ飽和磁化の低下の全くないマグネタイト粉末であった。
Hereinafter, examples showing the effects of the present invention will be described. However, the following examples are provided for illustrative purposes only, and the scope of the invention is not limited by these examples.
Example 1
A magnetite powder containing 0.90% by weight of a silicon compound as SiO 2 , an average primary particle size of 0.16 μm, and a saturation magnetization of 86.9 Am 2 / kg was used for the substrate. As for the heat resistance of the magnetite particles, as a result of the heat resistance test, the Fe 2+ content retention rate was 22%. 6 kg of this magnetite was made into a suspension having a pigment concentration of 100 g / L and a volume of 60 L, and dispersed for 30 minutes with a TK homomixer manufactured by Tokushu Kika. The suspension was heated to 85 ° C., and adjusted to pH 10 by adding a 50 g / L aqueous sodium hydroxide solution. Next, 0.21 L of 400 g / L No. 3 water glass as SiO 2 was added and kept stirring for 30 minutes, and then the pH of the suspension was adjusted to 9.75 by adding 1.8 mol / L dilute sulfuric acid solution. After stirring for 30 minutes, a 1.8 mol / L dilute sulfuric acid solution was added to adjust the pH of the suspension to 9.50. This operation was repeated until the pH of the suspension was 8.50. After 30 minutes of stirring and holding at pH 8.50 was completed, a 1.8 mol / L dilute sulfuric acid solution was added again to adjust the pH of the suspension to 6.0, and stirring was continued for 30 minutes. This suspension was washed, filtered, and dried to obtain magnetite powder. The obtained magnetite powder has a high-density silica coating layer of 0.86% by weight, a saturation magnetization of 87.0 Am 2 / kg, a Fe 2+ content retention rate by a heat resistance test of 60%, and is excellent in heat resistance. Moreover, it was a magnetite powder with no decrease in saturation magnetization.
(実施例2〜5)
3号水ガラスの添加量を変えたこと以外は実施例1と同様にしてマグネタイト粉末を得た。
(Examples 2 to 5)
Magnetite powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of No. 3 water glass added was changed.
(実施例6〜10)
基体にケイ素化合物をSiO2として0.90重量%含有し、平均一次粒子径0.14μm、比表面積11.4m2/g、飽和磁化が85.9Am2/kgのマグネタイト粉末を用い、3号水ガラスの添加量を変えたこと以外は実施例1と同様にしてマグネタイト粉末を得た。
(Examples 6 to 10)
A magnetite powder containing 0.90% by weight of silicon compound as SiO 2 in the base, an average primary particle size of 0.14 μm, a specific surface area of 11.4 m 2 / g, and a saturation magnetization of 85.9 Am 2 / kg is used as No. 3 Magnetite powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of water glass added was changed.
(実施例11〜15)
基体にケイ素化合物をSiO2として0.92重量%含有し、平均一次粒子径0.12μm、比表面積12.7m2/g、飽和磁化が86.1Am2/kgのマグネタイト粉末を用い、3号水ガラスの添加量を変えたこと以外は実施例1と同様にしてマグネタイト粉末を得た。
(Examples 11 to 15)
A magnetite powder containing 0.92% by weight of a silicon compound as SiO 2 in the base, an average primary particle size of 0.12 μm, a specific surface area of 12.7 m 2 / g, and a saturation magnetization of 86.1 Am 2 / kg is used as No. 3 Magnetite powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of water glass added was changed.
(実施例16〜20)
基体にケイ素化合物をSiO2として1.16重量%含有し、平均一次粒子径0.25μm、比表面積7.9m2/g、飽和磁化が85.4Am2/kgのマグネタイト粉末を用い、3号水ガラスの添加量を変えたこと以外は実施例1と同様にしてマグネタイト粉末を得た。
(Examples 16 to 20)
A magnetite powder containing 1.16% by weight of a silicon compound as SiO 2 in the base, an average primary particle diameter of 0.25 μm, a specific surface area of 7.9 m 2 / g, and a saturation magnetization of 85.4 Am 2 / kg is used as No. 3 Magnetite powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of water glass added was changed.
(比較例1)
3号水ガラスを添加しない以外は実施例1と同様にしてマグネタイト粉末を得た。
(Comparative Example 1)
Magnetite powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that No. 3 water glass was not added.
(比較例2〜5)
実施例1のマグネタイトの懸濁液に40℃の下で、3号水ガラスと1.8mol/Lの希硫酸溶液を懸濁液のpHが5〜7を保持するように同時に滴下してゲル状のシリカを被覆処理したものである。
(Comparative Examples 2 to 5)
A gel is prepared by simultaneously dropping No. 3 water glass and 1.8 mol / L dilute sulfuric acid solution into the magnetite suspension of Example 1 at 40 ° C. so that the pH of the suspension is maintained at 5-7. The silica is coated.
(比較例6〜9)
3号水ガラスの代わりにアルミン酸ナトリウムを用いた以外は実施例1と同様にしてマグネタイト粉末を得た。
(Comparative Examples 6-9)
Magnetite powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that sodium aluminate was used instead of No. 3 water glass.
実施例及び比較例で得られたマグネタイト粉末の物性を表1に示した。
表1のK(被覆物1重量%当たりのσsの低下幅(Am2/kg))を見てもわかるように、実施例のものは−0.60〜−0.36と小さく飽和磁化σsを大きく保っており、耐熱試験によるFe2+含有量保持率も40%以上と耐熱性に優れている。これに対して比較例はKが−0.82よりマイナス側に大きく、計算値よりもσsが低下している。 As can be seen from K in Table 1 (the reduction width of σs per 1% by weight of the coating (Am 2 / kg)), the examples were as small as −0.60 to −0.36 and the saturation magnetization σs. The Fe 2+ content retention rate by the heat resistance test is 40% or more and is excellent in heat resistance. On the other hand, in the comparative example, K is larger on the minus side than −0.82, and σs is lower than the calculated value.
[発明の効果]
以上説明したように、本発明のマグネタイト粒子は粒子表面に高密度シリカを有することにより、SiO2としての単位被覆量当たりの飽和磁化の低下量が小さく、かつ、耐酸化性に優れているので静電潜像現像用トナー、特に磁性1成分トナーに好適に使用されるものである。
[The invention's effect]
As described above, since the magnetite particles of the present invention have high-density silica on the particle surface, the amount of decrease in saturation magnetization per unit coating amount as SiO 2 is small and the oxidation resistance is excellent. The toner is preferably used for a toner for developing an electrostatic latent image, particularly a magnetic one-component toner.
Claims (3)
〔数1〕
Y=K×X+C (1)
(0.5≦X≦5.0、−0.60≦K≦−0.36、85≦C≦88) A magnetite particle having a particle surface coated with a silicon compound, wherein the silicon compound coating amount in the magnetite particle is X 2 (% by weight), and the saturation magnetization when the measured magnetic field is 398 kA / m is Y (Am 2 / kg), and a magnetite particle satisfying the following formula (1) when calculated by regression correlation including the value of the substrate:
[Equation 1]
Y = K × X + C (1)
(0.5 ≦ X ≦ 5.0, −0.60 ≦ K ≦ −0.36 , 85 ≦ C ≦ 88)
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