JP2819699B2 - 磁性流体の製造方法 - Google Patents

磁性流体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁性流体の製造方法に関する。更に詳しく
は、高飽和磁化値を示す磁性流体の製造方法に関する。
〔従来の技術〕 マグネタイト(Fe3O4)などの磁性体微粒子に界面活
性剤を吸着させ、これを溶媒に分散させた磁性流体は、
液状の磁石として挙動するので、回転軸シール、ダンパ
ー、比重差選別、アクチュエータなどへの利用が図られ
ている。こうした用途に利用される際には、磁石として
の挙動以外に、磁場下での見掛けの比重および粘度の増
加といった性質も利用されているが、最も重要な因子と
なるものは磁性流体の飽和磁化値の大きさである。
マグネタイトなどの金属酸化物を用いた磁性流体の飽
和磁化値は、最高500G程度であるが、この値は磁性体自
身の飽和磁化値に磁性流体中に占める磁性体の体積分率
を乗じたものに相当する。従って、1000G以上の高飽和
磁化値の磁性流体を得るためには、次の2つの条件を満
足させなければならない。
(1)磁性体として、飽和磁化値の大きなFe、Co、Niな
どの強磁性金属またはFe−Co合金、Fe−Ni合金などの強
磁性合金を用いること (2)微粒子の分散性を向上させることにより、磁性流
体中に占める磁性体の体積分率を増大させること こうした意味において、従来から強磁性の金属または
合金を分散させた金属磁性液体の製造に、いくつかの試
みがなされてきた。具体的には、例えばコバルトカルボ
ニルCo2(CO)8の熱分解によりコバルト磁性流体を製造す
る方法が知られているが、この方法では分散性の低い粗
大な粒子(200Å程度)が発生し、凝集し易い欠点がみ
られるため、それを克服する方法として一般に界面活性
剤液面連続真空蒸着法と呼ばれる方法が提案されている
(特公昭61−39369号公報)。
この方法は、強磁性の金属、合金または化合物を蒸発
させ、蒸発物をそれらに対して吸着性を有する界面活性
剤を溶解した低蒸気圧液体と接触させ、コロイドを形成
させて磁性流体となす方法であり、粒径が約20〜50Å、
平均粒径が約28Åの粒径のよく揃った小さな微粒子が得
られる。しかしながら、粒径が小さすぎるために、磁性
体の体積分率を増大させることは困難であり、飽和磁化
値が100G程度の磁性流体しか得られない。
このため、この方法によって高飽和磁化値の磁性流体
を得るには、微粒子の粒径を大きくし、更に微粒子の分
散性を向上させることが必要である。これに関連して、
ポリブテニルコハク酸ポリアミンまたはベンジルポリア
ミンを分散剤として用い、強磁性金属微粒子を分散媒中
にコロイド状に分散させることが提案されている(特開
昭62−11207号公報)。
これらの分散剤を用いた場合には、良好な分散状態が
得られ、また蒸着生成物を熱処理することによりその粒
径を制御でき、そのため金属磁性流体の磁性を制御する
ことが可能であると述べられている。その熱処理は、得
られたコロイドをベンゼンなどの炭化水素で希釈して粘
性を下げ、別の容器に移してアルゴン雰囲気下で加熱す
ることによって行われており、この加熱処理によって磁
性金属粒子は粒径が増大し、二次粒子を形成して沈殿す
るので、この沈殿を不活性ガス中で乾燥して半固体状の
ケーキとなし、これにトルエンなどの分散媒および前記
分散剤を加えて超音波による再分散処理を行い、磁性流
体を製造している。
しかしながら、このように分散性が良好で、しかも微
粒子の粒径を一旦大きくする加熱処理が行われていなが
ら、得られた磁性流体の飽和磁化値は300〜400G程度に
とどまっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、界面活性剤液面連続真空蒸着法によ
って得られる磁性流体であって、その分散微粒子の粒径
を大きくし、更に微粒子の分散性を向上させることによ
って、飽和磁化値として1000G程度あるいはそれ以上の
高飽和磁化値の磁性流体を製造する方法を提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のかかる目的は、強磁性の金属、合金または化
合物の蒸発物をそれらに対して吸着性を有する界面活性
剤を溶解した低蒸気圧溶媒と接触させて形成されたコロ
イド溶液を、加熱処理して粒子成長させた後、そこにN
−ポリアルキレンポリアミン置換アルケニルコハク酸イ
ミド、グリセリンエステルまたはポリオキシエチレンエ
ーテル分散剤を添加して吸着させ、次いでこの分散剤吸
着強磁性微粒子を分散基油中に分散させて磁性流体を製
造することによって達成される。
強磁性の金属、合金または化合物を蒸発させ、蒸発物
をそれらに対して吸着性を有する界面活性剤を溶解した
低蒸気圧溶媒と接触させてコロイド溶液を形成させる方
法、即ち前記した如き界面活性剤液面連続真空蒸着法
は、公知の方法にならって実施される。
即ち、強磁性体をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲
気中で、1.0×10-4Torr以下の圧力下で約1000〜2500℃
に加熱する。加熱されて蒸発した強磁性体は、対向配置
された界面活性剤を溶解させた低蒸気圧溶媒の液面に達
すると、粒径が約20〜50Åの微粒子を発生させる。
このとき用いられる界面活性剤は、強磁性体に対して
吸着性を有するものであるが、続く加熱処理によって粒
子成長を容易にするために、例えば次のような各種の界
面活性剤が、カッコ内に記載されるような低蒸気圧溶媒
に対する濃度で用いられる。
(1)エアロゾールOT[0.5〜2.0重量%] (2)グリセリンエステル系 (a)グリセリンモノオレイルエスエル[0.5〜3.0重量
%] (b)グリセリントリオレイルエステル[0.5〜3.0重量
%] (3)リン酸エステル系 (a)オレイルリン酸エステル[0.3〜3.0重量%] ジエステル−モノエステル混合物 (b)ポリオキシエチレンリン酸エステル[0.3〜3.0重
量%] (4)ポリブテニルコハク酸イミドテトラエチレンペン
タミン[0.5〜3.0重量%] また、これらの界面活性剤を溶解させる低蒸気圧溶媒
としては、例えば次のようなものが用いられる。
・トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素 ・アルキル基の分子量が1000程度のアルキルナフタレン ・ポリフェニルエーテル系 ・ジエステル系 ROOC(CH2)nCOOR n:4〜10 R:C7〜C13の炭化水素基 形成されたコロイド溶液は、加熱処理して粒子を成長
させた後、そこに分散剤を添加して吸着させる。加熱処
理は、用いられた低蒸気圧溶媒の種類にもよるが、一般
に約100〜300℃、好ましくは約200〜250℃で約20〜60分
間程度行われ、このような加熱処理によって、微粒子は
互いに衝突して粒子成長するようになる。
この加熱処理に引き続いて行われる分散剤の添加時期
の決定は重要であり、即ち粒子成長の度合いは用いられ
た界面活性剤の種類や濃度によって異なるので、実際に
は加熱処理中に抜き取った微粒子の粒子径を電子顕微鏡
によって予め確認しておくことなどによって決定され
る。従って、その添加時期は、微粒子が十分に粒子成長
した時点、具体的には約20〜50Åの微粒子径が約60〜70
Åになった時点が最も好ましい。これに対して、加熱処
理以前に分散剤を添加した場合には、高分散性は得られ
るものの、粒子成長は不十分なものとなる。
ここで用いられる分散剤は、潤滑分野において清浄分
散剤として用いられているものであり、次のようなもの
が用いられる。
(1)N−ポリアルキレンポリアミン置換アルケニルコ
ハク酸イミド (2)グリセリンエステル系 グリセリンモノオレイルエステル グリセリントリオレイルエステルなど (3)ポリオキシエチレンエーテル RO(C2H4O)nH R:高級アルキル基 n:2〜14 これらの分散剤を吸着させた強磁性微粒子は、アセト
ン−トルエン混合溶媒などで洗浄し、回収した後、分散
基油、一般には前記低蒸気圧溶媒中に超音波を照射しな
がら分散させ、液体が流動性を失わない範囲内で溶媒を
蒸発させ、磁性流体を得る。
〔発明の効果〕
本発明方法によれば、強磁性微粒子を分散させたコロ
イド溶液を加熱処理して粒子成長させた後分散剤を吸着
せしめているので、分散性にすぐれかつ1000G以上もの
高飽和磁化値を示す磁性流体が容易に得られる。
〔実施例〕
次に、実施例について本発明を説明する。
比較例1 横向きに設置した回転式円筒形ドラム(直径25cm、容
積約7000cm3)の底部に、所定濃度の界面活性剤を溶解
させたアルキルナフタレン(アルキル基は約280〜500程
度の分子量を有する炭化水素鎖)100mlを入れ、このア
ルキルナフタレン溶液の上方に位置するドラム空間に、
5gのコバルトを収容したアルミナ被覆タングステンルツ
ボを設置した。
このようにして構成された真空蒸着装置内に、1.0×1
0-4Torr以下の圧力になるようにアルゴンガスを充満さ
せた後、真空ポンプでアルゴンガスを吸引した。次に、
ドラムを約5rpmの回転速度で回転させ、ドラム内面をア
ルキルナフタレン溶液で湿潤させた。続いてルツボに電
流を流し、約1500℃に加熱してコバルトを蒸発させ、蒸
発したコバルトはドラム内面上部でアルキルナフタレン
溶液膜と接触して微粒子を形成し、回転によりドラム底
部のアルキルナフタレン溶液中に分散する。このような
操作を連続して行うことにより、底部のアルキルナフタ
レン溶液は高濃度のコバルト微粒子を分散質とする磁性
流体を形成するに至る。
用いられた界面活性剤の種類、濃度と生成コバルト微
粒子の平均粒径(電子顕微鏡により測定)との関係は次
の表1に示され、いずれも平均粒径は30Å以下であっ
た。
また、得られた磁性流体の飽和磁化値は、いずれも10
0G程度であったので、コバルトを更に追加して蒸発さ
せ、より飽和磁化値の高いものを得ようと試みたが、ア
ルキルナフタレン溶液100ml当りコバルト量を約25g以上
の割合で用いると得られた磁性流体が流動性を失ないゲ
ル状となるため約25gが限度であり、その場合にも飽和
磁化値は高々150G程度であった。この原因としては、微
粒子の平均粒径の小さいことが考えられる。
実施例 各種界面活性剤およびコバルト量を25g用いた上記比
較例1において、得られた飽和磁化値約100〜150Gの磁
性流体約100mlを容量300mlのナス型フラスコ中に投入
し、アルゴンガスをバブリングしながら、マントルヒー
タで250℃に30分間加熱した。このとき、微粒子は互い
に衝突して合体し粒子成長するが、微粒子が十分に成長
して微粒子径が約60〜70Åになった時点で、ポリブテニ
ルコハク酸イミドテトラエチレンペンタミン5gをナス型
フラスコの他方の口から投入した。
冷却後、粒子成長した微粒子をアセトン−トルエン混
合溶媒で洗浄した後、トルエン(a)100ml中に超音波
照射しながら分散させた。その後、エバポレータを用
い、液体が流動性を失わない範囲内でトルエンを蒸発さ
せ、トルエンベース磁性流体を得た。
また、上記のアセトン−トルエン混合溶媒で洗浄した
微粒子を、キシレン(b)、ケロシン(c)、アルキル
ナフタレン(d)、ポリフェニルエーテル系[n:2、m
=1](e)またはジエステル系[n:4、R=−CH2CHEt
(CH2)3CH3](f)の溶媒を約5ml含むトルエン溶液100m
l中に超音波照射しながら分散させた後、エバポレータ
を用いてトルエンを完全に蒸発させ、ベースをこれらの
溶媒で置換した磁性流体を得た。
加熱処理条件と得られた微粒子の平均粒径および種々
のベースの磁性流体の飽和磁化値との関係は次の表2に
示され、平均粒径は2倍以上になり、また飽和磁化値は
900G以上であった。
更に、ポリブテニルコハク酸イミドテトラエチレンペ
ンタミンに代え、同量のグリセリンモノオレイルエステ
ル、グリセリントリオレイルエステルまたはポリオキシ
エチレンエーテルを用い、それぞれトルエン、キシレ
ン、ケロシンまたはアルキルナフタレンベース磁性流体
を得たが、いずれも1000G以上の飽和磁化値を示した。
比較例2 界面活性剤としてエアロゾル−OTならびにコバルト量
を25g用いて得られた前記比較例1の磁性流体(飽和磁
化値約100G)に、ポリブテニルコハク酸イミドテトラエ
チレンペンタミン5gを添加し、250℃で30分間加熱処理
した。冷却後、微粒子をアセトン−トルエン混合溶媒で
洗浄した後、トルエン100ml中に超音波照射しながら分
散させた。これを更に、エバポレータを用いて、液体が
流動性を失わない程度にトルエンを蒸発させ、トルエン
ベースの磁性流体を得た。
得られた磁性流体の平均粒径は35Åであり、飽和磁化
値は450Gであった。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−228536(JP,A) 特公 昭61−39369(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01F 1/28 B22F 9/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】強磁性の金属、合金または化合物の蒸発物
    をそれらに対して吸着性を有する界面活性剤を溶解した
    低蒸気圧溶媒と接触させて形成されたコロイド溶液を、
    加熱処理して粒子成長させた後、そこにN−ポリアルキ
    レンポリアミン置換アルケニルコハク酸イミド、グリセ
    リンエステルまたはポリオキシエチレンエーテル分散剤
    を添加して吸着させ、次いでこの分散剤吸着強磁性微粒
    子を分散基油中に分散させることを特徴とする磁性流体
    の製造方法。
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