JP3106597B2 - 磁性流体の製造方法 - Google Patents

磁性流体の製造方法

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/44Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids
    • H01F1/445Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids the magnetic component being a compound, e.g. Fe3O4

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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、低蒸気圧基油中にフェライト類
微粒子を高濃度で安定に分散せしめ、これにより飽和磁
化を向上せしめた磁性流体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】フェライト類微粒子は、粉砕法、共沈
法、蒸着法などによって製造されているが、これらの方
法の中、純度、粒径制御、生産性などの点から、一般に
共沈法が用いられている。ところで、共沈法は、鉄イオ
ンを含む水溶液からの沈殿反応であるため、生成した磁
性微粒子は水溶液中にけん濁した水性サスペンションの
状態で得られる。
【0003】一方、磁性流体用の磁性微粒子は、凝集し
ていることなく、1個1個が分散していることが望まし
い。そのため、共沈法磁性微粒子の場合には、微粒子同
志の固着凝集の危険性を含む乾燥工程を経ることなく、
分散液状態で固着凝集防止用の界面活性剤を微粒子表面
に吸着させることが必要となり、従って水溶性の界面活
性剤が用いられている。
【0004】このように水溶性界面活性剤を吸着させた
磁性微粒子を分散させた磁性流体にあっては、その分散
基油がケロシン、トルエンなどの比較的揮発性に富む溶
媒に限定され、しかるに磁性流体が磁性流体シール、磁
性流体研磨などに用いられる場合には、基油の蒸発は磁
性流体の機能そのものを損う重要な問題としてとらえら
れる。
【0005】磁性流体は、このように一般にフェライト
類微粒子を高級脂肪酸塩、ソルビタンエステルの如き分
散剤を用いて基油中に分散せしめたものである。ところ
が、低蒸気圧の基油中にフェライト類微粒子を単に分散
させようとしても高い分散性が得られず、とても実用に
は供せられない。
【0006】かかる低蒸気圧基油への分散において、か
りに良い分散性が得られたとしても、低蒸気圧基油は一
般の有機溶媒や水が1Cst以下の動粘度(40℃)を示すの
に対し約8〜50Cst(40℃)という高い動粘度を有するた
め、均一なサスペンションの形成に非常な長時間を要す
る。しかも、分散さるべきフェライト類微粒子すべてが
安定なサスペンションを形成する訳ではなく、かなりの
割合のフェライト類微粒子が遠心分離などの精製時にと
り除かれ、効率が非常に悪いという問題もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】かかる問題点を解決す
るために、本出願人は先に、フェライト類微粒子の水性
サスペンションに、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を水に不溶性乃至難溶性の有機
溶媒の溶液として添加し、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をフェライト類微粒子に
吸着させた後、水および有機溶媒を留去し、残渣の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
吸着フェライト類微粒子を、25℃において0.1mmHg以下
の蒸気圧を有する低蒸気圧基油中に分散させて磁性流体
を製造する方法を提案している(特願平2-413,284号)。
【0008】本発明の目的は、上記提案のフェライト類
微粒子を低蒸気圧基油中に安定にかつ高濃度で分散させ
た磁性流体を効率良く製造する方法において、更に飽和
磁化を高めた磁性流体を製造する方法を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
フェライト類微粒子の水性サスペンションに、フェライ
トを構成する金属のイオンを添加し、該金属イオンをフ
ェライト類微粒子に吸着させた後、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の炭化水
素溶液を添加し、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をフェライト類微粒子に吸着させ
た後、水および炭化水素溶媒を留去し、残渣の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吸着
フェライト類微粒子を、25℃において0.1mmHg以下の蒸
気圧を有する低蒸気圧基油中に分散せしめて磁性流体を
製造することによって達成される。
【0010】フェライト類微粒子としては、純度、粒径
制御、そして何よりも生産性の点において有利である共
沈法によって製造されたものが、水性サスペンションそ
のままの形で用いられる。即ち、共沈法での水性サスペ
ンションの形成は、鉄塩混合物水溶液へのNaOH水溶液の
滴下、熟成、冷却および塩のデカンテーションという一
連の工程を経ることにより行われ、そこに粒径約50〜30
0Å、好ましくは約70〜120Åのフェライト類を約0.1〜5
0重量%、好ましくは約1〜30重量%の濃度で分散させたサ
スペンションが得られる。
【0011】形成されたフェライト類微粒子の水性サス
ペンションには、フェライトを構成する金属であるFe、
Mn、Ni、Zn、Coのイオンが添加される。これらの金属イ
オンは、フェライト類微粒子の磁化特性に影響を及ぼす
可能性の少ないものとして用いられる。
【0012】具体的には、これらの金属の塩化物、硫酸
塩、硝酸塩などが約0.05〜0.5M濃度の水溶液として添加
され、金属イオン濃度として約0.005〜0.05Mになるよう
にする。これらの金属イオンをフェライト類微粒子上に
吸着させるために、ホモジナイザなどによる撹拌が約0.
5〜3時間程度行われる。
【0013】金属イオンが微粒子表面上に吸着され、そ
の吸着が完了すると、吸着された金属イオンの反発力に
より、フェライト類微粒子は水中に良好に分散するよう
になる。このとき、加える金属イオンの量が多すぎて
も、また少なすぎても、微粒子が凝集して沈降するよう
になる。そして、最適の濃度は、上述した約0.005〜0.0
5Mである。
【0014】このようにして金属イオンをフェライト類
微粒子上に吸着させた水性サスペンションは、吸着処理
後直ちにN-ポリアルキレンポリアミン置換アルケニルコ
ハク酸イミドの炭化水素溶液と混合される。
【0015】N-ポリアルキレンポリアミン置換アルケニ
ルコハク酸イミドとしては、次のようなものが用いられ
る。 R:炭素数12〜24の炭化水素基 分子量約300〜2000のポリブテニル基 R´:炭素数1〜6のアルキレン基 R´が2個以上くり返される時互いに同一または異なり得
る n:1〜5 m:0〜4
【0016】N-ポリアルキレンポリアミン置換アルケニ
ルコハク酸イミドは、それを沸点約60〜200℃の脂肪
族、脂環状または芳香族の炭化水素溶媒、例えばn-ヘキ
サン、n-ヘプタン、n-オクタン、イソオクタン、n-デカ
ン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、メシチレ
ン、石油エーテル、石油ベンジン、リグロイン、ナフサ
などに、約0.01〜0.5モル、好ましくは約0.1〜0.5モル
の濃度で溶解させた溶液として用いられる。
【0017】そして、これらの有機溶媒溶液は、水性サ
スペンションに対し、一般に容積比で約0.01〜100、好
ましくは約1〜100の割合で用いられる。これら両者の混
合は、ホモジナイザなどを用い、エマルジョンが形成さ
れるような撹拌条件下で行われる。このような撹拌条件
下で撹拌することにより、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がエマルジョンの界面に
おいてフェライト類微粒子に吸着されるが、この吸着を
迅速に行わせるために、約40〜90℃の温度条件下で撹拌
処理されることが望ましく、そのような処理は約30〜60
分間行われる。
【0018】その後、水および炭化水素溶媒は留去さ
れ、残渣をトルエン-アセトン、トルエン-メタノール、
n-ヘキサン-アセトン、イソオクタン-アセトンなどの混
合溶媒、一般には等量混合溶媒で洗浄される。このよう
な洗浄により、磁性流体に調製したときに粘度を増大さ
せたり、あるいはフェライト類微粒子の分散濃度低下の
原因となる余分の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を除去する。洗浄後は、フェライ
ト類微粒子は、必要に応じて乾燥させる。
【0019】このようにして得られた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で被覆された
フェライト類微粒子は、そこに低蒸気圧基油を添加して
分散処理されるが、それの低蒸気圧基油への分散性は良
好な状態となっている。
【0020】低蒸気圧基油としては、25℃において0.1m
mHg以下、好ましくは0.01mmHg以下の蒸気圧を有する液
体、例えば天然油であるホワイトオイル(流動パラフィ
ン)、鉱油、スピンドル油など、あるいは合成油である
高級アルキルベンゼン、高級アルキルナフタレン、ポリ
ブテン(分子量約300〜2000)など、更に酸化防止剤、耐
摩耗剤、油性剤、清浄分散剤などのいわゆる潤滑添加剤
を含んだ潤滑油が、最終的に得られる磁性流体中のフェ
ライト類微粒子の分散濃度が約10〜50重量%となるよう
な割合で用いられる。
【0021】低蒸気圧基油を添加しての分散処理は、常
法での如く、ホモジナイザ、超音波、振動ミルなどの少
なくとも一種を用いて行われる。分散処理後は、遠心分
離あるいは磁場勾配中への静置による精製が行われる。
吸着処理および洗浄後に乾燥工程を経ずに分散処理する
こともでき、その場合には磁性流体の分散濃度や蒸発成
分の制御などの観点から、得られた磁性流体を減圧下で
加熱処理し、低沸点成分を留去することが好ましい。
【0022】
【発明の効果】本発明方法により、フェライト類微粒子
の水性サスペンションに予め鉄イオンなどのフェライト
を構成する金属のイオンを添加し、金属イオンをフェラ
イト類微粒子に吸着させて微粒子の水中での分散性を向
上させた後、N-ポリアルキレンポリアミン置換アルケニ
ルコハク酸イミドの炭化水素溶液を添加し、撹拌条件下
でエマルジョンを形成させて、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をフェライト類微粒
子に吸着させることにより、磁性流体シールを始めとす
る各種用途にとって必要な条件である、低蒸気圧基油に
安定にかつ簡単に磁性微粒子を分散させた磁性流体を好
率よく製造することができる。
【0023】しかも、約40〜50重量%の高濃度で磁性微
粒子を低蒸気圧基油中に分散させることができるので、
磁性流体の飽和磁化も高めることができる。
【0024】その上、本発明方法は共沈法フェライト類
微粒子に好適に適用され、共沈法での最大の弱点であっ
た水溶性界面活性剤しか使用できないという制約からも
開放される。
【0025】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【0026】実施例1 FeCl2・4H2O 184gおよびFeCl3・6H2O 500gを溶解させた水
溶液1850mlに、撹拌しながら6N NaOH水溶液をpHが11に
なる迄滴下し、その後80℃で30分間熟成、冷却し、塩を
デカンテーションで除去して、マグネタイトのサスペン
ション(マグネタイト濃度10重量%)を得た。
【0027】このサスペンション45mlに、0.1M FeCl3
溶液20mlを加える。この溶液(Feイオンとして0.03M)
を、ホモジナイザで60分間処理した後、そこに0.1モル
濃度の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-トルエン溶液100mlを加え、60℃で60分間、容量
300mlの丸底セパラブルフラスコ中において50mm径のプ
ロペラを用いて800rpmで撹拌してエマルジョンを形成さ
せた。その後、ロータリエバポレータを用いて、減圧下
に50℃に加熱しながら、水およびトルエンを留去し、残
渣のマグネタイト微粒子をトルエン-アセトン(1:1)混
合溶媒で5回洗浄して乾燥させた。
【0028】得られた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被覆マグネタイト3.0gに、アルキ
ルナフタレン5.0gを加えた後、ホモジナイザ(日本精機
製作所製エクセルオートホモジナイザ DX型)を用いて撹
拌(10000rpm、60分間)し、更に12時間超音波による分散
処理を行ない、遠心分離(5000G、30分間)して沈降物を
除去し、飽和磁化(16K Oe)270Gの磁性流体を得た。
【0029】実施例2 実施例1記載の方法で得られたマグネタイトのサスペン
ション60mlに、0.05MFe(NO3)3水溶液40mlを加える。こ
の溶液(Feイオンとして0.02M)を、ホモジナイザで90分
間処理した後、そこに0.2モル濃度のポリブテニルコハ
ク酸イミドテトラエチレンペンタミン-n-ヘキサン溶液1
00mlを加え、40℃で60分間、実施例1と同様の撹拌条件
下で撹拌してエマルジョンを形成させた。その後、エバ
ポレータを用いて、減圧下に60℃に加熱しながら、水お
よびn-ヘキサンを留去し、残渣のマグネタイト微粒子を
キシレン-アセトン(1:1)混合溶媒で5回洗浄し、乾燥さ
せた。
【0030】得られた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被覆マグネタイト5.0gに、アルキ
ルナフタレン5.0gを加えた後、24時間超音波照射による
分散処理を行ない、遠心分離(5000G、30分間)して沈降
物を除去し、飽和磁化430Gの磁性流体を得た。
【0031】実施例3 実施例1記載の方法で得られたマグネタイトのサスペン
ション50mlに、0.05MFe2(SO4)3水溶液50mlを加える。こ
の溶液(Feイオンとして0.05M)を、ホモジナイザで30分
間処理した後、そこに0.4モル濃度のポリブテニルコハ
ク酸イミドテトラエチレンペンタミン-リグロイン溶液1
00mlを加え、70℃で30分間、実施例1と同様の撹拌条件
下で撹拌してエマルジョンを形成させた。その後、エバ
ポレータを用いて、減圧下に60℃に加熱しながら、水お
よびリグロインを留去し、残渣のマグネタイト微粒子を
トルエン-メタノール(1:1)混合溶媒で5回洗浄し、乾燥
させた。
【0032】得られた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被覆マグネタイト4.0gに、アルキ
ルナフタレン4.0gを加えた後、24時間超音波照射による
分散処理を行ない、遠心分離(5000G、30分間)して沈降
物を除去し、飽和磁化400Gの磁性流体を得た。
【0033】比較例1 実施例1記載の方法で得られたマグネタイトのサスペン
ション15mlに、0.005モル濃度の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-トルエン溶液100mlを
加え、撹拌した。エマルジョンは形成されなかったが、
そのまま60℃で60分間処理し、その後エバポレータを用
いて、減圧下に50℃に加熱しながら、水およびトルエン
を留去し、残渣のマグネタイト微粒子をトルエン-アセ
トン(1:1)混合溶媒で5回洗浄して乾燥させた。
【0034】得られたマグネタイト微粒子3.0gに、アル
キルナフタレン5.0gを加えた後、ホモジナイザを用いて
撹拌(10000rpm、60分間)し、更に12時間超音波照射によ
る分散処理を行ない、遠心分離(5000G、30分間)して沈
降物を除去したところ、殆んど透明の上澄みとなった。
【0035】比較例2 実施例1において、鉄塩水溶液の添加およびそれに引き
続くホモジナイザ処理を行わなかった。得られた磁性流
体の飽和磁化は250Gであった。
【0036】比較例3 実施例2において、鉄塩水溶液の添加およびそれに引き
続くホモジナイザ処理を行わなかった。得られた磁性流
体の飽和磁化は400Gであった。
【0037】比較例4 実施例3において、鉄塩水溶液の添加およびそれに引き
続くホモジナイザ処理を行わなかった。得られた磁性流
体の飽和磁化は390Gであった。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェライト類微粒子の水性サスペンショ
    ンに、フェライトを構成する金属のイオンを添加し、該
    金属イオンをフェライト類微粒子に吸着させた後、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
    イミドの炭化水素溶液を添加し、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をフェライト類微
    粒子に吸着させた後、水および炭化水素溶媒を留去し、
    残渣のN-ポリアルキレンポリアミン置換アルケニルコハ
    ク酸イミド吸着フェライト類微粒子を、25℃において0.
    1mmHg以下の蒸気圧を有する低蒸気圧基油中に分散せし
    めることを特徴とする磁性流体の製造方法。
  2. 【請求項2】 フェライト類微粒子の水性サスペンショ
    ンに、フェライトを構成する金属のイオンを添加し、該
    金属イオンをフェライト類微粒子に吸着させた後、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
    イミドの炭化水素溶液を添加し、撹拌条件下でエマルジ
    ョンを形成させることにより、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をフェライト類微粒
    子に吸着させることを特徴とする請求項1記載の磁性流
    体の製造方法。
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