JP3246108B2 - 磁性流体 - Google Patents

磁性流体

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JP3246108B2
JP3246108B2 JP21506593A JP21506593A JP3246108B2 JP 3246108 B2 JP3246108 B2 JP 3246108B2 JP 21506593 A JP21506593 A JP 21506593A JP 21506593 A JP21506593 A JP 21506593A JP 3246108 B2 JP3246108 B2 JP 3246108B2
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    • 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

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  • Lubricants (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、磁性流体に関する。更
に詳しくは、界面活性剤被覆磁性体微粒子をパーフルオ
ロポリエーテル系基油中に分散させた磁性流体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】本出願人は先に、分散剤としてパーフル
オロエーテル系界面活性剤を用い、パーフルオロエーテ
ル系基油中に磁性体微粒子を分散させた磁性流体を提案
している(特開昭61-263,202号公報)。かかる磁性流体
は、次のような方法によって製造されている: (1)湿式法によって水性けん濁液として調製された磁性
体微粒子を、有機溶媒のけん濁液として置換し、そこに
パーフルオロエーテル系界面活性剤およびパーフルオロ
エーテル系基油を添加した後、有機溶媒を除去する方法 (2)湿式法によって調製された磁性体微粒子の水性けん
濁液に、パーフルオロエーテル系界面活性剤およびパー
フルオロエーテル系基油の混合物を添加し、そこに磁性
体微粒子を分散させた後、凍結乾燥させる方法
【0003】このようにして得られる磁性流体は、高い
飽和磁化を有するものの、これを流体シールに用いた場
合、ヨークやシャフトを腐食するおそれがみられ、その
原因としては次のような機構が考えられる。この磁性流
体では、磁性体微粒子の表面を単分子膜で被覆するのに
要する量の約1.5倍以上のパーフルオロエーテル系界面
活性剤が用いられており、微粒子の表面に吸着されてい
ない界面活性剤が常に磁性流体中にある濃度で溶解して
いることになる。
【0004】一方、この界面活性剤は、パーフルオロエ
ーテル系基油に対して親和する親フッ素基および反発す
る親水基より構成されているため、高湿度条件下では、
基油中に溶解している界面活性剤の一部は、親フッ素基
を磁性流体の内部へ、また親水基を外部へ向けた形で磁
性流体の界面に配向する。
【0005】このような磁性流体が、高湿度条件下で流
体シール等に用いられた場合、磁性流体表面に水が吸着
され、それが流動によって順次磁性流体内部に取り込ま
れ、ヨークやシャフトの界面に移行して、これらの金属
表面と配向した親水基との間に水が取り込まれ易くな
り、その結果として、水分や環境中に含まれる極く微量
の不純物等によりヨークやシャフト等の金属面が腐食
(湿食)され易くなるものと考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、界面
活性剤被覆磁性体微粒子をパーフルオロポリエーテル系
基油中に分散させた磁性流体であって、これを流体シー
ルに用いた場合、基油中に溶解している界面活性剤の分
散助剤としての働きを低下させることなく、磁性流体中
への水分の混入防止を図り、その結果としてヨークやシ
ャフト等の金属面を腐食するおそれのないものを提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
上記構成の磁性流体において、磁性体微粒子にヘキサル
オロプロペンオキシドオリゴマーから誘導される一般式 F[CF(CF)CFO]nCF(CF)COOM (ここで、Mはアルカリ金属またはアンモニウム基であ
り、nは4〜20の整数である)で表わされるパーフル
オロポリエーテル系カルボン酸塩を吸着させた後、含フ
ッ素アミンを反応させたものを界面活性剤被覆磁性体微
粒子として用いた磁性流体によって達成される。
【0008】磁性体微粒子としては、任意の方法によっ
て製造されたものが用いられるものの、好ましくは純
度、粒径の制御、そして何よりも生産性の点で有利であ
る共沈法によって製造されたフェライト類微粒子、例え
ばマグネタイト(Fe3O4)、ニッケル・フェライト(NiO・F
e2O3)、マンガンフェライト(MnO・Fe2O3)、コバルトフ
ェライト(CoO・Fe2O3)、ニッケル-亜鉛フェライト(Ni・
ZnO・Fe2O3)、マンガン-亜鉛フェライト(Mn・ZnO・Fe2O
3)、コバルト-亜鉛フェライト(Co・ZnO・Fe2O3)等が好
んで用いられる。
【0009】一般に、磁性体微粒子は親水性が強いた
め、そのままでは基油中で凝集してしまい、磁性流体を
形成し得ない。そこで、磁性体微粒子の表面に界面活性
剤等を吸着させて、基油との親和性を高める必要があ
る。フェライト類微粒子に吸着させる界面活性剤は、吸
着処理が水溶液中で行われるため、その親水基はフェラ
イト類への吸着力の強いカルボン酸基であることが好ま
しく、しかもその吸着力を高めるためにカルボン酸の水
溶性塩であることが好ましい。また、親フッ素基には、
微粒子の凝集を防止するために、ある程度の弾性を有す
る鎖長が必要であり、水への溶解性や分散能などから、
パーフルオロポリエーテル基を持つものが選択される。
【0010】 結局、これらの観点から、本発明におい
ては、前記一般式で表わされるようなパーフルオロポリ
エーテル系カルボン酸塩がまず用いられる。かかるパー
フルオロポリエーテル系カルボン酸塩は、くり返し単位
nが4〜20のヘキサフルオロプロペンオキシドオリゴ
マーから導かれるカルボン酸のアルキルエステルを水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の水溶液
で加水分解することにより得られる。ここで、くり返し
単位nが上記範囲に限定されるのは、nが3以下では界
面活性剤吸着層が十分な弾性を持たないため、磁性体微
粒子が凝集してしまい、またnが21以上では、調製さ
れた磁性流体の特性(粘度など)の低下がみられるから
である。
【0011】これらのパーフルオロポリエーテル系カル
ボン酸塩は、粒径約50〜300Å、好ましくは約70〜120Å
のフェライト類微粒子の水性サスペンションに、微粒子
表面を単分子膜で被覆するのに必要な量の約1.5倍を目
安に加え、吸着処理を行う。吸着処理後の水性サスペン
ションは、アルカリ性を示しているが、これを希塩酸等
を用いてpHを5.5〜6.0にすると、界面活性剤吸着磁性体
微粒子は沈降してくるので、これを蒸留水で数回洗浄
し、生成した塩を除去した後、十分に減圧下で乾燥させ
る。
【0012】このようなパーフルオロポリエーテル系カ
ルボン酸塩を界面活性剤として磁性体微粒子に吸着させ
ただけでは、それを用いて調製させる磁性流体中への水
分の混入防止は達成されず、このカルボン酸塩基に含フ
ッ素アミンを反応させた上で用いることが必要である。
【0013】ここで用いられる含フッ素アミンは、カル
ボン酸基と反応した後、親水性を全くなくするものでは
なく、親水性の程度を低下させるようなものが選ばれ
る。これは、カルボン酸基の親水性が全くなくなると、
磁性流体に調製した場合に分散助剤としての効果迄失わ
れてしまうためである。
【0014】こうした条件を満足させるために、一般式
NR1R2R3 (ここで、R1,R2,R3は水素原子、アルキル
基、フッ素化アルキル基、アリール基またはフッ素化ア
リール基であり、これらの基の炭素数の合計およびフッ
素数の合計はいずれも5以上である)で表わされる含フッ
素アミンが用いられる。ここで、R1,R2,R3の炭素数の
合計およびフッ素数の合計がいずれも5以上の1級アミ
ン、2級アミンまたは3級アミンが用いられるのは、それ
以下では沸点が低く、加熱によってカルボン酸との反応
物が分解して、アミンの散逸が起こり易くなるためであ
る。また、フッ素数の合計が5以上の含フッ素アミン
は、カルボン酸との反応物が基油との相溶性にすぐれて
いることも指摘される。
【0015】 かかる含フッ素アミンとしては、例えば
パーフルオロトリエチルアミン、パーフルオロトリプロ
ピルアミン、パーフルオロトリブチルアミン、パーフル
オロトリペンチルアミン、パーフルオロトリヘキシルア
ミン、トリス(2,2,2−トリフルオロエチル)アミ
ン、1H,1H−パーフルオロオクチルアミン、ペンタ
フルオロアニリン、3,5−ビス(トリフルオロメチ
ル)アニリンなどが用いられる。
【0016】これらの含フッ素アミンは、一般に液状で
あるので、溶媒を用いることなく、そこにパーフルオロ
ポリエーテル系カルボン酸塩界面活性剤吸着磁性体微粒
子を浸漬し、撹拌するだけで速やかに反応する。また、
必要に応じて、フロン類、市販溶媒3M社製品フロリナー
トシリーズ等の溶媒を用いて反応させることもできる。
反応終了後、過剰に用いられた含フッ素アミン(および
溶媒)は、減圧下で留去される。
【0017】このようにして界面活性剤を被覆させた磁
性体微粒子は、この後パーフルオロポリエーテル系基油
中に分散させ、磁性流体に調製される。基油としては、
例えば一般式 Rf´O[(CF2)nO]mRf, F[(CF2)nO]mRf Rf,Rf´:パーフルオロアルキル基 n:1〜3 m:1以上の整数 で表わされるパーフルオロポリエーテル等が用いられ
る。
【0018】分散処理は、ホモジナイザ、ボールミル、
超音波照射等を用いる常法に従って行われ、パーフルオ
ロポリエーテル系基油中にフェライト類微粒子などの磁
性体微粒子を安定に分散させた磁性流体がそこに形成さ
れる。
【0019】
【発明の効果】本発明により、界面活性剤被覆磁性体微
粒子をパーフルオロポリエーテル系基油中に分散させた
磁性流体であって、含水量が低く、それが接触する金属
を腐食させ難いものが得られ、従ってこれを流体シール
等の用途に有効に用いることができる。
【0020】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【0021】実施例1 マグネタイト微粒子(粒径90A)10gおよび水20
0mlの混合物を、強撹拌条件下でけん濁状態とした
後、これにヘキサフルオロプロペンオキシドテロマー
(重合度6〜10)から導かれたカルボン酸のメチルエ
ステルを水酸化ナトリウム水溶液で加水分解して得られ
た界面活性剤 F(CO)n(CFCOONa (n:6〜 10) 4.2gを加え、80℃で60分間吸着処理を行った。
【0022】その後、吸着処理物を室温迄冷却し、1N-H
ClでpH6.0にすると、界面活性剤被覆マグネタイト微粒
子の沈降がみられた。これを、蒸留水で3回洗浄し、減
圧下で乾燥した。
【0023】得られた界面活性剤被覆マグネタイト微粒
子13gを、パーフルオロトリブチルアミン3g中に浸漬
し、10分間撹拌して反応させた後、未反応のパーフルオ
ロトリブチルアミンを減圧留去した。
【0024】このようにしてアミン処理した界面活性剤
被覆マグネタイト微粒子を、パーフルオロポリエーテル
基油 F(C3F6O)mC2F5 (m:平均17) 25g中に加え、ホモジナイザおよび超音波照射によって
分散させた後、遠心分離(5000G)して分散不良微粒子を
除去し、磁性流体を得た。
【0025】実施例2 実施例1において、パーフルオロトリブチルアミンの代
わりに、同量のトリス(2,2,2−トリフルオロエチ
ル)アミンが用いられた。
【0026】実施例3 実施例1において、パーフルオロトリブチルアミンの代
わりに、同量のペンタフルオロアニリンが用いられた。
【0027】比較例 実施例1において、パーフルオロトリブチルアミンによ
るアミン処理が行われなかった。
【0028】 以上の各実施例および比較例で得られた
各磁性流体の飽和磁化を、それぞれ20Gに統一し、そ
の水分量を電量滴定式水分測定装置(三菱化成製CA−
06)で200℃迄加熱して測定した。
【0029】また、各磁性流体中に清浄面を有するSSC4
1鋼を浸漬し、実験室環境下に30日間放置し、目視で観
察した。磁性流体自体は、各実施例および比較例共変化
はなかったが、SSC41鋼には、各実施例では変化が認め
られなかったのに対し、比較例では明らかな酸化層ある
いは色むらが認められた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C10M 125:10 C10M 125:10 131:12 131:12 147:04) 147:04) C10N 10:02 C10N 10:02 10:16 10:16 20:06 20:06 A 30:12 30:12 40:14 40:14 40:34 40:34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 界面活性剤被覆磁性体微粒子をパーフル
    オロポリエーテル系基油中に分散させた磁性流体におい
    て、磁性体微粒子にヘキサフルオロプロペンオキシド
    リゴマーから誘導される一般式 F[CF(CF)CFO]nCF(CF)COOM (ここで、Mはアルカリ金属またはアンモニウム基であ
    り、nは4〜20の整数である)で表わされるパーフル
    オロポリエーテル系カルボン酸塩を吸着させた後、含フ
    ッ素アミンを反応させたものが界面活性剤被覆磁性体微
    粒子として用いられた磁性流体。
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