JP4306242B2

JP4306242B2 - 磁性流体

Info

Publication number: JP4306242B2
Application number: JP2002363281A
Authority: JP
Inventors: 徹宇田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004200193A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性流体に関する。さらに詳しくは、分散安定性にすぐれかつ低粘度の磁性流体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁性流体軸受やダストシールに用いられる磁性流体は、マグネタイト微粒子によって代表される磁性微粒子の表面に界面活性剤を吸着させて表面疎水性とし、これを高級アルキルナフタレンによって代表される合成油である基油中に安定分散させたものが殆んどである。そして、この種の用途に好適に用いられる磁性流体には、低摩擦性、耐高速せん断性、耐酸化性、耐熱性などに加えて、良好な分散安定性や低粘度性であることが求められている。
【０００３】
現在、合成油等を基油として用い、磁性流体を製造する場合、磁性微粒子表面に吸着させる界面活性剤の殆んどは、オレイン酸、エルカ酸等の不飽和脂肪酸である。これらの不飽和脂肪酸を吸着させた磁性微粒子は、分散安定性にすぐれかつ粘度が低いという特徴を有するものの、不飽和脂肪酸分子が有する二重結合部位が酸化を受け易いため、時間の経過や高温での使用あるいは高速せん断を受けることにより、磁性微粒子の分散安定性が徐々に低下するという問題を有している。
【０００４】
このため、不飽和脂肪酸を用いて分散させた磁性流体には、非イオン系界面活性剤や清浄分散剤等の油溶性分散剤を添加したり、あるいは不飽和脂肪酸で被覆した磁性微粒子表面に第2の界面活性剤や清浄分散剤等の油溶性分散剤を加熱や超音波照射により混合吸着させることにより、磁性流体の分散安定性、耐熱性、耐酸化性などを高めることが行われている。しかしながら、これらの油溶性分散剤は分子量が高いため、磁性流体の粘度を増加させ、その結果低粘度性、低摩擦性、耐高速せん断性などが損われるようになる。
【０００５】
また、磁性微粒子を被覆する界面活性剤として、その分子中に耐酸化性悪化の原因となる二重結合を含まないステアリン酸等の直鎖型飽和脂肪酸を使用し、さらに粘度増加の原因となる第2の界面活性剤を添加せずに磁性流体を得ようとすると、磁性微粒子と炭化水素重合油基油とは固液分離するか、あるいは分散したとしても分散安定性は非常に低く、短時間でまたは磁場下で固液分離または固化してしまうようになる。
【０００６】
特開平10-233307号公報には、少くとも１つの極性基を有する炭化水素よりなる第1の界面活性剤と活性水素を有する極性基を少くとも１つ有しかつシリコーンオイル担体に可溶性のシリコーンオイル用界面活性剤よりなる第2の界面活性剤を磁性粒子表面に吸着させた磁性流体が記載されており、第1の界面活性剤としてはオレイン酸、イソステアリン酸等が用いられると述べられているが、第2の界面活性剤であるアミノ機能型流体界面活性剤とイソステアリン酸とを組合わせて用いた場合には、粘度が非常に高い磁性流体しか得られない。
【０００７】
また、特開平5-255686号公報には、低揮発性有機溶媒基油、これと親和性のある親油性基を有する界面活性剤で表面が被覆されて基油中に分散させた強磁性体微粒子および導電性付与物質としての有機酸第4級ホスホニウム塩からなる導電性磁性流体が記載されており、導電性付与物質である有機酸第4級ホスホニウム塩を形成する有機酸としてイソステアリン酸等が用いられることが述べられている。しかしながら、このようにして得られる導電性磁性流体は粘度が非常に高く、また吸湿などによりゲル化し易いという欠点を有している。
【０００８】
さらに、第2の界面活性剤や分散剤を添加せずに、イソステアリン酸のみを磁性微粒子表面に被覆して磁性流体を得ようとすると、磁性微粒子と炭化水素重合油とが固液分離するか、または分散したとしても分散安定性は非常に低く、短時間または磁場下で固液分離または固化してしまうことになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、不飽和脂肪酸等を磁性微粒子表面に吸着させる界面活性剤として使用することなく、分散安定性にすぐれかつ低粘度の磁性流体、特に合成油ベースの磁性流体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる本発明の目的は、表面に分枝飽和脂肪酸を、次いで直鎖飽和脂肪族系界面活性剤を順次吸着せしめた磁性微粒子を合成油等の低蒸気圧基油中に分散させた磁性流体によって達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
磁性微粒子としては、マグネタイト、マンガンフェライト、コバルトフェライトあるいはこれらと亜鉛との複合フェライト等であって、一般には共沈法で製造されたものが用いられ、一般にその粒径が20nm以下の微粒子が用いられる。
【００１２】
これらの磁性微粒子の表面にまず吸着され、それを被覆する分枝飽和脂肪酸としては、炭素数が10〜28、好ましくは16〜22のイソ酸、好ましくはイソステアリン酸(CH₃)₃CCH₂CH(CH₃)CH₂CH₂CH(COOH)CH(CH₃)CH₂C(CH₃)₃が用いられる。これらの分枝飽和脂肪酸は、一般に磁性微粒子100g当り約5〜30g、好ましくは約10〜20gの割合で用いられる。
【００１３】
分枝飽和脂肪酸吸着磁性微粒子には、次いで直鎖飽和脂肪族系界面活性剤を吸着せしめる。直鎖飽和脂肪族系界面活性剤としては、炭素数が8〜30、好ましくは16〜22の直鎖飽和脂肪酸または直鎖飽和脂肪族アミンが用いられ、好ましくはステアリン酸、ステアリルアミン等が用いられる。これらの界面活性剤は、一般に分枝飽和脂肪酸吸着磁性微粒子100g当り当り約10〜50g、好ましくは約30〜40gの割合で用いられる。
【００１４】
これらの界面活性剤は、分枝飽和脂肪酸、次いで直鎖飽和脂肪族系界面活性剤の順で吸着させることが重要であり、これを逆にすると固液分離を生ずる。分枝飽和脂肪酸界面活性剤の磁性微粒子への吸着にあっては、これをメタノール、エタノール等の低沸点有機溶媒に溶解させた溶液として用い、約80〜100℃で約20〜120分間程度加熱することによって行われ、また分枝飽和脂肪酸吸着磁性微粒子への直鎖脂肪族系界面活性剤の吸着にあっては、直鎖飽和脂肪族系界面活性剤をドデシルベンゼン、トルエン、n-パラフィン等の高沸点炭化水素系溶媒に溶解させた溶液として用い、約100〜300℃で約1〜3時間程度不活性ガス中で加熱する方法や超音波照射処理する方法などによって行われる。
【００１５】
余分の界面活性剤は、これらの界面活性剤を吸着させた磁性微粒子にトルエン等を加えて超音波照射し、得られた磁性微粒子分散液にアセトン等を加えて凝集沈殿させて上澄液を除去するという工程を複数回くり返して行うことにより除去される。
【００１６】
その後、界面活性剤吸着磁性微粒子は、低蒸気圧基油、一般には25℃において0.1mmHg以下、好ましくは0.01mmHg以下の蒸気圧を有する基油、例えば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)、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルトリフェニルエーテル等や天然油であるホワイトオイル(流動パラフィン)、鉱油、スピンドル油等の低蒸気圧基油中に分散せしめて磁性流体を形成させる。分散に際しては、トルエン等の芳香族炭化水素を用い、超音波照射、遠心分離、トルエン等の留去という工程をとることが望ましい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る磁性流体は、80℃で1000時間経過後および室温下で製造後1年経過後のいずれにおいても、固液分離や固化を生ぜず、すぐれた分散安定性を示している。また、例えば25℃における動粘度が80cpsの高級アルキルナフタレン基油を用いて得られた磁性流体の粘度は200cpsと低粘度であり、飽和磁化値も高い値を示している。さらに、不飽和脂肪酸界面活性剤を用いていないため耐酸化性にすぐれているばかりではなく、低粘度であるため低摩擦性、耐高速せん断性も良好である。このような諸特性を有する本発明の磁性流体は、磁性流動軸受やダストシール用磁性流体として好適に用いられる。
【００１８】
【実施例】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００１９】
実施例１
FeCl₃・６H₂O 270gおよびFeCl₂・4H₂O 100gを溶解させた水溶液5000mlに、攪拌しながら28％アンモニア水330mlを添加した後、90℃で60分間熟成を行ない、270gのマグネタイト微粒子を得た。これに、イソステアリン酸40gを溶解させたメタノール500mlを加え、90℃で30分間吸着処理を行った。得られたイソステアリン酸吸着マグネタイト微粒子を、脱塩水でデカンテーションする洗浄を数回くり返した後、乾燥させた。
【００２０】
乾燥後のイソステアリン酸吸着マグネタイト微粒子10gとステアリルアミン4gとをドデシルベンゼン500ml中に加え、窒素ガス気流下に280℃で2時間加熱した。冷却後、余分の界面活性剤除去工程として、まずトルエン400mlを加え、超音波照射を30分間行った後、このマグネタイト微粒子分散液にアセトン400mlを加え、微粒子を凝集沈殿させて上澄液を除去し、さらにこの微粒子にトルエン400mlを加え、超音波処理を30分間行った後、アセトン400mlを加え、微粒子を凝集沈殿させて上澄液を除去した。
【００２１】
この操作をさらに1回行った後、微粒子に高級アルキルナフタレン(ライオン製品ポンプオイルS;25℃における動粘度80cps)20gおよびトルエン400mlを加え、超音波照射を30分間行った後、遠心分離(12000G)にかけて沈殿物を取り除き、次いでトルエンを留去して磁性流体を25g得た。
【００２２】
得られた磁性流体は、飽和磁化35mT、粘度200cps(25℃)の性状を有し、80℃で1000時間経過後および室温下で製造後1年経過後のいずれにおいても、固液分離や固化が生じなかった。
【００２３】
実施例２
実施例1において、乾燥後のイソステアリン酸吸着マグネタイト微粒子と共にドデシルベンゼン中に添加されたステアリルアミンの代りに同量(4g)のステアリン酸を用い、飽和磁化33mT、粘度180cps(25℃)で、同様の経時安定性を示す磁性流体を24g得た。
【００２４】
実施例３
実施例1において、乾燥後のイソステアリン酸吸着マグネタイト微粒子とステアリルアミンとをトルエン500ml中に加え、これに6時間超音波照射した後、余分の界面活性剤除去工程以下を同様に行ない、飽和磁化36mT、粘度粘度230cps(25℃)で、同様の経時安定性を示す磁性流体を26g得た。
【００２５】
比較例１
実施例1で得られたイソステアリン酸吸着マグネタイト微粒子10gにトルエン400mlを加えて、超音波照射を30分間行った後、これにアセトン400mlを加えて微粒子を凝集沈殿させ、上澄液を除去した。このような工程を3回行った後、実施例1と同様にして磁性流体を調製しようとしたが、トルエン留去段階で微粒子とアルキルナフタレンとの間で固液分離が生じた。
【００２６】
比較例２
実施例1の熟成後のマグネタイトゾルに、ステアリン酸40gを溶解させたメタノール500mlを加え、以下同様にしてステアリン酸吸着マグネタイト微粒子を得た。
【００２７】
乾燥後のステアリン酸吸着マグネタイト微粒子10gにトルエン400mlを加えて、超音波照射を30分間行った後、これにアセトン400mlを加えて微粒子を凝集沈殿させ、上澄液を除去した。このような工程を3回行った後、実施例1と同様にして磁性流体を調製しようとしたが、トルエン留去段階で微粒子とアルキルナフタレンとの間で固液分離が生じた。
【００２８】
比較例３
比較例2で得られたステアリン酸吸着マグネタイト微粒子10gとイソステアリン酸4gとをドデシルベンゼン500ml中に加え、窒素ガス気流下に280℃で2時間加熱した。その後、実施例1と同様にして余分の界面活性剤除去工程以下を行ない、磁性流体を得ようとしたが、トルエン留去段階で微粒子とアルキルナフタレンとの間で固液分離が生じた。
【００２９】
比較例４
比較例2で得られたステアリン酸吸着マグネタイト微粒子10gとステアリルアミン4gとをドデシルベンゼン500ml中に加え、窒素気流下に280℃で2時間加熱した。その後、実施例1と同様にして余分の界面活性剤除去工程以下を行ない、磁性流体を得ようとしたが、トルエン留去段階で微粒子とアルキルナフタレンとの間で固液分離が生じた。

Claims

表面に分枝飽和脂肪酸を、次いで直鎖飽和脂肪族系界面活性剤を順次吸着せしめた磁性微粒子を低蒸気圧基油中に分散せしめてなる磁性流体。
分枝飽和脂肪酸が炭素数10〜28のイソ酸である請求項１記載の磁性流体。
直鎖飽和脂肪族系界面活性剤が炭素数8〜30の直鎖飽和脂肪酸または直鎖飽和脂肪族アミンである請求項１記載の磁性流体。
低蒸気圧基油が合成油である請求項１記載の磁性流体。