JPH0425102A - 異方性透磁性複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は異方性の透磁性を有する固体複合材料及びその
製造法に関する。

（従来の技術とその課題） 強磁性体の超微粒子は磁壁を持たない為、超常磁性を有
することば知られている。この超微粒子を水、有機溶媒
、オイル中に分散させたものに磁性流体がある。磁性流
体は軸シール、インフジエラＩ・プリター、ダンパー、
比重分離、ヒートパイプ等に広く用途が開発されている
。

一方軟磁性材料には、ケイ素鋼板、パーマロイ（Ｆ　ｅ
　−Ｎ　ｉ合金）、フェライト等があり、モーターや変
圧器の鉄芯には安価なケイ素鋼板、パーマロイが使用さ
れている。ラジオ、テレビ、電子レンジなどのマイクロ
波回路のコアーや磁気記録の・＼ソ）・にはパーマロイ
の薄層板を積層したものや、フエライ１−が使用されて
いる。

最近では遷移金属（Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎ１）−半金属元
素（Ｂ、　Ｃ，Ｐ、　Ｓｉ。

Ｇｃ）とのアモルファス（非晶質金属）が■ヒステリス
損による鉄損が小さいという理由から軟磁性材料として
の用途が、研究・開発されつつある。

しかし、これらはそれぞれ次のような課題を有している
。

磁性流体では液体に強磁性体の超微粒子を安定に分散さ
せる必要があるため、超微粒子の含有量は１０％以下と
極めて少量になる。この為、飽和磁化は最大４５０ガウ
ス程度であり、軟磁性材料として使用できない。

ケイ素鋼板、パーマロイでは、残留磁化、保磁力があり
ヒステリス損が発生する。また、導電性があるｔコめ交
流磁場中では電磁誘導によりうず電流が発生し、発熱に
よろうず電流積が発生する。

フェライトは電気抵抗率が高い為、うず電流積は発生し
ないが残留磁化、保磁力が大きい為ヒステリス損が発生
する。

アモルファスはケイ素鋼板やパーマロイに比べてＩＥ　
ｆｉ　ｔｆｆｉ　抗率が高いので、うず電流積は小さく
なる。しかし磁気異方性がないため飽和磁束密度が小さ
く、透磁率が小さくなる。

また容易磁化方向が２極以上の多極異方性である異方性
透磁材料は磁気回路（変圧器、トランス）やモーターの
フィルド部等への利用が期待されるが、従来は一方向に
のみ容易磁化方向をそろえたケイ素鋼帯の磁化方向をか
えて積層する方法等の複雑な方法によって製造されてい
る。

本発明の目的は上記した如き従来技術の欠点を解決ずろ
ことにあり、特に高性能の単極又は多極異方性透磁性材
料とその簡単な製造法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は第１に、強磁性体である酸化鉄またはその誘導
体を単磁区構造より小さい粒径の超微粒子の形で各粒子
が実質」二独立した状態で固体有機重合体に分散させ、
かつ超微粒子の磁区方向をそろえて異方性をもたせた異
方性透磁性複合材料にある。

本発明は第２に、強磁性体である酸化鉄またはその誘導
体を単磁区構造より小さい粒径の超微粒子の形で重合性
モノマ中に分散させた後、該重合性モノマーを磁界中に
静置して重合させることを特徴とする異方性透磁性複合
材料の製造法にある。

本発明で用いうる強磁性体には、アーＦｅ、、Ｏ，，，
Ｆｅ３Ｏ４゜δ−ＦｅＯＯＨ等の酸化鉄とその誘導体で
あるＭ＋２０・Ｆｅ２Ｏ（Ｍ＝Ｂａ、　Ｓｒ、　ｌＪｎ
、　Ｚｎ、　Ｃｕ、　Ｍｇ、　Ｎｉ、　Ｃｏ）等がある
。ここで誘導体のＦｅ以外の元素は１種類ｔ！けでなく
、２種類以」二の混合物の誘導体でも良い。また酸化鉄
とその誘導体の混合物を用いることもできる。

これらの強磁性体の粒径は１２０Å以下にして磁壁のな
し）単磁区構造の磁性体超微粒子でなければならない。

単磁区構造では一つの粒子が一つの磁石になっている為
、磁場が逆方向に変化しても容易に磁気モーメン１−は
反転できる。しかし、磁壁をもつ大きい粒子では種々の
磁気モーメントがあり、磁場が逆方向になっても容易に
反転てきないため、残留磁化、保磁力が残る。これはヒ
ステリス曲線を描く乙とにより、単磁区構造では残留磁
化、保磁力がほぼゼロを示し、超常磁性を示し軟磁性材
料として優れていることを示す。

以下に、本発明の複合材料の好ましい製造法について述
べろ。

強磁性体超微粒子は通常化学反応を利用して酸化鉄のコ
ロイド分散液を製造する方法によって製造される。例え
ば、硫酸鉄等の鉄塩を含有する水溶液に水酸化ナトリウ
ム等の水酸化物を添加することにより、（水）酸化鉄の
コロイド分散液が生成する。これを分離乾燥することに
よって超微粒子が得られる。コロイド分散液の段階で疎
水性基と親水性基とからなる化合物即ち界面活性剤を添
加し生成した超微粒子に疎水性を外側にした単分子膜を
形成させることが望ましい。界面活性剤としてはカルボ
ン酸と金属又はアミンとの塩、多価アルコール脂肪族エ
ステル、スルホン酸塩、リン酸塩、リン酸エステル、ア
ミン誘導体などがあるが、これらに限定されない。

かくして得られた超微粒子を固体有機重合体に磁区方向
を揃えて分散させる方法としては重合性モノマーに該粒
子を分散させた状態で外部から磁界をかけながら重合反
応を行う。

例えば重合性モノマー中に強磁性体の超微粒子をホモジ
ナイザー等で分散混合し、硬化剤又は熱を加えながら、
外部から磁界をかけて重合させることて、硬化物を得る
ことができる。

有機重合体は強磁性体の超微粒子のバインダーとして機
能するものであり、用途に応してそれぞれの重合体がも
つ機械的性質等に応じ最適の重合体を選択することがて
きる。有機重合体の具体例としては、ポリアクリル、ポ
リアリル、ポリエステル、ポリアミド、シリコーン、エ
ポキシ、ポリオール、ウレタン等があるが、勿論これら
に限定されない。

上記からも理解されるように本発明において重合性モノ
マは重合及び／又は硬化性をもち流動性のあるものであ
ればオリゴマー等も当然に包含される。強磁性体の超微
粒子をこオ］らの重合性モノマーに分散させた後、通常
注型して重合硬化させる時に磁界を与える。磁界の磁気
方向により、複合材料の磁気異方性の方向を任意に決め
る乙とができる。また磁界の磁気方向を複数にすること
により、該複合材料の磁気異方性に多極性を付与するこ
とができる。この場合の磁気方向の数は任意であるが通
常２〜６程度である。

本発明の複合材料中の超微粒子の含有量は通常３０〜９
０重量％程度である。通常３０重量％以下の含有量では
複合材料の飽和磁化が約１０００ガウス以下になるため
、軟磁性材料としては適さない。あまり含有量が多くな
ると複合材料の強度が低下し工業材料として適さなくな
る。通常９０重量％程度までで十分である。最適範囲は
用途等によって適宜決定される。

かくして得られる本発明の複合材料は次のような効果を
示ず。

■　酸化鉄又は誘導体、有機高分子重合体とも絶縁材料
であり、これらで構成されるので、うず電流が発生せず
交流磁場の高周波域でも発熱が起こらない。

■　磁壁をもたない超微粒子の表面を界面活性剤で被覆
している為、有機高分子重合体に高濃度で単一粒子で分
散することができ、飽和磁化、保磁力がセロに近くヒス
テリス損が発生しない。

■　強磁性体の超微粒子の表面を界面活性剤で被覆して
いる為、有機高分子重合体に高濃度で単一粒子で分散す
る乙とがてき、飽和磁化が高い。

■　分散している強磁性体の磁区方向を任意に揃えるこ
とができる為、複合材料の磁気異方性の方向を任意に調
整できる。

■　分散している強磁性体の磁区方向を単一方向ｔ！け
てなく複数方向にできろ為、任意の方向と数をもつ多極
異方性をマ得ろこともてきる。

■　有機重合体に強磁性体の超微粒子が分散している為
、加工しやすくまた酸化による化学変化、磁気特性の変
化が起こらない。

これらの特徴により本発明の複合材料は種々の用途に利
用しうる。たとえば単一方向の異方性をもつものは直流
モータのアマチャ、交流モーターのステーク−などのフ
ィールド部、）−ランスの鉄芯、ラジオ、テレビ、通信
機、電子レンジなどのマイクロ波回路のコアー、磁気記
録用の磁気ヘッド等に、また多極異方性をもつものは直
流モーターのアマチャ、交流モーターのステクーなどの
フィールド部、トランスの鉄芯等に利用しうる。

次に本発明の実施例に基づいて説明する。

実施例１〜４、比較例１，２ （湿式法によるＦｅ３Ｏ４の超微粒子の調製）硫酸第一
鉄１ｍｏｌ、硫酸第二鉄１ｍｏｌの水溶液者１で混合し
］、６ＮのＮａＯＨ水溶液を徐々に滴下してｐＨ７，３
にするとコロイド状のＦｅＯが生成する。これを１１ず
つ半分に分けて、１つは１０％オレイン酸ソーダを３０
０＋ｎｊ’加えて、３０分間６０℃で混合してＦｅ３Ｏ
４にオレイン酸により疎水性になり沈澱する。上澄みの
水を捨て、更に濾過、風乾してオレイン酸で表面処理さ
れたＦｅ３Ｏ４の超微粒子が得られる。

もう１つのコロイド状のＦｅ３Ｏ４水溶液はビーカーの
下に磁場をかけて３日間静置してコロイドを沈澱させる
。上澄みの水を捨て、真空乾燥させて未処理のＦｅ３Ｏ
４の超微粒子を得る。

トリエチレングリコールジメタアクリレート（新中村（
［ＪＮＫエステル３Ｇ）とオレイン酸処理Ｆｅ３Ｏ４、
未処理Ｆｅ５０をホモジナイザーで混合する。１２０℃
×６０分加熱しながら磁場中に静置してトリエチレング
リコールジメタアクリレートを硬化させて透磁性複合材
料を得る。結果を表−１に示す。

（表−１参照） 実施例１〜４てはいずれもＦｅ３Ｏ４が１２０人より小
さい粒径て重合体中に独立に分散していたが、比較例１
及び２では重合体中にＦｅ３Ｏ４微粒子どおしが凝集し
た状態で存在した。

表−１ 実施例５、比較例３ 実施例１のオレ・イン酸処理したＦｅ３Ｏ４と市販のＦ
ｅ３０４（戸田工業）を各々］Ｏｇとエチレングリコー
ルジメクアクリｌノー１〜（新中村化学ＮＫエステルＩ
Ｇ）Ｌｏｇを試験管にとりホモジナイザーで５分間攪拌
する。直流電流が流れているコイルの中に試験管を静置
して更に１２０Ｘ６０分間加熱して硬化物を得る。乙の
硬化物磁気特性を比較する。（第１図を参照） 表−２ 実施例６ 硫酸マンガン１ｍ０１、硫酸亜鉛１ｍ０１の水溶液を各
々２５０ｍ１、硫酸第二鉄１．ｍｏｌの水溶液を１４を
混合して、更に６ＮＮ　ａ　ＯＨ水溶液を滴下してｐ　
Ｈ７，５に調製する。これを８０℃まで加熱した後、１
０％のドデシルベンゼンスルホン酸ソダ水溶液を３００
ｍｊ’添加して３０分間攪拌する。静置するとＭｎ−Ｚ
ｎ−Ｆｅ２Ｏ，、の超微粒子の表面はドデシルベンセン
スルホン酸が吸着し、疎水性になり沈澱する。上澄みの
水を捨て、濾過、風乾によすＭｎ−Ｚ　ｒｒ−Ｆ　ｅ２
０３の超微粒子が得られる。

乙のＭｎ−Ｚｎ−Ｆｅ２０３１０　ｇをヘキサフチ１／
ンジイソシアナ−１・５ｇを試験管にとりホモジナイザ
ーて攪拌する。ポリオール２ｇと触媒量のラウリル酸ジ
ブ千ル錫を加えて混合した後、直流電流が流れているコ
イルの中に静置してポリウレタンの硬化物を得ろ。この
硬化物の磁気特性を表〜　３に示す。

表−３ 実施例７、比較例４ 実施例ＪのオＪツイン酸処理したＦｅ３０４１．Ｏｇと
エヂ１７ングリコールジメクアクリレー１・（新中村化
学ＮＫエステル］Ｇ）］Ｏｇを試験管にとりホモジナイ
ザーで５分間攪拌する。

該混合物を５字型の型に注型し直流電流が流れているコ
イルの中に静置して（第２図）、更に１２０　Ｘ　６０
分間加熱して硬化物を得る。比較例として磁界をかけず
にＩ−字型を加熱して硬化物を得る。乙の■−字型の硬
化物の一端に磁石をおき、他端の磁気特性を比較する。

表−４ 実施例８ 硫酸マンガン１．ｍｏｌ、硫酸亜鉛１ｍ０１の水溶液を
各々２５０ｍ７！、硫酸第二鉄１ｍｏｌの水溶液を１１
を混合して、更に６ＮＮａＯＨ水溶液を滴下してｐ　Ｈ
７，５に調製する。これを８０℃まで加熱した後、１０
％のドデシルベンセンスルホン酸ソーダ水溶液を３００
ｍＪ添加して３０分間攪拌する。静置するとＭｎ−Ｚｎ
−Ｆｅ２Ｏ３の超微粒子の表面は）ζデシルベンゼンス
ルホン酸が吸着し、疎水性になり沈澱する。」二澄みの
水を捨て、濾過、風乾によすＭｎ　−Ｚ　ｎ　−Ｆ　ｅ
２０３の超微粒子が得られる。

このＭｎ−Ｚｎ−Ｆｅ２０３１０　ｇをヘキサメチレン
ジイソシアナート５ｇを試験管にとりホモジナイザーで
攪拌する。ポリオール２ｇと触媒量のラウリル酸ジブデ
ル錫を加えて混合した後、■・−ナツツ状の型に注型し
て直流電流が流れているコイルを３つ置き３方向から磁
界をかけながら（第３図を参照）静置して、ポリウレタ
ンの硬化物を得る。このドーナッツ状の硬化物の中心に
磁石を置き、第４図に示す６つの方向の磁気特性を表−
５に示す。

表−５

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例の磁界付与例を示す概
略図であり、第４図は第３図における磁気方向を示す図
である。 ＢΦ由 Ｃ軸

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．強磁性体である酸化鉄またはその誘導体を単磁区構
   造より小さい粒径の超微粒子の形で各粒子が実質上独立
   した状態で固体有機重合体に分散させ、かつ超微粒子の
   磁区方向をそろえて異方性をもたせた透磁性複合材料。
2. ２．各粒子が界面活性剤で被覆した状態で分散している
   請求項１記載の複合材料。
3. ３．超微粒子の磁区方向を一方向にそろえて異方性をも
   たせた請求項１又は２記載の複合材料。
4. ４．超微粒子の磁区方向を２以上の複数方向にそろえて
   異方性をもたせた請求項１又は２記載の複合材料。
5. ５．超微粒子の磁区方向を２以上の複数方向に局部的に
   そろえて異方性をもたせた請求項４記載の複合材料。
6. ６．強磁性体である酸化鉄またはその誘導体を単磁区構
   造より小さい粒径の超微粒子の形で重合性モノマー中に
   分散させた後、該重合性モノマーを磁界中に静置して重
   合させることを特徴とする異方性透磁性複合材料の製造
   法。
7. ７．該超微粒子を分散する水分散体を化学反応によって
   調製した後、系に界面活性剤を添加し、該微粒子に外側
   が疎水性の被覆を形成させた後、該粒子を分離し、次い
   でこれを重合性モノマーに分散させる請求項６記載の方
   法。
8. ８．重合性モノマーを複数の磁界中に静置して重合させ
   る請求項６又は７記載の方法。