JPH0620822A - 磁気ダイラタント懸濁液 - Google Patents

磁気ダイラタント懸濁液

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JPH0620822A
JPH0620822A JP5061720A JP6172093A JPH0620822A JP H0620822 A JPH0620822 A JP H0620822A JP 5061720 A JP5061720 A JP 5061720A JP 6172093 A JP6172093 A JP 6172093A JP H0620822 A JPH0620822 A JP H0620822A
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JP
Japan
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magnetic
suspension
dilatant
magnetic field
particles
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Withdrawn
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JP5061720A
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English (en)
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Claudius Kormann
クラウディウス、コルマン
Ekkehard Schwab
エッケハルト、シュヴァプ
Martin Laun
マルティン、ラウン
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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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
    • H01F1/447Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids characterised by magnetoviscosity, e.g. magnetorheological, magnetothixotropic, magnetodilatant liquids

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 沈降に対して安定でかつ外部磁場からの粘度
に及ぼす影響範囲が広く、更に懸濁液に無関係な変数に
よって影響されることができるダイラタント懸濁液を与
えることである。 【構成】 1μmより小さい粒子サイズを有する磁性粒
子、分散剤物質および少なくとも100℃の沸点を有す
る溶媒より成り、沈降に安定で、100kA/mの磁場
で測定した少なくとも500Paの磁気流動学的効果を
示す磁気ダイラタント懸濁液。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は沈降に対して安定な磁
気ダイラタント性懸濁液およびその使用方法に関するも
のである。これらの磁性ダイラタント懸濁液は振動の減
衰および短時間間隔の連続運動の調節、例えば緩衝装
置、エンジンの振動の減衰装置およびクラッチに特に有
効である。磁性ダイラタント懸濁液はまた自動車の補助
装置、例えば空調系、発電機、パワーステアリング、走
行または加速センサおよびエンジンクラッチに適してい
る。また洗濯機、遠心機および電子センサ機器および計
量操作の加速に使用される可能性がある。
【0002】
【従来の技術】粘度が外部の磁場の作用によって調整さ
れ得る磁気流動学的液体および懸濁液は公知である(な
かんずくコードンスキー等、ジャーナル、マグネチズム
アンド マグネチックマテリアル 85巻(199
0),114−120頁)。しかしこれらの流体は本質
的に粘稠で、すなわち、ずれ−希釈またはニュートン流
動の挙動を示す。一方ダイラタント流動の挙動を示す流
体もまた記述されている(E.J.W.Verwey
等、Rec.Trav.Chim.57巻(193
9),383−389頁)。これは通常、不活性有機液
体において3μmの平均粒子径を有するオレイン酸被覆
カルボニル鉄粉の懸濁液でヴァーウエイによって発見さ
れたように、ある剪断速度の範囲において剪断速度の増
加によって起こる粘度の増加を示す。この方法で作られ
た懸濁液の不利な点は短時間後に沈殿し、沈降に至る傾
向にある。ダイラタント挙動に影響を及ぼす因子はエッ
チ、エー、バーンズによってJ.Rheol.33巻、
2号、(1989),329−366頁において議論さ
れている。例えば臨界剪断速度、すなわち限界を越える
と粘度が増加する剪断速度の粒子サイズまたは溶媒の粘
度による依存性が記述されている。
【0003】しかしながら、公知のダイラタント懸濁液
の不利な点は、それらが沈降に対して不安定で、かつそ
れらの粘度が外部から磁場を与えることにより広い限界
内で影響され得ないことである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本願発明の目的は、沈
降に対して安定でかつ上記の不利益を持たず、更に特別
の懸濁液に無関係な変数によって影響されることができ
るダイラタント懸濁液を与えることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的は、1μmより
小さい粒子サイズを有する磁性粒子、分散剤物質および
少なくとも100℃の沸点を有する溶媒より基本的に成
り、沈降に安定な分散液が、100kA/mの磁場で測
定した少なくとも500Paの磁気流動学的効果を示
し、更にダイラタント流動の挙動を示すことを見出すこ
とにより達成された。
【0006】本願発明の目的のためのダイラタントとい
う用語は外部磁場不在の状態で、少なくとも一部分の剪
断速度の差が0.1から100,000s-1であり、η
が剪断粘度であり更にγが剪断速度である商dlnη/
dlnγが0.3を越えることである。
【0007】新規の懸濁液は少なくとも10容量%、望
ましくは15から80容量%、特に有利には20から6
5容量%の範囲の量の磁性粒子を含む。使用される磁性
粒子の容積は全容積であり、すなわち分散剤物質の層も
また特定の粒子と共に算入されなければならない。1μ
mより小さい、通常10から100nmの平均粒子サイ
ズを有する新規の懸濁液のための適当な磁性粒子は、望
ましくは高い比飽和磁化を有するものである。望ましい
種類の物質は、Fe34 、γ−Fe23 、ベルトラ
イドおよび特に米国特許第4810401号明細書に記
載されMv Mnw Znx Feyz の組成を有する等軸
晶フェライトのような超常磁性酸化鉄である。
【0008】更に本願発明の具体例は、磁性ダイラタン
ト懸濁液が部分的に磁性粒子のみから成り、コア/シェ
ル構造を有する磁性粒子を含む。例えばシェルが磁性粒
子のみから成り、無機または有機コア上に沈漬した系が
この場合適当である。また磁性粒子のいくらかを、意図
する容量割合を観察して非磁性粒子の添加混合により置
き換えることが可能である。この大きさのオーダーの硬
磁性の粒子はまたそれに関連して使用することができ
る。特に添加混合される適当な非磁性顔料は、例えばド
イツ特許出願公開第3025562号公報に記載された
ラテックス粒子のようなダイラタント懸濁液が得られる
ように処理することができるものである。磁性粒子の粒
子サイズは常に1μmより小さいが、添加混合される非
磁性顔料の粒子サイズは2nmから200μmである必
要がある。
【0009】これらの粒子を含むこれらの磁性粒子また
は混合物は新規の磁性ダイラタント懸濁液において高分
子電解質で被覆される。この高分子電解質は適当なステ
アリン安定性を与えるばかりでなく、固体粒子の表面電
荷を増加させる。懸濁液の流動学的性質が影響されるp
Hはこの場合重要である。pHを変えることことによ
り、高分子電解質中の電荷キャリアー濃度および吸着層
の容積は適当な方法で調整される。陰イオン性の高分子
電解質が使用される時はpHが酸定数(pKa)より大
きいと有利であるが、陽イオン性の高分子電解質の場合
はpHがpKaより小さいことが望ましいことが確認さ
れた。更に流動的性質はイオン濃度を調整することによ
り有利にすることができる。500から250,000
の分子量を有する多数の高分子電解質が適当である。こ
れらの高分子物質は分子構造において5から1,000
の電荷を有するのが好ましい。ポリアクリレート、アク
リル酸/アクリルアミド共重合体、変性ポリアクリレー
ト、フォスフォノメチレート化ポリカルボキシレート、
ポリビニルフォスフォン酸、ポリビニル燐酸、ポリアミ
ン、ポリビニルアミン、ポリスルフォン酸およびポリ燐
酸より成る群より選択された高分子電解質が特に適当で
ある。ポリアクリレートの場合、2から12のpHが特
に有利であることが確認された。上述の高分子電解質に
加えて、更に表面電荷を増加させる配位子もまた使用す
ることができる。
【0010】新規の磁性ダイラタント懸濁液中に存在す
る溶媒は極性でも非極性でもよく、水もまた適当であ
る。特に適当な溶媒はエチレングリコール、トリエチレ
ングリコール、テトラエチレングリコールおよびそれら
の混合物である。25℃における溶媒(混合物)の粘度
は1から10,000mPa.s.、望ましくは1から
1,000mPa.s.であるのが有利である。もし水
で磁性ダイラタント懸濁液が調製されるならば、磁化可
能粒子の或る表面電荷が、適当なpHを2から12、望
ましくは5から11の範囲に選択することによって達成
される。
【0011】沈殿するのが非常に小さい傾向のために、
新規の磁性ダイラタント懸濁液は実質的に無制限の時間
の流動性を継続して示す。これらのダイラタント流動の
挙動および外部磁場による可逆性の粘度に影響を与える
可能性はこれらの懸濁液を多種の利用に有効にするもの
である。これらの磁性ダイラタント懸濁液は振動の減衰
および短時間間隔の連続運動の調節、例えば緩衝装置、
エンジンの振動の減衰装置およびクラッチに特に有効で
ある。磁性ダイラタント懸濁液はまた自動車の補助装
置、例えば空調系、発電機、パワーステアリング、走行
または加速センサおよびエンジンクラッチに適してい
る。また洗濯機、遠心機および電子センサ機器および計
量操作の加速に使用される可能性がある。
【0012】以下に示す実施例で測定したBET表面積
はハウルおよびデュンプゲンによる一点差法によって、
ストレライン社(デュッセルドルフ)製のストレライン
量気計により、DIN66132に従って測定された。
磁気的性質は400kA/mの外部磁場中で振動試料磁
力計で測定された。粘度の測定および磁気流動学的効果
の測定はオン−オフに切り換え可能なクーエッテレオメ
ーター(CRM)を使用し、室温で100kA/mの磁
場で実施された。
【0013】磁場を重ねられる、使用したクーエッテ測
定装置を1(A)図(側面図)および1(B)図(平面
図)に示す。試料は半径R1 の円筒状の固定された鉄製
ステタ1と半径がR2 でΩの角速度で回転するポリアミ
ド容器2の間隙に存在する。ステタに作用するトルクM
が測定される。Hがステタの高さであると、磁場のない
場合のステタにおける壁の剪断歪みrは、
【0014】
【数1】 見掛けの壁の剪断速度γ(壁面上の滑りを無視する)
は、
【0015】
【数2】 である。
【0016】磁極片3および3′の幾何学的位置から、
試料の僅かの部分が角α(ラジアン)の範囲の2つの扇
形の磁場内に位置することになる。もし一定の剪断速度
で測定された剪断歪みが、磁場のない場合の値rから剪
断面に直角の磁場の影響下における値rM =r+△rM
に増加すれば、図1に示された幾何学的位置の場合トル
クはMからMM に増加することになる。
【0017】MM/M=1+(α/π)(△rM /r) このトルクの比から磁気流動学的効果は、 △rM /r=(MM/M−1)/(α/π) となる。
【0018】
【実施例】実施例1 米国特許第4810401号明細書の実施例12に記載
した化学量論量を有する軟磁性のMnZn水性懸濁液が
調製された。懸濁液は25重量%のMn0.3 −Zn0.2
Fe2.54 を含有し、顔料のBET表面積は92m2/
gで、比磁化はMm/ρ=78nTm3/gであった。
【0019】平均分子量4000のポリアクリル酸のナ
トリウム塩(バスフ社製市販品ソカラン(Sokala
n)CP10)の45%濃度水溶液51gおよび115
gのトリエチレングリコールが456gの本懸濁液に添
加された。11.3のpHが測定された。更にウルトラ
タラックス(Ultra Turrux)装置を用いて
1時間分散した。水は回転蒸発器(水ポンプの減圧下、
68℃)で分離された。沈殿しない自由流動性の生成物
が得られ、図2に示されるダイラタントで磁気流動学的
性質が認められた。図2は磁場のない場合(a)および
磁場のある場合(b)における懸濁液の粘度η(Pa.
s)の剪断速度γ(s-1)による依存性および同様に磁
気流動学的効果MR(Pa)の剪断速度による依存性を
示す。実施例2 平均粒子径200nmでドイツ特許出願公開第3025
562号公報によって調製された凍結乾燥ラテックス粒
子30gが30gのエチレングリコールと共に撹拌され
た。その後、式Mn0.3 Zn0.2 Fe2.54 で示され
る軟磁性のMnZnフェライト6gより成る懸濁液が実
施例1に述べたごとく調製され、それはBET表面積が
92m2/gで、Mm/ρが78nTm3/gであり、更に
17gの水が添加され、3gの7.5%濃度のNaOH
溶液を加え懸濁液のpHを7.6にした。最終的には水
は回転蒸発器で分離され、更に均一化して沈殿しない自
由流動性の生成物が得られ、図3に示されるようなダイ
ラタントで磁気流動学的性質が認められた(次元は図2
による)。実施例3 実施例2で使用された凍結乾燥ラテックス粒子60gが
60gのエチレングリコール、実施例1による軟磁性フ
ェライト12gおよび235gの水と共に1時間ウルト
ラタラックス分散装置で混合された。pHは1.2gの
NaOHを加えることにより9にした。水は回転蒸発器
で分離され、その結果沈殿しない自由流動性の生成物が
得られた。上記懸濁液は次に示す性質を有する。最小粘
度(約30s-1の剪断速度において):1.2Pa.
s、140s-1における粘度:6−Pa.s、磁気流動
学的効果(140s-1において):2,000Pa。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)はクーエッテ測定装置の側面図であ
り、図1(B)は同装置の平面図である。
【図2】図2は実施例1において磁場のない場合(a)
および磁場のある場合(b)における懸濁液の粘度η
(Pa.s)の剪断速度γ(s-1)による依存性および
磁気流動学的効果MR(Pa)の剪断速度γ(s-1)に
よる依存性を示す。
【図3】図3は実施例2において磁場のない場合(a)
および磁場のある場合(b)における懸濁液の粘度η
(Pa.s)の剪断速度γ(s-1)による依存性および
磁気流動学的効果MR(Pa)の剪断速度γ(s-1)に
よる依存性を示す。
【符号の説明】
1 鉄製ステタ 2 ポリアミド容器 3、3′ 磁極片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エッケハルト、シュヴァプ ドイツ連邦共和国、6730、ノイシュタッ ト、ベルヴァルトシュタインシュトラー セ、4 (72)発明者 マルティン、ラウン ドイツ連邦共和国、6700、ルートヴィヒス ハーフェン、デュラーシュトラーセ、22

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1μmより小さい粒子サイズを有する磁性
    粒子、分散剤物質および少なくとも100℃の沸点を有
    する溶媒より本質的に成る磁気ダイラタント懸濁液であ
    って、該懸濁液が100kA/mの磁場で測定した少な
    くとも500Paの磁気流動学的効果を示すことを特徴
    とする懸濁液。
  2. 【請求項2】磁性粒子が2から200m2/gのBET表
    面積および10nTm3/gより大きい飽和磁化を有する
    等軸晶フェライトより成り、分散剤物質が5より大きい
    電荷および500から250000の分子量を有する高
    分子電解質より成る群から選択された少なくとも1種の
    化合物であり、その溶媒が25℃において1から100
    00mP.sの粘度を有する有機溶媒であり、更に懸濁
    液中における磁性粒子の容量割合が10から80容量%
    であることを特徴とする請求項1に記載の磁気ダイラタ
    ント懸濁液。
  3. 【請求項3】いくらかの磁性粒子が、ダイラタント流動
    の挙動を示し、かつ2nmから200μmの平均粒子サ
    イズを有するラテックス粒子で置き換えられることを特
    徴とする請求項1に記載の磁気ダイラタント懸濁液。
JP5061720A 1992-04-24 1993-03-22 磁気ダイラタント懸濁液 Withdrawn JPH0620822A (ja)

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DE19924213513 DE4213513A1 (de) 1992-04-24 1992-04-24 Magnetodilatante Suspensionen
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ID=6457400

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DE4213513A1 (de) 1993-10-28
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