KR100734333B1 - 분산안정성 및 재분산성이 향상된 자기유변유체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자성 입자의 분산성을 향상시킬 수 있고 장시간 보관 후에도 재분산성이 우수한 자기유변유체에 관한 것이다. 본 발명에 의한 자기유변유체는, 자성입자와 분산매체와, 분산제를 포함하여 구성되며, 상기 분산제는 자당지방산에스테르로 이루어지고, 상기 분산제는 자당지방산모노에스테르와, 자당지방산디에스테르와, 자당지방산트리에스테르의 혼합물로 이루어지며, 상기 자당지방산모노에스테르는 상기 혼합물의 30 중량% 내지 50 중량%의 범위이다. 본 발명에 의하면, 복수의 친수기와 친유기를 지니고 분산제 1분자가 상기 자성입자를 입체적으로 흡착하기 때문에 자성입자들간의 인력을 입체적으로 방해할 수 있는 입체장애(steric hindrance)효과를 증가시킬 수 있어서 자성입자 상호 간의 척력을 유도함으로써 자성입자의 재응집을 방지하여, 자기유변유체의 분산안정성을 증가시킴은 물론, 장기간 보관시에 자성입자의 침전이 이루어지더라도 자성입자들간의 척력이 작용하여 자성입자가 응집하여 딱딱하게 경화되지 않고 간단한 교반이나 경미한 전단력 작용만으로도 자성입자가 분산매체 내에 용이하게 재분산되게 할 수 있다.

자기유변유체, 분산안정성, 재분산성, 분산제, 입체장애

Description

분산안정성 및 재분산성이 향상된 자기유변유체{MAGNETORHEOLOGICAL FLUID HAVING GOOD DISPERSIBILITY AND RE-DISPERSIBILITY}

도 1은 일반적인 분산제의 자성입자에의 흡착을 개략적으로 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 자당 에스테르를 이용한 분산제의 자성입자에의 흡착을 개략적으로 설명하는 도면이다.

본 발명은 분산안정성이 향상된 자기유변유체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기장 비인가시 유체의 점도를 증가시키지 않으면서 자성 입자의 분산성을 향상시킬 수 있고 장시간 후에도 재분산성이 우수한 자기유변유체에 관한 것이다.

최근, 외부 환경변화에 따라 반응할 수 있는 재료로서, 기존의 재료들이 단지 주어진 환경변화를 수동적으로 견딘다는 한계를 넘어서 생물체처럼 환경에 반응하는 지능형 재료(smart material)가 다양한 산업분야에서 널리 이용되고 있다. 이러한 지능형 재료는, 환경에 따라 움직이며 적응하는 생명체의 특징을 모방한 것으로서 급격한 산업환경변화에 따른 요구를 만족시킬 수 있는 특성을 가지는 것으로 기대되고 있다.

이러한 지능형 재료는 혈당량을 측정하고 인슐린 펌프를 작동하는 지능형 의료기나, 비행속도와 압력에 따라 모양을 바꾸어, 연료를 적게 쓸 수 있도록 하는 지능형 비행기 날개, 형상기억 합금으로 만든 지능형 치과재료, 전기자동차, 로보트, 의료관련산업, 정밀가공 등 다양한 분야에서 다양하게 개발되고 있다.

이러한 지능형 재료는, 외부 환경이 달라짐에 따라 적당한 방법으로 반응하는 수동형 재료와, 자기가 보유하고 있는 특성을 향상시키기 위해 외부 장(external force)이나, 힘, 또는 피드백 시스템을 보유하고 있는 능동형 재료로 구분되는데, 외부에서 가해지는 전기장이나 자기장에 따라 유체의 점성이 변화하는 전기유변유체(Electrorheological fluid)나 자기유변유체(Magnetorheological fluid)도 이러한 능동형 재료중의 하나이다.

자기유변유체는 외부에서 부가하는 자장의 세기에 따라 유체의 점도특성이 변화하는 유체로서, 미네랄 오일, 합성탄화수소, 물, 실리콘 오일, 에스테르화 지방산 등의 분산매체에 직경이 수 내지 수십 마이크론의 미세입자의 철이나 니켈 코발트 및 그 자석합금 자성 입자가 분산된 비콜로이드 현탁액이다.

자기유변유체는, 자기장을 적절하게 인가하면 유체의 점도 특성 등 유동특성의 변화폭이 크고, 내구성이 우수할 뿐만 아니라 오염물에 대해 상대적으로 덜 민 감하고, 자기장에 대한 응답속도가 10^-3 초 수준으로 매우 빠르며, 가역적이기 때문에, 클러치, 엔진마운트, 댐퍼 등 진동제어장치, 고층건물 내진장치, 로보틱 시스템(robotic system) 등 여러 산업분야에 적용가능성이 높은 것으로 평가되어, 전기유변유체 등 다른 제어가능한 유체에 비해 현저한 이점을 가진다.

자기유변유체는 자기장이 가해지지 않을 때에는 분산입자가 뉴튼 유체의 성질을 나타내지만, 자기장이 가해지면 분산입자가 분극화를 일으켜서 부하된 자기장과 평행한 방향으로 섬유구조를 형성하고 이 섬유구조가 점도 향상과 유체의 흐름을 방해하는 전단력이나 유동에 대한 저항력을 나타내 동적 항복응력이 크게 증가한다. 이 때의 항복응력(yield stress)은 자기장의 세기에 따라 증가한다.

우수한 자기유변유체를 만들기 위해서는, 자기유변유체는 높은 항복응력을 보유하여야 하며, 자성입자가 분산매체 내에 균일하게 분포하여야 하며, 자기장을 가한 후에 자기장을 다시 가하지 않으면 유체가 원래의 상태로 신속하게 되돌아갈 수 있고 유체의 흐름이 자유롭게 되도록 유체의 점도가 낮아야 한다.

그러나 자기유변유체는 중력에 의한 침전문제로 인하여, 유동학적 거동에 큰 장애를 받는다. 이러한 침전의 주요한 원인은, 분산매체의 밀도는 대략 0.5 ~ 1.5 g/㎤임에 반하여, 자성입자의 밀도는 7.86 g/㎤ 정도로서 자성입자의 밀도가 분산매체의 밀도보다 훨씬 크기 때문에, 자성입자가 분산매체 내에서 침전되는 경 향이 있고, 이러한 자성입자의 침전으로 인하여 자기유변유체에 양호한 분산안정성을 부여하는 것이 매우 어렵다는 문제점이 있었다.

상술한 자기유변유체 내의 자성입자의 침전을 방지하여 자기유변유체의 분산안정성을 향상시키기 위하여 분산매체의 점도를 향상시키는 것이 효과적이지만, 분산매체의 점도를 과도하게 증가시키면 자기유변유체 자체의 점도가 증가되기 때문에 자기유변유체의 유동성이나 작업성 등이 저하되어 자기유변유체를 다루기가 매우 어려워지는 문제점이 있다.

이러한 자기유변유체의 분산안정성을 개선하기 위하여, 고분자량 탄화수소, 폴리우레아 등의 폴리머 증점제를 사용하여 분산안정성을 확보하는 방안이 제시되고 있다.

그러나 이러한 방안은, 자기유변유체의 구성에 그리스(grease)와 같은 농도를 부여할 수 있는 양의 증점제를 사용하지 않고서는 침전에 대한 충분한 안정성을 얻기 어렵고 침적이나 침전이 최소화되더라도, 자기유변유체는 더 이상 자유롭게 유동하지 못할 정도의 허용할 수 없는 정도의 높은 점도를 나타내게 되는 문제점이 있다.

또한, 자기유변유체의 분산안정성을 높이기 위하여 제시된 또 다른 종래의 방안으로서, 예를 들면 미국특허 5,667,715호에는, 흄드 실리카(fumed silica)를 사용하는 방안이 제시되어 있다. 이는 액상의 화학적 성질과 양립할 수 있는 흄드 실리카를 정확하게 선택할 수만 있다면, 자기유변유체의 구성성분에 있어서 안정제로서 사용될 수 있다. 그러나 이 방법은, 액상이 화학적으로 다른 물질의 조합이 라는 사실 때문에 복잡하고, 작은 부피비의 흄드 실리카의 사용으로도 자기유변유체에 금속마모면은 물론 폴리머 시일에 대하여도 마모를 일으키는 문제점이 있다. 이는 특히, 과도한 마모의 방지를 생명으로 하는 차량용 댐퍼에 있어서 치명적이다.

또한, 예를 들면 미국특허 6,203,717호에는, 콜로이드 클레이(colloidal clay)를 사용하여 자기유변유체의 분산안정성을 제고하는 방안이 제시되어 있다. 이는 낮은 체적농도에서도 가벼운 겔을 형성하여, 침전을 방지하기에 충분한 항복응력을 갖지며 적절한 점도로 유동할 능력을 갖는다. 그러나 이 방법은 다양한 장치에 사용되어 자기장을 인가할 때 입자상호간의 접촉은 물론 장치와의 접촉시에 입자와의 마모가 발생하거나 하는 문제점이 있었다.

또한, 한국특허출원 10-2001-7016403호에는 유화제가 용해된 오일에 증류수를 첨가하고, 교반하여 연속상인 물/오일 에멀젼을 수득하고 전기 에멀젼에 표면에 수분친화성의 계면활성제가 흡착된 자성입자를 분산시켜서 제조하여 자기유변유체의 분산안정성을 높이는 시도가 있으나, 이는 제조공정이 복잡하고 시간이 오래 걸리기 때문에 상용화하기에는 문제점이 있다.

한편, 상기 종래 기술에 의한 자기유변유체는 상용화하기에 어려운 문제점이 있었다. 상기 종래기술에서 자성 입자가 분산매체에 분산되도록 하기 위하여 다양한 계면활성제와 분산제를 이용하고 있으나, 초기에 분산안정성이 우수하다 하더라도 장기간 상기 자기유변유체에 자기장을 인가하지 않거나 자기유변유체를 보관하 고 있는 상태에서는, 자기유변유체는 상술한 바와 같은 자성입자와 분산매체 사이의 밀도의 차이로 인하여 침전이 시작되는 것은 피할 수 없다.

이러한 상황하에서 자기유변유체가 상용화되기 위해서는, 자성입자가 분산매체에 골고루 분산되도록 하는 분산안정성은 물론, 침전이 시작된 자기유변유체의 자성입자간의 인력에 의해 자성입자의 딱딱한 침전(hard sediment)이 발생되지 않도록 하여, 자성입자의 침전이 시작된 후라도 적은 전단력으로도 상기 자성입자가 쉽게 재분산되도록 하는 것이 필요하다.

그러나 상술한 종래기술에서는 이러한 자기유변유체의 재분산성에 대하여는 어떠한 해결책도 제시하지 못하고 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 친수기와 친유기를 동시에 지니고 있는 분산제를 이용하여 친수기는 자성입자의 표면에 흡착시키고 친유기는 분산매질에 양호하게 용해되어 자성입자와 분산매체와의 호환성을 증가시켜 분산제의 입체장애 효과에 의해 입자들간의 인력을 방지하고 척력을 유도함으로써 자성입자의 재응집을 방지하여, 자성입자가 분산매체에 골고루 분산되도록 하는 분산안정성이 우수하면서도, 시간의 경과에 따라 자성입자의 침전이 시작된 후라 하더라도 작은 전단력이나 교반에 의해 자성입자가 분산매체에 용이하게 재분산될 수 있으며 분산매체에의 용해도가 우수한 분산제를 이용한 자기유변유체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 자기유변유체는, 자성입자와 분산매체와, 분산제를 포함하여 구성되는 자기유변유체에 있어서, 상기 분산제는 하기 식1로 표현되는 자당지방산에스테르로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

식 1

(여기서, A는 RCOOCH₂ 또는 CH₂OH를 나타내고, R은 탄소수 10 내지 18의 포화 및 불포화지방산을 나타낸다)

상기 자기유변유체에 있어서, 상기 분산제는 자당지방산모노에스테르와, 자당지방산디에스테르와, 자당지방산트리에스테르의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자당지방산모노에스테르는 상기 혼합물의 30 중량% 내지 50 중량%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분산제는 상기 자기유변유체 전체의 0.5 중량% 내지 10.0 중량%인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 자당지방산에스테르는 자당스테아레이트, 자당디스테아레이트, 자당팔미에이트, 자당라우레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 분산매체는, 실리콘 오일, 미네랄 오일, 파라핀 오일, 실리콘 공중합체, 화이트 오일, 유압오일, 트랜스유, 할로겐화 유기용매, 디에스테르, 폴리옥시알킬렌, 플루오르화 실리콘, 시아노알킬 실록산, 글리콜, 합성탄화수소오일, 폴리알파올레핀계 오일 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 자성입자는 철, 철합금, 산화철, 질화철, 탄화철, 카르보닐 철, 니켈, 코발트, 크롬 디옥사이드, 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 분산제는 자성입자가 매질, 즉 물이나 기름, 알코올 등의 용매에 균일하게 섞일 수 있도록 하는 첨가제로서, 특성이 우수한 분산제가 되기 위해서는 자성입자와 흡착하는 친수기를 지님과 동시에 용매에 용해될 수 있는 친유기를 동시에 지니고 있어야 한다.

자성입자를 살펴보면, 자성입자의 표면은 산화되어 있거나 수분이 흡착되어 있거나 하여 OH기를 띄고 있다. 이러한 자성입자 표면의 OH기와 분산제의 OH기가 결합하여 물분자를 형성함과 동시에 분산제는 자성입자에 흡착하게 된다.

한편, 상기 자성입자가 분산매체 내에 골고루 분포하기 위해서는, 자성입자 에 흡착한 분산제의 친유기는 상기 분산매체에의 용해성이 우수하여야 한다.

따라서, 자성입자의 분산에 있어서 입자의 표면은 수분이 흡착하고 있어서 친수성의 띄고 있으므로 분산제의 친수기는 자성입자의 표면에 쉽게 흡착할 수 있고, 분산제의 친유기는 분산매체에 양호하게 용해되어야 한다.

본 발명자는, 1분자당 여러 개의 친수기를 가지는 자당에스테르의 상기 친수기를 친유기를 지닌 지방산으로 치환시킨 입체구조를 가지는 자당지방산에스테르가 1분자당 복수의 친수기와 복수의 친유기를 지닐 수 있기 때문에, 자당지방산에스테르의 복수의 친수기는 자성입자의 수분과 복수 흡착하고, 자당지방산에스테르의 하나 또는 복수의 친유기는 분산매체에 양호하게 용해되어, 상기 자성입자를 입체적으로 둘러쌀 수 있다는 것을 알게 되었다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 분산제에 있어서는, 분산제 1분자당 자성입자와 1개소에서 흡착하였으나, 본 발명에 의한 분산제는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 분산제 1분자가 상기 자성입자를 입체적으로 둘러싸기 때문에 자성입자들간의 인력을 입체적으로 방해할 수 있는 입체장애(steric hindrance)효과를 더욱 나타낼 수 있어서 자성입자 상호간의 척력을 유도함으로써 자성입자가 재응집하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 자당지방산에스테르로 이루어진 분산제는, 상술한 바와 같이, 복수의 친수기와 친유기를 지님으로써 자성입자들간의 인력을 입체적으로 방해하여 자성입자들간의 척력을 유도하기 때문에, 자기유변유체의 분산안정성이 양호함은 물론, 장기간 보관시에 자성입자의 침전이 이루어지더라도 자성입자들간의 척 력이 작용하므로 자성입자가 응집하여 딱딱하게 경화되지 않고 간단한 교반이나 경미한 전단력 작용만으로도 자성입자가 분산매체 내에 용이하게 재분산되게 할 수 있다.

또한, 자당지방산에스테르는 물에도 잘 용해되고, 오일에도 잘 용해되는 성질을 지니고 있기 때문에, 자당지방산에스테르로 이루어진 분산제는 수계 분산매체는 물론 오일계 분산매체에도 안정적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 의한 자당지방산에스테르에 있어서, 자당은 1분자중에 8개의 수산기를 가지고 있고, 상기 수산기가 지방산과 에스테르 결합하여 자당지방산에스테르를 형성한다. 상기 지방산에 의한 수산기의 치환수는 하나 내지 3개인 모노에스테르, 디에스테르, 트리에스테르가 바람직하다. 도 2에는 수산기 3개가 지방산으로 치환된 자당지방산에스테르를 나타내었다.

또한, 상기 자당지방산에스테르로 이루어진 상기 분산제는, 수산기의 치환수가 서로 다른 자당지방산에스테르의 혼합물이어도 좋으나, 상기 모노에스테르의 비율이 상기 혼합물의 30 중량% 내지 50중량%이내인 것이 바람직하다.

상기 모노에스테르가 30중량%보다 낮으면 상기 분산제의 상기 자성입자에의 흡착력이 떨어져서 분리되는 현상이 발생하고, 50중량%보다 높으면 상기 분산제의 상기 분산매체에의 용해도가 떨어지고 입체장애효과가 떨어진다.

상기 자당에스테르의 원료 자체는 식물성 오일 등 천연재료에서 추출한 것으로서, 모노에스테르, 디에스테르, 트리에스테르의 혼합물이고, 상기 벌꿀등의 천연 재료에 지방산을 부가하여 첨가시킨 것으로서, 특히 환경친화적이기 때문에 오염문제에 적극 대응할 수 있다.

상기 자당지방산에스테르는 식1과 같은 입체구조를 갖는 고리모양화합물로서, 상기 식1에서 R은 탄소수 10 내지 18의 포화 및 불포화 지방산이고, 상기 지방산의 구체적인 예로서는, 카프리산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레인산, 리놀레인산, 리놀렌산 등을 들 수 있다.

또한, 상기 자당지방산에스테르의 구체적인 예로서는, 자당스테아레이트, 자당디스테아레이트, 자당팔미에이트, 자당라우레이트를 들 수 있다.

상기 분산제는 상기 자기유변유체 전체의 0.5 중량% 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 상기 분산제의 중량이 자기유변유체 전체 중량의 0.5 중량% 미만이면, 분산제로서의 본래의 기능을 발휘하기 어렵고, 10 중량%를 초과하면 분산매체에의 용해도가 떨어지고 자성입자의 자화능력이 감소한다.

상기 자성입자는 상자성, 초상자성, 강자성 입자 및 그 화합물을 포함하여 자기유변활동을 나타내는 어떠한 고체도 사용될 수 있으나, 본 발명에 의한 자기유변유체에 있어서 상기 자성입자의 예로서는, 철, 철합금, 산화철, 질화철, 탄화철, 카르보닐 철, 니켈, 코발트, 크롬 디옥사이드, 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. 또한, 상기 자성입자의 형태는 순수철 분말이나 산화철 분말인 것이 바람직하다.

상기 자성입자의 크기는 종래 기술에서의 자성입자의 크기와 크게 다르지 않 다. 평균적인 입자의 직경은 0.1 내지 1000㎛, 바람직하게는 0.1 내지 500㎛이고, 가장 바람직하게는 0.1 내지 10㎛인 것이 바람직하다.

또한, 분산매체는 어떠한 오일계 용매나 수계용매도 될 수 있지만, 본 발명에 의한 자기유변유체에 있어서, 적절한 분산매체의 예로서는, 실리콘 오일, 미네랄 오일, 파라핀 오일, 실리콘 공중합체, 화이트 오일, 유압오일, 트랜스유, 할로겐화 유기용매, 디에스테르, 폴리옥시알킬렌, 플루오르화 실리콘, 시아노알킬 실록산, 글리콜, 합성탄화수소오일, 폴리알파올레핀계 오일 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 분산제를 이루는 자당지방산에스테르는 물에도 잘 용해되고, 오일에도 잘 용해되는 성질을 지니고 있기 때문에, 본 발명에 의한 분산매체는 수계 분산매체는 물론 오일계 분산매체 어느 것이어도 양호한 성질을 나타낼 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자기유변유체를 설명한다.

<실시예 1>

본 실시예에 의한 자기유변유체는 다음과 같이 구성되어 있다.

(1) 자성입자 : 카르보닐 철분말 75중량%

(2) 분산매체 : 폴리알파올레핀 오일 18중량%

(3) 분산제

본 실시예에 의한 분산제로는, 자당디스테아레이트를 사용하고, 모노에스테 르의 비율이 분산제 혼합물의 40중량%인 것을 사용하였다.

본 실시예에 의한 자기유변유체의 성분을 표 1에 나타낸다.

본 실시예에 의한 자기유변유체의 제조과정에 대하여 살펴보면, 우선, 에스테르로서 다이옥틸 50g(와코퓨어케미칼사 제조)과 분산매체로서 PAO (polyalphaolefin) PureSyn4(엑손모빌 케미칼사 제조) 50g을 플라스크에 넣고 80℃에서 가열하면서 교반한다.

그런 다음, 분산제로서 모노에스테르의 비율이 40 중량%인 자당디스테아레이트(Sucrose Distearate) 20g을 조금씩 넣으면서 교반시켜 용액을 제조한다.

1000㎖ 스테인레스 비이커에 자성입자로서 BASF HS그레이드인 카르보닐 철분말 750g을 넣은 후 상기 용액을 조금씩 넣으면서 작은 숟가락으로 골고루 섞이도록 젓는다. 이 때, PAO Puresyn4 130g을 넣고 골고루 섞이도록 젓는다.

그런 다음, 임펠라가 부착된 교반기를 사용하여 대략 500rpm에서 1시간 정도 교반시킨다. 그런 다음, 볼밀을 사용하여 대략 24시간 밀링하여 원하는 자기유변유체가 제조된다.

상기와 같이 제조된 본 실시예에 의한 자기유변유체의 특성실험결과를 표 2에, 8주후의 특성실험을 표3에 나타낸다.

<비교예 1>

비교예 1에 의한 자기유변유체는, 자성입자로서 카르보닐 철분말을 사용하였고, 분산매체로는 PAO Puresyn4를 사용하였으며, 분산제로서는 스테아르산을 사용 하였다.

우선, 에스테르로서 다이옥틸 50g(와코퓨어케미칼사 제조)과 분산매체로서 PAO (polyalphaolefin) PureSyn4(엑손모빌 케미칼사 제조) 50g을 플라스크에 넣고 80℃에서 가열하면서 교반한다.

그런 다음, 분산제로서 스테아르산 20g을 조금씩 넣으면서 교반시켜 용액을 제조한다.

1000㎖ 스테인레스 비이커에, 자성입자로서 BASF HS그레이드인 카르보닐 철분말 750g과, 유기점토(organo clay)로서 Clayton EM 5g(록우드 홀딩스사 제조)을 넣은 후 상기 용액을 조금씩 넣으면서 작은 숟가락으로 골고루 섞이도록 젓는다. 이 때, PAO Puresyn4 130g을 넣고 골고루 섞이도록 젓는다.

그런 다음, 임펠라가 부착된 교반기를 사용하여 대략 500rpm에서 1시간 정도 교반시킨다. 그런 다음, 볼밀을 사용하여 대략 24시간 밀링하여 원하는 자기유변유체가 제조된다.

상기와 같은 본 비교예에 의한 자기유변유체의 성분을 표 1에, 그 특성실험결과를 표 2에, 8주후의 특성실험결과를 표 3에 나타낸다.

<비교예 2>

본 비교예에 의한 자기유변유체는, 유기점토를 대체하여 상기 자성입자와 함께 흄드 실리카로서 CAB-O-S EH-5 3g(카봇사 제조)을 첨가하는 것과, 분산매체가 177g인 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.

상기와 같은 본 비교예에 의한 자기유변유체의 성분을 표 1에, 그 특성실험결과를 표 2에, 8주 후의 특성실험결과를 표 3에 나타낸다.

<비교예 3>

본 비교예에 의한 자기유변유체는, 분산제로서 스테아르산을 대체하여 소르비탄 모노라우레이트 5g(리젠트 그레이드사 제조)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하므로 그 중복된 설명은 생략한다.

상기와 같은 본 비교예에 의한 자기유변유체의 성분을 표 1에, 그 특성실험결과를 표 2에, 8주후의 특성실험결과를 표 3에 나타낸다.

<비교예 4>

본 비교예에 의한 자기유변유체는, 분산제로서 스테아르산을 대체하여 소르비탄 모노라우레이트 5g(리젠트 그레이드사 제조)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 2과 동일하므로 그 중복된 설명은 생략한다.

상기와 같은 본 비교예에 의한 자기유변유체의 성분을 표 1에, 그 특성실험결과를 표 2에, 8주후의 특성실험결과를 표 3에 나타낸다.

성분	실시예 1		비교예 1		비교예 2		비교예 3		비교예 4
자성입자	750		750		750		750		750
분산제 A	20		-		-		-		-
분산제 B	-		20		20		-		-
분산제 C	-		-		-		20		20
Organo Clay	-		5		-		5		-
흄드 실리카	-		-		3		-		3
에스테르	50		50		50		50		50
분산매체	180		175		177		175		177
합계	1000		1000		1000		1000		1000

단위 : g

자성입자 : 카르보닐 철분말

분산제 A : 자당디스테아레이트

분산제 B : 스테아르산

분산제 C : 소르비탄 모노라우레이트

에스테르 : 다이옥틸 아디페이트

분산매체 : PAO Puresyn4

	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
점도 A	2700	6500	7600	9200	9700
점도 B	18000	12000	14500	15000	16500

점도 A는 off-state일 때, 즉 자기장 비인가시의 점도를 나타내고, 점도 B는 on-state일 때, 즉 자기장 인가시의 점도를 나타내고, 단위는 cps이다.

또한, 점도의 측정은 브룩필드 점도계(미국 브룩필드사 제조 DV Ⅱ pro 점도계)를 사용하여 spindle #4, 60rpm, 40에서 측정하였다.

on-state에서의 점도측정은 500 가우스의 자기장을 인가하여 측정하였다.

	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
세디멘테이션	0.5	2.8	3.6	3.5	4.3
점도C	2800	7400	8100	-	-
점도D	17600	10600	12300	-	-

세디멘테이션은 상기와 같이 제조된 본 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 자기유변유체의 8주후의 상등액의 깊이를 측정한 것으로서, 단위는 cm이다.

점도 C는 상기 자기유변유체들을 8주후에 다시 교반한 후 측정한 자기유변유체의 점도로서, 자기장 비인가시의 점도를 나타내고, 점도 D는 상기 자기유변유체들을 8주후에 다시 교반한 후 측정한 자기유변유체의 점도로서, 자기장 인가시의 점도를 나타내며, 단위나 측정방법등은 상기 표 2의 설명과 동일하다.

상기 표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 자기유변유체는 off-state시의 점도가 가장 낮으며, 또한 on-state시의 점도가 가장 높게 나타났다. 또한, 8주 경과 후의 상등액의 깊이도 가장 적게 나타났으며, 8주 후에 재분산시켜서 점도를 측정한 바, 점도의 변화가 거의 없이 안정됨을 확인할 수 있었다.

이에 비하여, 종래 기술에 의한 자기유변유체는, 8주 후의 상등액의 깊이를 측정한 결과에서 보는 바와 같이, 이른바 딱딱한 경화(hard sedimentation)가 발생하기 시작하였고, 특히 비교예 3 및 4에서는 hard sedimetation의 발생이 심하여 재분산이 불가능한 상태로서 점도를 측정할 수 없는 상태에 도달함을 알 수 있다. 또한, 8주 후의 점도의 변화는 off-state시 점도의 증가가 관찰되었고, on-state시 점도가 낮아지는 현상이 관찰되었다. 이는 장기간 보관중에 입자 간의 인력에 의하여 입자간 응집이 발생한 것에 기인한 것으로 생각되며, 결국 장기간 보관하였을 경우 사용할 수 없는 상태에 이르게 됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 자기유변유체는, 상기 실시예 및 비교예 중에서 분산성이 가장 양호함은 물론, 8주 후의 off-state의 점도의 변화가 거의 없고 on-state의 점도도 초기의 on-state의 점도에 비하여 변화가 거의 없는 것으로 확인된 바와 같이 장기간 보관 후에도 자성입자가 분산매체에 용이하게 재분산될 수 있으므로 상용화에 특히 우수하다는 것을 확인하였다.

본 발명에 의하면, 자당지방산에스테르로 이루어진 분산제는, 복수의 친수기와 친유기를 지니고 분산제 1분자가 상기 자성입자를 입체적으로 둘러싸기 때문에 자성입자들간의 인력을 입체적으로 방해할 수 있는 입체장애(steric hindrance)효과를 더욱 나타낼 수 있어서 자성입자 상호 간의 척력을 유도함으로써 자성입자의 재응집을 방지하여, 자기유변유체의 분산안정성이 양호함은 물론, 장기간 보관시에 자성입자의 침전이 이루어지더라도 자성입자들간의 인력이 작용하여 자성입자가 응집하여 딱딱하게 경화되지 않고 간단한 교반이나 경미한 전단력 작용만으로도 자성입자가 분산매체 내에 용이하게 재분산되게 할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 자기유변유체는 분산안정성이 우수함은 물론 재분산성이 양호하기 때문에, 상용화하기에 적합한 장점을 지닌다.

또한, 본 발명에 의한 자기유변유체의 분산제를 이루는 자당지방산에스테르는 물에도 잘 용해되고, 오일에도 잘 용해되는 성질을 지니고 있기 때문에, 자당지 방산에스테르로 이루어진 분산제는 수계 분산매체는 물론 오일계 분산매체에도 안정적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 자성입자와 분산매체와, 분산제를 포함하여 구성되는 자기유변유체에 있어서,

   상기 분산제는 하기 식으로 표현되는 자당지방산에스테르로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변유체.

   

   (여기서, A는 RCOOCH₂ 또는 CH₂OH를 나타내고, R은 탄소수 10 내지 18의 포화 및 불포화지방산을 나타낸다)
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분산제는 자당지방산모노에스테르와, 자당지방산디에스테르와, 자당지방산트리에스테르의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변유체.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 자당지방산모노에스테르는 상기 혼합물의 30 중량% 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 자기유변유체.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산제는 상기 자기유변유체 전체의 0.5중량% 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 자기유변유체.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자당지방산에스테르는 자당스테아레이트, 자당디스테아레이트, 자당팔미에이트, 자당라우레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자기유변유체.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 분산매체는, 실리콘 오일, 미네랄 오일, 파라핀 오일, 실리콘 공중합체, 화이트 오일, 유압오일, 트랜스유, 할로겐화 유기용매, 디에스테르, 폴리옥시알킬렌, 플루오르화 실리콘, 시아노알킬 실록산, 글리콜, 합성탄화수소오일, 폴리알파올레핀계 오일 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자기유변유체.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 자성입자는 철, 철합금, 산화철, 질화철, 탄화철, 카르보닐 철, 니켈, 코발트, 크롬 디옥사이드, 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자기유변유체.

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