KR20050103190A - 페라이트 자성 분말 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

알칼리 토금속을 구성 성분으로 하는 페라이트 자성 분말으로서, 염소 함유량이 0.05중량% 이하이고, 분체 pH가 6 미만이며, 고무계 수지를 결합제로 하여 고정되는 본드 자석용의 페라이트 자성 분말이다. 당해 자성 분말을 제조하기 위해서는, 알칼리 토금속을 구성 성분으로 하는 페라이트 조성의 소성품을 분쇄한 후 결정 변형을 제거하기 위한 어닐링 처리하고, 당해 어닐링을 거친 분체를 수계 매체 중에 분산시켜 광산으로 중화 처리하고, 분산제를 첨가한 후, 고액 분리하고 감압 건조시켜 염소 함유량이 0.05중량% 이하이고, 분체 pH가 6 미만인 페라이트 자성 분말을 수득한다.

Description

페라이트 자성 분말 및 이의 제조방법{Ferrite magnetic powder and method for production thereof}

도 1은 본 발명에 따르는 페라이트 자성 분말을 고무계 결합제와 혼련한 화합물에 관해서, 전단 속도를 변경한 경우의 점성과 전단 응력의 변화를 대조예 또는 비교예의 것과 대비하여 도시한 도면이다.

발명의 바람직한 형태

페라이트 자성 분말은 그 성분 조성 또는 입자 형태에는 여러 가지가 있지만, 이의 제조방법은 건식법의 경우에는, 일반적으로 원료 배합 →조립 →소성 →분쇄 →수세 ·탈수 →건조 →해쇄 →어닐링 →제품의 제공정으로 이루어진다. 최종 공정의 "어닐링"은 소성후의 분쇄시(또는 건조후의 해쇄시)에 발생한 결정 변형을 제거하기 위한 것이다. 분쇄시 또는 해쇄시에 발생한 결정 변형은 자기 특성 특히 보자력을 저하시키기 때문이다. 이러한 어닐링 공정을 거치면, 페라이트 자성 분말의 pH는 10 내지 12정도가 되어 강알칼리를 나타내게 된다. 이러한 pH 값의 상승은 알칼리 토금속을 함유하는 페라이트 자성 분말의 경우에 특히 현저해진다.

페라이트 자성 분말이 상기와 같이 강알칼리를 나타내면, 고무계 결합제를 변질시켜 화합물의 점성 또는 유동성에 큰 악영향을 미친다. 또한, 상기한 어닐링 공정을 거친 페라이트 자성 분말은 첨가물 및 원료의 불순물 성분 등으로부터의 잔류 성분이 검출된다. 그 잔류 성분이 혼련 ·성형후에 고무계 본드 자석의 열화에 기여하는 요인이 되는 경우가 있지만, 이 중에 염소가 특히 나쁜 영향을 주는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 어닐링된 페라이트 자성 분말을 우선 수중에 현탁시키고, 바람직하게는 양호하게 교반하고, 여기에 광산을 첨가한다. 상기한 처리에 의해서, 당해 자성 분말에 동반되는 염소는 거의 무해한 수준으로까지 저하시킬 수 있고, 더구나 분체 pH를 6 미만으로까지 낮춤으로써, 고무계 본드 자석의 성형품의 품질 열화를 방지할 수 있는 것을 알 수 있다. 광산으로서는 황산의 사용이 바람직하다.

광산을 사용하여 어닐링 분말의 현탁액을 중화하면, 고액 분리한 후의 건조시에 응집되기 쉬워지지만, 적절한 응집 방지 처리를 실시하면 건조시의 응집을 회피할 수 있는 것을 알 수 있다. 응집 방지 처리는 일반적으로는 흡착수가 적은 무기물의 첨가, 지방산 아미드계 또는 불소화 지방산 등의 고착 방지제의 첨가 또는 실리카계 표면 처리제 또는 계면활성제에 의한 표면 처리 등이 고려되지만, 본 발명에 의한 응집 방지 처리는 건조 공정전에 분산제(계면활성제)를 첨가하고, 고액 분리후의 건조 공정을 감압 하에서 실시하여 응집의 발생을 방지하는 것을 내용으로 한다.

이렇게 하여, 어닐링후의 페라이트 자성 분말에 대하여, 수중에서 습식 처리된 후의 건조품은 염소 함유량이 0.05중량% 이하, 바람직하게는 0.02중량% 이하에서 분체 pH가 6 미만이 되고, 당해 건조품은 고무계 결합제와의 비반응성 ·친화성이 양호하고, 그 성형품의 절곡 강도를 향상시킬 수 있다. 이 결과, 고무계 본드 자석의 특징을 몇 년이 지나도 지속하여 유지할 수 있다.

본 명세서에서, 페라이트 자성 분말의 pH 값은 JIS K 5101의 측정법에 따라 수득되는 것을 의미한다. 본 발명이 대상으로 하는 페라이트 자성 분말은 그 성분 조성이 한정되는 것은 아니지만, 알칼리 토금속을 구성 성분으로 하는 페라이트 자성 분말에 대하여 특히 유익하다. 당해 페라이트 자성 분말을 고정시키기 위한 고무계 결합제에 관해서도, 고무계의 것이면 특별히 제한은 없지만, 가황 가능한 고무, 예를 들면, NBR(아크릴로니트릴 ·부타디엔계 고무), EPDM(에틸렌 ·프로필렌 ·디엔 단량체 고무) 또는 고무 탄성을 갖는 열가소성 수지, 예를 들면, CPE(염소화폴리에틸렌, 가소화 PVC(가소화 염화 비닐 수지), EVA(에틸렌·아세트산 비닐 공중합체) 등이 적용 가능하고, 또한 클로로설폰화 폴리에틸렌, 실리콘 고무 등도 사용 가능하다.

실시예 1

산화철과 탄산스트론튬을 몰 비 5.75가 되도록 칭량 혼합하고, 이를 물로 조립(造粒)하여 건조시킨 후, 로(爐) 중에서 1,290℃로 4시간 동안 소성하였다. 상기한 소성품을 조쇄(粗碎)하고, 추가로 습식 밀로 습식 분쇄하여 평균 입자 직경 1.4㎛의 스트론튬 페라이트 자성 분말을 수득하였다. 당해 자성 분말을 로 중에서 980℃로 1시간 동안 어닐링하였다. 수득된 어닐링 제품은 염소를 0.055중량% 함유하고, JIS K 5101의 측정법에 의한 pH가 10.22이었다.

당해 자성 분말 12,000g을 물과 혼합하여 펄프 농도 25중량%의 현탁액으로 하고, 당해 현탁액을 교반하면서, 현탁액에 대한 황산 농도가 0.10%가 되도록 황산을 첨가하고, 추가로 15분 동안 교반하였다. 그 후, 데칸테이션에 의해 수세를 실시하고, 분산제로서 사피놀(Safinol) CT151[닛신 가부시키가이샤(日信株式會社) 제조 제품의 상품명]을 페라이트 자성 분말에 대하여 0.25%가 되는 양으로 첨가하고, 추가로 10분 동안 교반하였다. 이어서, 탈수하여 수득된 케이크를 감압 하에서 건조시킨 후, 고속 교반식 해쇄기로 해쇄하고, 평균 입자 직경이 1.4㎛인 스트론튬 페라이트 자성 분말을 수득하였다. 수득된 자성 분말을 화학 분석한 결과, 0.01중량%를 초과하는 염소는 검출할 수 없었다. 또한, pH를 측정한 결과, pH가 4.9이었다.

수득된 자성 분말 136.1g과 NBR 13.5g을 라보플라스토밀(Labo Plastomill)[토요세이키세사쿠쇼(東洋精機製作所) 제조]에 장전하고, 80℃의 온도에서 10분 동안 혼련하고, 일단 배출한 후 다시 동일한 조건으로 혼련을 실시하였다. 수득된 혼련물을 6인치 롤로 압연하여 시트화하고, 이를 재단하여 두께 3mm, 폭 2mm ×길이 50mm의 샘플 몇 장(친화성 평가용)과, 두께 3mm, 폭 20mm ×길이 50mm의 샘플(성형품의 열화성 평가용)을 작성하였다.

친화성 평가는, 전단 속도(SR: Share rate), 점도(Viscosity), 전단 응력(Share stress)을 캐피로그래프(Capirograph)[토요세이키세사쿠쇼 제조]로 측정하여 실시하였다. 측정 결과를 도 1에 도시하였다. 도 1은 횡축에 전단 속도(sec^-1)를 취하고, 세로축에 점도(PaS) 및 전단 응력(Pa)을 취하고, 전단 속도를 바꾸었을 때의 점도와 전단 응력의 변화를 나타낸 것이다. 도 1에는 대비를 위해 어닐링된 단계의 자성 분말(상기한 바와 같이, 염소 함유량이 0.055중량%이고, pH가 10.22인 자성 분말에 대해(이를 "대조예"이라 기재하였다), 동일한 친화성 평가를 실시한 결과도 병기하였다.

도 1의 결과로부터, 대조예의 것과 비교하여 본 실시예의 자성 분말은 고무와의 화합물 혼련물에 있어서, 점도 및 전단 응력이 모두 낮은 값을 나타내고, 고무계 결합제와의 친화성이 양호한 것을 알 수 있다.

성형품의 열화성 평가는, 시트를 100℃에서 5일 동안 유지한 후 실온으로 냉각시킨 다음, 당해 시트를 22mmΦ의 통에 감는 절곡 강도 시험을 실시하고, 시트 곡면의 균열 상태를 다음 3단계 평가를 실시한 결과, 본 실시예의 열화성 평가는 A 등급이었다. 이에 대하여, 대조예의 어닐링된 단계의 자성 분말의 것은 C 등급이었다.

A: 균열이 전혀 관찰되지 않는다.

B: 길이 3mm 미만의 균열이 관찰된다.

C: 길이 3mm 이상, 폭 0.1mm 이상의 균열이 관찰된다.

참고예

황산의 첨가시에, 황산 농도가 0.10%에서 0.05%가 되도록 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 반복하였다. 수득된 자성 분말을 화학 분석한 결과, 0.01중량%를 초과하는 염소는 검출되지 않고, 분체의 pH는 6.6이었다.

당해 참고예의 분체를 실시예 1과 동일한 친화성 평가 시험에 제공하고, 그 결과를 도 1에 병기하였다. 또한, 당해 분체를 실시예 1과 동일한 성형품의 열화성 평가시험에 제공한 결과, B 단계이었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고무계 결합제에 대해 비반응성 ·친화성이 우수한 페라이트 자성 분말이 수득되고, 당해 자성 분말을 사용한 고무계 본드 자석은 성형품의 인성이 우수하고, 굴곡 변형을 받은 상태에서도 균열 등이 발생하지 않기 때문에, 고무계 본드 자석의 특징인 변형성을 손상시키지 않는 우수한 효과를 나타낸다.

본 발명은 고무계 수지 결합제로 고정되는 본드 자석용의 페라이트 자성 분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

결합제로서 고무계 수지를 사용하는 고무계 본드 자석에서는 사용하는 자성 분말의 특성은 물론 고무계 결합제로의 자성 분말 충전율의 다과(多寡)가 자기 특성에 크게 영향을 준다. 고무계 결합제 중에서의 자성 분말의 충전율은 자성 분말의 입자 직경 또는 입도 분포, 입자의 형상 또는 표면 형태, 고무계 결합제의 종류 등의 여러 가지 인자에 영향을 받지만, 기본적으로는 고무계 결합제 본래의 성질을 변질시키지 않고 고무계 결합제와의 융합이 양호한 자성 분말인 것이 요구된다. 본 명세서에 있어서, 고무계 결합제의 본래의 성질을 열화시키지 않는 자성 분말의 성질을 "자성 분말의 비반응성"이라고 칭하고, 고무계 결합제와의 융합성을 "자성 분말의 친화성"이라고 칭한다.

자성 분말의 비반응성 ·친화성이 양호하지 않으면, 고무계 결합제와의 혼련시 또는 혼련물(화합물)의 성형시에 점성이 높아져 유동성이 저하되고, 이로 인해 기계적 스트레스가 자성 입자에 가해진다. 기계적 스트레스가 자성 입자에 가해지면, 변형이 발생하고 보자력(保磁力)을 저하시킨다.

페라이트 자성 분말의 비반응성 ·친화성은, 예를 들면, 혼련물의 점도 또는 전단 응력의 측정에 의해서 평가할 수 있다. 점도 또는 전단 응력이 작을수록, 수지와의 비반응성 ·친화성(상용성)이 양호하다고 말할 수 있다.

특허 문헌 1[참조: 일본 공개특허공보 2001-160506호]에는, 페라이트 조성의 소성품을 분쇄한 후, 어닐링 처리하여 수득한 pH 9 이상의 페라이트 자성 분말을 수중에 현탁시키고, 당해 현탁액에 탄산 가스를 불어 넣음으로써, 탄소 함유량이 0.010 내지 0.040중량%이고, pH가 6 내지 9 미만인 페라이트 자성 분말을 수득하는 것으로 교시되어 있고, 당해 자성 분말은 수지계 결합제와의 비반응성 ·친화성이 우수하다고 기재되어 있다. 또한, 특허 문헌 1에는 탄산 가스 불어 넣기 대신 광산을 첨가하는 중화 처리에서는, 그 건조품에는 응집이 일어나고, 상당히 강도가 있는 해쇄 처리를 필요로 하며, 이런 경우 내부 변형의 발생을 전무하게 하는 것이 곤란하다고 교시되어 있다.

특허 문헌 2[참조: 일본 특허공보 제3294507호]에는, 동일하게 어닐링을 거친 페라이트 자성 분말을 CO₂ 원과 교반하에 접촉시킴으로써, 탄소 함유량이 0.015 내지 0.080중량%이고, pH가 7 내지 10 미만인 페라이트 자성 분말을 수득하는 것으로 교시되어 있고, 당해 자성 분말은 수지계 결합제와의 비반응성 ·친화성이 우수하다고 기재되어 있다.

고무계 본드 자석은 가요성인 점에서 기기로의 장착에 유연하게 대응할 수 있다는 특징이 있고, 예를 들면, 시트상의 고무계 본드 자석이면, 곡면이 있는 개소에서도 그 곡면에 따라 당해 시트를 장착할 수 있다. 상기한 본드 자석의 탄성적(인성적)인 성질이 자성 분말의 성질에 유래하여 열화되는 경우가 있다. 고무계 본드 자석의 이러한 성형품 특성의 열화성을 자성 분말측으로부터의 인자로서 보고된 예는 없다.

고무계 본드 자석에 있어서, 소정의 형상으로 성형된 후의 성형품이 그 인성이 열화하거나 형상이 변화되면, 일반적으로 자기 특성의 열화를 야기한다. 예를 들면, 고무계 본드 자석의 특성을 살려 시트형 성형품을 곡면 형상을 따라 굴곡 변형하면서 장착한 경우, 균열이 발생하거나 하면 본드 자석의 그 자체의 기능이 저하되는 경우가 있다. 본드 자석 성형 후의 장수명화에 있어서의 자성 분말측으로부터의 대책은 지금까지 구체화되어 있지 않았다.

따라서, 본 발명은 본드 자석 성형 후에 있어서의 자기 특성의 열화를 일으키는 자성 분말측으로부터의 원인을 밝히고, 그 원인을 제거한 고무계 본드 자석용의 페라이트계 자성 분말을 수득하는 것이다.

발명의 개시

상기한 과제는 알칼리 토금속을 구성 성분으로 하는 페라이트 자성 분말으로서, 염소 함유량이 0.05중량% 이하이고 분체 pH가 6 미만인 페라이트 자성 분말에 의해서 달성할 수 있는 것을 알 수 있다. 이러한 자성 분말을 수득하기 위해서는, 알칼리 토금속을 구성 성분으로 하는 페라이트 조성의 소성품을 분쇄한 후 결정 변형을 제거하기 위한 어닐링 처리하고, 당해 어닐링을 거친 분체를 물에 분산시켜 광산으로 중화 처리하고, 분산제를 첨가한 후 고액 분리하여 감압 건조시키는 것이 양호하다. 분산제를 첨가한 경우에 감압 건조시키면, 감압하지 않은 경우와 비교하여 응집 방지의 효과가 높아지는 것을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 알칼리 토금속을 구성 성분으로 하는 페라이트 자성 분말로서, 염소 함유량이 0.05중량% 이하이고 고무계 수지를 결합제로 하여 고정되는, 본드 자석용의 페라이트 자성 분말.
2. 알칼리 토금속을 구성 성분으로 하는 페라이트 자성 분말로서, 염소 함유량이 0.05중량% 이하이고 분체 pH가 6 미만이며 고무계 수지를 결합제로 하여 고정되는, 본드 자석용의 페라이트 자성 분말.
3. 알칼리 토금속을 구성 성분으로 하는 페라이트 조성의 소성품을 분쇄한 후, 결정 변형을 제거하기 위해 어닐링 처리하고, 어닐링을 거친 분체를 수계 매체 속에 분산시켜 광산(mineral acid)으로 중화 처리하고, 분산제를 첨가한 후, 고액 분리하고, 감압 건조시켜, 염소 함유량이 0.05중량% 이하이고 분체 pH가 6 미만인 페라이트 자성 분말을 제조하는 방법.
4. 염소 함유량이 0.05중량% 이하이고 분체 pH가 6 미만인, 알칼리 토금속을 구성 성분으로 하는 페라이트 자성 분말을 고무계 수지로 굳힌 본드 자석.