KR20100106445A

KR20100106445A - 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 컨디셔닝을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100106445A
Application number: KR1020107014505A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 가브리엘; 귄터 외터; 크리스토퍼 키부르크; 위르겐 피스터; 마르틴 라운
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-10-01
Also published as: CN101925399A; EP2217359A1; JP2011505236A; WO2009068535A1; US20100307601A1

Abstract

본 발명은 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 컨디셔닝 방법으로서, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 갭(3)을 통해 전달하여 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 전단을 유도하는 방법에 관한 것이다. 자기장을 상기 갭(3)에 인가시켜 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 상기 자기장 존재 하에 전단시킨다. 본 발명은 또한 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 컨디셔닝하기 위한 장치로서, 자화성 입자를 함유하는 현탁액에 전단력을 인가하기 위해서, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 통과하여 흐르는 1 이상의 갭(3)을 포함하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 또한 1 이상의 갭(3)에 자기장을 발생시키기 위한 1 이상의 자석을 함유한다.

Description

자화성 입자를 함유하는 현탁액의 컨디셔닝을 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONDITIONING A SUSPENSION CONTAINING MAGNETIZABLE PARTICLES}

본 발명은 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 컨디셔닝을 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 컨디셔닝을 위한 장치에 관한 것이다.

자화성 입자를 함유하는 현탁액은 매우 광범위한 목적으로 사용된다. 예를 들어, 상기 액체는 자기 저장 매체용 자성 코팅제로서 사용된다. 다른 적용 분야는 실링 액체로서 또는 자기유변 액체(magnetorheological liquid)로서의 용도를 포함한다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 통상적으로 베이스 액체, 자화성 입자, 분산제 및 요변성 부여제를 함유한다.

상기 현탁액의 질은 상기 자화성 입자가 서로 잘 분리되는 경우 및 상기 현탁액 중 입자가 입자 표면 상에서 분산제로 커버링될 경우에 상응하여 우수하다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 필수 특성, 특히 현탁액의 점도 및 질은 이에 영향을 받는다. 상기 현탁액이 극성이 매우 상이한 성분들로 구성되는 경우, 표면 활성 물질이 흔히 첨가된다. 미셀, 멤브레인 및 계면활성제 다중층은 또한 양 및 표면적 비율에 따라 형성될 수 있다.

현탁액 중 자화성 입자의 침강 안정성을 향상시키기 위해서, 자기유변 액체에 유기무기질 점토를 첨가하는 것이 US-B 6,203,717의 실시예에 알려져 있다. 높은 전단 응력을 상기 현탁액에 적용하여 상기 유기무기질 점토를 박층시킨다.

자기유변 액체 중 입자를 균일한 크기로 유도하기 위해서, 액체가 갭(gap)에 함유하는 입자에 의해 상기 액체를 전단시키는 것이 US-A 2004/0050430에 공지되어 있다. 이를 위해, 입자를 함유하는 상기 액체는 상기 갭을 통해 가압된다. 자기유변 액체의 특성을 향상시키기 위한 또다른 방법이 EP-B 0 672 294에 공지되어 있다. 여기서, 오염 생성물을 연마 방법에 의해, 예를 들어 연마 첨가제를 첨가하여 상기 입자 표면으로부터 제거한다. 상기 오염 생성물을 제거한 한 후, 상기 입자를 즉시 용매에 혼합하여 상기 오염 생성물, 예컨대 산화물 층이 재형성하는 것을 방지한다.

EP-B 0 755 563에는 입자의 90% 이상이 보호층으로 둘러싸인 자기유변 물질이 개시되어 있다. 상기 보호층은 경화성 중합체, 열가소성 물질, 비자성 금속, 세라믹 또는 이의 조합으로부터 제조된다. 상기 보호층을 도포하여 자기유변 물질의 높은 최대 전단 응력을 달성하고 사용 기간 중 이를 보호한다. EP-A 0 875 790에는 유기 중합체로 코팅된 자화성 입자를 함유하는 자기유변 액체가 개시되어 있다. 이러한 경우, 상기 자화성 입자를 코팅하여 연마성 및 침강 민감성을 감소시킨다.

상기 자화성 입자의 침강을 방지하기 위해서, 자기유변 윤활제에 증점제를 첨가하는 것이 US-B 6,547,986에 공지되어 있다. 증점제의 양은 상기 자화성 입자의 침강 거동을 향상시키도록 선택한다.

자화성 입자를 함유하는 현탁액을 사용자 일부 상의 자기장 내 전단 조건으로 처리하는 경우, 현탁액 특성의 변화가 발생할 수 있으며, 기본 점도가 증가할 수 있다. 이러한 변화는 또한 사용 중 증점(IUT: in-use thickening) 현상이라 언급된다.

본 발명의 목적은 종래 기술에서 알려진 현탁액 특성 변화, 예컨대 점도 상승 또는 침강 특성 변경을 사용 중에 방지하는, 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 컨디셔닝 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 사용 중 증점 현상을 이를 장치 내에 사용할 시에 감소시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 상기 용어 컨디셔닝은 자화성 입자를 함유하는 현탁액이, 그 현탁액 또는 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 이용하는 장치가 사용자에게 전달되기 전에 거치는 공정을 나타낸다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 방법을 실시하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 컨디셔닝 방법으로서, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 갭 사이에 전달하여 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 전단을 유도하는 방법으로 달성한다. 자기장을 상기 갭에 인가시켜 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 상기 자기장 존재 하에 전단시킨다.

본 발명과 관련한 자성 입자를 함유하는 현탁액은 일반적으로 자화성 입자 및 액체를 함유한다. 이는 또한 임의로 첨가제를 함유할 수 있다.

상기 자화성 입자는 종래 기술로부터 공지된 임의의 입자일 수 있다.

상기 자화성 입자는 통상적으로 평균 직경이 0.1∼500 μm, 바람직하게는 0.1∼100 μm, 특히 바람직하게는 1∼50 μm이다. 자화성 입자의 형태는 균일하거나 균일하지 않을 수 있다. 특히, 이는 구형, 막대형 또는 바늘형 입자일 수 있다. 실질적으로 구형인 배치의 자화성 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 대략적으로 구형인 입자는, 예를 들어 용융 금속(스프레이 분말)을 분무하여 얻을 수 있다.

자화성 입자, 특히 입도 분포가 상이하고 및/또는 상이한 물질로 제조된 자화성 입자들의 혼합물을 적용하는 것이 또한 가능하다.

상기 자화성 입자는 바람직하게는 철을 함유하는 입자, 니켈을 함유하는 입자 또는 코발트를 함유하는 입자로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 이는, 예를 들어 철의 입자, 철 합금, 철 산화물, 철 질화물, 철 탄화물, 카르보닐-철, 니켈, 코발트, 스테인레스 스틸, 실리콘 스틸, 합금 또는 이들의 혼합물이다. 예를 들어, 이산화크롬의 입자가 그럼에도 또한 함유될 수 있다.

상기 자화성 입자는 또한 코팅을 가질 수 있으며; 예를 들어 절연 또는 부식 억제 무기 물질, 예를 들어 규산염, 인산염, 산화물, 탄화물 또는 질화물로, 다른 금속으로 또는 1 이상의 중합체로 코팅된 철 분말을 사용할 수 있다.

상기 자화성 입자는 카르보닐-철 분말(CEP) 형태로 존재하는 것이 바람직하다. 상기 카르보닐-철 분말은 바람직하게는 철 펜타카르보닐의 분해에 의해 생성되는 것이 바람직하다. 다양한 유형의 CEP가 당업자에게 공지되어 있다. 열분해에 의해 수득한 경질 CEP 유형 이외에도, 환원된 카르보닐-철 분말을 또한 사용할 수 있다. 이러한 분말은 덜 거칠며, 기계적으로 보다 연하다. 경질이고 환원된 CEP 유형의 표면 처리된 형태는 다양한 방법으로 유도된다. 가장 일반적인, 처리된 카르보닐-철 분말은 규산염 또는 인산염으로 코팅된다. 그럼에도 다른 변성이 또한 가능하다. 카르보닐-철 분말들 사이를 구분 짓는 추가적인 기준은 입자 각각의 크기 분포이며, 이는 도포 특성 상에 실질적인 영향을 미칠 수 있다. 분산된 카르보닐-철 분말은 평균 직경이 1∼30 μm 범위에 있다. 원칙적으로, 모든 카르보닐-철 분말 유형이 적합하다. 특정 선택은 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 사용 조건에 의해 좌우된다.

상기 자화성 입자는 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액에 그 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 총부피로 나타내어 15∼49 부피%, 특히 바람직하게는 20∼48 부피% 비율로 함유되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 물 또는 유기 용매는 자화성 입자를 분산시키는 베이스 용액으로서 적합하다. 적합한 유기 용매로는, 예를 들어 폴리-α-올레핀, 파라핀 오일, 유압 오일, 에스테르 오일, 염소화 방향족을 함유하는 오일뿐만 아니라, 염소화 및 불화 오일이 있다. 더욱이, 실리콘 오일, 불화 실리콘 오일, 폴리에테르, 불화 폴리에테르 및 폴리에테르 폴리실록산 중합체가 또한 적합하다. 마찬가지로, 탄소 원자가 5개 미만인 카르복실산의 아미드 유도체 또는 알콜뿐만 아니라 수용성 아민이 베이스 용액으로서 적합하다. 적합한 베이스 용액으로는, 예를 들어 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 알킬 알콜, 메르캅토에탄올, 글리세롤, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 펜탄-2,4-디올, 헥산-2,5-디올, 부탄-1,3-디올, 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, N-히드록시에틸프로필렌 디아민, 모르폴린, N-메틸 모르폴린, 트리에탄올아민, 포름아민드, 아세트아민 등이 있다. 개방형 또는 말단기 종결된 알콜 알콕실레이트 및 이온성 액체가 더욱 적합하다. 앞서 언급된 액체는 임의로 서로 혼합하여 적합한 베이스 액체를 얻을 수 있다. 그러나, 특히 바람직하게는 베이스 액체는 폴리-α-올레핀이다.

상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 또한 1 이상의 첨가제를 함유할 수 있다. 상기 첨가제는 일반적으로 요변성 부여제, 점도 개질제, 증점제, 분산제, 표면활성 첨가제, 항산화제, 마찰저감제/윤활제 및 부식 방지제로 구성된 군으로부터 선택된다.

점도 조절제는, 예를 들어 베이스 액체에 가용성인 중합체 첨가제 또는 용매일 수 있으며, 이는 제제의 점도를 변경시킨다. 적합한 점도 조절제로는, 예를 들어 극성 용매, 예컨대 물, 아세톤, 아세토니트릴, 분자 알콜, 아민, 아미드, DMF, DMSO, 또는 중합체 첨가제, 예를 들어 비개질 또는 개질 폴리사카라이드, 폴리아크릴레이트 및 폴리우레아가 있다.

상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 점도 조절제로서 작용하는 첨가제를 함유하는 경우, 이는 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 총중량으로 나타내어 각 경우에 바람직하게는 0.01∼13 중량%, 특히 바람직하게는 0.01∼11 중량%, 특히 0.05∼10 중량%의 농도로 함유된다.

요변성 투여제는 흐름 한정을 설정하여 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 액체 중 입자의 침강에 대응하는 첨가제이다. 상기 요변성 부여제는 스멕타이트 군의 천연 및 합성 층상 규산염(임의로 소수성 개질된 층상 규산염, 예를 들어 몬모릴로나이트형, WO 01/03150 A1로부터 공지됨), 실리카 겔(비결정질), 분산 이산화규소(US 5,667,715로부터 공지됨), 섬유성 규산염(예를 들어, 마이크로화 세피오라이트 또는 아타풀자이트), 탄소 입자(US 5,354,488) 실리카 겔 및 폴리우레아(DE 196 54 461 A1로부터 공지됨)로 구성된 군으로부터 선택된다. 중합체 탄수화물을 기반으로 하는 요변성 부여제, 예컨대 크산탄 또는 갈락토만난 유도체, 구아르 유도체 및 이온성 또는 비이온성 셀룰로스 또는 전분 에테르가 사용될 수 있다.

사용될 수 있는 층상 규산염의 예로는 벤토나이트, 몬모릴로나이트, 헥토라이트 또는 합성 층상 규산염, 예컨대 록우드 어디티브즈 리미티드(Rockwood Additives Ltd.)로부터의 Laponite® 및 이의 변성 이형이 있다. 더욱이, 소수성 개질되어 폴리-α-올레핀 및 실리콘과 같은 소수성 용매로 적용되는 층상 실리케이트를 사용하는 것이 또한 가능하다.

상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 요변성 부여제로서 작용하는 첨가제를 함유하는 경우, 이는 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 총중량으로 나타내어 각 경우에 바람직하게는 0.01∼10 중량%, 특히 바람직하게는 0.01∼5 중량%, 특히 0.05∼1 중량%로 함유된다.

분산제는 자화성 입자의 침강 후 액체 중 그 자화성 입자의 재분산성을 향상시키고 이의 응집을 방지하는 첨가제이다. 적합한 분산제로는, 예를 들어 중합체 분산제, 예컨대 폴리사카라이드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 특히 폴리-히드록시스테아르산, 알키드 수지, 장쇄 알콕실레이트뿐만 아니라, 폴리알킬렌 산화물, 예를 들어 BASF AG로부터의 Pluronic® 있으며, 이는 폴리산화에틸렌-폴리산화프로필렌-폴리산화에틸렌 블록 공중합체 및 폴리산화프로필렌-폴리산화에틸렌-폴리산화프로필렌 블록 공중합체를 포함한다. 다른 가능한 분산제로는 음이온성, 양이온성, 양성(amphoteric) 및 비이온성 계면활성제가 있으며, 이는 당업자에게 공지되어 있고 상세히 설명할 필요가 없다. 당 계면활성제 및 알콜 알콕실레이트가 비이온성 계면활성제의 예로서 언급될 수 있으며; 카르복실산 염, 예를 들어 올레레이트 및 스테아레이트, 알킬 설페이트, 알킬 에테르 설페이트, 알킬 포스페이트, 알킬 에테르 포스페이트 및 알킬 설포네이트가 음이온성 계면활성제의 예로서 언급될 수 있고, 알킬 아민 산화물이 양성 또는 쯔비터이온 계면활성제의 예로서 언급될 수 있다.

상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 분산제로서 작용하는 첨가제를 함유하는 경우, 이는 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 총중량으로 나타내어 각 경우에 바람직하게는 0.01∼5 중량%, 특히 바람직하게는 0.05∼1 중량%의 농도로 함유된다.

상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 또한 임의로 다른 첨가제, 예를 들어 마찰저감제, 예컨대 Teflon 분말, 황화몰리브덴 또는 그래파이트 분말, 부식 억제제, 마모방지 첨가제 및 항산화제를 함유할 수 있다.

분산 효율은 자기장 존재 하에 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 전단시켜 상당히 증가시킬 수 있다.

종래 기술에 알려진 바와 같이 자기장 부재 하에 전단시키는 것에 대조적으로, 자기장 존재 하에 전단시키는 것은 현탁액 특성을 향상시킨다는 것이 확인되었다. 따라서, 더욱 안정한 현탁액을 생성할 수 있으며, 이는 자기장 중 전단 조건을 다시 거치더라도 어떠한 점도 상승도 나타내지 않는다. 사용 중 증점 문제가 감소하고, 자화성 입자의 재분산성 향상이 달성된다.

사용 중 전단 하의 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 열안정성이 또한 향상된다.

또한, 예를 들어 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 생성 중 보다 긴 분산 시간이 자기장의 존재 하의 전단을 대신할 수 없다는 것이 확인되었다. 자기장 존재 하에 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 전단시키는 것은 보다 긴 분산 시간에 비해 보다 향상된 특성을 유도한다.

컨디셔닝 전에, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 분산 방법으로 제조하는 것이 일반적이다. 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 전단시키는 것은, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 전달되는 갭, 즉, 전단갭을 서로 상대적으로 이동하는 2 이상의 표면으로 한정함으로써 달성할 수 있다. 2 이상의 표면의 상대적인 이동은, 예를 들어 한 표면이 부동이고 제2 표면이 이동함으로써 달성될 수 있다. 대안으로서, 상이한 속도 또는 반대 반향으로 상기 2개의 표면을 이동시키는 것이 또한 가능하다.

상기 현탁액을 제조하기 위해서, 예를 들어 Ultra-Turrax® 또는 볼밀을 사용한다. 상기 Ultra-Turrax®는 고속 회전 블레이드를 갖는 교반 막대이다. 상기 블레이드는 24,000 rpm까지 회전한다. 이는 생성하려는 상기 현탁액 중 상기 자화성 입자 및 임의로 분산제 및 첨가제의 분배를 유도하는 매우 높은 전단력을 발생시킨다. 이러한 현탁액은 또한 볼밀에서 제조할 수 있다. 매우 미세한 분산액은 이러한 방식으로 제조한다. 이와 같이 생성한 분산액의 특성을 더욱 향상시키기 위해서, 이후 자기장의 존재 하에 전단시켜 컨디셔닝하는 것은 본 발명에 따라 실시한다.

바람직한 실시양태에서, 자화성 입자 및 용매, 및 임의로 첨가제는 마찬가지로 분산 방법으로 자기장 존재 하에 혼합한다. 자화성 입자를 함유하는 상기 현탁액의 특성의 향상은 마찬가지로 자기장 존재 하에 분산시켜 달성한다.

상기 현탁액 중 자화성 입자의 농도에 따라, 자기장의 강도 또는 전단갭 중 자성 플럭스 밀도는 전단 위치에서 조절가능한 것이 바람직하다. 적합한 자성 플럭스 밀도는 바람직하게는 0.05∼1.2 T 범위에 있다. 상기 자기장의 강도는 0.1∼1 T 범위에 있는 것이 특히 바람직하다.

자성 플럭스 밀도를 조절할 수 있기 위해서, 자기장을 발생시키는 데 전자석을 사용해야 한다는 것과 상기 자기장 선분(magnetic field line)이 전단면에 수직이어야 한다는 것이 바람직하다.

상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 전단시키는 것은, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 전달되는 갭을 서로 상대적으로 이동하는 2 이상의 표면으로 한정함으로써 달성할 수 있다.

상기 갭이 서로 상대적으로 이동하는 2 이상의 표면으로 한정되는 경우, 한 표면이 고정자 플레이트이고 다른 하나의 표면이 상기 고정자 플레이트에 대면하는 회전자 플레이트에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 상기 회전자 플레이트는 중심축 둘레에서 회전하는 것이 바람직하다. 상기 고정자 플레이트 및 회전자 플레이트는 일반적으로 고정자 플레이트가 둘레에서 회전하는 축이 상기 고정자 플레이트에 수직으로 연장하도록 배치된다.

대안 실시양태에서, 상기 전단갭은 서로 삽입된 2개의 동축 실린더에 의해 한정된다. 이러한 경우에, 상기 전단갭은 내부 실린더의 외부 반경 및 외부 실린더의 내부 반경에 의해 형성된다. 상기 갭 중 전단은 공동축 둘레에서 회전 이동하는 실린더를 서로 상대적으로 이동시켜 유도한다. 2개의 상이한 배치가 원칙적으로 본 원에서 예상될 수 있다: 제1 변형예에서, 상기 외부 실린더가 회전하는 반면에 내부 실린더는 정치하며, 토크 측정(쿠에트 시스템(Couette system))에 사용된다. 제2 실시양태에서, 외부 실린더가 정치하는 반면에 내부 실리더는 구동되며, 토크 측정이 동시에 실시된다(설 시스템(Searle system)). 상기 2개의 실린더는 동일한 축에 놓이며, 이는 전단갭에 평행하게 배치된다. 전단 중, 상기 전단갭은 바람직하게는 전단면에 수직인 자기장에 노출된다. 현탁액으로 충전가능한 부피가 상기 전단갭에 의해 주로 형성되게 된다는 것이 유리하다. 내부 및 외부 실린더의 바닥부 또는 정상부 표면의 간격은 전단갭의 높이 정도로 가능한 작게 선택되어야 한다. 실린더 배치를 통한 흐름의 경우, 흐르지 않은 어떠한 불용 부피(dead volume)도 형성되는 것이 가능하지 않게 된다.

대안적인 실시양태에서, 상기 전단갭은 실린더 측면 및 그 실린더에 삽입된 스크류 샤프트에 의해 한정된다(압출기 원리). 2 이상의 스크류 샤프트를 갖는 압출기를 또한 예상할 수 있다. 전단갭에 위치하는 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 전단 중 자기장에 노출되며, 이는 현탁액 점도의 상당한 향상을 확보한다. 상기 자기장은 적합한 전자석 또는 영구 자석에 의해 실린더를 통해 외부로부터, 또는 적합한 자기장 발생기에 의해 스크류을 통해 내부로부터 인가될 수 있다.

또다른 대안 실시양태에서, 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 전달되는 갭은 채널이다. 상기 전단은 단지 작은 단면을 갖는 채널에 의해 실시된다. 따라서, 큰 압력 강하가 채널에 생성될 수 있다. 전단 응력이 압력 강하로 인해 자화성 입자를 함유하는 현탁액 상에 작용하여, 현탁액의 전단이 달성된다. 상기 갭이 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 흐르는 채널의 형태로 고안되는 경우, 단면은 장방형인 것이 바람직하다. 이러한 경우, 한 자석 요크가 상기 채널 상에 배치될 수 있으며, 다른 하나가 그 밑에 배치될 수 있어, 자기장이 채널에 발생한다. 대안으로서, 물론 채널은 임의의 다른 바람직한 단면을 가질 수 있다. 그러나, 장방형 채널에 대조적으로, 자기장의 필드 분포는 이러한 경우에 이상적이지 않다.

본 발명은 또한 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 컨디셔닝하기 위한 장치로서, 자화성 입자를 함유하는 현탁액에 전단력을 인가하기 위해, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 통과하여 흐르는 1 이상의 갭을 포함하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 또한 1 이상의 갭에 자기장을 발생시키기 위한 1 이상의 자석을 함유한다.

1 이상의 갭에 자기장을 발생시키기 위해서, 상기 1 이상의 자석을 그 자석의 극이 상기 갭의 반대측에 있도록 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 자기장은 상기 갭 중 전단면에 수직으로 발생한다.

필요한 자기장을 인가시킬 수 있기 위해서 및 임의로 상기 자기장의 강도를 변경할 수 있기 위해서, 상기 자석은 전자석인 것이 바람직하다. 대안적으로, 물론 또한 1 이상의 전자석 대신에 1 이상의 영구 자석을 사용하는 것이 바람직하다. 전자석 및 영구 자석 둘 모두를 사용하는 것이 또한 가능하다. 상기 자기장이 조절가능한 경우, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 조성이 상이한, 특히 상기 현탁액에 함유된 자화성 입자의 농도가 상이한 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 컨디셔닝하는 데 사용할 수 있다. 상기 자기장의 강도는 이러한 경우에 컨디셔닝하려는 자화성 입자를 함유하는 상기 현탁액에 개별적으로 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 제1 실시양태에서, 상기 1 이상의 갭은 서로 상대적으로 이동할 수 있어 자화성 입자를 함유하는 상기 현탁액에 전단력을 인가시키는 2 이상의 플레이트에 의해 한정된다. 이미 상기 기술된 바와 같이, 여기서 상기 갭은 2개의 반대 플레이트에 의해 한정될 수 있다. 이러한 경우에 한 플레이트가 고정될 수 있고, 제2 플레이트가 이동할 수 있다. 대안으로서, 상이한 속도를 갖는 2개의 플레이트를 이동시키는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 상기 2개의 플레이트는 속도가 상이할 수 있거나 반대 방향으로 이동할 수 있다.

서로 상대적으로 이동할 수 있는 플레이트의 상대적인 이동을 달성하기 위해서, 한편 상기 플레이트를 서로 대체할 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어 한 플레이트를 부동시키고 2 이상의 롤러 주위를 회전하는 무한 벨트를 배치하여 상대적인 이동이 발생하도록 플레이트를 대향시키는 것이 가능하다.

그러나, 1 이상의 플레이트가 회전자 플레이트인 것이 특히 바람직하다. 상기 회전자 플레이트는 중심 회전축 주위를 회전하며, 그 중심 회전축은 제2 플레이트에 수직으로 연장하도록 배치된다. 균일한 갭 폭이 이러한 방식으로 확보된다. 상기 갭을 한정하는 플레이트 둘 모두는 회전자 플레이트로서 형성되며, 상기 2개의 플레이트에 대한 회전축은 공동축인 것이 바람직하다. 그러나, 일반적으로 하나의 플레이트가 고정자 플레이트로서 형성되고 한 플레이트가 회전자 플레이트로서 형성된다. 이러한 경우, 상기 기술된 바와 같이 회전자 플레이트의 회전축은 고정자 플레이트를 통해 수직으로 연장하는 것이 바람직하다.

상기 갭이 2개의 대향하는 회전자 플레이트에 의해 한정된 경우, 하나의 회전자 플레이트가 다른 하나의 플레이트보다 고속으로 회전하거나, 상기 2개의 회전자 플레이트가 반대 방향으로 회전하는 것이 바람직하다.

갭을 한정하는, 상기 회전자 플레이트 및 고정자 플레이트의 표면 또는 제2 회전자 플레이트의 표면은 바람직하게는 각각 평면형 플레이트 표면을 갖거나, 각각 평면형 및 원뿔형 플레이트 표면을 갖거나 각각 원뿔형 플레이트 표면을 가진다. 한 플레이트 표면이 평면형이고 한 플레이트 표면이 원뿔형인 것으로 고안되는 경우, 또는 플레이트 표면 둘 모두가 원뿔형으로 고안되는 경우, 갭 폭은 회전축으로 감소한다.

에너지 투입량을 기록하기 위해서, 실린더 배치 또는 회전 플레이트의 회전 속도 및 토크 둘 모두를 기록하는 것이 필요하다. 토크 측정은 회전 속도가 설정되는 경우에 필요하고, 회전 속도 측정은 토크가 설정되는 경우에 필요하다. 바람직하게는, 측정량은 항상 연속으로 로그 처리한다. 전단갭/전단갭들의 치수 및 전단셀의 소정 부피에서, 특정 에너지 투입량은 이들 측정량으로부터 계산될 수 있다.

기술된 전단셀은 높은 특정 에너지 투입량으로 인해 가열된다. 이러한 이유에서, 전단셀을 온도 조절하는 것이 바람직하다(형태와 상관 없음). 이는 온도 조절되는 배스(bath) 또는 온도 제어되는 가마에서 전단셀을 완전히 침지시켜 달성할 수 있다. 대안으로서, 적합한 냉각제가 순환하는 냉각 채널을 상기 전단셀의 하우징에 제공할 수 있다. 이러한 변경예는 상대적으로 전단갭에 근접하여 냉각을 실시할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 상기 전단셀은 냉각 기류를 받을 수 있다.

본 발명에 따라 고안된 장치의 제2 실시양태에서, 자화성 입자를 함유하는 상기 현탁액에 전단력이 인가되는 1 이상의 갭은 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 흐르는 흐름 채널이다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액 상에 발휘되는 전단력은 상기 경우에 채널 중 현탁액의 유속 및 압력 강하에 따라 다르다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액 상에 충분히 큰 압력 강하 또는 충분히 큰 전단을 발휘하기 위해서, 상기 갭은 높이가 0.08∼5 mm 범위인 것이 바람직하다. 보다 적은 갭 높이는 선택되는 처리량이 동일한 경우보다 높은 전단율이 상기 현탁액 상에 발휘되도록 한다. 높이 이외에, 갭 내의 압력 강하가 또한 갭의 길이에 따라 다르다. 갭 내 높이에 대한 길이의 비율 또는 직경에 대한 길이의 비율이 높을수록, 압력 강하는 크다. 이는 동일한 압력 강하를 달성하는 데 필요한 채널이 갭 높이가 감소할 때 짧다는 것을 의미한다.

상기 갭에 자기장을 발생시키기 위해서, 장방형 단면을 갖는 흐름 채널의 경우에 자석을 상기 채널 위 및 밑에 배치하여 상기 채널에 자기장이 퍼지게 한다. 상기 자석은 영구 자석 또는 전자석일 수 있다. 상기 자기장을 발생시키기 위해, 자석은 그 자석의 N극이 채널의 한 측면 상에 배치되고 그 자석의 S극이 다른 한 측면 상에 배치되도록 배치된다. 복수의 자석이 흐름 채널의 길이에 걸쳐 서로 옆에 배치되는 경우, 동일한 극이 각각 채널의 한 측면에 배치되어 자기장이 전체 채널 길이에 걸쳐 균형을 이루는 것이 가능하다. 그러나 대안으로서, 예를 들어 자석의 N극 및 S극을 교대로 채널의 한 측면에 배치하고 반대 극을 그 채널의 다른 한 측면 상에 상응하여 배치함으로써 채널에서의 자기장이 극 쌍에서 극 쌍으로 변하게 하는 것이 또한 가능하다.

채널 배치에서, 그 채널에 걸쳐 압력 강하 및 처리량을 측정하는 장치를 제공하여 전단 에너지 투입량을 측정하는 것이 바람직하다. 압출기 배치에서, 스크류의 토크 및 스크류의 회전 속도 또는 처리량이 바람직하게 기록된다.

자화성 입자를 함유하는 현탁액을 충분히 컨디셔닝하기 위해서, 상기 장치는 또한 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 함유된 저장 용기를 함유하는 것이 일반적이다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 일반적으로 펌프에 의해 1 이상의 갭을 통해 저장 용기로부터 전달된다. 충분한 컨디셔닝을 달성하기 위해, 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 상기 갭을 통해 수회 흐르도록 하는 것이 바람직하다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 상기 갭을 통한 통과 횟수는 이러한 경우에서 상기 컨디셔닝 과정에서 필요한 에너지 투입량에 따라 다르게 된다.

사용 중 증점을 감소시키는 것 이외에, 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 컨디셔닝함으로써 재분산성이 또한 향상된다. 예를 들어, 본 발명에 따라 컨디셔닝된 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 자화성 입자를 함유하는 미컨디셔닝된 현탁액에 비교하여 상당히 적은 작업으로 20 일의 저장 시간 후에 재분산될 수 있다. 20 일의 저장 시간에 의한 차이는 대략 팩터 5이다. 이는 본 발명에 따라 컨디셔닝된 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 자화성 입자를 함유하는 미컨디셔닝된 현탁액보다 5 적은 팩터인 작업량으로 재분산될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 예시적 실시양태가 도면에 도시되어 있으며 하기 설명에서 더욱 자세하게 설명되게 된다.

도면의 간단한 설명

도 1은 회전자 플레이트를 갖는 본 발명에 따라 고안된 전단셀을 나타내고,

도 2는 도 1에 따른 전단셀을 갖는 컨디셔닝 시스템을 나타내며,

도 3a는 본 발명에 따라 고안된 컨디셔닝을 위한 흐름 채널을 종단면으로 나타내고,

도 3b는 도 3a에 따른 흐름 채널을 단면으로 나타내며,

도 4는 도 3a 및 3b에 따른 흐름 채널을 갖는 컨디셔닝 시스템을 나타내고,

도 5는 제1 실시양태의 실린더 기하 구조를 갖는 본 발명에 따라 고안된 전단셀을 나타내며,

도 6는 제2 실시양태의 실린더 기하 구조를 갖는 본 발명에 따라 고안된 전단셀을 나타내고,

도 7는 압출기 구조를 갖는 본 발명에 따라 고안된 전단셀을 나타낸다.

도 1은 회전자 플레이트를 갖는 본 발명에 따라 고안된 전단셀을 나타낸다.

전단셀(1)은 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 흐르는 갭(3)을 포함한다. 상기 현탁액은 갭(3)에서 전단된다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 투입 채널(5)을 통해 캡(3)에 공급된다. 도 1에서 도시된 바와 같은 전단셀(1)의 실시양태에서, 투입 채널(5)은 중심에 배치된다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 투입 채널(5)을 통해 갭(3)으로 흐르며, 갭(3)을 통해 흐르고, 1 이상의 배출 채널(7)을 통해 전단셀(1)로부터 다시 제거된다. 여기서 도시되는 실시양태에서, 전단셀(1)은 2개의 배출 채널(7)을 포함한다. 그러나, 또한 전단셀(1)이 단지 하나의 배출 채널(7) 또는 더욱이 2 이상의 배출 채널(7)을 포함하는 것이 가능하다.

상기 갭(3)은 제1 플레이트(9) 및 제2 플레이트(11)에 의해 한정된다. 여기서 도시되는 실시양태에서의 제1 플레이트(9)는 고정자 플레이트(13)이다. 상기 투입 채널(5)은 고정자 플레이트(13)의 중앙을 통해 고정자 플레이트를 통과한다.

회전자 플레이트(15)로 고안된 제2 플레이트(11)는 고정자 플레이트(13)에 대향한다. 이러한 방식으로, 갭(3)은 고정자 플레이트(13)의 표면(17) 및 회전자 플레이트(15)의 표면(19)에 의해 한정된다.

고정차 플레이트(13)의 표면(17) 및 회전자 플레이트(15)의 표면(19)은 도 1에 도시된 바와 같이 평면형일 수 있다. 더욱이, 고정자 플레이트(13)의 표면(17) 및 회전자 플레이트(15)의 표면(19)이 또한 원뿔형으로 고안될 수 있다. 이러한 경우 원뿔 끝(cone tip)은 각각 회전자 플레이트(15)의 표면(19) 및 고정자 플레이트(13)의 표면(17)의 중앙, 즉, 회전축(23)이 회전자 플레이트(15) 및 고정자 플레이트(13)을 통과하는 위치에 있다. 더욱이, 고정자 플레이트(13)의 표면(17)이 평면형이고 회전자 플레이트(15)의 표면(19)은 원뿔형이거나, 회전자 플레이트(15)의 표면(19)이 평면형이고 고정자 플레이트(13)의 표면(17)이 원뿔형인 것이 또한 가능하다. 고정자 플레이트(13)의 표면(17) 또는 회전자 플레이트(15)의 표면(19)이 원뿔형으로 고안된 경우, 그 원뿔의 꼭지각은 0.3∼6°범위에 있는 것이 바람직하다.

회전자 플레이트(15)는 회전자 샤프트(21)에 연결되어 있다. 상기 회전자 샤프트(21)는 결과적으로 구동 장치(도시되지 않음)에 연결된다. 회전 운동이 상기 구동 장치 및 회전자 샤프트(21)에 의해 회전자 플레이트(15)에 부여된다.

회전축(23)은 회전자 샤프트(21)를 통해 중심으로 연장한다. 회전축(23)은 그 회전축이 회전자 플레이트(15)를 통해 수직으로 연장하고 고정자 플레이트(13)를 통해 수직으로 연장하도록 조정된다. 상기 갭(3)의 균일한 갭 폭이 이러한 방식으로 달성된다.

자화성 입자를 함유하는 현탁액이 전단셀(1)의 작동 중에 갭(3)으로부터 배출되도록, 전단셀(1)은 또한 하우징(25)을 포함한다. 상기 하우징(25)은 고정자 플레이트(13), 회전자 플레이트(15) 및 갭(3)을 포함한다.

본 원에서 나타낸 실시양태에서, 개방부(27)가 하우징(25)에 형성되며, 이를 통해 회전자 플레이트(15)의 회전자 샤프트(21)가 연장한다. 회전자 샤프트(21)는 바람직하게는 베어링(도 1에서 자세히 도시되지 않음)에 의해 하우징(25)의 개구부(27)에서 지지된다. 당업자에게 공지된 임의의 바람직한 롤링 베어링이 베어링으로서 적합하다. 예를 들어, 볼 베어링, 니들 베어링, 실린더 베어링 등을 사용할 수 있다. 더욱이 하우징(25)의 내부는 회전자 샤프트(21)와 하우징(25) 사이의 개구부(27)에 수용되는 실링 부재(29)에 의해 주위 환경으로부터 실링된다. 실링 부재(29)로는, 예를 들어 O-링, 샤프트 실링 링, 쿼드 링, 라비린스 스틸 또는 슬라이딩 링 실이 있다. 고정 부재로부터 회전 부재를 실링하는 당업자에게 공지된 임의의 다른 바람직한 실(seal)이 또한 가능하다.

여기서 나타낸 실시양태에서, 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 배출 채널(7)로 흐르는 것 대신에 회전자 플레이트(15) 주위의 갭(3)으로부터 흐르는 것을 방지하기 위해서, 회전자 플레이트(15)는 제2 실링 부재(31)에 의해 둘러싸여진다. 상기 실링은 한편으로는 회전자 플레이트(15)의 외부 원주 상에 및 다른 한편으로는 하우징(25) 상의 베어링인 제2 실링 부재(31)에 의해 달성된다. 실링 부재(29)와 마찬가지로, 제2 실링 부재(31)로는 O-링, 샤프트 실링 링, 쿼드 링, 라비린스 스틸 또는 슬라이딩 링 실이 있을 수 있다. 고정 부재로부터 회전 부재를 실링하는 당업자에게 공지된 임의의 다른 바람직한 실이 또한 바람직하다.

자화성 입자를 함유하는 현탁액을 컨디셔닝하기 위해, 이는 투입 채널(5)을 통해 갭(3)으로 공급된다. 회전자 플레이트(15)의 회전 이동으로 인해 자화성 입자를 함유하는 현탁액 상에 전단력이 발휘된다. 동시에, 상기 갭에 자기장이 퍼진다. 이를 위해, 상기 갭으로부터 회전자 플레이트(15)의 한 측면 상에 자석의 제1 요크(33)가 존재하고, 상기 갭(3)으로부터 고정자 플레이트(13)의 다른 한 측면 상에 이의 제2 요크(35)가 존재한다. 상기 자석은 영구 자석 또는 전자석일 수 있다. 상기 자석은 전자석인 것이 바람직하다. 제1 요크(33) 및 제2 요크는 자기장이 상기 제1 요크(33) 및 제2 요크(35) 사이에 형성되도록 극(pole)화된다. 이어서, 이러한 자기장이 상기 갭(3)에 퍼진다. 이러한 방식으로, 갭(3)에서의 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 전단은 자기장의 존재 하에 실시된다. 인가된 자기장의 강도는 전단갭의 자성 플럭스 밀도가 0.05∼1.2 T 범위, 바람직하게는 0.1∼1.2 T 범위, 특히 0.2∼0.8 T 범위에 있도록 선택된다.

도 1에 따른 전단셀을 갖는 컨디셔닝 시스템은 도 2에 표시되어 있다.

전단셀(1) 이외에, 컨디셔닝 시스템은 저장 컨테이너(37), 공급 라인(39), 회송 라인(41) 및 펌프(43)를 포함한다. 상기 펌프(43)는 공급 라인(39)에 배치되어 있다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 펌프(43)에 의해 투입 채널(5) 및 전단셀(1)에 공급된다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 이후 고정자 플레이트(13) 및 회전자 플레이트(15) 사이의 갭(3)을 통해 흐르고, 배출 채널(7)을 통해 전단셀(1)로부터 드러난다. 배출 채널(7)은 회송 라인(41)으로 개방되어 있으며, 이를 통해 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 저장 컨테이너(37)로 다시 전달된다. 충분한 컨디셔닝을 달성하기 위해, 저장 컨테이너(37)의 내용물은 상기 전달 셀(1)을 통해 수회 펌핑하는 것이 필요하다.

도 3a는 본 발명에 따라 고안된 컨디셔닝을 위한 흐름 채널을 종단면으로 나타낸다.

도 3a에 도시한 실시양태에서, 갭(3)은 흐름 채널(45)에 의해 형성된다. 상기 흐름 채널(45)은 여기서 제1 플레이트(9)에 의해 이의 하부측에서 한정되고 제2 플레이트(22)에 의해 이의 상부측에서 한정된다. 컨디셔닝을 위해, 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 투입구(47)를 통해 흐름 채널(45)에 공급한다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 배출구를 통해 흐름 채널(45)로부터 다시 드러난다. 흐름 채널(45) 통해 흐를 시에 제1 플레이트(9) 및 제2 플레이트(11) 상의 벽면 마찰로 인해, 및 자화성 입자 서로 간의 마찰로 인해, 흐름 채널(45)을 통해 흐르는 동안 자화성 입자를 함유하는 현탁액 상에 전단력이 발휘된다. 본 발명에 따르면 자기장의 존재 하에 전단이 발생하기 때문에, 갭(3)을 형성하는 흐름 채널(45)에 자기장이 퍼진다. 이를 위해, 자석의 제1 요크(33)는 갭(3)으로부터 제1 플레이트(9)의 반대 측면 상에 배치되고, 이의 제2 요크(35)는 갭(3)으로부터 제2 플레이트(11)의 반대 측면 상에 배치된다. 도 1에 도시된 전단셀에서와 마찬가지로 상기 자석은 영구 자석 또는 전자석일 수 있다. 요크 (33), (35)는 각각 자기장이 2개의 반대 요크 (33), (35) 사이에 형성되도록 극화된다. 본 발명에 따라, 흐름 채널(45)에 따라 하나의 자석만이 존재하는 것이 가능하며, 이러한 경우 상기 자석의 제1 요크(33)는 제1 플레이트(9) 상에서 지탱하며, 상기 자석의 제2 요크(35)는 제2 플레이트(11) 상에서 지탱한다. 더욱이, 그럼에도 복수의 자석이 도 3a에 도시된 바와 같이 서로 옆에 배치되는 것이 또한 가능하다. 여기서, 한편, 이웃하는 자석 제1 요크(33) 및 제2 요크(35) 각각이 동일한 방법으로 극화될 수 있어 자기장이 전체 흐름 채널(45) 상에 동일하게 관여한다. 대안적으로, 이웃하는 자석의 제1 요크(33) 및 제2 요크(35) 각각은 또한 상이하게 극화될 수 있어 자기장은 교대로 생성되고 각각 2개의 이웃하는 자석 사이에서 반대로 관여한다.

흐름 채널(45)에서 균일한 자기장을 얻기 위해서, 이는 도 3b에 도시된 바와 같이 장방형 단면을 갖는 것이 바람직하다. 상기 흐름 채널(45)의 측면 경계는 상기 경우에 측벽(51)에 의해 형성된다. 상기 흐름 채널(45)은 이의 폭에 비해 단지 작은 높이를 보유하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 더욱 짧게 고안된 흐름 채널(45)은 한정 벽을 이동시켜 추가적인 전단을 얻는 경우에 생성될 수 있다. 이는, 예를 들어 회전 벨트의 형태로 고안된, 흐름 채널(45)의 상부를 한정하는 제2 플레이트(11)에 의해 가능하다. 이러한 경우, 회전 벨트에 의해 형성된 흐름 채널의 경계는 제1 플레이트(9)에 상대적으로 이동할 수 있다. 추가적인 전단력이 발휘된다. 더욱이, 제1 플레이트(9) 및 제2 플레이트(11) 둘 모두가 또한 이동성일 수 있으며, 이러한 경우 제1 플레이트(9) 및 제2 플레이트(11)는 상이한 속도로 또는 반대 방향으로 이동하는 것이 바람직하다. 이러한 경우 또한, 제1 플레이트(9) 및 제2 플레이트(11) 각각은 무한 벨트 형태로 고안되는 것이 바람직하며, 이들 각각은 벨트로서 고안된 제1 플레이트(9) 및 제2 플레이트(11)를 구동시키는 2 이상의 샤프트 주위를 회전한다.

흐름 채널(45)이 그 전체 길이에 걸쳐 일정한 높이를 갖는 도 3a 및 3b에서 도시한 실시양태 이외에, 흐름 채널(45)의 높이는 또한 그 길이에 걸쳐 변할 수 있다. 예를 들어, 흐름 채널(45)의 높이는 그 길이에 걸쳐 증가하거나 감소할 수 있다. 더욱이, 흐름 채널(45)의 높이가 증가하고 이어서 다시 감소하는 부위가 교대로 존재하는 것이 가능하다. 또한, 예를 들어 흐름 채널(45)을 한정하는 플레이트(9) 및 제2 플레이트(11)는 상기 흐름 채널(45)이 물결 형식으로 연장하도록 주름 형식으로 고안하는 것이 가능하다. 또한, 제1 플레이트(9) 및 제2 플레이트(11)가 주름 형식으로 고안된 경우, 상기 주름의 피크는 서로 대향하여 채널 높이의 연속 증가 및 감소가 얻어지도록 하는 것이 가능하다. 당업자에게 공지된 임의의 또다른 프로파일이 또한 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 흐르는 채널에서 가능하다.

상기 흐름 채널의 길이에 대한 높이의 비율 및 자성 플럭스 밀도는 5 bar 이상의 압력 강하가 채널에서 달성되도록 선택하는 것이 바람직하다. 상기 압력 강하는, 바람직하게는 10∼200 bar 범위, 특히 50∼100 bar 범위에 있다.

도 4는 도 3a 및 3b에 따른 흐름 채널을 갖는 컨디셔닝 시스템을 나타낸다. 도 2에 도시한 컨디셔닝 시스템과 같이, 상기 컨디셔닝 시스템은 저장 컨테이너(37), 공급 라인(39), 회송 라인(41) 및 펌프(43)를 포함한다. 공급(39)은 흐름 채널(45)의 투입구(47)에 연결되어 있다. 펌프(43)에 의해, 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 저장 컨테이너(37)로부터 흐름 채널(45)로 펌핑된다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 흐름 채널로부터 배출구(49)를 통해 회송 라인(41)로 이동하며, 이를 통해 이는 저장 컨테이너(47)로 회송된다. 컨디셔닝을 위해, 자기장은 제1 요크(33) 및 제2 요크(35)에 의해 각각 형성되는 자석에 의해 흐름 채널(45)에서 생성된다. 충분한 컨디셔닝은 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 저장 컨테이너(37)로부터 흐름 채널(45)에 수회 통과시켜 이루게 된다.

도 3a 및 3b에 따른 흐름 채널 및 회전자 플레이트를 갖는 전단셀 외에, 전단셀은 현탁액을 전단시키는 데 적합한 다른 형태를 또한 나타낼 수 있다. 다른 적합한 형태는, 예를 들어 압출기 구조의 실린더 기하 구조 벽면을 갖는 전단셀이다.

제1 실시양태에서의 실린더 기하 구조를 갖는 전단셀이 도 5에 도시되어 있다.

실린더 기하 구조의 전단셀(61)은 고정 하우징(63)을 포함한다. 상기 고정 하우징(63)은 회전형 실린더(65)를 둘러싼다. 이를 위해, 상기 실린더(65)는 하우징을 통과하는 샤프트(67)에 연결되어 있다. 상기 샤프트(67)는 구동 장치에 연결되어 있다.

갭(3)이 실린더(65)와 고정 하우징(63) 사이에 형성된다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 투입 채널(5)을 통해 갭(3)으로 흐른다. 상기 현탁액은 갭(3)을 통해 흐르며, 전단셀(61)로부터 배출 채널(7)을 통해 드러난다.

본 발명에 따라, 자기장(69)이 인가되어, 여기서 화살표로 표시된 자기장 선분이 상기 갭 내의 현탁액의 흐름 방향에 수직으로 배열된다. 자기장(69)을 발생시키기 위해서, 고정 하우징(63)을 코일로 둘러싸는 것이 가능하다. 동일한 방향의 자기장을 이루기 위해, 하우징 외부에 상기 자석의 한 요크 및 실리더(65) 내부에 상기 자석의 제2 요크를 배치하는 것이 바람직하다.

상기 회전형 실린더(65)를 그 표면 상에서 둘러싸고 따라서 마찬가지로 실린더형으로 형성되는 갭(3)을 통해서만 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 흐르도록, 상기 갭(3)은 적합한 실링 부재(71)에 의해 이의 말단에서 폐쇄된다. 이는 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 회전형 실린더(65)의 말단면과 하우징(63) 사이에 진입하는 것을 방지한다.

도 6는 제2 실시양태에서의 실린더 기하 구조를 갖는 전단셀을 나타낸다.

도 6에 도시된 전단셀(61)은 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 공급이 샤프트(67)을 통해 이루어진다는 점에서 도 5에 도시된 전단셀과는 상이하다. 이를 위해, 샤프트(67)는 중공 샤프트로서 고안된다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 흐르는 갭(77)은 실리더(65)의 상부 말단면(75)과 하우징(63) 사이에 형성된다. 상기 현탁액은 갭(77)을 따라 실린더 갭(3)으로 흐르며, 이에 자기장(69)이 흐른다. 배출 채널(7)은 샤프트(67)로부터 하우징(63)의 반대 측면 상에 있다. 대안으로서, 역전 흐름 방향이 또한 가능하다. 이러한 경우, 상기 현탁액은 배출 채널(7)을 통해 공급되며, 샤프트(67)를 통해 전단셀(61)을 이탈한다.

자화성 입자를 함유하는 현탁액은 중공 샤프트로서 고안된 샤프트(67)로부터 갭(77)으로 통하도록, 1 이상의 개방부(79)가 샤프트(67)에 형성된다. 개방부(79)는, 예를 들어 구멍일 수 있다.

도 5 및 6에서 도시된 바와 같이 실린더 기하 구조를 갖는 전단셀에 의해 작동되는 컨디셔닝 시스템은 회전자 플레이트 또는 흐름 채널을 갖는 전단셀에 의한 컨디셔닝 시스템과 유사하게 구성된다. 도 2 및 4에 도시된 흐름 시스템의 경우에서, 이는 상기 도시된 전단셀 또는 도시된 흐름 채널이 단지 실린더 기하 구조를 갖는 상응하는 전단셀에 의해 대체된다는 것을 의미한다.

도 7은 압출기 구조를 갖는 전단셀을 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이 압출기 구조를 갖는 전단셀(81)이 높은 점성의 매질에 입자를 분산시키는 데 특히 사용된다.

개별 성분을 상기 현탁액에 깔때기(83)를 통해 함께 첨가하거나 개별적으로 첨가한다. 압출물 구조를 갖는 전단셀(81)이 입자를 분산시키는 데 사용되지 않고 컨디셔닝에만 사용되는 경우, 이미 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 상기 깔대기(83)를 통해 전달되게 된다.

압출기 구조를 갖는 전단셀(81)은 고정 하우징(85)을 포함하며, 여기서 압출기 스크류(87)가 수용된다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 흐르고 컨디셔닝을 위해 자기장(69)이 퍼지는 갭(3)은 압출기 스크류(87)와 하우징(85) 사이에 형성된다.

압출기 구조를 갖는 전단셀(81)을 사용하여 입자를 높은 점성의 매질에 분산시키는 경우, 후자가 압출기 구조를 갖는 전단셀(81)을 통해 흐르는 동안 현탁액의 동시 분산 및 컨디셔닝이 발생한다.

높은 점성의 매질이 압출기를 통해 흐르도록, 압출기 스크류는 회전하도록 장착하고 샤프트(67)에 의해 구동시킨다. 상기 깔때기(83)를 통해 공급되는 물질은 압출기 스크류(87)에 의해 갭(3)을 따라 배출 채널(7)로 이송된다. 배출 채널(7)에서, 자화성 물질을 함유하는 미세하게 분산되고 컨디셔닝된 현탁액은 압출기 구조를 갖는 전단셀(81)로부터 드러난다.

압출기 구조는 갖는 전단셀(81)에서, 자기장(69)의 인가는, 예를 들어 실린더 기하 구조를 갖는 전단셀(61)에서의 인가에 따라 실시되며, 여기서 하우징(85)은 자기장을 발생시키는 코일에 의해 둘러싸여 진다. 대안으로서, 실린더 벽 및/또는 스크류 상에 또는 그 내에 영구 자석을 배치하는 것이 또한 가능하다.

압출기 구조를 갖는 전단셀(81)이 사용되는 컨디셔닝 시스템은 마찬가지로 도 2 및 4에서 도시된 바와 같이 전단셀(1)이 회전자 플레이트 또는 흐름 채널을 갖고, 회전자 플레이트 또는 흐름 채널을 갖는 전단셀(1)이 압출기 구조를 갖는 전단셀(81)에 의해 대체되는 컨디셔닝 시스템에 따라 구성된다.

압출기 구조를 갖는 전단셀(81)을 높은 점성의 매질에 입자를 분산시키는 데 사용하는 경우, 대안으로서 저장 컨테이너로부터의 출발 물질을 깔때기를 통해 전달하고, 배출 채널(7)로부터 흐르는 미세 분산되고 컨디셔닝된 현탁액을 추가 저장소에 공급하는 하는 것이 가능하다. 저장소에 함유된 현탁액을 깔때기(83)를 통해 압출기로 공급하는 것이 가능하며, 이러한 경우에 일부 이미 분산된 현탁액을 압출기 내 출발 물질과 개별적으로 혼합한다. 대안적으로, 또한 또다른 전단셀에서 현탁액을 컨디셔닝하는 것이 가능하다.

실시예

카르보닐-철 분말 90 중량%, 폴리-α-올레핀 9.05 중량%, 개질된 아타풀자이트(악조-노벨(Akzo-Nobel)로부터의 Arquad C2-75로 개질된 엥겔하트(Engelhard)로부터의 Attagel 50) 0.45 중량% 및 알키드 수지 0.5 중량%를 함유하는 현탁액을 하기 실시예에서 사용하였다.

비교예

갭 높이가 2 mm이고 회전자 플레이트 외부 직경이 300 mm인 도 1에서 도시된 바와 같은 전단셀을 작동시켜 자기장 인가 없이 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 컨디셔닝하였다. 회전자 플레이트의 회전 속도는 400 1/분이었다. 자화성 입자를 함유하는 현탁액 상에 발휘되는 전단 응력은 6283 1/초의 전단율에서 1.1 kPa였다. 3e10 J/m³의 소정의 에너지 투입량은 10 리터의 현탁액 부피에 대해서 22.8 시간의 컨디셔닝 시간을 산출하였다.

실시예 1

0.5 T의 자기장을 비교예의 전단셀에 인가하였다. 회전자 플레이트는 35 1/분의 회전 속도로 작동하였다. 25.4 kPa의 전단 응력을 전단율 550 1/초에서 자화성 입자를 함유하는 현탁액에 적용하였다. 3e10 J/m³의 에너지 투입량을 10 리터의 생성 부피에 의한 11 시간의 컨디셔닝 시간 후에 산출하였다. 동일한 에너지 투입량에 대해서 감소한 전단율에 의한 매우 짧은 전단 시간이 자기장을 인가함으로써 얻을 수 있다.

실시예 2

도 1에서 도시된 바와 같은 전단셀을 사용하였다. 회전자 플레이트의 외부 직경은 150 mm이고 갭의 높이는 1 mm였다. 회전자 플레이트는 35 1/분의 회전 속도로 작동하였다. 25.5 kPa의 전단 응력을 전단율 550 1/초로 갭을 통해 흐르는 자화성 입자를 함유하는 현탁액에 적용하였다. 0.11 l/h의 부피 처리량 및 10 l와 동일한 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 총 부피가 컨디셔닝 시간 87.7 시간을 산출함으로써 에너지 투입량 3e10 J/m³를 달성하였다.

실시예 1 및 2와 같이 실시한 컨디셔닝을 자기장의 존재 하에 실시하는 경우, 20 일의 저장 시간 후 재분산을 위한 작업은 팩터 5로 감소된다는 것이 확인되었다.

실시예 3

도 3에 도시된 바와 같이 컨디셔닝은 흐름 채널에서 실시된다. 이를 위해, 갭 높이가 2 mm이고 길이가 1200 mm인 흐름 채널을 사용하였다. 갭 주위의 자석에 의해 발생된 자기장은 대략 0.5 T였다. 3e10 J/m³의 에너지 투입량을 달성하기 위해서, 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 압력 강하가 300 bar인 채널을 통해 1000 회 흘러야 한다. 대조적으로, 단지 30 bar의 압력 강화에서는 10,000와 동일한 많은 통과 횟수가 요구된다.

20 mm의 갭 폭, 2 mm의 높이 및 1200 mm의 채널 길이는, 상기 갭을 통해 1000회 흐르는 경우 24 시간에 10 l의 총 부피 처리량에 대해서 8700 1/s의 전단율을 산출한다.

실시예 4

평행하게 배치된 2개의 고정자 플레이트 사이에 회전자 플레이트가 있는 도 1에 도시된 전단셀과는 상이한 전단셀을 사용하였다. 따라서, 전단셀은 회전자 플레이트 위에 하나 및 그 밑에 하나의 2개의 전단셀을 가진다. 회전자 플레이트 및 고정자 플레이트는 동축으로 배치되고 자기장이 고정자 플레이트 위 및 밑에 배치된 2개의 영구 자석 또는 전자석에 의해 전단셀으로 도입된다. 이들은 구동 샤프트를 통해 회전자 플레이트로 공급하기 위한 중앙 구멍을 가진다. 고정자 플레이트는 최대 직경이 40 mm이고, 회전자 플레이트는 반경이 19 mm이다. 구동축 영역에서, 회전자 플레이트는 고정자 플레이트로부터 실링되고 지지된다. 따라서, 생성된 전단셀은 최소 반경이 5 mm이고 최대 반경이 19 mm이다. 전단셀의 높이는 각 경우에 1 mm이다. 전단셀은 전형적으로 100 rpm의 회전 속도로 작동하여 갭 중 200 1/s의 최대 전단율을 생성한다. 자기유변 액체는 생성 토크가 0.9 Nm인 상기 셀에서 전단되고, 이는 회전축 상에서 측정하였다. 상기 실의 마찰 토크는 이미 고려되었다. 소정의 회전 속도 및 생성 토크에서, 3e10 J/m³의 특정 에너지 투입량이 1.8 시간 후에 달성되었다. 전력 투입량은 각 경우에 10 W였다. 보다 큰 부피를 컨디셔닝하기 위해, 전단셀은 상응하는 횟수로 충전되어야 한다.

실시예 4에서 실시한 바와 같은 컨디셔닝을 자기장의 존재 하에 실시하는 경우, 20 일의 저장 시간 후 재분산을 위한 작업은 팩터 5로 감소된다는 것이 확인되었다.

1 전단셀
3 갭
5 투입 채널
7 배출 채널
9 제1 플레이트
11 제2 플레이트
13 고정자 플레이트
15 회전자 플레이트
17 고정자 플레이트의 표면(13)
19 회전자 플레이트의 표면(15)
21 회전자 축
23 회전축
25 하우징
27 개방부
29 실링 부재
31 제2 실링 부재
33 제1 요크
35 제2 요크
37 저장 컨테이너
39 공급 라인
41 회송 라인
43 펌프
45 흐름 채널
47 투입구
49 배출구
51 측벽
61 실린더 기하 구조의 전단셀
63 고정 하우징
65 실린더
67 샤프트
69 자기장
71 실링 부재
73 실린더의 말단면
75 실린더의 상부 말단면
77 갭
79 개방부
81 압출기 구조의 전단셀
83 깔때기
85 하우징
87 압출기 스크류

Claims

자화성 입자를 함유하는 현탁액의 컨디셔닝 방법으로서, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 갭(3)을 통해 전달하여 그 자화성 입자를 함유하는 현탁액의 전단을 유도하며, 자기장을 상기 갭(3)에 인가하여 자기장의 존재 하에 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 전단시키는 것인 컨디셔닝 방법.
제1항에 있어서, 상기 자기장의 강도는 조절가능한 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 갭(3)은 서로 상대적으로 이동하는 2 이상의 표면에 의해 한정되는 것인 방법.
제3항에 있어서, 상기 갭(3)은 고정자 플레이트(13), 및 그 고정자 플레이트(13)에 대향하고 중심 회전축(23) 주위를 회전하는 회전자 플레이트(15)에 의해 한정되거나, 또는 상기 갭(3)은 회전형 실린더(65) 및 그 회전형 실린더(65)를 둘러싸는 고정 하우징(63)에 의해 한정되는 것인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 베이스 액체, 자화성 입자 및 임의로 첨가제를 함유하는 것인 방법.
제5항에 있어서, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액은 상기 현탁액의 총부피로 표현하여 자화성 입자를 15 부피% 이상 함유하는 것인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자화성 입자는 카르보닐-철 분말인 것인 방법.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 액체는 폴리-α-올레핀인 것인 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자화성 입자, 중합체, 용매 및 임의로 함유된 첨가제를 분산 단계에서 함께 혼합하여 자화성 입자를 함유하는 현탁액을 형성한 후, 자기장 존재 하에 전단시키는 것인 방법.
자화성 입자를 함유하는 현탁액의 컨디셔닝 장치로서, 자화성 입자를 함유하는 현탁액에 전단력을 인가하기 위하여, 상기 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 통과하여 흐르는 1 이상의 갭(3)을 포함하고, 또한 상기 1 이상의 갭(3)에 자기장을 발생시키기 위해 1 이상의 자석을 더 함유하는 장치.
제10항에 있어서, 상기 자석은 전자석인 것인 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 1 이상의 갭(3)은, 서로 상대적으로 이동하여 자화성 입자를 함유하는 현탁액에 전단력을 인가할 수 있는 플레이트(9, 11)에 의해 한정되는 것인 장치.
제12항에 있어서, 서로 상대적으로 이동가능한 플레이트(11) 중 1 이상이 회전자 플레이트(15)이고, 이는 중심 회전축(23) 주위에서 회전가능한 것인 장치.
제13항에 있어서, 상기 회전자 플레이트(15)가 고정자 플레이트(13)에 대면하도록 배치되어, 상기 갭(3)이 회전자 플레이트(15) 및 고정자 플레이트(13)에 의해 한정되는 것인 장치.
제13항에 있어서, 상기 회전자 플레이트(15)가 제2 회전자 플레이트에 대면하도록 배치되어, 상기 갭이 2개의 대향하는 회전자 플레이트에 의해 한정되는 것인 장치.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 회전자 플레이트(15) 및 고정자 플레이트(13) 또는 제2 회전자 플레이트는 각각 평면형 플레이트 표면(17, 19)을 갖거나, 각각 평면형 및 원뿔형 플레이트 표면(17, 19)을 갖거나, 각각 원뿔형 플레이트 표면(17, 19)을 갖는 것인 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 1 이상의 갭(3)은 흐름 채널(45)이며, 이를 통해 자화성 입자를 함유하는 현탁액이 흐르는 것인 장치.
제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갭(3)은 높이가 0.2∼10 mm 범위에 있는 것인 장치.
제10항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 전단에 의해 발생된 열을 소멸시키는 냉각 시스템을 추가로 포함하는 장치.