JP3446571B2 - 磁性流体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性流体の製造法
に関する。更に詳しくは、飽和磁化を高めた磁性流体の
製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は先に、水溶性界面活性剤吸着
フェライト類微粒子の水性けん濁液に、炭化水素抽出溶
媒を加えて水溶性界面活性剤吸着フェライト類微粒子を
抽出し、抽出溶液を脱水した後そこに凝集溶媒を加えて
ケーキ状の微粒子を凝集させ、凝集したケーキ状微粒子
を低沸点炭化水素溶媒中に分散させた後、N-ポリアルキ
レンポリアミン置換アルケニルコハク酸イミドの高沸点
炭化水素溶媒溶液を添加し、低沸点炭化水素溶媒を留去
した後、約150〜350℃に加熱することによりN-ポリアル
キレンポリアミン置換アルケニルコハク酸イミドを水溶
性界面活性剤吸着フェライト類微粒子に吸着させ、そこ
に再び低沸点炭化水素溶媒を加え、この低沸点炭化水素
溶媒溶液に低蒸気圧基油を加えて分散処理した後、低沸
点炭化水素溶媒を留去して磁性流体を製造する方法を提
案している(特開平9-100,484号公報)。

【０００３】この提案された方法は、従来法と比較し
て、大幅な操作時間の短縮を図るという目的は十分に達
成させるものの、磁性流体としての飽和磁化値のより高
いものが求められていることも事実である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、先に
本出願人によって提案された特開平9-100,484号公報記
載の磁性流体の製造法において、操作時間の大幅な短縮
という目的を果しつつ、しかも飽和磁化値を高め得る製
造法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
フェライト類微粒子の水性サスペンションに、一般式 (ここで、Mはアルカリ金属であり、nは2以上の整数であ
る)で表わされるポリリン酸塩化合物分散剤を添加し、
次いで水溶性界面活性剤を添加した後、炭化水素抽出溶
媒を添加して水溶性界面活性剤吸着フェライト類微粒子
を抽出し、抽出液に凝集溶媒を加えてケーキ状の微粒子
を得、これを低沸点炭化水素溶媒に分散させた後、N-ポ
リアルキレンポリアミン置換アルケニルコハク酸イミド
の高沸点炭化水素溶液を加え、低沸点炭化水素溶媒を除
去し、約150〜350℃に加熱することによりN-ポリアルキ
レンポリアミン置換アルケニルコハク酸イミドの吸着処
理を行った後、再び低沸点炭化水素溶媒を加え、次いで
25℃において0.1mmHg以下の低蒸気圧基油を加えて分散
処理した後、再び低沸点炭化水素溶媒を留去して磁性流
体を製造する方法によって達成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】フェライト類微粒子としては、任
意の方法によって製造されたものが用いられるものの、
純度、粒径の制御、そして何よりも生産性の点において
有利である共沈法によって製造された粒径約50〜300
Å、好ましくは約70〜120Åのものが一般に用いられ
る。

【０００７】水性サスペンションとして得られるフェラ
イト類微粒子には、まず一般式 M：アルカリ金属 n：2以上の整数(一般には15迄入手可能) で表わされるポリリン酸塩化合物分散剤が添加される。
かかるポリリン酸塩化合物分散剤としては、ピロリン酸
ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリ
ン酸ナトリウム等が用いられる。

【０００８】フェライト類微粒子は、微粒子同志の磁気
的吸引力が強いため、水溶性界面活性剤が吸着される前
に水中で凝集してしまい、十分に安定な磁性流体を形成
し得ない。そこで、水溶性界面活性剤を添加する前のフ
ェライト類微粒子の水性サスペンションに、前記ポリリ
ン酸塩化合物分散剤を添加して微粒子表面に電気的な弾
性層を形成させ、磁性微粒子に凝集に対抗する反発力を
付与せしめる操作が行われる。

【０００９】このためには、これらのポリリン酸塩化合
物分散剤が約0.001〜0.05M、好ましくは約0.002〜0.03M
濃度の水溶液として、ポリリン酸イオン濃度として約0.
0005〜0.03M、好ましくは約0.001〜0.01Mとなる量で水
性サスペンションに添加される。添加されたポリリン酸
塩化合物分散剤をフェライト類微粒子に吸着させるため
に、ホモジナイザ等による撹拌が約0.5〜3時間程度行わ
れ、必要に応じてその後超音波照射や加熱処理も行われ
る。

【００１０】ポリリン酸塩化合物分散剤がフェライト類
微粒子表面に吸着され、その吸着が完了すると、吸着さ
れたポリリン酸塩化合物の反発力により、フェライト類
微粒子は水中に良好に分散するようになる。この際に加
えるポリリン酸塩化合物分散剤の量が多すぎてもあるい
は少なすぎても、フェライト類微粒子は凝集して、沈降
するようになる。かかる観点から、上記ポリリン酸イオ
ンとしての濃度範囲が選択される。

【００１１】次いで、ポリリン酸塩化合物分散剤を吸着
させたフェライト類微粒子の水性サスペンションには、
水溶性界面活性剤が添加され、吸着が行われる。ポリリ
ン酸塩化合物分散剤吸着フェライト類微粒子に吸着され
る水溶性界面活性剤としては、微粒子を炭化水素溶媒中
に分散させる際に通常用いられている次のようなものが
用いられ、好ましくは高級脂肪酸塩またはソルビタンエ
ステルが用いられる。 オレイン酸ナトリウム、エルカ酸ナトリウムなどの高級
脂肪酸塩 ポリオキシエチレンソルビタンエステルなどのソルビタ
ンエステル オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸 エアロゾル-OTなどのジアルキルスルホこはく酸塩 ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどのポリ
オキシエチレンアルキルアリルエーテル ポリオキシエチレンラウリルエーテルなどのポリオキシ
エチレンアルキルエーテル ポリオキシエチレンアルキルエステル ドデシル硫酸エステルなどのアルコール硫酸エステル アルキルベンゼンスルホン酸 オレイルリン酸塩などのリン酸塩 ポリオキシエチレンアルキルアミン グリセリンエステル アミノアルコールエステル

【００１２】これらの水溶性界面活性剤のフェライト類
微粒子への吸着は、ポリリン酸塩化合物分散剤吸着フェ
ライト類微粒子の水性サスペンションに約0.05〜1M濃度
の水溶性界面活性剤水溶液を添加し、約80〜95℃に約0.
5〜2時間程度加熱することによって行われる。吸着され
る水溶性界面活性剤量は、約0.005〜0.1Mの範囲内にあ
ることが好ましい。水溶性界面活性剤がフェライト類微
粒子の表面上に吸着され、その吸着が完了すると、吸着
された水溶性界面活性剤の反発力により、フェライト類
微粒子は水中に良好に分散するようになるが、水溶性界
面活性剤量が多すぎると溶液の粘度が高まり、また効率
的な吸着が行われず、反対に少なすぎると分散不良とな
って微粒子が沈降するようになるものの、上記範囲内の
吸着量ではこのような現象はみられない。

【００１３】このようにして得られる水溶性界面活性剤
吸着フェライト類微粒子の水性けん濁液には、その調製
直後に炭化水素抽出溶媒が添加され、水溶性界面活性剤
吸着フェライト類微粒子の抽出が行われる。抽出には、
水より高沸点の炭化水素溶媒あるいは水と共沸する炭化
水素溶媒、例えばケロシン、n-ヘキサン、シクロヘキサ
ン、トルエン、キシレン等が用いられる。ここで用いら
れる水と共沸する炭化水素溶媒は、水と非混和性であっ
て、ディーンスタークトラップ等を用いて脱水操作が行
われる。

【００１４】抽出液は、それを約100〜140℃に加熱する
などの方法によって脱水された後、そこにアセトン、メ
タノール等の凝集溶媒を加えると、ケーキ状の微粒子が
凝集してくる。このケーキ状の微粒子は、例えばアセト
ン-トルエン(容積比1：1)混合溶液で洗浄するなどの操
作をくり返して適用することにより、余分の水溶性界面
活性剤の除去が行われる。

【００１５】残渣の微粒子は、ケーキ状のまま低沸点
(沸点約100〜145℃)の炭化水素溶媒、好ましくはトルエ
ン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン等の芳香族
炭化水素溶媒中に超音波照射して分散させる。そこに、
高沸点(沸点約150〜350℃)の炭化水素溶媒、例えばドデ
シルベンゼン、テトラリン、ケロシン、デカリン、n-デ
カン、メシチレン、石油エーテル、リグロイン、ナフサ
等に、約0.01〜0.5M、好ましくは約0.1〜0.5Mの濃度で
溶解させたN-ポリアルキレンポリアミン置換アルケニル
コハク酸イミドの溶液が添加される。その添加割合は、
微粒子の低沸点炭化水素溶媒溶液に対し、一般に容積比
で約0.5〜5倍、好ましくは約1〜2倍であり、両者の混合
はそこに超音波照射を約0.5〜2時間程度適用することに
より行われる。

【００１６】また、低蒸気圧基油中に溶解させて用いら
れるN-ポリアルキレンポリアミン置換アルケニルコハク
酸イミドとしては、次のようなものが用いられる。 R：炭素数12〜24の炭化水素基 分子量約300〜2000のポリブテニル基 R´：炭素数1〜6のアルキレン基 R´が2個以上くり返されるとき互いに同一または異なり
得る

【００１７】その後、ロータリエバポレータなどを用い
て低沸点炭化水素溶媒の除去が行われ、残渣の高沸点炭
化水素溶媒溶液について、不活性ガス中、約150〜350
℃、好ましくは約200〜300℃に約0.5〜5時間程度加熱す
ることにより、N-ポリアルキレンポリアミン置換アルケ
ニルコハク酸イミドの吸着処理が行われる。

【００１８】次いで、アセトンまたはトルエン-アセト
ン、トルエン-メタノール、n-ヘキサン-アセトン、イソ
オクタン-アセトンの各等量混合溶液等を添加して余分
のN-ポリアルキレンポリアミン置換アルケニルコハク酸
イミドを除去した後、低沸点炭化水素の添加による溶媒
の置換が行われる。このようにして得られるN-ポリアル
キレンポリアミン置換アルケニルコハク酸イミド吸着フ
ェライト類微粒子の低沸点炭化水素溶媒溶液に低蒸気圧
基油を加え、超音波による分散処理を行った後、低沸点
炭化水素を減圧留去することにより、磁性流体が製造さ
れる。ここで一旦低沸点炭化水素溶媒溶液とするのは、
粘度を低下させ、分散処理を効率良く行うためである。

【００１９】低蒸気圧基油としては、25℃において0.1m
mHg以下、好ましくは0.01mmHg以下の蒸気圧を有する液
体、例えば天然油であるホワイトオイル(流動パラフィ
ン)、鉱油、スピンドル油など、あるいは合成油である
高級アルキルベンゼン、高級アルキルナフタレン、ポリ
ブテン(分子量約300〜2000)、ジカルボン酸ジエステル
(ジオクチルアゼレート、ジオクチルアジペート、ジオ
クチルセバケート、ジブチルフタレート、ジヘキシルマ
レエートなど)、ポリオールと炭素数6〜10のカルボン酸
とのポリオールポリエステル(トリメチロールプロパン
トリn-ヘプチルエステル、ペンタエリスリトールテトラ
n-ヘキシルエステル、ペンタエリスリトールテトラ2-エ
チルヘキシルエステルなど)、リン酸トリエステル(リン
酸トリブチルエステル、リン酸トリ2-エチルヘキシルエ
ステル、リン酸トリクレジルエステルなど)、更に酸化
防止剤、耐摩耗剤、油性剤、清浄分散剤などのいわゆる
潤滑添加剤を含んだ潤滑油等が、最終的に得られる磁性
流体中のフェライト類微粒子の分散濃度が約10〜50重量
%となるような割合で用いられる。

【００２０】

【発明の効果】水溶性界面活性剤吸着フェライト類微粒
子の水性けん濁液から炭化水素抽出溶媒による抽出を行
い、その抽出液に凝集溶媒を加えて凝集させたケーキ状
の水溶性界面活性剤吸着フェライト類微粒子に、更にN-
ポリアルキレンポリアミン置換アルケニルコハク酸イミ
ドを添加し、水溶性界面活性剤と置換して磁性流体を調
製する際、水溶性界面活性剤の吸着に先立って、特定の
ポリリン酸塩化合物分散剤による処理を行うことによ
り、大幅な操作時間の短縮を図りながら、飽和磁化の向
上を達成させることができる。

【００２１】

【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。

【００２２】実施例１ FeCl₂・4H₂O 184gおよびFeCl₃・6H₂O 500gを溶解させた
水溶液1850mlに、撹拌しながら6N NaOH水溶液をpHが11
になる迄滴下し、その後80℃で30分間熟成、冷却し、塩
をデカンテーションで除去して、マグネタイトの水性サ
スペンション(マグネタイト濃度10重量%)を得た。

【００２３】この水性サスペンション２Ｌに、0.01Mピ
ロリン酸ナトリウム水溶液800ml(ポリリン酸イオンとし
て３ミリモル)を加え、ホモジナイザで１時間処理した
後、オレイン酸ナトリウム80gを溶解させた水溶液1.5Ｌ
を加え、80℃で１時間撹拌しながら吸着処理を行った。
その後、撹拌条件下に1N HClをpHが６になる迄滴下し、
滴下終了後デカンテーション、水洗して、界面活性剤吸
着マグネタイト微粒子6gを含む水性けん濁液を得た。

【００２４】得られた水性けん濁液１Ｌにケロシン１Ｌ
を直ちに添加し、分液ロートを用いて、オレイン酸ナト
リウム吸着マグネタイト微粒子を抽出した。この抽出溶
液を130℃で2時間加熱して脱水処理した後、アセトンを
加えて微粒子を凝集させ、ケーキ状の微粒子を得た。こ
のケーキ状の微粒子を、アセトン-トルエン(容積比1：
1)混合溶液で洗浄する操作を３回行い、余分のオレイン
酸を除去した。

【００２５】残渣の微粒子は、ケーキ状のままトルエン
１Ｌ中に超音波分散させ、そこにポリブテニルコハク酸
イミドテトラエチレンペンタミン250gを溶解させたドデ
シルベンゼン溶液１Ｌを添加し、超音波照射した後、ロ
ータリエバポレータを用いてトルエンを除去し、残渣の
ドデシルベンゼン溶液について、窒素気流中、280℃、
１時間の吸着処理を行った。

【００２６】このポリブテニルコハク酸イミドテトラエ
チレンペンタミン吸着マグネタイト微粒子のドデシルベ
ンゼン溶液に、これと等量のアセトンを添加して余分の
ポリブテニルコハク酸イミドテトラエチレンペンタミン
を除去した後、アセトン-トルエン(1：1)混合溶液で２
回洗浄し、トルエン13Ｌを添加してトルエン溶液に置換
した。

【００２７】得られたポリブテニルコハク酸イミドテト
ラエチレンペンタミン吸着マグネタイト微粒子のトルエ
ン溶液50mlに、高級アルキルナフタレン42gを加えた
後、10時間超音波による分散処理を行い、遠心分離(150
00G、30分間)して沈降物を除去し、トルエンを減圧下に
留去して飽和磁化(16K Oe)430Gの磁性流体を得た。

【００２８】これら一連の工程において、ピロリン酸ナ
トリウムおよびオレイン酸ナトリウムで処理されたマグ
ネタイト微粒子を含む水性けん濁液の調製に約9時間、
その後ポリブテニルコハク酸イミドテトラエチレンペン
タミン吸着マグネタイト微粒子のトルエン溶液を得るの
に約13時間、更にそれから磁性流体を得るのに約13時間
を要し、合計で約35時間であった。

【００２９】実施例２ 実施例１において、0.01Mピロリン酸ナトリウム水溶液8
00mlの代りに0.007Mテトラポリリン酸ナトリウム水溶液
800ml(ポリリン酸イオンとして2.3ミリモル)を、またオ
レイン酸ナトリウム80gの代りにエルカ酸ナトリウム60g
およびラウリン酸ナトリウム20gをそれぞれ用い、飽和
磁化440Gの磁性流体を得た。

【００３０】比較例１ 実施例１において、ピロリン酸ナトリウム水溶液の添加
を行わないと、得られた磁性流体の飽和磁化は400Gであ
った。

【００３１】比較例２ 実施例２において、テトラポリリン酸ナトリウム水溶液
の添加を行わないと、得られた磁性流体の飽和磁化は41
0Gであった。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 1/12 - 1/38

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェライト類微粒子の水性サスペンショ
   ンに、一般式 (ここで、Mはアルカリ金属であり、nは2以上の整数であ
   る)で表わされるポリリン酸塩化合物分散剤を添加し、
   次いで水溶性界面活性剤を添加した後、炭化水素抽出溶
   媒を添加して水溶性界面活性剤吸着フェライト類微粒子
   を抽出し、抽出液に凝集溶媒を加えてケーキ状の微粒子
   を得、これを低沸点炭化水素溶媒に分散させた後、N-ポ
   リアルキレンポリアミン置換アルケニルコハク酸イミド
   の高沸点炭化水素溶液を加え、低沸点炭化水素溶媒を除
   去し、約150〜350℃に加熱することによりN-ポリアルキ
   レンポリアミン置換アルケニルコハク酸イミドの吸着処
   理を行った後、再び低沸点炭化水素溶媒を加え、次いで
   25℃において0.1mmHg以下の低蒸気圧基油を加えて分散
   処理した後、再び低沸点炭化水素溶媒を留去することを
   特徴とする磁性流体の製造法。
2. 【請求項２】 ポリリン酸塩化合物分散剤がポリリン酸
   イオン濃度として約0.0005〜0.03Mとなる量で水性サス
   ペンションに添加される請求項１記載の磁性流体の製造
   法。