(57)【要約】【課題】  安定性に優れた磁性特性を有する磁性流体等を提供する。【解決手段】  第１の溶媒と当該第１の溶媒より高い沸点を有する第２の溶媒を含む混合溶媒中において、有機金属化合物および界面活性剤を加熱して磁性流体を製造する。第１の溶媒の存在により、第２の溶媒より低い温度で還流することができ、有機金属化合物を比較的低い温度で熱分解できる。その結果得られる金属微粒子の平均粒径は７ｎｍ未満となり、溶媒中に均一に分散するため、安定した磁性流体を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溶媒と、当該第１の溶媒より高い沸点を有する第２の溶媒と、界面活性剤と、有機金属化合物とを混合して混合物を得た後、前記混合物を加熱して磁性流体を製造することを特徴とする磁性流体の製造方法。
【請求項２】
前記第１の溶媒の沸点は５０℃以上８０℃以下であり、前記第２の溶媒の沸点は１５０℃以上２７０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁性流体の製造方法。
【請求項３】
前記第１の溶媒は、ヘキサン、シクロヘキサン、イソヘキサンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物であり、前記第２の溶媒は、ケロシン、デカン、テレピン油からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物であることを特徴とする請求項２に記載の磁性流体の製造方法。
【請求項４】
前記第２の溶媒の沸点より低い温度で前記有機金属化合物を熱分解反応させて金属微粒子を生成させ、前記第１の溶媒を還流除去することにより前記界面活性剤を介して前記第２の溶媒中へ当該金属微粒子を分散させた前記磁性流体を得ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁性流体の製造方法。
【請求項５】
前記有機金属化合物の金属はコバルトまたは鉄であり、得られる前記磁性流体の金属微粒子の平均粒径が７ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁性流体の製造方法。
【請求項６】
有機金属化合物および界面活性剤を分散させた媒体を加熱し、所定の温度で前記有機金属化合物を熱分解反応させることで金属微粒子を生成させるとともに、前記媒体の一部を還流除去することにより、前記界面活性剤を介して前記媒体の残部中へ当該金属微粒子を分散させた磁性流体を得ることを特徴とする磁性流体の製造方法。
【請求項７】
溶媒中において、有機金属化合物および界面活性剤を加熱して磁性流体を製造するに際し、
前記溶媒を、第１の溶媒と当該第１の溶媒より高い沸点を有する第２の溶媒を含む混合溶媒とし、
前記第１の溶媒と前記第２の溶媒の混合比を調整することで、製造される前記磁性流体に含まれる磁性体粒子の粒径を制御することを特徴とする磁性流体の製造方法。
【請求項８】
溶媒中にコバルトおよび／または鉄の金属微粒子が分散した磁性流体であって、当該金属微粒子の平均粒径が７ｎｍ未満であることを特徴とする磁性流体。
【請求項９】
飽和磁化特性が７０ｍＴ以上であることを特徴とする請求項８に記載の磁性流体。
【請求項１０】
第１の溶媒と当該第１の溶媒より高い沸点を有する第２の溶媒とを含む混合溶媒中において有機金属化合物から分解生成された金属微粒子と、界面活性剤とを含むことを特徴とする磁性流体。
【請求項１１】
前記第２の溶媒は、ケロシン、デカン、テレピン油からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物であり、前記金属微粒子は前記界面活性剤により前記第２の溶媒中で分散していることを特徴とする請求項１０に記載の磁性流体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性流体の製造方法および磁性流体に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性流体とは、例えば鉄やコバルトの金属微粒子の表面を界面活性剤で処理し、油類や水等の媒体中にコロイド状に分散させたものである。このような磁性流体は角度センサー、傾斜センサー、回転軸のシール、振動系のダンパー等、多くの場所で使用されており、磁性流体の特性を改良する研究が進められている。例えば磁性流体の飽和磁化を大きくする研究では、コバルトの金属微粒子と界面活性剤と炭素系触媒とからなる磁性流体に関する技術が開示されている（特許文献１）。この技術では、界面活性剤を溶解させた炭化水素媒体中に金属カルボニルを加えて加熱して熱分解することにより、平均粒子径が７〜１２ｎｍの金属微粒子を高濃度で含む磁性流体を得ることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−３６９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、磁性流体中の金属微粒子は、外部の磁力に引き付けられて媒体とともに移動する。しかしながら、その磁力が強力な場合、媒体中に均一に分散していた金属微粒子が磁力に引き付けられ、媒体中で金属微粒子の濃度勾配が生じ、その結果、磁性流体に磁気勾配が生じてしまう。また、磁性流体は重力の影響も受けるので、同様に磁気勾配が生じることがある。その他、金属微粒子同士の引力（ファンデスワールス力）により、金属微粒子が凝集することがある。
【０００５】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、安定性に優れた磁気特性を有する磁性流体等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等が上記の課題について鋭意検討を行った結果、金属磁性流体を界面活性剤存在下の溶液中で製造する際に、生成される金属微粒子の粒径は、溶液に分散した有機金属化合物の反応温度によって決まることを見出し、さらにその反応温度は、溶液の還流温度によって決まることを見出した。そして、これには、沸点の異なる二種類の溶媒を混合し、これを用いるのが好ましいことを見出した。二種類の溶媒を混合することにより、低沸点側溶媒の存在により溶媒を高沸点溶媒のみで行った場合よりも低い温度で還流が始まる。このとき、有機金属化合物が熱分解されて、金属微粒子が生成するのである。そして、溶媒中の低沸点溶媒の蒸留が終わると、溶媒の温度は徐々に上昇する。熱分解反応より生成された金属微粒子は、溶媒中に添加されていた界面活性剤により高沸点溶媒中に分散し、磁性流体が得られるのである。
【０００７】
このような知見に基づいてなされた本発明は、溶媒中において、有機金属化合物および界面活性剤を加熱して磁性流体を製造するに際し、溶媒を、第１の溶媒と第１の溶媒より高い沸点を有する第２の溶媒を含む混合溶媒とし、第１の溶媒と第２の溶媒の混合比を調整することで、製造される磁性流体に含まれる磁性体粒子の粒径を制御するものである。これにより、磁性体粒子の粒径を小さくすることが可能となる。粒子径が小さい金属微粒子は溶媒中に均一に分散するので、磁性流体の安定性が向上する。
【０００８】
また、本発明の磁性流体の製造方法は、第１の溶媒と、第１の溶媒より高い沸点を有する第２の溶媒と、界面活性剤と、有機金属化合物とを混合して混合物を得た後、この混合物を加熱して磁性流体を製造することを特徴とする方法である。
このとき、第１の溶媒の沸点は５０℃以上８０℃以下であり、第２の溶媒の沸点は１５０℃以上２７０℃以下であることが好ましい。具体例としては、第１の溶媒は、ヘキサン、シクロヘキサン、イソヘキサンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物であり、第２の溶媒は、ケロシン、デカン、テレピン油からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物である。
【０００９】
なお、この磁性流体の製造方法では、第２の溶媒の沸点より低い温度で有機金属化合物を熱分解反応させて金属微粒子を生成させ、第１の溶媒を還流除去することにより界面活性剤を介して第２の溶媒中へ金属微粒子を分散させた磁性流体を得ることができる。
この磁性流体の製造方法では有機金属化合物の金属はコバルトまたは鉄であり、得られる磁性流体の金属微粒子の平均粒径が７ｎｍ未満であることが好ましい。
【００１０】
本発明は、有機金属化合物および界面活性剤を分散させた媒体を加熱し、所定の温度で有機金属化合物を熱分解反応させることで金属微粒子を生成させるとともに、媒体の一部を還流除去することにより、界面活性剤を介して媒体の残部中へ当該金属微粒子を分散させた磁性流体を得ることを特徴とすることもできる。所定の温度で媒体（の一部）を還流させると、有機金属化合物が熱分解されて、金属微粒子が生成される。さらに加熱を続け、媒体（の一部）の蒸留が終わると、媒体の残部の温度は徐々に上昇し、最終的に、界面活性剤により、有機金属化合物が、分散媒として機能する媒体中に分散し、磁性流体が得られるのである。
【００１１】
このような方法によって製造される本発明の磁性流体は、溶媒中にコバルトおよび／または鉄の金属微粒子が分散した磁性流体であって、金属微粒子の平均粒径が７ｎｍ未満であることを特徴とするものである。このような小さな粒子径の金属微粒子は安定して溶媒中に分散する。なお、この磁性流体は飽和磁化が７０ｍＴ以上であることが好ましい。
【００１２】
また本発明の磁性流体は、第１の溶媒と第１の溶媒より高い沸点を有する第２の溶媒とを含む混合溶媒中において有機金属化合物から分解生成された金属微粒子と、界面活性剤とを含むことを特徴とするものである。第１の溶媒と第２の溶媒中で生成された金属微粒子は、粒子径が小さく、安定して溶媒中に分散する。なお、第２の溶媒は、例えばケロシン、デカン、テレピン油からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物であり、金属微粒子は界面活性剤により第２の溶媒中で分散する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安定性に優れた磁気特性を有する磁性流体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明では、沸点が低い第１の溶媒（以下、低沸点溶媒）と、第１の溶媒より高い沸点を有する第２の溶媒（以下、高沸点溶媒）を混合し、混合溶媒に有機金属化合物および界面活性剤を添加し、この混合物を加熱することにより、磁性流体を得ることができる。
【００１５】
有機金属化合物としては、加熱により分解されて磁性を有する金属微粒子を生成することが可能な化合物であり、例えばコバルトカルボニル等の有機コバルトや鉄等カルボニルの有機鉄を挙げることができる。例えばコバルトカルボニルであるオクタカルボニルコバルト（Ｃｏ2（ＣＯ）8）からコバルトの金属微粒子を得る際の熱分解反応の化学式は以下のようになる。
２Ｃｏ2（ＣＯ）8→Ｃｏ4（ＣＯ）12＋４ＣＯ
Ｃｏ4（ＣＯ）12→４Ｃｏ＋２ＣＯ
【００１６】
低沸点溶媒の沸点は５０℃以上８０℃以下であることが好ましい。低沸点溶媒として、例えばヘキサン、シクロヘキサン、イソヘキサン、およびこれらの２種以上の混合物等を挙げることができる。
高沸点溶媒の沸点は１５０℃以上２７０℃以下であることが好ましい。高沸点溶媒として、例えばケロシン、デカン、テレピン油、およびこれらの２種以上の混合物等を挙げることができる。この高沸点溶媒は主として最終的に得られる磁性流体の溶媒となるため、粘性が低く、揮発性の低いものであることが好ましく、特にケロシンが好ましい。
【００１７】
低沸点溶媒と高沸点溶媒との混合比率は、最終的に得られる磁性流体における金属微粒子の平均粒径に影響を及ぼす。具体的には、高沸点溶媒の添加量と比較して低沸点溶媒の割合が多いほど、得られる金属微粒子の平均粒径は小さくなる。したがって、希望する平均粒子径に応じて、混合比率は調整することができる。なお、平均粒子径が７ｎｍ未満であると、磁性流体の安定性が優れ大変好ましい。平均粒子径は７ｎｍ未満のものを得るには、低沸点溶媒を高沸点溶媒と同じ重量で、またはそれ以上の重量で混合すると、平均粒径は約７ｎｍ未満となりやすい。例えば低沸点溶媒がヘキサン、高沸点溶媒がケロシンの場合、同じ重量比率で混合すると、金属微粒子の平均粒径が約４．５ｎｍとなる。
【００１８】
また金属微粒子を溶媒中に分散させるための界面活性剤としては、従来使用されているものを適宜使用することができ、例えば、デカグリセリルペンタオレート、デカグリセリルペンタステアレート、デカグリセリルペンタイソステアレート、デカグリセリルヘプタステアレート、デカグリセリルヘプタイソステアレート、デカグリセリルヘプタオレート、デカグリセリルデカイソステアレート、デカグリセリルデカステアレート、デカグリセリルデカオレート、ジグリセリルモノオレート、ジグリセリルジオレート、テトラグリセリルトリステアレート、テトラグリセリルテトラステアレート、テトラグリセリルペンタオレート、ヘキサグリセリルトリステアレート、ヘキサグリセリルペンタオレート、ヘキサグリセリルペンタステアレート等のポリグリセリン脂肪酸エステルを挙げることができる。また、１，５−ソルビタンモノオレート、１，４−ソルビタンモノオレート、１，４−ソルビタンモノステアレート、１，４−ソルビタンモノイソステアレート、１，４−ソルビタンセスキオレート、１，４−ソルビタンセスキイソステアレート等のソルビタン不飽和脂肪酸エステルを挙げることができる。
【００１９】
本発明では、低沸点溶媒と高沸点溶媒とを混合し、この混合された溶媒へ界面活性剤および有機金属化合物を添加し、加熱する。すると、低沸点溶媒の存在により溶媒を高沸点溶媒のみで行った場合よりも低い温度で還流が始まる。このとき、有機金属化合物が熱分解されて、金属微粒子が生成する。溶媒中の低沸点溶媒の蒸留が終わると、溶媒の温度は徐々に上昇する。熱分解反応より生成された金属微粒子は、溶媒中に添加されていた界面活性剤により溶媒中に分散し、磁性流体が得られる。なお低沸点溶媒は反応が終了した後、殆ど還流除去されて溶媒中に残っていない。一方、高沸点溶媒は蒸発せずに磁性流体の溶媒として残る。
【００２０】
このように高沸点溶媒に低沸点溶媒を加えた混合溶媒を用いて加熱し、熱分解反応を行っているので、高沸点溶媒のみで行った場合よりも低い温度で還流が始まり熱分解反応が進む。その結果、金属微粒子の平均粒子径が、溶媒として高沸点溶媒のみを用いた場合よりも小さなものとなり、例えば１０ｎｍ以下２ｎｍ以上となり、溶媒として低沸点溶媒の含有量を増やせば７ｎｍ未満となる。このようにして得られた磁性流体では、従来の磁性流体と比較して金属微粒子が溶媒中へより均一に分散する。したがって、外部からの磁力、重力、金属微粒子間の引力等の影響を受けにくい、安定した磁性流体を得ることができる。また、この磁性流体の飽和磁化も７０ｍＴ以上となるように粒子径を調節することが好ましい。
なお、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【実施例１】
【００２１】
（実施例１）
低沸点溶媒として沸点が６９℃のヘキサン１３２ｇと、高沸点溶媒として沸点が１８０〜２６０℃のケロシンを１３２ｇとを混合し、この混合溶媒に界面活性剤としてデカグリセリルヘプタオレート６０ｇを溶解させた。この溶解液を冷却器、温度計、攪拌装置を取付けた三口フラスコに入れた。この三口フラスコにオクタカルボニルコバルト（Ｃｏ2（ＣＯ）8）を５００ｇ添加した。この混合溶液を攪拌しながら、加熱装置（マントルヒーター）で徐々に加熱し、攪拌しながらコバルトカルボニルの熱分解を行った。このとき、分解により生じるＣＯが発生した。熱分解時の反応温度は９０℃であった。熱分解反応の終了後、溶液の温度は上昇し、１６０℃になったところで終了して冷却し、黒色の磁性流体を得ることができた。
得られた磁性流体の飽和磁化は８０ｍＴ、金属微粒子の平均粒径はＴＥＭ観察により測定したところ、約４．５ｎｍであった。なお、分析の結果、この磁性流体の溶媒には低沸点溶媒のヘキサンは残っていなかった。得られた磁性流体中のコバルト微粒子のＴＥＭ像を図１に示す。
【００２２】
（実施例２）
実施例１における低沸点溶媒のヘキサンの量を１０８ｇとした以外は実施例１と同様に試験を行った。なお、熱分解時の反応温度は１０５℃であった。得られた磁性流体の飽和磁化は１２７ｍＴ、金属微粒子の平均粒径は約６．８ｎｍであった。
【００２３】
（実施例３）
実施例１における低沸点溶媒のヘキサンの量を８８ｇとした以外は実施例１と同様に試験を行った。なお、熱分解時の反応温度は１１２℃であった。得られた磁性流体の飽和磁化は１３２ｍＴ、金属微粒子の平均粒径は約７．７ｎｍであった。
【００２４】
（実施例４）
実施例１における低沸点溶媒のヘキサンの量を５７ｇとした以外は実施例１と同様に試験を行った。なお、熱分解時の反応温度は１２５℃であった。得られた磁性流体の飽和磁化は１２９ｍＴ、金属微粒子の平均粒径は約９．６ｎｍであった。得られた磁性流体中のコバルト微粒子のＴＥＭ像を図２に示す。
【００２５】
実施例１〜４の結果に基づき、ケロシンのヘキサンに対する混合比率と、熱分解時の反応温度および還流温度との関係を図３に示す。また熱分解時の反応温度と得られた金属微粒子の平均粒径との関係を図４に示す。図３に示すように、ケロシンの割合が増える、すなわちヘキサンの割合が減るほど、還流温度が高くなり、また熱分解時の反応温度が高くなることがわかる。このように反応温度と金属微粒子の平均粒径とは相関関係があり、反応温度が高いほど平均粒径が大きくなることがわかる。したがって、溶媒の混合比率を適宜設定し、還流温度を制御し、すなわち反応温度を制御することで、平均粒径を調節することができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１における金属微粒子のＴＥＭ像である。
【図２】実施例４における金属微粒子のＴＥＭ像である。
【図３】実施例におけるケロシンの混合比率と、熱分解時の反応温度および還流温度との関係を示すグラフである。
【図４】実施例おける熱分解時の反応温度と得られた金属微粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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