KR101473728B1 - Manufacturing method of magnetorheological fluid, protection materials having the magnetorheological fluid - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따르는 자기흐름유체의 제조방법은, 철-실리콘 합금 나노 입자를 산화시키는 제1 단계 및 산화된 상기 나노 입자에 계면활성제를 피복하고, 분산매에 분산시키는 제2 단계를 포함한다.A method of manufacturing a magnetic flow fluid according to an embodiment of the present invention includes a first step of oxidizing iron-silicon alloy nanoparticles and a second step of coating the oxidized nanoparticles with a surfactant and dispersing the nanoparticles in a dispersion medium .
Description
본 발명의 실시예들은 군용 방호재에 적용될 수 있는 자기흐름유체, 자기흐름유체의 제조방법 및 자기흐름유체를 구비한 방호재에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention are directed to a magnetic flow fluid, a method of manufacturing a magnetic flow fluid, and a shielding material having a magnetic flow fluid, which can be applied to military shielding materials.
섬유소재를 이용한 방호복, 특히 방탄복의 원리는 높은 강도를 지닌 섬유를 촘촘하게 압축하고 그물 형태로 엇갈려 제직함으로써 재료의 인장강도를 향상시켜 총탄의 운동에너지를 흡수하는 것이다. 방호능력을 높이기 위해서는 많은 수의 방호소재 적층이 필수적인데 케블라의 경우 20 - 30겹의 적층이 필수적이다. 이러한 섬유소재와 형태는 방호복의 중량을 증대시킬 뿐만 아니라 착용자의 활동성과 쾌적성에 영향을 주어 순조로운 임수수행을 저해하게 된다. 따라서 병사의 생존성과 기동성향상을 위해서 가볍고 얇으며 유연성과 방탄성능이 우수하고 경제적인 개인 방호재료가 필수적으로 요구되며 이러한 지능형의 신개념 소재에 관한 연구가 진행되고 있다.Protective clothing using fiber material, especially bulletproof clothing, tightly compresses high strength fibers and wraps them in a net shape to improve the tensile strength of the material, thereby absorbing the kinetic energy of the bullet. In order to increase the protection ability, it is necessary to laminate a large number of protective materials. In case of Kevlar, it is necessary to laminate 20 to 30 layers. These fiber materials and shapes not only increase the weight of the protective clothing but also affect the activity and comfort of the wearer, which hinders the smooth running of the water. Therefore, in order to improve the survival and maneuverability of the soldiers, it is necessary to provide lightweight, thin, flexible, bulletproof and economical personal protective materials.
이러한 신개념의 방호재료로서 기존의 경질방호재(hard body armor)가 아닌 연질방호재(soft body armor)의 일종으로 이른바 개인 액체방호재료(LBA, liquid body armor)에 대한 관심이 높아지고 있다. LBA 중 대표적인 소재로 크게 세 가지로 구분할 수 있는데 전단농화유체(shear thickening fluid, STF), 자기흐름유체(magnetorheological fluid, MRF) 및 전기흐름유체(electrorheological fluid, ERF)가 그것이다. 이 물질들은 평상시 외부 자극이 없는 상태에서는 액체상으로 존재하여 충분한 활동성을 보장할 수 있을 만큼 유연성을 갖고 있으나, 전단력, 자기장, 전기장 등 외부에서 자극이 가해지면 강성이 순간적으로 변하여 견고해지는 특성이 있다. 이 현상은 외력이 제거되면 원상태로 완전히 회복되는 가역적인 반응이다. 이러한 신개념의 물질을 기존 방호재료인 섬유직물과의 복합화를 통해 유연성과 경량성을 획득하는 동시에 방탄성능도 향상시키려는 연구가 진행되고 있다.There is a growing interest in so-called LBA (liquid body armor) as a kind of soft body armor that is not a conventional hard body armor. Among the LBAs, there are three main types of materials: shear thickening fluid (STF), magnetorheological fluid (MRF), and electrorheological fluid (ERF). These materials are flexible enough to ensure sufficient activity in the absence of external stimuli in the absence of external stimuli. However, when external stimuli such as shear force, magnetic field, and electric field are applied, the stiffness changes instantaneously and becomes solid. This phenomenon is a reversible reaction that is completely restored when the external force is removed. Research has been conducted to improve the bulletproof performance while attaining flexibility and light weight through compounding such a new concept material with a fiber fabric which is a conventional protection material.
본 발명은 특히 보다 높은 전단특성을 가지는 자기흐름유체를 제조하여 방호재로서 사용하기 위한 것이다.The present invention is particularly for use as a shielding material by producing a magnetic flow fluid having a higher shear characteristic.
자기흐름유체는 자기장의 변화에 대응하여 가역적으로 점도의 조절이 가능한 물질로서, 빙햄 자기유체(Bingham magnetic fluid)라고도 불리우는 지능재료(intelligent material)의 하나이다. 자기흐름유체는 지름이 0.1 ㎛ 보다 큰 강자성, 상자성 입자와 오일/물 에멀젼의 연속상(mobile phase)으로 이루어져 있으며, 외부 자기장이 가해지면 입자 내부와 표면에서의 분극현상(polarization)에 의하여 입자들이 배열하고 섬유구조(fibril structure)를 형성하는데, 이 섬유구조가 점도 향상과 유체 흐름을 방해하는 역할을 한다. 이때의 항복응력(yield stress)은 자기장의 세기에 따라 증가하고, 가해진 전단응력(shear stress)이 유체의 항복응력보다 커지면 유체가 흐르게 된다. 자기장에 대한 자기흐름유체의 응답속도는 10-3초 수준으로 매우 빠르며, 가역적인 특성이 있으므로, 자기흐름유체를 방호재로 사용하기 위한 방안이 고려될 수 있다.
The magnetic flow fluid is one of the intelligent materials, also called Bingham magnetic fluid, which is capable of reversibly adjusting the viscosity in response to changes in the magnetic field. The magnetic flow fluid consists of a ferromagnetic, paramagnetic particle with a diameter greater than 0.1 μm and a mobile phase of an oil / water emulsion. When an external magnetic field is applied, the particles are polarized And forms a fibril structure, which serves to improve viscosity and to interfere with fluid flow. The yield stress increases with the magnetic field strength, and the fluid flows when the applied shear stress becomes larger than the yield stress of the fluid. Since the response speed of the magnetic flow fluid to the magnetic field is very fast and is reversible at the level of 10 -3 seconds, a method for using the magnetic flow fluid as a shielding material can be considered.
본 발명의 일 목적은 방호재로서 사용될 수 있는 자기흐름유체를 제공하기 위한 것이다. One object of the present invention is to provide a magnetic flow fluid that can be used as a shielding material.
본 발명의 다른 목적은, 보다 향상된 구조를 가짐으로써, 보다 높은 전단특성을 나타내는 자기흐름유체를 제공하기 위한 것이다.
Another object of the present invention is to provide a magnetic flow fluid exhibiting higher shear characteristics by having a more improved structure.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 자기흐름유체의 제조방법은, 철-실리콘 합금 나노 입자를 산화시키는 제1 단계 및 산화된 상기 나노 입자에 계면활성제를 피복하고, 분산매에 분산시키는 제2 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a magnetic flow fluid, comprising: a first step of oxidizing iron-silicon alloy nanoparticles; a step of adding a surfactant to the oxidized nanoparticles; And dispersing the dispersion in a dispersion medium.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 철-실리콘 나노 입자는 철에 중량백분율로 6.5% 실리콘을 함유시킨 것이 이용될 수 있다.According to one example related to the present invention, the iron-silicon nanoparticles may be prepared by incorporating 6.5% by weight of silicon into iron by weight.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 단계는, 산화제로써 3메틸아민질소산화물(trimethylamine N-oxide dihydrate: (CH3)3NO·2H2O)을 사용하고, 그 혼합몰비가 0.125 - 0.50의 범위에서 상기 나노 입자의 표면을 산화처리하는 단계가 될 수 있다.According to one example of the present invention, the first step is to use trimethylamine N-oxide dihydrate (CH 3 ) 3 NO 2 .2H 2 O as an oxidizing agent and to have a mixing molar ratio of 0.125 - 0.50 < / RTI > of the surface of the nanoparticles.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 단계는, 올레인산(oleic acid)으로 산화된 나노 입자를 피복하고, 실리콘오일(polydimethylsiloxane)에 분산시켜 소수성 자기흐름유체를 생성하는 단계가 될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the second step may be a step of coating nanoparticles oxidized with oleic acid and dispersing the nanoparticles in a silicone oil to produce a hydrophobic magnetic flow fluid.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 단계는, 산화된 나노 입자를 올레인산(oleic acid)으로 1차로 피복한 후, 도데실벤젠슬폰산소다(sodium dodecyl benzene sulfonate)로써 2차로 피복하고, 액상의 폴리에틸렌글라이콜(polyethylene glycol: H(OCH2CH2)nOH)에 분산시켜 친수성 자기흐름유체를 생성하는 단계가 될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second step is a method in which oxidized nanoparticles are first coated with oleic acid, followed by secondarily coating with sodium dodecyl benzene sulfonate, (Polyethylene glycol: H (OCH 2 CH 2 ) n OH) in a liquid phase to produce a hydrophilic magnetic flow fluid.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 2가 및 3가 철이온 화합물들의 공침으로 합성된 마그네타이트 나노 입자를 생성하는 제1 단계 및 올레인산(oleic acid)으로 상기 나노 입자를 1차로 피복시킨 후, 도데실벤젠슬폰산소다(sodium dodecyl benzene sulfonate)로써 2차로 피복하고, 액상의 폴리에틸렌글라이콜(polyethylene glycol: H(OCH2CH2)nOH)에 분산시키는 단계를 포함하는 페로자성유체의 제조방법을 개시한다.Another embodiment of the present invention provides a method for producing magnetite nanoparticles synthesized by coprecipitation of divalent and trivalent iron compounds and a method for producing the magnetite nanoparticles by oleic acid, Coated with a secondary coating with sodium dodecyl benzene sulfonate and dispersed in polyethylene glycol (H (OCH 2 CH 2 ) n OH) in liquid phase A method for producing a ferromagnetic fluid is disclosed.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 분산매가 실리콘 오일인 경우 상기 자기흐름유체의 무게 농도는 0.20 g/ml 이하이며, 상기 분산매가 액상의 폴리에틸렌글라이콜인 경우 상기 자기흐름유체의 무게 농도는 0.15 g/ml 이하가 될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the dispersion medium is a silicone oil, the weight concentration of the magnetic flow fluid is 0.20 g / ml or less, and when the dispersion medium is a liquid polyethylene glycol, Lt; RTI ID = 0.0 > g / ml. ≪ / RTI >
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기한 방법으로 제조된 자기흐름유체는 방호재에 적용될 수 있다.
According to one example related to the present invention, the magnetic flow fluid produced by the above-described method can be applied to a shielding material.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 자기흐름유체는 자기장 인가시 항복응력이 크게 증가되어 외부의 강한 충격에 효과적으로 저항할 수 있다.
The magnetic flow fluid according to at least one embodiment of the present invention constructed as described above can greatly increase the yield stress when a magnetic field is applied and can effectively resist external strong impact.
도 1은 Fe-6.5wt%Si 분말을 1차 마찰분쇄, 열처리 및 2차 볼분쇄한 미립자의 주사현미경 사진.
도 2는 Fe-6.5wt%Si 입자 대비 산화제의 여러 몰비율에서 산화된 자성미립자의 포화자화 값을 나타낸 도면.
도 3은 자기흐름유체(농도 25 mg/ml)의 제조공정 흐름도를 나타낸 도면.
도 4는 Fe-6.5wt%Si 입자 대비 산화제의 몰비율 0.125에서 산화입자, 산화입자/올레인산 및 산화입자/올레인산/폴리에틸렌글라이콜의 자기이력곡선을 나타낸 도면.
도 5는 화학 합성된 마그네타이트 입자와 이에 올레인산이 피복된 입자의 자기이력곡선을 나타낸 도면.Fig. 1 is an SEM photograph of fine particles of Fe-6.5 wt% Si powder subjected to primary friction grinding, heat treatment and second ball milling.
Fig. 2 is a graph showing the saturation magnetization values of oxidized magnetic fine particles at various molar ratios of oxidizing agent to Fe-6.5 wt% Si particles. Fig.
3 shows a flow chart of the manufacturing process of a magnetic flow fluid (concentration 25 mg / ml);
4 is a diagram showing the magnetic hysteresis curves of oxidized particles, oxidized particles / oleic acid and oxidized particles / oleic acid / polyethylene glycol at a molar ratio of oxidizer to Fe-6.5 wt% Si particles of 0.125.
5 is a view showing a magnetic hysteresis curve of chemically synthesized magnetite particles and particles coated with oleic acid thereon.
이하, 본 발명에 관련된 자기흐름유체, 자기흐름유체의 제조방법 및 자기흐름유체를 구비한 방호재에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
Hereinafter, a magnetic flow fluid, a method of manufacturing a magnetic flow fluid, and a shielding material having a magnetic flow fluid according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
기능성 자성미립자는 일반적으로 자성의 무기질 core에 유기물을 결합시킴으로써 제조할 수 있다. 페로자성유체(ferromagnetic fluid)에서 역 스피넬 구조를 가진 페라이트 나노입자는 그 자기적 성질과 잠재적 응용성 때문에 많은 주목을 받아 왔으며, 나노 자성입자는 친수성 또는 친유성의 계면활성제(surfactant)를 가지고 입자 표면을 피복함으로써 유체화된다. Functional magnetic fine particles are generally prepared by binding an organic material to a magnetic inorganic core. Ferrite nanoparticles having an inverse spinel structure in a ferromagnetic fluid have attracted much attention due to their magnetic properties and potential applicability. The nano-magnetic particles have a hydrophilic or lipophilic surfactant, To be fluidized.
일반적으로 산화철 입자의 표면에 양이온 계면활성제를 흡착시키면 내부에서는 소수기가 바깥쪽으로 향하는 화학적 결합층과, 외부에서는 소수기가 안쪽으로 향하는 물리적 결합층을 형성한다. 이렇게 흡착된 산화철 입자를 산으로 수세하면 외부층이 제거되어 단분자의 화학적 흡착층만 남게 됨으로써 소수성의 자성유체가 얻어진다. 여기에 음이온 계면활성제를 첨가하면 극성기가 외부로 향하는 2분자 흡착층을 형성하여 물에 안정하게 분산되는 친수성 콜로이드가 제조된다.Generally, when a cationic surfactant is adsorbed on the surface of iron oxide particles, a chemical bonding layer in which a hydrophobic group faces outward and a physical bonding layer in which a hydrophobic group faces inward are formed. When the adsorbed iron oxide particles are washed with an acid, the outer layer is removed to leave only a single chemical adsorption layer, thereby obtaining a hydrophobic magnetic fluid. When an anionic surfactant is added thereto, a hydrophilic colloid is formed which forms a two-molecule adsorption layer whose polar group faces outward and which is stably dispersed in water.
이 입자들은 직경이 나노미터 단위로 크기가 매우 작아 초상자성을 나타내므로, 그와 같은 콜로이드는 외부 자기장에 의하여 특정 위치에 고정될 수 있다.Since these particles are very small in size in nanometers and exhibit superparamagnetism, such a colloid can be fixed at a specific location by an external magnetic field.
자기흐름유체(magnetorheological fluid)는 고투자율을 가진 자성입자가 저투자율의 용매에 분산되어 있는 용액인데, 비자기장 하에 있어서는 등방향의 역학적 성질을 가지고 분산입자가 자유로이 운동하는 뉴토니안(Newtonian) 유체이나 자기장 하에서는 입자표면 분극에 기인한 입자배열로 섬유구조를 형성하여 이방성을 나타냄으로써 항복응력을 갖는 빙햄(Bingham) 유체로 거동한다. 이 경우 유체점도는 자기장의 강도에 따라 가역적으로 제어할 수 있으며, 유체의 전단응력 또한 자기장 세기에 따라 증가하게 된다.
A magnetorheological fluid is a solution in which magnetic particles with a high permeability are dispersed in a solvent having a low permeability. Under a non-magnetic field, a Newtonian fluid in which dispersed particles are freely moving with dynamic mechanical properties in the backward direction Under magnetic field, it behaves as a Bingham fluid with yield stress by forming a fiber structure with particle arrangement due to particle surface polarization to exhibit anisotropy. In this case, the fluid viscosity can be reversibly controlled according to the strength of the magnetic field, and the shear stress of the fluid also increases with the magnetic field strength.
페로자성유체의 산화철 나노입자는 일반적인 화학적 공침법으로 제조한 반면, 자기흐름유체의 분산입자는 마이크로 크기를 가진 철-실리콘(Fe-6.5wt%Si) 합금의 분말을 나노 크기로 분쇄함으로써 얻어졌다. 입자표면에 흡착시킬 1차 계면활성제로는 불포화지방산인 올레인산(oleic acid: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH)을 적용하였는데, 그 이유로는 자성입자의 표면에 흡착 유기상을 적용하는 데에 있어서 대개 C11 이하의 지방산의 경우 탄소사슬의 길이가 짧아 안정화 거리(대개 2 nm)가 유지되지 않아 반데르발스(van der Waals) 힘을 극복하지 못하여 응집현상이 발생하고, 또한 포화된 지방산일 경우는 이중사슬에 의한 결합(binding) 부위가 존재하지 않아 안정하게 결합할 수가 없기 때문이다. The iron oxide nanoparticles of the ferro-magnetic fluid were prepared by the general chemical coprecipitation method, while the dispersed particles of the magnetic flow fluid were obtained by pulverizing nanoparticles of a micron sized iron-silicon (Fe-6.5 wt% Si) alloy powder . The primary surfactant to be adsorbed on the particle surface was oleic acid (CH 3 (CH 2 ) 7 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH), an unsaturated fatty acid, , The fatty acid having C 11 or lower is generally not stable due to a short carbon chain length (usually 2 nm), so that the van der Waals force can not be overcome, Also, in the case of saturated fatty acids, there is no binding site due to a double chain, so that it can not be stably bonded.
이 경우 입자표면에 올레인산의 극성 부위가 화학 흡착함에 따라 비극성 부위가 외부로 향하게 되어 비극성의 실리콘오일(polydimethylsiloxane)에 안정하게 분산함으로써 소수성 유체를 효과적으로 얻을 수 있게 된다. 한편 친수성 유체를 위한 2차 계면활성제로서 슬폰산소다염의 화합물(dodecylbenzenesulfonic acid, sodium salt (SDBS): CH3(CH2)11C6H4SO3Na)을 적용함으로써 극성기를 외부에 위치시킬 수 있으며, 이의 분산매로서는 지방산에 대한 화학적 친화성이 우수할 뿐만 아니라 물에 비해 끓는점 및 점도가 높고 증기압이 매우 낮은 친수성 고분자인 폴리에틸렌글라이콜(polyethylene glycol (PEG): H(OCH2CH2)nOH)을 선택하였다. In this case, as the polar portion of the oleic acid is chemically adsorbed on the surface of the particle, the non-polar portion is directed to the outside and is stably dispersed in the non-polar silicone oil (polydimethylsiloxane), thereby effectively obtaining the hydrophobic fluid. On the other hand, the polar group can be placed externally by applying a compound of sodon oxygen sulfonate (sodium salt (SDBS): CH 3 (CH 2 ) 11 C 6 H 4 SO 3 Na) as a secondary surfactant for the hydrophilic fluid (Polyethylene glycol (PEG): H (OCH 2 CH 2 ) n ), which is a hydrophilic polymer having a high boiling point and a high viscosity and a very low vapor pressure as well as being excellent in chemical affinity for fatty acids OH) was selected.
본 발명은 액체 성질의 유동성과 고체 성질인 자기성을 함께 갖는 유체를 여러 조건에서 제조하여 자기장 인가 하에 이들의 점도 특성을 비교함으로써, 기존 방호재에 적용이 가능한 자기흐름유체를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
The present invention provides a method for manufacturing a magnetic flow fluid applicable to existing insulating materials by preparing fluids having fluidity of liquid nature and magnetic properties of solid properties under various conditions and comparing their viscosity characteristics under magnetic field application I want to.
자성입자의 형상은 주사전자현미경(scanning electron microscope)을 사용하여 관찰하고, 그 자기적 성질은 진동시료자력계(vibrating sample magnetometer)로 측정하였다. 또한 Brookfield 점도계를 사용하여 자기흐름유체와 페로자성유체의 점도를 선행분석하고, 자기점도계(magnetorheometer)로 인가 자기장 하에서 자기흐름유체에 적용된 서로 다른 분산매가 유체 점도에 미치는 영향을 상세히 조사하였다.The shape of the magnetic particles was observed using a scanning electron microscope and the magnetic properties were measured with a vibrating sample magnetometer. The Brookfield viscometer was also used to analyze the viscosity of magnetic flow and ferrofluid fluids, and the effects of different dispersants applied to magnetic flow fluids under applied magnetic fields with a magnetometer were investigated in detail.
본 발명을 하기 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
The present invention is explained in detail by the following examples. However, the present invention is not limited by the following examples.
(제1 (First 실시예Example ))
제1 실시예는 자성입자를 가공, 처리하여 자기흐름유체를 제조하는 단계이다.The first embodiment is a step of machining and processing magnetic particles to produce a magnetic flow fluid.
출발원료로서 고압수분사(high-pressure water spray)법으로 Nippon Atomized Metal Powder Corporation 사에서 제조된 15 μm 급의 철-실리콘 합금인 Fe-6.5wt%Si 분말을 사용하였다. 나노 크기의 입자를 얻기 위하여 원료 분말은 먼저 1차 분쇄용인 습식 마찰분쇄기(attrition mill, φ 100 × D 123 mm)에서 직경 5 mm의 지르코니아 볼(zirconia ball)을 사용하여 50%의 충진율로 600 rpm에서 60시간 동안 분쇄하여 형상을 제어하고, 합금의 결정화 온도인 550℃에서 1시간 동안 열처리함으로써 입자내부의 응력을 제거한 후, 원심성 볼분쇄기(planetary ball mill, φ 75× D 66 mm )에서 직경 2 mm 및 3 mm의 혼합 지르코니아 볼을 사용하여 충진율 55%와 500 rpm 조건으로 5시간 동안 미분쇄하였으며, 모든 분쇄공정들은 에타놀 매질에서 행하여졌다.As a starting material, Fe-6.5 wt% Si powder of 15 μm grade iron-silicon alloy manufactured by Nippon Atomized Metal Powder Corporation was used by high-pressure water spray method. In order to obtain nano-sized particles, raw material powder was first pulverized at a rate of 50% using a zirconia ball having a diameter of 5 mm in an attrition mill (
도 1은 Fe-6.5wt%Si 분말을 1차 마찰분쇄, 열처리 및 2차 볼분쇄를 차례로 행하여 얻은 자기흐름유체용 자성입자의 주사전자현미경 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a scanning electron microscope (SEM) image of magnetic particles for a magnetic flow fluid obtained by sequentially performing primary friction milling, heat treatment and secondary ball milling of an Fe-6.5 wt% Si powder.
그러나 순수한 금속입자는 유기화합물과의 극성에 의한 결합성이 매우 낮으므로, 산화제인 3메틸아민질소산화물(trimethylamine N-oxide dihydrate (TMANO): (CH3)3NO·2H2O)을 가지고 분쇄입자의 표면을 산화함으로써 입자 주위에 계면활성제가 흡착될 수 있도록 금속원소의 이온을 생성시켰다. However, since pure metal particles have very low polarity bonding with organic compounds, it is possible to use a triethylamine N-oxide dihydrate (TMANO): (CH 3 ) 3 NO 2 H 2 O) By oxidizing the surface of the particles, ions of the metal element were generated so that the surfactant could be adsorbed around the particles.
친수성 유체의 제조에 있어서 자성미립자 사이의 인력에 의한 응집을 방지하기 위해 먼저 입자표면의 금속이온과 화학결합이 가능한 올레인산(순도 90%)을 1차 계면활성제로 하여 소수화 흡착층을 형성하고, 그 다음 극성 용매에 안정하게 분산할 수 있는 친수기를 가진 SDBS를 2차 계면활성제로 사용하였다. 자성입자의 분산매로서는 몰분자량 400의 PEG을 선택하였는 데, 그 이유는 액체상 고분자에서 이분자량의 점도가 120 cP(운동점성계수 100 cSt)로 가장 높아 입자 분산을 더욱 지속시킴으로써 입자의 침전성을 개선할 수 있기 때문이다. 소수성 유체의 제조에 있어서는 상기의 올레인산을 자성입자의 단일 흡착층으로 하고, 분산매로는 1000cSt의 실리콘오일을 사용하여 유체화함으로써 친수성 자기흐름유체의 특성과 상호 비교하였다.
In order to prevent agglomeration due to attraction between magnetic fine particles in the production of a hydrophilic fluid, a hydrophobic adsorption layer is first formed using oleic acid (purity of 90%) capable of chemically bonding with metal ions on the surface of the particle as a primary surfactant, Next, SDBS having a hydrophilic group capable of stably dispersing in a polar solvent was used as a secondary surfactant. As a dispersion medium for the magnetic particles, PEG having a molar mass of 400 was selected because the molecular weight of the liquid polymer was the highest at 120 cP (kinematic viscosity of 100 cSt), thereby further improving particle sedimentation I can do it. In the production of the hydrophobic fluid, the above oleic acid was used as a single adsorbent layer of magnetic particles, and as a dispersion medium, fluidity was made using 1000 cSt silicone oil, and the characteristics of the hydrophilic magnetic fluid were compared with each other.
(( 실험예Experimental Example 1) One)
FeFe -6.5-6.5 wtwt %% SiSi 분쇄입자의 산화와 그 자화 특성 Oxidation and Characterization of Grinding Particles
산화제인 TMANO 2.06 g (0.0185 mol), 1.03 g (0.00925 mol) 및 0.51 g (0.00463 mol)을 각각 물 100 ml에 용해하고 볼분쇄(ball-milling)된 Fe-6.5wt%Si의 분말입자 2 g (0.037 mol)과 함께 혼합하여 100℃에서 1시간 동안 교반함시켜 얻은 산화입자들에 대하여 그 자기적 성질을 관찰하였다.1.03 g (0.00925 mol) and 0.51 g (0.00463 mol) of oxidizing agent TMANO were dissolved in 100 ml of water, and 2 g of ball-milled Fe-6.5 wt% Si powder particles (0.037 mol) and stirred at 100 ° C for 1 hour. The magnetic properties of the oxidized particles were observed.
도 2는 산화제/분쇄입자의 여러 몰비율에서 산화입자의 포화자화 값을 나타낸 것이다.2 shows the saturation magnetization values of the oxidized particles at various molar ratios of the oxidizing agent / pulverized particles.
도 2에서 보여지는 바와 같이 TMANO와 Fe-6.5wt%Si 입자의 혼합 몰비 0.125, 0.25, 0.50에서 그 포화자화(Ms)가 각각 71 및 78 emu/g이었으며, 순수 분쇄물 입자에서는 151 emu/g을 나타내었다. 산화제에 의하여 강자성 금속입자의 자화강도 감소가 확인되고 자기이력 측정에 있어서 약 10%의 오차를 감안하면, 이들 산화된 입자들의 포화자화 값은 사실상 큰 차이가 없으므로 입자의 표면산화를 위해서는 가능한 가장 적은 양의 산화제를 첨가하는 것이 바람직하다. 여기에서 순수 분쇄입자(as-milled particles) 자체의 포화자화는 산화제 첨가량 0.51 g에서 그 값이 60% 가까이 급격히 떨어진 후 1.03 g 및 2.06 g에서는 대략 55% 수준으로 유지하고 있는 경향으로 보아, 그 이후의 산화입자들에 대한 포화자화 변동은 매우 작을 것이므로 더 이상으로 산화제 양을 증가시키는 실험은 불필요할 것이다.
As shown in FIG. 2, the saturation magnetization (M s ) was 71 and 78 emu / g at the mixing molar ratios of TMANO and Fe-6.5 wt% Si particles of 0.125, 0.25 and 0.50, g. Considering the reduction of the magnetization intensity of the ferromagnetic metal particles by the oxidizing agent and considering the error of about 10% in the measurement of the magnetic hysteresis, the saturation magnetization value of these oxidized particles is not substantially different, It is preferable to add a positive oxidizing agent. Here, the saturation magnetization of as-milled particles itself tends to be maintained at about 55% at 1.03 g and 2.06 g after a sharp drop of about 60% at the addition amount of 0.51 g of the oxidizing agent, The saturation magnetization variation for the oxidized particles of the oxide of the present invention will be very small, and an experiment for increasing the amount of the oxidant will no longer be necessary.
(( 실험예Experimental Example 2) 2)
FeFe -6.5-6.5 wtwt %% SiSi 산화입자의 분산과 그 자화 특성 Dispersion of oxidized particles and their magnetization characteristics
볼분쇄(ball-milling)된 분말 2 g (0.037 mol)을 삼구플라스크에 넣어 물 100 ml와 TMANO 0.5 g (0.0046 mol)을 혼합하여 2시간 동안 100℃에서 300 rpm으로 교반하면서 금속입자의 표면을 산화시킨 후, 잔여 산화제를 제거하기 위하여 철저히 세척하였다. 이 산화입자에 PEG 70 ml를 가한 후 100℃에서 300 rpm으로 교반하면서 올레인산 1.0 ml를 첨가하여 30분 동안 유지하고 잇달아 SDBS 0.74 g (0.00213 mol)을 첨가하여 30분 동안 유지함으로써 안정하게 콜로이드화시켰다. 실온으로 냉각된 입자 분산 유체의 양은 약 80 ml이었으며 자기흐름유체의 단위부피당 자성입자의 무게는 25 mg/ml가 된다. 이러한 과정에서 SDBS의 첨가없이 제조된 유체는 대기 중 방치하면 입자부유물, 분산액 및 침전물의 세 부분으로 층분리가 발생하는 데, 그것은 도 1에서와 같이 개별입자의 크기가 20 nm에서부터 700 nm에 이르기까지 넓게분포하고 있어, 조대입자와 미세입자의 정체시간에 따른 분산거동의 변화와 응집에 기인한 것이다.
2 g (0.037 mol) of ball-milled powder was placed in a three-necked flask, and 100 ml of water and 0.5 g (0.0046 mol) of TMANO were mixed. While stirring at 300 rpm at 100 ° C for 2 hours, After oxidation, it was thoroughly washed to remove residual oxidizing agent. 70 ml of PEG was added to the oxidized particles, and 1.0 ml of oleic acid was added thereto while stirring at 300 rpm at 100 ° C, and the mixture was stably colloidized by maintaining 0.74 g (0.00213 mol) of SDBS successively for 30 minutes . The amount of the particle dispersed fluid cooled to room temperature was about 80 ml, and the weight of the magnetic particles per unit volume of the magnetic flux fluid was 25 mg / ml. In this process, the fluid produced without the addition of SDBS is left in the air to separate into three parts, suspended solids, dispersion, and sediment. As shown in FIG. 1, the size of individual particles ranges from 20 nm to 700 nm And it is due to the change of dispersion behavior and cohesion of coarse particles and fine particles with time of stagnation.
도 3은 자기흐름유체(농도 25 mg/ml)의 제조공정을 간단히 나타낸 것이다.Figure 3 is a simplified representation of the manufacturing process of a magnetic flow fluid (concentration 25 mg / ml).
올레인산의 단일 흡착층 및 올레인산과 PEG의 이중 흡착층을 가진 산화입자들에 대해 측정된 자화곡선들이 도 4에 보여지고 있다. 산화제/분쇄입자의 몰비 0.125의 조건에서 산화입자, 산화입자/올레인산 및 산화입자/올레인산/폴리에틸렌글라이콜의 포화자화는 각각 70, 50 및 40 emu/g으로 점차적으로 감소하는 데, 이것은 비자성 유기흡착층이 자성입자의 자화강도에 부의 영향을 끼친 결과이다. 또한 자기이력곡선에서 88 Oe의 보자력 값을 보이고는 있으나 2차 계면활성제인 SDBS의 도입으로 안정한 콜로이드가 형성됨으로써, 그러한 정도의 작은 보자력으로는 입자 상호간의 자기적 결합(응집)을 심각하게 유발시키지 않았다.
The magnetization curves measured for oxidized particles having a single adsorbent layer of oleic acid and a double adsorption layer of oleic acid and PEG are shown in FIG. The saturation magnetization of oxidized particles, oxidized particles / oleic acid and oxidized particles / oleic acid / polyethylene glycol gradually decreases to 70, 50 and 40 emu / g, respectively, at a molar ratio of oxidizer / And the organic adsorption layer negatively affects the magnetization intensity of the magnetic particles. In addition, although the coercive force of 88 Oe is shown on the magnetic hysteresis curve, stable colloid is formed by the introduction of the second surfactant SDBS, and such a small coercive force seriously induces magnetic coupling (aggregation) I did.
(제2 (Second 실시예Example ))
제2 실시예는 본 발명의 자기흐름유체와 비교 가능한 페로자성유체를 제조하는 단계이다.The second embodiment is a step of manufacturing a ferromagnetic fluid comparable to the magnetic flow fluid of the present invention.
염기시약의 과량 첨가로 철 2가 및 3가 염화물 모두는 철 수산화물로 1차 침전되고 더 산화가 진행되면 마그네타이트의 미립자가 얻어지는 데, 이러한 공침과정은 다음 반응식과 같이 표시될 수 있다.Both of the iron divalent and trivalent chlorides are first precipitated with iron hydroxide and further oxidized, resulting in the formation of magnetite fine particles. This coprecipitation process can be represented by the following reaction formula.
FeCl2 + 2FeCl3 + 8NH4OH -> Fe(OH)2·2Fe(OH)3↓+ 8NH4Cl -> Fe3O4 + 4H2OFeCl 2 + 2FeCl 3 + 8NH 4 OH -> Fe (OH) 2 · 2Fe (OH) 3 ↓ + 8NH 4 Cl -> Fe 3 O 4 + 4H 2 O
상기의 공침법을 통해 얻어진 철산화물 입자는 실시예 1에서와 같은 별도의 입자표면 산화과정이 불필요하므로 곧바로분자량 200의 폴리에틸렌글라이콜과 함께 100℃까지 300 rpm으로 가열, 교반하면서 올레인산(순도 90%)를 일정량 가하여 30분 동안 유지시키고, 잇달아서 도데실벤젠슬폰산소다를 일정량 가하여 30분 동안 유지시킴으로써 안정하게 콜로이드화하였다. 이와 같이 화학적 방법으로 제조된 입자는 기계적 방법으로 분쇄하여 얻어진 입자들에 비해 충분히 작고 균일하기 때문에 몰분자량 400에 비해 그 점도가 절반 수준(60 cP)인 몰분자량 200의 폴리에틸렌글라이콜 매질을 사용하여서도 충분히 유체화될 수 있었다.
Since the iron oxide particles obtained through the coprecipitation method do not require the separate particle surface oxidation process as in Example 1, they are immediately heated with polyethylene glycol having a molecular weight of 200 to 100 DEG C at 300 rpm, while being stirred with oleic acid (having a purity of 90 %) Was added in a constant amount and maintained for 30 minutes. After that, a constant amount of dodecylbenzene sulphone oxygen was added and maintained for 30 minutes to be colloid stable. Since the particles prepared by the chemical method are sufficiently small and homogeneous as compared with the particles obtained by mechanical pulverization, the polyethylene glycol medium having a molecular weight of 200, which is half the viscosity (60 cP) of the molecular weight of 400, is used So that it could be sufficiently fluidized.
(( 실험예Experimental Example 3) 3)
화학 합성된 마그네타이트 자성입자의 Of chemically synthesized magnetite magnetic particles 유체화와Fluidization 그 자화 특성 Its magnetization characteristics
FeCl2·4H2O(> 99%) 및 FeCl3 용액(min. 42.0%)의 시약으로 Fe2 +/Fe3 + = 0.5가 되도록 각각 1.72 g (8.65 mmol)과 4.84 g (17.3 mmol)를 80 ml의 증류수에 희석하였다. 이 철염 용액을 삼구플라스크에 넣어 80℃로 가열하여 유지시킨 후, 약 300 rpm으로 1시간 동안 교반하면서 염기시약으로는 적량의 암모니아수(농도 28 - 30%)를 1.5배 정도 과량으로 첨가하여 흑색의 수산화철을 완전히 침전시켰다. 또한 최종 생성물인 자성입자의 높은 자기성을 유지하기 위하여 침전물 여액이 중성의 수소이온농도 (pH 7)에 이를 때까지 수세함으로써 침전물에 잔존하고 있는 암모늄염을 충분히 제거하였다. 합성된 마그네타이트 입자의 표면을 완전히 피복하기 위한 유기물 계면활성제인 올레인산 및 SDBS과 자성입자 분산매체인 PEG의 첨가비율은 자기흐름유체 제조를 위한 상기의 실험예 2에서와 동일하게 적용하였다. 여기에서 마그네타이트 미립자의 생성량은 0.00865 mol × 231.54 g/mol = 2 g이므로 전체 유체량 80 ml에 대하여 자성입자의 무게 농도는 25 mg/ml이고, 입자형태는 평균직경 12 nm 를 가진 구 모양을 나타낸다. FeCl 2 · 4H 2 O (> 99%) and FeCl 3 solution (min. 42.0%) of reagent to the Fe 2 + / Fe 3 + = 0.5 is 1.72 g (8.65 mmol) and 4.84 g (17.3 mmol) respectively, so that the And diluted with 80 ml of distilled water. The iron salt solution was put in a three-necked flask, heated to 80 ° C., and maintained at about 300 rpm for 1 hour while adding an appropriate amount of ammonia water (concentration of 28 - 30% The iron hydroxide was completely precipitated. In order to maintain the high magnetic properties of the magnetic particles as the final product, the ammonium salt remaining in the precipitate was sufficiently removed by washing with water until the precipitate filtrate reached a neutral hydrogen ion concentration (pH 7). The addition ratio of oleic acid and SDBS, which is an organic surfactant for completely covering the surface of the synthesized magnetite particles, and PEG, which is a magnetic particle dispersion medium, was applied in the same manner as in Experimental Example 2 for producing a magnetic flow fluid. Since the amount of magnetite particles produced is 0.00865 mol × 231.54 g / mol = 2 g, the weight concentration of magnetic particles is 25 mg / ml and the particle shape is spherical with a mean diameter of 12 nm .
화학 합성된 자성입자들의 자기적 성질을 나타내는 도 5에 있어서는 미세입자들이 모두 잔류자화가 0인 전형적인 초상자성을 나타내고 있고, 피복된 마그네타이트 미립자의 포화자화는 23 emu/g로 순수 입자에 대한 포화자화 값 37 emu/g의 약 60% 수준이며, 이 또한 유기흡착층이 마그네타이트 입자의 자화에 영향을 미친 결과이다.In FIG. 5, which shows the magnetic properties of the chemically synthesized magnetic particles, all of the fine particles exhibit typical superparamagnetism with zero residual magnetization. The saturation magnetization of the coated magnetite particles is 23 emu / g, Value is about 60% of the value of 37 emu / g, which is also a result of the organic adsorption layer influencing the magnetization of the magnetite particles.
(( 실시예Example 3) 3)
화학적으로 제조된 페로자성유체 입자의 크기가 10 - 20 nm인데 비해 자기흐름유체의 입자는 기계적 방법으로 제조되어 그 크기가 수십nm에서 수백nm 수준이어서 자기장이 외부에서 가해질 때 입자크기의 영향으로 인하여 일반적으로 더 높은 점도와 항복응력을 나타낸다. 유체의 항복응력은 점도로부터 평가되고 유체의 점성은 온도 영향을 크게 받기 때문에, 점도 측정은 유체를 실온으로 일정하게 유지시켜 먼저 자기장의 영향력이 없는 순수한 상태에서 그리고 자기장 인가 하의 상태에서 각각 수행되었다.
The size of the ferrofluid magnetic particles is 10 to 20 nm compared to that of the magnetically produced fluid, and the size of the magnetic flux particles is in the range of several tens of nanometers to several hundreds of nanometers. Therefore, due to the influence of the particle size It generally exhibits higher viscosity and yield stress. Since the yield stress of the fluid is estimated from the viscosity and the viscosity of the fluid is largely affected by temperature, the viscosity measurement was carried out in pure state without influence of the magnetic field first and keeping the fluid at room temperature constant.
(( 실험예Experimental Example 4) 4)
자기흐름유체Magnetic flow fluid 및 And 페로자성유체의Ferrofluid 점도 및 Viscosity and 전단강도Shear strength 비교 compare
유체의 기본농도 25 mg/ml에 있어서 페로자성유체의 점도가 자기흐름유체에 비해 상대적으로 크게 낮아 페로자성유체는 기본농도의 두 배인 50 mg/ml로 제조하여, 그 특성을 자기흐름유체와 비교하였다. 이러한 유체에 있어서는 점도가 비교적 낮기 때문에, 이 경우에 적합한 Brookfield 점도계를 사용하여 특성을 관찰하였다. 자기장 하에서 유체의 점도를 측정하기 위하여 약 300 ml의 유체시료가 담긴 적량의 비이커를 가운데 두고 3.5 kG의 Nd 영구자석(φ 50 × T 10 mm) 2개를 양쪽에 설치하였으며, 이때 시료 중심부의 자기장 세기는 약 550 G를 나타내었다.
The viscosity of ferrofluid at 25 mg / ml is relatively lower than that of magnetic flow, so ferrofluid is prepared at 50 mg / ml, which is twice the basic concentration. Respectively. Because the viscosity of these fluids is relatively low, the properties were observed using a Brookfield viscometer suitable for this case. In order to measure the viscosity of the fluid under magnetic field, two 3.5 kG Nd permanent magnets (φ 50 × T 10 mm) were placed on both sides of a suitable amount of beaker containing about 300 ml of fluid sample, The intensity was about 550 G.
표 1은 페로자성유체와 자기흐름유체의 점도를 측정하여, 그 값을 비교한 결과이다.Table 1 shows the results obtained by measuring the viscosity of the ferro-magnetic fluid and the magnetic flow fluid and comparing the values.
표 1에서 자장을 가하지 않은 경우와 자장을 가한 경우를 별도로 관찰하면, 자기흐름유체의 점도가 페로자성유체에 비해 각각 1.6배 및 2.8배 정도로 높았다. 또한 자장을 가하기 전과 후의 비교에 있어서도 페로자성유체에서 57 cP로 6.7배 그리고 자기흐름유체에서는 160 cP로 11.5배 정도의 큰 증가를 나타내었다.In Table 1, when the magnetic field was not applied and the magnetic field was applied separately, the viscosity of the magnetic flow fluid was 1.6 times and 2.8 times higher than that of the ferro-magnetic fluid, respectively. In comparison with magnetic field, the magnitude of the increase was about 11.5 times as high as 57 cP in the ferromagnetic fluid and 160 cP in the magnetic flow fluid.
항 목
Item
점도(cP)
Viscosity (cP)
자기장 비인가시
When magnetic field is not applied
자기장 인가시
With magnetic field
페로자성유체
(농도 50 mg/ml)
Ferro-magnetic fluid
(Concentration 50 mg / ml)
8.5
8.5
57.3
57.3
자기흐름유체
(농도 25 mg/ml)
Magnetic flow fluid
(Concentration 25 mg / ml)
13.9
13.9
159.7
159.7
상기 측정된 유체의 점도로부터 전단응력을 구하기 위하여 관련 제원의 수치를 대입하여 계산한 결과가 표 2에 보여진다.Table 2 shows the results of calculating the shear stress from the measured viscosity of the fluid by substituting the numerical values of the related parameters.
유체 종류 (농도)
Fluid type (concentration)
페로자성유체
(50 mg/ml)
Ferro-magnetic fluid
(50 mg / ml)
자기흐름유체
(25 mg/ml)
Magnetic flow fluid
(25 mg / ml)
전단강도
(kPa)
Shear strength
(kPa)
자기장
비인가
magnetic field
Unauthorized
0.57
0.57
1.12
1.12
자기장
인가
magnetic field
is it
3.85
3.85
10.7
10.7
강도 증가율 (%)
Strength increase rate (%)
670
670
960
960
표 2에서 자기흐름유체와 페로자성유체의 전단강도의 비교는 점도 측정값과 같은 경향을 나타내며, 자기흐름유체의 전단강도는 자기장을 인가함으로써 비인가시에 비해 약 10배나 증가되고 자기장이 인가된 페로자성유체에 비해서는 거의 3배 수준이다. In Table 2, the comparison between the shear strength of the magnetic flow fluid and the ferro-magnetic fluid shows the same tendency as the measured viscosity value. The shear strength of the magnetic flow fluid is about 10 times higher than that of un- Which is almost three times that of a magnetic fluid.
따라서 유체의 점도가 전단응력의 척도가 되며, 자기흐름유체가 외부자기장의 인가 하에서 효과적인 강도 특성을 구현할 수 있을 것이다.Thus, the viscosity of the fluid will be a measure of the shear stress, and the magnetic flow fluid will be able to achieve an effective strength characteristic under the application of an external magnetic field.
(( 실험예Experimental Example 4) 4)
폴리에틸렌글라이콜Polyethylene glycol 및 실리콘오일 분산 And silicone oil dispersion 매에On 따른 유체의 농도별 점도 비교 Comparison of Viscosity by Fluid Concentration
유체의 점도 특성을 보다 상세히 관찰하기 위하여 유체 제조시 농도를 50 - 300 mg/ml인 범위에서 50 mg/ml의 간격으로 다양하게 하였다. 이와 같은 유체는 기준농도 25 mg/ml의 제조공정에서 투입되는 자성미립자 및 계면활성제 양을 비례적으로 증가시키고 사용된 PEG와 실리콘오일 분산매의 양을 적절히 조절하여 전체 유체량을 80 ml로 일정하게 유지시킴으로써 얻을 수 있다. 이러한 유체시료는 전자석이 자체 내장된 자기점도계(MCR 301, Anton Paar, Austria)로써 자기장을 인가하지 않은 경우와 0.2 T(tesla)의 자기장을 가한 경우의 각각에 대해 점도 값을 측정하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다.In order to observe the viscosity characteristics of the fluid in detail, the concentration of the fluid was varied in the range of 50 - 300 mg / ml and 50 mg / ml. These fluids proportionally increase the amount of magnetic fine particles and surfactant added in the manufacturing process of the reference concentration of 25 mg / ml and appropriately adjust the amount of the PEG and silicone oil dispersing agent to make the total fluid volume constant at 80 ml . These fluid samples were measured for viscoelasticity values when a magnetic field was not applied and when a magnetic field of 0.2 T (tesla) was applied with a magnetometer (MCR 301, Anton Paar, Austria) Are shown in Table 3.
유체 농도
(mg/ml)
Fluid concentration
(mg / ml)
인가 자기장
(T)
Applied magnetic field
(T)
페로자성유체
Ferro-magnetic fluid
자기흐름유체
Magnetic flow fluid
분산매: PEG
Dispersion medium: PEG
분산매: PEG
Dispersion medium: PEG
분산매: Silicon oil
Dispersion medium: Silicon oil
50
50
100
100
150
150
200
200
250
250
※ 단위: cP, 전단속도: 100 s-1 (고정)※ Unit: cP, Shear rate: 100 s -1 (Fixed)
유체의 분산공정에 있어서 분산매 PEG를 사용한 유체농도 200 mg/ml 이상에서는 PEG의 끓음에 의한 용액분출로 정확한 농도의 유체제조가 어려웠으며, 또한 농도 250 mg/ml 이상에서는 입자의 높은 함량에 의한 유체의 유동성 저하로 인하여 시료 추출이 상당히 곤란하였다. 따라서 자기흐름유체에 대하여 실리콘오일에서 Fe-6.5wt%Si 입자의 적정 분산한계는 0.2 g/ml이고, 그 입자중량비는 20%가 된다. 표 3에서 PEG 분산매를 사용한 유체농도 250 mg/ml에 있어서의 측정값은 단지 참고용 수치로만 제시된다.At a concentration of more than 200 mg / ml using dispersant PEG in the dispersion process of the fluid, it was difficult to produce a fluid at a precise concentration due to the ejection of the solution by the boiling of PEG. When the concentration was more than 250 mg / ml, It is difficult to extract the sample because of the low fluidity of the sample. Therefore, the optimum dispersion limit of Fe-6.5wt% Si particles in silicone oil for magnetic flow fluid is 0.2 g / ml and its particle weight ratio is 20%. In Table 3, the measured values at a fluid concentration of 250 mg / ml using a PEG dispersant are presented only as reference values.
유체의 점도 측정값은 실시예 1에서 관찰된 50 mg/ml 이하의 낮은 농도를 가진 PEG 유체의 경우와 동일하게 100 mg/ml 이상의 높은 농도를 가진 유체에 있어서도 자기장 비인가 상태에 비해 자기장 인가 조건에서 더 높고 자기흐름유체가 페로자성유체에 비해 3 배 이상으로 크다. 또한 농도 100 mg/ml와 0.2 T 조건의 자기흐름유체에서 분산매로 실리콘오일을 사용한 경우가 PEG를 사용한 경우에 비해 6 배나 큰 차이를 보였는 데, 이는 운동점성계수가 PEG (몰분자량 400)의 100 cSt에 비해 실리콘오일이 1000 cSt으로써 훨씬 크기 때문일 것이다. 분산매로서 실리콘오일을 사용한 자기흐름유체에 있어서 유체농도 50, 100, 150 및 200 mg/ml로 증가시킴에 따라 점도 값은 비자기장 조건에서는 1000에서 1500 cP 사이로 큰 변화가 없었으나, 0.2 T의 자기장 하에서는 1480에서 8160 cP에 이르기까지 대폭 증가하였다. The viscosity of the fluid was measured in the same manner as in the case of the PEG fluid having a low concentration of less than 50 mg / ml observed in Example 1, The higher and the magnetic flow fluid is three times larger than the ferro-magnetic fluid. In addition, the use of silicone oil as a dispersant in magnetic flow fluids with a concentration of 100 mg / ml and 0.2 T was 6 times greater than that of PEG, which indicated that the kinematic viscosity was 100 This is probably due to the fact that the silicone oil is much larger at 1000 cSt than cSt. As the fluid concentration was increased to 50, 100, 150 and 200 mg / ml in the magnetic flow fluid using silicone oil as the dispersion medium, the viscosity value did not change significantly between 1000 and 1500 cP in the non-magnetic field condition, And from 1480 to 8160 cP.
그러므로, 본 발명에 따른 자기흐름유체는 자기장 인가시 항복응력이 크게 증가됨으로써 외부의 강한 충격에 효과적으로 저항할 수 있으므로, 방호재의 성능 향상을 위하여 이를 적용할 수 있다.Therefore, the magnetic flow fluid according to the present invention can be effectively applied to improve the performance of the shielding material, since the yield stress is greatly increased when a magnetic field is applied, thereby effectively resisting external impacts.
상기와 같이 설명된 자기흐름유체, 자기흐름유체의 제조방법 및 자기흐름유체를 구비한 방호재는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법을 한정시켜 적용하는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성할 수도 있다.The above-described magnetic flow fluid, the method of manufacturing the magnetic flow fluid, and the shielding material having the magnetic flow fluid are not limited to the configuration and the method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified variously All or some of the embodiments may be selectively combined.
Claims (8)
산화된 상기 나노 입자에 계면활성제를 피복하고, 분산매에 분산시키는 제2 단계를 포함하고,
상기 제1 단계는,
산화제로써 3메틸아민질소산화물(trimethylamine N-oxide dihydrate: (CH3)3NO·2H2O)을 사용하고, 그 혼합몰비가 0.125 내지 0.50의 범위에서 상기 나노 입자의 표면을 산화처리하는 단계이고,
상기 제2 단계는,
올레인산(oleic acid)으로 산화된 나노 입자를 피복하고, 실리콘오일(polydimethylsiloxane)에 분산시켜 소수성 자기흐름유체를 생성하거나,
올레인산(oleic acid)으로 산화된 나노 입자를 1차로 피복한 후, 도데실벤젠슬폰산소다(sodium dodecyl benzene sulfonate)를 사용하여 2차로 피복시키고, 액상의 폴리에틸렌글라이콜(polyethylene glycol: H(OCH2CH2)nOH)에 분산시켜 친수성 자기흐름유체를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기흐름유체의 제조방법.A first step of oxidizing the iron-silicon alloy nanoparticles; And
A second step of coating the oxidized nanoparticles with a surfactant and dispersing the nanoparticles in a dispersion medium,
In the first step,
(Trimethylamine N-oxide dihydrate: (CH 3) 3 NO 2 · 2H 2 O) is used as an oxidizing agent, and the surface of the nanoparticles is oxidized in a mixing molar ratio of 0.125 to 0.50,
The second step comprises:
It is possible to coat nanoparticles oxidized with oleic acid and disperse them in silicone oil (polydimethylsiloxane) to produce a hydrophobic magnetic flow fluid,
The nanoparticles oxidized with oleic acid were first coated, then coated with sodium dodecyl benzene sulfonate and polyethylene glycol: H (OCH 2 CH 2 ) nOH to produce a hydrophilic magnetic flow fluid.
상기 철-실리콘 나노 입자는 철에 중량백분율로 6.5 % 실리콘 금속을 함유시킨 것을 특징으로 하는 자기흐름유체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the iron-silicon nanoparticles contain 6.5% silicon metal by weight in iron.
상기 분산매가 실리콘오일인 경우 상기 자기흐름유체의 무게 농도는 0.20 g/ml 이하이며,
상기 분산매가 액상의 폴리에틸렌글라이콜인 경우 상기 자기흐름유체의 무게 농도는 0.15 g/ml 이하인 것을 특징으로 하는 자기흐름유체의 제조방법,The method according to claim 1,
When the dispersion medium is a silicone oil, the weight concentration of the magnetic flow fluid is 0.20 g / ml or less,
Wherein when the dispersion medium is a liquid polyethylene glycol, the weight concentration of the magnetic flow fluid is 0.15 g / ml or less.
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