Способ получения магнитной жидкости

Изобретение относится к области получения жидких намагничивающихся сред на различных основах с частицами магнетита или ферритов в качестве дисперсной фазы и может быть использовано в самых различных отраслях народного хозяйства, например в уплотнительных устройствах, в дефектоскопии, в медицине и т.д. Способ включает получение высокодисперсных частиц магнетита методом химического соосаждения, стабилизацию полученных частиц магнетита, последующее диспергирование стабилизированных частиц магнетита в низкомолекулярном спирте C₁-С₃ или ацетоне. Стабилизацию частиц магнетита осуществляют добавлением дикарбоновой кислоты к частицам магнетита, постепенным нагревом полученной суспензии до температуры 40-90°С при перемешивании для взаимодействия частиц магнетита с дикарбоновой кислотой, с промывкой суспензии последовательно водой и ацетоном, сушкой суспензии и добавлением спирта к полученному осадку, после чего осуществляют диспергирование стабилизированных частиц магнетита. В качестве дикарбоновой кислоты используют терефталевую или адипиновую или другие высокомолекулярные дикарбоновые кислоты с числом углеродных атомов C₆-C₁₂, а для стабилизации частиц магнетита используют спирты с числом углеродных атомов C₆-C₁₂. Изобретение позволяет получить стабильные магнитные жидкости на спиртах С₁-С₃ или ацетоне, не расслаивающиеся при центрифугировании (g=600). 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области получения жидких намагничивающихся сред на различных основах с частицами магнетита или ферритов в качестве дисперсной фазы, стабилизированных различными поверхностно-активными веществами (ПАВ), и может быть использовано в самых различных отраслях народного хозяйства, в т.ч. в уплотнительных устройствах, в дефектоскопии, в медицине и т.д.

Для стабилизации магнитных частиц используют различные ПАВ, причем для получения устойчивых магнитных жидкостей с дисперсионными средами различной природы требуются, как правило, различные стабилизаторы, образующие вокруг частиц магнитной фазы защитный слой, отличающийся структурой и видом используемых ПАВ.

Не случайно долгое время не удавалось получить магнитные жидкости на спиртах (C₁ и С₂) и ацетоне (Тезисы доклада Всесоюзного симпозиума «Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей», Саласпилс, Институт физики АН Латв. СССР, 1980, стр.37).

Известен способ получения магнитных жидкостей (МЖ) на спиртах с числом углеродных атомов С₃-С₁₀ (Doina Bica, L.Vekas, M.Rasa. Preparation and Magnetic properties of concentrated magnetic fluids on alcohol and carrier fluids, J. of Magnetism and Magnetic Materials, 252 (2002) 10-12). Способ включает в себя получение высокодисперсных частиц магнетита, стабилизация которых обеспечивалась созданием вокруг частиц магнетита двойного стерического слоя с использованием олеиновой кислоты в качестве первого (хемосорбируемого) поверхностно-активного вещества (ПАВ) и додецилбензилсульфоновой кислоты (ДБСК) как второе (физически адсорбируемое) ПАВ. Стабилизированные таким образом частицы были диспергированы в спиртах с числом углеродных атомов С₃-С₁₀.

Общими признаками известного и предлагаемого способов являются получение высокодисперсных частиц магнетита, стабилизация и пептизация этих частиц в спиртах.

Недостаток известного способа заключается в невозможности использования его для получения МЖ на спиртах C₁-C₂ и ацетоне.

Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления МЖ, описанный в работе (T.Fujita, T.Miyazaki, H.Nishiyama, B.Jeyadevan, Preparation and properties of low boiling point of alcohol and acetone-based magnetic fluid, J. Of Magnetism and Magnetic Materials 201 (1999) 14-17), который предполагает получение МЖ на спиртах с числом углеродных атомов С₁-С₄, а также на ацетоне.

Частицы магнетита получают химическим соосаждением. Затем частицы покрывают первым ПАВ, в качестве которого используют ацетаты или олеаты эфира полиоксиэтилена, что достигается при нагревании суспензии магнетита до 363°К. Стабилизированные частицы магнетита коагулируют при добавлении серной кислоты с последующей фильтрацией, сушкой и промывкой этанолом для удаления избытка стабилизатора. После этого частицы магнетита, покрытые слоем первого стабилизатора, диспергируют в жидком кристалле К-15 (цианобифенильного типа) или ZLI-1083 (типа цианофенилциклогексана), который образует второй поверхностно-активный слой. Наконец, частицы магнетита, покрытые двойным слоем стабилизатора, диспергируют в спирте С₁-С₃ или ацетоне, а перед использованием в экспериментах центрифугируют при 400g.

Общими признаками известного и предлагаемого способов являются получение высокодисперсных частиц магнетита методом химического соосаждения, стабилизация полученных частиц магнетита и последующее диспергирование стабилизированных частиц магнетита в одном из низкомолекулярных спиртов C₁-С₃ или ацетоне.

Недостатками известного способа являются его сложность, низкая намагниченность насыщения образцов и седиментационная устойчивость, которая сильно зависит от весового соотношения спирт/магнетит.

Техническая задача заключается в создании способа, обеспечивающего получение стабильных образцов МЖ, в упрощении способа получения и в снижении их стоимости.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения магнитной жидкости, включающем получение высокодисперсных частиц магнетита методом химического соосаждения, стабилизацию полученных частиц магнетита, последующее диспергирование стабилизированных частиц магнетита в одном из низкомолекулярных спиртов или ацетоне, стабилизацию полученных частиц магнетита осуществляют добавлением дикарбоновой кислоты к частицам магнетита, постепенным нагревом полученной суспензии до температуры 40-90°С при перемешивании для взаимодействия частиц магнетита с дикарбоновой кислотой, с промывкой суспензии последовательно водой и ацетоном, сушкой суспензии и добавлением спирта к полученному осадку, после чего осуществляют диспергирование стабилизированных частиц магнетита.

Кроме этого, в качестве дикарбоновой кислоты используют терефталевую или адипиновую или другие высокомолекулярные дикарбоновые кислоты с числом углеродных атомов С₆-С₁₂.

Кроме того, для стабилизации частиц магнетита используют спирты с числом углеродных атомов С₆-С₁₂.

Предлагаемый способ не требует для своего осуществления сложного и дорогостоящего импортного оборудования и реактивов, которые необходимо закупать за рубежом, а выпускаются в России в промышленном масштабе.

Частицы магнетита первоначально покрывают молекулами дикарбоновой кислоты, к которой затем присоединяют молекулу спирта. Таким образом, частицы магнетита стабилизированы принципиально новым стабилизатором, а именно алкоголятом дикарбоновой кислоты.

Такой стабилизатор обеспечивает не только высокую агрегативную устойчивость образцов, но и обеспечивает устойчивость полученных МЖ в неоднородном магнитном поле, причем концентрация магнетита в таких жидкостях может достигать 8-10 вес.%.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Высокодисперсные частицы магнетита получают одним из известных способов химического соосаждения. После декантации маточного раствора к суспензии добавляют дикарбоновую кислоту в количестве, достаточном для полного покрытия частиц магнетита путем взаимодействия поверхностных гидроксильных групп с одной из карбоксильных групп кислоты.

Суспензию нагревают до температуры 40-90°С при перемешивании для завершения взаимодействия частиц магнетита с дикарбоновой кислотой. После этого суспензию промывают водой и ацетоном и высушивают в мягких условиях. Затем к порошку добавляют небольшое количество спирта C₆-C₁₂, и полученную суспензию вновь нагревают при перемешивании. Непрореагировавший спирт удаляют одним из известных способов. После этого к реакционной смеси добавляют спирт C₁-С₃ или ацетон и пептизируют стабилизированные частицы магнетита до получения однородной жидкости. Полученные образцы обладают высокой устойчивостью и намагниченностью насыщения.

Пример 1. К 1,5 л раствора, содержащего 28,0 г FeSO₄·7H₂O и 55,1 г FeCl₃·6H₂O, добавляют при перемешивании 160 мл раствора аммиака 25% концентрации. Через 5 мин перемешивание прекращают и после осаждения образовавшихся частиц магнетита удаляют маточный раствор. К оставшейся массе добавляют 3,1 г терефталевой кислоты и постепенно смесь нагревают при перемешивании до 85°С, а после 15-ти минутной выдержки ее охлаждают до 40°С. После этого смесь последовательно промывают водой и ацетоном и высушивают. Затем к осадку добавляют дециловый спирт в количестве 5,6 мл и 4,0 г водоотнимающего вещества (CaCl₂). Смесь повторно нагревают до 120°С, а после охлаждения ее разделяют на три части, и растворяют в спиртах C₁ или C₂ или в ацетоне. Полученные образцы МЖ после отфильтровывания водоотнимающего вещества проверяют на устойчивость в градиентном магнитном поле по длительности удержания жидкости в зазоре между полюсами магнита, которая составила более 1,0 час. Содержание магнитных частиц в полученных образцах МЖ составила≈4,0 вес.%.

Пример 2. К 3,0 л раствора, содержащего 56,2 г FeSO₄·7Н₂О и 110,6 г FeCl₃·6H₂O добавляют 320 мл 25% раствора аммиака. Затем дают время для осаждения образовавшимся частицам магнетита, а маточный раствор удаляют декантацией. К оставшейся массе добавляют 5,2 г адипиновой кислоты и смесь постепенно нагревают до 90°С и после выдержки при этой температуре в течение 20 мин охлаждают до комнатной температуры. После этого реакционную смесь промывают последовательно водой и ацетоном, а затем проводят сушку смеси.

К полученному осадку добавляют 12,1 додецилового спирта и 10,0 г водоотнимающего вещества (CaCl₂). При перемешивании смесь нагревают до 125°С, а после охлаждения осадок делят на три части и диспергируют в этиловом спирте или изопропиловом спирте или ацетоне. Все три образца фильтруют для удаления CaCl₂ и проверяют на устойчивость в неоднородном магнитном поле, которая для всех образцов превысила 1,5 час. Содержание дисперсной фазы в образцах составила примерно 8 вес.%.

Пример 3. Условия получения высокодисперсных частиц магнетита такие же, как и в примере 1. После удаления маточного раствора к осадку добавили 3,9 г себациновой кислоты. Условия обработки осадка дикарбоновой кислотой и промывки осадка аналогичны описанным в примере 1. В качестве спирта использован гексиловый спирт в количестве 6,1 мл. Все дальнейшие операции по получению образцов МЖ см. в примере 1. Обработанный спиртом осадок разделен на две части и после удаления избытка гексилового спирта и водоотнимающего вещества диспергирован в пропиловом спирте или ацетоне. Оба образца показали высокую устойчивость в неоднородном магнитном поле, а содержание дисперсной фазы составило около 6 вес.%.

Заявляемая совокупность признаков позволяет получать магнитные жидкости на спиртах C₁-С₃ и ацетоне, не расслаивающиеся при центрифугировании (g=600).

1. Способ получения магнитной жидкости, включающий получение высокодисперсных частиц магнетита методом химического соосаждения, стабилизацию полученных частиц магнетита, последующее диспергирование стабилизированных частиц магнетита в низкомолекулярном спирте С₁-С₃ или ацетоне, отличающийся тем, что стабилизацию частиц магнетита осуществляют добавлением дикарбоновой кислоты к частицам магнетита, постепенным нагревом полученной суспензии до температуры 40-90°С при перемешивании для взаимодействия частиц магнетита с дикарбоновой кислотой, с промывкой суспензии последовательно водой и ацетоном, сушкой суспензии и добавлением спирта к полученному осадку, после чего осуществляют диспергирование стабилизированных частиц магнетита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дикарбоновой кислоты используют терефталевую, или адипиновую, или другие высокомолекулярные дикарбоновые кислоты с числом углеродных атомов C₆-C₁₂.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для стабилизации частиц магнетита используют спирты с числом углеродных атомов C₆-C₁₂.