СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 1998 года по МПК H01F1/28 C01G49/08 

Изобретение относится к области коллоидной химии и может быть использовано для получения ферромагнитных материалов: магнитных жидкостей (МЖ). Магнитные жидкости находят широкое применение в датчиках угла наклона, ускорения и др. , где основным требованием, предъявляемым к МЖ, как рабочему чувствительному элементу, являются высокая намагниченность и низкая вязкость.

Известен способ получения МЖ путем осаждения высокодисперсного магнетита из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа водным раствором аммиака с последующей многократной промывкой полученного осадка водой, а затем пептизацию его при нагревании в растворе олеиновой кислоты в жидкости-носителе (керосине) [1].

Недостатком данного метода является неполнота удаления продуктов реакции, что сказывается на увеличении вязкости и снижении текучести системы при низких температурах и на увеличении времени переходного процесса при работе МЖ в измерительном устройстве (датчике угла наклона).

Известен способ получения МЖ путем осаждения высокодисперсного магнетита из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа гидроокисью натрия с последующей промывкой дистиллированной водой и добавлением олеата натрия и адсорбции его при нагревании. Осадок коагулируют с помощью соляной кислоты, промывают. В результате получается отфильтрованный осадок магнетита, покрытого слоем олеата натрия, который осушают в течение 1 недели при комнатной температуре. Затем образец высушивают в вакууме в течение 34 ч при температуре приблизительно 350 К и растворяют в растворителе - жидкости-носителе (керосине) [2].

Недостатком данного метода является также неполнота удаления продуктов реакции, что приводит к повышению вязкости и снижению текучести системы при низких температурах и на увеличении времени переходного процесса при работе МЖ в измерительном устройстве (датчике угла наклона).

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в снижении вязкости магнитной жидкости при низких температурах и в уменьшении времени переходного процесса при работе магнитной жидкости в измерительных устройствах типа датчика угла наклона и пр.

В предлагаемом способе в процессе технологического цикла получают продукт - магнитную жидкость с высокодисперсным магнетитом, не содержащую примесей, приводящих к увеличению вязкости при пониженных температурах и увеличивающих время переходного процесса в устройстве.

Технический результат достигают тем, что в способе получения ферромагнитной жидкости, включающем осаждение магнетита и его стабилизацию поверхностно-активным веществом (ПАВ) в растворителе, согласно изобретению перед стабилизацией осадок магнетита обрабатывают водным раствором уксусной кислоты при нагревании и перемешивании, стабилизацию осуществляют ПАВ в растворе уксусной кислоты и проводят обработку стабилизированного магнетита с контролем полноты удаления солей железа и избыточного содержания ПАВ.

В наибольшей степени технический результат достигается при использовании избыточного содержания ПАВ в уксусной кислоте, использовании неполярного растворителя, а также тем, что обработку стабилизированного магнетита проводят дистиллированной водой, а контроль полноты удаления осуществляют по реакции роданистого аммония на наличие в промывных водах ионов Fe³⁺ и тем, что обработку осадка магнетита осуществляют при нагревании до температуры в пределах 300-370 K.

Сущность способа заключается в следующем.

Полученный осаждением из солей двух- и трехвалентного железа водным раствором аммиака коллоидный магнетит промывают водой до электропроводности промывных вод, равной электропроводности дистиллята.

Водный осадок отфугованного магнетита обрабатывают при температуре в диапазоне Т=300-370 К в течение 30 мин 70-80%-ной уксусной кислотой. Температура и время обработки уксусной кислотой играет существенную роль и сказывается непосредственно на свойствах МЖ.

Необходимо следить, чтобы температура водно-уксусной суспензии магнетита соответствовала Т=300-370 К. При данном температурном режиме и концентрации уксусной кислоты удается очистить частицы магнетита от гидроокисей железа, включений мелких частиц аморфных немагнитных соединений, так как их наличие в дальнейшем приводит к увеличению вязкости системы при низких температурах, и стабилизировать их уксусной кислотой.

Далее вводят раствор олеиновой кислоты в уксусной кислоте, нагретой до температуры в диапазоне Т=300-370 К. Уксусная кислота является хорошим органическим растворителем, что соответственно приводит к разрушению мицелл ПАВ и улучшает условия адсорбации его на частицах магнетита, где происходит вытеснение низкомолекулярной уксусной кислоты более высокомолекулярной олеиновой. При повышенной температуре и водном растворе уксусной кислоты молекулы олеиновой кислоты становятся более подвижными, мицеллы разрушаются.

После термостатирования и коагуляции осадка маточник декантируют, а стабилизированный магнетит промывают сначала холодной дистиллированной водой до электропроводности сливных вод, равных электропроводности дистиллята, а затем горячим дистиллятом. Отмывка горячим дистиллятом приводит к гидролизу олеатов и ацетатов железа, что позволяет "очистить" систему от нежелательных примесей. Отмывку ведут до полного отсутствия ионов Fe³⁺ по качественной реакции с роданидом аммония.

Наличие солей железа, оставшихся в системе по истечении времени, приводит к выпадению немагнитных окислов железа и свободной олеиновой кислоты, которая далее полимезируется, что резко приводит к повышению вязкости коллоида вообще и при низких температурах в особенности.

Далее стабилизированный магнетит промывают до полного удаления олеиновой кислоты. Отмывку контролируют по количественному содержанию ее при титровании щелочью в присутствии индикатора. Далее очищенный стабилизированный магнетит растворяют в базисной жидкости.

Обработка полученной дисперсной фазы при выдерживании температурного и концентрационного режима обработки осажденного магнетита в уксусной кислоте позволяет получить более мелкие и монодисперсные частицы магнетита и удалить примеси.

Стабилизацию дисперсной фазы осуществляют поверхностно-активным веществом, которое вводят в избытке в растворе уксусной кислоты.

Вводят режим контроля полноты удаления солей железа и избыточного содержания поверхностно-активного вещества для достижения полноты очистки путем удаления органических и неорганических примесей.

Все вышесказанное позволяет говорить о соответствии предлагаемого изобретения условиям патентоспособности "новизна", "изобретательский уровень" и "промышленная применимость ".

Пример.

256 г FeCl₃6H₂O растворяют в 2л дистиллированной воды, 133 г FeSO₄7H₂O растворяют в 2 л воды. К смеси солей железа приливают 6%-ный водный раствор аммиака до pH 11. При этом выпадает осадок коллоидного магнетита, осадок промывают дистиллированной водой до электропроводности промывных вод, равной электропроводности дистиллята.

Осадок магнетита отфуговывают, добавляют 500 мл 70%-ного водного раствора уксусной кислоты при Т=360 К. Массу тщательно перемешивают в течение 30 мин, после чего добавляют 38-42 мл олеиновой кислоты, растворенной в 20 мл уксусной кислоты при Т=360 К. Всю массу тщательно перемешивают и термостатируют до полной коагуляции стабилизированного магнетита и осветления маточника. Далее маточный раствор сливают, стабилизированный магнетит промывают дистиллятом комнатной температуры до электропроводности промывных вод, равной электропроводности дистиллята, а затем следует длительная промывка дистиллятом при повышенной температуре до отсутствия в промывных водах иона Fe³⁺ по реакции роданистого аммония. После чего стабилизированный магнетит промывают ацетоном до удаления избытка олеиновой кислоты при титровании смывок ацетона щелочью в присутствии индикатора.

Затем стабилизированный магнетит растворяют в базисной жидкости (керосин) при нагревании и перемешивании в течение 1-2 ч.

Полученная по данному способу магнитная жидкость отвечает показателям, приведенным в таблице.

Предложенный способ гарантирует высокую текучесть магнитной жидкости при низких температурах и в расширенном диапазоне температур, высокую скорость переходного процесса данной жидкости, в измерительных устройствах, например датчике угла наклона и др.

Использование: получение ферромагнитной жидкости для систем измерения. Сущность изобретения: осаждают магнетит, осадок обрабатывают водным раствором уксусной кислоты при нагревании и перемешивании, стабилизируют магнетит поверхностно-активным веществом (ПАВ) в растворе уксусной кислоты. Термостатируют и коагулируют осадок, маточный раствор декантируют, а стабилизированный магнетит промывают дистиллированной водой. Отмывку ведут до полного отсутствия ионов Fe³⁺ по качественной реакции с роданитом аммония. Согласно изобретению получают ферромагнитную жидкость, свойства которой обеспечивают высокую текучесть жидкости при низких температурах и в расширенном диапазоне температур, высокую скорость переходного процесса при использовании в измерительных устройствах, например датчиках угла наклона и пр. 4 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения ферромагнитной жидкости, включающий осаждение магнетита и его стабилизацию поверхностно-активным веществом в растворителе, отличающийся тем, что перед стабилизацией осадок магнетита обрабатывают водным раствором уксусной кислоты при нагревании и перемешивании, стабилизацию осуществляют поверхностно-активным веществом в растворе уксусной кислоты и проводят обработку стабилизированного магнетита с контролем полноты удаления солей железа и избыточного содержания поверхностно-активного вещества. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют избыточное содержание поверхностно-активного вещества в уксусной кислоте. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют неполярный растворитель. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку стабилизированного магнетита проводят дистиллированной водой, а контроль полноты удаления осуществляют по реакции роданистого аммония на наличие в промывных водах ионов Fe³⁺. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку осадка магнетита осуществляют при нагревании до температуры 300 - 370 К.