СУХОЙ КОНЦЕНТРАТ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H01F1/28 

Изобретение относится к области коллоидной химии и может быть использовано для получения магнитных жидкостей с заданными свойствами на основе углеводородов, синтетических углеводородных и минеральных масел, полиэтилсилоксановых масел.

Известен сухой концентрат магнитной жидкости (Патент на изобретение RU №2056066, МПК H01F 1/28, 1996 г.), содержащий высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения и стабилизатор, содержащий олеиновую кислоту и поверхностно-активное вещество, выбранное из группы: фракция синтетических или природных нафтеновых кислот, выделяемых при щелочном гидролизе технических растительных масел, и синтетических жирных кислот, взятых в соотношении, мас.%:

олеиновая кислота - 1-20;

поверхностно-активное вещество - 20-1.

При этом концентрат содержит высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения и стабилизатор в следующем соотношении, мас.%:

высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения-65-85;

стабилизатор - остальное.

Недостаток указанного концентрата заключается в том, что использование олеиновой кислоты как составной части поверхностно-активного вещества значительно снижает (до нескольких часов) срок хранения сухого концентрата магнитной жидкости. Это объясняется тем, что олеиновая кислота быстро окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности частицы железосодержащего окисного соединения полимерную пленку, а это, в дальнейшем, делает невозможным получение магнитных жидкостей из сухого концентрата из-за отсутствия взаимодействия между углеводородными радикалами поверхностно-активного вещества и молекулами жидкости носителя.

Известен способ получения феррожидкости (Авторское свидетельство СССР, №966015, МПК C01G 49/08, 1982 г.), включающий осаждение высокодисперсного магнетита из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа обработкой гидроксидом в присутствии раствора поверхностно-активного вещества в органическом растворителе при нагревании и перемешивании, где в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилбензолсульфокислоту. Концентрация алкилбензолсульфокислоты в органическом растворителе составляет 10-20%.

Недостаток указанного способа определяется тем, что он не обеспечивает достаточную стабильность магнитных жидкостей, необходимую для их использования в различных электромеханических устройствах.

Известен способ получения концентрата магнитной жидкости преимущественно из травильных растворов и отходов электролитических ванн гальванических цехов, включающий частичное окисление ионов двухвалентного железа кислородом и стабилизацию суспензии высокодисперсного магнетита, где стабилизацию магнетита осуществляют введением гидрофобного стабилизатора "Асидол". Магнитный концентрат предназначен для получения магнитных жидкостей на различных основах, его изготовление отличается простотой технологии и удобством транспортировки (Патент на изобретение RU №2016430, МПК H01F 1/28, 1994 г.).

Указанный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что травильные растворы и отходы электролитических ванн гальванических цехов помимо ионов двух- и трехвалентного железа имеют много посторонних примесей, которые значительно снижают срок эксплуатации магнитных жидкостей в электромеханических устройствах, кроме того, магнетит, полученный по указанному способу, может иметь недостаточную намагниченность насыщения, так как очень сложно добиться необходимого стехиометрического отношения ионов двух- и трехвалентного железа в травильных растворах и отходах металлургического производства.

Известен способ получения ферромагнитной жидкости (Авторское свидетельство СССР, №842028, С01G 49/08, 1981 г.), наиболее близкий к заявляемому, включающий осаждение магнетита из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа водным раствором аммиака и пептизацию полученного осадка в растворе олеиновой кислоты в керосине, где соли двух- и трехвалентного железа берут в стехиометрическом отношении, полученный осадок магнетита перед пептизацией обезвоживают на фильтр-прессе, процессы осаждения и пептизации магнетита проводят в герметичной аппаратуре.

По данному способу удается получить магнитные жидкости, только если в качестве дисперсионной среды используется неполярный углеводород (керосин). Если в качестве дисперсионных сред использовать синтетические и минеральные углеводородные масла, кремнийорганические жидкости, то магнитные жидкости, полученные по данному способу, теряют стабильность. Недостаток указанного способа определяется еще и тем, что он не обеспечивает достаточную намагниченность насыщения магнитных жидкостей, необходимую для их использования в различных электромеханических устройствах.

Технический результат заключается в получении сухого концентрата магнитной жидкости, с длительным сроком хранения, для получения магнитных жидкостей с заданными свойствами на основе углеводородов, синтетических углеводородных и минеральных масел, полиэтилсилоксановых масел и с длительным ресурсом эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в сухом концентрате магнитной жидкости, содержащем высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения и поверхностно-активное вещество, в качестве поверхностно-активного вещества используют бензолсульфиновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения - 70-90;

бензолсульфиновая кислота - остальное.

Технический результат достигается тем, что в способе получения сухого концентрата магнитной жидкости, включающем осаждение магнетита из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа водным раствором аммиака и пептизацию полученного осадка в растворе олеиновой кислоты в керосине, в качестве поверхностно-активного вещества используют бензолсульфиновую кислоту, стабилизацию магнетита осуществляют в среде ацетона при комнатной температуре и непрерывном перемешивании, при этом поверхностно-активное вещество предварительно растворяют в ацетоне, суспензию стабилизированного магнетита в среде ацетона высушивают при комнатной температуре под вакуумом.

Сухой концентрат магнитной жидкости получают следующим образом.

Готовят водные растворы солей двух- и трехвалентного железа и водный раствор аммиака. Водные растворы солей двух- и трехвалентного железа смешивают. Частицы магнетита, полученные осаждением из раствора солей двух- и трехвалентного железа водным раствором аммиака, отделяют от маточного раствора декантацией и многократно промывают дистиллированной водой до pH=7. Водную суспензию магнетита отфуговывают для удаления избытка воды. Водную суспензию магнетита промывают ацетоном три раза, при этом магнетит отделяют от водно-ацетоновой смеси декантацией. Ацетоновую суспензию магнетита отфуговывают для удаления избытка ацетона. Готовят раствор поверхностно-активного вещества в ацетоне. К ацетоновой суспензии магнетита при непрерывном перемешивании добавляют раствор поверхностно-активного вещества. Смесь тщательно перемешивают и высушивают при комнатной температуре в течение 24-х часов под вакуумом до получения сухого порошка, при этом происходит удаление из массы ацетона.

Полученный сухой концентрат магнитной жидкости имеет длительный срок хранения. Сухой концентрат магнитной жидкости используют для получения магнитных жидкостей с заданными свойствами на основе углеводородов, синтетических углеводородных и минеральных масел, полиэтилсилоксановых масел. Для этого сухой концентрат магнитной жидкости пептизируют в жидкости-носителе при температуре 70°C в течение часа. Намагниченность насыщения полученных магнитных жидкостей может колебаться от 20 до 100 кА/м в зависимости от области их применения.

Пример

256 г FeCl₃·6H₂O растворяют в 2 литрах дистиллированной воды, 133 г FeSO₄·7H₂O растворяют в 2 литрах дистиллированной воды. Растворы солей смешивают. Готовят 6%-ный водный раствор аммиака в количестве 4 литра. К смеси солей железа приливают 6%-ный водный раствор аммиака до pH 11. При этом выпадает осадок высокодисперсных частиц магнетита. Осадок отделяют от маточного раствора декантацией и многократно промывают дистиллированной водой до pH=7.

Водную суспензию магнетита отфуговывают. Водную суспензию магнетита промывают ацетоном три раза, при этом магнетит отделяют от водно-ацетоновой смеси декантацией. Ацетоновую суспензию магнетита отфуговывают. Готовят раствор бензолсульфиновой кислоты в ацетоне, содержащий 30 г бензолсульфиновой кислоты и 100 мл ацетона. К ацетоновой суспензии магнетита при непрерывном перемешивании добавляют раствор бензолсульфиновой кислоты. Смесь перемешивают и высушивают при комнатной температуре под вакуумом в течение 24 часов. Для получения магнитных жидкостей сухой концентрат магнитной жидкости пептизируют в жидкости-носителе в течение часа при температуре 70°C.

Свойства магнитных жидкостей на различных жидкостях-носителях, полученных из сухого концентрата магнитной жидкости по заявленному способу, приведены в таблицах 1, 2 и 3.

Таблица 1 Свойства магнитной жидкости, полученной из сухого концентрата магнитной жидкости по заявленному способу на основе синтетического углеводородного масла Свойства МЖ По заявленному способу Намагниченность насыщения, кА/м 40±2 Плотность, г/см³ 1,30±0,02 Вязкость пластическая при 20°C, Па·с 1,52

Таблица 2 Свойства магнитной жидкости, полученной из сухого концентрата магнитной жидкости по заявленному способу на основе керосина Свойства МЖ По заявленному способу Намагниченность насыщения, кА/м 60±2 Плотность, г/см³ 1,46±0,02 Вязкость пластическая при 20°C, Па·с 0,18

Таблица 3 Свойства магнитной жидкости, полученной из сухого концентрата магнитной жидкости по заявленному способу на основе полиэтилсилоксанового масла Свойства МЖ По заявленному способу Намагниченность насыщения, кА/м 30±2 Плотность, г/см³ 1,29±0,02 Вязкость пластическая при 20°C, Па·с 2,05

Изобретение относится к сухому концентрату магнитной жидкости, содержащему высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения и поверхностно-активное вещество. При этом в качестве поверхностно-активного вещества используют бензолсульфиновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%: высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения - 70-90, бензолсульфиновая кислота - остальное. Техническим результатом заявленного изобретения является получение сухого концентрата магнитной жидкости с длительным сроком хранения. Изобретение также относится к способу получения указанного сухого концентрата магнитной жидкости. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Сухой концентрат магнитной жидкости, содержащий высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения и поверхностно-активное вещество, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют бензолсульфиновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения - 70-90;
бензолсульфиновая кислота - остальное.

2. Способ получения сухого концентрата магнитной жидкости, включающий осаждение магнетита из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа водным раствором аммиака и пептизацию полученного осадка в растворе олеиновой кислоты в керосине, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют бензолсульфиновую кислоту, стабилизацию магнетита осуществляют в среде ацетона при комнатной температуре и непрерывном перемешивании, при этом поверхностно-активное вещество предварительно растворяют в ацетоне, суспензию стабилизированного магнетита в среде ацетона высушивают при комнатной температуре под вакуумом.