сухой концентрат магнитной жидкости

Формула изобретения

1. СУХОЙ КОНЦЕНТРАТ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ, содержащий высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения и стабилизатор, содержащий олеиновую кислоту, отличающийся тем, что он содержит стабилизатор, дополнительно содержащий поверхностно-активное вещество, выбранное из группы: фракция синтетических или природных нафтеновых кислот, 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

2. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что в качестве технических растительных масел используют рапсовое или кориандровое.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к тому классу ферромагнитных материалов, которые содержат в своем составе высокодисперсные (менее 300 ) частицы ферро- или ферримагнетиков, покрытые защитным слоем стабилизатора, что позволяет использовать их для приготовления коллоидных растворов, устойчивых в неоднородном магнитном поле и нашедших применение как в промышленных условиях, например для разделения немагнитных материалов по плотности, так и при проведении научных исследований.

Целью изобретения является повышение намагниченности и технологичности материала при обеспечении высокой стабильности качества.

Изобретение основано на том, что сухой концентрат магнитной жидкости (МЖ) включает в свой состав высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения и стабилизатор, содержащий олеиновую кислоту и дополнительно поверхностно-активное вещество, выбранное из группы: фракция синтетических или природных нафтеновых кислот, кислот, выделяемых при щелочном гидролизе технических растительных масел и синтетических жирных кислот, взятых в соотношении: 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, причем в качестве технических растительных масел используют рапсовое или кориандровое.

Сущность изобретения заключается в изменении состава концентрата (отсутствие дисперсионной среды) и части касающейся состава стабилизатора, а, следовательно, структуры защитной стабилизирующей оболочки вокруг частиц магнитной фазы, которая не только обеспечивает быстрое и полное растворение концентрата, но и меняет, по-видимому, характер взаимодействия между отдельными частицами, что препятствует их сращиванию и образованию крупных агрегатов.

Экспериментально установлено, что введение в состав стабилизатора дополнительно к олеиновой кислоте других жирных или нафтеновых кислот природных или синтетических позволяет увеличить срок хранения сухого концентрата МЖ, причем заметный эффект достигается уже при незначительных количествах вводимой добавки.

Предложенный концентрат МЖ обладает более высокой намагниченностью и представляет собой твердый продукт, который можно легко диспергировать в различных углеводородных растворителях, например, в керосине, в вакуумных маслах или кремнийорганических жидкостях. Технология получения его проста, что очень важно при организации промышленного производства. Сухой концентрат МЖ можно перевозить всеми видами транспорта, включая воздушный. Такой материал удобен при хранении и позволяет готовить коллоидные растворы с заданной концентрацией дисперсной фазы непосредственно перед использованием путем смешения концентрата с дисперсной средой при нагревании до 25-60^оС или без.

Получение сухого концентрата магнитной жидкости осуществляют следующим образом. Высокодисперсные частицы магнитной фазы осаждают одним из известных способов. Предпочтение отдают тем способам, в которых сырьем для получения исходного раствора служит сернокислое железо ((II). После осаждения высокодисперсных частиц и удаления маточного раствора проводят их стабилизацию. Процесс стабилизации проводят при температурах 20-85^оС после чего стабилизированные частицы экстрагируют низкокипящим углеводородным растворителем, например гексаном, гептаном или их смесью, циклогексаном, углеводородной фракцией, выкипающей в пределах 60-140^оС. В качестве частиц, входящих в состав сухого концентрата МЖ, используют частицы магнетита или какого-либо феррита, например, феррита марганца, кобальта, смешанных ферритов. В качестве стабилизатора используют олеиновую кислоту, вводимую в смеси с другими жирными или нафтеновыми кислотами, природного или синтетического происхождения в количестве 15-35% от веса магнитной фазы. После экстракции стабилизированных магнитных частиц углеводородным растворителем полученный коллоидный раствор отделяют от маточного раствора, промывают водой, при необходимости отфильтровывают, а затем удаляют углеводородный растворитель при слабом нагревании и/или под вакуумом. Процесс экстракции проводят при температуре 25-70^оС в зависимости от выбранного углеводородного растворителя.

Полученный таким образом сухой концентрат МЖ включает в себя высокодисперсные частицы железосодержащего окисного соединения и стабилизатор, содержащий олеиновую кислоту в смеси с одним из нижеперечисленных поверхностно-активных веществ: фракция синтетических или природных нафтеновых кислот, кислот, выделяемых при щелочном гидролизе технических растительных масел, например, рапсового или кориандрового, синтетических жирных кислот различного строения, взятых в соотношении: 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

Сухой концентрат МЖ может быть легко диспергирован в керосине или других углеводородных фракциях, например в вакуумных маслах, в кремнийорганических жидкостях даже после девяти месяцев хранения при комнатной температуре в плотно закрытой таре.

Когда количество стабилизатора, вводимого на стадии стабилизации высокодисперсных магнитных частиц, превышает 35% от веса осажденного магнитного материала, то полученный продукт длительное время сохраняет пастообразное состояние, а после того как высыхает, не может полностью быть диспергирован в углеводородном растворителе.

При введении в суспензию осажденных магнитных частиц стабилизатора в количестве менее 15% от веса магнитного материала, выход сухого концентрата уменьшается примерно на 5-10% а полученный концентрат при диспергировании в углеводородном растворителе дает осадок уже через неделю и полностью нерастворим в керосине через 1-2 месяца после его приготовления.

П р и м е р 1. Готовят 10%-ные растворы, содержащие соли Fe(II) и Fe(III). Для этого используют FeCl₂4H₂O и FeCl₃6H₂O в количестве 100 и 200 г соответственно. Полученные растворы вливают при перемешивании в сосуд, содержащий 750 мл концентрированного аммиака (25%). Через 5 мин перемешивание прекращают и выпавший осадок промывают 2 раза дистиллированной водой. Затем к суспензии магнетита после декантации маточного раствора при нагревании до 45^оС добавляют раствор, содержащий 21 г олеиновой кислоты и 33 г керосина. После нагревания реакционной смеси до 70^оС и охлаждения до 30^оС на дне сосуда образуется густая пастообразная масса. Цвет маточного раствора свидетельствует о том, что не вся дисперсная фаза переходит в концентрат. Маточный раствор удаляют декантацией, а густую пастообразную массу (концентрат магнитной жидкости) используют в дальнейшем для приготовления 6% -ного раствора МЖ путем добавления керосина. Намагниченность насыщения концентрата 190 кА/м. Данный пример соответствует известному ферромагнитному материалу и способу его получения. Свойства полученного образца приведены в таблице (пример 1).

П р и м е р 2. Получение образцов сухого концентрата МЖ начинают с приготовления раствора, содержащего ионы Fe(II) и Fe(III). Для этого к 3 л водного раствора, содержащего 56 г FeSO₄7H₂O и 110,5 г FeCl₃6H₂O, при интенсивном перемешивании добавляют 360 мл 24,8%-ного раствора аммиака. Через 5 мин перемешивание прекращают и дают осесть образовавшимся частицам магнетита на дно сосуда. Затем маточный раствор удаляют, к оставшейся суспензии при нагревании добавляют 8-20 мл стабилизатора (при 30^оС) и дисперсионную среду, в качестве которой используют смесь гексана и гептана в соотношении 2:3. При дальнейшем нагреве реакционная смесь расслаивается на два слоя, нижний из которых представляет собой коллоидный раствор частиц магнетита в углеводородной среде растворителе. Верхний, водный слой удаляют. Коллоидный раствор промывают дистиллированной водой, а затем при слабом нагревании удаляют дисперсионную среду до получения твердого продукта сухого концентрата МЖ.

По описанному способу приготавливают ряд образцов сухого концентрата, различающихся как содержанием магнитной фазы, так и составом используемого стабилизатора (примеры 2-15).

П р и м е р 3. Получение образца сухого концентрата проводят следующим образом. Частицы феррита марганца готовят по одой из известных методик. Условия стабилизации, экстракции стабилизированных частиц и выделения концентрата такие же, как и в примере 2. В качестве стабилизатора используют смесь олеиновой кислоты и фракции природных нафтеновых кислот в соотношении 1:2 (пример 16). Экстракцию стабилизированных частиц проводят углеводородной фракцией, выкипающей в пределах 80-140^оС. Получен образец, имеющий намагниченность насыщения 240 кА/м.

Образцы, полученные в примерах 1-3 после длительного хранения (9 мес), растворяли в керосине или в других средах (примеры 14, 15) и определяли устойчивость полученных коллоидных растворов. Устойчивость определяли центрифугированием при g 8000 в течение 1 ч. По отсутствию осадка после центрифугирования судили об устойчивости образцов.

Состав и свойства образцов концентрата, полученных в примерах 1-3, приведены в таблице.

Как следует из результатов, приведенных в таблице, полученные образцы сухого концентрата обладают более высокой намагниченностью, сохраняют свои свойства после длительного хранения, могут быть использованы для приготовления устойчивых коллоидных растворов в различных углеводородных фракциях или кремнийорганических жидкостях, а простота технологии их получения открывает широкие перспективы для промышленного производства.

Экономическая эффективность предлагаемого изобретения очевидна. Высокая стабильность свойств позволяет заблаговременно наработать концентрат в требуемых объемах. Кроме того изобретение позволяет значительно упростить хранение и транспортировку ферромагнитного материала и приготовление на его основе магнитной жидкости с заданной концентрацией дисперсной фазы.