магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства
Классы МПК: | H01F1/44 содержащие магнитные жидкости, например феррожидкости B03C1/32 воздействующее на среду, содержащую разделяемое вещество; например магнитогравиметрическое, магнитогидростатическое или магнитогидродинамическое разделение |
Автор(ы): | БУСКЕ Норберт (DE) |
Патентообладатель(и): | ООО "Медипорт Кардиотехник" (DE) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-12-17 публикация патента:
27.04.2003 |
Изобретение относится к новой магнитной жидкости, способу и устройству для ее производства. Задачей изобретения является создание магнитной жидкости с высоким уровнем магнитного насыщения, т.е. с высокой концентрацией нанометровых частиц и с низкой вязкостью, а также разработка способа и устройства для производства этой жидкости. Заявленная магнитная жидкость состоит из поляризованной несущей жидкости и магнитных нанометровых частиц, стабилизированных двумя мономолекулярными адсорбционными слоями, при этом магнитная жидкость имеет степень магнитной насыщенности не менее 30 мТл, а вязкость менее 100 мПа
с при 40oС, причем несущая жидкость, по существу, не содержит никаких растворенных компонентов внешнего адсорбционного слоя. Заявлен способ производства высококонцентрированной магнитной жидкости, основанной на неполяризованных или поляризованных несущих жидкостях и магнитных нанометровых частицах, стабилизированных одним или двумя адсорбционными слоями, состоящими из поверхностно-активных веществ, заключающийся в том, что в магнитную жидкость добавляют вещества, снижающие растворимость поверхностно-активных веществ, затем осуществляют ее нагрев до температуры не менее 30oС и подвергают воздействию внешнего магнитного поля, а после указанного воздействия поверхностно-активные вещества отделяют от нанометровых частиц. Устройство для получения вышеуказанных магнитных жидкостей состоит из контейнера для магнитных жидкостей, снабженного нагревательным элементом, разделительных поверхностей, генераторов градиента магнитного поля, причем генераторы градиента магнитного поля размещены на разделительных поверхностях и ориентированы в направлении силы тяжести. Техническим результатом изобретения является создание магнитной жидкости с высоким уровнем магнитного насыщения. 3 с. и 14 з.п.ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
Формула изобретения
1. Магнитная жидкость, состоящая из поляризованной несущей жидкости и магнитных нанометровых частиц, стабилизированных двумя мономолекулярными адсорбционными слоями, отличающаяся тем, что магнитная жидкость имеет степень магнитной насыщенности не менее 30 мТл, а вязкость менее 100 мПа![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к новой магнитной жидкости, способу и устройству для ее производства в соответствии с преамбулами к пунктам 1, 5 и 18 формулы изобретения. Магнитные жидкости являются устойчивыми дисперсиями, имеющими свойства суперпарамагнетика. Твердые частицы, содержащиеся как дисперсная фаза в такой дисперсии, не подвергаются седиментации (не выпадают в осадок) ни в гравитационном, ни в магнитном полях. Магнитные жидкости состоят, в основном, из трех компонентов. Дисперсная магнитная составляющая включает твердые частицы ферро- или ферримагнитных материалов, имеющие размер 3-50 нанометра (нм). Дисперсная фаза, присутствующая в форме нанометровых частиц, стабилизирована поверхностно-активными веществами. Нанометровые частицы однородно и устойчиво распределены в диспергирующем агенте, далее по тексту называемом "несущая жидкость". Молекулы поверхностно-активного вещества представляют собой амфифильные молекулы, имеющие как гидрофильные, так и липофильные свойства. Гидрофильные группы поверхностно-активных веществ химически связаны с поверхностью частиц, чтобы образовывать мономолекулярные адсорбционные слои. Например, карбоновые кислотные группы, сульфонатные группы, сульфатные группы, фосфатные группы или фосфонатные или аминогруппы могут использоваться в качестве гидрофильных, химически сорбируемых молекул. Как поляризованные, так и неполяризованные растворители пригодны для использования в качестве несущей жидкости. Чтобы стабилизировать нанометровые частицы в поляризованных несущих жидкостях типа воды, формируются главным образом два адсорбционных слоя - один внутренний и один внешний уровень - при этом амфифильные молекулы внешнего уровня могут быть анионными, катионными или неионными поверхностно-активными веществами, а амфифильные молекулы внутреннего уровня состоят из анионных поверхностно-активных веществ типа жирных кислот. Конкретно в случае магнитных жидкостей, имеющих несущую жидкость на водной основе, необходим второй, внешний адсорбционный уровень для стабилизации нанометровых частиц. В то время как внутренний адсорбционный слой химически привязан к поверхности частицы через гидрофильную группу поверхностно-активного вещества, внешний уровень адсорбируется к гидрофобным частям молекул во внутреннем слое более слабыми физическими взаимодействиями. Чтобы внешний слой образовался, необходимо наличие излишка поверхностно-активного вещества в водной фазе. Зачастую концентрация поверхностно-активных веществ во внешнем слое в водной фазе бывает чересчур высока, что ведет к повышению объемной вязкости и массовому накоплению этих веществ в процессе концентрации водной фазы, таким образом кардинально ограничивая степень магнитного насыщения. Намагниченность насыщения является мерилом концентрации магнитных частиц в магнитной жидкости. Магнитные жидкости на водной основе хорошо известны. Согласно немецкой заявке 19516323 А1 они обеспечивают магнитное насыщение до 25 мТл, а нанометровые частицы, выступающие в качестве магнитных составляющих, состоят из магнемита (![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203084/947.gif)
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
- добавка веществ, которые изменяют значение рН;
- изменение концентрации поверхностно-активных веществ путем удаления несущей жидкости;
- добавка растворителей, снижающих растворимость, и/или твердых тел, таких как соли и водорастворимые полимеры;
- добавление веществ, соединяющихся (агрегирующих) с молекулами поверхностно-активного вещества. Со ссылкой на чертежи заявленное устройство будет пояснено более подробно. Фиг.1 показывает устройство для квазинепрерывного удаления, а фиг.2 показывает устройство для периодического удаления. Согласно фиг.1 в контейнер 1 помещают для концентрации магнитную жидкость 10. Нагревательный элемент 5 размещают под контейнером 1. Фидер 8 проходит от дна контейнера 1 к разделительным поверхностям 2. Фидер 8 может быть открыт и закрыт посредством запорного клапана 9. Два сильных магнита 3 и 4 размещают над разделительной поверхностью 2 в непосредственной близости от нее. Разделительный эффект (сепарация) может быть оптимизирован за счет угла наклона разделительной поверхности 2. Лоток магнита 7 и лоток поверхностно-активного вещества 6 размещают под разделительной поверхностью 2. За счет включения нагревательного элемента 5 температуру магнитной жидкости 10 повышают до примерно 60oС, таким образом резко уменьшая растворимость поверхностно-активных веществ в несущей жидкости магнитной жидкости 10. При открытии запорного клапана 9 магнитная жидкость 10 будет течь через фидер 8 к нижней стороне разделительной поверхности 2. Вследствие градиента магнитного поля, который присутствует и порождается магнитом 3, на разделительной поверхности 10 образуется выпуклость из собирающейся магнитной жидкости 10. После примерно 10-минутного воздействия магнитного поля первые капельки несущей жидкости, включающей скопившееся поверхностно-активное вещество, отрываются, капая в лоток поверхностно-активного вещества 6. При выключении магнита 3 и одновременном включении магнита 4 магнитная жидкость 10 будет притягиваться к разделительной поверхности ниже магнита 4, где удаляется еще часть поверхностно-активного вещества. После выключения магнита 4 оставшаяся, высококонцентрированная магнитная жидкость 10 собирается в лотке магнита 7. Фиг. 2 иллюстрирует устройство для периодического удаления поверхностно-активных веществ из несущей жидкости на различных стадиях процесса:
а - магнитная жидкость 10 нагревается на первой стадии с помощью нагревательного элемента 5;
b - магнитная жидкость - то есть присутствующие в ней нанометровые частицы, накапливаются на разделительной поверхности 2 после включения магнита 3;
с - процесс концентрации на разделительной поверхности 2 завершен, и сконцентрированные частицы могут быть собраны на дне. Магнитная жидкость, собранная на дне, может впоследствии быть повторно подана в контейнер 1 и использоваться в последующем разделительном процессе. Заявленный способ будет иллюстрирован более подробно на нижеприведенных примерах. Пример 1
Магнитная жидкость на водной основе с насыщением в 15 мТл, содержащая частицы магнетита, имеющие слой лауриновой кислоты, присоединенный к частицам, и второй - неионный слой этоксилированного спирта с этоксильными группами, концентрируется следующим образом:
- 100 мл магнитной жидкости нагревают до 80oС в рефракторном контейнере. После этого редкоземельный постоянный магнит, имеющий магнитное насыщение на его поверхности 0,3 Тл, прикрепляют к внешней стенке контейнера с тем, чтобы удерживать магнитную жидкость на противоположной стороне от магнита. Через несколько минут немагнитный вязкий раствор начинает отделяться от магнитной жидкости. Магнитная жидкость, становясь со временем все более концентрированной, образует через некоторое время типичные пики, прикрепляясь к магниту сильнее и сильнее. Разделительный процесс может быть улучшен, если заставить магнитную жидкость постоянно двигаться либо за счет перемещения магнита, либо путем механического перемешивания магнитной жидкости, либо вновь разогревая магнитную жидкость до 80-90oС. Конечный продукт имеет степень магнитной насыщенности в 50 мТл и кинематическую вязкость в 5 мПа
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
Магнитная жидкость на водной основе с насыщением в 10 мТл, содержащая частицы магнетита, имеющие слой олеиновой кислоты, присоединенный к частицам, и второй - неионный слой сорбитана моноолеата (sorbitan monooleate), обрабатывается следующим образом. Магнитную жидкость нагревают до 90oС в конвертере. Затем завернутый в фольгу редкоземельный постоянный магнит вводят непосредственно в магнитную жидкость. Магнитную жидкость, прилипающую к магниту, перемещают в новый контейнер, где и осуществляется разделение. Конечный продукт приобретает магнитную насыщенность в 50 мТл при вязкости в 10 мПа
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
Магнитная жидкость на водной основе с насыщением в 20 мТл, содержащая частицы кобальта феррита (cobalt ferrite) в качестве магнитного компонента и во всех других отношениях состоящая из тех же слоев поверхностно-активного вещества, что и в вышеприведенных примерах, обрабатывается следующим способом в полунепрерывном режиме. Магнитную жидкость сначала нагревают до 80oС. Сильный электромагнит устанавливают на стеклянной пластине или пластмассовой панели и размещают в слегка наклонном положении. Затем нагретую магнитную жидкость подают к нижней стороне пластины или панели через трубчатый фидер. Начинается разделительный процесс, и раствор поверхностно-активного вещества от магнитной жидкости капает вниз. Магнитная жидкость непрерывно поступает к магниту пока сконцентрированная магнитная жидкость не накапливается в таком количестве, что часть ее готова стекать и с магнита. В это время магнитное поле электромагнита постепенно ослабляют так, чтобы концентрированная магнитная жидкость могла стекать отдельно в коллекторы. После этого процесс возобновляют, включая магнит и подавая магнитную жидкость. Таким образом получают конечный продукт, имеющий степень магнитной насыщенности в 60 мТл и вязкость в 20 мПа
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
Магнитная жидкость на водной основе с насыщением в 20 мТл, содержащая частицы магнетита, стабилизированные двуслойностью лауриновой кислоты в щелочной среде, закисляется до значения около 7 рН посредством введения в нее разбавленной соляной кислоты, при этом магнитная жидкость становится несколько нестабильной. Ее нагревают до 80oС и подвергают дальнейшей обработке, как в примере 2. Используя концентрированный раствор гидроксида аммония, конечный продукт приводится к значению рН>8, при этом частицы претерпевают повторную дисперсию. Конечный продукт имеет значение магнитной насыщенности 60 мТл при вязкости 5 мПа
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
В качестве исходной магнитной жидкости берется магнитная жидкость с магнетитом на водной основе со щелочной реакцией, при этом частицы жидкости стабилизированы внутренним адсорбционным слоем лауриновой кислоты и внешним адсорбционным слоем лауриновой соли аммония согласно патенту США 4208294, и значение магнитной насыщенности равно 15 мТл. Поверхностно-активные вещества, разведенные в несущей водной жидкости, вынуждены образовывать агрегаты поверхностно-активного вещества вследствие медленного введения этилового спирта и разбавленного раствора соляной кислоты, не разрушая, однако, магнитную жидкость. После этого разделение части дисперсионной среды и поверхностно-активных веществ, содержащиеся в жидкости, осуществляется в градиенте магнитного поля. Затем щелочное значение рН исправляют, добавляя гидроксид аммония к концентрированной магнитной жидкости. Магнитная насыщенность концентрированной магнитной жидкости 80 мТл при вязкости 100 мПа
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
Магнитная магнетитовая жидкость, на основе бензина, стабилизированная монослоем олеиновом кислоты и имеющая магнитную насыщенность в 30 мТл, используется в качестве исходной магнитной жидкости. Олеиновая кислота, содержащая бензин, конденсируется посредством добавления этилового спирта в пропорции 1:2. После воздействия внешнего магнитного поля магнитная насыщенность увеличивается до 100 мТл, а вязкость до 20 мПа
![магнитная жидкость и способ и устройство для ее производства, патент № 2203516](/images/patents/267/2203008/8226.gif)
1 Контейнер
2 Разделительная поверхность
3 Магнит
4 Магнит
5 Нагревательный элемент
6 Лоток поверхностно-активного вещества
7 Лоток магнита
8 Фидер
9 Запорный клапан
10 Магнитная жидкостьн
Класс H01F1/44 содержащие магнитные жидкости, например феррожидкости
противоизносная присадка - патент 2525404 (10.08.2014) | |
способ получения магнитной жидкости - патент 2462420 (27.09.2012) | |
чувствительные к полю текучие среды - патент 2439139 (10.01.2012) | ![]() |
магнитореологическая композиция - патент 2422933 (27.06.2011) | |
магнитореологическая жидкость - патент 2414764 (20.03.2011) | |
способ получения ферромагнитной жидкости - патент 2410782 (27.01.2011) | |
способ получения магнитной жидкости - патент 2399978 (20.09.2010) | |
способ получения магнитной жидкости - патент 2398298 (27.08.2010) | |
способ получения магнитной жидкости - патент 2394295 (10.07.2010) | |
способ получения магнитной жидкости - патент 2391729 (10.06.2010) |
Класс B03C1/32 воздействующее на среду, содержащую разделяемое вещество; например магнитогравиметрическое, магнитогидростатическое или магнитогидродинамическое разделение