В.Е. Фертман - Магнитные жидкости (1163283), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Тепловое движение хвостовой части молекулы препятствует объединению молекул ПАВ между собой (полнмеризации), которое снижает защитные свойства адсорбциониого слоя. Поэтому для каждой основы специально подбирается поверхностно-активное вещество. Кроме того, хвостовая часть молекулы этого ве- 18 Таблица А е ! Поеевнностно-антенное Фавне о~ не»сан«ель ееаГество Осноее Оле~нювая кислота Аэрозоль Тм УРОМ 3-!00 Углеводороды Ароматичесисе угле- водороды «Цнанамид» (США) «Серно» (Голландия) Производная пслифосфорной иислоты Перфторнрованная полиэфирная ннслота Перфторнронаниые полизфиры.
например Фргон ЕЗ Керосин Метилциилогенсан Тетрадеиан Денагидронафталин «Дшпонт» (США) Полиизсбутиловый эФир янтарной иислоты (Р)взА) Додециламии «Иноэй Кемиил и К» (США) «»вишер Сайнтифнк и К'» (США) «Индэй Кемиил и К'» (США) Керосин ю ппценныйо Полнизобутилен (Р! ВА) щества не должна обладать химическим сродством к материалу частицы, иначе она локализуется на поверхности частицы. Что касается связи функциональной группы н поверхности твердой частицы, то наиболее предпочтительна слабая химическая связь (хемосорбция), которая прочнее, чем адсорбционная.
В табл. 1.1 приведены сведения о некоторых поверхностно-активных веществах, используемых для получения мапштиых жидкостей на разнообразных основах. Олеиновая кислота, молекула которой содержит 18 атомов углерода, является наиболее распространенным стабилизатором магнетитовых частиц в углеводородных основах (рис. 1.4, а). Физико-химические свойства олеиновой кислоты приведены в прил. 5. Перегиб хвостовой «асти молекулы обычно происходит в области девятого атома углерода на двонной связи. Стеариновая кислота, молекула которой тоже содержит 18 атомов углерода, не тает желаемого эффекта из-за насыщенности связей. Молекула перфторированной полиэфирной кислоты, труктура которой приведена на рис. 1.4, б, содержит гислотную функциональную группу.
Эта кислота приме«яется для стабилизации частиц магнетита в перфтори>ованных эфирах. В хвостовой части рассматриваемой иолекулы имеются большие боковые группы, содержание по три атома углерода, которые препятствуют поли- меризации ПАВ. 11а рис. 1.4, в дана химическая формула ПАВ для ароматических углеводородов. Это вещество является производной полифосфорной кислоты, и в каждой его молекуле содержится несколько функциональных групп, Кроме олеиновой кислоты, для стабилизации магнитных жидкостей на углеводородных основах используется также полиизобутиловый эфир янтарной кислоты.
Стабилизацию магнитных жидкостей на осно- о полярная сух сгг (сгг о ср(сгз)1э с он Полярная м ь рд сн, (сн,),=(сн,), с он Н о Е < Хьосн!ооая чаппь а я я ! ! " '~~'(Г! " Кроен!ойи И часа!ь ). о' ~(сна)г нн1„(сн,), нн Полярная и,е«ь ЛМа!онае груана Рис. 1Л ве воды можно осуществить с помощью алкигуанидинового аминокомплекса (рис. 1 4, г). 1О.
Шимоиисака (Л. ЯсЫпюпгака) и др. (1978) описали технологию получения двойного адсорбционного слоя на поверхности частиц магнетита в магнитных жидкостях на водной основе. Поверхностный монослой состоит из молекул олеата натрия, связанных с поверхностью частицы хемосорбцией. Второй слой, удерживаемый физической адсорбцией, образован одним из трех веществ: а) олеат натрия; б) бензилдодецилсульфонат натрия; в) нонилфениловый эфир полиоксиэтилена. В табл. 1.2 приведен состав магнетитовых магнитных жидкостей на неполярных органических основах (271.
В процессе получения магнитной жидкости возникает еще одна задача, связанная с поверхностно-активным веществом. Опыты показали, что существует такое соотноп!ение между содержанием дисперсной фазы и ПАВ, при котором устойчивость магнитной жидкости макси- Табаиии 1,2 ! Поасркносцю.активное Массанан «онцентравещество цярео,, 4 Основа Гексаи-декан Олеиновая кислота Додекаи гексадекаи а Толуая, беяаол, стирол Уидекаиааая кислота 00 40 00 20 — 40 Четыреххлористый углерод Хлороформ Алкилэтоксисилаи Диэтиловый эфир 20 — 40 20 — 40 20 — 40 21 мальна. Физические причины агрегативной неустойчивости в случае недостатка ПАВ понятны — не все частицы полностью покрыты защитной оболочкой.
Механизм влияния избытка ПАВ на устойчивость магнитной жидкости не вполяе ясен. Возможно, при этом становится существенным взаимодействие между адсорбироваиными и находящимися в жидкой фазе молекулами поверхностно-активного вещества. С возрастанием отклонения соотношения между дисперсной фазой и поверхностно- активным веществом от оптимального наблюдалось усиленное старение магнитной жидкости. В табл. 1.3 приве- цены результаты исследований Н. П.
Матусевич и В. 1С Рахубы (1960), которые изучали намагниченность магнитных жидкостей на основе воды с одинаковой конценграцией магнетита, но разным содержанием олеата натэия, использовавшимся в качестве ПАВ. Все приготоваенные жидкости центрифугировалнсь в течение 1 ч при ракторе разделения 6000 д, затем экспериментально опэеделялась их намагниченность насыщения.
После трех тет хранения в закрытых ампулах жидкости повторно 1ентрнфугировались и вновь измерялась их намагниченюсть. Следует сказать, что найденное оптимальное соотнопение 1: 0,75 относится к исследованному классу жндюстей, для других компонентов оно, естественно, измеится. Так, например, для углеводородных основ отноение магнетита к поверхностно-активному веществу оставляет (5 — 6): 1. При исследовании частиц магнетита методами элекронографии и рентгеиоструктурного анализа установлею, что частичное превращение Реа04 в немагнитиые содинения вследствие процессов гидратацин на поверхно- сти частиц также происходит в основном в образцах с наибольшим отклонением от оптимального соотношения 1: 0,75.
1.3. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ Таблица 53 Памагниченносп нвсмгцения магнитной жидкости, кд/и Опюжение магнетита и олеату натрия, массовая дола через три годе хранения до центрифуги. после центрирования ~ фугирзвення свежеприготов- ле~гная 1 г0,2 1: 0,5 1: 0,8 1 ! 0,75 1 г! 1:2 11,5 !4,0 !7,5 !.1,8 6.4 5.! 11.2 !4,7 18,3 15,0 5,1 0,3 3,5 !2,8 18,2 10,8 0,2 Процесс получения магнитной жидкости состоит пз двух основных стадий.
"получение магнитных частиц коллоидных размеров и стабилизация их в жидкой основе. Основная особенность этого процесса состоит в том, что обе стадии совмещены во времени: чтобы предотвратить слипание частиц под действием сил притяжения, образование адсорбционных слоев на поверхности магнитных частиц должно происходить в момент появления последних. Малые частицы можно получить, измельчая более крупные или выращивая их из молекул раствора. Рассмотрим метод диеиергировинил.
Из всех разнообразных способов измельчения твердых частиц только один — механический — оказался эффективным для получения магнитных жидкостей. Следует отметить, что первые магнитные жидкости были получены С. Пейпеллом (5. 5. РареП) в 1955 г. именно в результате механического измельчения частиц магнетита в шаровых мельницах. Мокрое измельчение проводилось в присутствии поверхностно-активного вещества в течение 1000 ч. Благодаря простоте этот метод получил широкое распространение.
На рис. 1.5 приведена схема технологического процесса приготовления магнитной жидкости. Магнетитовая пудра смешивалась с жидкой основой (керосином) и поверхностно-активным веществом (олеиновой кислотой), содержание которого составляло 10 — 20!!!а объема основы. Разовая загрузка магнетита в жидкую фазу не превышала 0,2 кг/л.
Такое соотношение между магнетитом и поверхностно-активным веществом создавало благоприятные условия для получения мономолекулярного защитного слоя на каждой частице, средний Поверкностноактнвное вещество Матнетнтован пудра Основа Отвод сновы Лодеттд основы Конечный пОодукт Рнс. П5 размер которой в конечном продукте — 10 нм. В процессе центрифугирования более крупные частицы удалялнсь из жидкости н подавались снова в загрузочную мкость.
Р. Розенцвейг (Е. Е. Яозепзтуе(й) и Р. Кайзер (К. Ка(зег) (19б7) усовершенствовали описанный процесс и получили магнитные жидкости на воде, органийеских основах (в том числе ароматических углеводоротах) и эфирах. В дальнейшем в результате системати- ческого изучения и оптимизации физико-химических условий получения концентрированных коллоидных растворов намагниченность насыщения была увеличена приблизительно на порядок (от 8 кА/м до 80 кА/м). Еще одним усовершенствованием метода явилась предложенная С.
Халафалой (8. Е. Кпа1а1а1!а) и Г. Реймерсом (СР, %. 1(е1шегз) (1973) замена магнетита анти- ферромагнитным вюститом, продолжительность измельчения которого оказалась на порядок меньше. Затем при температуре 530 'С высокодисперсный вюстит диспропорционнруется в магнетит и железо по реакции Р>550'С 4Р 0 Р 0,4.
Р . (1.9) При дроблении немагнитного вюстита отсутствует агрегация, что ускоряет процесс получения частиц коллоидного размера. Основными недостатками этого метода является низкая производительность, а также загрязнение магнитной жидкости продуктом истирания шаров при работе мельницы. Кроме того, полученная этим способом дисперсная фаза характеризуется значительным разбросом частиц по размерам. Гистограмма размеров частиц магнетита в магнитной жидкости на углеводородной основе, снятая с помощью электронного микроскопа, приведена на рис. 1.6. Кружками отмечено среднее число частиц на каждом интервале 5/, а кривая соответствует гауссовому распределению объемного содержания твердой фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
