В.Е. Фертман - Магнитные жидкости (1163283), страница 5
Текст из файла (страница 5)
На рисунке указан также интервал случайных колебаний этого содержания для разных образцов жидкости. Видно, что наибольший вклад в объемное содержание приходится на долю частиц с диаметром, близким к 1О мм, Сделаем оценку числа частиц в единичном объеме магнитной жидкости, предполагая, что каждая частица магнетита представляет собой магнитную сферу: п = = 64р„/пг(~.
где ч „=.М /М,— объемная конпеитрация магнети- 6 М та. При этом условии получим и =- — †. Лля дхз МР магнитной жидкости, имеющей намагниченность насыщения М, = 48 кА/м и содержащей монодисперсные частицы магнетита г/ = 10 мм, находим и-1055м '. Оценка предельной концентрации твердой фазы при гексагональной упаковке сферических частиц диаметром Р/ = 10 мм, 24 покрытых мои омолекулярным слоем олеиновой кислоты (6ж2 мм), дает где ~р~ — концентрация сфер диаметром К, при гексагональной упаковке (предельная гидродинамическая концентрация); 4 в средний гцдродинамический диаметр твердых частиц, включающий толщину слоя ПАВ: 3,=2+26.
Полидисперсность магнитных частиц приводит к тому, что предельная концентрация может оказаться несколько выше, чем для сфер равного диаметра. В то же время система из плотно упакованных частиц уже не является жидкой', поэтому в технических магнитных жидкостях концентрация твердой фазы, как правило, не превышает ~р= 0,2.
Высокодисперсные частицы для магнитных жидкостей могут быть получены также методом конденсации, например соосаждепием магнетита из растворов солей двух- и трехвалентпого железа избытком концентрированного раствора щелочи. Полученный осадок коллоидных частиц магнетита переводят в жидкую основу с помощью метода пептизации.
Для этого на поверхности частиц создают слой поверхностно-активного вещества, который разъединяет отдельные частицы и способствует их взвешиванию в добавляемой к осадку жидкой основе. Е. Е. Бибик (1973) разработал метод получения магнитных жидкостей, который основан па реакции, предложенной В. Элмором (%. С. Е!пюге, 1938): 8ХаОН+2ГеС1з 6Н,О+Ге8О~ 7Н,Оч.-ь чв.-Ре,О,+Ха,8О~+6ХаС1+23Н,О. (1.10) Эта реакция проводится при соотношении растворов солей трех- и двухвалентного железа Ге(3)/Ге(2) =2, чтобы получить магнетит требуемого состава (31% ГеО, 69% ГегОз).
Вода из осадка удалялась промывкой его ацетоном. Пептизация осуществлялась воздействием олеиновой кислоты на осадок, затем стабилизированные частицы переводились в органическую основу. После обработки полученной смеси в шаровой мельнице, заполненной органической основой, продукт фильтровался. Полученная на основе керосина магнитная жидкость имела 25 о ю нм го о намагниченность насыщения М = 30 кА/м. Средний диаметр частиц магнетита — д= 15 мм.
Недорогая магнетитовая магнитная жидкость на основе воды предложена Дж. Нилом (д, А. (чеа1, 1977). Для стабилизации частиц магнетита со средним размером Й=10 мм, полученных химической конденсацией, применялся побочный продукт бисульфитной обработки древесины — лнгносульфонат. У Известно, что неком(нм) ' торые карбоннлы мего дв галлов прн нагревании легко разлагаются на окись углерода н металл в виде высокодисперсных частиц. Дж. го Томас (3. К.
ТЬогпаз), о П. Хесе (Р. Н. Нева) н П. Паркер (Р. Н. Рагкег Дг.) в 1965 г. одновременно описали способ получения магнит- ных жидкостей, содер- жащих частицы ко- О бальта. Днкобальтокта- О О карбоннл Сот(СО) а о термически разлагался непосредственно в Рис, 1.6 жидкой основе (толуо- ле) в присутствии поверхностно-активного вещества. Типичные добавки поверхностно-активного вещества составляли от 0,2 до 0,7 г на 1 г исходного продукта. В качестве поверхностно-активного вещества для жидкости на зснове толуола использовался высокомолекулярный () 100 000) сополимер: метилметакрилат (49,5%) + +этнлакрилат (49,5%)+внннлпирролидон (1ов). Этот юлнмер содержит углеводороднгяе цепи (по крайней иере, с одной функциональной группой), которые расюлагаются через каждые 200 атомов каркаса молеку|ы.
Вместо него могут использоваться другие поверхностю-активные вещества, например Аэрозоль-ОТ, которое |редставляет собой сульфосуицинад натрия. Днкобальт>ктакарбонил медленно разлагается даже прн комнатной емпературе. Прн нагреве Соз(СО)а до !00'С пропсхо1ит его разложение с образованием окиси углерода, од- пако процесс образования кобальтовых частиц протекает с перебоями и не дает требуемой дисперсности магнитного материала. При дальнейшем повышении температуры до 130'С дополнительно образуется Со,(СО) кь Заметим, что температура кипения толуола — 111'С.
В результате тщательного подбора оптимального термического режима удалось получить магнитные жидкости с намагниченностью насыщения 29 кА7м и динамической вязкостью 71(10 м Па.с. Д. В. Орлов, М. И. Трофименко и др. (1974) получили магнитные жидкости с частицами железа на кремнийорганической основе при термическом разложении пеитакарбонила железа Ге(СО)м Недостатки описанного метода получения высокодисперсных частиц кобальта и железа: выделение токсичной окиси углерода и сравнительно высокие температуры реакции. Попытка А.
С. Ларина и др. (1977) приготовить магнитные жидкости на кремнийорганической основе, содержащие частицы кобальта или железа„которые были получены методом электролиза солей металлов в двухслойной ванне (3. М. Натансон, 3. Р.
Ульберг, 1971), привела к положительному результату. Однако низкая производительность этого метода и низкая намагниченность насыщения полученных жидкостей (М =15— 20 кА/м) не дают оснований рекомендовать его для широкого применения. В результате комплекса исследований, направленных на получение монодисперсных частиц магнетита требуемых размеров, была найдена реакция, которая в основном использовалась для приготовления магнитных жидкостей методом химической конденсации: РеС1, 4Н,О+2ГеС1 6Н,О+ОН,ОН ~ГеаО,, .) + 8г1Н,„С1+20Н,О. (1.11) Р. Массарт (Я.
Маззаг() в 1981 г. описал метод получения магнитной жидкости на основе воды с магнетитом и органическим поверхностно-активным веществом. Выпадавший осадок магнетита обрабатывался двумя способами. Для получения щелочной магнитной жидкости пептизация осуществлялась водным раствором гидро- окиси тетраметиламмоиия. Кислая магнитная жидкость приготавливалась путем смешивания осадка магнетита с водным раствором перхлорной кислоты с последующим 27 центрифугированием. Пептизация магнетита происходила при добавлении воды.
Стабилизация частиц осуществлялась за счет электростатического отталкивания ионов ОН вЂ , которые адсорбировались на частицах магнетита в щелочной жидкости, и ионами НзО+ в кислой. В интервале рН-5 и рН-9 этим методом не удалось получить устойчивых магнитных жидкостей на водной основе, что связано, по-видимому, с недостаточной концентрацией ионов в двойном электрическом слое, возникающем вблизи каждой частицы из-за избирательной адсорбции на ней ионов одного знака. Кроме того, не следует забывать, что электростатические силы довольно быстро уменьшаются с увеличением расстояния, и поэтому устойчивые магнитные жидкости вряд ли могут быть приготовлены без использования поверхностно-активного вещества. Метод химической конденсации по сравнению с методом механического диспергирования обладает рядом преимуществ: монодисперсность магнитных частиц, высокая производительность, низкая стоимость магнитной жидкости.
Однако очевидно, что этот метод применим для довольно узкого круга жидких основ. В настоящее время отработаны приемы целенаправленного управления свойствами магнитных жидкостей. Целая серия процессов, направленных иа изменение свойств магнитных жидкостей, полученных одним из описанных выше методов, была разработана Р. Розен- цвейгом. В основе этих процессов лежат три типа реакций стабилизированных магнитных частиц на добавление посторонней жидкости.
Так, при добавлении жидкости, родственной основе, например декана, к магнетитовой магнитной жидкости на основе гептана никаких нарушений устойчивости не наблюдается. В то же время в процессе смешивания этой магнитной жидкости с полярной жидкостью типа ацетона происходит интенсивная флокуляция частиц магнетита, т. е. агрегация и быстрая седиментация. Если затем поместить осевшие частицы в чистую основу (гептан), то вновь происходит процесс пептизации.
Такое поведение частиц свидетельствует о том, что они флокулируют вместе со слоем поверхностно-активного вещества, покрывающим каждую частицу. Подобное же действие на стабилизированные частицы могут оказывать кремнийорганические жидкости (например, полидиметплсилоксан) и длинноцепочечные полимеры. 26 Крупнодисперсные частицы магнетита о=1-2 мкм) Переоначапьная основа Повари в естество Фпокуп агент дкая фачв де с фпокупищим агентом Воде га рая основа продукт Однако существуют и такие жидкости, которые, бухучи добавленными в магнитную жидкость, растворяют поверхностно-активное вещество, и, следовательно, осевшие частицы уже невозможно перевести в жидкую основу методом пентизации. Такая флокуляция называется необратимой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
