[发明专利]一种磁流体及生产磁流体的方法和设备

说明书

本发明涉及一种新的磁流体，并且涉及按照权利要求1、5、18的前叙部分生产磁流体的方法和设备。

磁流体是具有超顺磁性的稳定分散体。在这样一种弥散体中作为分散相包含的固体颗粒要发生沉积，但这种沉积既不是重力产生的也不是磁场作用的结果。

磁流体基本上由3种组分组成。分散的磁性组分包括大小为3-50纳米的铁材料或铁磁材料的固体颗粒。以纳米颗粒形式存在的分散相是由表面活性剂稳定的。纳米颗粒均匀稳定地分散在一种在此将称为载体液体的分散剂中。表面活性剂分子是非结晶的分子，其具有亲水性和亲油性这两种性质。表面活性剂的亲水基团从化学角度看在颗粒表面是固定不变的，从而形成单分子吸收层。例如，羧酸基团、磺酸盐基团、硫酸基团、磷酸盐基团、或膦酸盐基团或氨基基团都适于用作亲水性的、在化学上可以吸附的分子。极性的和非极性的溶剂都适于作载体液体。

为了稳定极性载体液体(如水)中的纳米颗粒，主要是形成两个吸收层-一个内层和一个外层，在此外层的非结晶分子可以是阴离子的、阳离子的、或非离子的表面活性剂；内层的非结晶分子由阴离子的表面活性剂构成，如脂肪酸。具体来说，在具有水的载体液体的磁流体的情况下，第二外吸收层是稳定纳米颗粒所不可缺少的。

当内吸收层在化学上经表面活性剂的亲水基团附着到颗粒表面上时，通过较弱的物理相互作用将外层吸附到内层中分子的亲水部分上。为了能够形成外层，在水相中必须存在过量的表面活性剂。通常的作法是，外层表面活性剂在水相的浓度要异常的高，以便在浓缩水相期间产生大的体积粘度和大的积累，从而粗略地限制了磁饱和值。饱和磁化强度是磁流体中磁颗粒浓度的度量。

水基的磁流体是众所周知的。按照DE19516323A1，他们给出的饱和磁化强度高达25mT，且作为磁性组分的纳米颗粒包括磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃)、磁铁矿(Fe₃O₄)、或混合的氧化物，如钴铁氧体、或锰-锌铁氧体。这样一些水基的磁流体也存在着在水相中具有相当高浓度的表面活性剂的缺点。结果是它们还是有相当高的粘度。并且，高含量的表面活性剂防碍了基本磁饱和的实现。最后，高含量的表面活性剂在生态方面是有害的，且当生产的数量可观时，在经济方面也是不利的。

此外，众所周知，在一般情况下，为了减少分散介质中表面活性剂的浓度，按照美国专利第3917538号，其一般是通过再沉淀来处理有机基体中的磁流体。颗粒作为沉积物沉淀下来，倾析包含表面活性剂的分散剂，用一种自由的表面活性将其剂置换掉。在加热以后，重新分散固体颗粒，以形成磁流体。这种方法涉及到下述的附带条件：适当的沉淀即将形成且表面活性剂不能通过沉淀从固体颗粒上除去。因此，它是一种耗能的相对粗的过程。对于其中的颗粒通过内和外吸收层来稳定的磁流体，不可能使用这种方法。在这种情况下，一般只能从稳定极性分散介质中的颗粒上除去仅以物理方式吸附的外层。

从完整的物理吸附后的外吸收层除去过多的表面活性剂的方法目前尚不知道。

按照DE4130268A1，使用羧基官能化聚合物使颗粒改性，在此，分散剂包括羧基官能化聚合物和高浓度的非离子型湿润剂。为了生产，在存在羧基官能化聚合物的情况下沉淀磁铁矿颗粒，然后，由改性颗粒形成沉积物，该改性颗粒是被重新分散在具有上述组分的分散剂中的，已经形成的磁流体的饱和磁化强度小于10mT。此外，其电导率极低，是900Ω^-1cm^-1，因此，当添加电解液时，要产生颗粒的絮凝。

US4208294描述了由两个吸收层稳定的水性磁流体，该吸收层包括月桂酸和月桂酸盐。类似地，这种磁流体也包括过多的月桂酸盐。水性分散介质必须略微带一点碱性。可以获得的饱和磁化强度约为25mT。一种负性的效应是当pH值从中性向酸性范围移动时，颗粒要发生沉淀。

DE4327826A1描述了水基的磁流体，其中的磁性颗粒是由一种内脂肪酸稳定的，并且外层是由乙氧基脂肪醇构成的。由于生产条件的原因，分散剂要包含大量过剩的乙氧基脂肪酸，从而导致磁流体具有相当高的粘度，且可以获得的饱和磁化强度的最大值仅为25mT。

因此，本发明的一个基本目的是提供一种磁流体，这种磁流体具有高的饱和磁化强度，即高的纳米颗粒浓度，和低的粘度，本发明还提供一种生产这种磁流体的方法和设备。

所说的目的通过权利要求1、5、15的特征部分实现的。