硅油基磁性液體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及密封介質(zhì)的領(lǐng)域，具體涉及一種耐高低溫高飽和磁化強度硅油基磁性 液體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁性液體是將納米磁性微粒彌散在基液中形成的一種均勻穩(wěn)定的膠體溶液，因而 同時兼有磁性和流動性，它具有特殊的物理特性、化學(xué)特性及流體特性。
[0003] 常用的磁性材料分鐵氧體系、金屬系和氮化鐵系。其中，鐵氧體比金屬和氮化鐵具 有更好的抗氧化性能。目前最常用的一種磁性微粒為Fe304磁粒。
[0004] 然而現(xiàn)有的磁性液體適用的溫度范圍較窄，一般為-40°c到150°C，且溫度越高， 磁性液體的飽和磁化強度越低，在密封較高溫度和壓力的氣體或液體介質(zhì)時，需要添加輔 助密封設(shè)施，使得制造成本增加，維護不方便。
[0005] 因此，目前急需要研發(fā)出一種從低溫到高溫循環(huán)變化的耐高低溫高飽和磁化強度 的硅油基磁性液體的制備方法，降低密封的制造成本，使維護更方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] [要解決的技術(shù)問題]
[0007] 本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有磁性液體適用范圍較窄，且溫度越高，磁性液體的 飽和磁化強度越低，在密封較高溫度和壓力的氣體或液體介質(zhì)時，制造成本高、維護不方便 等問題，提供一種適用于密封介質(zhì)從低溫到高溫循環(huán)變化的一種耐高低溫高飽和磁化強度 的硅油基磁性液體的制備方法。
[0008] [技術(shù)方案]
[0009] 為了達到上述的技術(shù)效果，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
[0010] 本發(fā)明利用共沉淀法制備Fe304磁粒，篩選出合適粒徑的Fe304磁粒，然后利用 St6ber法將Fe304磁粒包裹SiO2殼層；利用乙醇過渡液將被SiO2包裹的Fe304磁粒分散在 硅油基液中，獲得硅油基磁性液體。
[0011] 一種硅油基磁性液體的制備方法，它包括以下步驟：
[0012] A，共沉淀法制備Fe304磁粒
[0013] 首先，配制濃度均為0? 25mol/L的FeClJPFeCl3溶液；然后，按FeCl2與FeCl3物 質(zhì)的量之比為1 :1. 5~2,將兩種溶液在溫度為50~66°C的恒溫水浴中混合均勻后，放入 到三口燒杯中，迅速加入質(zhì)量分數(shù)為25%的NaOH溶液至過量，調(diào)節(jié)pH值至11 ;接著，通入 氬氣，同時快速機械攪拌，反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水對黑色漿狀物進行洗滌，并調(diào)節(jié)pH呈中性， 最后離心、干燥后，得到固態(tài)Fe304磁粒；篩選合適粒徑和磁學(xué)性能的Fe304磁粒備用；
[0014]B，St6ber法對Fe30J||粒進行包裹
[0015] 將步驟A篩選的Fe304磁粒與乙醇和蒸餾水混合，攪拌均勻后，在一定的轉(zhuǎn)速和溫 度下加入TE0S和NH3 ?H20,反應(yīng)12h;然后用磁鐵吸附得到褐色沉淀；接著依次用乙醇、鹽 酸和蒸餾水清洗，干燥，得到被Si02包裹的Fe304磁粒；
[0016] 所述Fe304磁粒與TEOS的質(zhì)量比為2:1~3 ;
[0017] C，硅油基磁性液體的制備
[0018] 將步驟B得到的被Si02包裹的Fe304磁粒加入乙醇配制成一定濃度的混合溶液，在 此基礎(chǔ)上，添加一定量的硅烷偶聯(lián)劑表面活性劑，放入數(shù)控超聲波中進行超聲分散，然后再 倒入盛有硅油基液的燒杯中，在水浴加熱的同時進行攪拌，使乙醇揮發(fā)，冷卻后繼續(xù)攪拌， 即可形成穩(wěn)定均勻的硅油基磁性液體。
[0019] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟A中，所述機械攪拌速度為300~lOOOrpm; 所述干燥是在溫度為60°C的干燥箱中干燥8~10h。
[0020] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟A中，所述合適粒徑和磁學(xué)性能是指粒徑為 9. 5~10nm，飽和磁化強度為47. 6~60. 2emu/g。
[0021] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟B中，所述一定的轉(zhuǎn)速和溫度是指轉(zhuǎn)速為 360 ~400rpm，溫度為 25 ~28°C。
[0022] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟B中，所述TE0S和NH3 ?H20的體積比為1 : 1. 6 ~2. 5〇
[0023] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟B中，所述的干燥是指在溫度為60°C的條件 下干燥。
[0024] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟C中，所述配制的混合溶液濃度為2~5mol/ L〇
[0025] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟C中，所述硅烷偶聯(lián)劑表面活性劑為混合溶 液總質(zhì)量〇. 5%~5% ;所述硅烷偶聯(lián)劑表面活性劑選自羧基聚二甲基硅氧烷、羧基聚苯基 甲基硅氧烷或羧基改性聚二甲基硅氧烷。
[0026] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟C中，所述被Si02包裹的Fe304磁粒與硅油基 液的質(zhì)量百分比為40 %~60 %。
[0027] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟C中，所述水浴的溫度為50°C;所述攪拌速度 為 100 ~600rpm。
[0028] 下面將詳細地說明本發(fā)明。
[0029] 一種硅油基磁性液體的制備方法，它包括以下步驟：
[0030] A，共沉淀法制備Fe3(VfilS
[0031] 首先，配制濃度均為0. 25mol/L的FeClJPFeCl3溶液；然后，按FeCl2與FeCl3物 質(zhì)的量之比為1 :1. 5~2,將兩種溶液在溫度為50~66°C的恒溫水浴中混合均勻后，放入 到三口燒杯中，迅速加入質(zhì)量分數(shù)為25%的NaOH溶液至過量，調(diào)節(jié)pH值至11 ;接著，通入 氬氣，同時快速機械攪拌，反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水對黑色漿狀物進行洗滌，并調(diào)節(jié)pH呈中性， 最后離心、干燥后，得到固態(tài)Fe304磁粒；篩選合適粒徑和磁學(xué)性能的Fe304磁粒備用；
[0032] 在步驟A中，質(zhì)量分數(shù)為25%的NaOH是沉淀劑。涉及到的化學(xué)反應(yīng)式如下：
[0033] Fe2++2Fe3++80H一 =Fe304+4H20
[0034] 由于在制備過程中，亞鐵離子Fe2+很不穩(wěn)定，會部分生成鐵離子Fe3+，影響Fe304微 粒中亞鐵離子Fe2+和鐵離子Fe3+的比例，使得磁性微粒的純度受到很大的影響。因此需要 選擇適當?shù)腇eClJPFeCl3比，并加入過量的NaOH，控制溶液pH值呈堿性。通入氬氣Ar2的 作用是保護氣的作用，伴隨著快速機械攪拌，排除液體中的溶解氧，保證整個反應(yīng)是在無氧 的環(huán)境下進行，避免了不必要的氧化反應(yīng)。
[0035] 在步驟A中，用蒸餾水對黑色漿狀物進行洗滌是為了去除其表面的可溶性鹽，離 心是利用高速離心機分離除去大部分水。
[0036] B，St6ber法對Fe3OJ||粒進行包裹
[0037] 將步驟A篩選的Fe304磁粒與乙醇和蒸餾水混合，攪拌均勻后，在一定的轉(zhuǎn)速和溫 度下加入TEOS和NH3 ?H20,反應(yīng)12h;然后用磁鐵吸附得到褐色沉淀；接著依次用乙醇、鹽 酸和蒸餾水清洗，干燥，得到被Si02包裹的Fe304磁粒；
[0038] 所述Fe304磁粒與TEOS的質(zhì)量比為2:1~3 ;
[0039] 在步驟B中，在一定的轉(zhuǎn)速和溫度下加入TEOS和NH3*H20,是為了成核均勻，這樣 得到的產(chǎn)物就均勻。并且本步驟中的NH3 ?H20作用是催化完成Si02對磁性納米粒子的表 面包裹。依次用乙醇、鹽酸和蒸餾水清洗是分別清洗除去形成的多余的Si02、除去未被包裹 的Fe304磁粒和除去多余的乙醇和鹽酸。
[0040] C，硅油基磁性液體的制備
[0041] 將步驟B得到的被Si02包裹的Fe304磁粒加入乙醇配制成一定濃度的混合溶液，在 此基礎(chǔ)上，添加一定量的硅烷偶聯(lián)劑表面活性劑，放入數(shù)控超聲波中進行超聲分散，然后再 倒入盛有硅油基液的燒杯中，在水浴加熱的同時進行攪拌，使乙醇揮發(fā)，冷卻后繼續(xù)攪拌， 即可形成穩(wěn)定均勻的硅油基磁性液體。
[0042] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟A中，所述機械攪拌速度為300~lOOOrpm; 所述干燥是在溫度為60°C的干燥箱中干燥8~10h。
[0043] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟A中，所述合適粒徑和磁學(xué)性能是指粒徑為 9. 5~10nm，飽和磁化強度為47. 6~60. 2emu/g。這里所述的粒徑和飽和磁化強度范圍值 是指磁性能好的磁粒。
[0044] 通過對比Fe304磁粒的物理化學(xué)性質(zhì)，選擇合適粒徑的Fe304磁性微粒，是制備磁 性液體的關(guān)鍵步驟之一。因為Fe304磁性粒子的粒徑大小直接影響磁性液體的性能和穩(wěn)定 性，粒徑太大則磁性液體的性能和穩(wěn)定性差，粒徑越小則磁性液體的穩(wěn)定性就越好，但粒子 太小則會導(dǎo)致磁粒子親磁能力差，磁性液體的磁性能也會下降。因此，制備出適宜粒徑的 Fe304納米顆粒，是研制出既有良好穩(wěn)定性又具有較強磁性能的磁性液體的前提。
[0045] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟B中，所述一定的轉(zhuǎn)速和溫度是指轉(zhuǎn)速為 360 ~400rpm;溫度為 25 ~28°C。
[0046] 只有在合適的轉(zhuǎn)速和溫度下包裹得到的產(chǎn)物才更均勻，并且有利于磁性液體性能 的優(yōu)化。
[0047] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟B中，所述TEOS和NH3 ?H20的體積比為1 : 1. 6 ~2. 5〇
[0048] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟B中，所述的干燥是指在溫度為60°C的條件 下干燥。
[0049] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟C中，所述配制的混合溶液濃度為2~5mol/ L〇
[0050] 本發(fā)明選用乙醇作為制備硅油基磁性液體的過渡液。具體是因為，硅油的粘度隨 溫度的變化較小，具有很好的低揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性，經(jīng)常被選作磁性液體的載液成分。與 傳統(tǒng)的水基、煤油基、酯基等磁性液體相比，硅油基磁性液體具有良好的耐熱性、低蒸氣壓、 化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點。要使被Si02包裹的Fe304磁粒均勻分布在硅油中，表面活性劑必須 有親油性能，且能包裹磁性微粒，不然容易出現(xiàn)團聚或沉降等現(xiàn)象。為將磁性微粒均勻分布 在基液中，需先把磁性顆粒分散均勻在某種過渡液中，且這種過渡液不能留在基載液中。因 此考慮選擇沸點低、易揮發(fā)、無毒性的無水乙醇作為過渡液，將磁性顆粒先分散在無水乙醇 中，再制備磁性液體。因此，加入合適的乙醇，配制合適范圍濃度的混合溶液，能夠獲得更加 均勻的硅油基磁性液體。
[0051] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，在步驟C中，所述硅烷偶聯(lián)劑表面活性劑為混合溶 液總質(zhì)量0. 5%~5% ;所述硅烷偶聯(lián)劑表面活性劑選自羧基聚二甲基硅氧烷、羧基聚苯基 甲基硅氧烷或羧基改性聚二甲基硅氧烷。
[0052] 硅烷偶聯(lián)劑表面活性劑是一種具有能與無機材料如玻璃、水泥、金屬等結(jié)合的反