[发明专利]一种不含任何表面活性剂的Fe3O4水基磁流体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种不含任何表面活性剂的Fe₃O₄水基磁流体及其制备方法，具体的说是涉及一种并用均相沉淀和强化分散技术通过共沉淀法制备Fe₃O₄的磁性毫微颗粒及以其制备不含任何表面活性剂的水基磁流体，属于材料制备技术领域。

背景技术

磁流体是一种既具有磁性固体物质的磁性又具有液体的流动性的新型材料。已经获得工业应用的磁流体是由载液、表面活性剂和磁性毫微颗粒组成，用于磁性毫微颗粒的材料是人们熟知的普通的磁性物质，比如铁、钴、镍、铁氧体、及其合金等，磁流体选用的磁性颗粒必须是超细的，尺度范围在几到几十纳米，所以又称纳米磁性颗粒。载液是磁性颗粒的分散介质，载液可以是油基，也可以是水基，磁性颗粒的表面包裹表面活性剂，稳定分散在载液中。表面活性剂是磁流体的重要成分，表面活性剂的不同决定磁流体的种类。但磁流体又不同于通常意义上的磁性固体物质，磁流体是超顺磁性物质，一般磁性固体物质是铁磁性物质。

关于磁流体的理论和应用一直是国内外的研究和开发热点，由于Fe₃O₄的毫微颗粒和以这种毫微颗粒制成的磁流体的应用最为广泛，而且制备Fe₃O₄磁流体相对容易，产品品质可控，围绕Fe₃O₄磁流体的研究和开发也是最多的，本发明也是基于制备Fe₃O₄的毫微颗粒和以这种毫微颗粒制成的磁流体。

到目前为止，周知的磁流体所使用的磁性毫微颗粒的制备方法大体上有以下几种：按照尺寸变化角度可以分为：一是从大尺寸颗粒出发，比如在有表面活性剂存在的情况下使用机械研磨的方法，将大体积的磁物质磨成小尺度的磁性物质，并分散在载液中。该方法有很多不足，尤其是获得的颗粒尺寸分布过宽，一般也很难得到微米尺度以下的磁性颗粒；第二种方法是从小尺寸的离子出发通过化学反应聚集制备磁性毫微颗粒，按照化学反应的类型又可以划分为共沉淀法和氧化还原法。常见的是通过化学共沉淀法制备磁性毫微颗粒。典型的例子是Fe²⁺和Fe³⁺的水溶液和碱溶液共混合制备Fe₃O₄磁性毫微颗粒，祥见文献W.C.Elmore，Phys.Rev.，Vol.54，p.308，1938。第三种是通过微乳反应器原位生成磁性毫微颗粒，大致过程是在W/O体系中，将含Fe²⁺和Fe³⁺的微乳液和含NH₃·H₂O的微乳液混合，可以得到磁性毫微颗粒，颗粒尺寸受到乳液粒径的限制，可以认为尺寸在制备前后不变。参见文献Gobe，Masao；Kandori，Kazuhiko；Kon-No，Kijiro；Kitahara，Ayao.Jujo Fact.，ToyoInk Mfg.Co.，Ltd.，Tokyo，Japan.Shikizai Kyokaish)，57(7)，380-5，1984。氧化还原法制备磁性毫微颗粒Fe₃O₄是从低价态的铁离子通过部分氧化，或者从高价态的铁离子通过部分还原合成磁性颗粒。典型文献有：姜继森等，化学学报，52，47～52，1994；Wanfu，Huang；Dianzuo，Wang；Xu，Sunqu.College of Resource Engineering，University of Science and TechnologyBeijing，Beijing，Peop.Rep.China.Transactions of Nonferrous Metals Society of China 8(3)，524-528 1998。

Fe₃O₄的磁性毫微颗粒并不能自动分散在载液中，通常必须使用表面活性剂才能将超细的磁性颗粒分散在载液中。Fe₃O₄的磁性毫微颗粒在水溶液中可以带正电荷，使用阴离子表面活性剂进行包裹的颗粒能够分散在煤油类的油性载液中，制备出油基磁流体，将上述经过包裹的颗粒再包裹一层阴离子表面活性剂则得到水基磁流体。典型的文献有：中国专利01129323.3公开了一种以油酸、氟醚酸为表面活性剂的油基磁流体的制备方法；中国专利200410009788.9公开了一种以乙二醇为表面活性剂的水基磁流体的制备方法。