一种聚苯基醚基磁性液体制造技术

本发明专利技术公布了一种聚苯基醚基磁性液体，该磁性液体由裸露Fe3O4磁性纳米颗粒、阴离子型表面活性剂和聚苯基醚基载液三部分组成,其中阴离子型表面活性剂采用苯氧基十一烷酸、邻苯氧基苯甲酸，聚苯基醚基载液为邻、间、对三种结构所代表的化学物质中的一种或几种按任意比例混合。该磁性液体饱和磁化强度高、颗粒分布均匀、不团聚、不沉降、具有高的热分解温度、良好的氧化安定性能、优良的抗辐射性能、低蒸汽压等性质，能够适用于极端特殊环境下，解决航空航天、机械、化工等具有强辐射工况下的重要设备特殊密封问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁性液体，具体涉及一种聚苯基醚基磁性液体。
技术介绍
磁性液体是一种新型纳米功能材料，是经过表面活性剂包覆的粒径尺寸10nm左右的磁性颗粒均匀分散于基载液中，形成一种纳米级、固液两相均一稳定混合的胶体悬浮液，在外加场下不发生分层沉淀。磁性液体是一种兼具液体的流动性与固体磁性材料对磁场的响应特性的一种新型功能材料，在工程领域有着广泛的应用，其中磁性液体密封是磁性液体的众多应用之一。磁性颗粒按照类别可分为：金属类，有Fe，Co，Ni，Fe-Co，Fe-Ni合金等；氮化铁类，有FeN，Fe3N，Fe4N，Fe16N2(或Fe8N)等；金属氧化物类，主要有Fe3O4，γ-Fe2O3，MFe2O4(M＝Co，Mn，Ni等)。Fe3O4磁性颗粒能够在外加磁场作用下被迅速磁化，当外加磁场撤去后磁性又立即消失，无矫顽力和剩磁，表现出优良的超顺磁性，因而具有特殊的物理化学性能和纳米性能。表面活性剂按其亲水基的结构不同可分为：阴离子型表面活性剂，有羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸(酯)盐型、磷酸(酯)盐型；阳离子型表面活性剂，有胺盐、季胺盐、杂环类、间接连接型；两性离子型表面活性剂，有氨基酸类、甜菜碱类、咪唑啉型、磷酸酯型、氧化胺类；非离子型表面活性剂，有聚氧乙烯型、聚氧丙烯型、多元醇型、烷基醇酰胺、聚醚类。采用共沉淀法制备得到的裸露的Fe3O4磁性纳米颗粒表面吸附有氢氧根离子，本专利技术采用阴离子型表面活性剂中的苯氧基十一烷酸或邻苯氧基苯甲酸。根据基载液的不同，磁性液体可分为：水基、煤油基、酯基、硅油基、氟醚油基、硅碳氢化物基磁性液体。在专利CN103680798A中采用全氟聚醚羧酸类表面活性剂对平均粒径为10nm的裸露的Fe3O4磁性颗粒进行修饰，得到均一稳定的全氟聚醚油基磁性液体，全氟聚醚油基磁性液体具有耐化学腐蚀、耐高低温、绝对不燃烧等性质；在专利CN1702782A中采用壳聚糖的衍生物—羧甲基壳聚糖作为表面活性剂合成Fe3O4磁性颗粒水基磁性液体，该磁性液体具有生物相容性，适用于医学领域；在专利CN104091678A中油酸包覆Fe3O4磁性颗粒分散于煤油基中，得到一稳定的煤油基磁性液体；在专利CN104867642A中本专利技术公开了一种硅油基磁性液体的制备方法，采用方法在Fe3O4磁性颗粒表面包裹SiO2壳层得到壳-核结构，铁氧体纳米颗粒分散在硅油基液中获得硅油基磁性液体，该磁性液体可以耐高温，饱和磁化强度高，密封性好，承压能力强，密封寿命长。在专利CN1545108A中基于铁氧体MFe2O4(M＝Mn，Fe，Co，Ni，Zn，Cu)微粒表面自身离子化形成离子型磁性液体。水基、煤油基、酯基、硅油基、氟醚油基磁性液体已达到成熟的实用阶段，但是这些种类的磁性液体随着应用的拓展，目前的磁性液体有着一些缺点，如：不能用于高温，容易氧化，不能够耐辐射，挥发率比较高等等，而聚苯基醚由于其结构为苯环结构，其化学性质稳定，有独特的性质，能够克服上述特殊环境的缺陷，具有极高的使用价值。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：克服现有磁性液体存在的问题，提供一种具有高的热分解温度、良好的氧化安定性能、优良的抗辐射性能、低蒸汽压的能够适用于极端环境的聚苯基醚基磁性液体。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种聚苯基醚基磁性液体，包括磁性纳米颗粒、表面活性剂和基载液三个部分。上述磁性纳米颗粒为Fe3O4磁性纳米颗粒，采用共沉淀法制备，平均粒径为10nm。上述表面活性剂为阴离子型表面活性剂，一般采用苯氧基十一烷酸、邻苯氧基苯甲酸。表面活性剂的选用是磁性液体制备首要解决的关键问题，因为它在磁性液体制备过程中起分散颗粒，改善颗粒表面性能与基载液相溶等作用，关系到磁性液体能否制备成功，磁性液体能否稳定存在，磁性液体是否具有应用价值等问题。上述基载液为聚苯基醚，基载液的选用必须综合考虑化学结构式、分子量、使用温度等因素，并且严格与上述阴离子型表面活性剂相匹配，与之能够稳定互溶，这些都是制备磁性液体的前提。一种聚苯基醚基磁性液体的制备方法操作如下：(1)配制Fe2+和Fe3+的铁盐前驱体溶液按照一定的摩尔比例加入去离子水配制Fe2+和Fe3+铁盐前驱体溶液。(2)裸露Fe3O4磁性纳米颗粒的制备采用共沉淀法，其根本原理是：Fe2++2Fe3++8OH-＝Fe3O4+4H2O，向铁盐前驱体溶液加入过量的碱溶液(NH3·H2O或NaOH等)作为沉淀剂，在氮气环境保护以及一定的温度条件下进行高速搅拌，沉淀反应一段时间，即得到裸露Fe3O4磁性纳米颗粒。(3)配制阴离子型表面活性剂前驱体溶液本专利技术采用的表面活性剂为苯氧基十一烷酸、邻苯氧基苯甲酸阴离子型表面活性剂前驱体溶液，在常温下呈固态，需将其溶解在有机溶剂中制成溶液备用。有机溶剂一般选用无水乙醇，因为无水乙醇易挥发，不会对最终实验结果造成影响。(4)阴离子型表面活性剂对裸露Fe3O4磁性纳米颗粒的包覆修饰在上述步骤(2)、(3)的基础上，按裸露磁性颗粒与表面活性剂的比例加入阴离子型表面活性剂前驱体溶液，在氮气环境保护以及一定温度条件下进行高速搅拌，反应一段时间，制得包覆后的Fe3O4磁性纳米颗粒。(5)包覆后的Fe3O4磁性纳米颗粒的处理在上述步骤(4)的基础上，将得到的产物移入大烧杯，在磁座下沉降，并用去离子水反复洗涤7～8次，直到用检验洗液pH＝7，无残留Cl-和SO42-。将所得磁性颗粒移入表面皿中，放入真空干燥箱进行干燥。(6)高能球磨或超声震荡制成聚苯基醚基磁性液体将上述步骤(5)所制得干燥的磁性颗粒称重按一定比例与聚苯基醚基载液混合。也可往混合物中补充加入阴离子型表面活性剂前驱体溶液，加入比例按照裸露磁性颗粒与表面活性剂的比例，来进一步修饰弥补尚未完整包覆的磁性颗粒。采用高能球磨或超声震荡将混合物制备出聚苯基醚基磁性液体粗产物，也可以采用两者并用的方式将混合物制备出聚苯基醚基磁性液体粗产物。将粗产物在磁座上沉淀或者高速离心去掉底层沉降下来的大颗粒，反复进行此步骤3～5次，取上层黑色均匀混合液为聚苯基醚基磁性液体。一种聚苯基醚基磁性液体的性能表征包括：振动样品磁强计(VSM)测试磁化曲线，从磁化曲线中可以看出聚苯基醚基磁性液体是否有剩磁、矫顽力，是否呈现超顺磁性，以及聚苯基醚基磁性液体的磁化强度。透射电子显微镜(TEM)测试表面形貌，可看出磁性颗粒外观形貌，粒径大小及分布。X射线衍射仪(XRD)测试晶型结构，将得到的衍射图谱与标准图谱进行对比，可以证明实验所制得产物是否是阴离子型表面活性剂包覆Fe3O4磁性纳米颗粒的聚苯基醚基磁性液体，因为阴离子型表面活性剂对Fe3O4磁性纳米颗粒的包覆并不会影响Fe3O4磁性纳米颗粒的晶型结构。傅立叶红外光谱仪(FTIR)测试阴离子型表面活性剂对Fe3O4磁性纳米颗粒的包覆修饰情况，傅立叶红外光谱仪中的每一个峰值都对应着不同的化合键。本专利技术的有益效果：克服现有磁性液体存在的问题，制备出饱和磁化强度高、颗粒分布均匀、不团聚、不沉降、具有高的热分解温度、良好的氧化安定性能、优良的抗辐射性能、低蒸汽压的能够适用于极端环境的聚苯基醚基磁性液体。所以本专利技术的磁性液体能够适用于极端特殊环境下，解决航空航天、机械、化工等行业的重要设备特殊密封问题，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯基醚基磁性液体，由裸露的Fe3O4磁性纳米颗粒、阴离子型表面活性剂和聚苯基醚基载液三部分组成，其特征在于所述的基载液是聚苯基醚，具有以下结构：[C6H5C6H4OC6H4C6H5]n。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯基醚基磁性液体，由裸露的Fe3O4磁性纳米颗粒、阴离子型表面活性剂和聚苯基醚基载液三部分组成，其特征在于所述的基载液是聚苯基醚，具有以下结构：[C6H5C6H4OC6H4C6H5]n。2.根据权利要求1所述的一种聚苯基醚基磁性液体，其特征在于聚苯基醚基载液具有邻、间、对三种结构，聚苯基醚基载液为上述三种结构所代表的化学物质中的一种或几种按任意比例混合。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德才，李文怡，张志力，柏乐，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11