具有改良的化学稳定性的磁性流体及其制备方法技术

元素改性的铁磁流体包括基油、覆盖以至少一表面活性剂的多个磁性粒子、及元素改性剂。元素改性剂为金属、金属混合物、合金或非金属。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁性流体及其制备方法。具体地，本专利技术涉及具有改良的化学稳定性的磁性流体合成物及其制备方法。2.现有技术磁性流体，有时称为“铁磁流体”或“磁性胶体”，其是精细分开的磁性或可磁化粒子的分散或悬浮，粒子大小在30到150埃之间并分散在载液中。磁性流体的一个重要的特性是它们可被放置并保持在磁场空间中而不需要容器的能力。磁性流体的这种独特的特性使它们可用于多种应用。一种应用为它们用作具有较低拖曳转矩的液封，其中在象传统密封那样进行操作期间，该种密封不会产生粒子。这些液封被广泛应用在计算机磁盘驱动器中，其作为隔绝密封以阻止空中粒子或气体从密封一侧到另一侧的通道。在环境区域中，环境密封用于阻止短时排放，及固体、液体或气体排放进大气中，这种排放是有害的或潜在有害的。磁性流体的其它应用如音频扬声器的音圈和磁体之间的传热液体，阻尼应用中的阻尼液，及水力轴承应用中的轴承润滑剂。另外的应用如具有多个液封或平台的装置中的压力密封如真空旋转穿通密封。通常，这种类型的密封是想要保持从密封一侧到另一侧的压力差异，同时允许转轴投入存在压力差异的环境中。磁性粒子通常是通过粉碎、沉淀、汽相淀积或其它类似手段制备的铁素体的细粒。从纯度、粒子大小控制和生产力的角度，沉淀通常是制备铁素体粒子的首选手段。使用磁性流体的大部分工业应用包括氧化铁作为磁性粒子。最适于磁性流体应用的氧化铁为铁素体如磁铁矿及γ-三氧化二铁，其被称为磁赤铁矿。铁素体和三氧化二铁向磁性流体提供了多种物理和化学特性，这些特性中最重要的是饱和磁化、粘性、磁稳定性、及整个系统的化学稳定性。为保持悬浮，铁素体粒子要求表面活性剂涂层，即本领域技术人员所知的分散剂，以阻止粒子凝结或附聚。脂肪酸如油酸已被用作分散剂以使磁性粒子稳定悬浮在某些低分子量非极性烃液中。这些低分子量非极性烃液是相当挥发性的溶剂如煤油、甲苯及类似物质。由于它们的相当的挥发性，这些挥发性烃液的蒸发是其重大缺陷，因为其使磁性流体本身的功能变坏。因此，要有用，磁性流体必须由低蒸汽压力载液制成，而不是用低沸点烃液制成。表面活性剂/分散剂具有两个主要的功能。第一是确保磁性粒子之间永久的间距以克服由范德瓦尔斯(Van der Waal)引力和磁引力导致的吸引力，即阻止凝结或附聚。第二是在磁性粒子的外表面上提供化学合成物，其与载液相容。磁性流体的饱和磁化是磁性流体中磁性材料的分散相体积的函数。在磁性流体中，实际的分散相体积等于磁性粒子的相体积加上所附的分散剂的相体积。磁性粒子含量越高，饱和磁化越高。流体中的磁性粒子的类型还确定流体的饱和磁化。流体中设定体积百分比的金属粒子如钴和铁产生较同样体积百分比的铁素体要高的饱和磁化。磁性流体的理想的饱和磁化由应用确定。例如，在硬盘驱动器中使用的隔绝密封的饱和磁化值通常低于半导体工业中使用的真空密封的饱和磁化值。磁性流体的粘性是要优先控制的特性，因为其影响磁性流体对特殊应用的适用性。磁性流体的粘性可由用于描述理想胶体的特征的原理进行预测。根据爱因斯坦关系式，理想胶体的粘性为(N/N0)＝1+αΦ其中N＝胶体粘性N0＝载液粘性α＝常数；及 Φ＝分散相体积胶凝时间是磁性流体的预期寿命的函数。磁性流体的胶凝时间取决于多个因素，包括温度、粘性、载液及分散剂中的挥发性成分、及饱和磁化。当磁性流体被加热时，则出现载液的蒸发及分散剂的氧化降解。分散剂的氧化降解增加了胶体内粒子对粒子的吸引，从而导致磁性胶体以比没有氧化降解情况更快的速率胶凝。目前采用的大多数磁性流体具有1到3种类型的表面活性剂，其以在磁性粒子周围布置1、2、3层的方式进行。用于磁性流体的表面活性剂是长链分子，其具有至少16个原子的链长如碳、或碳和氧的链、及一端的官能团。链还可包含芳烃。官能团可以是阳离子、阴离子或非离子。官能团被附加到磁性粒子的外层，其或通过化学键接或物理力或二者结合实现。表面活性剂的链或链端在粒子之间提供了永久的间距并与液体载体相容。在过去已专利技术了多种磁性流体及制备磁性流体的方法。基于油的载液通常是多种化学成分的有机分子，或极性或非极性，这些化学成分如烃(聚α烯烃、芳香链结构分子)、酯(多元醇酯)、硅树脂、氟化及其它具有高于8-9千分子量的外来分子。大多数方法使用低沸点烃溶剂来胶溶铁素体粒子。在这些方法中，为从合成的基于油的磁性流体蒸发烃溶剂，所有这些方法均要求在约70℃及更高温度对磁性流体进行加热处理或在降低的压力下在较低的温度进行加热处理。由于有大量因素影响磁性流体的物理和化学特性，及一特性的改良可能反向影响另一特性，因而很难预测改变成分或方法在磁性流体的全部有效性上的效果。本领域所公知的是其中分散剂之一是脂肪酸的磁性流体易受分散剂系统的氧化降解的影响，脂肪酸如油酸、亚油酸、硬脂酸或异硬脂酸。这导致磁性流体的胶凝。美国专利5,676,877(1997年授予Borduz等人)公开了一种用于产生化学上稳定的磁性流体的成分和方法，所述磁性流体具有精细分开的磁性粒子，磁性粒子使用表面活性剂覆盖。其还采用表面改性剂，改性剂被添加以完全覆盖粒子的外层的自由可氧化外表面，从而确保更好的胶态物系化学稳定性。表面改性剂是烷基醇化硅烷(alkylalkoxide silane)。美国专利5,013,471(1991年授予Ogawa)公开了一种磁性流体、生产磁性流体的方法及使用磁性流体的磁密封装置。磁性流体具有覆盖以单分子吸附膜的铁磁粒子，单分子吸附膜由氯硅烷型的表面活性剂组成，其具有10-25碳原子的链。氟原子取代该方法中使用的氯硅烷表面活性剂的烃链的氢原子。根据该专利技术，氯硅烷表面活性剂不得不足够大以分散粒子并通过在粒子之间提供足够的间距来确保磁性流体的胶态稳定性。美国专利5,143,637(1992年授予Yokouchi等人)公开了一种由分散在有机溶剂中的铁磁粒子、低分子量分散剂、及具有25-1500之间的碳量的添加剂。低分子量分散剂用于将粒子分散在有机载体中。在该专利技术的摘要中，讨论了使用偶合剂如硅烷作为分散剂。然而，偶合剂不得不具有足够大的分子量以实施为分散剂。应该提及的是，在美国专利5,143,637中，没有特别公开的权利要求使用硅烷作为添加剂甚至作为分散剂。流体的热稳定性通过添加如高达20000的高分子量添加剂而得以增加，这样的添加剂如聚苯乙烯、聚丙烯、聚丁烯、或聚丁二烯聚合物。美国专利4,554,088(1985年授予Whitehead等人)公开了使用聚合硅烷作为偶合剂。偶合剂是特殊类型的表面活性化学制品，其在长链分子的两端均具有官能团。分子的一端附着到磁性粒子的外氧化层，而分子的另一端附着到对那些应用有兴趣的特殊化合物，如药、抗体、酶等。美国专利5,064,550(1991年授予Wyman)公开了超顺磁性流体，其具有非极性烃油载液及涂覆的磁性粒子。磁性粒子被涂覆以至少一酸，酸选自由下述酸组成的组在连接到羧基团的链中仅包含碳和氢原子的有机酸。链包含至少19个碳原子及用脂肪酸酰化的氨基酸。其还公开了制备超顺磁性流体的方法，包括提供涂覆以至少一酸的磁性粒子的水悬浮液，其中酸选自由下述酸组成的组在连接到羧基团的链中包含至少19个碳原子及用脂肪酸酰化的氨基酸。美国专利4,976,883(1990年授予K本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性流体合成物，包括：载液；涂覆以至少一表面活性剂的多个磁性粒子，所述多个磁性粒子分散在所述载液中；及至少一布置在所述载液内的元素改性剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-3-28 10/402,5271.一种磁性流体合成物，包括载液；涂覆以至少一表面活性剂的多个磁性粒子，所述多个磁性粒子分散在所述载液中；及至少一布置在所述载液内的元素改性剂。2.根据权利要求1所述的合成物，其中所述元素改性剂为金属、金属混合物、金属合金及非金属之一。3.根据权利要求2所述的合成物，其中所述元素改性剂为下述元素中的至少一种镍、铝、硅、钛、钒、铬、锰、铁、钴、铜、锌、银、铂、金、硼、镝、铒、钆、锗、钬、铟、铱、钯、铅、钼、钕、铌、锇、铑、钐、钽、锡、钨、钇、锆、镱、碳、铥、铽、镨。4.根据权利要求3所述的合成物，其中所述元素改性剂为下述元素中的至少一种镍、铝、硅、钛、钒、铬、锰、铁、钴、铜、锌、银、铂、金、镝、铒、钆、钐、钇、镱、铥、钬、镨、铽。5.根据权利要求4所述的合成物，其中所述金属为下述元素中的至少一种镍、铝、硅、钛、钒、铬、锰、铁、钴、铜、锌、银、铂、金。6.根据权利要求2所述的合成物，其中所述元素改性剂是下述之一青铜，铜镍合金，镍铬合金，镍银合金，钯银合金，锆镍合金，钛镍合金，黄铜，铬、镍、锰、硅和铁的混合物，及铬、镍、锰、硅、钼和铁的混合物。7.根据权利要求1所述的合成物，其中所述元素改性剂具有约99％的纯度。8.根据权利要求1所述的合成物，其中所述元素改性剂具有多个元素改性剂粒子，所述元素改性剂粒子具有约1-170微米的大小。9.根据权利要求2所述的合成物，其中所述金属混合物具有至少第一金属成分和第二金属成分，所述第一金属成分和所述第二金属成分中的每一成分组成所述金属混合物的约10％到约90％。10.根据权利要求9所述的合成物，其中所述金属混合物具有至少第一金属成分和第二金属成分，所述第一金属成分和所述第二金属成分中的每一成分组成所述金属混合物的约50％。11.一种磁性流体合成物，包括载液；涂覆以至少一表面活性剂的多个磁性粒子，所述多个磁性粒子分散在所述载液中；及至少一布置在所述载液内的元素改性剂，其中所述元素改性剂是金属、金属混合物、金属合金及非金属中的至少一种。12.根据权利要求11所述的合成物，其中所述载液为极性或非极性液体。13.根据权利要求12所述的合成物，其中所述载液选自下面的组具有低挥发性和低粘性的基于烃的油、基于酯的油、及基于硅树脂的油。14.根据权利要求11所述的合成物，其中所述元素改性剂为下述元素中的至少一种镍、铝、硅、钛、钒、铬、锰、铁、钴、铜、锌、银、铂、金、硼、镝、铒、钆、锗、钬、铟、铱、钯、铅、钼、钕、铌、锇、铑、钐、钽、锡、钨、钇、锆、镱、碳、铥、铽、镨。15.根据权利要求14所述的合成物，其中所述元素改性剂为下述元素中的至少一种镍、铝、硅、钛、钒、铬、锰、铁、钴、铜、锌、银、铂、金、镝、铒、钆、钐、钇、镱、铥、钬、镨、铽。16.根据权利要求15所述的合成物，其中所述元素改性剂为下述元素中的至少一种镍、铝、硅、钛、钒、铬、锰、铁、钴、铜、锌、银、铂、金。17.根据权利要求11所述的合成物，其中所述元素改性剂是下述之一青铜，铜镍合金，镍铬合金，镍银合金，钯银合金，锆镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：津田思郎，根本小二，饭岛延治，栗原延明，
申请(专利权)人：磁性流体技术株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]