硅油基磁性液体的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及密封介质的领域，具体涉及一种耐高低温高饱和磁化强度硅油基磁性 液体的制备方法。
【背景技术】
[0002] 磁性液体是将纳米磁性微粒弥散在基液中形成的一种均匀稳定的胶体溶液，因而 同时兼有磁性和流动性，它具有特殊的物理特性、化学特性及流体特性。
[0003] 常用的磁性材料分铁氧体系、金属系和氮化铁系。其中，铁氧体比金属和氮化铁具 有更好的抗氧化性能。目前最常用的一种磁性微粒为Fe304磁粒。
[0004] 然而现有的磁性液体适用的温度范围较窄，一般为-40°c到150°C，且温度越高， 磁性液体的饱和磁化强度越低，在密封较高温度和压力的气体或液体介质时，需要添加辅 助密封设施，使得制造成本增加，维护不方便。
[0005] 因此，目前急需要研发出一种从低温到高温循环变化的耐高低温高饱和磁化强度 的硅油基磁性液体的制备方法，降低密封的制造成本，使维护更方便。
【发明内容】
[0006] [要解决的技术问题]
[0007] 本发明的目的是解决上述现有磁性液体适用范围较窄，且温度越高，磁性液体的 饱和磁化强度越低，在密封较高温度和压力的气体或液体介质时，制造成本高、维护不方便 等问题，提供一种适用于密封介质从低温到高温循环变化的一种耐高低温高饱和磁化强度 的硅油基磁性液体的制备方法。
[0008] [技术方案]
[0009] 为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
[0010] 本发明利用共沉淀法制备Fe304磁粒，筛选出合适粒径的Fe304磁粒，然后利用 St6ber法将Fe304磁粒包裹SiO2壳层；利用乙醇过渡液将被SiO2包裹的Fe304磁粒分散在 硅油基液中，获得硅油基磁性液体。
[0011] 一种硅油基磁性液体的制备方法，它包括以下步骤：
[0012] A，共沉淀法制备Fe304磁粒
[0013] 首先，配制浓度均为0? 25mol/L的FeClJPFeCl3溶液；然后，按FeCl2与FeCl3物 质的量之比为1 :1. 5~2,将两种溶液在温度为50~66°C的恒温水浴中混合均匀后，放入 到三口烧杯中，迅速加入质量分数为25%的NaOH溶液至过量，调节pH值至11 ;接着，通入 氩气，同时快速机械搅拌，反应结束后用蒸馏水对黑色浆状物进行洗涤，并调节pH呈中性， 最后离心、干燥后，得到固态Fe304磁粒；筛选合适粒径和磁学性能的Fe304磁粒备用；
[0014]B，St6ber法对Fe30J||粒进行包裹
[0015] 将步骤A筛选的Fe304磁粒与乙醇和蒸馏水混合，搅拌均匀后，在一定的转速和温 度下加入TE0S和NH3 ?H20,反应12h;然后用磁铁吸附得到褐色沉淀；接着依次用乙醇、盐 酸和蒸馏水清洗，干燥，得到被Si02包裹的Fe304磁粒；
[0016] 所述Fe304磁粒与TEOS的质量比为2:1~3 ;
[0017] C，硅油基磁性液体的制备
[0018] 将步骤B得到的被Si02包裹的Fe304磁粒加入乙醇配制成一定浓度的混合溶液，在 此基础上，添加一定量的硅烷偶联剂表面活性剂，放入数控超声波中进行超声分散，然后再 倒入盛有硅油基液的烧杯中，在水浴加热的同时进行搅拌，使乙醇挥发，冷却后继续搅拌， 即可形成稳定均匀的硅油基磁性液体。
[0019] 本发明更进一步的技术方案，在步骤A中，所述机械搅拌速度为300~lOOOrpm; 所述干燥是在温度为60°C的干燥箱中干燥8~10h。
[0020] 本发明更进一步的技术方案，在步骤A中，所述合适粒径和磁学性能是指粒径为 9. 5~10nm，饱和磁化强度为47. 6~60. 2emu/g。
[0021] 本发明更进一步的技术方案，在步骤B中，所述一定的转速和温度是指转速为 360 ~400rpm，温度为 25 ~28°C。
[0022] 本发明更进一步的技术方案，在步骤B中，所述TE0S和NH3 ?H20的体积比为1 : 1. 6 ~2. 5〇
[0023] 本发明更进一步的技术方案，在步骤B中，所述的干燥是指在温度为60°C的条件 下干燥。
[0024] 本发明更进一步的技术方案，在步骤C中，所述配制的混合溶液浓度为2~5mol/ L〇
[0025] 本发明更进一步的技术方案，在步骤C中，所述硅烷偶联剂表面活性剂为混合溶 液总质量〇. 5%~5% ;所述硅烷偶联剂表面活性剂选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] 本发明更进一步的技术方案，在步骤C中，所述被Si02包裹的Fe304磁粒与硅油基 液的质量百分比为40 %~60 %。
[0027] 本发明更进一步的技术方案，在步骤C中，所述水浴的温度为50°C;所述搅拌速度 为 100 ~600rpm。
[0028] 下面将详细地说明本发明。
[0029] 一种硅油基磁性液体的制备方法，它包括以下步骤：
[0030] A，共沉淀法制备Fe3(VfilS
[0031] 首先，配制浓度均为0. 25mol/L的FeClJPFeCl3溶液；然后，按FeCl2与FeCl3物 质的量之比为1 :1. 5~2,将两种溶液在温度为50~66°C的恒温水浴中混合均匀后，放入 到三口烧杯中，迅速加入质量分数为25%的NaOH溶液至过量，调节pH值至11 ;接着，通入 氩气，同时快速机械搅拌，反应结束后用蒸馏水对黑色浆状物进行洗涤，并调节pH呈中性， 最后离心、干燥后，得到固态Fe304磁粒；筛选合适粒径和磁学性能的Fe304磁粒备用；
[0032] 在步骤A中，质量分数为25%的NaOH是沉淀剂。涉及到的化学反应式如下：
[0033] Fe2++2Fe3++80H一 =Fe304+4H20
[0034] 由于在制备过程中，亚铁离子Fe2+很不稳定，会部分生成铁离子Fe3+，影响Fe304微 粒中亚铁离子Fe2+和铁离子Fe3+的比例，使得磁性微粒的纯度受到很大的影响。因此需要 选择适当的FeClJPFeCl3比，并加入过量的NaOH，控制溶液pH值呈碱性。通入氩气Ar2的 作用是保护气的作用，伴随着快速机械搅拌，排除液体中的溶解氧，保证整个反应是在无氧 的环境下进行，避免了不必要的氧化反应。
[0035] 在步骤A中，用蒸馏水对黑色浆状物进行洗涤是为了去除其表面的可溶性盐，离 心是利用高速离心机分离除去大部分水。
[0036] B，St6ber法对Fe3OJ||粒进行包裹
[0037] 将步骤A筛选的Fe304磁粒与乙醇和蒸馏水混合，搅拌均匀后，在一定的转速和温 度下加入TEOS和NH3 ?H20,反应12h;然后用磁铁吸附得到褐色沉淀；接着依次用乙醇、盐 酸和蒸馏水清洗，干燥，得到被Si02包裹的Fe304磁粒；
[0038] 所述Fe304磁粒与TEOS的质量比为2:1~3 ;
[0039] 在步骤B中，在一定的转速和温度下加入TEOS和NH3*H20,是为了成核均匀，这样 得到的产物就均匀。并且本步骤中的NH3 ?H20作用是催化完成Si02对磁性纳米粒子的表 面包裹。依次用乙醇、盐酸和蒸馏水清洗是分别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盐酸。
[0040] C，硅油基磁性液体的制备
[0041] 将步骤B得到的被Si02包裹的Fe304磁粒加入乙醇配制成一定浓度的混合溶液，在 此基础上，添加一定量的硅烷偶联剂表面活性剂，放入数控超声波中进行超声分散，然后再 倒入盛有硅油基液的烧杯中，在水浴加热的同时进行搅拌，使乙醇挥发，冷却后继续搅拌， 即可形成稳定均匀的硅油基磁性液体。
[0042] 本发明更进一步的技术方案，在步骤A中，所述机械搅拌速度为300~lOOOrpm; 所述干燥是在温度为60°C的干燥箱中干燥8~10h。
[0043] 本发明更进一步的技术方案，在步骤A中，所述合适粒径和磁学性能是指粒径为 9. 5~10nm，饱和磁化强度为47. 6~60. 2emu/g。这里所述的粒径和饱和磁化强度范围值 是指磁性能好的磁粒。
[0044] 通过对比Fe304磁粒的物理化学性质，选择合适粒径的Fe304磁性微粒，是制备磁 性液体的关键步骤之一。因为Fe304磁性粒子的粒径大小直接影响磁性液体的性能和稳定 性，粒径太大则磁性液体的性能和稳定性差，粒径越小则磁性液体的稳定性就越好，但粒子 太小则会导致磁粒子亲磁能力差，磁性液体的磁性能也会下降。因此，制备出适宜粒径的 Fe304纳米颗粒，是研制出既有良好稳定性又具有较强磁性能的磁性液体的前提。
[0045] 本发明更进一步的技术方案，在步骤B中，所述一定的转速和温度是指转速为 360 ~400rpm;温度为 25 ~28°C。
[0046] 只有在合适的转速和温度下包裹得到的产物才更均匀，并且有利于磁性液体性能 的优化。
[0047] 本发明更进一步的技术方案，在步骤B中，所述TEOS和NH3 ?H20的体积比为1 : 1. 6 ~2. 5〇
[0048] 本发明更进一步的技术方案，在步骤B中，所述的干燥是指在温度为60°C的条件 下干燥。
[0049] 本发明更进一步的技术方案，在步骤C中，所述配制的混合溶液浓度为2~5mol/ L〇
[0050] 本发明选用乙醇作为制备硅油基磁性液体的过渡液。具体是因为，硅油的粘度随 温度的变化较小，具有很好的低挥发性和热稳定性，经常被选作磁性液体的载液成分。与 传统的水基、煤油基、酯基等磁性液体相比，硅油基磁性液体具有良好的耐热性、低蒸气压、 化学性能稳定等优点。要使被Si02包裹的Fe304磁粒均匀分布在硅油中，表面活性剂必须 有亲油性能，且能包裹磁性微粒，不然容易出现团聚或沉降等现象。为将磁性微粒均匀分布 在基液中，需先把磁性颗粒分散均匀在某种过渡液中，且这种过渡液不能留在基载液中。因 此考虑选择沸点低、易挥发、无毒性的无水乙醇作为过渡液，将磁性颗粒先分散在无水乙醇 中，再制备磁性液体。因此，加入合适的乙醇，配制合适范围浓度的混合溶液，能够获得更加 均匀的硅油基磁性液体。
[0051] 本发明更进一步的技术方案，在步骤C中，所述硅烷偶联剂表面活性剂为混合溶 液总质量0. 5%~5% ;所述硅烷偶联剂表面活性剂选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] 硅烷偶联剂表面活性剂是一种具有能与无机材料如玻璃、水泥、金属等结合的反