专利名称：采用聚苯乙烯微球制备磁流变液用空心磁性复合微粒的方法
技术领域：
本发明属于复合材料和功能材料技术领域，具体涉及一种用于磁流变液的空心磁性微粒及其制备方法。
背景技术：
空心微球是20世纪五、六十年代发展起来的一种新型微粒材料。它的最显著特点是密度小、力学强度大，稳定性好。磁性氧化物Fe3O4可以制备成粒径为几十纳米的颗粒，作为磁流变液材料有很好的应用前景。但传统的磁流变液中的磁性微粒由于密度远高于介质密度，具有易团聚，易沉降的特点，严重影响了磁流变液的使用性能和推广应用。Fe3O4颗粒也不例外，密度太大，易沉降，限制了它在这一领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提出一种密度小、磁性能好、沉降稳定性优良和剪切屈服应力高的可用于磁流变液的磁性微粒及其制备方法。
本发明提出的用于磁流变液的磁性微粒，是在中空PS微球表面包覆一层Fe3O4而组成的空心复合磁性微粒，其原料组份按重量计的配比如下空心PS微球 100份分散剂 0-50份三价铁盐 50-400份二价铁盐 20-200份碱 20-200份其中，空心PS微球是粒径为20nm-20μm的中空聚苯乙烯微球。
所述的分散剂是指各种有机、无机、复合型的表面活性剂。
所述的三价铁盐是指含有三价铁离子的盐，如FeCl3，Fe(NO3)3，Fe2(SO4)3等，但不仅限于此。
所述的二价铁盐是指含有二价铁离子的盐，如FeCl2，FeSO4，Fe(NO3)2等，但不仅限于此。
所述的碱是指其溶液的pH值能大于9的碱性物质，如NaOH，NH3·H2O等，但不仅限于此。
本发明的制备方法如下(1)空心PS微球的分散将空心PS微球在分散介质中超声分散，得样品a。
(2)Fe3O4包覆空心PS微球将三价铁盐溶液和二价铁盐溶液置于反应容器中，加入样品a，并加入碱，加热搅拌反应，然后加入分散剂，搅拌下冷却至室温。
(3)后处理样品的洗涤，磁分离。
上述制备方法中，加热搅拌反应一般可分段进行，即加入样品a后，加热0.5-1.5小时，升温至50-65℃；加入碱溶液，继续加热升温至90-100℃；然后加入分散剂，搅拌下冷却至室温。
目前，已有在中空玻璃微珠表面包覆钡铁氧体涂层的报道(王采芳，熊惟皓，空心微珠为基的铁氧体复合材料的制备与研究，功能材料，2004，35536-538)，但还没有类似本发明的在中空PS微球表面包覆Fe3O4，用作磁流变材料的报道。
由本发明制得的空心磁性复合微粒，密度小，磁性能好，剪切应力高，具有优良的沉降稳定性。
图1为Fe3O4微粒和PS空心微球包覆了Fe3O4的复合微粒在水中的沉降稳定性比较。
图2为基于Fe3O4微粒(含量8wt％)和PS空心微球包覆了Fe3O4磁性复合微粒(复合微粒含量8wt％)的磁流变液(水为介质)的表观粘度随磁场强度的变化比较。
具体实施例方式
以下实施例是仅为更进一步具体说明本发明，在不违反本发明的主旨下，本发明应不限于以下实验例具体明示的内容。
实施例1所用原料的配比如下空心PS微球(平均粒径2.5μm) 100份(重量)十二烷基硫酸钠 5份(重量)三氯化铁 100份(重量)七水合硫酸亚铁 50份(重量)氢氧化钠 50份(重量)磁性复合微粒的制备
按上述组份份额比例，将中空PS微球在去离子水中超声分散3小时，得样品a。将三氯化铁和七水合硫酸亚铁配成溶液加入反应容器中，加入样品a，搅拌加热0.5-1小时，升温至60℃；将NaOH溶于去离子水配成溶液，加入到反应容器中搅拌反应1小时后，继续升温至90℃，停止加热，加入十二烷基硫酸钠，搅拌下冷却。用去离子水洗涤至中性，磁分离。
磁性复合微粒的性能(1)采用密度梯度管法测得该空心复合微粒表观密度为1.3g/cm3，约为Fe3O4微粒密度的四分之一。
(2)本发明制备的空心磁性颗粒具有优良的沉降稳定性。在不加任何添加剂、以水为载液的情况下，当磁性复合微粒含量大于8wt％时长时间放置没有沉降。图1为本发明所制备的复合微粒含量为3wt％时，与含量为8wt％、粒径为50nm左右的Fe3O4颗粒沉降性能曲线。磁性颗粒的沉降性能用沉降率V表示，其中V＝a/(a+b)×100％，a为上层清液的体积，b为下层混浊液的体积。本发明制备的空心磁性颗粒沉降稳定性大大提高。
(3)将Fe3O4包覆PS空心微球磁性复合微粒和Fe3O4微粒以水为介质制成磁流变液，采用改装过的NDJ-79型旋转式粘度计(同济大学机电厂)研究其磁流变性能，结果如图2所示，两种磁流变液的磁流变性能较为接近，零场粘度均较低，而随着磁场强度的升高，磁流变液的表观粘度也随之急剧升高。
实施例2所用原料按重量份额的配比如下空心PS微球(平均粒径50nm) 100份十二烷基硫酸钠 0份Fe(NO3)350份FeSO420份氢氧化钠 20份磁性复合微粒的制备按上述组份份额比例，将中空PS微球在去离子水中超声分散2小时，得样品a。将Fe(NO3)3和FeSO4配成溶液加入反应容器中，加入样品a，搅拌加热1小时左右，升温至65℃；将NaOH溶于去离子水配成溶液，加入到反应容器中搅拌反应1.5小时后，继续升温至95℃，停止加热，搅拌下冷却。用去离子水洗涤至中性，磁分离。得到的磁性微粒，其性能如图1和图2所示类似。
实施例3
所用原料按重量份额的配比如下空心PS微球(平均粒径20μm) 100份(重量)十二烷基硫酸钠 50份(重量)Fe2(SO4)3400份(重量)FeCl2200份(重量)NH3H2O200份(重量)磁性复合微粒的制备将中空PS微球在去离子水中超声分散5小时，得样品a。将Fe2(SO4)3和FeCl2配成溶液加入反应容器中，加入样品a，搅拌加热1-1.5小时，升温至55℃；将NH3H2O溶于去离子水配成溶液，加入到反应容器中搅拌反应1小时后，继续升温至100℃，停止加热，加入十二烷基硫酸钠，搅拌下冷却。用去离子水洗涤至中性，磁分离。得到的磁性微粒，其性能如图1和图2所示类似。
上述实施例中，各组份原料和用量以及制备过程的参数，仅是为了描述本发明而选取的代表。实际上大量的实验表明，在发明内容部分所限定的范围内，均能获得与上述实施例相类似性能的磁性复合微粒。
权利要求
1.一种用于磁流变液的中空磁性复合微粒，其特征在于由中空PS微球表面包覆一层Fe3O4而组成的空心复合磁性微粒，其原料组份按重量计的配比如下空心PS微球 100份分散剂 0-50份三价铁盐 50-400份二价铁盐 20-200份碱 20-200份其中，空心PS微球是粒径为20nm-20μm的中空聚苯乙烯微球。
2.根据权利要求1所述的磁性复合微粒，其特征在于所述的分散剂为有机、无机或复合型的表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的磁性复合微粒，其特征在于所述的三价铁盐为FeCl3，Fe(NO3)3或Fe2(SO4)3。
4.根据权利要求1所述的磁性复合微粒，其特征在于所述的二价铁盐为FeCl2，FeSO4或Fe(NO3)2。
5.根据权利要求1所述的磁性复合微粒，其特征在于中所述的碱为其溶液的pH值大于9的碱性物质。
6.一种如权利要求1所述的磁性复合微球的制备方法，其特征在于步骤为(1)空心PS颗粒的分散将空心PS微球在分散介质中超声分散，得样品a；(2)Fe3O4包覆空心PS微球将三价铁盐溶液和二价铁盐溶液加入反应容器中，加入样品a，并加入碱溶液，加热搅拌反应，加入分散剂，搅拌下冷却至室温；(3)后处理洗涤，磁分离。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中的加热搅拌反应分段进行加入样品a后，加热0.5-1.5小时，升温至50-65℃加入碱溶液后继续加热升温至90-100℃；再加入分散剂，搅拌下冷却至室温。
全文摘要
本发明属于复合材料和功能材料技术领域，具体为一种用于磁流变液的空心磁性复合微粒及其制备方法。该磁性复合微球是在空心聚苯乙烯微球表面覆盖一层Fe
文档编号C08J7/00GK1631949SQ200410084318
公开日2005年6月29日 申请日期2004年11月18日 优先权日2004年11月18日
发明者浦鸿汀, 蒋峰景, 杨正龙 申请人:同济大学