本发明涉及机械转轴密封领域，涉及一种适用于苛刻环境、高稳定性氟醚化合物基磁性液体，具体为一种氟醚化合物基磁性液体的制备方法。
背景技术：
纳米磁性液体是尺度为10nm左右的磁性颗粒，由表面活性剂包覆后均一、稳定的分散在载液中形成的胶体溶液。磁场中的磁性液体因兼具固体材料的磁性和液体材料的流动性，而被应用到机械转轴密封、扬声器、减振、阻尼、生物医学、媒体艺术等多方面。纳米磁性液体中的颗粒种类较多，如纳米级金属、氮化铁、铁氧体、金属氧化物等，从稳定性、磁饱和强度等方面综合考虑，纳米Fe3O4是最普遍使用的磁性颗粒。载液种类较多，通常有煤油基、烃基、酯基、硅油基、氟碳基等，根据磁性液体的应用环境选择载液，如生物医学、磁选矿应用中以水为载液；扬声器、步进马达、真空高速密封领域以酯基为载液；机械转轴密封要求苛刻，需满足耐高低温、耐酸碱腐蚀等条件，目前以氟醚化合物为最佳载液。纳米磁性颗粒能长期均一、稳定的分散在载液中，关键在于由适当的表面活性剂包覆。活性剂分子链一端为活性基团，与磁性颗粒表层的羟基团产生较强的吸附作用，另一端与载液分子结构相近，很好的溶于载液中。恰当的活性剂能够防止磁性颗粒氧化、削弱静磁吸引力、克服范德华力的聚集，使颗粒与载液混成一体，具有高稳定性。中国专利《一种全氟聚醚油基磁性液体的制备方法》(公开号：CN201310692408.5)采用单一的全氟聚醚酸为活性剂，通过研磨法制得磁性液体，在制备过程中将全氟聚醚酸直接加入水溶液对颗粒进行修饰，由于全氟聚醚酸极难溶于水，制得的磁性液体稳定性较差。中国专利《一种全氟聚醚油基磁性液体》(公开号：CN201310692421.0)同样是将活性剂置于铁离子溶液中进行包覆，制得的磁性液体稳定性较差。
技术实现要素：
本发明的发明目的是针对以上技术问题，提供一种氟醚化合物基磁性液体的制备方法。该方法解决的问题是：氟醚类活性剂很难溶于水，不能很好的与纳米磁性颗粒接触产生吸附的问题。通过将链长不同的两种表面活性剂溶于过渡液对纳米磁性颗粒表面进行修饰。其首先将链长较短的活性剂、纳米颗粒置于过渡液中，通过搅拌、超声等方式强化颗粒与活性剂之间的吸附作用。将该颗粒再次置于过渡液中，用较长链的活性剂二次修饰。由于颗粒在过渡液中与活性剂充分接触发生吸附，使制得的氟醚化合物基磁性液体具有高稳定性。本发明的具体技术方案为：本发明采用共沉淀法制备高磁饱和强度的Fe3O4纳米颗粒，将分子链长不同的活性剂分别溶于过渡液与颗粒充分接触吸附，通过加热、超声、搅拌等方式强化吸附作用，然后又通过超声、搅拌将两次修饰的颗粒分散于氟醚化合物中，即可得到高稳定性氟醚化合物基磁性液体。一种氟醚化合物基磁性液体的制备方法，它包括以下步骤：A.采用共沉淀法制备高磁饱和强度的Fe3O4纳米颗粒。称取FeCl37H2O和FeSO46H2O，按照1:1-2:1的摩尔比溶于温度为80-85℃、体积为50-100mL的超纯水中，水浴加热并控制该混合液温度为80-85℃，同时进行搅拌，转速为100-500r/min。搅拌几分钟至铁盐完全溶解后，迅速加入过量质量分数为25％的氨水,同时强烈搅拌1-5h，转速为500-1000r/min。用超纯水和乙醇反复清洗混合液至pH值＝7，用磁铁分离出磁性物并将其置于真空干燥箱，于50-100℃的条件下干燥8h以上得到固体Fe3O4，研钵研磨成粉状颗粒并筛选符合要求的纳米磁性颗粒。所述的超纯水是指在25℃时的电阻率≥18.25MΩ.cm。在步骤A中，铁盐溶解后，混合液中Fe3+的浓度为0.1-0.4mol/L,Fe2+的浓度为0.1-0.2mol/L。向溶液中迅速加入25％氨水至pH值≥10，发生如下化学反应：Fe2++2Fe3++8OH—＝Fe3O4↓+4H2O干燥后研磨得到磁性颗粒，通过高速离心、磁座分离等方式筛选出粒径为10nm左右、晶体形貌好的磁性颗粒用于下一步修饰。B.不同链长的活性剂对磁性颗粒进行修饰在三口瓶中加入一定量过渡液、活性剂X及步骤A中制备得到的Fe3O4纳米磁性颗粒，水浴加热该混合物同时进行机械搅拌，至大部分过渡液挥发后，将所得粘稠物置于真空干燥箱干燥。取出固体磁性物，用玛瑙研钵研磨成颗粒状。将所得粉状颗粒再次置于三口烧瓶中，加入一定量过渡液、活性剂Y，采取与前述同样的方法进行超声、加热、搅拌。最终得到被活性剂X、Y共同修饰的纳米磁性颗粒。可将颗粒进行三次包覆。最终得到被活性剂包覆好的纳米磁性颗粒。在步骤B中水浴加热温度为80-85℃，机械搅拌速度为100-1000r/min。所述的真空干燥箱的温度为50-100℃，干燥时间为8h。在氟醚化合物基磁性液体的制备中，过渡液起重要作用。过渡液的沸点＜80℃，且与活性剂完全溶解，即过渡液与活性剂X、Y完全溶解，使纳米颗粒与活性剂充分接触发生吸附。水浴加热时，过渡液大量挥发，得到黑色磁性粘稠物。C,超声、搅拌将B所得的纳米磁性颗粒置于烧杯中，加入适量的氟醚化合物超声分散1-5h，之后将混合液倒入三口烧瓶中搅拌、加热。5-10h后停止反应，冷却即得均匀、稳定的氟醚化合物基纳米磁性液体。超声频率为40KHz、超声时间为5h。水浴加热温度为50-100℃，搅拌转速为100-500r/min。所述的步骤B中，Fe3O4磁性颗粒与活性剂X的质量比为1:1-4:1，作为优选，Fe3O4磁性颗粒与活性剂Y的质量比为1:1-1:2。在步骤B中，活性剂X、Y的结构式均为CF3O-(C2F4-CF2O)n-OCF2COONH4其中n＝1,2,…30,X中n≤6，Y中n≥12。本申请中采用两种不同链长的活性剂修饰磁性颗粒，使颗粒包覆更加完全，长期稳定的分散在载液中。所述的步骤C中，氟醚化合物中含有-C2F4-CF2O-、-CF2O-、-C2F4O-或-C3F6O-中的任意一种或几种q基本结构单元，比如CF3-O-(C2F4-CF2O)n-CF2CF3，n＝20。本发明更进一步的技术方案，C所述的氟醚化合物基磁性液体的制备方法，其特征在于活性剂修饰过的磁性颗粒与氟醚化合物的质量比为：1:1-1:10。本发明的积极效果体现在：(一)、本发明制备的氟醚化合物基磁性液体，通过将链长不同的活性剂分别溶于过渡液与纳米磁性颗粒充分接触发生吸附，得到包覆效果好的颗粒。(二)、本发明制备的氟醚化合物基磁性液体能长期稳定的适用于极端环境，如低温-50℃至高温250℃，酸碱环境pH＝2-14，有氧环境等。(三)、本发明制备的氟醚化合物基磁性液体，其饱和磁化强度大于400Gauss。(四)、本发明制备的氟醚化合物基磁性液体，制备工艺简单、对设备要求低。附图说明图1为氟醚化合物基磁性液体的磁化曲线示意图。具体实施方式下面结合实施例对本发明进一步说明，但不限制本发明的范围。实施例1：(1)高磁饱和强度Fe3O4纳米颗粒的制备称取5.43gFeCl37H2O和3.11gFeSO46H2O置于三口烧瓶中，向其中加入80℃、100mL的超纯水，水浴加热温度为80℃，同时机械搅拌转速为200r/min。待固体完全溶解后，迅速加入质量百分含量为25％的浓氨水80mL，反应液即刻变黑，同时进行强搅拌转速为600r/min。5h后，将混合液至于磁座上，用超纯水和无水乙醇多次清洗黑色磁性粘稠物至pH＝7，将其置于真空干燥箱内，于80℃下干燥10h。取出磁性固体用玛瑙研钵研磨，离心、筛选即可得到高磁饱和强度的Fe3O4纳米颗粒。(2)不同链长的活性剂对Fe3O4纳米颗粒进行包覆将上述(1)中制得的Fe3O4纳米颗粒置于三口烧瓶中，加入40mL过渡液丙酮水溶液(丙酮体积分数为50％)和1g短链的表面活性剂X，该表面活性剂X的结构式为CF3O-(C2F4-CF2O)n-OCF2COONH4(n＝2)，水浴加热温度为80℃，搅拌速度为300r/min，时间为5h。将黑色磁性粘稠物置于真空干燥箱内，80℃下干燥10h。取出磁性固体，玛瑙研钵研磨即可得到单层包覆的纳米磁性颗粒。再次将颗粒置于三口烧瓶，向其中加入40mL过渡液(该过渡液为丙酮与超纯水的混合物，其中丙酮体积分数为50％)，和4g短链的表面活性剂Y，该表面活性剂Y的结构式为CF3O-(C2F4-CF2O)n-OCF2COONH4(n＝4)，再次进行上述类似的操作。最终得到不同链长活性剂包覆的磁性颗粒。(3)搅拌、超声制得氟醚化合物基磁性液体将(2)得到的Fe3O4纳米磁性颗粒置于烧杯中，加入30g氟醚化合物进行超声震荡，于40KHz的条件下超声震荡5h，该氟醚化合物的分子式为CF3-O-(C2F4-CF2O)n-CF2CF3(n＝20)。之后进行水浴加热80℃，同时机械搅拌400r/min,5h后即制得稳定的氟醚化合物基磁性液体。该磁性液体磁饱和强度为50Gauss,由于磁饱和强度过低无法长期稳定的应用到机械转轴密封领域。实施例2：(1)高磁饱和强度Fe3O4纳米颗粒的制备称取5.43gFeCl37H2O和3.11gFeSO46H2O置于三口烧瓶中，向其中加入80℃、100mL的超纯水，水浴加热温度为80℃，同时机械搅拌转速为200r/min。待固体完全溶解后，迅速加入质量百分含量为25％的浓氨水80mL，反应液即刻变黑，同时进行强搅拌转速为600r/min。5h后，将混合液至于磁座上，用超纯水和无水乙醇多次清洗黑色磁性粘稠物至pH＝7，将其置于真空干燥箱内，80℃下干燥10h。取出磁性固体用玛瑙研钵研磨，离心、筛选即可得到高磁饱和强度的Fe3O4纳米颗粒。(2)不同链长的活性剂对Fe3O4纳米颗粒进行包覆将...