СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ
METHOD TO PRODUCE MAGNETIC FLUID

Изобретение относится к области получения магнитных жидкостей, а также к области синтеза основного компонента магнитной жидкости феррофазы (высокодисперсного магнетита). Магнитная жидкость - устойчивая коллоидная система высокодисперсных частиц магнитного материала (ферро- или ферримагнитных веществ), стабилизированного поверхностно-активными веществами в жидкости-носителе, которая способна взаимодействовать с магнитным полем и во многих отношениях ведет себя как однородная жидкость.
Магнитные жидкости благодаря необычному сочетанию свойств магнетиков, жидкостей и коллоидных растворов являются перспективным материалом и могли бы найти применение в различных областях техники: при создании магнитно-жидкостных уплотнений в химической промышленности, в качестве магнитных смазок, в процессах магнитного обогащения немагнитных материалов, в биологии и медицине. Но их широкое применение ограничивается высокой стоимостью.
Получение магнитных жидкостей состоит из двух основных операций:
1) получение высокодисперсных частиц магнетика.
2) стабилизация частиц магнетика в жидкости-носителе с использованием диспергирующего вещества, предотвращающего агрегирование частиц магнетика в жидкости-носителе и обеспечивающего устойчивость магнитной жидкости.
Известен способ получения магнитной жидкости. Первоначально в качестве феррофазы при получении магнитной жидкости использовали материалы, обладающие более высокими магнитными свойствами - высокодисперсное металлическое железо, кобальт, мягкие магнитные сплавы типа пермендюр [Матусевич Н.П., Рахуба В.К. Получение магнитных жидкостей методом пептизации. - В кн.: Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей. - тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Саласпилс, ин-т АН Латвийской ССР, 1980. - С.21-28]. Однако при использовании чистых металлов возникает ряд технологических трудностей, связанных как с получением высокодисперсных частиц и их защитой от окисления, так и с их стабилизацией с последующим диспергированием в жидкости-носителе. Поэтому наряду с металлами в качестве феррофазы все чаще используется магнетит (окид-закись железа), который хотя и уступает металлам по магнитным характеристикам, но благодаря простоте получения высокодисперсных частиц, хорошей адсорбционной способности и химической устойчивости позволяет получать магнитные жидкости, которые превосходят по магнитным параметрам магнитные жидкости на металлах.
2+
3+
2+
3+
2+
2+
4
Известен также способ получения магнитной жидкости, заключающийся в осаждении частиц магнетита из водных растворов солей Feи Fe - избытком щелочи (NaOH и NHOH). Предпочтительными солями являются хлориды и сульфаты из-за их доступности и экономичности. Присутствие ионов других металлов - Mg, Cr, Ni, Cu - не является вредными, если их содержание невелико.
Осадок магнетита промывают декантацией от избытка щелочи и удаления солей до достижения рН 7. Полученный магнетит обладает дисперсностью, легко стабилизируется и диспергируется. Магнитная жидкость получается добавлением к водной суспензии магнетита жидкости-носителя, в которой растворен стабилизатор - ПАВ. В качестве жидкости-носителя используется керосин, в качестве стабилизатора - олеиновая кислота. При хемосорбции олеиновой кислоты на поверхности частиц магнетита образуется адсорбционный слой. При этом происходит обезвоживание частиц магнетита и разделение фаз, то есть выделение мгнетита из водной среды и его переход в среду жидкости-носителя [Матусевич Н.П., Рахуба В.К. Получение магнитных жидкостей методом пептизации. - В кн.: Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей. - тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Саласпилс, ин-т АН Латвийской ССР, 1980. - С.21-28].
Известен также [Ахалая М.Г., Кокиашвили М.С., Берия В.П. Перспективы применения магнитных жидкостей в биологии и медицине. - В кн.: Физические свойства магнитных жидкостей: - Сб. статей. - Свердловск, УНУ АН СССР, 1983. - С.115-120] способ получения магнитной жидкости, в котором синтез феррофазы осуществляется как в [Матусевич Н.П., Рахуба В.К. Получение магнитных жидкостей методом пептизации. - В кн.: Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей. - тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Саласпилс, ин-т АН Латвийской ССР, 1980. - С.21-28], затем производится удаление воды из осадка последовательной промывкой его ацетоном, толуолом. Для получения магнитной жидкости в требуемой жидкости-носителе толуол сливают с осадка магнетита, влажный осадок переносят в фарфоровую ступку, добавляют к нему стабилизатор - олеиновую кислоту. Из полученной смеси толуол выпаривают нагреванием до 90-110°С при непрерывном растирании осадка. После испарения толуола смесь продолжают тщательно растирать при той же температуре. Полученную массу переносят с помощью требуемого количества дисперсионной среды в мельницу и гомогенизируют в стальной мельнице, на ½ заполненной стальными шарами. Нужная степень пептизации достигается за 6-12 ч.
Известен способ получения магнитной жидкости, включающий образование суспензии магнетита путем соосаждения из растворов ионов двух- и трехвалентного железа, покрытие поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества, отделение от суспензии фракции, содержащей стабилизированные магнитные частицы в жидкости-носителе, а в качестве источника трехвалентного железа для получения магнитной феррофазы используется солянокислый раствор осадка-отхода очистки сточных вод гальванических цехов [патент РФ №2182382, Бюл. №13, 2002; МПК H01F 1/36].
Описанные способы получения магнитной жидкости отличаются трудоемкостью и длительностью процессов с получением дорогостоящего продукта.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения магнитной жидкости, выбранный нами за прототип [патент РФ №2363064, Бюл. №21, 2009, МПК H01F 1/36].
Он состоит из следующих стадий:
3
2
- получение магнитной фазы магнитной жидкости в виде суспензии магнетита электрохимическим растворением электродов из стали Ст3, расстояние между которыми составляет 5-15 мм, в электропроводящем растворе поваренной соли с концентрацией NaCl 50-100 г/м при напряжении 24-36 В и плотности тока 15,6 А/мм;
- покрытие поверхности частиц магнетита в водной среде адсорбированным слоем стабилизирующего вещества;
- подогрев полученной суспензии;
- отделение частиц магнетита от водной фазы и их смешение с неводной жидкостью-носителем.
Задачей настоящего изобретения является усовершенствование способа получения магнитной жидкости для применения в медицинских технологиях. Для этого магнитная фаза магнитной жидкости - магнетит - получается электрохимическим растворением электродов из стали Ст3 в электропроводящем растворе реополиглюкина, представляющего собой декстран с молекулярной массой от 30000 до 40000 10 г, натрия хлорид 0,9 г, вода для инъекций до 100 мл, и одновременное покрытие поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества. Электрохимический способ отличается простотой, дешевизной аппаратурного оформления и возможностью управления интенсивностью процесса образования магнетита путем изменения параметров электролиза.
Поставленная задача решается следующим образом: подогрев раствора реополиглюкина до 80-90°С, получение суспензии магнетита электрохимическим растворением электродов из стали Ст3 в электропроводящем растворе реополиглюкина и одновременное покрытие поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества.
Способ получения магнитной жидкости иллюстрируется следующим примером.
2
3
В емкость, содержащую подогретый до 80-90°С раствор реополиглюкина (состав: декстран с молекулярной массой от 30000 до 40000 10 г, натрия хлорид 0,9 г, вода для инъекций до 100 мл) и стабилизатор (глюкоза или фруктоза), погружались электроды из стали Ст3, расстояние между которыми составляет 5-15 мм, подавалось напряжение 20 В, обеспечивающая плотность тока 1,8 А/дм. В результате электролизов в данных условиях образуется магнитная жидкость на основе декстрана, которая имеет следующие свойства: объемная доля магнетита 6-8%, плотность 1080-1200 кг/м, намагниченность насыщения 8-11 кА/м. Данная магнитная жидкость может быть использована как сорбент для очищения крови от вредных веществ и как средство нормализации высокой агрегации эритроцитов.