RU2203516C2

RU2203516C2 - Magnetic fluid; method and device for its production

Info

Publication number: RU2203516C2
Application number: RU2000119040/02A
Authority: RU
Inventors: Норберт Буске
Original assignee: Ооо "Медипорт Кардиотехник"
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2003-04-27
Also published as: JP2001527283A; DE19758350C1; AU2162299A; CN1285950A; CA2315704A1; WO1999033072A1; KR20010033478A; EP1051715A1

Abstract

FIELD: advanced magnetic fluid, method and device for its production. SUBSTANCE: proposed magnetic fluid has in its composition polarized carrier fluid and nanometric magnetic particles stabilized by two monomolecular adsorbing layers; magnetic saturation level of this fluid is minimum 30 mT and its viscosity is below 100 MPa at 40 C; carrier fluid is essentially free from any dissolved components of external adsorbing layer. Method for producing highly concentrated magnetic fluid based on nonpolarized or polarized carrier fluids and nanometric magnetic particles stabilized by one or more adsorbing layers composed of surface-active materials involves doping magnetic fluid with substances capable of reducing solubility of surface-active materials followed by its heating to at least 30 C and exposing to external magnetic field; upon this exposure surface-active materials are separated from nanometric particles. Device used for producing such magnetic fluid has magnetic fluid container provided with heating element, separating surfaces, and magnetic-field gradient generators; the latter are mounted on separating surfaces and oriented to direction of gravitational forces. EFFECT: enhanced magnetic saturation level of fluid. 17 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к новой магнитной жидкости, способу и устройству для ее производства в соответствии с преамбулами к пунктам 1, 5 и 18 формулы изобретения. The invention relates to a new magnetic fluid, a method and apparatus for its production in accordance with the preambles to paragraphs 1, 5 and 18 of the claims.

Магнитные жидкости являются устойчивыми дисперсиями, имеющими свойства суперпарамагнетика. Твердые частицы, содержащиеся как дисперсная фаза в такой дисперсии, не подвергаются седиментации (не выпадают в осадок) ни в гравитационном, ни в магнитном полях. Magnetic fluids are stable dispersions having the properties of a superparamagnet. Solid particles contained as a dispersed phase in such a dispersion do not undergo sedimentation (do not precipitate) in either gravitational or magnetic fields.

Магнитные жидкости состоят, в основном, из трех компонентов. Дисперсная магнитная составляющая включает твердые частицы ферро- или ферримагнитных материалов, имеющие размер 3-50 нанометра (нм). Дисперсная фаза, присутствующая в форме нанометровых частиц, стабилизирована поверхностно-активными веществами. Нанометровые частицы однородно и устойчиво распределены в диспергирующем агенте, далее по тексту называемом "несущая жидкость". Молекулы поверхностно-активного вещества представляют собой амфифильные молекулы, имеющие как гидрофильные, так и липофильные свойства. Гидрофильные группы поверхностно-активных веществ химически связаны с поверхностью частиц, чтобы образовывать мономолекулярные адсорбционные слои. Например, карбоновые кислотные группы, сульфонатные группы, сульфатные группы, фосфатные группы или фосфонатные или аминогруппы могут использоваться в качестве гидрофильных, химически сорбируемых молекул. Как поляризованные, так и неполяризованные растворители пригодны для использования в качестве несущей жидкости. Magnetic fluids consist mainly of three components. The dispersed magnetic component includes solid particles of ferro- or ferrimagnetic materials having a size of 3-50 nanometers (nm). The dispersed phase, present in the form of nanometer particles, is stabilized by surfactants. Nanometer particles are uniformly and stably distributed in a dispersing agent, hereinafter referred to as "carrier fluid". Surfactant molecules are amphiphilic molecules having both hydrophilic and lipophilic properties. The hydrophilic groups of surfactants are chemically bonded to the surface of the particles to form monomolecular adsorption layers. For example, carboxylic acid groups, sulfonate groups, sulfate groups, phosphate groups or phosphonate or amino groups can be used as hydrophilic, chemically adsorbed molecules. Both polarized and non-polarized solvents are suitable for use as a carrier fluid.

Чтобы стабилизировать нанометровые частицы в поляризованных несущих жидкостях типа воды, формируются главным образом два адсорбционных слоя - один внутренний и один внешний уровень - при этом амфифильные молекулы внешнего уровня могут быть анионными, катионными или неионными поверхностно-активными веществами, а амфифильные молекулы внутреннего уровня состоят из анионных поверхностно-активных веществ типа жирных кислот. Конкретно в случае магнитных жидкостей, имеющих несущую жидкость на водной основе, необходим второй, внешний адсорбционный уровень для стабилизации нанометровых частиц. In order to stabilize nanometer particles in polarized carrier liquids such as water, mainly two adsorption layers are formed - one inner and one outer level - while amphiphilic molecules of the outer level can be anionic, cationic or nonionic surfactants, and amphiphilic molecules of the inner level consist of anionic surfactants such as fatty acids. Specifically, in the case of magnetic fluids having a water-based carrier fluid, a second, external adsorption level is needed to stabilize the nanometer particles.

В то время как внутренний адсорбционный слой химически привязан к поверхности частицы через гидрофильную группу поверхностно-активного вещества, внешний уровень адсорбируется к гидрофобным частям молекул во внутреннем слое более слабыми физическими взаимодействиями. Чтобы внешний слой образовался, необходимо наличие излишка поверхностно-активного вещества в водной фазе. Зачастую концентрация поверхностно-активных веществ во внешнем слое в водной фазе бывает чересчур высока, что ведет к повышению объемной вязкости и массовому накоплению этих веществ в процессе концентрации водной фазы, таким образом кардинально ограничивая степень магнитного насыщения. Намагниченность насыщения является мерилом концентрации магнитных частиц в магнитной жидкости. While the inner adsorption layer is chemically bonded to the particle surface through the hydrophilic group of the surfactant, the outer level is adsorbed to the hydrophobic parts of the molecules in the inner layer by weaker physical interactions. In order for the outer layer to form, it is necessary to have an excess of surfactant in the aqueous phase. Often the concentration of surfactants in the outer layer in the aqueous phase is too high, which leads to an increase in bulk viscosity and mass accumulation of these substances in the process of concentration of the aqueous phase, thus dramatically limiting the degree of magnetic saturation. Saturation magnetization is a measure of the concentration of magnetic particles in a magnetic fluid.

Магнитные жидкости на водной основе хорошо известны. Согласно немецкой заявке 19516323 А1 они обеспечивают магнитное насыщение до 25 мТл, а нанометровые частицы, выступающие в качестве магнитных составляющих, состоят из магнемита (γ-Fе₂O₃), магнетита (Fе₃O₄) или смеси окисей, таких как феррит кобальта или феррит цинка марганца. Помимо прочего, такие магнитные жидкости на водной основе имеют тот недостаток, что имеют относительно высокую степень концентрации поверхностно-активных веществ в водной фазе. В результате они также имеют относительно высокую вязкость. Кроме того, повышенное содержание поверхностно-активных веществ не позволяет достигать значительного магнитного насыщения. В конечном счете высокая концентрация поверхностно-активных веществ может быть критической в смысле экологии, а также экономически невыгодной при массовом производстве.Water-based magnetic fluids are well known. According to German application 19516323 A1, they provide magnetic saturation up to 25 mT, and nanometer particles acting as magnetic components consist of magnemite (γ-Fe ₂ O ₃ ), magnetite (Fe ₃ O ₄ ) or a mixture of oxides such as cobalt ferrite or manganese zinc ferrite. Among other things, such water-based magnetic fluids have the disadvantage of having a relatively high degree of concentration of surfactants in the aqueous phase. As a result, they also have a relatively high viscosity. In addition, the increased content of surfactants does not allow to achieve significant magnetic saturation. Ultimately, a high concentration of surfactants can be critical in terms of ecology, as well as economically disadvantageous in mass production.

Кроме того, хорошо известно, что магнитные жидкости на органической основе обычно подвергаются повторному осаждению (см. патент США 3917538), чтобы понизить концентрацию поверхностно-активного вещества в дисперсионной среде. Частицы осаждаются в осадок, диспергирующий агент, содержащий поверхностно-активные вещества, отфильтровывается и заменяется диспергирующим агентом, свободным от поверхностно-активных веществ. После нагревания частицы повторно диспергируют для образования магнитной жидкости. Этот процесс включает в себя условие, что подходящий осадитель всегда под рукой и поверхностно-активное вещество не будет удалено из частиц осадителем. Из-за этого такая процедура является весьма энергоемкой и относительно грубой. Такой процесс не может использоваться для магнитных жидкостей, в которых частицы стабилизированы внутренними и внешними адсорбционными слоями. В таком случае внешний слой, просто поглощенный физическим способом, будет, как правило, удаляться из частиц, стабилизированных в поляризованной дисперсионной среде. In addition, it is well known that organic-based magnetic fluids are typically re-precipitated (see US Pat. No. 3,917,538) in order to lower the concentration of surfactant in a dispersion medium. Particles are precipitated, a dispersant containing surfactants is filtered off and replaced with a dispersant that is free of surfactants. After heating, the particles are redispersed to form magnetic fluid. This process includes the condition that a suitable precipitant is always at hand and the surfactant will not be removed from the particles by the precipitant. Because of this, such a procedure is very energy intensive and relatively crude. Such a process cannot be used for magnetic fluids in which particles are stabilized by internal and external adsorption layers. In this case, the outer layer, simply absorbed in a physical way, will, as a rule, be removed from particles stabilized in a polarized dispersion medium.

Способы удаления излишних поверхностно-активных веществ из внешнего адсорбционного слоя после завершения физической адсорбции в настоящее время неизвестны. Methods for removing excess surfactants from the external adsorption layer after completion of physical adsorption are currently unknown.

Согласно немецкой заявке 4130268 A1 частицы модифицируют, используя полимер с карбоксильной основой, при этом диспергирующий агент включает как карбоксильно-полимерные, так и неионные смачивающие вещества в высокую концентрацию. Для производства частицы магнетита осаждают в присутствии полимеров на карбоксильной основе, при этом образуется осадок из модифицированных частиц, этот осадок повторно диспергируют в диспергирующем агенте, имеющем вышеупомянутый состав. Намагниченность насыщения полученной таким образом магнитной жидкости, не превышает 10 мТл. Кроме того, электрическая проводимость, составляющая 900 Ом•см^-1, является очень низкой, что приводит к выпадению хлопьями частиц при добавлении электролита.According to German application 4130268 A1, the particles are modified using a polymer with a carboxylic base, and the dispersing agent includes both carboxylic-polymer and non-ionic wetting agents in a high concentration. For production, magnetite particles are precipitated in the presence of carboxyl-based polymers, and a precipitate is formed from modified particles, this precipitate is redispersed in a dispersing agent having the aforementioned composition. The saturation magnetization of the magnetic fluid thus obtained does not exceed 10 mT. In addition, the electrical conductivity of 900 ohm cm ^-1 is very low, which causes the particles to flake out when the electrolyte is added.

Патент США 4208294 описывает водные магнитные жидкости, стабилизированные двумя адсорбционными слоями, включающими лауриновую кислоту и лаураты. Также эта магнитная жидкость включает избыток соли лауриновой кислоты. Водная дисперсионная среда должна быть слегка щелочная. Достижимое магнитное насыщение - приблизительно 25 мТл. Одним из недостатков является то, что частицы подвергаются осаждению при смещении рН от нейтрального значения до кислотного диапазона. US Pat. No. 4,208,294 describes aqueous magnetic fluids stabilized by two adsorption layers including lauric acid and laurates. Also, this magnetic fluid includes an excess of lauric acid salt. The aqueous dispersion medium should be slightly alkaline. Achievable magnetic saturation is approximately 25 mT. One of the disadvantages is that the particles are precipitated when the pH is shifted from a neutral value to the acid range.

Опубликованная немецкая заявка DE 4327826 A1 описывает магнитные жидкости на водной основе, в которых частицы магнетита стабилизированы внутренней жирной кислотой, и внешний уровень включает в себя этоксилированные (этилатные) спирты жирного ряда. Из-за условий производства диспергирующий агент содержит большой избыток этоксилированных (этилатных) жирных кислот, что приводит к относительно высокой вязкости магнитной жидкости, а достигаемое магнитное насыщение не превышает 25 мТл. Published German application DE 4327826 A1 describes water-based magnetic fluids in which magnetite particles are stabilized by an internal fatty acid and the external level includes ethoxylated (ethylate) fatty alcohols. Due to production conditions, the dispersing agent contains a large excess of ethoxylated (ethylate) fatty acids, which leads to a relatively high viscosity of the magnetic fluid, and the achieved magnetic saturation does not exceed 25 mT.

Задачей изобретения является создание магнитной жидкости с высоким уровнем магнитного насыщения, то есть с высокой концентрацией нанометровых частиц и с низкой вязкостью, а также разработать способ и устройство для производства этой жидкости. The objective of the invention is the creation of a magnetic fluid with a high level of magnetic saturation, that is, with a high concentration of nanometer particles and with a low viscosity, and also to develop a method and device for the production of this fluid.

Поставленная задача решается магнитной жидкостью, состоящей из поляризованной несущей жидкости и магнитных нанометровых частиц, стабилизированных двумя мономолекулярными адсорбционными слоями, при этом магнитная жидкость имеет степень магнитной насыщенности не менее 30 мТл, а вязкость менее 100 мПа•с при 40^oС, причем несущая жидкость, по существу, не содержит никаких растворенных компонентов внешнего адсорбционного слоя.The problem is solved by a magnetic fluid consisting of a polarized carrier fluid and magnetic nanometer particles stabilized by two monomolecular adsorption layers, while the magnetic fluid has a degree of magnetic saturation of at least 30 mT, and a viscosity of less than 100 mPa · s at 40 ^o C, and the carrier fluid essentially does not contain any dissolved components of the external adsorption layer.

В частных воплощениях изобретения в магнитной жидкости поляризованная несущая жидкость является водной и/или водорастворимой жидкостью типа гликоли или формамида. In particular embodiments of the invention in a magnetic fluid, the polarized carrier fluid is an aqueous and / or water-soluble fluid such as glycol or formamide.

Магнитные нанометровые частицы могут иметь размер 3-50 нм. Magnetic nanometer particles can have a size of 3-50 nm.

Магнитная насыщенность может составлять 30-100 мТл. Magnetic saturation can be 30-100 mT.

Задача изобретения также решается способом производства высококонцентрированной магнитной жидкости, основанной на неполяризованных или поляризованных несущих жидкостях и магнитных нанометровых частицах, стабилизированных одним или двумя адсорбционными слоями, состоящими из поверхностно-активных веществ. В магнитную жидкость добавляют вещества, снижающие растворимость поверхностно-активных веществ, нагревают до температуры не менее 30^oС и подвергают воздействию внешнего магнитного поля, а после указанного воздействия поверхностно-активные вещества отделяют от нанометровых частиц.The objective of the invention is also solved by a method for the production of highly concentrated magnetic fluid based on unpolarized or polarized carrier fluids and magnetic nanometer particles stabilized by one or two adsorption layers consisting of surfactants. Substances that reduce the solubility of surfactants are added to the magnetic fluid, heated to a temperature of at least 30 ^o C and exposed to an external magnetic field, and after this exposure, surfactants are separated from nanometer particles.

В частных воплощениях изобретения магнитную жидкость могут нагревать до температуры в диапазоне 30-95^oС, а конкретно до 60-80^oС.In private embodiments of the invention, the magnetic fluid can be heated to a temperature in the range of 30-95 ^o C, and in particular up to 60-80 ^o C.

В качестве веществ, снижающих растворимость, добавляют такие вещества, как кислоты, основания или соли, изменяющие значение рН; растворители, понижающие растворимость, и/или твердые тела, такие как другие поверхностно-активные вещества, соли и/или водорастворимые полимеры; вещества, поглощающие только несущую жидкость. As substances that reduce solubility, add substances such as acids, bases or salts that change the pH value; solubility lowering solvents and / or solids, such as other surfactants, salts and / or water soluble polymers; substances that absorb only the carrier fluid.

Магнитную жидкость подвергают воздействию магнитного поля не менее пяти минут. Magnetic fluid is exposed to a magnetic field for at least five minutes.

Магнитную жидкость могут подвергать воздействию внешнего магнитного поля напряженностью 0,1-1,5 Тл. Magnetic fluid can be exposed to an external magnetic field with a strength of 0.1-1.5 T.

Магнитную жидкость могут подвергать воздействию нескольких магнитных полей с увеличивающейся напряженностью. Magnetic fluid can be exposed to several magnetic fields with increasing intensity.

Отделенную несущую жидкость могут повторно использовать. Separated carrier fluid may be reused.

Могут использовать магнитные жидкости с поляризованными несущими типа воды и/или водорастворимых жидкостей, таких как гликоли или формамиды, а также магнитные жидкости с неполяризованными несущими. Can use magnetic fluids with polarized carriers such as water and / or water-soluble fluids such as glycols or formamides, as well as magnetic fluids with non-polarized carriers.

Задача изобретения также решается с использованием устройства для получения высококонцентрированных магнитных жидкостей на основе поляризованных несущих и магнитных нанометровых частиц, имеющих два мономолекулярных адсорбционных слоя, состоящее из контейнера для магнитных жидкостей, снабженного нагревательным элементом, разделительных поверхностей, генераторов градиента магнитного поля, причем генераторы градиента магнитного поля размещены на разделительных поверхностях и ориентированы в направлении силы тяжести. The objective of the invention is also solved using a device for producing highly concentrated magnetic fluids based on polarized carrier and magnetic nanometer particles having two monomolecular adsorption layers, consisting of a container for magnetic fluids equipped with a heating element, dividing surfaces, magnetic field gradient generators, and magnetic gradient generators the fields are placed on the dividing surfaces and oriented in the direction of gravity.

В частных воплощениях изобретения устройство выполнено таким образом, что генераторы градиента магнитного поля с увеличивающейся магнитной напряженностью размещены линейно. In particular embodiments of the invention, the device is designed such that the magnetic field gradient generators with increasing magnetic intensity are linearly arranged.

Магнитные жидкости, составляющие предмет данного изобретения и имеющие водную несущую жидкость, демонстрируют до настоящего времени недостижимые степени магнитного насыщения - в диапазоне 30-100 мТл и вязкость менее 100 мПа•с при 40^oС. Вследствие высокого содержания нанометровых частиц, обеспечивающих высокую степень магнитного насыщения магнитных жидкостей согласно изобретению, и относительно низкой вязкости эти жидкости особенно пригодны в качестве рабочих жидкостей в медицинских насосах, в датчиках, а также для магнитогидростатической сепарации веществ.The magnetic fluids constituting the subject of the present invention and having an aqueous carrier fluid have hitherto demonstrated unattainable degrees of magnetic saturation in the range of 30-100 mT and viscosity less than 100 mPa · s at 40 ^o C. Due to the high content of nanometer particles, providing a high degree of magnetic saturation of magnetic fluids according to the invention, and relatively low viscosity, these fluids are particularly suitable as working fluids in medical pumps, sensors, and also for magnetohydrostatic oh separation of substances.

Тот факт, что несущая жидкость больше не содержит поверхностно-активных веществ, обеспечивает экологические и экономические преимущества. The fact that the carrier fluid no longer contains surfactants provides environmental and economic benefits.

Заявляемые магнитные жидкости, имеющие высокую степень магнитного насыщения, получают с помощью описанных в данном изобретении способа и устройства. The inventive magnetic fluids having a high degree of magnetic saturation are obtained using the method and device described in this invention.

К нашему удивлению было обнаружено, что поверхностно-активные вещества могут быть удалены за счет помещения известных как таковых (per se) магнитных жидкостей, имеющих относительно низкую степень магнитного насыщения и высокую концентрацию поверхностно-активных веществ, во внешнее магнитное поле в сочетании с использование мер по снижению растворимости поверхностно-активных веществ в несущей жидкости. Например, такое удаление возможно таким способом, что per se известные водные магнитные жидкости, стабилизированные одним внутренним и одним внешним адсорбционными слоями, нагревают до 30-95^oС, что приводит к понижению растворимости поверхностно-активных веществ в несущей жидкости. Нагретая таким образом магнитная жидкость, подвергается затем воздействию внешнего магнитного поля, чтобы генерировать сильное неоднородное магнитное поле - градиент магнитного поля - в водной магнитной жидкости. Например, это может быть выполнено таким способом, чтобы постоянный магнит, сделанный из редкоземельных материалов, который имеет поверхностное магнитное насыщения до 0,5 Тл, воздействовал таким образом, чтобы прижать нагретую водную магнитную жидкость к стенке контейнера.To our surprise, it was found that surfactants can be removed by placing known per se magnetic fluids having a relatively low degree of magnetic saturation and a high concentration of surfactants in an external magnetic field in combination with the use of measures to reduce the solubility of surfactants in a carrier fluid. For example, such a removal is possible in such a way that per se known aqueous magnetic fluids stabilized by one inner and one outer adsorption layers are heated to 30-95 ^° C, which leads to a decrease in the solubility of surfactants in the carrier fluid. The magnetic fluid thus heated is then exposed to an external magnetic field in order to generate a strong inhomogeneous magnetic field — the gradient of the magnetic field — in the aqueous magnetic fluid. For example, this can be done in such a way that a permanent magnet made of rare earth materials, which has a surface magnetic saturation of up to 0.5 T, acts in such a way as to press the heated aqueous magnetic fluid to the wall of the container.

После воздействия магнитного поля в течение приблизительно 15-120 минут главным образом те поверхностно-активные вещества, которые составляют второй внешний адсорбционный слой и присутствуют растворенными в водной несущей жидкости в высокой концентрации, удаляются из магнитных нанометровых частиц, унося с собой часть водной несущей жидкости, и выталкиваются к поверхности, откуда они могут стекать. After exposure to a magnetic field for approximately 15-120 minutes, mainly those surfactants that make up the second external adsorption layer and are present dissolved in a high concentration of an aqueous carrier fluid are removed from the magnetic nanometer particles, taking with them part of the aqueous carrier fluid, and are pushed to the surface, from where they can drain.

При этом остается концентрированная магнитная жидкость. Повторяя эту процедуру, можно увеличить концентрацию нанометровых частиц шаг за шагом так, чтобы можно было достигнуть степени магнитного насыщения в 70 мТл. Поскольку поверхностно-активные вещества в значительной степени удалены из жидкости несущей, достигается замечательно низкая степень вязкости концентрированной магнитной жидкости в диапазоне 5-30 мПа•с при 27^oС.In this case, concentrated magnetic fluid remains. By repeating this procedure, it is possible to increase the concentration of nanometer particles step by step so that a degree of magnetic saturation of 70 mT can be achieved. Since surfactants are largely removed from the carrier fluid, a remarkably low degree of viscosity of the concentrated magnetic fluid is achieved in the range of 5-30 MPa • s at 27 ^o C.

Такие низкие вязкости магнитной жидкости представляют одно их предварительных условий для дальнейшей концентрации путем удаления водной несущей жидкости, например, выпариванием в роторном испарителе. Таким образом были достигнуты значения магнитного насыщения в 80 мТл при вязкости всего лишь в 70 мПа•с при 27^oС. Степени магнитного насыщения вплоть до 100 мТл были достигнуты путем дальнейшего удаления воды. Конечно вязкость вновь сильно повышается при таких чрезвычайно высоких значениях магнитного насыщения. Этот процесс может использоваться как с поляризованными, так и неполяризованными несущими жидкостями.Such low viscosities of the magnetic fluid represent one of the preconditions for further concentration by removing the aqueous carrier fluid, for example by evaporation in a rotary evaporator. Thus, values of magnetic saturation of 80 mT were achieved with a viscosity of only 70 mPa · s at 27 ^o C. Degrees of magnetic saturation up to 100 mT were achieved by further removal of water. Of course, the viscosity rises again at such extremely high values of magnetic saturation. This process can be used with both polarized and non-polarized carrier fluids.

Эта процедура концентрации также выгодна тем, что растворенное поверхностно-активное вещество несущей жидкости, которое было отделено от нанометровых частиц в соответствии с заявленным способом, может быть восстановлено путем испарения и, таким образом, поверхностно-активное вещество может использоваться еще раз для получения водной магнитной жидкости. This concentration procedure is also advantageous in that the dissolved surfactant of the carrier fluid, which has been separated from the nanometer particles in accordance with the claimed method, can be reduced by evaporation and, thus, the surfactant can be used again to obtain an aqueous magnetic liquids.

Согласно заявленному изобретению для понижения растворимости поверхностно-активных веществ в несущей жидкости предлагаются также следующие меры:
- добавка веществ, которые изменяют значение рН;
- изменение концентрации поверхностно-активных веществ путем удаления несущей жидкости;
- добавка растворителей, снижающих растворимость, и/или твердых тел, таких как соли и водорастворимые полимеры;
- добавление веществ, соединяющихся (агрегирующих) с молекулами поверхностно-активного вещества.According to the claimed invention, to reduce the solubility of surfactants in a carrier fluid, the following measures are also proposed:
- the addition of substances that change the pH value;
- change in the concentration of surfactants by removing the carrier fluid;
- the addition of solvents that reduce solubility, and / or solids, such as salts and water-soluble polymers;
- the addition of substances that combine (aggregate) with the molecules of a surfactant.

Со ссылкой на чертежи заявленное устройство будет пояснено более подробно. With reference to the drawings, the claimed device will be explained in more detail.

Фиг.1 показывает устройство для квазинепрерывного удаления, а фиг.2 показывает устройство для периодического удаления. Figure 1 shows a device for quasi-continuous removal, and Figure 2 shows a device for periodic removal.

Согласно фиг.1 в контейнер 1 помещают для концентрации магнитную жидкость 10. Нагревательный элемент 5 размещают под контейнером 1. Фидер 8 проходит от дна контейнера 1 к разделительным поверхностям 2. Фидер 8 может быть открыт и закрыт посредством запорного клапана 9. According to FIG. 1, magnetic fluid 10 is placed in the container 1 for concentration. The heating element 5 is placed under the container 1. The feeder 8 extends from the bottom of the container 1 to the dividing surfaces 2. The feeder 8 can be opened and closed by means of a shut-off valve 9.

Два сильных магнита 3 и 4 размещают над разделительной поверхностью 2 в непосредственной близости от нее. Разделительный эффект (сепарация) может быть оптимизирован за счет угла наклона разделительной поверхности 2. Лоток магнита 7 и лоток поверхностно-активного вещества 6 размещают под разделительной поверхностью 2. За счет включения нагревательного элемента 5 температуру магнитной жидкости 10 повышают до примерно 60^oС, таким образом резко уменьшая растворимость поверхностно-активных веществ в несущей жидкости магнитной жидкости 10. При открытии запорного клапана 9 магнитная жидкость 10 будет течь через фидер 8 к нижней стороне разделительной поверхности 2. Вследствие градиента магнитного поля, который присутствует и порождается магнитом 3, на разделительной поверхности 10 образуется выпуклость из собирающейся магнитной жидкости 10. После примерно 10-минутного воздействия магнитного поля первые капельки несущей жидкости, включающей скопившееся поверхностно-активное вещество, отрываются, капая в лоток поверхностно-активного вещества 6. При выключении магнита 3 и одновременном включении магнита 4 магнитная жидкость 10 будет притягиваться к разделительной поверхности ниже магнита 4, где удаляется еще часть поверхностно-активного вещества. После выключения магнита 4 оставшаяся, высококонцентрированная магнитная жидкость 10 собирается в лотке магнита 7.Two strong magnets 3 and 4 are placed above the separation surface 2 in the immediate vicinity. The separation effect (separation) can be optimized due to the angle of inclination of the separation surface 2. The magnet tray 7 and the surface of the surfactant 6 are placed under the separation surface 2. By turning on the heating element 5, the temperature of the magnetic fluid 10 is raised to about 60 ^{° C.} thus drastically reducing the solubility of surfactants in the carrier fluid of the magnetic fluid 10. When the shut-off valve 9 is opened, the magnetic fluid 10 will flow through the feeder 8 to the lower side of the separation surface 2. Due to the magnetic field gradient that is present and generated by the magnet 3, a convexity from the collecting magnetic fluid 10 is formed on the separation surface 10. After approximately 10 minutes of exposure to the magnetic field, the first droplets of the carrier fluid, including the accumulated surfactant, break away into the tray of the surfactant 6. When you turn off the magnet 3 and at the same time turn on the magnet 4, the magnetic fluid 10 will be attracted to the separation surface below the magnet and 4, where another portion of the surfactant is removed. After turning off the magnet 4, the remaining, highly concentrated magnetic fluid 10 is collected in the tray of the magnet 7.

Фиг. 2 иллюстрирует устройство для периодического удаления поверхностно-активных веществ из несущей жидкости на различных стадиях процесса:
а - магнитная жидкость 10 нагревается на первой стадии с помощью нагревательного элемента 5;
b - магнитная жидкость - то есть присутствующие в ней нанометровые частицы, накапливаются на разделительной поверхности 2 после включения магнита 3;
с - процесс концентрации на разделительной поверхности 2 завершен, и сконцентрированные частицы могут быть собраны на дне. Магнитная жидкость, собранная на дне, может впоследствии быть повторно подана в контейнер 1 и использоваться в последующем разделительном процессе.FIG. 2 illustrates a device for periodically removing surfactants from a carrier fluid at various stages of the process:
a - the magnetic fluid 10 is heated in the first stage using a heating element 5;
b - magnetic fluid - that is, nanometer particles present in it, accumulate on the dividing surface 2 after turning on the magnet 3;
c - the concentration process on the separation surface 2 is completed, and concentrated particles can be collected at the bottom. The magnetic fluid collected at the bottom can subsequently be re-fed into container 1 and used in a subsequent separation process.

Заявленный способ будет иллюстрирован более подробно на нижеприведенных примерах. The claimed method will be illustrated in more detail in the examples below.

Пример 1
Магнитная жидкость на водной основе с насыщением в 15 мТл, содержащая частицы магнетита, имеющие слой лауриновой кислоты, присоединенный к частицам, и второй - неионный слой этоксилированного спирта с этоксильными группами, концентрируется следующим образом:
- 100 мл магнитной жидкости нагревают до 80^oС в рефракторном контейнере. После этого редкоземельный постоянный магнит, имеющий магнитное насыщение на его поверхности 0,3 Тл, прикрепляют к внешней стенке контейнера с тем, чтобы удерживать магнитную жидкость на противоположной стороне от магнита. Через несколько минут немагнитный вязкий раствор начинает отделяться от магнитной жидкости. Магнитная жидкость, становясь со временем все более концентрированной, образует через некоторое время типичные пики, прикрепляясь к магниту сильнее и сильнее. Разделительный процесс может быть улучшен, если заставить магнитную жидкость постоянно двигаться либо за счет перемещения магнита, либо путем механического перемешивания магнитной жидкости, либо вновь разогревая магнитную жидкость до 80-90^oС. Конечный продукт имеет степень магнитной насыщенности в 50 мТл и кинематическую вязкость в 5 мПа•с при 27^oС.Example 1
A water based magnetic fluid with a saturation of 15 mT, containing magnetite particles having a layer of lauric acid attached to the particles, and a second non-ionic layer of ethoxylated alcohol with ethoxyl groups, is concentrated as follows:
- 100 ml of magnetic fluid is heated to 80 ^o C in a refractory container. After that, a rare-earth permanent magnet having a magnetic saturation on its surface of 0.3 T is attached to the outer wall of the container in order to keep the magnetic fluid on the opposite side of the magnet. After a few minutes, a non-magnetic viscous solution begins to separate from the magnetic fluid. Magnetic fluid, becoming more and more concentrated over time, forms typical peaks after some time, attaching to the magnet stronger and stronger. The separation process can be improved if the magnetic fluid is constantly moving either by moving the magnet, or by mechanically mixing the magnetic fluid, or by reheating the magnetic fluid to 80-90 ^o C. The final product has a degree of magnetic saturation of 50 mT and a kinematic viscosity of 5 MPa • s at 27 ^o C.

Появилась возможность увеличения степени магнитной насыщенности до 80 мТл за счет испарения водной фазы, при этом вязкость магнитной жидкости возрастала лишь до 70 мПа•с. Дальнейшее выпаривание привело к получению высоковязкой магнитной дисперсии, имеющей степень магнитной насыщенности в 100 мТл. It became possible to increase the degree of magnetic saturation to 80 mT due to the evaporation of the aqueous phase, while the viscosity of the magnetic fluid increased only to 70 MPa • s. Further evaporation resulted in a highly viscous magnetic dispersion having a degree of magnetic saturation of 100 mT.

Пример 2
Магнитная жидкость на водной основе с насыщением в 10 мТл, содержащая частицы магнетита, имеющие слой олеиновой кислоты, присоединенный к частицам, и второй - неионный слой сорбитана моноолеата (sorbitan monooleate), обрабатывается следующим образом.Example 2
A 10 mT saturation water-based magnetic fluid containing magnetite particles having an oleic acid layer attached to the particles and a second non-ionic layer of sorbitan monooleate is processed as follows.

Магнитную жидкость нагревают до 90^oС в конвертере. Затем завернутый в фольгу редкоземельный постоянный магнит вводят непосредственно в магнитную жидкость. Магнитную жидкость, прилипающую к магниту, перемещают в новый контейнер, где и осуществляется разделение. Конечный продукт приобретает магнитную насыщенность в 50 мТл при вязкости в 10 мПа•с при 27^oС.The magnetic fluid is heated to 90 ^o With in the Converter. A rare-earth permanent magnet wrapped in foil is then introduced directly into the magnetic fluid. Magnetic fluid adhering to the magnet is moved to a new container, where separation takes place. The final product acquires a magnetic saturation of 50 mT at a viscosity of 10 MPa • s at 27 ^o C.

Пример 3
Магнитная жидкость на водной основе с насыщением в 20 мТл, содержащая частицы кобальта феррита (cobalt ferrite) в качестве магнитного компонента и во всех других отношениях состоящая из тех же слоев поверхностно-активного вещества, что и в вышеприведенных примерах, обрабатывается следующим способом в полунепрерывном режиме.Example 3
20 mT saturate water-based magnetic fluid containing cobalt ferrite particles as a magnetic component and in all other respects consisting of the same surfactant layers as in the above examples, is processed as follows in a semi-continuous mode .

Магнитную жидкость сначала нагревают до 80^oС. Сильный электромагнит устанавливают на стеклянной пластине или пластмассовой панели и размещают в слегка наклонном положении. Затем нагретую магнитную жидкость подают к нижней стороне пластины или панели через трубчатый фидер. Начинается разделительный процесс, и раствор поверхностно-активного вещества от магнитной жидкости капает вниз. Магнитная жидкость непрерывно поступает к магниту пока сконцентрированная магнитная жидкость не накапливается в таком количестве, что часть ее готова стекать и с магнита. В это время магнитное поле электромагнита постепенно ослабляют так, чтобы концентрированная магнитная жидкость могла стекать отдельно в коллекторы. После этого процесс возобновляют, включая магнит и подавая магнитную жидкость. Таким образом получают конечный продукт, имеющий степень магнитной насыщенности в 60 мТл и вязкость в 20 мПа•с при 27^oС.The magnetic fluid is first heated to 80 ^o C. A strong electromagnet is mounted on a glass plate or plastic panel and placed in a slightly inclined position. Then, the heated magnetic fluid is supplied to the underside of the plate or panel through a tubular feeder. The separation process begins, and a solution of the surfactant from the magnetic fluid drips down. Magnetic fluid continuously flows to the magnet until the concentrated magnetic fluid accumulates in such an amount that part of it is ready to drain from the magnet. At this time, the magnetic field of the electromagnet is gradually weakened so that the concentrated magnetic fluid can drain separately into the collectors. After that, the process is resumed, including the magnet and feeding the magnetic fluid. Thus, a final product is obtained having a degree of magnetic saturation of 60 mT and a viscosity of 20 MPa • s at 27 ^o C.

Пример 4
Магнитная жидкость на водной основе с насыщением в 20 мТл, содержащая частицы магнетита, стабилизированные двуслойностью лауриновой кислоты в щелочной среде, закисляется до значения около 7 рН посредством введения в нее разбавленной соляной кислоты, при этом магнитная жидкость становится несколько нестабильной. Ее нагревают до 80^oС и подвергают дальнейшей обработке, как в примере 2. Используя концентрированный раствор гидроксида аммония, конечный продукт приводится к значению рН>8, при этом частицы претерпевают повторную дисперсию. Конечный продукт имеет значение магнитной насыщенности 60 мТл при вязкости 5 мПа•с.Example 4
A 20 mT saturate water-based magnetic fluid containing magnetite particles stabilized by the bilayer of lauric acid in an alkaline medium is acidified to a value of about 7 pH by introducing dilute hydrochloric acid into it, while the magnetic fluid becomes somewhat unstable. It is heated to 80 ^o C and subjected to further processing, as in example 2. Using a concentrated solution of ammonium hydroxide, the final product is brought to a pH value> 8, while the particles undergo re-dispersion. The final product has a magnetic saturation value of 60 mT at a viscosity of 5 MPa • s.

Пример 5
В качестве исходной магнитной жидкости берется магнитная жидкость с магнетитом на водной основе со щелочной реакцией, при этом частицы жидкости стабилизированы внутренним адсорбционным слоем лауриновой кислоты и внешним адсорбционным слоем лауриновой соли аммония согласно патенту США 4208294, и значение магнитной насыщенности равно 15 мТл. Поверхностно-активные вещества, разведенные в несущей водной жидкости, вынуждены образовывать агрегаты поверхностно-активного вещества вследствие медленного введения этилового спирта и разбавленного раствора соляной кислоты, не разрушая, однако, магнитную жидкость. После этого разделение части дисперсионной среды и поверхностно-активных веществ, содержащиеся в жидкости, осуществляется в градиенте магнитного поля. Затем щелочное значение рН исправляют, добавляя гидроксид аммония к концентрированной магнитной жидкости. Магнитная насыщенность концентрированной магнитной жидкости 80 мТл при вязкости 100 мПа•с при комнатной температуре.Example 5
The initial magnetic fluid is a magnetic fluid with water-based magnetite with an alkaline reaction, while the fluid particles are stabilized by an internal adsorption layer of lauric acid and an external adsorption layer of ammonium lauric salt according to U.S. Patent 4,208,294, and the magnetic saturation value is 15 mT. Surfactants diluted in a carrier aqueous fluid are forced to form surfactant aggregates due to the slow introduction of ethyl alcohol and a dilute hydrochloric acid solution without, however, destroying the magnetic fluid. After that, the separation of part of the dispersion medium and surfactants contained in the liquid is carried out in a magnetic field gradient. The alkaline pH is then corrected by adding ammonium hydroxide to the concentrated magnetic fluid. The magnetic saturation of concentrated magnetic fluid is 80 mT at a viscosity of 100 mPa • s at room temperature.

Пример 6
Магнитная магнетитовая жидкость, на основе бензина, стабилизированная монослоем олеиновом кислоты и имеющая магнитную насыщенность в 30 мТл, используется в качестве исходной магнитной жидкости. Олеиновая кислота, содержащая бензин, конденсируется посредством добавления этилового спирта в пропорции 1:2. После воздействия внешнего магнитного поля магнитная насыщенность увеличивается до 100 мТл, а вязкость до 20 мПа•с при 27^oС.Example 6
A gasoline-based magnetic magnetite liquid stabilized by a monolayer of oleic acid and having a magnetic saturation of 30 mT is used as the initial magnetic fluid. Gasoline-containing oleic acid is condensed by adding 1: 2 ethyl alcohol. After exposure to an external magnetic field, the magnetic saturation increases to 100 mT, and the viscosity to 20 MPa • s at 27 ^o C.

Перечень обозначений
1 Контейнер
2 Разделительная поверхность
3 Магнит
4 Магнит
5 Нагревательный элемент
6 Лоток поверхностно-активного вещества
7 Лоток магнита
8 Фидер
9 Запорный клапан
10 Магнитная жидкостьнNotation list
1 container
2 Separation surface
3 Magnet
4 Magnet
5 Heating element
6 Surfactant Tray
7 magnet tray
8 feeder
9 shut-off valve
10 Magnetic fluid

Claims

1. Магнитная жидкость, состоящая из поляризованной несущей жидкости и магнитных нанометровых частиц, стабилизированных двумя мономолекулярными адсорбционными слоями, отличающаяся тем, что магнитная жидкость имеет степень магнитной насыщенности не менее 30 мТл, а вязкость менее 100 мПа•с при 40^oС, причем несущая жидкость, по существу, не содержит никаких растворенных компонентов внешнего адсорбционного слоя.1. Magnetic fluid, consisting of a polarized carrier fluid and magnetic nanometer particles, stabilized by two monomolecular adsorption layers, characterized in that the magnetic fluid has a degree of magnetic saturation of at least 30 mT, and a viscosity of less than 100 mPa • s at 40 ^o C, and the carrier the liquid essentially does not contain any dissolved components of the outer adsorption layer.

2. Магнитная жидкость по п.1, отличающаяся тем, что поляризованная несущая жидкость является водной и/или водорастворимой жидкостью типа гликоли или формамида. 2. The magnetic fluid according to claim 1, characterized in that the polarized carrier fluid is an aqueous and / or water-soluble fluid such as glycol or formamide.

3. Магнитная жидкость по п.1 или 2, отличающаяся тем, что магнитные нанометровые частицы имеют размер 3-50 нм. 3. The magnetic fluid according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic nanometer particles have a size of 3-50 nm.

4. Магнитная жидкость по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что магнитная насыщенность составляет 30-100 мТл. 4. Magnetic fluid according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetic saturation is 30-100 mT.

5. Способ производства высоко концентрированной магнитной жидкости, основанной на неполяризованных или поляризованных несущих жидкостях и магнитных нанометровых частицах, стабилизированных одним или двумя адсорбционными слоями, состоящими из поверхностно-активных веществ, отличающийся тем, что в магнитную жидкость добавляют вещества, снижающие растворимость поверхностно-активных веществ, нагревают до температуры не менее 30^oС и подвергают воздействию внешнего магнитного поля, а после указанного воздействия поверхностно-активные вещества отделяют от нанометровых частиц.5. A method of manufacturing a highly concentrated magnetic fluid based on non-polarized or polarized carrier fluids and magnetic nanometer particles stabilized by one or two adsorption layers consisting of surfactants, characterized in that substances that reduce the solubility of surfactants are added to the magnetic fluid substances, is heated to a temperature of at least 30 ^o C and subjected to an external magnetic field, and after exposure of said surfactants in exists is separated from nanometer particles.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что магнитную жидкость нагревают до температуры в диапазоне 30-95^oС, а конкретно - до 60-80^oС.6. The method according to claim 5, characterized in that the magnetic fluid is heated to a temperature in the range of 30-95 ^o C, and specifically to 60-80 ^o C.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в качестве веществ, снижающих растворимость, добавляют такие вещества, как кислоты, основания или соли, изменяющие значение рН. 7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that as substances that reduce solubility, add substances such as acids, bases or salts that change the pH value.

8. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в качестве веществ, снижающих растворимость, добавляют растворители, понижающие растворимость и/или твердые тела, такие, как другие поверхностно-активные вещества, соли и/или водорастворимые полимеры. 8. The method according to claim 5 or 6, characterized in that as substances that reduce solubility, add solvents that reduce solubility and / or solids, such as other surfactants, salts and / or water-soluble polymers.

9. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в качестве веществ, снижающих растворимость, добавляют вещества, поглощающие только несущую жидкость. 9. The method according to claim 5 or 6, characterized in that as substances that reduce solubility, add substances that absorb only the carrier fluid.

10. Способ по любому из пп.5-9, отличающийся тем, что магнитную жидкость подвергают воздействию магнитного поля не менее 5 мин. 10. The method according to any one of claims 5 to 9, characterized in that the magnetic fluid is exposed to a magnetic field for at least 5 minutes.

11. Способ по любому из пп.5-10, отличающийся тем, что магнитную жидкость подвергают воздействию внешнего магнитного поля напряженностью 0,1-1,5 Тл. 11. The method according to any one of paragraphs.5-10, characterized in that the magnetic fluid is exposed to an external magnetic field of 0.1-1.5 T.

12. Способ по любому из пп.5-11, отличающийся тем, что магнитную жидкость подвергают воздействию нескольких магнитных полей с увеличивающейся напряженностью. 12. The method according to any one of claims 5 to 11, characterized in that the magnetic fluid is exposed to several magnetic fields with increasing intensity.

13. Способ по любому из пп.5-12, отличающийся тем, что отделенную несущую жидкость повторно используют. 13. The method according to any one of claims 5-12, characterized in that the separated carrier fluid is reused.

14. Способ по любому из пп.5-13, отличающийся тем, что используют магнитные жидкости с поляризованными несущими типа воды и/или водорастворимых жидкостей, таких, как гликоли или формамиды. 14. The method according to any one of claims 5 to 13, characterized in that magnetic fluids with polarized carriers such as water and / or water-soluble liquids, such as glycols or formamides, are used.

15. Способ по любому из пп.5-14, отличающийся тем, что используют магнитные жидкости с неполяризованными несущими. 15. The method according to any one of claims 5-14, characterized in that magnetic fluids with non-polarized carriers are used.

16. Устройство для получения высоко концентрированных магнитных жидкостей на основе поляризованных несущих и магнитных нанометровых частиц, имеющих два мономолекулярных адсорбционных слоя, состоящее из контейнера для магнитных жидкостей, снабженного нагревательным элементом, разделительных поверхностей, генераторов градиента магнитного поля, причем генераторы градиента магнитного поля размещены на разделительных поверхностях и ориентированы в направлении силы тяжести. 16. A device for producing highly concentrated magnetic fluids based on polarized carrier and magnetic nanometer particles having two monomolecular adsorption layers, consisting of a container for magnetic fluids, equipped with a heating element, separation surfaces, magnetic field gradient generators, and magnetic field gradient generators are placed on dividing surfaces and oriented in the direction of gravity.

17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что генераторы градиента магнитного поля с увеличивающейся магнитной напряженностью размещены линейно. 17. The device according to p. 16, characterized in that the magnetic field gradient generators with increasing magnetic intensity are linearly arranged.