WO1999033072A1 - Magnetic liquid and method and device for the production thereof - Google Patents

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WO1999033072A1
WO1999033072A1 PCT/EP1998/008232 EP9808232W WO9933072A1 WO 1999033072 A1 WO1999033072 A1 WO 1999033072A1 EP 9808232 W EP9808232 W EP 9808232W WO 9933072 A1 WO9933072 A1 WO 9933072A1
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Norbert Buske
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Mediport Kardiotechnik Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/32—Magnetic separation acting on the medium containing the substance being separated, e.g. magneto-gravimetric-, magnetohydrostatic-, or magnetohydrodynamic separation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/44—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance

Definitions

  • the invention relates to a new magnetic liquid and to a method and a device for its production according to the preambles of claims 1, 5 and 18.
  • Magnetic liquids are stable dispersions with superparamagnetic properties.
  • the solid particles contained in this dispersion as a disperse phase do not sediment either in the earth's gravity or in the magnetic field.
  • Magnetic liquids essentially consist of three components.
  • the disperse magnetic components are solid particles made of ferro- or ferrimagnetic materials, which have a size of 3 - 50 nm.
  • the disperse phase which is in the form of nanometer particles, is stabilized by surfactants.
  • the nanometer particles are homogeneously and stably distributed.
  • Surfactant molecules are amphiphilic molecules that have both hydrophilic and lipophilic properties. The hydrophilic groups of the surfactants are chemically fixed on the particle surfaces to form monomolecular adsorption layers.
  • hydrophilic chemically sorbable molecules are suitable, for example, carboxylic acid groups, sulfonate groups, sulfate groups, phosphate groups or phosphonate or. Amino groups. Both polar and non-polar solvents are suitable as carrier liquids.
  • two adsorption layers - an inner and an outer one - are predominantly formed, whereby the amphiphilic molecules of the outer layer can be anionic, cationic or nonionic surfactants and those of the inner layer made of anionic surfactants how fatty acids exist.
  • a second outer adsorption layer is required to stabilize the nanometer particles.
  • the outer layer becomes hydrophobic through weaker physical interactions
  • volume viscosity and its strong increase when the aqueous phase is concentrated and decisively limit the values for the saturation magnetization.
  • Saturation magnetization is a measure of the concentration of magnetic particles in the magnetic liquid.
  • Magnetic liquids based on water are known. According to DE 195 16 323 AI, they have saturation magnetizations of up to 25 mT.
  • the nanometer particles as magnetic components consist of maghemite ( ⁇ -Fe 2 0 3 ), magnetite (Fe 3 ⁇ 4 ) or mixed oxides, such as cobalt ferrite or manganese-zinc ferrite.
  • These water-based magnetic liquids also have the disadvantage that they have a relatively high concentration of surfactants in the aqueous phase. This also means that they are relatively highly viscous.
  • the high surfactant content prevents larger saturation magnetizations.
  • high surfactant levels can be ecologically questionable and economically disadvantageous when producing larger quantities.
  • organic-based magnetic liquids are generally treated by reprecipitation according to US Pat. No. 3,917,538 to reduce the surfactant concentration in the dispersion medium.
  • the particles precipitate as sediment, and the surfactant-containing dispersant is decanted and replaced by surfactant-free ones. After heating, the particles are redispersed to form a magnetic liquid.
  • This process assumes that a suitable precipitant is known and that the surfactant is not detached from the particles by the precipitant. It is therefore an energy-consuming, relatively rough process.
  • This method cannot be used for magnetic liquids whose particles are stabilized by an inner and an outer adsorption layer.
  • the outer layer which is only physically adsorbed, usually separates from the particles stabilized in the polar dispersion medium.
  • Methods for removing the superfluous surfactants from the outer adsorption layer after physical adsorption have hitherto not been known.
  • the particles are modified with carboxy-functional polymers, the dispersant containing both the carboxy-functional polymer and non-ionic wetting agent in high concentration.
  • the magnetite particles are precipitated in the presence of the carboxy-functional polymers, after which a sediment is formed from the modified particles, which is redispersed in the dispersant of the above-mentioned composition.
  • the saturation magnetization of the magnetic fluid formed is below 10 mT.
  • the electrical conductivity is very low at 900 ⁇ / cm, and therefore the particles will flocculate when electrolyte is added.
  • DE 43 27 826 AI describes magnetic liquids on an aqueous basis, the magnetite particles of which consist of an inner fatty acid and an outer layer of ethoxylated fatty alcohols.
  • the dispersant contains a large excess of ethoxylated fatty acids, which a relatively high viscosity of the magnetic fluid and a maximum achievable saturation magnetization of only 25mT.
  • the invention has for its object to provide a magnetic liquid with high saturation magnetization, ie. H. to offer with a high concentration of nanometer particles and low viscosity and to provide a method and an apparatus for their production.
  • the magnetic liquids according to the invention with an aqueous carrier liquid have hitherto unknown saturation magnetizations between 30 and 100 mT and the viscosity is below 100 mPas
  • the surfactant contains essentially no more surfactants, there are both ecological and economic advantages.
  • the magnetic liquids according to the invention with high saturation magnetization are produced using the method and the device according to the invention.
  • a separation of the surfactants can be achieved.
  • the separation is possible by heating the known aqueous magnetic liquids, which are stabilized by an inner and outer adsorption layer on the nanometer particles, to about 30-95 ° C. This leads to a reduction in the solubility of the surfactants in the carrier liquid.
  • the heated magnetic liquid is then exposed to an external magnetic field, so that a strong inhomogeneous magnetic field, a magnetic field gradient, is generated in the aqueous magnetic liquid.
  • a permanent magnet made of rare earths which has saturation magnetization values of up to 0.5 T on its surface, fixes heated aqueous magnetic liquid to the vessel wall of a vessel.
  • the tensides which make up the second outer adsorption layer and are present in high concentration in the aqueous carrier liquid, are separated from the magnetic nanometer particles, taking part of the aqueous carrier liquid with them Crowded surface from which they can drain. What remains is a more concentrated magnetic fluid.
  • the concentration of nanometer particles can be gradually increased so that saturation magnetizations of 70 mT can be achieved.
  • the Surfactant-free carrier liquid achieves astonishingly low viscosities of concentrated magnetic liquids, which are between 5 and 30 mPas at 27 ° C.
  • Another advantage of this concentration process is that the dissolved surfactant can be recovered from the carrier liquid, which was separated from the nanometer particles by the process according to the invention, by evaporation and can thus be used again in the production of an aqueous magnetic liquid.
  • Fig. 1 shows a device for quasi-continuous
  • FIG. 2 shows a device for discontinuous separation.
  • a magnetic liquid 10 to be concentrated is located in a container 1.
  • a heating device 5 is arranged below the container 1.
  • a feed line 8 leads from the bottom of the container 1 to separating surfaces 2. The feed line 8 is to be closed and opened via a shut-off valve 9. Above the separating surface 2, two strong magnets 3 and 4 are arranged one after the other in their immediate vicinity. The separating effect can be optimized via the angle of attack of the separating surface 2.
  • a magnetic trough 7 and a surfactant trough 6 are arranged below the separating surface 2.
  • the magnetic liquid 10 flows via the feed line 8 to the lower surface of the separating surface 2. Due to the existing magnetic field gradient, which is generated by the magnet 3, a bulge-like accumulation of the magnetic liquid 10 forms at the separating surface 10 The first surfactant droplets enriched with carrier liquid dissolve and fall into the Surfactant trough 6. After the magnet 3 has been switched off and the magnet 4 has been switched on at the same time, the magnetic fluid 10 is drawn onto the separating surface below the magnet 4. A further separation of surfactants takes place here. The remaining highly concentrated magnetic liquid 10 is then collected after switching off the magnet 4 m of the magnet trough 7.
  • the magnetic liquid 10 is heated by means of the heating device 5 in the first step.
  • the magnetic liquid ie. H. the nanometer particles present accumulated on the interface 2.
  • the concentration process at the separating surface 2 is completed and the concentrated particles can be drawn off downwards. The more concentrated magnetic liquid drawn off can then be introduced again into the container 1 and a further separation process can follow.
  • a 15 mT magnetic liquid on an aqueous basis which consists of
  • Magnetite particles which have a layer of lauic acid anchored to the particle and a second nonionic layer of ethoxylated alcohols Ethoxy groups are concentrated as follows: 100 ml of the magnetic fluid is heated to 80 ° C in a refractory vessel. Then a side-earth permanent magnet, which has a saturation magnetization of 0.3 T on its surface, is attached to the outside of the wall of the vessel, so that the • magnetic flux is held on the opposite side of the magnet. After a few minutes, the separation of a non-magnetic viscous solution from the magnetic fluid begins. The magnetic fluid concentrated over time forms the typical peaks after a while and is increasingly fixed to the magnet.
  • the deposition process can be supported by keeping the magnetic fluid in motion either by moving the magnet or by mechanical mixing of the magnetic fluid or by heating the magnetic fluid again to 80-90 ° C.
  • the end product has a saturation magnetization of 50mT and a kinematic viscosity at 27 ° C of 5 mPas.
  • the Ms value By evaporation of the aqueous phase, the Ms value could be increased to 80 mT, the viscosity of the magnetic fluid increasing to only 70 mPas. A further 7 evaporation gave a very viscous magnetic dispersion with an Ms value of 100 mT.
  • a 10 T aqueous magnetic flux containing magnetite particles which consists of a layer of oleic acid anchored to the particle and a second nonionic layer of sorbitan monooleate is treated as follows:
  • the magnetic fluid is heated to 90 ° C in a container.
  • a permanent magnet on the side which is covered with a foil, is placed directly into the magnetic fluid.
  • the magnetic fluid that remains on the magnet is transferred to a new vessel, where the separation is carried out.
  • the end product reaches an Ms value of 50 mT with a viscosity at 27 ° C of 10 mPas.
  • a 20 mT magnetic fluid on an aqueous basis which contains cobalt ferrite particles as a magnetic component, but otherwise consists of the surfactant layers mentioned in the example, is carried out as follows in a semi-continuous process: the magnetic fluid is first heated to 80.degree. A strong electromagnet is attached to a glass pane or a plastic board and set up at a slight angle. The heated magnetic fluid is then brought to the underside of the pane or board via a hose-like feed. The deposition process begins, with the surfactant solution dripping from the magnetic fluid onto the floor. Magnetic fluid is continuously fed to the magnet until the concentrated magnetic fluid is accumulated in such a large amount that a part of it also threatens to flow away from the magnet.
  • the end product is medium conc. Bring the ammonium chloride solution to a pH> 8, the particles being redispersed.
  • the end product has an Ms value of 60 mT with a viscosity of 5 mPas.
  • the starting magnetic fluid is an alkaline aqueous magnetite magnetic fluid in which the particles are stabilized by an inner adsorption layer made of lauric acid and an outer adsorption layer made of the ammonium salt of lauric acid in accordance with US Pat. No. 4,228,294 and whose saturation magnetization is 15 mT.
  • the surfactants dissolved in the aqueous carrier liquid are brought to the formation of surfactant aggregates by slow addition of ethanol and dilute hydrochloric acid solution, without the magnetic flux being destroyed. Then part of the dispersion medium and the surfactants contained therein are separated in a magnetic field gradient. Then becomes concentrated magnetic fluid is adjusted to an alkaline pH by adding ammonium hydroxide.
  • the saturation magnetization of the concentrated magnetic fluid is 80mT with a viscosity at room temperature of 100mPas.
  • a magnetite magnetic fluid based on petroleum, stabilized with a monolayer of oleic acid and a saturation magnetization of 30mT is used as the starting magnetic fluid.
  • the oleic acid contained in petroleum is condensed by adding ethanol in a ratio of 1: 2. After exposure to an external magnetic field, the saturation magnetization is increased to 100mT, the viscosity being 20mPas at 27 ° C.

Abstract

The invention relates to a novel magnetic liquid and to a method and device for the production thereof. The aim of the invention is to produce a magnetic liquid which is based on a polar carrier liquid having a high saturation magnetization, i.e. having a high concentration of nanometer particles and a low viscosity, and to provide a method and device for the production thereof. To this end, a magnetic liquid is provided which comprises a saturation magnetization of at least 30 mT and a viscosity under 100 mPas at 40 °C, whereby the carrier liquid contains essentially no dissolved components of the outer adsorption layer. In addition, a method and device are provided for the production thereof.

Description

Magnetische Flüssigkeit und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung Magnetic liquid and method and apparatus for making it
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine neue magnetische Flüssigkeit sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ihrer Herstellung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 5 und 18.The invention relates to a new magnetic liquid and to a method and a device for its production according to the preambles of claims 1, 5 and 18.
Magnetische Flüssigkeiten sind stabile Dispersionen mit superparamagnetischen Eigenschaften. Die in dieser Dispersion als disperse Phase enthaltenen Feststoffteilchen sedimentieren weder im Erdschwere- noch im Magnetfeld.Magnetic liquids are stable dispersions with superparamagnetic properties. The solid particles contained in this dispersion as a disperse phase do not sediment either in the earth's gravity or in the magnetic field.
Magnetische Flüssigkeiten bestehen im wesentlichen aus drei Komponenten. Die disperse magnetische Komponente sind Feststoffteilchen aus ferro- oder ferrimagnetischen Materialien, die eine Größe von 3 - 50 nm aufweisen. Die als Nanometerteilchen vorliegende disperse Phase wird durch Tenside stabilisiert. In dem hier als Trägerflüssigkeit bezeichneten Dispersionsmittel sind die Nanometerteilchen homogen und stabil verteilt. Tensidmoleküle sind amphiphile Moleküle, die sowohl hydrophile als auch lipophile Eigenschaften besitzen. Die hydrophilen Gruppen der Tenside werden an den Teilchenoberflächen unter Bildung von monomolekularen Adsorptionsschichten chemisch fixiert. Als hydrophile, chemisch sorbierbare Moleküle eignen sich beispielsweis Carbonsäuregruppen, Sulfonatgruppen, Sulfatgruppen, Phosphatgruppen oder Phosphonat-bzw. Aminogruppen. Als Trägerflüssigkeiten sind sowohl polare als auch unpolare Lösungsmittel geeignet.Magnetic liquids essentially consist of three components. The disperse magnetic components are solid particles made of ferro- or ferrimagnetic materials, which have a size of 3 - 50 nm. The disperse phase, which is in the form of nanometer particles, is stabilized by surfactants. In the dispersion medium referred to here as the carrier liquid, the nanometer particles are homogeneously and stably distributed. Surfactant molecules are amphiphilic molecules that have both hydrophilic and lipophilic properties. The hydrophilic groups of the surfactants are chemically fixed on the particle surfaces to form monomolecular adsorption layers. As hydrophilic, chemically sorbable molecules are suitable, for example, carboxylic acid groups, sulfonate groups, sulfate groups, phosphate groups or phosphonate or. Amino groups. Both polar and non-polar solvents are suitable as carrier liquids.
Zur Stabilisierung der Nanometerteilchen in polaren Trägerflüssigkeiten, wie zum Beispiel in Wasser, werden überwiegend zwei Adsorptionsschichten - eine innere und eine äußere - gebildet, wobei die amphiphilen Moleküle der äußeren Schicht anionische, kationische oder nichtionische Tenside sein können und die der inneren Schicht aus anionischen Tensiden wie Fettsäuren bestehen. Insbesondere bei magnetischen Flüssigkeiten mit einer wäßrigen Trägerflüssigkeit ist eine zweite äußere Adsorptionsschicht zur Stabilisierung der Nanometerteilchen notwendig.To stabilize the nanometer particles in polar carrier liquids, such as in water, two adsorption layers - an inner and an outer one - are predominantly formed, whereby the amphiphilic molecules of the outer layer can be anionic, cationic or nonionic surfactants and those of the inner layer made of anionic surfactants how fatty acids exist. In the case of magnetic liquids with an aqueous carrier liquid in particular, a second outer adsorption layer is required to stabilize the nanometer particles.
Während die innere Adsorptionsschicht chemisch über die hydrophile Gruppe der Tenside an der Teilchenoberfläche verankert ist, wird die äußere Schicht über schwächere physikalische Wechselwirkungen zu den hydrophobenWhile the inner adsorption layer is chemically anchored to the particle surface via the hydrophilic group of surfactants, the outer layer becomes hydrophobic through weaker physical interactions
Molekülteilen der inneren Schicht adsorbiert. Damit die äußere Schicht gebildet werden kann, müssen die Tenside im Überschuß in den wäßrigen Phasen vorliegen. Die oft sehr hohen Konzentrationen der Tenside der äußerenMolecular parts of the inner layer adsorbed. So that the outer layer can be formed, the surfactants must be present in excess in the aqueous phases. The often very high concentrations of surfactants on the outside
Schicht in der wäßrigen Phase bewirken eine hoheLayer in the aqueous phase cause a high
Volumenviskosität und ihre starke Zunahme beim Einengen der wäßrigen Phase, und beschränken entscheidend die Werte für die Sättigungsmagnetisierung.Volume viscosity and its strong increase when the aqueous phase is concentrated, and decisively limit the values for the saturation magnetization.
Die Sättigungsmagnetisierung ist ein Maß für die Konzentration magnetischer Teilchen in der magnetischen Flüssigkeit . Magnetische Flüssigkeiten auf wäßriger Basis sind bekannt. Gemäß DE 195 16 323 AI weisen sie Sättigungsmagnetisierungen bis zu 25 mT auf. Die Nanometerteilchen als magnetische Komponenten bestehen hierbei aus Maghemit (γ-Fe203) , Magnetit (Fe3θ4) oder Mischoxiden, wie Kobaltferrit oder Mangan-Zink-Ferrit. Diese magnetischen Flüssigkeiten auf Wasserbasis haben ebenfalls den Nachteil, daß sie in der wäßrigen Phase eine relativ hohe Konzentration an Tensiden aufweisen. Das führt auch hier dazu, daß sie relativ hochviskos sind. Desweiteren verhindert der hohe Tensidgehalt das Erreichen größerer Sättigungsmagnetisierungen. Schließlich können hohe Tensidgehalte ökologisch bedenklich und bei der Herstellung größerer Mengen auch ökonomisch nachteilig sein.Saturation magnetization is a measure of the concentration of magnetic particles in the magnetic liquid. Magnetic liquids based on water are known. According to DE 195 16 323 AI, they have saturation magnetizations of up to 25 mT. The nanometer particles as magnetic components consist of maghemite (γ-Fe 2 0 3 ), magnetite (Fe 3 θ 4 ) or mixed oxides, such as cobalt ferrite or manganese-zinc ferrite. These water-based magnetic liquids also have the disadvantage that they have a relatively high concentration of surfactants in the aqueous phase. This also means that they are relatively highly viscous. Furthermore, the high surfactant content prevents larger saturation magnetizations. Finally, high surfactant levels can be ecologically questionable and economically disadvantageous when producing larger quantities.
Weiterhin ist bekannt, daß magnetische Flüssigkeiten auf organischer Basis zur Verringerung der Tensidkonzentration im Dispersionsmedium im allgemeinen durch Umfällung nach US P 3 917 538 behandelt werden. Dabei fallen die Teilchen als Sediment aus, daß tensidhaltige Dispersionsmittel wird dekantiert und durch tensidfreies ersetzt. Nach Erwärmen werden die Teilchen unter Bildung einer Magnetflüssigkeit redispergiert . Dieses Verfahren setzt voraus, daß ein geeignetes Fällungsmittel bekannt ist, und daß das Tensid nicht durch das Fällungsmittel von den Teilchen gelöst wird. Es ist somit ein energieverbrauchendes, relativ rauhes Verfahren. Dieses Verfahren kann nicht für Magnetflüssigkeiten angewendet werden, deren Teilchen durch eine innere und eine äußere Adsorptionsschicht stabilisiert sind. In diesem Fall löst sich gewöhnlich die nur physikalisch adsorbierte äußere Schicht von den im polaren Dispersionsmedium stabilisierten Teilchen ab. Methoden zur Entfernung der überflüssigen Tenside der äußeren Adsorptionsschicht nach erfolgter physikalischer Adsorption sind bisher nicht bekannt.It is also known that organic-based magnetic liquids are generally treated by reprecipitation according to US Pat. No. 3,917,538 to reduce the surfactant concentration in the dispersion medium. The particles precipitate as sediment, and the surfactant-containing dispersant is decanted and replaced by surfactant-free ones. After heating, the particles are redispersed to form a magnetic liquid. This process assumes that a suitable precipitant is known and that the surfactant is not detached from the particles by the precipitant. It is therefore an energy-consuming, relatively rough process. This method cannot be used for magnetic liquids whose particles are stabilized by an inner and an outer adsorption layer. In this case, the outer layer, which is only physically adsorbed, usually separates from the particles stabilized in the polar dispersion medium. Methods for removing the superfluous surfactants from the outer adsorption layer after physical adsorption have hitherto not been known.
Nach DE 41 30 268 AI werden die Teilchen mit carboxyfunktionellen Polymeren modifiziert, wobei das Dispersionsmittel sowohl das carboxyfunktionelle Polymere als auch nicht-ionische Benetzungsmittel in hoher Konzentration enthält. Zur Herstellung werden die Magnetitteilchen in Gegenwart der carboxyfunktionellen Polymere ausgefällt, danach ein Sediment aus den modifizierten Teilchen gebildet, welches in dem Dispersionsmittel der oben genannten Zusammensetzung redispergiert wird. Die Sättigungsmagnetisierung der gebildeten Magnetflüssigkeit liegt unter lOmT. Dazu kommt noch, daß die elektrische Leitfähigkeit mit 900Ω/cm sehr niedrig ist, und daher die Partikel bei Elektrolytzusatz ausflocken werden.According to DE 41 30 268 AI, the particles are modified with carboxy-functional polymers, the dispersant containing both the carboxy-functional polymer and non-ionic wetting agent in high concentration. For the production, the magnetite particles are precipitated in the presence of the carboxy-functional polymers, after which a sediment is formed from the modified particles, which is redispersed in the dispersant of the above-mentioned composition. The saturation magnetization of the magnetic fluid formed is below 10 mT. In addition, the electrical conductivity is very low at 900Ω / cm, and therefore the particles will flocculate when electrolyte is added.
Im US P 42 08 294 werden wäßrige Magnetflüssigkeiten beschrieben, die durch zwei Adsorptionsschichten aus Laurinsäure und Lauraten stabilisiert sind. Auch diese Magnetflüssigkeit enthält das Laurinsäuresalz im Überschuß. Das wäßrige Dispersionsmedium muß leicht alkalisch sein. Die erreichbare Sättigungsmagnetisierung liegt bei 25mT. Negativ wirkt sich auch aus, daß die Teilchen beim Überschreiten des neutralen in den sauren pH-Bereich ausfallen.In US P 42 08 294 aqueous magnetic fluids are described which are stabilized by two adsorption layers of lauric acid and laurates. This magnetic liquid also contains the lauric acid salt in excess. The aqueous dispersion medium must be slightly alkaline. The achievable saturation magnetization is 25mT. It also has a negative effect that the particles precipitate when the neutral pH is exceeded in the acid range.
In DE 43 27 826 AI werden magnetische Flüssigkeiten auf wäßriger Basis beschrieben, deren Magnetitteilchen durch eine innere Fettsäure und äußere Schicht aus ethoxylierten Fettalkoholen besteht.DE 43 27 826 AI describes magnetic liquids on an aqueous basis, the magnetite particles of which consist of an inner fatty acid and an outer layer of ethoxylated fatty alcohols.
Herstellungsbedingt enthält das Dispersionsmittel einen großen Überschuß an ethoxylierten Fettsäuren, welches eine relativ hohe Viskosität der Magnetflüssigkeit und eine maximal erreichbare Sättigungsmagnetisierung von nur 25mT bewirkt.Due to the manufacturing process, the dispersant contains a large excess of ethoxylated fatty acids, which a relatively high viscosity of the magnetic fluid and a maximum achievable saturation magnetization of only 25mT.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Flüssigkeit mit hoher Sättigungsmagnetisierung, d. h. mit hoher Konzentration an Nanometerteilchen, und niedriger Viskosität anzubieten sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu deren Herstellung bereitzustellen.The invention has for its object to provide a magnetic liquid with high saturation magnetization, ie. H. to offer with a high concentration of nanometer particles and low viscosity and to provide a method and an apparatus for their production.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1, 5 und 15.The problem is solved with the characterizing features of claims 1, 5 and 15.
Die erfindungsgemäßen magnetischen Flüssigkeiten mit einer wäßrigen Trägerflüssigkeit weisen bisher nicht bekannte Sättigungsmagnetisierungen zwischen 30 und 100 mT auf und die Viskosität liegt unter 100 mPas beiThe magnetic liquids according to the invention with an aqueous carrier liquid have hitherto unknown saturation magnetizations between 30 and 100 mT and the viscosity is below 100 mPas
40°C. Aufgrund des hohen Gehaltes an Nanometerteilchen, die zu den hohen Sättigungsmagnetisierungen der erfindungsgemäßen magnetischen Flüssigkeiten führen, verbunden mit einer relativ niedrigen Viskosität, eignen sich diese Flüssigkeiten insbesondere als40 ° C. Due to the high content of nanometer particles, which lead to the high saturation magnetizations of the magnetic liquids according to the invention, combined with a relatively low viscosity, these liquids are particularly suitable as
Betriebsmittel in medizinischen Pumpen, in derEquipment in medical pumps, in the
Sensortechnik sowie für magnetohydrostatische Stofftrennungen.Sensor technology and for magnetohydrostatic material separations.
Dadurch, daß der in der Trägerflüssigkeit im wesentlichen keine Tenside mehr enthalten sind, ergeben sich sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile.Because the surfactant contains essentially no more surfactants, there are both ecological and economic advantages.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen magnetischen Flüssigkeiten mit hoher Sättigungsmagnetisierung erfolgt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß durch Einwirkung äußerer Magnetfelder, verbunden mit Maßnahmen zur Verringerung der Löslichkeit der Tenside in der Trägerflüssigkeit, auf die an sich bekannten magnetischen Flüssigkeiten mit relativ niedriger Sättigungsmagnetisierung und hohen Konzentrationen an Tensiden in der wäßrigen Trägerflüssigkeit eine Abtrennung der Tenside erreicht werden kann. Beispielsweise ist die Abtrennung dadurch möglich, daß die an sich bekannten wäßrigen magnetischen Flüssigkeiten, die durch eine innere und äußere Adsorptionsschicht auf den Nanometerteilchen stabilisiert sind, auf etwa 30 - 95 °C erwärmt werden. Das führt zu einer Verringerung der Löslichkeit der in der Trägerflüssigkeit befindlichen Tenside. Die erwärmte magnetische Flüssigkeit wird dann einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt, so daß ein starkes inhomogenes Magnetfeld, ein Magnetfeldgradient, in der wäßrigen magnetischen Flüssigkeit erzeugt wird. Das kann zum Beispiel dadurch realisiert werden, daß ein Permanentmagnet aus seltenen Erden, die an ihrer Oberfläche Sättigungsmagnetisierungswerte bis zu 0,5 T aufweisen, an der Gefäßwand eines Gefäßes erwärmte wäßrige magnetische Flüssigkeit fixiert. Nach einer Einwirkungsdauer des Magnetfeldes von etwa 15 - 120 Minuten werden vorrangig die Tenside, aus denen die zweite äußere Adsorptionsschicht besteht und die in hoher Konzentration in der wäßrigen Trägerflüssigkeit gelöst vorliegen, unter Mitnahme eines Teiles der wäßrigen Trägerflüssigkeit von den magnetischen Nanometerteilchen abgetrennt und an die Oberfläche gedrängt, von der sie abfließen können. Übrig bleibt eine konzentriertere magnetische Flüssigkeit. Durch weiteres Wiederholen dieser Verfahrensweise kann die Konzentration an Nanometerteilchen stufenweise erhöht werden, so daß Sättigungsmagnetisierungen von 70 mT erreichbar sind. Infolge der weitgehend von den Tensiden befreiten Tragerflüssigkeit werden erstaunlich niedrige Viskositäten der auf konzentrierten magnetischen Flüssigkeiten erreicht, die zwischen 5 und 30 mPas bei 27°C betragen.The magnetic liquids according to the invention with high saturation magnetization are produced using the method and the device according to the invention. Surprisingly, it was found that exposure to external magnetic fields with measures to reduce the solubility of the surfactants in the carrier liquid, on the known magnetic liquids with relatively low saturation magnetization and high concentrations of surfactants in the aqueous carrier liquid, a separation of the surfactants can be achieved. For example, the separation is possible by heating the known aqueous magnetic liquids, which are stabilized by an inner and outer adsorption layer on the nanometer particles, to about 30-95 ° C. This leads to a reduction in the solubility of the surfactants in the carrier liquid. The heated magnetic liquid is then exposed to an external magnetic field, so that a strong inhomogeneous magnetic field, a magnetic field gradient, is generated in the aqueous magnetic liquid. This can be achieved, for example, in that a permanent magnet made of rare earths, which has saturation magnetization values of up to 0.5 T on its surface, fixes heated aqueous magnetic liquid to the vessel wall of a vessel. After an exposure time of the magnetic field of about 15 to 120 minutes, the tensides, which make up the second outer adsorption layer and are present in high concentration in the aqueous carrier liquid, are separated from the magnetic nanometer particles, taking part of the aqueous carrier liquid with them Crowded surface from which they can drain. What remains is a more concentrated magnetic fluid. By repeating this procedure again, the concentration of nanometer particles can be gradually increased so that saturation magnetizations of 70 mT can be achieved. As a result of the largely of the Surfactant-free carrier liquid achieves astonishingly low viscosities of concentrated magnetic liquids, which are between 5 and 30 mPas at 27 ° C.
Diese niedrigen Viskositäten der magnetischen Flüssigkeit sind die Voraussetzung für ein weiteres Aufkonzentrieren durch Entziehung der wäßrigen Tragerflüssigkeit, zum Beispiel durch Verdampfen im Rotationsverdampfer. Auf diese Art und Weise wurden Sättigungsmagnetisierungswerte von 80 mT bei einer Viskosität bei 27°C von nur 70 mPas erreicht. Durch weiteren Wasserentzug wurdenThese low viscosities of the magnetic liquid are the prerequisite for further concentration by removing the aqueous carrier liquid, for example by evaporation in a rotary evaporator. In this way, saturation magnetization values of 80 mT were achieved with a viscosity at 27 ° C of only 70 mPas. By further deprivation of water
Sättigungsmagnetisierungswerte bis zu 100 mT erreicht. Bei diesen sehr hohen Sattigungs agnetisierungswerten steigen naturgemäß die Viskositäten wieder stark an. Dieses Verfahren ist anwendbar sowohl bei polaren als auch unmolaren Tragerflussigkeiten.Saturation magnetization values up to 100 mT reached. With these very high saturation agglomeration values, the viscosities naturally increase again sharply. This method can be used for both polar and non-polar carrier fluids.
Ein weiterer Vorteil dieses Konzentrierungsverfahrens besteht darin, daß das geloste Tensid aus der Tragerflüssigkeit, das gemäß dem erfmdungsgemaßen Verfahren von den Nanometerteilchen abgetrennt wurde, durch Eindampfen wieder gewonnen und somit noch einmal bei der Herstellung einer wäßrigen magnetischen Flüssigkeit eingesetzt werden kann.Another advantage of this concentration process is that the dissolved surfactant can be recovered from the carrier liquid, which was separated from the nanometer particles by the process according to the invention, by evaporation and can thus be used again in the production of an aqueous magnetic liquid.
Weitere Maßnahmen zur Loslichkeitsvermmderung der Tenside m der Tragerflüssigkeit sind erfmdungsgemaß - Zusatz pH-Wert ändernder MittelFurther measures for reducing the solubility of the surfactants in the carrier liquid are in accordance with the invention - addition of agents that change the pH
- Konzentrationsanderung der Tenside durch Entzug der Tragerflüssigkeit- Change in concentration of the surfactants by withdrawing the carrier liquid
- Zusatz von loslichkeitsvermmdernden Lösungsmitteln und/oder Feststoffen wie Salze und wasserlösliche Polymere - Zusatz von Stoffen, die mit den Tensidmolekülen Aggregate bilden.- Addition of solubility-reducing solvents and / or solids such as salts and water-soluble polymers - Addition of substances that form aggregates with the surfactant molecules.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe device according to the invention is explained in more detail with reference to a drawing. Show it
Fig. 1 eine Vorrichtung zur quasi kontinuierlichenFig. 1 shows a device for quasi-continuous
Abtrennung und Fig. 2 eine Vorrichtung zur diskontinuierlichen Abtrennung.Separation and Fig. 2 shows a device for discontinuous separation.
Gemäß Fig. 1 befindet sich in einem Behälter 1 eine zu konzentrierende magnetische Flüssigkeit 10. Unterhalb des Behälters 1 ist eine Heizeinrichtung 5 angeordnet. Eine Zuleitung 8 führt vom Boden des Behälters 1 zu Trennflächen 2. Die Zuleitung 8 ist über ein Absperrventil 9 zu verschließen und zu öffnen. Oberhalb der Trennfläche 2 sind in ihrer unmittelbaren Nähe nacheinander zwei starke Magneten 3 und 4 angeordnet. Über den Anstellwinkel der Trennfläche 2 ist die Trennwirkung optimierbar. Unterhalb der Trennfläche 2 sind eine Magnetwanne 7 und eine Tensidwanne 6 angeordnet. Durch Einschalten der Heizeinrichtung 5 wird die Temperatur der magnetischen Flüssigkeit 10 auf etwa 60°C erhöht. Dadurch verringert sich die Löslichkeit der Tenside in der Trägerflüssigkeit der magnetischen Flüssigkeit 10 drastisch. Nach Öffnen des Absperrventiles 9 fließt die magnetische Flüssigkeit 10 über die Zuleitung 8 an die Unterfläche der Trennfläche 2. Aufgrund des vorhandenen Magnetfeldgradienten, der durch den Magneten 3 erzeugt wird, bildet sich eine bauchartige Ansammlung der magnetischen Flüssigkeit 10 an der Trennfläche 10. Nach einer Einwirkzeit von etwa 10 min lösen sich die ersten mit Trägerflüssigkeit angereicherten Tensidtröpfchen und fallen in die Tensidwanne 6. Nach dem Abschalten des Magneten 3 und gleichzeitigen Anschalten des Magneten 4 wird die Magnetflussigkeit 10 auf die Trennflache unterhalb des Magneten 4 gezogen. Hier erfolgt eine weitere Abtrennung von Tensiden. Die übrigbleibende hochkonzentrierte magnetische Flüssigkeit 10 wird dann anschließend nach Abschalten des Magneten 4 m der Magnetwanne 7 gesammelt.1, a magnetic liquid 10 to be concentrated is located in a container 1. A heating device 5 is arranged below the container 1. A feed line 8 leads from the bottom of the container 1 to separating surfaces 2. The feed line 8 is to be closed and opened via a shut-off valve 9. Above the separating surface 2, two strong magnets 3 and 4 are arranged one after the other in their immediate vicinity. The separating effect can be optimized via the angle of attack of the separating surface 2. A magnetic trough 7 and a surfactant trough 6 are arranged below the separating surface 2. By switching on the heating device 5, the temperature of the magnetic liquid 10 is increased to approximately 60 ° C. This drastically reduces the solubility of the surfactants in the carrier liquid of the magnetic liquid 10. After opening the shut-off valve 9, the magnetic liquid 10 flows via the feed line 8 to the lower surface of the separating surface 2. Due to the existing magnetic field gradient, which is generated by the magnet 3, a bulge-like accumulation of the magnetic liquid 10 forms at the separating surface 10 The first surfactant droplets enriched with carrier liquid dissolve and fall into the Surfactant trough 6. After the magnet 3 has been switched off and the magnet 4 has been switched on at the same time, the magnetic fluid 10 is drawn onto the separating surface below the magnet 4. A further separation of surfactants takes place here. The remaining highly concentrated magnetic liquid 10 is then collected after switching off the magnet 4 m of the magnet trough 7.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung für eine diskontinuierliche Abtrennung von Tensiden aus der Tragerflüssigkeit m verschiedenen Verfahrensstufen dargestellt. Gemäß a wird im ersten Schritt die magnetische Flüssigkeit 10 mittels der Heizeinrichtung 5 erwärmt. Gemäß b wird nach Einschalten des Magneten 3 die magnetische Flüssigkeit, d. h. die anwesenden Nanometerteilchen an der Trennflache 2 angesammelt. Gemäß c ist der Konzentrierungsprozeß an der Trennflache 2 abgeschlossen und die konzentrierten Teilchen können nach unten abgezogen werden. Die nach unten abgezogene konzentriertere magnetische Flüssigkeit kann dann anschließend erneut m den Behalter 1 eingeführt werden und ein weiterer Trennungsprozeß kann folgen.2 shows a device for a discontinuous separation of surfactants from the carrier liquid in different process stages. According to a, the magnetic liquid 10 is heated by means of the heating device 5 in the first step. According to b, the magnetic liquid, ie. H. the nanometer particles present accumulated on the interface 2. According to c, the concentration process at the separating surface 2 is completed and the concentrated particles can be drawn off downwards. The more concentrated magnetic liquid drawn off can then be introduced again into the container 1 and a further separation process can follow.
Das erfmdungsgemaße Verfahren wird an Hand der folgenden Beispiele naher erläutert.The method according to the invention is explained in more detail with the aid of the following examples.
Beispiel 1example 1
Eine 15 mT-Magnetflussigkeit auf wäßrige Basis, die ausA 15 mT magnetic liquid on an aqueous basis, which consists of
Magnetitteilchen besteht, welche mit einer am Teilchen verankerten Schicht aus Lauπnsaure und einer zweiten nichtionischen Schicht aus ethoxylierten Alkoholen mit Ethoxygruppen besteht, wird folgendermaßen aufkonzentriert : 100 ml der Magnetflussigkeit wird in einem feuerfesten Gefäß auf 80°C erwärmt. Anschließend wird ein Seiten-Erden Dauermagnet, der an seiner Oberfläche eine Sättigungsmagnetisierung von 0,3 T hat, außen an der Wand des Gefäßes angebracht, so daß die • Magnetflussigkeit an der Gegenseite des Magnetes festgehalten wird. Nach einigen Minuten beginnt die Abtrennung einer unmagnetischen viskosen Lösung aus der Magnetflussigkeit. Die mit der Zeit konzentrierter Magnetflussigkeit bildet nach einiger Zeit die typischen Spitzen aus und wird immer fester an den Magneten fixiert. Der Abscheidungsprozeß kann dadurch unterstützt werden, daß man die Magnetflussigkeit entweder durch Bewegen des Magneten oder durch mechanisches Vermischen der Magnetflussigkeit in Bewegung hält bzw. die Magnetflussigkeit noch einmal auf 80-90°C erwärmt. Das Endprodukt hat eine Sättigungsmagnetisierung von 50mT und eine kinematische Viskosität bei 27°C von 5 mPas .Magnetite particles, which have a layer of lauic acid anchored to the particle and a second nonionic layer of ethoxylated alcohols Ethoxy groups are concentrated as follows: 100 ml of the magnetic fluid is heated to 80 ° C in a refractory vessel. Then a side-earth permanent magnet, which has a saturation magnetization of 0.3 T on its surface, is attached to the outside of the wall of the vessel, so that the • magnetic flux is held on the opposite side of the magnet. After a few minutes, the separation of a non-magnetic viscous solution from the magnetic fluid begins. The magnetic fluid concentrated over time forms the typical peaks after a while and is increasingly fixed to the magnet. The deposition process can be supported by keeping the magnetic fluid in motion either by moving the magnet or by mechanical mixing of the magnetic fluid or by heating the magnetic fluid again to 80-90 ° C. The end product has a saturation magnetization of 50mT and a kinematic viscosity at 27 ° C of 5 mPas.
Durch Abdampfen der wäßrigen Phase konnte der Ms-Wert auf 80 mT gesteigert werden, wobei sich die Viskosität der Magnetflussigkeit auf nur 70 mPas erhöhte. Weiteres 7Abdampfen ergab eine sehr zähflüssige Magnet-Dispersion mit einem Ms-Wert von 100 mT .By evaporation of the aqueous phase, the Ms value could be increased to 80 mT, the viscosity of the magnetic fluid increasing to only 70 mPas. A further 7 evaporation gave a very viscous magnetic dispersion with an Ms value of 100 mT.
Beispiel 2Example 2
Eine 10 T-Magnetflussigkeit auf wäßrige Basis, die Magnetitteilchen enthält, welche mit einer am Teilchen verankerten Schicht aus Ölsäure und einer zweiten nichtionischen Schicht aus Sorbitanmonooleat besteht, wird folgendermaßen behandelt: Die Magnetflussigkeit wird in einem Behältnis auf 90°C erhitzt. Nachfolgend wird ein Seiten-Erden Dauermagnet, der mit einer Folie umhüflt ist, direkt in die Magnetflussigkeit hineingegeben. Die Magnetflussigkeit, die an dem Magneten hängen bleibt, wird in ein neues Gefäß gebracht, wo die Abtrennung durchgeführt wird. Das Endprodukt erreicht einen Ms-Wert von 50 mT bei einer Viskosität bei 27°C von 10 mPas .A 10 T aqueous magnetic flux containing magnetite particles, which consists of a layer of oleic acid anchored to the particle and a second nonionic layer of sorbitan monooleate is treated as follows: The magnetic fluid is heated to 90 ° C in a container. In the following, a permanent magnet on the side, which is covered with a foil, is placed directly into the magnetic fluid. The magnetic fluid that remains on the magnet is transferred to a new vessel, where the separation is carried out. The end product reaches an Ms value of 50 mT with a viscosity at 27 ° C of 10 mPas.
Beispiel 3Example 3
Eine 20 mT-Magnetflussigkeit auf wäßriger Basis, die Kobaltferritteilchen als magnetische Komponente enthält, aber ansonsten aus den im Beispiel genannten Tensidschichten besteht, wird folgendermaßen halbkontinuierlicher Prozeß durchgeführt: Die Magnetflussigkeit wird zuerst auf 80°C erwärmt. Ein starker Elektromagnet wird an einer Glasscheibe oder einem Kunststoffbrett angebracht und leicht schräg aufgestellt. Dann wird die erwärmte Magnetflussigkeit über einen schlauchartige Zuführung an die Unterseite der Scheibe oder des Brettes gebracht. Der Abscheidungsprozeß setzt ein, wobei die Tensidlösung aus der Magnetflussigkeit auf den Boden tropft. Magnetflussigkeit wird kontinuierlich zum Magneten geleitet, bis die konzentrierte Magnetflussigkeit in einer so großen Menge angehäuft ist, daß ein Teil davon ebenfalls vom Magneten abzufließen droht. Nun wird langsam das Magnetfeld des Elektromagneten abgesenkt, so daß die konzentrierte Magnetflussigkeit in eine Auffangeinrichtung separat abfließen kann. Danach beginnt der Prozeß von vorn mit dem Einschalten des Magneten und der Zuführung der Magnetflussigkeit. Ein Endprodukt mit einem Ms-Wert von 6 0 mT und einer Viskosität bei 27°C von 20 mPas konnte hergestellt werden.A 20 mT magnetic fluid on an aqueous basis, which contains cobalt ferrite particles as a magnetic component, but otherwise consists of the surfactant layers mentioned in the example, is carried out as follows in a semi-continuous process: the magnetic fluid is first heated to 80.degree. A strong electromagnet is attached to a glass pane or a plastic board and set up at a slight angle. The heated magnetic fluid is then brought to the underside of the pane or board via a hose-like feed. The deposition process begins, with the surfactant solution dripping from the magnetic fluid onto the floor. Magnetic fluid is continuously fed to the magnet until the concentrated magnetic fluid is accumulated in such a large amount that a part of it also threatens to flow away from the magnet. Now the magnetic field of the electromagnet is slowly lowered so that the concentrated magnetic fluid can flow separately into a collecting device. Then the process begins again with the switching on of the magnet and the supply of the magnetic fluid. An end product with an Ms value of 6 0 mT and a viscosity at 27 ° C of 20 mPas could be produced.
Beispiel 4Example 4
Eine 20 mT-Magnetflussigkeit auf wäßriger Basis mit Magnetiteiolchen, die mit einer Bischicht aus Laurinsäure im alkalischen Milieu stabilisiert ist, wird durch Zugabe von verdünnter Salzsäure auf einen pH-Wert um 7 gebracht, bei dem die Magnetflussigkeit leicht instabil wird. Diese wird auf 80°C erwärmt und wie im Beispiel 2 weiterbehandelt. Das Endprodukt wird mittel konz. Ammoniumchloridlösung auf einen pH-Wert > 8 gebracht, wobei die Teilchen redispergiert werden. Das Endprodukt hat einen Ms-Wert von 60 mT bei einer Viskosität von 5 mPas .A 20 mT magnetic liquid on an aqueous basis with magnetite particles, which is stabilized with a layer of lauric acid in an alkaline medium, is brought to a pH of around 7 by adding dilute hydrochloric acid, at which the magnetic liquid becomes slightly unstable. This is heated to 80 ° C and treated as in Example 2. The end product is medium conc. Bring the ammonium chloride solution to a pH> 8, the particles being redispersed. The end product has an Ms value of 60 mT with a viscosity of 5 mPas.
Beispiel 5Example 5
Ausgangsmagnetflüssigkeit ist eine alkalisch eingestellte wäßrige Magnetit-Magnetflüssigkeit, in der die Teilchen durch eine innere Adsorptionsschicht aus Laurinsäure und eine äußere Adsorptionsschicht aus dem Ammoniumsalz der Laurinsäure gemäß US P 42 08 294 stabilisiert ist und deren Sättigungsmagnetisierung 15mT beträgt. Die in der wäßrigen Trägerflüssigkeit gelösten Tenside werden durch langsame Zugabe von Ethanol und verdünnter Salzsäurelösung zur Bildung von Tensidaggregaten gebracht, ohne daß die Magnetflussigkeit zerstört wird. Danach erfolgt die Abtrennung eines Teils des Dispersionsmedium und der darin enthaltenen Tenside im Magnetfeldgradienten. Anschließend wird zur konzentrierten Magnetflussigkeit durch Zugabe von Ammoniumhydroxid wieder ein alkalischer pH-Wert eingestellt. Die Sattigungsmagnetisierung der konzentrierten Magnetflussigkeit betragt 80mT bei einer Viskosität bei Zimmertemperatur von lOOmPas.The starting magnetic fluid is an alkaline aqueous magnetite magnetic fluid in which the particles are stabilized by an inner adsorption layer made of lauric acid and an outer adsorption layer made of the ammonium salt of lauric acid in accordance with US Pat. No. 4,228,294 and whose saturation magnetization is 15 mT. The surfactants dissolved in the aqueous carrier liquid are brought to the formation of surfactant aggregates by slow addition of ethanol and dilute hydrochloric acid solution, without the magnetic flux being destroyed. Then part of the dispersion medium and the surfactants contained therein are separated in a magnetic field gradient. Then becomes concentrated magnetic fluid is adjusted to an alkaline pH by adding ammonium hydroxide. The saturation magnetization of the concentrated magnetic fluid is 80mT with a viscosity at room temperature of 100mPas.
Beispiel 6Example 6
Eine Magnetit-Magnetflussigkeit auf Basis von Petroleum, stabilisiert mit einer Monoschicht aus Olsaure und einer Sattigungsmagnetierung von 30mT wird als Ausgangs-Magnetflüssigkeit benutzt. Die Petroleum enthaltene Olsaure wird durch Zugabe von Ethanol im Verhältnis 1 : 2 kondensiert. Nach Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes wird die Sattigungsmagnetisierung auf lOOmT erhöht, wobei die Viskosität 20mPas bei 27°C betragt . A magnetite magnetic fluid based on petroleum, stabilized with a monolayer of oleic acid and a saturation magnetization of 30mT is used as the starting magnetic fluid. The oleic acid contained in petroleum is condensed by adding ethanol in a ratio of 1: 2. After exposure to an external magnetic field, the saturation magnetization is increased to 100mT, the viscosity being 20mPas at 27 ° C.
Bezugs zeichenlisteReference character list
Behältercontainer
TrennflächeInterface
Magnetmagnet
Magnetmagnet
HeizeinrichtungHeating device
TensidwanneSurfactant tub
MagnetwanneMagnetic trough
ZuleitungSupply
Absperrventil magnetische Flüssigkeit Shutoff valve magnetic liquid

Claims

Patentansprüche claims
1. Magnetische Flüssigkeit, bestehend aus einer polaren Trägerflüssigkeit und magnetischen Nanometerteilchen, die durch zwei monomolekularen1. Magnetic liquid, consisting of a polar carrier liquid and magnetic nanometer particles, separated by two monomolecular ones
Adsorptionsschichten stabilisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Flüssigkeit eine Sattigungsmagnetisierung von mindestens 30 mT und eine Viskosität bei 40°C unter 100 mPas aufweist, wobei die Tragerflüssigkeit im wesentlichen keine gelösten Bestandteile der äußeren Adsorptionsschicht enthält.Adsorption layers are stabilized, characterized in that the magnetic liquid has a saturation magnetization of at least 30 mT and a viscosity at 40 ° C below 100 mPas, the carrier liquid containing essentially no dissolved components of the outer adsorption layer.
2. Magnetische Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polare Trägerflüssigkeit Wasser und/oder mit Wasser mischbare Flüssigkeiten wie Glykole oder Formamide ist.2. Magnetic liquid according to claim 1, characterized in that the polar carrier liquid is water and / or water-miscible liquids such as glycols or formamides.
3. Magnetische Flüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Nanometerteilchen eine Größe von 3 - 50 nm aufweisen. 3. Magnetic liquid according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic nanometer particles have a size of 3 - 50 nm.
4. Magnetische Flüssigkeit nach einem der Anspr che 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sattigungsmagnetisierung 30 - 100 T betragt.4. Magnetic liquid according to one of Anspr che 1 - 3, characterized in that the saturation magnetization is 30 - 100 T.
5. Verfahren zur Herstellung hochkonzentrierter magnetischer Fl ssigkeiten auf der Basis unpolarer und polarer Tragerflussigkeiten und magnetischer5. Process for the production of highly concentrated magnetic liquids based on non-polar and polar carrier liquids and magnetic
Nanometerteilchen, die mit einer oder zwei Adsorptionsschichten aus Tensiden stabilisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Flüssigkeit mit polarer oder unpolarer tensidhaltiger Tragerflüssigkeit nach Zufuhr bzw. Zugabe von die Lösbarkeit der Tenside verringernde Mittel einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt wird und daß nach einer Einwirkzeit die sich m der Tragerflüssigkeit abscheidenden Tenside von den Nanometerteilchen abgetrennt werden.Nanometer particles that are stabilized with one or two adsorption layers of surfactants, characterized in that a magnetic liquid with polar or non-polar surfactant-containing carrier liquid is exposed to an external magnetic field after the addition or addition of agents that reduce the solubility of the surfactants, and that after an exposure time, the m the surfactants separating the carrier liquid are separated from the nanometer particles.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußeres Magnetfeld mit einer Mindeststarke von 0,2T zur Einwirkung gebracht wird.6. The method according to claim 1, characterized in that an external magnetic field is brought into effect with a minimum strength of 0.2T.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu konzentrierende magnetische Flüssigkeit vor Einwirkung des Magnetfeldes auf mindestens 30°C erwärmt wird, bevor sie dem Magnetfeld ausgesetzt wird.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the magnetic liquid to be concentrated before exposure to the magnetic field to at least 30 ° C. is heated before it is exposed to the magnetic field.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that
daß die magnetische Flüssigkeit auf 30 - 95°C insbesondere auf 60 - 80°C erwärmt wird.that the magnetic liquid is heated to 30-95 ° C, especially 60-80 ° C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den pH-Wert verändernde Mittel wie Säure, Basen oder Salze zugesetzt werden.Process according to one of Claims 5 to 8, characterized in that agents which change the pH, such as acid, bases or salts, are added.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß löslichkeitsvermindernde Lösungsmittel und/oder Feststoffe wie weitere Tenside, Salze und/oder wasserlösliche Polymere zugesetzt werden.10. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that solubility-reducing solvents and / or solids such as further surfactants, salts and / or water-soluble polymers are added.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Trägerflüssigkeit aufnehmende Mittel zugesetzt werden.11. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that only agents which absorb the carrier liquid are added.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Flüssigkeit mindestens fünf Minuten dem Magnetfeld ausgesetzt wird. 12. The method according to any one of claims 5 to 11, characterized in that the magnetic liquid is exposed to the magnetic field for at least five minutes.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß magnetische Flüssigkeit einem äußeren Magnetfeld 0, 1 - 1,5T ausgesetzt wird.13. The method according to any one of claims 5 to 12, characterized in that magnetic liquid is exposed to an external magnetic field 0, 1 - 1.5T.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Flüssigkeit mehreren14. The method according to any one of claims 5 to 13, characterized in that the magnetic liquid several
Magnetfeldern mit ansteigender Stärke ausgesetzt wird.Magnetic fields with increasing strength is exposed.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichent, daß die abgetrennte Trägerflüssigkeit wieder verwendet wird.15. The method according to any one of claims 5 to 14, characterized in that the separated carrier liquid is reused.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß magnetische Flüssigkeiten mit polaren Trägerflüssigkeiten wie Wasser und/oder mit Wasser mischbare Flüssigkeiten Glykole oder Formamide eingesetzt werden.16. The method according to any one of claims 5 to 15, characterized in that magnetic liquids with polar carrier liquids such as water and / or water-miscible liquids, glycols or formamides are used.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß magnetische Flüssigkeiten mit unpolaren Trägerflüssigkeiten eingesetzt werden. 17. The method according to any one of claims 5 to 15, characterized in that magnetic liquids with non-polar carrier liquids are used.
18. Vorrichtung zur Herstellung von hochkonzentrierten magnetischen Flüssigkeiten auf der Basis von polaren Trägerflüssigkeiten und magnetischen Nanometerteilchen mit zwei monomolekularen18. Device for the production of highly concentrated magnetic liquids based on polar carrier liquids and magnetic nanometer particles with two monomolecular ones
Adsorptionsschichten, bestehend aus einem Behälter (1) für magnetische FlüssigkeitenAdsorption layers, consisting of a container (1) for magnetic liquids
- aus Trennflächen (2) und - aus Magnetfeldgradientenerzeuger (3), wobei die Magnetfeldgradientenerzeuger (3) an den Trennflächen (2) angeordnet sind.- from separating surfaces (2) and - from magnetic field gradient generators (3), the magnetic field gradient generators (3) being arranged on the separating surfaces (2).
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) für die magnetischen Flüssigkeiten eine Heizeinrichtung (9) aufweist.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the container (1) for the magnetic liquids has a heating device (9).
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldgradientenerzeuger (3) in Schwerkraftrichtung ausgerichtet sind.20. The apparatus according to claim 18 or 19, characterized in that the magnetic field gradient generator (3) are aligned in the direction of gravity.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Magnetfeldgradientenerzeuger (3) mit steigender magnetischer Stärke nacheinander angeordnet sind. 21. Device according to one of claims 18 to 20, characterized in that a plurality of magnetic field gradient generators (3) are arranged one after the other with increasing magnetic strength.
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