稀有金属 2003,(05),650-651 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.05.038

氮化铁磁流体专用表面活性剂研究

齐锐 张秀玲 刘中凡 刘宗民

大连大学物理系等离子体实验室,大连大学物理系等离子体实验室,大连大学物理系等离子体实验室,大连大学物理系等离子体实验室,大连理工大学化工学院 辽宁大连116622 ,辽宁大连116622 ,辽宁大连116622 ,辽宁大连116622 ,辽宁大连116012

摘 要：

对合成氮化铁磁流体专用表面活性剂进行了探索性研究 , 以四乙烯五胺和油酸为原料 , 采用溶剂法合成了酰胺系列的多条件表面活性剂。将其应用于等离子体法制备氮化铁磁流体的工艺中 , 部分获得了磁饱和强度较高、化学稳定性较好的氮化铁磁流体 , 从而确定出较佳的表面活性剂的合成工艺参数。以四乙烯五胺和油酸为原料制备酰胺表面活性剂时 , 原料的配比和反应的温度对该类表面活性剂性能影响较大

关键词：

等离子体;氮化铁磁流体;表面活性剂;

中图分类号： TQ423

收稿日期：2002-11-15

基金：国家自然科学基金资助项目 ( 5 0 0 770 0 2 );

Preparation and Research of Surfactant for Iron Nitride Magnetic Fluid

Abstract：

The special designed surface active agent for the synthesis of nitride magnetic fluid was investigated with diethylenetriamine and oleic as raw materials. Many kinds of surface active agents in amide series were composed using solvent method. Applying these surface activators in the process of nitride iron preparation, the nitride magnetic fluid was obtained with higher saturated magnetic intensity and better chemical stability, and optimized process variables were determined for the synthesis of surface active agents. Among the process parameters, the mixture ration between diethylenetriamine and oleic and the temperature plays an important role for the property of surface active agents.

Keyword：

plasma; nitride magnetic fluid; surface active agent;

Received： 2002-11-15

磁性液体 (magnetic fluid) 简称磁流体, 是由表面活性剂包覆的单畴磁性纳米微粒均匀分散在载液中形成的胶体溶液, 是一种纳米功能磁性材料, 表观上没有磁吸引能力, 但在磁场作用下, 就能呈现出许多固态磁性材料所不具备的奇异特性, 应用十分广泛 ^[1] 。 国际上对磁流体的制备、 性能和用途的研究, 已形成一门学科和特殊的技术门类 ^[2] 。 本文对合成氮化铁磁流体专用表面活性剂进行了探索性研究, 以四乙烯五胺和油酸为原料, 采用溶剂法合成了酰胺系列的多条件表面活性剂。 将其应用于等离子体法制备氮化铁磁流体的工艺中, 部分获得了磁饱和强度较高、 化学稳定性较好的氮化铁磁流体, 从而确定出较佳的表面活性剂的合成工艺参数。 以四乙烯五胺和油酸为原料制备酰胺表面活性剂时, 原料的配比和反应的温度对该类表面活性剂性能影响较大。

1 表面活性剂的适应特性

表面活性剂的特殊功能在于它既能适应于一定的载液性质, 又能适应于磁性粒子的界面要求。 即要获得稳定的胶体溶液, 包覆磁性粒子的表面活性剂, 一端要对磁性粒子界面产生永久性的钉扎效应 (化学吸附) , 另一端要极易分散于某种载液中 (和载液相溶) , 这样才能阻止粒子因范德瓦尔斯力、 磁力、 重力而聚团下沉并很好的分散于载液中。

到目前为止, 用于制备氮化铁磁流体的表面活性剂为聚丁烯基丁二酰亚胺四乙烯五胺, 简称PBSI (Poly Buteny Sunccini Imide) , 由日本 LUBRIZOL公司生产, 商品名为lubrizol-941, 属于非离子型表面活性剂。

PBSI本来是一种润滑油添加剂, 并非氮化铁磁流体专用的表面活性剂, 但用其制备的氮化铁磁流体磁饱和强度较高, 稳定性较好。 由于PBSI产自日本, 购买不便, 且价格昂贵。 根据需求, 参照其结构, 研制出一种全新的表面活性剂, 专门用于氮化铁磁流体的制备。

2 专用表面活性剂的研制 [3,4,5]

参照PBSI的结构, 制备酰胺类表面活性剂, 由四乙烯五胺和油酸在一定温度下脱水制备, 其反应方程式如下:

其中A和B为主反应, C, D, E为副反应。

反应步骤如下: (1) 称取一定配比 (摩尔比) 的四乙烯五胺和油酸, 加入圆底烧瓶。 (2) 称取一定量溶剂 (甲苯) 从冷凝管口注入反应装置。 (3) 升温并记录由水和溶剂组成的混合物馏出点。 (4) 加热反应8～10 h, 直至分水器中下层的水量不再增加。 (5) 拆掉分水器 (记录下层水的体积) , 保持温度在120 ℃以上, 用真空泵抽溶剂1 h。

实验装置如图1所示:

3 结果与讨论

试制的表面活性剂虽然有9种可用于等离子体法制备氮化铁磁流体, 但考虑到应用领域对磁流体性能的要求, 即稳定性要好, 磁饱和强度 (比磁化强度) 要高, 需作进一步的比较、 判断。

3.1 稳定性比较

用粒子浓度变化曲线来表征氮化铁磁流体的稳定性, 如图2所示: 编号4和8与日本PBSI的稳定性比较接近。

3.2 比磁化强度比较

在外加磁场相同情况下, 用编号4和8表面活性剂制备的氮化铁磁流体的比磁化强度与日本PBSI的相当, 如图3所示。

图1 溶剂法实验装置图

Fig.1 Sketch of solvent method device

1.磁搅拌器;2.恒温加热套;3.三口烧瓶;4.分水器;5.冷凝管;6.锥形瓶;7.温度计;8, 9.铁架台

图2 稳定性曲线

Fig.2 Stability curve

图3 比磁化强度曲线

Fig.3 Specific magnetization intensity curve

4 结 论

采用溶剂法用四乙烯五胺和油酸反应配比为1∶4制备的表面活性剂, 应用于氮化铁磁流体的制备, 得到的磁流体稳定性较好, 磁饱和强度也和用日本进口表面活性剂制备的磁流体相当。 为氮化铁磁流体专用表面活性剂的国产化提供了依据。

参考文献

[1] 　LiXuehui, ZouJibin, AnHong, etal.　Researchontheiron ni tridemagneticfluidsafetyvalveforsealing[J].J .Mag.Mag.Mat., 2002, 252 (1-3) :330.

[2] 　许孙曲, 许　菱.　磁流体密封研究的现状与趋势[J].磁性材料及器件, 1998, 29:33.

[3] 　NakataniI , OzawaK , HijikataM , etal.　MethodofManufacturingFine-particleColloidorMagneticFluid[P].Japan:5, 180, 512.1993.

[4] 　 (日) 特开平6132110.

[5] 　45USPatent3405064.