CN1560209A - 瓜尔豆胶磁流变液 - Google Patents

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一种瓜尔豆胶磁流变液，属于环保技术领域。本发明包含的各组分及其重量百分比为：磁性粒子：35－94％，分散介质：5－60％，瓜尔豆胶：0.1－10％，其它添加剂：0－10％，所述的分散介质是非极性、低挥发、水份含量低于1％的有机液体，所述的其它添加剂包括油酸、聚乙二醇、硅烷偶联剂这些表面活性剂中的一种或几种的混合物，以及纳米或微米级无机膨润土、二氧化硅、氧化铝粉体、氧化铝纤维这些无机触变性添加剂中的一种或几种的混合物。本发明解决目前磁流变液因为添加有机低聚物触变剂、表面活性剂等对环境有害的化合物导致的环境相容性不佳的问题，并进一步扩展了瓜尔豆胶资源的应用范围。

Description

瓜尔豆胶磁流变液
技术领域
本发明涉及的是一种用于环保的磁流变液，特别是一种瓜尔豆胶磁流变液。属于化学材料领域。
背景技术
磁流变液一般由分散介质、磁性粒子和添加剂组成。它是一种功能性磁性流体，在磁场作用下该流体的粘度和流变性能会发生明显变化。此流变液的这种功能提供了其在各种阻尼、减振领域的巨大应用潜力。与电流变液相比，磁流变液更容易产生强的屈服效应，但由于磁流变液中的磁性粒子的密度远高于分散介质的密度，因此，在长期静置过程中磁性粒子在分散介质中会出现明显的沉降现象。磁流变液的沉降稳定性是影响其产业化推广的关键因素。
为了解决这个问题，人们采用了多种方法。如采用金属皂类、硬脂酸类活性剂等表面活性剂或悬浮剂对磁性粒子表面进行两亲性处理，但会影响磁流变液的温度稳定性，而且不能解决粒子沉降后的板结问题；采用无机触变剂与油酸、聚乙二醇、硅烷偶联剂、羧酸有机胺盐等多种表面活性剂配合使用；有的采用氢键触变剂、聚合物改性的金属氢化物，或者他们的混合物作为体系的触变添加剂来减少磁性粒子在分散介质中的沉降；另外还有一些产品采用有机含硫或含磷的化合物作为磁流变液的沉降稳定剂。但是综合来看，大部分沉降稳定剂不能同时改善磁流变液的摇溶性能，且所采用的添加剂都是有机合成的化工产品，或有毒性或价格昂贵，而且在磁流变液废弃后会给环境带来危害。
经文献检索发现，江万权等在《物理化学学报》第14卷第5期543-547页上发表“微米级高聚物包埋型金属铁符合粒子的球磨法制备及其磁流变效应”，该文介绍：采用球磨法在粒度为微米尺度的金属铁颗粒表面包覆上聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等高分子，以求获得沉降稳定性良好的磁流变液。该技术与其他技术相比，由于采用的磁性金属微粒或金属氧化物微粒的尺寸不受限制，具有磁响应大，制备方法简单。但研究结果表明需要高分子的用量在30％(重量百分比)以上才能够形成完整的包覆层，过厚的包覆层导致包覆颗粒配成的磁流变液的磁流变效应仍然较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有磁流变液(或称磁流变体)的不足，提供一种瓜尔豆胶磁流变液。在现有技术的基础上，本发明考虑所采用高分子的成膜性能和高分子与被包覆微粒的结合性，以及所采用高分子的结构是否有利于在磁流变液的连续相油液形成网络以减缓粒子沉降的能力，采用瓜尔豆胶粉作为沉降稳定剂和摇溶添加剂，从而获得环境相容性优良、无环境污染、沉降稳定性和摇溶性优良的磁流变液。解决目前磁流变液因为添加有机低聚物触变剂、表面活性剂等对环境有害的化合物导致的环境相容性不佳的问题。
本发明是通过以下方案实现的，本发明包含的各组分及其重量百分比为：磁性粒子：35-94％，分散介质：5-60％，瓜尔豆胶：0.1-10％，其他添加剂：0-10％。
所述的磁性粒子为任何具有磁流变性能的固体颗粒，特别是具有顺磁性、超顺磁性、铁磁性的粒子。本发明优先选用羰基铁粉。粉体的粒度范围在0.1-100μm(优选为1-10μm)。磁性粒子在磁流变液中的优选重量百分含量为45-80％。
所述的分散介质是非极性、低挥发、不含水份的有机液体，如各种硅油、矿物油、液压油、二脂类有机液体等等中的一种或几种的混合物。本发明优先选用硅油。硅油的室温粘度为10-500mPa.S(优选为10mPa.S)。分散介质在磁流变液的中的重量百分比含量优选为15-50％。
所述的瓜尔豆胶粉为白色或者淡黄色粉体，粉体的粒径在0.01-1000μm，优选为5-20μm。添加量优选为0.5-2％重量百分比。
瓜尔豆胶在磁流变液中的存在形式是单独粉体，或者是包覆在磁性粒子表面，所采用的瓜尔豆胶直接由天然瓜尔豆直接物理加工制备得到的粉体，或者是经过化学改性得到的各种瓜尔豆衍生物。
所述的其他添加剂包括油酸、聚乙二醇、硅烷偶联剂等各种表面活性剂中的一种或几种的混合物，以及纳米或微米级无机膨润土、二氧化硅、氧化铝粉体、氧化铝纤维等无机触变性添加剂中的一种或几种的混合物。本发明根据需要可以在体系中加入少量其他添加剂，也可以不加。添加剂的用量优选为0.5-2％重量百分比。
本发明磁流变液的基本制备方法如下：将分散介质、瓜尔豆胶、其他添加剂先机械搅拌混合，然后在保持搅拌状态下向此液态混合物中逐渐加入磁性粒子，充分搅拌分散后转移球磨罐中，加入磨球球磨一定时间，即制备得到磁流变液。
与现有技术相比，本发明体系简单，可以只由磁性粒子、分散介质和瓜尔豆胶组成；采用天然植物胶为添加剂，环境相容性优良；制备工艺简单，可采用一次球磨方法制备得到；综合性能优良，零场粘度0.1-0.5Pa.S，630mT磁场下剪切应力为5-60kPa，沉降率为5-20％，无明显板结。
具体实施方式
结合本发明方法的内容进一步提供以下实施例：
实施例一：
瓜尔豆胶稳定的磁流变液中的各个组分及其重量百分比为：磁性粒子35％，分散介质201型二甲基硅油(粘度10mPa.S)60％，瓜尔豆胶粉0.1％，白碳黑4.9％。将二甲基硅油和瓜尔豆胶机械搅拌混合1小时，然后在保持搅拌状态下向此液态混合物中逐渐加入磁性粒子，加完后继续搅拌2小时后转移球磨罐中，加入直径分别为5mm、15mm、20mm的三种不锈钢球进行球磨处理，球磨时间为12小时，即制备得到磁流变液。该磁流变液的室温零场粘度为0.1Pa.S，630mT磁场下剪切应力为3kPa，静置三个月后沉降率为20％，沉降后易于分离。
实施例二：
瓜尔豆胶稳定的磁流变液中的各个组分及其重量百分比为：磁性粒子94％，分散介质201型二甲基硅油(粘度10mPa.S)5％，瓜尔豆胶粉1％。将二甲基硅油和瓜尔豆胶机械搅拌混合1小时，然后在保持搅拌状态下向此液态混合物中逐渐加入磁性粒子，加完后继续搅拌2小时后转移球磨罐中，加入直径分别为5mm、15mm、20mm的三种不锈钢球进行球磨处理，球磨时间为24小时，即制备得到磁流变液。该磁流变液的室温零场粘度为0.8Pa.S，630mT磁场下剪切应力为80kPa，静置三个月后沉降率为2％，沉降后易于分离。
实施例三：
瓜尔豆胶稳定的磁流变液中的各个组分及其重量百分比为：磁性粒子64.5％，分散介质201型二甲基硅油(粘度10mPa.S)32.5％，瓜尔豆胶粉3.0％。将二甲基硅油和瓜尔豆胶机械搅拌混合1小时，然后在保持搅拌状态下向此液态混合物中逐渐加入磁性粒子，加完后继续搅拌2小时后转移球磨罐中，加入直径分别为5mm、15mm、20mm的三种不锈钢球进行球磨处理，球磨时间为24小时，即制备得到磁流变液。该磁流变液的室温零场粘度为0.18mPa.S，磁场下剪切应力为30kPa，静置三个月后沉降率为12％，沉降后易于分离。
实施例四：
瓜尔豆胶稳定的磁流变液中的各个组分及其重量百分比为：磁性粒子50.0％，分散介质201型二甲基硅油(粘度10mPa.S)35.0％，瓜尔豆胶粉10.0％，白碳黑5.0％。将二甲基硅油和瓜尔豆胶机械搅拌混合1小时，然后在保持搅拌状态下向此液态混合物中逐渐加入磁性粒子，加完后继续搅拌2小时后转移球磨罐中，加入直径分别为5mm、15mm、20mm的三种不锈钢球进行球磨处理，球磨时间为24小时，即制备得到磁流变液。该磁流变液的室温零场粘度为0.25mPa.S，磁场下剪切应力为22kPa，静置三个月后沉降率为8％，并且沉降后易于分离。
实施例五：
瓜尔豆胶稳定的磁流变液中的各个组分及其重量百分比为：磁性粒子60.0％，分散介质201型二甲基硅油(粘度10mPa.S)25.0％，瓜尔豆胶粉5.0％，氧化铝粉体10.0％。将二甲基硅油和瓜尔豆胶机械搅拌混合1小时，然后在保持搅拌状态下向此液态混合物中逐渐加入磁性粒子，加完后继续搅拌2小时后转移球磨罐中，加入直径分别为5mm、15mm、20mm的三种不锈钢球进行球磨处理，球磨时间为24小时，即制备得到磁流变液。该磁流变液的室温零场粘度为0.31mPa.S，磁场下剪切应力为28kPa，静置三个月后沉降率为7％，并且沉降后易于分离。

Claims (7)

1、一种瓜尔豆胶磁流变液，其特征在于，包含的各组分及其重量百分比为：磁性粒子：35-94％，分散介质：5-60％，瓜尔豆胶：0.1-10％，其他添加剂：0-10％，所述的分散介质是非极性、低挥发、水份含量低于1％的有机液体，所述的其他添加剂包括油酸、聚乙二醇、硅烷偶联剂这些表面活性剂中的一种或几种的混合物，以及纳米或微米级无机膨润土、二氧化硅、氧化铝粉体、氧化铝纤维这些无机触变性添加剂中的一种或几种的混合物。
2、根据权利要求1所述的瓜尔豆胶磁流变液，其特征是，所述的磁性粒子为具有顺磁性、超顺磁性、铁磁性的粒子，优先选用羰基铁粉，粉体的粒度范围在0.1-100μm，优选为1-10μm，磁性粒子在磁流变液中的优选重量百分含量为45-80％。
3、根据权利要求1所述的瓜尔豆胶磁流变液，其特征是，所述的瓜尔豆胶粉为白色或者淡黄色粉体，粉体的粒径在0.01-1000μm，优选为5-20μm，添加量优选为0.5-2％重量百分比。
4、根据权利要求1或3所述的瓜尔豆胶磁流变液，其特征是，所述的瓜尔豆胶在磁流变液中的存在形式是单独粉体，或者是包覆在磁性粒子表面。
5、根据权利要求1或3所述的瓜尔豆胶磁流变液，其特征是，所采用的瓜尔豆胶直接由天然瓜尔豆直接物理加工制备得到的粉体，或者是经过化学改性得到的各种瓜尔豆衍生物。
6、根据权利要求1所述的瓜尔豆胶磁流变液，其特征是，所述的分散介质是各种硅油、矿物油、液压油、二脂类有机液体中的一种或几种的混合物，优先选用硅油，硅油的室温粘度为10-500mPa.S，优选为10mPa.S，分散介质在磁流变液的中的重量百分比含量优选为15-50％。
7、根据权利要求1所述的瓜尔豆胶磁流变液，其特征是，所述的其他添加剂用量优选为0.5-2％重量百分比。
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