DD292825A7 - Magnetische fluessigkeiten auf mineraloelbasis -1- - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft magnetische Fluessigkeiten auf Mineraloelbasis mit einer hohen Saettigungsmagnetisierung bei niedrigem Dampfdruck zur Abdichtung von Drehdurchfuehrungen, fuer Magnetfluidlager und zur Daempfung von Schwingspulen. Erfindungsgemaesz bestehen diese Fluessigkeiten aus 1 bis 20 * Fe3O4-Subdomaenenteilchen, 20 bis 30 * einer Tensidkombination aus ungesaettigten und bzw. oder gesaettigten Fettsaeuren einer Kettenlaenge zwischen C10 und C20 und Mono- und bzw. oder Bisuccinimiden im Verhaeltnis 1:0,05 bis 1:1 und 50 bis 79 * Traegerfluessigkeit auf Mineraloelbasis.{magnetische Fluessigkeiten; Mineraloelbasis; Saettigungsmagnetisierung; Dampfdruck; Fe3O4-Subdomaenenteilchen; Tensidkombination; Fettsaeuren; Succinimide; Drehdurchfuehrungen; Magnetfluidlager; Schwingspulen}

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei magnetischen Flüssigkeiten handelt es sich um Dispersionen, bestehend aus magnetischen Subdomänenteilchen, die in einem Trägermedium stabilisiert sind.

Die Subdomänenteilchen bestehen überwiegend aus Magnetit (Fe₃O₄), erhalten entweder durch chemische Fällverfahren oder mittels Mahl- und Dispergierverfahren. Bekannt sind magnetische Flüssigkeiten auf Basis von hochsiedenden Trägerflüssigkeiten, wie Polyether (US-PS 4315827), Olefinölen (US-PS 4430293, US-PS 4604222), Diestern (JP-PS 6058497) oder Polymethylsiloxanen {US-PS 4356098).

Zur Stabilisierung der Fe₃O₄-Subdomänenteilchen werden dem jeweiligen Dispersionsmedium angepaßte Spezialtenside verwendet, die jedoch sehr teuer und teilweise nicht verfügbar sind. Es ist bekannt, daß höhere Fettsäuren allein keine stabilen magnetischen Flüssigkeiten auf Basis von schwer verdampf baren Ölen bilden (US-PS 4701276, DE-OS 3312565). So werden Ca-Sulfonate als Zusätze vorgeschlagen.

Durch den Einsatz hochsiedender Trägerflüssigkeiten resultiert eine hohe Viskosität der magnetiscnen Flüssigkeiten, was wiederum der Sättigungsmagnetisierung Grenzen setzt und außerdem einen höheren Energieaufwand erfordert, um z. B.

Drehdurchführungen zu bewegen. Außerdem verfugen diese magnetischen Flüssigkeiten über einen ungenügenden Dampfdruck.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, kostengünstige magnetische Flüssigkeiten auf Mineralölbasis mit hoher Sättigungsmagnetisierung und niedrigem Dampfdruck unter Einsatz technisch verfügbarer Tenside zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, magnetische Flüssigkeiten mit niedrigem Dampfdruck S 10"⁴Pa bei 20°C und hoher Sättigungsmagnetisierung aus synthetisch gebildeten Fe₃O4-Subdomänenteilchen, di6 in einer Mineralölfraktion dispergiert und mit einem Gemisch aus anionischen und nonionischen grenzflächenaktiven Stoffen stabilisiert sind, zu entwickeln. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine magnetische Flüssigkeit gelöst, die aus 1 bis 20 Vol.-% Fe₃O₄-Subdomänenteilchen auf Mineralölbasis in einem Teilchengrößenbereich zwischen 3 und SOnm, vorzugsweise solche, die durch chemische Fällungsreaktion aus Eisensalzen erhalten werden, 20 bis 30 Vol.-% einer Tensidkombination aus ungesättigten und bzw. oder gesättigten Fettsäuren einer Kettenlänge von C₁₀ bis C₂₀ und Mono- und bzw. oder Bisuccinimid als nonionische Tenside im Verhältnis 1:0,05 bis 1:1 und 50 bis 79 Vol.-% Trägerflüssigkeit auf Mineralölbasis gebildet werden. Dabei wird als Trägerflüssigkeit vorteilhaft eine paraffinbasische Mineralölfraktion einer Viskositätslage von 15 bis 25 mm²/s bei 5O⁰C mit einem Schwefelgehalt von max. 0,15Ma.-%, einem Brechungsindex von kleiner 1,4610 und einem Aromatengehalt von 4 bis 8Ma.-% und einem Dampfdruck von S10"⁴Pa bei 2O⁰C verwendet.

Die erfindungsgemäß zusammengesetzte magnetische Flüssigkeit kann entweder nach Dispergier- oder Kondensationsverfahren mit anschließendem Flush-Prozeß hergestellt werden. Die nach einem der beiden Verfahren hergestellten Fe₃O₄-Subdomänenteilchen werden in ein niedrig siedendes Lösungsmittel, z. B. Oktan, oder in eine Mischung aus einem niedrig- und hochsiedendem Lösungsmittel, z. B. Oktan und dem Mineralöl oder nur in das Mineralöl überführt, wobei die angegebenen Lösungsmittel die Fettsäuren und das nonionische Tensid enthalten. Verfahrenstechnisch ist es im allgemeinen günstiger, zuerst eine magnetische Flüssigkeit auf Basis eines niedrig siedenden Lösungsmittels herzustellen und anschließend das niedrig siedende durch ein hochsiedendes Lösungsmittel auszutauschen.

Die Sättigungspolarisation der magnetischen Flüssigkeiten beträgt erfindungsgemäß maximal 7OmT, vorzugsweise 20 bis 5OmT.

Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, als nonionische Tenside übliche DD-Zusätze auf Succinimidbasis aus der Mineralölindustrie zu verwenden.

Die Absetzneigung der Fe₃O₄-Teilchen im Erdschwere- oder Magnetfeld ist außerordentlich gering. Eine Prüfung des

Absotzverhaltens nach DD 242277 Im Magnetfeldgradienten von 10^eA/m² innerhalb von 8 h ergab eine Abnahme der Sättigungsmagnetisierung von nur 2%.

Ausführungsbelspiele

1. Magnetische Flüssigkeit auf Basis des Vakuumpumpenöls XVT34 (VEB Hydrierwerk Zeitz), stabilisiert mit einem Fettsäuregemisch (Rofacid P110 DHW Rodleben) und dem Additiv S5A (SU-Import).

56g FeSO₄ · 7 H₂O und 115ml 40%ige FeCI₃-Lösung werden unter Zugabe von 200ml Wasser gemischt. Nach Auflösung des Eisensulfates gibt man unter kräftigem Rühren 220 ml konzentriertes Ammoniumhydroxid hinzu und setzt nach Bildung der Fe₃O₄-Teilchen 300ml Wasser hinzu. Man läßt die Fe₃O₄-TeHChBn absetzen und tauscht die Mutterlösung durch 5%ige NH₄OH-Lösung aus. Danach erwärmt man unter Rühren die alkalische Fe₃O₄-Suspension unter Zusatz von 11 mi eines Fettsäuregemisches (Rofacid P 110 - Hersteller DHW Rodleben) auf 85⁰C und hält die Temperatur 40 Minuten konstant. Anschließend überschichtet man die Fe₃O₄-Suspension mit 150ml Oktan, welches 3g eines aschefreien Dispersantadditives auf Basis einer Mischung von Mono- und Bisuccinimiden enthält. Die hydrophobierten Fe₃0₄-Toilchen wandern aus der wäßrigen in die organische Phase über. Die wäßrige Elektrolytlösung wird weitgehend abgetrennt. Danach wird die bereits gebildete magnetische Flüssigkeit auf Basis von Oktan durch 2stündiges Zentrifugieren bei 9000 g von instabilen Fe₃O₄-Teilchen entfernt. Sodann wird die von instabilen Fe₃O₄-Teilchen befreite magnetische Flüssigkeit mit 50 ml eines Mineralölraffinates (XVT 34 - VEB Hydrierwerk Zeitz) vermischt unc! nochmals 15 Minuten bei 75°C erwärmt und anschließend 2 h auf 120°C erwärmt, wobei das Oktan verdampft wird. Dig magnetische Flüssigkeit auf Mineralölbasis hat eine Sättigungspolarisation von 6OmT, die Verdampfungsrate beträgt bei Normaldruck und 14O⁰C 10~^Bg/h cm². Die gebildete Flüssigkeit wurde nach dem in DD-PS 242277 angegebenen Verfahren auf Stabilität gegenüber einer Teilchenabsonderung im Magnetfeldgradienten geprüft. Selbst nach einer Standzeit von 14 Tagen konnte noch keine Änderung der Teilchenkonzentration festgestellt werden.

2. Die wie im Beispiel 1 synthetisch erzeugten Fe₃O₄-Partikel werden 10 Minuten bei 85°C mit 10g Ölsäure hydrophobiert. Danach wird die Suspension mit 100ml Oktan und 65ml Mineralölraffinat, welches 3g einer Mischung aus Mono- und Bisuccinimiden enthält, überschichtet.

Nach Überwechseln der hydrophobierten Teilchen in das Gemisch aus organischen Lösungsmitteln trennt man die wäßrige Phase ab und entfernt die instabilen Fe₃O₄-Teilchen durch Absetzenlassen auf einen Labormagneten. Danach erwärmt man die gebildete magnetische Flüssigkeit noch 30 Minuten bei 7O⁰C und anschließend 2h bei 120°C. Die gebildete magnetische Flüssigkeit hat eine Sättigungspolarisation von 4OmT. Sie ist in einem Magnetfeldgradienten von 5 · 10°A/m² langzeitstabil.

100 cm³ magnetische Flüssigkeit enthalten: 64,5 Vol.-Anteile Vakuumpumpenöl XVT 34

7,5Vol.-Anteile Fe₃O₄-Subdomänenteilchen im Teilchengrößenbereich 5 bis 20 nm 28,0Vol.-Anteile Rofacid P110 und Additiv S5A im Verhältnis 1:0,2

Die magnetische Flüssigkeit hat eine Sättigungspolarisation von 34mT (340 Gauss), eine Viskosität von 8OcP bei 4O⁰C, gemessen am Rotationsviskosimeter Rheotest Il bei Schergradienten > 10s"¹, einem Dampfdruck von 10"⁴Pa bei 2O⁰C.

3. Magnetische Flüssigkeit auf Basis des Vakuumpumpenöls XVT34, stabilisiert mit Rofacid P110 und dem Additiv P601 (SRR-Import).

100 cm³ magnetische Flüssigkeit enthalten:

66,5Vol.-Anteile Vakuumpumpenöl XVT34

13,5 Vol.-Anteile Fe3O₄-Subdomänenteilchen

20,0Vol.-Anteile Rofacid P110 und Additiv P601 im Verhältnis 1:0,14

Die magnetische Flüssigkeit hat eine Sättigungspolarisation von 61 mT (610 Gauss), ihre Verdampfungsrate beträgt 10"⁶g/h cm² bei 14O⁰C.

Claims (1)

1. Magnetische Flüssigkeit, bestehend aus einer paraffinbasischen Mineralölfraktion einer Viskositätslage von 15 bis25mm²/s bei 5O⁰C mit einem Schwefelgehalt von max. 0,15Ma.-% einem Brechungsindex von < 1,4610 und einem Aromatengehalt von 4-8 Ma.-% und einem Dampfdruck von < = 10"⁴Pa bei 20⁰C, 1 bis 20Vol.-% Fe₃O₄-Subdomänenteilchen in einem Teilchengrößenbereich zwischen 3 und 50nm, vorzugsweise solche, die durch chemische Fällungsreaktion aus Eisensalzen erhalten werden, 20 bis 30Vol.-% einer Kombination aus ungesättigten bzw. gesättigten Fettsäuren der Kettenlänge C₁₀ bis C₂o und einem weiteren Dispergator, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Dispergator Mono- oder Dissuccinimid ist und sein Verhältnis zur Fettsäure 0,05:1 bis 1:1 beträgt.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft magnetische Flüssigkeiten auf Mineralölbasis, die bei niedrigem Dampfdruck über eine hohe Sättigungsmagnetisierung verfügen und deshalb in Magnetfluiddichtungen zur hermetischen Abdichtung von Drehdurchführungen, für Magnetfluidlager und zur Dämpfung von Schwingspulen z. B. in Lautsprechern eingesetzt werden können.