Коллоидтық химия тұрғысынан магниттік сұйықтық

Кіріспе

Коллоидтық химия тұрғысынан магниттік сұйықтық (МЖ) дисперстік ортада магниттік материалдың тұрақтандырылған бөлшектерінің лиофилизациясының жоғары дәрежесі бар лиофобты типті тұрақты жоғары дисперсті гетерогенді жүйе болып табылады. Сұйық ферромагнетиканың қасиеттеріне ие бола отырып, ол көптеген ғылыми-техникалық және медициналық-биологиялық міндеттерді жаңаша шешуге мүмкіндік береді [1-238].

Магнитті сұйықтықтар ағымдылықтың бірегей үйлесіміне ие және магнит өрісімен өзара іс-қимыл жасау қабілетіне ие. Олардың қасиеттері оған кіретін компоненттердің (қатты магнитті фазаның, дисперсиялық ортаның және тұрақтандырғыштың) сипаттамаларының жиынтығымен анықталады, оларды қолдану шарттарына байланысты МЖ физика-химиялық параметрлерін айтарлықтай кең шектерде өзгертуге болады.

Осы сипаттамалардың көпшілігінің тізімі бірқатар жұмыстарда келтірілген [26 – 178], алайда МЖ мақсаты бойынша қолдану шарттарын анықтайтын негізгі коллоидты-химиялық қасиеттер-бұл коллоидты жүйенің магнитті фазаның жоғары дисперсиялығымен үйлескен агрегативті тұрақтылығы.

Көптеген магниттік сұйықтықтар магнетиттің жоғары дисперсті магниттік фазасы ретінде болуына байланысты көлемде қатты қара түсті. Бірақ магнитті жоғары дисперсті фаза басқа текті бөлшектермен (гамма-темір оксиді, марганец ферриттері, кобальт, мырыш және никель ферриттері) ұсынылуы мүмкін магниттік сұйықтықтар белгілі); бұл жағдайда МЖ қара-қоңырдан қызғылт сары-сары түске дейін бояуы болуы мүмкін, ал олардың синтезінің кейбір ерекше шарттарын сақтаған жағдайда, түстердің және реңктердің кең спектрлі жоғары дисперсті магниттік жүйелері алуға болады. Кейбір арнайы бояғыштарды магнитті коллоидты жүйелерге қосу МЖ бояуын өзгертуге мүмкіндік береді, бұл магнитті бояулар мен сиялар жасау кезінде баспа өнеркәсібінде кеңінен қолданылады [43-47].

Ғылым мен техниканың әр түрлі салаларында магниттік сұйықтықтарды қолдану олардың физикалық-химиялық сипаттамаларына қойылатын талаптардың алуан түрлілігін, оларды пайдаланудың нақты шарттарын ескере отырып алдын ала анықтайды.  Көп жағдайда МЖ қасиеттерінің қатары қолдану саласына қарамастан оның жұмысының тиімділігін анықтайды. Олардың арасында гравитациялық күштер мен магниттік өрістердің әсеріне төзімділігі мен қанығудың магниттілігі деп атауға болады – олар жоғары болған сайын, әдетте магнитті сұйықтықты құрылғылардың жоғары шығыс көрсеткіштеріне жетеді. МЖ басқа қасиеттері туралы айтуға болмайды, өйткені олар қолдану шарттарына байланысты сараланған. МЖ мұндай сипаттамаларына тұтқырлықты, буланушылықты, уыттылықты, ыстыққа төзімділікті және жұмыс орталарына химиялық тұрақтылық бойынша арнайы талаптарды жатқызуға болады. Мысалы, жылдамдық тығыздағыштарында және подшипникті тораптарда пайдаланған кезде МЖ жоғары термотөзімділігімен үйлескенде төмен тұтқырлығы және булануы болуы тиіс; магнитті сия ретінде пайдаланған кезде – керісінше, жоғары булануы тиіс. Биологияда және медицинада МЖ пайдалану кезінде тірі жасушалармен және ағза тіндерімен байланыста уыттылығы мен тұрақтылығы болуы тиіс екенін ескеру қажет.

МАГНИТТІК СҰЙЫҚТЫҚТАРДЫ АЛУ ТӘСІЛДЕРІ

Магнитті сұйықтықты алу процесі екі негізгі кезеңнен тұрады: коллоидтық өлшемдердің магниттік бөлшектерін алу және оларды сұйық негізде тұрақтандыру. Бұл үдерістің негізгі ерекшелігі екі сатының уақытпен біріктірілген: тартылу күштерінің әсерінен бөлшектердің жабысуын болдырмау үшін, магнитті бөлшектердің бетінде адсорбциялық қабаттардың пайда болуы соңғылардың пайда болу сәтінде болуы тиіс. Шағын бөлшектерді ірі ұсақтап немесе ерітіндінің молекулаларынан өсіріп алуға болады.

ДИСПЕРГИРЛЕУ ӘДІСІ

Қатты бөлшектерді ұсақтаудың барлық түрлі тәсілдерінен тек біреуі – механикалық – магниттік сұйықтықтарды алу үшін тиімді болды. Алғашқы магниттік сұйықтықтар С. Пейпелмен 1965 жылы шарлы диірмендерде магнетит бөлшектерінің механикалық ұсақталуы нәтижесінде алынған. Магнетит ұнтағы сұйық негізбен (керосинмен) және беттік белсенді затпен (олеин қышқылымен) араласады, оның құрамы негіз көлемінің 10-20% құрады. Магнетит пен беттік-белсенді зат арасындағы мұндай арақатынас әрбір бөлікте мономолекулярлық қорғаныс қабатын алу үшін қолайлы жағдай жасады, оның орташа мөлшері соңғы өнімде 10 нм-ге жуық болды. Центрифугалау процесінде үлкен бөлшектер сұйықтықтан алынып, тиеу сыйымдылығына қайтадан берілді. Р. Кайзер [2 – 3] сипатталған процесті жетілдіріп, суда, органикалық негіздерде (оның ішінде хош иісті көмірсутектерде) және эфирлерде магнитті сұйықтықтарды алды. Одан әрі концентрацияланған коллоидты ерітінділерді алудың физика-химиялық жағдайларын жүйелі зерттеу және оңтайландыру нәтижесінде қанығу магниттілігі шамамен ретке (8 кА/м-ден 80 кА/м-ге дейін) ұлғайтылды.  Қарапайымдылықтың арқасында бұл әдіс кең таралған.