[发明专利]一种开口孔微孔陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微孔陶瓷的制备方法，特别涉及一种具有开口孔的微孔陶瓷的构成方法，属于陶瓷制备技术领域。

背景技术

微孔陶瓷是指在陶瓷内部或表面含有大量开口或闭口微小孔隙的陶瓷体，其孔径一般为微米级或亚微米级。它们可由大多数陶瓷粉末组成，例如氧化铝、氧化锆、磷酸钙等。微孔陶瓷的性能和应用跟孔隙的结构、直径以及是否孔开口直接相关。对于闭口孔而言，其的应用受到了限制。相反，开口孔的微孔陶瓷则广泛应用于各种液体和气体的过滤，固定生物酶载体，以及生物适应性载体，尤其是在环境工程上得到了大量的应用，如工业用水、生活用水的处理、污水的净化等方面。在这些应用中，开口孔的微孔陶瓷的应用又跟孔隙直径直接相关。例如，在作为细胞适应性载体中，孔隙直径在3-10微米能很好的装载并固定细胞，过小的孔隙无法装载细胞进入孔隙，而过大的孔隙容易让细胞迁移到孔隙外。又比如，作为装载并固定生物酶的载体，过大的孔隙容易让固定在孔隙内部的酶流失，从而不能很好的固定生物酶。因此，孔直径在10微米以下的开口孔微孔陶瓷在生物相关领域具有广泛的应用价值。此外，在实际应用中，微孔陶瓷还要求具有良好的力学强度。因此，发展能制备出既具有高的力学强度，同时又具有10微米以下的均匀且开口的孔隙的微孔陶瓷的技术具有重要意义。

目前已有一些制备微孔陶瓷的方法。但是这些方法都存在缺陷。例如使用发泡法（中国专利号200410096287.9，200510021620.4，200610020320.9）和致孔剂模板法（中国专利号200710016725.X，03135581.1，201110458811.2，201610063506.6）制备的微孔陶瓷的孔隙大都是闭口孔，而且孔隙的直径大（在100-1000微米之间）。这些孔隙的特点限制了它们的可应用性。而且使用发泡法制备的陶瓷力学强度低。

使用有机致孔剂（中国专利号201510850673.0）制备的微孔陶瓷的孔隙是闭口孔，而且由此制备出的多孔陶瓷的力学强度差，且不能规模化生产。

使用冷冻干燥法（中国专利号200510120569.2）制备的孔隙是闭口孔结构，且孔隙结构不易控制。另外，使用该方法需要对陶瓷坯体进行低温冷冻干燥过程，这就需要耗费大量能源和产生高的制造成本。

使用有机泡沫浸渍法（中国专利号200510043159.2，200610013334.8）制备的孔隙虽然是开口孔，但是由该方法制备的陶瓷力学强度极低，而且孔隙都大于100微米以上。这就限制了其作为工程陶瓷的使用。

使用陶瓷颗粒之间构建的孔隙并使用低温烧结自然成孔法（中国专利号201110154051.6）制备的陶瓷虽然具有良好的开口孔，而且孔隙在0.1-2微米之间。但是低温烧结导致陶瓷的成瓷差，结果导致陶瓷的力学强度极低，而且使用过程中容易导致陶瓷颗粒脱落。

使用多孔层交替叠层成型法（中国专利号201019114034.2）制备的陶瓷的孔隙大且孔隙少，而且使用该方法产率低，不适合规模化生产。

因此，现存技术还没有能满足既具有高的力学强度，同时又具有10微米以下的均匀且开口孔的微孔陶瓷的制备技术。

发明内容

为了获得具有高的力学强度和10微米以下的均匀且开口的孔隙的微孔陶瓷，本发明提出了采用下面连续步骤制备微孔陶瓷的方法：

A) 陶瓷浆料制备：在水体系下，配制包含聚丙烯酸钠、粘结剂、不饱和烯单体、N,N-亚甲基-双丙烯酰胺、过硫酸铵和陶瓷粉末的陶瓷浆料T；

B) 陶瓷坯体制备：把四甲基乙二胺与陶瓷浆料T混合并预成型体，形成的型体置于温度为30-80℃，湿度为70-100%的环境下稳定10-48小时获得陶瓷坯体；

C) 陶瓷坯体除水工艺：获得的陶瓷坯体在水中浸泡12-96小时，然后在25-60℃无水乙醇中浸泡24-96小时，然后阴干；

D) 高温烧结工艺：阴干的陶瓷坯体进行高温烧结除去有机成分，获得微孔陶瓷。

在步骤A)中，所述的陶瓷浆料T，以重量百分比计，水含量为20%-60%；

所述的陶瓷浆料T，以重量百分比计，聚丙烯酸钠、粘结剂、不饱和烯单体与陶瓷粉末的比值分别为1%-5%、0.5%-10%和12%-50%；

所述的陶瓷浆料T，以重量百分比计，N,N-亚甲基-双丙烯酰胺、过硫酸铵与不饱和烯单体的比值分别为1%-10%和0.5%-4%；

所述的粘结剂是羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、或它们的混合组成的组合物；

所述的陶瓷粉末是氧化铝、氧化锆或羟基磷灰石；