[发明专利]用于增材制造无机过滤器支撑件的方法以及所得到的膜

说明书

本发明涉及一种制造至少一个多孔整体无机支撑件(1)的方法，该多孔整体无机支撑件的孔隙率在10％至60％之间且其平均孔径的范围为0.5μm至50μm，该方法使用3D打印机类型的机器(I)，该3D打印机类型的机器设计为跟随数字3D模型而构建可操纵式三维绿色结构(2)，该可操纵式三维绿色结构设计为在烧结之后形成一个或多个多孔单件式无机支撑件(1)。

技术领域

本发明涉及一种制造整体式(monolithic，单片式)无机多孔支撑件的方法，该整体式无机多孔支撑件特别地可以用于滤膜(filtration membrane，过滤膜)，尤其是切向滤膜。更具体地，多孔支撑件通过添加材料进行的技术来制备。

背景技术

滤膜构成选择性屏障，并且在转移力的作用下允许待处理的介质的某些成分通过或停止。这些成分的通过或停止可以由其尺寸相对于膜的孔的尺寸造成，进而使膜表现得像是一过滤器。根据孔的尺寸，这些技术被称为微滤(microfitration)、超滤(ultrafiltration)或纳滤(nanofiltration)。

膜由多孔支撑件组成，一个或多个分离层沉积在该多孔支撑件上。通常，首先通过挤压(extrusion，挤出)制造支撑件。然后对支撑件进行烧结以便获得所需的坚固性，同时保持开放且互连的多孔纹理(texture)。该方法需要获得直线(rectilinear)通道，而后一个或多个分离层在这些直线通道内沉积并烧结。因此，这样制成的膜经受至少两次烧结操作。在糊料(paste)制备过程中添加的有机粘合剂在其挤压之前会在支撑件的烧结过程中完全燃烧掉。

申请人已在申请FR 3 006 606中描述了一种滤膜的制备，该滤膜的多孔支撑件通过添加技术(additive technique，增材技术)制成，通过重复沉积连续的粉末床，随后根据预定图案进行局部固结。该技术允许制备具有机械抗性的(mechanically resistant)且适用于切向过滤的滤膜。然而，该技术的缺点在于，需要调节粉末的流动性，以使其在粉末床的沉积过程中能够完美(perfect，顺滑的)流动。此外，该技术需要去除未固结的粉末，也可能将其回收利用，这可能是棘手的、耗时的且昂贵的，特别是当所述未固结的粉末存在于多孔支撑件的非直线通道中时。

发明内容

在本发明的框架内，提出了一种用于制备多孔支撑件的新方法，该方法没有现有技术的缺点，特别是该方法快速、易于实施，其能够获得具有机械抗性的多孔支撑件，该多孔支撑件的形状、特别是非直线通道的形状容易改变。为此，该方法使用3D打印技术，能够获得可操纵式(manipulable)三维原始结构(raw structure，裸结构)，随后进行烧结步骤。所获得的多孔支撑件是匀质的、具有机械抗性的，并且孔隙率适用于过滤，即孔隙率在10％到60％之间并且是开放且互连的，平均孔径的范围为0.5μm至50μm。

根据本发明的方法还具有能够制备大尺寸整体式多孔支撑件(即高度大于1m)的优点，特别是大于使用沉积连续的粉末床随后用当前市场上的机器实现局部固结的添加技术进行制备的可能性，并且特别地在申请FR 3 006606中进行了描述。

此外，根据本发明的方法能够在不需要使用支撑装置的情况下制备具有倾角(tilts，倾斜)的支撑件。

在本文中，本发明涉及一种制造至少一个整体式无机多孔支撑件的方法，该整体式无机多孔支撑件的孔隙率在10％至60％之间，且其平均孔径的范围为在0.5μm至50μm，该方法使用包括至少一个挤压头的3D打印机，所述至少一个挤压头可移动地安装在相对于固定水平板位于其上方的空间中，该3D打印机允许无机成分的条(string，带)沉积，以根据3D数字模型构建可操纵式三维原始结构，该三维原始结构旨在形成一个或多个整体式无机多孔支撑件，所述方法由以下步骤组成：

-具有无机成分，该无机成分包含颗粒形式的粉末状固体无机相(phase)和基质，颗粒的平均直径在0.1μm至150μm之间；

-为3D打印机的挤压头供应无机成分，并导致无机成分的挤压以形成条；