一种调控多孔材料孔结构的方法与流程

本发明属于材料制备技术领域，尤其属于多孔材料制备技术领域，涉及一种适用于包括分离、过滤、催化、屏蔽等的多孔材料制品的结构优化方法。

背景技术：

多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积大等优点，被广泛应用于分离、过滤、催化、电化学过程、消音、吸震、屏蔽、热交换、植入等应用领域，涉及航空航天、原子能、电化学、石油化工、冶金、机械、医药、环保建筑等多个行业。与相应的本体材料相比，多孔材料的关键在于其内部的孔和孔道，并以孔隙率、孔径、孔壁厚度等反映孔结构。孔结构的好坏决定了材料在传质、传热、力学强度、稳定性等多个方面的性能。为了使多孔材料发挥最佳的作用，需要对材料的孔结构进行优化、调整。本发明以优化材料孔结构为出发点，提供一种简单、可控和适用范围广的孔结构调控方案，以实现多孔材料性能最大化的目的。

技术实现要素：

针本发明目的在于提供一种简单、可控的孔结构调控方法。

本发明提供的一种调控优化多孔材料孔结构的方法，采用聚合物微球作为结构调节剂，经过聚合物热分解，调控材料的孔结构。首先，配制材料浆料：按一定比例加入聚合物微球、材料颗粒、粘结剂和水，通过球磨将各组分充分混合，得到均匀浆料。再将浆料按一定涂覆量涂覆到基体材料上，经干燥、煅烧后即可获得特定孔结构的多孔材料。

所述的材料浆料包含聚合物微球、材料颗粒、粘结剂和水，固含量为10~60%。

所述的聚合物微球为聚苯乙烯或聚（甲基）丙烯酸酯类聚合物，直径为20nm~20μm，用量不超过材料颗粒与粘结剂总质量的70%。

所述的材料颗粒包括金属、金属氧化物、无机盐中的一种或多种，至少一个维度上的尺寸为20nm~20μm。

所述的粘结剂用量为材料颗粒质量的0.1~10%。

所述的基体材料为陶瓷或者金属基体。

所述的涂覆量为材料经煅烧后，涂覆在基体上的材料质量可达到10~400g/l。

本发明提供一种简单的方法，能够有效地控制孔隙率、孔径大小、贯穿性，实现材料孔结构优化，充分发挥多孔材料的功能。

附图说明

图1为实施例1所构筑的多孔材料的孔结构。

图2为实施例2所构筑的多孔材料的孔结构。

图3为实施例4所构筑的多孔材料的孔结构。

图4为实施例5所构筑的多孔材料的孔结构。

具体实施方法

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1：

(1)将蜂窝状陶瓷堇青石置于去离子水中浸泡24h，清洗后经120ºc干燥除去水分，备用。

(2)将粘结剂加入水中，再加入金属氧化物颗粒，用球磨机将各组分原料混合均匀，得到金属氧化物浆料。所述粘接剂为金属氧化物颗粒质量分数的3%，所述水的用量应使浆料固含量在30%以上。

(3)将步骤(2)中所获得的金属氧化物浆料涂覆在与(1)中所获得的蜂窝状堇青石中，并使浆料的涂覆量达到160g/l。

(4)将步骤(3)所得涂覆有金属氧化物浆料的蜂窝状堇青石置于烘箱中于120ºc干燥3h，再置于马弗炉中于550ºc焙烧3h，得到多孔材料。

涂层结构见图1，没有添加聚合物微球调节剂的多孔材料结构较为致密，孔数目少。

实施例2：

在实施例1的基础上，向金属氧化物浆料中添加平均粒径为5um的聚苯乙烯微球，微球添加量为金属氧化物颗粒用量的10%。

该实施例所构筑的多孔材料结构见图2。加入聚合物微球调节剂后，形成了明显的大孔结构，而且在大孔结构内壁产生了不等的较小贯穿孔道。

实施例3：

在实施例1的基础上，向金属氧化物浆料中添加平均粒径为60nm的聚甲基丙烯酸甲酯微球，微球添加量为金属氧化物颗粒用量的5%。

实施例4：

在实施例1的基础上，向金属氧化物浆料中添加平均粒径为1um的聚苯乙烯微球，微球添加量为金属氧化物颗粒用量的30%。

该实施例所构筑的多孔材料结构见图3。加入大量聚合物微球调节剂后，材料出现大量孔洞。与未添加微球调节剂的多孔材料(见图1)相比，孔隙率明显增加，结构更加松散。

实施例5：

在实施例1的基础上，向金属氧化物浆料中添加平均粒径为170nm的聚苯乙烯微球，微球添加量为金属氧化物颗粒用量的20%。

该实施例所构筑的多孔材料结构见图4。加入粒径极小的聚合物微球调节剂后，材料出现大量较小孔洞。与未添加微球调节剂的多孔材料(见图1)相比，结构较为松散。

技术特征：

技术总结
本发明所述调控多孔材料孔结构的方法，以聚合物微球为结构调节剂，将直径在20nm~20μm范围内的聚合物微球按不超过材料（金属、金属氧化物、无机盐中的一种或多种）颗粒用量的70%添加到材料浆料中，并涂覆到陶瓷或金属基体上，通过高温煅烧除去聚合物微球，获得孔结构得到优化的多孔材料。经该方法调控孔结构后，有利于提升材料的传质、传热、阻隔等方面性能，充分发挥多孔材料功能，适用于包括分离、过滤、催化、屏蔽、电化学过程等领域多孔材料制品的结构优化。

技术研发人员：黄云;淡宜;江龙;李霞
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2018.07.27
技术公布日：2018.12.18