一种多孔材料的组合浇铸制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制备多孔材料的组合浇铸方法，尤其涉及一种利用复合粉料获取 浇铸浆料并通过组合式浇铸方法制备多孔材料的方法及其应用。属于材料学、材料加工工 程、环境工程、医药卫生等技术领域。
【背景技术】
[0002] 多孔材料由于其各种形态的多孔结构，在人类生产生活中被广泛研宄与应用。而 对于同一多孔材料而言，在不同的位置具有不同的组分、孔径、孔隙率或孔结构意义重大。 自问世以来，具有多重孔结构或者多重组分的多孔材料在污染物吸附、固液分离、组织工程 以及防火隔热等领域发挥着举足轻重的作用。根据报道，目前，此类多孔材料的制备方法主 要有：（1)中国发明专利"一种连续孔梯度陶瓷管的制备方法"（CN101323528)，将陶瓷粉 末、高分子材料单体、交联剂以及分散剂等加入到蒸馏水中并且混合均匀制得分散好的陶 瓷浆料，接着向混合物中加入引发剂以及催化剂并且混合好。然后将所制得的浆料转移至 离心管中进行离心并且加热，浆料中发生反应而固化，通过干燥脱模，再经过烧结即可得到 连续孔梯度陶瓷管。此种方法必须通过交联法固化浆料，然后靠烧除高分子材料来造孔，而 且通过离心的方法来得到不同的孔隙率，很难在同一材料内的不同位置控制孔径大小以及 材料成分。（2)中国发明专利"仿生梯度多孔陶瓷材料的制备方法"（CN103145438A)，利用 陶瓷粉、水等混合均匀后配成陶瓷浆料，再将配好的陶瓷浆料在低温下冻成固态，接着将冻 好的坯体进行冷冻干燥，最后经过烧结，即可得到孔隙率内大外小的仿生梯度多孔陶瓷材 料。此种制备方法通过冷冻干燥来得到具有梯度的孔隙材料，此过程中由于冰晶生长的方 向性很难控制，因此对孔分布的控制较为困难。另外，此方法很难获得具有不同孔径、材料 组成、孔结构的多孔材料。（3)中国发明专利"一种制备梯度多孔氮化硅陶瓷材料的方法" (CN104311114A)，将氮化硅陶瓷粉体、烧结助剂以及粘结剂和水进行混合，将上述混合物进 行球磨得到陶瓷浆料。将陶瓷浆料在50~90kPa的真空度下进行发泡，在此同时冻结成固 态。将得到的坯体进行冷冻干燥得到多孔梯度材料坯体。最后陶瓷坯体经过排胶、烧结即 可得到一种梯度多孔氮化硅陶瓷材料。这种方法在制备过程中需要经过冷冻来稳定气泡， 冻成固态之后很难通过自由组合得到具有不同孔径、孔结构以及材料成分的多孔材料。（4) 文献"Mechanicalpropertiesandinvitrocellcompatibilityofhydroxyapatite ceramicswithgradedporestructure.Biomaterials. ,23 (2002) 4285 - 4294" 中，报 道了一种多孔羟基磷灰石陶瓷的叠层制造方法，先将不同直径、不同数量的PBM微球混入 陶瓷浆料，配置成含有不同直径小球以及含有不同小球数量的陶瓷浆料。然后通过浇铸的 方法，将不同的浆料依次浇铸，经过干燥，在1250°C~1450°C的温度下烧结，即可得到不同 层具有不同气孔率以及孔径的羟基磷灰石多孔陶瓷。此方法中材料的孔隙必须通过烧除微 球的来造孔，因此需要高温处理，不利于在较低温度下原位成型。（5)文献"孔梯度泡沫陶 瓷的制备"（武汉化工学院学报，1004-4736( 2002 )-04-0031-03)中报道了一种氧化铝 多孔陶瓷的叠层制造方法，先将粘土、氧化铝以及滑石与水配成陶瓷浆料，再选择不同孔径 的前驱体，通过浸渍的方法让其挂浆，然后将经过浸渍的不同孔径的前驱体叠放好，经过干 燥，在1270°C下烧结得到叠层式的多孔陶瓷。本方法通过海绵挂浆法制备多孔材料，需要烧 除海绵前驱体；此外，挂浆法制备的多孔材料孔壁内部存在空洞，强度较低。（6)中国发明 专利"具有多孔叠层结构和通道的人工骨及其制备方法"（CN101766843A)，将不同含量的 羟基磷灰石粉末、磷酸三钙粉末混合制得复合粉末，然后一方面将粉末、水、海藻酸钠混合 球磨制得密实层浆料；另一方面将粉末、水、发泡剂、海藻酸钠混合球磨得到多孔层浆料，再 将密实层浆料与多孔层浆料交替叠层并在叠层间钻取通道。最后经过干燥，并在1050°C~ 1350°C下烧结得到叠层多孔材料。此方法通过叠层浇铸得到多孔层和密实层交替的材料， 多孔层与密实层间需要通过钻孔来得到通道。另外，其孔隙变化只能沿一个方向内进行，无 法实现同一材料内任意位置具有特定的材料成分、孔隙率、孔径以及孔结构。
【发明内容】
[0003] 现有技术存在着在同一多孔材料的任意位置难以实现特定的材料成分、孔隙率、 孔径以及孔结构的不足，本发明针对这一问题，提供一种可依据多孔材料的性能和结构，包 括孔隙率、孔径、孔结构以及材料成分等，控制的多孔材料及其组合浇铸方法。
[0004] 实现本发明目的的技术方案是：一种多孔材料的组合浇铸制备方法，包括以下步 骤： 1、 以粉末材料和糊化淀粉为原料，将粉末材料与糊化淀粉混合，再加入质量分数为 1~10%的表面活性剂，搅拌形成均匀混合物；将得到的混合物在35~80°C的温度下烘干 后研磨，得到复合粉料；依据所需产品的多孔材料性能及组合结构要求，如孔隙率、孔径、孔 结构以及材料成分，选择粉末材料的种类、粉末材料与糊化淀粉的质量比，分别制备得到一 组不同种类的复合粉料；所述的粉末材料的种类包括无机非金属材料的粉体、金属材料的 粉体、高分子材料的粉体中的一种，或它们的任意组合；粉末材料与糊化淀粉的质量比在 I:0. 1~3的范围之间选择；将得到的混合物在35~80°C的温度下烘干后研磨，对应得到 一组复合粉料； 2、 分别将溶剂与得到的各复合粉料均匀混合，按复合粉料与溶剂的质量比在I:0. 1~ 1的范围之间选择，得到一组复合粉料的悬浮液，所述的溶剂为水、标准液体培养基或酸 碱指示剂的水溶液中的一种；当所述溶剂为水或酸碱指示剂的水溶液时，将制得的悬浮 液分别加热到沸腾后停止加热，当所述溶剂为标准液体培养基时，将制得的悬浮液加热到 37. 5°C后停止加热；加热结束后，立即向各悬浮液鼓气或从悬浮液底部充气，直到气泡在悬 浮液中稳定存在，得到粘度范围在1~IOOPa*s之间、气泡体积密度在30%~98%、平均气 泡尺寸在50ym~800ym的一组浇铸液； 3、 按所需产品的结构要求，依次将步骤（2)得到的各浇铸液浇铸到模具中或待浇铸成 形载体的表面，每次浇铸所形成的浇铸层厚度控制在Imm~IOcm之间，将得到的组合浇铸 在10~70°C温度下静置6~24小时，形成形状稳定的多孔材料组合湿坯，再经成形处理， 得到一种组合多孔材料。
[0005] 本发明步骤3成形处理的具体方案包括对多孔材料组合湿坯采用烘干、脱水干 燥、冷冻干燥、煅烧或烧结工艺中的一种，或任意组合。
[0006] 本发明所述的无机非金属材料包括氧化铝、氧化锆、氧化镁、氮化铝、氮化硅、磷酸 钙、碳酸钙、硫酸钡、硅藻土、碳粉、石墨烯、二氧化硅中的一种，或它们的任意组合。所述的 金属材料包括铝、铁、镍、钽、钛的一种或，它们的任意组合。所述的高分子材料包括聚甲基 丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚苯乙烯、有机玻璃中的一种，或它们的任意组合。所述的表面活性剂 包括十二烷基硫酸钠、节索氯按、TritonX、Tween80、牛血清、白蛋白中的一种，或它们的 任意组合。
[0007] 本发明步骤1中所述的表面活性剂若采用牛血清或白蛋白或它们的任意组 合；步骤2中所述的溶剂若为含有组织细胞的标准液体培养基MEM+10%FBS+1%P/S或 DMEM+10%FBS+1%P/S，便可得到一种原位载有细胞的组织工程多孔材料；组织细胞可以为成 骨细胞或者成纤维细胞。
[0008] 步骤2中所述的酸碱指示剂的水溶液采用酚酞溶液、溴百里酚蓝溶液、甲基红溶 液、甲基橙溶液中的一种，便可制备得到一种气体酸碱度检测器件。
[0009] 本发明的原理是：将糊化淀粉与各类粉末以及表面活性剂混合制得复合粉料，再 根据复合粉料制备浆料，利用浆料在充满气泡后在一定温度区间具有较好的流动性的特 点，通过组合浇铸的方法得到组合式浆料，在低温成型的同时可以控制多孔材料各个位置 的孔隙率、孔径、孔结构以及材料成分。根据需要，采用脱水干燥、冷冻干燥、烘干、烧结或煅 烧的方法得到多孔材料。
[0010] 与现有的多孔材料制备方法相比，本发明具有以下优点： (1)孔隙率、孔径、孔结构以及材料成分可控。可用于污染物吸附、催化剂载体、防火隔 热、药物缓释、组织工程等领域。
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