一種多孔薄膜及多孔薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多孔薄膜及多孔薄膜的制備，尤其涉及多孔無(wú)機(jī)薄膜，特別是多孔金屬薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]燒結(jié)無(wú)機(jī)多孔材料如燒結(jié)金屬多孔材料、燒結(jié)陶瓷多孔材料的主要用作過(guò)濾材料。在具體應(yīng)用中，需將其制成一定形狀和構(gòu)造的過(guò)濾元件，然后將過(guò)濾元件安裝到過(guò)濾裝置中?，F(xiàn)有的燒結(jié)無(wú)機(jī)多孔材料過(guò)濾元件基本上都為剛性的管型或板型結(jié)構(gòu)。它們的制備原理類似，即大致上為:先通過(guò)專門的成型模具將原料粉壓制成管型或板型的壓坯(一般采用等靜壓成型技術(shù))，然后再對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后得到產(chǎn)品。
[0003]上述管型或板型的過(guò)濾元件由于受其形狀、構(gòu)造以及附帶而來(lái)的對(duì)過(guò)濾裝置及系統(tǒng)的相應(yīng)要求的影響，使用范圍受限。由于燒結(jié)無(wú)機(jī)多孔材料過(guò)濾元件在化學(xué)侵蝕的抵抗性、材料不可逆污染抵抗性等方面上相比目前的過(guò)濾元件(例如有機(jī)過(guò)濾膜)具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因此，開發(fā)出在多個(gè)領(lǐng)域中能夠相應(yīng)替代原有過(guò)濾元件的新型燒結(jié)無(wú)機(jī)多孔材料過(guò)濾元件尤其是燒結(jié)金屬多孔材料過(guò)濾元件很有意義。
[0004]在上述背景基礎(chǔ)上，申請(qǐng)人先后提交了申請(qǐng)?zhí)枮?014106089803、名稱為“柔性多孔金屬箔及其制備方法”，申請(qǐng)?zhí)枮?015101531163、名稱為“柔性多孔金屬箔及柔性多孔金屬箔的制備方法”以及申請(qǐng)?zhí)枮?01510153106X、名稱為“多孔金屬箔的制備方法”等多項(xiàng)專利申請(qǐng)，為開發(fā)具有燒結(jié)無(wú)機(jī)多孔材料優(yōu)良特性的無(wú)支撐多孔薄膜(“無(wú)支撐”的含義是指多孔薄膜本身具有自支撐性，不必附著在支撐骨架上就可使用)提供了解決途徑。
[0005]然而，申請(qǐng)人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn):無(wú)論采取目前的何種工藝來(lái)制備上述的無(wú)支撐多孔薄膜，多孔薄膜的孔隙率與材料的可成型性以及成型后多孔薄膜的強(qiáng)度往往相互矛盾。為了追求更好的過(guò)濾性能要求提高多孔薄膜的孔隙率，但提高多孔薄膜的孔隙率相應(yīng)的就會(huì)降低多孔薄膜的可成型性(主要體現(xiàn)在制備過(guò)程中材料開裂和變形等情況，產(chǎn)品不良率提升)以及多孔薄膜產(chǎn)品的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述情況，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于:提供幾種易達(dá)到較高孔隙率、又能夠保證制備時(shí)的可成型性、制備工藝簡(jiǎn)單實(shí)用的多孔薄膜以及多孔薄膜的制備方法。
[0007]本發(fā)明的第一種多孔薄膜，厚度為5?200 μ m、平均孔徑為0.05?100 μ m，孔隙率為25?75%，其制備方法的步驟包括:(1)獲取支撐膜，所述支撐膜具有多孔狀的第一材料，所述第一材料上形成有一次孔隙；(2)制取漿體，所述漿體中含有粉末狀的第二材料；
(3)將所述漿體涂覆在支撐膜上然后制成坯體；(4)對(duì)所述坯體進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)第一材料與第二材料之間反應(yīng)生成多孔狀的第三材料并同時(shí)產(chǎn)生與一次孔隙連通的二次孔隙；(5)燒結(jié)后冷卻得到多孔薄膜。當(dāng)步驟(5)得到的多孔薄膜中還含有未與第二材料反應(yīng)的第一材料時(shí)，所述制備方法還可進(jìn)一步包括步驟(6)，即用蝕刻溶液對(duì)多孔薄膜進(jìn)行浸泡從而在多孔薄膜上選擇性將第一材料溶解后形成三次孔隙，然后對(duì)多孔薄膜進(jìn)行干燥得到成品。
[0008]本發(fā)明的第二種多孔薄膜，厚度為5?200 μ m、平均孔徑為0.05?100 μ m，孔隙率為25?75%，其制備方法的步驟包括:(1)獲取支撐膜，所述支撐膜具有多孔狀的第一材料，第一材料上形成有一次孔隙；(2)制取漿體，所述漿體中含有粉末狀的第二材料；(3)將所述漿體涂覆在支撐膜上然后制成坯體；(4)對(duì)所述坯體進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)第二材料自身反應(yīng)生成多孔狀第三材料進(jìn)而產(chǎn)生與一次孔隙連通的二次孔隙；(5)燒結(jié)后冷卻得到多孔薄膜。所述制備方法還可進(jìn)一步包括步驟(6)，即用蝕刻溶液對(duì)多孔薄膜進(jìn)行浸泡從而在多孔薄膜上選擇性對(duì)留下的第一材料溶解后形成三次孔隙，然后對(duì)多孔薄膜進(jìn)行干燥得到成品O
[0009]本發(fā)明的第三種多孔薄膜，厚度為200?1500 μ m、平均孔徑為0.05?100 μ m，孔隙率為25?75%，其制備方法的步驟包括:(I)獲取支撐膜，所述支撐膜具有多孔狀的第一材料，所述第一材料上形成有一次孔隙；(2)制取漿體，所述漿體中含有粉末狀的第二材料；(3)將所述漿體涂覆在支撐膜上然后制成坯體；(4)對(duì)所述坯體進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)第一材料與第二材料之間反應(yīng)生成多孔狀的第三材料并進(jìn)而產(chǎn)生與一次孔隙連通的二次孔隙；
(5)燒結(jié)后冷卻得到多孔薄膜。當(dāng)步驟(5)得到的多孔薄膜中還含有未與第二材料反應(yīng)的第一材料時(shí)，所述制備方法還可進(jìn)一步包括步驟(6)，即用蝕刻溶液對(duì)多孔薄膜進(jìn)行浸泡從而在多孔薄膜上選擇性將第一材料溶解后形成三次孔隙，然后對(duì)多孔薄膜進(jìn)行干燥得到成品O
[0010]本發(fā)明的第四種多孔薄膜，厚度為200?1500 μ m、平均孔徑為0.05?100 μ m，孔隙率為25?75%，其制備方法的步驟包括:(I)獲取支撐膜，所述支撐膜具有多孔狀的第一材料，第一材料上形成有一次孔隙；(2)制取漿體，所述漿體中含有粉末狀的第二材料；(3)將所述漿體涂覆在支撐膜上然后制成坯體；(4)對(duì)坯體進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)第二材料自身反應(yīng)生成多孔狀第三材料進(jìn)而產(chǎn)生與一次孔隙連通的二次孔隙；(5)燒結(jié)后冷卻得到多孔薄膜。所述制備方法還可進(jìn)一步包括步驟￠)，即用蝕刻溶液對(duì)多孔薄膜進(jìn)行浸泡從而在多孔薄膜上選擇性對(duì)留下的第一材料溶解后形成三次孔隙，然后對(duì)多孔薄膜進(jìn)行干燥得到成品O
[0011]上述四種多孔薄膜的制備過(guò)程中均使用了支撐膜，所述支撐膜最終或構(gòu)成多孔薄膜成品的一部分，或被蝕刻溶液溶解，或部分構(gòu)成多孔薄膜成品的一部分而部分被蝕刻溶液溶解?？傊?，由于這四種多孔薄膜均至少含有一次孔隙和二次孔隙，因此多孔薄膜容易達(dá)到較高的孔隙率；且由于多孔薄膜的制備過(guò)程中坯體由支撐膜進(jìn)行支撐，很好了避免了燒結(jié)時(shí)材料開裂和變形等情況，故能夠有效降低無(wú)支撐多孔薄膜的成型難度并提高成型質(zhì)量。
[0012]上述四種多孔薄膜的制備過(guò)程中，使用的支撐膜優(yōu)選為網(wǎng)型膜，且其網(wǎng)孔大小一般為20?1000目。所謂的“網(wǎng)型膜”是指構(gòu)造類似篩網(wǎng)的薄膜。本發(fā)明中，將網(wǎng)型膜的網(wǎng)孔大小設(shè)定為20?1000目是比較合適的。若網(wǎng)孔在此數(shù)值范圍基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大，涂覆漿體時(shí)容易導(dǎo)致漿體覆蓋不完整、燒結(jié)后多孔薄膜上存在沙眼等缺陷；若網(wǎng)孔在此數(shù)值范圍基礎(chǔ)上進(jìn)一步減小，就會(huì)因漿體的涂覆量較少而對(duì)多孔薄膜造成一些不利影響。網(wǎng)型膜的網(wǎng)孔大小可進(jìn)一步優(yōu)選為40?400目。當(dāng)然，支撐膜并非只能采用網(wǎng)型膜，采用非網(wǎng)形的多孔材料(例如【背景技術(shù)】中提到的多孔金屬箔)也是可行的。
[0013]本發(fā)明上述第一種多孔薄膜和第三種多孔薄膜優(yōu)選是一種由固溶體合金構(gòu)成的第三材料為基體相的金屬膜，其中，所述第一材料構(gòu)成該固溶體合金的溶劑源，第二材料構(gòu)成該固溶體合金的溶質(zhì)源，燒結(jié)時(shí)第一材料與第二材料發(fā)生偏擴(kuò)散造孔反應(yīng)。例如，多孔薄膜是一種由Ag-Au固溶體、T1-Zr固溶體、Mg-Cd固溶體、Fe-Cr固溶體、N1-Cu固溶體、Cu-Al固溶體、Cu-Zn固溶體或Fe-C-Cr固溶體構(gòu)成的第三材料為基體相的金屬膜。上述第一種多孔薄膜和第三種多孔薄膜普遍具有有柔性、耐腐蝕性優(yōu)異、可耐高溫等特性，其中，該第一種多孔薄膜厚度較薄(5?200 μπι)，其在工業(yè)上可用于紡織和制革工業(yè)中的余熱回收、藥劑回收、污染控制，食品加工工業(yè)中的凈化、濃縮、消毒、副產(chǎn)品回收，醫(yī)藥及保健行業(yè)中的人造氣管、控制釋放、血液過(guò)濾、水凈化，汽車工業(yè)中的濾清器；在民用上可作為口罩的粉塵過(guò)濾材料以及帶靜電除塵功能的窗簾材料；第三種多孔薄膜厚度較厚(200?1500 μm)，故強(qiáng)度更高，一個(gè)典型的應(yīng)用例子是制作成過(guò)濾用的濾袋，從而替換目前布袋除塵器中的過(guò)濾元件“布袋”。可見，該第一種多孔薄膜和第三種多孔薄膜具有差異化的用途。另外，上述內(nèi)容中提及的“偏擴(kuò)散造孔反應(yīng)”實(shí)際是指柯肯達(dá)爾效應(yīng)(kirkendall effect)，屬于粉末燒結(jié)無(wú)機(jī)多孔材料制備中的常用造孔手段。
[0014]本發(fā)明上述第二種多孔薄膜和第四種多孔薄膜的制備過(guò)程中，所述第二材料優(yōu)選包括至少兩種粉體，所述至少兩種粉體燒結(jié)時(shí)形成由固溶體合金為基體相的第三材料，這兩種粉體中其中一種粉體構(gòu)成該固溶體合金的溶劑源，另一種粉體構(gòu)成該固溶體合金的溶質(zhì)源，燒結(jié)時(shí)所述至少兩種粉體之間發(fā)生偏擴(kuò)散造孔反應(yīng)；所述第一材料則為一種在所述的燒結(jié)條件下相對(duì)于第二材料表現(xiàn)為惰性的金屬材料。例如，所述第二材料自身反應(yīng)生成以Ag-Au固溶體、T1-Zr