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，尤其涉及多孔無機薄膜，特別是多孔金屬薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]燒結(jié)無機多孔材料如燒結(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)造的過濾元件，然后將過濾元件安裝到過濾裝置中?，F(xiàn)有的燒結(jié)無機多孔材料過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))，然后再對壓坯進行燒結(jié)，燒結(jié)后得到產(chǎn)品。
[0003]上述管型或板型的過濾元件由于受其形狀、構(gòu)造以及附帶而來的對過濾裝置及系統(tǒng)的相應(yīng)要求的影響，使用范圍受限。由于燒結(jié)無機多孔材料過濾元件在化學(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濾元件(例如有機過濾膜)具有更強的優(yōu)勢，因此，開發(fā)出在多個領(lǐng)域中能夠相應(yīng)替代原有過濾元件的新型燒結(jié)無機多孔材料過濾元件尤其是燒結(jié)金屬多孔材料過濾元件很有意義。
[0004]在上述背景基礎(chǔ)上，申請人先后提交了申請?zhí)枮?014106089803、名稱為“柔性多孔金屬箔及其制備方法”，申請?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?zhí)枮?01510153106X、名稱為“多孔金屬箔的制備方法”等多項專利申請，為開發(fā)具有燒結(jié)無機多孔材料優(yōu)良特性的無支撐多孔薄膜(“無支撐”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，申請人在實踐中發(fā)現(xiàn):無論采取目前的何種工藝來制備上述的無支撐多孔薄膜，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度往往相互矛盾。為了追求更好的過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)的就會降低多孔薄膜的可成型性(主要體現(xiàn)在制備過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)品的強度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述情況，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于:提供幾種易達到較高孔隙率、又能夠保證制備時的可成型性、制備工藝簡單實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)對所述坯體進行燒結(jié)，燒結(jié)時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，所述制備方法還可進一步包括步驟(6)，即用蝕刻溶液對多孔薄膜進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，然后對多孔薄膜進行干燥得到成品。
[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)對所述坯體進行燒結(jié)，燒結(jié)時第二材料自身反應(yīng)生成多孔狀第三材料進而產(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一步包括步驟(6)，即用蝕刻溶液對多孔薄膜進行浸泡從而在多孔薄膜上選擇性對留下的第一材料溶解后形成三次孔隙，然后對多孔薄膜進行干燥得到成品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)對所述坯體進行燒結(jié)，燒結(jié)時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，所述制備方法還可進一步包括步驟(6)，即用蝕刻溶液對多孔薄膜進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，然后對多孔薄膜進行干燥得到成品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)對坯體進行燒結(jié)，燒結(jié)時第二材料自身反應(yīng)生成多孔狀第三材料進而產(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一步包括步驟￠)，即用蝕刻溶液對多孔薄膜進行浸泡從而在多孔薄膜上選擇性對留下的第一材料溶解后形成三次孔隙，然后對多孔薄膜進行干燥得到成品O
[0011]上述四種多孔薄膜的制備過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捎谶@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到較高的孔隙率；且由于多孔薄膜的制備過程中坯體由支撐膜進行支撐，很好了避免了燒結(jié)時材料開裂和變形等情況，故能夠有效降低無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)上進一步增大，涂覆漿體時容易導(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)上進一步減小，就會因漿體的涂覆量較少而對多孔薄膜造成一些不利影響。網(wǎng)型膜的網(wǎng)孔大小可進一步優(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)時第一材料與第二材料發(fā)生偏擴散造孔反應(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)，故強度更高，一個典型的應(yīng)用例子是制作成過濾用的濾袋，從而替換目前布袋除塵器中的過濾元件“布袋”?？梢?，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“偏擴散造孔反應(yīng)”實際是指柯肯達爾效應(yīng)(kirkendall effect)，屬于粉末燒結(jié)無機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)時所述至少兩種粉體之間發(fā)生偏擴散造孔反應(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固溶體、Mg-Cd固溶體、Fe-Cr固溶體、N1-Cu固溶體