多孔材料、其制備方法以及應(yīng)用該多孔材料的過濾元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔材料以及該多孔材料的制備方法，還涉及應(yīng)用該多孔材料的過濾元件。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的過濾材料中，多孔薄膜材料是應(yīng)用最為廣泛的過濾材料之一。制備多孔薄膜材料的方法眾多，例如通過以無孔金屬箔或金屬篩網(wǎng)作為載體，然后通過涂覆金屬粉末干燥、乳制后進(jìn)行燒結(jié)來制備多孔薄膜材料的方法中，最終多孔薄膜材料的孔徑大小主要是由粉末粒度和乳制工藝決定，為了避免制備過程中材料開裂和變形等情況，所得多孔薄膜材料的孔徑一般較大，一般在20μπι以上，因此，過濾精度較差，難于滿足室內(nèi)空氣凈化質(zhì)量要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多孔材料及其制備方法，該多孔材料的孔徑較小，制備方法簡單。本發(fā)明還要提供應(yīng)用該多孔材料的過濾元件。
[0004]本發(fā)明所提供的第一種多孔材料包括多孔材料基材以及附著于多孔材料基材孔隙表面的熱塑性樹脂涂層。所述熱塑性樹脂能夠反復(fù)受熱軟化、冷卻硬化，且附著力強(qiáng)。當(dāng)附著于多孔材料基材的孔隙表面時(shí)，可以有效減小多孔材料基材的孔徑大小?；跓崴苄詷渲姆磸?fù)受熱軟化、冷卻硬化的性能，通過簡單的加熱法，即可去除多孔材料基材孔隙表面的熱塑性樹脂涂層，工藝簡單快捷。
[0005]進(jìn)一步，所述多孔材料基材為泡沫金屬。進(jìn)一步，所述泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫鎳合金、泡沫銅、泡沫銅合金、泡沫鋁、泡沫鋁合金中的任意一種。泡沫金屬是一種具有超高孔隙率的三維網(wǎng)狀材料，但是其較大的孔徑限制了其應(yīng)用。由于泡沫金屬的孔徑較大，因此在負(fù)載漿液之前，可以對泡沫金屬進(jìn)行預(yù)乳制，以減小漿液的使用量和熱塑性樹脂涂層的厚度。優(yōu)選地，泡沫金屬的孔徑為0.01-3mm。優(yōu)選地，乳制壓力為50-600Τ(1Τ等于133.322Pa)。進(jìn)一步，所述多孔材料基材由至少兩層泡沫金屬疊加乳制而成。
[0006]進(jìn)一步，所述多孔材料基材由固溶體合金、面心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)或體心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成，其與申請?zhí)枮?01510153116.3的中國專利申請中記載的柔性多孔金屬膜的制備方法相似或采用現(xiàn)有的其它類似方法制成。上述多孔材料因其制備工藝的限制，其孔徑一般較大，當(dāng)應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過濾精度差，難以滿足室內(nèi)空氣凈化質(zhì)量要求。采用上述方法，通過在多孔材料的孔隙表面增加熱塑性樹脂涂層，可以有效減小多孔材料的孔徑，從而提升其過濾精度。其中，所述過濾精度為待過濾物通過過濾材料時(shí)，允許通過的最大顆粒的尺寸。進(jìn)一步，所述多孔材料基材的平均孔徑為20-100μπι，孔隙率為25-70%。經(jīng)過增加熱塑性樹脂涂層后，所得多孔材料的孔徑可以降至 1-20μηι。
[0007]上述多孔材料的制備方法具體包括以下步驟:I)配制熱塑性樹脂的漿液;2)將所述漿液負(fù)載于多孔材料基材的孔隙表面;3)干燥過程:將附著有漿液的多孔材料基材干燥，即在多孔材料基材的孔隙表面增加熱塑性樹脂涂層。
[0008]熱塑性樹脂與分散劑之間的比例以保證附著強(qiáng)度來確定，優(yōu)選地，所述漿液按照每10mL分散劑中含有0.l-2g熱塑性樹脂的配比配制。配制過程中可以通過加熱來促進(jìn)熱塑性樹脂的分散。所述熱塑性樹脂為PE(聚乙烯)、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)、PA(聚酰胺)、PMA(聚丙烯酸酯)中的至少一種;所述分散劑為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、甲苯中的至少一種。由于上述熱塑性樹脂不與水發(fā)生反應(yīng)，因此可以對使用后的多孔材料采用水洗再生，簡單快捷。上述熱塑性樹脂中優(yōu)選使用PVB，PVB在乙醇中的分散性能好，粘結(jié)性能優(yōu)異，且無毒環(huán)保，常用于食品和醫(yī)療。
[0009]所述將漿液負(fù)載于多孔材料基材的孔隙表面的方法為噴涂法和/或浸漬法。相比而言，浸漬法更有利于在多孔材料基材的所有孔隙表面負(fù)載均勻的熱塑性樹脂涂層。優(yōu)選地，浸漬過程的浸漬時(shí)間為5-30min ；所述干燥過程的干燥溫度為40-80 °C，干燥時(shí)間為0.5-2h。通過調(diào)節(jié)漿液的濃度以及浸漬的時(shí)間，可以改變熱塑性樹脂涂層的厚度，從而調(diào)節(jié)最終多孔材料的孔徑大小。
[0010]進(jìn)一步，上述方法還包括在負(fù)載漿液之前對所述多孔材料基材進(jìn)行預(yù)乳制。通過乳制可以進(jìn)一步降低多孔材料基材的孔徑，減小熱塑性樹脂涂層的厚度及漿液的使用量。優(yōu)選地，所述多孔材料基材由至少兩張泡沫金屬疊加乳制而成，多層泡沫金屬乳制而成的基材具有更好的強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述乳制的壓力為50-600T。
[0011 ]上述多孔材料的一種應(yīng)用是作為過濾元件的過濾材料，該過濾元件應(yīng)用于氣體凈化時(shí)，尤其是應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，由于與其對應(yīng)地多孔材料基材相比，具有熱塑性樹脂涂層的多孔材料的平均孔徑顯著減小，因此其過濾精度更高，可以滿足室內(nèi)空氣凈化質(zhì)量要求。
[0012]本發(fā)明所提供的第二種多孔材料包括多孔材料基材以及附著于多孔材料基材的孔隙表面的復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層包含熱塑性樹脂和固體顆粒。所述熱塑性樹脂能夠反復(fù)受熱軟化、冷卻硬化，附著力強(qiáng)。當(dāng)附著于多孔材料的孔隙表面時(shí)，可以有效減小多孔材料基材的孔徑;基于熱塑性樹脂的反復(fù)受熱軟化、冷卻硬化的性能，通過簡單的加熱法，即可去除多孔材料孔隙表面的復(fù)合涂層，工藝簡單快捷。上述第一種多孔材料中，基材表面附著的涂層為熱塑性樹脂涂層，如果熱塑性樹脂涂層的厚度過高，一來可能導(dǎo)致涂層脫落，二來可能會(huì)堵塞孔隙，因此最終多孔材料的孔徑難以達(dá)到納米級(jí)。作為第一種多孔材料的改進(jìn)，在熱塑性樹脂涂層中增加固體顆粒，形成復(fù)合涂層，固體顆粒在孔隙表面堆積，顯著增加了復(fù)合涂層的比表面積且形成二次孔隙，在使復(fù)合涂層不易脫落的前提下，進(jìn)一步減小多孔材料基材的孔徑大小和熱塑性樹脂的用量。進(jìn)一步，所述固體顆粒為納米顆粒，一來可以增加涂層的穩(wěn)定性，二來可以增加涂層的比表面積。
[0013]進(jìn)一步，所述多孔材料基材為泡沫金屬。進(jìn)一步，所述泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫鎳合金、泡沫銅、泡沫銅合金、泡沫鋁、泡沫鋁合金中的任意一種。泡沫金屬是一種具有超高孔隙率的三維網(wǎng)狀材料，但是其較大的孔徑限制了其應(yīng)用。由于泡沫金屬的孔徑較大，因此在負(fù)載漿液之前，可以對泡沫金屬進(jìn)行預(yù)乳制，以減小漿液的使用量和復(fù)合涂層的厚度。優(yōu)選地，泡沫金屬的孔徑為0.01-3臟。優(yōu)選地，乳制壓力為50-60(^(11'等于133.322Pa)。
[0014]進(jìn)一步，所述多孔材料基材由固溶體合金、面心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)或體心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成，其與申請?zhí)枮?01510153116.3的中國專利申請中記載的柔性多孔金屬膜的制備方法相似或采用現(xiàn)有的其它類似方法制成。上述多孔材料因其制備工藝的限制，其孔徑一般較大，當(dāng)應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化時(shí)，過濾精度差，難以滿足室內(nèi)空氣凈化質(zhì)量要求。采用上述方法，通過在多孔材料的孔隙表面增加復(fù)合涂層，可以有效減小多孔材料的孔徑，從而提升其過濾精度。其中，所述過濾精度為待過濾物通過過濾材料時(shí)，允許通過的最大顆粒的尺寸。進(jìn)一步，所述多孔材料基材的平均孔徑為20-100μπι，孔隙率為25-70%。經(jīng)過增加復(fù)合涂層后，所得多孔材料的孔徑可以降至0.05-20μπι。
[0015]上述多孔材料的制備方法具體包括以下步驟:1)配制熱塑性樹脂和固體顆粒的漿液;2)將所述漿液負(fù)載于多孔材料基材的孔隙表面;3)干燥過程:將負(fù)載有漿液的多孔材料基材干燥，即在多孔材料基材的孔隙表面增加包含熱塑性樹脂與固體顆粒的復(fù)合涂層。
[0016]熱塑性樹脂與分散劑之間的比例可根據(jù)固體顆粒和熱塑性樹脂的具體成分以保證附著力強(qiáng)為原則來確定，若熱塑性樹脂含量過高，則漿液的流動(dòng)性差，干燥后容易有縮孔等缺陷，若熱塑性樹脂的含量過低，固體顆粒之間不能有效粘接且附著力弱。優(yōu)選地，所述漿液按照每10mL分散劑中含有0.1-1g熱塑性樹脂、0.5-5g固體顆粒的配比配制。配制過程中可以通過加熱來促進(jìn)熱塑性樹脂的分散。所述熱塑性樹脂為PE(聚乙烯)、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)、PA(聚酰胺)、PMA(聚丙烯酸酯)中的至少一種;所述分散劑為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、甲苯中的至少一種。由于上述熱塑性樹脂不與水發(fā)生反應(yīng)，因此可以對使用后的多孔材料采用水洗再生，簡單快捷。上述熱塑性樹脂中優(yōu)選使用PVB，PVB在乙醇中的分散性能好，粘結(jié)性能優(yōu)異，且無毒環(huán)保，常用于食品和醫(yī)療。
[0017]所述固體顆粒為硅及其氧化物(如313丨02)、鋁及其氧化物(如41^1203^102)、銅及其氧化物(如(:11、010)、鎳及其氧化物(如附、附0)、鐵及其氧化物(如？6、？6203、？的04)、鈦及其氧化物(如T1、Ti02)中的至少一種;這類固體顆粒的物化穩(wěn)定性好，使用壽命長，當(dāng)所述固體顆粒為T12時(shí)，可以與光催化反應(yīng)相結(jié)合，起到殺菌的作用。
[0018]進(jìn)一步，所述固體顆粒的平均粒徑為0.01_19μπι。如果固體顆粒的粒徑過大，則可能導(dǎo)致復(fù)合涂層的附著力差，復(fù)合過濾材料易因涂層的脫落而致使其孔隙被堵塞;如果固體顆粒的粒徑過小，那么以相同過濾材料本體制備相同平均孔徑的復(fù)合過濾材料時(shí)，更小粒徑的固體顆粒所使用的熱塑性樹脂更多，且孔隙率更差。
[0019]所述將漿液負(fù)載于多孔材料基材的孔隙表面的方法為噴涂法和/或浸漬法。相比而言，浸漬法更有利于在多孔材料基材的所有孔隙表面負(fù)載均勻的復(fù)合涂層。優(yōu)選地，浸漬過程的浸漬時(shí)間為5-30min;所述干燥過程的干燥溫度為40-80 °C，干燥時(shí)間為0.5-2h。通過調(diào)節(jié)漿液的濃度以及浸漬的時(shí)間，可以改變復(fù)合涂層的厚度，從而調(diào)節(jié)最終多孔材