[发明专利]氧化铝基陶瓷平板膜

说明书

本发明公开一种低成本氧化铝基陶瓷平板膜的制备方法，所述陶瓷平板膜包括支撑体和膜层两部分，所述支撑体采用挤出成型的方法制备，所述膜层采用喷涂法涂覆在支撑体生坯外表面，所述支撑体生坯和膜层共同干燥后，采用“支撑体+膜层”一步共烧结工艺制得陶瓷平板膜。该法缩短了陶瓷平板膜的制备周期，减少了烧结次数，在时间和能源耗用方面节省了大量成本。本发明通过支撑体和膜层间的颗粒级配，减小两者在高温烧结时产生的收缩率差异，制得的陶瓷平板膜表面平整，无裂纹，孔径分布集中，具有良好的热稳定性、化学稳定性和力学性能。

技术领域

本发明属于陶瓷过滤膜技术领域，还涉及氧化铝基陶瓷平板膜的制备方法。

背景技术

陶瓷膜由于其优异的热稳定性、化学稳定性和高渗透性而受到越来越多的关注，尤其在除浊、油-水分离及其他重要工业应用中表现出优异的性能。通常，陶瓷膜由陶瓷支撑体、孔径较小的至少一层过渡层以及承担分离功能的分离层构成。因此，陶瓷膜的制造需要多次重复“涂覆-干燥-烧结”工艺，这导致烧结能耗成本增加，生产周期延长，并限制了其应用范围。为了尽量缩短陶瓷膜制造工艺，人们做了共烧结的研究。例如：用共烧结工艺制备出了氧化铝中空纤维膜，双层氧化铝膜，氧化铝-氧化锆陶瓷膜，堇青石微滤膜和氧化钛超滤膜。这些研究表明，通过调整烧结温度，膜厚度和有机/无机添加剂，可将共烧结工艺应用在刚性支撑体上制备双层膜结构。然而，关于生坯载体和膜层的共烧结过程的报道很少。陶瓷膜支撑体的壁厚一般为1-3mm，比膜层的厚度大得多，并且共烧结过程中支撑体的收缩张力差与膜的厚度成正比。因此，通过共烧结工艺制备“载体+层”比制备“层+层”更困难。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种氧化铝基陶瓷平板膜，其采用特定的原料配方，使得可以实现支撑体生坯与分离膜层的一次烧结。所得陶瓷平板膜的膜表面平整，无裂纹，孔径分布集中，具有良好的热稳定性、化学稳定性和力学性能。

根据本发明的氧化铝基陶瓷平板膜，包括支撑体以及包覆在支撑体外表面的分离膜层两部分。其中，用于支撑体的氧化铝的平均粒径与用于分离膜层的氧化铝的平均粒径之比在2.5-15之间，优选在4-10之间，更优选在5-8之间，并且，所述支撑体中包含堇青石相。

在本发明的具体实施方式中，支撑体中堇青石相的含量在2-10％之间，典型的在3-8％之间。该堇青石相的存在，可以有效降低支撑体烧结中的收缩率，避免在与分离膜层共烧时的支撑体的开裂。

在本发明的一种具体实施方式中，用于形成支撑体的原料以重量计包含类球形氧化铝粉100份、水洗高岭土2-10份和煅烧滑石0.5-5份。在该实施例中，水洗高岭土和煅烧滑石有助于形成堇青石相。

通常，在支撑体配方中引入其他功能性助剂，例如造孔剂；粘结剂、润滑剂、增塑剂和烧结助剂。适用的造孔剂包括但不限于淀粉，适用的粘结剂包括但不限于羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素中的一种或多种；适用的润滑剂包括但不限于甘油；适用的增塑剂包括但不限于聚氧化乙烯；适用的烧结助剂优选纳米二氧化钛。

在本发明的一种优选实施方式中，支撑体原料组成为：每100份类球形氧化铝粉加入2～6份淀粉、2～8份粘结剂、2～10份水洗高岭土、0.5～5份煅烧滑石、0.2～1份纳米二氧化钛、0.5～2份甘油、15～25份固含量0.3％的聚氧化乙烯(PEO)溶液。

本发明中，分离膜层主要由氧化铝粉形成，其他成分为常用助剂。在一种典型实施方式中，每100份氧化铝粉引入0.3-1份分散剂、5-10份烧结助剂、20-50份粘结剂和1-5份消泡剂。其中，分散剂可以为聚丙烯酸铵溶液、聚丙烯酸溶液、聚丙烯酰胺溶液、聚丙烯酸钠溶液中的一种或多种；烧结助剂为硅溶胶、纳米二氧化钛、纳米二氧化锆、纳米氧化锌、水洗高岭土、煅烧滑石中的两种或多种；粘结剂优选为固含量30％的聚乙烯醇溶液，粘度1500～2500mPa.s；陶瓷消泡剂为聚醚类消泡剂。