[发明专利]均匀块状多孔陶瓷材料

说明书

本发明涉及均匀块状多孔陶瓷材料，该材料具有可调节和控制的孔隙度和孔径。本发明的陶瓷多孔体可用于液体过滤、气体分离，或者用于催化反应中的流体接触，或者用于乳液制备以及其他使用陶瓷多孔材料的应用。

已知有许多陶瓷膜。它们通常是通过在具有大孔的载体(大孔载体)上连续叠加许多层来制备的。载体给所述膜以必要的机械强度。层的叠加可逐渐地减小孔径。这些层难以形成。过滤层的主要特性，即孔径和孔隙度(或孔体积)，大部分上也随该过滤层沉积于其上的层特的性而变化，而且不能在很大范围内变化。另外，它们的焙烧温度必须低于下层的焙烧温度。在某些情况下，这意味着低的焙烧温度不足以使该层最佳地键合或结合在其下层上。

使用该技术时，过滤膜的制造是一个长而且花费高的过程，其包括许多的步骤，而且并不见得能够使膜特性适合于待过滤之流体。另一方面，大孔载体的孔隙度较低，以确保在使用该膜时具有足够的强度。最后，小孔径层的形成需要使用较低的焙烧温度，但此等温度不足以得到该材料的最佳性质。

第4,446,024号美国专利公开了一种陶瓷纤维，其孔径通常在十微米的数量级上，其孔隙度高于35％。但是，该专利中公开的材料具有两个主要的缺陷：大的闭口孔隙度对该多孔陶瓷材料的过滤量产生负面影响，而且泡点(bubble point)不与平均孔径相一致，由此增强了其缺陷。

EP-A-0657403公开了一种具有蜂窝状结构的多孔陶瓷材料，其使用硅寡聚物作为粘合剂。不使用成孔剂。

DE-A-19609126公开了一种多孔陶瓷载体，其起始浆料包括一种名称为“Porenbildner et Grunbinder”的试剂。该试剂是例如可溶于所选溶剂(水)中的纤维素或者黄蓍胶。其事实上是通常用于活性瞬时领域中的粘合剂。

EP-A-0778250公开了一种通过压缩得到的多孔陶瓷载体，其中使用溶于所选溶剂(水)中的粘合剂。

WO-A-9423829公开了一种使用上述粘合剂的制造纤维的方法。

DE-A-19618920公开了一种包括碳膜的陶瓷纤维。所用的粘合剂与上述同类。

本发明的目的是提供一种均匀块状多孔陶瓷材料，该材料的平均孔径D50低于4μm，其闭口孔隙度低于4％，优选低于2％。D50是体积等效平均直径，使得50％的孔隙的直径低于D50。

根据一个实施方案，以体积表示的孔径的分布为单分散系统的分布；在该实施方案中，以百分数表示的体积等效平均直径D50的标准误差低于35％，优选低于25％。通常情况下，根据本发明材料之以百分数表示的标准误差在10-25％体积等效平均直径D50之间。在此范围以下，我们认为该孔径分布曲线为Gaussian曲线，标准误差则为曲线中半峰高处的宽度。图1和2分别显示了实施例1和5之材料以体积表示的孔径分布曲线。

根据一个实施方案，本发明的材料具有相应于在所述材料中测得的孔径的泡点。根据该实施方案，当这两个值相差低于10％时，即存在对应关系。

本发明的第一个优点是，其提供了一个均匀的块状结构，换言之，其在整个材料厚度上具有相同的孔径。选择术语“块状”是用于使本发明的材料区别于小厚度的层；本发明材料的特征尺寸是在毫米数量级上，也就是说，该材料为宏观规模。术语“均匀”也是用于区别本发明的材料与连续叠加的层，后者有可能具有类似的特征尺寸。

本发明的第二个优点是，可以简单的方式调节膜结构的关键特征，即孔径和孔隙度。这可以简单和快速的方式进行，而且可在宽的范围内变化，但不会失去机械强度。此等可调节性对于孔径和孔隙度可单独进行；换言之，两个标准可相互独立地调节。该可调节性的获得不必修改已得到部分的烧结温度。

本发明的第三个优点是，可得到没有任何结构缺陷的多孔陶瓷膜。

本发明的第四个优点是，可简化制造过程，其原因是：第一，省略了中间层的制造；第二，省略了端部密封的需要。

本发明提供了一种具有均匀结构的多孔体。其结构的特征是孔径和孔隙度，即孔体积。这些数值是通过水银孔度计测得的。本发明材料的孔径D50例如是低于2μm，而且通常在50nm-1.5μm之间。该直径变化可通过挤出浆料的起始组成来控制。可能的变化范围是非常宽的。