[發明專利]制備不同孔結構的多孔陶瓷微球的方法及噴霧冷凍裝置

有效

• 申請號: 201310319301.6
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103408319A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 張斗;余敏;周科朝;張妍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域

本發明涉及制備不同孔結構的多孔陶瓷微球的方法及噴霧冷凍裝置，屬于陶瓷材料領域。

背景技術

多孔微球由于其特殊的結構使其具有比表面積大、密度低等特點，在醫學、材料科學等領域具有廣泛的應用，可作為催化劑、藥物載體等。微球的粒徑分布以及其內部的多孔結構直接影響著顆粒的孔隙度、以及其他性能。因此，制備出所需的粒徑微球以及多孔結構是制備多孔微球的關鍵技術之一。

目前，由于微球中的層狀多孔結構作為3D支架能夠引導干細胞分化或生長，已引起國內外學者對其在生物工程方面的應用的研究熱潮。傳統的制備多孔微球的噴霧干燥法(Spray?Drying)方法將溶液(或溶膠、料漿)霧化成小液滴，經固化和干燥后得到球形顆粒。該制備方法雖簡單且適用范圍廣，但是所制備出的多孔顆粒尺寸分布不均勻，而且多孔結構可控性較差。新型的FPC(Freeze?Photocuring?Casting)通過將加入光固化樹脂漿料經冷凍干燥后制備出的多孔顆粒，球形度較好，但顆粒尺寸分布不均勻，多孔結構可控性差。為解決顆粒尺寸分布不均勻的問題，有人提出了采用O/W乳液的水油不相容的原理，將親水性漿料和疏水性聚合物進行攪拌然后冷凍制備出了具有層狀多孔結構、顆粒尺寸分布均勻及球形度好的微顆粒，但顆粒尺寸以及孔隙結構單一，適用的材料體系范圍窄。

發明內容

本發明針對現有技術中噴霧干燥法存在制備出的多孔顆粒尺寸分布不均勻，而且多孔結構的可控性較差的缺陷，目的是在于提供一種操作簡單、能制備出尺寸均勻，球形度高且孔隙結構可控的多孔陶瓷微球的方法，該方法適用的材料體系范圍廣，可以工業化生產。

本發明的另一個目的是在于提供一種結構簡單但實用性強的噴霧冷凍裝置，經過該冷凍裝置冷凍處理后可制備尺寸大小均勻且孔隙結構可控，球形度高的多孔陶瓷微球。

本發明提供了制備不同孔結構的多孔陶瓷微球的方法，該方法是先將陶瓷粉末和粘接劑通過分散劑分散在溶劑中得到漿料；所得的漿料噴霧到可調控的環形溫場中進行冷凍，收集冷凍所得的顆粒進行冷凍干燥，得到多孔顆粒；所得的多孔顆粒先緩慢升溫脫脂，再升溫到燒結溫度燒結，即得一種孔結構的多孔陶瓷微球，對環形溫場進行調控可制得不同孔結構的多孔陶瓷微球；所述的調控是通過控制環繞在環形溫場外液氮的量的分布來實現；所述的液氮的量的分布是將液氮充入到圓筒形液氮容器的密閉的環形區域中，所述的環形區域是由圓筒形液氮容器的具有同心圓的大半徑圓筒和小半徑圓筒之間的區域及其內設置的擋板形成，充入的液氮可通過設置的擋板來調節其分布，在小半徑圓筒筒內的區域則形成環形溫場；所述的液氮充入量為100～7000mL可在-170～20℃之間調控環形溫場的溫度。

所述的圓筒形液氮容器包括具有同心圓的大半徑圓筒和小半徑圓筒，兩者之間的區域封閉，且該區域內設有若干塊擋板；兩個同心圓圓筒之間的密封區域構成了充液氮的圓筒形液氮容器，實現了充入的液氮呈環周式分布，再在兩個同心圓圓筒之間區域設置擋板，將該區域隔斷成若干小區間，把充入的液氮阻擋在需要降溫的小區間，實現了對液氮分布的調節。

所述的圓筒形液氮容器頂部設有蓋子，蓋子中間設有一個圓孔，噴霧后的料漿液滴通過圓孔進入環形溫場；蓋子將液氮密封，保證了溫場的穩定性。

所述的擋板為縱向形擋板或橫向形擋板；所述的橫向形擋板為圓形擋板，所述的縱向形擋板為縱向長方形擋板、縱向齒狀擋板或縱向三角形擋板；選擇不同擋板作用是使液氮能在所需要的位置進行降溫，根據選擇的擋板不同從而可形成不同的溫場，同時也增加了溫場的穩定性。

所述噴霧高度為10cm～1000cm。

所述的所述的冷凍干燥是在溫度為-20～-70℃，氣壓為8～40Pa的條件下進行。

所述的冷凍干燥時間為17～28h。

所述的同心圓圓筒高度為30～300cm，兩同心圓圓筒的半徑分別為8～100cm和16～200cm，兩半徑差值為8～100cm。

上述方法中小半徑圓筒底部設有活動篩網；活動篩網可根據需要選擇的陶瓷微粒大小而更換不同網孔的篩網。

所述的脫脂是從室溫以0.1～1℃/min的升溫速率升高到550～650℃，再恒溫1.5～2.5h。

所述的燒結是在選擇材料的相應燒結溫度下燒結。

所述的陶瓷粉末與粘結劑的質量比為100:1～200:1，陶瓷粉末與分散劑的質量比為70:1～150:1。

所述的漿料固相含量為1～40vol.%。