一种多孔材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔材料及制备方法，该种材料包括材料本体，本体是以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，呈三维空间围绕构成上级孔腔的腔壁上设置下级孔腔，各级孔腔均各自相互贯通且各级孔腔相互间也彼此贯通；其制备方法是：将原料粉和用于制备多孔材料的最小一级孔腔的造孔剂混合配制成浆料，将浆料均匀填充入高分子材料支架，形成坯体并干燥、破碎得到混合颗粒，将混合颗粒与用于制备比多孔材料的最小一级孔腔大的上级孔腔的造孔剂均匀混合，制成致密坯体，再真空烧结，按照多孔材料的原料工艺进行常规后续处理。该种多孔材料贯通性好，性能均匀，每级多孔材料具有独自的物化性能，能充分满足多种功能需求，可用作生物材料、分离材料等多种材料，制备方法简便、易于实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多孔材料，特别是一种具有多级孔结构的多孔材料及制备方法。
技术介绍
多孔材料作为一种性能优异的多用工程材料，因其优异的物理、力学性能，具有功能和结构双重属性，在航空航天、原子能、电化学、石油化工、冶金、机械、医药、环保、建筑等行业的分离、过滤、布气、催化、电化学过程、消音、吸震、屏蔽、热交换、植入等过程中得到了广泛应用。现有多孔材料结构较为简单，多为单一均匀孔隙，传统制备方法主要有泡沫浸渍法、化学发泡法、添加造孔剂法、有机骨架复制法、烧结微球法等。以泡沫浸渍法为例，专利CN102796896A一种多孔钽医用植入材料的制备方法公开的方法是：用有机粘结剂与分散剂配制成的溶液和钽粉制成钽粉浆料，并浇注于有机泡沫体中，浸渍直至有机泡沫体孔隙注满钽粉浆料，然后干燥除去浇注有钽粉浆料的有机泡沫体中的分散剂，在惰性气体保护气氛下脱脂处理以除去有机粘结剂和有机泡沫体，真空下烧结制得多孔烧结体、冷却，再真空下退火及常规后处理制得多孔钽。化学发泡法是将能在高温下发生化学反应产生气体的材料与原料粉末混合成型，在一定温度下处理发泡产生多孔材料。造孔剂法是在材料中添加造孔剂，使其在高温下挥发而在材料中留下孔隙。有机骨架复制法是采用具有类似松质骨结构的孔珊瑚作为人工骨。烧结微球法是将可降解聚合物微球加入模具中，加热至玻璃化温度以上，经保温、冷却、脱模制得多孔支架。上述这些方法的主要缺陷是制备的材料孔结构单一，现有的工艺难以控制孔径大小和连通性等，孔结构单一使得其不能满足多种功能需求，孔径大小和连通性难以控制将使材料不能充分、准确地完成所需功能。近十年来，多孔材料中的一种新型材料——多级孔材料，由于其独特的性能，成为国际上研究的热点，已涉及生物技术，生物医药，催化，分离、能源，光学等多个领域，例如，研究人员将生物材料设计为多级孔结构，已用不同材料、不同方法制备出了不同的各种各样的多级孔生物材料。王军在其学位论文“泡沫浸渍法制备多孔铌生物材料及其性能”中介绍了用有机泡沫浸渍法制备多孔铌生物材料。首先，配置聚乙烯醇溶液，采用聚氨酯有机泡沫作为模板来制备多孔铌坯体，然后，对多孔铌坯体进行烧结，获得了具有两类孔的多孔铌，第一类孔为300-500µm，该类孔互相连通，在第一类孔的腔壁上有大量的微孔，但是，在这种结构的多级孔材料中，其微孔布置随意性大，且不具有连通性；而且这种制备方法得到的多级孔材料中孔径大小不可控，孔的布置、连通性也不可控。P.Sepulveda等人在InVivoEvaluationofHydroxyapatiteFoams(MaterialsResearch.Vol.5,No.3,253-256,2002)中介绍了一种羟基磷灰石泡沫，它具有100µm～500µm的大孔，20µm～300µm的连通的微孔，其制备方法是陶瓷悬浮液通过凝胶灌制发泡，在1350℃保温2小时，制得的多孔材料，大孔与微孔结构布置不合理，其制备方法仍不能有效控制大孔与微孔。CN201210185031公开的一种多级（微米/纳米）孔结构的仿生人工骨的制备方法，介绍了一种利用选择性激光(光斑直径为微米尺度)烧结实现150-800µm梯度贯穿孔、利用混合的少量高聚物微球在烧结过程中氧化分解形成10-100µm随机球形孔、利用腐蚀工艺获得数十纳米表面不规则孔的方法，用该方法最终得到一种三维多级孔结构，由于孔结构的随机性、不规则性，制备方法不能制备出规则的孔，这种结构的多级孔材料仍然不能满足仿生人工骨的功能要求。CN201410337365宏观-微观-纳米分级结构力学适配性骨修复体及其制备，介绍了一种骨修复体。它包括宏观孔隙金属结构体、微观孔隙结构体以及纳米纤维，内部的宏观孔隙的尺寸为300-1500微米，各宏观孔隙之间相互完全连通，微观孔隙结构体位于宏观孔隙金属结构体之内，内部的微观孔隙结构均匀且孔隙之间相互完全连通，孔隙尺寸为50-250微米；微观孔隙的孔隙壁由纳米纤维构成，其制备方法是：先用3D打印技术制备出宏观孔隙金属结构体，然后将生物可降解聚合物材料通过有机溶剂制备成溶液，注入到宏观孔隙金属结构体的宏观孔隙内部，然后冷冻处理，再进行热诱导相分离。同样地，这种结构的多级孔材料，它的各级孔的结构设置不合理，制备方法不能有效控制孔的尺寸，也不能满足作为骨修复体的功能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构合理的，能满足材料多种功能需求的具有多级孔结构的多孔材料。本专利技术的另一目的在于提供一种孔的结构及孔径大小可控的多孔材料的制备方法。专利技术人认真分析现有技术，发现它们存在的不足之处在于：由于孔结构单一，其功能也往往单一，有多种功能需求时不能满足；而孔的大小设置不合理，连通性不足，则使其功能不能充分准确满足对材料的需求，例如，作为生物材料，连通性不足会不利于组织液的浸润、传输，不能实现蛋白质降解产物及新陈代谢产物的排出；P.Sepulveda等人制备的羟基磷灰石泡沫作为生物材料，20µm～300µm的微孔与细胞的尺寸在同一数量级，使得细胞难以感受材料受力时的应力，会产生应力屏蔽；另外，孔的均匀性不足，会使其性能不均匀；就制备方法而言，现有技术不能实现对多级孔结构与连通性的有效控制，如果多孔材料采用多级孔结构，各级孔的结构、孔大小合理设计，各级孔材料分别具有独自的物化性能，发挥各自不同的功能以满足要求，且连通性好，孔均匀分布，并有一种有效制备出上述材料的方法，就能充分准确地满足对材料的多种功能需求。本专利技术目的通过如下技术方案实现：一种多孔材料，包括材料本体，本体是以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，呈三维空间围绕构成上级孔腔的腔壁上设置下级孔腔；各级孔腔均各自相互贯通且各级孔腔相互间也彼此贯通。更具体地说，上述多孔材料，其材料本体内的每级多孔材料自为一连续结构体，使每级多孔材料都可以作为一级独立的多孔材料存在于本体中来发挥本级孔的独特作用。更进一步说，上述多孔材料，其材料本体内的每级多孔材料自为一连续结构体，每一级多孔材料的最大外边界与整个材料本体的空间边界相当。即每级多孔材料可以作为一级独立的多孔材料存在于本体中，且具有其独自的物化性能。这样的结构可以使得各级多孔材料的物化性能有所差异，在相对固定的材料整个空间中具有不同的物化性能，更好地满足多方面的功能需求。更具体地说，上述多孔材料，在材料本体内的每级多孔材料具有独自的物化性能，使得每级多孔材料可分别完成各自独特的功能，整个材料就可满足多种功能需求。更具体地说，上述多孔材料，下一级多孔材料构成上一级孔腔的腔壁，可使孔腔逐级分层，合理的布置孔腔的结构及孔径大小。更具体地说，上述多孔材料，上级孔腔的腔壁是由其下级的多级多孔材料复合构成，或是由其下级的各级多孔材料复合构成，可使得材料满足特定的功能需求。更具体地说，所述的多孔材料，各级孔在材料本体内均匀分布，从而使材料本体内有均匀的性能。更具体地说，所述的多孔材料，同一级孔腔的孔径的大小尺寸在一特定尺寸范围集中度高，进一步地，同一级孔腔的一特定尺寸范围的孔的数量占该级孔总数的80%以上，从而可以使多孔材料满足需要一特定尺寸孔腔的特别要求。更具体地说，所述的多孔材料，它是金属或非金属制备的材料，或金属与非金属的复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔材料，包括材料本体，本体是以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，其特征在于：呈三维空间围绕构成上级孔腔的腔壁上设置下级孔腔；各级孔腔均各自相互贯通且各级孔腔相互间也彼此贯通。

【技术特征摘要】
1.一种多孔材料，包括材料本体，本体是以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，其特征在于：呈三维空间围绕构成上级孔腔的腔壁上设置下级孔腔；各级孔腔均各自相互贯通且各级孔腔相互间也彼此贯通。2.如权利要求1所述的多孔材料，其特征在于：材料本体内的每级多孔材料自为一连续结构体。3.如权利要求2所述的多孔材料，其特征在于：每一级多孔材料的最大外边界与整个材料本体空间边界相当。4.如权利要求1或2或3所述的多孔材料，其特征在于：材料本体内每级多孔材料具有独自的物化性能。5.如权利要求1-4任一权利要求所述的多孔材料，其特征在于：下一级多孔材料构成上一级孔腔的腔壁。6.如权利要求1-4任一权利要求所述的多孔材料，其特征在于：上级孔的腔壁是由其下级的多级多孔材料复合构成。7.如权利要求1-4任一权利要求所述的多孔材料，其特征在于：上级孔的腔壁是由其下级的各级多孔材料复合构成。8.如权利要求1至7任一权利要求所述的多孔材料，其特征在于：各级孔在材料本体内均匀分布。9.如权利要求1至7任一权利要求所述的多孔材料，其特征在于：同一级孔腔的孔径的大小尺寸在一特定尺寸范围集中度高。10.如权利要求9所述的多孔材料，其特征在于：同一级孔腔的一特定尺寸范围的孔腔的数量占该级孔腔总数的80%以上。11.如权利要求1-10所述的多孔材料，其特征在于：多孔材料为多孔金属材料或多孔非金属材料或多孔金属与...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶雷，
申请(专利权)人：重庆润泽医药有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50