具有纳米多孔结构的材料的制备系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种具有纳米多孔结构的材料的制备系统，包括：加热单元，对含有溶剂的预制体在维持形态不变的状态下进行加热以使其融化并使溶剂气化；膨化单元，使来自所述加热单元的加热后的材料膨化增大体积至达到所需的孔隙率；以及定型单元，使来自所述膨化单元的膨化后的材料冷却以得到具有纳米多孔结构的材料。本发明专利技术能够以较低的成本、简化的工艺制备具有优异性能的具有纳米多孔结构的材料。

Preparation system of materials with nano porous structure

【技术实现步骤摘要】
具有纳米多孔结构的材料的制备系统
本专利技术属于材料加工与应用领域，主要涉及一种具有纳米多孔结构的材料的制备系统。
技术介绍
纳米多孔结构材料一般可用作隔热保温材料或者过滤材料等。例如，现有的隔热保温材料一般是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。它具有纳米级的多孔结构和高孔隙率等特点，是目前所知密度小的固体材料之一。该类保温材料于20世纪30年代由Kistler教授首先制得。由于其制备过程烦琐而冗长，价格昂贵且易脆等缺点，在很长一段时间内没有引起关注。自20世纪70年代以来，随着溶胶-凝胶技术的快速发展，以二氧化硅为主的无机隔热保温材料、以间苯二酚/甲醛和三聚氰胺/甲醛缩聚物为代表的合成聚合物隔热保温材料的研究和开发获得了广泛的关注。该类保温材料内大量纳米尺寸的开孔结构赋予了材料超高孔隙率（80%～99.8%）、高比表面积（100～1600m2/g）、超低密度（0.004～0.500g/cm3）等特性，使之在光学、电学、声学、热学和催化等众多领域具有广阔的应用前景。由专利CN109306147A提出在酸性条件下将有机硅、乙醇、去离子水混合，加入酚醛树脂，再加入氨水，得到的酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶进行密封老化，采用乙醇、正己烷进行溶剂替换，得到含有正己烷溶剂的酚醛树脂-二氧化硅复合凝胶，再进行超临界二氧化碳干燥，得到酚醛树脂-二氧化硅复合隔热保温材料；由专利CN107286884A提出先将纤维素溶解于NaOH/尿素/水溶液得到纤维素溶液，再加入壳聚糖进行共混并将pH调至酸性得到壳聚糖-纤维素混合溶胶，然后与高锰酸钾溶液混合，通过水热法将溶胶体系中的壳聚糖转化为壳聚糖炭的同时，将二氧化锰均匀负载于壳聚糖炭-纤维素溶胶体系中，最后通过冷冻干燥得到二氧化锰-壳聚糖炭-纤维素凝胶脲醛树脂胶添加剂；由专利CN106564235B提出将三聚氰胺、甲醛和水置于反应器中依次加入催化剂、缓冲剂、增溶剂、稳定剂，三聚氰胺完全溶解后加入乳化剂和增塑剂，装入密闭容器中凝胶老化，得到凝胶，然后用无水乙醇和丙酮置换，将置换后的凝胶材料用无水乙醇溶液进行溶剂置换，最后干燥得到三聚氰胺纳米凝胶颗粒。上述现有的制备工艺中均为针对以溶胶凝胶的制备工艺进行的改善，并没有在干燥方法上提出创新，且上述制备工艺复杂，所涉及的制备设备也较为庞杂，以致成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有纳米多孔结构的材料的制备系统，能够以较低的成本、简化的工艺制备具有优异性能的具有纳米多孔结构的材料。本专利技术的具有纳米多孔结构的材料的制备系统包括：加热单元，对含有溶剂的预制体在维持形态不变的状态下进行加热以使其融化并使溶剂气化；膨化单元，使来自所述加热单元的加热后的材料膨化增大体积至达到所需的孔隙率；以及定型单元，使来自所述膨化单元的膨化后的材料冷却以得到具有纳米多孔结构的材料。采用本专利技术的制备系统，通过加热单元在维持形态不变的状态下使预制体融化并使溶剂气化，即不发生膨化。随后，再通过膨化单元使来自加热单元的加热后的材料膨化增大体积至达到所需的孔隙率，由此可通过控制在膨化单元进行的膨化过程进而控制孔隙率，从而得到所需的材料。该制备系统结构简单，应用性强，可极大地简化具有纳米多孔结构的材料的制备工艺，降低成本。相比现有的冷冻干燥及超临界干燥制备工艺更加方便快捷经济且孔径可调，且现有超临界二氧化碳干燥与真空冷冻干燥的方法，都需要在干燥前形成凝胶，再经过干燥，而本专利技术无需形成凝胶这一步骤。此外，现有多孔材料制备工艺中普遍采用高温油浴等手段进行膨化，其膨化过程不可控，相对于此，采用本制备系统可控制膨化过程进而实现孔隙率的可调。本制备系统可制备孔隙率达80%以上的纳米多孔材料，且可适用于制备各类具有纳米多孔结构的材料，例如具有纳米多孔结构的隔热保温材料，具有纳米多孔结构的过滤材料等等。较佳的，包括一对热压辊，所述预制体为片材，其从进料口被输送至两个热压辊之间，该预制体的厚度大于两个热压辊之间的最小距离，所述最小距离是指两个热压辊最接近的两点之间的间隙距离；所述加热单元包括从所述最小距离处的上游所述片材开始接触所述热压辊处直至到达所述最小距离处的区域；所述膨化单元包括从离开所述最小距离处起两个热压辊之间的间隙距离逐渐增大的区域；所述定型单元包括膨化后的材料与两个热压辊不再接触的区域。根据本专利技术，可有效地从最小距离处的上游片材状的预制体开始接触热压辊处开始对含有溶剂的预制体进行加热以使其融化并使溶剂气化；且在到达最小距离处维持加热后的材料形态不变；进而在离开最小距离处起两个热压辊之间的间隙距离逐渐增大的区域开始膨化，通过控制膨化过程，可以使材料逐渐膨化增大体积至达到所需的孔隙率；随后在膨化后的材料与两个热压辊不再接触的区域开始进行冷却定型。本专利技术可以以结构的简单实现膨化过程的可控性。较佳的，所述片材的厚度大于所述最小距离10～40%。所述片材厚度需大于两个热压辊的最小距离，但又不能过于小，综合得到10％~40％是比较适合的，能保证片材充分加热。较佳的，通过控制膨化速度来控制所述孔隙率；具体地，通过控制预制体的溶剂含量、所述加热单元的加热温度、两个热压辊的转速来控制所述膨化速度。这些影响因素之间相互影响制约，所以在不同的材料要求下都有相对应的条件控制。具体而言，溶剂含量越高，温度越高，热压辊的转速应越低；反之，溶剂含量越低，温度越低，热压辊的转速应越高。较佳的，所述加热温度为140～400℃。较佳的，所述两个热压辊的转速为0.4~10m/min。膨化的速度不宜过快，而在工业化条件下产量不能太低。较佳的，所述最小距离为0.5~6mm。附图说明图1为本专利技术一实施形态的具有纳米多孔结构的材料的制备系统的结构示意图；图2为本专利技术具有纳米多孔结构的材料的制备系统的示意性控制框图；附图标记：1、2热压辊；3进料口；4预制体；A最小距离处；B加热单元起始点。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在此公开了本专利技术的具有纳米多孔结构的材料的制备系统，包括：加热单元，对含有溶剂的预制体在维持形态不变的状态下进行加热以使其融化并使溶剂气化；膨化单元，使来自所述加热单元的加热后的材料膨化增大体积至达到所需的孔隙率；以及定型单元，使来自所述膨化单元的膨化后的材料冷却以得到具有纳米多孔结构的材料。上述预制体可以预先在预制体制备单元中制备，例如可以采用溶剂型树脂和溶剂进行制备，但本专利技术不限于此，除了溶剂型树脂外，还可以采用水溶性树脂、无机溶胶、树脂与无机溶胶的复合物等等。使预制体中有适量的溶剂，其能在一定温度下气化使得预制体膨化成孔。用于制备具有纳米多孔结构的隔热保温材料与制备具有纳米多孔结构的过滤材料可以采用相同的原料、工艺制备预制体，基于预制体厚度的不同所制成的具有纳米多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有纳米多孔结构的材料的制备系统，其特征在于，包括：/n加热单元，对含有溶剂的预制体在维持形态不变的状态下进行加热以使其融化并使溶剂气化；/n膨化单元，使来自所述加热单元的加热后的材料膨化增大体积至达到所需的孔隙率；以及/n定型单元，使来自所述膨化单元的膨化后的材料冷却以得到具有纳米多孔结构的材料。/n

【技术特征摘要】
20190926 CN 20191091638251.一种具有纳米多孔结构的材料的制备系统，其特征在于，包括：
加热单元，对含有溶剂的预制体在维持形态不变的状态下进行加热以使其融化并使溶剂气化；
膨化单元，使来自所述加热单元的加热后的材料膨化增大体积至达到所需的孔隙率；以及
定型单元，使来自所述膨化单元的膨化后的材料冷却以得到具有纳米多孔结构的材料。


2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，
包括一对热压辊，所述预制体为片材，其从进料口被输送至两个热压辊之间，该预制体的厚度大于两个热压辊之间的最小距离，所述最小距离是指两个热压辊最接近的两点之间的间隙距离；
所述加热单元包括从所述最小距离处的上游所述片材开始接触所述热压辊处直至到达所述最小距离处的区域；
所述膨化单元包括从离开所述最小距离处起两个热压辊之间的间隙距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱林，
申请(专利权)人：上海稀点新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31