[发明专利]制备不同孔结构的多孔陶瓷微球的方法及喷雾冷冻装置

说明书

技术领域

本发明涉及制备不同孔结构的多孔陶瓷微球的方法及喷雾冷冻装置，属于陶瓷材料领域。

背景技术

多孔微球由于其特殊的结构使其具有比表面积大、密度低等特点，在医学、材料科学等领域具有广泛的应用，可作为催化剂、药物载体等。微球的粒径分布以及其内部的多孔结构直接影响着颗粒的孔隙度、以及其他性能。因此，制备出所需的粒径微球以及多孔结构是制备多孔微球的关键技术之一。

目前，由于微球中的层状多孔结构作为3D支架能够引导干细胞分化或生长，已引起国内外学者对其在生物工程方面的应用的研究热潮。传统的制备多孔微球的喷雾干燥法(Spray Drying)方法将溶液(或溶胶、料浆)雾化成小液滴，经固化和干燥后得到球形颗粒。该制备方法虽简单且适用范围广，但是所制备出的多孔颗粒尺寸分布不均匀，而且多孔结构可控性较差。新型的FPC(Freeze Photocuring Casting)通过将加入光固化树脂浆料经冷冻干燥后制备出的多孔颗粒，球形度较好，但颗粒尺寸分布不均匀，多孔结构可控性差。为解决颗粒尺寸分布不均匀的问题，有人提出了采用O/W乳液的水油不相容的原理，将亲水性浆料和疏水性聚合物进行搅拌然后冷冻制备出了具有层状多孔结构、颗粒尺寸分布均匀及球形度好的微颗粒，但颗粒尺寸以及孔隙结构单一，适用的材料体系范围窄。

发明内容

本发明针对现有技术中喷雾干燥法存在制备出的多孔颗粒尺寸分布不均匀，而且多孔结构的可控性较差的缺陷，目的是在于提供一种操作简单、能制备出尺寸均匀，球形度高且孔隙结构可控的多孔陶瓷微球的方法，该方法适用的材料体系范围广，可以工业化生产。

本发明的另一个目的是在于提供一种结构简单但实用性强的喷雾冷冻装置，经过该冷冻装置冷冻处理后可制备尺寸大小均匀且孔隙结构可控，球形度高的多孔陶瓷微球。

本发明提供了制备不同孔结构的多孔陶瓷微球的方法，该方法是先将陶瓷粉末和粘接剂通过分散剂分散在溶剂中得到浆料；所得的浆料喷雾到可调控的环形温场中进行冷冻，收集冷冻所得的颗粒进行冷冻干燥，得到多孔颗粒；所得的多孔颗粒先缓慢升温脱脂，再升温到烧结温度烧结，即得一种孔结构的多孔陶瓷微球，对环形温场进行调控可制得不同孔结构的多孔陶瓷微球；所述的调控是通过控制环绕在环形温场外液氮的量的分布来实现；所述的液氮的量的分布是将液氮充入到圆筒形液氮容器的密闭的环形区域中，所述的环形区域是由圆筒形液氮容器的具有同心圆的大半径圆筒和小半径圆筒之间的区域及其内设置的挡板形成，充入的液氮可通过设置的挡板来调节其分布，在小半径圆筒筒内的区域则形成环形温场；所述的液氮充入量为100～7000mL可在-170～20℃之间调控环形温场的温度。

所述的圆筒形液氮容器包括具有同心圆的大半径圆筒和小半径圆筒，两者之间的区域封闭，且该区域内设有若干块挡板；两个同心圆圆筒之间的密封区域构成了充液氮的圆筒形液氮容器，实现了充入的液氮呈环周式分布，再在两个同心圆圆筒之间区域设置挡板，将该区域隔断成若干小区间，把充入的液氮阻挡在需要降温的小区间，实现了对液氮分布的调节。

所述的圆筒形液氮容器顶部设有盖子，盖子中间设有一个圆孔，喷雾后的料浆液滴通过圆孔进入环形温场；盖子将液氮密封，保证了温场的稳定性。

所述的挡板为纵向形挡板或横向形挡板；所述的横向形挡板为圆形挡板，所述的纵向形挡板为纵向长方形挡板、纵向齿状挡板或纵向三角形挡板；选择不同挡板作用是使液氮能在所需要的位置进行降温，根据选择的挡板不同从而可形成不同的温场，同时也增加了温场的稳定性。

所述喷雾高度为10cm～1000cm。

所述的所述的冷冻干燥是在温度为-20～-70℃，气压为8～40Pa的条件下进行。

所述的冷冻干燥时间为17～28h。

所述的同心圆圆筒高度为30～300cm，两同心圆圆筒的半径分别为8～100cm和16～200cm，两半径差值为8～100cm。

上述方法中小半径圆筒底部设有活动筛网；活动筛网可根据需要选择的陶瓷微粒大小而更换不同网孔的筛网。

所述的脱脂是从室温以0.1～1℃/min的升温速率升高到550～650℃，再恒温1.5～2.5h。

所述的烧结是在选择材料的相应烧结温度下烧结。

所述的陶瓷粉末与粘结剂的质量比为100:1～200:1，陶瓷粉末与分散剂的质量比为70:1～150:1。

所述的浆料固相含量为1～40vol.%。