专利名称：多孔液体吸收和保留构件及其制造方法,和醇吸收和保留构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有吸收诸如醇或水的液体的能力并且能够保留该液体的多孔液体吸收和保留构件，一种制造这种构件的方法，以及一种醇吸收和保留构件。
背景技术：
当与液体接触时，由树脂或天然材料制成的多孔材料(例如海绵和纤维性基材)可以吸收液体以将其保留在材料中，这归因于表面张力造成的毛细管作用。但是，海绵、纤维性基材等本身的强度低，因此不能保持它们的形状。因此，通常使用由素陶瓷为代表的多孔陶瓷作为具有高强度和保水能力的多孔材料。
在最近引人注目的燃料电池领域中，已经提出使用多孔材料作为用于向直接型甲醇燃料电池(以下简称DMFC)的燃料电极(阳极)供应甲醇水溶液的构件(JP-A-59-066066)。即，多孔材料由于其能够通过毛细管作用从槽中吸收甲醇水溶液以将甲醇保留在燃料电极表面上而是合适的。
如上所述，多孔材料可用作液体吸收和保留构件。常规的多孔材料的缺点在于，它们只能在它们体积的一小部分中保留液体。例如，在DMFC的情况下，由于多孔材料必须不断地向阳极供应燃料，因此多孔材料必须通过毛细管作用将液体燃料送到阳极，而且多孔材料本身必须尽可能多地保留燃料。所以，常规的多孔材料是不令人满意的。当在运动物体或汽车上使用时，多孔材料必须对一定程度的振动和冲击具有抵抗力。因此，常规的陶瓷在质量上不尽如人意。
本发明的一个目的是提供一种多孔液体吸收和保留构件，该构件由于毛细管作用而对液体具有高吸收能力，并且本身具有能够保留大量液体的结构，一种制造这种构件的方法，以及一种吸收和保留用作燃料电池燃料的醇的构件。
发明内容
本发明的发明人研究了多种多孔材料，从而通过制造一种金属多孔烧结制品而解决了上述问题，所述的金属多孔烧结制品不具有简单的烧结结构，而具有通过将空隙周围的金属粉末烧结而形成的骨架，并且对该骨架的金属表面进行亲水化处理。基于这种在包含金属结构的多孔烧结制品骨架表面上形成高亲水性物质的技术构思，本发明的发明人发现了形成所述的亲水性物质的最佳方法和条件，从而完成了本发明。
即，本发明提供一种多孔液体吸收和保留构件，其特征在于包含具有骨架的多孔烧结制品，所述骨架是通过将空隙周围的金属粉末烧结而形成的并且经过亲水化处理的。所述亲水化处理优选是选自硅氧化物、钛氧化物、铬氧化物和氧化铝的一种或多种物质在骨架上的形成。
另外，在本发明的多孔液体吸收和保留构件中，骨架部分具有平均小孔大小优选为200μm或更小的多个小孔，并且平均空隙大小优选为3,000μm或更小，整个多孔材料的孔隙含量优选不大于95体积％并且不小于60体积％。更优选骨架部分的平均小孔大小为5至100μm，平均空隙大小为100至2,000μm，并且整个多孔材料的孔隙含量为70至90体积％。本发明还提供一种醇吸收和保留构件，其包含上面所述的多孔液体吸收和保留构件，醇被吸收至该构件中，以保留在其中。在本说明书中，″平均小孔(空隙)大小″表示小孔(空隙)直径的平均。
此外，本发明提供一种制造多孔液体吸收和保留构件的方法，所述方法采用对具有通过将空隙周围的金属粉末烧结而形成的骨架的多孔烧结制品的骨架进行亲水化处理的方法，该亲水化处理方法的特征在于，以以下方式进行亲水化处理使用有机金属化合物作为原料，并且将通过蒸发这种化合物获得的原料气体与接近大气压的压力下的含有氧的等离子体气体反应，从而在上述骨架的表面上形成金属氧化物。
本发明提供上述的用于制造多孔液体吸收和保留构件的方法，其中优选将接近大气压的压力下的含有氧的等离子体气体自下而上通过多孔烧结制品，从而在骨架表面上形成金属氧化物。另外，本发明提供上述的用于制造多孔液体吸收和保留构件的方法，其特征在于，所述的金属氧化物是氧化硅。
本发明可以提供一种多孔液体吸收和保留构件，该构件由于毛细管作用而对液体具有高吸收能力，并且具有能够保留大量液体的结构，一种制造这种构件的方法，以及一种吸收和保留用作燃料电池燃料的醇的构件。
图1是显示根据本发明的在亲水化处理之前的多孔液体吸收和保留构件剖面的一个实例的电子显微照片。
图2是显示本发明的多孔液体吸收和保留构件的骨架部分的一个实例的电子显微照片。
图3是显示本发明的多孔液体吸收和保留构件骨架剖面的一个实例的电子显微照片。
图4是显示本发明的多孔液体吸收和保留构件骨架剖面的另一实例的电子显微照片。
图5是显示本发明的另一种多孔液体吸收和保留构件的骨架部分的一个实例的电子显微照片。
图6所示的是本发明的多孔液体吸收和保留构件骨架部分的分析结果的一个实例。
图7是显示本发明的再一种多孔液体吸收和保留构件的骨架部分的一个实例的电子显微照片。
图8是显示根据本发明的在亲水化处理之前的另一种多孔液体吸收和保留构件的剖面的一个实例的电子显微照片。
图9是显示本发明的再一种多孔液体吸收和保留构件的骨架部分的一个实例的电子显微照片。
图10是显示本发明的多孔液体吸收和保留构件骨架部分的另一实例的电子显微照片。
图11是显示比较例的多孔液体吸收和保留构件的骨架部分的一个实例的电子显微照片。
图12是显示另一个比较例的多孔液体吸收和保留构件的骨架部分的一个实例的电子显微照片。
图13是举例说明在实施例中进行的用于评估液体吸收和保留能力的试验的图。
图14是显示评估本发明和比较例的多孔液体吸收和保留构件液体吸收和保留能力的结果的图。
图15是显示评估本发明和另一比较例的多孔液体吸收和保留构件液体吸收和保留能力的结果的图。
图16是本发明制造方法中使用的CVD设备的一个实例的示意图。
具体实施例方式
首先，下面描述本发明的多孔液体吸收和保留构件。这种构件的重要特征在于通过以下方式获得优异的液体吸收和保留作用使用具有通过将空隙周围的金属粉末烧结而形成的骨架的烧结多孔制品作为基本结构，并且例如通过涂布处理或者诸如氧化处理的自产(self-production)而在骨架的金属表面上形成高亲水性物质。即，由于通过用金属粉末的烧结部分围绕空隙而形成的结构，所述的构件由能够吸取液体的骨架部分和能够储存液体的空隙部分组成，并且骨架表面由于亲水化处理而具有优异的可湿性。因此，所述的构件还具有改善的液体吸收和保留能力。
下面进行详细解释。由于通过烧结金属粉末而形成骨架，液体首先通过由骨架部分的小孔造成的毛细管作用被吸收。吸收的液体渗出到存在于骨架部分周围的空隙中以填充空隙，从而该液体被保留。在这种方法中，由于本发明的液体吸收和保留构件的骨架上形成有高亲水性物质，骨架表面具有优异的可湿性，从而在上述方法中得到改善的吸收和保留能力。在这种情况下，当进行亲水化处理提高形成的物质的亲水性和进行以下所述的任选的空隙大小的减小时，借助于空隙本身的毛细管作用，液体吸取作用得以改善。根据用途，还可以通过将空隙大小设置在稍微大一些的尺寸并且使空隙互通，在液体吸收后保证有空间以确保透气性。
在本发明中，由于还设想一种在运动物体或汽车中使用的DMFC燃料的吸收和保留构件，使用金属骨架来改善抗振动性和抗冲击性，因此使用金属粉末作为原料。另外，金属材料适合作为吸收和保留液体的材料，因为脊索暖壶材料本身通常具有高表面张力，因而与液体有良好的可湿性，并且根据本发明可以通过采用亲水化处理进一步改善其可湿性。至于金属材料的种类，选择几乎不受将要使用该材料吸收和保留的液体影响的金属材料是有效的。还可以利用金属的导电性同时使金属材料具有集电板或电极的功能。
尽管不需要具体规定本发明中形成在骨架上的亲水性物质，但是多种金属(包括半金属)氧化物和诸如纤维素的有机物质作为亲水性物质是有效的。即，据推测由于氧化物中的氧是亲水性的，因而氧化物改善了可湿性。另外，据推测纤维素作为具有优异耐化学品性的有机物质是有效的，因为它们具有优异的亲水性并且难以在液体中溶解。
在金属(包括半金属)氧化物的情况下，骨架部分的金属表面涂覆有高亲水性物质，如以二氧化钛为代表的氧化钛，以氧化铬为代表的铬氧化物，或者以二氧化硅为代表的氧化硅。还可以使用氧化铝(矾土)。至于涂覆方式，除了氧化处理、转化处理和化学气相沉积(CVD)处理外，还可以使用将要转化的金属的醇盐等的溶液。在使用醇盐进行涂覆处理的情况下，重要的是将醇盐溶液的粘度调节到使涂覆物质不阻塞骨架部分的小孔的低粘度。
下面解释根据本发明的优选结构。
(1)骨架部分的平均小孔大小优选为200μm或更小。
这个范围确保通过骨架部分的毛细管作用产生足够的液体吸取能力。
(2)平均空隙大小优选3,000μm或更小。
这是因为当空隙大小太大时，对液体的吸收性质和保留性质趋向于劣化。可以预测劣化是由施加在储存在空隙中的液体上的重力抑制了储存液体的引上(drawing up)作用而造成的。据推测小的空隙大小是有利的，因为其如在骨架部分的小孔的情况下促进了毛细管作用，使液体稳定保留在空隙中，并且还有助于吸收。
(3)整个多孔材料的孔隙含量优选不大于95体积％并且不小于60体积％。
这是因为用于保留液体的空隙的增加对于增加保留在多孔材料中的液体的量是有利的。另外，当空隙被骨架部分彼此隔开时，骨架部分预先填充有液体，因为由于毛细作用力，液体在骨架部分中移动快速。结果，当空隙被骨架部分紧密覆盖时，空隙中的气体很难逃逸，使得很可能产生俘获的空气，从而抑制液体进入空隙。为了防止这种抑制作用，有效的做法是将空隙的互通性提高到一定水平，从而当液体进入空隙时，可以尽可能多地将空隙中的空气从多孔材料中排出。出于上述原因，整个多孔材料的孔隙含量优选为60体积％或以上。
但是，另一方面，必须确保骨架部分的足够的体积百分比，以保证多孔材料本身的强度和足够的液体吸收能力。因此，整个多孔材料的孔隙含量优选为95体积％或更小。
本发明的多孔液体吸收和保留构件更优选如下在其上形成有骨架的烧结制品中，骨架是平均粒度为100μm或更小的金属粉末的烧结骨架，骨架部分的平均小孔大小为5至100μm，平均空隙大小为100至2,000μm，并且整个多孔材料的孔隙含量为70至90体积％。
至于本发明中使用的制造多孔材料的方法，例如，可以采用以下方法首先制备金属粉末。至于金属粉末，不锈钢、钛、钛合金等，而不是容易被将要与它们接触的液体腐蚀的材料，是有效的。至于金属粉末的粒度，其平均粒度优选为200μm或更小，更有效100μm或更小。
将金属粉末与树脂粒子和粘合剂混合。至于树脂粒子，为了确保空隙大小，优选平均粒度为100至3,000μm的树脂粒子。尽管还可以将树脂用作粘合剂，但是当采用包括用溶剂除去树脂粒子的有效方法时，优选使用粘合剂，例如主要由甲基纤维素和水组成的不溶于溶剂的粘合剂。
然后，由如此获得的捏合制品制造塑模制品，通过加热剥离(debound)，然后烧结。此处，当将水结合到上述粘合剂中时，优选在模塑后加入干燥步骤。当通过使用溶剂除去树脂粒子时，优选在加热剥离之前增加溶剂萃取和干燥步骤。
优选将烧结获得的多孔材料进行如下亲水化处理，从而能够获得本发明的多孔液体吸收和保留构件，其中通过将空隙周围的金属粉末烧结而形成的骨架具有形成于其上的亲水性物质。这种构件可以用作醇吸收和保留构件。
下面解释用于制造本发明的多孔液体吸收和保留构件的方法。本发明制造方法的重要特征在于，利用特殊的化学气相沉积方法(CVD法)来进行亲水化处理，以在用作构件的基材的多孔烧结制品的骨架表面上形成高亲水性物质。此处使用的术语″亲水化处理″是指具体地用水或含有羟基的有机化合物来改善可湿性的处理。
首先，在本发明的制造方法中，形成在骨架上的亲水性物质是金属氧化物。原因如下。金属氧化物与由金属制成的骨架有优异的粘合性，而且金属氧化物通常是化学稳定的物质，因此有利之处在于，其能够防止腐蚀问题和由各种反应造成的各种问题，所述腐蚀问题是当如本发明中那样，在含水液体中使用多孔液体吸收和保留构件时造成的。另外，可湿性也得以改善，因为金属物质中的氧是亲水性的。此处涉及的金属氧化物包括半金属氧化物。
本发明制造方法的具体特征在于，该方法中使用特殊的方法，即等离子体CVD方法，以在骨架表面上形成上述金属氧化物。等离子体CVD方法是这样一种方法，其中使用等离子体来分解含有原料的化合物，以引起化学反应，并且在加热的基材(处理对象)表面上形成该物质的构件。本发明中，使用有机金属化合物作为原料，并且将这种化合物蒸发获得的原料气体与接近大气压的压力下含有氧的等离子体气体反应，以在上述骨架的表面上形成金属氧化物。
使用有机金属化合物作为原料的原因在于，即使其金属的蒸汽压低，该化合物也能够易于气化，然后进料至反应室中。另外，可以通过改变气体来生长具有各种组成中任何一种的薄膜。至于蒸发获得的原料气体的分解，通过使用等离子体气体，可以在与常规的热CVD法相比较低的温度下分解原料气体。因此，可以抑制基材本身的热变形和金属氧化物因与基材的热膨胀率不同而从基材上剥落的现象。通过等离子体CVD方法形成的膜状的氧化物是致密的，并且即使当基材具有复杂形状，如本发明中使用的多孔材料开头时，也在基材内表面上具有良好的布散能力。因此，膜状氧化物是最合适的，特别是对于本发明想要的金属多孔材料的复杂骨架的表面处理而言。
对于引入制造本发明中使用的金属氧化物所需的氧而言，类似在真空等离子体CVD方法中使用的大型设备如高真空室，是不必要的，因为可以使用接近大气压的压力下含有氧的等离子体气体。即，可以基本上在空气中进行膜-形成处理，并且处理可以连续进行。因此，可以极大地降低设备成本，并且生产率高。术语″接近大气压的压力″是指约13至200kPa范围内的压力，优选约100kPa的压力。上述范围内的压力在本发明中被认作大气压。
本发明的发明人确定，在使用上述等离子体气体时，以下做法对于金属氧化物的稳定形成是非常有效的优选将等离子体气体自下而上通过处理的多孔材料，以在多孔材料的骨架表面上通过反应形成金属氧化物(图16)。这种有效性的原因在于因为用于形成氧化物的等离子体气体处于约400℃的加热状态，并且由于上升的气流而向上流动，向上通过的等离子体气体产生不与气流方向相反的最平稳的流动方向。
至于在多孔材料骨架上形成金属氧化物的方法，还有另一种方法，该方法使用将要转化成金属氧化物的金属的醇盐等的溶液。当具体地在烧结骨架上进行使用醇盐的涂覆处理时，重要的是调节醇盐溶液的粘度，使其具有涂覆材料可以不阻塞骨架部分的小孔的低粘度。因此，严格控制是必须的。另一方面，本发明中采用的CVD方法的优点在于，可以在形成金属氧化物的同时确实保护小孔。
至于为了覆盖本发明中的金属骨架而形成的金属氧化物，可以选择作为高亲水性物质的硅氧化物、钛氧化物、铬氧化物和铝氧化物。它们当中，有效选择在半导体领域中最普遍使用的硅氧化物，因为从原料和成本考虑，这样的选择是有利的。
优选实施方案描述实施例1将通过水雾化获得的平均粒度为60μm的SUS316L粉末、商品甲基纤维素和作为树脂粒子的平均粒度分别为1,000μm和180μm的两种球形石蜡混合，然后与水和增塑剂捏合以制备捏合制品。混合的树脂粒子的量设置如下当将金属粉末和树脂粒子的总体积取作100％时，平均粒度为1,000μm的石蜡粒子的比例和平均粒度为180μm的石蜡粒子的比率分别为75％和12.5％，其余12.5％是金属粉末。
将上述捏合制品在0.8MPa的负载下压模成板，并且将这种模塑制品在50℃干燥。用溶剂萃取模塑制品中的石蜡粒子，并且将如此处理的模塑制品在70℃干燥。随后，在剥离炉中，氮气气氛中以40℃/h的速度加热模塑制品，并且在600℃保持2小时。通过这个程序，残余的石蜡和粘合剂被分解和蒸发。然后，在烧结炉中将模塑制品在氢气中保持1,170℃2小时进行烧结，从而获得厚度为3mm的多孔材料盘。
获得的多孔烧结制品剖面的微观形状示于图1的扫描电子显微镜(SEM)照片中。空白部分显示的是金属部分，黑的部分显示的是空隙和构成骨架部分的小孔的空间。骨架部分的孔径是通过水银注射法测量的，并且实测平均为79.4μm。至于空隙，证实有两种空隙，即看上去分散在骨架中的小空隙和看上去没有分散在骨架中的大空隙。基于该剖面显微照片，测得小空隙的平均直径为150μm，大空隙的平均直径为660μm，所有空隙的平均直径为510μm，并且整个多孔材料的孔隙含量为84.8％。
从多孔烧结制品切出坯料(105mm长、20mm宽和3mm厚)，并且放在等离子体气体制造设备中，以在内部骨架表面上形成金属氧化物。进行如下设置如图16的设备示意图所示，将要形成氧化物的表面朝下，使得等离子体气体可以从表面下方与该表面接触。使用TEOS(四乙氧基硅烷)作为原料有机金属化合物。在通过使用氮气作为载气，将这种原料以0.2g/min的速度从侧面进料至基材表面的同时，将在大气压下转化成等离子体的1∶1(体积比)的氧和氮混合气体向上通过基材的将要处理的表面，使其与原料气体反应，从而形成膜的前体。该前体积聚在多孔烧结制品表面以形成氧化硅膜。采用上述大气等离子体CVD处理，用二氧化硅涂覆骨架部分表面5分钟，以制造试样。
图2是显示CVD处理后的骨架的金属表面的SEM照片。从图2可见，小孔没有被涂覆材料阻塞。图3中SEM照片显示了试样的处理表面附近的骨架表面的剖面。如图3所示，形成了约60nm厚的氧化硅(SiO2)膜。图4的SEM照片显示了在离试样的处理表面1.5mm距离处的骨架表面的剖面。如图4所示，形成了约30nm厚的氧化硅膜。作为能量色散X射线分析仪(EDX)的分析结果，实际测量的骨架部分的金属表面层的硅和氧含量比CVD处理前高，并且发现甚至试样内部的骨架表面也薄而均匀地被氧化硅涂覆。
实施例2将用与实施例1相同的方式获得的多孔烧结制品(105mm长、20mm宽和3mm厚)进行洗涤，用过钛酸溶液涂覆，然后在空气中400℃下加热处理以制造试样。图5是显示骨架部分金属表面的SEM照片。在表面上观察到鳞状沉淀物部分，并且可以看到小孔没有被阻塞。图6显示了沉淀物部分的EDX分析结果。发现沉淀物部分具有高钛和氧含量，并且证实氧化钛已经被沉淀在金属表面上，尽管其是不均匀的。
实施例3将用与实施例1相同的方式获得的多孔烧结制品(105mm长、20mm宽和3mm厚)进行洗涤，然后用60％浓硝酸进行钝化态处理以在骨架的金属表面上形成氧化铬涂膜。图7是骨架部分的金属表面的SEM照片。从图7可见，小孔没有被阻塞。至于氧化铬，作为EDX分析的结果，发现骨架部分的金属表面层的铬和氧含量比处理前高，并且证实骨架表面已经被氧化铬薄而均匀地涂覆。
实施例4以与实施例1相同的方式制备捏合制品，不同之处在于使用通过气体雾化并且平均粒度为52μm的Fe-3(质量％)Cr-5(质量％)Al-0.5(质量％)Zr粉末代替通过水雾化获得的SUS316L。设置混合的树脂粒子的量，使平均粒度为1,000μm的石蜡粒子和平均粒度为180μm的石蜡粒子的比例可以分别为80％和10％，其余10％可以是金属粉末。以与实施例1相同的方式由捏合制品制造厚度为5.5mm的多孔材料盘。
获得的多孔烧结制品的剖面微观形状示于图8的SEM照片中。尽管微观形状与图1中的相同，骨架部分的孔径却为83.1μm。至于两种证实的空隙，即大空隙和小空隙，基于剖面显微照片，发现小空隙的平均直径为120μm，大空隙的平均直径为560μm，并且所有空隙的平均直径为290μm。整个多孔材料的孔隙含量为83.7％。
从多孔烧结制品切出坯料(80mm长、20mm宽和5.5mm厚)，并且通过在骨架部分的表面上沉淀氧化铝进行涂覆，沉淀是通过在空气中1,100℃高温氧化处理1小时进行的，从而制造出试样。图9是高温氧化处理后的骨架部分的SEM照片。从图9可见，小孔没有被涂覆材料阻塞。图10是显示骨架部分的金属表面的SEM照片。作为EDX分析的结果，发现骨架部分金属表面层的铝和氧含量比氧化处理前高，并且发现骨架表面已经被氧化铝涂覆。
比较例1和2以与实施例1相同的方式获得多孔烧结制品(105mm长、20mm宽和3mm厚)，并且以与实施例4相同的方式获得多孔烧结制品(80mm长、20mm宽和5.5mm厚)，将它们不经亲水化处理地使用。前者用作比较例1的试样，后者作为比较例2的试样。图11是显示比较例1试样的骨架部分金属表面的SEM照片，而图12是显示比较例2试样的骨架部分金属表面的SEM照片。(评估)将上述试样的每一个，即，根据本发明获得的实施例1至4的试样和比较例1和2的试样，如图13所示地悬挂在电子天平的盒中，将每个试样的10mm下端浸渍在测试液体中，测量试样每单位截面积的液体吸取量随浸渍时间的变化。至于测试液体，使用甲醇浓度为10质量％的甲醇水溶液作为假想的用于DMFC中的甲醇溶液。
首先，下面描述实施例1至3和比较例1在液体吸取能力方面的比较。由于上述评估试验的结果很可能根据表面状态(甚至是一个试样或者相同试样)而显著变化，应当注意在测试前通过用乙醇对试样进行2分钟的超声波清洗，随后在50℃干燥5小时，使测试前的每个试样呈现相同的状态。在比较例1的试样的情况下，不仅评估在上述条件下清洗和干燥的试样，而且还评估清洗10分钟然后在50℃干燥5小时的试样。
图14中的曲线显示了实施例1至3和比较例1的每个试样的单位截面积液体吸取量随浸渍时间的变化。从图中可见，通过亲水化处理用每一种氧化物涂覆多孔烧结制品的骨架而获得的实施例1至3的试样比比较例1的试样具有更高的吸收能力，所述的比较例1试样在烧结后没有进行亲水化处理，并且在如上所述的相同条件下清洗和干燥。实施例1至3试样在20分钟(1,200秒)后吸取量的值分别是比较例1试样的约4.6倍、约4.1倍和3.5倍。
在比较例1的情况下，测试前用乙醇清洗10分钟的试样在吸取量方面与根据本发明的通过涂覆氧化铬而获得的实施例3试样基本相等，即其具有提高的吸收和保留能力。但是，当在试验后将比较例1的这种试样干燥，放置1周，然后再次照原样进行如上相同的试验，证实这种试样的吸收和保留能力变差，基本上等于用乙醇清洗2分钟的比较例1试样获得的在图14中的结果。即，清洗10分钟的效果不是持续的。另一方面，根据本发明的通过亲水化处理而获得的实施例1至3的试样即使类似地放置1周，在再测试时也具有未改变的吸取量。因此，证实它们的吸取能力几乎不随时间而变化，并且它们的优异的吸收和保留能力是持续的。
接着，下面描述实施例4和比较例2的试样在液体吸取能力方面的比较。在这种情况下，关于上述试验前的清洗条件，应当注意在测试前通过用乙醇对试样进行10分钟的超声波清洗，随后在50℃干燥5小时，使测试前的每个试样呈现相同的状态。
图15中的曲线显示实施例4和比较例2的每个试样的单位截面积液体吸取量随浸渍时间的变化。从图中可见，通过高温氧化处理，用氧化铝涂覆多孔烧结制品的骨架(亲水化处理)而获得的实施例4的试样与比较例2的试样相比，具有更高的吸收能力，所述的比较例2的试样没有进行亲水化处理，并且在如上所述的相同条件下清洗和干燥。在浸渍实施例4试样10秒后的吸取量是比较例2试样的约1.4倍。这种提高比率与实施例1试样相对于清洗10分钟的比较例1试验的吸取量的比率相一致。
据推测，吸取量达到饱和需要的时间短，并且饱和时吸取量与试样实施例1至3和比较例1的试样的试验结果相比没有显著差异的原因在于，试样的长度短，为80mm。
由于本发明的多孔液体吸收和保留构件因毛细管作用而对液体具有高吸收能力，并且其多孔材料本身又具有能够保留大量液体的结构，可以预期，本发明的多孔液体吸收和保留构件不仅可用作作为燃料电池的燃料使用的醇的吸收和保留构件，而且还可用作用于吸收在空气电极侧上产生的水的构件或者用于二次电池的电极或电容器的基材，并且还可以预期所述的多孔液体吸收和保留构件可用于制造它们。
权利要求
1.一种多孔液体吸收和保留构件，其包含多孔烧结制品，所述的多孔烧结制品具有通过将空隙周围的金属粉末烧结而形成的、并且经过亲水化处理的骨架。
2.根据权利要求1的多孔液体吸收和保留构件，其中所述的亲水化处理是选自硅氧化物、钛氧化物、铬氧化物和铝氧化物的一种或多种物质在骨架上的形成。
3.根据权利要求1或2的多孔液体吸收和保留构件，其中其骨架部分具有平均小孔大小为200μm或更小的小孔，平均空隙大小为3,000μm或更小，并且整个多孔材料的孔隙含量不大于95体积％且不小于60体积％。
4.根据权利要求3的多孔液体吸收和保留构件，其中其骨架部分具有平均小孔大小为5至100μm的小孔，平均空隙大小为100至2,000μm，并且整个多孔材料的孔隙含量不大于90体积％且不小于70体积％。
5.一种制造多孔液体吸收和保留构件的方法，所述方法采用对具有通过将空隙周围的金属粉末烧结而形成的骨架的多孔烧结制品的骨架进行亲水化处理的方法，该亲水化处理方法包括以以下方式进行亲水化处理使用有机金属化合物作为原料，并且将通过蒸发这种化合物获得的原料气体与接近大气压的压力下的含有氧的等离子体气体反应，从而在所述骨架的表面上形成金属氧化物。
6.根据权利要求5的制造多孔液体吸收和保留构件的方法，其中将接近大气压的压力下的含有氧的等离子体气体自下而上通过多孔烧结制品，从而在骨架表面上形成金属氧化物。
7.根据权利要求5或6的制造多孔液体吸收和保留构件的方法，其中所述的金属氧化物是氧化硅。
8.一种醇吸收和保留构件，其包含根据权利要求1或2的多孔液体吸收和保留构件，醇被吸收至该构件中，以保留在其中。
9.一种醇吸收和保留构件，其包含根据权利要求3的多孔液体吸收和保留构件，醇被吸收至该构件中，以保留在其中。
10.一种醇吸收和保留构件，其包含根据权利要求4的多孔液体吸收和保留构件，醇被吸收至该构件中，以保留在其中。
全文摘要
本发明的一个目的是提供一种多孔液体吸收和保留构件，该构件由于毛细管作用而对液体具有高吸收能力，并且本身具有能够保留大量液体的结构，提供一种制造这种构件的方法，以及一种吸收和保留用作燃料电池燃料的醇的构件。本发明提供的多孔液体吸收和保留构件在于包括具有通过将空隙周围的金属粉末烧结而形成的并且进行亲水化处理的骨架的多孔烧结制品。所述的亲水化处理优选是选自硅氧化物、钛氧化物、铬氧化物和氧化铝的一种或多种物质在骨架上的形成。
文档编号B22F3/11GK1830603SQ20061000705
公开日2006年9月13日 申请日期2006年2月14日 优先权日2005年2月14日
发明者伊达贤治, 立川清, 大石胜彦, 中冈范行 申请人:日立金属株式会社