一种多孔聚乙烯器件及其制备方法与流程

本发明涉及聚合物多孔材料制备，具体涉及一种多孔聚乙烯器件及其制备方法。

背景技术：

1、多孔材料是一种具有相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。多孔材料具有密度低、比表面积大和孔隙率高等特点，在分离、吸附、存储、催化和负载等领域有着广泛的应用。

2、聚乙烯是无毒、无味的白色粉末或颗粒，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，同时具有良好的耐低温性能。另外，聚乙烯常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。这些优良的性能使得聚乙烯被广泛应用于化工、机械、电力、服装、包装、食品、环保、纺织等领域。

3、多孔聚乙烯在能源、环境和医疗领域的需求日益广泛，例如，多孔聚乙烯薄膜作为电池隔膜材料被大量应用于各类金属离子电池，聚乙烯超滤膜被广泛用于工业废水和工艺水的深度处理、印染废水中染料的分离、照相化学废水中回收银以及超纯水的制备等，多孔高密度聚乙烯具有良好的生物相容性和纤维组织血管可以长入等优点，是在临床颅颌面修复手术中一种重要的填充材料。

4、目前过滤材料、隔膜材料、隔热材料、催化剂载体以及组织工程支架材料等领域对具有贯穿孔结构、微米级别孔径和三维形状可控的多孔聚乙烯器件需求巨大。现有技术多采用粉末原料再通过模压烧结成型制备多孔聚乙烯器件，其制得的多孔聚乙烯器件存在大量封闭孔结构，而且还在制作大尺寸器件时存在热传导受阻的问题，除此之外，粉末原料由于静电作用等原因，难以均匀填充具有精细结构的模具，严重限制了多孔聚乙烯材料的应用和发展。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于粉末原料制备多孔聚乙烯器件易产生大量封闭孔结构导致热传导受阻且难以均匀填充具有精细结构的模具的缺陷，从而提供解决上述问题的一种多孔聚乙烯器件及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多孔聚乙烯器件的制备方法，包括：将聚乙烯粉末与造孔剂粉末、液体辅助剂混匀配制成浆料并注入空腔模具中，再经过热处理、冷却脱模制得。

4、优选的，所述空腔模具采用3d打印技术制备。

5、优选的，所述液体辅助剂为与水相溶且与造孔剂粉末和聚乙烯粉末不溶的液体物质；

6、和/或，所述造孔剂粉末为水溶性物质且其熔点高于聚乙烯粉末。

7、优选的，所述聚乙烯粉末与造孔剂粉末、液体辅助剂的质量比为1：(0.1-5)：(0.01-5)。

8、优选的，所述聚乙烯粉末的粒径为0.1-1000μm。

9、优选的，所述造孔剂粉末在常温下水中溶解度大于5g/100ml；

10、和/或，所述造孔剂粉末的熔点大于180℃；

11、和/或，所述造孔剂粉末的粒径为0.1-1000μm。

12、优选的，所述造孔剂粉末为水溶性金属盐、多元醇中的至少一种；

13、所述水溶性金属盐包括但不限于nacl、na2co3、na2so4、kcl、k2co3、k2so4、mgcl2、mgso4、zncl2、cucl2、cuso4、cacl2；

14、所述多元醇包括但不限于季戊四醇或蔗糖。

15、优选的，所述液体辅助剂为乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、甘油、聚乙二醇、超支化聚缩水甘油醚中的至少一种；所述液体辅助剂可以促进聚乙烯和造孔剂分离并避免聚乙烯在高温熔融时形成闭孔结构。

16、优选的，所述热处理的温度为110-180℃；

17、所述热处理时长为5-720min，优选为30-120min。

18、优选的，冷却脱模之后还进行水洗。

19、本发明还提供一种多孔聚乙烯器件，其由上述的多孔聚乙烯器件的制备方法制备得到。

20、在本发明中，3d打印技术是指以三维模型数据为基础，通过材料堆积的方式制造零件或实物的快速成型技术，包括但不限于选择性激光烧结成型技术、光固化成型技术和熔融层积技术。

21、在本发明中，空腔模具的制备方法为直接3d打印制备空腔模具或间接3d打印制备空腔模具；所述直接3d打印制备空腔模具是以3d打印原料并利用3d打印技术直接制备具有空腔结构的树脂模具、金属模具或陶瓷模具，所述3d打印原料包括但不限于有机液体、树脂颗粒、线材、金属颗粒和陶瓷粉末；所述间接3d打印制备空腔模具是以3d打印原料并利用3d打印技术制备样品模型，然后在打印好的样品放入硅胶中，经固化、脱模得到具有空腔结构的硅胶模具，所述的硅胶为有机硅室温双组份模具胶，所述硅胶组分包括基础胶、交联剂、催化剂、填料。

22、在本发明中，所述聚乙烯是以乙烯经单独聚合或与少量α-烯烃共聚得到的一类热塑性树脂，所述聚乙烯包括但不限于高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯。

23、本发明技术方案，具有如下优点：

24、1.一种多孔聚乙烯器件的制备方法，包括：将聚乙烯粉末与造孔剂粉末、液体辅助剂混匀配制成浆料并注入空腔模具中，再经过热处理、冷却脱模制得。本发明以聚乙烯粉末、造孔剂粉末和液体辅助剂三者混合物的浆料替代传统粉末原料，并通过模压烧结成型技术制备多孔聚乙烯器件，在混合物浆料中，聚乙烯粉末和造孔剂粉末都均匀分散在辅助剂的液体环境中，这种固液相分离状态能够有效抑制聚乙烯熔融后对造孔剂粉末的全面覆盖，从而避免产生封闭孔结构；

25、另外，该浆料具有流体特性和抗逸散性，与传统粉末原料相比，浆料原料在填充模具时能够更好的适应负压和高压环境，从而充分填充具有精细结构的空腔模具，为制备具有精确三维结构的多孔聚乙烯器件提供极大的便利，而且聚乙烯浆料原料的导热系数[0.48w/(m·k)]明显高于聚乙烯粉末原料的导热系数[0.35w/(m·k)]，从而有助于解决制备大尺寸样品的热传导受阻问题。

26、2.本发明的多孔聚乙烯器件的制备方法中，造孔剂粉末和液体辅助剂均具有良好的水溶性，可以经水洗后彻底去除，不会产生因造孔剂和辅助剂残留导致聚乙烯性能改变的问题。

27、3.本发明的多孔聚乙烯器件的制备方法中，本发明中浆料原料与3d打印制备模具技术相结合，用于制备具有特定形状的多孔聚乙烯器件，可以满足不同领域对具有贯穿微米孔结构多孔聚乙烯器件的形状定制化需求。

技术特征：

1.一种多孔聚乙烯器件的制备方法，其特征在于，包括：将聚乙烯粉末与造孔剂粉末、液体辅助剂混匀配制成浆料并注入空腔模具中，再经过热处理、冷却脱模制得。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液体辅助剂为与水相溶且与造孔剂粉末和聚乙烯粉末不溶的液体物质；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯粉末与造孔剂粉末、液体辅助剂的质量比为1：(0.1-5)：(0.01-5)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯粉末的粒径为0.1-1000μm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂粉末在常温下水中溶解度大于5g/100ml；

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂粉末为水溶性金属盐、多元醇中的至少一种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述液体辅助剂为乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、甘油、聚乙二醇、超支化聚缩水甘油醚中的至少一种。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为110-180℃；

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，冷却脱模之后还进行水洗。

10.一种多孔聚乙烯器件，其特征在于，其由上述权利要求1-9任一项所述的多孔聚乙烯器件的制备方法制备得到。

技术总结
本发明涉及聚合物多孔材料制备技术领域，具体涉及一种多孔聚乙烯器件及其制备方法，其中，一种多孔聚乙烯器件的制备方法，包括：将聚乙烯粉末与造孔剂粉末、液体辅助剂混匀配制成浆料并注入空腔模具中，再经过热处理、冷却脱模制得。本发明以聚乙烯粉末、造孔剂粉末和液体辅助剂三者混合物的浆料替代传统粉末原料并通过模压烧结成型技术制备多孔聚乙烯器件，可有效避免多孔聚乙烯器件制备过程中大量封闭孔结构的产生并有效解决制备大尺寸样品的热传导受阻问题。

技术研发人员：陈恒,樊韵平,田钰
受保护的技术使用者：罗摩材料（深圳）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14