CN113354289A - 一种无铅多孔材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无铅多孔材料及其制备方法与应用，以质量百分比计，包括如下成分：玻璃粉骨料50‑80％，造孔剂10‑25％，粘结剂1‑25％。本发明所述的无铅多孔材料，在不添加助烧剂的条件下即可烧结制备，避免了引入重金属元素，提高了多孔材料的环保性能，且采用的玻璃粉骨料软化点和导热系数低，可以应用于雾化芯原料，降低热损耗，改善发热面的雾化爆发力和雾化口感。
Description
技术领域
本发明属于多孔材料技术领域，具体地说涉及一种无铅成分的多孔材料及其制备方法与应用。
背景技术
烟草燃烧时可以释放多种对人体有害的物质，如一氧化碳、焦油、尼古丁、二噁英等，容易引起肺部疾病、心血管疾病等。随着科技的发展，行业内近些年逐渐研发出可替代传统香烟的电子烟，其作为新兴的技术，将烟油成分进行精心配比，并将雾化过程中的温度精密控制，解决了传统香烟燃烧产生大量有害物质的问题，不但降低了对吸食者自身的伤害，也极大降低了二手烟对他人的伤害。
传统电子烟一般包括雾化器以及与雾化器电性连接的电源装置，雾化器内设置有储液腔以及加热装置，加热装置电源装置的电驱动下加热储液腔供给的烟液，形成烟雾，以供用户抽吸。加热结构内设置有吸取烟液的雾化芯，防止电子烟干烧，近年来，采用多孔陶瓷材料的雾化芯逐渐盛行，且多孔陶瓷材料一般采用实心熔融石英粉作为骨料进行烧结制备，这种材料存在如下技术问题：(1)石英粉软化点高、不易烧结，通常需要添加一定量的低温助烧剂来降低烧结温度，而目前采用的助烧剂都极易引入重金属成分，如目前商用陶瓷雾化芯样品组分中测量出有痕量铅成分；(2)熔融石英粉热系数高于绝大多数同类玻璃粉，导热快，导致由其制备的雾化芯发热面通电产生的热量比较容易向多孔导油层传递而造成热损耗，影响发热面雾化的爆发力，最终影响抽吸口感。
发明内容
为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种无需助烧剂或仅采用少量常规助烧剂的无铅多孔材料及其制备方法与应用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明第一方面提供一种无铅多孔材料，其以质量百分比计，包括如下成分：玻璃粉骨料50-80％，造孔剂10-25％，粘结剂1-25％。
作为优选，以质量百分比计，还包括0.01-5％的助烧剂。
作为优选，所述玻璃粉骨料为硼硅酸盐玻璃粉，钙镁铝硅酸盐玻璃粉，钠钙硅酸盐玻璃粉中的至少一种。
作为优选，所述玻璃粉骨料的平均粒度为80-400目，所述玻璃粉骨料的软化点为500-600℃，导热系数不高于1.2W/(m·K)。
作为优选，所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲脂、聚苯乙烯、未改性淀粉、改性交联淀粉、石墨、竹炭、活性炭、竹纤维、蔗糖中的至少一种；所述造孔剂的平均粒度为80-400目。
作为优选，所述粘结剂为有机粘结剂，所述有机粘结剂为石蜡、松香、虫胶、乙烯-醋酸乙烯、硬脂酸、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。
作为优选，所述助烧剂为硼酸、氧化硼、硼砂、硅酸钠溶液、硅藻土、高岭土、无铅低熔点玻璃粉中的至少一种。
本发明第二方面提供一种制备所述无铅多孔材料的方法，其包括如下步骤：
按比例将各原料混合均匀，得到预混料；
将所述预混料压制成型，得到生坯材料；
将所述生坯材料在600-800℃下烧结，制得所述多孔材料。
作为优选，所述压制成型通过热压铸、热浇铸或模压的方式进行。
本发明第三方面提供一种所述的多孔材料在雾化芯中的应用。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的无铅多孔材料，以质量百分比计，包括如下成分：玻璃粉骨料50-80％，造孔剂10-25％，粘结剂1-25％。本发明所述的无铅多孔材料，在不添加助烧剂的条件下即可烧结制备，避免了引入重金属元素，提高了多孔材料的环保性能，且采用的玻璃粉骨料软化点和导热系数低，可以应用于雾化芯原料，降低热损耗，改善发热面的雾化爆发力和雾化口感。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例所述的无铅多孔材料的孔径分布图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
本实施例提供一种无铅多孔材料，其以质量百分比计，由如下成分制得：玻璃粉骨料67％、造孔剂13％，粘结剂20％，其中，玻璃粉骨料为硼硅酸盐玻璃粉，其平均粒度为80-400目，软化点为550-580℃，导热系数为1.1-1.2。造孔剂为甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其平均粒度为80-400目。粘结剂为有机粘结剂，本实施例中优选为石蜡与少量蜂蜡的混合物。
上述无铅多孔材料通过如下方法制备：
S1、将硼硅酸盐玻璃粉骨料与甲基丙烯酸甲酯分别过100-200目筛后置于混料罐中混料0.5-2h，得到混合粉料；将石蜡、蜂蜡置于加热搅拌机内在70℃左右搅拌至完全融化；将混合粉料加入融化的石蜡、蜂蜡液体中，搅拌均匀，得到预混料。
S2、将预混料置于热压铸机中进行热压铸成型，得到生坯材料。
S3、将生坯材料在680℃下烧结，并保温30min，即得多孔材料。
经测试，制得的多孔材料孔隙率可达50％以上，适用于雾化芯原料，尤其适合用作电子烟的雾化芯原料；且本实施例所述的多孔材料无需助烧剂即可实现低温烧结，避免了引入重金属元素。
实施例2
本实施例提供一种无铅多孔材料，其以质量百分比计，由如下成分制得：玻璃粉骨料67％、造孔剂13％，粘结剂20％，其中，玻璃粉骨料为钙镁铝硅酸盐玻璃粉，其平均粒度为80-400目，软化点为550-580℃，导热系数为1.1-1.3W/(m·K)。造孔剂为聚苯乙烯(PS)，其平均粒度为80-400目。粘结剂为有机粘结剂，本实施例中优选为石蜡与少量硬脂酸的混合物。
上述无铅多孔材料通过如下方法制备：
S1、将钙镁铝硅酸盐玻璃粉骨料与聚苯乙烯分别过100-200目筛后置于混料罐中混料0.5-2h，得到混合粉料；将硬脂酸置于加热搅拌机内在70℃左右搅拌至完全融化；将混合粉料加入融化的硬脂酸液体中，搅拌均匀，得到预混料。
S2、将预混料置于热浇铸机中进行热浇铸成型，得到生坯材料。
S3、将生坯材料在690℃下烧结，并保温30min，即得多孔材料。
经测试，制得的多孔材料孔隙率可达50％以上，适用于雾化芯原料，尤其适合用作电子烟的雾化芯原料；且本实施例所述的多孔材料无需助烧剂即可实现低温烧结，避免了引入重金属元素。
实施例3
本实施例提供一种无铅多孔材料，其以质量百分比计，由如下成分制得：玻璃粉骨料65％、造孔剂15％，粘结剂20％，其中，玻璃粉骨料为钠钙硅酸盐玻璃粉，其平均粒度为80-400目，软化点为550℃，导热系数为0.96。造孔剂为未改性淀粉、改性交联淀粉的混合物，二者质量比为1:0.5，其平均粒度为80-400目。粘结剂为有机粘结剂，本实施例中优选为聚乙烯醇。
上述无铅多孔材料通过如下方法制备：
S1、将钠钙硅酸盐玻璃粉骨料与未改性淀粉、改性交联淀粉分别过100-200目筛后置于混料罐中混料0.5-2h，得到混合粉料；将聚乙烯醇置于加热搅拌机内在90℃左右搅拌至完全融化；将混合粉料加入融化的聚乙烯醇液体中，搅拌均匀，得到预混料。
S2、将预混料置于模压机中进行模压成型，得到生坯材料。
S3、将生坯材料在660℃下烧结，并保温30min，即得多孔材料。
经测试，制得的多孔材料孔隙率可达50％以上，适用于雾化芯原料，尤其适合用作电子烟的雾化芯原料；且本实施例所述的多孔材料无需助烧剂即可实现低温烧结，避免了引入重金属元素。
实施例4
本实施例提供一种无铅多孔材料，其以质量百分比计，由如下成分制得：玻璃粉骨料65％、造孔剂15％，粘结剂20％，其中，玻璃粉骨料为钙镁铝硅酸盐玻璃粉、钠钙硅酸盐玻璃粉的混合物，二者质量比为1:1，其平均粒度为80-400目，软化点为550℃，导热系数为1.1-1.3。造孔剂为竹炭、活性炭的混合物，二者质量比为1:1，其平均粒度为80-400目。粘结剂为有机粘结剂，本实施例中优选为石蜡与硬脂酸的混合物。
上述无铅多孔材料通过如下方法制备：
S1、将钙镁铝硅酸盐玻璃粉、钠钙硅酸盐玻璃粉骨料与竹炭、活性炭混合物分别过100-200目筛后置于混料罐中混料0.5-2h，得到混合粉料；将石蜡与硬脂酸置于加热搅拌机内在70℃左右搅拌至完全融化；将混合粉料加入融化的石蜡、硬脂酸液体中，搅拌均匀，得到预混料。
S2、将预混料置于模压机中进行模压成型，得到生坯材料。
S3、将生坯材料在680℃下烧结，并保温30min，即得多孔材料。
经测试，制得的多孔材料孔隙率可达50％以上，适用于雾化芯原料，尤其适合用作电子烟的雾化芯原料；且本实施例所述的多孔材料无需助烧剂即可实现低温烧结，避免了引入重金属元素。
实施例5
本实施例提供一种无铅多孔材料，其以质量百分比计，由如下成分制得：玻璃粉骨料65.5％、造孔剂13％，粘结剂20％，助烧剂1.5％，其中，玻璃粉骨料为硼硅酸盐玻璃粉，其平均粒度为80-400目，软化点为550-580℃，导热系数为1.1-1.2。造孔剂为竹纤维，其平均粒度为80-400目。粘结剂为有机粘结剂，本实施例中优选为石蜡和少量蜂蜡。助烧剂为硼酸。
上述无铅多孔材料通过如下方法制备：
S1、将硼硅酸盐玻璃粉骨料与硼酸、竹纤维混合物分别过100-200目筛后置于混料罐中混料0.5-2h，得到混合粉料；将聚乙烯醇缩丁醛置于加热搅拌机内在150℃左右搅拌至完全融化；将混合粉料加入融化的聚乙烯醇缩丁醛液体中，搅拌均匀，得到预混料。
S2、将预混料置于热压铸机中进行模压成型，得到生坯材料。
S3、将生坯材料在650℃下烧结，并保温30min，即得多孔材料。
经测试，制得的多孔材料孔隙率可达50％以上，适用于雾化芯原料，尤其适合用作电子烟的雾化芯原料，本实施例采用的助烧剂不含铅等重金属，在少量加入的条件下即可辅助完成低温烧结，避免了引入重金属元素。
实施例6
本实施例提供一种无铅多孔材料，其以质量百分比计，由如下成分制得：玻璃粉骨料60％、造孔剂13％，粘结剂22％，助烧剂5％，其中，玻璃粉骨料为钙镁铝硅酸盐玻璃粉，其平均粒度为80-400目，软化点为550℃，导热系数为1.1-1.3W/(m·K)。造孔剂为石墨、竹炭、活性炭的混合物，三者的质量比为1:0.5:1，其平均粒度为80-400目。粘结剂为有机粘结剂，本实施例中优选为松香和虫胶的混合物，二者质量比为2:1。助烧剂为硼砂、硅酸钠溶液的混合物。
上述无铅多孔材料通过如下方法制备：
S1、将钙镁铝硅酸盐玻璃粉与硼酸、硼砂、硅酸钠溶液混合，并充分烘干，得到的烘干粉料与造孔剂分别过100-200目筛后置于混料罐中混料0.5-2h，得到混合粉料；将松香和虫胶置于加热搅拌机内在110℃左右搅拌至完全融化；将混合粉料加入融化的松香和虫胶液体中，搅拌均匀，得到预混料。
S2、将预混料置于热压铸机中进行模压成型，得到生坯材料。
S3、将生坯材料在650℃下烧结，并保温30min，即得多孔材料。
经测试，制得的多孔材料孔隙率可达50％以上，适用于雾化芯原料，尤其适合用作电子烟的雾化芯原料，本实施例采用的助烧剂不含铅等重金属，在少量加入的条件下即可辅助完成低温烧结，避免了引入重金属元素。
实施例7
本实施例提供一种无铅多孔材料，其以质量百分比计，由如下成分制得：玻璃粉骨料62％、造孔剂20％，粘结剂15％，助烧剂3％，其中，玻璃粉骨料为钠钙硅酸盐玻璃粉与钙镁铝硅酸盐玻璃粉的混合物，其平均粒度为80-400目，软化点为550-580℃，导热系数为0.96-1.3W/(m·K)。造孔剂为蔗糖，其平均粒度为80-400目。粘结剂为有机粘结剂，本实施例中优选为石蜡。助烧剂为硅藻土、长石的混合物，二者的质量比为1:2。
上述无铅多孔材料通过如下方法制备：
S1、将钠钙硅酸盐玻璃粉、钙镁铝硅酸盐玻璃粉与硅藻土、高岭土混合，并充分烘干，得到的烘干粉料与造孔剂分别过100-200目筛后置于混料罐中混料0.5-2h，得到混合粉料；将石蜡置于加热搅拌机内在70℃左右搅拌至完全融化；将混合粉料加入融化的石蜡液体中，搅拌均匀，得到预混料。
S2、将预混料置于热压铸机中进行模压成型，得到生坯材料。
S3、将生坯材料在650℃下烧结，并保温30min，即得多孔材料。
经测试，制得的多孔材料孔隙率可达50％以上，适用于雾化芯原料，尤其适合用作电子烟的雾化芯原料，本实施例采用的助烧剂不含铅等重金属，在少量加入的条件下即可辅助完成低温烧结，避免了引入重金属元素。
实验例
1、测试市面商用雾化芯的主要成分、导热系数及软化点温度以及是否含铅，测试本申请上述实施例采用的多孔材料中玻璃粉骨料的导热系数及软化点温度，现有商用雾化芯中骨料的测试结果如下表1所示，本申请实施例中采用的多孔材料中玻璃粉骨料的测试结果如表2所示。
表1
表2
从上述测试结果可见，本申请实施例多孔材料中的玻璃粉骨料软化点温度低，为550-580℃，不超过600℃，而常规商用雾化芯原料的软化点温度达1600℃以上，低的软化点温度使得本申请实施例的多孔材料烧结温度低，可以不使用或仅使用少量助烧剂进行烧结，制备工艺更加简单、温和。同时，本申请实施例中多孔材料中的玻璃粉骨料的导热系数低，显著改善了材料的绝热性能，当将该多孔材料用于雾化芯时，可减少雾化芯发热面向多孔导油层一侧的热传递能量损耗，提高了发热面的能量密度，最终提升雾化装置的雾化口感。
2、测试常规材料以本申请实施例采用的玻璃粉骨料的热膨胀系数，测试结果如下表3所示。
表3
| 材料种类 | 热膨胀系数(10<sup>-6</sup>/K,25-300℃) |
| 熔融石英玻璃 | 0.55 |
| 氧化铝陶瓷 | 7 |
| 低硼硅玻璃粉 | 6.6 |
| 钠钙硅玻璃粉 | 8-9 |
| 钙镁铝硅酸盐玻璃粉 | 8-10 |
| FeCrAl | 12-14 |
| NiCr | 14-16 |
| 316不锈钢 | 17.5-18 |
上述测试结果表明，本申请实施例采用的玻璃粉体骨料热膨胀系数约为(6.6～10)×10-6/K，与传统石英玻璃相比，更接近于金属发热材料的热膨胀系数，可以与金属发热元件能形成更优的热膨胀匹配，有利于提高发热元件的使用寿命。
4、测试本申请实施例5得到的多孔材料的孔径分布，测试结果如图1所示，测试结果表明本申请实施例得到的多孔材料孔隙率高，高于50％，且孔径分布均匀。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种无铅多孔材料，其特征在于，以质量百分比计，包括如下成分：玻璃粉骨料50-80％，造孔剂10-25％，粘结剂1-25％。
2.根据权利要求1所述的无铅多孔材料，其特征在于，以质量百分比计，还包括0.01-5％的助烧剂。
3.根据权利要求1或2所述的无铅多孔材料，其特征在于，所述玻璃粉骨料为硼硅酸盐玻璃粉，钙镁铝硅酸盐玻璃粉，钠钙硅酸盐玻璃粉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的无铅多孔材料，其特征在于，所述玻璃粉骨料的平均粒度为80-400目，所述玻璃粉骨料的软化点为500-600℃，导热系数不高于1.2W/(m·K)。
5.根据权利要求1所述的无铅多孔材料，其特征在于，所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲脂、聚苯乙烯、未改性淀粉、改性交联淀粉、石墨、竹炭、活性炭、竹纤维、蔗糖中的至少一种；所述造孔剂的平均粒度为80-400目。
6.根据权利要求1所述的无铅多孔材料，其特征在于，所述粘结剂为有机粘结剂，所述有机粘结剂为石蜡、蜂蜡、松香、虫胶、乙烯-醋酸乙烯、硬脂酸、蜂蜡、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的无铅多孔材料，其特征在于，所述助烧剂为硼酸、氧化硼、硼砂、硅酸钠溶液、硅藻土、长石、高岭土、无铅低熔点玻璃粉中的至少一种。
8.一种制备如权利要求1-7任一项所述的无铅多孔材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
按比例将各原料混合均匀，得到预混料；
将所述预混料压制成型，得到生坯材料；
将所述生坯材料在600-800℃下烧结，制得所述多孔材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述压制成型通过热压铸、热浇铸或模压的方式进行。
10.一种如权利要求1-7任一项所述的多孔材料在雾化芯中的应用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114804639A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-07-29 | 深圳麦克韦尔科技有限公司 | 一种多孔玻璃及其制备方法和应用 |
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- 2021-05-20 CN CN202110554677.XA patent/CN113354289A/zh active Pending
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