CN115322011A - 疏水亲油的多孔陶瓷制备方法、疏水亲油的多孔陶瓷及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种疏水亲油的多孔陶瓷制备方法、疏水亲油的多孔陶瓷及其应用，涉及陶瓷技术领域，制备方法包括以下步骤：将陶瓷件完全浸没在含有聚硅氧烷的有机溶剂中，随后抽真空使有机溶剂充分润湿到陶瓷件的孔隙中；取出陶瓷件并使用超声振荡去除陶瓷件上的附着溶液，将陶瓷件在室温下干燥；将陶瓷件在惰性保护气体中高温加热至420‑450℃反应，再冷却至室温；将陶瓷件在醇类有机清洗剂中清洗，将陶瓷件在室温下干燥即可得到疏水亲油的多孔陶瓷。上述疏水亲油的多孔陶瓷制备方法所得的多孔陶瓷具有持久的疏水性。液态气溶胶基质能够充分地渗透而加热均匀，形成口感良好的气溶胶。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种疏水亲油的多孔陶瓷制备方法、疏水亲油的多孔陶瓷及其应用。
背景技术
雾化器可以将液态气溶胶基质加热雾化成气溶胶，以供用户吸食，获得刺激感。众所周知，目前雾化器存储的液态气溶胶基质和加热件之间通过陶瓷片隔开，液态气溶胶基质通过陶瓷的孔隙渗透至陶瓷面向加热件的一侧，以被加热件加热雾化成气溶胶。然而，陶瓷对液态气溶胶基质的传送效率低，液态气溶胶基质无法充分地渗透至陶瓷面向加热件的一侧，使得加热件容易出现干烧，不仅容易损坏加热件，而且对渗透过来的少量液态气溶胶基质加热不均匀，产生的气溶胶口感差。
发明内容
基于此，有必要针对陶瓷对液态气溶胶基质的传送效率低，产生的气溶胶口感差的问题，提供一种疏水亲油的多孔陶瓷制备方法、疏水亲油的多孔陶瓷及其应用。
本发明提供了一种疏水亲油的多孔陶瓷制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1、取经抽真空后的陶瓷件，用乙醇溶液充分清洗，将清洗后的陶瓷件完全浸没在含有聚硅氧烷的有机溶剂中，随后对其抽真空30-60分钟；
S2、取出陶瓷件并使用超声振荡去除所述陶瓷件上的附着溶液，随后在室温下干燥；
S3、将干燥后的陶瓷件在惰性保护气体中以1-5℃/分钟的升温速率加热至420-450℃并保温60-120分钟；
S4、将陶瓷件冷却至室温后，在乙醇溶液中清洗10-20分钟后，经干燥处理，得到疏水亲油的多孔陶瓷。
上述疏水亲油的多孔陶瓷制备方法所得的陶瓷件表面形成有介质层，该介质层包括聚硅氧烷，聚硅氧烷的热稳定性能良好，能够对陶瓷件进行表面修饰以保证其持久的疏水性。液态气溶胶基质能够从多孔陶瓷的一侧充分地渗透至相对的另一侧，以避免加热件干烧，同时也能够对液态气溶胶基质加热均匀，形成口感良好的气溶胶。
在其中一个实施例中，所述步骤S1中的抽真空的真空度为100Pa-1000Pa，抽真空的固定真空度维持时间为30分钟。
在其中一个实施例中，所述步骤S3对所述陶瓷件的加热温度以2℃/分钟的升温速率加热至430℃之后，保持恒温80-100分钟。
在其中一个实施例中，所述步骤S3对所述陶瓷件的加热温度以2℃/分钟的升温速率加热至450℃之后，保持恒温80-100分钟。
在其中一个实施例中，所述步骤S3中的惰性保护气体包括氩气、氦气或氮气中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述步骤S1中的有机溶剂包括2％的柠檬酸、20％的聚二甲基硅氧烷和78％的异丙醇，抽真空的固定真空度维持时间为30-40分钟。
本发明还提供了一种疏水亲油的多孔陶瓷，该疏水亲油的多孔陶瓷采用上述疏水亲油的多孔陶瓷制备方法制得。
在其中一个实施例中，所述陶瓷件的成分包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅和碳化硅中的任意一种或多种。
在其中一个实施例中，所述聚硅氧烷为聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚硅氧烷共聚物中的至少一种。
本发明还提供了一种上述疏水亲油的多孔陶瓷在雾化器中的应用。
附图说明
图1为本发明多孔陶瓷的一实施例的结构示意图；
图2为本发明多孔陶瓷的另外一实施例的结构示意图；
图3为本发明多孔陶瓷在雾化器中应用的结构示意图；
图4为本发明多孔陶瓷制备方法的流程示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
100、多孔陶瓷；
1、陶瓷件；2、介质层；3、存储容器；31、杯体；32、杯底；33、容置腔；4、加热件；5、液态气溶胶基质。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。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的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
参考图1，本发明提供了一种疏水亲油的多孔陶瓷100，该多孔陶瓷100具有耐高温、化学稳定性好、孔隙率高、透气度高等优点。多孔陶瓷100包括陶瓷件1和介质层2，介质层2贴附于陶瓷件1的表面。介质层具有疏水亲油的作用，使多孔陶瓷100的亲油性得到提升，提高了多孔陶瓷100对油状液体的传送速率。
图1所示实施例的陶瓷件1仅在其中一侧具有介质层2。
参考图2，在另一实施例中，陶瓷件1在其厚度方向的两侧皆具有介质层2。图1所示实施例和图2所示实施例的多孔陶瓷100皆具有疏水亲油的效果，但图2所示实施例的疏水亲油效果比图1所示实施例更好。
本发明还提供了一种多孔陶瓷在雾化器中的应用，多孔陶瓷为上述的多孔陶瓷100。雾化器使用上述多孔陶瓷之后，雾化器的液态气溶胶基质雾化稳定，产生的气溶胶口感好。
参考图3，图3示出了雾化器的加热部位的结构示意图。雾化器的加热部位包括存储容器3和加热件4，存储容器3内设的存储腔33用于存储液态气溶胶基质5。加热件4位于存储腔33之外，且加热件4靠近存储容器3的底部。
存储容器3包括杯身31和杯底32，杯身31和杯底32为一体成型结构。杯底32与加热件4相互靠近，存储腔33内的液态气溶胶基质5能够由杯底32的内侧(面向液态气溶胶基质5的一侧)渗透至杯底32的外侧(背向液态气溶胶基质5的一侧)，加热件4能够对渗透至杯底32外侧的液态气溶胶基质5高温加热，使液态气溶胶基质5雾化成气溶胶。
杯底32的面积与加热件4的加热面积相适配，以便于加热件4能够充分对渗透的液态气溶胶基质5加热。同时，杯底32的面积不易过大，避免经过杯底32渗透过来的部分液态气溶胶基质5无法被加热件4加热。
杯底32使用上述的多孔陶瓷100制得，在制造过程中，将存储容器3充当陶瓷件1，在陶瓷件1的底部(杯底32)加工涂覆介质层2，以使杯底32具有疏水亲油的效果，且杯底32的孔隙率大，液态气溶胶基质5能够充分地从杯底32的内侧渗透至杯底32的外侧，以使加热件4对液态气溶胶基质5充分加热，液态气溶胶基质5形成的气溶胶口感好。另外，也可以避免液态气溶胶基质5的传送速率不够而导致加热件4易干烧糊芯。
介质层2包括聚硅氧烷，使得介质层2具有疏水亲油耐高温、化学稳定性好、机械强度高的优良特性。同时，介质层2能够极大地提高液态气溶胶基质5的传送速率，避免液态气溶胶基质5的传送速率不够而导致加热件易干烧糊芯。另外，也增大了同功率下液态气溶胶基质5的雾化量，产生的气溶胶增多，用户抽吸气溶胶的口感更加饱满充实。
参考图4，本发明还提供了一种疏水亲油的多孔陶瓷制备方法，通过该制备方法用于使上述的介质层2附着于陶瓷件1上。制备方法主要包括以下步骤：
S1、取陶瓷件，将陶瓷件完全浸没在含有聚硅氧烷的有机溶剂中，随后抽真空使有机溶剂充分润湿到陶瓷件的孔隙中。
需要说明的是，在开始执行步骤S1之前，可以将陶瓷件使用除杂液体清洗，清洗时间可以为30-60分钟，以对陶瓷件进行除杂，以后续形成的介质层能够尽可能多地贴附于陶瓷件的表面。其中，除杂液体可以是乙醇(分析纯)溶液，对陶瓷件的除杂效果好，或者除杂液体还可以是其它溶液，在此不作过多限定。
有机溶剂包括的聚硅氧烷具有耐高温、化学稳定性、机械强度高，在内外表面均匀的涂敷介质层能极大的提高烟油传送速率，避免了由于多孔陶瓷的吸油速率不够导致的干烧糊芯，同时，也增大了同功率下的烟油雾化量，使口感更加饱满充实。
有机溶剂除了包括上述的聚硅氧烷以外，还包括有机分散剂和活化剂，其中有机分散剂包括正己烷、正庚烷、丙酮、异丙醇、苯、甲苯、二甲苯中的一种或多种，活化剂包括乙酸、柠檬酸、松油酸中的一种或多种。有机分散剂和活化剂的质量分数均为2-5％，聚硅氧烷的质量分数为15-55％。可以理解，在其它实施例中，有机分散剂和活化剂还可以为其它成分，例如氨基三甲叉磷酸、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、黄原胶，在此不作限定。
在其它实施例中，有机溶剂的组成成分可以为2％的柠檬酸、20％的聚二甲基硅氧烷和78％的异丙醇，抽真空的固定真空度维持时间可以调整为30-40分钟。
陶瓷件包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅和碳化硅中的任意一种或多种。聚硅氧烷包括聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚硅氧烷共聚物中的至少一种。
陶瓷件可以放置在负压机内，将负压机的真空度调整为100Pa-1000Pa，抽真空的固定真空度维持时间为30-60分钟。抽真空是为了便于聚硅氧烷有机溶液能够更充分地渗透至陶瓷件的孔隙中，聚硅氧烷有机溶液能够更紧密地贴附于陶瓷件上。
S2、取出陶瓷件并使用超声振荡去除陶瓷件上的附着液体，将陶瓷件在室温下干燥。
可以将陶瓷件取出放置在固定位置，使用超声波仪器对陶瓷件表面发出超声波去除陶瓷件表面附着的多余液体，对陶瓷件表面除杂，使陶瓷件表面更为平滑。去除液体完毕后，可以将陶瓷件放置在通风口干燥，干燥速度快。
S3、将干燥后的陶瓷件在惰性保护气体中以1-5℃/分钟的升温速率加热至420-450℃并保温60-120分钟，再冷却至室温。其中，惰性保护气体包括氩气、氦气或氮气中的至少一种。另外，对陶瓷件的加热温度可以以2℃/分钟的升温速率加热至430℃之后，保持恒温100分钟，或者对陶瓷件的加热温度可以以2℃/分钟的升温速率加热至450℃之后，保持恒温100分钟。
S4、将陶瓷件在醇类有机清洗剂中清洗，将陶瓷件在室温下干燥即可得到疏水亲油的多孔陶瓷。
可以将陶瓷件放入清洗机中，在清洗机内倒入醇类有机清洗剂，醇类有机清洗剂包括甲醇、乙醇或苯甲醇中的至少一种。启动清洗机，带动陶瓷件在醇类有机清洗剂中缓慢转动，以均匀清洗10-20分钟。
通过上述制备方法所得的陶瓷件表面形成有介质层，从而形成多孔陶瓷100。介质层包括聚硅氧烷，聚硅氧烷的热稳定性能良好，且多孔陶瓷表面具有持久的疏水性。液态气溶胶基质能够从多孔陶瓷的一侧充分地渗透至相对的另一侧，以避免加热件干烧，同时也能够对液态气溶胶基质加热均匀，形成口感良好的气溶胶。
下面以具有介质层的多孔陶瓷和无介质层的多孔陶瓷进行同样的试验，根据试验结果判断具有介质层的多孔陶瓷的优势。
具有介质层的多孔陶瓷实施例
陶瓷件选用氧化硅材料，陶瓷件的孔隙率为55％，孔径为20μm，陶瓷件的长宽高分别为8mm*4mm*2mm，聚硅氧烷选用聚二甲基硅氧烷，具体制备方法如下：
1、先将陶瓷件使用乙醇(分析纯)溶液充分清洗，再将陶瓷件浸没在质量分数为2％柠檬酸、20％聚二甲基硅氧烷和78％异丙醇组成的有机溶剂中，抽真空的固定真空度维持时间为30分钟；
2、待氧化硅多孔陶瓷被充分润湿后取出并超声振荡10分钟去除多余附着液体，室温下充分干燥；
3、在氮气的惰性保护气氛中将干燥后的陶瓷件以2℃/分钟的升温速率加热至430℃之后保温100分钟进行充分反应；
4、反应完成后冷却至室温，在乙醇(分析纯)中超声清洗10分钟并干燥，得到具有介质层的多孔陶瓷。
对具有介质层的多孔陶瓷的基础表征如下：
1、制备的介质层表面水接触角134°。
2、将多孔陶瓷置于450℃的氮气惰性气氛中保温1h，表面水接触角仍为134°。
3、使用水滴连续冲击(水滴初始速度为零，距介质层的垂直表面高度为10厘米)8000次后，测得介质层表面水接触角略有下降，但仍达到131°。
无介质层的多孔陶瓷实施例
陶瓷件选用氧化硅材料，陶瓷件的孔隙率为55％，孔径为20μm，陶瓷件的长宽高分别为8mm*4mm*2mm，聚硅氧烷选用聚二甲基硅氧烷，具体制备方法如下：
1、先将陶瓷件使用乙醇(分析纯)溶液充分清洗，再将陶瓷件浸没在质量分数为2％柠檬酸、20％聚二甲基硅氧烷和78％异丙醇组成的有机溶剂中，抽真空的固定真空度维持时间为30分钟；
2、待氧化硅多孔陶瓷被充分润湿后取出并超声振荡10分钟去除多余附着液体，室温下充分干燥；
3、在氮气的惰性保护气氛中将干燥后的陶瓷件以2℃/分钟的升温速率加热至150℃保温100分钟进行反应；
4、反应完成后冷却至室温，再使用50℃的异丙醇(分析纯)将陶瓷件进行充分萃取处理，去除陶瓷件表面附着的介质层，对完成萃取后的陶瓷件使用乙醇溶液超声清洗10分钟并干燥，得到无介质层的多孔陶瓷。
对无介质层的多孔陶瓷进行对比表征：
1、表面水接触角119°。
2、在450℃的氮气惰性气氛中保温1h，表面水接触角仍为105°。
3、使用水滴连续冲击(水滴初始速度为零，距膜垂直表面高度为10厘米)8000次后，测得介质层表面水接触仅为95°。
通过对比上述案例，对多孔陶瓷介质层进行热处理及水滴冲击试验，表明具有介质层的多孔陶瓷具有较强的疏水性、较高的化学稳定性、热稳定性和抗机械冲击性能。
下面将上述制得的具有介质层的多孔陶瓷和无介质层的多孔陶瓷进行亲油性试验。
将具有介质层的多孔陶瓷和无介质层的多孔陶瓷的表面均滴上一滴油，或者直接滴液态气溶胶基质。每隔10分钟测量一次油滴的接触角，最后统计的数据如下：
接触角一表示油滴在具有介质层的多孔陶瓷的介质层表面的接触角，接触角二表示油滴在无介质层的多孔陶瓷的多孔陶瓷表面的接触角。
有试验数据可知，随着时间的推移，油滴在具有介质层的多孔陶瓷的介质层表面的接触角的改变幅度较大，在70分钟时，油滴已经大部分渗入至介质层内部了。然而，油滴在无介质层的多孔陶瓷的表面的接触角的改变幅度较小，在70分钟时，油滴的接触角还是有81°，油滴大部分还是在多孔陶瓷外部，只有一小部分渗入至多孔陶瓷内部。
因此，通过该组试验数据可知，具有介质层的多孔陶瓷的亲油性比无介质层的多孔陶瓷的亲油性好很多。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。
Claims (10)
1.一种疏水亲油的多孔陶瓷制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取陶瓷件，用乙醇溶液充分清洗，将清洗后的陶瓷件完全浸没在含有聚硅氧烷的有机溶剂中，随后对其抽真空30-60分钟；
S2、取出经抽真空后的陶瓷件并使用超声振荡去除所述陶瓷件上的附着溶液，随后在室温下干燥；
S3、将干燥后的陶瓷件在惰性保护气体中以1-5℃/分钟的升温速率加热至420-450℃并保温60-120分钟；
S4、将陶瓷件冷却至室温后，在乙醇溶液中清洗10-20分钟后，经干燥处理，得到疏水亲油的多孔陶瓷。
2.根据权利要求1所述疏水亲油的多孔陶瓷制备方法，其特征在于，所述步骤S3对所述陶瓷件的加热温度以2℃/分钟的升温速率加热至420℃之后，保持恒温80-100分钟。
3.根据权利要求1所述疏水亲油的多孔陶瓷制备方法，其特征在于，所述步骤S3对所述陶瓷件的加热温度以2℃/分钟的升温速率加热至450℃之后，保持恒温80-100分钟。
4.根据权利要求1所述疏水亲油的多孔陶瓷制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的惰性保护气体包括氩气、氦气或氮气中的至少一种。
5.根据权利要求1所述疏水亲油的多孔陶瓷制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的有机溶剂包括质量分数分别为2％的柠檬酸、20％的聚二甲基硅氧烷和78％的异丙醇，抽真空的固定真空度维持时间为30-40分钟。
6.根据权利要求1所述疏水亲油的多孔陶瓷制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的抽真空的真空度为100Pa-1000Pa，抽真空的固定真空度维持时间为30分钟。
7.一种疏水亲油的多孔陶瓷，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述疏水亲油的多孔陶瓷制备方法制得。
8.根据权利要求7所述疏水亲油的多孔陶瓷，其特征在于，所述陶瓷件的成分包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅和碳化硅中的任意一种或多种。
9.根据权利要求7所述疏水亲油的多孔陶瓷，其特征在于，所述聚硅氧烷为聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚硅氧烷共聚物中的至少一种。
10.一种如权利要求7-9所述的任一一项疏水亲油的多孔陶瓷在雾化器中的应用。
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