CN203382672U - 一种制备不同孔结构的多孔陶瓷微球的方法所使用的喷雾冷冻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备不同孔结构的多孔陶瓷微球的方法所使用的喷雾冷冻装置，包括喷雾器和冷冻装置，所述的冷冻装置主体为圆筒形液氮容器，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；所述的大半径圆筒和小半径圆筒之间区域内设有若干块挡板；该装置结构简单但实用性强，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。

Description

一种制备不同孔结构的多孔陶瓷微球的方法所使用的喷雾冷冻装置

技术领域

本实用新型涉及一种制备不同孔结构的多孔陶瓷微球的方法所使用的喷雾冷冻装置，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。 

实用新型内容

本实用新型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。 

本实用新型提供了一种制备不同孔结构的多孔陶瓷微球的方法所使用的喷雾冷冻装置，包括喷雾器和冷冻装置，所述的冷冻装置主体为圆筒形液氮容器，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；所述的大半径圆筒和小半径圆筒之间区域内设有若干块挡板。 

所述的挡板为纵向挡板和横向形挡板。 

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。 

圆筒形液氮容器顶部设有可密封的盖子。 

上述装置中小半径圆筒底部设有活动筛网。 

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。 

上述圆筒形液氮容器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。 

所述冷冻装置的小半径圆筒底部设有收集容器。 

本实用新型的喷雾冷冻装置冷冻料浆的方法：在冷冻装置的圆筒形液氮容器的两个同心圆圆筒之间安装挡板，再在两个同心圆圆筒之间充入一定量的液氮，液氮沿着圆筒环周分布，且被挡板分隔成若干个部分，盖上同心圆圆筒顶上的盖子后，按所需陶瓷颗粒大小更换筛网，即可调节喷雾器的高度进行料浆喷雾，料浆液滴经过盖子中间的圆孔进入冷冻装置中圆筒形液氮容器提供的环形温场进行冷冻，得到颗粒下落到小半径圆筒的底部，经过筛网选择后，进入收集容器。 

本实用新型的有益效果：本实用新型针对现有技术中的方法制得的多孔陶瓷微粒球形度不好，微球粒径分布不均匀，孔隙结构可控性差以及现有制备方法的适用范围窄的缺陷，本实用新型在通过冰模板法结合喷雾干燥制备多孔陶瓷微粒的过程中，设计出了一种新型的喷雾冷冻装置，将喷雾冷冻装置中的环形液氮容器设置成圆筒状，且设有中间带孔的盖子对液氮容器进行密封，充入的液氮沿着圆筒成环周式分布，通过调节液氮的充入量就可以得到温差梯度稳定的定向温场，然后将浆料喷射定向温场中从而冷冻成形为球形度较好，颗粒尺寸较均匀的微球，经冷冻干燥后得到多孔微球；在此基础上进一步对装置作了改进，在圆筒形液氮容器的两同心圆圆筒之间区域加设若干块挡板，挡板将充入的液氮阻挡在需要降温区域，使液氮在设定的位置降温，进一步加强了温场的可控性，通过设置不同的挡板结合液氮充入的量及充入的位置的不同，可以形成不同的稳定温场，如横向圆形挡板可以将温场调成沿圆筒上下呈梯度分布，但每个区间又形成多个小温场，使整个温场沿着纵向高度成波浪线式分布，纵向形挡板可以将温场调节为径向温差与纵向高度的温差的复合式温差分布；通过调控温场可以制备多种孔隙结构的多孔陶瓷微球，如横向圆形形挡板结合一定氮气量调控的温场可制备出层状结构多孔陶瓷微球，纵向长方形挡板结合一定氮气量调控的温场可制备出树枝状结构多孔陶瓷微球，从而实现了通过对温场的调控制备出多种孔结构材料；该制备方法采用了以冰晶或其他有机物的固相作为模板和喷雾造粒制备具有多孔结构的微球，制备过程简单，适用范围广，而且节能环保。 

附图说明

【图1】为喷雾冷冻装置简图：1为盖子，2为收集容器，3为活动筛网，4为喷头，5为泵，6为浆料容器。 

【图2】为不同形状的挡板图：a为横向圆形挡板，b为纵向长方形挡板，c为纵向齿状挡板，d为纵向三角形挡板。 

【图3】为液氮容器的剖视图：7为圆筒形液氮容器；8为小半径圆筒；9为大半径圆筒；左图为设置了横向挡板的圆筒形液氮容器，a为横向圆形挡板；右图为设置了纵向挡板的圆筒形液氮容器，b为纵向长方形挡板。 

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本实用新型，而不是限制本实用新型的范围。 

实施例1 

喷雾冷冻装置冷冻料浆的方法：在冷冻装置的圆筒形液氮容器（7）的两个同心圆圆筒（8、9）之间安装挡板（a、b、c或d），再在两个同心圆圆筒（8、9）之间充入一定量的液氮，使液氮沿着圆筒环周分布，且被挡板分隔（a、b、c或d）成若干部分，盖上同心圆圆筒（8、9）顶上的盖子（1）后，按所需陶瓷颗粒大小更换筛网（3），即可调节喷雾器的高度进行料浆喷雾，料浆液滴经过盖子（1）中间的圆孔进入冷冻装置中圆筒形液氮容器提供的环形温场进行冷冻，得到颗粒下落到小半径圆筒（8）的底部，经过筛网（3）选择后，进入收集容器（2）；针对制备不同孔结构的多孔微球的需要，可对液氮的量和挡板的形状进行调节，以达到要求。 

实施例2 

1)将氧化铝粉（粒径约为0.3μm）与去离子水按照质量比为1:15的比例混合，球磨24h，然后加入1wt.%的PVA水溶液（浆料总质量的1wt.%），再球磨1h，配制成固相含量为6.2wt.%的浆液。 

2)将以上配制的不同固相含量的浆料经过简单的喷雾装置喷射到具有温度与纵向高度成波浪式向内圆筒底部曲线下降的分布的温场中进行冷冻，然后收集微球，在-55℃，气压为10Pa的条件下进行冷冻干燥24h，其中，喷雾高度为160mm，所提供的液氮量为600mL，液氮容器中采用的是若干横向圆形挡板；采用4个横向挡板将内圆柱筒分出五个体积相等且互不干扰的区域，将内筒上端向下的第2、4区域充入液氮，从而得到所需要的温场。 

3)将冷冻干燥后的微球置于烧结炉中，先以1℃/min的升温速率升温到600℃，脱脂2h，再升温到1550℃，烧结2h。即得层状多孔结构氧化铝微球。 

实施例3 

1)将氧化铝粉（粒径约为0.3μm）与去离子水按照质量比为1:12的比例混合，球磨24h，然后加入1wt.%的PVA水溶液（浆料总质量的1wt.%），再球磨1h，配制固相含量在7.6wt.%的浆料。 

2)将以上配制的浆料经过简单的喷雾装置喷射到具有温度沿径向向内圆筒中心升高与温度沿纵向高度向内圆筒底部曲线下降的分布的两个复合的温场进行冷冻，然后收集冷冻后的微球，在-40℃，气压为20Pa的条件下进行冷冻干燥24h，其中，喷雾高度为760mm，所提供的液氮量为3792mL，液氮容器中采用的是若干纵向长方形挡板。采用12个挡板分出12个体积相等且互不干扰的区域，每间隔两个区域充入液氮，共有4个区域有液氮降温，从而达到所需要的温度场。 

3)将冷冻干燥后的微球置于烧结炉中，先以0.2℃/min的升温速率升温到600℃，脱脂2h，再升温到1250℃，烧结2h，即得树枝状多孔结构氧化铝微球。 

Claims (4)

1.一种制备不同孔结构的多孔陶瓷微球的方法所使用的喷雾冷冻装置，包括喷雾器和冷冻装置，其特征在于，所述的冷冻装置主体为圆筒形液氮容器（7），圆筒形液氮容器（7）包括具有同心圆的大半径圆筒（9）和小半径圆筒（8），两者之间的区域封闭；所述的大半径圆筒（9）和小半径圆筒（8）之间区域内设有若干块挡板（a、b）。

2.如权利要求1所述的喷雾冷冻装置，其特征在于，所述的挡板为纵向挡板（b）和横向形挡板（a）。

3.如权利要求1所述的喷雾冷冻装置，其特征在于，圆筒形液氮容器（7）顶部设有可密封圆筒形液氮容器（7）的盖子（1）。

4.如权利要求1～3任一项所述的喷雾冷冻装置，其特征在于，小半径圆筒（8）底部设有活动筛网（3）。

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