CN105032198A - 多孔镍平板膜制备方法及用该方法制备的多孔镍平板膜 - Google Patents

多孔镍平板膜制备方法及用该方法制备的多孔镍平板膜 Download PDF

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Abstract

多孔镍平板膜制备方法及用该方法制备的多孔镍平板膜，所述方法包括以下步骤：1)配制铸膜液，所述铸膜液的配方为，粒径范围为0.5-50μm的镍粉30-70％，粘结剂3-7％，增稠剂0-1％，以及余量的溶剂，所述粘结剂选自聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜中的一种或几种；2)刮膜，将步骤1)得到的铸膜液采用刮膜法制得湿膜，并将制得的成形湿膜在水中浸泡至溶剂充分析出后，晾干得到待烧结膜；3)烧结，将步骤2)得到的待烧结膜进行烧结，进行烧结时升温速度在1-10℃/min，烧结最高温度为700～1000℃，达到烧结最高温度后，保温0-120min后自然冷却得到多孔镍平板膜。

Description

多孔镍平板膜制备方法及用该方法制备的多孔镍平板膜
技术领域
本发明涉及于多孔金属材料领域，特别涉及一种多孔镍膜的方法。
背景技术
多孔金属膜是依靠粉末颗粒之间的空隙对物质进行分离的材料，常见的孔径范围在0.1μm-10μm之间。多孔金属膜起源于上世纪40年代，在90年代不锈钢膜发展迅速，后因性能优越而用作分离膜。
多孔金属膜集成了多孔金属大的孔隙率和比表面积，金属的特性使其既具有陶瓷膜强度高、易清洗等优势从而应用于膜分离方面，同时多孔的金属结构使得金属膜在电学、磁学、热力学等方面具有普通金属材料或者其他分离膜所不具备的功能特性，应用前景广阔。
目前有关多孔金属的制备出现了很多种方法，成都大学的冯威提出了一种制备多孔镍的方法(成都大学，冯威，多孔镍的制备方法，公开号：CN104263989A)，采用造孔剂萘粉与镍粉混合，烧结使萘升华成孔。江苏大学的陈刚将镍锌熔融混合然后真空蒸发将锌除去形成多孔镍(江苏大学，陈刚，一种多孔镍的制备方法，公开号：CN103627920)。多孔镍的制备方法多样，但都不能做到薄片状的多孔镍膜。
本发明针特别采用了一种极为简易且高效的制备方法来制备多孔镍平板膜。采用最简单的刮膜技术，通过控制刮膜棒和刮膜板之间的缝隙大小可任意调控金属膜的厚度，最薄可达十微米，同时可以通过改变成分参数可以改变孔隙率。这样制备的多孔镍膜具有多孔金属的特性，可用作电极材料、膜分离材料等，前景广阔。
发明内容
本发明提供一种非常简单的成膜技术制备多孔金属平板膜，操作简单且成本低，以实现工业生产，应用于过滤***。同时可以做到很薄的厚度，大的孔隙率可用于电化学方面。
本发明提供一种多孔镍平板膜制备方法，特征在于所述方法包括以下步骤
步骤1)配制铸膜液
所述铸膜液的配方为，粒径范围为0.5-50μm的镍粉30-70％，粘结剂3-7％，增稠剂0-1％，以及余量的溶剂，所述百分比均为重量百分比；上述组分混合均匀得到铸膜液，所述粘结剂选自聚丙烯腈(PAN)、聚砜、聚醚砜中的一种或几种。
2)刮膜
将步骤1)得到的铸膜液采用刮膜法制得湿膜，并将制得的成形湿膜在水中浸泡至溶剂充分析出后，晾干得到待烧结膜。
3)烧结
将步骤2)得到的待烧结膜进行烧结，，进行烧结时升温速度在1-10℃/min，烧结最高温度为700～1000℃，当烧结温度T≤T1时的烧结气氛为氩气和/或氢气，当烧结温度T＞T1时烧结气氛为氢气或氢气与氩气组成的混合气，所述混合气中，氢气的体积百分比大于20％，300℃≤T1≤400℃，达到烧结最高温度后，保温0-120min后自然冷却得到多孔镍平板膜。
所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于将步骤3)得到多孔镍平板膜清洗至无碳残留。
所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在所述粘结剂优选为聚丙烯腈。
所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于所述镍粉的粒径范围优选为0.5-10μm。
所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于所述镍粉的最大粒径与最小粒径的差值与镍粉中位径D50的比值小于50％，优选小于20％。
所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于所述的溶剂为能溶解粘结剂且能溶于水的有机溶剂，选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、碳酸乙烯酯(EC)、二甲基乙酰胺(DMAc)中的一种或几种，优选N-甲基吡咯烷酮。
所述的增稠剂选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或几种，优选聚乙烯吡咯烷酮。
所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征是所述步骤1)中将铸膜液配方中组分混合均匀得到铸膜液的具体方法为：将配方中所有组分混合后加热至40-80℃并搅拌至混合均匀。优选在加热之前采用超声振荡的方法混合30-120min。
所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于步骤2)中得到的湿膜厚度为10-200μm，优选20-100μm。
所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于优选所述步骤3)中混合气的氢气体积百分比含量大于30％。
优选所述步骤3)的烧结最高温度为800～950℃。
优选所述步骤3)的升温速度为1-8℃/min，更优选为2-5℃/min。
所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征是所述步骤4)中采用乙醇和/或丙酮作为清洗剂。
本发明还提供一种多孔镍平板膜，其特征是所述多孔镍平板膜以所述任一制备方法制备得到。优选所述多孔镍平板膜的孔径范围为0.5-20μm。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种简易的制备多孔镍平板膜的技术具体方法。
与现有技术相比它具有以下优点：
1)成膜厚度可任意控制且最薄可达10μm以下，空隙均匀度高。
2)得到的多孔镍平板膜强度大、韧性好，具有多孔金属的所有优点，厚度大于40μm时可用于膜分离等对膜的强度、韧度、温度等要求较苛刻的工作场合。
3)得到的多孔镍平板膜孔隙率高，导电性好，可用于制作集流体、电极材料等电化学应用场合。
附图说明
图1为实施例1得到的多孔镍平板膜的表面扫描电镜图
图2为实施例2得到的多孔镍平板膜的截面扫描电镜图
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
本具体实施方式提供的多孔镍平板膜制备方法，包括以下步骤
一种多孔镍平板膜制备方法，特征在于所述方法包括以下步骤
1)配制铸膜液
所述铸膜液的配方中所有组分先混合后超声振荡30min后，再水浴加热至50℃并搅拌至混合均匀得到铸膜液。
2)刮膜
将步骤1)得到的铸膜液采用刮膜法制得湿膜，并将制得的成形湿膜在水中浸泡至溶剂充分析出后，晾干得到待烧结膜。
3)烧结
将步骤2)得到的待烧结膜进行烧结得到待清洗膜，烧结时的升温速度为V℃/min；
当烧结温度T≤T1℃时的烧结气氛为氩气和/或氢气，烧结气氛中氢气的体积百分含量为H1％；
当烧结温度T＞T1时烧结气氛为氢气或氢气与氩气组成的混合气，混合气中的氢气体积比为H2％；
烧结至最高温度Tmax保温tmin后自然冷却得到多孔镍平板膜。
将所得到的多孔镍平板膜以乙醇或丙酮清洗至无碳残留后检测成膜厚度。
本具体实施方式中采用的镍粉粒径范围为1～3μm，中位径D50为2μm。
实施例1～6
实施例1～6的配方及制得的湿膜厚度见下表1
表1实施例1～6的配方及制得的湿膜厚度
所有实施例1～6的步骤3)中具体烧结工艺如下表2：
表2实施例1～6的配方、工艺及制得的湿膜厚度
注：实施例2～4在烧结过程中，烧结温度达到T1前后均采用同样的烧结气氛，其中实施例4中达到T1之前的升温速度为2℃/min，之后升温速度为5℃/min。
当采用DMF、EC、DMAc替换实施例中的NMP时，也能得到多孔镍平板膜。
实施例1得到的多孔平板膜的表面扫描电镜图如图1所示。
实施例2得到的多孔平板膜的截面扫描电镜图如图2所示。
从图1、2中可以看出，采用本发明提供制备方法制得的多孔镍平板膜，原料镍粉在烧结成膜后膜结构完整、孔隙均匀。
对实施例4得到的多孔平板膜进行拉伸实验，试样膜长度40mm，截面积0.4mm2，拉伸速度5mm/min，得到的平均性能数据如下断裂强度11.87MPa，断裂伸长率1.858％。
从上述数据可以看出，采用本发明提供制备方法制得的多孔镍平板膜，在进行拉伸实验时表现出了很高的断裂强度，且上述多孔镍平板膜在进行多次对折后仍能够保持完整，说明本发明提供的膜具有较高的强度和韧性。

Claims (10)

1.一种多孔镍平板膜制备方法，特征在于所述方法包括以下步骤
1)配制铸膜液
所述铸膜液的配方为，粒径范围为0.5-50μm的镍粉30-70％，粘结剂3-7％，增稠剂0-1％，以及余量的溶剂，所述百分比均为重量百分比，上述组分混合均匀得到铸膜液；所述粘结剂选自聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜中的一种或几种；
2)刮膜
将步骤1)得到的铸膜液采用刮膜法制得湿膜，并将制得的成形湿膜在水中浸泡至溶剂充分析出后，晾干得到待烧结膜；
3)烧结
将步骤2)得到的待烧结膜进行烧结，进行烧结时升温速度在1-10℃/min，烧结最高温度为700～1000℃，当烧结温度T≤T1时的烧结气氛为氩气和/或氢气，当烧结温度T＞T1时烧结气氛为氢气或氢气与氩气组成的混合气，所述混合气中氢气的体积百分比大于20％，300℃≤T1≤400℃，达到烧结最高温度后，保温0-120min后自然冷却得到多孔镍平板膜。
2.如权利要求1所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于所述的粘结剂为聚丙烯腈。
3.如权利要求1所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于所述的溶剂为能溶解粘结剂且能溶于水的有机溶剂。
4.如权利要求3所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于所述的溶剂选自N-甲基吡咯烷酮，N,N-二甲基甲酰胺、碳酸乙烯酯、二甲基乙酰胺中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于所述的增稠剂选自聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于步骤2)中得到的湿膜厚度为10-200μm。
7.如权利要求1所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于所述步骤3)的烧结最高温度为800～950℃。
8.如权利要求1所述的多孔镍平板膜制备方法，其特征在于所述步骤3)的烧结时的升温速度为1-8℃/min。
9.一种多孔镍平板膜，其特征是所述多孔镍平板膜以如权利要求1～8任一所述的制备方法得到。
10.如权利要求1所述的多孔镍平板膜，其特征所述多孔镍平板膜的孔径范围为0.5-20μm。
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