陶瓷膜的主要类型
多孔陶瓷膜有三种构型:平板、管状和多通道,其中平板膜主要用于小规模工业生产和实验室研究。管式膜组合形成类似管式换热器的形式,可以增加膜的填充和堆积,但由于强度问题已逐渐退出工业应用。大规模应用的陶瓷膜通常采用多通道构型,即在一个圆形截面上分布多个通道,一般通道数为7,19,37等。无机陶瓷膜的主要制备技术包括:固体颗粒烧结法制备载体和微滤膜,溶胶-凝胶法制备超滤和纳滤膜,相分离法制备玻璃膜,特殊技术(如化学气相沉积和化学镀)制备微孔膜或致密膜等。其基础理论涉及胶体与表面化学、材料化学、固态离子学、材料加工等。
多孔陶瓷膜具有优异的耐高温、耐溶剂、耐酸碱、机械强度高、易再生等特性,广泛应用于食品、生物、化工、能源和环保等领域。一个课题组主要对氧化铝和专用烧结促进剂在1400℃烧结温度下制备的支撑体进行了系统深入的研究,获得了一种透气性、力学性能和耐腐蚀性统一的支撑体。他们还旨在用原料的性质预测载体的孔结构,并基于载体的制备过程和微观结构,建立了原料性质与载体孔隙率和孔径分布之间的计算方法,为定量制备特定孔结构的载体提供了理论依据。
折叠式滤膜
2004年8月,由北京麦盛普科技有限公司和山东鲁抗制药有限公司合作开发的陶瓷膜过滤系统成功用于一种抗生素的分离纯化,不仅优化了该抗生素的生产工艺,而且抗生素产量提高了65,438±05%。这是我国首次使用陶瓷膜技术的陶瓷膜过滤设备?技术被应用于抗生素的生产。抗生素的分离纯化必须经过发酵液的过滤和过滤药液的树脂交换。许多抗生素制造商使用真空转鼓过滤器分离和纯化氨基糖苷类抗生素发酵液。这个过程需要将发酵液酸化到一定的pH值,然后用带助滤剂层的真空转鼓过滤机进行预过滤,再用板框和交换树脂进行再过滤。该工艺不仅复杂,而且目标有效成分收率低,仅在过滤和树脂交换过程中,收率损失就高达30%。而“麦生普”和“鲁抗”联合研发的陶瓷膜过滤系统,虽然可以分离纯化一种抗生素,但过滤过程中有效成分的损失和流失可增加近5%,树脂交换过程中的收率可增加10%以上。膜技术在西方发达国家广泛应用于食品工业、石油化工、环境保护、生化制药等诸多领域,无机材料制成的过滤膜发展前景可能比有机过滤膜更好。对于许多面临抗生素政策性降价和抗生素销量受限双重压力的抗生素生产企业来说,通过创新技术提高产品收率和质量来降低成本是明智的选择,而利用陶瓷膜技术改进现有抗生素分离纯化工艺可能成为降低成本和提高效益的突破口。
折叠包装薄膜
在食品包装领域,引人注目的是透明陶瓷涂层具有高功能性和良好的环境适应性。虽然这种薄膜价格较高,物理性能有待进一步提高,但可以预计,在不久的将来,它将在食品包装材料中占据重要地位。陶瓷膜的加工和镀膜方法与通常的金属电镀法类似,基本上按照已知的加工方法。陶瓷涂层由PET(12μm)陶瓷(SiOx)组成。氧化硅可分为四类,即SiO和Si?o?、Si?o?、SiO?。然而,在自然界中,它们通常使用SiO?形式是存在的,所以它们根据电镀条件有很大的不同。对这种薄膜的主要要求是良好的透明性、优异的阻隔性、优异的耐蒸煮性、良好的微波透过性、良好的环保性和良好的机械性能。陶瓷涂层基本上可以在与铝涂层相同的条件下制备。在制备过程中,小心处理表层以不损坏涂层是极其重要的。由于这种薄膜经过氧化硅处理,其表面具有极佳的润湿性,因此对墨水或粘合剂的选择范围很广,几乎可以兼容任何墨水或粘合剂。聚氨酯粘合剂是最理想的粘合剂,可以根据用途选择油墨,无需表面处理。但陶瓷涂层和铝涂层一样容易与聚乙烯复合,因为PET膜作为基材,在氧化硅表面涂覆或复合时,在高温下直接与聚乙烯熔融,往往会拉长,从而破坏氧化硅表层,导致阻隔性能下降。同时,由于技术问题,PET膜在陶瓷电镀过程中有时会出现卷曲现象,影响膜的质量。当然,这样的问题正在解决。
陶瓷涂层最早用于薄固体面条的调味品包装材料。其优异的包装性能引起了人们的关注。由于这种薄膜具有极好的保味性,因此特别适合包装容易升华的产品,如茶叶(樟脑)等挥发性物质。由于其优异的阻隔性能,有望不仅用作高阻隔包装材料和食品包装材料,而且用作微波容器的覆盖材料和调味品、精密机械零件、电子零件、药物和医疗器械的包装材料。随着加工技术的进一步发展,如果这种膜的成本大大降低,将会得到迅速的推广和应用。
折叠电池膜
固体氧化物燃料电池“863”项目(SOFC)长期开发新型中温固体氧化物陶瓷膜燃料电池,并将陶瓷膜制备技术应用于SOFC生产,将SOFC正常高温(1000~900℃)延伸到中温阶段(700~500℃)。中国科学技术大学无机膜研究所研制成功一种新型中温陶瓷膜燃料电池,该电池以陶瓷膜为电解质。电池组件减薄后,降低了电池内阻,提高了有用功率的输出,实现了中温不高温,工作温度降低到700~500℃。这种新型燃料电池继承了高温SOFC的优点,并降低了成本。这种陶瓷膜燃料电池具有广阔的应用前景。
折叠式隔热膜
2004年8月,基于金属膜干扰无线电信号、易氧化等缺点,中国华少科技有限公司与德国某著名工业研究机构合作,研发集成纳米蜂窝陶瓷技术,将华少技术独有的真空溅射技术应用于陶瓷隔热膜的生产,创造出独特的琥珀色陶瓷隔热膜,解决了金属膜无法逾越的技术难题。对无线电信号,尤其是卫星的短波信号没有干扰,永远不会被氧化,因为陶瓷具有非凡的稳定性,从而保证了始终如一的隔热性能。永不褪色,陶瓷绝缘膜采用陶瓷固有颜色,不添加任何颜料。所以陶瓷绝缘膜永远不会像染色的金属一样褪色。超级耐用,陶瓷绝缘膜保质期10年,金属膜一般5年。经典的美感,如柳波般晶莹剔透的美感,柔和的色彩,最舒适的视觉效果。琥珀纳米陶瓷隔热膜最早用于美国航天飞机和国际空间站,随后广泛应用于汽车、建筑、海事等领域。由于其技术敏感性,该产品直到2003年才在中国销售。