專利名稱：一種新材料設(shè)計及制造的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
材料設(shè)計是材料科學(xué)最新發(fā)展方向，根據(jù)對材料的性能要求，從組成和結(jié)構(gòu)上進行材料設(shè)計，加之材料制造工藝，獲得具有各種特殊性能的新材料，已然成為現(xiàn)在材料科學(xué)與技術(shù)的經(jīng)典路線，然而材料設(shè)計方案的實施方法是長期以來限制材料設(shè)計普及應(yīng)用推廣的最大瓶頸。本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)材料設(shè)計方案的方法，通過選擇各種無機鹽、金屬醇鹽、有機金屬化合物、有機小分子單體進行分步合成，形成組成、結(jié)構(gòu)可控制的預(yù)聚體，從而獲得具有特殊性能的新材料。
背景技術(shù)：
單體的選擇包括但不僅限于無機鹽、金屬醇鹽、有機金屬化合物、有機小分子。預(yù)聚體的合成可以采用聚合、加成等各種反應(yīng)方式。本發(fā)明公開的材料制造方法可以廣泛應(yīng)用于薄膜、固體、液體、等離子體等各種材料中。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明公開的方法，預(yù)聚體的組成是完全可控的，在考慮單體分子合成反應(yīng)可能性的前提下，在預(yù)聚體中設(shè)計并合成包含各種性能的無機鹽、金屬醇鹽、有機金屬化合物、有機小分子等單體分子，理論上可以獲得新材料需要的任何性能，例如，包含烷烴有機分子，使材料具有良好的韌性、抗沖擊強度等力學(xué)性能；包含無機分子，可以有效提高材料的硬度、耐摩擦性能、抗刮劃性能、高溫穩(wěn)定性能和耐化學(xué)腐蝕性能等；包含含氟的有機分子，可以使材料獲得良好的防污性能；包含稀土金屬醇鹽分子，可以使材料獲得良好的抗紫外線輻射性能。依據(jù)本發(fā)明公開的方法，預(yù)聚體的結(jié)構(gòu)是可控的，通過對合成反應(yīng)過程的控制可以獲得不同分子量的預(yù)聚體，預(yù)聚體上單體分子的排列順序也可以通過多個合成步驟的次序調(diào)整得以控制；同時也可以通過不同模版的選用，獲得預(yù)先設(shè)計的特殊結(jié)構(gòu)的預(yù)聚體。依據(jù)本發(fā)明公開的方法，預(yù)聚體的合成反應(yīng)包括但不僅限于聚合反應(yīng)、加成反應(yīng)等各種化學(xué)反應(yīng)方式。依據(jù)本發(fā)明公開的方法，采用液態(tài)溶膠體系，使得具有不同性能的預(yù)聚物易于均勻混合，選用合適的復(fù)合溶劑，使得預(yù)聚物能夠互溶而充分分散，同時通過添加流平劑、穩(wěn)定劑、催化劑、引發(fā)劑等，可以滿足實際應(yīng)用過程中各種制造工藝的具體要求。依據(jù)本發(fā)明公開的方法，液態(tài)溶膠體系，易于通過體系的調(diào)節(jié)，適用于各種基體材料；尤其是采用霧化噴涂工藝，可以適用于具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的各種基體材料，從而大大拓展了適用范圍，而采用霧化噴涂工藝時，溶膠的溶液通常選擇沸點較低的溶劑，以便噴涂后溶劑能夠快速揮發(fā)。依據(jù)本發(fā)明公開的方法，預(yù)聚體具有可控的分子量，減小了后期凝膠固化對能量的要求，使得液態(tài)溶膠能夠在較低的能量供給條件下，快速凝膠固化，甚至可以在常溫或則普通光照的條件下，在較短的時間內(nèi)，凝膠固化。依據(jù)本發(fā)明公開的方法，設(shè)計和制造的新材料包括但不僅限于薄膜材料、液態(tài)材料、固體材料和等離子體材料等。實例一一種高硬度透明薄膜的制造，包括以下步驟
1)將甲基丙烯酸乙酯與硅酸乙酯作為單體進行反應(yīng)，通過預(yù)聚體粘度的控制，生成具有較小分子量的預(yù)聚體；
2)用乙醇與丙酮的混合液作為溶劑，溶解甲基丙烯酸乙酯與硅酸乙酯的預(yù)聚體，制備復(fù)合溶膠；
3)將溶膠通過霧化噴涂工藝噴涂到三維結(jié)構(gòu)的塑料基材表面；
4)在80度至100度的低溫下烘烤20分鐘至30分鐘，塑料基材表面形成堅硬透明的薄膜層，賦予塑料高硬度、耐摩擦、抗刮劃等性能。實例二一種具有防水防臟污薄膜的制造，包括以下步驟
1)將甲基丙烯酸乙酯與硅酸乙酯作為單體進行反應(yīng)，通過預(yù)聚體粘度的控制，生成具有較小分子量的預(yù)聚體；
2)將甲基丙烯酸乙酯與硅酸乙酯的預(yù)聚體與丙烯酸六氟丁酯混合，二次聚合成為甲基丙烯酸乙酯、硅酸乙酯與丙烯酸六氟丁酯三種小分子的預(yù)聚體；
3)用乙醇與丙酮的混合液作為溶劑，溶解預(yù)聚體，制備復(fù)合溶膠；
4)將溶膠通過霧化噴涂工藝噴涂到三維結(jié)構(gòu)的塑料基材表面；
5)在80度至100度的低溫下烘烤20分鐘至30分鐘，塑料基材表面形成堅硬透明的薄膜層，賦予塑料防水、防臟污、高硬度、耐摩擦、抗刮劃等性能。實例三一種具有光固化薄膜的制造，包括以下步驟
1)將甲基丙烯酸乙酯與硅酸乙酯作為單體進行反應(yīng)，通過預(yù)聚體粘度的控制，生成具有較小分子量的預(yù)聚體；
2)將甲基丙烯酸乙酯與硅酸乙酯的預(yù)聚體與尿素混合，二次聚合成為甲基丙烯酸乙酯、硅酸乙酯與尿素三種小分子的預(yù)聚體；
3)用乙醇與丙酮的混合液作為溶劑，溶解預(yù)聚體，制備復(fù)合溶膠；
4)將溶膠通過霧化噴涂工藝噴涂到三維結(jié)構(gòu)的塑料基材表面；
5)在紅外燈光下照射20分鐘至30分鐘，塑料基材表面形成堅硬透明的薄膜層，賦予塑料柔韌、高硬度、耐摩擦、抗刮劃等性能。
權(quán)利要求
1.一種新材料設(shè)計及制造方法，包括以下步驟 1)從材料的性能與其組成、結(jié)構(gòu)的關(guān)系出發(fā)，構(gòu)建材料性能與材料組成、結(jié)構(gòu)的關(guān)系數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用該模型進行模擬實驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計材料的分子的組成與結(jié)構(gòu)； 2)按照材料性能的要求，選擇無機鹽、金屬醇鹽、有機金屬化合物、有機小分子等作為單體，通過受控制的合成反應(yīng)，制備低分子量的有機一無機分子共聚物； 3)通過多次受控制的合成反應(yīng)，獲得包含各種特殊單體、具有各種特殊性能的低分子量共聚物，即不同分子量的預(yù)聚體； 或者 4)應(yīng)用自組裝技術(shù)，使無機小分子依照模版進行自組裝，合成受控制的無機分子的組合物； 5)將按照材料設(shè)計而來的、具有特殊性能的預(yù)聚體、自組裝無機分子組合物，按比例配置，分散到溶劑中，充分攪拌，均勻混合，制備復(fù)合溶膠； 6)使用復(fù)合溶膠以各種涂膜工藝(包括但不僅限于浸潤提拉、勻膠甩膜、噴淋、霧化噴涂等工藝)，涂覆到基體材料(包括但不僅限于塑料、金屬、陶瓷、玻璃、木材、紙張、皮革等)的表面； 7)以凝膠固化工藝(包括但不僅限于加熱、光固化、紫外光照射、高能輻射等)，進行處理，使涂覆在基體材料表面的復(fù)合溶膠進一步交聯(lián)固化，形成具有特殊性能的薄膜，從而使基體材料成為具有特殊性能的新材料； 或者 8)以溶膠經(jīng)過成形工藝形成固體材料、等離子體材料； 9)經(jīng)過高溫煅燒，制造具有特殊性能的固體材料或等離子體材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一套新材料設(shè)計及制造的方法，根據(jù)新材料性能的要求，在分子水平上進行新材料的設(shè)計，選擇無機分子、金屬醇鹽、有機金屬化合物、有機小分子等單體，經(jīng)過分步合成工藝，制備小分子預(yù)聚體，再以溶膠凝膠法制造液體、薄膜、固體或等離子體材料，滿足新材料各種性能要求的同時，簡化和方便了材料應(yīng)用工藝要求，使新材料具有更強的適應(yīng)性和更廣闊的應(yīng)用范圍。
文檔編號C09D1/00GK102827546SQ20121032960
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月9日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:郭子鈺, 郭景康