一种新材料设计及制造的方法技术

本发明专利技术公开了一套新材料设计及制造的方法，根据新材料性能的要求，在分子水平上进行新材料的设计，选择无机分子、金属醇盐、有机金属化合物、有机小分子等单体，经过分步合成工艺，制备小分子预聚体，再以溶胶凝胶法制造液体、薄膜、固体或等离子体材料，满足新材料各种性能要求的同时，简化和方便了材料应用工艺要求，使新材料具有更强的适应性和更广阔的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

材料设计是材料科学最新发展方向，根据对材料的性能要求，从组成和结构上进行材料设计，加之材料制造工艺，获得具有各种特殊性能的新材料，已然成为现在材料科学与技术的经典路线，然而材料设计方案的实施方法是长期以来限制材料设计普及应用推广的最大瓶颈。本专利技术公开了一种实现材料设计方案的方法，通过选择各种无机盐、金属醇盐、有机金属化合物、有机小分子单体进行分步合成，形成组成、结构可控制的预聚体，从而获得具有特殊性能的新材料。
技术介绍
单体的选择包括但不仅限于无机盐、金属醇盐、有机金属化合物、有机小分子。预聚体的合成可以采用聚合、加成等各种反应方式。本专利技术公开的材料制造方法可以广泛应用于薄膜、固体、液体、等离子体等各种材料中。
技术实现思路
依据本专利技术公开的方法，预聚体的组成是完全可控的，在考虑单体分子合成反应可能性的前提下，在预聚体中设计并合成包含各种性能的无机盐、金属醇盐、有机金属化合物、有机小分子等单体分子，理论上可以获得新材料需要的任何性能，例如，包含烷烃有机分子，使材料具有良好的韧性、抗冲击强度等力学性能；包含无机分子，可以有效提高材料的硬度、耐摩擦性能、抗刮划性能、高温稳定性能和耐化学腐蚀性能等；包含含氟的有机分子，可以使材料获得良好的防污性能；包含稀土金属醇盐分子，可以使材料获得良好的抗紫外线辐射性能。依据本专利技术公开的方法，预聚体的结构是可控的，通过对合成反应过程的控制可以获得不同分子量的预聚体，预聚体上单体分子的排列顺序也可以通过多个合成步骤的次序调整得以控制；同时也可以通过不同模版的选用，获得预先设计的特殊结构的预聚体。依据本专利技术公开的方法，预聚体的合成反应包括但不仅限于聚合反应、加成反应等各种化学反应方式。依据本专利技术公开的方法，采用液态溶胶体系，使得具有不同性能的预聚物易于均匀混合，选用合适的复合溶剂，使得预聚物能够互溶而充分分散，同时通过添加流平剂、稳定剂、催化剂、引发剂等，可以满足实际应用过程中各种制造工艺的具体要求。依据本专利技术公开的方法，液态溶胶体系，易于通过体系的调节，适用于各种基体材料；尤其是采用雾化喷涂工艺，可以适用于具有复杂三维结构的各种基体材料，从而大大拓展了适用范围，而采用雾化喷涂工艺时，溶胶的溶液通常选择沸点较低的溶剂，以便喷涂后溶剂能够快速挥发。依据本专利技术公开的方法，预聚体具有可控的分子量，减小了后期凝胶固化对能量的要求，使得液态溶胶能够在较低的能量供给条件下，快速凝胶固化，甚至可以在常温或则普通光照的条件下，在较短的时间内，凝胶固化。依据本专利技术公开的方法，设计和制造的新材料包括但不仅限于薄膜材料、液态材料、固体材料和等离子体材料等。实例一一种高硬度透明薄膜的制造，包括以下步骤 1)将甲基丙烯酸乙酯与硅酸乙酯作为单体进行反应，通过预聚体粘度的控制，生成具有较小分子量的预聚体； 2)用乙醇与丙酮的混合液作为溶剂，溶解甲基丙烯酸乙酯与硅酸乙酯的预聚体，制备复合溶胶； 3)将溶胶通过雾化喷涂工艺喷涂到三维结构的塑料基材表面； 4)在80度至100度的低温下烘烤20分钟至30分钟，塑料基材表面形成坚硬透明的薄膜层，赋予塑料高硬度、耐摩擦、抗刮划等性能。实例二一种具有防水防脏污薄膜的制造，包括以下步骤 1)将甲基丙烯酸乙酯与硅酸乙酯作为单体进行反应，通过预聚体粘度的控制，生成具有较小分子量的预聚体； 2)将甲基丙烯酸乙酯与硅酸乙酯的预聚体与丙烯酸六氟丁酯混合，二次聚合成为甲基丙烯酸乙酯、硅酸乙酯与丙烯酸六氟丁酯三种小分子的预聚体； 3)用乙醇与丙酮的混合液作为溶剂，溶解预聚体，制备复合溶胶； 4)将溶胶通过雾化喷涂工艺喷涂到三维结构的塑料基材表面； 5)在80度至100度的低温下烘烤20分钟至30分钟，塑料基材表面形成坚硬透明的薄膜层，赋予塑料防水、防脏污、高硬度、耐摩擦、抗刮划等性能。实例三一种具有光固化薄膜的制造，包括以下步骤 1)将甲基丙烯酸乙酯与硅酸乙酯作为单体进行反应，通过预聚体粘度的控制，生成具有较小分子量的预聚体； 2)将甲基丙烯酸乙酯与硅酸乙酯的预聚体与尿素混合，二次聚合成为甲基丙烯酸乙酯、硅酸乙酯与尿素三种小分子的预聚体； 3)用乙醇与丙酮的混合液作为溶剂，溶解预聚体，制备复合溶胶； 4)将溶胶通过雾化喷涂工艺喷涂到三维结构的塑料基材表面； 5)在红外灯光下照射20分钟至30分钟，塑料基材表面形成坚硬透明的薄膜层，赋予塑料柔韧、高硬度、耐摩擦、抗刮划等性能。权利要求1.一种新材料设计及制造方法，包括以下步骤 1)从材料的性能与其组成、结构的关系出发，构建材料性能与材料组成、结构的关系数学模型，应用该模型进行模拟实验的基础上，设计材料的分子的组成与结构； 2)按照材料性能的要求，选择无机盐、金属醇盐、有机金属化合物、有机小分子等作为单体，通过受控制的合成反应，制备低分子量的有机一无机分子共聚物； 3)通过多次受控制的合成反应，获得包含各种特殊单体、具有各种特殊性能的低分子量共聚物，即不同分子量的预聚体； 或者 4)应用自组装技术，使无机小分子依照模版进行自组装，合成受控制的无机分子的组合物； 5)将按照材料设计而来的、具有特殊性能的预聚体、自组装无机分子组合物，按比例配置，分散到溶剂中，充分搅拌，均匀混合，制备复合溶胶； 6)使用复合溶胶以各种涂膜工艺(包括但不仅限于浸润提拉、匀胶甩膜、喷淋、雾化喷涂等工艺)，涂覆到基体材料(包括但不仅限于塑料、金属、陶瓷、玻璃、木材、纸张、皮革等)的表面； 7)以凝胶固化工艺(包括但不仅限于加热、光固化、紫外光照射、高能辐射等)，进行处理，使涂覆在基体材料表面的复合溶胶进一步交联固化，形成具有特殊性能的薄膜，从而使基体材料成为具有特殊性能的新材料； 或者 8)以溶胶经过成形工艺形成固体材料、等离子体材料； 9)经过高温煅烧，制造具有特殊性能的固体材料或等离子体材料。全文摘要本专利技术公开了一套新材料设计及制造的方法，根据新材料性能的要求，在分子水平上进行新材料的设计，选择无机分子、金属醇盐、有机金属化合物、有机小分子等单体，经过分步合成工艺，制备小分子预聚体，再以溶胶凝胶法制造液体、薄膜、固体或等离子体材料，满足新材料各种性能要求的同时，简化和方便了材料应用工艺要求，使新材料具有更强的适应性和更广阔的应用范围。文档编号C09D1/00GK102827546SQ20121032960公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月9日 优先权日2012年9月9日专利技术者不公告专利技术人 申请人:郭子钰, 郭景康本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新材料设计及制造方法，包括以下步骤：1）从材料的性能与其组成、结构的关系出发，构建材料性能与材料组成、结构的关系数学模型，应用该模型进行模拟实验的基础上，设计材料的分子的组成与结构；2）按照材料性能的要求，选择无机盐、金属醇盐、有机金属化合物、有机小分子等作为单体，通过受控制的合成反应，制备低分子量的有机？？？无机分子共聚物；3）通过多次受控制的合成反应，获得包含各种特殊单体、具有各种特殊性能的低分子量共聚物，即不同分子量的预聚体；或者4）应用自组装技术，使无机小分子依照模版进行自组装，合成受控制的无机分子的组合物；5）将按照材料设计而来的、具有特殊性能的预聚体、自组装无机分子组合物，按比例配置，分散到溶剂中，充分搅拌，均匀混合，制备复合溶胶；6）使用复合溶胶以各种涂膜工艺（包括但不仅限于浸润提拉、匀胶甩膜、喷淋、雾化喷涂等工艺），涂覆到基体材料（包括但不仅限于塑料、金属、陶瓷、玻璃、木材、纸张、皮革等）的表面；7）以凝胶固化工艺（包括但不仅限于加热、光固化、紫外光照射、高能辐射等），进行处理，使涂覆在基体材料表面的复合溶胶进一步交联固化，形成具有特殊性能的薄膜，从而使基体材料成为具有特殊性能的新材料；或者8）以溶胶经过成形工艺形成固体材料、等离子体材料；9）经过高温煅烧，制造具有特殊性能的固体材料或等离子体材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：郭子钰，郭景康，
类型：发明
国别省市：