基于材料设计的纳米溶胶薄膜固化过程控制方法

基于材料设计的纳米溶胶薄膜固化过程控制方法

技术领域

在本发明公开的内容属于材料科学范畴，涉及纳米技术、材料表面改性技术和薄膜技术等技术领域。

背景技术

应用溶胶薄膜方法对材料表面进行改性，是材料科学领域受到广泛重视的一个方向，相关基础研究已经有大量的工作，但是对于溶胶薄膜实际应用，还有许多关键性难题有待解决；溶胶薄膜的固化是溶胶薄膜材料表面改性的一个关键技术，其关乎该项技术实际应用的可行性，涉及到基体材料的性能、溶胶的性能和凝胶过程中发生的物理化学反应。

溶胶凝胶：溶胶是指通过水解和聚合作用，形成的有机或无机的纳米或微米级的粒子，这些粒子通常带有电荷，并由于电荷作用，吸附一层溶剂分子，形成由溶剂包覆的纳米或微米粒子，即胶体粒子，这些胶体粒子由于带有电荷而相互排斥，从而能以悬浮状态存在于溶剂中，即形成溶胶；胶体粒子由于失去电荷，或者包覆在外圈的溶剂层被破坏，胶体粒子发生聚合，溶胶发生固化即形成凝胶。

溶胶薄膜是由溶胶组成中的各种有机或无机分子经过化学键结合，成为网状或者层状结构的交联体，溶胶中溶剂挥发，溶胶经过凝胶固化，形成固体薄膜，附着在基体材料表面。

常用的溶胶薄膜固化有加热固化和光固化两种，对于不同的产品、不同的基体材料、不同的生产工艺和不同的生产设备，需要采用不同的固化方法，并要求适应基体材料的特征，本发明应用了材料设计技术，针对不同的情况设计并控制溶胶固化过程，所公开的方法经过实际生产检验，是行之有效的。

发明内容

本发明公开的方法，核心内容是应用材料设计技术，对溶胶薄膜固化过程中单体交联的物理化学反应、溶胶薄膜固化温度、溶胶薄膜固化速度等进行有效控制，进而对溶胶薄膜固化过程进行有效控制。

本发明公开的对溶胶薄膜固化过程的控制方法，首先是应用材料设计技术，设计溶胶中各种单体的化学组成和结构，确保单体之间能够发生交联反应，同时通过交联反应形成化学键类型的选择和设计，调节和设计溶胶薄膜固化温度。

本发明公开的对溶胶薄膜固化过程的控制方法，通过构建溶胶薄膜固化温度与单体化学计量和单体玻璃化温度之间关系模型，以此数学模型为基础，通过模拟实验和计算，设计溶胶薄膜固化温度区间。

本发明公开的对溶胶薄膜固化过程的控制方法，通过溶胶酸碱度的调节、胶体粒子螯合或表面包覆，以及结合有机分子等方法，使得溶胶中的胶体粒子具有足够的稳定性，进而使溶胶能够在摄氏‑40度至60度的自然界温度范围内保持至少90天的稳定；在摄氏60度至600度范围内发生交联反应，并且可以根据实际生产的要求，设计交联反应的温度区间和交联反应速度。

本发明公开的对溶胶薄膜固化过程的控制方法，应用材料设计技术合成复合引发剂作为交联反应的催化剂，一方面通过选择和调节复合引发剂的半衰期温度，控制复合引发剂的有效剂量，进而控制交联反应发生的温度区间，另一方面，通过调节复合引发剂的添加量和半衰期温度，共同控制交联反应速度。

本发明公开的对溶胶薄膜固化过程的控制方法，还包括了应用材料设计技术，通过选择和设计溶胶中溶剂的种类和配比，构成复合溶剂，复合溶剂能够在设定的温度区间，挥发掉设定的数量，从而达到对溶胶薄膜固化过程调节和控制的目的。

实施例一，聚碳酸酯树脂的玻璃化温度较低，通常在摄氏130度至140度就发生软化变形，用于聚碳酸酯树脂表面改性的纳米溶胶薄膜要求在较低的温度固化，以避免聚碳酸酯树脂材料的软化变形，本实施例是一种在摄氏100度至110度快速固化的、用于聚碳酸酯树脂表面改性的纳米溶胶薄膜，纳米溶胶固化过程通过以下步骤进行设计和控制：

1）设计和选择使用乙醇、异丙醇、水和乙酸乙酯配制的复合溶剂；

2）设计和选择使用甲基丙烯酸酯类单体或氨基树脂单体，或者两者的复合单体进行交联反应；

3）设计和选择使用半衰期温度在摄氏100度至110度的复合引发剂。

实施例二，一种玻璃表面改性的纳米溶胶薄膜，赋予玻璃减反射性能，在摄氏550度至600度烧结固化，纳米溶胶固化过程通过以下步骤进行设计和控制：

1）设计和选择使用硅酸乙酯和钛酸丁酯的水解物作为交联反应的单体；

2）设计和选择使用柠檬酸作为螯合剂；

3）设计和选择使用蔗糖或葡萄糖作为胶粒分散剂；

4）设计和选择使用乙醇和水配制复合溶剂；

5）设计和选择氧氯化物水解液作为酸碱度的调节剂；

6）设计和选择硼砂作为交联反应催化剂。