[發明專利]制造圖案化干燥聚合物的方法和圖案化干燥聚合物

無效

• 申請號: 201080060129.1
• 申請日: 2010-10-18
• 公開（公告）號: CN102695990A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: J.科迪;A.喬治亞迪斯
• 申請（專利權）人: 薩里大學
• 主分類號: G03F7/26
• 分類號: G03F7/26;G03F7/36;B41C1/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王國祥

技術領域

本發明涉及由聚合物溶液或聚合物分散體制造圖案化干燥聚合物的方法和通過所述方法制造的圖案化干燥聚合物。圖案化干燥聚合物通常將為基體上的涂層或自立片或膜的形式。

本發明方法對于制造圖案化干燥膠乳涂層或膜特別有用，以及適用于硬膠乳(即，聚合物的玻璃化轉變溫度(Tg)高于室溫的膠乳)和軟膠乳(即，聚合物的玻璃化轉變溫度(Tg)低于室溫的膠乳)。這里將膠乳定義為分散在水中的合成聚合物膠體。

背景技術

在許多工業中使用硬聚合物制造保護涂層，包括機動車、航空航天、船舶、家用器具和家具工業。硬涂層可由硬膠乳制造。可能需要具有表面形貌圖案化表面(topographically?patterned?surface)的硬聚合物涂層用于許多不同的用途。例如，可能需要它們提供審美效果，提高持握和摩擦，或影響電磁輻射的散射和傳輸。軟膠乳用于制造柔性產品如手套和避孕套。同樣，可能需要表面形貌圖案化表面提供審美效果，或提高持握。可選擇地，可能需要它提供觸感。軟膠乳膜也用于制造壓敏膠粘劑。在膠粘劑表面上圖案化能夠改變膠粘劑的粘著性和粘合能量，以及能夠用于促進或降低與表面的粘合性。

除了上述應用之外，表面形貌圖案化涂層具有作為防污涂層的應用，例如用于船運和造船業中。而且，具有某些傾角的波狀表面已知降低船上的流體流動阻力。其它可能的應用是提供用于涂覆窗口的光散射膜以增加隱私，或在表面上提供微透鏡的排列以增加從設備的光發射或以其它方式操縱光。

在硬膠乳的情況中，已知的是，通過壓花過程在涂層表面上制造圖案，其中將熱模具壓到涂層表面上以使涂層熔融和成形。然而，這種壓花過程不適于脆性或熱不穩定的基體，以及在大面積上不是非常實用。而且，如果聚合物表面具有高T_g，那么壓花過程的能量使用將很高。

在軟膠乳的情況中，已知使用2階段過程，其中將膠乳液滴噴射到膠乳基層的表面上以形成織構圖案。然而，這種方法耗時并且對可得到的圖案類型具有限制，因為不能用于制造預定圖案。

發明內容

本發明的目的是尋求緩解這些缺點。

因此，本發明提供由聚合物溶液或聚合物分散體制造圖案化干燥聚合物的方法，所述方法包括以下步驟：將掩模置于聚合物溶液/分散體上方，使得存在聚合物溶液/分散體暴露區域和聚合物溶液/分散體未暴露區域，并用紅外射線輻射所述掩蔽的聚合物溶液/分散體。

本發明依賴于以下事實：溶劑(在膠乳的情況中為水)的蒸發速率在聚合物溶液/分散體的暴露區域和未暴露區域中將不同。蒸發速率在暴露區域中將較高，所以，在這些區域中的固體含量與未暴露區域中相比將變得較高。將有流體從未暴露區域流向暴露區域以代替失去的溶劑(例如在膠乳情況中的水)。這種流動將夾帶聚合物粒子/分子，所以，暴露區域相對于未暴露區域將升高。這些升高的部分將在所得干燥聚合物的表面上形成圖案。

本發明可用于任何適合的聚合物溶液/分散體。例如，它可用于圖案化以分子形式溶解在溶劑如水中的聚合物。由紅外射線的區域化加熱導致的蒸發速率的變化導致在所得聚合物膜的表面上形成表面形貌圖案。適合的水溶性聚合物的實例為聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(氧化乙烯)、聚(苯乙烯磺酸鹽)和聚(3,4-亞乙基二氧基噻吩)。

與水相同，可使用其它適合的溶劑，例如乙醇。無論是什么溶劑，聚合物濃度應優選為0.01-90wt.%，更優選為0.1-50wt.%，并且最優選為1-15wt.%。

盡管本發明可用于聚合物溶液，但是本發明的主要應用是膠乳形式的聚合物分散體。

“濕”膠乳由膠體聚合物粒子的水分散體組成，所述膠體聚合物粒子的直徑通常為約100-400nm。“干”膠乳通過通常稱為膠乳膜形成的方法由“濕”膠乳形成。這種方法由以下階段組成：(1)蒸發水和粒子堆積；(2)粒子變形以封閉粒子之間的空隙；和(3)分子擴散越過整個粒子邊界以抹去界面。可將階段2稱為熔結，可將階段(3)稱為聚結。當粒子未熔結時膠乳膜是渾濁的(因為光散射)，但是粒子在熔結后變得澄清。

在低于聚合物玻璃化轉變溫度(T_g)的溫度，粒子不變形以及分子不擴散。這意味著，僅低T_g膠乳在室溫成膜。可加熱高T_g膠乳以使它們成膜。在過去，膠乳膜的加熱通過常規對流式烘箱進行。然而，這具有以下缺點：(1)烘箱的高能量使用，(2)過程的長度，除非使用非常高的溫度，以及(3)膜在干燥期間破裂的傾向。