CN105451967A - 纳米压印用模具的制造方法以及防反射物品 - Google Patents
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Abstract
本发明的纳米压印用模具的制造方法是制造在铝基材的表面形成有微细凹凸结构的纳米压印用模具的方法,所述铝基材为辊状且表面经过机械加工,所述方法具有研磨工序和微细凹凸结构形成工序,所述研磨工序将表面经过机械加工的辊状的铝基材的该表面进行机械研磨直至至少平均晶体粒径发生变化,所述微细凹凸结构形成工序在前述研磨工序之后将铝基材阳极氧化来形成微细凹凸结构。本发明的防反射物品在表面具有微细凹凸结构,在可见光的波长区域中,根据下述式(1)求出的、由L*a*b*表色系统显示的与原点的色差(E*)为0.9以下,或者根据下述式(2)求出的色度(C*)为0.7以下。E*={(L*)2+(a*)2+(b*)2}1/2…(1)C*={(a*)2+(b*)2}1/2…(2)。
Description
技术领域
本发明涉及表面具有包含多个细孔的微细凹凸结构的纳米压印用模具的制造方法以及防反射物品。
本申请根据2013年8月14日在日本申请的日本特愿2013-168539号要求优先权,将其内容引用于此。
背景技术
近年来,已知表面具有周期为可见光的波长以下的微细凹凸结构的薄膜等物品能够体现防反射效果、荷叶效应等。尤其,已知被称为蛾眼结构的凹凸结构通过使折射率从空气的折射率连续地增大到物品的材料的折射率而成为有效的防反射装置。
作为在物品的表面形成微细凹凸结构的方法,如下方法(纳米压印法)受到瞩目:使用表面形成有该微细凹凸结构的反转结构的模具(金属模),在该模具与物品主体(基材)之间供给固化性树脂组合物进行固化,将模具的微细凹凸结构转印到物品主体的表面。
作为制造纳米压印用模具的方法,已知有如下方法:交替地反复将铝基材在电解液中阳极氧化以形成具有细孔的氧化覆膜的工序和利用蚀刻使氧化覆膜的细孔扩大的工序,在铝基材的表面形成具有多个细孔(凹部)的阳极氧化铝。
可是,铝基材存在因切削加工等机械加工而使表面被镜面化的情况。
然而,将经过机械加工的铝基材阳极氧化时,容易形成细孔不均匀分布的氧化覆膜。使用细孔不均匀分布的状态下的模具将微细凹凸结构转印到物品主体的表面时,雾度容易升高,最终反射率也变高。
认为形成细孔不均匀分布的氧化覆膜的原因在于,由于机械加工在铝基材的表面形成了加工变质层。
作为对经过机械加工的铝基材阳极氧化也能够制造细孔均匀分布的模具的方法,例如,专利文献1中公开了,在阳极氧化的工序之前,对铝基材进行阴极电解、电解研磨或蚀刻的方法。专利文献1所述的方法中,通过阴极电解、电解研磨或蚀刻在加工变质层上形成微细的凹凸结构,利用该凹部通过阳极氧化形成分布有均匀的细孔的氧化覆膜。另外,专利文献1中认为,通过阴极电解、电解研磨或蚀刻去除加工变质层之后,也能够形成氧化覆膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2010/128662号
发明内容
发明要解决的问题
然而,根据铝基材的纯度、机械加工的条件,加工变质层的厚度、状态等容易发生改变。因此,对于在加工变质层上形成微细的凹凸结构之后进行阳极氧化的方法的情况,每次都需要将阴极电解、电解研磨、蚀刻的条件根据铝基材而改变为最合适的。
另外,为了在加工变质层上形成细孔均匀分布的氧化覆膜,需要使加工变质层上的微细的凹凸结构的凹部也均匀地分布。然而,对于通过阴极电解、电解研磨、蚀刻来形成凹部均匀分布的微细的凹凸结构而言,是存在局限的。
而且,还存在导致形成于加工变质层上的微细的凹凸结构在阳极氧化后仍残留的情况,其还反映到转印物上,有时雾度升高等对透明性产生影响。
另外,认为对于通过阴极电解、电解研磨、蚀刻来去除加工变质层的方法的情况,在去除后的表面也形成有微细的凹凸结构。因此,如上述那样,存在导致该微细的凹凸结构在阳极氧化后仍残留的情况。
本发明是鉴于上述事实做出的,提供一种能够容易地制造纳米压印用模具的方法以及防反射物品,所述纳米压印用模具能够形成细孔均匀分布的氧化覆膜且能够得到雾度低的物品。
用于解决问题的方案
<1>一种纳米压印用模具的制造方法,其是制造在铝基材的表面形成有微细凹凸结构的纳米压印用模具的方法,所述铝基材为辊状且表面经过机械加工,所述方法具有:研磨工序,其将表面经过机械加工的辊状的铝基材的该表面机械研磨直至至少平均晶体粒径发生变化;和微细凹凸结构形成工序,其在前述研磨工序之后将铝基材阳极氧化来形成微细凹凸结构。
<2>根据<1>所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在前述研磨工序中,将前述铝基材的表面机械研磨直至前述平均晶体粒径成为1μm以上。
<3>根据<2>所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在前述研磨工序中,将前述铝基材的表面机械研磨直至前述平均晶体粒径成为5μm以上。
<4>根据<1>~<3>中任一项所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在前述研磨工序中,将前述铝基材的表面去除1μm以上的厚度。
<5>根据<4>所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在前述研磨工序中,将前述铝基材的表面去除3μm以上的厚度。
<6>根据<1>~<5>中任一项所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在前述研磨工序的同时或者在研磨工序和微细凹凸结构形成工序之间还具有表面精加工工序,所述表面精加工工序将前述辊状的铝基材的表面精加工。
<7>根据<1>~<6>中任一项所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在前述研磨工序中进行化学机械研磨。
<8>根据<1>~<7>中任一项所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,前述铝基材的至少表面的纯度为99%以上。
<9>根据<1>~<8>中任一项所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在前述微细凹凸结构形成工序中,反复进行阳极氧化工序和孔径扩大处理工序,所述阳极氧化工序将前述铝基材阳极氧化来形成细孔,所述孔径扩大处理工序将前述细孔的至少一部分溶解来将细孔扩径。
<10>根据<9>所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,前述阳极氧化的处理时间小于5分钟。
<11>根据<9>或<10>所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,前述阳极氧化工序和孔径扩大处理工序的反复次数总计为15次以下。
<12>一种防反射物品,其是表面具有微细凹凸结构的防反射物品,其中,在可见光的波长区域中,根据下述式(1)求出的、由L*a*b*表色系统显示的与原点的色差(E*)为0.9以下,
E*={(L*)2+(a*)2+(b*)2}1/2…(1)。
<13>一种防反射物品,其是表面具有微细凹凸结构的防反射物品,其中,在可见光的波长区域中,由根据L*a*b*表色系统测定的a*和b*的值,根据下述式(2)求出的色度(C*)为0.7以下,
C*={(a*)2+(b*)2}1/2…(2)。
<14>根据<12>或<13>所述的防反射物品,其中,在可见光的波长区域内,相对于入射光的反射率的最大值和最小值的差(Δλ)为0.2%以下。
<15>根据<12>~<14>中任一项所述的防反射物品,其中,前述微细凹凸结构包含平均周期为400nm以下的多个突起。
发明的效果
根据本发明的纳米压印用模具的制造方法能够容易地制造纳米压印用模具,所述纳米压印用模具能够形成细孔均匀分布的氧化覆膜,能够得到雾度低的物品。
另外,本发明的防反射物品的雾度低。
附图说明
图1是示出本发明中使用的研磨装置的一个例子的立体图。
图2是示出表面具有阳极氧化铝的模具的制造工序的截面图。
图3是示出表面具有微细凹凸结构的物品的制造装置的一个例子的结构图。
图4是示出表面具有微细凹凸结构的物品的一个例子的截面图。
具体实施方式
本说明书中,“细孔”是指在铝基材的表面的氧化覆膜中形成的微细凹凸结构的凹部。
另外,“微细凹凸结构”表示相邻的凸部间或凹部间的平均间隔(周期)为纳米级的结构。
另外,“可见光”表示波长为400nm以上且780nm以下的波长的光。
另外,“可见光的波长以下”表示比上述范围的波长的光中最短的使用波长还小。即,将具有周期为“可见光的波长以下”的微细凹凸结构的物品用于防止可见光的反射的用途时,使用波长为400~780nm。因此,该情况下的微细凹凸结构的周期为使用波长的最短波长的400nm以下。另外,将具有周期为“可见光的波长以下”的微细凹凸结构的物品用于防止蓝光的反射的用途时,使用波长为460nm。因此,该情况的微细凹凸结构的周期为460nm以下。
“纳米压印用模具的制造方法”
本发明的纳米压印用模具(以下,也简称为“模具”。)的制造方法是将表面经过机械加工的辊状的铝基材阳极氧化来制造表面形成有微细凹凸结构的模具的方法。将使用所得模具制造的物品用于防反射的用途时,前述微细凹凸结构优选周期为可见光的波长以下的微细凹凸结构。
本发明的模具的制造方法具有下面说明的研磨工序和微细凹凸结构形成工序。另外,模具的制造方法优选在研磨工序的同时或者在研磨工序和微细凹凸结构形成工序之间具有表面精加工工序。
下面,对本发明的模具的制造方法的一个实施方式例详细地说明。
<研磨工序>
研磨工序是将表面经过机械加工的辊状的铝基材的表面(以下,也称为“加工表面”。)进行机械研磨直至至少平均晶体粒径发生变化的工序。
已知对铝基材的表面进行机械加工时,在该表面会形成加工变质层。认为加工变质层是表面因机械加工时的局部的摩擦热而熔融之后被冷却,由此进行再结晶等而形成的。
此处,“机械加工”表示通过研削、切削等而将铝基材的表面镜面化。
要被机械加工的铝基材的至少表面(具体而言为厚度100μm的部分)的纯度优选为99%以上,更优选为99.5%,特别优选为99.9%以上。铝的纯度越高,在阳极氧化时,越能够抑制大小为因杂质的偏析使可见光散射的凹凸结构的形成。而且,还存在阳极氧化中得到的细孔的规则性提高的倾向。
加工变质层通常由晶粒大小不同的多个层构成。各层的晶粒的大小存在层越靠近铝基材的加工表面而变小的倾向。
本发明中,加工变质层中,将晶粒的平均晶体粒径小于1μm的层设为第一加工变质层,将晶粒的平均晶体粒径为1μm以上且小于30μm的层设为第二加工变质层,将晶粒的平均晶体粒径为30μm以上且小于50μm的层设为第三加工变质层。第一加工变质层是位于加工变质层的最外层的层,从上依次重叠有第一加工变质层、第二加工变质层、第三加工变质层的加工变质层形成于铝基材的加工表面。
加工变质层的厚度因铝基材的纯度、机械加工的条件而发生变化,因此不能一概而论,通常认为是数百μm左右。即,从铝基材的加工表面到第三加工变质层与未加工变质的部分的界面的距离为数百μm左右。另外,从铝基材的加工表面到第一加工变质层与第二加工变质层的界面的距离为1~5μm左右,从铝基材的加工表面到第二加工变质层与第三加工变质层的界面的距离为5~10μm左右。
研磨工序中,将表面经过机械加工的辊状的铝基材的表面进行机械研磨直至至少平均晶体粒径发生变化。
此处,“进行机械研磨直至平均晶体粒径发生变化”是指,将铝基材的加工表面机械研磨直至铝基材的加工表面的平均晶体粒径从小于1μm变化为1μm以上,优选变化为5μm以上。即,研磨工序中,进行机械研磨直至至少去除第一加工变质层。
平均晶体粒径是对铝基材的加工表面或研磨工序后的表面中的任意选取的100个以上的晶粒计算出的当量圆直径的平均值。表面的晶粒的观察可用光学显微镜等进行,当量圆直径的平均值可以使用例如株式会社日本ローパー制的“Image-ProPLUS”等图像分析软件求出。
如上述那样,认为形成细孔不均匀分布的氧化覆膜的原因是由于通过机械加工在铝基材的表面形成了加工变质层。尤其,在晶粒的平均晶体粒径小于1μm的第一加工变质层上形成氧化覆膜时,细孔不均匀地分布。
本发明中,在研磨工序中至少去除第一加工变质层,因此能够形成细孔均匀分布的氧化覆膜。
研磨工序中,也可以去除到第二加工变质层的区域、第三加工变质层的区域。具体而言,从铝基材的加工表面通过研磨而被去除的厚度(研磨厚度)优选为1μm以上,更优选为3μm以上,进一步优选为5μm以上,特别优选为7μm以上,最优选为9μm以上。尤其,从容易形成细孔更均匀分布的氧化覆膜的方面出发,优选去除第二加工变质层的全部。即,优选将铝基材的加工表面机械研磨直至铝基材的加工表面的平均晶体粒径从小于1μm变化为30μm以上。
需要说明的是,第三加工变质层也是层的厚度越薄越容易形成细孔更均匀分布的氧化覆膜。因此,最优选将第三加工变质层的全部去除,即,将铝基材的加工表面机械研磨直至铝基材的加工表面的平均晶体粒径从小于1μm变化为50μm以上。然而,从铝基材的加工表面到第三加工变质层与未加工变质的部分的界面的距离为数百μm左右,对于去除第三加工变质层的全部而言,耗费时间、工夫。与第一加工变质层、第二加工变质层相比,第三加工变质层不易影响氧化覆膜的细孔的分布。因此,即使不去除第三加工变质层的全部,也能够形成细孔均匀分布的氧化覆膜。
研磨工序中,将铝基材的加工表面至少机械研磨。
此处,“机械研磨”是指将加工表面物理研磨从而镜面化。本发明中,物理研磨中还包括“带研磨”、“化学机械研磨(CMP研磨)”。尤其,优选利用CMP研磨将铝基材的加工表面研磨。
对利用机械研磨将铝基材的加工表面研磨的方法没有特别限制,可以采用公知的方法。另外,也可以使用公知的研磨装置。
研磨工序可以仅用机械研磨进行,也可以组合使用其它的处理方法。
作为其它的处理方法,例如可以举出蚀刻、电解研磨、化学研磨等。
组合使用机械研磨和其它的处理方法时,对其顺序没有限制,但优选用其它的处理方法对铝基材的加工表面进行某种程度的处理之后,进行机械研磨直至平均晶体粒径发生变化。在其它的处理方法之后进行机械研磨时,可以得到研磨工序后的铝基材的表面进一步镜面化的状态。
但是,考虑去除时间、操作性时,研磨工序优选仅用机械研磨来进行。
下面,一边参照附图一边对利用CMP研磨将铝基材的加工表面研磨的方法的一个例子进行说明。
图1是示出本发明中使用的研磨装置的一个例子的立体图。
该例子的研磨装置10是用于研磨中空辊状的铝基材20的加工表面的装置,结构大致为具备轴12、研磨装置14、浆料供给装置16和清洗装置18。
铝基材20中,使轴向与铝基材20的轴向相同地贯通铝基材20而设置了辊状的轴12。
另外,铝基材20被支撑在支撑轴(图示略)上,通过与支撑轴连接的马达等旋转驱动部(图示略)使支撑轴旋转,从而能够使铝基材20旋转。
研磨装置14具备研磨辊14a和带状的砂布14b。
研磨辊14a使砂布14b压接在铝基材20的外周面(加工表面)20a上,对铝基材20的外周面20a进行研磨。
研磨辊14a与马达等旋转驱动部(图示略)连接,并能够旋转。
砂布14b使研磨材料附着在基材(布、纸等)上。砂布14b优选使研磨面成为外侧且将长度方向的两端接合而制成带状的砂布。
砂布14b可以使用市售品。
研磨装置14能够沿铝基材20的长度方向移动。
浆料供给装置16是用于向铝基材20和砂布14b之间供给浆料的装置,具备浆料供给配管16a和喷嘴16b。
浆料供给配管16a的一端与用于存积浆料的罐(tank,图示略)等连接,另一端与喷嘴16b连接。
浆料供给装置16能够与研磨装置14的移动同步地沿铝基材20的长度方向移动。
清洗装置18是用于清洗研磨后的铝基材20的外周面20a的装置,具备清洗液供给配管18a和喷嘴18b。
清洗液供给配管18a的一端与用于存积清洗液的罐(图示略)等连接,另一端与喷嘴18b连接。
清洗装置18能够与研磨装置14和浆料供给装置的移动同步地沿铝基材20的长度方向移动。
使用研磨装置10的铝基材20的研磨方法如下所示。
首先,在铝基材20中贯通有轴12的状态下,驱动旋转驱动部(图示略),使支撑轴(图示略)旋转来使铝基材20旋转。
另外,在将带状的砂布14b安装在研磨辊14a上的状态下,驱动旋转驱动部(图示略),使研磨辊14a沿与铝基材20的旋转方向相同的方向旋转。带状的砂布14b也与研磨辊14a的旋转同步地旋转。
一边使铝基材20和研磨辊14a旋转,一边将砂布14b压接到铝基材20的外周面20a上。然后,从浆料供给装置16向砂布14b和铝基材20的外周面20a之间供给浆料,对铝基材20的外周面(加工表面)20a进行研磨。
通过使研磨装置14和浆料供给装置16沿铝基材20的长度方向移动,能够使研磨区域A沿铝基材20的长度方向移动,从而研磨铝基材20的外周面20a的整体。
还使清洗装置18与研磨装置14和浆料供给装置16的移动同步地移动,从清洗装置18向结束研磨的区域(研磨结束区域)B供给清洗液,去除附着在铝基材20的外周面20a上的浆料。
供给浆料时,也可以使喷嘴16b的开闭与计时器连动,从而间歇性地供给浆料。
另外,也可以在从铝基材20的长度方向的一端到另一端的研磨结束之后,使研磨装置14和浆料供给装置16反向地移动(使其横动),从铝基材20的另一端到一端进一步继续研磨。另外,也可以使研磨装置14和浆料供给装置16返回到铝基材20的一端,然后再次从一端到另一端移动研磨装置14和浆料供给装置16进行研磨。
需要说明的是,清洗装置18只要位于研磨装置14和浆料供给装置16的移动方向的下游即可,图1所示的研磨装置10具备1个清洗装置18。但是,在使研磨装置14和浆料供给装置16横动来进行研磨的情况下,也可以隔着浆料供给装置16在相反侧设置清洗装置18。
作为用于研磨的浆料(研磨浆料),根据消除附着在铝基材的外周面上的划痕、将外周面镜面化等各种目的而适宜地选择即可,可以使用研磨铝基材的表面时所使用的公知的研磨浆料。
作为浆料,例如可以举出包含SiC、Al2O3、SiO2、ZrO2等研磨材料的浆料;在具有腐蚀铝的效果的溶液中分散有研磨材料的CMP研磨用CMP浆料等。
作为清洗液,可以举出水、醇、用于中和研磨浆料的酸性或碱性溶液等。
<表面精加工工序>
表面精加工工序是将辊状的铝基材的表面精加工的工序。
此处,“将表面精加工”是指,进行镜面化直至铝基材的表面的算术平均粗糙度成为15nm以下。
作为将铝基材的表面精加工的方法,特别优选CMP研磨。在用CMP研磨将铝基材的表面精加工的情况下,可以使用之前在研磨工序的说明中说明的研磨装置。但是,表面精加工工序和研磨工序中优选使用砂布的研磨材料、浆料中的磨粒的平均粒径不同的研磨材料、磨粒。具体而言,表面精加工工序中优选使用砂布的研磨材料、浆料中的磨粒的平均粒径小于在研磨工序中使用时的研磨材料、磨粒。
表面精加工工序与上述研磨工序同时进行或者在研磨工序和微细凹凸结构形成工序之间进行。
在同时进行研磨工序和表面精加工工序的情况下,一边将铝基材的加工表面机械研磨直至平均晶体粒径发生变化,一边对其表面进行精加工。例如,在使用图1所示的研磨装置10同时进行研磨工序和表面精加工工序的情况下,从最初起使用砂布14b的研磨材料、浆料中的磨粒的平均粒径小的研磨材料、磨粒。但是,使用平均粒径小的研磨材料、磨粒时,研磨耗费时间。
为了在短时间内完成研磨工序和表面精加工工序,优选在研磨工序和微细凹凸结构形成工序之间进行表面精加工工序。本发明中,将研磨工序中的机械研磨称为“粗研磨”,将研磨工序后的表面精加工工序中的机械研磨还称为“精加工研磨”。
在将研磨工序和表面精加工工序这两者用CMP研磨进行的情况下,例如使用图1所示的研磨装置10将铝基材20的外周面(加工表面)20a粗研磨直至平均晶体粒径发生变化(研磨工序)。接着,替换为砂布14b的研磨材料和浆料中的磨粒的平均粒径小的研磨材料和磨粒,将铝基材20的外周面20a精加工研磨(表面精加工工序)。
<微细凹凸结构形成工序>
微细凹凸结构形成工序是将上述研磨工序或表面精加工工序后的铝基材阳极氧化从而在铝基材的表面形成微细凹凸结构的工序。
微细凹凸结构形成工序中,反复进行阳极氧化工序和孔径扩大处理工序,所述阳极氧化工序将铝基材阳极氧化来形成细孔,所述孔径扩大处理工序将阳极氧化工序中形成的细孔的至少一部溶解来将细孔扩径。例如,微细凹凸结构形成工序优选具有下述的工序(c)~(f)。另外,也可在工序(c)之前进行下述工序(a)和工序(b)。
(a)将铝基材在电解液中、恒压下进行阳极氧化,从而在铝基材的表面形成氧化覆膜的工序。
(b)去除氧化覆膜的一部分或全部,在铝基材的表面形成阳极氧化的细孔生成点的工序。
(c)在工序(b)之后,将铝基材在电解液中再次阳极氧化,形成细孔生成点具有细孔的氧化覆膜的工序。
(d)在工序(c)之后,将细孔的直径扩大的工序。
(e)在工序(d)之后,在电解液中再次进行阳极氧化的工序。
(f)反复进行工序(d)和工序(e),得到铝基材的表面形成有具有多个细孔的阳极氧化铝的模具的工序。
工序(a):
如图2所示,将研磨工序或表面精加工工序后的铝基材20阳极氧化时,能够形成具有细孔22的氧化覆膜24。
作为电解液,可以举出硫酸、草酸、磷酸等。
将草酸用作电解液的情况:
草酸的浓度优选为0.7M以下。草酸的浓度大于0.7M时,电流值变得过高,有时氧化覆膜的表面变得粗糙。
化成电压为30~60V时,能够得到具有周期为100nm的规则性高的细孔的阳极氧化铝。化成电压不论大于该范围还是低于该范围,均存在规则性降低的倾向。
电解液的温度优选为60℃以下,更优选为45℃以下。电解液的温度大于60℃时,发生所谓的“镀层灰暗并有斑点”的现象,有时细孔破损或者表面溶解从而细孔的规则性紊乱。
将硫酸用作电解液的情况:
硫酸的浓度优选为0.7M以下。硫酸的浓度大于0.7M时,电流值变得过高,有时不能维持恒压。
化成电压为25~30V时,能够得到具有周期为63nm的规则性高的细孔的阳极氧化铝。化成电压不论大于该范围还是低于该范围,均存在规则性降低的倾向。
电解液的温度优选为30℃以下,更优选为20℃以下。电解液的温度大于30℃时,发生所谓的“镀层灰暗并有斑点”的现象,有时细孔破损或者表面溶解从而细孔的规则性紊乱。
工序(b):
如图2所示,暂时去除氧化覆膜24的一部分或全部,将其作为阳极氧化的细孔生成点26,由此能够提高细孔的规则性。即使在不去除氧化覆膜24的全部而使一部分残留的状态下,只要氧化覆膜24中残留有规则性已充分得到提高的部分,就能够实现去除氧化覆膜的目的。
作为去除氧化覆膜的方法,可以举出在选择性地溶解氧化覆膜而不溶解铝的溶液中进行溶解从而去除的方法。作为这样的溶液,例如可以举出铬酸/磷酸混合液等。
工序(c):
如图2所示,对去除氧化覆膜的铝基材20再次进行阳极氧化时,能够形成具有圆柱状的细孔22的氧化覆膜24。
阳极氧化在与工序(a)同样的条件下进行即可。越延长阳极氧化的时间越能够得到深的细孔。但是,只要不有损工序(b)的效果的范围,就可以适当调节工序(c)中的阳极氧化的电压、电解液的种类、温度等。
然而,对于如以往那样通过切削等机械加工来将铝基材精加工的情况,加工变质层残留于铝基材表面,因此存在通过工序(a)的阳极氧化和工序(b)的氧化覆膜去除来去除加工变质层的情况。
然而,对于通过工序(a)和工序(b)来去除加工变质层的情况,有时需要长时间进行工序(a)的阳极氧化。将铝基材阳极氧化时,由于铝基材的晶体取向,存在在易被阳极氧化的晶体与难以被阳极氧化的晶体之间形成高度差的情况。这样的高度差有阳极氧化的处理时间(阳极氧化时间)越长越大的倾向。尤其,高纯度的铝多数为晶体结构较大的情况,因此对高纯度的铝长时间进行阳极氧化时,各个晶体结构的高度差有时目视可辨。另外,即使不能用目视确认,转印物的雾度也会升高或者可见到转印物着色。
本发明中,通过研磨工序至少去除第一加工变质层,因此不需要通过长时间的阳极氧化和覆膜去除来去除加工变质层。因此,即使省略工序(a)和(b)也能够容易地形成细孔均匀分布的氧化覆膜。省略工序(a)和工序(b)时,可以缩短阳极氧化时间,能够得到将阳极氧化引起的各晶界的高度的偏差抑制在最小限度的模具。使用该模具时,能够得到可见光的范围中的反射率和反射色的色差优异的转印物。需要说明的是,此处“可见光的范围”是指光的波长为400nm~780nm的范围。
另外,微细凹凸结构形成工序中无需去除加工变质层,因此即使完全不省略工序(a)和工序(b),也能够缩短工序(a)的阳极氧化时间。若能够缩短工序(a)的阳极氧化时间,则还能够缩短工序(b)的处理时间,因此能够缩短整个模具的制造所需要的时间。
为了制造能够得到着色少的转印物的模具,工序(a)和工序(c)的阳极氧化时间优选分别小于5分钟,更优选为4分钟以下,特别优选为3分钟以下。通过使阳极氧化时间小于5分钟,能够抑制晶粒的高度差变大,因此若使用所得的模具,则能够将转印物的雾度、着色等性能控制在优选的范围内。
工序(d):
如图2所示,进行将细孔22的直径扩大的处理(以下,记为孔径扩大处理。)。孔径扩大处理是在用于溶解氧化覆膜的溶液中浸渍从而将阳极氧化中得到的细孔的直径扩大的处理。作为这样的溶液,例如可以举出5质量%左右的磷酸水溶液等。
越延长孔径扩大处理的时间,孔径越大。
工序(e):
如图2所示,再次进行阳极氧化时,能够进一步形成从圆柱状的细孔22的底部向下延伸的、小直径的圆柱状的细孔22。
阳极氧化在与工序(c)同样的条件下进行即可。越延长阳极氧化的时间越能够得到深的细孔。
工序(f):
如图2所示,反复工序(d)的孔径扩大处理和工序(e)的阳极氧化时,能够形成具有形状为直径从开口部朝着深度方向递减的细孔22的氧化覆膜24,能够得到铝基材20的表面具有阳极氧化铝(铝的多孔的氧化覆膜(耐酸铝))的模具28。最终,优选于工序(d)结束。
反复次数优选总计为3次以上,更优选为5次以上。反复次数为2次以下时,细孔的直径非连续地减少,因此使用具有这样的细孔的阳极氧化铝而形成的微细凹凸结构的反射率降低效果是不充分的。
另外,阳极氧化工序和孔径扩大处理工序的反复次数优选总计为15次以下,更优选为10次以下。
作为细孔22的形状,可以举出大致圆锥形状、角锥形状、圆柱形状等,优选如圆锥形状、角锥形状等那样与深度方向垂直的方向的细孔截面积从最表面朝着深度方向递减的形状。
相邻的细孔22间的平均间隔(周期)优选在可见光的波长以下。细孔22间的平均间隔优选为20nm以上。
细孔22间的平均间隔是通过电子显微镜观察测定50处相邻的细孔22间的间隔(从细孔22的中心到相邻的细孔22的中心的距离),将它们的值平均的值。
细孔22的平均深度优选为80~500nm,更优选为120~400nm,特别优选为150~300nm。在细孔22间的平均间隔为100nm左右的情况下也是同样的。
细孔22的平均深度是利用电子显微镜观察以倍率30000倍观察时的、测定50处细孔22的最底部与存在于细孔22间的凸部的最顶部之间的距离,将它们的值平均的值。
细孔22的深宽比(细孔的平均深度/相邻的细孔间的平均间隔)优选为0.5~5.0,更优选为0.8~5.0,进一步优选为0.8~4.5,特别优选为1.2~4.0,最优选为1.5~3.0。
也可以将模具的形成有微细凹凸结构侧的表面用脱模剂进行处理。
作为脱模剂,可以举出有机硅树脂、含氟树脂、氟化合物等,特别优选具有水解性甲硅烷基的氟化合物。
<作用效果>
以上说明的本发明的模具的制造方法在微细凹凸结构形成工序之前,即,在将经过机械加工的辊状的铝基材阳极氧化之前具有上述研磨工序。通过研磨工序至少能够去除上述第一加工变质层,因此能够形成细孔均匀分布的氧化覆膜。研磨工序中至少通过机械研磨去除铝基材的加工表面,因此与使用阴极电解、电解研磨、蚀刻的情况相比,能够容易地去除第一加工变质层。因此,能够抑制转印物的雾度的升高。另外,若在研磨工序的同时或者在研磨工序与微细凹凸结构形成工序之间具有表面精加工工序,则去除的痕迹不易残留,因此去除的痕迹不易反映到转印物上。进而,通过缩短阳极氧化时间,能够使各晶界的高度的偏差为最小限度。由此,能够降低转印物的反射率、使反射色的颜色更接近于中性。
如此,根据本发明的模具的制造方法能够容易地制造纳米压印用模具,所述纳米压印用模具能够形成细孔均匀分布的氧化覆膜,能够得到雾度低的防反射性能、外观品质优异的物品。
[物品的制造方法]
物品的制造方法是使用通过上述方法制造的模具而将形成于模具表面的微细凹凸结构转印到物品主体的表面的方法。
具体而言,通过如下方法(所谓的光印法)而得到表面具有微细凹凸结构的物品(转印物):在通过本发明的模具的制造方法制造的模具与物品主体之间填充活性能量射线固化性树脂组合物,对其照射活性能量射线进行固化,从而在物品主体的表面形成转印了模具的微细凹凸结构的固化树脂层,将表面形成有固化树脂层的物品主体从模具剥离。
<物品主体>
作为物品主体的材料,由于隔着物品主体来进行活性能量射线的照射,因此优选透明性高的材料,例如可以举出聚碳酸酯、聚苯乙烯系树脂、聚酯、丙烯酸系树脂、纤维素系树脂(三乙酰基纤维素等)、聚烯烃、玻璃等。
另外,作为物品主体的形状,可以举出薄膜、片、注射成型品、压制成型品等。
<制造装置>
表面具有微细凹凸结构的物品可以使用例如图3所示的制造装置如下述那样操作来制造。
在表面具有微细凹凸结构(图示略)的辊状模具30和沿辊状模具30的表面移动的带状的薄膜(物品主体)52之间,从罐32供给活性能量射线固化性树脂组合物48。
在辊状模具30和通过气压缸34调节了夹持压力的夹辊36之间夹持薄膜52和活性能量射线固化性树脂组合物48,使活性能量射线固化性树脂组合物48均匀地遍布在薄膜52和辊状模具30之间的同时填充到辊状模具30的微细凹凸结构的细孔内。
从设置于辊状模具30的下方的活性能量射线照射装置38隔着薄膜52向活性能量射线固化性树脂组合物48照射活性能量射线,使活性能量射线固化性树脂组合物48固化,由此形成转印了辊状模具30的表面的微细凹凸结构的固化树脂层54。
通过剥离辊40将表面形成有固化树脂层54的薄膜52从辊状模具30剥离,由此得到表面具有微细凹凸结构的物品50。
作为活性能量射线照射装置38,可以举出高压汞灯、金属卤化物灯等。
活性能量射线照的光照射能量优选为100~10000mJ/cm2。
<物品>
图4是示出表面具有微细凹凸结构的物品50的一个例子的截面图。
固化树脂层54是由后述活性能量射线固化性树脂组合物的固化物形成的膜,在表面具有微细凹凸结构。
使用通过本发明的模具的制造方法制造的模具的情况下的物品50的表面的微细凹凸结构是将模具的氧化覆膜的表面的微细凹凸结构转印而形成的结构,具有由活性能量射线固化性树脂组合物的固化物形成的多个凸部56。
作为微细凹凸结构,优选多个大致圆锥形状、角锥形状等突起(凸部)排列而成的所谓的蛾眼结构。已知突起间的间隔为可见光的波长以下的蛾眼结构通过使折射率从空气的折射率连续地增大到材料的折射率,由此成为有效的防反射的手段。
在将物品50用于防止可见光的反射的用途的情况下,凸部(突起)间的平均间隔(周期)为可见光的波长以下,即优选为400nm以下,更优选为200nm以下,特别优选为150nm以下。另外,将物品50用于防止蓝光的反射的用途的情况下,为可见光的波长以下,即优选为460nm以下,更优选为200nm以下,特别优选为150nm以下。
另外,从凸部的形成容易性的方面出发,凸部间的平均间隔优选为20nm以上。
凸部间的平均间隔是利用电子显微镜观察测定50处相邻的凸部间的间隔(从凸部的中心到相邻的凸部的中心的距离),将它们的值平均的值。
在平均间隔为100nm的情况下,凸部的高度优选为80~500nm,更优选为120~400nm,特别优选为150~300nm。凸部的高度为80nm以上时,反射率变得足够低,并且反射率的波长依赖性小。凸部的高度为500nm以下时,凸部的耐擦伤性变得良好。
凸部的高度是利用电子显微镜以倍率30000倍观察时的、测定凸部的最顶部与存在于凸部间的凹部的最底部之间的距离的值。
凸部的高宽比(凸部的高度/凸部间的平均间隔)优选为0.5~5.0,更优选为0.8~5.0,进一步优选为0.8~4.5,特别优选为1.2~4.0,最优选为1.5~3.0。凸部的高宽比为0.5以上时,能够充分地作为超亲水性膜、超拒水性膜来使用。凸部的高宽比为5.0以下时,凸部的耐擦伤性变得良好。
凸部的形状优选与高度方向垂直的方向的凸部截面积从最表面朝着深度方向连续地增加的形状,即凸部的高度方向的截面形状为三角形、梯形、吊钟形等形状。
在将物品50用于防反射用途的情况下,优选反射光或透射光的波长分散小。反射光或透射光具有波长分散性时,存在反射光等着色而被识别的情况。波长分散小时,难以识别反射光的着色,将物品50用作防反射的制品不易受到个人的嗜好的影响。为了抑制反射光等的着色,如上述那样,至少将第一加工变质层去除,缩短阳极氧化的时间,由此能够减少物品50的反射光或透射光的波长分散。
反射光或透射光的波长分散、着色可以根据JISZ8729或ISO-11664-4使用分光光度计等测定反射光或透射光的光谱,由得到的测定结果求出L*a*b*表色系统(Lab色空间)的值,由此进行规定。L*a*b*表色系统对应于颜色的亮度(L*=0为黑,L*=100为白的扩散色,白的反射色更高)、红色/深红色与绿色之间的位置(a*,负值靠近绿色,正值靠近深红色)、黄色与蓝色之间的位置(b*,负值靠近蓝色,正值靠近黄色)相对应。即,距L*a*b*的原点(L*=0,a*=0,b*=0)的距离、即色差(E*)越小,着色越小。
对于将物品50用于防反射用途的情况,在可见光的波长区域中,根据下述式(1)求出的、由L*a*b*表色系统显示的与原点的色差(E*)优选为0.9以下。色差(E*)为0.9以下时,能够充分地抑制来自物品50的反射光或透射光的着色。
E*={(L*)2+(a*)2+(b*)2}1/2…(1)
另外,对于将物品50用于防反射用途的情况,在可见光的波长区域中,由根据L*a*b*表色系统测定的a*和b*的值,根据下述式(2)求出的色度(C*)优选为0.7以下。色度(C*)为0.7以下时,能够充分地抑制来自物品50的反射光或透射光的着色。需要说明的是,色度(C*)为排除了亮度因素的颜色的值,可根据a*和b*的距原点的距离进行规定。
C*={(a*)2+(b*)2}1/2…(2)
另外,对于将物品50用于防反射用途的情况,在可见光的波长区域内,相对于各波长的入射光的反射率的最大值与最小值的差(Δλ)进一步优选为0.2%以下。由此,能够使来自物品50的反射色的颜色更接近中性。
然而,已知在表面具有蛾眼结构的情况下,若其表面由疏水性的材料形成,则通过荷叶效应能够得到超拒水性,如其表面由亲水性的材料形成,则能够得到超亲水性。
在物品50的固化树脂层54的材料为疏水性的情况下,微细凹凸结构的表面的水接触角优选为90°以上,更优选为110°以上,特别优选为120°以上。水接触角为90°以上时,水污不易附着,因此能够发挥充分的防污性。另外,由于水不易附着,因此能够期待防结冰。
在固化树脂层54的材料为亲水性的情况下,微细凹凸结构的表面的水接触角优选为25°以下,更优选为23°以下,特别优选为21°以下。水接触角为25°以下时,由于附着在表面上的污渍被水冲洗而且不易附着油污,因此能够发挥充分的防污性。从抑制固化树脂层54的吸水引起的微细凹凸结构的变形、伴随其的反射率的升高的方面出发,该水接触角优选为3°以上。
<活性能量射线固化性树脂组合物>
活性能量射线固化性树脂组合物包含聚合性化合物和聚合引发剂。
作为聚合性化合物,可以举出分子中具有自由基聚合性键和/或阳离子聚合性键的单体、低聚物、反应性聚合物等。
作为具有自由基聚合性键的单体,可以举出单官能单体、多官能单体。
作为单官能单体,可以举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸仲丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸四氢化糠酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸2-甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯等(甲基)丙烯酸酯衍生物;(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯腈;苯乙烯、α-甲基苯乙烯等苯乙烯衍生物;(甲基)丙烯酰胺、N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、N-二乙基(甲基)丙烯酰胺、二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺等(甲基)丙烯酰胺衍生物等。
它们可以单独使用1种或者组合使用2种以上。
作为多官能单体,可以举出二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、异氰脲酸环氧乙烷改性二(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸三甘醇酯、二(甲基)丙烯酸二甘醇酯、二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,6-己二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,5-戊二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,3-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸聚丁二醇酯、2,2-双(4-(甲基)丙烯酰氧基聚乙氧基苯基)丙烷、2,2-双(4-(甲基)丙烯酰氧基乙氧基苯基)丙烷、2,2-双(4-(3-(甲基)丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)苯基)丙烷、1,2-双(3-(甲基)丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)乙烷、1,4-双(3-(甲基)丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)丁烷、二(甲基)丙烯酸二羟甲基三环癸烷酯、双酚A的环氧乙烷加成物二(甲基)丙烯酸酯、双酚A的环氧丙烷加成物二(甲基)丙烯酸酯、羟基特戊酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙烯基苯、亚甲基双丙烯酰胺等二官能性单体;季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷环氧乙烷改性三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷环氧丙烷改性三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷环氧乙烷改性三丙烯酸酯、异氰脲酸环氧乙烷改性三(甲基)丙烯酸酯等三官能单体;琥珀酸/三羟甲基乙烷/丙烯酸的缩合反应混合物、双季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、双季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯等四官能以上的单体;二官能以上的聚氨酯丙烯酸酯、二官能以上的聚酯丙烯酸酯等。
它们可以单独使用1种或者组合使用2种以上。
作为具有阳离子聚合性键的单体,可以举出具有环氧基、氧杂环丁烷基、噁唑基、乙烯氧基等的单体,特别优选具有环氧基的单体。
作为低聚物或反应性聚合物,可以举出不饱和二羧酸与多元醇的缩合物等不饱和聚酯类;聚酯(甲基)丙烯酸酯、聚醚(甲基)丙烯酸酯、多元醇(甲基)丙烯酸酯、环氧(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、阳离子聚合型环氧化合物、侧链具有自由基聚合性键的上述单体的均聚物或共聚物等。
在利用光固化反应的情况下,作为光聚合引发剂,例如可以举出苯偶姻、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、苯偶姻异丁基醚、苯偶酰、二苯甲酮、对甲氧基二苯甲酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、安息香双甲醚、苯甲酰甲酸甲酯、苯甲酰甲酸乙酯、4,4’-二(N,N-二甲氨基)二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮等羰基化合物;一硫化四甲基秋兰姆、二硫化四甲基秋兰姆等硫化合物;2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、苯甲酰基二乙氧基氧化膦等。
它们可以单独使用1种或者组合使用2种以上。
在利用电子射线固化反应的情况下,作为聚合引发剂,例如可以举出二苯甲酮、4,4’-双(二乙氨基)二苯甲酮、2,4,6-三甲基二苯甲酮、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、4-苯基二苯甲酮、叔丁基蒽醌、2-乙基蒽醌、2,4-二乙基噻吨酮、异丙基噻吨酮、2,4-二氯噻吨酮等噻吨酮;二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、安息香双甲醚、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-吗啉代(4-硫甲基苯基)丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮等苯乙酮;安息香甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香异丁醚等安息香醚;2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦等酰基氧化膦;苯甲酰甲酸甲酯、1,7-双吖啶基庚烷、9-苯基吖啶等。
它们可以单独使用1种或者组合使用2种以上。
在利用热固化反应的情况下,作为热聚合引发剂,例如可以举出过氧化丁酮、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、叔丁基过氧化氢、过氧化氢异丙苯、过氧化辛酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化月桂酰等有机过氧化物;偶氮二异丁腈等偶氮系化合物;在前述有机过氧化物中组合有N,N-二甲基苯胺、N,N-二甲基对甲苯胺等胺的氧化还原聚合引发剂等。
聚合引发剂的量相对于聚合性化合物100质量份优选为0.1~10质量份。聚合引发剂的量小于0.1质量份时,聚合难以进行。聚合引发剂的量大于10质量份时,有时固化膜着色或者机械强度降低。
活性能量射线固化性树脂组合物也可以根据需要包含非反应性的聚合物、活性能量射线溶胶凝胶反应性组合物、抗静电剂、用于提高防污性的氟化合物等添加剂、微粒、少量的溶剂。
作为非反应性的聚合物,可以举出丙烯酸系树脂、苯乙烯系树脂、聚氨酯、纤维素系树脂、聚乙烯醇缩丁醛、聚酯、热塑性弹性体等。
作为活性能量射线溶胶凝胶反应性组合物,可以举出烷氧基硅烷化合物、硅酸烷基酯化合物等。
作为烷氧基硅烷化合物,可以举出四甲氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四仲丁氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、甲基三丁氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、三甲基丙氧基硅烷、三甲基丁氧基硅烷等。
作为硅酸烷基酯化合物,可以举出硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸异丙酯、硅酸正丙酯、硅酸正丁酯、硅酸正戊酯、硅酸乙酰酯等。
(疏水性材料)
为了使固化树脂层的微细凹凸结构的表面的水接触角成为90°以上,作为能够形成疏水性的材料的活性能量射线固化性树脂组合物,优选使用包含含氟化合物或有机硅系化合物的组合物。
含氟化合物:
作为含氟化合物,可以举出含氟单体、含氟硅烷偶联剂、含氟表面活性剂、含氟聚合物等。
作为含氟单体,可以举出氟代烷基取代乙烯基单体、氟代烷基取代开环聚合性单体等。
作为氟代烷基取代乙烯基单体,可以举出氟代烷基取代(甲基)丙烯酸酯、氟代烷基取代(甲基)丙烯酰胺、氟代烷基取代乙烯醚、氟代烷基取代苯乙烯等。
作为氟代烷基取代开环聚合性单体,可以举出氟代烷基取代环氧化合物、氟代烷基取代氧杂环丁烷化合物、氟代烷基取代噁唑啉化合物等。
作为含氟硅烷偶联剂,可以举出3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三乙酰氧基硅烷、二甲基-3,3,3-三氟丙基甲氧基硅烷、十三氟-1,1,2,2-四氢辛基三乙氧基硅烷等。
作为含氟表面活性剂,可以举出含氟代烷基的阴离子系表面活性剂、含氟代烷基的阳离子系表面活性剂等。
作为含氟聚合物,可以举出含氟代烷基的单体的聚合物、含氟代烷基的单体与含聚(氧化烯)基的单体的共聚物、含氟代烷基的单体与含交联反应性基团的单体的共聚物等。含氟聚合物也可以是与可共聚的其它单体的共聚物。
有机硅系化合物:
作为有机硅系化合物,可以举出(甲基)丙烯酸改性聚硅氧烷、有机硅树脂、有机硅系硅烷偶联剂等。
作为(甲基)丙烯酸改性聚硅氧烷,可以举出聚硅氧烷(二)(甲基)丙烯酸酯等,例如可以优选使用信越化学工业株式会社制造的聚硅氧烷二丙烯酸酯“x-22-164”“x-22-1602”等。
(亲水性材料)
为了使固化树脂层的微细凹凸结构的表面的水接触角成为25°以下,作为能够形成亲水性的材料的活性能量射线固化性树脂组合物,优选使用至少包含亲水性单体的组合物。另外,从赋予耐擦伤性、耐水性的观点出发,更优选包含可交联的多官能单体的组合物。需要说明的是,亲水性单体和可交联的多官能单体也可以统一(即,亲水性多官能单体)。进而,活性能量射线固化性树脂组合物也可以包含其它单体。
作为能够形成亲水性的材料的活性能量射线固化性树脂组合物,更优选使用包含4官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯、2官能以上的亲水性(甲基)丙烯酸酯、根据需要的单官能单体的组合物。
作为4官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯,可以举出双三羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇乙氧基四(甲基)丙烯酸酯、双季戊四醇羟基五(甲基)丙烯酸酯、双季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、琥珀酸/三羟甲基乙烷/丙烯酸的摩尔比1:2:4的缩合反应混合物、聚氨酯丙烯酸酯类(ダイセル·オルネクス株式会社制:EBECRYL220、EBECRYL1290、EBECRYL1290K、EBECRYL5129、EBECRYL8210、EBECRYL8301、KRM8200)、聚醚丙烯酸酯类(ダイセル·オルネクス株式会社制:EBECRYL81)、改性环氧丙烯酸酯类(ダイセル·オルネクス株式会社制:EBECRYL3416)、聚酯丙烯酸酯类(ダイセル·オルネクス株式会社制:EBECRYL450、EBECRYL657、EBECRYL800、EBECRYL810、EBECRYL811、EBECRYL812、EBECRYL1830、EBECRYL845、EBECRYL846、EBECRYL1870)等。它们可以单独使用1种或者组合使用2种以上。
作为4官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯,更优选5官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯。
4官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯的比例在构成活性能量射线固化性树脂组合物的全部单体的总计100质量%中,优选为10~90质量%,更优选为20~90质量%,特别优选为30~90质量%。4官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯的比例为10质量%以上时,弹性模量变高,耐擦伤性提高。4官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯的比例为90质量%以下时,表面不易出现小的龟裂,外观不易变差。
作为2官能以上的亲水性(甲基)丙烯酸酯,可以举出アロニックスM-240、アロニックスM260(东亚合成株式会社制)、NKエステルAT-20E、NKエステルATM-35E(新中村化学工业株式会社制)等具有长链聚乙二醇的多官能丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯等。它们可以单独使用1种或者组合使用2种以上。
聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中,在一分子内存在的聚乙二醇链的平均重复单元的总计优选为6~40,更优选为9~30,特别优选为12~20。聚乙二醇链的平均重复单元为6以上时,亲水性变得充分,防污性提高。聚乙二醇链的平均重复单元为40以下时,与4官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯的相容性变得良好,活性能量射线固化性树脂组合物不易分离。
2官能以上的亲水性(甲基)丙烯酸酯的比例在构成活性能量射线固化性树脂组合物的全部单体的总计100质量%中,优选为3~90质量%,更优选为3~70质量%。2官能以上的亲水性(甲基)丙烯酸酯的比例为3质量%以上时,亲水性变得充分,防污性提高。2官能以上的亲水性(甲基)丙烯酸酯的比例为90质量%以下时,弹性模量变高,耐擦伤性提高。
单官能单体优选亲水性单官能单体。
作为亲水性单官能单体,可以举出M-20G、M-90G、M-230G(新中村化学工业株式会社制)等酯基具有聚乙二醇链的单官能(甲基)丙烯酸酯、羟基烷基(甲基)丙烯酸酯等酯基具有羟基的单官能(甲基)丙烯酸酯、单官能丙烯酰胺类、甲基丙烯酰胺丙基三甲基铵硫酸甲酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基铵硫酸甲酯等阳离子性单体类等。
另外,作为单官能单体,也可以使用丙烯酰吗啉、乙烯基吡咯烷酮等粘度调节剂,用于提高对物品主体的密合性的丙烯酰异氰酸酯类等密合性提高剂等。
单官能单体的比例在构成活性能量射线固化性树脂组合物的全部单体的总计100质量%中,优选为0~20质量%,更优选为5~15质量%。通过使用单官能单体,提高基材与固化树脂的密合性。单官能单体的比例为20质量%以下时,4官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯或2官能以上的亲水性(甲基)丙烯酸酯不会不足,充分体现防污性或耐擦伤性。
也可以以单官能单体1种或2种以上(共)聚合的低聚合度的聚合物的形式在活性能量射线固化性树脂组合物中配混0~35质量%。作为低聚合度的聚合物,可以举出M-230G(新中村化学工业株式会社制)等在酯基具有聚乙二醇链的单官能(甲基)丙烯酸酯类与甲基丙烯酰胺丙基三甲基铵硫酸甲酯的40/60共聚低聚物(MRCユニテック株式会社制,MG聚合物)等。
<作用效果>
根据上述物品的制造方法使用根据上述本发明的模具的制造方法制造的模具。尤其在制造用于防反射的物品时,通过使用缩短阳极氧化时间的模具,能够得到着色少的物品。
根据本发明而得到的物品通过表面的微细凹凸结构发挥防反射性能、拒水性能等各种性能。作为物品的用途,可以举出防反射物品、防雾性物品、防污性物品、拒水性物品,更具体而言,可以举出显示器用防反射、汽车仪表盖、汽车反射镜、汽车窗、有机或无机电致发光器件的光提取效率提高构件、太阳能电池构件等。
实施例
下面,通过实施例具体地说明本发明,但本发明并不限定于此。
“测定/评价”
<平均晶体粒径的测定>
对铝基材的表面中的晶粒使用图像分析软件(株式会社日本ローパー制“Image-ProPLUS”)测定当量圆直径。测定进行100处,将其平均值作为平均晶体粒径。
<算术平均粗糙度(Ra)和最大高度粗糙度(Rz)的测定>
使用扫描探针显微镜(株式会社日立ハイテクノロジーズ制,“SPI4000探针台,SPA400(单元)”)并根据JISB0601:1994,基于以下所示测定条件,求出铝基材的加工表面的算术平均粗糙度(Ra)和最大高度粗糙度(Rz)。需要说明的是,数据处理是在进行一阶梯度校正处理之后实施了平坦处理。
测定条件:
·扫描模式:DFM模式
·探针:Si悬臂“DF-20”(株式会社日立ハイテクノロジーズ制)
·扫描速度:0.4Hz,旋转(Rotation)90度(沿相对于压延痕方向的垂直方向扫描。)
·扫描范围:2.5μm×2.5μm
·像素数:512×512
<阳极氧化铝的细孔的测定>
切削阳极氧化铝的一部分,在纵截面上将铂蒸镀1分钟,使用场发射型扫描电子显微镜(日本电子株式会社制,“JSM-7400F”)在加速电压:3.00kV的条件下观察截面,测定相邻的细孔间的间隔和细孔的深度。各测定分别进行各50处,将其平均值作为测定值。
<物品的凹凸的测定>
在表面具有微细凹凸结构的物品的纵截面上将铂蒸镀10分钟,用与阳极氧化铝的细孔的测定的情况相同的装置以及条件下,测定相邻的凸部间的间隔和凸部的高度。各测定分别进行各50处,将其平均值作为测定值。
<物品的雾度的测定>
表面具有微细凹凸结构的物品的雾度使用根据JISK7361-1:1997的雾度仪(スガ試験機株式会社制)进行测定。
<物品的色差(E*)的计算>
首先,将表面具有微细凹凸结构的物品的可见光的波长区域内的反射率使用分光光度计UV-2450(株式会社岛津制作所制)进行测定。
基于反射率的测定结果并根据JISZ8729(ISO-11664-4),根据上述式(1)算出由L*a*b*表色系统显示的与原点的色差(E*),根据下述评价基准进行评价。
◎:E*≤0.9
○:0.9<E*≤1.2
×:1.2<E*
<物品的色度(C*)的计算>
首先,将表面具有微细凹凸结构的物品的可见光的波长区域内的反射率使用分光光度计UV-2450(株式会社岛津制作所制)进行测定。
基于反射率的测定结果,根据JISZ8729(ISO-11664-4)求出a*和b*的值,根据上述式(2)算出色度(C*),用下述评价基准进行评价。
◎:C*≤0.7
○:0.7<C*≤1.1
×:1.1<C*
<物品的反射率的最大值与最小值的差(Δλ)的计算>
首先,将表面具有微细凹凸结构的物品的可见光的波长区域内的反射率使用分光光度计UV-2450(株式会社岛津制作所制)进行测定。
基于反射率的测定结果,读取各波长的反射率,算出相对于各波长的入射光的反射率的最大值与最小值的差(Δλ),用下述评价基准进行评价。
◎:Δλ≤0.2
○:0.2<Δλ≤0.5
×:0.5<Δλ
“实施例1”
<模具的制造>
对纯度99.99%的中空辊状的铝基材(纵向的长度:300mm)进行镜面切削。
测定铝基材的加工表面的平均晶体粒径、算术平均粗糙度(Ra)和最大高度粗糙度(Rz)。将结果示于表1。
使用图1所示研磨装置10,如下地操作进行研磨工序和表面精加工工序。
需要说明的是,研磨工序中,使用聚酯制无纺布作为砂布14b,使用水中分散有平均粒径为1μm的氧化铝的分散液作为浆料。该分散液的25℃下的pH为2。
表面精加工工序中,使用发泡聚氨酯制绒面革作为砂布14b,使用水中分散有平均粒径为0.1μm的SiO2颗粒的分散液作为浆料。该分散液的25℃下的pH为10。
(研磨工序)
首先,在铝基材20中贯通有轴12的状态下,驱动旋转驱动部(图示略),使支撑轴(图示略)旋转来使铝基材20旋转。
另外,在将带状的砂布14b安装到研磨辊14a上的状态下,驱动旋转驱动部(图示略),使研磨辊14a朝着与铝基材20的旋转方向相同的方向旋转。
一边使铝基材20和研磨辊14a旋转,一边将砂布14b压接在铝基材20的外周面20a上。然后,从浆料供给装置16向砂布14b与铝基材20的外周面20a之间供给浆料。使研磨装置14和浆料供给装置16沿铝基材20的长度方向移动,由此使研磨区域A沿铝基材20的长度方向移动,将铝基材20的外周面20a的整体粗研磨以使研磨厚度成为10μm。还使清洗装置18与研磨装置14和浆料供给装置16的移动同步地移动,从清洗装置18向结束研磨的区域(研磨结束区域)B供给清洗液,去除附着在铝基材20的外周面20a上的浆料。
测定研磨工序后的铝基材的加工表面的平均晶体粒径。将结果示于表1。
(表面精加工工序)
改变砂布14b和浆料,接下来将研磨工序后的铝基材20的外周面20a的整体精加工研磨直至成为算术平均粗糙度为15nm以下的镜面化。
(微细凹凸结构形成工序)
工序(a):
在0.3M草酸水溶液中,在直流40V、温度16℃的条件下,对表面精加工工序后的铝基材进行30分钟阳极氧化。
工序(b):
将形成有氧化覆膜的铝基材浸渍在6质量%磷酸/1.8质量%铬酸混合水溶液中6小时,去除氧化覆膜。
工序(c):
在0.3M草酸水溶液中,在直流40V、温度16℃的条件下,对该铝基材进行30秒阳极氧化。
工序(d):
将形成有氧化覆膜的铝基材浸渍在32℃的5质量%磷酸中8分钟,进行孔径扩大处理。
工序(e):
在0.3M草酸水溶液中,在直流40V、温度16℃的条件下对该铝基材进行30秒阳极氧化。
工序(f):
将工序(d)和工序(e)总计反复4次,最后进行工序(d),得到表面形成有阳极氧化铝的模具,所述阳极氧化铝具有平均间隔:100nm、平均深度:180nm的大致圆锥形状的细孔。
<表面具有微细凹凸结构的物品的制造>
在得到的模具和作为透明基材的丙烯酸薄膜(三菱丽阳株式会社制,“アクリプレンHBS010”)之间填充下述所示组成的活性能量射线固化性树脂组合物,用高压汞灯照射积分光量1000mJ/cm2的紫外线,由此使活性能量射线固化性树脂组合物固化。其后,从薄膜剥离模具,得到表面具有凸部的平均间隔:100nm、平均高度:180nm的微细凹凸结构的物品。
测定表面具有微细凹凸结构的物品的雾度和反射率,算出色差(E*)、色度(C*)、反射率的最大值与最小值的差(Δλ),进行评价。将结果示于表1。
(活性能量射线固化性树脂组合物)
琥珀酸/三羟甲基乙烷/丙烯酸(摩尔比1:2:4)的缩合反应混合物60质量份,
聚乙二醇二丙烯酸酯(新中村化学工业株式会社制,“A-600”)30质量份,
丙烯酸甲酯(三菱化学株式会社制)10质量份,
烷基苯酮系光聚合引发剂(チバ·スペシャリティ·ケミカルズ株式会社制,“Irg184”)1.0质量份,
酰基氧化膦系光聚合引发剂(チバ·スペシャリティ·ケミカルズ株式会社制,“Irg819”)0.1质量份,
磷酸酯系脱模剂(AXEL公司制,“INT-1856”)0.3质量份。
“实施例2”
对纯度99.99%的中空辊状的铝基材(纵向的长度:300mm)进行粗切削。测定铝基材的加工表面的平均晶体粒径、算术平均粗糙度(Ra)和最大高度粗糙度(Rz)。将结果示于表1。
除了使用该铝基材并将研磨工序中的研磨厚度改变为8μm以外,与实施例1同样地操作,制造模具。测定研磨工序后的铝基材的加工表面的平均晶体粒径。将结果示于表1。
除了使用得到的模具以外,与实施例1同样地操作,制造表面具有微细凹凸结构的物品,测定该物品的雾度和反射率,算出色差(E*)、色度(C*)、反射率的最大值与最小值的差(Δλ),进行评价。将结果示于表1。
“实施例3”
除了将研磨工序中的研磨厚度改变为4μm以外,与实施例1同样地操作,制造模具。测定研磨工序后的铝基材的加工表面的平均晶体粒径。将结果示于表1。
除了使用得到的模具以外,与实施例1同样地操作,制造表面具有微细凹凸结构的物品,测定该物品的雾度和反射率,算出色差(E*)、色度(C*)、反射率的最大值与最小值的差(Δλ),进行评价。将结果示于表1。
“实施例4”
除了将微细凹凸结构形成工序中的工序(a)的阳极氧化时间设为3分钟以外,与实施例1同样地操作,制造模具。测定研磨工序后的铝基材的加工表面的平均晶体粒径。将结果示于表1。
除了使用得到的模具以外,与实施例1同样地操作,制造表面具有微细凹凸结构的物品,测定该物品的雾度和反射率,算出色差(E*)、色度(C*)、反射率的最大值与最小值的差(Δλ),进行评价。将结果示于表1。
“实施例5”
除了未进行微细凹凸结构形成工序中的工序(a)和工序(b)以外,与实施例1同样地操作,制造模具。测定研磨工序后的铝基材的加工表面的平均晶体粒径。将结果示于表1。
除了使用得到的模具以外,与实施例1同样地操作,制造表面具有微细凹凸结构的物品,测定该物品的雾度和反射率,算出色差(E*)、色度(C*)、反射率的最大值与最小值的差(Δλ),进行评价。将结果示于表1。
“比较例1”
除了未进行研磨工序以外,与实施例1同样地操作,制造模具。
除了使用得到的模具以外,与实施例1同样地操作,制造表面具有微细凹凸结构的物品,测定该物品的雾度和反射率,算出色差(E*)、色度(C*)、反射率的最大值与最小值的差(Δλ),进行评价。将结果示于表1。
“比较例2”
除了不进行研磨工序以及微细凹凸结构形成工序中的工序(a)和工序(b)以外,与实施例1同样地操作,制造模具。
除了使用得到的模具以外,与实施例1同样地操作,制造表面具有微细凹凸结构的物品,测定该物品的雾度和反射率,算出色差(E*)、色度(C*)、反射率的最大值与最小值的差(Δλ),进行评价。将结果示于表1。
[表1]
在实施例1、4、5的情况下,研磨工序后的铝基材的表面的平均晶体粒径为30μm以上,第一加工变质层和第二加工变质层的全部被去除。
在实施例2的情况下,研磨工序后的铝基材的表面的平均晶体粒径为1μm以上且小于30μm,第一加工变质层的全部和第二加工变质层的一部分被去除。
在实施例3的情况下,研磨工序后的铝基材的表面的平均晶体粒径为1μm以上且小于30μm,第一加工变质层的全部和第二加工变质层的一部分被去除。
另外,使用各实施例中得到的模具制造的、表面具有微细凹凸结构的物品的雾度低、透明性优异。认为物品的雾度低是由于在模具的制造中形成了细孔均匀分布的氧化覆膜。其中,由于实施例4、5缩短了微细凹凸结构形成工序中的阳极氧化时间,因此晶界的高度差变小,物品的反射率、色差低,防反射性能特别优异。
另一方面,使用未进行研磨工序的比较例1的模具制造的、表面具有微细凹凸结构的物品的雾度高、透明性差。认为物品的雾度高是由于在模具的制造中形成了细孔不均匀分布的氧化覆膜。
使用未进行研磨工序以及微细凹凸结构形成工序中的工序(a)和工序(b)的比较例2的模具制造的、表面具有微细凹凸结构的物品的雾度和色差大,透明性、防反射性能差。
产业上的可利用性
根据本发明的模具的制造方法得到的模具对于防反射物品、防雾性物品、防污性物品、拒水性物品的高效量产而言是有用的。
附图标记说明
10研磨装置
12轴
14研磨装置
14a研磨辊
14b砂布
16浆料供给装置
16a浆料供给配管
16b喷嘴
18清洗液供给装置
18a清洗液供给配管
18b喷嘴
20铝基材
20a外周面(加工表面)
22细孔
24氧化覆膜
26细孔生成点
28模具
30辊状模具
32罐
34气压缸
36夹辊
38活性能量射线照射装置
40剥离辊
48活性能量射线固化性树脂组合物
50物品
52薄膜(物品主体)
54固化树脂层
56凸部
A研磨区域
B研磨结束区域
Claims (15)
1.一种纳米压印用模具的制造方法,其是制造在铝基材的表面形成有微细凹凸结构的纳米压印用模具的方法,所述铝基材为辊状且表面经过机械加工,所述方法具有:
研磨工序,其将表面经过机械加工的辊状的铝基材的该表面机械研磨直至至少平均晶体粒径发生变化;和
微细凹凸结构形成工序,其在所述研磨工序之后将铝基材阳极氧化来形成微细凹凸结构。
2.根据权利要求1所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在所述研磨工序中,将所述铝基材的表面机械研磨直至所述平均晶体粒径成为1μm以上。
3.根据权利要求2所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在所述研磨工序中,将所述铝基材的表面机械研磨直至所述平均晶体粒径成为5μm以上。
4.根据权利要求1所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在所述研磨工序中,将所述铝基材的表面去除1μm以上的厚度。
5.根据权利要求4所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在所述研磨工序中,将所述铝基材的表面去除3μm以上的厚度。
6.根据权利要求1所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在所述研磨工序的同时或者在研磨工序和微细凹凸结构形成工序之间还具有表面精加工工序,所述表面精加工工序将所述辊状的铝基材的表面精加工。
7.根据权利要求1所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在所述研磨工序中进行化学机械研磨。
8.根据权利要求1所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,所述铝基材的至少表面的纯度为99%以上。
9.根据权利要求1所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,在所述微细凹凸结构形成工序中,反复进行阳极氧化工序和孔径扩大处理工序,所述阳极氧化工序将所述铝基材阳极氧化来形成细孔,所述孔径扩大处理工序将所述细孔的至少一部分溶解来将细孔扩径。
10.根据权利要求9所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,所述阳极氧化的处理时间小于5分钟。
11.根据权利要求9所述的纳米压印用模具的制造方法,其中,所述阳极氧化工序和孔径扩大处理工序的反复次数总计为15次以下。
12.一种防反射物品,其是表面具有微细凹凸结构的防反射物品,其中,在可见光的波长区域中,根据下述式(1)求出的、由L*a*b*表色系统显示的与原点的色差(E*)为0.9以下,
E*={(L*)2+(a*)2+(b*)2}1/2···(1)。
13.一种防反射物品,其是表面具有微细凹凸结构的防反射物品,其中,在可见光的波长区域中,由根据L*a*b*表色系统测定的a*和b*的值,根据下述式(2)求出的色度(C*)为0.7以下,
C*={(a*)2+(b*)2}1/2···(2)。
14.根据权利要求12或13所述的防反射物品,其中,在可见光的波长区域内,相对于入射光的反射率的最大值和最小值的差(Δλ)为0.2%以下。
15.根据权利要求12或13所述的防反射物品,其中,所述微细凹凸结构包含平均周期为400nm以下的多个突起。
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