CN108417524A - 一种无胶自排气保护膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的无胶自排气保护膜包含一薄膜基材，薄膜表面具有等级凸起结构。第一级凸起结构形成于该薄膜表面，形成微米尺度的凸起阵列，第二级纳米尺度凸起结构位于第一级凸起结构之上，产生“壁虎脚”效应，通过两级凸起结构来适应起伏粗糙的被贴附物表面，实现保护膜纳米尺度凸起与被帖物之间的理想接触，进而保证大量范德华力的叠加产生足够的黏附力；同时，等级凸起结构之间的间隙提具有等级孔道的供导气孔路以实现快速排气，保证大面积的理想贴合。
Description
技术领域
本发明涉及一种保护膜及其制备方法，特别是关于一种无胶自排气保护膜及其制备方法。
背景技术
现有保护膜产品多为有胶保护膜，通过在膜基材表面涂一层亚克力、聚氨酯或硅胶类的压敏胶，经烘烤干燥后制得。此工艺过程中有溶剂挥发，污染环境，并且保护膜在贴服被粘物一段时间后易产生残胶鬼影等现象。也有部分工艺对其进行改进，使用无胶配方，是通过在膜基材上添加自粘性高分子来实现的，但其温度敏感性较强，粘接强度不易调节，在较高温度下依然有残胶风险。
在自然界中，壁虎脚掌表面没有胶黏性物质，却可以飞檐走壁，其奥妙就在于壁虎脚掌表面的特殊结构。壁虎脚表面具有分级结构细微突出结构，末端最细微的刚毛结构达到纳米尺度，近年来的研究成果表明实验证实壁虎超强黏附力源于脚掌上大量刚毛与物体表面的分子间作用力，即范德华力，壁虎这种特殊的多分级黏附系统结构，特别是其最小黏附单元达到纳米量级，保证脚掌能轻易地与各种表面达到近乎完美的结合。无论多粗糙的表面，由于壁虎最小黏附单元非常精细，微观上都接近理想光滑结构，因此两者能形成理想接触，进而保证大量范德华力的叠加产生超强黏附力。
单从累积范德华力实现有效的黏附角度讲，理论上单个范德华力黏附单元越小越好，密度越大越好，极端条件密集的纳米尺度黏附单元会聚集起来成为一种光滑平面结构，绝大多数的范德华力黏附单元无法实现与被粘附表面的理想接触，显然地无法获得较高的黏附力。所以在兼顾累积范德华力的同时，更要考虑黏附单元与被帖附表面的结合效率，需要凸起的黏附单元可以在较大的尺度上适应被帖附物表面的起伏粗糙结构。
现有技术中，有技术人员报道了利用类似原理通过在胶带保护膜表面设置单级微纳米尺度凸起结构实现无胶黏附的技术方案，该技术方案中凸起黏附单元的尺度介于100~1000nm之间，可以对光滑的晶圆表面具有较佳的黏附力。但显然地，该结构只适用于高度光滑的表面，即理论上粗糙结构尺度不超过1000nm的光滑表面，如该技术方案中提及的半导体晶圆。在日常生活中鲜有如此光滑表面的应用场景，对于常规的更粗糙一些的结构表面，上述技术方案结构黏附单元与被贴服表面的结合效率显然会大大降低，无法达到有效粘合效果。而为了解决这样的问题，亦难以通过增加的凸起结构的高度来实现，因为为了保证有效的范德华力黏附，单个黏附单元与被帖附物接触面积越小越好，在这样的前提下单纯增加凸起结构的高度，将会导致凸起结构具有非常大的长径比。这不仅给加工制程带来极大的挑战，更无法平衡凸起结构的柔性与硬度，或由于材料过软导致凸起结构产生倒伏无法实现预期的界面接触效果，或材料过硬致使无法适应被帖物表面的起伏粗糙结构，无法保证黏附单元与被帖物表面的结合效率。
综上，通过单级凸起结构实现累积范德华力进而产生有效黏附只适合在个别非常光滑的表面上应用。大大限制了其应用范围。
同时在现有技术中，保护膜多为平纹，在粘贴过程中容易因为空气无法完全排出而产生气泡，使保护膜无法完美贴平。即便前述提及的单级凸起结构无胶黏附技术方案，由于其凸起结构间隙尺度很小，也无法实现快速有效的排气，保证平整帖附。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种无胶自排气保护膜及其制备方法。
本发明的技术方案如下：一种无胶自排气保护膜，包含薄膜基材，和设置于薄膜一侧具有等级凸起结构，所述等级凸起结构包含设置于薄膜表面的一级微米尺度凸起结构，和设置于一级凸起结构另一侧的二级纳米尺度凸起结构。
产生“壁虎脚”效应，通过两级凸起结构来适应起伏粗糙的被贴附物表面，实现保护膜纳米尺度凸起与被帖物之间的理想接触，进而保证大量范德华力的叠加产生足够的黏附力；同时，等级凸起结构之间的间隙提具有等级孔道的供导气孔路以实现快速排气，保证大面积的理想贴合。
所述薄膜基材厚度介于20~2000μm之间。
所述第一级凸起结构的宽度高度介于5~500μm之间，所述第一级凸起结构的宽度介于50~500μm之间。
所述第一级凸起结构之间存在一级间隙，进一步地，所述一级间隙的宽度介于10~1000μm之间。
所述第二级凸起结构高度介于400~5000nm之间，所述第二级凸起结构的宽度介于200~1000nm之间。
所述第二级凸起结构之间存在二级间隙，所述二级间隙宽度介于200~2000nm之间。
本发明的目的还在于提供一种上述无胶自排气保护膜的制备方法，是通过两次压印实现。
一次压印。
根据一级凸起结构的图形制备相应的纳米压印模板A。
将基材放置在装有纳米压印模板A的纳米压印机中，置于其维卡软化点(VST）下保温10~30分钟，使其充分软化。
将软化的基材在一定的温度和压力下压印。
压印至所需时间后，将薄膜与压印模板A分离，得具有一级凸起结构的薄膜B。
上述制程中，压印温度选择范围介于VST+30℃~VST+80℃之间，优选VST+50℃。
上述制程中，压印压力选择范围介于0.3~5Mpa之间，优选0.6~1.5Mpa。
上述制程中，压印时间范围范围介于1~30分钟之间，优选3~10分钟。
二次压印。
将经一次压印获得具有一级凸起结构的薄膜B冷却至室温定型。
根据二级凸起结构图形制备相应的纳米压印模板C。
将基材具有一级凸起结构的一面放置在装有纳米压印模板C的纳米压印机中，置于其维卡软化点(VST）下保温5~10分钟，使一级凸起结构预热软化。
将预热软化的薄膜B在一定的温度和压力下压印。
压印至所需时间后，将薄膜B与模板C分离，得具有等级凸起结构的薄膜D。
上述制程中，压印温度选择范围介于VST+50℃~VST+100℃之间，优选VST+75℃。
上述制程中，压印压力选择范围介于0.1~1Mpa之间，优选0.2~0.5Mpa。
上述制程中，压印时间范围范围介于1秒~300秒之间，优选5秒~150秒.
上述制程中，二次压印的操作温度略高于一次压印，操作时间大大小于一次压印，以保证在二次压印过程中以较短的时间获得二级结构，在较短的二次压印时间内，一级结构不至于遭到破坏。
本发明所公开的一种无胶自排气保护膜及其制备方法具有如下的优点。
（1）本发明所述无胶自排气保护膜利用等级凸起结构产生的“壁虎脚”效应实现保护膜对被帖物的完美接触，从而累积足够的分子间作用力产生粘附，不引入任何胶水，对环境无污染，更不会引起保护物件表面出现残胶、鬼影等问题。
（2）本发明所述无胶自排气保护膜具有的等级凸起结构提供了纵横交错的导气孔路，在其与被保护物贴合时，气泡迅速从这些孔路中排出，可以实现大面积的完美贴合。
（3）本发明所述无胶自排气保护膜利用纳米热压印技术制备，可以通过调整压印条件控制无胶自排气保护膜的等级凸起结构来调节粘附力。保护膜的粘附力仅受表面等级提起结构及保护膜基材与被保护物表面性能的影响，对温湿度不敏感，性能更加稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将结合附图予以说明。
附图1为一次压印所用压印模板结构示意图。
附图2为保护膜表面一级凸起结构结构示意图。
附图3为二次压印所用压印模板结构示意图。
附图4为在一级凸起结构上的二级凸起结构示意图。
附图5为一种无胶自排气保护膜结构局部放大示意图。
附图标记：100-无胶自排气保护膜，101-一次压印模板，102-薄膜基材，104-一级凸起结构，105-二次压印模板，106-二级凸起结构。
具体实施例
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中的试验方法如无特殊说明均为常规方法。
实施例1。
厚度1000 μm中粘无胶自排气PET保护膜及其制备方法。
将1000 μm厚的PET薄膜放置于如图1所示的压印模板101上，在135℃下预热30分钟。然后升温至185℃，以1.5 Mpa压强压印，保温保压8分钟，然后卸压冷却至室温，将薄膜与模板脱离，获得具有一级凸起结构的薄膜。
在上述一次压印制程中，所获得的一级凸起结构其高度为360 μm，宽度为200 μm。一级凸起结构间间隙宽度为750 μm。
将上述步骤所获薄膜具有一级凸起结构的一面放置在如图3所示的压印模板105上，在135℃下预热8分钟。然后升温至210℃，以0.35 Mpa压强压印，保温保压45秒，然后卸压冷却至室温，将薄膜与模板脱离，获得在一级凸起结构之上具有二级凸起结构的保护膜。
上述二次压印制程中，所获得的二级凸起结构其高度为4600 nm，宽度为850 nm，二级凸起结构间间隙宽度为1500 nm。
经上述两次压印制程后所获得的具有等级复合凸起结构的无胶自排气保护膜，其剥离力为47.8 gf/inch。由于该保护膜具有细密的排气孔路，贴合过程中不会产生气泡。
实施例2。
厚度1000 μm低粘无胶自排气PET保护膜及其制备方法。
将1000 μm厚的PET薄膜放置于如图1所示的压印模板101上，在135℃下预热23分钟。然后升温至185℃，以1.5 Mpa压强压印，保温保压6分钟，然后卸压冷却至室温，将薄膜与模板脱离，获得具有一级凸起结构的薄膜。
在上述一次压印制程中，所获得的一级凸起结构其高度为250 μm，宽度为250 μm。一级凸起结构间间隙宽度为1200 μm。
将上述步骤所获薄膜具有一级凸起结构的一面放置在如图3所示的压印模板105上，在135℃下预热7分钟。然后升温至210℃，以0.35 Mpa压强压印，保温保压40秒，然后卸压冷却至室温，将薄膜与模板脱离，获得在一级凸起结构之上具有二级凸起结构的保护膜。
上述二次压印制程中，所获得的二级凸起结构其高度为2000 nm，宽度为950 nm，二级凸起结构间间隙宽度为1800 nm。
经上述两次压印制程后所获得的具有等级复合凸起结构的无胶自排气保护膜，其剥离力为16.4 gf/inch。由于该保护膜具有细密的排气孔路，贴合过程中不会产生气泡。
实施例3。
厚度50 μm高粘无胶自排气PP保护膜及其制备方法。
将50 μm厚的PET薄膜放置于如图1所示的压印模板101上，在145℃下预热25分钟。然后升温至190℃，以1.5 Mpa压强压印，保温保压3分钟，然后卸压冷却至室温，将薄膜与模板脱离，获得具有一级凸起结构的薄膜。
在上述一次压印制程中，所获得的一级凸起结构其高度为12 μm，宽度为100 μm。一级凸起结构间间隙宽度为150 μm。
将上述步骤所获薄膜具有一级凸起结构的一面放置在如图3所示的压印模板105上，在145℃下预热8分钟。然后升温至195℃，以0.45 Mpa压强压印，保温保压25秒，然后卸压冷却至室温，将薄膜与模板脱离，获得在一级凸起结构之上具有二级凸起结构的保护膜。
上述二次压印制程中，所获得的二级凸起结构其高度为450 nm，宽度为220 nm，二级凸起结构间间隙宽度为300 nm。
经上述两次压印制程后所获得的具有等级复合凸起结构的无胶自排气保护膜，其剥离力为72.5 gf/inch。由于该保护膜具有细密的排气孔路，贴合过程中不会产生气泡。
Claims (7)
1.一种无胶自排气保护膜，其特征在于：包含薄膜基材，和设置于薄膜一侧具有等级凸起结构，所述等级凸起结构包含设置于薄膜表面的一级微米尺度凸起结构，和设置于一级凸起结构另一侧的二级纳米尺度凸起结构。
2.如权利要求1所述的无胶自排气保护膜，其特征在于：所述薄膜基材厚度介于20~2000μm之间。
3.如权利要求1所述的无胶自排气保护膜，其特征在于：所述一级微米尺度凸起结构高度介于5~500μm之间，宽度介于50~500μm之间。
4.如权利要求1或3所述的无胶自排气保护膜，其特征在于：所述一级微米尺度凸起结构之间存在一级间隙，所述一级间隙的宽度介于10~1000μm之间。
5.如权利要求1所述的无胶自排气保护膜，其特征在于：所述二级纳米尺度凸起结构高度介于400~5000nm之间，宽度介于200~1000nm之间。
6.如权利要求1或5所述的无胶自排气保护膜，其特征在于：所述的二级纳米尺度凸起结构间存在二级间隙，所述二级间隙宽度介于200~2000nm之间。
7.如权利要求1-6之一所述的无胶自排气保护膜的制备方法，其特征在于：本发明所述的一种无胶自排气保护膜通过两次压印实现，通过一次压印构筑薄膜表面的一级微米尺度凸起结构，再通过二次压印在一级凸起结构另一侧构筑二级纳米尺度凸起结构。
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