-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbringung einer
Schicht, die mindestens Polymermaterial enthält, auf ein Substrat und ein
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes durch nacheinander
erfolgende Aufbringung derartiger Schichten aufeinander.
-
Es
ist bekannt, solche Gegenstände
in einem Stereolithographieverfahren (SL) herzustellen. In einem
derartigen Verfahren werden oft mit UV-Strahlung kationischhärtbare Epoxyharze
oder radikalisch härtbare
Acrylatharze eingesetzt. Das Härten
erfolgt dann durch Bestrahlung mit einem Laser mit einer speziellen
Wellenlänge.
Ein Gegenstand kann erhalten werden, indem jedes Mal eine nächste Harzschicht
auf eine vorangehende gehärtete
Schicht aufgebracht wird und jede nächste Schicht selektiv gehärtet wird.
Wenn der Gegenstand vollendet worden ist, folgt eine Nachbehandlung,
oft mit organischen Lösungsmitteln
wie Tripropylenglykol, Monomethylether oder 2-Propanol, und Nachhärtung in einem Ofen. In einem
solchen Verfahren erfolgt während
der Härtung
und Nachhärtung
Schrumpfung in der Größenordnung
von 2 bis 7%. Die resultierenden Fehler (Ungenauigkeiten in Form
und Abmessungen) können
stark kumulieren, insbesondere wenn während des Härtens bereits die nächsten Schichten
aufgebracht werden. Teilweise in Folge derartiger Schrumpfung haben
die Form und die Abmessungen eines zu fertigenden Gegenstandes eine
begrenzte Auflösung,
insbesondere bestenfalls in der Größenordnung von 25 bis 50 μm. Geltende
auflösungsbegrenzende
Faktoren sind zudem die Mindestschichtdicke und deren Homogenität sowie
die Vernetzungsweise der UV-vernetzbaren Stereolithographieharze.
Weitere geltende Nachteile sind, dass die Acrylate während des
Härtens
sauerstoffempfindlich sind, während
Epoxyharze hygroskopisch sind. Die zu verwendenden Harze sind zudem
vergleichsweise teuer.
-
Es
gibt zudem andere sogenannte rasche Prototypenherstellungstechniken,
die zur schichtweisen Herstellung von Gegenständen bekannt sind, beispielsweise "laminierter Gegenstand-Herstellung (LOM)", "selektive Lasersinterung
(SLS)".
-
Von
Seite 400 und 16-2 eines Buchs von Paul
F. Jacobs mit dem Titel "Rapid
Prototyping & Manufacturing" 1992, Society of
Manufacturing Engineers, Dearborn, MI, USA, 48121-0930 ist bekannt, Schichten
durch Ablagerung von Pulver auf einem Substrat und Sintern des Pulvers
durch Erhitzen des Pulvers mit einem Laser aufzubringen. Diese Techniken
haben auch alle Arten von inhärenten
Nachteilen. Die zuerst genannte Technik arbeitet mit einer festen
Schichtdicke und ist insbesondere für relativ große, massive
Gegenstände
geeignet. Hohlformen sind schwer zu realisieren. Wenn die letztere
Technik verwendet wird, ist es oft recht mühsam, scharfe Formen in dem
Gegenstand zu liefern, was eine verringerte Auflösung bedeutet, während das
Verfahren ferner in einer weniger wohldefinierten Weise abläuft, insbesondere
lässt sich
keine Temperaturkontrolle mit ausreichender Genauigkeit realisieren.
-
Die
Aufgabe der Erfindung liegt in der Vermeidung der Nachteile der
bekannten Techniken, so weit dies möglich ist, und der Bereitstellung
eines völlig
neuen Verfahrens zur Aufbringung einer Schicht, insbesondere einer
relativ dünnen
Schicht, die mindestens Polymermaterial umfasst, wobei das Verfahren
insbesondere zum Bilden relativ kleiner Gegenstände geeignet ist.
-
Erfindungsgemäß ist in
dieser Hinsicht das Verfahren, wie es im Oberbegriff angegeben ist,
dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Schicht erhalten wird,
indem ein Film aus mindestens Polymermaterial enthaltenden Teilchen,
die in einer nicht-reaktiven Flüssigkeit
dispergiert sind, auf das Substrat aufgebracht wird und diese Teilchen
einem Energiefluss ausgesetzt werden, der in situ zumindest im Wesentlichen
in Wärme
umgewandelt wird, wobei die Teilchen während der Wärmebehandlung miteinander verschmelzen.
Die Flüssigkeit
dient hier nicht als Lösungsmittel,
sondern hat die Funktion eines Transportmediums, damit die Polymermaterial enthaltenden
Teilchen gleichförmig
auf das Substrat aufgebracht werden können. Während der Wärmebehandlung findet prinzipiell
keine chemische Reaktion statt, sondern nur ein direkter oder indirekter thermischer
Vorgang, bei dem Verdampfen der Flüssigkeit oder direktes Verschmelzen
der dispergierten Teilchen stattfinden kann.
-
Die
Wärmebehandlung,
durch die Polymermaterial enthaltende Teilchen verschmelzen, kann mit
Hilfe eines AFM ("Atomkraftmikroskop")-"Thermalanalysators" durchgeführt werden,
nachdem die Flüssigkeit
in dem Film daraus verdampft worden ist. In Abhängigkeit von der Flüchtigkeit
der Flüssigkeit und
der gewünschten
Verarbeitungsrate kann mit Hilfe von Trocknungsluft eine forcierte
Verdampfung stattfinden.
-
Die
Wärmebehandlung
kann auch mit Hilfe einer Laservorrichtung geeignet realisiert werden. Bei
einer ersten Anwendung kann die mit der Laservorrichtung erzeugte
Energie verwendet werden, um die Polymermaterial enthaltenden Teilchen
in thermischer Weise (Fusion) miteinander zu verbinden. Es gilt
im allgemeinen Sinne, dass dies als DLHT (Trockenschichtwärmebehandlung)
bezeichnet wird, wenn die Energiebehandlung unter Verwendung einer
bereits ohne lokale Wärmebehandlung
getrockneten Dispersion erfolgt. Wenn eine Dispersion beteiligt
ist, die während
des Wärmebehandlungsverfahrens
forciert getrocknet wird, das heißt, dass die Flüssigkeit
direkt unter dem Ein fluss der verwendeten Energie verdampft wird,
wird dies als WLHT (Nassschichtwärmebehandlung)
bezeichnet.
-
Das
Ergebnis der beiden Verfahren hängt von
vielen Faktoren ab, wie der aufgebrachten Schichtdicke, dem Feststoffgehalt
in der aufgebrachten Schicht, der Zusammensetzung des Transportmediums,
der Teilchengröße, der
gewünschten
Verfahrensgeschwindigkeit, usw.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
der Film zur erleichterten Handhabung aus Polymermaterial enthaltenden
Teilchen gebildet, die in Wasser dispergiert sind. Die Größe der dispergierten Teilchen
liegt zwischen etwa 5 und 30000 nm und vorzugsweise zwischen 100
und 1000 nm. Im Fall einer Emulsionspolymerisation sind die Teilchen
typischerweise in der Größenordnung
von 30 bis 1000 nm, im Fall einer Suspensionspolymerisation sind
sie typischerweise größer als
etwa 1000 nm. Oberhalb von 30000 nm wird anstelle des erfindungsgemäßen Verfahrens
selektives Lasersintern (SLS) verwendet.
-
Erfindungsgemäß können sowohl
Polymerteilchen mit einer einzigen Zusammensetzung (Homopolymerteilchen
oder Copolymerteilchen) als auch mit unterschiedlicher Zusammensetzung
vorhanden sein. Es ist im letzteren Fall auch möglich, dass die individuellen
Polymerteilchen aus unterschiedlichen Polymeren zusammengesetzt
sind. Die Polymerteilchen können
somit aus einem Kern und einer Schale mit unterschiedlicher Zusammensetzung
aufgebaut sein, beispielsweise einem Kern aus elektrisch leitendem
Polymer und einer Schale aus elektrisch isolierendem Polymer, oder
einem Kern und einer Schale mit unterschiedlichen elastischen Eigenschaften.
In diesem Fall können
in Abhängigkeit
von der Wärmebehandlung
entweder die Schalen allein oder sowohl die Schalen als auch die
Kerne miteinander verschmelzen. Wenn auch die Kerne miteinander
verschmelzen, können
sie spezielle Muster bilden. Durch selektive Wärmebehand lung ist es auf diese
Weise beispielsweise möglich,
elektrische Leiter in einen ansonsten elektrisch isolierenden Kunststoff
einzubauen. Zusätzlich
zu der Herstellung von Polymerteilchen aus einem Kern und einer
Schale aus Polymermaterial mit unterschiedlichen Eigenschaften ist
es auch möglich,
Teilchen zu nehmen, deren Kern aus einer Nicht-Polymerphase besteht
(beispielsweise einer organischen (nicht-Polymer)-Phase, anorganischen
oder metallischen Phase), die von einer polymeren Phase umhüllt wird. Zusätzlich zu
der Kern-Schale-Teilchenstruktur sind andere Typen von Hybridmaterialien
(Compositen; Verbundwerkstoffen) brauchbar, beispielsweise Teilchen
mit einer Himbeer-, Eichel- oder Zwiebelstruktur. Natürlich sind
alle Arten von Kombinationen der oben genannten, Polymermaterial
enthaltenden Teilchen möglich.
Die Teilchen können
sich demnach sowohl in der Zusammensetzung als auch in der Größe unterscheiden.
-
Der
auf dem Substrat bereitzustellende Film kann zusätzlich zu dem Transportmedium
und den darin dispergierten Polymeren ein oder mehrere weitere nicht-reaktive
Komponenten enthalten, wie beispielsweise Farben, Pigmente oder
die Fließeigenschaften
verbessernde Mittel oder das Verdampfen beeinflussende Substanzen.
Es ist auch möglich, dass
der Film eine oder mehrere reaktive Komponenten enthält, wie
beispielsweise Vernetzungsmittel, die in einer Nachbehandlung aktiviert
werden sollen. Ferner kann unter im Folgenden genannten Bedingungen
zudem ein Wärmeübertragungsmittel
wie Ruß in
dem Film dispergiert werden. Es ist auch möglich, dass dem Film Keramikteilchen
zugefügt
worden sind, wobei die Keramikteilchen durch die Wärmebehandlung
und das Schmelzen der Polymermaterial enthaltenden Teilchen aneinander
gebunden worden sind, und es kann beispielsweise ein Verbundmuster gebildet
werden, aus dem das Polymermaterial anschließend durch Brennen entfernt
werden kann.
-
Um
Koagulation in dem Film zu verhindern, beträgt der Feststoffgehalt in dem
Film weniger als 70 Vol.% und vorzugsweise weniger als 60 Vol.%.
Es ist kein Mindestfeststoffgehalt definiert, da immer eine Mindestschichtdicke
erreicht werden sollte.
-
Zur
Durchführung
der Wärmebehandlung kann
eine im UV-Bereich arbeitende Laservorrichtung verwendet werden.
Die Wellenlänge,
mit der die Laservorrichtung arbeitet, liegt dann insbesondere zwischen
190 und 400 nm und vorzugsweise zwischen 240 und 310 nm. Unter 400
nm können
die für das
hier beschriebene Verfahren brauchbaren Polymere die durch den Laser
zugeführte
Energie direkt absorbieren. Eine solche Laservorrichtung ermöglicht zudem
genaueres Arbeiten: ein gutes Fokussieren auf einen relevanten Punkt
auf dem Film wird so ermöglicht.
Die Wellenlänge
wird so gewählt,
dass sie größer als
190 nm ist, weil es unterhalb dieses Werts nicht länger möglich ist,
in einer Luftatmosphäre
richtig zu arbeiten; hocherwünscht
ist dann ein Vakuum oder eine Gasatmosphäre, die gegenüber der Laserstrahlung
nicht reaktiv ist. Die Polymere können zudem durch die hohe Photonenenergie
in erheblichem Maße
beschädigt
werden. Oberhalb von 190 nm ist es ferner noch möglich, mit Standard-Optiken zu
arbeiten. Das Arbeiten mit einer F2 157 nm Excimer-Laservorrichtung
ist beispielsweise schwieriger und teurer. In Anbetracht des obigen
ist es daher bevorzugt, mit einem Laser im UV-Bereich zu arbeiten. Es
kann somit beispielsweise eine Argonion-, Nd:YAG (3., 4. oder 5.
Oberschwingung) oder Excimerlaservorrichtung verwendet werden.
-
Es
ist zudem auch möglich,
eine Laservorrichtung im sichtbaren oder Infrarotbereich zu verwenden,
beispielsweise eine Nd:YAG-Laservorrichtung, die im Infrarotbereich
arbeitet, ins besondere mit einer Wellenlänge von etwa 1064 nm. Weil
die durch den Laser zugeführte
Wärme in
diesem Fall nicht von den für
das hier beschriebene Verfahren brauchbaren Polymeren absorbiert
werden kann, wird es dann erforderlich sein, dem Film ein Wärmeübertragungsmittel
wie Ruß zuzufügen, wie
bereits erwähnt
wurde. Bei einer Laservorrichtung, die im fernen Infrarot arbeitet,
wie einer CO2-Laservorrichtung, ist jedoch
kein Zusatz von Ruß nötig, weil
die Laserenergie direkt durch die Polymere absorbiert werden kann.
Zum Trocknen der Dispersion können zudem
andere Energiequellen verwendet werden, wie beispielsweise eine
UV-Lampe.
-
Die
Laservorrichtung kann sowohl ein gepulstes Aktivierungssignal als
auch ein kontinuierliches Aktivierungssignal übertragen. Zur Durchführung des
Verfahrens kann dann eine Scantechnik, eine Maskiertechnik oder
andere Bildgebungstechnik verwendet werden. Es ist beispielsweise
auch möglich,
einen Laserstrahl in zwei Teile mit gleicher Geometrie und gleichem
Energiegehalt aufzuspalten. Indem diese beiden Teile in der gleichen
Weise fokussiert und dazu gebracht werden, sich an einem Punkt des
Substrats zu treffen, kann sehr lokal ein Verschmelzen bewirkt werden.
-
Wenn
durch den Laser ein Laserstrahl mit einer normalerweise verwendeten
Gauss-Intensitätsverteilung über die
Strahlbreite emittiert wird, sind die Ränder des zu aktivierenden Flecks
der Filmschicht oft etwas dicker als der zentrale Teil des Flecks.
Um dies zu verhindern, wird die Intensität der Strahlenergie über den
Querschnitt an den Vorgang angepasst. Dies lässt sich intern in der Laservorrichtung
oder mit Hilfe anderer Mittel realisieren, wie mit einem externen
optischen System.
-
Das
bisher beschriebene Verfahren betrifft die Aufbringung einer Einzelschicht,
das heißt,
die Aufbringung einer Be schichtung. Die Erfindung betrifft jedoch
auch ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, speziell
indem er Schicht für
Schicht aufgebaut wird, wobei jede der nacheinander aufeinander
aufzubringenden Schichten durch die Durchführung des oben beschriebenen
Verfahrens erhalten wird.
-
Die
Erfindung betrifft nicht nur ein Verfahren, sondern auch eine Vorrichtung
zum Aufbringen einer Schicht, die mindestens Polymermaterial enthält, auf ein
Substrat, oder zur Herstellung eines Gegenstandes, indem er Schicht
für Schicht
aufgebaut wird. Hierfür
wird die Vorrichtung mit einer Laservorrichtung mit optischen Komponenten
und einem Verarbeitungsraum mit einem Substrat bereitgestellt, auf dem
eine Polymerschicht oder mehrere Polymerschichten, welche nacheinander
aufeinander aufgebracht werden, mittels Durchführung des oben beschriebenen
Verfahrens gebildet werden kann bzw. können. Diese Laservorrichtung
kann ferner mit Mitteln zur Einstellung des Intensitätsprofils über den Strahlquerschnitt
ausgestattet sein. Es kann auch eine Maske in dem optischen Weg
angeordnet werden, insbesondere in Kombination mit Bildreduktion oder
direkt über
dem Substrat (bei einem eins-auf-eins-Bild). Dann ist eine automatische
Einstellung der spezifischen Durchlässigkeit der Maske möglich; verglichen
mit dem Scannen mit dem Laserstrahl läuft das laminierte Aufbauen
eines Gegenstandes mit Hilfe von Gitterbildung, speziellen Linsen oder
anderen Hilfsmitteln, wie allen Arten von optischen Systemen, dann
rascher ab. Eine weitere Möglichkeit
des selektiven Scannens größerer Oberflächen ist
die Ausnutzung von selektiver Beleuchtung.
-
Die
Erfindung betrifft ferner eine Beschichtung, das heißt eine
Schicht, die mindestens Polymermaterial enthält, und einen durch solche
Schichten gebildeten Gegenstand, der durch Verwendung des oben beschriebenen
Verfahrens erhalten worden ist.
-
Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnungen
näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigt/zeigen
-
1 einen
schematisch dargestellten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
-
2 das
Prinzip des erfindungsgemäßen DLHT-Verfahrens;
-
3A–C das Prinzip
des erfindungsgemäßen WLHT-Verfahrens;
-
4A,
B ein Gauss-Verteilungsintensitätsprofil über den
Laserstrahlquerschnitt und eine mit dessen Hilfe erhaltene Schicht,
und
-
5A,
B eine modifizierte "Zylinderhut"-Intensitätsverteilung über den
Laserstrahlquerschnitt und eine mit dessen Hilfe erhaltene homogenere Schicht.
-
Der
Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wie schematisch in 1 dargestellt, umfasst eine
Excimerlaservorrichtung 1, mit der ein Laserstrahl 2 erhalten
wird, der über
ein optisches System 1' mit
verschiedenen optischen Komponenten, wie beispielsweise einer ersten
und einer zweiten Blende 3 beziehungsweise 4,
einem Spiegel 5 und einer Linse 6, in einen Raum 7 gerichtet
wird. In dem Raum 7 ist ein Substrat 8 vorhanden,
auf das eine Schicht oder mehrere Schichten, die aufeinander aufgebracht
werden sollen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht werden
können.
Auf das Substrat 8 kann mit Hilfe eines Rakels ein Film 9 aufgebracht
werden. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dieser
Film in den in Bezug auf 2 und 3A–C beschriebenen
Beispielen aus Wasser mit darin dispergierten Polymerteilchen. Wenn
ein WLHT-Verfahren verwendet wird, wie in 3A–C gezeigt
ist, wird der Raum 7 mit Luft mit hoher relativer Feuchtigkeit
gefüllt.
In dem Raum 7 ist am Boden eine Menge 10 eines
Lösungsmittels
für den
gesättigten
Dampf in dem Raum 7 vorhanden, wenn der Film 9 aufgebracht
wird.
-
In
einem DLHT-Verfahren wurde, wie in 2 dargestellt,
ein etwa 10 μm
dicker Film 9 mit Hilfe eines Rakels auf das Substrat 8 aufgebracht. Der
Feststoffgehalt des Films betrug 16%. Der Raum 7 wurde
mit trockener Luft gefüllt.
Nachdem das Wasser praktisch vollständig von dem Film 9 verdampft war,
blieb eine Schicht von etwa 2 μm
zurück.
Diese Schicht wurde mit Hilfe eines Excimerlasers einer Wärmebehandlung
unterzogen. Die Temperatur in dem Film an der Stelle des Flecks überschritt
die MFFT ("Mindestfilmbildungstemperatur"), in diesem Fall
35 bis 40°C,
außer
in dem Übergangsbereich, der
infolge von Wärmediffusion
gebildet wurde, während
die Temperatur außerhalb
des Flecks unter dieser MFFT blieb. An dem durch den Laserstrahl
bestrahlten Fleck 11 verschmolzen die Polymerteilchen miteinander,
und nach etwa 1000 60 ns Laserpulsen war eine transparente Schicht
von etwa 2 μm
gebildet worden. Es wurde gefunden, dass die Pulsfrequenz wenig
Einfluss auf den Verschmelzungsprozess hatte; die Pulsintensität war so,
dass die oben genannten MFFT-definierten Temperaturen innerhalb
und außerhalb
des Flecks gehalten wurden. Die nicht verschmolzenen Polymerteilchen
um den Fleck 11 herum wurden anschließend weggespült.
-
Bei
einem WLHT-Verfahren, wie in 3 gezeigt,
wurde der gleiche Film von etwa 10 μm auf das Substrat 8 aufgebracht.
Der Film wurde nun jedoch direkt mit Hilfe des Excimerlasers einer
Wärmebehandlung
unterzogen, wodurch zuerst das Wasser an dem Fleck 11 verdampfte,
während
die Polymerteilchen absanken, danach verschmolzen die Polymerteilchen
miteinander und es wurde eine transparente Schicht von etwa 2 μm gebildet.
-
Das
Intensitätsprofil über dem
Querschnitt des Laserstrahls hat in der Praxis oft eine Gauss-Konfiguration,
dies ist in 4A dargestellt. Der Effekt ist,
dass eine Schicht gebildet wird (siehe 4B), die
an den Rändern
irgendwie höher
ist als in der Mitte. Um diesen Effekt auszugleichen, kann ein Strahl
mit einer modifizierten "Zylinderhut"-Verteilung verwendet
werden, wie in 5A dargestellt ist, so dass
eine flache Schicht (siehe 5B) erhalten werden
kann.
-
Im
Folgenden werden verschiedene Aspekte der Erfindung in konkreteren
Beispielen beschrieben und durch diese erläutert.
-
1. Excimerlaser
-
Es
wurde ein Lambda Physik EMG 1003i Excimerlaser mit einer Pulsenergie
von 200 mJ maximal verwendet, der mit 248 nm (KrF Gasmischung) mit
einer Pulsbereite von 60 ns arbeitete. Die verwendete Pulsfrequenz
war 50 Hz. Bildgebungsoptiken mit einem Fokalabstand von 50 mm und
einem Bildabstand von 75 mm wurden verwendet, wobei das erste Loch
zur Auswahl eines qualitativ guten Anteils des Laserstrahls (Durchmesser:
1,5 mm) 5 cm von dem Laser entfernt war, während das zweite Loch (Durchmesser:
1,5 mm) sich 100 cm hinter dem ersten Loch befand ("Filtern" der divergierendsten
Anteile), danach folgte eine Blende und ein 45° Spiegel, um das Licht von horizontal
nach vertikal abzulenken. Das Substrat befand sich auf einem Oriel
XYZ-Positioniertisch (siehe weiter 1).
-
2. Beschreibung von Emulsionspolymerisation (JZ002)
-
Ein
doppelwandiger 2 L Glasreaktor, der mit einem Magnetrührer, einem
Kühler
und einer Temperatursonde ausgestattet war, wurde mit 400 g Butylmethacrylat,
0,4 g Tetrabrommethan und 1470 g entmineralisiertem Wasser gefüllt. Die
Mischung wurde 45 Min lang (450 UpM) bei Raumtemperatur gerührt, während Stickstoff
durch die Mischung geleitet wurde. Der Reaktor wurde danach auf
70°C erwärmt, danach
wurde eine entgaste, wässrige
Ammoniumpersulfatlösung
(13,32 g in 41,4 g entmineralisiertem Wasser) zugegeben. Die Rührgeschwindigkeit
wurde unmittelbar nach Zugabe der Initiatorlösung auf 300 UpM abgesenkt.
Etwa 20 Minuten nach Zugabe des Initiators wurde die Rührgeschwindigkeit
auf etwa 270 UpM weiter reduziert. Nach etwa einer Stunde wurde
die Rührgeschwindigkeit
abermals auf 195 UpM abgesenkt. 2,5 Stunden nach Beginn der Polymerisation
wurde die Heizung ausgeschaltet und die Dispersion langsam auf Raumtemperatur
abgekühlt. Danach
wurde die abgekühlte
Dispersion in Visking-Dialyseröhrchen
(31,70 mm Durchmesser) in einen Eimer mit fließendem entmineralisiertem Wasser dialysiert.
Der Feststoffgehalt der Dispersion betrug 18,4%. Die Größe der dispergierten
Polymerteilchen wurde mit DCP (Scheibenzentrifugen-Photosedimentometrie)
bestimmt. Die Teilchengröße (Zahlenmittel),
Dn, betrug 826 nm. Die Teilchengröße (Gewichtsmittel),
Dw, betrug 827 nm. Die Polydispersität des Systems,
ausgedrückt
als Dw/Dn, betrug
1,002.
-
3. Beschreibung von Emulsionspolymerisation (JZ057)
-
Es
wurde nach einem Verfahren gearbeitet, das im Wesentlichen der Beschreibung
von JZ002 entsprach. Bei JZ057 wurden 300 g Butylmethacrylat, 0,3
g Dodecylthiol (anstelle von Tetrabrommethan), 1,95 g Natriumbicarbonat
und 1,03 g Natriumdodecylsulfat und 1157 g entmineralisiertes Wasser
verwendet. Die Reaktion wurde durch Zugabe von Ammoniumpersulfatlösung (15,37
g in 70,29 g entmineralisiertem Wasser) gestartet. Die Gesamtpolymerisationszeit
betrug 150 Minuten. Der Feststoffgehalt der Dispersion betrug 16,1%.
Die Größe der dispergierten
Polymerteilchen wurde mit DCP (Scheibenzentrifugen-Photosedimentometrie)
bestimmt. Die Teilchengröße (Zahlenmittel),
Dn, betrug 162 nm. Die Teilchengröße (Gewichtsmittel),
Dw, betrug 164 nm. Die Polydispersität des Systems,
ausgedrückt
als Dw/Dn, betrug
1,008.
-
Ein
Teil der Dispersion wurde unter Vakuum mit Hilfe eines Rotationsverdampfers
eingedampft. Der prozentuale Feststoffgehalt der konzentrierten Dispersion
betrug 40,7%.
-
4. Aufbringen
der Dispersionsschicht
-
Mit
einer Pipette wurden einige Tropfen auf ein Mikroskopglas aufgebracht
(76 × 26
mm) und danach in der Längsrichtung
der Glasplatte mit einem 12 μm
Drahtrakel ausgestrichen.
-
5.
-
Eine
dickere Schicht wurde nach einer Art von Fließbeschichtungsverfahren aufgebracht.
Eine Glasplatte wurde in einem Winkel von etwa 40° gehalten,
und Dispersion wurde mit einer Pipette oben auf die Glasplatte gespritzt.
-
6. WLHT
-
Nach
dem "Nassschicht-Wärmebehandlungs"-Verfahren wurde
eine aufgebrachte Dispersionsschicht (JZ002) auf das Probensubstrat
aufgelegt (siehe Beispiel 1: "Beschreibung
des Aufbaus"). Die aufgebrachte
Dispersionsschicht wurde mit einem Laser mit den folgenden Charakteristika
behandelt: 50 Hz, 60 ns Pulsbreite, 50 mm Fokalabstand von der Bildgebungslinse,
75 mm Bildabstand, erstes Loch (Durchmesser: 1,5 mm) 5 cm von dem
Laser entfernt, zweites Loch (Durchmesser: 1,5 mm) 100 cm hinter dem
ersten Loch, danach folgte eine Blende und ein 45° Spiegel,
um das Licht von der Horizontalen zur Vertikalen abzulenken. Auf
verschiedene Stellen auf der Dispersionsschicht wurden 50, 100,
250 und 2000 Laserpulse gerichtet. Während der Laserbehandlungen
bildete sich ein Krater in der nassen Dispersionsschicht, der nach
der Behandlung mit Umgebungsflüssig keit
nicht überflutet
wurde. Anschließend
wurde die nasse Schicht in der Luft getrocknet. Die behandelten
Stellen konnten leicht von den in der Luft getrockneten Stellen
unterschieden werden. Die behandelten Stellen waren vollständig transparent, während die
umgebende Schicht weiß war.
-
7. Erste Variante von
Beispiel 6
-
Wiederholung
des unter 6 "WLHT" beschriebenen Beispiels
mit einem Fokalabstand von 50 mm ergab lediglich nach 2000 Laserpulsen
Fleckbildung. Bei weniger Laserpulsen floss die Umgebungsflüssigkeit
wieder über
die behandelten Flecken. Diese Stellen waren nach der Behandlung
nicht mehr sichtbar.
-
8. Zweite Variante von
Beispiel 6
-
Wiederholung
des unter 6 "WLHT" beschriebenen Beispiels,
wobei 2000 Laserpulse mit einer Frequenz von 50 Hz auf eine Dispersionsschicht
auf ein Substrat ausgeübt
wurden, das sich 50 s mit einer Geschwindigkeit von 0,1 mm/s bewegte.
Nach der Behandlung wurde die Dispersion in der Luft getrocknet;
das Ergebnis dieses Experiments war eine transparente Linie in einer
weißen,
getrockneten Dispersion.
-
9. Dritte Variante von
Beispiel 6
-
Wiederholung
des unter 6 "WLHT" beschriebenen Beispiels
unter Verwendung der Dispersion JZ057 (16%). Es wurden 50, 100,
200, 500 und 1000 Laserpulse auf die nasse Dispersionsschicht gelenkt. Die
Dispersion wurde in der Luft getrocknet. Die Stellen mit 50 und
100 Pulsen waren nach der Laserbehandlung nicht sichtbar. An den
anderen Stellen konnten eindeutig transparente Flecken beobachtet werden.
-
10. Variante von Beispiel
9
-
Wiederholung
des unter 9 "WLHT" beschriebenen Beispiels
unter Verwendung der Dispersion JZ057 (41%).
-
11. DLHT
-
Nach
dem "Trockenschicht-Wärmebehandlungs"-Verfahren wurde
eine Dispersion (JZ002) auf einem Mikroskopglas bereitgestellt und
nachfolgend in der Luft getrocknet. Der getrocknete Film war weiß, was anzeigt,
dass noch keine Filmbildung erfolgt ist. Das Mikroskopglas mit der
getrockneten Dispersionsschicht wurde auf das Probensubstrat aufgelegt (siehe
Beispiel 1: "Beschreibung
des Aufbaus") und mit
einem Laser mit den folgenden Charakteristika behandelt: 50 Hz,
60 ns Pulsbreite, 50 mm Bildgebungslinse, 75 mm Fokalabstand, 75
mm Bildabstand, erstes Loch (Durchmesser: 1,5 mm) 5 cm von dem Laser
entfernt, zweites Loch (Durchmesser: 1,5 mm) 100 cm hinter dem ersten
Loch, danach folgte eine Blende und ein 45° Spiegel, um das Licht von der
Horizontalen zur Vertikalen abzulenken. Auf verschiedene Stellen
auf der Dispersionsschicht wurden 50, 100, 250 und 2000 Laserpulse
gesteuert. Die behandelten Flecken konnten mit Hilfe eines Mikroskops
gut unterschieden werden. Die behandelten Stellen waren vollständig transparent,
während
die umgebende Schicht weiß war.