JP2013534880A - ナノ構造化または平滑ポリマー物品を製造するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
−非平滑表面を有する初期ポリマー成形ツールを、後続の工程に基板として使用する工程。この工程を初期工程と称する。
−非平滑表面を有する初期ポリマー成形ツールを後続の工程に基板として使用する工程。この工程を初期工程と称する。
−液体セラミック材料前駆体溶液を、少なくとも1000ナノメートルの表面粗さを有する成形ツールの少なくとも一部上に塗布すること。
−構造化延性前駆体の前記皮膜を硬化し、それによりそれを構造化固体セラミック材料に変換すること。
第3の実施例において、研磨ステンレス鋼製のローラ(直径50mm、表面粗さ100nm)を、MIBK中に溶解した液体セラミック材料前駆体HSQ(Corning製のFOx−17)中に部分的に浸漬し、ローラの全ての成形部分がFOx−12と接触するまで回転させる。ローラを50RPMにおいて5分間スピンさせ、ローラ上でのHSQの延性層の均等な分布を確保する。リソグラフィおよび反応性イオンエッチングと後続のFDTSのスリップ層のコーティングによる石英製のフォトニック結晶構造を含む一次ナノ構造を使用してステップ・アンド・リピートナノインプリントリソグラフィをローラ表面全体上で行う。ローラを600℃において1時間硬化し、続いて空気プラズマ(100W、5分間)により硬化し、延性ナノ構造化HSQ皮膜を、主としてSiO2からなる固体セラミック材料に変換する。硬化したモールドインサートを、ペルフルオロデシルトリクロロシラン(FDTS)の自己組織化単層により、分子蒸着プロセスによりコーティングする。次いで、ローラをポリエチレン皮膜のカレンダリングに使用し、それにより固体セラミック材料のナノ構造化層中に規定されたナノ構造をポリエチレン皮膜中に複製する。
Claims (17)
- 少なくとも1つのナノ構造化表面領域を含むナノ構造化ポリマー物品を製造する方法であって、以下の工程:
産業ポリマー成形プロセス用の初期ツールを準備する工程、
熱可塑性ポリマーの成形に使用される前記ツールの成形表面の少なくとも一部上に液体セラミック材料前駆体溶液を塗布する工程、
前記液体セラミック材料前駆体溶液の溶媒の少なくとも一部を蒸発させ、それによりセラミック材料前駆体の延性の薄膜を形成する工程、
前記液体または延性セラミック材料前駆体または前記前駆体溶液と物理的に接触させて、前記液体または延性セラミック材料前駆体または前駆体溶液中で逆マスター構造を形成することにより、一次ナノ構造を複製するところの構造化工程によって、ナノ構造を前記液体または延性セラミック材料前駆体または前駆体溶液中で発生させる工程、
前記ナノ構造化液体または延性前駆体または前駆体溶液を硬化し、それによりそれを後続のポリマー成形工程の条件に対して機械的および熱的に安定であるナノ構造化固体セラミック材料に変換する工程、および
加熱された溶融熱可塑性ポリマーを、前記ポリマーの凝固温度よりも低い温度に維持されたナノ構造化固体セラミック材料を成形表面上に含むナノ構造化ツールと接触させ、前記溶融ポリマーを凝固させて前記ナノ構造化ポリマー物品を形成する工程
を少なくとも含む方法。 - 好ましくは250nm未満、より好ましくは100nm未満、更に好ましくは20nm未満、最も好ましくは5nm未満の表面粗さを含む平滑ポリマー物品を製造する方法であって、以下の工程:
産業ポリマー成形プロセス用の初期ツールを準備する工程、
液体または延性セラミック材料前駆体または前駆体溶液の薄膜を、熱可塑性ポリマーの成形に使用されるモールドまたはモールドインサートの成形表面の少なくとも一部上に塗布する工程、
前記液体または延性セラミック材料前駆体または前駆体溶液を、機械的手段、例えば、限定されるものではないが、エンボス加工、研磨スピニング、重力または表面張力による自発的平滑化により、好ましくは5nm未満、より好ましくは10nm未満、更に好ましくは20nm未満、最も好ましくは50nm未満の前記液体または延性セラミック材料前駆体または前駆体溶液の表面粗さが得られるまで平滑化する工程、
前記液体または延性セラミック材料前駆体または前駆体溶液を硬化し、それによりそれを後続のポリマー成形工程の条件に対して機械的および熱的安定である平滑固体セラミック材料に変換する工程、および
加熱された溶融熱可塑性ポリマーを、前記ポリマーの凝固温度よりも低い温度に維持された平滑成形表面を含む平滑ツールと接触させ、前記溶融ポリマーを凝固させて前記平滑ポリマー物品を形成する工程
を少なくとも含む方法。 - 前記初期ツール成形表面の表面トポグラフィーが、500nm超、または好ましくは300nm超、より好ましくは100nm超、更に好ましくは50nm超、最も好ましくは20nm超の表面粗さRzにより特徴づけられる表面により規定された凹凸を有している、請求項1または2に記載の方法。
- 前記初期ツール成形表面のマクロスケールジオメトリーが非平面である、請求項1〜3の何れか1つに記載の方法。
- 前記液体セラミック材料前駆体溶液の前記塗布を、噴霧コーティングまたはスピンコーティングにより行う、請求項1〜4の何れか1つに記載の方法。
- 前記液体または延性セラミック材料前駆体または前駆体溶液の前記塗布を、少なくとも部分的に、前記モールドまたはモールドインサートを前記前駆体または前駆体溶液中に浸漬し、続いて前記モールドまたはモールドインサートを前記前駆体または前駆体溶液から取り出し、続いて過剰の前駆体または前駆体溶液を機械的手段、例えば、限定されるものではないが、重力、前記モールドまたはモールドインサートの回転または圧縮ガスによる吹込み乾燥により取り出すことにより行う、請求項1〜4の何れか1つに記載の方法。
- 前記構造化工程がエンボス加工プロセスであり、前記エンボス加工プロセスを周囲温度において行い、または前記セラミック材料前駆体の硬化温度未満で高温において行う、請求項1〜6の何れか1つに記載の方法。
- 前記構造化工程が、前記ナノ構造のエンボス加工を1回超繰り返すことを含む、請求項1〜8の何れか1つに記載の方法。
- 前記硬化が、熱硬化、プラズマ硬化もしくはイオン化放射線硬化またはそれらの組合せである、請求項1〜9の何れか1つに記載の方法。
- 主として水素シルセスキオキサン(HSQ)、メチルシルセスキオキサン(MSQ)またはそれらの混合物からなる前記液体セラミック前駆体および揮発性有機溶媒からなる前記溶媒を含み、
300℃から800℃の間の温度における熱硬化である前記硬化工程
を含む、請求項1〜10の何れか1つに記載の方法。 - 前記平滑化を前記硬化工程後に行う、請求項2〜11の何れか1つに記載の方法。
- ナノ構造化または平滑固体セラミック材料の層を有する前記硬化モールドまたはモールドインサートを、化学機能性物質、例えば、限定されるものではないが、前記固体ナノ構造化セラミック材料に共有結合するペルフルオロデシルトリクロロシラン(FDTS)、ペルフルオロオクチルトリクロロシランFOTS、またはヘキサメチルジシラザンもしくはヘキサメチルジシロキサン(HMDS)によりコーティングする、請求項1〜12の何れか1つに記載の方法。
- 前記ポリマー物品を、射出成形、ガス支援射出成形、吹込み成形、圧縮成形またはカレンダリング、押出、深絞り成形または印圧加工(コイニング)により製造する、請求項1〜13の何れか1つに記載の方法。
- 前記ポリマー部品の前記ナノ構造が、機能性、例えば、限定されるものではないが、表面を自浄、装飾、識別もしくは情報含有性、生物学的もしくは光学的機能性とすること、または表面にある種の触覚性を持たせることを誘導する、請求項1〜14の何れか1つに記載の方法。
- 前記ポリマーが、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、アクリル、セルロイド、セルロースアセテート、エチレン−ビニルアセテート(EVA)、エチレンビニルアルコール(EVAL)、フルオロプラスチック、ゼラチン、液晶ポリマー(LCP)、環式オレフィンコポリマー(COC)、ポリアセタール、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミド−イミド(PAI)、ポリアリールエーテルケトン、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート(PCT)、ポリカルボネート(PC)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリケトン(PK)、ポリエステル、ポリエチレン(PE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエチレンクロリネート(PEC)、ポリイミド(PI)、ポリ乳酸(PLA)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリフタルアミド(PPA)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリスルホン(PSU)、ポリウレタン(PU)、ポリビニルアセテート(PVA)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリビニリデンクロライド(PVDC)およびスチレン−アクリロニトリル(SAN)、医薬用ポリマーマトリックス物質、またはそれらの混合物もしくはコポリマーである、請求項1〜15の何れか1つに記載の方法。
- 請求項1〜16の何れか1つに記載の方法により製造されたナノ構造化または平滑ポリマー物品。
- 請求項1〜17の何れか1つに記載の方法により製造されたポリマー成形ツール上のナノ構造化または平滑固体セラミック材料成形表面。
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