專利名稱：表面結(jié)構(gòu)化制品的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)制品的制備。該復(fù)制品具有結(jié)構(gòu)化表面，該結(jié)構(gòu)化表面具有至少一個(gè)其橫截面符合要求的幾何特征物。
背景技術(shù)：
具有復(fù)制表面的制品以及用于提供這種制品的方法是已知的。參見(例如)美國專利6,096,247和6,808,658以及美國專利申請(qǐng)公開2002/0154406 A1。這些參考文獻(xiàn)所披露的復(fù)制表面包括微棱柱(例如微立方體)和透鏡。通常，通過(例如)壓印、擠出或機(jī)械加工方法在合適的聚合物的表面上產(chǎn)生這些結(jié)構(gòu)。
此類制品的制備通常包括以下步驟使具有所需結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像的工具與聚合物樹脂接觸。使工具與樹脂保持接觸，其中接觸操作的時(shí)間和條件使得足以將工具中的空腔填滿，然后從工具上取下樹脂。所得的結(jié)構(gòu)化表面是工具的負(fù)像表面的復(fù)制品。
通常將脫模劑施加到上述工具上，以有利于從工具上取下樹脂。例如，已將諸如油類、蠟和有機(jī)硅之類的有機(jī)材料用作脫模劑，以使表面具有脫模特性。這些脫模劑的缺點(diǎn)之一在于通常需要將它們頻繁地再施加到表面上，以便提供充足的脫模性。聚合物隔離涂料(如由聚四氟乙烯制備的那些)克服了油類、蠟、有機(jī)硅和其它臨時(shí)涂料的部分缺點(diǎn)，并且它們往往是更耐久的。然而，通常的情況是，與非耐久性的處理相比，聚合物隔離涂料要求涂層更厚，從而可能會(huì)產(chǎn)生厚度波動(dòng)，并且可能會(huì)難以施加。
此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些種類的聚合物(如半結(jié)晶聚合物)不會(huì)可靠且完全地與工具分開。結(jié)果，難以用此類聚合物復(fù)制工具的負(fù)像表面。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種方法，通過該方法可將種類廣泛的聚合物用于復(fù)制工具的負(fù)像表面。本發(fā)明提供一種具有所需的結(jié)構(gòu)化表面的聚合物制品的制備方法，該方法包括以下步驟(a)提供一種工具，其具有所需結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像表面；(b)使所述工具的負(fù)像表面與含有含氟苯并三唑的組合物接觸，從而產(chǎn)生經(jīng)涂敷的負(fù)像表面；(c)使經(jīng)涂敷的負(fù)像表面與樹脂接觸，從而在樹脂上產(chǎn)生所需的結(jié)構(gòu)化表面，該所需的結(jié)構(gòu)化表面具有幾何特征物；并且(d)從所述工具上取下樹脂。
通過本發(fā)明的方法在制品上形成的結(jié)構(gòu)化表面具有工具負(fù)像表面的復(fù)制物。該制品的結(jié)構(gòu)化表面具有至少一個(gè)其橫截面形狀符合要求的幾何特征物。本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案包括制備具有結(jié)構(gòu)化表面的膜。本發(fā)明的方法可用于制備未取向的和取向的制品(如膜)。取向的制品可以是單軸取向制品或雙軸取向制品。由本發(fā)明方法制備的結(jié)構(gòu)化復(fù)制表面可具有多個(gè)幾何特征物。所述的幾何特征物(一個(gè)或多個(gè))可以是長形的。所述的特征物(一個(gè)或多個(gè))可以與所述制品的第一面內(nèi)軸平行?；蛘?，可將它們以與第一面內(nèi)軸成任何所需角度的方式設(shè)置在制品上。所述方法可用于制備具有單一一層或多個(gè)單層的制品。各層可包含不同的聚合物材料。該制品可具有正的雙折射率或負(fù)的雙折射率。此外，本發(fā)明的方法可用于制備在其相互背對(duì)的兩側(cè)上都具有結(jié)構(gòu)化表面的制品。
由本發(fā)明的方法復(fù)制的幾何特征物(一個(gè)或多個(gè))可以為棱柱狀或透鏡狀的幾何特征物。幾何特征物(一個(gè)或多個(gè))可以是連續(xù)的或間斷的。其可為宏觀特征物或微觀特征物。其可具有如以下更充分討論的各種橫截面輪廓。位于復(fù)制表面上的幾何特征物可以重復(fù)或不重復(fù)。復(fù)制表面可具有多個(gè)其橫截面形狀相同的幾何特征物?；蛘?，它可具有多個(gè)其橫截面形狀不同的幾何特征物。
在本文中，以下術(shù)語和短語具有以下含義。
“橫截面形狀”及其明顯的變體是指由第二面內(nèi)軸和第三軸限定的幾何特征物的外緣結(jié)構(gòu)。幾何特征物的橫截面形狀與物理尺寸無關(guān)。
“拉伸比”及其明顯的變體是指沿著拉伸方向分開的兩個(gè)點(diǎn)在拉伸后的距離與相應(yīng)這兩點(diǎn)在拉伸之前的距離之比。
“幾何特征”及其明顯的變體是指存在于結(jié)構(gòu)化表面上的預(yù)定的一種或多種形狀。
“宏觀”用作前綴是指其修飾的術(shù)語具有高度為大于1mm的橫截面輪廓。
“金屬表面”及其明顯的變體是指由金屬或者其中還可含有類金屬的金屬合金涂敷或形成的表面?！敖饘佟笔侵钢T如鐵、金、鋁之類的元素，其特征通常在于具有延展性、可鍛性、有光澤、以及具有導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，該元素可與羥基形成堿，并可取代酸中的氫原子而形成鹽。“類金屬”是指具有某些金屬性質(zhì)以及/或者與金屬形成合金(如半導(dǎo)體)的非金屬元素，其還包括含有金屬的非金屬元素和/或類金屬摻雜物。
“微”或“微觀”用作前綴是指其修飾的術(shù)語具有高度為1mm或更小的橫截面輪廓。優(yōu)選該橫截面輪廓的高度為0.5mm或更小。更優(yōu)選該橫截面輪廓的高度為0.05mm或更小。
“單軸拉伸”及其明顯的變體是指抓持住制品的相對(duì)的邊緣并且僅在一個(gè)方向上對(duì)該制品進(jìn)行物理拉伸的行為。本發(fā)明所述的單軸拉伸應(yīng)該包括例如由于剪切作用(會(huì)在薄膜的多個(gè)部分中誘導(dǎo)瞬時(shí)的或相對(duì)極少量的雙軸拉伸)而在薄膜的均勻拉伸過程中產(chǎn)生的些許非理想狀態(tài)。
“結(jié)構(gòu)表面”是指在其上面具有至少一個(gè)幾何特征物的表面。
“結(jié)構(gòu)化表面”是指通過任何會(huì)賦予表面所需的一個(gè)或多個(gè)幾何特征物的技術(shù)形成的表面。
在疊層薄膜的情況中，除非另作說明，否則“單軸”或“真正單軸”應(yīng)該適用于薄膜中的各個(gè)單層。
附圖簡要說明通過以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案所做的詳細(xì)描述，可以更完全地理解本發(fā)明，其中

圖1為通過本發(fā)明方法制備的膜的剖視圖；圖2A-2E為根據(jù)本發(fā)明制備的制品的一些可供選擇的實(shí)施方案的端視圖；圖3A-3W示出可通過本發(fā)明方法制備的幾何特征物的一些可供選擇的輪廓的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的示意圖。
本發(fā)明可具有各種變化形式和替代形式。本發(fā)明的細(xì)節(jié)僅以舉例的方式顯示在附圖中。但其目的并不是將本發(fā)明限定于所描述的具體的實(shí)施方案。相反，其目的在于涵蓋落入本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有的變化形式、等同形式和可供選擇的形式。
發(fā)明詳述由本發(fā)明方法制備的制品和薄膜通常具有本體部分和表面結(jié)構(gòu)部分。圖1表示根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施方案制備的薄膜的端視圖。圖2A-2E為可通過本發(fā)明方法制備的一些可供選擇的實(shí)施方案的薄膜的端視圖。圖3A-3W示出可通過本發(fā)明方法制備的幾何特征物的一些可供選擇的實(shí)施方案。
參照?qǐng)D1，薄膜9具有具有一定厚度(Z)的本體或基體部分11，和具有一定高度(P)的表面部分13。表面部分13具有一系列平行的、在此表示為直角棱柱的幾何特征物15。幾何特征物15各自具有底寬(BW)和峰-峰間距(PS)。該薄膜的總厚度T等于P+Z之和。
本體或基體部分11包含制品中的位于薄膜9的底面17與表面部分15的最低點(diǎn)之間的那部分。在一些情況中，這一部分可在制品的整個(gè)寬度(W)上具有恒定的尺寸。在其它情況下，該尺寸可能會(huì)由于存在著其峰高不同的幾何特征物而發(fā)生改變。參見圖2E。
薄膜9具有第一面內(nèi)軸18、第二面內(nèi)軸20和第三軸22。在圖1中，第一面內(nèi)軸18與幾何特征物15的長度方向大體上平行。在圖1中，第一面內(nèi)軸垂直于薄膜9的端面。這三個(gè)軸彼此互相垂直。
本發(fā)明的方法可用于制備單軸取向薄膜。單軸取向可通過測定薄膜沿著第一面內(nèi)軸的折射率(n1)、沿著第二面內(nèi)軸的折射率(n2)、和沿著第三軸的折射率(n3)的差值來確定。本發(fā)明的單軸取向薄膜表現(xiàn)為n1≠n2且n1≠n3。此外，n2與n1的差以及n3與n1的差基本上彼此相等。本發(fā)明的薄膜優(yōu)選為真正單軸取向的。
本發(fā)明的方法還可用于提供相對(duì)雙折射率為小于或等于0.3的薄膜。在另一個(gè)實(shí)施方案中，相對(duì)雙折射率小于0.2，并且在又一個(gè)實(shí)施方案中，相對(duì)雙折射率小于0.1。相對(duì)雙折射率是根據(jù)下式計(jì)算得到的絕對(duì)值|n2-n3|/|n1-(n2+n3)/2|本發(fā)明的方法可用于制備具有至少一個(gè)棱柱狀或透鏡狀的幾何特征物的薄膜。該幾何特征物可以為大體上平行于薄膜的第一面內(nèi)軸的長形結(jié)構(gòu)體。如圖1所示，結(jié)構(gòu)化表面具有一系列的直角棱柱16。然而，可采用其它的幾何特征物及其組合。例如，參見圖2A-2E和圖3A-3W。圖2A表示幾何特征物不必有尖頂也不必在它們的底部處彼此接觸。圖2B表示幾何特征物可具有圓形的頂部和彎曲的面。圖2C表示幾何特征物的頂部可為平坦的。圖2D表示薄膜的兩個(gè)相背的表面均可具有結(jié)構(gòu)化的表面。圖2E表示幾何特征物可具有不同的基體厚度、峰高和底寬。
圖3A-3W示出了可用于提供結(jié)構(gòu)化表面的其它橫截面形狀。這些圖進(jìn)一步說明幾何特征物可具有凹陷(參見圖3A-3I和3T)或凸起(參見圖3J-3S和3U-3W)。在特征物具有凹陷的情況中，位于所述凹陷之間的升高區(qū)域可被認(rèn)為是圖3C中所示的凸起型特征物。
本發(fā)明的方法可用于提供可以以任何方式組合的各種特征物實(shí)施方案，以便得到所需結(jié)果。例如水平表面可具有分開的、帶有圓弧型頂部或平坦式頂部的特征物。此外，可以對(duì)任何這些特征物使用曲面。
如圖所示，本發(fā)明的方法可用于提供具有任何所需幾何形狀的特征物。它們可以相對(duì)于薄膜的Z軸對(duì)稱或不對(duì)稱。結(jié)構(gòu)化表面可具有單一一個(gè)特征物、排布成所需圖案的多個(gè)相同的特征物、或者排布成所需圖案的兩種或多種特征物的組合。另外，特征物的尺寸(如高度和/或?qū)挾?在整個(gè)結(jié)構(gòu)化表面上可以相同?；蛘撸鱾€(gè)特征物的尺寸有所不同。
本發(fā)明的方法通常包括提供聚合物樹脂的步驟，該聚合物樹脂能夠形成所需的結(jié)構(gòu)化表面，其中所述的結(jié)構(gòu)化表面是通過壓印、流延、共擠出或其它非機(jī)械加工技術(shù)而賦予其上的?？梢栽谛纬伤柚破返耐瑫r(shí)提供結(jié)構(gòu)化表面，或者可以在制品形成之后將結(jié)構(gòu)化表面賦予樹脂的第一表面。參照?qǐng)D4進(jìn)一步說明該方法。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的示意圖。在該方法中，提供工具24(其具有薄膜所需結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像)，并且通過主動(dòng)輥26A和26B來推動(dòng)工具24經(jīng)過模頭28中的口模(圖中未示出)。模頭28包含熔融裝置組件(melt train)的出口，所述的熔融裝置組件在此包括擠出機(jī)30，其具有用于接受顆粒、粉末等形式的干態(tài)聚合物樹脂的進(jìn)料斗32。熔融樹脂離開模頭28來到工具24上。在模頭28和工具24之間形成空隙33。熔融樹脂接觸工具24并且硬化，從而形成聚合物薄膜34。然后在剝離輥36處將薄膜34的前端邊緣從工具24上剝離下來。隨后，如果需要的話，可將薄膜34送至拉伸裝置38。然后可在位置40處將所得的薄膜34卷繞成連續(xù)的卷。
應(yīng)該指出的是，不需要將膜34拉伸。因此，可以將未經(jīng)拉伸的薄膜34卷繞成薄膜卷、或者切成片并層疊以便進(jìn)一步使用。如果需要拉伸的話，可以在隨后的步驟中進(jìn)行拉伸，而不必如圖4所示的那樣在線拉伸。
有多種技術(shù)可用于賦予薄膜結(jié)構(gòu)化的表面。這些技術(shù)包括間歇技術(shù)和連續(xù)技術(shù)。它們包括以下步驟提供工具，所述工具具有一個(gè)為所需的結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像的表面；使聚合物薄膜的至少一個(gè)表面接觸該工具，其中接觸操作的時(shí)間和條件使得聚合物足以產(chǎn)生所需的結(jié)構(gòu)化表面的正像；以及從該工具上取下所得到的具有結(jié)構(gòu)化表面的聚合物。通常，所述工具的負(fù)像表面包含金屬表面。
雖然模頭28和工具24被描述為彼此相對(duì)地垂直布置，但是也可采用水平布置或其它布置方式。無論采用哪種具體的布置方式，模頭28都會(huì)在空隙33處將熔融樹脂提供給工具24。
模頭28以使得它可以朝著工具24移動(dòng)的方式安裝。這樣就允許將空隙33調(diào)節(jié)為所需的間距?？障兜某叽缡侨廴跇渲慕M成、熔融樹脂的粘度、以及用熔融樹脂大體上完全填滿該工具所需壓力的函數(shù)。
熔融樹脂的粘度為使得其優(yōu)選地(可任選地在施加真空、壓力、溫度、超聲波振動(dòng)、或機(jī)械方式的條件下)大體上填滿工具24中的空腔。當(dāng)樹脂大體上填滿工具24中的空腔時(shí)，所得薄膜的結(jié)構(gòu)化表面被稱為是復(fù)制而成的。
在上述樹脂是熱塑性樹脂的情況中，其通常以固體形式供應(yīng)到進(jìn)料斗32中。為擠出機(jī)30提供足夠的熱量以將固體樹脂轉(zhuǎn)化為熔融物料。通常，采用使上述工具通過被加熱的主動(dòng)輥26A的方式將該工具加熱?？梢圆捎?例如)使循環(huán)熱油通過主動(dòng)輥26A的方式或者采用感應(yīng)加熱的方式來加熱該主動(dòng)輥。工具24的溫度通常高于樹脂的軟化點(diǎn)溫度、但低于樹脂的分解溫度。
在可聚合樹脂(包括部分聚合的樹脂)的情況中，可以將該樹脂直接倒入或泵送到為模頭28供料的分配器中。如果該樹脂是活性樹脂，則本發(fā)明的方法包括一個(gè)或多個(gè)使該樹脂固化的附加步驟。例如，可通過將該樹脂在適當(dāng)?shù)妮椛淠芰吭聪卤┞兑欢螘r(shí)間而使其固化，其中該時(shí)間為足以使該樹脂硬化并且使得可將其從工具24上取下的這樣一段時(shí)間，所述的輻射能量源例如為諸如紫外光、紅外輻射、電子束輻射、可見光之類的光化輻射。
可以采用各種方法將熔融的薄膜冷卻以便使該薄膜硬化，從而用于進(jìn)一步加工。這些方法包括將水噴到擠出的樹脂上、使上述工具的非結(jié)構(gòu)化表面與冷卻輥接觸、或者使空氣直接沖擊到薄膜上。
前述討論集中于同時(shí)形成薄膜與結(jié)構(gòu)化表面的技術(shù)?？捎糜诒景l(fā)明的另一種技術(shù)包括使工具接觸預(yù)成形的薄膜的第一表面。然后對(duì)薄膜/工具的組合施加壓力、加熱、或施加壓力并加熱，直到薄膜表面被軟化至足以在該薄膜上產(chǎn)生所需的結(jié)構(gòu)化表面為止。優(yōu)選的是，使薄膜表面軟化至足以完全填滿該工具中的空腔。隨后，將薄膜冷卻并且從母模上取下。
如以上指出的那樣，工具具有所需的結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像(即，負(fù)像表面)。因此，該工具具有形成預(yù)定圖案的凸起和凹陷(或空腔)?？墒构ぞ叩呢?fù)像表面與樹脂接觸，以便在結(jié)構(gòu)化表面上產(chǎn)生相對(duì)于第一面內(nèi)軸或第二面內(nèi)軸為任何排列方式的幾何特征物。由此，例如圖1所示的幾何特征物可以沿制品的加工方向、長度方向、橫向、或?qū)挾确较蚺帕小?br> 在復(fù)制步驟的一個(gè)實(shí)施方案中，至少50％的工具空腔被樹脂填充。在另一個(gè)實(shí)施方案中，至少75％的工具空腔被樹脂填充。在又一個(gè)實(shí)施方案中，至少90％的工具空腔被樹脂填充。在再一個(gè)實(shí)施方案中，至少95％的工具空腔被樹脂填充。在另一個(gè)實(shí)施方案中，至少98％的工具空腔被樹脂填充。
當(dāng)被樹脂填充的空腔為至少75％時(shí)，許多應(yīng)用可以取得足夠的負(fù)像精度。然而，當(dāng)被樹脂填充的空腔為至少90％時(shí)，可以取得較好的負(fù)像精度。當(dāng)被樹脂填充的空腔為至少98％時(shí)，可以取得最佳的負(fù)像精度。
用于產(chǎn)生所需結(jié)構(gòu)化表面的工具在負(fù)像表面上具有含有含氟苯并三唑的涂層。優(yōu)選的是，含氟苯并三唑在工具上形成基本連續(xù)的單層。分子形成“基本連續(xù)的單層薄膜”是指單個(gè)分子以其分子結(jié)構(gòu)所允許的密集程度堆積在一起。據(jù)信，薄膜的自組裝方式為本發(fā)明的分子中的三唑基團(tuán)附著在工具的金屬/類金屬表面所提供的可用區(qū)域上，而碳氟化合物尾部側(cè)基則基本朝界面外排列。
單層薄膜的效果和在表面上形成單層膜的程度通常取決于化合物與工具的具體的金屬表面或類金屬表面之間的結(jié)合強(qiáng)度以及涂膜表面的使用條件。例如，一些金屬表面或類金屬表面可能會(huì)需要粘附性強(qiáng)的單層薄膜，而其它的此類表面則需要結(jié)合強(qiáng)度較低的單層薄膜?？捎玫慕饘俦砻婧皖惤饘俦砻姘膳c本發(fā)明的化合物成鍵的任何表面，并且優(yōu)選的是，該表面會(huì)形成單層薄膜或基本連續(xù)的單層薄膜。用于形成所述單層薄膜的合適表面的實(shí)例包括含有銅、鎳、鉻、鋅、銀、鍺及它們的合金的那些。
可以通過使表面與足以涂敷整個(gè)表面的量的含氟苯并三唑接觸來形成單層薄膜或基本連續(xù)的單層薄膜?？梢詫⒒衔锶芙庥诤线m的溶劑中，將所得組合物施加到表面上，然而使其干燥。合適的溶劑包括乙酸乙酯、2-丙醇、乙酸酯、2-丙醇、丙酮、水和它們的混合物。或者，可以將含氟苯并三唑由氣相沉積到表面上。可以通過用溶劑洗滌基材和/或通過使用經(jīng)處理的基材來除去任何過量的化合物。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，含氟苯并三唑不僅與金屬和類金屬表面化學(xué)鍵合，而且它們還為這些表面提供(例如)隔離特性和/或耐腐蝕特性。這些化合物的特征在于它們具有可以與金屬或類金屬表面(例如上述的母模工具)鍵合的頭部基團(tuán)，以及在極性和/或官能性方面與待隔離的物質(zhì)適當(dāng)?shù)夭煌奈膊?。這些化合物形成單層或?qū)嵸|(zhì)上單層的、耐久的自組裝膜。含氟苯并三唑包括由下式表示的那些 其中Rf為CnF2n+1-(CH2)m-，其中n為1到22的整數(shù)，m為0、或1到22的整數(shù)；X為-CO2-、-SO3-、-CONH-、-O-、-S-、共價(jià)鍵、-SO2NR-、或-NR-，其中R為H或C1到C5亞烷基；Y為-CH2-，其中z為0或1；R1為H、低級(jí)烷基或Rf-X-Yz-，條件是當(dāng)X為-S-或-O-時(shí)，m為0，并且z為0，n≥7，而當(dāng)X為共價(jià)鍵時(shí)，m或z至少為1。優(yōu)選的是，n+m等于8到20的整數(shù)。
一類可用作脫模劑的、特別有用的含氟苯并三唑組合物包括一種或多種由下式表示的化合物
其中Rf為CnF2n+1-(CH2)m-，其中n為1到22，m為0、或1到22的整數(shù)；X為-CO2-、-SO3-、-S-、-O-、-CONH-、共價(jià)鍵、-SO2NR-、或-NR-，其中R為H或C1到C5亞烷基，并且q為0或1；Y為C1-C4亞烷基，并且z為0或1；R1為H、低級(jí)烷基或Rf-X-Yz-。此類材料在美國專利No.6,376,065中有所描述。
本發(fā)明的方法可包括拉伸步驟。例如，所述制品可以是單軸取向(包括單向取向)的或雙軸取向的。此外，本發(fā)明的方法可任選地包括在拉伸之前進(jìn)行的預(yù)處理步驟，例如提供烘箱或其它裝置。預(yù)處理步驟可包括預(yù)熱區(qū)和均熱區(qū)。本發(fā)明的方法還可以包括后處理步驟。例如，可首先將薄膜熱定形并且隨后淬火。
通常，用于本發(fā)明中的聚合物可為結(jié)晶、半結(jié)晶、液晶或無定形的聚合物或共聚物。應(yīng)該理解，在聚合物領(lǐng)域中普遍認(rèn)為聚合物通常不是完全結(jié)晶的，因此在本發(fā)明中，結(jié)晶或半結(jié)晶的聚合物是指非無定形的那些聚合物，并且包括任何通常稱為結(jié)晶性、部分結(jié)晶性、半結(jié)晶性材料等的那些材料。液晶聚合物(有時(shí)也稱為剛性棒狀聚合物)在本領(lǐng)域中被理解為其具有不同于三維晶序的某種長程有序的形式。
本發(fā)明預(yù)期可以使用可熔融加工成薄膜形式或者可固化成薄膜形式的任何聚合物。這些聚合物可包括(但不限于)以下種類的均聚物、共聚物、以及可以被固化成聚合物的低聚物，所述種類為聚酯類(如，聚對(duì)苯二甲酸亞烷基二醇酯(如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、以及聚對(duì)苯二甲酸-1，4-環(huán)己烷二亞甲基二醇酯)、聚聯(lián)苯甲酸亞乙基酯、聚萘二甲酸亞烷基二醇酯(如，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其異構(gòu)體(如，2，6-、1，4-、1，5-、2，7-和2，3-PEN)和聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)及其異構(gòu)體)、以及液晶聚酯)；聚芳酯類；聚碳酸酯類(如，雙酚A聚碳酸酯)；聚酰胺類(如，聚酰胺6、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺46、聚酰胺66、聚酰胺69、聚酰胺610、和聚酰胺612、芳族聚酰胺和聚鄰苯二甲酰胺)；聚醚-酰胺類；聚酰胺-酰亞胺類；聚酰亞胺類(如，熱塑性聚酰亞胺和聚丙烯酸酰亞胺)；聚醚-酰亞胺類；聚烯烴或聚亞烷基聚合物類(如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚異丁烯和聚(4-甲基)戊烯)；離聚物類，例如SurlynTM(可得自位于美國特拉華州Wilmington市的E.I.du Pont de Nemours & Co.)；聚乙酸乙烯酯；聚乙烯醇和乙烯-乙烯醇共聚物；聚甲基丙烯酸酯類(如，聚甲基丙烯酸異丁酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸甲酯)；聚丙烯酸酯類(如，聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯和聚丙烯酸丁酯)；聚丙烯腈；含氟聚合物類(如，全氟烷氧基樹脂、聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚乙烯-co-三氟乙烯、聚(乙烯-alt-三氟氯乙烯)、和THVTM(由3M出品))；氯化聚合物類(如，聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯)；聚芳醚酮類(如，聚醚醚酮(“PEEK”))；脂肪族聚酮類(如，乙烯或丙烯與二氧化碳形成的共聚物以及乙烯和丙烯與二氧化碳形成的三元共聚物)；任何立構(gòu)規(guī)整性的聚苯乙烯類(如，無規(guī)立構(gòu)的聚苯乙烯、全同立構(gòu)的聚苯乙烯和間規(guī)立構(gòu)的聚苯乙烯)和任何立構(gòu)規(guī)整性的被環(huán)-或鏈-取代的聚苯乙烯類(如，間規(guī)立構(gòu)的聚-α-甲基苯乙烯、和間規(guī)立構(gòu)的聚二氯苯乙烯)；這些苯乙烯類材料的任何的共聚物和共混物(如，苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)；乙烯基萘；聚醚類(如，聚苯醚、聚(二甲基苯醚)、聚環(huán)氧乙烷和聚甲醛)；纖維素類(如，乙基纖維素、醋酸纖維素、丙酸纖維素、醋酸丁酸纖維素和硝酸纖維素)；含硫聚合物(如，聚苯硫醚、聚砜、聚芳基砜和聚醚砜)；有機(jī)硅樹脂類；環(huán)氧樹脂類；彈性體類(如，聚丁二烯、聚異戊二烯和氯丁橡膠)和聚氨酯類。也可使用兩種或多種聚合物或共聚物的共混物或摻混物。
如上文指出，難于用半結(jié)晶聚合物(尤其是聚酯)來復(fù)制表面。通常，它們?cè)趶?fù)制過程中強(qiáng)烈地粘附到工具上。結(jié)果，很難在不對(duì)復(fù)制的表面造成破壞的條件下將它們從工具上取下?？捎糜诒景l(fā)明的半結(jié)晶熱塑性聚合物的實(shí)例包括半結(jié)晶聚酯。這些材料包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯的聚合物具有許多本發(fā)明所需的性質(zhì)。
用于聚酯的合適的單體和共聚單體可為二醇類或者二羧酸或二羧酸酯類。二羧酸類共聚單體包括(但不限于)對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、所有同分異構(gòu)的萘二甲酸(2，6-，1，2-，1，3-，1，4-，1，5-，1，6-，1，7-，1，8-，2，3-，2，4-，2，5-，2，8-萘二甲酸)、聯(lián)苯甲酸(例如4，4’-聯(lián)苯二甲酸及其異構(gòu)體)、反式-4，4’-1，2-二苯乙烯二甲酸及其異構(gòu)體、4，4’-二苯醚二甲酸及其異構(gòu)體、二羧基4，4’-二苯砜及其異構(gòu)體、二羧基4，4’-二苯甲酮及其異構(gòu)體、鹵代的芳香族二羧酸(例如2-氯對(duì)苯二甲酸和2，5-二氯對(duì)苯二甲酸)、其它取代的芳香族二羧酸(例如叔丁基間苯二甲酸和磺化間苯二甲酸鈉)、環(huán)烷烴二甲酸(例如1，4-環(huán)己烷二甲酸及其異構(gòu)體和2，6-十氫萘二甲酸及其異構(gòu)體)、雙環(huán)或多環(huán)的二羧酸(例如各種同分異構(gòu)的降莰烷二甲酸和降冰片烯二甲酸、金剛烷二甲酸和雙環(huán)辛烷二甲酸)、烷烴二甲酸(例如癸二酸、己二酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、壬二酸和十四烷雙酸)、任何稠環(huán)芳香族烴(例如茚、蒽、菲、苯并萘、芴等)的同分異構(gòu)的二羧酸?？墒褂闷渌闹咀濉⒎枷阕?、環(huán)烷烴或環(huán)烯烴的二羧酸?；蛘?，這些二羧酸單體的任何的酯(例如對(duì)苯二甲酸二甲酯)可用于代替二羧酸本身或與其組合使用。
合適的二醇共聚單體包括(但不限于)直鏈或支鏈的烷二醇或二元醇(例如乙二醇、丙二醇(例如1，3-丙二醇)、丁二醇(例如1，4-丁二醇)戊二醇(例如新戊二醇)、己二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇和更高級(jí)的二醇)、醚二醇(例如二甘醇、三甘醇和聚乙二醇)、鏈-酯二醇(chain-ester diol) (如，丙酸3-羥基-2，2-二甲基丙基-3-羥基-2，2-二甲基丙基-3-羥基-2，2-二甲酯)、環(huán)烷烴二醇(例如1，4-環(huán)己烷二甲醇及其異構(gòu)體和1，4-環(huán)己二醇及其異構(gòu)體)、雙環(huán)或多環(huán)的二醇(例如各種同分異構(gòu)的三環(huán)癸烷二甲醇、降莰烷二甲醇、降冰片烯二甲醇和雙環(huán)辛烷二甲醇)、芳香族二醇(例如1，4-苯二甲醇及其異構(gòu)體、1，4-苯二酚及其異構(gòu)體、雙酚(例如雙酚A)、2，2’-二羥基聯(lián)苯及其異構(gòu)體、4，4’-二羥甲基聯(lián)苯及其異構(gòu)體、以及1，3-雙(2-羥基乙氧基)苯及其異構(gòu)體)、以及這些二醇的低級(jí)烷基醚或二醚(例如二醇的雙甲醚或雙乙醚(dimethyl or diethyl diol))?？墒褂闷渌闹咀?、芳香族、環(huán)烷基和環(huán)烯基的二醇。
也可使用三官能或多官能的共聚單體，其可起到為聚酯分子賦予分支結(jié)構(gòu)的作用。它們可為羧酸、酯、含羥基化合物或醚類型的物質(zhì)。其實(shí)例包括(但不限于)偏苯三酸及其酯、三羥甲基丙烷和季戊四醇。
其它適合作為共聚單體的單體為具有混合官能團(tuán)的單體，包括羥基羧酸類，例如對(duì)羥基苯甲酸和6-羥基-2-萘甲酸、以及它們的異構(gòu)體；以及具有混合官能團(tuán)的三官能或多官能的共聚單體，例如5-羥基間苯二甲酸等。
合適的聚酯共聚物包括PEN的共聚物(如，2，6-、1，4-、1，5-、2，7-和/或2，3-萘二甲酸或其酯與以下物質(zhì)形成的共聚物(a)對(duì)苯二甲酸或其酯；(b)間苯二甲酸或其酯；(c)鄰苯二甲酸或其酯；(d)烷基二醇；(e)環(huán)烷烴二醇(如，環(huán)己烷二甲醇)；(f)烷基二甲酸；和/或(g)環(huán)烷烴二甲酸(如，環(huán)己烷二甲酸))、以及聚對(duì)苯二甲酸亞烷基二醇酯的共聚物(對(duì)苯二甲酸或其酯與以下物質(zhì)形成的共聚物(a)萘二甲酸或其酯；(b)間苯二甲酸或其酯；(c)鄰苯二甲酸或其酯；(d)烷基二醇；(e)環(huán)烷烴二醇(如，環(huán)己烷二甲醇)；(f)烷基二甲酸；和/或(g)環(huán)烷烴二甲酸(如，環(huán)己烷二甲酸))。所述的共聚聚酯也可為顆粒料的共混物，其中至少一個(gè)組分是基于某一種聚酯的聚合物，其它的一個(gè)或多個(gè)組分是其它聚酯或聚碳酸酯(為均聚物或共聚物)。
本發(fā)明的方法可用于制備可在種類廣泛的應(yīng)用中使用的產(chǎn)品，所述應(yīng)用包括輪胎簾子線、過濾介質(zhì)、磁帶背襯、擦拭用品(例如皮膚擦拭用品)、微流體薄膜、模糊濾鏡、偏振器、反射偏振器、二向色性偏振器、對(duì)齊的反射/二向色性偏振器、吸收偏振器、延遲器(包括z軸延遲器)、衍射光柵、增亮膜和偏振衍射光柵。所述薄膜可具有其自身的特定元件，或者可以將它們用作另一種物件(例如輪胎、過濾器、膠帶、分束器(如，用于前投和背投系統(tǒng)的分束器))中的零件，或者用作顯示器或微顯示器中使用的增亮膜。
在上述說明中，元件的位置有時(shí)以術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“頂”和“底”的方式進(jìn)行描述。使用這些術(shù)語僅僅是為了簡化對(duì)本發(fā)明各種元件(例如在附圖中示出的那些)所做的說明。不應(yīng)將它們理解為對(duì)本發(fā)明的元件可用的方位產(chǎn)生任何限制。
因此，不應(yīng)將本發(fā)明看作是受限于上述的具體實(shí)例，而是應(yīng)該理解為涵蓋權(quán)利要求書中清楚闡述的本發(fā)明的所有方面?？蛇m用于本發(fā)明的各種變化形式、等同形式、以及多種結(jié)構(gòu)對(duì)于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在閱覽本發(fā)明的說明書之后都是顯而易見的。權(quán)利要求書涵蓋這些變化形式和手段。
實(shí)施例實(shí)施例1將特性粘度(I.V.)為0.74的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)(可得自位于美國田納西州Kingsport市的Eastman Chemical公司)用于本實(shí)施例。
將PET顆粒干燥以除去殘余水分、并且在氮?dú)獯祾叩臈l件下，將其裝載到擠出機(jī)料斗的擠出部分中。在擠出機(jī)以及與之相連的熔融裝置組件內(nèi)一直到模頭為232℃到282℃的升溫分布、而模頭被設(shè)置為282℃的條件下將PET擠出。在沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處連續(xù)監(jiān)控熔融裝置組件的壓力并且取平均值，然后使模頭緊密地靠近將在其上形成聚合物薄膜的工具(該工具同時(shí)使薄膜的與之相對(duì)的第一表面結(jié)構(gòu)化)。
所述工具為結(jié)構(gòu)化的帶狀物，其具有用于在流延薄膜上形成結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像。該結(jié)構(gòu)化表面具有一系列重復(fù)而連續(xù)的三棱柱。該三棱柱的三角形截面形成鋸齒狀圖案。各個(gè)棱柱的位于基面上的頂點(diǎn)由與之靠近的、相鄰的結(jié)構(gòu)體所共用。所述棱柱沿著流延或加工方向(MD)排列。該工具的結(jié)構(gòu)化表面涂有由下式表示的、如美國專利6,376,065中所披露的含氟苯并三唑 其中Rf為C8F17，R為-(CH2)2-。將該工具安裝在溫度受控的轉(zhuǎn)筒(rotating can)上，所述轉(zhuǎn)筒可以使工具表面沿著流延方向(MD)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)測量，工具表面溫度的平均值為92℃。
使模頭口模(用于使熔融聚合物離開熔融裝置組件)與旋轉(zhuǎn)的帶狀工具緊密靠近，從而在所述工具和模頭之間形成最終的狹縫。隨著模頭與該工具相距越來越近，沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處的壓力會(huì)升高。這一最終壓力與之前記錄的壓力這二者之差被稱為狹縫壓降。本實(shí)施例中的狹縫壓降為7.37×106Pa(1070psi)，從而提供了足夠的壓力以便推動(dòng)熔融聚合物進(jìn)入由工具負(fù)像結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)化腔中。由此形成的、并且被結(jié)構(gòu)化的薄膜借助于工具的轉(zhuǎn)動(dòng)而從狹縫中被傳送出來，用附加空氣對(duì)其進(jìn)行冷卻淬火，從工具上將其剝離下來并且卷繞成卷。流延薄膜的總厚度(包括結(jié)構(gòu)體的高度)(T)為大約510微米。
經(jīng)流延和卷繞而得到的聚合物薄膜精密地復(fù)制了上述工具所具有的結(jié)構(gòu)。使用顯微鏡觀察橫截面，結(jié)果在薄膜表面上識(shí)別出這樣一種棱柱狀結(jié)構(gòu)其頂角為約85°，其截面三角形的一個(gè)側(cè)邊相對(duì)于薄膜基體的水平線傾斜成20°、而與該側(cè)邊相對(duì)的那個(gè)側(cè)邊相對(duì)于垂直線傾斜成15°。所測的剖面表現(xiàn)出期望得到的、具有平直邊緣和微圓形頂部的、接近于直角三角形的形狀。經(jīng)測量，復(fù)制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有44微米的底寬(BW)和19微米的高度(P)。峰-峰間距(PS)近似地與底寬(BW)相等。所用工具也會(huì)存在缺陷，其可能會(huì)與標(biāo)稱尺寸之間有小的偏差。
將結(jié)構(gòu)化的流延薄膜切成縱橫比為10∶7(沿著凹槽的尺寸垂直于凹槽的尺寸)的片，將其預(yù)熱到約100℃(在氣室中測得)，使用間歇拉幅機(jī)工藝、以接近真正單軸的方式、沿著棱柱的連續(xù)長度方向拉伸到6.4倍(標(biāo)稱拉伸比)并且立即松弛使得拉伸比達(dá)到6.3。在拉伸溫度下完成從6.4倍到6.3倍的松弛操作，以控制最終薄膜的收縮情況。所得薄膜的結(jié)構(gòu)化表面仍然保持棱柱形狀，并且該棱柱形狀具有相當(dāng)平直的橫截面邊緣(即，相當(dāng)平坦的面)和近似相似的形狀。通過用顯微鏡對(duì)橫截面進(jìn)行測量，結(jié)果拉伸后的底寬(BW′)為16.5微米，拉伸后的峰高(P′)為5.0微米。經(jīng)測量，薄膜的最終厚度(包括結(jié)構(gòu)體的高度)(T′)為180微米。使用Metricon棱鏡耦合器(可得自位于美國新澤西州Piscataway市的Metricon公司)在632.8nm的波長下、在拉伸后的薄膜的背面上測量折射率。經(jīng)測量，沿著第一面內(nèi)方向(沿著棱柱的方向)、第二面內(nèi)方向(橫跨棱柱的方向)和厚度方向上的折射率分別為1.672、1.549和1.547。因此，該拉伸材料的橫截面內(nèi)的相對(duì)雙折射率為0.016。
實(shí)施例2將特性粘度(I.V.)為0.74的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)(可得自位于美國田納西州Kingsport市的Eastman Chemical公司)用于本實(shí)施例。
將PET顆粒干燥以除去殘余水分、并且在氮?dú)獯祾叩臈l件下，將其裝載到擠出式料斗中。在擠出機(jī)以及與之相連的熔融裝置組件內(nèi)為大約282℃的恒溫分布、而模頭也被設(shè)置為282℃的條件下將PET擠出。在沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處連續(xù)監(jiān)控熔融裝置組件的壓力并且取平均值，然后使模頭緊密地靠近將在其上形成聚合物薄膜的工具(該工具同時(shí)使薄膜的與之相對(duì)的第一表面結(jié)構(gòu)化)。
所述工具為結(jié)構(gòu)化的帶狀物，其具有所需的、用于在流延薄膜上形成結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像。該結(jié)構(gòu)化表面具有一系列重復(fù)而連續(xù)的等腰直角三棱柱，其底寬(BW)為50微米，高度(P)接近25微米。各個(gè)棱柱的位于基面上的頂點(diǎn)由與之靠近的、相鄰的結(jié)構(gòu)體所共用。所述棱柱沿著流延方向(MD)排列。該工具的結(jié)構(gòu)化表面涂有由下式表示的含氟苯并三唑 其中Rf為C4F9，R為-(CH2)6-。將該工具安裝在溫度受控的轉(zhuǎn)筒上，所述轉(zhuǎn)筒可以使工具表面沿著流延方向(MD)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)測量，工具表面溫度的平均值為98℃。
使模頭口模(用于使熔融聚合物離開熔融裝置組件)與旋轉(zhuǎn)的帶狀工具緊密靠近，從而在所述工具和模頭之間形成最終的狹縫。隨著模頭與該工具相距越來越近，沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處的壓力會(huì)升高。這一最終壓力與之前記錄的壓力這二者之差被稱為狹縫壓降。本實(shí)施例中的狹縫壓降為7.92×106Pa(1150psi)，從而提供了足夠的壓力以便推動(dòng)熔融聚合物進(jìn)入由工具負(fù)像結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)化腔中。由此形成的、并且被結(jié)構(gòu)化的薄膜借助于工具的轉(zhuǎn)動(dòng)而從狹縫中被傳送出來，用附加空氣對(duì)其進(jìn)行冷卻淬火，從工具上將其剝離下來并且卷繞成卷。流延薄膜的總厚度(包括結(jié)構(gòu)體的高度)(T)為大約600微米。
經(jīng)流延和卷繞而得到的聚合物薄膜精密地復(fù)制了上述工具所具有的結(jié)構(gòu)。使用接觸式輪廓測量法(如，具有錐角為60°、半徑為2微米的觸頭的KLA-Tencor P-10)進(jìn)行測量。結(jié)果在薄膜表面上識(shí)別出一種清晰的、棱角分明的棱柱狀結(jié)構(gòu)。所測的剖面表現(xiàn)出期望得到的、具有平直邊緣和微圓形頂部的、接近于直角三角形的形狀。經(jīng)測量，復(fù)制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有50微米的底寬(BW)和23.4微米的高度(P)。峰-峰間距(PS)近似地與底寬(BW)相等。由于該觸頭探針?biāo)哂械男螤詈统叽?，所以輪廓測量法的分辨率的極限為大約1微米，因此實(shí)際的峰頂可能會(huì)高得多。此外，所用工具也會(huì)存在缺陷，其可能會(huì)與標(biāo)稱尺寸之間有小的偏差。由輪廓法測得的橫截面面積與理論計(jì)算得到的橫截面面積這二者的比值得到填充度計(jì)算值(acalculated fill)，該計(jì)算值為99％。
可以以類似于實(shí)施例1的方式對(duì)本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)化薄膜進(jìn)行拉伸。
實(shí)施例3在反應(yīng)容器中制得特性粘度(I.V.)為0.56的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
將PEN顆粒干燥以除去殘余水分、并且在氮?dú)獯祾叩臈l件下，將其裝載到擠出式料斗中。在擠出機(jī)以及與之相連的熔融裝置組件內(nèi)為288℃的恒溫分布、模頭也被設(shè)置為288℃的條件下將PEN擠出。在沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處連續(xù)監(jiān)控熔融裝置組件的壓力并且取平均值，然后使模頭緊密地靠近將在其上形成聚合物薄膜的工具(該工具同時(shí)使薄膜的與之相對(duì)的第一表面結(jié)構(gòu)化)。
所述工具為結(jié)構(gòu)化的帶狀物，其具有所需的、用于在流延薄膜上形成結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像。該結(jié)構(gòu)化表面具有一系列重復(fù)而連續(xù)的等腰直角三棱柱，其底寬(BW)為50微米，高度(P)接近25微米。各個(gè)棱柱的位于基面上的頂點(diǎn)由與之靠近的、相鄰的結(jié)構(gòu)體所共用。所述棱柱沿著流延方向(MD)排列。該工具的結(jié)構(gòu)化表面涂有由下式表示的含氟苯并三唑 其中Rf為C8F17，R為-(CH2)2-，如美國專利6,376,065所述。將該工具安裝在溫度受控的轉(zhuǎn)筒上，所述轉(zhuǎn)筒可以使工具表面沿著流延方向(MD)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)測量，工具表面溫度的平均值為144℃。
使模頭口模(用于使熔融聚合物離開熔融裝置組件)與旋轉(zhuǎn)的帶狀工具緊密靠近，從而在所述工具和模頭之間形成最終的狹縫。隨著模頭與該工具相距越來越近，沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處的壓力會(huì)升高。這一最終壓力與之前記錄的壓力這二者之差被稱為狹縫壓降。本實(shí)施例中的狹縫壓降為5.51×106Pa(800psi)，從而提供了足夠的壓力以便推動(dòng)熔融聚合物進(jìn)入由工具負(fù)像結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)化腔中。由此形成的、并且被結(jié)構(gòu)化的薄膜借助于工具的轉(zhuǎn)動(dòng)而從狹縫中被傳送出來，用附加空氣對(duì)其進(jìn)行冷卻淬火，從工具上將其剝離下來并且卷繞成卷。流延薄膜的總厚度(包括結(jié)構(gòu)體的高度)(T)為大約600微米。
經(jīng)流延和卷繞而得到的聚合物薄膜精密地復(fù)制了上述工具所具有的結(jié)構(gòu)。使用接觸式輪廓測量法(如，具有錐角為60°、半徑為2微米的觸頭的KLA-Tencor P-10)進(jìn)行測量。結(jié)果在薄膜表面上識(shí)別出一種清晰的、棱角分明的棱柱狀結(jié)構(gòu)。所測的剖面表現(xiàn)出期望得到的、具有平直邊緣和微圓形頂部的、接近于直角三角形的形狀。經(jīng)測量，復(fù)制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有50微米的底寬(BW)和23.3微米的高度(P)。峰-峰間距(PS)近似地與底寬(BW)相等。由于該觸頭探針?biāo)哂械男螤詈统叽?，所以輪廓測量法的分辨率的極限為大約1微米，因此實(shí)際的峰頂可能會(huì)高得多。此外，所用工具也會(huì)存在缺陷，其可能會(huì)與標(biāo)稱尺寸之間有小的偏差。為了更好地表征真實(shí)的填充程度，如，表征用工具進(jìn)行復(fù)制操作的精確度，把用于輪廓測量的橫截面擬合成三角形。采用由所測輪廓得到的數(shù)據(jù)，將邊緣擬合為沿著橫截面?zhèn)冗叺摹牡撞块_始測量時(shí)高度在5到15微米之間的直線。經(jīng)計(jì)算，理論峰高為24.6微米。由輪廓法測得的橫截面面積與理論計(jì)算得到的橫截面面積這二者的比值得到填充度計(jì)算值，該計(jì)算值為98.0％。
使用間歇拉幅機(jī)工藝，將結(jié)構(gòu)化流延薄膜以接近真正單軸的方式沿著棱柱的連續(xù)長度方向進(jìn)行拉伸。將薄膜預(yù)熱到165℃的標(biāo)稱溫度(在氣室中測得)，并且在該溫度下在25秒內(nèi)對(duì)其進(jìn)行勻速拉伸使得最終拉伸比為大約6倍(邊緣間距)。所得薄膜的結(jié)構(gòu)化表面仍然保持棱柱形狀，并且該棱柱形狀具有相當(dāng)平直的橫截面邊緣(即，相當(dāng)平坦的面)和近似相似的形狀。
表1示出在與流延薄膜的中心相距不同距離的位置處的拉伸效果。

實(shí)施例4在反應(yīng)容器中制得特性粘度(I.V.)為0.56的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
將PEN顆粒干燥以除去殘余水分、并且在氮?dú)獯祾叩臈l件下，將其裝載到擠出式料斗中。在擠出機(jī)以及與之相連的熔融裝置組件內(nèi)為288℃的恒溫分布、模頭也被設(shè)置為288℃的條件下將PEN擠出。在沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處連續(xù)監(jiān)控熔融裝置組件的壓力并且取平均值，然后使模頭緊密地靠近將在其上形成聚合物薄膜的工具(該工具同時(shí)使薄膜的與之相對(duì)的第一表面結(jié)構(gòu)化)。
所述工具為結(jié)構(gòu)化的帶狀物，其具有所需的、用于在流延薄膜上形成結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像。該結(jié)構(gòu)化表面具有一系列重復(fù)而連續(xù)的等腰直角三棱柱，其底寬(BW)為50微米，高度(P)接近25微米。各個(gè)棱柱的位于基面上的頂點(diǎn)由與之靠近的、相鄰的結(jié)構(gòu)體所共用。所述棱柱沿著流延方向(MD)排列。該工具的結(jié)構(gòu)化表面涂有由下式表示的、如美國專利6,376,065中所披露的含氟苯并三唑 其中Rf為C8F17，R為-(CH2)2-。將該工具安裝在溫度受控的轉(zhuǎn)筒上，所述轉(zhuǎn)筒可以使工具表面沿著流延方向(MD)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)測量，工具表面溫度的平均值為153℃。
使模頭口模(用于使熔融聚合物離開熔融裝置組件)與旋轉(zhuǎn)的帶狀工具緊密靠近，從而在所述工具和模頭之間形成最終的狹縫。隨著模頭與該工具相距越來越近，沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處的壓力會(huì)升高。這一最終壓力與之前記錄的壓力這二者之差被稱為狹縫壓降。本實(shí)施例中的狹縫壓降為4.13×106Pa(600psi)，從而提供了足夠的壓力以便推動(dòng)熔融聚合物進(jìn)入由工具負(fù)像結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)化腔中。由此形成的、并且被結(jié)構(gòu)化的薄膜借助于工具的轉(zhuǎn)動(dòng)而從狹縫中被傳送出來，用附加空氣對(duì)其進(jìn)行冷卻淬火，從工具上將其剝離下來并且卷繞成卷。流延薄膜的總厚度(包括結(jié)構(gòu)體的高度)(T)為大約600微米。
經(jīng)流延和卷繞而得到的聚合物薄膜精密地復(fù)制了上述工具所具有的結(jié)構(gòu)。使用接觸式輪廓測量法(如，具有錐角為60°、半徑為2微米的觸頭的KLA-Tencor P-10)進(jìn)行測量。結(jié)果在薄膜表面上識(shí)別出一種清晰的、棱角分明的棱柱狀結(jié)構(gòu)。所測的剖面表現(xiàn)出期望得到的、具有平直邊緣和微圓形頂部的、接近于直角三角形的形狀。經(jīng)測量，復(fù)制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有數(shù)十微米的底寬(BW)和23.5微米的高度(P)。峰-峰間距(PS)近似地與底寬(BW)相等。由于該觸頭探針?biāo)哂械男螤詈统叽纾暂喞獪y量法的分辨率的極限為大約1微米，因此實(shí)際的峰頂可能會(huì)高得多。此外，所用工具也會(huì)存在缺陷，其可能會(huì)與標(biāo)稱尺寸之間有小的偏差。為了更好地表征真實(shí)的填充程度，如，表征用工具進(jìn)行復(fù)制操作的精確度，把用于輪廓測量的橫截面擬合成三角形。采用由所測輪廓得到的數(shù)據(jù)，將邊緣擬合為沿著橫截面?zhèn)冗叺?、從底部開始測量時(shí)高度在5到15微米之間的直線。經(jīng)計(jì)算，理論峰高為24.6微米，內(nèi)頂角(included apex angle)為91.1°。由輪廓法測得的橫截面面積與理論計(jì)算得到的橫截面面積這二者的比值得到填充度計(jì)算值，該計(jì)算值為98.0％。
使用間歇拉幅機(jī)工藝，將結(jié)構(gòu)化流延薄膜以接近真正單軸的方式沿著棱柱的連續(xù)長度方向進(jìn)行拉伸。將薄膜預(yù)熱到158℃的標(biāo)稱溫度，從而在該溫度下在90秒內(nèi)對(duì)其進(jìn)行勻速拉伸使得最終拉伸比為大約6倍(邊緣間距)。所得薄膜的結(jié)構(gòu)化表面仍然保持棱柱形狀，并且該棱柱形狀具有相當(dāng)平直的橫截面邊緣(即，相當(dāng)平坦的面)和近似相似的形狀。
采用與流延薄膜所用方法相同的接觸式輪廓測量法來檢測拉伸后的薄膜。通過用顯微鏡對(duì)橫截面進(jìn)行測量，結(jié)果拉伸后的底寬(BW′)為22微米，拉伸后的峰高(P′)為8.5微米。經(jīng)計(jì)算，薄膜的最終厚度(包括結(jié)構(gòu)體的高度)(T′)為220微米。使用Metricon棱鏡耦合器(可得自位于美國新澤西州Piscataway市的Metricon公司)在632.8nm的波長下、在拉伸后的薄膜的背面上測量折射率。經(jīng)測量，沿著第一面內(nèi)方向(沿著棱柱的方向)、第二面內(nèi)方向(橫跨棱柱的方向)和厚度方向上的折射率分別為1.790、1.577和1.554。因此，該拉伸材料的橫截面內(nèi)的相對(duì)雙折射率為0.10。
采用輪廓測量法所得到的數(shù)據(jù)，由表觀橫截面面積的比值得到拉伸比測估值為6.4(沒有對(duì)拉伸和取向時(shí)的密度變化進(jìn)行校正)。采用該拉伸比值6.4和輪廓測定法所得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算出形狀保持參數(shù)為0.94。
實(shí)施例5在反應(yīng)容器中制得這樣一種共聚物，經(jīng)過對(duì)該共聚物中的羧酸酯(對(duì)苯二甲酸酯和萘二甲酸酯)部分(亞單元)的比例進(jìn)行測定，結(jié)果該共聚物包含40摩爾％聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)結(jié)構(gòu)單元(character)和60摩爾％聚萘二甲酸乙二醇酯結(jié)構(gòu)單元的共聚物(所謂的40/60coPEN)。其特性粘度(I.V.)為大約0.5。
將40/60coPEN樹脂干燥以除去殘余水分、并且在氮?dú)獯祾叩臈l件下，將其裝載到擠出式料斗中。在擠出機(jī)以及與之相連的熔融裝置組件內(nèi)為285-277℃的降溫分布、而模頭被設(shè)置為288℃的條件下將所述的40/60coPEN擠出。在沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處連續(xù)監(jiān)控熔融裝置組件的壓力并且取平均值，然后使模頭緊密地靠近將在其上形成聚合物薄膜的工具(該工具同時(shí)使薄膜的與之相對(duì)的第一表面結(jié)構(gòu)化)。
所述工具為結(jié)構(gòu)化的帶狀物，其具有所需的、用于在流延薄膜上形成結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像。該結(jié)構(gòu)化表面具有一系列重復(fù)而連續(xù)的等腰直角三棱柱，其底寬(BW)為50微米，高度(P)接近25微米。各個(gè)棱柱的位于基面上的頂點(diǎn)由與之靠近的、相鄰的結(jié)構(gòu)體所共用。所述棱柱沿著流延方向(MD)排列。該工具的結(jié)構(gòu)化表面涂有由下式表示的、如美國專利6,376,065中所披露的含氟苯并三唑
其中Rf為C4F9，R為-(CH2)6-。將該工具安裝在溫度受控的轉(zhuǎn)筒上，所述轉(zhuǎn)筒可以使工具表面沿著流延方向(MD)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)測量，工具表面溫度的平均值為102℃。
使模頭口模(用于使熔融聚合物離開熔融裝置組件)與旋轉(zhuǎn)的帶狀工具緊密靠近，從而在所述工具和模頭之間形成最終的狹縫。隨著模頭與該工具相距越來越近，沿著熔融裝置組件設(shè)置的多個(gè)監(jiān)控位置中的最后監(jiān)控位置處的壓力會(huì)升高。這一最終壓力與之前記錄的壓力這二者之差被稱為狹縫壓降。本實(shí)施例中的狹縫壓降為4.23×106Pa(614psi)，從而提供了足夠的壓力以便推動(dòng)熔融聚合物進(jìn)入由工具負(fù)像結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)化腔中。由此形成的、并且被結(jié)構(gòu)化的薄膜借助于工具的轉(zhuǎn)動(dòng)而從狹縫中被傳送出來，用附加空氣對(duì)其進(jìn)行冷卻淬火，從工具上將其剝離下來并且卷繞成卷。流延薄膜的總厚度(包括結(jié)構(gòu)體的高度)(T)為大約560微米。
經(jīng)流延和卷繞而得到的聚合物薄膜精密地復(fù)制了上述工具所具有的結(jié)構(gòu)。使用接觸式輪廓測量法(如，具有錐角為60°、半徑為2微米的觸頭的KLA-Tencor P-10)進(jìn)行測量。結(jié)果在薄膜表面上識(shí)別出一種清晰的、棱角分明的棱柱狀結(jié)構(gòu)。所測的剖面表現(xiàn)出期望得到的、具有平直邊緣和微圓形頂部的、接近于直角三角形的形狀。經(jīng)測量，復(fù)制在聚合物薄膜表面上的棱柱具有49.9微米的底寬(BW)和23.5微米的高度(P)。峰-峰間距(PS)近似地與底寬(BW)相等。由于該觸頭探針?biāo)哂械男螤詈统叽?，所以輪廓測量法的分辨率的極限為大約1微米，因此實(shí)際的峰頂可能會(huì)高得多。此外，所用工具也會(huì)存在缺陷，其可能會(huì)與標(biāo)稱尺寸之間有小的偏差。為了更好地表征真實(shí)的填充程度，如，表征用工具進(jìn)行復(fù)制操作的精確度，把用于輪廓測量的橫截面擬合成三角形。采用由所測輪廓得到的數(shù)據(jù)，將邊緣擬合為沿著橫截面?zhèn)冗叺?、從底部開始測量時(shí)高度在5到15微米之間的直線。經(jīng)計(jì)算，理論峰高為24.6微米，內(nèi)頂角為91.1 °。由輪廓法測得的橫截面面積與理論計(jì)算得到的橫截面面積這二者的比值得到填充度計(jì)算值，該計(jì)算值為98.0％。
將結(jié)構(gòu)化流延薄膜以接近真正單軸的方式沿著棱柱的連續(xù)長度方向進(jìn)行拉伸。采用實(shí)驗(yàn)室拉伸機(jī)來實(shí)施該操作。將薄膜預(yù)熱到103℃并持續(xù)60秒，并且在該溫度下在20秒內(nèi)對(duì)其進(jìn)行勻速拉伸使得最終拉伸比為大約6倍(邊緣間距)。所得薄膜的結(jié)構(gòu)化表面仍然保持棱柱形狀，并且該棱柱形狀具有相當(dāng)平直的橫截面邊緣(即，相當(dāng)平坦的面)和近似相似的形狀。使用Metricon棱鏡耦合器(可得自位于美國新澤西州Piscataway市的Metricon公司)在632.8nm的波長下、在拉伸后的薄膜的背面上測量折射率。經(jīng)測量，沿著第一面內(nèi)方向(沿著棱柱的方向)、第二面內(nèi)方向(橫跨棱柱的方向)和厚度方向上的折射率分別為1.758、1.553和1.551。因此，該拉伸材料的橫截面內(nèi)的相對(duì)雙折射率為0.0097。
實(shí)施例6根據(jù)美國專利申請(qǐng)公開2004/0227994 A1中的實(shí)施例1-4所述的過程通過流延操作制成多層光學(xué)薄膜，并且除去保護(hù)用聚丙烯表層。所用的低折射率聚合物為co-PET。
將多層光學(xué)薄膜切成片并且在60℃的烘箱中干燥至少2小時(shí)。將臺(tái)板加熱到115℃。將所得薄膜按照以下順序堆疊成多層結(jié)構(gòu)紙板、鍍鉻的黃銅板(約3mm厚)、隔離襯、鎳質(zhì)微結(jié)構(gòu)化工具、多層光學(xué)薄膜、隔離襯、鍍鉻的黃銅板(約3mm厚)和紙板。將所得的構(gòu)造置于臺(tái)板之間并且閉合。在1.38×105Pa(20psi)的壓力下維持60秒。
鎳質(zhì)微結(jié)構(gòu)化工具的結(jié)構(gòu)化表面具有一系列重復(fù)而連續(xù)的三棱柱，其頂角為90°、底寬(BW)為10微米、高度(P)為約5微米。各個(gè)棱柱的位于基面上的頂點(diǎn)由與之靠近的、相鄰的結(jié)構(gòu)體所共用。
將壓印后的片狀薄膜切成縱橫比為10∶7(沿著凹槽的尺寸橫跨凹槽的尺寸)的片。使用間歇拉幅機(jī)工藝，將結(jié)構(gòu)化的多層光學(xué)薄膜以接近真正單軸的方式沿著棱柱的連續(xù)長度方向進(jìn)行拉伸。將薄膜預(yù)熱到接近100℃，在約20秒內(nèi)將其拉伸到拉伸比為大約6倍，然后在其仍然處于拉幅機(jī)中的時(shí)候、在拉伸溫度下使其拉伸程度降低大約10％，以控制薄膜的收縮情況。經(jīng)測量，薄膜的最終厚度(包括結(jié)構(gòu)體的高度)(T′)為150微米。使用Metricon棱鏡耦合器(可得自位于美國新澤西州Piscataway市的Metricon公司)在632.8nm的波長下、在拉伸后的薄膜的背面上測量折射率。經(jīng)測量，沿著第一面內(nèi)方向(沿著棱柱的方向)、第二面內(nèi)方向(橫跨棱柱的方向)和厚度方向上的折射率分別為1.699、1.537和1.534。因此，該拉伸材料的橫截面內(nèi)的相對(duì)雙折射率為0.018。
實(shí)施例7以如下方式構(gòu)造一種取向的、微復(fù)制的結(jié)構(gòu)體，所述方式為通過在125℃下壓縮模塑4分鐘，將節(jié)距為125微米的、90°棱柱狀的凹槽壓印到0.010英寸厚的流延PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜中。把經(jīng)過工具結(jié)構(gòu)化的薄膜在冰水中淬火。在取出薄膜并且干燥之后，在128℃下將薄膜沿著其凹槽的長軸拉伸5倍。這會(huì)產(chǎn)生5％的橫向收縮，并使得最終節(jié)距為大約62微米。經(jīng)測量，沿著取向軸的折射率為1.84，而在橫向上的折射率為1.53。使用Metricon棱鏡耦合器在632.8nm的波長下、在所得薄膜的平坦的背面上測量折射率。
隨后用各向同性的、折射率為1.593的UV固化型丙烯酸酯樹脂將一塊取向的微結(jié)構(gòu)化薄膜粘附于玻璃載玻片上，使得該薄膜的結(jié)構(gòu)化表面面對(duì)載玻片。采用使該載玻片多次通過UV室的方式使丙烯酸酯樹脂固化，其中每一側(cè)通過3次，以確保樹脂充分固化。
使氦-氖激光束穿過這塊安裝于載玻片上的取向的結(jié)構(gòu)化薄膜。通過使HeNe激光穿過Glan-Thompson偏振器而將其完全轉(zhuǎn)化為均勻的線性偏振光。穿過上述結(jié)構(gòu)的普通光線(o-光線)僅表現(xiàn)出較低的分裂程度，其中發(fā)現(xiàn)零階發(fā)散的半角為大約2°。然后將半波片以緊挨在Glan-Thompson偏振器之后的方式插入，以便使激光束旋轉(zhuǎn)90°而成為垂直偏振光(e-光線)。這時(shí)，零階光束表現(xiàn)出大約為8°的發(fā)散半角(或者其發(fā)散角為o-光線的發(fā)散角的4倍)。
權(quán)利要求
1.一種具有所需的結(jié)構(gòu)化表面的聚合物制品的制備方法，該方法包括以下步驟(a)提供一種工具，其具有所需的結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像表面；(b)使所述工具的負(fù)像表面與含有含氟苯并三唑的組合物接觸，從而產(chǎn)生經(jīng)涂敷的負(fù)像表面；(c)使所述的經(jīng)涂敷的負(fù)像表面與樹脂接觸，從而在該樹脂上產(chǎn)生所需的結(jié)構(gòu)化表面，該所需的結(jié)構(gòu)化表面具有幾何特征物；并且(d)從所述工具上取下所述樹脂。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在所述的步驟(d)之后拉伸所述的聚合物薄膜的步驟。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的苯并三唑在所述工具的負(fù)像表面上形成超薄的層。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的含有含氟苯并三唑的組合物還含有溶劑。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的含有含氟苯并三唑的組合物為溶液形式或氣相形式。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的含有含氟苯并三唑的組合物為超薄的層。
7.權(quán)利要求3所述的方法，其中所述超薄的層含有一種或多種含氟苯并三唑的多個(gè)分子。
8.權(quán)利要求3所述的方法，其中所述超薄的層包括附著在所述工具負(fù)像表面上的自組裝的超薄的膜。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的含氟苯并三唑具有以下化學(xué)式 其中Rf為CnF2n+1-(CH2)m-，其中n為1到22，m為0、或1到6的整數(shù)；X為-CO2-、-SO3-、-CONH-、-O-、-S-、共價(jià)鍵、-SO2NR-、或-NR-，其中R為H或C1到C5亞烷基；Y為-CH2-，其中z為0或1；以及R1為H、低級(jí)烷基或Rf-X-Yz-，條件是當(dāng)X為-S-或-O-時(shí)，m為0，并且z為0，n≥7，而當(dāng)X為共價(jià)鍵時(shí)，m或z為至少1。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其中所述的幾何特征物為長形的。
11.權(quán)利要求9所述的方法，其中所述的幾何特征物為間斷的。
12.權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述熔融樹脂選自結(jié)晶聚合物、半結(jié)晶聚合物、液晶聚合物、無定形聚合物、或以上這些聚合物中任何一種的共聚物，以及它們的組合。
13.權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述熔融樹脂選自聚酯、聚芳酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚醚-酰胺、聚酰胺-酰亞胺、聚酰亞胺、聚醚-酰亞胺、聚烯烴、聚亞烷基聚合物、聚乙酸乙烯酯；聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、含氟聚合物、氯化聚合物、聚芳醚酮、脂肪族聚酮、任何立構(gòu)規(guī)整性的聚苯乙烯、這些苯乙烯類材料的任何的共聚物和共混物、乙烯基萘；聚醚、纖維素、含硫聚合物、聚氨酯以及它們的組合。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其中所述樹脂為聚酯。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述聚酯選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯以及它們的共聚物。
16.權(quán)利要求1所述方法，其中所述工具的負(fù)像表面具有至少一個(gè)幾何微特征物。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述工具的負(fù)像表面具有多個(gè)幾何微特征物。
18.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述樹脂為熔融樹脂。
19.權(quán)利要求18所述的方法，其中將所述熔融樹脂在從所述工具上取下之前固化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有結(jié)構(gòu)化表面的制品的制備方法。該方法包括以下步驟提供一種工具，其具有所需結(jié)構(gòu)化表面的負(fù)像表面；使該負(fù)像表面與含氟苯并三唑類化合物接觸，從而在其上形成經(jīng)涂敷的表面；使該經(jīng)涂敷的工具與樹脂接觸，從而在樹脂上形成結(jié)構(gòu)化表面；并且從工具上取下樹脂，從而形成其表面具有所需的正像結(jié)構(gòu)化的表面的制品。
文檔編號(hào)B29C33/60GK101087683SQ200580044298
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者加里·A·科爾巴, 羅爾夫·W·比爾納特, 威廉·W·梅里爾 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司