[发明专利]制造图案化干燥聚合物的方法和图案化干燥聚合物

说明书

技术领域

本发明涉及由聚合物溶液或聚合物分散体制造图案化干燥聚合物的方法和通过所述方法制造的图案化干燥聚合物。图案化干燥聚合物通常将为基体上的涂层或自立片或膜的形式。

本发明方法对于制造图案化干燥胶乳涂层或膜特别有用，以及适用于硬胶乳(即，聚合物的玻璃化转变温度(Tg)高于室温的胶乳)和软胶乳(即，聚合物的玻璃化转变温度(Tg)低于室温的胶乳)。这里将胶乳定义为分散在水中的合成聚合物胶体。

背景技术

在许多工业中使用硬聚合物制造保护涂层，包括机动车、航空航天、船舶、家用器具和家具工业。硬涂层可由硬胶乳制造。可能需要具有表面形貌图案化表面(topographically patterned surface)的硬聚合物涂层用于许多不同的用途。例如，可能需要它们提供审美效果，提高持握和摩擦，或影响电磁辐射的散射和传输。软胶乳用于制造柔性产品如手套和避孕套。同样，可能需要表面形貌图案化表面提供审美效果，或提高持握。可选择地，可能需要它提供触感。软胶乳膜也用于制造压敏胶粘剂。在胶粘剂表面上图案化能够改变胶粘剂的粘着性和粘合能量，以及能够用于促进或降低与表面的粘合性。

除了上述应用之外，表面形貌图案化涂层具有作为防污涂层的应用，例如用于船运和造船业中。而且，具有某些倾角的波状表面已知降低船上的流体流动阻力。其它可能的应用是提供用于涂覆窗口的光散射膜以增加隐私，或在表面上提供微透镜的排列以增加从设备的光发射或以其它方式操纵光。

在硬胶乳的情况中，已知的是，通过压花过程在涂层表面上制造图案，其中将热模具压到涂层表面上以使涂层熔融和成形。然而，这种压花过程不适于脆性或热不稳定的基体，以及在大面积上不是非常实用。而且，如果聚合物表面具有高T_g，那么压花过程的能量使用将很高。

在软胶乳的情况中，已知使用2阶段过程，其中将胶乳液滴喷射到胶乳基层的表面上以形成织构图案。然而，这种方法耗时并且对可得到的图案类型具有限制，因为不能用于制造预定图案。

发明内容

本发明的目的是寻求缓解这些缺点。

因此，本发明提供由聚合物溶液或聚合物分散体制造图案化干燥聚合物的方法，所述方法包括以下步骤：将掩模置于聚合物溶液/分散体上方，使得存在聚合物溶液/分散体暴露区域和聚合物溶液/分散体未暴露区域，并用红外射线辐射所述掩蔽的聚合物溶液/分散体。

本发明依赖于以下事实：溶剂(在胶乳的情况中为水)的蒸发速率在聚合物溶液/分散体的暴露区域和未暴露区域中将不同。蒸发速率在暴露区域中将较高，所以，在这些区域中的固体含量与未暴露区域中相比将变得较高。将有流体从未暴露区域流向暴露区域以代替失去的溶剂(例如在胶乳情况中的水)。这种流动将夹带聚合物粒子/分子，所以，暴露区域相对于未暴露区域将升高。这些升高的部分将在所得干燥聚合物的表面上形成图案。

本发明可用于任何适合的聚合物溶液/分散体。例如，它可用于图案化以分子形式溶解在溶剂如水中的聚合物。由红外射线的区域化加热导致的蒸发速率的变化导致在所得聚合物膜的表面上形成表面形貌图案。适合的水溶性聚合物的实例为聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(氧化乙烯)、聚(苯乙烯磺酸盐)和聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)。

与水相同，可使用其它适合的溶剂，例如乙醇。无论是什么溶剂，聚合物浓度应优选为0.01-90wt.%，更优选为0.1-50wt.%，并且最优选为1-15wt.%。

尽管本发明可用于聚合物溶液，但是本发明的主要应用是胶乳形式的聚合物分散体。

“湿”胶乳由胶体聚合物粒子的水分散体组成，所述胶体聚合物粒子的直径通常为约100-400nm。“干”胶乳通过通常称为胶乳膜形成的方法由“湿”胶乳形成。这种方法由以下阶段组成：(1)蒸发水和粒子堆积；(2)粒子变形以封闭粒子之间的空隙；和(3)分子扩散越过整个粒子边界以抹去界面。可将阶段2称为熔结，可将阶段(3)称为聚结。当粒子未熔结时胶乳膜是浑浊的(因为光散射)，但是粒子在熔结后变得澄清。

在低于聚合物玻璃化转变温度(T_g)的温度，粒子不变形以及分子不扩散。这意味着，仅低T_g胶乳在室温成膜。可加热高T_g胶乳以使它们成膜。在过去，胶乳膜的加热通过常规对流式烘箱进行。然而，这具有以下缺点：(1)烘箱的高能量使用，(2)过程的长度，除非使用非常高的温度，以及(3)膜在干燥期间破裂的倾向。