Способ создания микрорельефа на поверхности полимерных пленок (варианты)

Способ создания микрорельефа на поверхности полимерных пленок (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области получения полимерных пленок (Пл) с микрорельефом на поверхности, которые могут быть использованы, например, в качестве элементов оптоэлектронных приборов и систем отображения информации, например дисплеев.

Известен способ создания микрорельефа на поверхности полимерных Пл путем натирания поверхности полимерной Пл шероховатой твердой поверхностью [Беляев В.В. Применение подложек с различными микрорельефами поверхности в оптоэлектронике и устройствах отображения информации // Оптический журнал. 2005. Т.72. №9. С.79-85].

Недостатком указанного способа является нерегулярность получаемого микрорельефа, отсутствие у него нужной периодичности и глубины, а также недостаточная воспроизводимость получаемого микрорельефа.

Известен способ создания микрорельефа на поверхности полимерных Пл с помощью металлического шаблона, полученного с использованием специальных станков с программным управлением, которые с помощью тончайшего алмазного резца наносят на поверхность шаблона миллионы сканов [Yamada F., Hellermark С., Taira Y. / A development of diamond cutting and 2P replication process for direct view LCDs // Proc. 1^st Int. Display Manufacturing Conf. IDMC 2000. Seoul. 2000. P.261-264].

Недостатком данного способа является его высокая трудоемкость и, как результат, высокая стоимость работ по изготовлению как шаблона с микрорельефом, так и самой Пл.

Наиболее близким к заявляемому является известный способ создания микрорельефа на поверхности полимерных Пл путем воздействия на Пл, содержащую по крайней мере на одной из своих сторон покрытие из вещества, более жесткого, чем полимер Пл (напыленный слой металла), заключающегося в одноосном растяжении Пл на величину от 1 до 800% [Волынский А.Л., Баженов С.Л., Бакеев Н.Ф. Структурно-механические аспекты деформации систем "твердое покрытие на податливом основании". Рос.Хим.ж. (Журн.Рос.Хим. о-ва им. Д.И.Менделеева) т.42, №3, с.57-68, 1998] - прототип.

Недостатком данного способа является его относительно узкая область применения только для неориентированных Пл, а также трудоемкость известного способа, обусловленная необходимостью использования оборудования для растяжения Пл после нанесения на нее покрытия.

Техническая задача изобретения заключается в упрощении способа создания микрорельефа на поверхности полимерных Пл.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе создания микрорельефа на поверхности полимерных Пл путем воздействия на Пл, содержащую по крайней мере на одной из своих сторон покрытие из вещества, более жесткого, чем полимер Пл, в качестве Пл используют двухосноориентированную Пл, а воздействие включает последовательную фиксацию размера Пл по крайней мере в одном произвольно выбранном направлении и отжиг зафиксированной Пл в температурном интервале от температуры двухосной ориентации Пл до температуры плавления полимера Пл.

Указанный технический результат также может быть достигнут тем, что в известном способе создания микрорельефа на поверхности полимерных Пл путем воздействия на Пл, содержащую по крайней мере на одной из сторон покрытие из вещества, более жесткого, чем полимер Пл, в качестве Пл используют двухосноориентированную Пл, а воздействие включает последовательную фиксацию размера Пл по крайней мере в одном произвольно выбранном направлении и отжиг зафиксированной Пл в температурном интервале от температуры двухосной ориентации Пл до температуры плавления полимера Пл, причем после отжига проводят удаление покрытия с поверхности Пл.

В качестве полимерной Пл в предложенном способе могут быть использованы любые двухосноориентированные Пл из различных полимеров, например из полипропилена (ПП), полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и т.д. При этом средневесовую молекулярную массу полимера M_w можно варьировать в широких пределах, например, от 10000 до нескольких миллионов.

Необходимость использования двухосноориентированных Пл связана с тем, что как для неориентированных Пл, так и для Пл, подвергнутых одноосной ориентации, после нанесения на них покрытия, более жесткого, чем полимер Пл, фиксации размера Пл по крайней мере в одном произвольно выбранном направлении и отжига зафиксированной Пл в температурном интервале от температуры двухосной ориентации Пл до температуры плавления полимера Пл, создать микрорельеф на поверхности Пл не удается.

Двухосноориентированные Пл, а также двухосноориентированные Пл с нанесенным по крайней мере на одну из сторон покрытием из вещества, более жесткого, чем полимер Пл (в частности, из металла), в больших количествах выпускаются в промышленности и используются, например, для упаковки цветов, пищевых продуктов, в полиграфии и т.д.

Толщина исходной Пл, а также геометрические размеры исходной Пл могут быть любыми. При нанесении покрытия в качестве вещества, более жесткого, чем полимер Пл, можно использовать, например, металлы, оксиды, соли и т.д. При нанесении по крайней мере на одну из сторон Пл покрытия с жесткостью, меньшей или равной жесткости полимера Пл, получить микрорельеф на поверхности Пл не удается.

Создавать покрытие из вещества, более жесткого, чем полимер Пл, можно известными способами, например термическим или ионно-плазменным напылением, а также химической модификацией поверхности Пл. При этом толщину наносимого покрытия можно варьировать в широких пределах, например от 1 до 100 нанометров (нм). Наносить покрытие можно как на одну, так и на обе стороны Пл.

Параметры микрорельефа на поверхности получаемой Пл (период и амплитуду складок) можно варьировать в широких пределах, изменяя толщину покрытия, а также температуру и продолжительность отжига.

Проведение фиксации размеров Пл по крайней мере в одном произвольно выбранном направлении перед отжигом Пл является обязательным, т.к. без выполнения этого требования создать ориентированный на поверхности Пл микрорельеф не удается.

Необходимость проведения отжига зафиксированной Пл при любой температуре, находящейся в температурном интервале от температуры двухосной ориентации Пл до температуры плавления полимера Пл обусловлена тем, что только в этих условиях в процессе отжига удается создать микрорельеф на поверхности Пл. При проведении отжига Пл при температуре ниже температуры двухосной ориентации Пл микрорельеф на поверхности Пл не образуется. Продолжительность отжига можно варьировать в широких пределах, например от нескольких секунд до нескольких часов в зависимости от температуры отжига.

Пл с предварительно нанесенным по крайней мере на одну из сторон покрытием и микрорельефом на поверхности могут быть использованы, например, в качестве отражательных элементов в оптоэлектронике. Кроме того, покрытие с поверхности Пл можно затем удалить. После удаления покрытия с поверхности Пл созданный на ней микрорельеф полностью сохраняется.

Удалять покрытие с поверхности Пл можно различными известными способами. Например, если покрытие из металла, то Пл можно обработать водным раствором кислоты. Если покрытие из оксида, например из SiO₂, можно обработать Пл водным раствором щелочи при нагревании. Покрытие из солей можно растворить в воде. Удалять нанесенное покрытие с поверхности Пл можно как для Пл, находящихся с фиксированными размерами по крайней мере по одному произвольно выбранному направлению, так и для Пл, находящихся в свободном состоянии.

Преимущества предлагаемого способа поясняют следующие примеры.

Пример 1

Промышленную двухосноориентированную при 150°С пленку из ПЭТФ толщиной 25 мкм с M_W=23000 с нанесенным на одну из сторон алюминиевым покрытием толщиной 10 нм закрепляют в зажимы, тем самым фиксируя ее размеры в одном произвольно выбранном направлении, затем зафиксированную Пл отжигают в течение 20 мин при температуре 220°С, что на 70°С выше температуры двухосной ориентации Пл, после чего Пл освобождают из зажимов. Получают Пл с микрорельефом. Сканирующая электронная микрофотография полученной Пл показана на фиг.1 (увеличение 1500 раз). Более светлый тон на фото соответствует гребням волн микрорельефа на поверхности Пл.

Пример 2

Опыт проводят аналогично примеру 1, однако после отжига Пл извлекают из зажимов фиксирующего устройства и в свободном состоянии помещают на 2 часа в 10%-ный водный раствор соляной кислоты, что приводит к полному удалению покрытия с поверхности Пл. Получают Пл с микрорельефом на поверхности. Сканирующая электронная микрофотография такой Пл показана на фиг.2 (увеличение 800 раз).

Пример 3

Опыт проводят аналогично примеру 1, однако в качестве Пл используют двухосноориентированную при 140°С пленку из ПП толщиной 15 мкм с M_W=200000 с нанесенным на обе стороны алюминиевым покрытием толщиной 15 нм. Отжиг проводят в течение 1 часа при 150°С, что на 10°С выше температуры двухосной ориентации Пл. Получают Пл с микрорельефом на поверхности. Электронная сканирующая микрофотография такой Пл показана на фиг.3 (увеличение 200 раз).

1. Способ создания микрорельефа на поверхности полимерных пленок путем воздействия на пленку, содержащую по крайней мере на одной из своих сторон покрытие из вещества, более жесткого, чем полимер пленки, отличающийся тем, что в качестве пленки используют двухосно-ориентированную пленку, а воздействие включает последовательную фиксацию размера пленки по крайней мере в одном произвольно выбранном направлении и отжиг зафиксированной пленки в температурном интервале от температуры двухосной ориентации пленки до температуры плавления полимера пленки.

2. Способ создания микрорельефа на поверхности полимерных пленок путем воздействия на пленку, содержащую по крайней мере на одной из своих сторон покрытие из вещества, более жесткого, чем полимер пленки, отличающийся тем, что в качестве пленки используют двухосно ориентированную пленку, а воздействие включает последовательную фиксацию размера пленки по крайней мере в одном произвольно выбранном направлении и отжиг зафиксированной пленки в температурном интервале от температуры двухосной ориентации пленки до температуры плавления полимера пленки, причем после отжига проводят удаление покрытия с поверхности пленки.