專利名稱：聚合物模具和由其制成的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及聚合物模具，特別是涉及由環(huán)烯烴聚合物制成的聚合物模具。聚合物 模具可用于制造具有微結(jié)構(gòu)化特征(feature)的模制品。
背景技術(shù)：
聚合物模具通常由硅橡膠和聚氨酯橡膠制成。硅橡膠往往具有高氧溶解度，這可 能會(huì)不合需要地導(dǎo)致用于由硅橡膠模具制造模制品的自由基固化反應(yīng)的抑制。如果通過(guò)在 硅橡膠模具中固化硅樹脂材料來(lái)制備模制品，則兩種硅物質(zhì)之間的粘附力有可能導(dǎo)致模制 品脫模困難。另外，硅樹脂材料的固化通常需要數(shù)小時(shí)，因此由單個(gè)母工具制造多個(gè)聚合物 模具可能是非常耗時(shí)的?；诰郯滨サ哪＞叩囊粋€(gè)特別的缺點(diǎn)是模制品的脫模往往相對(duì)困 難，特別是當(dāng)沒(méi)有使用脫模劑時(shí)。包含小于幾毫米的特征的微結(jié)構(gòu)化模具被用于復(fù)制過(guò)程中以形成能夠執(zhí)行特定 功能的微結(jié)構(gòu)化模制品。微結(jié)構(gòu)化模制品可直接由微結(jié)構(gòu)化模具制成，而微結(jié)構(gòu)化模具又 由微結(jié)構(gòu)化工具形成。微結(jié)構(gòu)化模制品用于多種應(yīng)用之中，包括光學(xué)應(yīng)用，它們?cè)谄渲凶鳛?棱鏡、透鏡、光導(dǎo)等。在這種應(yīng)用中往往關(guān)鍵的是，這些微結(jié)構(gòu)化模具不含缺陷，否則可能會(huì) 生產(chǎn)出不合需要的人工光學(xué)制品。

發(fā)明內(nèi)容
本文中公開的是可用于制造模制品的聚合物模具。該聚合物模具可以包含通過(guò)具 有兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)性雙鍵的多環(huán)單體和/或包含一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的環(huán)狀單體的開環(huán)易 位聚合(ROMP)形成的聚合物。該聚合物模具還可以包含通過(guò)具有兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)性雙 鍵的多環(huán)單體和具有反應(yīng)性雙鍵的氟化環(huán)狀單體的開環(huán)易位聚合形成的聚合物。該聚合物 模具可以是結(jié)構(gòu)化模具，這在于它們包括至少一個(gè)尺寸小于約2mm或小于約500 μ m的微結(jié) 構(gòu)化特征。該聚合物模具也可以包括許多這種微結(jié)構(gòu)化特征。本文還公開了制造聚合物模具的方法，包括提供母模；提供單體組合物，所述單 體組合物包含具有兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)性雙鍵的多環(huán)單體和/或具有反應(yīng)性雙鍵的環(huán)狀 單體；使母模的表面與單體組合物接觸；使單體組合物聚合以形成包含聚合物的聚合物模 具；以及從母模中分離聚合物模具。環(huán)狀單體可以是氟化的。該聚合物模具可用于通過(guò)以下方式形成模制品提供聚合物模具，所述聚合物模 具包含通過(guò)以下物質(zhì)的開環(huán)易位聚合形成的聚合物具有兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)性雙鍵的多環(huán) 單體和/或具有反應(yīng)性雙鍵的環(huán)狀單體；提供液體組合物；使聚合物模具的表面與液體組合物接觸；使液體組合物成形為模制品；以及從聚合物模具中分離模制品。環(huán)狀單體可以 是氟化的。液體組合物可以是由一種或多種單體組成的、熱和/或輻射可固化的組合物，或 者可以是冷卻時(shí)固化的熔融材料。根據(jù)上述方法制備的模制品可以是結(jié)構(gòu)化制品，這在于它們包括至少一個(gè)尺寸小 于約2mm或小于約500 μ m的微結(jié)構(gòu)化特征。該模制品也可以包括許多這種微結(jié)構(gòu)化特征。 模制品的例子包括光導(dǎo)、增亮膜、逆反射膜或微流體裝置。模制品的另一例子包含許多研磨 復(fù)合材料，每個(gè)研磨復(fù)合材料包含分散在粘結(jié)劑中的許多磨粒。模制品的又一例子包含許 多桿狀物，當(dāng)干燥時(shí)，每個(gè)桿狀物提供至少約0. 6的靜摩擦系數(shù)。本發(fā)明的這些及其他方面在以下“具體實(shí)施方式
”中描述。在任何情況下，上述發(fā) 明內(nèi)容都不應(yīng)理解為對(duì)要求保護(hù)的主題的限制，該主題僅受本文給出的權(quán)利要求的限定。


圖1顯示制造本文中公開的聚合物模具的示例性工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式本文中公開的聚合物模具以及模具的制造方法可提供許多優(yōu)點(diǎn)。聚合物模具可具 有良好的物理強(qiáng)度和韌性，使得能夠多次循環(huán)地從模具中干凈地取出模制品而不會(huì)損壞模 具。用于制造聚合物模具的母模的表面復(fù)制與涉及其他類型的化學(xué)的復(fù)制相比可相對(duì)更有 效，這可減少由于等待聚合物模具固化所造成的時(shí)間損失。此外，聚合物模具顯示出極小 的抑制用于從模具制造制品或部件的單體的自由基聚合的傾向(如果有任何這種傾向的 話)，這也可減少制造制品所需的時(shí)間。因此，聚合物模具以及制造模具的方法可使得能夠 進(jìn)行快速生產(chǎn)過(guò)程如連續(xù)澆注和固化。利用ROMP制造微圖案化或微結(jié)構(gòu)化的模具，可使得 能夠進(jìn)行適用于(例如)電子應(yīng)用的模制品的納米加工。一般來(lái)說(shuō)，本文中公開的聚合物模具包含一種或多種通過(guò)由烯烴易位催 化劑引發(fā)的環(huán)烯烴開環(huán)易位聚合制備的聚合物；參見例如K. J. Ivin, "Metathesis Polymerization，，(J. I. Kroschwitz, ed. , Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 9，John Wiley & Sons, Inc.，U. S. Α.，1987，p. 634)。環(huán)烯烴單體的易位 聚合通常產(chǎn)生具有不飽和線性主鏈的聚合物。該聚合物的主鏈重復(fù)單元的不飽和度與單體 相同。例如在適當(dāng)催化劑存在下，當(dāng)用降冰片烯反應(yīng)物時(shí)，所得到的聚合物可由下式表示
權(quán)利要求
1.一種聚合物模具，其包含由以下物質(zhì)的開環(huán)易位聚合形成的聚合物 具有兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)性雙鍵的多環(huán)單體，和包含反應(yīng)性雙鍵的環(huán)狀單體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述多環(huán)單體選自二環(huán)戊二烯、三環(huán)戊二烯、四 環(huán)戊二烯、降冰片二烯、四環(huán)W，2，13，6，02’7]十二碳-4，9-二烯以及它們的衍生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述多環(huán)單體包括二環(huán)戊二烯，且其中約0.5至 約50摩爾％的二環(huán)戊二烯交聯(lián)所述聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述環(huán)狀單體選自降冰片烯、亞乙基降冰片烯、 環(huán)辛烯以及它們的衍生物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述環(huán)狀單體包括降冰片烯和包含下式的降冰 片烯衍生物其中R1是包含1至20個(gè)碳原子的烷基。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述環(huán)狀單體包括氟化的環(huán)狀單體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合物模具，所述氟化的環(huán)狀單體包括其中R2選自共價(jià)鍵、烷基、芳族基團(tuán)、酯、酰胺、醚、硅烷衍生物和磺酰胺；和Rf是含氟 基團(tuán)，包括一價(jià)的含全氟烷基的基團(tuán)或含全氟氧基烷基的基團(tuán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述聚合物包含 約20至約80重量％的所述多環(huán)單體，和約20至約80重量％的所述環(huán)狀單體， 以上兩個(gè)量均為相對(duì)于所述聚合物的總重量而言。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，其中多環(huán)單體與環(huán)狀單體的摩爾比包括從約 1 3 至約 1 7。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合物模具，其中相對(duì)于所述聚合物的總重量而言，所述氟 化環(huán)狀單體占所述聚合物的約0. 1至約25重量％。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合物模具，所述聚合物包含 約20至約80重量％的所述多環(huán)單體，約0. 1至約25重量％的所述氟化環(huán)狀單體，和 約20至約80重量％的所述環(huán)狀單體， 以上所有的量均為相對(duì)于聚合物的總重量而言。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述模具包括至少一個(gè)尺寸小于約2mm的微結(jié)構(gòu)化特征。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述模具包括至少一個(gè)尺寸小于約500μπι的 微結(jié)構(gòu)化特征。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述模具包括許多微結(jié)構(gòu)化特征，每個(gè)特征的 尺寸小于約2mm。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物模具，所述模具包括許多微結(jié)構(gòu)化特征，每個(gè)特征的 尺寸小于約500 μ m。
16.一種制造聚合物模具的方法，其包括 提供母模；提供單體組合物，所述單體組合物包含 具有兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)性雙鍵的多環(huán)單體； 具有反應(yīng)性雙鍵的環(huán)狀單體；和包含過(guò)渡金屬催化劑和有機(jī)鋁活化劑的易位催化劑體系； 使所述母模的表面與所述單體組合物接觸； 使所述單體組合物聚合以形成包含聚合物的聚合物模具；和 使所述聚合物模具與所述母模分離。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述單體組合物是兩個(gè)部分的反應(yīng)體系，一個(gè) 部分包含過(guò)渡金屬催化劑，和另一個(gè)部分包含有機(jī)鋁活化劑。
18.—種制造模制品的方法，其包括提供聚合物模具，所述聚合物模具包含由以下物質(zhì)的開環(huán)易位聚合形成的聚合物 具有兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)性雙鍵的多環(huán)單體，和 具有反應(yīng)性雙鍵的環(huán)狀單體； 提供液體組合物；使所述聚合物模具的表面與所述液體組合物接觸； 使所述液體組合物成形為模制品；和 使所述模制品與所述聚合物模具分離。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述液體組合物包含一種或多種單體，和使所 述液體組合物成形為模制品包括施加熱和/或光化輻射以使所述一種或多種單體聚合。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中使所述液體組合物成形為模制品包括冷卻所述 液體組合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，該方法還包括對(duì)所述液體組合物施加背襯，使得所 述模制品附著于所述背襯。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法制備的模制品。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法制備的模制品。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的模制品，其包括至少一個(gè)尺寸小于約2mm的微結(jié)構(gòu)化特征。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的模制品，其包括至少一個(gè)尺寸小于約500μ m的微結(jié)構(gòu)化特征。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的模制品，其包括許多微結(jié)構(gòu)化特征，每個(gè)特征的尺寸小于 約 2mm。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的模制品，其包括許多微結(jié)構(gòu)化特征，每個(gè)特征的尺寸小于 約 500 μ m。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的模制品，其包括光導(dǎo)、增亮膜、逆反射膜或微流體裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的模制品，其包括許多磨料復(fù)合材料，每個(gè)所述磨料復(fù)合材 料包含分散在粘結(jié)劑中的許多磨粒。
30.根據(jù)權(quán)利要求18所述的模制品，其包括許多桿狀物，當(dāng)干燥時(shí)每個(gè)桿狀物可提供 至少約0.6的靜摩擦系數(shù)。
31.一種聚合物模具，其包含由具有兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)性雙鍵的多環(huán)單體的開環(huán)易位 聚合形成的聚合物。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的聚合物模具，其中所述多環(huán)單體包括二環(huán)戊二烯。
33.一種聚合物模具，其包含由具有反應(yīng)性雙鍵的環(huán)狀單體的開環(huán)易位聚合形成的聚 合物。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的聚合物模具，其中所述環(huán)狀單體包括聚亞乙基降冰片烯。
全文摘要
本文公開了可用于制造模制品的聚合物模具。所述聚合物模具由環(huán)烯烴聚合物制成，所述環(huán)烯烴聚合物可由具有兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)性雙鍵的多環(huán)單體和包含一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的環(huán)狀單體的開環(huán)易位聚合(ROMP)形成?？墒褂梅膯误w。所述聚合物模具可為結(jié)構(gòu)化模具，這在于它們具有至少一個(gè)尺寸小于約2mm或小于約500μm的微結(jié)構(gòu)化特征。所述聚合物模具也可具有許多這樣的微結(jié)構(gòu)化特征。本文還公開了制造聚合物模具的方法、由此制造模制品的方法和模制品。
文檔編號(hào)C08F232/08GK102123837SQ200980131903
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者凱文·M·萊萬(wàn)多夫斯基, 約瑟夫·D·魯萊 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司