制备定制的聚合物制品的方法技术

本发明专利技术提供制备定制的聚合物制品的方法，包括：提供两个模具半部分，每个半部分具有外表面和内表面；将该两个模具半部分组装形成模具组装体，使得该内表面限定在它们之间的空腔；施加一个或多个磁性流体至模具半部分的内表面；将流体聚合物材料送入该空腔；受控地施加磁场至磁性流体以依照预定的特定表面形貌形成定制的相反的表面；使模具组装体经历足以进行流体聚合物材料的聚合或硬化的条件；和将该两个模具半部分分开。还提供了通过该方法制备的制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请被授予并要求2014年12月16日提交的美国专利申请No.14/571,691和2013年12月17日提交的美国临时申请No.61/917,065的优先权的权益，每个案件中的公开内容通过引用以其全部纳入本申请。专利
本专利技术涉及通过使用磁性流体来制备定制的聚合物制品的方法。专利技术背景模制的聚合物制品市场与许多其它市场的类似之处在于，其趋于客户化和/或个性化。而且，需要降低生产成本并提供可以容易地回收或再利用的模具。例如，光学市场趋于镜片的个性化。例如，数字堆焊技术能够针对每个人的解剖学和验光参数以及其它高度个人化的测量结果来定制镜片。还能使镜片考虑镜框定位；例如可以产生镜片形状来进行非标准的安装(参见https：//www.bbgr.com/en-us/ensavoirplus/optique/Pages/LeSurfa％C3％A7ageDigital.aspx)。然而，通过数字表面堆焊来产生镜片有几个缺点。例如，由于该工艺是基于从工艺中形成的镜片坯料去除镜片材料，该工艺有浪费性和效率不足性。经计算得出，从坯料到最终镜片的典型镜片的数字表面堆焊导致50％或更多的镜片材料被切除。切除的材料不能再利用或再循环，因此，导致大量的需要填埋的废物。因此，期望产生制造高度定制镜片的新的方法，这样的方法不会产生大量废物。符合上述要求的生产高度定制的聚合物制品的方法的一个实例是定制模具表面，使得高度定制的最终制品直接从模具获得。然而，由于经抛光的玻璃模具是昂贵的，以常规方式为每个可能的定制构造制造模具过于昂贵。虽然已经报道了，聚合物制品，例如，镜片，已采用3维打印工艺制备，然而，增材制造工艺受限于能使用的聚合物树脂的选择。本专利技术的方法提供了生产具有特定定制特征的聚合物制品的能力，该制品使用常规已知的和工业接受的聚合物材料制造。此外，现已发现，使用聚合物制品浇铸工艺的替代途径，其中一个或两个模具表面都是高度定制化的和可再利用的，允许生产具有高光学表面品质的高度定制的制品(例如，镜片)和其它透明体，同时该模具可以容易地再循环或再利用。专利技术概述本专利技术涉及制备定制的聚合物制品的方法包括：(a)提供两个模具半部分，每个半部分具有外表面和内表面；(b)将该两个模具半部分组装形成模具组装体，使得该两个模具半部分的内表面彼此面对，从而限定在它们之间的空腔；(c)在(b)之前或之后，施加一个或多个磁性流体至至少一个模具半部分的内表面；(d)将流体聚合物材料送入(b)中形成的空腔；(e)在(d)之前或之后，受控地施加磁场至该一个或多个流体以依照预定的特定表面形貌形成定制的相反的表面；(f)使含有该流体聚合物材料的模具组装体经历足以进行该流体聚合物材料的至少部分聚合或硬化的条件；和(g)将该两个模具半部分分开以提供聚合物制品，该聚合物制品具有至少一个对应于该磁性流体的预定的特定表面形貌的表面。还提供了通过上述方法制备的聚合物制品。专利技术详述如前所述，本专利技术涉及制备定制的聚合物制品的方法包括：(a)提供两个模具半部分，每个半部分具有外表面和内表面；(b)将该两个模具半部分组装形成模具组装体，使得该两个模具半部分的内表面彼此面对，从而限定在它们之间的空腔；(c)在(b)之前或之后施加一个或多个磁性流体至至少一个模具半部分的内表面；(d)将流体聚合物材料送入(b)中形成的空腔；(e)在(d)之前或之后，受控地施加磁场至该一个或多个流体以依照预定的特定表面形貌形成定制的相反的表面(或几何形状)；(f)使含有该流体聚合物材料的模具组装体经历足以进行该流体聚合物材料的至少部分聚合或硬化的条件；和(g)将该两个模具半部分分开以提供聚合物制品，该聚合物制品具有至少一个对应于该磁性流体的预定的特定表面形貌的表面。一个或多个磁性流体可以选自本领域已知的任何磁性悬浮的流体。在特定的实施方案中，一个或多个磁性流体可以选自铁磁流体和磁流变(“MR”)流体。铁磁流体是悬浮在载体流体中的纳米级铁磁性或亚铁磁性颗粒的稳定的胶体悬液，其典型地含有即使当强磁场施加到所述铁磁流体时也能防止颗粒聚集的表面活性剂。该表面活性剂必须匹配载体类型并且必须克服颗粒之间的吸引性反范德华力和磁力。通常，典型的铁磁流体可以含有按体积计5％磁性固体，10％表面活性剂，和85％载体流体。表面活性剂的非限制性实例可以包括脂肪酸，例如油酸、亚油酸、硬脂酸或异硬脂酸，氢氧化物，例如四甲基氢氧化铵，柠檬酸或其盐，胺类，醇类，和/或大豆卵磷脂。表面活性剂的选择取决于所使用的铁磁流体的最终用途以及载体流体是否为水性的或有机溶剂。合适的极性载体流体可以包括，例如，水或乙二醇。油基载体流体可以包括，例如，烃类，例如聚(α烯烃)，多元醇酯，有机硅，全卤化的(例如，全氟化的)油和溶剂，以及卤代硅烷。在一种实施方案中，铁磁流体为全卤化的铁磁流体。在制备铁磁流体中通常
有两个主要步骤。第一个是制备将分散于胶体悬液中的磁性纳米颗粒(大约100埃直径，约10nm)。本专利技术的方法中可采用的铁磁流体中的磁性颗粒通常为磁铁矿(Fe3O4)，但也可使用其它磁性颗粒例如磁赤铁矿和赤铁矿，以及其它磁性颗粒，例如含钴和含镍的颗粒。还包括的有合金和其它磁性元素。在制备铁磁流体的第二步骤中，通过采用合适的表面活性剂将磁性颗粒分散于载体流体中，从而产生以上讨论的胶体悬液。铁磁流体与MR流体的区别在于颗粒的尺寸。如上所述，铁磁流体中的颗粒主要由纳米颗粒组成，这些纳米颗粒通过布朗运动悬浮，通常在一般条件下不会沉降。相反，MR流体颗粒主要包含微米级颗粒，这些颗粒太重而不能通过布朗运动保持悬浮，因此会随时间推移而沉降。而且，MR流体在磁场的存在下可以凝胶或固化。MR流体也同样包含载体流体和任选的表面活性剂，类似于以上参考铁磁流体所述的那些。在本专利技术的方法中，磁性流体典型地为水性的形式的铁磁流体。合适的水性铁磁流体可以包括，例如，EMG 703和EMG 304，它们均可购自Ferrotec(USA)Corporation。在本专利技术中使用的定制化的模具表面的情况下，载体流体和表面活性剂都应被选择为不会不利地影响聚合，或者在热塑性聚合物材料的情况下，不会不利地影响所采用的流体聚合物材料的硬化或通过所述方法形成的聚合物制品的最终性能。磁性流体与流体聚合物材料是不混溶的。也就是说，磁性流体和流体聚合物材料以两种材料的任何比例都不能形成均匀的混合物。这确保了磁性流体与流体聚合物材料之间的界面处两种材料不会相互混合。磁场可以通过使用固定的磁块提供或通过施加电磁场提供。磁场可在上述(e)中的将该两个模具半部分分开之前或之后去除。所施加的磁场可以数字化的特定拓扑/几何和形状信息来控制，使得磁性流体形成定制的内模具表面。一旦使聚合物制品脱模，磁性流体可以在接下
来的浇铸工艺中再循环或再利用。本专利技术的方法可用于制备任何大量的模制的聚合物制品，包括，例如，聚合物片材，聚合物透明体，例如窗、显示屏、面罩、镜片，和航空航天透明体。当然，模具半部分可以根据想获得的聚合物制品的形状或几何形状配置为任何形状或几何形状。此外，两个模具半部分可以包含相同或不同的材料。在一种实施方案中，特别适于制备聚合物镜片，本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备定制的聚合物制品的方法，包括：(a)提供两个模具半部分，每个半部分具有外表面和内表面；(b)将该两个模具半部分组装形成模具组装体，使得该两个模具半部分的内表面彼此面对，从而限定在它们之间的空腔；(c)在(b)之前或之后施加一个或多个磁性流体至至少一个模具半部分的内表面；(d)将流体聚合物材料送入(b)中形成的空腔；(e)在(d)之前或之后，受控地施加磁场至该一个或多个流体以依照预定的特定表面形貌形成定制的相反的表面；(f)使含有该流体聚合物材料的模具组装体经历足以进行该流体聚合物材料的至少部分聚合或硬化的条件；和(g)将该两个模具半部分分开以提供聚合物制品，该聚合物制品具有至少一个对应于该磁性流体的预定的特定表面形貌的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.17 US 61/917,065;2014.12.16 US 14/571,6911.制备定制的聚合物制品的方法，包括：(a)提供两个模具半部分，每个半部分具有外表面和内表面；(b)将该两个模具半部分组装形成模具组装体，使得该两个模具半部分的内表面彼此面对，从而限定在它们之间的空腔；(c)在(b)之前或之后施加一个或多个磁性流体至至少一个模具半部分的内表面；(d)将流体聚合物材料送入(b)中形成的空腔；(e)在(d)之前或之后，受控地施加磁场至该一个或多个流体以依照预定的特定表面形貌形成定制的相反的表面；(f)使含有该流体聚合物材料的模具组装体经历足以进行该流体聚合物材料的至少部分聚合或硬化的条件；和(g)将该两个模具半部分分开以提供聚合物制品，该聚合物制品具有至少一个对应于该磁性流体的预定的特定表面形貌的表面。2.权利要求1所述的方法，其中所述磁场在(e)中的将该两个模具半部分分开之前或之后去除。3.权利要求1所述的方法，其中所述磁性流体材料为水性铁磁流体。4.权利要求1所述的方法，其中所述磁性流体材料为全卤化的铁磁流体。5.权利要求1所述的方法，其中所述磁性流体包括磁流变流体。6.权利要求1所述的方法，其中所述磁性流体包含含钴的颗粒，含镍的颗粒，和/或合金。7.权利要求1所述的方法，其中当磁场施加到所述模具组装体时所述磁性流体材料与所述流体聚合物材料是不混溶的。8.权利要求1所述的方法，其中所述两个模具半部分的至少之一包含玻璃。9.权利要求1所述的方法，其中所述定制的聚合物制品为镜片。10.权利要求9所述的方法，其中所述预定的特定表面形貌构成对于个别镜片佩戴者来说特定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·R·希肯伯斯，M·J·克里格尔，F·曼塔，K·M·克罗斯，D·L·拉施尔，
申请(专利权)人：PPG工业俄亥俄公司，
类型：发明
国别省市：美国;US