一种用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶制造技术

本发明专利技术公开了一种用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶，由以下重量份的组分组成：脂肪族环氧树脂10～60份，环氧丙烯酸酯5～15份，聚氨酯丙烯酸酯0～10份，活性稀释剂20～40份，光引发剂1～15份，助剂0～5份，所述光引发剂包括三芳基硫鎓盐和1‑羟基环已基苯基甲酮。本发明专利技术的压印胶是阳离子聚合和自由基聚合混杂体系的压印胶，其中，阳离子聚合体系中占主要组份，自由基聚合体系属于增强项，用于提高压印胶的固化速率，改善压印胶固化后与模具的粘附力，易于脱模。固化时，压印胶的体积收缩率低，压印精度和质量高。

A UV curing hybrid printing system for large area nanoimprint lithography

The invention discloses a kind of UV curable hybrid system embossing adhesive for large area nano imprint, consisting of 10~60 parts of the aliphatic epoxy resin, 5~15 parts of epoxy acrylate, 0~10 copies of polyurethane acrylate, 20~40 active diluents, 1~15 phr photoinitiators and 0~5 auxiliaries. The photoinitiators include three aryl sulfide salts and 1 hydroxycyclohexylphenyl ketones. The imprint adhesive of the invention is the imprint adhesive of the cationic polymerization and the free radical polymerization system, in which the cationic polymerization system occupies the main component, and the free radical polymerization system belongs to the enhancement term. It is used to improve the curing rate of the imprint adhesive, improve the adhesion of the imprint adhesive to the mold and be easy to die out. When curing, the volume shrinkage rate of imprint rubber is low, and the precision and quality of imprint are high.

【技术实现步骤摘要】
一种用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶
本专利技术涉及一种压印材料，特别涉及一种用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶。
技术介绍
高清平板显示、高效太阳能电池板、抗反射和自清洁玻璃、LED图形化、晶圆级微纳光学器件等领域为了改进和提高产品的性能和品质，对于大面积微纳图形化技术有着非常巨大的产业需求，这些产品的共同特征是需要在大尺寸非平整刚性衬底(硬质基材或者基板)或者易碎衬底上高效、低成本地制造出大面积且复杂的三维微纳米结构。然而，现有的各种微纳米制造技术(诸如电子束光刻、光学光刻、激光干涉光刻、全息光刻等)无论在技术层面(非平整表面/衬底大面积微纳图形化)还是在生产成本和效率等方面都面临诸多的不足和局限性，目前还难以满足工业级规模化生产的实际要求。纳米压印光刻(NanoimprintLithography,NIL)作为一种全新的微纳米制造技术(微纳米图形复制方法)，较之现行的投影光刻和下一代光刻技术，具有高分辩率、超低成本(国际权威机构评估同等制作水平的NIL比传统光学投影光刻至少低一个数量级)和高生产率的特点，而且其最显著的优势在于大面积、复杂三维微纳结构制造的能力以及非平整衬底图形化，尤其是结合软模具的紫外纳米压印工艺还具有在非平整(弯曲、翘曲或者台阶)、曲面、易碎衬底上实现大面积微纳米图形化的突出潜能。大面积纳米压印技术包括四个工艺要素：压印设备、压印材料、模具、工艺，其中工艺要素之一压印材料(压印胶)对于大面积纳米压印的效率、精度、压印图形的质量有着非常重要的影响。大面积纳米压印技术要求压印材料具备以下性能要求：(1)固化速度快；(2)适合狭缝涂布、喷涂等大面积涂覆方式；(3)适合常温和大气环境下压印；(4)与基材黏附牢固；(5)适合大面积微纳结构脱模；(6)能实现大面积微纳结构快速完全填充。而目前大多数纳米压印材料不能同时满足大面积纳米压印的性能要求。因此，需要开发新的光刻胶，满足大面积纳米压印的实际工程需求。按照光引发反应机理的不同，压印胶分为自由基和阳离子聚合两大体系。目前纳米压印广泛使用的压印胶主要是丙烯酸型紫外压印胶，它属于自由基聚合体系，自由基光固化具有固化速度快(能在几秒内完全固化)、易脱模、价格低的优点，但树脂粘度高，固化体积收缩大，易发生氧阻聚，固化膜对基底粘接性能差。不同于自由基聚合体系压印胶，阳离子光固化型压印胶，具有固化后体积收缩率低、树脂粘度低、可后固化等优点，但固化速度慢、一次固化程度低、固化后粘接性过强导致难以脱模、对水汽敏感等问题。自由基光固化或阳离子光固化单独使用都无法很好的满足大面积纳米压印的实际要求。自由基和阳离子混合体系压印材料能够充分发挥各自的优点，弥补各自的缺点，在光引发、体积收缩、性能优化等方面产生很好的协同效应，能够满足大面积纳米压印对于压印材料各种性能要求。但是，对于混杂光固化体系，目前主要是丙烯酸酯/环氧树脂和丙烯酸酯/乙烯基醚混杂体系，且多以自由基固化组份为主或两者组份相当，同时体系中含有易挥发性溶剂，容易对环境造成污染，且对操作人员造成一定的毒害作用。该类混杂光固化体系压印材料用于大面积纳米压印时仍存在压印速度、精度、质量、缺陷控制等方面存在诸多不足。不能满足大面积纳米压印的性能要求。因此，迫切需要开发满足大面积纳米压印工艺的新型混杂体系压印材料。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶，以解决在大面积纳米压印制造工艺中，传统压印胶性能单一，固化速度、脱模效果、与基材黏附性、体积收缩率和环境适应性等综合性能不能同时满足大面积纳米压印工艺的技术要求。克服传统自由基光固化压印胶固化速度快、易脱模，但体积收缩大、易发生氧阻聚、与基材粘附效果差；阳离子光固化压印胶体积收缩小、与基底粘附效果好，但固化速度慢、难脱模的问题。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶，由以下重量份的组分组成：脂肪族环氧树脂10～60份，环氧丙烯酸酯5～15份，聚氨酯丙烯酸酯0～10份，活性稀释剂20～40份，光引发剂1～15份，助剂0～5份，所述光引发剂包括三芳基硫鎓盐和1-羟基环已基苯基甲酮。优选的，所述用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶，由以下重量份的组分组成：脂肪族环氧树脂20～50份，环氧丙烯酸酯10～15份，聚氨酯丙烯酸酯1～8份，活性稀释剂20～30份，光引发剂1～10份，助剂1～5份。进一步优选的，所述用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶，由以下重量份的组分组成：脂肪族环氧树脂50份，环氧丙烯酸酯10份，聚氨酯丙烯酸酯1份，活性稀释剂30份，光引发剂6份，助剂3份。优选的，所述脂肪族环氧树脂为选自以下的一种或一种以上的组合物：3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯。优选的，所述环氧丙烯酸酯为选自以下的一种或一种以上的组合物：双酚A环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯、胺改性环氧丙烯酸酯、有机硅改性环氧丙烯酸酯。优选的，三芳基硫鎓盐和1-羟基环已基苯基甲酮的质量比为4～8:1。优选的，所述活性稀释剂为三甘醇乙烯基醚、1,6-己二醇二丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或一种以上的混合物。优选的，所述助剂为流平剂和消泡剂。流平剂为能有效降低压印胶表面张力，提高其流平性和均匀性的物质。消泡剂用于降低压印胶的表面张力，抑制压印胶产生或消除压印胶产生泡沫的物质。进一步优选的，所述流平剂为有机硅烷类化合物，所述消泡剂为有机硅类或硅聚醚类化合物。所述紫外光固化混杂体系压印胶的制备方法，包括如下步骤：1)将三芳基硫鎓盐光引发剂以设定速度滴入活性稀释剂中，然后加入1-羟基环已基苯基甲酮，同时搅拌，使其形成均匀溶液I；2)将脂肪族环氧树脂和环氧丙烯酸酯加入到溶液I中，搅拌后形成均匀溶液II；3)边搅拌边向溶液II中加入助剂，搅拌设定时间后即得压印胶。上述紫外光固化混杂体系压印胶在大面积纳米压印中的应用。本发专利技术的压印胶中各组分的作用：脂肪族环氧树脂是成膜物质，是决定紫外光固化压印胶物理机械性能的主要组份，对压印胶的许多重要性能，如刚度、粘度、固化速度、附着力、柔韧性、抗水性、抗蚀性能等有很大的影响。脂肪族环氧树脂可以进行阳离子开环聚合反应，可以赋予压印胶较好的硬度和抗刻蚀性，通过调整脂环之间的链段结构，使压印胶同时具有一定的柔韧性，便于固化后脱模时不会造成微细特征部分的脆断。活性稀释剂是一种含有可聚合官能团的有机小分子，它不仅溶解和稀释低聚物，调节体系的黏度，而且参与光固化过程，影响压印胶的光固化速率和固化膜的各种性能。乙烯基醚反应活性高，能进行自由基聚合、阳离子聚合和电荷转移复合物交替共聚。因此，乙烯基醚可在自由基固化体系、阳离子固化体系以及混杂体系中作为活性稀释剂使用。同时由于乙烯基醚具有很低的粘度而具有较好的稀释效果，可以使压印胶具有较低的粘度，从而便于进行旋涂的匀胶工艺。本专利技术中乙烯基醚选用三甘醇二乙烯基醚。1,6-己二醇二丙烯酸酯粘度低，稀释能力强，可改善固化膜的柔韧性。三羟甲基丙烷三丙烯酸酯粘度较大，但在多官能团活性稀释本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶，其特征在于：由以下重量份的组分组成：脂肪族环氧树脂10～60份，环氧丙烯酸酯5～15份，聚氨酯丙烯酸酯0～10份，活性稀释剂20～40份，光引发剂1～15份，助剂0～5份，所述光引发剂包括三芳基硫鎓盐和1‑羟基环已基苯基甲酮。

【技术特征摘要】
1.一种用于大面积纳米压印的紫外光固化混杂体系压印胶，其特征在于：由以下重量份的组分组成：脂肪族环氧树脂10～60份，环氧丙烯酸酯5～15份，聚氨酯丙烯酸酯0～10份，活性稀释剂20～40份，光引发剂1～15份，助剂0～5份，所述光引发剂包括三芳基硫鎓盐和1-羟基环已基苯基甲酮。2.根据权利要求1所述的紫外光固化混杂体系压印胶，其特征在于：由以下重量份的组分组成：脂肪族环氧树脂20～50份，环氧丙烯酸酯10～15份，聚氨酯丙烯酸酯1～8份，活性稀释剂20～30份，光引发剂1～10份，助剂1～5份。3.根据权利要求2所述的紫外光固化混杂体系压印胶，其特征在于：由以下重量份的组分组成：脂肪族环氧树脂50份，环氧丙烯酸酯10份，聚氨酯丙烯酸酯1份，活性稀释剂30份，光引发剂6份，助剂3份。4.根据权利要求1-3任一所述的紫外光固化混杂体系压印胶，其特征在于：所述脂肪族环氧树脂为选自以下的一种或一种以上的组合物：3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯。5.根据权利要求1-3任一所述的紫外光固化混杂体系压印胶，其特征在于：所述环...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰红波，许权，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37