[发明专利]通过使用电离辐射在模具中聚合烯键式不饱和材料来制备精密模塑制品的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2012年12月14日提交的美国临时专利申请61/737,231的优先权，该专利的公开内容以引用方式全文并入本文。

技术领域

本发明涉及一种辐射聚合烯键式不饱和材料，更具体地使用电离辐射(包括伽马射线、x射线、和/或高能电子束辐射)来在模具中聚合乙烯基官能单体和低聚物的方法。

背景技术

模塑制品是为人们所熟知的并且得到广泛的应用。模塑并随后加工和处理具有在其中或其上形成的精密结构的模塑制品可为挑战性的。模塑小的精密制品(诸如精密光学元件)通常通过如下方式完成：将熔化的热塑性(共)聚合物注入模具腔中，将另外的热量施加至熔化的热塑性(共)聚合物同时在模具腔中持续足够的时间，以允许熔化的(共)聚合物流入模具腔内的小裂缝中，随后冷却模具以允许熔化的(共)聚合物在模具腔内硬化，由此形成注塑制品。

通过使(甲基)丙烯酸类单体(共)聚合而形成并且在室温下为固体的热塑性(共)聚合物用于精密模塑应用是尤其可取的因为它们通常为低成本的，并且可经配置以表现出远高于室温的软化或加工温度，但不足以在加工期间需要过度加热。此类(共)聚合物可在基本绝热的反应条件下在间歇式反应器中通过本体自由基聚合制备(例如，参见美国专利5,986,011)。美国专利4,810,523描述了一种用于制备热熔融(共)聚合物的方法，其中将可聚合的单体组合物引入可密封的反应容器中并通过电离辐射来聚合。然后将(共)聚合物在热熔融施加前从反应容器中移除。反应容器可为带衬里的柱形压力容器或多层袋。

发明内容

根据上述内容，我们认识到，存在对于制备精密模塑制品的需求，该精密模塑制品包含烯键式不饱和材料的(共)聚合物，适用作光学元件，其中(共)聚合在模具中发生。在(共)聚合过程中使用电离辐射源，在不存在热引发剂或光引发剂的情况下(共)聚合过程发生。(共)聚合可在反应混合物的脱气或未脱气的情况下绝热地或非绝热地发生。

因此，在一个方面，本公开提供了使烯键式不饱和材料自由基(共)聚合以形成模塑制品的方法，该方法包括以下步骤：(a)将可自由基(共)聚合的烯键式不饱和材料提供于模具中，(b)使模具中的混合物暴露于电离辐射源持续足以引发可自由基(共)聚合的烯键式不饱和材料的至少一部分的(共)聚合的时间，以及(c)使可自由基(共)聚合的烯键式不饱和材料(共)聚合，同时继续使混合物暴露于电离辐射源持续足以产生至少部分地(共)聚合的(共)聚合物的时间。在上述方法的一些示例性实施例中，混合物可为非异质的。

在上述方法中任一项的某些示例性实施例中，混合物基本上不含热诱导或紫外线诱导的自由基(共)聚合引发剂。在上述方法中任一项的另外的示例性实施例中，电离辐射源选自伽马射线源、x射线源、射线能量大于300keV的电子束源、以及它们的组合。

在一些特定的示例性实施例中，所述(共)聚合物包括(甲基)丙烯酸类(共)聚合物。优选地，烯键式不饱和材料选自乙烯基官能单体、乙烯基官能低聚物、乙烯基官能大分子单体、以及它们的组合。

在另一方面，本公开描述了一种使用模具根据上述(共)聚合方法中的任一项制备的精密模塑制品。在一些示例性实施例中，精确模塑制品为选自下列的模塑光学元件：反射镜、透镜、棱镜、光管、光导、衍射光栅、照明元件、或它们的组合。在某些示例性实施例中，精密模塑制品显示出选自下列的至少一个有益特性：基本上不存在双折射、基本上不存在残余应力、基本上不存在缩痕、基本上不存在接合痕迹、基本上不存在焊接线、基本上不存在空隙、或它们的组合。

示例性实施例列表

在上述方法中任一项的一些示例性实施例中，反应混合物通过在进入模具之前鼓入惰性气体以降低氧气水平来脱气。在上述方法中任一项的另外的示例性实施例中，使混合物暴露于电离辐射持续足以接收至多100千戈瑞的电离辐射剂量的时间。