通过世界首创的自主薄膜结构形成法,实现低环境负荷的制造原理

  凸版印刷株式会社(总公司:东京都文京区,代表取缔役社长:麿秀晴,以下简称“凸版印刷”)正在着手研究用于制造电子零部件和建筑装修材料等表面装饰加工的图案制法。利用 UV(紫外线)光固化乳剂 (※1) 的特性(※2) 变化形成独创的图案制法的相关论文于2022年3月4日19:00(日本时间)在英国Springer Nature公司旗下的国际科学期刊《Scientific Reports》(在线)上发表。

  本论文中公布的图案制法是一种基于全新原理,即通过将材料自主流动到光照射的部分,从而创建精细结构的方法,由于其无需使用特殊材料或复杂的工艺,即可形成高度超过1mm的复杂三维薄膜结构,且制法本身没有显像工序,因此这是一种不会产生除水以外的废液或废弃物的制造方法。在各类产品的制造工艺中推广采用此制法后,有望为实现可持续发展社会做出巨大贡献。

有关本论文

标题:“Spontaneous patterning method utilizing transformation of UV‑curable emulsion”
作者: 稻叶喜已、浅间英夫
发表期刊:国际科学期刊《Scientific Reports》(发行方:英国Springer Nature公司)
网址: https://www.nature.com/articles/s41598-022-07525-5

  《Scientific Reports》是一本发表一次研究论文(※3)的开放获取电子期刊,涵盖自然科学(生物学、化学、物理学、地球科学)的所有领域。

研究背景

  在电子零部件、墙纸、地板材料等建筑装修材料的表面装饰加工等领域,形成精细的三维薄膜结构所涉及的工序数量众多,而且在各工序中不仅需要不同种类的大量药剂和清洗水,其所消耗的能源也非常多。因此,能够简化工艺、减少化学药剂和水等的使用量、不排出废液的技术开发备受瞩目。
  为了解决此类问题,凸版印刷利用迄今为止培育的材料工艺技术,着手进行新型图案制法的研究。

本论文的概要

(1)确立独创的图案制法
  作为形成复杂三维薄膜结构的方法,我们通过利用UV光固化乳剂的特性变化,确立了独创的图案制法Emulsion Transformation Method(ET法)。
  ET法是全球首个利用光固化性树脂材料与水混合并乳化后的物理化学特性来形成图案的方法,材料因UV光照射和固化反应而流动,从而自主形成图案。 因此,无需进行去除多余部分的显影工序,即可形成高度超过1mm并具有凹凸结构等的复杂三维薄膜结构。

独创的图案制法“ET法 ” 左:图案形成过程、右:图案形成工艺原理的示意图 a:乳剂液滴粒子、b:固化乳剂粒子 © TOPPAN INC.
独创的图案制法“ET法 ”
左:图案形成过程、右:图案形成工艺原理的示意图
a:乳剂液滴粒子、b:固化乳剂粒子
© TOPPAN INC.

(2)通过Roll-to-Roll(卷对卷)工艺对连续图案制法的原理验证
  将ET法应用于Roll-to-Roll工艺后,确认可以在薄膜基材上连续形成任意图案。
  在活用ET法的Roll-to-Roll工艺中,不仅可以通过使用图案掩模照射光来形成图案,还可以通过使用投影仪照射图案光来形成图案,因此即使在加工过程中也可以进行各种图案之间的切换,形成连续变化的图案。由此,不但可以实现超小批量定制产品的低成本生产,并且由于无需换版,在减少相应作业时间的同时,还减少了基材和中间材料等材料损耗等,实现更加高效且无浪费的生产线。

通过Roll-to-Roll工艺形成连续图案 左:条纹图案的连续卷绕涂布加工示例、右:点状图案的间歇涂布加工示例 © TOPPAN INC.
通过Roll-to-Roll工艺形成连续图案
左:条纹图案的连续卷绕涂布加工示例、右:点状图案的间歇涂布加工示例
© TOPPAN INC.

今后的发展

  在推动研究应用于各个领域的生产工艺的同时,建立一种通过环保型Roll-to-Roll工艺的生产方法。尤其是在以传统方法难以实现的具有光滑横截面结构的产品上,以及使用导电材料生产电磁波控制部件的应用方面,我们将进一步开展研究活动。
  传统的图案制法主要仅基于化学反应实现,而ET法是一种基于化学反应和物理作用双向的生产技术。今后,凸版将继续通过不断的研究和开发,不受先入为主观念的束缚,以进一步创新技术为目标,为实现更加美好的社会做出贡献。

※1 乳剂
水中分散着油(包括树脂)或油中分散着水的状态。物质的乳化状态。

※2 特性
乳剂液滴的大小和形状发生变化,或者由于液滴的固化致使性质发生变化,从而使液态变化为固态。

※3 一次研究论文
作者进行原创研究和实验,并基于原始研究数据的研究主题发表独创性见解的论文。

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