流体装置和其制造方法、以及流体装置制造用的热转印介质的制作方法_3

文档序号:9291503阅读:来源:国知局
据用途适当地选择。然而,其优选在 100 y m以下。
[0200] 使用100 ym以下的平均厚度,能够将热量充分地传导至构成所述流动路径壁的 热塑性材料,从而实现构成所述流动路径壁的热塑性树脂和构成所述保护层的热塑性材料 之间良好的熔合以使它们彼此良好地熔合在一起。
[0201](流体装置制造用的热转印介质)
[0202] 接着,将参照图1A解释流体装置制造用的热转印介质(流体装置热转印介质的一 个实例)。图1A是显示本发明的流体装置制造的热转印介质实例的示意图。根据本发明的 实施方式,流体装置制造的热转印介质115至少依次包括支撑部件112和设置在支撑部件 112上方的流动路径形成材料层114。所述流动路径形成材料层114包含热塑性材料,该热 塑性材料当将所述流动路径形成材料层114热转印至多孔层(具有多孔结构的部件实例) 时会渗入所述多孔层。所述流动路径形成材料层114的厚度为30~250 ym。设置在支撑 部件112的上方是指设置成使得和所述支撑部件112接触。所述热塑性材料渗入所述多孔 层是指构成所述多孔层的空隙通过热转印用所述热塑性材料填充。
[0203] 使用流体装置制造用的热转印介质115来制造由多孔层构成的流体装置,在所述 多孔层中形成流动路径。
[0204] 用于记录用途的常规热转印记录介质(墨带)包括在所述支撑部件和所述流动路 径形成材料层之间的脱模层,以便改善所述流动路径形成材料层的可分离性。因此,难以将 热量从热头传导至所述流动路径形成材料层。因而,为了在多孔层中通过使用用于记录用 途的常规热转印记录介质而形成流动路径,需要高能量。
[0205]另一方面,本实施方式的流体装置制造用的热转印介质至少包括在所述支撑部件 上方的包含热塑性材料的流动路径形成材料层。因此,在进行热转印时更容易将热量从热 头传导至所述流动路径形成材料层。因此,可用较少的能量将所述流动路径形成材料层转 印到所述多孔层中至在厚度方向上完全的深度(to the full depth)。
[0206]〈支撑部件〉
[0207] 支撑部件112的形状、结构、尺寸、材料等没有特别限制且可根据用途适当地选 择。所述结构的实例包括单层结构和多层结构。所述尺寸可根据流体装置制造用的热转印 介质115的尺寸适当地选择。
[0208] 支撑部件112的材料没有特别限制且可根据用途适当地选择。其实例包括聚酯 例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯、聚酰亚胺树 脂(PI)、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚 物、以及醋酸纤维素。可单独使用这些中的一种,或者可组合使用这些中的两种或更多种。 在这些之中,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)是尤其优选的。
[0209] 优选地,对支撑部件112的表面施加表面活化处理以便改善与待设置在支撑部件 112上方的层的紧密粘附性。所述表面活化处理的实例包括辉光放电处理和电晕放电处理。[0210] 在将流体装置制造用的热转印介质115的流动路径形成材料层114转印至所述多 孔层中之后,可保留所述支撑部件112,或者在转印所述流动路径形成材料层114之后,可 借助脱模层113以被分离的方式除去所述支撑部件112等。
[0211] 所述支撑部件112没有特别限制而且可以为适当合成的产品或商购的产品。
[0212] 所述支撑部件112的平均厚度没有特别限制且可根据用途适当地选择,然而,其 优选为3~50 um。
[0213]〈流动路径形成材料层〉
[0214] 用于形成流动路径形成材料层114的方法没有特别限制且可根据用途适当地选 择。例如,作为热熔体涂布方法或使用通过将热塑性材料分散于溶剂得到的涂布液的涂布 方法,可使用采用凹印辑涂布机、丝棒涂布机(wire bar coater)、滚涂机等的常见涂布方 法以用流动路径形成材料层涂布液涂布所述支撑部件112或所述脱模层113,并干燥涂层。
[0215] 所述流动路径形成材料层114的平均厚度没有特别限制且可根据用途适当地选 择。然而,其优选为30~250 ym。当所述平均厚度小于30 ym时,所述流动路径形成材料 层114的量可能不足以填充所述多孔层的空隙。当所述平均厚度大于250 ym时,将热量从 所述热头传导至所述流动路径形成材料层114变得困难,从而劣化了转印性。当流体装置 的流动路径的厚度(或流动路径壁的高度)为30 y m以上,或者优选在50 y m以上时,流经 所述流动路径的液体例如测试液体难以蒸发,并且能够获得足够的检测灵敏度。此外,当流 体装置的流动路径的厚度(或者流动路径壁的高度)在250 y m以下,或者优选在120 y m以 下时,液体例如测试液体的需求量不会太大。为了形成具有如此厚度的流动路径壁,所述流 动路径形成材料层114的平均厚度优选为30~250 y m,并且尤其优选为50~120 y m。这 是优选的,因为能够形成所述流动路径壁而所使用的热塑性材料不会过多或不足。在本发 明的实施方式中,所述平均厚度没有特别限制,但可以是用千分尺测量的测量目标的5X3 =15个位置的厚度的平均值,其中在所述测量目标的长度方向上以大致相等的间隔选择5 个位置,并且在宽度方向上以大致相等的间隔选择3个位置。此外,在本发明的实施方式 中,所述流动路径形成材料层114的厚度可以是在垂直于脱模层113和流动路径形成材料 层114之间的接触面的方向上测量的测量目标的长度。
[0216] 所述流动路径形成材料层114的沉积量没有特别限制且可根据用途适当地选择。 然而,其优选为30~250.0 g/m2,更优选为50~120.0 g/m2。
[0217] 构成所述流动路径形成材料层114的热塑性材料的熔体粘度优选为3~ 1,600mPa/秒,更优选为6~200mPa ? s,如以上针对构成所述流动路径壁的材料而给出的 解释。用于测量所述熔体粘度的方法没有特别限制。其实例包括根据符合IS011443的测 试方法的测量。在本发明的实施方式中,所述熔体粘度在l〇〇°C测量,KKTC对应于通过由 (热)头加热所述热塑性材料所达到的温度。
[0218]〈其它层和部件〉
[0219] 其它层和部件没有特别限制且可根据用途适当地选择。其实例包括脱模层、底层、 内涂层(底涂层,undercoat layer)和保护膜。
[0220] 〈脱模层〉
[0221] 本发明实施方式的热转印介质优选不包括脱模层,以便能够将热量有效地传导至 所述流动路径形成材料层并以低能量进行打印。然而,如果所述脱模层对所述支撑部件具 有非常弱的粘着力或者如果所述热塑性材料和构成所述脱模层的材料具有相近的熔体粘 度,那么所述热转印介质可包括脱模层。
[0222] 以下将参照附图1B解释在流体装置制造用的热转印介质中设置脱模层的情形。
[0223]图1B是显示流体装置制造用的热转印介质实例的示意图。在本发明的实施方式 中,流体装置制造用的热转印介质115至少依次包括支撑部件112、设置在所述支撑部件 112上方的脱模层113、和设置在所述脱模层113上方的流动路径形成材料层114(流动路 径形成材料层实例)。
[0224] 所述脱模层113具有在进行转印时改善所述支撑部件112和所述流动路径形成材 料层114之间的可分离性的功能。当通过加热/加压工具例如热头进行加热时,所述脱模 层113热熔合变成具有低粘度的液体,从而发挥促进所述流动路径形成材料层114在经加 热的部分和未经加热的部分之间的界面附近分离的功能。
[0225] 所述脱模层113包含蜡和粘合剂树脂,而且按需还包含适当选择的其它组分。
[0226] _蜡_
[0227] 蜡没有特别限制且可根据用途适当地选择。其实例包括:天然蜡例如蜂蜡、巴西 棕榈蜡、鲸蜡、日本蜡、小烛树蜡、米蜡(rice wax)和褐煤蜡;合成蜡例如石蜡、微晶蜡、氧 化錯、地錯(ozokerite)、纯地錯(ceresin)、酯錯、聚乙稀錯和聚氧化乙稀錯;高级脂肪 酸例如十七烷酸、月桂酸,肉豆蔻酸,棕榈酸、硬脂酸、糠酸和山嵛酸;高级醇例如硬脂醇 (stearin alcohol)和山嵛醇;酯例如失水山梨糖醇脂肪酸酯;以及酰胺例如硬脂酰胺和 油酸酰胺。可单独使用这些中的一种,或者可组合使用这些中的两种或更多种。在这些之 中,巴西棕榈蜡和聚乙烯蜡因其在脱模能力方面优异而是优选的。
[0228] _粘合剂树脂_
[0229] 所述粘合剂树脂没有特别限制且可根据用途适当地选择。其实例包括乙烯-乙酸 乙烯酯共聚物、部分皂化的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯_乙烯醇共聚物、乙烯_甲基丙 烯酸钠共聚物、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素、淀粉、聚丙烯 酸、异丁烯-马来酸共聚物、苯乙烯-马来酸共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇缩乙醛、聚氯乙 烯、聚偏二氯乙烯、异戊二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、丁基橡胶和 丙烯腈_ 丁二烯共聚物。可单独使用这些中的一种,或者可组合使用这些中的两种或更多 种。
[0230]用于形成所述脱模层113的方法没有特别限制且可根据用途适当地选择。其实例 包括热熔体涂布方法、和使用通过将所述蜡和所述粘合剂树脂分散于溶剂中得到的涂布液 的涂布方法。
[0231] 所述脱模层113的平均厚度没有特别限制且可根据用途适当地选择。然而,其优 选为0? 5~2. 0 y m。
[0232] 所述脱模层113的沉积量没有特别限制且可根据用途适当地选择。然而,其优选 为0? 5~8g/m2,更优选为1~5g/m2。
[0233]-底层-
[0234] 流体装置制造用的热转印介质115优选包括在所述支撑部件112 -侧的上方的底 层111,该侧与在其上方形成所述流动路径形成材料层114的一侧相反。该相反侧通过热头 等在对应于所述流动路径形成材料层114的位置处直接加热。因此,所述底层111优选地 具有耐高热性和耐与热头等的摩擦性。
[0235] 所述底层111包含粘合剂树脂,而且按需还包含其它组分。
[0236] 所述粘合剂树脂没有特别限制且可根据用途适当地选择。其实例包括有机硅改性 的聚氨酯树脂、有机硅改性的丙烯酸树脂、有机硅树脂、硅橡胶、氟树脂、聚酰亚胺树脂、环 氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂和硝化纤维素。可单独使用这些中的一种,或者可组合使 用这些中的两种或更多种。
[0237] 所述其它组分没有特别限制且可根据用途适当地选择。其实例包括滑石、二氧化 硅、有机聚硅氧烷等的无机粒子和润滑剂。
[0238] 用于形成所述底层111的方法没有特别限制且可根据用途适当地选择。其实例包 括使用凹印辊涂布机、丝棒涂布机、滚涂机等的常见涂布方法。
[0239] 所述底层111的平均厚度没有特别限制且可根据用途适当地选择。然而,其优选 为 0? 01 ~1. 0 ym。
[0240] -内涂层-
[0241] 内涂层可设置在支撑部件112和流动路径形成材料层114之间或者在设置于支撑 部件112上方的脱模层113和流动路径形成材料层114之间。
[0242] 所述内涂层包含树脂,而且按需还包含其它组分。
[0243] 所述树脂没有特别限制且可根据用途适当地选择。可使用用于流动路径形成材料 层114和脱模层113的树脂。
[0244] _保护膜_
[0245] 优选在流动路径形成材料层114上方设置保护膜以在存储期间保护所述层免遭 污染或损坏。
[0246] 所述保护膜的材料没有特别限制且可根据用途适当地选择,只要它能容易地从流 动路径形成材料层114分离。其实例包括有机硅片、聚烯烃片例如聚丙烯片、和聚四氟乙烯 片。
[0247] 所述保护膜的平均厚度没有特别限制且可根据用途适当地选择。然而,其优选为 5~100 y m,更优选为10~30 y m。
[0248] 图1A是显示本发明的流体装置制造用的热转印介质实例的示意图。图1A中所示 的流体装置制造用的热转印介质115依次包括支撑部件112和在支撑部件112上方的流 动路径形成材料层114,而且包括在其上方没有设置所述流动路径形成材料层的支撑部件 112的表面上方的底层111。可按需将保护膜(未示出)设置在流动路径形成材料层114 的表面之上。
[0249] 本发明的流体装置制造用的热转印介质没有特别限制而且可用于各种用途。然 而,其可优选用于上文所解释的本发明的流体装置和用于该流体装置的制造方法。
[0250](流体装置的制造方法)
[0251] 本发明的流体装置的制造方法是用于制造本发明的流体装置的方法。
[0252] 在该方法中,使多孔层和本发明的流体装置制造用的热转印介质的流动路径形成 材料层彼此面对、彼此重叠、并通过热压彼此结合,从而将流体装置制造用的热转印介质的 流动路径形成材料层热转印至多孔层中以在该多孔层中形成流动路径。
[0253] 此外,可将所述热塑性材料作为保护层通过热能再次转印到所述流动路径上,从 而得到具有由基底部件、流动路径壁和保护层围成的管状流动路径的流体装置。
[0254] 用于热转印流体装置制造用的热转印介质的方法没有特别限制且可根据用途适 当地选择。其实例包括由串列式热头、线热头等通过热压结合来熔融和转印所述流动路径 形成材料层的方法。
[0255] 通过借助热转印打印所述多孔层的两面,可以在所述多孔层中形成不同角度的流 动路径,从而使形成三维流动路径图案结构成为可能。
[0256] 当在图1A中所示的流体装置制造用的热转印介质115的流动路径形成材料层114 之上设置有保护膜时,首先将所述保护膜(未示出)除去,并如在图2中所示的,使流体装 置制造用的热转印介质的流动路径形成材料层114面对基底部件5上方的多孔层1以彼此 重叠。
[0257] 接着,通过热头(未示出)施加热压结合来将流体装置制造用的热转印介质的流 动路径形成材料层114热转印到多孔层1中以形成在多孔层1中的流动路径。
[0258] 此外,可在所述流动路径上方形成保护层,从而得到具有由所述基底部件、所述流 动路径壁和所述保护层围成的管状的流动路径的流体装置。
[0259] 为热压结合而施加的能量没有特别限制且可根据用途适当地选择。然而,其优选 为0? 05~1. 30mJ/点,更优选为0? 1~1. OOmJ/点。
[0260] 当所述能量小于0. 05mJ/点时,所述流动路径形成材料层可能无法充分恪融。当 所述能量大于1. 30mJ/点时,过多的能量被施加于所述热头从而导致以下问题:所述热头 中的丝可能烧坏或可能改变所述多孔层的性质。
[0261] 用这种方式,得到图3中所示的流体装置,其中流动路径4在基底部件5的上方由 多孔层1、流动路径壁2a和2a、以及保护层2b形成。
[0262] 图4D显示流体装置,其中在流动路径壁2a和2a上方设置了突出体9和9而不是 保护层2b。所述突出体9和9可由与所述保护层相同的材料制成。
[0263] 优选地,将本发明的流体装置用于在化学和生物化学领域中的感应芯片(微流体 装置)。所述流体装置尤其优选地在生物化学领域中使用,因为其在安全方面是优异的。
[0264] 在生物化学领域中用于测试的样品没有特别限制且可根据用途适当地选择。其实 例包括病原体例如细菌和病毒、血液、唾液、从活生物体中分离的病变组织等,和排泄物如 粪尿。另外,为了进行产前诊断,所述样品可以是在测试试管中的胎儿细胞或分裂的卵细胞 的一部分。此外,在将这些样品直接地或按需通过离心等方式浓缩成沉淀物之后,可将所述 样品进行预处理,以通过酶处理、热处理、表面活性剂处理、超声处理、这些处理的任何组合 等破坏细胞。
[0265] 实施例
[0266] 下文将阐述本发明的实施例。但是本发明不限于这些实施例。
[0267] 在以下的实施例和对比例中,如下计算所述多孔层的空隙度。另外,如下评价所述 基底部件的亲水性。此外,如下测量所述热塑性材料的熔融开始温度。
[0268] 〈计算多孔层的空隙度〉
[0269] 根据以下计算式1,基于基重(g/m2)和所述多孔层的厚度(ym)以及其组分的比 重计算所述多孔层的空隙度。
[0270] [计算式1]
[0271] 空隙度(%) = {1~-[基重(g/m2)/厚度(ym)/组分的比重]}X100
[0272] 〈多孔层亲水性的评价〉
[0273] 所述多孔层的亲水性通过如下进行水渗透性评价的测试来评价:将板状测试片在 120°C干燥1小时,并将纯水(0.0 lmL)滴至所述测试片的表面上。将所述纯水(0.0 lmL)在 10分钟内完全渗入的任何多孔层样品评价为亲水的。将在10分钟后仍残留有没有渗入的 纯水的任何多孔层评价为疏水的。
[0274]〈热塑性材料的熔融开始温度〉
[0275]测量所述热塑性材料的熔融开始温度作为流动开始温度,其通过如下确认:使所 述热塑性材料硬化,将其引入在底部具有〇. 5_直径的开口的圆柱体形状的容器,将所述 容器置于架高式流动测试仪(产品名称:由Shimadzu Corporation制造的SHIMADZU FLOW TESTER CFT-100D),在980. 7kPa的汽缸压力的负荷下以5°C /分钟的恒定速率升高所述样 品的温度,并测量因温度升高而导致的所述样品的熔体粘度和流动性质。
[0276]〈熔体粘度〉
[0277] 所述热塑性材料的熔体粘度根据符合ISO 11443的测试方法进行测量。在本发明 的实施方式中,所述熔体粘度在1〇〇 °C测量,100 °C对应于通过由热头加热所述热塑性材料 所达到的温度。
[0278](实施例1)
[0279]-流体装置制造用的热转印介质的制造-
[0280]〈流动路径形成材料层涂布液的制备〉
[0281] 将作为所述热塑性材料的酯蜡(由N0F Corporation制造的WE-11,65°C的熔融开 始温度)(100质量份)、褐煤酸(产品名称:由BASF Japan Ltd.制造的LUWAX-E,76°C的熔 点)(2质量份)、和由以下通式(1)(其中R1表示具有28~38个碳原子的烷基)表示的长 链醇(由Nippon Seiro Co.,Ltd.制造,75°C的熔点)(9质量份)在120°C熔化。此后,在 搅拌生成物的同时,向其中加入吗啉(5质量份)。然后,以使固体内容物变为30质量%的 量向其中滴加90°C的热水,以形成水包油乳液。此后,冷却所述乳液,从而得到具有30质 量%固体内容物的酯蜡水乳液。
[0282]〈通式(1)>
[0283]
[0284] 在通式(1)中,R1表示具有28~38个碳原子的烷基。
[0285] 用激光衍射/散射粒径分布分析仪(由Horiba,Ltd.制造的"LA-920")测量得到 的酯蜡水乳液的平均粒径,且其为〇. 4 y m。
[0286] 接着,将得到的酯蜡水乳液(30质量%的固体内容物)(100质量份)、炭黑水分散 液(由Fuji Pigment Co.,Ltd.制造的 FUJI SP BLACK 8625, 30 质量 % 的固体内容物)(2 质量份)彼此混合,从而得到流动路径形成材料层涂布液。
[0287]〈脱模层涂布液的制备〉
[0288]将聚乙烯蜡(由 Toyo ADL Corporation 制造的 P0LYWAX 1000,熔点为 99 °C, 在25 °C的穿透度为2) (14质量份)、乙稀-乙酸乙稀酯共聚物(由Du Pont-Mitsui Polychemicals Co.,Ltd.制造的 EV-150,重均分子量为 2, 100, VAc 为 21 % ) (6 质量份)、 甲苯(60质量份)、和甲乙酮(20质量份)分散直至平均粒径变为2.5ym,从而得到了脱模 层涂布液。
[0289]〈底层涂布液的制备〉
[0290]将基于有机硅的橡胶乳液(由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造的KS779H,固 体内容物为30质量% ) (16. 8质量份)、氯铂酸催化剂(0. 2质量份)、和甲苯(83质量份) 混合在一起,从而得到了底层涂布液。
[0291]〈流体装置制造用的热转印介质的制造〉
[0292] 在作为支撑部件的具有25 ym平均厚度的聚酯薄膜(由Toray Industries, Inc. 制造的LUMIRROR F65)的一个面上涂布所述底层涂布液,并在80°C干燥10秒,从而形成平 均厚度为0.02 ym的底层。
[0293] 接着,将与在其上方形成所述底
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