PL199226B1

PL199226B1 - Sposób wytwarzania optycznie prawie izotropowej folii poliwęglanowej i jej zastosowania

Info

Publication number: PL199226B1
Application number: PL346001A
Authority: PL
Inventors: Uwe Numrich; Klaus Hofmann; Roger Hugh Emerson; Thomas Pfaff; Michael Meier-Kaiser
Original assignee: Roehm Gmbh
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1999-08-16
Publication date: 2008-08-29
Also published as: AU746939B2; CN1310739A; HK1038370A1; US20030031849A1; CN1204168C; CA2340722C; HRP20010112B1; WO2000009592A8; ZA200101997B; DE19836800A1; PT1117731E; IL140772A; BR9913049B1; MXPA01001673A; CA2340722A1; SI20476A; BR9913049A; ES2191456T3; SK285848B6; CZ2001441A3

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania optycznie prawie izotropowej folii z liniowego lub rozga lezionego poliw eglanu o sredniej masie cz asteczkowej 10.000 - 40.000. Sposób charaktery- zuje si e tym, ze w etapie i) wyt lacza si e roztopion a mas e poliw eglanu przez dysz e wylotow a wyt la- czarki, z wytworzeniem poliw eglanowej stopionej folii, w etapie ii) doprowadza si e t e poliw eglano- w a stopion a foli e na walec ch lodz acy Chill-Roll, w etapie iii) studzi si e j a, przy czym wewn etrzna po- wierzchnia dyszy do wyt laczania w obszarze dyszy wylotowej wyt laczarki ma wysoko sc nierówno sci R A od 0,025 do 0,002 (wed lug DIN 4768). Folie optycznie izotropowe otrzymane tym sposobem znaj- duj a zastosowanie jako folie przykrywaj ace do ochrony przed zadrapaniem optycznych no sników da- nych, jako materia ly no sne na warstw e informacyjn a lub jako materia ly bazowe. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania optycznie prawie izotropowych folii poliwęglanowych z liniowego lub rozgałęzionego poliwę glanu o wysokim poł ysku po obu stronach i o duż ej czystoś ci, jak również zastosowań folii wytworzonej tym sposobem.

Wymagania stawiane płytom i foliom z tworzyw sztucznych, aby nadawały się one do wytwarzania lub osłaniania optycznie odczytywanych pamięci danych, są ogólnie znane, patrz J. Hennig, Polymere als Substrate far optische Plattenspeicher, Angew. Makromolekulare Chemie, tom 145/146, 1986 (s. 391-409). Ponadto płyty i folie nie mogą zawierać żadnych obcych cząstek większych niż 10 μμι, a przy obróbce nie mogą powstawać żadne pęcherze i jamy skurczowe. Przy formowaniu powinno się uzyskiwać możliwie małe podwójne załamanie optyczne.

Optyczne nośniki danych w postaci płyt kompaktowych są dotychczas wytwarzane sposobem odlewania wtryskowego. Inne sposoby, którymi można wytwarzać również optyczne nośniki danych o większych formatach, stosują jako materiał wyjściowy pełne płyty z tworzywa sztucznego, które później zostają wyposażone w warstwę niosącą informacje.

Opis patentowy EP 461 485 (Rohm GmbH) przedstawia wytłaczaną pełną płytę lub folię z tworzywa sztucznego oraz sposób jej wytwarzania. Roztopiony materiał poliwęglanowy przy około 290°C wytłacza się z szerokoszczelinowej dyszy wytłaczarki i kalandruje się w młynie walcowym złożonym z walca stalowego o powierzchni wykończonej na wysoki połysk oraz z watowanego walca gumowego. W ten sposób otrzymuje się folię poliwęglanową z jednej strony mającą wysoki połysk, a z drugiej matową o grubości 450 μm.

Opis patentowy EP 351 886 (Bayer AG) przedstawia sposób odlewania w celu wytwarzania folii poliwęglanowych. Poliwęglan o średniej masie cząsteczkowej 98.000 rozpuszcza się w chlorku metylenu i roztwór ten nakłada się na powoli obracający się ogrzany i wypolerowany cylinder za pomocą urządzenia raklowego. Otrzymuje się przezroczystą filię o grubości 200 μm. Powstaje silne podwójne załamanie o różnicy dróg optycznych ΔG = 74 nm. Tak otrzymane folie poliwęglanowe - nie pozbawione podwójnego załamania - mocuje się i ogrzewa przez 5-60 s kwarcowym promiennikiem ciepła. W efekcie uzyskuje się zmniejszenie niepożądanego podwójnego załamania do wartości nie powodujących zakłóceń.

Opis patentowy JP 07126375 (Teijin Kasei Ltd.) przedstawia wytwarzanie folii z poliwęglanu o mniejszym podwójnym załamaniu. Niewielkie podwójne załamanie właściwe folii poliwęglanowej uzyskuje się przez stosowanie warstwy ochronnej z poliolefin.

Dotychczasowe sposoby wytwarzania cienkich, optycznie izotropowych folii poliwęglanowych opierają się albo na kosztownych procesach odlewniczych, w których w celu uniknięcia emisji trujących rozpuszczalników organicznych, stosuje się skomplikowane urządzenia, albo na skomplikowanych procesach wytłaczania, w których w pierwszym etapie wytwarza się albo jednostronnie matową folię poliwęglanową, albo optycznie anizotropową folię poliwęglanową.

Powyższe optycznie anizotropowe folie wytłaczane wymagają przetwarzania w dalszych operacjach w obustronnie wybłyszczone, optycznie izotropowe folie wytłaczane. Dwustopniowy proces wytłaczania jest bardzo kosztowny. Folie takie, chociaż optycznie dość izotropowe, nie posiadają optymalnych właściwości powierzchni.

U podstaw wynalazku leży zatem potrzeba wytwarzania obustronnie wybłyszczonych, optycznie izotropowych folii poliwęglanowych przy uniknięciu przedstawionych powyżej wad produkcyjno-technicznych i wysokich kosztów. Folie powinny być optycznie i mechanicznie izotropowe, mieć wysoką jakość powierzchni i posiadać możliwie wysoką czystość optyczną.

Według wynalazku sposób wytwarzania optycznie prawie izotropowej folii z liniowego lub rozgałęzionego poliwęglanu o średniej masie cząsteczkowej 10.000 - 40.000 charakteryzuje się tym, że:

i) wytłacza się roztopioną masę poliwęglanu przez dyszę wylotową wytłaczarki, z wytworzeniem poliwęglanowej stopionej folii, ii) doprowadza się tę poliwęglanową stopioną folię na walec chłodzący Chill-Roll, iii) studzi się ją, przy czym wewnętrzna powierzchnia dyszy do wytłaczania w obszarze dyszy wylotowej wytłaczarki ma wysokość nierówności RA od 0,025 do 0,002 (według DlN 4768).

Korzystne jest, gdy w rejonie ustnika wytłaczarki wewnętrzna powierzchnia dyszy wylotowej wytłaczarki jest wyposażona w środek odpychający roztopiony poliwęglan, korzystnie olej silikonowy.

PL 199 226 B1

Uzyskuje się korzystnie folię o grubości mniejszej niż 200 μm, która w każdej części powierzchni nie odchyla światła spolaryzowanego liniowo powyżej 2 minut kątowych.

Wytworzona tym sposobem folia poliwęglanową znajduje korzystnie zastosowanie jako folia chroniąca przed podrapaniem do optycznych nośników danych, takich jak płyty kompaktowe i płyty DVD.

Wytworzona tym sposobem folia poliwęglanowa znajduje korzystniej zastosowanie jako materiał nośny do optycznych nośników danych, takich jak płyty kompaktowe i płyty DVD.

Najkorzystniej, wytworzona tym sposobem folia poliwęglanowa znajduje zastosowanie jako materiał bazowy do wytwarzania folii przykrywających wyświetlacze i ekrany, takie jak stosowane w monitorach.

Okazało się więc, że optycznie wysokowartościowe wytłaczane folie poliwęglanowe w zakresie grubości <200 μm, korzystnie 15-150 μm, a szczególnie korzystnie 30-130, zwłaszcza 60-90 μm, dają się wytwarzać sposobem odlewania ze stanu roztopionego przy zastosowaniu walca Chill-Roll osiągając wymagane właściwości. W celu uzyskania wysokiego poziomu optycznej czystości korzystnie stosuje się stosunkowo małocząsteczkowe poliwęglanowe masy do odlewania wtryskowego, jakie stosuje się w dużej ilości do wytwarzania odlewanych wtryskowe optycznych nośników danych.

Masa cząsteczkowa Mw stosowanej poliwęglanowej masy do formowania wynosi 10.000-40.000, korzystnie około 15.000-20.000 (masa do odlewania wtryskowego). W szczególności masa do odlewania wtryskowego, nie przewidziana normalnie do wytłaczania, niespodziewanie daje się wytłaczać w folie o wymaganych właściwościach dzięki zastosowaniu walca Chill-Roll, co okazało się bardzo opłacalne i dodatkowo korzystne ze względu na uniknięcie trujących rozpuszczalników.

Zastosowanie sposobu odlewania roztopionego materiału zwanego również procesem Chill-Roll jest istotną cechą wynalazku. Wychodzącą z dyszy folię z roztopionego materiału nakłada się na walec chłodzący (walec Chill-Roll) i ochładza się. Dzięki temu możliwe jest wytwarzanie bardzo cienkich folii (nawet do 15 μm) o niewielkiej anizotropii optycznej (folii prawie izotropowych).

Przez prawie izotropowe rozumie się, że promień światła przechodzący przez materiał folii doznaje tylko pomijalnie małego odchylenia, np. różnica drogi optycznej wynosi najwyżej 50 nm, korzystnie najwyżej 35 nm, a szczególnie korzystnie najwyżej 25 nm.

Temperatura przetwarzania poliwęglanowej masy wynosi 210-260°C, korzystnie 220-240°C.

Aby uniknąć osadzania się kryształów w dyszy, korzystne jest uruchamianie urządzenia wytłaczającego, przy temperaturze przetwarzania 250-260°C. Aby osiągnąć możliwie niewielkie powstawanie bryły żelowej, temperaturę przetwarzania można po fazie początkowej trwającej od około 10 min do około 1 h obniżyć stopniowo do 220-240°C.

W celu uniknięcia na wytłoczonej folii bruzd od dyszy lub pasów z wytłaczania zaleca się polerowanie wewnętrznej powierzchni dyszy wytłaczającej, która korzystnie jest chromowana, zwłaszcza w obszarze ustnika dyszy. Dla obszaru ustnika dyszy wytłaczającej wysokość nierówności RA powinna według DIN 4768 wynosić 0,025-0,002, korzystnie 0,015-0,002, a szczególnie korzystnie 0,01-0,002. Chropowatość kanału rozdzielacza powinna korzystnie wynosić najwyżej 0,1.

Dalsze polepszenie jakości, zwłaszcza uniknięcie na wytłoczonej folii bruzd od dyszy lub pasów z wytłaczania, można uzyskać pokrywając wewnętrzną powierzchnię dyszy wytłaczającej środkiem odpychającym roztopiony poliwęglan. Można to osiągnąć przez powleczenie oczyszczonej wewnętrznej powierzchni dyszy takim środkiem, jak np. olej silikonowy. Taki środek nie powinien w ogóle zwiększać szorstkości powierzchni, albo zwiększać ją tylko nieznacznie, korzystnie jednak powinien ją zmniejszać.

Dalszym czynnikiem, który może mieć wpływ na jakość wytłaczanej folii poliwęglanowej, są niewielkie zanieczyszczenia roztopionego poliwęglanu. Dlatego korzystne jest zamontowanie filtru roztopionego materiału pomiędzy cylindrem wytłaczającym a dyszą wytłaczającą. Wielkość oczek wkładu filtru powinna wynosić 5-50 μm.

Do uzyskania lepszej jakości folii poliwęglanowych, może przyczynić się również domieszanie środka antyadhezyjnego do formulacji masy do formowania. Zwykłe ilości wynoszą 0,01-1% wagowych w odniesieniu do masy do formowania.

Przykładami odpowiednich środków antyadhezyjnych są częściowo utlenione polietyleny, stearynian pięcioerytrytowy lub estry kwasów tłuszczowych C10-C20.

Wysoka czystość optyczna oraz duża optyczna izotropia są ważnym warunkiem podstawowym użycia folii w wymienionych zastosowaniach.

Sposobem według wynalazku można wytwarzać folie poliwęglanowe wysokowartościowe optycznie. Przez określenie - wysokowartościowe optycznie - należy w szczególności rozumieć: małe podwójne załamanie, dużą przepuszczalność, słabe tworzenie pasów wytłaczania lub linii dyszowych

PL 199 226 B1 (mierzone przez niewielkie odchylenie światła spolaryzowanego liniowo) oraz niewielką liczbę bryłek żelowych na jednostkę powierzchni.

Korzystnie folia według wynalazku w każdej części powierzchni nie odchyla światła spolaryzowanego liniowo powyżej 2 minut kątowych.

Pomiar przeprowadza się przez rejestrowanie kąta odchylenia promienia laserowego przechodzącego przez folię. W tym celu stosuje się tak zwany sposób odchylania lasera. Na całej szerokości wytłaczania za pomocą przesuwnego stolika napędzanego silnikiem krokowym mierzy się odchylenie kątowe, promienia laserowego 632,8 nm przy prostopadłym prześwietlaniu folii poprzecznie do kierunku wytłaczania. Przepuszczony promień przechodzi następnie w celu zwiększenia kąta odchylenia przez lunetę i pada na, wrażliwy na położenie, cyfrowy czujnik optyczny. Określa on usytuowanie środka padającej na niego plamki światła i wyprowadza poprzez szeregowy interfejs współrzędne x i y. Dla oceny linii dyszowych ważne są tu tylko współrzędne y.

Jak było wspomniane wyżej, możliwymi zastosowaniami folii według wynalazku są folie zabezpieczające przed podrapaniem do optycznych nośników danych, takich jak płyty kompaktowe i płyty DVD, materiały wsporcze do optycznych nośników danych, takich jak płyty kompaktowe i płyty DVD, materiały bazowe do wytwarzania folii przykrywających wyświetlacze i ekrany obrazowe, takie jak stosowane w monitorach.

Sposób według wynalazku jest wyjaśniony w przykładach wykonania, przy czym pomocny jest rysunek, w którym fig. 1 przedstawia schematycznie zastosowanie walca Chill-Roll do tego procesu.

P r z y k ł a d 1

Wytwarzanie folii według wynalazku przez wytłaczanie przy zastosowaniu walca Chill-Roll poliwęglanowej masy do formowania do optycznych zastosowań wtryskowych.

Roztopiony materiał wytwarzany przez wytłaczarkę jedno- lub dwuślimakową (w celu zapewnienia stałości strumienia roztopionego materiału można ewentualnie zastosować pompę) jest doprowadzany poprzez przeznaczoną do wytłaczania folii, automatycznie regulowaną dyszę do walca Chill-Roll (wysokość nierówności RA 0,002-0,006, RT = 0,02-0,004, mierzone według DIN 4768). Wysokość nierówności RA obszaru ustnika dyszy wytłaczającej wynosi 0,02. Powierzchnia wewnętrzna dyszy pokryta jest olejem silikonowym odpychającym roztopiony materiał poliwęglanowy. Temperatura strumienia roztopionego materiału wynosi 235°C ± 5°C. Warstewka roztopionego materiału układa się stycznie na powierzchni walca i otacza walec na około 180°. Po otoczeniu dalszych walców grubość wstęgi folii określana jest za pomocą umieszczonego poprzecznie, bezdotykowego systemu pomiarowego, a za pomocą przetwarzanej elektronicznie informacji rozdzielanie roztopionego materiału z dyszy jest regulowane na szerokości przez układ sprężynujących sworzni. Omawiane folie mają wysoką izotropię optyczną oraz mechaniczną. Ta ostatnia jest szczególnie ważna przy dalszej obróbce, np. wykrawaniu na wielkość płyty kompaktowej, ponieważ masy do odlewania wtryskowego płyt kompaktowych ze względu na swoją małą masę cząsteczkową są wyraźnie bardziej kruche niż masy do wytłaczania płyt kompaktowych.

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y 1

Folia poliwęglanowa wytworzona w procesie gładzenia, grubość 0,13 mm.

Roztopiony materiał wytworzony za pomocą wytłaczarki jedno- lub dwuślimakowej (w celu zapewnienia stałości strumienia roztopionego materiału można ewentualnie zastosować pompę roztopionego materiału) doprowadza się do mechanizmu wygładzającego poprzez dyszę przeznaczoną do wytłaczania folii. W szczelinie utworzonej pomiędzy walcami ustala się wymiary roztopionego materiału oraz wygładza się i chłodzi go za pomocą powierzchni wypolerowanych na wysoki połysk walców o regulowanej temperaturze (wysokość nierównoś ci RA 0,002-0,006, RT = 0,02-0,04 mierzone wedł ug DIN 4768). Kształt geometryczny jednego lub obu walców, różniący się od kształtu cylindrycznego, jest szlifowany beczkowo. Wypukłość wynosi 0,1-0,2 mm w odniesieniu do średnicy walca. Ten beczkowy kształt ma decydujące znaczenie dla równomiernego rozkładu grubości na szerokości wstęgi folii.

Na skutek typowych dla tego procesu dużych sił w szczelinie pomiędzy walcami, cząsteczki polimeru są wydłużane w kierunku wytłaczania. Uzyskiwana orientacja prowadzi do uwydatnionej, wyraźnie zbyt dużej anizotropii optycznej.

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y 2

Wytwarzanie lanej folii poliwęglanowej o grubości 0,08 mm przeprowadza się następującym sposobem:

Poliwęglan rozpuszcza się w zbiorniku wyposażonym w mieszadło w mieszaninie rozpuszczalnikowej z acetonu i chlorku metylenu. Grube zanieczyszczenia usuwa się następnie za pomocą prasy

PL 199 226 B1 z filtrem membranowym o dokładności 2 μm. Następnie roztwór poliwęglanu przetwarza się w maszynie odlewniczej, która jest złożona z napędzanej dwoma bębnami o średnicy 3 m taśmy stalowej o długości 48 m, w folię o grubości 80 μ^ι. Rozpuszczalnik odparowany podczas późniejszego procesu suszenia jest zawracany do procesu.

Uzyskane folie lane z poliwęglanu mają wprawdzie wystarczająco małą anizotropię optyczną, ale nie są pozbawione zakłócających wad optycznych, takich jak cząstki żelu i pasy.

Przy wytwarzaniu lanej formy z roztworu organicznego chodzi o drogi proces, który stawia również wysokie wymagania technice bezpieczeństwa.

Uzyskiwane folie nie są pozbawione silnie trującego rozpuszczalnika, a zatem są niedoskonałe z punktu widzenia toksyczności.

Taśma stalowa o dużej powierzchni jest znacznie trudniejsza do wykonania oraz utrzymania tak, aby jej produkty posiadały wysoką jakość optyczną, niż znacznie mniejsza powierzchnia walca Chill-Roll zastosowana w sposobie odlewania z roztopionego materiału według wynalazku. Zastosowanie wielkopowierzchniowej taśmy skutkuje powstawaniem na powierzchni folii niedopuszczalnie dużej liczby pasm. Pomimo stosowania pras z filtrami membranowymi o dokładności 2 μm nie udaje się uniknąć zbryleń w rodzaju bryłek żelowych zmniejszających siłę sygnału laserowego. W przeciwieństwie do przetwarzania roztopionego materiału w wytłaczarkach, w przypadku odlewania z roztworu, nie ma żadnego pola ścinania, na skutek czego trudno rozpuszczalne, wielkie cząsteczki poliwęglanowe zbrylają się zgodnie z możliwością mikroruchów Browna, to znaczy dążąc do stanu możliwie małej energii na powierzchniach granicznych.

Bryłki żelowe i ciągnące się pasma zmniejszają siłę sygnału laserowego do niedopuszczalnie niskiego poziomu, na skutek czego powstaje znaczna liczba sygnalizacji błędów przy odtwarzaniu zabezpieczonych taką folią systemów płyt kompaktowych.

Oznaczenia

- warstewka roztopionego materiału

- folia wykonana z warstewki roztopionego materiału

- walec Chill-Roll

- dysza

Właściwość/Przykład	Skurcz 190°C/30 min [%] MD/TD	Zmętnienie [%] ASTM-D 1003	Różnica dróg optycznych [nm]	Podwójne załamanie Δn	Próba rozciągania ISO 527-3 Wydłużenie przy zerwaniu [%] MD/TD
Folia według wynalazku Wytłaczanie masy poliwęglanowej przy zastosowaniu walca Chill-Roll do formowania wtryskowego optycznych nośników danych Grubość: 0,08 mm	<1/<1	0,5	31	4x10⁴	39/35
Przykład porównawczy 1 • folia poliwęglanowa z masy do wytłaczania, wykonana w procesie wygładzania grubość: 0,13 mm	31/-7	0,3	360	3x10 ³	145/99
Przykład porównawczy 2 • folia poliwęglanowa lana z roztworu organicznego (nazwa handlowa Pokalon) grubość: 0,08 mm	3	1,2	29	4x10⁴	nie mierzono

*MD = kierunek wzdłużny *TD = kierunek poprzeczny

Uwaga:

„Skurcz” odróżnia wynalazek od przykładu porównawczego 1.

Zmętnienie odróżnia wynalazek od przykładu porównawczego 2.

Podwójne załamanie i różnica dróg optycznych odróżniają wynalazek od przykładu porównawczego 1. Wydłużenie przy zerwaniu odróżnia wynalazek od przykładu porównawczego 1.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania optycznie prawie izotropowej folii z liniowego lub rozgałęzionego poliwęglanu o średniej masie cząsteczkowej 10.000 - 40.000, znamienny tym, że:

i) wytłacza się roztopioną masę poliwęglanu przez dyszę wylotową wytłaczarki, z wytworzeniem poliwęglanowej stopionej folii, ii) doprowadza się tę poliwęglanową stopioną folię na walec chłodzący Chill-Roll, iii) studzi się ją, przy czym wewnętrzna powierzchnia dyszy do wytłaczania w obszarze dyszy wylotowej wytłaczarki ma wysokość nierówności RA od 0,025 do 0,002 (według DlN 4768).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w rejonie ustnika wytłaczarki wewnętrzna powierzchnia dyszy wylotowej wytłaczarki jest wyposażona w środek odpychający roztopiony poliwęglan, korzystnie olej silikonowy.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że uzyskuje się folię o grubości mniejszej niż 200 μm, która w każdej części powierzchni nie odchyla światła spolaryzowanego liniowo powyżej 2 minut kątowych.
4. Zastosowanie folii poliwęglanowej otrzymanej sposobem określonym w zastrz. 1, jako folii chroniącej przed podrapaniem do optycznych nośników danych, takich jak płyty kompaktowe i płyty DVD.
5. Zastosowanie folii poliwęglanowej otrzymanej sposobem określonym w zastrz. 1, jako materiału nośnego do optycznych nośników danych, takich jak płyty kompaktowe i płyty DVD.
6. Zastosowanie folii poliwęglanowej otrzymanej sposobem określonym w zastrz. 1, jako materiału bazowego do wytwarzania folii przykrywających wyświetlacze i ekrany, takie jak stosowane w monitorach.