專利名稱：光學各向同性聚碳酸酯膜及其制備方法
技術領域：
本發明涉及純度高、兩側光亮度都高的光學各向同性聚碳酸酯膜、經濟地制備它們的擠壓方法和本發明膜作為光學數據記錄媒體覆蓋膜的應用，例如袖珍唱片或DVD唱片。
本發明膜也可用作信息儲存層的載體材料，為此，光學數據記錄媒體應制得極薄。
迄今為止，袖珍唱片形式的光學數據記錄媒體主要是用壓鑄法制備的。也可采用其他的方法制備大型光學記錄媒體，這種光學記錄媒體的整塊板由塑料制成，然后在其上涂覆信息儲存層。
EP461485(Roehm GmbH)描述了經擠壓制備的塑料整板或塑料膜及其制備方法。從擠壓機的縫口模頭噴嘴擠壓出約290℃的聚碳酸酯熔融物，在軋機機架上壓制，軋機機架由高光亮度的鋼軋輥和棉絮填充的橡膠輥子構成。用這種方法可以制備單側光亮度高的、而另一單側無光澤的聚碳酸酯膜，膜的厚度為450微米。
EP351886(Bayer AG)描述了用澆鑄法制備聚碳酸酯膜。將平均分子量為98000的聚碳酸酯溶解在二氯甲烷中，緩慢旋轉加熱溶液并通過一個刮漿設備輸送到拋光圓筒上。以此制備一種透明均勻的膜，膜的厚度為200微米。這種膜表現出強的雙折射，具有的程差ΔG=74納米。固定以此制備的具有雙折射的聚碳酸酯膜，借助于石英加熱輻射體加熱5-60秒。使不希望有的雙折射降低到在不再成為干擾性的范圍內。
JP07126375(Teijin Kasei股份有限公司)描述了雙折射低的聚碳酸酯膜的制備方法。通過使用一種聚烯烴保護層，使得這種聚碳酸酯膜的雙折射特別的低。
這后一種已知的光學各向異性擠壓膜必須在后續步驟中轉變成兩側都具有光亮度的光學各向同性擠壓膜。兩步擠壓法的花費極其昂貴。雖然這種膜是相當光學各向同性的，但是膜的表面特性不理想。
任務本發明的任務是提供一種兩側都具有光亮度的光學各向同性聚碳酸酯膜，這種膜克服了現有技術描述的生產工藝上的和經濟上的缺點。這種膜應該是光學-和機械各向同性的，表面質量優越，具有盡可能高的光學純度。解決方案令人驚奇地，借助于冷卻滾動熔融澆鑄法(Chill-RollSchmelzegieβVerfahren)可以制備出具有所要求的性能特征的光學上高價值的聚碳酸酯擠壓膜，膜的厚度＜200微米，優選15-150微米，更優選30-100微米，特別優選60-90微米。為了獲得高水平的光學純度，最好采用分子量較低的聚碳酸酯壓鑄材料，正如在大規模制備壓鑄的光學信息儲存器所使用的材料。
所使用的聚碳酸酯模制材料的分子量Mw為10000-40000，優選約15000-20000(壓鑄材料)。特別令人驚奇地是，不是供擠壓法使用的壓鑄材料可以借助冷卻滾動法擠壓出具有所要求的性能特征的膜，這種方法的經濟效率高，而且避免了有毒的有機溶劑(參見
圖1)。本發明的實施方式本發明主要采用的是熔融澆鑄法，即所謂的冷卻滾動法(Chill-Roll Verfahren)。將經噴嘴擠出的熔融膜通過冷卻輥(冷卻滾動軋輥)，在冷卻輥上冷卻。用此方法可制備出極薄的光學各向異性弱的膜(幾乎是各向同性的膜，膜厚在15微米以下)。
“幾乎各向同性”是指能透過此膜介質的光射線只存在幾乎可以忽略不計的偏差，例如程差最大為50納米，優選最大為35納米，更優選最大為25納米。
聚碳酸酯模制材料的加工溫度為210-260℃，優選220-240℃。
為了避免在噴嘴上產生晶粒沉積，擠壓裝置最好在250-260℃的加工溫度下開始運行。為了盡可能少地形成膠體，在約10分至1小時的起始階段之后，逐漸將加工溫度降低到220-240℃。
為了防止在擠壓膜上出現噴嘴線紋或擠壓條紋，應使擠壓噴嘴的內表面、特別是噴嘴的邊緣區域變得平滑，最好的方式是鍍上一層鉻。按照DIN(德國工業標準)4768標準，擠壓噴嘴邊緣區域的粗糙深度RA為0.025-0.002，優選0.015-0.002，更優選0.01-0.002。分配器通道的粗糙度最高達0.1較為適宜。
如果在擠壓噴嘴的內表面上涂覆一種與聚碳酸酯不相容的試劑，就可以進一步改進擠壓膜的質量，特別是防止出現噴嘴線紋或擠壓條紋。可在潔凈的噴嘴內表面上涂覆一種諸如硅油這樣的試劑。這種試劑總體上不應提高表面的粗糙度，或者僅略有提高，但最好是使之降低。
還會影響擠壓聚碳酸酯膜質量的其他因素是聚碳酸酯熔融物中存在的少量雜質。因此，最好在擠壓圓筒和擠壓噴嘴之間安裝一個熔融物過濾器。過濾器芯子的篩號為5-50微米。
另一種有助于提高聚碳酸酯膜質量的措施是向模制材料配方中同時混入一種潤滑劑。其常規用量占模制材料的0.01-1重量％。合適的潤滑劑實例是部分氧化的聚乙烯，硬脂酸季戊四醇酯或C10-C20脂肪酸酯。
高光學純度和高光學各向同性是薄膜投入所說應用的最基本的要求。
根據本發明的方法制備光學上高價值的聚碳酸酯膜。術語“光學上高價值的”主要指雙折射低，透射度高，形成的擠壓條紋或噴嘴線紋的數量少(通過線性偏振光的少量偏差可測定)以及每單位面積的膠體數少。
本發明的膜最好沒有一個表面區域的線性偏振光的偏差大于2角分。
通過記錄偏差角進行這種測定，偏差角是透過膜的激光束產生的。為此，可以采用所謂的激光偏差法。在整個的擠壓寬度上，借助于任一個步進電動機驅動的移動來測定角偏差，在膜的垂直透射光束與擠壓方向交截時，632.8納米的激光束獲得角偏差。此后，透射的激光束為了放大偏差角而透過望遠鏡并照射在對位置敏感的數字光學傳感器上。這就確定了照射在傳感器上的光點的中心位置，通過X和Y坐標系上一系列的交叉點得出該位置。在評價噴嘴線紋時，只有Y值是相關的。
本發明的膜可用作光學數據記錄媒體的抗刮痕保護膜，作為光學數據記錄媒體的載體材料，作為制備顯示器和熒光屏覆蓋膜的基礎材料。
將借助于單螺旋式或雙螺旋式擠壓機產生的熔融物(為了確保熔融料流的穩定性，任選地可使用一個熔融泵)通過一個用于擠壓膜的可自動調節的噴嘴輸送到冷卻滾動輥(粗糙深度RA=0.002-0.006，RT=0.02-0.004，根據DIN 4768測定)中。擠壓噴嘴邊緣區域的粗糙深度RA為0.02。噴嘴的內表面涂覆有與聚碳酸酯熔融物不相容的硅油。熔融料流的溫度為235℃±5℃。熔融的膜與輥表面相切并纏繞輥大約180°。在纏繞其他的輥后，通過一個橫向設置的、無接觸的測量系統測量膜帶的厚度，借助于電子處理的信息和一個彈性螺栓系統在整個范圍內調節噴嘴的熔融物分配。對應的膜具有高的光學和機械各向同性。這后一項特性對于加工性能尤為重要，例如沖壓成CD大小的唱片，因為PC壓鑄材料因其分子量低而比PC擠壓材料顯得明顯易碎。對比例1用砑光法制備聚碳酸酯膜，膜厚為0.13毫米將借助于單螺旋式或雙螺旋式擠壓機產生的熔融物(為了確保熔融料流的穩定性，任選地可使用一個熔融泵)通過一個用于擠壓膜的噴嘴輸送到砑光機中。在限定的輥距上確定熔融物的尺寸，通過升溫的、拋成反光高光亮度的輥表面(粗糙深度RA=0.002-0.006,RT=0.02-0.004，根據DIN 4768測定)砑光并冷卻。這樣與圓筒形狀不一致的一根或兩根輥的幾何形狀進行彎曲砑光。卷邊的尺寸占輥直徑的0.1-0.2毫米。該卷邊對于膜帶的整個寬度上厚度的均勻分布十分重要。
基于用于該方法的通常高的輥距力，聚合物分子在擠壓方向上拉長。產生的定向作用導致清晰、明顯高的光學各向異性。對比例2按下列方法，制備澆鑄的聚碳酸酯膜，膜厚為0.08毫米在一個用攪拌器攪拌的混合容器中，將聚碳酸酯溶解在由丙酮和二氯甲烷組成的溶劑混合物中。
接著用一個2微米高精密薄膜式壓濾機除去聚碳酸酯溶液中的大顆粒雜質。接著將聚碳酸酯溶液倒入一個澆鑄機中，加工成80微米厚的膜，澆鑄機由2φ3米滾轉驅動的48米長的鋼帶構成。將隨后干燥步驟中蒸發的溶劑再返回到該過程中。
制成的PC澆鑄膜盡管具有足夠低的光學各向異性，但是不能免于干擾性的光學缺陷，例如膠粒和條紋。
用有機溶液制備澆鑄膜的方法花費昂貴，對技術的安全性要求也很高。所制成的膜難免含有高毒性的有機溶劑，因此，從毒理學的角度考慮是令人擔心的。
制備具有光學上高價值狀態的大面積鋼帶或制得有本發明熔融澆鑄法的冷卻滾動輥這樣明顯較小的表面是很困難的。因此，在膜表面上產生了不允許的較大數量的條紋。盡管使用了2微米高精密薄膜式壓濾機，但是并不能避免使激光信號強度減弱的膠體狀聚集。與擠壓裝置中的熔融物加工不同，在“溶液澆鑄”中沒有剪切場，因此，很難分解的聚碳酸酯的高分子成分基于“微觀布朗式運動”的可能性，即產生盡可能低的界面能，而會發生聚集。
膠體條紋和拉制的條紋使激光信號強度減弱到不允許的低水平，因此，在放奏如此保護的CD系統時會出現大量的信號故障。參考標記10-熔融膜15-由熔融膜形成的膜20-冷卻滾動輥30-噴嘴
*MD機械方向*TD橫向說明“收縮量”確定了本發明與對比例1的界限。
光霧確定了本發明與對比例2的界限。
雙折射和程差確定了本發明與對比例1的界限。
斷裂伸長確定了本發明與對比例1的界限。
權利要求
1．一種光學幾乎各向同性的塑料膜的制備方法，由直鏈或支鏈的聚碳酸酯制成，其特征在于，用冷卻滾動法熔融澆鑄聚碳酸酯熔融物。
2．根據權利要求1的方法，其特征在于，所使用的聚碳酸酯的分子量在10000-40000之間。
3．根據權利要求1或2的方法，其特征在于，擠壓噴嘴內表面的擠壓噴嘴邊緣區域的粗糙深度RA，根據DIN 4768標準，為0.025-0.002。
4．根據權利要求1-3一項或多項的方法，其特征在于，擠壓噴嘴的內表面涂覆有與聚碳酸酯熔融物不相容的試劑。
5．按權利要求1-4一項或多項方法制備的聚碳酸酯膜。
6．根據權利要求5的聚碳酸酯膜，其特征在于，膜的厚度低于200微米。
7．權利要求5或6聚碳酸酯膜的用途，用作光學數據記錄媒體的抗刮痕膜。
8．權利要求5和6聚碳酸酯膜的用途，用作光學數據記錄媒體的載體材料。
9．權利要求5或6聚碳酸酯膜的用途，用作制備顯示器和熒光屏覆蓋膜的基礎材料。
全文摘要
用冷卻滾動擠壓法將含聚碳酸酯的澆鑄膜塑材料加工成光學各向同性的膜。用該光學各向同性膜作為保護數據記錄媒體(CD－碟)的覆蓋膜,使其免遭刮傷,或將它們用作信息層的載體材料。
文檔編號C08L69/00GK1310739SQ99808841
公開日2001年8月29日 申請日期1999年8月16日 優先權日1998年8月14日
發明者U·納姆里克, K·霍夫曼, R·H·愛默生, T·普法福, M·邁耶－凱瑟 申請人:羅姆有限公司