專利名稱：記錄載體的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)信息記錄載體的模塑盤的制備工藝。具體說，本發(fā)明涉及用某些丙烯酸系聚合物來制備雙面光學(xué)信息記錄載體的工藝，后者也叫做數(shù)字式視頻盤片。
聚合物已成為埋置信息的介質(zhì)，如光學(xué)信息記錄載體。聚碳酸酯已統(tǒng)治了高密盤市場(chǎng)，而以甲基丙烯酸甲酯為基礎(chǔ)的丙烯酸系聚合物已統(tǒng)治了激光可讀視頻盤片市場(chǎng)。
雙面光學(xué)信息記錄載體(也叫做數(shù)字式視頻盤片、數(shù)字式通用盤，“DVD”，“DVD-ROM”，“DVD-RAM”或“DVD-R”)的信息容量比高密盤的大得多。高密盤以帶一層金屬表面的單個(gè)模塑盤為基礎(chǔ)，而DVD組合成品是雙面盤(兩個(gè)盤)。由于DVD盤的信息容量比高密盤大得多，所以DVD盤需在一個(gè)個(gè)盤的模塑成形中精密地復(fù)制原型面模的紋深與尺寸。
為生產(chǎn)能將信息編碼在其上并以低錯(cuò)誤率讀取的DVD盤，必須控制許多變量。必須仔細(xì)地控制起始模塑樹脂的純度，因?yàn)殡s質(zhì)會(huì)影響編碼數(shù)據(jù)的讀取。模塑樹脂必須有足夠的流動(dòng)性才能適當(dāng)?shù)爻淠?。模塑樹脂必須能精確地復(fù)制紋深與尺寸，同時(shí)紋周圍的變形應(yīng)盡量小。不能精確復(fù)制紋深與尺寸的模塑樹脂會(huì)增加編碼數(shù)據(jù)讀取中的錯(cuò)誤。
對(duì)于優(yōu)質(zhì)盤，模塑盤的雙折射必須盡量小，并能通過避免在盤中模塑進(jìn)應(yīng)力來控制。雙折射是光學(xué)延遲的量度，光學(xué)延遲是因盤在組成上的微小不均勻性造成的微小但很重要的折光指數(shù)之差引起的。這些微小的不均勻性常常是因注塑成形操作而出現(xiàn)的聚合物取向所造成的結(jié)果。偏離零50nm以上的雙折射值為不合格。雙折射會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度的損失，因此增加了編碼數(shù)據(jù)讀取中的錯(cuò)誤。
對(duì)于聚碳酸酯盤，雙折射是一個(gè)問題，因?yàn)榫厶妓狨サ母邞?yīng)力光學(xué)系數(shù)和剛性流動(dòng)使它難以模塑成低雙折射值的盤。丙烯酸系聚合物的低應(yīng)力光學(xué)系數(shù)和易流動(dòng)性一般導(dǎo)致低得多的雙折射值并能更好地復(fù)制原型面模。
從丙烯酸系聚合物制成的盤不如比從聚碳酸酯制成的盤結(jié)實(shí)，且容易開裂和翹曲。解決開裂與翹曲問題的一個(gè)辦法是提高所用丙烯酸系聚合物的分子量。但是，隨著丙烯酸系聚合物分子量的增加，其流動(dòng)性就降低。聚合物流動(dòng)性的降低會(huì)降低聚合物適當(dāng)充模的能力，并因此而降低其精確復(fù)制原型面模紋深與尺寸的能力。由此產(chǎn)生的盤在讀取編碼數(shù)據(jù)時(shí)具有較高的錯(cuò)誤率。
日本未審查專利申請(qǐng)08-132,496 A公開了一種在兩步法操作中通過特別控制熔體與模具溫度以及控制模壓來模塑光學(xué)盤的工藝。在他們的申請(qǐng)中未公開所用丙烯酸系聚合物的具體組成和分子量，但列出了一大張單體組合表和一張甲基丙烯酸甲酯聚合單元不超過80％的共聚物的優(yōu)選分子量范圍表，還列舉了一種10重量％甲基丙烯酸酯與甲基丙烯酸甲酯的共聚物。在該申請(qǐng)中公開的聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于100℃。這樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不夠高，不足以使丙烯酸系聚合物抗開裂與翹曲。該申請(qǐng)暗示組成和分子量不如具體的模塑條件重要。
日本專利85-045,649 B2(Arakawa等)公開了一種光學(xué)信息記錄載體，它含有一種具有特定組成與特性粘度的甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸乙酯的共聚物。Arakawa等在專利中公開的聚合物的特性粘度為大于或等于0.4dl/g～小于或等于0.62dl/g，正如公式0.4≤y≤(1/45)x+0.334所規(guī)定，其中，“y”為特性粘度，“x”為共聚物中丙烯酸乙酯的重量％。丙烯酸乙酯在共聚物中的重量％可以在3～13范圍內(nèi)變化。Arakawa等把重點(diǎn)放在聚合物的流動(dòng)性上。Arakawa等不認(rèn)為丙烯酸系聚合物也耐開裂。
日本專利申請(qǐng)09-48827 A(0htani等)公開了含有3～10重量％的丙烯酸(C1～C8)烷基酯的甲基丙烯酸甲酯共聚物。Ohtani等公開的工藝不適用于甲基丙烯酸甲酯的均聚物或丙烯酸低級(jí)烷基酯的含量低于3重量％的甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
因此，仍然需要發(fā)展能適用于雙面光學(xué)信息載體的、能耐開裂與翹曲的、仍有足夠的流動(dòng)性因而能精確復(fù)制原型面模的紋深與尺寸的、并能在很短的模塑周期內(nèi)模塑成形的丙烯酸系聚合物。
本發(fā)明旨在制備一種光學(xué)信息記錄載體作數(shù)字視頻盤片部件用，該光學(xué)信息記錄載體包含一種甲基丙烯酸甲酯的均聚物或共聚的丙烯酸低級(jí)烷基酯的含量不超過6重量％的甲基丙烯酸甲酯的共聚物，所述均聚物或共聚物的分子量為90,000～160,000，所述均聚物或共聚物的Tg為100℃～115℃。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是一種制備適于用作光學(xué)信息記錄載體的盤的工藝，該工藝包括(A)在注塑成形機(jī)料筒中于至少270℃的溫度下，使甲基丙烯酸甲酯的均聚物或共聚的丙烯酸低級(jí)烷基酯的含量不超過6重量％的甲基丙烯酸甲酯的共聚物塑化，所述均聚物或共聚物的分子量為90,000～160,000，所述均聚物或共聚物的Tg為100℃～115℃。
(B)將塑化的均聚物或共聚物注射進(jìn)溫度低于80℃的模具中，形成帶分立密紋的模塑盤；以及(C)將模塑盤出模，最好在6秒鐘或更短的周期內(nèi)完成。
除非上下文中另有清楚的說明，下列術(shù)語的意義如下。
術(shù)語“分子量”是指“重均分子量”，縮寫為“Mw”。分子量用傳統(tǒng)的凝膠滲透色譜法測(cè)定，用聚甲基丙烯酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行標(biāo)定?！暗图?jí)烷基”是指線型或支化的C1～C4烷基，如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基和異丁基?！皟A斜度”是對(duì)組合的雙面光學(xué)信息記錄載體平整度的一種量度，方法是測(cè)定入射光線的角偏差。在徑向上小于0.30°和在切向上小于0.15°的傾斜度被認(rèn)為是合格的。
術(shù)語“聚合物”和“共聚物”可交互使用，而且前者包含后者。如本文所用，術(shù)語“丙烯酸系”聚合物是指一種從丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的單體，或同時(shí)由兩者，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯等衍生而來的聚合物。
除非另有說明，所有的含量均以重量百分?jǐn)?shù)(重量％)表示，所有的重量％都包括所示百分?jǐn)?shù)在內(nèi)。正如本文所用，采用了下列簡(jiǎn)略語Tg＝玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；“nm”＝納米；“mm”＝毫米；“dl”＝分升；“g”＝克；“MMA”＝甲基丙烯酸甲酯；“EA”＝丙烯酸乙酯；以及“AFM”＝原子力顯微技術(shù)。
雙折射以光線通過0.6mm厚的制件后x與y分量間的相位移測(cè)定，以nm表示。
適用于本發(fā)明的聚合物具有足夠高的分子量和Tg，因而所得到的注塑成形盤是耐開裂與耐翹曲的。優(yōu)選丙烯酸系聚合物的組成是甲基丙烯酸甲酯與一種丙烯酸低級(jí)烷基酯的共聚物。優(yōu)選共聚的丙烯酸烷基酯是丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯。
當(dāng)丙烯酸系聚合物是甲基丙烯酸甲酯與一種丙烯酸低級(jí)烷基酯的共聚物時(shí)，丙烯酸低級(jí)烷基酯的含量最多為單體總重量的6重量％。優(yōu)選丙烯酸低級(jí)烷基酯的含量為單體總重量的0.5重量％～5重量％。非常優(yōu)選丙烯酸低級(jí)烷基酯的含量為單體總重量的1重量％～4重量％。特別優(yōu)選丙烯酸系聚合物是甲基丙烯酸甲酯均聚物和97重量％MMA/3重量％EA的共聚物。
均聚物或共聚物的分子量為90,000～160,000。優(yōu)選的分子量一般為90,000～135,000，非常優(yōu)選的一般為90,000～115,000。這類聚合物的特性粘度一般都大于0.46dl/g。
適用于本發(fā)明的丙烯酸系聚合物的Tg為100℃～115℃。優(yōu)選的Tg一般為105℃～115℃。
一般地說，丙烯酸系共聚物是一種無規(guī)共聚物。本發(fā)明的丙烯酸系聚合物以及它們的制備是該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的，例如，可參見美國(guó)專利說明書5,549,941(Banyay等人)。
本發(fā)明的盤是用注塑成形工藝制備的，它包括稱做注射-壓縮模塑的工藝在內(nèi)。盤是通過下述操作制備的將熔融樹脂充入具有一個(gè)編碼信息插件，也叫做打號(hào)機(jī)的模具內(nèi)，然后于模壓后將冷卻的模制品頂出。已知這種工藝在獲得無應(yīng)變制件方面具有優(yōu)越性，因此用該工藝生產(chǎn)的盤具有較低的雙折射值。
模塑在盤上的紋和溝的形狀、深度和間距對(duì)于將要包含在盤上并用激光讀取的信息的量與質(zhì)都很重要的。與模糊的密紋相比，深度合適、界線分明的密紋在減少讀數(shù)錯(cuò)誤中是重要的。可以用電子顯微技術(shù)和原子力測(cè)量等方法來測(cè)定紋深和紋附近的“平整度”?！皟A斜度”涉及反射激光光線因盤平整度的畸變而引起的角偏差所造成的錯(cuò)誤程度。高傾斜度對(duì)良好的信號(hào)檢測(cè)是不利的而且在盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起振動(dòng)。高的傾斜度通常是由模塑盤中的應(yīng)力造成的，因此希望傾斜度較低。
從適合于本發(fā)明的丙烯酸系聚合物制成的盤不僅能抗開裂和翹曲而且傾斜度也低。可用于本發(fā)明的丙烯酸系聚合物，由于具有較高的分子量與Tg，因此需要特殊的加工條件才能獲得足夠的流動(dòng)性以使丙烯酸系聚合物精確地復(fù)制原型面盤的紋深與尺寸。這些工藝條件是通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的，而不會(huì)使丙烯酸系聚合物分解。當(dāng)丙烯酸系聚合物分解時(shí)，所得注塑成形盤包含氣泡、焦化和褪色，這使盤無法用作光學(xué)信息記錄載體。
為了使本發(fā)明的丙烯酸系聚合物具有足夠的流動(dòng)性，料筒注射溫度必須至少為270℃。優(yōu)選料筒注射溫度為280℃～330℃，非常優(yōu)選295℃～320℃。優(yōu)選模具溫度為55℃～75℃。更優(yōu)選模具溫度為55℃～65℃。
模塑周期是注射進(jìn)模腔的熔體樹脂在模具中停留的時(shí)間。制備注塑成形盤的工藝采用6秒鐘或更短的模塑周期?？梢杂幂^長(zhǎng)的模塑周期，但會(huì)提高制造成本。
在上述工藝的一個(gè)優(yōu)選方案中，所述模塑周期包括一個(gè)小于0.1秒鐘的充模時(shí)間在內(nèi)。在另一個(gè)優(yōu)選工藝中，模塑工藝是注射-壓縮模塑，而且是通過一個(gè)隔膜形澆口充模，因而使聚合物徑向地分布到模腔的各個(gè)部分。
優(yōu)選注塑成形盤的厚度為0.3mm～1.2mm。特別優(yōu)選注塑成形盤的厚度為0.6mm。
適用于本發(fā)明的丙烯酸系聚合物可以成形出雙折射值小于30nm的盤。優(yōu)選注塑成形盤呈現(xiàn)的雙折射值小于10nm。
從本發(fā)明的工藝得到的盤可以通過已知的工藝轉(zhuǎn)化為合適的光學(xué)信息記錄載體。雙面盤一般是通過在第一個(gè)模塑盤上涂上，例如用噴涂法，一層金屬；再用膠粘劑將第二個(gè)模塑盤粘結(jié)到第一個(gè)盤上組裝而成。任選地，在第一個(gè)盤涂上金屬之后及與第二個(gè)盤組合之前可以涂上一個(gè)保護(hù)涂層，如清漆。合適的金屬包括，但不限于，鋁、鋁合金和金。合適的膠粘劑包括，但不限于，熱熔膠、可熱固化膠和可輻照固化膠。
凡在可用雙面盤的所有應(yīng)用中，都可用按本發(fā)明得到的光學(xué)信息記錄載體。合適的應(yīng)用包括，但不限于，DVD盤、計(jì)算機(jī)光學(xué)存貯盤(DVD-ROM)和音樂存貯盤。
擬用下列實(shí)例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的各個(gè)方面，但無意將本發(fā)明范圍限于任何一個(gè)方面。
在下列實(shí)例中所用的丙烯酸系均聚物或共聚物是按美國(guó)專利說明書5,549,941中的實(shí)例1A(’941)制備的，只是改變了MMA/EA的比例并控制分子量以產(chǎn)生出表1所示的組合物。對(duì)于光學(xué)用途，要特別仔細(xì)地注意原材料和設(shè)備的潔凈度，包括必要時(shí)合適的過濾設(shè)備在內(nèi)。
共聚物的組成用傳統(tǒng)的專用語描述，例如94MMA/6EA，其中數(shù)字代表由其衍生出共聚物的所述單體的重量％，例如94重量％的甲基丙烯酸甲酯；“/”只不過把所述的名詞隔開。
實(shí)例1按’941中的下述步驟，制備下列聚合物。
試樣 MMA/EA MwTg(℃)A 94/695,000100B 100/0 95,000115C 97/395,000108對(duì)比試樣 92/890,00093實(shí)例2將實(shí)例1中試樣A(94MMA/6EA)和對(duì)比試樣(92MMA/8EA)的組合物在Nissei注塑機(jī)上以注射-壓縮模塑法制成盤。用270℃的料筒注射溫度模塑盤。注射時(shí)間一般為0.09秒鐘，總周期為4.5～5.5秒鐘。模塑盤的表面質(zhì)量用AFM法檢查。還測(cè)定了每個(gè)盤的編碼數(shù)據(jù)的讀錯(cuò)率。數(shù)據(jù)讀錯(cuò)率是一臺(tái)機(jī)器讀出的錯(cuò)誤讀數(shù)。較低的錯(cuò)誤讀數(shù)表明在數(shù)據(jù)復(fù)制中受不希望的缺陷的干擾較少(即盤較好)。結(jié)果示于下面。
試樣1 對(duì)比試樣盤的表面質(zhì)量好-很好 不好數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率 ＜1 45.1用試樣A的組合物制成的盤，表面質(zhì)量為良好至很好，而用對(duì)比組合物制成的盤的表面質(zhì)量不好。表中數(shù)據(jù)也表明對(duì)比盤的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率很高(＞45)，所以編碼在盤上的數(shù)據(jù)是不可讀的。用本發(fā)明的組合物(試樣1)制成的盤的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率＜1，產(chǎn)生可讀性好的盤。上述數(shù)據(jù)表明Tg至少為100℃的甲基丙烯酸甲酯聚合物使模塑盤具有可讀性好的優(yōu)良表面質(zhì)量。
實(shí)例3用試樣A(見實(shí)例1)的組合物，按實(shí)例2，以260℃或270℃的料筒注射溫度制成盤。模塑盤的表面質(zhì)量用AFM法檢查。對(duì)編碼在每個(gè)盤上的數(shù)據(jù)的讀錯(cuò)率也進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果示于下表。
260℃ 270℃表面質(zhì)量 不好 很好數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率 不好 很好在270℃制造的盤的表面質(zhì)量很好，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率也很低，編碼在盤上的數(shù)據(jù)易讀。與之相比，在260℃制造的盤的表面質(zhì)量不好，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率也高，產(chǎn)生不可讀的盤。
當(dāng)用試樣B(見實(shí)例1)的組合物按實(shí)例2以340℃的料筒注射溫度制盤時(shí)，試樣2發(fā)生嚴(yán)重分解。但是，用320℃的料筒注射溫度，得到聚合物無明顯分解的可讀盤。
320℃ 340℃可加工性 良好 不好實(shí)例4用試樣A和試樣C(從實(shí)例1)的組合物按實(shí)例2以280℃的料筒注射溫度制盤。用這兩種組合物所制盤的表面質(zhì)量，正如AFM所測(cè)，都很好，且數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率也很低。與從試樣1所制的盤相比，從試樣3所制盤的光線的角偏差較低。
試樣C試樣A徑向 ＜0.30° ＞0.30°切向 ＜0.15° ＞0.15°對(duì)于試樣C，較低的光線角偏差值說明從試樣C的組合物制成的盤比從試樣A的組合物制成的盤更平整。
權(quán)利要求
1.一種制備適用于光學(xué)信息記錄載體的模塑盤的工藝，該工藝包括(A)在注塑成形機(jī)料筒中于至少270℃的溫度下，使甲基丙烯酸甲酯的均聚物或共聚的丙烯酸低級(jí)烷基酯的含量不超過6重量％的甲基丙烯酸甲酯的共聚物塑化，所述均聚物或共聚物的分子量為90,000～160,000，所述均聚物或共聚物的Tg為100℃～115℃。(B)將塑化的均聚物或共聚物注射進(jìn)溫度低于80℃的模具中，形成帶分立密紋的模塑盤；以及(C)將模塑盤出模。
2.按照權(quán)利要求1的工藝，其中料筒注射溫度為280℃～330℃，模具溫度為55℃～75℃。
3.按照權(quán)利要求2的工藝，其中，料筒注射溫度為295℃～320℃。
4.按照前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的工藝，其中，共聚物包含97重量％的甲基丙烯酸甲酯和3重量％的丙烯酸乙酯。
5.按照前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的工藝，其中，模塑盤在6秒鐘或更短的周期內(nèi)出模。
6.按照前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的工藝，所述工藝還包括在第一個(gè)模塑盤上涂上一層金屬以及用膠粘劑將第二個(gè)模塑盤粘結(jié)到第一個(gè)模塑盤上去的步驟。
7.按照權(quán)利要求6的工藝，其中，所述金屬選自鋁、鋁合金或金。
8.按照權(quán)利要求6或7的工藝，其中，用噴鍍法在第一個(gè)模塑盤上噴鍍上一層金屬。
9.由前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的工藝制備的注塑成形盤。
10.一種數(shù)字視頻盤片，它包含一個(gè)光學(xué)信息記錄載體，該載體包含一種甲基丙烯酸甲酯的均聚物或共聚的丙烯酸低級(jí)烷基酯的含量不超過6重量％的甲基丙烯酸甲酯的共聚物，所述均聚物或共聚物的分子量為90,000～160,000，所述均聚物或共聚物的Tg為100℃～115℃。
11.一種按照權(quán)利要求10的數(shù)字視頻盤片，其中光學(xué)信息記錄載體包含一個(gè)如權(quán)利要求9所要求的盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備適用于光學(xué)信息記錄載體的模塑盤的工藝以及由此可獲得的光學(xué)信息記錄載體。所述工藝包括在很短的周期內(nèi)使甲基丙烯酸甲酯的均聚物或共聚物塑化,將塑化的均聚物或共聚物注射進(jìn)模具成形為盤以及將成形的盤出模。由此可獲得特別適用于光學(xué)信息記錄載體的優(yōu)質(zhì)盤。
文檔編號(hào)B29D17/00GK1267254SQ98808219
公開日2000年9月20日 申請(qǐng)日期1998年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月17日
發(fā)明者M·S·科洛德, D·R·霍尼, D·H·斯通 申請(qǐng)人:埃勒夫阿托化學(xué)有限公司