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Diese
Erfindung betrifft beschichtete thermoplastische Gegenstände und
insbesondere betrifft sie verbesserte Verfahren, um glatte obere
und untere Oberflächen
für thermoplastische
Substrate, die insbesondere geeignet sind für Anwendungen in optischen
Medien, wie zum Beispiel CD-ROM-Karten, zur Verfügung zu stellen. Solche Anwendungen
erfordern die Verwendung von Substraten, die auf beiden Seiten polierte
Oberflächen
und eine Doppelbrechung von weniger als fünfundzwanzig (25) nm haben.
Weitere Erfordernisse für
Anwendungen in optischen Medien beinhalten Abrieb-, chemische und
UV-Strahlungsbeständigkeit,
sowie Klarheit. Darüber
hinaus müssen
thermoplastische Filme Licht eher durchlassen als reflektieren,
um für
optische Anwendungen akzeptabel zu sein.
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Polycarbonatfilme
haben allgemein akzeptable Werte von Klarheit und Festigkeit, ihnen
fehlen für
optische Anwendungen aber akzeptable Werte für Doppelbrechung, Abriebbeständigkeit,
chemische und UV-Strahlungsbeständigkeit
und Glattheit. Zum Beispiel haben unbeschichtete Polycarbonatfilme
allgemein hohe Doppelbrechung, was zum Teil auf der Menge an Spannung
beruht, die auf den Film während
seiner Bildung aufgebracht wird. Diese Spannung wird beim Abkühlen in
dem Film eingefroren. Darüber
hinaus haben unbeschichtete Polycarbonatfilme allgemein schlechte
Abriebbeständigkeit
und chemische Beständigkeit.
Unbeschichtete Polycarbonatfilme sind auch empfindlich gegen Abbau
durch UV-Bestrahlung.
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US-A-5281371
offenbart ein Verfahren zur Bildung eines Substratblattes für optische
Aufzeichnungsmedien mit einem Vorformat auf der Oberfläche. Dieses
Verfahren enthält
die Schritte des Extrudierens eines geschmolzenen Harzes, um ein
geschmolzenes Harzblatt zu bilden, Pressen des geschmolzenen Harzblattes zwischen
einer Spiegelrolle und einer Harzrolle vor dem Härten des geschmolzenen Harzblattes,
wobei ein Harzblatt gebildet wird, die Harzrolle gegenüber der
Spiegelrolle angebracht ist und auf ihre umlaufenden Oberfläche mit
einem Harz bedeckt ist, und Bilden einer fotohärtbaren Harzzusammensetzungsschicht
auf der Oberfläche
des Harzblattes mit der die Harzrolle in Kontakt gekommen ist, und
Bilden des Vorformats auf der fotohärtbaren Harzzusammensetzungsschicht.
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Strahlungshärtbare acrylische
Beschichtungen und Verfahren für
ihre Anwendung auf Polycarbonatsubstrate sind bekannt (siehe z.B.
Europäisches
Patent Nr. 228,671). Während
herkömmliche
Verfahren zum Aufbringen von strahlungshärtbaren acrylischen Beschichtungen
auf Polycarbonatfilm existieren kann es sein, dass die Haftung dieser
gehärteten
Beschichtungen auf das darunter liegende Polycarbonat weniger als
erwünscht
ist. Darüber
hinaus können
herkömmliche
Verfahren die Glattheit des Films nicht sorgfältig kontrollieren, was für optische
Anwendungen kritisch ist. Aus diesen Gründen sind Polycarbonatfilme
aufgrund der erforderlichen Haltung, Klarheit und Glattheitseigenschaften,
die nicht allgemein vor der vorliegenden Anmeldung erreicht werden
konnten, bisher nicht mit optischen Anwendungen kompatibel gewesen.
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Herkömmliche
strahlungshärtbare
acrylische Beschichtungszusammensetzungen sind ebenfalls problematisch,
da sie nicht-reaktive Lösungsmittel
verwenden, um die Viskosität
der Beschichtungszusammensetzung während ihres Aufbringens auf
das Polycarbonatsubstrat zu reduzieren. Diese nicht-reaktiven flüchtigen
Bestandteile müssen
später
aus den Beschichtungen durch Anwendung eines Heißluftgebläse-Trocknungssystems eliminiert
werden, was eine Beschichtung mit unakzeptablen Blasen und Oberflächenrauheit
erzeugen kann. Es ist ebenfalls unerwünscht, Beschichtungszusammensetzungen
zu verwenden, die wesentliche Gehalte an nicht-reaktiven flüchtigen
Bestandteilen, wie zum Beispiel Lösungsmitteln, enthalten, da
sie Umwelt- und Sicherheitsbedenken erzeugen.
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Abriebbeständige thermoplastische
Filme mit verbesserten optischen Eigenschaften können hergestellt werden durch
Härtung
einer lösungsmittelfreien,
strahlungshärtbaren
Beschichtungszusammensetzung nach Aufbringen auf die Oberfläche eines
polymeren Blattes oder Films. Dieses Härtungsverfahren kann bewirkt
werden durch direkte Strahlungsenergie durch das Substrat gegenüber der zu
beschichtenden Oberfläche
hindurch. Diese „Kaltgießtechnik" wird in US-Paten Nr. 5 468 542
von Crouch weiter veranschaulicht. Obwohl verbesserte Oberflächencharakteristiken
mit den strahlungshärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen, wie in US-Patent Nr. 5 468 542 offenbart,
erhalten werden können,
sind solche beschichteten thermoplastischen Filme nicht geeignet
für optische
Anwendungen, da kein Fortschritt gemacht wird, um die Brechungsindices
der Beschichtung und des Substrats zur Deckung zu bringen, um Lichtreflektion
an der Grenzfläche
zu vermeiden (d.h. einen geringen Delta-Brechungsindex zur Verfügung zu
stellen).
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Zusammenfassend
sind herkömmliche
Verfahren ungeeignet für
die Herstellung von thermoplastischem Film, der für die Verwendung
in Anwendungen für
optische Medien geeignet ist, da solche Verfahren keinen thermoplastischen
Film herstellen, der akzeptable Größen an Doppelbrechung, Abriebbeständigkeit, chemischer
und UV-Beständigkeit,
Glattheit und Klarheit, zusammen mit geringem Delta-Brechungsindex
(d.h. dem Unterschied im Brechungsindex zwischen der Beschichtung
und dem Substrat) hat. Insbesondere muss die Doppelbrechung, die
mit der Restspannung in dem Film durch Formen und Kühlen zusammenhängt, vorzugsweise
unterhalb von 25 nm gehalten werden. Auch muss der Film auf beiden
Seiten poliert werden, um Lichtstreuung zu vermeiden. Darüber hinaus
muss der Delta-Brechungsindex ausreichend gering sein, wenn der
Film beschichtet ist, um unakzeptable Lichtreflexion an der Grenzfläche zu vermeiden.
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Es
ist theoretisch ebenfalls allgemein bekannt, Polycarbonatfilme durch
Extrusion von erwärmtem Harz
herzustellen und das extrudierte Harz durch einen Spalt zwischen
zwei polierten Metallrollen hindurch zu führen. Dieses Verfahren ist
ungeeignet für
die Herstellung von niedrigdoppelbrechenden Filmen, da es hohe Gehalte
an Spannung in die Filme einbringt, was die Doppelbrechung der genannten
Filme erhöht.
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Im
Hinblick auf das vorher Gesagte wäre es vorteilhaft, thermoplastische
Filme zur Verfügung
zu stellen, die für
Anwendungen in optischen Medien geeignet sind. Es wäre weiterhin
wünschenswert,
ein wirksames Verfahren zur Verfügung zu
stellen, um solche Filme zu erzeugen, welche die Nachteile des Standes
der Technik vermeiden.
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Demzufolge
ist es eine Aufgabe der Erfindung, beschichtete thermoplastische
Filme zur Verfügung
zu stellen, bei denen die oberen und unteren Oberflächen ausreichend
glatt sind, um unerwünschte
Lichtstreuung zu vermeiden, und der Delta-Brechungsindex zwischen
der Beschichtung und dem Film ausreichend niedrig ist, um unakzeptable
Lichtreflektion an der Grenzfläche
zu vermeiden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung
von beschichteten thermoplastischen Filmen zur Verfügung zu
stellen, wobei das Verfahren nicht die Verwendung von Lösungsmitteln oder
anderen flüchtigen
Stoffen erfordert, die zu Störstellen
in den Filmen führen
können
und Umweltbedenken darstellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
von beschichteten Filmen, die gute Haftung zwischen der Beschichtung
und dem Filmsubstrat aufweisen, zur Verfügung zu stellen.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines beschichteten Films mit niedriger Doppelbrechung zur Verfügung zu
stellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines einseitig texturierten, einseitig polierten Filmsubstrats
mit geringer Restspannung zur Verfügung zu stellen, das beschichtet
ist, um einen Film zu bilden, der zwei glatte Oberflächen hat.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines beschichteten thermoplastischen Films zur Verfügung zu
stellen, der kompatibel ist mit optischen Anwendungen, bei denen
die Beschichtung stark an dem Substrat hattet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen beschichteten thermoplastischen
Film zur Verfügung,
aufweisend ein thermoplastisches Substrat mit einer oberen und einer
unteren Oberfläche,
wobei die genannte obere Oberfläche
texturiert ist, einen Glanz von zumindest 90% bei 85° hat und
eine Oberflächenrauheit
von 20 bis 40 nm, und die genannte untere Oberfläche poliert ist, sowie eine
Ultraviolett strahlungsgehärtete
acrylische Beschichtungsschicht auf der oberen Oberfläche des
Substrats, wobei der genannte beschichtete Film (1) eine Doppelbrechung
von weniger als 25 Nanometern hat, (2) eine Oberflächenrauheit
von 3,0 bis 10,0 nm und (3) einen Delta-Brechungsindex von weniger
als 0,08 zwischen der Beschichtung und dem thermoplastischen Substrat,
wobei die genannte gehärtete
acrylische Beschichtung das Ultraviolettstrahlungs-Reaktionsprodukt eines
bromierten epoxyacrylischen Oligomeren, eines funktionellen Acrylatmonomeren,
eines Silikons und eines Fotoinitiators aufweist und wobei die genannte
gehärtete
Beschichtung direkt auf das genannte thermoplastische Substrat durch
Erwärmen
der härtbaren
Beschichtungszusammensetzung und Ultraviolett-Strahlungshärtung der
erwärmten
aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung aufgeklebt ist, wobei
eine ineinander greifende Verbindung zwischen dem Substrat und der
gehärteten
Beschichtung gebildet wird.
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Das
Verfahren gemäß Anspruch
7 der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des oben genannten beschichteten
thermoplastischen Filmsubstrats, das für optische Anwendungen geeignet
ist, weist einen ersten Schritt des Hindurchleitens eines thermoplastischen
Filmsubstrats durch einen Spalt zwischen einer oberen und einer
unteren Rolle auf, wobei die obere Rolle eine Oberfläche mit
geringer Reibung hat, die die obere Oberfläche des Substrats texturiert,
und die untere Rolle metallisch ist und der unteren Oberfläche des
thermoplastischen Filmsubstrats eine polierte Oberfläche verleiht.
Dieser erste Schritt des Verfahrens erzeugt ein Substrat mit einer
texturierten Oberseite und einer polierten Unterseite. Die obere
Rolle mit geringer Reibung hat vorzugsweise ausreichend geringe
Reibung, so dass die obere Seite des Films eine Möglichkeit
hat zu "gleiten", so dass Spannung
in dem Film unterhalb dessen reduziert wird, was erhalten würde, wenn
die obere Rolle ebenfalls metallisch wäre. Diese Reduktion in der
Spannung erzeugt ein Substrat mit geringerer Doppelbrechung.
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Als
nächstes
wird eine härtbare
Beschichtung auf die obere Oberfläche des Substrats aufgebracht
und durch Erwärmen
und UV-Bestrahlungshärtung
gehärtet.
Beim Härten
bildet die härtbare
Beschichtung eine glatte Beschichtung auf der oberen Oberfläche des
Substrats. Diese Beschichtung ist ausreichend glatt, um unakzeptable
Streuung eines Lichtstrahls, der auf die genannte Oberfläche auftrifft,
zu vermeiden. Die härtbare Beschichtungszusammensetzung
wird vorzugsweise so ausgewählt,
dass das Substrat und die Beschichtung einen ausreichend geringen
Delta-Brechungsindex haben, um unakzeptable Reflektion von Licht
an der Grenzfläche
zwischen der Beschichtung und dem Substrat zu vermeiden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine horizontale schematische Seitenansicht einer Ausrüstung, die
eine Gießtrommel
umfasst, um das erfindungsgemäße Verfahren
auszuüben.
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Eingehende
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung eines
beschichteten thermoplastischen Films, der für optische Anwendungen geeignet
ist und außergewöhnliche
Glattheit, sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche und
geringe Doppelbrechung zeigt. Das Verfahren beinhaltet zunächst die Herstellung
eines einseitig texturierten und einseitig polierten Polycarbonatfilms
mit geringer Spannung, wobei die texturierte Seite fünfundachtzig
Grad (85°)
Glanz, gemessen gemäß ASTM D523,
in dem Bereich von 90% bis 100% hat. Die Ra (Oberflächenrauheit)
des unbeschichteten Filmsubstrats ist zwanzig (20) bis vierzig (40) nm
und wird vorzugsweise hergestellt durch Verwendung von superglattem
Polytetrafluorethylen (hier im Folgenden „PTFE")-Teflon®-Material,
das eine Oberflächenrauheit
(hier im Folgenden „Ra") von 0,3 bis 0,8 μm hat, als
Bedeckung auf der oberen Rolle. Die untere Rolle, die die polierte
Seite des Films erzeugt, verwendet eine chromplattierte Standard-Stahlrolle.
Die texturierte Seite des Filmsubstrats wird mit einer härtbaren
Beschichtung auf einen Ra von drei (3) bis zehn (10) nm geglättet. Diese
Idee kann auf andere amorphe und kristalline thermoplastische Materialien
angewendet werden und ist nicht auf Polycarbonat eingeschränkt. Anwendungen
für optische
Medien erfordern allgemein einen Film, der eine polierte Oberfläche auf
beiden Seiten und eine Doppelbrechung von weniger als fünfundzwanzig
(25) nm hat. Andere Erfordernisse beinhalten Abrieb- und Ultraviolett(UV)-beständigkeit,
Substratdickenkonsistenz und die Fähigkeit, den gehärteten Gegenstand sofort
nach der Laminierung auszustanzen. Ein anderes Erfordernis ist,
dass das Substrat eine Barriere gegenüber Wasserdampf sein sollte.
Für die
erfindungsgemäßen Zwecke
erzeugt ein geringerer Delta-Brechungsindex
bessere Ergebnisse. Insbesondere ist der Delta-RI vorzugsweise geringer
als 0,08 und bevorzugt geringer als 0,05. Eine Beschichtungsformulierung,
die in der mitanhängigen
Anmeldung EP-A-0916705 offenbart ist, erfüllt diese Kriterien.
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Die
vorliegende Erfindung offenbart eine neue Verarbeitungstechnik,
die einen Polycarbonatfilm von 0,127 mm bis 0,762 mm (0,005" bis 0,030") mit geringer Spannung
erzeugt, der ein ausgezeichnetes Oberflächenaussehen beibehält. Diese
Technik kann einen Film herstellen mit Doppelbrechung von weniger
als fünfundzwanzig
(25) nm und einem Oberflächenglanz
von zweiundneunzig Prozent (92%). Die in diesem Verfahren verwendeten
Substrate werden vorzugsweise aus einem Polycarbonatharz hergestellt.
Ein bevorzugtes Polycarbonatsubstrat für das erfindungsgemäße Verfahren
ist eines, das aus einem thermoplastischen Polycarbonatmaterial,
wie zum Beispiel LEXAN®-Harz, ein Produkt von
General Electric Company, gebildet wird. Typische Beispiele für Polycarbonatharze
sind in US-Patent Nr. 4 351 920 beschrieben und werden durch die Reaktion
von aromatischen Dihydroxyverbindungen mit Phosgen erhalten. Andere
Polycarbonatharze können durch
die Reaktion von aromatischen Dihydroxyverbindungen mit Carbonatprecursern,
wie zum Beispiel Diarylcarbonaten, erhalten werden. US-Patent Nr.
4 351 920 beschreibt auch verschiedene Verfahren für die Herstellung
von aromatischen Polycarbonatharzen, die als Substrate in der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können.
Eine bevorzugte aromatische Dihydroxyverbindung ist 2,2-Bis(4- hydroxyphenyl)propan
(d.h. Bisphenol A). Die Bezeichnung aromatische Polycarbonatharze
bedeutet auch, dass Polyestercarbonate, die aus den Reaktionsprodukten
eines zweiwertigen Phenols, eines Carbonatprecursers und einer Dicarbonsäure, wie
zum Beispiel Terephthalsäure
und Isophthalsäure,
erhalten werden, gemeint sind. Wahlweise kann auch eine Menge an
Glykol als ein Reaktant verwendet werden. Polycarbonatfilm kann
durch wohlbekannte Verfahren hergestellt werden. Typischerweise
wird der geschmolzene Thermoplast auf einen Extrusionsrollenstapel gegossen
und beide Seiten des Materials werden poliert und auf gleichförmige Dicke
gepresst. Vorzugsweise hat der Polycarbonatfilm eine Dicke von 0,127
mm bis 0,508 mm (fünf
(5) bis zwanzig (20) mils).
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Eine
bevorzugte Beschichtungszusammensetzung beinhaltet (a) mehr als
75 Gew.-% eines bromierten Epoxyacrylats, gemischt mit einem Acrylatmonomer,
(b) weniger als 5 Gew.-% eines Photoinitiators und (c) weniger als
20 Gew.-% eines Silikons.
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Abriebbeständige thermoplastische
Zusammensetzungen, die verbesserte optische Eigenschaften haben,
können
auch hergestellt werden durch Bewirken der Härtung einer lösungsmittelfreien
strahlungshärtbaren
Beschichtungszusammensetzung, die auf die Oberfläche eines Polymerblattes oder
-films aufgebracht wird. Die Härtung
des aufgebrachten Beschichtungsmaterials kann bewirkt werden, während es
in Kontakt mit einer glatten Oberfläche ist (Kaltgießen), durch
Leiten von Strahlungsenergie durch das Substrat von der gegenüberliegenden
Oberfläche,
die zu Beschichten ist, her hindurch (siehe z.B. US -Patent Nr.
5 455 105).
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Die „Kaltgießtechnik" wird weiter veranschaulicht
in US-Patent Nr. 5 468 542, erteilt an Crouch.
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Demzufolge
wird ein Film mit geringer Spannung hergestellt durch:
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(Schritt
1) Herstellen eines einseitig texturierten und einseitig polierten
Polycarbonatfilms. Der fünfundachtzig
Grad (85°)
Glanz der texturierten Seite liegt in dem Bereich von neunzig Prozent
(90%) bis 100%. Die Ra (Oberflächenrauheit)
des unbeschichteten Films ist zwanzig (20) bis vierzig (40) nm und
wird hergestellt durch Verwendung von superglattem PTFE-Material
(Ra von 0,3 bis 0,8 μm)
als Beschichtung der oberen Rolle. Die untere Rolle verwendet ein
chrompoliertes Standardmaterial, wobei Ra = 0,05 μm ist.
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(Schritt
2) Glätten
der texturierten Seite in Schritt 1 mit einer härtbaren Beschichtung auf eine
Ra von drei (3) bis zehn (10) nm.
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Beispiele
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Die
folgenden Beispiele werden lediglich zur Verfügung gestellt, um zu zeigen,
wie ein Fachmann die hier diskutierten Prinzipien anwenden soll.
Diese Beispiele sollen nicht dazu verwendet werden, um den Umfang
der anhängenden
Ansprüche
einzuschränken.
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Beispiel 1: Eine Beschichtung,
die für
das Aufbringen auf einen auf einer Seite polierten, einer Seite
texturierten Film geeignet ist.
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Das
vorliegende Beispiel zeigt, dass die beste Balance von optischer,
chemischer und Abriebbeständigkeit
durch die folgende Beschichtungsformulierung gegeben ist: 1 Prozent
(1%) Irgacure 819-Photoinitiator (Phenyl-bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)),
1 Prozent Darocur 1173-Photoinitiator, zehn Prozent (10%) FCS 100
und achtundachtzig Prozent (88%) RX-0726. Die Beschichtungsoberfläche muss
so glatt wie möglich
sein, um Laserstreuung zu verhindern. Da das reflektierte Lasersignal
die Audio- und Videoinformation von der CD-ROM enthält, geht,
falls Streuung auftritt, die Information verloren. Es wurde durch
Experimentieren bestimmt, dass das Beschichtungsfinish einen maximalen
Rz-Wert von 2,0 μm
(Mikron) oder weniger haben muss.
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Die
getesteten Formulierungen sind wie folgt: Formulierung # 1 ist =
88 Gew.-% RX0726, 10% FCS 100 und 2% Lucirin TPO; Formulierung #2
ist = 88 Gew.-% RX0726, 10% FCS 100 und 1% Darocur 1173 und 1% Irgacure
819; Formulierung #3 = 88 Gew.-% RX0726, 10% FCS 100 und 2% Darocur
1173 und Formulierung #4 ist 88 Gew.-% RX0726, 10% FCS100, 1% Lucirin
TPO und 1% Darocur 1173. (Lucirin, Darocur und Irgacure sind Warenzeichen,
die in einem oder mehreren der in dieser Anmeldung benannten Länder registriert sein
können.)
Aus der oben angegebenen Tabelle ist offensichtlich, dass Formulierung
#2, welche eine organische Verbindung, einen Fotoinitiator und eine
Silikonbeschichtungslösung
beinhaltet, verbesserte Oberflächenglattheit
zeigt und demzufolge geringere Laserstreuung. Während Lucirin TPO und Darocur
1173 angemessene Vernetzung in der Masse zur Verfügung stellen,
stellt lediglich die Kombination von Darocur 1173 und Irgacure 819
angemessene Vernetzung in der Masse und Oberfläche zur Verfügung. Wenn
die Oberfläche nicht
vollständig
vernetzt ist, ist das Finish gefährdet.
Es kann jedoch von einem Fachmann schnell erkannt werden, dass Variationen
in den oben angegebenen Beispielen gleiche verbesserte Ergebnisse
zur Verfügung stellen
können
und dass alle innerhalb des von der vorliegenden Erfindung beabsichtigten
Umfangs sind.
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Beispiel 2: Ein Verfahren
zur Beschichtung eines einseitig polierten, einseitig texturierten
Films
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Eine
geeignete Apparatur zum Aufbringen und Härten einer Beschichtung auf
der Oberfläche
eines polymeren Substrats in Übereinstimmung
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist in 1 gezeigt. In 1 wird ein strahlungshärtbares
Beschichtungsmaterial 10 kontinuierlich durch Auffließen auf
die Oberfläche
des Films mit einer kontrollierten Geschwindigkeit aufgebracht.
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Substratrolle 12 wird
von einer Rolle aus unbeschichtetem Substrat 14, das einen
Kern 16 umgibt, gebildet. Substrat 14 wird entsprechend
der Bewegung der Gießtrommel 18 (unten
beschrieben) abgewickelt. Beschichtungsmaterial 10 wird
auf die Oberfläche
von Substrat 14 durch Auftropfen auf das Substrat 14 unter Verwendung
eines Applikators 20 aufgebracht. Es ist für den Fachmann
offensichtlich, dass Einstellungen in dem Beschichtungssystem vorgenommen
werden können,
um die Beschichtung auf das Substrat wirksam aufzubringen. Beschichtungsmaterial 10 kann
auf Substrat 14 durch jedes einer Anzahl von wohlbekannten
Rollenbeschichtungsverfahren, wie zum Beispiel Sprühen, Bürsten, Vorhangbeschichten
und Eintauchen, sowie andere wohlbekannte Rollbeschichtungsverfahren,
wie umgekehrte Rollbeschichtung etc., aufgebracht werden. Die Dicke
der strahlungshärtbaren
Beschichtung (10), die auf das Substrat aufgebracht wird,
und die Dicke der erhaltenen, gehärteten Hartbeschichtung (21)
ist abhängig
von der Endverwendung des Gegenstandes und den gewünschten
physikalischen Eigenschaften, und ihre Dicke kann von etwa 1,271 μm (0,05 mil) bis
etwa 127 μm
(5,0 mil) für
die nichtflüchtige
Beschichtung rangieren. Die bevorzugte Dicke ist von etwa 5,08 μm (0,2 mil)
bis etwa 25,41 μm
(1,0 mil).
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Nachdem
das Beschichtungsmaterial 10 auf Substrat 14 aufgebracht
wurde, wird das beschichtete Substrat 22 zur Quetschwalze 24 geführt. Die
Auswahl an Materialien, welche die Quetschwalze 24 bilden,
die erfindungsgemäß verwendet
wird, ist nicht kritisch. Die Rollen können aus Kunststoff, Metall
(d.h. rostfreiem Stahl, Aluminium), Kautschuk, Keramikmaterialien
und Ähnlichem
sein. Quetschwalze 24 kann mit einer Umhüllung ausgerüstet sein,
vorzugsweise gebildet aus einem nachgiebigen Material, wie zum Beispiel
PTFE oder Polypropylen, oder aus einer der Vielzahl von derzeit
erhältlichen
synthetischen Kautschukverbindungen und Blends davon. Die Umhüllung wird
gemütlich über der
Rollenoberfläche
angebracht, um eine glatte, reibungsminimierende Oberfläche für den Kontakt
zu Substrat 22 zur Verfügung
zu stellen. Quetschrolle 24 ist einstellbar relativ zu
der Position der Gießtrommel 18,
die unten beschrieben ist, und kann wahlweise unabhängig davon
angetrieben werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist Gießrolle 18 in einer
Position in Nachbarschaft zur Quetschrolle 24 angebracht,
so dass die äußeren Umfänge der
Quetschrolle 24 und Trommel 18 an einer Grenzfläche, die
einen Spalt 26 definiert, der unten beschrieben ist, einander
benachbart sind. Der aufgebrachte Druck auf die Grenzfläche von
Quetschwalze 24 und Trommel 18 kann durch wohlbekannte
Verfahren, wie zum Beispiel Luftzylinder (nicht gezeigt), die an
der Achse 28 der Quetschrolle 24 angebracht sind,
die selektiv die Walze gegen Trommel 18 drängen, eingestellt
werden,. Typischerweise ist der an der Grenzfläche aufgebrachte Druck leicht,
d.h. weniger als 89 kg/m (fünf
(5) Pfund je Linearinch), wenn das Substrat nicht durch den Spalt 26 passiert.
Der aufgebrachte Druck kann entsprechend einer Vielzahl von Parametern
eingestellt werden, wenn ein Substrat mit einer Beschichtung darauf
durch Spalt 26, wie unten beschrieben, hindurchpassiert.
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Gießtrommel 18 umhüllt Zentralachse 19 und
ist vorzugsweise hergestellt aus einem Material, das wärmeleitfähig ist
und vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder chromplattiertem Stahl
besteht. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Trommel unabhängig von
einer äußeren Kraftquelle
(nicht gezeigt) angetrieben wird.
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Gießtrommeloberfläche 30 kann
mit einer Vielzahl von Texturen oder Mustern, abhängig von
der gewünschten
Textur oder Muster, welche der Beschichtung 10 und der
resultierenden Hartbeschichtung 21 verliehen werden soll,
ausgerüstet
werden. Zum Beispiel kann Oberfläche 30 mit
einer hochpolierten chromplattierten Oberfläche ausgerüstet sein, wenn ein hoher Grad
an Glanz für
die Hartbeschichtung 21 erwünscht ist. Wenn ein geringerer
Schimmer für
die Hartbeschichtung 21 gewünscht ist, kann Oberfläche 30 weniger
poliert sein, so dass der Beschichtung eine matte Textur verliehen
wird.
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Obwohl
eine Stickstoffbedeckung eingesetzt werden kann, um eine anaerobe
Härtung
der Beschichtungszusammensetzung sicherzustellen, ist es bevorzugt,
dass eine anaerobe Härtung
ohne die Verwendung einer solchen Stickstoffbedeckung erhalten wird.
Um die Gegenwart von Luft in der Beschichtung 10 vor der Härtung ohne
die Verwendung einer Stickstoffgasbedeckung zu minimieren, wird
der Druck, der auf Spalt 26 ausgeübt werden kann, vorsichtig
eingestellt. Die Einstellung des aufgebrachten Drucks auf Spalt 26 kann
erreicht werden wie oben beschrieben. Um eine gewisse Beschichtungsdicke
zu erreichen, hängt
der auf Spalt 26 ausgeübte
exakte Druck von Faktoren, wie zum Beispiel der Viskosität der Beschichtung 10,
der Substratgeschwindigkeit, dem Grad des Details in dem Designmuster
auf Oberfläche 30 (falls
vorhanden) und der Temperatur der Gießtrommel ab. Typischerweise
wird für
ein Substrat mit einer Dicke von 381 μm (fünfzehn (15) mils) mit einer
darauf aufgebrachten acrylbasierenden Beschichtung mit einer Dicke
von 20,3 μm
(0,8 mil) und einer Viskosität
von 400 mPa·s
(centipoises) bei einer Substratgeschwindigkeit von 25,4 cm/s (fünfzig (50)
Fuß pro
Minute) und einer Rollenbeschichtung von 30 Durometern Härte (Shore
A) ein Spaltdruck von 446,45 kg/m (fünfundzwanzig (25) Pfund/Linearinch)
auf das beschichtete Substrat aufgebracht. Beschichtung 10 wird
dabei in Kontakt mit sowohl Substrat 22 als auch Gießtrommeloberfläche 30 gepresst,
wobei sichergestellt wird, dass eine wesentliche Abwesenheit von
freiem zweiatomigem Sauerstoff aus der Beschichtung während der Härtung besteht,
so dass eine im Wesentlichen vollständige Härtung der Beschichtung sichergestellt
wird, sowie eine gehärtete
Beschichtung, Hartbeschichtung 21, die ein Spiegelbild
der Textur und/oder Muster der Gießtrommeloberfläche 30 zeigt. Überschüssige Beschichtung
bildet einen Wulst 31 von ungehärtetem Beschichtungszusammensetzungsmaterial
oberhalb des Spalts und quer über
die Breite der Trommel. Dieser Wulst 31 stellt sicher,
dass ausreichend Beschichtungsmaterial in den Spalt 26 quer über die
Breite der Trommel eintritt.
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Nachdem
Substrat 22, auf das Beschichtung 10 aufgebracht
wurde, durch Spalt 26 passiert, kann die Beschichtung mittels
Ultraviolett-Strahlungsenergie gehärtet werden. Wie in 1 gezeigt, überträgt Vorrichtung 32 Ultraviolett-Strahlungsenergie
auf eine Oberfläche 34 von
Substrat 22, gegenüber
eine Oberfläche 36, welche
Beschichtung 10 darauf hat. Die Strahlungsenergie passiert
durch das transparente Substrat 22 und wird durch die Beschichtung 10 absorbiert,
wobei die Letztere zwischen Substrat 22 und Trommeloberfläche 30 gepresst wird.
Die bevorzugte Wellenlänge
der UV-Strahlung ist von etwa 2900 × 10–10 m
(Ångström) bis etwa
4050 10–10 m
(Ångström). Das
verwendete Lampensystem, um eine derartige UV-Strahlung zu erzeugen, kann
aus Entladungslampen, zum Beispiel Xenon-, Metallhalogenid-, Metallbogen-
oder Hoch-, Mittel- oder Niedrigdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampen,
etc. bestehen, die jeweils Arbeitsdrücke von so gering wie einige
wenige Pa (Millitorr) bis zu etwa 1013 kPa (zehn (10) Atmosphären) haben.
Die Strahlungsdosismenge, die auf Beschichtung 10 durch
Substrat 22 hindurch aufgebracht wird, kann von etwa zwei
(2,0) J/cm2 bis etwa zehn (10,0) J/cm2 rangieren. Ein typisches erfindungsgemäß geeignetes
Härtungssystem
ist eine Linde Mitteldruckquecksilberlampe, wie in US Patent Nr.
4 477 529 beschrieben. Die Anzahl von Lampen, die Licht auf die Oberfläche des
Substrats richten, ist nicht kritisch, jedoch erlaubt eine größere Anzahl
von Lampen eine höhere
Produktionsgeschwindigkeit des Substrats mit Beschichtung 10 darauf.
Typischerweise sind zwei Lampen, die jeweils 300 Watt/2,54 cm (Linearinch)
Strahlungsenergie erzeugen, ausreichend für eine Beschichtung auf Acrylbasis
mit einer Dicke von etwa 12,7 μm
(0,5 mil) wenn die Produktionsliniengeschwindigkeit etwa 25,4 cm/s
(fünfzig
(50) Fuß/Minute)
ist. Eine solche Härtungsprozedur
sollte sowohl in der Polymerisation des polyfunktionellen acrylischen
Monomeren als auch der Vernetzung des Polymeren resultieren, um
harte, nicht klebrige Beschichtungen zu bilden. Die Beschichtung
kann durch weitere Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlung, nachdem
sie die Oberflächen
der Gießtrommel
verlassen hat, Nachhärtung
erhalten.
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Nachdem
die Schicht des Beschichtungsmaterials aufgebracht und auf Substrat 22 gemäß erfindungsgemäßem Verfahren
gehärtet
wurde, ist das erhaltene Produkt eine hartbeschichteter Polycarbonatfilm-Gegenstand 38,
der um Mitläuferrollen 40, 42 und 44 herumgeleitet
wird und dann von Aufnahmerolle 46 gesammelt wird, wobei
die Letztere typischerweise unabhängig angetrieben ist und dazu
fähig,
den hartbeschichteten Polycarbonatgegenstand 38 von Trommeloberfläche 30 zu
trennen.
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Beispiel 3: Bilden eines
niedrigdoppelbrechenden, einseitig polierten, einseitig texturierten
Substratfilms
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Der
einseitig texturierte Polycarbonatfilm (127 μm bis 762 μm) (0,005'' bis
0,030'') wird durch Extrusion hergestellt.
Die Schmelze wird in einen Spalt zwischen zwei (2) Rollen gezwungen.
Die Lücke
zwischen den Rollen bestimmt die Filmdicke. Die Dickenkonsistenz
ist +/- fünf
Prozent (5%) für
einen 254 μm
(0,010'')-Film. Dieser Film
wird unter Verwendung einer superglatten, isolierenden PTFE-umhüllten Rolle
mit Ra-Oberflächenrauheit
von zwanzig (20) bis vierzig (40) nm auf der oberen Oberfläche hergestellt.
Die untere Rolle ist hoch poliertes Chrom. Eine vollständigere
Beschreibung dieser Apparatur taucht in EP-A-0916705 auf.
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Die
Beschichtung wird auf die texturierte Seite des Substratfilms aufgebracht,
um die Oberfläche
glatt zu machen. Während
der Härtung
der Beschichtung tendiert die Hitze dazu, den Film weiter zu tempern
und reduziert den Spannungsgrad. Der Glanz wird bei 60° mit schwarz
gemalter Rückseite
gemessen. Die Beschichtung stellt auch verbesserten Abrieb und chemische
Beständigkeit
zur Verfügung
und stellt eine Barriere für
Wasserdampf (WVTR) zur Verfügung.
Taber-Abriebbeständigkeit
(ASTM D1044) für
ein CS10F-Rad, 500 Gramm und 100 Zyklen bei einer Veränderung
in prozentualer (%) Trübung
von zwischen fünf
und dreißig (5–30). Chemische
Beständigkeit
(bestimmt über
einen 24-Stunden-Test
zur Oberflächenbeanspruchung
bei 120° F)
wird für
diese allgemeinen Hausratsmaterialien gezeigt (Kaffee, Chlorox,
Ketchup und Tee). Die gemessene WVTR für einen acrylisch beschichteten
254 μm (0,010'') Polycarbonatfilm ist 0,5 bis 1,0 Gramm Wasser/645
cm2 (100 in2)/24
Stunden. Die WVTR-Messung wird bei 23°C (73° F) und 100% relativer Feuchte mit
einem feuchten Filtermaterial ausgeführt, das mit Glas bedeckt wird,
um Kontrollbedingungen aufrecht zu erhalten. Weiterhin wird der
genannte Film unter Wasser gebracht und in ähnlichen Bedingungen wie oben
für eine
(1) Woche gehalten und zeigt kein Anzeichen von Fehler oder Zerstörung. Eine
geeignete PTFE-Finish Rollenumhüllung
für extrudierten
Kunststofffilm in einer Anwendung für optische Medien ist offenbart
in EP-A-0916475.
