JP2007504582A - 基板及びそれから製造されたデータ記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

ポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドから製造されたディスク基板が開示されている。この基板は、寸法安定性と良好な成形特徴を有するデータ記憶媒体に使用することができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ディスク基板及びこの基板から作成されたデータ記憶媒体構造に関し、この媒体は様々な環境条件に曝露した際に良好な寸法安定性を有する。
光媒体、磁気媒体、読み出し専用媒体、追記型媒体、書き換え可能媒体、及び光磁気(MO)媒体のような現行の高性能記憶技術は高い記憶容量の各種手段を提供している。通例ディスク表面積1平方インチ当たりの十億ビット数(すなわち、ギガビット/平方インチ(Gビット/in))として表される面積密度は、線密度(トラック1インチ当たりの情報のビット数)に1インチ当たりのトラック数で表されるトラック密度を乗じたものである。改良された面積密度はメガバイト当たりの価格低減の鍵となる要因の一つであり、データ記憶媒体の面積密度のさらなる増大が産業界で求められ続けている。
ディジタルバーサタイルディスク(DVD)並びにディジタルビデオレコーダー(DVR)のような短期及び長期データアーカイブ用のより高密度のデータディスクのような最新の技術に適応するためにデータ記憶密度の増大が求められている。面積密度の増大の結果、光学記憶媒体を始めとするデータ記憶媒体の要件がますます厳しくなっている。複数の層(任意追加の層に加えて光学層、データ層、及び基板層)を有する光データ記憶媒体、次第に短くなる読み出し及び書き込み波長、並びに「第1表面(first surface)」技術に向けたより薄い光学層が、光データ記憶デバイスの分野で熱心な努力の対象となっている。かかる記憶媒体の場合、光学層の光学品質が重要である。一方、基板の光学品質は関係ないが、基板の物理的及び機械的性質はますます重要になる。第1表面用途を始めとして高い面積密度用途の場合、記憶媒体の表面品質は、読み出しデバイスの精度、データを記憶する能力、及び基板の複製特性に影響を及ぼす可能性がある。さらに、使用中の記憶媒体の物理的特性はデータを記憶し検索する能力にも影響を及ぼす可能性がある。すなわち、媒体の軸方向変位があまりに大きすぎるとデータの正確な検索を妨げるか及び/又は読み出し/書き込みデバイスを損傷する可能性がある。
最近の高解像度TVの進歩は、業界でBLU−RAY DISCという商標の下でディジタルビデオ記録(DVR)として知られている独特な高密度の記録媒体を必要とする。DVRディスクアセンブリは一般に、基板上に金属化され透明な接着剤を介して光学層で被覆されたデータ記憶層を含んでいる。基板は通例ポリマー性物質であり、これは光学層と同じ物質であってもよいしそうでなくてもよい。このアセンブリはディスクの平坦性に関する業界標準規格を満足しなければならず、それからの偏りはラジアルチルトといわれる。アセンブリがその使用中及びその寿命に渡って曝される環境に対してラジアルチルトの最小の変化が要求される。
データ記憶媒体の物理的及び機械的性質を最適化するための材料と方法が絶えず追求されている。光データ記憶媒体に使用される材料の設計要件としては、例えば、ディスクの平坦性(例えば、チルト)、低い水歪み、低い複屈折、高い透明性、耐熱性、延性、高い純度、及び基板材料中の最小の微粒子不純物濃度がある。審美的に美しい製品にとって、また読み出しの精度、データ記憶、及び複製を維持するのに充分な表面品質を得るために、低い微粒子濃度が望ましい。現在用いられている材料は1以上の設計要件を欠如していることが分かっており、光データ記憶媒体でより高いデータ記憶密度を達成するためには新しい材料が必要とされている。このため、設計要件、殊に良好な寸法安定性及び最小のチルトを満足するデータ記憶媒体に対する長い間切望されているが未だに満たされていないニーズが存在する。
ディスクの平坦性に加えて、ディスクアセンブリはまた、凹凸(フィーチャ)の複製に対する最小の規格も満たさなければならない。通例、ディスク基板は、マイクロメートル又はナノメートル範囲の特定の寸法を有するあるパターンの凹凸を含む金型インサート又は「スタンパー」を含有する金型マスターを用いて成形される。成形されたとき、ディスク基板は、スタンパーパターンの「ネガ」としてランド及びグルーブのパターンを呈する。こうして複製されたパターンは、スタンパー上のパターンと実質的に同一の寸法の凹凸をもたなければならない。高い面積密度能を保有する記憶媒体では、スタンパーの凹凸の寸法の90パーセント以上の複製率が要求されることが多い。
米国特許第3306874号明細書 米国特許第3306875号明細書 米国特許第3365422号明細書 米国特許第3383435号明細書 米国特許第3451462号明細書 米国特許第3635895号明細書 米国特許第3639656号明細書 米国特許第3642699号明細書 米国特許第3661848号明細書 米国特許第3733299号明細書 米国特許第3838102号明細書 カナダ特許第1063761号明細書 欧州特許出願公開第1102122号明細書 欧州特許出願公開第0225801号明細書 欧州特許出願公開第0271000号明細書 欧州特許出願公開第0295891号明細書 特開平8−055341号公報 特開平9−035330号公報 米国特許第3962181号明細書 米国特許第3973890号明細書 米国特許第4001184号明細書 米国特許第4054553号明細書 米国特許第4083828号明細書 米国特許第4092294号明細書 米国特許第4217438号明細書 米国特許第4373065号明細書 米国特許第4421470号明細書 米国特許第4441179号明細書 米国特許第4680211号明細書 欧州特許出願公開第0303209号明細書 欧州特許出願公開第0642124号明細書 欧州特許出願公開第0691361号明細書 欧州特許出願公開第0724259号明細書 欧州特許出願公開第0770637号明細書 特開平9−054982号公報 特開平11−268098号公報 米国特許第4760118号明細書 米国特許第4808262号明細書 米国特許第4845142号明細書 米国特許第4987194号明細書 米国特許第4992222号明細書 米国特許第4994217号明細書 米国特許第5053288号明細書 米国特許第5102591号明細書 米国特許第5204410号明細書 米国特許第5250486号明細書 米国特許第5283021号明細書 欧州特許出願公開第1031972号明細書 欧州特許出願公開第1047055号明細書 欧州特許出願公開第1130587号明細書 欧州特許出願公開第0167419号明細書 欧州特許出願公開第1167420号明細書 特開2000−099973号公報 特開2000−149296号公報 米国特許第5480959号明細書 米国特許第5586110号明細書 米国特許第5607700号明細書 米国特許第5833848号明細書 米国特許第6042754号明細書 米国特許第6109910号明細書 米国特許第6306978号明細書 米国特許第6365710号明細書 米国特許第6372175号明細書 米国特許第6407200号明細書 米国特許第6420032号明細書 欧州特許出願公開第1167421号明細書 特開平2−107651号公報 特開平9−237437号公報 特開平1−92209号公報 特開平2−208342号公報 特開2000−155970号公報 特開2001−060338号公報 米国特許第6437084号明細書 米国特許第6444779号明細書 米国特許第6469128号明細書 米国特許第6492486号明細書 米国特許出願公開第2002/0062054号明細書 米国特許出願公開第2002/0094455号明細書 米国特許出願公開第2002/0197438号明細書 米国特許出願公開第2002/0197441号明細書 米国特許出願公開第2003/0044564号明細書 米国特許出願公開第2003/0067089号明細書 米国特許第6397776号明細書 特開昭63−124244号公報 特開昭63−13722号公報 特開昭63−256427号公報 特開昭63−301247号公報 特開昭63−309547号公報 特開2001−067726号公報 特開昭58−147332号公報 特開昭63−86738号公報 特開昭63−91231号公報 特開昭63−91232号公報 特開昭64−42601号公報 国際公開第98/20555号パンフレット 特開平6−093014号公報 特開昭62−290734号公報 国際公開第99/59143号パンフレット 国際公開第01/11618号パンフレット 国際公開第02/43943号パンフレット http://www.atonifa.com/groupe/gb/actucomm/print.cfm?IdComm=5052 http://www.cdfreaks.com/print/article/83/10 http://www.sony.net/SonyInfor/News/Press/200202/02−0219E) Change,et.al,「Synthesis and Characeristics of Protective Coating on Thin Cover Layer of HD−DVD」、MB.2 100:00〜11:st,am.2002,pp.15−17 Derce,et al."Cover Layer Technology for the High−Numerical−Aperture Digital Video Recording System" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.39.(2000)pp.775−778 Yamamoto,et al."0.8−Numerical−Aperture Two−Element Objective Lens for the Optical Disk" Jpn.J.Appl.Phy.Vol.36(1997)pp.456−459
現在利用できる材料と方法では、高い面積密度容量を有するデータ記憶媒体に必要とされる規格に一貫して確実に合致するのは困難である。従って、当技術分野では、ディスク基板の寸法安定性及びグルーブ寸法複製率を最大化するデータ記憶媒体構造に対するニーズが残されている。
一つの実施形態において、データ記憶媒体は、ポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を有しており、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有している。
本明細書には、非対称のデータ記憶媒体アセンブリについて記載されている。一つの実施形態において、本データ記憶媒体は、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層、この基板層の上に配置されたデータ層、及びデータ層の上で基板と反対側に配置された光学層を含む複数の層からなり、この光学層はポリカーボネートからなる。場合により、このデータ記憶媒体はさらに、基板と反対側に光学層を覆って配置された高モジュラス層を含んでいる。
データ記憶媒体の性能は、基板の成形プロセス中のグルーブ付きパターンの複製度、及び記憶媒体の平坦性によって影響を受ける。非対称であるデータ記憶媒体形式(例えば、DVR又はBLU−RAY DISC)の場合、光学層は支持するディスク基板より薄いことが多く、いろいろな材料から製造することができる。この非対称構造は特に、温度や湿度の変化のような周囲の環境の変化によって引き起こされるディスクのチルト又は湾曲を受け易い。この湾曲は、光ドライブの劣悪な性能につながる球面収差を引き起こす。データディスクアセンブリ全体の改良された寸法安定性を提供する特定の材料組成物が本明細書に開示される。この技術は、環境の湿度や温度の変化によって引き起こされるデータディスク媒体アセンブリの湾曲の変動を最小限に抑える。
アセンブリが様々な環境条件に曝露されたときにデータディスク媒体のチルトの変化を最小限に抑えることは、ディスク性能の保持にとって重要である。様々な環境条件に曝露されたときに異なる収縮率又は膨張率を示す材料の層からなるアセンブリのチルトに影響を及ぼす点で、時間、温度、及び湿度が全て関与する。データディスクアセンブリの寸法安定性を決定するための予測試験は、ディスクアセンブリを80℃で所定の時間熱老化した後ラジアルチルトを測定することによって行うことができる。もう一つ別の予測試験ではデータディスクアセンブリを周囲温度に曝露するが、湿度レベルのサイクルにかけ、そのサイクルプロセスの間にディスクのチルトを測定する。
環境条件の変化の下でデータディスクアセンブリのチルト傾向は、光学層及び基板層の組成並びにこれらの層とアセンブリを製造するのに使用した加工処理条件に依存することが確認されている。本明細書で、本発明者らは、熱及び/又は湿度によって引き起こされるラジアルチルトを最小限に抑えながら、同時に基板の複製度を最大化するための特定の組成と加工処理条件を開示する。
本発明で使用する場合、用語「チルト(傾斜)」とは、データ記憶媒体が水平軸上で曲がる半径方向の度合いの数をいい、通例記憶媒体の外側の半径で垂直方向の偏りとして測定される。通例、半径55ミリメートルで測定される最大の許容されるチルト範囲は約0.50度、好ましくは約0.35度である。通例、ラジアルチルトは、ある角度でディスクに入射するレーザービームの偏向を測定することによって決定される。幾何学的要件から、レーザービームの偏向はラジアルチルト角度の二倍に等しい。これは半径方向の偏りとして表示され、度で測定したチルト角度の二倍である。
既に述べた通り、光媒体形式の開発者は現在、追加の情報層を加えたり、レーザー波長を短くしたり、及び/又は開口数を増大したりすることによって得られる増大した面積密度を有する再記録可能な(追記型)光媒体形式に近づいている。光学記憶媒体で高面積密度に到達するために、読み出し/書き込みデバイスのレーザービームスポットの直径(すなわち、媒体に突き当たるレーザー光ビームの直径)はできる限り小さいのが好ましい。レーザービームスポットの直径は大まかにいって、レーザー光の波長を開口数で割った値である。開口数はそのレンズ系の集光能の目安である。現状のBLU−RAY DISC技術では405ナノメートルの波長を有する青紫色レーザーともいわれる青色レーザーを使用している。比較として、CDを読み出すのに使用するレーザーの波長は780ナノメートルである。
増大した面積密度を得るために光データ記憶ディスクのグルーブ及びランドのパターンの大きさが小さくなるにつれて、そのパターンを含む基板の表面品質がますます重要になって来る。現状の光データ記憶ディスクはランド及びグルーブ形式でデータを記憶しており、その際データはグルーブか、或いは、グルーブとランドの両方に記憶される。高面積ディスクの基板はランドとグルーブのパターンを含むように成形される。正確なデータの記憶と検索のために、ランドとグルーブのパターンは高い精度でディスク基板上に複製されるのが望ましい。従って、基板を製造するのに使用する材料は良好な表面平滑性と同様に良好な複製率を提供するべきである。成形された基板の表面におけるゲルや黒斑のような微粒子不純物は、ランドとグルーブのパターンの表面品質を妨害することがある。殊に、より高い面積密度に適応するためにランドとグルーブのパターンの大きさがより小さいトラックピッチ、グルーブの深さ、及び幅に低減する場合である。例えば、現状のBLU−RAY DISC規格は約320ナノメートルピッチであり、対応するグルーブの深さと幅はそのピッチよりずっと小さい。
例えば、図1を参照して、データ検索では、データ記憶層10を、かかる層に入射する光ビーム20(白色光、レーザー光、その他)と接触させる。データ記憶層10と基板40との間に配置された反射層30が光を反射し、データ記憶層10、接着剤層50、光学層60を通って読み出し/書き込みデバイス100に戻し、そこでデータが検索される。グルーブ70とランド80の形式を図1に示す。この図は正確な縮尺ではない。
本発明において、典型的なデータ記憶媒体は複数のポリマー性及び/又は金属性構成成分から構成されており、これらは一般にデータ記憶媒体の個々の用途の特定の性質及び要件に応じて様々な厚さの水平層として重ねて組み合わせられている。データ記憶媒体の主要な構成成分は基板層である。この基板層は通例ポリマー性材料、好ましくはポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなるポリマー性材料から製造される。このポリマー性材料は、ほぼ室温(約25℃)〜約150℃以下のスパッタリング温度のような後の加工処理パラメーター(例えば、後の層の設置)及び後の貯蔵条件(例えば、約70℃以下の暑い車の中)に耐えられなければならない。
本明細書で使用する場合、用語「熱可塑性ポリマー」とは、当技術分野では熱可塑性樹脂ともいわれるが、繰返し加熱すると軟化し冷却すると硬化する巨大分子構造を有する材料と定義される。具体的な種類の熱可塑性ポリマーとしては、例えば、スチレン、アクリル、ポリエチレン、ビニル、ナイロン、及びフルオロカーボンがある。本明細書で使用する場合、用語「熱硬化性ポリマー」とは、当技術分野では熱硬化性樹脂ともいわれるが、最初に加熱したときに固化又は硬化するが、その当初の特性を破壊することなしには再溶融又は再成形するすることができない材料と定義される。具体的な種類の熱硬化性ポリマーとしては、例えば、エポキシド、メラミン、フェノール樹脂、及び尿素がある。
基板は好ましくはポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる。用語ポリ(アリーレンエーテル)には、ポリ(フェニレンエーテル)(PPE)及びポリ(アリーレンエーテル)コポリマー、グラフトコポリマー、ポリ(アリーレンエーテル)エーテルアイオノマー、アルケニル芳香族化合物、ビニル芳香族化合物、及びポリ(アリーレンエーテル)のブロックコポリマー、など、並びに以上のものを1種以上含む組合せ、などがある。ポリ(アリーレンエーテル)は、次式(I)の構造単位を複数含むそれ自体公知のポリマーである。
Figure 2007504582
式中、各構造単位に対して、各Qは独立してハロゲン、第一若しくは第二低級アルキル(例えば、7個以下の炭素原子を含有するアルキル)、フェニル、ハロアルキル、アミノアルキル、炭化水素オキシ、又は2個以上の炭素原子がハロゲン原子と酸素原子とを隔てているハロ炭化水素オキシ、などであり、各Qは独立して水素、ハロゲン、第一若しくは第二低級アルキル、フェニル、ハロアルキル、炭化水素オキシ、又は2個以上の炭素原子がハロゲン原子と酸素原子とを隔てているハロ炭化水素オキシ、などである。用語「ハロアルキル」は1個以上のハロゲン原子で置換されたアルキル基、例えば部分的に及び完全にハロゲン化されたアルキル基を含むものと了解されたい。好ましくは、各Qがアルキル又はフェニル、殊にC〜Cアルキルであり、各Qが水素又はC〜Cアルキルである。
ホモポリマーとコポリマーの両方のポリ(アリーレンエーテル)が包含される。好ましいホモポリマーは2,6−ジメチルフェニレンエーテル単位を含有するものである。適切なコポリマーには、例えば、かかる単位を2,3,6−トリメチル−1,4−フェニレンエーテル単位と組み合わせて含有するランダムコポリマー、又は2,6−ジメチルフェノールと2,3,6−トリメチルフェノールの共重合により誘導されたコポリマーがある。また、ビニルモノマー若しくはポリスチレンのようなポリマーをグラフト化することにより製造された部分を含有するポリ(アリーレンエーテル)、並びに低分子量ポリカーボネート、キノン類、複素環式化合物、及びホルマール類のようなカップリング剤を2つのポリ(アリーレンエーテル)鎖のヒドロキシ基と公知の方法で反応させてより高分子量のポリマーを生成せしめてなるカップル化ポリ(アリーレンエーテル)も包含される。ポリ(アリーレンエーテル)にはさらに以上のものを1種以上含む組合せもある。好ましいポリ(アリーレンエーテル)は、Singhらの米国特許第6407200号及びBirsakらの同第6437084号に記載されているもののようなポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル)及びポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル−コ−2,3,6−トリメチルフェニレンエーテル)である。
ポリ(アリーレンエーテル)は一般に、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで決定して、数平均分子量が約3000〜40000原子質量単位(amu)で、重量平均分子量が約20000〜80000amuである。ポリ(アリーレンエーテル)はクロロホルム中25℃で測定して約0.10〜約0.60デシリットル/グラム(dl/g)の範囲の固有粘度(IV)を有し得る。この範囲内でIVは約0.48以下が好ましく、約0.40以下がより好ましい。また、この範囲内でIVは約0.29以上が好ましく、約0.33dl/g以上がより好ましい。また、高い固有粘度のポリ(アリーレンエーテル)と低い固有粘度のポリ(アリーレンエーテル)を組み合わせて利用することも可能である。2つの固有粘度を使用する場合、正確な比の決定は、使用するポリ(アリーレンエーテル)の正確な固有粘度及び目的とする最終的な物理的性質に多少依存する。
ポリ(アリーレンエーテル)は通例、1種以上のモノヒドロキシ芳香族化合物、例えば2,6−キシレノール又は2,3,6−トリメチルフェノールの酸化カップリングによって製造される。かかるカップリングに一般に使用される触媒系は、通例、銅、マンガン、又はコバルトの化合物のような1種以上の重金属化合物を、通常は様々な他の物質と組み合わせて含有している。
一つの実施形態において、ポリ(アリーレンエーテル)は末端封鎖ポリ(アリーレンエーテル)からなる。この末端封鎖は、ポリ(アリーレンエーテル)鎖上の末端ヒドロキシ基の酸化を防止するために使用できる。末端ヒドロキシ基は、例えばアシル化反応を介して不活性化用の末端封鎖剤で末端封鎖することによって不活性化することができる。選択される末端封鎖剤は、反応性の低いポリ(アリーレンエーテル)を生成することにより、ポリマー鎖の架橋及び高温における加工処理中のゲル又は黒斑の生成を低減又は防止するものが望ましい。適切な末端封鎖剤としては、例えば、サリチル酸、アントラニル酸、若しくはこれらの置換された誘導体、などのエステルがあり、サリチル酸のエステル、殊にサリチル酸カーボネート及び線状のポリサリチレートが好ましい。本明細書で使用する場合、用語「サリチル酸のエステル」は、カルボキシ基、ヒドロキシ基、又は両方がエステル化されている化合物を包含する。適切なサリチレートとしては、例えば、サリチル酸フェニルのようなアリールサリチレート、アセチルサリチル酸、サリチル酸カーボネート、並びにポリサリチレート、例えば線状ポリサリチレート及びジサリチリドやトリサリチリドのような環状化合物がある。好ましい末端封鎖剤はサリチル酸カーボネート及びポリサリチレート、殊に線状ポリサリチレートである。末端封鎖する場合、ポリ(アリーレンエーテル)は80パーセント以下、より好ましくは約90パーセント以下の任意の望ましい程度に末端封鎖することができ、より一層好ましくは100パーセント以下のヒドロキシ基を末端封鎖する。ポリ(アリーレンエーテル)はポリマーの製造中の反応器内で末端封鎖してもよいし、又はポリ(アリーレンエーテル)は押出機を使用して末端封鎖してもよい。適切な末端封鎖ポリ(アリーレンエーテル)とその製造は、Whiteらの米国特許第4760118号及びBraatらの同第6306978号に記載されている。
また、ポリサリチレートで末端封鎖されたポリ(アリーレンエーテル)は、ポリ(アリーレンエーテル)鎖中に存在するアミノアルキル末端停止基の量を低減すると考えられる。これらのアミノアルキル基は、ポリ(アリーレンエーテル)を製造する工程中のアミンを使用する酸化カップリング反応の結果である。ポリ(アリーレンエーテル)の末端ヒドロキシ基に対してオルトのこれらのアミノアルキル基は高温で分解を受け易い。この分解により第一又は第二アミンが再生されると共にキノンメチド末端基が生成し、その結果2,6−ジアルキル−1−ヒドロキシフェニル末端基が生成し得ると考えられる。アミノアルキル基を含有するポリ(アリーレンエーテル)をポリサリチレートで末端封鎖すると、かかるアミノ基が除去されてポリマー鎖の封鎖された末端ヒドロキシ基と2−ヒドロキシ−N,N−アルキルベンズアミン(サリチルアミド)が生成すると考えられる。このアミノ基の除去と末端封鎖により、高温に対してより安定なポリ(アリーレンエーテル)が得られ、その結果ポリ(アリーレンエーテル)の加工処理中のゲル又は黒斑のような分解産物が少なくなる。
上記に基づいて、考えられるポリ(アリーレンエーテル)樹脂には、構造単位の変化又は付随する化学的特徴に関わりなく、現在公知のポリ(アリーレンエーテル)樹脂の多くが包含され得ることが当業者には明かであろう。
本発明の基板はさらにポリ(アルケニル芳香族)樹脂を含み得る。本明細書で使用する用語「ポリ(アルケニル芳香族)樹脂」には、バルク、懸濁、及び乳化重合を始めとする当技術分野で公知の方法で製造されたポリマーが包含され、これは次式(II)のアルケニル芳香族モノマーから誘導された構造単位を25重量%以上含有する。
Figure 2007504582
式中、Rは水素、C〜Cアルキル、又はハロゲンであり、Zはビニル、ハロゲン、又はC〜Cアルキルであり、pは0〜約5の範囲である。好ましいアルケニル芳香族モノマーとしては、スチレン、クロロスチレン、及びビニルトルエンがある。ポリ(アルケニル芳香族)樹脂としては、アルケニル芳香族モノマーのホモポリマー、スチレンのようなアルケニル芳香族モノマーと、アクリロニトリル、ブタジエン、α−メチルスチレン、エチルビニルベンゼン、ジビニルベンゼン及び無水マレイン酸のような1種以上の異なるモノマーとのランダムコポリマー、並びに、ゴム改質剤と(上記のような)アルケニル芳香族モノマーのホモポリマーとのブレンド及び/又はグラフトからなるゴム改質ポリ(アルケニル芳香族)樹脂があり、ここで、ゴム改質剤はブタジエン又はイソプレンのような1種以上のC〜C10非芳香族ジエンモノマーの重合生成物でよく、ゴム改質ポリ(アルケニル芳香族)樹脂は約98〜約70重量%の範囲のアルケニル芳香族モノマーのホモポリマーと約2〜約30重量%の範囲のゴム改質剤、好ましくは約88〜約94重量%の範囲のアルケニル芳香族モノマーのホモポリマーと約6〜約12重量%の範囲のゴム改質剤とからなり、これらのゴム改質ポリスチレンには、一般にHIPSといわれる高耐衝撃性ポリスチレンがある。
また、ポリ(アルケニル芳香族)樹脂には、非エラストマー性ブロックコポリマー、例えば、スチレンとポリオレフィンのジブロック、トリブロック、及び多ブロックコポリマーも包含される。線状ブロック、ラジアルブロック、又はテーパーブロックコポリマー構造を有するスチレンとブタジエンの非エラストマー性ブロックコポリマー組成物であって、ブタジエン構成成分が約35重量%以下で存在するものも使用することができる。適切な非エラストマー性ブロックコポリマーは、例えば、Atofinaから商標FINACLEARとして、またChevron Phillips Chemical Companyから商標K−RESINSとして市販されている。
また、ポリ(アルケニル芳香族)樹脂として、スチレン−ポリオレフィン−メタクリル酸メチルのブロックコポリマーも挙げることができる。このタイプの好ましいブロックコポリマーとして、ポリスチレン、1,4−ポリブタジエン、及びシンジオタクチックポリメタクリル酸メチルのブロックを含んでなるAtofinaから入手可能なポリ(スチレン−b−1,4−ブタジエン−b−メタクリル酸メチル)(SBM)がある。Atofinaから入手可能なSBMブロックコポリマーとしては、AF−X223、AF−X333、AF−X012、AF−X342、AF−X004がある。
ポリ(アルケニル芳香族)樹脂の立体規則性はアタクチックでもシンジオタクチックでもよい。極めて好ましいポリ(アルケニル芳香族)樹脂としてはアタクチック及びシンジオタクチックホモポリスチレンがある。適切なアタクチックホモポリスチレンは、例えば、ChevronからEB3300として、及びBASFからP1800として市販されている。アタクチックホモポリスチレンは本明細書中で「結晶ポリスチレン」樹脂ということがある。有用なシンジオタクチックポリスチレン樹脂(SPS)はThe Dow Chemical CompanyからQUESTRAという商標で入手可能である。
ポリ(アルケニル芳香族)は好ましくは、約20000〜100000amuの数平均分子量と約10000〜300000amuの重量平均分子量を有する。
基板は好ましくは、ポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドから製造される。このブレンドは、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)樹脂の総重量を基準にして約1〜約99重量%の範囲でポリ(アリーレンエーテル)を含有していることができる。この範囲内で、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)樹脂との比は、とりわけ目的とする物理的性質、例えば耐熱性に応じて調節することができる。通例、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)樹脂との比は、ブレンドされた物質が約120℃以上のガラス転移温度(Tg)を有するように調節される。また、所望の物理的性質を達成するために、2種以上のポリ(アリーレンエーテル)樹脂及び/又は2種以上のポリ(アルケニル芳香族)樹脂sを使用することもできる。一般に、ブレンド中のポリ(アリーレンエーテル)の量は、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)の総重量を基準にして約80重量%以下であることができ、約70重量%以下が好ましく、約60重量%以下がより好ましく、約50重量%以下がより一層好ましい。また好ましくは、この範囲内で、ポリ(アリーレンエーテル)の量は約20重量%以下であり、約30重量%以上が好ましく、約40重量%以上がより好ましい。ブレンド中のポリ(アルケニル芳香族)の量は、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)の総重量を基準にして約80重量%以下であることができ、約70重量%以下が好ましく、約60重量%以下がより好ましく、約50重量%以下がより一層好ましい。また、好ましくは、この範囲内で、ポリ(アルケニル芳香族)の量は約20重量%以上であり、約30重量%以上が好ましく、約40重量%以上がより好ましい。
ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)のブレンドは、好ましくは、Tgが約120℃以上、好ましくは約130℃以上、より好ましくは約140℃以上、より一層好ましくは約150℃以上である。
一つの実施形態において、基板は、微粒子状不純物を実質的に含まないポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)のブレンドからなる。高面積密度記憶媒体の表面品質要件のために、現状のデータ記憶媒体は、無機であろうと有機であろうと限られた量の微粒子状不純物を材料から製造するのが望ましい。ゲルや炭化したポリマー性材料(黒斑)のような目に見える微粒子状不純物は、消費者が下等品質の製品と認知することになる審美的欠陥であって望ましくない。約50マイクロメートルより大きい大きさを有する粒子は、成形品中で応力集中点として機能することにより、これらの物品の衝撃強さを低減し得る。約1マイクロメートルの大きさの微粒子状不純物は曇りを増大する原因となる可能性があり、これはかかる不純物を含有する材料から成形された物品の光の透過率すなわち透明性に影響を及ぼし得る。最も重要なことに、微粒子状不純物は記憶媒体の表面品質に影響を及ぼすことにより読み出し精度、データ記憶、及び複製に影響を及ぼす可能性がある。
微粒子状不純物の量が低下したポリ(アリーレンエーテル)/ポリ(アルケニル芳香族)ブレンドを製造する好ましい方法は、「Methods of Preparing a Polymeric Composite」と題する米国特許出願第10/648640号(代理人整理番号135946−1)、「Methods of Preparing a Polymeric Material」と題する米国特許出願第10/648647号(代理人整理番号131982−1)、及び「Methods of Purifying Polymeric Material」と題する米国特許出願第10/648604号(代理人整理番号126750−1)に開示されている(これらの出願は全て本出願人に譲渡されており係属中である)。これら同時係属中の出願に記載されている方法により、微粒子状不純物を実質的に含まないポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)からなるブレンドが得られる。記載されている方法では、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)からなるメルトを溶融ろ過し、ポリ(アリーレンエーテル)、ポリ(アルケニル芳香族)、若しくはこれらの組合せを含む溶液をろ過するか、又は溶融ろ過と溶液ろ過を組み合わせて行って、微粒子状不純物を実質的に含まないポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)のブレンドが得られる。
本明細書で使用する場合、用語「目に見える微粒子状不純物を実質的に含まない」は、50ミリリットルのクロロホルム(CHCl)に溶解した10グラムのポリマー性材料の試料が、ライトボックスを用いて見たときに5個未満の目に見える斑点を示すことを意味している。肉眼で目に見える粒子は、通例、直径が40マイクロメートルより大きいものである。
本明細書で使用する場合、用語「約15マイクロメートルより大きい微粒子状不純物を実質的に含まない」とは、400ミリリットルのCHClに溶解した40グラムのポリマー性材料の試料で、約15マイクロメートルの大きさを有する微粒子の1グラム当たりの数が、レーザー光散乱技術で測定して、1ミリリットル/分の流速でアナライザーを通って流れることができる20ミリリットル量の溶解したポリマー性材料の5個の試料の平均を基準にして50個未満(±5パーセント)であることを意味する。適切なアナライザーの一例はPacific Instruments ABS2アナライザーである。
ポリ(アリーレンエーテル)、ポリ(アルケニル芳香族)、又はこれらの組合せの溶液からの微粒子状不純物の除去は現在公知のいかなるろ過系又はデバイスを用いても行うことができる。好ましくは、溶液を、同一又は異なるろ材タイプ、フィルターポアサイズ、及びフィルターの幾何学形状を有するろ過系に一回より多く通してろ過して、特定の用途に適した清浄なポリマー性材料を得る。同一又は異なるろ過系を複数のろ過段階からなる方法に使用してもよい。
一つの実施形態においては、ポリ(アリーレンエーテル)と溶媒の溶液を、ポリ(アルケニル芳香族)の不在下でろ過する。もう一つ別の実施形態において、ろ過される溶液はポリ(アリーレンエーテル)、ポリ(アルケニル芳香族)、及び溶媒からなる。この溶液を調製するためのポリ(アリーレンエーテル)又はポリ(アルケニル芳香族)の形態はいかなる形態でもよいが、好ましくは粉末、フレーク、又はペレットである。さらに、溶液を調製するのに使用するポリ(アリーレンエーテル)及び/又はポリ(アルケニル芳香族)源は反応器又は反応容器からの直接の生成物供給流であってもよい。
ろ過する溶液を形成するには、ポリ(アリーレンエーテル)及び/又はポリ(アルケニル芳香族)を適当な溶媒と、場合によっては加熱しながら混合する。調製された溶液は、使用する特定のろ過系に基づいて効率的なろ過ができるように任意の重量割合のポリ(アリーレンエーテル)及び/又はポリ(アルケニル芳香族)固形分であり得る。適切な溶液の固形分重量割合はポリマー性材料と溶媒の合計を基準にして約1〜約99重量%の固形分であり得る。この範囲内で、約90%以下の固形分重量割合を使用することができ、約80以下が好ましく、約70重量%以下がより好ましい。また、この範囲内で、約30以上の固形分重量割合を使用することができ、約40以上が好ましく、約50以上がより好ましい。
ろ過する溶液はろ過段階の前及び/又はその間に加熱してもよい。ろ過段階の前及び/又はその間の溶液の適切な温度は約50〜約250℃であり得る。この範囲内で、約210℃以下の温度を使用することができ、約190℃以下が好ましく、約180℃以下がより好ましい。また、この範囲内で、約100℃以上の温度を使用することができ、約130℃以上が好ましく、約160℃以上がより好ましい。
ろ過段階の前及び/又はその間の溶液の適切な温度はオルト−ジクロロベンゼン溶媒を使用する場合約100〜約170℃でよく、溶液は大気圧でろ過される。この範囲内で、約170℃以下の温度を使用することができ、約160℃以下が好ましく、約150℃以下がより好ましい。また、この範囲内で、約100℃以上の温度を使用することができ、約120℃以上が好ましく、約130℃以上がより好ましい。
一つの実施形態においては、ろ過する溶液を過熱する。過熱するという用語は、大気圧における溶媒の沸点より高い温度に溶液を加熱することを含む。この実施形態において、過熱された溶液の温度は大気圧における溶媒の沸点より約2〜約200℃高くてよい。複数の溶媒が存在する場合、溶液は溶媒構成成分の1種以上に関して過熱する。過熱は溶液を加圧下で加熱することによって達成することができる。もう一つ別の実施形態において、過熱は、溶液を真空にして、周囲の圧力をその溶液中の溶媒の蒸気圧より低くすることによって達成し得る。この場合、溶液が大気圧における溶媒の沸点より低い温度にあってもその溶液が過熱されているということができる。溶液を過熱することの利点は、溶媒を都合よく迅速に除去し、その結果ポリマー性材料が単離されることである。
溶液のろ過及び/又はポリマー性材料の単離は、これらの操作の高温におけるポリマー性材料の酸化的分解過程を防止するために窒素のような不活性雰囲気下で行うのが好ましい。
適切なろ過系としては、例えば、燒結金属(シンタードメタル)、布(クロス)、ポリマー性繊維、天然繊維、紙、金属メッシュ(メタルメッシュ)、パルプ、セラミック、又は以上の材料の組合せ、などのような各種の材料から作成されたフィルターがある。特に有用なフィルターは、高いくねり(tortuosity)を示す燒結金属フィルター、例えばPALL Corporation製のフィルターである。
フィルターの幾何学的形状は円錐、プリーツ、キャンドル、スタック、フラット、ラップアラウンド(wraparound)、又は以上の組合せ、などでよい。
フィルターのポアサイズは0.01〜100マイクロメートル、又はそれ以上の範囲の任意の大きさでよい。この範囲内で、約50マイクロメートル以下のポアサイズを使用することができ、約20マイクロメートル以下が好ましく、約15マイクロメートル以下がより好ましい。また、この範囲内で、約0.1マイクロメートル以上のポアサイズが好ましく、約3マイクロメートル以上がより好ましく、約5マイクロメートル以上が殊に好ましい。
適切なろ過プロセスとしては、重力ろ過、加圧ろ過、真空ろ過、回分ろ過、連続ろ過、又は以上のろ過法の組合せ、などを挙げることができる。
任意の数のろ過系を本方法に使用することができる。単一のろ過系を使用してもよいし、又は2以上を直列若しくは並列で使用してもよい。
得られるポリマー性材料は、目に見える微粒子状不純物を実質的に含まないか、及び/又は約15マイクロメートルより大きい微粒子状不純物を実質的に含まないのが好ましい。
もう一つ別の実施形態においては、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)からなるブレンドのメルトを溶融ろ過して、微粒子状不純物を実質的に含まない材料を得ることができる。押出機内のメルトの滞留時間は、ポリマー性材料、殊にポリ(アリーレンエーテル)構成成分の分解を最小限に抑えるように制御しなければならない。ポリ(アリーレンエーテル)は高温に維持すると酸化されゲルを形成することが知られている。また、これらの樹脂は高温で加工処理すると炭化した「黒斑」するか又は色が劣化する(暗くなる)ことがある。従って、押出機のスクリュー設計を選択することにより、またスクリュー速度と供給速度を制御することにより、メルトの滞留時間を最小限に抑えるのが好ましい。約5分以下の滞留時間を使用するとよく、約2分以下が好ましく、約1分以下がより好ましい。
また、溶融ろ過系を通過するメルトの滞留時間を最小限に抑えることも好ましい。溶融ろ過系は、フィルターの表面積及び溶融ろ過ハウジングの容積の選択に基づいて、短い滞留時間が得られるように設計することができる。より大きいフィルター表面積とより小さいハウジング容積でより短い滞留時間を得ることができる。
押出機の溶融ろ過系は、押出機の末端バレルのところに、より好ましくは押出機のダイヘッドのところに位置するのが好ましい。押出機は単一の溶融ろ過系又は複数の溶融ろ過系を含んでいることができる。
ポリ(アリーレンエーテル)、ポリ(アルケニル芳香族)及び/又は追加の樹脂及び添加剤の均一なメルトを提供することができるあらゆるタイプの押出機を使用できる。有用なタイプの押出機としては、例えば、二軸式逆回転型押出機、二軸式同方向回転型押出機、単軸式押出機、単軸式往復押出機、混練機(ニーダー)、コンパウンダー−押出機、リング押出機、以上の組合せ、などがある。好ましくは単一の押出機を使用することができるが、複数の押出機を使用してもよい。リング押出機は通例、静止ロッド又はコアの回りに3〜12の小さいスクリュー又はグルーブ付きロールのリングを含んでいる。これらのスクリューは同時に回転し2つの面上で噛み合い、良好な分散・分配混合並びに押出機内の樹脂の滞留時間を制御する能力を提供する。この噛み合い設計はまた、スクリューの剪断、混合、及び混練要素に2つのクリーニングワイプ(clean wipe)を付与する。適切なリング押出機はドイツの3+ Extruder GmbHから入手可能なものである。
ポリ(アリーレンエーテル)のブレンドを製造するとき、溶媒、モノマー、その他の低分子量物質はベント系を介して押出機から除去する。ポリ(アリーレンエーテル)又はポリ(アリーレンエーテル)樹脂ブレンドからの揮発性物質の除去を改良するのに特に有用な方法としては、Baneviciusらの米国特許第5204410号、Hassonらの米国特許第5102591号、Baneviciusの米国特許第4994217号、及びBaneviciusらの米国特許第4992222号に記載されているスチームストリッピングがある。スチームストリッピングは通例、水を蒸気を注入するための口と、揮散した揮発分及び水を除去するのに充分な真空ベント能を有する押出機で行われる。水又は蒸気は好ましいストリッピング剤であり、使用する割合はポリマー組成物の約15重量%以下であり、押出機のバレルの長さに沿って位置する2以上の注入口の間で均等に又は不均等に分割される。好ましい割合は約0.25〜約15重量%である。というのは、この範囲内の量が一般に、真空系に負荷をかけることなく揮発分を除去するのに極めて有効であるからである。最も好ましいのは0.5〜約5重量%である。
また、押出機のバレルに沿って追加の構成成分をメルトに供給するのに適切な1以上の側方供給口(サイドフィーダー)を含む押出機も考えられる。追加の構成成分としては追加の樹脂、官能化剤及び/又は添加剤がある。
押出機は、メルトを構成する構成成分の密なブレンドを生成するのに適切であるが、メルトの分解を最小限に抑えるのに充分低い温度で作動させるのが好ましい。使用することができる押出機の温度範囲は約260〜約380℃である。この範囲内で、約340℃以下の温度を使用することができ、約320℃以下がより好ましい。また、この範囲内で、約280℃以上の温度を使用することができ、約290℃以上が好ましい。
二軸式押出機を使用する場合、押出機の操作は約0.5〜約8.0キログラム/時間/立方センチメートル(kg/hr/cm)の特定のスループット速度によって規定することができる。この特定のスループット速度はメルトのスループット速度を押出機バレルの直径で割った値として定義される。この範囲内で、約7.5kg/hr/cm以下の特定のスループット速度を使用することができ、約7kg/hr/cm以下が好ましい。また、この範囲内で、約3kg/hr/cm以上のスループット速度を使用することができ、約5kg/hr/cm以上が好ましい。
一つの実施形態においては、メルトポンプ又はギアポンプを押出機と組み合わせて、溶融ろ過系を通るメルトの流れの充分な速度と圧力を提供する。メルトポンプはまた、押出機系を通るメルトの一様な流れを制御し維持して均一なポリマー性材料を得る能力も提供する。
一つの実施形態において、ポリ(アリーレンエーテル)、ポリ(アルキレン芳香族)、及び任意追加の構成成分を溶融ブレンド段階の前にコンパウンディングしてもよい。構成成分をコンパウンディングすることができるあらゆる公知の装置、例えば、構成成分に剪断力をかけることができるミキサー、コニカルスクリューミキサー、V−ブレンダー、二軸式コンパウンダー、Henschelミキサー、などを使用することができる。好ましいコンパウンダーとしては、逆回転型押出機又は逆回転型コニカル押出機がある。
ポリ(アリーレンエーテル)、ポリ(アルケニル芳香族)、又はこれら2種の組合せからなるメルトから微粒子状不純物を除去することができるいかなる適切な溶融ろ過系又はデバイスでも使用できる。好ましくは、メルトを単一の溶融ろ過系に通してろ過するが、複数の溶融ろ過系も考えられる。
適切な溶融ろ過系としては、例えば、燒結金属、金属メッシュ若しくはスクリーン、繊維金属フェルト、セラミック、又は以上の材料の組合せ、などのような各種の材料から作成されたフィルターがある。特に有用なフィルターは、PALL Corporation製のフィルターを始めとして高いくねりを示す燒結金属フィルターである。
例えば、円錐、プリーツ、キャンドル、スタック、フラット、ラップアラウンド、スクリーン、以上の組合せ、などを始めとするあらゆる幾何学的形状のメルトフィルターを使用することができる。
溶融ろ過系としては、連続スクリーン変化フィルター(continuous screen changing filter)又は回分フィルターを挙げることができる。例えば、連続スクリーン変化フィルターは、押出機内のメルトの流れの経路前にゆっくり通過するスクリーンフィルターのリボンを含み得る。フィルターがメルト内の微粒子状不純物を収集し、次いでこれらの不純物はフィルターリボンが新たなセクションのリボンにより連続的に更新されるにつれてそのフィルターリボンと共に押出機から運び出される。
メルトフィルターのポアサイズは約0.5〜約200マイクロメートルの範囲のいかなる大きさでもよい。この範囲内で、約100マイクロメートル以下のポアサイズを使用することができ、約50マイクロメートル以下が好ましく、約20マイクロメートル以下がより好ましい。また、この範囲内で、約1マイクロメートル以上のポアサイズを使用することができ、約7マイクロメートル以上が好ましく、約15マイクロメートル以上がより好ましい。
溶融ろ過系の温度は約260〜約380℃が好ましい。この範囲内で、約340℃以下の温度を使用することができ、約320℃以下がより好ましい。また、この範囲内で、約280℃以上の温度を使用することができ、約290℃以上が好ましい。
得られる溶融ろ過されたポリマー性材料は目に見える微粒子を実質的に含まないのが好ましい。一つの実施形態において、溶融ろ過されたポリマー性材料は約10マイクロメートルより大きい微粒子状不純物を実質的に含まない。これは、400ミリリットルのCHClに溶解したポリマー性材料の40グラムの試料の1グラム当たり、約10マイクロメートルの大きさを有する微粒子の数が、Pacific Instruments ABS2アナライザーで測定して、1ミリリットル/分の流速でこのアナライザーを通って流れることができる20ミリリットル量の溶解したポリマー性材料の5つの試料の平均として、200未満(±5パーセント)であることを意味している。
成形されたとき、ポリマー性材料は冷却の際に収縮することが多いが、ゲルその他の微粒子状不純物は収縮しないか又はポリマー性材料と異なる速度で収縮する。これらの不純物が成形された基板の表面に位置すると表面欠陥の原因となり、データディスク基板のグルーブとランドのパターンを乱すことがある。基板材料中の微粒子状不純物の量とタイプはその基板の表面品質に、従ってその媒体の読み出し/書き込み精度に大きく影響し得るので、不純物が最小の基板材料を使用するのが望ましい。一つの実施形態において、基板は、目に見える微粒子状不純物を実質的に含まないポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)のブレンドから製造される。
別の実施形態において、基板は、ディスク基板の最も狭い厚さの約50パーセント以上の大きさを有する微粒子状不純物を実質的に含まないポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)のブレンドから製造される。
本明細書で定義される場合最も狭い厚さは、パターン化された面(グルーブとランドの表面)を含む表面からパターン化された面と反対側の表面までで測定される。この範囲内で、ブレンドは、ディスク基板の最も狭い厚さの約25パーセント以上の大きさを有する微粒子状不純物を実質的に含まず、好ましくはディスク基板の最も狭い厚さの約5パーセント以上の大きさを有する微粒子状不純物を実質的に含まなず、より好ましくはディスク基板の最も狭い厚さの約1パーセント以上の大きさを有する微粒子状不純物を実質的に含まなず、さらにより好ましくはディスク基板の最も狭い厚さの約0.1パーセント以上の大きさを有する微粒子状不純物を実質的に含まない。例えば、1ミリメートルすなわち1000マイクロメートルの最小横断面高さを有するディスク基板は、約500マイクロメートル以上の大きさを有する微粒子を実質的に含まなず、好ましくは約250マイクロメートル以上の大きさを有する微粒子を実質的に含まなず、より好ましくは約50マイクロメートル以上の大きさを有する微粒子を実質的に含まなず、より一層好ましくは約10マイクロメートル以上の大きさを有する微粒子を実質的に含まなず、さらにより好ましくは約1マイクロメートル以上の大きさを有する微粒子を実質的に含まないブレンドから製造することができる。
データディスクアセンブリは一般に基板に加えて光学層を含んでいる。通例、この光学層は熱可塑性ポリカーボネートからなる。本明細書で使用する場合、用語「ポリカーボネート」には、次式(III)の構造単位を有する組成物が含まれる。
Figure 2007504582
式中、R基の合計数の約60パーセント以上は芳香族有機基であり、残りは脂肪族、脂環式、又は芳香族基である。好ましくは、Rは芳香族有機基、より好ましくは次式(IV)の基である。
Figure 2007504582
式中、各AとAは単環式二価アリール基であり、YはAとAを隔てている0、1、又は2個の原子を有する橋架け基である。代表的な実施形態においては、1個の原子がAとAを隔てている。このタイプの基の具体的な非限定例は−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、−C(O)−、メチレン、シクロヘキシル−メチレン、2−[2.2.1]−ビシクロヘプチリデン、エチリデン、イソプロピリデン、ネオペンチリデン、シクロヘキシリデン、シクロペンタデシリデン、シクロドデシリデン、アダマンチリデン、などである。もう一つ別の実施形態においては、0個の原子がAとAを隔てており、具体的な例はビフェノールである。橋架け基Yは炭化水素基若しくは飽和炭化水素基、例えば、メチレン、シクロヘキシリデン若しくはイソプロピリデン、又は−O−若しくは−S−のようなヘテロ原子であることができる。
ポリカーボネートは、1個の原子のみがAとAを隔てているジヒドロキシ化合物の反応によって製造することができる。本明細書で使用する場合、用語「ジヒドロキシ化合物」には、例えば、次の一般式(V)を有するビスフェノール化合物が包含される。
Figure 2007504582
式中、RとRは各々独立して水素、ハロゲン原子、又は一価炭化水素基を表し、pとqは各々独立して0〜約4の範囲の整数であり、Xは次式(VI)の基の一つを表す。
Figure 2007504582
式中、RとRは各々独立して水素原子又は一価線状若しくは環状炭化水素基を表し、Rは二価炭化水素基である。
適切なジヒドロキシ化合物の幾つかの具体的な非限定例としては、名称又は式(一般的又は個々の)がBrunelleらの米国特許第4217438号に開示されているもののような二価フェノール及びジヒドロキシ置換された芳香族炭化水素がある。式(IV)で表され得るタイプのビスフェノール化合物の特定の例の非排他的なリストには、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(以後、「ビスフェノール−A」又は「BPA」という)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)オクタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)n−ブタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−1−メチルフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−t−ブチルフェニル)プロパン、ビス(ヒドロキシアリール)アルカン、例えば2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−ブロモフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロペンタン、4,4’−ビフェノール、及びビス(ヒドロキシアリール)シクロアルカン、例えば1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、など、並びに以上の化合物を1種以上含む組合せが包含される。
ホモポリマーではなくカーボネートコポリマーを使用したい場合には、2種以上の異なる二価フェノールの重合で得られるポリカーボネート、或いは二価フェノールと、グリコール又はヒドロキシ−若しくは酸−末端停止ポリエステル又は二塩基酸又はヒドロキシ酸又は脂肪族二酸とのコポリマーを使用することも可能である。一般に、有用な脂肪族二酸は約2〜約40の範囲の炭素原子を有している。好ましい脂肪族二酸はドデカン二酸である。
ポリアリーレート及びポリエステル−カーボネート樹脂又はこれらのブレンドも使用することができる。枝分かれポリカーボネート並びに線状ポリカーボネートと枝分かれポリカーボネートのブレンドも有用である。枝分かれポリカーボネートは重合中に枝分かれ剤を添加することによって製造することができる。
これらの枝分かれ剤は周知であり、ヒドロキシル、カルボキシル、カルボン酸無水物、ハロホルミルでよい官能基を3個以上含有する多官能性有機化合物、及び以上の枝分かれ剤を1種以上含む混合物からなり得る。特定の例としては、トリメリト酸、トリメリト酸無水物、トリメリト酸三塩化物、トリス−p−ヒドロキシフェニルエタン、イサチン−ビス−フェノール、トリス−フェノールTC(1,3,5−トリス((p−ヒドロキシフェニル)イソプロピル)ベンゼン)、トリス−フェノールPA(4(4(1,1−ビス(p−ヒドロキシフェニル)−エチル)α,α−ジメチルベンジル)フェノール)、4−クロロホルミルフタル酸無水物、トリメシン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、など、及び以上の枝分かれ剤を1種以上含む組合せがある。枝分かれ剤は基板の総重量を基準にして約0.05〜約2.0重量%の範囲のレベルで添加することができる。枝分かれ剤の例及び枝分かれポリカーボネートの製造方法はScottの米国特許第3635895号及び同第4001184号に記載されている。あらゆるタイプのポリカーボネート末端基が本発明に包含される。
有用なポリカーボネートは、AとAが各々p−フェニレンであり、Yがイソプロピリデンであるビスフェノール−A系である。好ましくは、ポリカーボネートの重量平均分子量は約5000〜約100000原子質量単位の範囲、より好ましくは約10000〜約65000原子質量単位の範囲、最も好ましくは約15000〜約35000原子質量単位の範囲である。
一つの実施形態において、光学層は1種以上の構造単位(VII)を含むポリカーボネートからなる。
Figure 2007504582
ここで、(VII)の3つの光学活性部位はR異性体、S異性体、又はこれらの組合せであることができ、RとRは独立してC〜Cアルキル及び水素からなる群から選択され、mは約1〜約4の範囲の整数であり、qは約1〜約4の範囲の整数である。構造(VII)の代表的な単位としては、4,4’−[1−メチル−4−(1−メチルエチル)−1,3−シクロヘキサンジイル]ビスフェノール又はBPT−2としても公知の1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メンタン(BHPM)から誘導された残基がある。構造(VII)の単位を含むポリマーはまた、他のポリカーボネート又はポリ(アルケニル芳香族)樹脂、例えばポリスチレンとブレンドしてもよい。
(VII)の構造単位を含むホモポリマーとコポリマーの両方が本発明に包含される。特に有用なコポリマーは構造単位と(V)のビスフェノールから誘導された単位とを含む。BHPMのホモポリマーとコポリマーが光学層に使用するのに殊に好ましい。BHPMとBPAを任意の比で含むBHPMとBPAのコポリマーを使用できる。例えば、BHPM/BPAのコポリマーは約90モルパーセント(mol%)以上のBHPM、場合により約70mol%以上のBHPM、さらに場合により約50mol%以上のBHPM、さらに場合により約10mol%以上のBHPMを含むことができる。BPA及び4−[1−[3−(4−ヒドロキシフェニル)−4−メチルシクロヘキシル]−1−メチルエチル]フェノール(BPT−1)と組み合わせてBHPMから誘導された他の有用なコポリマーがMahoodの米国特許第6492486号に記載されている。
通例、(VII)の構造単位を含むポリカーボネートの重量平均分子量は約20000〜約100000の範囲である。
一つの実施形態において、光学層は商標PURE−ACEの下でTeijin Chemicalsから入手可能な溶媒流延(ソルベントキャスト)ポリカーボネートフィルムからなる。溶媒流延ポリカーボネートフィルムは異物がなく50、70、100、120、又は160マイクロメートルの均一な厚さを有している。例えば、100マイクロメートルの光学的等方性フィルムは、破壊強度が縦方向(MD)で86.2メガパスカル(Mpa)、横断方向(TD)で83.3Mpであり、破断時伸びが173パーセント(MD)と165パーセント(TD)であり、ヤング率が1780Mpa(MD)と1790Mpa(TD)である。このフィルムは、1.58より大きい屈折率を示し、90パーセントより多くの光を透過し、0.3パーセント以下の曇りを有し、160℃のガラス転移温度を有する。
一つの実施形態において、光学層は異なるポリカーボネートのブレンドからなる。単一のジヒドロキシ化合物モノマーから誘導されたホモポリカーボネート及び1種より多くのジヒドロキシ化合物モノマー及びこれらの組合せから誘導されたコポリカーボネートからなるブレンドが包含される。
一つの実施形態において、光学層は構造単位(VIII)又は(IX)を含むポリカーボネート又はコポリカーボネートからなる。
Figure 2007504582
ここで、R、R、R、R、R、及びRは独立してC〜Cアルキル及び水素から選択され、RとRは独立してC〜Cアルキル、フェニル、C〜Cアルキル置換フェニル、又は水素であり、mは0〜約12の整数であり、qは0〜約12の整数であり、m+qは約4〜約12の整数であり、nは約1〜約2の整数であり、pは約1〜約2の整数である。
構造(VIII)の代表的な単位としては、例えば、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)シクロヘキサン(DMBPC)、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)シクロペンタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)シクロヘプタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン(DMBPI)の残基、及び以上の単位を1種以上含む混合物がある。
構造(IX)の代表的な単位としては、例えば、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチル)プロパン(DMBPA)及び4,4’−(1−フェニルエチリデン)ビス(2−メチルフェノール)(DMbisAP)の残基がある。
さらに別の実施形態において、光学層は構造単位(X)を含むポリカーボネート又はコポリカーボネートからなることができる。
Figure 2007504582
ここで、R、R10、R13及びR14は独立してC〜Cアルキルであり、R11とR12は独立してH又はC〜Cアルキルであり、各R15は独立してH及びC〜Cアルキルから選択され、各nは独立して0、1及び2から選択される。
構造(X)の代表的な単位としては、例えば、6,6’−ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチルスピロビインダン(SBI)、6,6’−ジヒドロキシ−3,3,5,3’,3’,5’−ヘキサメチルスピロビインダン、6,6’−ジヒドロキシ−3,3,5,7,3’,3’,5’,7’−オクタメチルスピロビインダン、5,5’−ジエチル−6,6’−ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチルスピロビインダン、及び以上の単位を1種以上含む混合物がある。
ポリカーボネート組成物はまた、ポリカーボネートの光学的性質が損なわれない限り、このタイプの樹脂組成物中に通常配合される各種添加剤を含んでいてもよい。かかる添加剤としては、例えば、熱安定剤、酸化防止剤、光安定剤、可塑剤、帯電防止剤、離型剤、追加の樹脂、など、及び以上の添加剤を1種以上含む組合せがある。
光学層に適切なもう一つ別の材料として、シリコーンハードコートのようなシリコーン材料がある。一つの実施形態において、シリコーンハードコートはプラズマ重合したオルガノシリコーンからなる。プラズマ重合したオルガノシリコーンは、ヒドロキシ炭化ケイ素又はケイ素オキシ炭素コーティングといわれることもあり、次式(XI)又は(XII)を有するケイ素前駆体のプラズマ蒸着の生成物である。
Figure 2007504582
式中、各Rは独立して水素、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、C〜Cアルケニルアルキル、C〜C18アリール、などであり、nは0〜約100であり、mは1〜約100であり、Xは−O−又は−NH−である。
好ましいオルガノシリコーン化合物としては、以下のもの及びこれらの混合物が挙げられる。
Figure 2007504582
Figure 2007504582
Figure 2007504582
オルガノシリコーンのプラズマ重合は小量の酸素の存在下で行うことができ、この酸素はコーティング中に取り込まれ得る。プラズマ重合したシリコーンハードコート光学層は、無線周波数(RF)、マイクロ波(MW)、誘導結合プラズマ(ICP)、電子サイクロトロン共鳴(ECR)、中空カソード、熱プラズマ、膨張(expanding)熱プラズマ(ETP)、及びプラズマアーク又はジェットのプラズマ源を用いるプラズマ支援又は強化化学蒸着(PECVD、PACVD)を始めとする各種のプラズマ蒸着技術で形成することができる。好ましい実施形態において、シリコーンハードコート光学層はIacovangeloの米国特許第6420032号及びYangらの同第6397776号に記載されているETPによって蒸着する。適切なシリコーンハードコートは商標AS4000、PHC587、UVHC3000、及びUVHC8558の下でGE Siliconesから入手可能である。
光学層は好ましくは、20ナノメートル(nm)以下の面内遅延のような光学的性質を有している。本明細書で使用する場合「面内遅延(in-plane retardation)」とは、光学層内の複屈折の目安である。また、光学層は好ましくは、低い厚さの不均一性及び低い表面粗さを有する。100マイクロメートルの光学層の場合、2センチメートル(cm)より長い長さスケールでの厚さの均一性は2マイクロメートル未満の程度であり、1ミリメートル(mm)の長さスケールでの表面粗さは40nm以下の程度である。これらの規格を有する光学層を製造するのに利用される一般的な方法は、例えば、溶液流延(キャスティング)、押出流延、押出カレンダー加工、スピンコーティング、及び射出成形である。好ましくは、溶液流延を使用する。
データ記憶媒体を製造するには、まず最初に、短軸式若しくは二軸式押出機、混練機、ブレンダー、などのような、各種前駆体を適切に混合することができる慣用の反応容器を用いて基板材料を形成することができる。押出機は、基板材料前駆体の分解を起こすことなくそれらの前駆体を溶融させるのに充分に高い温度に維持するべきである。同様に、押出機内の滞留時間、温度、及び剪断速度は分解を最小限に抑えるように制御するべきである。約2分(min)以下又はそれ以上の平均滞留時間を使用することができ、約1.5min以下が好ましく、約1min以下が殊に好ましい。所望の形態(通例、ペレット、シート、ウェブ、など)に押し出す前に、場合により混合物を、例えば溶融ろ過、スクリーンパックの使用、又はこれらの組合せ、などによってろ過して、望ましくない汚染物質又は分解産物を除去することができる。本明細書に記載したポリマー性材料を製造するのに有用な方法は、本出願人が所有しており本出願と同時係属中の「Methods of Preparing a Polymeric Material」と題する米国特許出願第10/648604号(代理人整理番号126750−1)、及び本出願人が所有しており本出願と同時係属中の「Methods of Preparing a Polymeric Material」と題する米国特許出願第10/648647号(代理人整理番号131982−1)に開示されている。
データ記憶媒体はさらに、検索可能なデータを記憶することができる何らかの材料で作成されたデータ層を含んでいる。データ記憶媒体上に記憶されるデータ又は情報はデータ層の表面上に直接刻印することができ、又は基板層の表面上に蒸着されている光、熱、又は磁気によって規定することができる媒体中に記憶することができる。データ層に適切な材料としては、例えば、酸化物(例えば、酸化ケイ素)、希土類元素−遷移金属合金、ニッケル、コバルト、クロム、タンタル、白金、テルビウム、ガドリニウム、鉄、ホウ素、有機染料(例えば、シアニン又はフタロシアニンタイプの染料)、無機相変化化合物(例えば、GeTeSb、TeSeSn、又はInAgSb)、及び以上の1種以上を含むあらゆる合金又は組合せがある。代表的な相変化化合物としては、Energy Conversion Device、Inc.(ECD)から入手可能な相変化型カルコゲナイド合金がある。典型的なデータ層の厚さは約1000オングストローム以下であることができる。一つの実施形態において、データ層の厚さは約300オングストローム以下である。
データ記憶層は、スパッタリングプロセス、電気メッキ、又はコーティング技術(スピンコーティング、スプレーコーティング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、浸漬、スパッタリング、真空蒸着、電着、メニスカスコーティング、など)によってディスク基板に設けることができる。
データ記憶媒体は、場合により、好ましくはデータ検索を可能にするのに充分な量のエネルギーを反射するのに充分な厚さの反射金属層を含んでいてもよい。通例、反射層は約700オングストローム以下の厚さを有する。一つの実施形態において、反射層の厚さは、約300〜約600オングストロームの範囲である。適切な反射層としては、例えば、アルミニウム、銀、金、チタン、並びに以上の1種以上を含む合金及び混合物がある。データ記憶層、誘電体層、及び反射層に加えて、アセンブリは、保護層、潤滑層、接着剤層、その他のような他の層を含んでいてもよい。適切な潤滑剤層としては、例えば、フルオロ油及びグリースのようなフルオロ化合物がある。
データディスク媒体は、場合により、データ層の片面又は両面に配置することができ熱制御器として使用されることが多い誘電体層を含んでいてもよい。この誘電体層は通例約1000オングストローム以下又はそれ以上及び約200オングストロームもの薄い厚さを有することができるが、他の厚さを使用してもよい。可能な誘電体層としては、窒化物(例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、その他)、酸化物(例えば、酸化アルミニウム)、炭化物(例えば、炭化ケイ素)、並びに以上の1種以上を含む合金及び組合せ、とりわけ環境内で適合性で、好ましくは周囲の層と反応性でない材料がある。
場合により、光学層とデータ記憶層との間、及び/又は他の層間に、例えば基板によって支持されている他の層に光学層を接着することができる接着剤層が配置され。また、この接着剤層は、ディスクの制振を高めるためにも使用することができ、接着剤の厚さと種類によりこの層が付与する制振の量が決定される。接着剤層は、約50マイクロメートル程度以下の厚さを有することができ、約1〜約30マイクロメートルの範囲の厚さが好ましいが、ゴム系又はエラストマー性熱硬化性物質、可撓性熱可塑性物質、などからなることができる。光又は光磁気媒体に使用する場合、接着剤は好ましくは、用途に必要とされる適切な光学的性質を提供するものである。典型的な接着剤は、天然ゴム、シリコーンゴム、又はアクリルエステルポリマー、などのようなゴム系又はゴム様材料である。ゴム又はアクリルポリマーなどに基づくもののような非硬質ポリマー性接着剤は、可撓性、耐クリープ性、レジリエンス及び弾性のようなエラストマーの幾つかの性質のを有しており、データ記憶ディスクのプレイバック(再生)の品質を高めるのに有用な制振を提供する。非硬質ポリマー性接着剤の化学は多様であり、エラストマー及びゴムとして、可撓性熱可塑性物質として、及び熱可塑性エラストマーとして本明細書に記載したタイプの材料のポリマーを包含する。かかる接着剤の適切な例としては、ポリイソプレン、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、フルオロビニルメチルシロキサン、塩素化イソブテン−イソプレン、クロロプレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリル酸ブチル、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリウレタン、軟質ポリ塩化ビニル、ジメチルシリコーンポリマー、メチルビニルシリコーン、ポリ酢酸ビニル、など、及び以上の接着剤を1種以上含む組成物がある。また、この層は以上の接着剤を1種以上含む任意の組合せからなっていてもよい。通例、データ記憶ディスク用途に使用するには感圧接着剤が好ましい。接着剤層は蒸着、スピン流延、溶液沈着、射出成形、押出成形、などのような方法によりデータ記憶ディスクに付け加えることができる。
場合により、高モジュラス層もデータ記憶媒体中に存在することができ、通例光学層の基板と反対側の表面上に配置される。本明細書で使用する場合、用語「高モジュラス」とは、通例約1ギガパスカル(Gpa)より大きい引張弾性率をいう。一つの実施形態において、適切な高モジュラス層は通例、熱的に硬化し、紫外(UV)放射線で硬化し、又は当業者に広く公知のいずれかの方法で硬化することができる熱硬化性ポリマーからなる。もう一つ別の実施形態において、高モジュラス層は熱可塑性ポリマーからなる。さらに別の実施形態において、高モジュラス層は熱硬化性ポリマーと熱可塑性ポリマーの組合せからなる。通例、高モジュラス層はスピンコーティングプロセスによって記憶媒体に付けられるが、例えば、スプレー蒸着、スパッタリング、及びプラズマ蒸着のような当業者に公知のあらゆる方法を使用することができる。通例、高モジュラス層は約0.5〜約30マイクロメートルの範囲の厚さを有する。
高モジュラス層に使用するのに有用な熱硬化性ポリマーとしては、例えば、シリコーン、官能化ポリアリーレンエーテル、エポキシ、シアネートエステル、不飽和ポリエステル、多官能性アリル型材料、ジアリルフタレート、アクリル、アルキド、フェノール−ホルムアルデヒド、ノボラック、レゾール、ビスマレイミド、メラミン−ホルムアルデヒド、尿素−ホルムアルデヒド、ベンゾシクロブタン、ヒドロキシメチルフラン、イソシアネート、及びこれらの組合せから誘導されたポリマーがある。有用なシリコーンとしては、GE Siliconeから入手可能なシリコーンハードコートがある。一つの実施形態において、熱硬化性ポリマーはさらに、例えば、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、ポリ(アリーレンエーテル)、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエステル、コポリカーボネートエステル、などのような1種以上の熱可塑性ポリマーを含んでいる。通例、高モジュラス層はコポリカーボネートエステルである。熱可塑性ポリマーは通例、熱硬化性材料の硬化前に熱硬化性モノマー混合物と混合する。
媒体は、この媒体をスピンドルに取り付け(affix)、媒体がスピンドルの回りで回転している間にデータを読み出すことができるようないかなる形状でもよい。最も一般的には、媒体は、中心にスピンドル取り付け用の穴を有し、通例円形の外径を有するディスク形状である。円形ではなく、例えば、四角形、星形、八角形、六角形、などを始めとする他の形状も使用できる。現在、記憶媒体の寸法は、業界により、現在入手可能なデータ記憶媒体読み出し/書き込みデバイスで使用できるように指定されている。データ記憶媒体は通例、内径が約15〜約40mmで、外径が約65〜約130mmである。考えられる他の直径としては、約1〜約100mm、より好ましくは約5〜約60mmの内径がある。他の外径としては、約5〜約300mm、より好ましくは約50〜約200mmがある。典型的な基板の厚さは約0.2〜約2.5mmである。この範囲内で、基板の厚さは約0.5mm以上でよく、好ましくは約0.8mm以上である。また、この範囲内で、基板の厚さは約1.2mm以下でよく、好ましくは約1.0mm以下である。必要に応じて、より堅い構造を得るために、他の直径と厚さを使用してもよい。
本明細書に記載した記憶媒体は、慣用の光学、光磁気、及び磁気系で、並びにより高い品質の記憶媒体、より高い面積密度、又はこれらの組合せを必要とする先進系で使用することができる。使用中、記憶媒体は、読み出し/書き込みデバイスに対して、エネルギー(例えば、磁気、光、電気、又はこれらの組合せ)がデータ記憶媒体上に入射するエネルギー場の形態でデータ層と接触するように配置される。エネルギー場は記憶媒体上に配置されたデータ層と接触する。エネルギー場が記憶媒体中で物理的又は化学的変化を引き起こしてデータ層上のその点にエネルギーの発生(incidence)を記録する。例えば、入射する磁場はデータ層内の磁区の配向を変化させるであろうし、また入射する光ビームはその光がデータ層上の接触点を加熱する場合相変態を生じさせ得るであろう。
好ましい実施形態において、データ記憶ディスクは、ランドとグルーブを含む基板と、約700ナノメートル未満、好ましくは約420ナノメートル未満の波長を有するレーザーを用いて読み出すことができる適当なデータ層とから製造される。例えば、DVRデバイスに使用される青色レーザーは現在約405ナノメートルの波長を有するレーザーを使用している。また、データ記憶ディスクは、ランドとグルーブを含む基板と、約0.6以上、好ましくは約0.8以上の開口数レンズを用いて読み出すことができる適当なデータ層とから製造される。
短くなるレーザー波長及び/又は増大する開口数を用いて高面積密度の記憶媒体を達成するために、ランドとグルーブの特徴寸法はますます小さくなって来ている。現状の技術は、ディスクの中心から外へ向かうトラックの形態で螺旋を形成するランドとグルーブのパターンを使用する。一つの実施形態において、基板は、約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチからなるランドとグルーブを有し得る。本明細書で定義される場合、ピッチはグルーブの中心から隣接するグルーブの中心までで測定される。この範囲内で、ピッチは約0.2マイクロメートル以上、好ましくは約0.25マイクロメートル以上でよい。また、この範囲内で、ピッチは約0.4マイクロメートル以下、好ましくは約0.35マイクロメートル以下でよい。
ランドとグルーブの寸法は、データを検索する方法に応じて最高の面積密度が得られるように選択され得る。一つの実施形態において、ランドの幅は約10〜約200ナノメートルであり得る。この範囲内で、ランドの幅は約25ナノメートル以上、好ましくは約45ナノメートル以上でよい。また、この範囲内で、ランドの幅は約100ナノメートル以下、好ましくは約80ナノメートル以下でよい。ランドの高さは約10〜約100ナノメートル、より好ましくは約45ナノメートル以上、約80ナノメートル以下の範囲でよい。
一つの実施形態において、グルーブの幅は約10〜約200ナノメートルでよい。この範囲内で、グルーブの幅は約25ナノメートル以上、好ましくは約45ナノメートル以上でよい。また、この範囲内で、グルーブの幅は約100ナノメートル以下、好ましくは約80ナノメートル以下でよい。グルーブの高さは約10〜約100ナノメートル、より好ましくは約45ナノメートル以上、約80ナノメートル以下の範囲でよい。
通例、データ記憶媒体は、ディスクの1面当たり約22ギガバイトより大きく、好ましくは約25ギガバイトより大きく、より好ましくは約27ギガバイトより大きい記憶容量を有する。従って、両面ディスクは約44ギガバイトより大きく、好ましくは約50ギガバイトより大きく、より好ましくは約54ギガバイトより大きい記憶容量を有し得る。
データ記憶媒体の転送速度は通例毎秒約25メガバイトより大きく、好ましくは毎秒約30メガバイトより大きく、より一層好ましくは毎秒約35メガバイトより大きい。
記憶媒体を製造するには、例えば、射出成形、発泡プロセス、スパッタリング、プラズマ蒸着、真空蒸着、電着、スピンコーティング、溶媒流延、スプレーコーティング、メニスカスコーティング、データ打ち抜き加工、エンボス加工、表面研磨加工、フィクスチャリング(fixturing)、積層、回転成形、ツーショット成形、共射出、フィルムのオーバーモールディング、ミクロセル(microcellular)成形、及びこれらの組合せを始めとする数多くの方法を使用することができる。一つの実施形態において使用する技術では、所望の特徴、例えばランドとグルーブを有する基板をその場で製造することが可能である。一つのかかるプロセスは射出成形−圧縮技術からなる。すなわち、金型に本明細書で定義したポリ(アリーレンエーテル)/ポリ(アルケニル芳香族)ブレンドのような溶融ポリマーを充填する。この金型はプリフォーム又はインサートを含有していてもよい。ポリマー系を冷却し、少なくとも部分的に溶融状態にあるうちに圧縮して、螺旋状の同心その他の配向で配列された所望の表面特徴、例えばピットとグルーブを、基板の所望の部分、すなわち片面又は両面の所望の領域に刻印する。次に、基板を室温に冷却する。基板が製造されたら、電気メッキ、コーティング技術(例えば、スピンコーティング、スプレーコーティング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、浸漬、など)、積層、スパッタリング、など、並びに以上の加工処理技術を1種以上含む組合せのような追加の加工処理を用いて、所望の層を基板上に配置することができる。
一つの実施形態においては、基板層を製造する際に、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)のブレンドを射出成形して、射出成形パラメーターの制御によって残留成形応力が低減したディスク基板を形成する。基板の低減した残留成形応力により、増大した寸法安定性を有しており、そのためアセンブリを高温に曝露したときに最小のチルトを示すディスクアセンブリが得られる。ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)のブレンドを射出成形するとき、約330〜約370℃のメルト温度を使用することができる。この範囲内で、約340℃以上のメルト温度が好ましく、約350℃以上がより好ましい。また、この範囲内で、約360℃以下のメルト温度が好ましく、約355℃以下がより好ましい。
また、先の実施形態内で、約90〜約130℃の金型温度を使用することができる。この範囲内で、約100℃以上の金型温度を使用することができ、約110℃以上が好ましく、約115℃以上がより好ましい。また、この範囲内で、約125℃以下の金型温度が好ましく、約120℃以下がより好ましい。約12トン以上の形締トン数を使用することができ、約20トン以上が好ましく、約35トン以上がより好ましい。
射出成形で基板を製造する際、約1〜約35秒の冷却時間を使用することができる。この範囲内で、約5秒以上の冷却時間が好ましく、約7秒以上がより好ましく、約12秒以上がより一層好ましい。また、この範囲内で、約25秒以下の冷却時間を使用することができ、約20秒以下が好ましく、約15秒以下がより好ましい。
さらに、射出成形で基板を製造する際、約1〜約40kgf/cmの保持圧力を使用することができる。この範囲内で、約5kgf/cm以上の保持圧力が好ましく、約10kgf/cm以上がより好ましく、約15kgf/cm以上がより一層好ましい。また、この範囲内で、約35kgf/cm以下の保持圧力を使用することができ、約30kgf/cm以下が好ましく、約25kgf/cm以下がより好ましい。
基板は、金型の特徴の特徴複製率が約90パーセント以上であるのが望ましく、約92パーセント以上が好ましく、約94パーセント以上がより好ましく、約95パーセント以上がさらに好ましく、約98パーセント以上がさらに一層好ましい。
また、本明細書に記載した基板から製造されたデータディスクアセンブリは、80℃で96時間後55ミリメートルの半径で測定して約0.5度以下のラジアルチルト変化値を示すのが望ましい。この範囲内で、80〜Cで96時間後のラジアルチルト変化値は約0.35度以下が好ましく、約0.25度以下がより好ましく、約0.15度以下がより一層好ましい。
一つの実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチ、好ましくは約0.2〜約0.4マイクロメートルのピッチ、より好ましくは約0.25〜約0.35マイクロメートルのピッチを有している。
もう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、これらのランドは幅が約10〜約200ナノメートル、好ましくは約25〜約100ナノメートル、より好ましくは約45〜約80ナノメートルである。
さらにもう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、これらのランドは約10〜約100ナノメートル、好ましくは約45〜約80ナノメートルの高さを有している。
さらに別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、これらのグルーブは幅が約10〜約200ナノメートル、好ましくは約25〜約100ナノメートルであり、より好ましくは幅が約45〜約80ナノメートルである。
もう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、これらのグルーブは約10〜約100ナノメートル、好ましくは約45〜約80ナノメートルの高さを有している。
もう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、前記基板層は約0.2〜約2.5ミリメートル、好ましくは約0.5〜約1.3ミリメートル、より好ましくは約0.8〜約1.0ミリメートルの厚さを有している。
もう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、前記基板層は約90パーセント以上、好ましくは約95パーセント以上、より好ましくは約98パーセント以上のランドとグルーブの複製率を有している。
もう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、前記ブレンドはポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)を約80:20〜約20:80の重量比で、好ましくは約60:40〜約40:60の重量比で、より好ましくは約48:52〜52:48の重量比で含んでいる。
もう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、前記ブレンドは基板層の最も狭い厚さの約50パーセント以上、より好ましくは基板層の最も狭い厚さの約25パーセント以上、より一層好ましくは基板層の最も狭い厚さの約5パーセント以上の大きさを有する微粒子状不純物を実質的に含まない。
もう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層を含んでおり、この基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、前記ポリ(アリーレンエーテル)は下記構造の構造単位を複数含んでおり、及び/又は、前記ポリ(アリーレンエーテル)はクロロホルム中25℃で測定して約0.10〜約0.60デシリットル/グラムの固有粘度を有しており、及び/又は、前記ポリ(アリーレンエーテル)はポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル)又はポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル−コ−2,3,6−トリメチルフェニレンエーテル)である。
Figure 2007504582
ここで、各構造単位に対して、各Qは独立してハロゲン、第一若しくは第二C〜Cアルキル、フェニル、ハロアルキル、アミノアルキル、炭化水素オキシ、又は2個以上の炭素原子がハロゲン原子と酸素原子とを隔てているハロ炭化水素オキシであり、各Qは独立して水素、ハロゲン、第一若しくは第二低級アルキル、フェニル、ハロアルキル、炭化水素オキシ、又は2個以上の炭素原子がハロゲン原子と酸素原子とを隔てているハロ炭化水素オキシである。
もう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層、この基板上に配置されたデータ層、及びこのデータ層上で基板層と反対側に配置された光学層を含んでなり、前記基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有しており、前記光学層はポリカーボネート又はシリコーンハードコートからなり、当該データ記憶媒体は80℃で96時間後55ミリメートルの半径で0.5度以下、好ましくは0.35度以下のラジアルチルト変化値を示す。
一つの実施形態において、データ記憶媒体は重量比約10:90〜約90:10のポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリスチレン樹脂のブレンドからなる基板層、この基板層上に配置されたデータ層、及びこのデータ層上で基板と反対側に配置された光学層を含んでなり、前記光学層は1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メンタンポリカーボネート又はビスフェノール−Aポリカーボネートからなり、当該データ記憶媒体は80℃で96時間後55ミリメートルの半径で0.35度以下のラジアルチルト変化値を示す。
一つの実施形態において、データ記憶媒体は重量比約40:60〜約60:40のポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリスチレン樹脂のブレンドからなる基板層、この基板層上に配置されたデータ層、及びこのデータ層上で基板と反対側に配置された光学層を含んでなり、前記光学層は1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メンタンポリカーボネート又はビスフェノール−Aポリカーボネートからなり、当該データ記憶媒体は80℃で96時間後55ミリメートルの半径で0.35度以下のラジアルチルト変化値を示す。
もう一つ別の実施形態において、データ記憶媒体は重量比約40:60〜約60:40のポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層、この基板層上に配置されたデータ層、及びこのデータ層上で基板と反対側に配置された光学層を含んでなり、前記基板層はランドとグルーブを含む表面を含んでおり、これらのランドとグルーブは約0.2〜約0.4マイクロメートルのピッチを有しており、前記光学層は1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メンタンポリカーボネート又はビスフェノール−Aポリカーボネートからなる。
さらに別の実施形態において、データ記憶媒体はポリ(アリーレンエーテル)樹脂とポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドからなる基板層、及びこの基板層上に配置されたデータ層を含んでなり、前記基板層はある寸法のランドとグルーブを含む表面を含んでおり、前記データ層は約420ナノメートル未満の波長及び約0.6以上の開口数を有するレーザーを用いて読み出すことができる。
本明細書中で言及した文献、特許及び特許出願は全て、援用によりその全体が本明細書の開示の一部をなす。以下の実施例は本発明を実施する際の追加の指針を当業者に示すために挙げるものである。これらの実施例は本発明の単なる代表例である。従って、以下の実施例はいかなる意味でも特許請求の範囲に記載の本発明を限定するものではない。
データディスクアセンブリ試料の調製
以下の実施例のディスク基板は、Sumitomo Heavy Industries、Ltd.のSD30 Injection Molding MachineとSiekoh Giken Type J CD金型を用いてポリマー性材料を射出成形することによって調製した。この金型は特定の幾何学的形状のグルーブの特徴を有する「スタンパー」を含んでいる。典型的なポリマーメルト「ショット」サイズは材料約20グラムであった。成形されたディスク基板の一つの表面は金型表面に由来する「ネガ」パターンのグルーブを有していた。成形された基板のパターン化された表面を「スパッタリング」プロセスによってアルミニウムで0.05〜0.10マイクロメートルの標準厚さに金属化した。Record Products of America製のnittoテープアプリケーターを用いて、基板の金属化された部分に感圧接着剤層(厚さ約25マイクロメートル)を付けた後光学層(厚さ約75マイクロメートル)を付けた。このスタックをCarverラミネータープレス内で60℃、80ポンド/平方インチ(psi、5.6kgf/cm)で5分間プレスして層同士を完全に結合することによってデータディスクアセンブリを完成させた。
比較例1並びに実施例1及び2:データディスクアセンブリのラジアルチルトに対する室温段階湿度変化効果
データディスクアセンブリに対して湿度衝撃試験を実施して高湿度環境下での寸法安定性を検討した。ディスクアセンブリのラジアルチルトは、アセンブリ層のいずれか又は全てにおける水の吸収又は脱着によって影響され得る。ポリマー性層が湿気を吸収して変化した環境と平衡に達する際、ディスクは含まれている材料及び系の非対称性に起因して反りを示し得る。比較例1及び実施例1〜2では、ディスクアセンブリのラジアルチルトを、時間0において、25℃、50%相対湿度の環境〜25℃〜90%相対湿度の環境で測定した。ラジアルチルトは、ディスク半径の関数として(55ミリメートルの半径で測定)半径方向の偏り又はラジアルチルトの二倍を測定するDr.Schenk PrometeusモデルMT−136Eアナライザーを用い、赤色レーザーを使用しディスクがCD−Rフォーマットモデルを有するとして測定した。
比較例1
ビスフェノール−Aポリカーボネート樹脂(OQ1050、GE Plasticsから入手可能な光学品質ポリカーボネート)から作成した1.1ミリメートル(mm)の厚さの基板上に、薄いアルミニウム反射データ層をスパッタリングした後、ビスフェノール−Aポリカーボネート(BPA−PC)から作成した75マイクロメートルの厚さの光学層を光学品質の感圧接着剤により接合することによってデータディスクアセンブリを調製した。このディスクアセンブリを湿度衝撃試験にかけ、ディスクのチルトを時間の関数として測定した。この湿度衝撃試験の結果を図2に示す。
実施例1
50重量%(wt%)の0.33固有粘度(IV、クロロホルム中25℃で測定)のポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)(PPE)と、50wt%の270000amuの重量平均分子量(Mw)を有する結晶ポリスチレン(xPS)(L3450グレード、Chevron Phillips Chemicalから入手可能)とのブレンドから調製された基板、及び1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メンタンポリカーボネート(BHPM−PC)から調製された光学フィルム層からデータディスクアセンブリを作成した。使用したPPE/xPSブレンドは、後記実施例9〜12の手順に従って溶融ろ過した。このアセンブリ中の層の厚さは比較例1と同じであった。このディスクアセンブリを湿度衝撃試験にかけた。結果を図3に示す。
実施例2
この実施例では、基板は実施例1と同じ材料から調製したが、光学フィルム層はビスフェノール−Aポリカーボネート(BPA−PC)から調製した。ここでも、層は比較例1と同じ厚さであった。図4に、実施例2の湿度衝撃試験の結果を示す。
実施例1と2で例証されたように、ポリ(フェニレンエーテル)/ポリスチレンブレンド基板とポリカーボネートフィルムから調製されたディスクアセンブリは、ポリカーボネート基板とポリカーボネートフィルムから調製されたアセンブリ(比較例1)と比較して、高い湿度条件下で極めて小さいラジアルチルトを示す。この最小のチルトはデータ読み出し/書き込み能力の完全性の維持にとって望ましい。
実施例3:データディスクアセンブリの老化及び配合と分子量の効果
PPEとxPSの各種ブレンドから調製された基板を有するデータディスクアセンブリを作成して基板の寸法安定性に対する分子量とブレンド組成の効果を例証した。4つの異なる配合のPPE/xPSブレンドを調製し、上記成形条件を用いてディスク基板に射出成形した。配合は表1に挙げてある。これらの配合では2つのPPEと2つのxPSで変化させた。すなわち、0.33IV及び0.46IVのポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル)と、Chevron Phillips Chemicalから入手可能な270000amuの重量平均分子量を有するL3450グレードのポリスチレン(高MW xPS)及びNovacorから入手可能な214000amuの重量平均分子量Mwを有するL3050グレードのポリスチレン(低MW xPS)であった。実施例3のデータディスクアセンブリは全てBHPM−PC光学フィルム層を含有していた。
Figure 2007504582
さらに、表2に、ASTM D3835に従って300℃の温度で測定した4種の配合に対する粘度データを示す。剪断速度は秒の逆数(速度1/s)で、粘度はパスカル−秒(Pa−s)の単位である。
Figure 2007504582
これらのアセンブリを80℃で200時間50%相対湿度の熱老化に付した。熱老化前後のチルトを測定することによりチルトの差を決定した。この老化研究の結果を図5に示す。図5に示されている通り、ポリ(フェニレンエーテル)とポリスチレンの比並びにブレンド中の各構成成分の分子量及び固有粘度を変化させると、得られる基板の寸法安定性に対して顕著な影響があった。構成成分の比及びそれらの物理的性質を慎重に選択することによって、驚くべきことに、大幅に低減した残留成形応力を有する基板を成形することができるということが判明した。残留成形応力の低下の結果、その基板から調製されたデータディスクアセンブリは経時的に及び/又は高温で優れた寸法安定性を示すことになる。図に示されているように、最良の結果は0.33IVのPPEと高いMWのxPSの1:1ブレンドから調製された基板で得られた。
実施例4:基板の老化及び基板収縮に対する成形条件の効果
既に述べた通り、80℃におけるラジアルチルトの変化は主として射出成形された基板中の応力の緩和により引き起こされると考えられる。基板は80℃のような高温で緩和され容積が変化するが、アセンブリの他の層、例えば金属、接着剤、及び光学層は変化しないか又は異なる速度で変化する。収縮及び応力緩和は、ある所与の組成のPPE−PSの場合ディスクを成形する際の条件を変化させることによって著しい影響を受け得ることが判明している。図6に、80℃の環境に曝露した後に金属化されてない射出成形ディスク基板に対して行った収縮の測定によってこの現象を示す。この実施例では単一の配合を使用した。すなわち、50wt%の0.33ivポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル)及び50wt%のChevron Phillips Chemicalから入手可能な重量平均分子量270000の結晶ポリスチレンであった。ディスク基板を調製するのに使用した成形条件はメルト温度(メルト)、金型温度(金型)、及び形締トン数(形締トン)であった。BPA−PCから作成した比較例の基板も挙げてある。図6に示されているように、成形条件を変えると、高温条件下である範囲の寸法安定性を有する基板が得られた。
所与の組成のPPE−PSに対して、残留成形応力の応力緩和、従って80℃の老化におけるラジアルチルトの変化は、これらの射出成形条件を試験し最適化することによって大幅に低減することができる。PPE−PSブレンドを成形する際の最適化された条件は、本出願人が所有する本出願と同時係属中の「Method of Molding Articles」と題する米国特許出願第10/648540号(代理人整理番号134717−1)に記載されている。基板の成形条件の、それから製造されたデータディスクアセンブリの寸法安定性に関するさらなる探索は以下の実施例に見ることができる。
実施例5:基板の老化及びディスクアセンブリのラジアルチルト変化に対する成形条件の効果
熱老化曝露の後のディスクアセンブリの反りに対する成形条件の効果をこの実施例で例証する。これらのアセンブリのディスク基板は全て、50wt%の0.33ivポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル)と50wt%のChevron Phillips Chemicalから入手可能な重量平均分子量270000の結晶ポリスチレンとのブレンドから調製した。ディスクを表3にまとめて示す様々な成形条件下で成形した。17の製造試験を行ってディスク基板を製造した。メルト温度と金型温度はセ氏(℃)で、形締トン数はトンで、保持圧力はキログラム重/平方センチメートル(kgf/cm)で、冷却時間は秒で示す。
Figure 2007504582
これらの成形された基板の表面を、スパッタリングプロセスにより約0.05〜0.10マイクロメートルの標準厚さにアルミニウムで金属化することによってデータディスクアセンブリを作成した。Record Products of America製のnittoテープアプリケーターを用いて、ディスクの金属化された部分に感圧接着剤層(厚さ約25マイクロメートル)を設けた後1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メンタンポリカーボネート(BHPM−PC)の光学フィルム層(厚さ75マイクロメートル)を設けた。このスタックを60℃、80ポンド/平方インチ(psi、5.6kgf/cm)で5分間Carverラミネータープレスに入れて層を全て完全に結合することによってディスクアセンブリを完成させた。
次に、これらのアセンブリを周囲条件と平衡化させ、各ディスクアセンブリの初期ラジアルチルトを測定した。その後、ディスクを80℃に96時間曝露した後、再度周囲温度に平衡化し、再びラジアルチルトを測定した。80℃の環境によって生じたチルトの変化を表3に示す。
表3はまた、試験1〜17から調製されたアセンブリと同じ接着剤を用いてBPA−PC光学層に結合したOQ1050のビスフェノール−Aポリカーボネート(BPA−PC)ディスクである比較例2(CE2)も含んでいる。予想外のことに、ラジアルチルト変化値により立証されるように、ある種の成形パラメーター、例えば金型温度、メルト温度、及び形締トン数はPPE−PSに基づくアセンブリの寸法安定性に対して顕著な効果を有していることが決定された。予想外のことに、メルト温度、金型温度、及び形締トン数の成形パラメーターが、冷却時間及び保持圧力と比較して基板の寸法安定性に対してより大きい影響を有することが判明した。これらの成形パラメーターを最適化することにより、優れた安定性を有するPPE−xPSブレンドから調製された基板を作成することができる。
実施例6〜7:成形条件の関数として測定した射出成形ディスク基板のグルーブ複製率
実施例6
50wt%の0.33ivポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル)と50wt%の重量平均分子量270000の結晶ポリスチレンとからなるブレンドを基板材料として使用した。基板の表面上の金型「スタンパー」特徴を測定してパーセント複製率を得た。このパーセント複製率は、原子間力顕微鏡を用いてディスクの特徴のグルーブ深さを測定し、その数を対応する金型スタンパーパターンの特徴の測定値で割り、100を掛けることによって決定された。パーセント複製率のデータを平均値として表4に示す。
Figure 2007504582
表4の結果により示されるように、パーセント複製率は基板を調製するのに使用した成形パラメーターに応じて50パーセントも変化し得る。優れたグルーブ複製率(>90%)は高めの金型温度及び高めのメルト温度で観察された。寸法安定性と同様に、基板を成形するのに使用した条件はスタンパーのグルーブの特徴の複製に対して驚くほど大きな効果を有していた。成形条件を慎重に選択することにより、ポリ(アリーレンエーテル)とポリ(アルケニル芳香族)のブレンドから優れた特徴の複製と寸法安定性の両方を示す基板を調製することができるということが決定された。
実施例7
表5に、40wt%の0.33IVポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル)と、60wt%のChevron Phillips Chemicalから入手可能な重量平均分子量270000amuのL3450グレード結晶ポリスチレンとの樹脂ブレンドから調製されたディスクに対するグルーブ複製率の結果をまとめて示す。金型の可動側(MS)の温度をセ氏で測定した。金型温度オフセットは固定側と可動側の温度差である。射出速度は毎秒ミリメートル(mm/s)の単位である。ここでも、優れた複製率(>90%)は高めの金型温度及び高めのメルト温度で観察された。
Figure 2007504582
実施例8〜12及び比較例2〜4:微粒子状不純物の量が低減したポリフェニレンエーテルとポリスチレンのブレンドの調製
1つの実施例(実施例8)と1つの比較例(比較例2)は、ポリフェニレンエーテル−ポリスチレン樹脂ブレンドの溶液のろ過が得られる単離された材料の微粒子状不純物の量に及ぼす効果を立証するために調製した。
実施例8
ポリフェニレンエーテル(PPE、0.33IVのPPE粉末、GE Plasticsから入手可能)とポリスチレン(xPS、L3050)の重量で40/60のブレンドを以下の手順に従って調製した。予熱した(約125℃)窒素雰囲気下撹拌量の試薬級オルト−ジクロロベンゼン(ODCB)に、72.6キログラム(kg)のPPE粉末と108.9kgのxPSを加えて20重量%の固形分を含有する溶液を形成した。この溶液を約170℃に加熱し、5マイクロメートルサイズのフィルターバッグに通して重力ろ過下。
最初のろ過段階の完了後、蒸留により一部のODCBを除去して20重量%固形分の溶液を予備的に濃縮し、約40重量%の固形分を含有するポリマー−溶媒混合物を得た。このポリマー−溶媒混合物を供給タンクに入れ、窒素下で約160℃の温度、約80psig(5.6kg/cm)の圧力に維持した。ギアポンプを用いて、ポリマー−溶媒混合物を毎時約72ポンドの溶液の速度(32.7kg/hr)で、約310℃(590°F)に維持された管状熱交換機に転送した。窒素を使用して、ギアポンプのポンプヘッドに供給するのに充分な圧力(約80psig、5.6kg/cm)を得た。
熱交換機から出てきた270〜280℃の温度を有するポリマー−溶媒混合物を、並列に組み合わせた2つの燒結金属フィルター(PALL、13マイクロメートルサイズのプリーツフィルター、表面積約1.5ft/フィルター(0.14m))に通して供給溶液内の微粒子状不純物を除去した。フィルターハウジングの温度は約280℃に維持した。
このろ過したポリマー−溶媒混合物を次に、約40のL/D比を有する10バレル25mm直径の二軸式同方向回転型噛み合い押出機のバレル2の下流端に配された圧力制御フラッシュバルブを介して供給した。この圧力制御フラッシュバルブにおける溶液の温度は約280〜285℃であった。この押出機はスクリュー速度約575rpm、約20パーセントの駆動トルクで作動させた。測定された押出機バレル温度は321、299、318、291、290、290、289、及び290℃(ダイ)であった。
この押出機はバレル1の上流に閉鎖チャンバーを備えており、この閉鎖チャンバーは溶媒除去プロセスの前及びその間に窒素ガスを制御しつつ導入するのに適した窒素ラインを有していた。押出機はさらに、バレル2に、押出機のバレルに直交して位置する側方供給口を備えていた。この側方供給口は加熱されておらず、約10のL/Dを有しており、前方搬送要素のみからなる2つのスクリューを有していた。この側方供給口は、押出機バレルから最も離れている端に、単一の大気ベント(ベント1)を備えていた。この側方供給口のスクリューの搬送要素は押出機に向かって側方供給口ベントから離れるように搬送する構成となっていた。
この押出機はさらに、2つの追加の大気ベントをバレル1(ベント2)とバレル4(ベント3)に、また3つの真空ベント(大気圧以下で作動するベント)をバレル5(ベント4)、バレル7(ベント5)及びバレル9(ベント6)に備えていた。2つは押出機上に、1つは側方供給口上にある3つの大気ベントは、各々、溶媒蒸気除去ライン、凝縮器及び液体溶媒受容器を含む溶媒除去及び回収マニホルドに連結されていた。真空ベントも同様に溶媒回収に適していた。ベント3、4、5及び6はタイプ「C」インサートを備えていた。ベント1と2はベントインサートを備えていなかった。
押出機のスクリュー要素は搬送要素と混練要素の両方からなっていた。押出機と側方供給口の両方の搬送要素は全て前進ネジ搬送要素であった。使用した混練要素は、機能に応じて中立、前進ネジ及び後退ネジ混練要素であった。押出機のバレル2と3では、前進及び中立ネジ混練要素からなる混練ブロックを使用した。押出機スクリューは後退ネジ混練要素から作成された混練ブロックからなるメルトシールを備えていた。これらメルトシールはバレル5と8に位置していた。真空ベントは、メルトシールの下流のバレル5、バレル7及びバレル9に位置しており、約28インチの水銀柱(Hg)の真空レベル(711.2mmHg、完全な真空、または0の絶対圧力を示す真空ゲージは約30インチの水銀柱または762mmHgを示すであろう)で作動させた。
管状熱交換機を凝縮器として用いて、このプロセスで除去されたODCB溶媒を回収した。大気ベントからの溶媒蒸気を受容する熱交換機を少し真空(約1インチHg、25.4mmHg)にして溶媒蒸気を排気した。押出機のダイフェイスから出てきた揮発分が除去されたPPE−xPS樹脂(メルト温度約310℃)をストランドにしペレット化した。
試験に先立ち、スクリュー、ベント口アダプター、ベントインサート、ダイヘッド/プレートを454℃の砂浴に入れることによって、押出機を充分に清浄にし、再組み立ての前に押出機バレルにブラシをかけた。12時間の試験中少なくとも15分毎に目視検査することにより真空ベントを試験の間中清浄に保った。12時間の実験全体を通して1つだけフィルターハウジングを使用した。フィルターを横切る差圧は試験を通じて一定にした。表6に、実施例8の加工処理データを示す。
Figure 2007504582
比較例2(CE−2)は実施例8と同様に調製したが、多少変更し、最も重要なのは、
PPE−xPS溶液をフィルターバッグに通した重力ろ過により一度だけろ過したことである。さらに、溶液は単離のために使用した押出機に入れる前に過熱しなかった。10重量%固形分の溶液を形成するのに充分なODCB中で12.1kgの0.33IVのPPE粉末と18.1kgのL3050グレードxPSを混合することによってPPE−xPSの溶液を調製した。得られた溶液を約170℃に加熱し、5マイクロメートルサイズのフィルターバッグに通して重力ろ過した。ろ液を蒸留によるODCBの除去によって約40重量%固形分の溶液に濃縮した。
この溶液は、溶媒からポリマー性材料を単離する前に、管状ヒーターで過熱しなかったし、2つの燒結金属フィルターの組合せを通してろ過しなかった。ポリマー性材料の単離は、10個のバレル(L/D=40)、2−穴ダイプレート及び6つのベントを有する直径25mmの二軸式同方向回転型噛み合い押出機で行った。これらベントのうち2つは供給口の上流に位置しており大気圧で作動し、その他の4つのベントは供給口の下流に位置しており、比較的高いレベルの真空(約28インチ水銀(711.2mmHg))で作動した。大気ベント1と2は、押出機バレル1と、押出機のバレル2に連結された側方供給口上に位置していた。供給溶液をバレル2の下流端に位置する注入口で直接押出機に加えた。ベントとして作動する側方供給口をバレル2で押出機に連結した。最後に、押出機は試験の前に清浄にすることはなかったが、供給材料として使用したのと同じ溶液で幾らかの時間パージした。比較例2の加工処理条件は表6に見ることができる。
実施例8と比較例2の単離されたPPE−xPSの、ろ過された材料中に存在する微粒子状不純物の量を試験した。目に見える微粒子の微粒子カウント数は以下の手順に従って決定した。ポリシールキャップを有する6個の2オンス試料びんをろ過した空気の流れに曝して存在する粒子を除去した。次に、びんを小量のクロロホルム(CHCl)で濯いだ。50ミリリットル(mL)のCHClを各試料びん及びキャップに加えた。ライトボックスを用いて、目に見える斑点または繊維の数を各CHClブランクに対して記録した。10.00グラム量の各試料を清浄なアルミニウムパン上で秤量し、CHClを含有するびんに加えた。各単離されたポリマー性材料の2つの試料を2つのブランクと共に調製した。これらの試料を溶解させた後、ライトボックス内で目に見える斑点の存否について視察した。ブランク、実施例8、及び比較例2に対する目に見える粒子の分析の結果表7に示す。
ろ過された材料中に存在するサイズ5〜100マイクロメートルの範囲の微粒子状不純物を、レーザー光散乱技術を用いるPacific Instruments ABS2アナライザーを用いて検出した。実施例8の16.0グラムの試料を、きれいなポリエチレンびん中に収容されている400mLのCHCl中に溶解させた。この手順を、比較例2の材料を用いて繰り返した。20mLの量の各試料溶液を、1mL/分(+/−5%)の流速でABS2アナライザー検出器に流した。このプロセス中、試料内に存在する約5〜約100マイクロメートルのサイズの範囲の微粒子量を検出器で測定した。各びんから
5つの試料を採り、平均し、最終粒子サイズ数を得た。実施例8及び比較例例2のABS2アナライザー微粒子分析の結果を示す。
Figure 2007504582
以上の実験の結果は、実施例8で使用した方法で、比較例2と比較したとき、非常に低減した量の微粒子状不純物を有するPPE−xPS材料が得られることを示している。実施例8の溶液を13マイクロメートルの燒結金属フィルターに通す追加のろ過にかけると、15マイクロメートル以下のサイズを有する微粒子状不純物の量が大幅に低減した材料が得られた。
実施例8はさらに、ポリフェニレンエーテルとポリスチレンを含む比較的低い重量%の固形分の溶液の単離/揮発分除去を例証している。ポリマー−溶媒混合物の過熱により、比較例2の二倍の流速で溶媒の効率的な除去が可能となり、単離されたポリフェニレンエーテル−ポリスチレン複合材が得られる。
4つの試験例(試験実施例9〜12)を行って、ポリフェニレンエーテルとポリスチレンを含むメルトを溶融ろ過して微粒子状不純物のレベルの低減したポリマー性材料を形成する方法を検証した。
試験実施例9
ポリフェニレンエーテル(PPE、粉末、0.33IV、GE Plasticsから入手可能)とポリスチレン(xPS、Novacor 2272、Mw214000、Mn71600、Mw/Mn2.99、Nova Chemicalから入手可能)の40/60重量%ブレンドを真空ベント付き40ミリメートル(mm)コンパウンダーでコンパウンディングした。ベントを通して約20インチ水銀(508ミリメートルHg)の真空にした。このコンパウンディングした材料を、3つのバレル(ゾーン)を備えた単軸式押出機に供給した。この押出機には、押出機ダイヘッドに位置する燒結金属フィルター(PALL、3マイクロメートルのポア、キャンドル形状)を備えていた。
押し出されたメルトストランドを清浄なろ過水浴に通した。この水は、10マイクロメートルのフィルターに通してろ過して汚れと不純物を除去してあった。押し出されたポリマー性材料の冷却したストランドを乾燥させペレット化した。試験の間中、約半時間毎に
押し出されたメルトのバッチを収集した。押出機の加工処理条件を表8に示す。
試験実施例10として、30mmのコンパウンダーを使用した以外は試験実施例9の手順を繰り返した。試験実施例10の押出機加工処理条件も表8に示す。
試験実施例11及び12として試験実施例9の手順を繰り返した。試験実施例11と12のPPE−xPS配合は、0.33IVのPPEとEB3300グレードのxPS(Mw276000、Mn51500、Mw/Mn5.36、Chevron Phillips Chemicalから入手可能)の50/50重量%ブレンドであった。試験実施例11では40mmコンパウンダーを使用し、試験実施例12では30mmコンパウンダーを使用した。試験実施例11と12の加工処理条件を表8に示す。全ての実施例で、駆動(drive)、速度、圧力、及びメルト温度は試験全体の平均である。
Figure 2007504582
実施例9〜12の試験で得た試料の目に見える微粒子を以下の手順に従って試験した。各試験のポリマー性材料の試料を、各試験実施例(9〜12)について約半時間毎に採取した。各試料の目に見える微粒子を二回試験した。ポリシールキャップを有する2オンスの試料びんをろ過した空気の流れに曝して存在する微粒子を除去した。次に、びんを小量のHPLCグレードのクロロホルム(CHCl)で濯いだ。50ミリリットル(ml)のHPLCグレードCHClを各試料びんに加えた。ライトボックスを用いて、目に見える斑点または繊維の数を各CHClブランクに対して記録した。10.00グラム量の試料をきれいなアルミニウムパン上で秤量し、CHClを含有するびんの1つに加えた。各資料に対してこの手順を繰り返した。試料を溶解させた後、ライトボックス内で目に見える斑点の存在を視察した。合計で四回の試験(実施例9〜12)の各試験で斑点の平均数を計算した。試験実施例9〜12に対する目に見える粒子分析の結果を表9に示す。
試験実施例10の2つの試料(Ex.10、S1及びEx.10、S2)、試験実施例11の1つの試料(Ex.11、S1)、並びに試験実施例12の2つの試料(Ex.12、S1及びEx.12、S2)の微粒子含有量を下記手順に従って試験した。5〜100マイクロメートルの範囲のサイズを有する微粒子の量を、レーザー光散乱技術を使用するPacific Instruments ABS2アナライザーを用いて決定した。40.0グラム量の各試料を清浄なポリエチレンびんに収容された400mlのHPLCグレードCHC1に溶解した。20ml量の各試料溶液を流速1ml/分(+/−5%)でABS2アナライザー検出器を通して流した。このプロセスの間に、試料中に存在する様々なサイズの微粒子の量を検出器で測定した。各試料を5回試験し、平均して最終的な数とした。2つの比較例を調製し試験した。比較例3(CE3)は0.33IVのPPE/EB3300グレードxPSの50/50重量%のろ過してないブレンドであった。比較例4(CE4)は光学品質のポリカーボネート(OQ−PC、LEXAN(登録商標)1050、GE Plasticsから入手可能)であった。ABS2アナライザー粒子分析の結果(粒子/グラム)をブランクデータ(CHCl単独)と共に表9に示す。
Figure 2007504582
以上の実験の結果は、ろ過してない試料(CE3)とそれに対応するろ過した試料(Ex.11、S1、Ex.12、S1、及びEx.12、S2)とで微粒子状不純物が大幅に低減することを示している。さらに、本発明方法の実施例の微粒子状不純物レベルは15マイクロメートル以上の微粒子に関して、OQ−PCに匹敵するかまたはそれ以上である。
図1は、高面積光データ記憶媒体の横断面の図である。 図2は、湿度衝撃試験に曝露されたデータディスクアセンブリに対する時間の関数としてのラジアルチルトのグラフ表示であり、このアセンブリはビスフェノール−Aポリカーボネート基板とビスフェノール−Aポリカーボネート光学層から作成されたものである。 図3は、湿度衝撃試験に曝露されたデータディスクアセンブリに対する時間の関数としてのラジアルチルトのグラフ表示であり、このアセンブリはポリ(フェニレンエーテル)/結晶ポリスチレンブレンド基板と1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メンタン(BHPM)ポリカーボネート光学層から作成されたものである。 図4は、湿度衝撃試験に曝露されたデータディスクアセンブリに対する時間の関数としてのラジアルチルトのグラフ表示であり、このアセンブリはポリ(フェニレンエーテル)/結晶ポリスチレンブレンド基板とビスフェノール−Aポリカーボネート光学層から作成されたものである。 図5は、様々な分子量及び構成成分組成のポリ(フェニレンエーテル)/結晶ポリスチレンブレンド基板とBHPMポリカーボネート光学層から作成されたデータディスクアセンブリのラジアルチルトの変化のグラフ表示である。 図6は、80℃の環境に曝露されたときのポリ(フェニレンエーテル)/結晶ポリスチレンブレンド基板の収縮率の時間の関数としてのグラフ表示である。

Claims (10)

  1. ポリ(アリーレンエーテル)樹脂及びポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドを含む基板層を含んでなるデータ記憶媒体であって、前記基板層がランド及びグルーブを含む表面を含んでおり、前記ランド及びグルーブが約0.05〜約0.7マイクロメートルのピッチを有する、前記データ記憶媒体。
  2. 基板層が約0.2〜約2.5ミリメートルの厚さを有しており、ランドが約10〜約200ナノメートルの幅及び約10〜約100ナノメートルの高さを有しており、グルーブが約10〜約200ナノメートルの幅及び約10〜約100ナノメートルの高さを有する、請求項1記載のデータ記憶媒体。
  3. 基板層が約90パーセント以上のランド及びグルーブ複製率を有する、請求項1記載のデータ記憶媒体。
  4. ブレンドが目に見える微粒子不純物を実質的に含まない、請求項1記載のデータ記憶媒体。
  5. さらに基板上に配置されたデータ層を含んでおり、データ層のデータが、約700ナノメートル未満の波長及び約0.6以上の開口数レンズを有するレーザーを用いて読み出すことができる、請求項1記載のデータ記憶媒体。
  6. さらにデータ層上で基板層と反対側に配置された光学層を含んでおり、光学層がポリカーボネート又はシリコーンハードコートからなる、請求項5記載のデータ記憶媒体。
  7. データ記憶媒体が、80℃で96時間後55ミリメートルの半径で0.5度以下のラジアルチルト変化値を示す、請求項6記載のデータ記憶媒体。
  8. 重量比約40:60〜約60:40のポリ(アリーレンエーテル)樹脂及びポリスチレン樹脂のブレンドを含んでなる基板層と、
    基板層上に配置されたデータ層と、
    データ層上で基板と反対側に配置された光学層と
    を含んでなるデータ記憶媒体であって、前記光学層は1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メンタンポリカーボネート又はビスフェノール−Aポリカーボネートを含んでなり、
    当該データ記憶媒体は80℃で96時間後55ミリメートルの半径で0.35度以下のラジアルチルト変化値を示す、前記データ記憶媒体。
  9. データ層のデータが、約410nm未満の波長及び約0.8より大きいレンズ開口数を有するレーザーを用いて読み出すことができ、データ記憶媒体が約22ギガバイトより大きい記録容量及び毎秒約35メガバイトより大きい転送速度を有する、請求項8記載のデータ記憶媒体。
  10. ポリ(アリーレンエーテル)樹脂及びポリ(アルケニル芳香族)樹脂のブレンドを含んでなる基板層と、
    基板層を覆って配置されたデータ層と、
    データ層を覆って基板層と反対側に配置された光学層と
    を含んでなるデータ記憶媒体であって、
    基板層がランド及びグルーブを含む表面を含んでおり、
    ランド及びグルーブが約0.275〜約0.35マイクロメートルのピッチを含んでおり、
    データ層が相変化型カルコゲナイド合金を含んでなり、データ層のデータが、約410nm未満の波長及び約0.8より大きいレンズ開口数を有するレーザーを用いて読み出すことができ、
    光学層が約0.050〜約0.125mmの厚さであり、
    データ記憶媒体が約25ギガバイトより大きい記録容量及び毎秒約35メガバイトより大きい転送速度を有する、前記データ記憶媒体。
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