NL9000006A

NL9000006A - Werkwijze voor het vervaardigen van voorwerpen uit polycarbonaat.

Info

Publication number: NL9000006A
Application number: NL9000006A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1990-01-03
Filing date: 1990-01-03
Publication date: 1991-08-01
Also published as: KR910014200A; EP0439870A1; EP0439870B1; DE69018436D1; DE69018436T2; ATE120685T1; JPH04255313A; US5102608A; KR930010556B1; CA2033470A1

Description

WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN VAN VOORWERPENUIT POLYCARBONAAT

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijzevoor het vervaardigen van voorwerpen uit polycarbonaat viaonder andere spuitgieten en/of persen. De werkwijze isondermeer geschikt voor de vervaardiging van dragers vooroptisch leesbare informatie zoals audio- en videoplaten. Eendergelijke werkwijze wordt onder andere beschreven inKunststoffe 77(1987)1, blz 21-26. Hierin wordt aangegevenhoe men dragers voor optisch leesbare informatie zoalscompact discs kan vervaardigen uitgaande van polycarbonaatgranulaat.

Een optisch leesbare informatiedrager kan bestaanuit een kunststofschijf uit polycarbonaat die aan een vanzijn evenwijdige oppervlakken is voorzien van optischleesbare informatie, die wordt gevormd door een oppervlakte-structuurspoor van putjes c.q. nokjes. De afmetingen vandeze putjes c.'q. nokjes alsmede de afstanden daartussenliggen doorgaans in de grootteorde van 1 tot 2 micrometer.Deze optisch leesbare informatie is afgedekt door een naarbinnen toe reflecterende, spiegelende laag, bij voorbeeldeen aluminium of zilverlaag, zodanig dat een laserstraal,die door het andere oppervlak de informatiedrager binnen¬treedt, na een zekere weg, afhankelijk van de dikte van dedrager, het struktuurspoor bereikt, dit aftast en daarnadoor de spiegelende laag wordt gereflecteerd. Degereflecteerde straal die door de aanwezigheid van de putjesc.q. nokjes als het ware is omgezet in een intermitterende lichtstraal vormt een signaal voor verdere verwerking totbeeld en/of geluid. Voor het doel geschikte dragers moetenbij voorkeur vrij zijn van door moleculaire oriëntatieveroorzaakte dubbele breking en moeten in alle richtingeneen uniforme dikte bezitten.

Naarmate het dragermateriaal sterker de eigenschap’bezit dubbele breking van een lichtstraal te veroorzaken, ennaarmate zijn oppervlak een onregelmatiger oppervlakte¬structuur vertoont, wordt de mate van de bruikbaarheid vande gereflecteerde straal als verwerkbaar signaal minder.Dubbele breking, het verschijnsel waarbij een lichtstraalmet een zekere golflengte bij binnentreden in een medium intwee componenten met verschillende brekingsindex wordtgesplitst, leidt namelijk tot een sterk verminderdebruikbaarheid van de gereflecteerde straal voor omzettingtot beeld en/of geluid. De mate van deze onbruikbaarheid vande gereflecteerde straal is verder afhankelijk van de diktevan het dragermateriaal c.q. van de weglengte die de straalna breking door het dragermateriaal moet afleggen. Onregel¬matigheden in de dikte welke ontstaan kunnen zijn tijdens devervaardiging van het plaatmateriaal werken dus tevensongunstig uit op de kwaliteit van het beeld en/of geluid.

Ook ingesloten verontreinigingen beïnvloeden degereflecteerde straal en zijn dus ook nadelig voor dekwaliteit van beeld en/of geluid. Een praktische eis die aandragers voor optisch leesbare informatie kan worden gesteldis dat het optisch weglengteverschil, voorgesteld door Δ n xd, kleiner is dan 50 nanometer, bij voorkeur kleiner dan 25nanometer, waarbij Δ n het verschil in brekingsindex van delichtcomponenten en d de dikte van de drager uitgedrukt innanometers is. Verdere eisen zijn dat de polycarbonaatdragerom stijfheidsredenen een dikte bezit tussen 1,0 en 1,3 mm.Voor een compact disc ligt de dikte bij voorkeur tussen 1,05en 1,15 mm en bezit om redenen van normalisatie een diktevan ca 1,1 mm.

Voor het vervaardigen van compact discs enbeeldplaten via bijvoorbeeld het spuitgietprocede, wordt uitgegaan van polycarbonaat met een relatief laag moleculairgewicht. Ook moet tijdens de vervaardiging uitgegaan wordenvan polycarbonaat met een laag viscositeitsniveau om compactdiscs of beeldplaten te verkrijgen met een laag niveau aandubbele breking om zeker te zijn van een optimale informatieoverdracht via de laser straal. Dit alles is slechtsrealiseerbaar bij een relatief hoge materiaal temperatuurtijdens de vervaardiging, b.v. tot 360°C, en een laagmoleculair gewicht van het polycarbonaat. Meerdereoctrooiaanvragen beschrijven een methode om aan bovenstaandeeisen te voldoen via het verbeteren van de thermischestabiliteit van het polycarbonaat door het toevoegen vanstabilisatoren. Zie b.v. de Japanse octrooiaanvrage J62064-860.

Een van de voornaamste problemen, ondanks dethermische stabilisatie, is het optreden van kleine zwartepuntjes (black specs) in de vervaardigde compact discshetgeen tot een hoog percentage uitval leidt. Deze blackspecs worden veroorzaakt door verkoolde polycarbonaatdeeltjes welke tijdens het compounderen van het poly-carbonaatgranulaat uit het polycarbonaatpoeder ontstaan. Hetvoorkomen en verwijderen van deze black specs vereistspeciale stabilisatie systemen en filters in de smelt vanhet polycarbonaat vlak voor de spuitkop van de extruder.Desondanks blijft het percentage afgekeurd granulaat enafgekeurde compact discs aanzienlijk.

Niet* alleen bij dragers voor optisch leesbareinformatie is het voorkomen van black specs een probleem.

Het is een algemeen probleem wanneer voorwerpen uitpolycarbonaat vervaardigd worden en het is vaak de oorzaakvan een hoog afkeurpercentage.

Aanvraagster heeft nu gevonden dat bovenstaandeproblemen grotendeels kunnen worden voorkomen door tijdenshet vervaardigen van een voorwerp, bijvoorbeeld via hetspuitgietprocede, uit te gaan van polycarbonaatpoeder en bijvoorkeur van polycarbonaatpoeder met een hoog stortgewicht.Van bijzonder groot voordeel is de gevonden werkwijze bij de vervaardiging van dragers voor optisch leesbare informatie en met name voor het vervaardigen van compact discs en beeldplaten. Polycarbonaatpoeders welke geschikt zijn voor dit doel zijn polycarbonaatpoeders met een stortgewicht van3 200-900 kg/m . Zeer geschikt zijn poeders met een stort- 3 gewicht van 400-700 kg/m . Poeders met een stortgewicht van 3 400-700 kg/m hebben een stortgewicht vergelijkbaar met hetstortgewicht van granulaat. Bovendien bezitten deze poederseen hogere thermische stabiliteit omdat nog geen enkelethermische behandeling heeft plaats gevonden hetgeen hettoevoegen van stabilisatoren nagenoeg overbodig maakt. Eengehalte kleiner dan of gelijk aan 0.05 gew.% is voldoendeterwijl ook lagere gehaltes kunnen worden toegepast.Thermische stabilisatoren welke voor dit doel vaak wordentoegepast zijn organische fosforverbindingen welke echterhet nadeel met zich meebrengen dat op langere termijn dehydrolysestabiliteit van het eindprodukt achteruit gaat.Door de onderhavige uitvinding wordt ook dit nadeelopgeheven.

Aromatische polycarbonaten kunnen onder andere opgebruikelijke wijze bereid worden door omzetting van eentweewaardig fenol met een carbonaat-voorprodukt volgens eengrensvlakpolymerisatieproces. Voorbeelden van enigetweewaardige fenolen die kunnen worden toegepast, zijn: 4,4'-dihydroxybi fenyl, 2.2- bis(4-hydroxyfenyl)propaan (bisfenol A), 2.2- bi s(4-hydroxy-3-methylfenyl)propaan, 2.2- bis-(3-chloor-4-hydroxyfenyl)-propaan, 2.2- bi s-(3,5-dimethyl-4-hydroxyfenyl)-propaan, 2.4- bis-(4-hydroxyfenyl)-2-methylbutaan, 2.4- bis-(3,5-diraethyl-4-hydroxyfenyl)-2-methylbutaan, 4.4- bi s(4-hydroxyfenyl)heptaan, bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyfenyl)-methaan, 1.1- bis-(4-hydroxyfenyl)-cyclohexaan, 1.1- bi s-(3,5-dimethyl-4-hydroxyfenyl)-cyclohexaan, 2.2- (3,5,3',5'-tetrachloor-4,4'-dihydroxydifenyl)propaan, 2.2- (3,5,3',5'-tetrabroom-4,4'-dihydroxydifenyl)propaan, (3,3'-dichloor-4,4'-dihydroxyfenyl)methaan,bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyfenyl)-sulfon,bis-4-hydroxyfenylsulfon, bis-4-hydroxyfenylsulfide.

Het carbonaat-voorprodukt kan een carbonyl-halogenide, een halogeenformiaat of een carbonaatester zijn.Voorbeelden van carbonylhalogeniden zijn carbonylchloride encarbonylbromide. Voorbeelden van toe te passen halogeen-formiaten zijn bis-halogeenformiaten van tweewaardigefenolen zoals hydrochinon of van glycolen zoals ethyleen-glycol. Voorbeelden van toe te passen carbonaatesters zijndifenylcarbonaat, di(chloorfenyl)carbonaat, di(broomfenyl)-carbonaat, di(alkylfenyl)carbonaat, fenyltolylcarbonaat enz.en mengsels hiervan. Hoewel ook andere carbonaat-voor-produkten toegepast kunnen worden, wordt de voorkeur gegevenaan de carbonylhalogeniden en in het bijzonder aan carbonyl¬chloride, ook wel bekend onder de naam fosgeen.

De volgens de uitvinding toegepaste aromatischepolycarbonaatharsen kunnen worden bereid onder toepassingvan een katalysator, een zuuracceptor en een verbinding voorhet regelen van het moleculairgewicht.

Voorbeelden van katalysatoren zijn tertiaire aminenzoals triethylamine, tripropylamine en N,N-dimethylaniline,kwaternaire ammoniumverbindingen zoals tetraethylammonium-bromide en kwaternaire fosfoniumverbindingen zoals methyl-trifenylfosfoniumbromide.

Voorbeelden van organische zuuracceptoren zijnpyridine, triethylamine, dimethylaniline enz. Voorbeeldenvan anorganische zuuracceptoren zijn hydroxiden, carbonaten,bicarbonaten en fosfaten van een alkalimetaal of aardalkali¬metaal .

Voorbeelden van verbindingen voor het regelen vanhet moleculairgewicht zijn eenwaardige fenolen zoals fenolen alkyl gesubstitueerde fenolen zoals para-tert.butyl-fenolen verder secundaire aminen.

Men kan ook andere toevoegsels toepassen welke inaromatische polycarbonaatharsen gebruikelijk zijn zoalslossingsmiddelen, thermische stabilisatoren bijvoorbeeld organische fosforverbindingen alsmede middelen voor hetstabiliseren tegen hydolyse.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van devolgende voorbeelden.

Bereiding van het aromatisch polycarbonaathars 300 gewichtsdelen bisfenol A en 8,1 gewichtsdelenpara-tertiairbutyl-fenol werden in een kolf voorzien vaneen roerder en een gasinleidbuis in 1 liter watergesuspendeerd. De zuurstof werd uit het reactiemengselverwijderd door onder roeren gedurende 20 minuten stikstofdoor het mengsel te leiden. Vervolgens werden 250gewichtsdelen 43-gew.% natronloog en 650 gewichtsdelenmethyleenchloride toegevoegd. Het mengsel werd op eentemperatuur gebracht van 25°C en door koelen op dezetemperatuur gehandhaafd. In 90 minuten werden 160gewichtsdelen fosgeen ingeleid. 20 minuten nadat hetinleiden van fosgeen was begonnen, werd nogmaals 50gewichtsdelen natronloog toegevoegd.

Aan de verkregen oplossing werd 1 gewichtsdeeltriethylamine toegevoegd waarna het mengsel 20 minuten werdgeroerd. Extra methyleenchloride werd toegevoegd om deviscositeit van de sterk visceuze oplossing te verlagen. Dewaterrijke fase werd afgescheiden en de organische fase werdmet water gewassen totdat geen zout meer in de organischefase aanwezig was. Het aromatisch polycarbonaathars werd uitde oplossing geïsoleerd en gedroogd.

Het aromatisch polycarbonaathars had eenviscositeit van 1,23 gemeten aan een 0,5-Gew.% oplossing inmethyleenchloride. Dit komt overeen met eenmoleculairgewicht van ca 17.000.

Vergelijkend voorbeeld A; 10 Kg van het op bovenstaande wijze bereide poederwerd tesamen met 0.05 gew.% Irgafos 168 (Gedeponeerdhandelsmerk van de firma Ciba-Geigy) als hittestabilisatortot granulaat verwerkt met behulp van een W&P-30 dubbel- schroefsextruder. Het schroeftoerental bedroeg 300 rpm, deoutput was 15 kg/uur en de temperatuurinstellingen van deextrudercilinder lagen tussen 270°C en 290°C. In de spuitkopvan de extruder was een zeefpakket aangebracht van50-100-250-100-50 mesh om black specs uit de smelt viafiltratie te verwijderen. Het aldus verkregen granulaat werdop een speciaal voor het vervaardigen van compact discsontwikkelde spuitgietmachine van de firma Meiki, welkemachine gekenmerkt wordt door een optimale verblijftijd-beheersing en spuitgietprecisie, tot compact discs verwerkt.Van de vervaardigde compact discs werd 14 % afgekeurdtijdens de kwaliteitscontrole.

Vergelijkend voorbeeld B:

Analoog aan de werkwijze beschreven in vergelijkendvoorbeeld A werden compact discs vervaardigd uitgaande vangranulaat met dit verschil dat in de extruder een zogenaamdsmeltfilter was aangebracht, vervaardigd door de firma PluidDynamics met een porienopening van 5 micrometer. Dit filteris speciaal ontwikkeld voor het verwijderen van black specsuit een polymerensmelt. Van de vervaardigde compact discswerd 4 % afgekeurd.

Voorbeeld I:

Met dezelfde spuitgietmachine als in hetvergelijkend voorbeeld A werd polycarbonaatpoeder, bereidtzoals hierboven omschreven, met een gehalte aan Irgafos 168van 0.05 gew.% en met een stortgewicht van 643 kg/m3verwerkt tot compact discs. Van de vervaardigde compactdiscs werd 1 % afgekeurd.

Voorbeeld II:

Met dezelfde spuitgietmachine als in hetvergelijkend voorbeeld A werd polycarbonaatpoeder, bereidtzoals hierboven omschreven, met een gehalte aan Irgafos 168van 0.03 gew.% verwerkt tot compact discs. Van devervaardigde compact discs werd 1 % afgekeurd.

Voorbeeld III;

Analoog aan voorbeeld II werd polycarbonaatpoedermet een gehalte aan Irgafos 168 van 0.01 gew.% verwerkt totcompact discs. Van de vervaardigde compact discs werdtijdens de kwaliteitscontrole 1 % afgekeurd.

Testmethode;

Van het in voorbeelden l,li en III gebruikte poederen van de in de vergelijkende voorbeelden A en Bvervaardigde granulaten werd de Visuele Inspectie Ratio(VIR) op de volgende wijze bepaald;

Van 2 kg materiaal werd op een lichtbak gedurende 5 minutenhet aantal black specs geteld. Hierbij werd de VIR als volgtgedefinieerd: a = aantal gevonden black specs met d > 1 mm b = aantal gevonden black specs met 0.05 < d < 1 mm c = aantal gevonden black specs met d < 0.05 mm VIR = 5xa + 2xb + c

Op dezelfde wijze werd het aantal black specsbepaald in de compact discs welke vervaardigd waren in devoorbeelden I,II en III en.de vergelijkende voorbeelden A enB.

Onderstaande tabel geeft de resultaten van de'uitgevoerde tests weer.

TABEL

Claims

1. Werkwijze voor de vervaardiging van voorwerpen uitpolycarbonaat via onder andere spuitgieten en/of persen,met het kenmerk, dat bij de vervaardiging van devoorwerpen uitgegaan wordt van polycarbonaatpoeder.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, datpolycarbonaatpoeder met een stortgewicht van 200 tot 900 3 kg/m wordt gebruikt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, datpolycarbonaat poeder met een dichtheid van 400 tot 700 3 kg/m wordt gebruikt.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met hetkenmerk, dat polycarbonaatpoeder wordt gebruikt met eengehalte aan thermische stabilisator dat lager is dan0.05 gew.%.

5. Werkwijze in hoofdzaak zoals beschreven en toegelichtaan de hand van de voorbeelden.

6. Voorwerpen verkregen onder toepassing van de werkwijzevolgens een der conclusies 1-5. UITTREKSEL De uitvinding heeft betrekking op een werkwijzevoor het vervaardigen van voorwerpen door spuitgieten en/ofpersen uitgaande van polycarbonaatpoeder. De werkwijze isondermeer geschikt voor de vervaardiging van dragers vooroptisch leesbare informatie zoals audio- en videoplaten.