DE69835064T2

DE69835064T2 - Verfahren zum Herstellen einer texturierten thermoplastischen Folie

Info

Publication number: DE69835064T2
Application number: DE69835064T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Lee Evansville Lilly
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: SABIC Global Technologies BV
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: SG71168A1; ES2267168T3; CN1220192A; DE69835064D1; EP0916474A1; JPH11240969A; EP0916474B1; CN1174852C

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Films mit niedriger Doppelbrechung zur Verfügung zu stellen.
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.
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.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
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.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine horizontale schematische Seitenansicht einer Ausrüstung, die eine Gießtrommel umfasst, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuüben.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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.
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).
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.
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).
Die „Kaltgießtechnik" wird weiter veranschaulicht in US-Patent Nr. 5 468 542, erteilt an Crouch.
Demzufolge wird ein Film mit geringer Spannung hergestellt durch:
(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.
(Schritt 2) Glätten der texturierten Seite in Schritt 1 mit einer härtbaren Beschichtung auf eine Ra von drei (3) bis zehn (10) nm.
Beispiele
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.
Beispiel 1: Eine Beschichtung, die für das Aufbringen auf einen auf einer Seite polierten, einer Seite texturierten Film geeignet ist.
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.
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.
Beispiel 2: Ein Verfahren zur Beschichtung eines einseitig polierten, einseitig texturierten Films
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Beispiel 3: Bilden eines niedrigdoppelbrechenden, einseitig polierten, einseitig texturierten Substratfilms
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.
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.

Claims

Eine beschichtete thermoplastische Folie umfassend ein thermoplastisches Substrat aufweisend eine obere und untere Oberfläche, wobei die obere Oberfläche texturiert ist, einen Glanzwert von wenigstens 90% bei 85° hat, und eine Oberflächenrauhigkeit von 20–40 nm, und wobei die untere Oberfläche poliert ist; und eine mittels ultravioletter Strahlung gehärtete acrylische Beschichtungsschicht auf der oberen Oberfläche des Substrats; wobei die beschichtete Folie (1) eine Doppelbrechung von weniger als 25 Nanometern hat, (2) eine Oberflächenrauhigkeit von 3,0–10,0 nm und (3) ein Delta Brechungsindex von weniger als 0,08 zwischen der Beschichtung und dem thermoplastischen Substrat; wobei die gehärtete acrylische Beschichtung das ultraviolette Strahlungsreaktionsprodukt umfasst aus einem bromierten acrylischen Epoxyoligomer, einem funktionellen Acrylatmonomer, einem Silikon und einem Fotoinitiator; und wobei die gehärtete Beschichtung direkt mit dem thermoplastischen Substrat verbunden ist, indem man die härtbare Beschichtungszusammensetzung erhitzt und die aufgebrachte erhitzte Beschichtungszusammensetzung mittels ultravioletter Strahlung härtet, wobei eine wechselseitige Verbindung zwischen dem Substrat und der gehärteten Beschichtung gebildet wird.
Die beschichtete thermoplastische Folie nach Anspruch 1, wobei die gehärtete Beschichtungsschicht eine Dicke von 1,27 μm bis 127 μm (0,05 bis 5 mils) hat.
Die gehärtete beschichtete thermoplastische Folie nach Anspruch 1, aufweisend eine Substratdicke von 137 μm bis 762 μm (5–30 mils).
Die beschichtete thermoplastische Folie nach Anspruch 1, wobei das Delta des Brechungsindex kleiner als 0,05 ist.
Die beschichtete thermoplastische Folie nach Anspruch 1, wobei die thermoplastische Folie ein aromatisches Polycarbonat ist.
Die beschichtete thermoplastische Folie nach Anspruch 1, wobei die gehärtete acrylische Beschichtung das ultraviolette Strahlungsreaktionsprodukt einer Beschichtungszusammensetzung ist, umfassend (a) mehr als 75 Gew.-% eines bromierten Epoxyacrylats in Kombination mit einem Acrylatmonomer, (b) weniger als 5 Gew.-% eines Fotoinitiators und (c) weniger als 20 Gew.-% eines Silikons, wobei sich die Gew.-% auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung beziehen.
Ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten thermoplastischen Foliensubstrats, das eine obere und eine untere Oberfläche hat, wobei die obere Oberfläche texturiert ist, einen Glanz von wenigsten 90% bei 85° hat, und eine Oberflächenrauhigkeit von 20–40 nm, und wobei die untere Oberfläche poliert ist; und eine mittels ultravioletter Strahlung gehärtete acrylische Beschichtungsschicht auf der oberen Oberfläche des Substrats; wobei die beschichtete Folie (1) eine Doppelbrechung von weniger als 25 Nanometer hat, (2) eine Oberflächenrauhigkeit von 3,0–10,0 nm und (3) ein Delta des Brechungsindex von weniger als 0,08 zwischen der Beschichtung und dem thermoplastischen Substrat; wobei die gehärtete acrylische Beschichtung das Ultraviolett-Strahlungsreaktionsprodukt umfasst aus einem bromierten acrylischen Epoxyoligomer, einem funktionellen Acrylatmonomer, einem Silikon und einem Fotoinitiator; und wobei die gehärtete Beschichtung direkt mit dem thermoplastischen Substrat verbunden ist, bei welchem Verfahren man (a) eine thermoplastische Folie durch einen Spalt zwischen einer oberen und einer unteren Walze führt, wobei die obere Walze eine Oberfläche mit geringer Reibung aufweist, welche die obere Oberfläche der thermoplastischen Folie texturiert und die untere Walze metallisch ist und der unteren Oberfläche des thermoplastischen Foliensubstrats eine polierte Oberfläche verleiht, (b) die härtbare Beschichtungszusammensetzung auf die erste Oberfläche des Substrats aufbringt; und (c) die Beschichtungszusammensetzung härtet, indem man die härtbare Beschichtungszusammensetzung erhitzt und die erhitzte aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung mittels ultraviolette Strahlung härtet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die obere Walze eine Kautschukoberfläche hat.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Walze eine Polytetrafluorethylen-Oberfläche hat.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die untere Walze eine mit Chrom beschichtete Stahlwalze ist.