制造高度着色的dvd的方法

专利名称：制造高度着色的dvd的方法
本申请要求2003年10月24日提交的美国临时申请60/514230的权益，该临时申请全部引入本文。
背景技术：
本公开涉及数据存储介质，特别是涉及高度着色的数据存储介质和其制造方法。
数字多用途盘(或DVD)比CD提供显著更多的存储容量，其允许以高数字质量记录高达8小时的视频/音频内容。由于这个原因DVD的市场空间稳步增长。到2004年在市场上销售的DVD的数量预计达到约四十亿。
为了在和CD具有相同总尺寸的盘上实现高存储密度，对盘的结构进行了改变。最基本和可见到的差异是DVD不是由单一的1.2mm厚的塑料基质制成，而是由粘结在一起的两个0.6mm半盘制成(“DVDDemystified”，Jim Taylor，ed.McGraw Hill，1998)。此外，阅读激光波长从CD位于光谱近红外部分的780纳米(nm)变为DVD位于可见光谱的635-650nm。取决于DVD格式的类型(DVD-5，DVD-9，DVD-10，DVD-14，DVD-18，DVD-R，DVD-RW等)，结构可以发生显著变化，从单侧/单层(DVD-5)到双侧/双层(DVD-18)，更不用提可记录格式例如DVD-R和DVD-RW了。紧密技术规范，例如Optical Media联盟所实行的(对于1.20mm DVD-只读盘的EuropeanAssociation for Standardizing Information and CommunicationSystems(“ECMA”)的技术规范#267)，使得DVD制造成为一种挑战。一种技术规范要求所有DVD即使在经过温度和湿度环境老化后也展示出低于280的PISUM8测试值(阅读错误的度量)。但是，大多数光盘制造商具有甚至更严格的要求，不能容忍超过约140的起始PISUM8值，起始PISUM8的均值小于50。
基质的光学性质并不是对DVD的唯一要求。例如，DVD中数据凹点的尺寸比CD小得多，这意味着DVD对树脂质量(杂质)比CD敏感得多。此外，由于它们更薄的尺寸(0.6mm而不是1.2mm)，DVD的模塑比CD也更具挑战性。因此，用于制造DVD的树脂的流变性(流动特性)非常重要并且必须严格控制。另外，盘体厚度的不一致性也是光盘中缺陷的来源。DVD对是否存在这种缺陷更敏感，不仅是因为DVD更薄和在可见光谱阅读，而且还因为是在比CD更高转动/扫描速度的情况下阅读。最高等级的多层DVD格式(即DVD-9，DVD-14和DVD-18)代表了最高程度的制造难度，因为存在关系到两层凹点的全反射和半反射层。单层DVD格式(即DVD-5和DVD-10)，不具有半反射层，只含有一层凹点。由于盘结构的差异，单层和多层盘之间反射率要求非常不同。
当着色的树脂用于基质层中时，由于可用着色剂质量的变化使制造高质量DVD的挑战仍旧很大。由于这个原因，通常DVD还不用着色的树脂制造。最近，一种新DVD产品以商标EZ-DTM被引入市场。这种DVD使用特殊的着色剂来限制DVD格式的租借膜的可播放小时数目。从其包装拿出几天后，盘颜色从红色变为黑色防止激光对数据的阅读，使得该盘不能被播放。除了这样特别使用着色剂外，除了当颜色效果是通过金属化(即数据层)实现以外，通常市场上还没有着色DVD。例如，当用金代替典型的铝反射层时得到金色的盘，类似地，使用银或银合金得到亮银色外观。而且，在基质中有着色剂的单侧格式DVD已经存在，其中在该DVD使用中并不准备阅读通过该基质。着色CD也是已知的，可商购用于Sony Playstation I和II游戏平台。这些CD在阅读侧基质具有的最大染料加入量是0.13wt％。
目前在市场上发现的DVD主要是用透明(无色)树脂制造的。这些盘显示出良好的光学/电性能(反射率，抖动，奇偶内部(PI)错误，双折射等)以及良好的机械性能(径向/切线/垂线翘曲)，即使是在80℃在85％相对湿度(RH)老化4天以后。尽管消费者高度需求这种美学上令人愉悦的产品，但是市场上缺乏高度着色的DVD，其原因是没有可靠的方法来确保所制造的高度着色的DVD将始终达到光学介质工业所要求的光学和电性能以及老化特性。
通常，在DVD中为了达到美学上令人愉悦的外观，取决于着色剂的类型和期望的外观，相对于树脂的重量需要着色剂的加入量大于0.15wt％。但是着色剂中杂质含量变化很大，特别是它们的金属杂质含量。在高着色剂加入量时，这些金属杂质能够不利地影响高度着色DVD的短期性能和长期老化特性。
存在于着色剂和用于DVD的高度着色的树脂制剂中的金属杂质有两种类型大于10微米的那些，和小于10微米或在高度着色的树脂制剂中可溶的那些。大于10微米的金属杂质的去除可以由本领域的技术人员在树脂熔融挤出期间使用筛网尺寸为约10微米的一系列熔体过滤器实现。去除小于10微米或在高度着色的树脂制剂中可溶的存在的金属就要难的多，因为这些颗粒在挤出期间能通过常规的挤出过滤器。非常精细筛网尺寸的专用挤出过滤器可以除去更多这些非常小的金属颗粒，但是它们的使用可能造成严重不利的生产率，这导致制造高度着色树脂制剂的成本达到令人却步的程度。而且，如果金属杂质在高度着色树脂制剂中可溶的话，它们就不能通过任何过滤方法去除。对于希望制造用于DVD的高度着色树脂的树脂制造商来说，另一个可用方法是使用高度纯化的染料例如用于电子应用的那些染料。这些染料含有10ppm或更少的金属杂质。但是这种方法使用于DVD的高度着色树脂制剂的成本增加过多。而且，电子级染料只有有限的颜色可用。
发明概述本文公开的是制造高质量高着色DVD和高着色DVD制品的经济方法。在美国专利6475588中给出了各种DVD结构，该专利引入本文作为参考。
方法的一个例子包括将光学质量聚碳酸酯树脂和着色剂制剂混合在一起形成高度着色的聚碳酸酯混合物，其中着色剂制剂在高度着色的聚碳酸酯混合物中存在的数量是0.15wt％以上。在高度着色聚碳酸酯混合物中，来自着色剂制剂的金属杂质含量典型地是小于1.90ppm大于0.04ppm。
另一个方法例子类似地包括将光学质量聚碳酸酯树脂和着色剂制剂混合在一起形成高度着色的聚碳酸酯混合物，其中着色剂制剂在高度着色的聚碳酸酯混合物中存在的数量是0.15wt％以上。在这个例子中，高度着色聚碳酸酯混合物中，来自着色剂制剂的总铁、钠和钙金属杂质小于1.90ppm大于0.04ppm。
本发明DVD的例子包括第一基质、第二基质、粘合层和数据层。所述第一和第二基质典型地形成DVD的两个主要外表面，但是它们可以任选被进一步的层覆盖。数据层和发送层以任意顺序位于基质之间。数据层具有与有意义的数据相对应的形状。所述形状被构造成使得所述数据可以通过检测入射到第一基质上的激光束的反射而被读出。第一基质是如上所述的高度着色的聚碳酸酯混合物。该高度着色的聚碳酸酯混合物包含光学质量的聚碳酸酯树脂和数量至少是高度着色聚碳酸酯的0.15wt％的着色剂制剂。总金属杂质典型地是小于2.8ppm大于0.5ppm。这些总金属杂质包括原来就存在于光学质量聚碳酸酯树脂中的金属杂质以及通过加入着色剂制剂引入的那些金属杂质。在着色的聚碳酸酯混合物中通过加入着色剂制剂引入的杂质典型地是小于1.90ppm大于0.04ppm。
从下面的附图简述、发明详述和附图，这些以及其它特征将变得显而易见。
附图简述现在参见附图，其中

图1是可接受DVD产率百分数对高度着色的聚碳酸酯混合物中总金属杂质(ppm)的图。
图2是可接受DVD产率百分数对高度着色的聚碳酸酯混合物中总铁钠和钙杂质(ppm)的图。
发明详述如在本文中使用的，术语“DVD”是指目前可商购或将会可商购以存储数字数据的光学介质格式(数字视频盘)。所述数据典型地对应于视频，但可以是音乐或计算机程序或其它数据。DVD格式具有大于通常用于音乐文件的光盘(CD)的存储容量。该术语不应被认为是只对应于目前的格式或那些正在研究中的格式。
术语“光学质量聚碳酸酯树脂”是指透明聚碳酸酯树脂，从颗粒和将要用于光学介质应用的其它方面来看其至少是足够洁净的。典型的商业光学质量聚碳酸酯树脂具有相对低的熔体粘度和非常低含量的染料。它们典型地是无色的。
如在本文中所用的，术语“着色剂制剂”是指含有着色剂的物质。该物质可以是聚碳酸酯颗粒或粉末浓缩物，含有着色剂(例如染料或颜料)或包含例如染料或颜料的添加剂包。“添加剂包”是表示在销售前通常加入到聚碳酸酯(例如通过挤出)中的不同化学品的混合物的术语。这些化学品可以是稳定剂、脱模剂等等。
如在本文中使用的，术语“来自着色剂制剂的金属杂质”是指着色剂制剂被加入到光学质量聚碳酸酯树脂中以形成高度着色的聚碳酸酯混合物的情况。在这种情况下所述光学质量聚碳酸酯树脂即使在着色剂制剂加入前也通常含有一些起始金属杂质。得到的高度着色的聚碳酸酯混合物含有这些其实杂质以及通过混合着色剂制剂引入的那些杂质。这个术语只是指被着色剂制剂引入到高度着色聚碳酸酯混合物中的额外杂质。
如本文所使用的，术语“数据层”是指与存储在盘中的数据对应的光盘部分。在CD-R类型的结构中数据层包含布置于沟槽中的染料，当数据被“写入”时染料被化学改变。在大部分基本DVD中，金属层与基质邻接，不存在可看作是数据层的物理分离的层。如作者在文本中已选择对该术语进行定义的那样，这种盘仍具有“数据层”，数据层是具有与数据对应的形状的交界处。
如在本文中使用的，术语“高度着色的聚碳酸酯制剂”定义为这样的树脂制剂，其相对于所用的树脂的重量含有大于0.15％的着色剂。
已经发现一种提供实现高度着色DVD基质树脂制剂的方法，在将所述高度着色DVD基质树脂制剂用于制造DVD时，将不会危害所得到的高度着色DVD的质量或老化特性，并且使得不必需要使用昂贵的高度纯化的着色剂。使用可以作为粉末混合进树脂制剂或作为有色浓缩物加入的一种着色剂或着色剂的混合物，可以成功地进行该方法。粉末是着色剂的相对纯净的固体形式。有色浓缩物是以比在最终产品中打算使用的浓度更浓的形式含有着色剂的树脂。
在发现本发明描述的方法之前，本领域的技术人员认为需要非常高纯度的着色剂，例如金属杂质少于约10ppm的电子工业中使用的那些，才能实现具有高质量和良好老化特性(对应于在高度着色聚碳酸酯混合物中来自着色剂的金属杂质含量是约0.04ppm)的高度着色DVD。与这些设想相反，发现如果所用的着色剂的总杂质不超过一定水平，那么更低纯度的更便宜的着色剂可以被用于制造可接受的DVD。
图1说明了这个出人意料的发现，在高度着色树脂制剂中来自着色剂的金属杂质存在影响品质DVD产率的临界水平。所述高度着色的树脂制剂在不使用10微米过滤器的挤出机中制备。使用在线扫描器Dr.Schenk单元对从这种树脂制剂制造的模制DVD检测产率，所述在线扫描器Dr.Schenk单元测量例如夹带物、表面刮擦、粘合缺陷、翘曲等的缺陷并被DVD工业广泛采用以测量在线工艺产率。在没有熔体过滤的情况下超过约20％的产率被认为是可以接受的产率，因为使用熔体过滤器将把该产率增加到大于90％。实现大于约20％或更大产率的临界值被发现是来自着色剂的总金属杂质在树脂制剂中是约1.9ppm。产率不会随着纯度增加而迅速增加，直到杂质水平低于1.9ppm。在这个拐点之后，随着纯度增加产率迅速增加。因此，先前认为必需的电子级染料不是必需的。总杂质水平低于1.5ppm是更优选的。
图2说明了额外的出人意料的发现，对于钠、铁和钙金属杂质的组合，存在更加严格的临界金属杂质水平。使用在线扫描器Dr.Schenk单元对从这种树脂制剂制造的模制DVD检测产率，所述在线扫描器Dr.Schenk单元测量例如夹带物、表面刮擦、粘合缺陷、翘曲等的缺陷并被DVD工业广泛采用以测量在线工艺产率。在没有熔体过滤的情况下超过约20％的产率被认为是可以接受的产率，因为使用熔体过滤器将把该产率增加到大于90％。实现大于约20％产率的临界值是来自着色剂的钠、铁和钙的组合小于1.50ppm。更加典型的值是小于1.25ppm。
因此，通过选择将用于着色剂制剂的着色剂，使得通过着色剂带给高度着色树脂制剂的总金属杂质不超过1.9ppm总金属，并且经由着色剂带给高度着色树脂制剂的总钠、铁和钙杂质不超过1.5ppm，可以不使用昂贵的高度纯化的着色剂来制造高质量DVD。更加典型地，高度着色树脂制剂不超过1.5ppm总金属杂质，总钠、铁和钙金属含量小于1.25ppm。这些水平最典型地是分别低于1.2ppm和1.00ppm。
还发现，对于从高度着色树脂制剂制造的DVD，使用本领域技术人员公知的常规10微米过滤器和挤出方法，反应混合物的熔体过滤可以达到95％或更大的产率，只要在这些制剂中通过着色剂带给高度着色树脂的总金属杂质不超过1.9ppm并且总钠、铁和钙组合不超过1.5ppm。当上述水平被超过时，不能达到95％或更大的产率。
通过PISUM8测试方法测量的DVD的老化特性也取决于在高度着色树脂制剂中存在的金属杂质的水平。由总金属杂质水平超过1.9ppm或铁、钠和钙组合水平超过1.5ppm的高度着色制剂制造的DVD不能实现起始期望的在老化前PISUM8最大值小于140。
着色剂可以与聚碳酸酯树脂干混合或在挤出机中预混合，以形成着色的聚碳酸酯(通常成为“浓缩物”或“母料”)树脂，其中着色剂的加入量是成品光学质量树脂中最终着色剂加入量的5-1000倍。更加优选地，“浓缩物”含有的着色剂加入量是最终着色剂加入量的20-400倍或50-200倍。在更加典型的实施方案中，“浓缩物”是粒状形式，并通过使用计重(gravi metric)进料器被直接进料加入挤出线中以确保颜色一致性。必须指出，因为着色剂将在混合元件的存在下经历两次热循环，所以典型地是使用浓缩物。浓缩物保证实现最佳的机械分散。当使用熔点在300℃以上的着色剂例如某些荧光苝衍生物时，在聚碳酸酯树脂中差的分散性可能是有问题的。不论使用何种着色剂制剂或着色剂加入方法，必须保持基质的透明性(例如在阅读波长下大于或等于约60％的透明度)，以制造满足工业质量标准的可播放DVD。
基质的透明性与基质中存在的散射颗粒的数量和它们的尺寸直接相关。如果它们比可见光波长明显更小，那么散射将不会显著发生。由于着色剂可以是散射颗粒的主要来源，所以通常使用熔体挤出来制造高度着色的聚碳酸酯混合物。特别地，在挤出机的末端固定熔体过滤器。光学质量聚碳酸酯树脂和着色剂制剂可以是预先通过使用不同的挤出机(带有或不带有熔体过滤器)将着色剂混合进光学质量聚碳酸酯制备的母料或染料粉末制剂。着色剂制剂还可以包含进一步的添加剂。优选地，经过滤的着色剂颗粒(以及其聚集体)的尺寸小于或等于约200纳米(nm)。典型地，颗粒(或聚集体)的尺寸小于或等于约50nm。
着色剂也优选选择为溶于这样的材料中，其中所述材料用于形成其中所述着色剂被布置于其中的层。在用于DVD层的材料中可溶的着色剂包括染料(例如“溶剂染料”)，有机着色剂，颜料等。分散在塑料中并且不形成尺寸大于或等于约200nm的聚集体的着色剂是优选的，典型地聚集体尺寸小于或等于约50nm。一些合适的着色剂包括但不限于蒽醌类，蒽素吡啶酮类(anthrapyridones)，苝类，perinones，阴丹酮类，喹吖啶酮类，呫吨类，嗪类，唑啉类，噻吨类，靛类，硫靛类，喹啉并酞酮类(quinophthalones)，萘二甲酰亚胺类(naphtalimides)，花青类，次甲基类，内酯类，香豆素类，二苯并唑基噻吩(bis-benzoxaxolylthiophenes)(BBOT)，萘四羧酸衍生物，单偶氮颜料，双偶氮颜料，三芳甲烷类，氨基酮类，二(苯乙烯基)联苯衍生物等，以及包含至少一种上述物质的混合物。
确定塑料/着色剂混合物和所用着色剂数量的因素目前是基于上述的DVD技术规范(例如EMCA技术规范#267，其引入本文作为参考)。对于着色的多层DVD，为了得到在技术规范之内的半反射数据层和全反射数据层反射率，必须平衡光透射率和着色剂浓度。在DVD读回激光波长下穿过第一基质的光透射率优选大于或等于约60％。着色剂的加入量以及着色剂性质(例如光谱透射曲线的形状)取决于目标颜色和光透射比。
选择在期望的波长下具有高吸收率的着色剂限制了可以产生功能化多层DVD的最大着色剂加入量。由于在期望的波长下具有低一些的吸收率的着色剂在制剂中可以以更高的加入量进行使用，所以在功能化盘中更容易得到目标颜色。例如，由于在650nm下具有低一些的吸收率，所以通常使用使用Solvent Violet13而不是Solvent Blue 97来得到蓝色颜色。合适着色剂的选择进一步描述在美国专利6475589中，该专利引入本文作为参考。
对于高度着色的DVD，着色剂的加入量通常为大于或等于0.15重量百分数(wt％)或0.25wt％或0.35wt％，基于包含着色剂的基质的总重量。染料含量的可接受上限是变化的，可以通过用更大量进行实验直到达到不可接受的DVD产率来确定。进一步典型的是，着色剂的使用数量小于或等于3.0wt％，小于或等于2.0wt％，小于或等于0.5wt％，或小于或等于0.4wt％。
典型的数字多用途盘(DVD)包括两个粘合的塑料基质(或树脂层)，各自典型地具有小于或等于约1.0毫米(mm)的厚度，或小于或等于约0.7mm。典型的厚度是大于或等于约0.4mm。大多数DVD是由两个半盘制成，每个半盘具有0.6mm的厚度，一起形成总厚度为1.2mm的DVD。至少一个基质包含一个或多个数据层(例如3'5)。阅读基质，通常称为层零(或L0)，与阅读数据的盘的一侧是最靠近的。另外一层，通常称为层1(L1)，离阅读表面更远一些。在L0和L1之间通常布置有粘合剂和任选的保护涂层或分离层。单侧DVD(即将从布置在DVD一侧的单一表面上阅读的那些)可以额外的包括标签，所述标签布置在阅读表面反面的DVD背侧保护基质上。在背侧保护基质之外可以存在任选的进一步的层。不论何种情况，所有目前已知的DVD都具有至少第一和第二基质。
在具有单一数据层的单侧DVD(例如DVD 5，DVD10)情况下，具有对应于数据的形状或可以被改变以具有对应于数据的性质的化学品的标记表面(stamped surface)被通过溅射或其它沉积方法而覆盖上薄的反射金属层。这产生了典型厚度为约60-约100埃()的金属涂层。对于单侧数据层DVD(例如DVD 9，DVD 14，DVD 18)，当阅读它时激光必须能够从第一层反射，但是当阅读第二层时也能聚焦(透射)通过所述第一层。因此，第一反射层是“半透明的”(即半反射的)，而入射激光遇到的第二反射层是“全反射的”。在Consortiumfor Optical Media设定的目前标准下，对于全反射和半反射数据层的金属化组合(metallization combination)通过电参数R14H测量(如ECMA技术规范#267中所述)，在激光波长下其应该是约18百分数(％)-约30％。类似地，对于单层DVD格式，R14H应该在45％-85％。在目前的DVD中，通常使用的激光波长小于或等于约700nm，典型的是约400nm-约675nm，更加典型的是约600nm-约675nm。虽然这些金属化标准是为使用无色光学质量树脂的DVD数据层设定的，但是它们可以等同的应用于使用着色树脂的DVD系统。
当将颜色加到树脂中时，穿过基质和从基质反射的光透射率受到影响。对于多层DVD，为了基质的光透射率，在半反射和全反射层上的金属化和厚度被调整了。通过平衡金属化厚度和半反射数据层的反射率，并且通过调整全反射数据层的厚度以确保其反射率在期望的技术规范的范围内，可以得到期望的反射率。这个方法例如描述在美国专利6475588中。
单独数据层的金属化可以通过使用各种反射材料例如金属、合金等进行。优选的金属化材料具有被用作半反射和/或全反射数据层的足够反射率，并且可以被溅射到基质上。金、银、铂、硅、铝等以及含有前述材料的至少一种的合金和组合是潜在的可用反射材料。例如，第一/第二反射数据层金属化可以是金/铝、银合金/铝、银合金/银合金等。
除了每层的总反射率外，还应该控制相继反射数据层之间的反射率差，以确保后续层有足够的反射率。优选地，相继层之间的反射率差小于或等于5％，或4％或3％。相邻反射数据层之间的反射率差典型的是大于或等于0.5％或1％。应该指出，虽然是针对两层进行的描述，但是可以理解可以使用多于两层并且相继层间的反射率差应该如前面所述。这描述在例如美国专利6475588中。
反射数据层典型地是溅射或沉积在图案(例如，表面特征例如凹点、沟槽、凹凸不平、开始/结束定向标志等)上，所述图案通过模塑、压印等在基质表面中形成。可以通过在第一图案化基质表面上进行溅射而制造半反射数据层。然后可以在该半反射数据层上布置分离层。如果是要形成多数据层DVD(例如DVD 14，DVD 18等)，可以在与半反射数据层相反的分离层的一侧形成第二图案化表面(例如标记(stamped)等)。然后全反射层可以溅射或沉积在分离层上。或者，对于DVD 14结构，全反射数据层可以沉积在第二基质(或树脂层)的图案化表面上。然后分离层或保护涂层被布置在半反射数据层和全反射数据层之一或两者上面。然后在两个基质间可以布置粘结剂或粘合剂，它们可以粘合在一起形成盘。任选地，可以沉积几个半反射数据层，而在每个后续层之间为分离层。
反射数据层的反射率可以是约5％-约100％，取决于反射层的数目。如果使用单一反射数据层，则反射率优选是30％-100％或35％-90％或45％-85％。如果使用双反射数据层，则数据层的反射率优选是5％-45％，10％-40％或15％-约35％或18％-30％。最后，如果使用多反射数据层(例如从单一阅读表面可阅读多于两个反射数据层)，则反射率优选是5％-30％或5％-25％。ECMA技术规范#267中的范围对于双层DVD(例如，至少一个全反射率层和至少一个半反射率层)为18％-30％反射率，而对于具有一个全反射层的单层DVD为45％-85％。
基质可以包含任意能够使在激光波长范围内的光的透射率是60％到小于94％的光学质量塑料。在这个透射率范围，透射比优选大于或等于70％或74％或78％。取决于使用的着色剂的类型和数量，取决于着色剂的类型透射比可以小于或等于92％或88％或85％。应该指出，随着着色基质在UV-A区域(即低于400nm)的透射比下降，得到期望的基质粘合的能力变得更加困难。
塑料基质可以包含树脂，例如无定形、结晶或半结晶热塑性树脂、热固性树脂或包含至少一种前述塑料的混合物。一些可能的塑料包括聚醚酰亚胺，聚醚醚酮，聚酰亚胺，聚氯乙稀，聚烯烃(包括但不限于，直链和环状聚烯烃，包括聚乙烯，氯化聚乙烯，聚丙烯等)，聚酯(包括但不限于，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚对苯二甲酸环己基亚甲基酯(polycyclohexylmethyleneterephthalate)等)，聚酰胺，聚砜(包括但不限于，聚醚砜，聚醚醚砜，氢化聚砜等)，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚醚砜，聚苯硫醚，聚醚酮，聚醚醚酮，ABS树脂，聚苯乙烯(包括但不限于，氢化聚苯乙烯，间规和无规聚苯乙烯，聚环己基乙烯，苯乙烯-丙烯腈共聚物，苯乙烯-马来酸酐共聚物等)，聚丁二烯，聚丙烯酸酯(包括但不限于，聚甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯-聚酰亚胺共聚物等)，聚丙烯腈，聚缩醛，聚碳酸酯，聚苯醚(包括但不限于，来自2，6-二甲基苯酚的那些和与2，3，6-三甲基苯酚的共聚物等)，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，聚醋酸乙烯酯，液晶聚合物，乙烯-四氟乙烯共聚物，芳香族聚酯，聚氟乙烯，聚偏二氟乙烯，聚偏二氯乙烯，四氟乙烯碳氟化合物共聚物(例如Teflons)，环氧树脂，酚醛树脂，醇酸树脂，聚酯，聚酰亚胺，聚氨酯，聚硅氧烷，聚硅烷，双马来酰亚胺，氰酸酯酯类(cyanateesters)，乙烯基树脂和苯并环丁烯(benzocyclobutene)树脂，以及包含至少一种上述树脂的共混物、共聚物、混合物、反应产物和复合材料。优选地，基质包含聚碳酸酯，特别典型的是主要是聚碳酸酯(例如大于或等于约80％聚碳酸酯)的基质。
如在本文中使用的，术语“聚碳酸酯”、“聚碳酸酯组合物”和“包含芳香族碳酸酯链单元的组合物”包括具有式(I)结构单元的组合物
其中R1基团总数目的至少约60％是芳香族有机基团，并且剩余的R1基团是脂肪族、脂环族或芳香族基团。优选地，R1是芳香族有机基团，并且更优选地是式(II)的基团-A1-Y1-A2-(II)其中A1和A2各自是单环二价芳族基团，Y1是将A1和A2分开的具有一或两个原子的桥接基团。在一个示例性实施方案中，一个原子分开A1和A2。这种类型基团的非限制性示范性例子是-O-、-S-、-S(O)-、-S(O2)-、-C(O)-、亚甲基、环己基亚甲基、2-[2，2，1]-双环亚庚基、亚乙基、异亚丙基、新亚戊基、亚环己基、环亚十五烷基、环亚十二烷基和亚金刚烷基。桥接基团Y1可以是烃基或饱和烃基例如亚甲基、亚环己基或异亚丙基。
聚碳酸酯可以通过其中只有一个原子分开A1和A2的二羟基化合物的界面反应制备。如在本文中使用的，术语“二羟基化合物”包括，例如具有如下通式(III)的双酚化合物 其中Ra和Rh各自表示卤素原子或单价烃基，并且可以相同或不同；p和q各自独立地是0-4的整数；Xa表示式(IV)的基团之一
其中Rc和Rd各自独立的表示氢原子或单价直链或环状烃基并且Re是二价烃基。
一些合适的二羟基化合物的非限制性示范性例子包括二元酚和在美国专利4217438中以名称或结构式(通式或具体结构式)公开的二羟基取代的芳香族烃。通式(III)可以表示的双酚化合物类型的具体例子的非排他性列表包括下面的这些1，1-二(4-羟基苯基)甲烷；1，1-二(4-羟基苯基)乙烷；2，2-二(4-羟基苯基)丙烷(以后称为“双酚A”或“BPA”)；2，2-二(4-羟基苯基)丁烷；2，2-二(4-羟基苯基)辛烷；1，1-二(4-羟基苯基)丙烷；1，1-二(4-羟基苯基)正丁烷；二(4-羟基苯基)苯基甲烷；2，2-二(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷；1，1-二(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷；二(羟基芳基)烷烃例如2，2-二(4-羟基-3-溴苯基)丙烷；1，1-二(4-羟基苯基)环戊烷；和二(羟基芳基)环烷烃例如1，1-二(4-羟基苯基)环己烷；等等，以及包括至少一种前述化合物的混合物。
在希望使用碳酸酯共聚物而不是均聚物的情况下，也可以使用由两种或多种不同二元酚或二元酚与二醇或与羟基-或酸-封端的聚酯或与二元酸或与羟基酸或与脂肪族二元酸的共聚物的聚合得到的聚碳酸酯。通常，可用的脂肪族二元酸具有2-约40个碳原子。典型的脂肪族二元酸是十二碳双酸。也可以使用聚丙烯酸酯和聚酯-碳酸酯树脂或它们的共混物。也可以使用支化聚碳酸酯，以及直链聚碳酸酯和支化聚碳酸酯的共混物。可以通过在聚合期间加入支化剂来制造支化聚碳酸酯。
这些支化剂可以包括含有至少三个官能团的多官能有机化合物以及含有至少一种前述化合物的混合物，所述官能团可以是羟基、羧基、酸酐、卤代甲酰基。具体例子包括偏苯三酸、偏苯三酸酸酐、偏苯三酸三酰氯、三-对羟基苯基乙烷、靛红双酚、三酚TC(1，3，5-三((对羟基苯基)异丙基)苯)、三酚PA(4(4(1，1-二(对羟基苯基)-乙基)α，α-二甲基苄基)苯酚)、4-氯甲酰基邻苯二甲酸酐、苯均三酸和二苯甲酮四羧酸等。支化剂的加入量可以是约0.05wt％-约2.0wt％，基于树脂的总重量。支化剂和制造支化聚碳酸酯的方法描述在美国专利3635895和4001184中。本文中所有类型的聚碳酸酯末端基团都在考虑范围内。
典型的聚碳酸酯是基于双酚A，其中A1和A2各自是对亚苯基和Y1是异亚丙基。优选地，聚碳酸酯的重均分子量是约5000-约100000，更优选约10000-约65000，最优选约15000-约35000。
在监控和评估聚碳酸酯合成时，特别感兴趣的是确定聚碳酸酯中Fries产物的浓度。如所指出的，产生大量Fries产物会导致聚合物支化，产生不可控的熔体行为。如在本文中所使用的，术语“Fries”和“Fries产物”表示在聚碳酸酯中具有式(V)的重复单元 其中Xa是如上述式(III)中所述的二价基团。
聚碳酸酯组合物也可以包含在这类树脂组合物中通常含有的各种添加剂。这些添加剂是例如，填料或增强剂；热稳定剂；抗氧化剂；光稳定剂；增塑剂；抗静电剂；脱模剂；额外的树脂；发泡剂；等，以及包含至少一种上述添加剂的混合物。填料或增强剂的例子包括玻璃纤维、石棉、碳纤维、二氧化硅、滑石和碳酸钙。热稳定剂的例子包括亚磷酸三苯酯、亚磷酸三(2，6-二甲基苯基)酯、亚磷酸三(混合的单-和二-壬基苯基)酯、二甲基苯膦酸酯和磷酸三甲酯。抗氧化剂的例子包括十八烷醇3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯和季戊四醇-四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]。光稳定剂的例子包括2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)-苯并三唑和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。增塑剂的例子包括4，5-环氧-六氢邻苯二甲酸二辛酯、三(辛氧基羰基乙基)异氰脲酸酯、三硬脂酸甘油酯和环氧化的豆油。抗静电剂的例子包括甘油单硬脂酸酯、硬脂基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠。脱模剂的例子包括硬脂酸硬脂基酯、蜂蜡、褐煤蜡和石蜡。其它树脂的例子包括但不限于聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯醚。可以使用任意上述添加剂的混合物。这些添加剂可以在混合组分以形成所述组合物期间在合适的时间混合进来。
除了聚合物和着色物质外，所述组合物可任选包含在这类树脂组合物中通常含有的各种添加剂。这些添加剂可以包括UV吸收剂；稳定剂，例如光和热稳定剂(例如基于磷的酸性化合物)；受阻酚；氧化锌，硫化锌颗粒，或它们的组合；润滑剂(矿物油等)；增塑剂；抗氧化剂；抗静电剂(四烷基铵苯磺酸盐，四烷基苯磺酸盐等)；脱模剂(季戊四醇四硬脂酸酯，甘油单硬脂酸酯等)；等，以及包含至少一种上述添加剂的混合物。例如，基质可包含约0.01重量百分数(wt％)-约0.1wt％的热稳定剂；约0.01wt％-约0.2wt％的抗静电剂；和约0.1wt％-约1wt％的脱模剂；基于聚合物的总重量。
一些可能的抗氧化剂包括，例如，有机亚磷酸酯，例如亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、二(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯等；烷基化单酚、多酚和多酚与二烯的烷基化反应产物，例如，四[亚甲基(3，5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷、3，5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯十八烷基、亚磷酸2，4-二叔丁基苯基酯等；对甲酚和二环戊二烯的丁基化反应产物；烷基化氢醌；羟基化硫代二苯醚；亚烷基双酚；苄基化合物；β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸和一元醇或多元醇的酯；β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)-丙酸和一元醇或多元醇的酯；硫代烷基或硫代芳基化合物的酯，例如，二硬脂基硫代丙酸酯、二月桂基硫代丙酸酯、双十三烷基硫代二丙酸酯等；β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸的酰胺；等，以及包含至少一种上述抗氧化剂的混合物。
为了有助于聚合物特别是聚碳酸酯的加工，也可以使用催化剂，也就是说在挤出机或其它混合设备中。典型地，所述催化剂协助控制所得材料的粘度。可能的催化剂包括氢氧化物，例如四烷基铵氢氧化物、四烷基氢氧化物等，典型地是二乙基二甲基铵氢氧化物和四丁基氢氧化物。所述催化剂可以单独使用或与淬灭剂例如酸如磷酸等结合使用。另外，在混合期间可以将水注入聚合物熔体中并通过排气孔作为水蒸气除去以除去残留挥发性化合物。
通过使用能够充分混合各种前体的反应容器制造聚合物，例如单或双螺杆挤出机、啮合机、混合机等。然后通过模塑、挤出、轧制、stamping或类似技术将聚合物加工成基质。
相邻的基质使用粘合剂或粘结剂(例如分离或粘结层)粘在一起。可以使用任何具有所期望光学质量的粘结剂。一些可能的粘结剂包括胶(例如热胶)，丙烯酸类树脂(例如紫外(UV)可固化的丙烯酸类树脂，典型的是透明的(即大于或等于UV可固化的丙烯酸类树脂)，等，以及包含至少一种前述粘结剂的混合物。
对于粘结剂，所述分离层可以包含透明材料。一些可能的分离层包括UV可固化透明树脂。典型地，分离(粘结)层高达或超过几百微米(μm)厚，小于或等于约100μm的厚度是有用的，目前的DVD格式典型地采用约40μm-约70μm的厚度。
除了反射层和分离层外，还可以使用例如保护层(例如大漆层等)、紫外(UV)抑制层、湿气阻隔层、延展层等的层，以及包括这些层中的至少一种的组合。
通过下面的非限制性实施例进一步说明本公开。
实施例提供几个实施例以检测由下述测试着色聚碳酸酯树脂制剂A-G制造的DVD。对于其中所述制剂不使用熔体过滤进行制造的情况，使用下面的方法。使用机械转筒将OQ聚碳酸酯树脂粉末与添加剂(例如热稳定剂和脱模剂)和着色剂混合在一起直到得到均匀的混合物(对于30kg料通常是30-40分钟)。该混合物然后在Werner和PfleidererZSK-30型双螺杆挤出机上挤出。挤出条件是区1＝480；区2＝500；区3＝520；区4＝540；区5＝550；机头＝550；螺杆速度＝400-450转每分钟(rpm)。离开机头的聚合物料条用水浴冷却并造粒得到成品高度着色的树脂。
对于其中使用熔体过滤制造样品的情况，使用如下的方法。OQ聚碳酸酯树脂粉末与着色剂和0.03-0.1pph的热稳定剂共混得到含有1-40％着色剂的混合物。该混合物然后使用如上所述的相同条件在43mm双螺杆同向旋转挤出机上混合得到有色浓缩物(“母料”)。基于生产线上进料器的容量，母料含有约1-最高约80％的着色剂。典型地，使用10-30％的染料加入量。对于在99∶1的进料比(即当浓缩物以实际生成线速率的1％进料时)具有良好容量的进料器，约20％的加入量是最优选的。对于颜色一致性，最小化来自进料器的变化是重要的。接下来，在最后的混合步骤中，通过料斗和/或添加剂进料器将所述粉末和添加剂(热稳定机和脱模剂)进料送入挤出机中。然后将浓缩物以偏离生产线速率1-2％的加入量送入生产线中。
最终混合挤出机细节如下。
-挤出机型号/制造商-Werner&Pfleiderer(92mm双螺杆挤出机)-所使用的RPM-580RPM-最大RPM-580RPM-所使用的Amps-700Amps-最大Amps-800Amps-速率(lb/h或kg/hr)-4200lb/hr-温度设定(对于每一区)-420(Z1)，440(Z2)，460(Z3)，480(Z4)，500(Z5)，520(Z6)，540(Z7)，565(熔体过滤器)，结合器@565C。
在生产的最终混合步骤中使用10-微米熔体过滤器。
实施例1.在下面的实施例中，申请人举例说明有机着色剂质量对加工产率和DVD9盘质量的影响。使用来自两家供应商Rose Color和Keystone的Solvent Red 207，按照下表中公开的配方并且不使用熔体过滤来制造预着色的树脂制剂。然后在装配有Steag-HamatechUnline 3000DVD Bonder的Sumitomo SD30模塑机上将所述树脂模制成DVD9盘。使用在线扫描机Dr.Schenk单元(型号#VCC.ISM)来检测例如夹杂物、表面刮擦、粘合缺陷、翘曲等的缺陷，并接着评估在线加工产率。这些可商购的装置用基于ECMA技术规范的算法预先编程以计算产率。
表1.制剂细节

从表2，可以发现使用来自Rose Color的Sovent Red 207的制剂(制剂A和B)比使用来自Keystone的相同着色剂的制剂(制剂C和D)显示出显著更低的加工产率。产率损失的主要原因是更高水平的规类为夹杂物的缺陷。分析测试结果证实Rose Color Solvent Red207制剂A和B分别具有1.16和4.62ppm的来自着色剂制剂的总金属含量，和分别为1.01和4.03ppm的总钠、铁和钙组合含量。KeystoneRed 207制剂C和D分别具有0.47和1.87的来自着色剂制剂的总金属含量，和分别为0.36和1.43的总钠、铁和钙组合含量。产率结果(列在下面的表2中)对总金属含量以及钠、铁和钙含量的关系分别图示在图1和图2中。图1说明产率并不随着杂质水平降低而开始快速增加，直到总金属杂质低于约1.90ppm。图2说明产率并不随着总铁、钠和钙杂质水平降低而开始快速增加，直到杂质水平低于约1.50ppm。
表2.非熔体过滤的树脂的产率对比(Rose Color SR207对Keystone SR207)

实施例2.为了增加加工产率，制造树脂的方法被进一步更改以包括熔体过滤步骤。将经熔体过滤的树脂再次模制成DVD9盘，并和前面一样测量加工过程中的产率。
表3.具有表1中所列相同制剂的经熔体过滤的树脂产率的对比(Rose Color SR207对Keystone SR207)

很明显，额外的熔体过滤步骤使得可以制造改进产率的高质量树脂。制剂C1(即经熔体过滤的制剂C)具有最低的0.47ppm的来自着色剂制剂的总金属杂质和0.36ppm的铁、钠和钙杂质组合。制剂D1具有1.88ppm的来自着色剂制剂的总金属杂质和1.44ppm的来自着色剂制剂的铁、钠和钙金属杂质组合，而制剂E1具有1.28ppm的组合总金属杂质和1.44ppm的来自着色剂制剂的组合总铁、钠和钙金属。所述结果表明要达到95％或更大的产率，总金属杂质需要低于1.88ppm并且铁、钠和钙杂质组合需要低于约1.25ppm。
实施例3.如下面的实施例中所示，制造树脂的方法不仅对加工产率有影响而且对DVD9盘的功能和性能有影响。DVD9盘的功能和性能可以用ECMA建立的DVD技术规范中定义的总PISum8错误的数目进行度量。典型地，高质量盘展示出小于140的PISum8值，在模塑条件(as-molded condition)下平均小于50，并且在按照标准测试进行环境暴露以后，PISum8值在DVD技术规范以内(即小于280)，平均小于140。在本领域中PISum8测试是标准的并且可以通过例如Dr.Schenk销售的可商购的机器进行测试。
按照表4中公开的制剂加工的经熔体过滤的树脂被模制成DVD9盘并在电子测试机(DVDPRO)上测试PISum8错误。DVD测试结果示于表5中。
表4.制剂细节

表5.对于制剂F和G的环境暴露之前和之后的PISum8值


*第一个数字是模塑条件下的PISum8值，括号内的数字是经过环境暴露后的PISum8值。
可以看出总金属含量和铁、钠和钙含量小于0.06ppm的制剂F满足所需的PISum8。可以看出制剂G制造了差质量的DVD9盘，具有高PISum8值，特别是在环境暴露以后。尽管事实是树脂是经熔体过滤的，但是Vat Red 41中的高离子(3000ppm Ca，2100ppm Fe和308ppm Na)，其导致制剂G具有大于3ppm的来自着色剂制剂的总铁、钠和钙金属杂质，被发现降低树脂质量导致的差的盘性能。
实施例4.从前述三个实施例很明显可以看出，盘质量取决于成品高度着色树脂中来自着色剂制剂的金属杂质。但是，申请人也发现在浓缩物中的颗粒计数和最终产品中的颗粒计数之间不存在允许申请人预测颗粒最终水平的线性相关，因为挤出过程涉及可能会潜在地在成品产品中引入额外颗粒的额外现象(热，剪切)。表6和表7给出了10种不同浓缩物的颗粒计数和相应成品产品的颗粒计数。
表6.浓缩物的颗粒计数

表7.成品产品的颗粒计数

制剂1-8被用于制造高质量常规着色的DVD盘，但是制剂9和10制造的盘不能通过PISum8技术规范。这些结果表明，当来自着色剂制剂的金属杂质对于总金属和铁、钠和钙组合满足1.5和1.25ppm水平的要求时，由这些着色剂制剂制造的有色浓缩物优选满足下面的颗粒水平以制造高质量高着色的DVD。
PT1-3＜7308计数PT3-5＜972计数PT5-10＜665计数PT10-150＜109计数对于上述样品的金属分析是通过消化聚碳酸酯进行，通过在6ml硝酸(HNO3)中加热0.45g样品然后加入1nl盐酸(HCl)进行。然后在ICP Spectometer中中和样品并将结果与标准进行对比。
下面的权利要求应该在考虑整个说明书的教导之后来理解，不应该理解为限制于本文中所述的任何具体实施方案或实施例。
权利要求
1.制造高度着色DVD的方法，包括将光学质量聚碳酸酯树脂和着色剂制剂混合形成高度着色的聚碳酸酯混合物，其中着色剂制剂存在的数量至少是高度着色的聚碳酸酯混合物的0.15wt％，并且其中在高度着色聚碳酸酯混合物中来自着色剂制剂的总金属杂质小于1.90ppm并大于0.04ppm。
2.制造高度着色DVD的方法，包括将光学质量聚碳酸酯树脂和着色剂制剂混合形成高度着色的聚碳酸酯混合物，其中着色剂制剂存在的数量至少是高度着色的聚碳酸酯混合物的0.15wt％，并且其中在高度着色聚碳酸酯混合物中来自着色剂制剂的总铁、钠和钙金属杂质组合小于1.90ppm并大于0.04ppm。
3.制造高度着色DVD的方法，包括将光学质量聚碳酸酯树脂和着色剂制剂混合以形成高度着色的聚碳酸酯混合物的步骤，其中着色剂制剂存在的数量至少是高度着色的聚碳酸酯混合物的0.15wt％，并且其中在高度着色聚碳酸酯混合物中来自着色剂制剂的总金属杂质小于1.90ppm并大于0.04ppm，其中所述混合步骤包括将有色浓缩物加入光学质量聚碳酸酯树脂中。
4.制造高度着色光盘的方法，包括将光学质量聚碳酸酯树脂和着色剂制剂混合形成高度着色的聚碳酸酯混合物，其中着色剂制剂存在的数量至少是高度着色的聚碳酸酯混合物的0.15wt％，并且其中在高度着色聚碳酸酯混合物中来自着色剂制剂的总金属杂质小于1.90ppm并大于0.04ppm，其中所述有色浓缩物具有如下的颗粒计数分布情况1-3微米为少于7500颗粒，3-5微米为少于1000颗粒，5-10微米为少于700颗粒，并且其中所述混合步骤包括加入有色浓缩物。
5.高度着色的光盘，包括(i)第一基质，(ii)第二基质，(iii)粘合层，和(iv)数据层，其中所述粘合层和数据层布置在第一基质和第二基质之间，其中当通过检测入射到第一基质上的激光束的反射而被阅读时所述数据层具有构造成与有意义的数据相对应的形状，其中第一基质包含高度着色的聚碳酸酯混合物，该高度着色的聚碳酸酯混合物包含光学质量的聚碳酸酯树脂和数量至少是高度着色聚碳酸酯的0.15wt％的着色剂制剂，其中在高度着色聚碳酸酯混合物中总金属杂质小于2.80ppm并大于0.50ppm。
6.权利要求5的高度着色DVD，其中第一基质具有大于或等于5的UV粘合指数。
7.高度着色的DVD，包括(i)第一基质，(ii)第二基质，(iii)粘合层，和(iv)数据层，其中所述主粘合层和数据层布置在第一基质和第二基质之间，其中当通过检测入射到第一基质上的激光束的反射而被阅读时所述数据层具有构造成与有意义的数据相对应的形状，其中第一基质包含高度着色的聚碳酸酯混合物，该高度着色的聚碳酸酯混合物包含光学质量的聚碳酸酯树脂和数量是高度着色聚碳酸酯的0.15-0.4wt％的着色剂制剂，其中所述DVD通过包括将着色剂制剂加到光学质量聚碳酸酯树脂中的步骤的方法制造，其中在高度着色聚碳酸酯混合物中来自着色剂制剂的总金属杂质小于1.50ppm并大于0.04ppm。
8.权利要求1-4任一项的方法，其中着色剂制剂存在的数量少于高度着色聚碳酸酯混合物的0.4wt％。
9.权利要求5的高度着色DVD，其中着色剂制剂存在的数量少于高度着色聚碳酸酯混合物的0.4wt％。
10.权利要求7的高度着色DVD，其中着色剂制剂存在的数量少于高度着色聚碳酸酯混合物的0.4wt％。
11.权利要求9和10的高度着色DVD，其中在80℃和85％相对湿度老化4天后所述盘具有小于280的PISUM8测试值。
全文摘要
公开了高度着色光盘的实施方案和其制造方法。例如，说明书公开了DVD组成，包括粘合层和布置于它们之间的数据层，其中至少一个基质是含有高度着色聚碳酸酯的阅读侧基质，所述高度着色聚碳酸酯包含光学质量聚碳酸酯树脂和数量是高度着色聚碳酸酯的0.1－ 0.4wt％的着色剂制剂。对来自着色剂制剂的金属杂质范围进行了规定。
文档编号G11B7/24GK1871646SQ200480031473
公开日2006年11月29日 申请日期2004年10月12日 优先权日2003年10月24日
发明者V·派-帕兰亚佩, P·肖特兰德, V·托马斯 申请人:通用电气公司