Method and apparatus for producing plastic sheet

【０００１】
本発明は、プラスチックシートを形成するための方法および装置に関する。 特に、本発明は、低残留応力および高い表面品質を有するプラスチックシートを形成するための方法および装置に関する。 本発明方法により形成されるプラスチックシートは、例えば、光窓、光学フィルター、記録用媒体、および液晶ディスプレー（ＬＣＤ）のような、光学的および電子的ディスプレー用途において特に有用である。
【０００２】
光学的品質のガラスまたは石英のシートは、「基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」として電子的ディスプレー用途に使用される。 そのような用途においては、「基板」は電子的ディスプレーを造るために使用される物質のシートである。 そのような基板は、透明、半透明または不透明であることができるが、典型的には透明である。 一般的に、そのようなシートは、基板として使用する前に、それらに適用された導電性被覆物を有している。 そのような基板は、しばしば、光学的透明性、平滑性および最小の複屈折のための厳しい規格を有し、典型的には、ガスおよび溶剤の浸透に対して高い抵抗性を有していなければならない。 また、可撓性、対衝撃性、硬度およびひっかき抵抗性のような機械的性質も重要な考慮すべき事項である。 ガラスまたは石英のシートは、これらの物質が光学的および平滑性についての必要条件を満足させることが可能であり、かつ良好な耐熱性および耐薬品性およびバリヤー性を有しているので、ディスプレー用途に使用されてきた。 しかし、これらの物質は、いくつかの所望される機械的性質、特に、低密度、可撓性および耐衝撃性を有していない。
【０００３】
光学的またはディスプレー用途におけるガラスシートまたは石英シートの機械的限界のために、そのような用途にプラスチックシートを使用することが望ましい。 プラスチックシートは、等しい厚さのガラスシートまたは石英シートよりも、より大きい可撓性を有し、破損に対してより多く抵抗性があり、そしてより軽量であるが、合理的なコストで光学的用途およびディスプレー用途に使用するために要求される必要な光学的特性を有するプラスチックシートを造ることは非常に難しかった。 更に、多くのタイプのプラスチックシートは、基板をディスプレー装置の製造中における加工条件、特に温度についてかかる加工条件に暴露したときに許容できない寸法のゆがみを与える。
【０００４】
プラスチックシートを製造するために、キャスト（ｃａｓｔ）、押し出し、成形、延伸をはじめとする、いくつかの工業上に利用されている方法がある。 これらの方法の内で、いくつかは高品質のプラスチックシートを製造するのに適当でない。 本明細書を通して使用されている用語「高品質」は、次の特性を有するプラスチックシートを記述するのに用いられている：低い表面あらさ（ｌｏｗ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）、低い波打ち（ｌｏｗ ｗａｖｉｎｅｓｓ）、低い厚さ変動、および最小限のポリマー鎖の配向（例えば、不斉の物理的性質、複屈折または熱収縮によって測定される）。
【０００５】
例えば、射出形成法は、溶融プラスチックの金型の中への流れに起因して、特に薄いシート（例えば、１ｍｍの厚さまたはそれ以下）において、多量のポリマー鎖配向を生じさせ、許容できないほど複屈折を増加させ、無視できない光弾性係数を有するポリマーを生じやすい。 射出圧縮成形法は、表面の品質を改良し、ポリマー鎖の配向を減少させるために、射出後のポリマーをスクィーズ（ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ）する改良された成形方法である。 しかし、これらの改良をしてさえ、射出圧縮成形方法の高品質シート製造能力は限定されたものである。
【０００６】
圧縮成形法およびプレスつや出し法は、良好な表面品質を有するシートを製造するのに使用できる。 しかし、そのような方法に固有なスクィーズ流れは、ポリマー鎖の配向をもたらし、熱サイクル中に許容できない収縮を生じる。 更に、これらの方法は連続的に操作できず、それ故、労務コストおよび製造コストが増加する。
【０００７】
例えば、一軸延伸フィルムまたは二軸延伸フィルムのための、延伸操作およびインフレーション法（ｂｌｏｗｎ ｆｉｌｍ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）は、大量のポリマー鎖の配向を生じ、そして高品質のプラスチックシートを製造するには不適当である。
【０００８】
ソルベントキャスト法は、高品質フィルムを製造するのに使用することができる。 しかし、この方法によって製造できるフィルムの最大の厚さには実施上の制限がある。 更に、キャスティングに使用する溶剤はシートの形成後に除かなければならない。
【０００９】
シート押し出し法は、連続操作として行われるが、この方法は、ダイおよびロールスタック（ｒｏｌｌ ｓｔａｃｋ）におけるつや出しローラーの間におけるポリマー流れに起因して、許容できないポリマー鎖の配向を生じる。
【００１０】
それ故、連続法において、比較的安価に高品質プラスチックシートを製造でき、得られたプラスチックシートが、光学的および電子的ディスプレー用途の基板として使用できる、プラスチックシートの製造方法が求められている。
【００１１】
本発明は、（ａ）溶融プラスチック樹脂を提供し；（ｂ）この溶融プラスチック樹脂を、入口および出口を有するオーバーフローダイに導き；（ｃ）溶融プラスチック樹脂を、前記オーバーフローダイを使用して溶融ウェブに成形し；（ｄ）前記オーバーフローダイから遠くに前記溶融ウェブを導き；そして（ｅ）前記溶融ウェブを冷却して固体シートを形成する工程を包含している、高品質プラスチックシートの製造方法に関する。
【００１２】
また、本発明は、（ａ）溶融プラスチック樹脂を提供するためのソース；（ｂ）長さおよび幅を有するオーバーフローダイであって、前記ダイは、頂点に達する実質的に卵形の断面、導管の開口、および前記導管の開口と連結した計量装置を含み、溶融プラスチック樹脂は、導管の開口を通ってダイの中に流れ、計量装置を通ってダイの外へ流れ、そしてダイの側面のまわりに流れて、前記頂点において溶融ウェブを形成する、前記のダイ；（ｃ）前記ソースから前記オーバーフローダイに、前記溶融プラスチック樹脂を供給するための手段；および（ｄ）前記溶融ウェブを、前記オーバーフローダイから遠くに導くための誘導手段を包含する、高品質のプラスチックシートを製造するための装置に関する。
【００１３】
また、本発明は、高品質のプラスチックシートを形成するのに有用なオーバーフローダイであって、前記オーバーフローダイは、内面および外面を有し、そして（ａ）ダイの外面によって形成され、かつ１組のダイリップス（ｄｉｅ ｌｉｐｓ）を含んでいるオーバーフロー表面；（ｂ）前記オーバーフロー表面に連結された２つの外側表面；（ｃ）２つの外部側面の合流点によって形成され、かつ前記オーバーフロー表面の実質的に反対側に位置している頂点、ただし、ダイは実質的に卵形の断面を有しており；（ｄ）外部から内部への導管の開口；および（ｅ）ダイの内部に位置した計量装置、ただし、計量装置は、前記導管の開口および前記オーバーフロー表面と連結されている、を含んでいる、前記オーバーフローダイに関する。
【００１４】
図１は、本発明の典型的装置の正面図である。
図２は、図１の装置の側面図である。
図３Ａ〜３Ｃは、オーバーフローダイ２０の拡大図である。 図３Ａは、取り付けた加熱用マニホールドを有するダイの透視図である。 図３Ｂは、ダイの上面図である。 そして図３Ｃは、ダイの側面図である。
図４は、オーバーフローダイ２０の断面図である。
【００１５】
図５−７は、本発明のオーバーフローダイの別の態様である。 図５は、ダイ２０のスロット（ｓｌｏｔ）２２の代わりに一連の孔を有するオーバーフローダイを例示している。 図６は、非テーパースロット（ｎｏｎ−ｔａｐｅｒｉｎｇ ｓｌｏｔ）を有するオーバーフローダイを例示している。 図７は、「コートハンガー（ｃｏａｔｈａｎｇｅｒ）」装置を有するオーバーフローダイを例示している。
【００１６】
本明細書に使用されている次の用語は、特記のない限り、次の定義を有する。 「ガラス転移温度」または「Ｔｇ」は、ポリマーが相対的に硬くかつもろい状態から相対的に軟らかいかつ粘性のある状態（ゴム状）に変化する狭い温度範囲の中点である。 「プラスチック」は、シートを形成することができるポリマーをいい、たとえば熱可塑性プラスチックのようなポリマーをいう。 用語「ポリマー」および「樹脂」は、明細書を通して交換可能で用いられる。 「シート」は、約２５ｍｍ以下の厚さを有するシートを称し、かつ「フィルム」（０．５ｍｍ未満の厚さを有するシート）も含むように意図されている。 「収縮」は、加熱−冷却のサイクルにかけられたシートに起こる不可逆の寸法変化を称する。 次の略字が本明細書において使用される：ｃｍ＝センチメートル；ｍｍ＝ミリメートル；ｎｍ＝ナノメートル；μ＝ミクロン（マイクロメーター）；ｇ＝グラム；ｍＬ＝ミリリットル；Ｐａ＝パスカル；ＫＰａ＝キロパスカル；Ｐａ−ｓ＝パスカル−秒；ｓｅｃ＝秒；ｍｉｎ＝分；ｈｒｓ＝時間、ＵＶ＝紫外線；およびＩＲ＝赤外線。 すべての温度表示は、特にことわりがなければ、℃である。 特定した範囲の境界置は、特にことわりがなければ包含される。
【００１７】
本発明方法によって形成された高品質のプラスチックシートは、多くの用途に使用することができ、これらには、ＬＣＤおよびエレクトロルミネセンスのような電子的ディスプレー装置のための基板；光窓および光学フィルター；光学的、磁気的、化学的または他のタイプの記録用媒体のための基板；写真用またはＸ線用の用途のような映像のための基板が含まれるが、それらに限定されない。 本発明方法によって造られるシートのための具体的な用途により、低収縮性、低複屈折および表面の品質のようなシート特性の相対的な重要さは変化する。 また、所望するシートの厚さも具体的な用途により変化する。 一般的には、約２５ｍｍ以下、好ましくは１０〜５０００μ、そして最も好ましくは５０〜１０００μである。 シートの厚さは、溶融ポリマーをダイに供給する速度を変えることにより、または引き取り手段の速度を変えることにより、調節することができる。 ４００ｍｍの試料の長さについての厚さの変動は、一般的に、１０％以下、好ましくは５％以下、そして最も好ましくは１％以下である。
【００１８】
本発明の典型的な装置を図１〜４に示す。 当業者に明らかように、これらの図の中に例示された装置からの変動は、本発明の範囲内に含まれる。
【００１９】
ソース１０からの溶融ポリマーは、流路１２を経由してオーバーフローダイ２０に供給され（好ましくは、供給手段１４によって調節される）、導管の開口２１から導管２２を通してダイ２０に導入される。 溶融ポリマーをダイ２０に供給するときの溶融ポリマーの温度は、ダイ２０に近接して設置されているヒーター１５を使用することによって維持される。 溶融ポリマーが開口２１を満たすと、溶融ポリマーは計量装置、スロット２３を通って、ダイのリップ４０および４１上に押し出され、ダイ２０の側面２４および２５を流れ出る。 ダイ２０の頂点２６において、側面２４および２５から流れる溶融ポリマーは収束され、溶融ウェブ２７の始まりが形成される。
【００２０】
溶融ウェブ２７は、溶融ウェブをダイ２０から遠くに導く２組の誘導手段（例えば、タンクトレッド（ｔａｎｋ ｔｒｅａｄｓ）３１、３２、３３および３４）によって、その端部においてピックアップされる。 溶融ウェブ２７はダイ２０から離れるように導かれながら、ウェブの温度が、ポリマーのガラス転移温度以下に徐々に落とされ、その結果冷却されたシート４０を生じる。 任意的な態様において、誘導手段３１、３２、３３、３４に近接して設置された冷却手段３６は、ウェブの温度が低下するのを助ける。
【００２１】
溶融樹脂は任意の方法により供給することができる。 例えば、溶融樹脂は、重合反応器、混合機、脱蔵用装置〔例えば、フラッシュカラム、フォーリング ストランド デボラティライザー（ｆａｌｌｉｎｇ ｓｔｒａｎｄ ｄｅｖｏｌａｔｉｌｉｚｅｒ）またはワィプド フィルム エバポレイター（ｗｉｐｅｄ ｆｉｌｍ ｅｖａｐｏｒａｔｅｒ）〕または押し出し機から供給してもよい。 押し出し機が好ましい、なぜなら、それは、また、ポリマーを供給する手段として機能するからである（後述の議論を参照）。 一軸スクリュー押し出し機を使用することがもっとも好ましい。 ただし、二軸スクリュー押し出し機または多軸スクリュー押し出し機も使用できる。 二軸または多軸のスクリュー押し出し機を使用するならば、それらは、例えば逆転式、同時回転式、かみ合い式または非かみ合い式のどんなタイプでもよい。
【００２２】
溶融樹脂に、１種以上のプラスチック添加剤、例えば酸化防止剤、紫外線（ＵＶ）吸収剤、ＵＶ安定剤、蛍光または吸光染料、静電防止用添加剤、剥離剤、充填剤および粒状物を含有させてもよい。 ある種の目的のためにある種の樹脂と共に使用する添加剤のタイプおよび量は、プラスチック業界の当業者に知られており、従って本明細書の中に更に詳細に記述しない。
【００２３】
樹脂が加工される温度は、樹脂の組成に依存し、かつ加工する間に変化する。 温度は、樹脂が流れるほどに充分高くなければならないが、樹脂を劣化するほど高くしてはならない。 操作条件は、加工すべきポリマーのタイプによって変わるが、当業者に知られている範囲内である。 しかし、一般的な指針として、操作温度は１００〜４００℃である。 例えば、ＰＭＭＡは、１５０〜２６０℃の押し出し機バレル温度を有する押し出し機で、そして１５０〜２６０℃の溶融温度において加工できる。 また、ポリカーボネートまたはポリメチルメタクリルイミドのような他のポリマーは、適当により高い溶融温度（２００〜３３０℃）において使用できる。 揮発性物質および望ましくないある種の物質は、シートを形成する前に溶融樹脂から除くことが好ましい。 これは、当業者に知られている方法によって達成させることができる。
【００２４】
溶融ポリマーを一定の流量で供給するための供給手段１４は、流速を調節するために、そして溶融ポリマーを流路１２、導管の開口２１および導管２２を通ってダイ２０に供給するのに必要とする圧力を提供するために必要である。 供給手段には、たとえば前述したような任意の適当な押し出し機、ギアポンプ、またはそれらの組み合わせ物のような任意の機械式溶融ポンプのあらゆるタイプが使用できる。 簡単な形態において、供給手段は、重力供給または静水圧であってもよい。 供給手段は、当業者に知られた方法によって選ぶことができる。 ギアタイプの溶融ポンプを使用することが好ましい、なぜなら、それは、流速を調節し、そして流速の変動を最小にし、その結果としてより均一な厚さのシートが得られるからである。 更に、溶融ポンプの使用は、ポリマーのせん断熱を減少させることによって、溶融樹脂の劣化を減少させることができる。 溶融ポンプのための温度は、使用するプラスチック樹脂によって決められ、標準の押し出しプロセスに使用される温度と同等であるが、典型的には樹脂のＴｇより５０〜２００℃高い温度である。 例えば、広いシートの製造のためには、複数の供給手段を使用してもよい。 本発明においては、供給手段は、５０〜７０，０００ｋＰａ、好ましくは３００〜７０００ｋＰａ、そして最も好ましくは１０００〜３５００ｋＰａの範囲において、溶融ポリマーをオーバーフローダイの入口に提供する。
【００２５】
オーバーフローダイを使用して溶融プラスチック樹脂からシートを形成する。 ダイは、計量装置および断面における頂点に達する収束側面（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ ｓｉｄｅｓ）を有するオーバーフローダイ表面を有する。 ダイの長さ方向は、実質的に、直線、曲線、卵形、または円形にすることができる。 ダイの高さ：幅の比は、一般的に、１：１〜１０：１、好ましくは２：１〜５：１、そして最も好ましくは２．５：１〜４：１の範囲にすべきである。 長さ（または外周）：高さの比は、一般的に、少なくとも１：２、好ましくは少なくとも２：１、そしてもっとも好ましくは少なくとも３：１にすべきである。
【００２６】
オーバーフローダイの計量装置部分は、例えば孔、スロット、「コートハンガー」装置またはそれらの組み合わせのような流れを分配する要素からなり、それらは、ダイを横切る溶融樹脂の流れの分配を調節し、それによって、シートの厚さプロフィールが調節される。 そのような計量装置は、図５−７に例示されている。 当業者に知られているような他の計量装置を使用してもよい。 スロット装置が好ましい。 ダイの長さは造るべきシートの幅によるが、平均スロット間げき（スロット２３の平均の幅）：平均導管直径（導管２２の平均の直径）の比は、一般的に、少なくとも１：５、好ましくは少なくとも１：１０、そして最も好ましくは少なくとも１：２０にすべきである。 １ｍｍ以下の仕上げ厚さを有するシートのためには、ダイを横切る実質的に一定なスロット幅が好ましい。 より大きい厚さのためには、スロットが供給の末端においてより薄く、そして反対の末端においてより厚くなっている、テーパースロット（ｔｅｐｅｒｅｄ ｓｌｏｔ）が好ましい。 もし幅の広いシートを所望するならば、導管の開口２１および２１'（図６を参照）をダイの両末端において設置することができ、両端においてテーパーされたスロット２３を有することが可能である。
【００２７】
オーバーフロー表面はダイ２０の外面によって形成され、そして計量装置と連結し、かつ溶融ポリマーを収束側面２４および２５に導く、一組のダイリップス４０および４１からなっている。 収束性側面は溶融流れを頂点２６に導き、そこで溶融ウェブがダイから出される。 オーバーフロー表面は、テキスチャー（ｔｅｘｔｕｒｅ）があるかまたはなめらかであり得るが、好ましくはなめらかである。 更に、好ましくは、オーバーフロー表面は高度につやを出し、シートの変動および欠陥を最小にする。 オーバーフロー表面を被覆処理して（例えば、電気メッキまたは他の付着技術）、ダイ表面のなめらかさを改良し、腐食抵抗性を提供し、またはダイ上の流れ特性を改良することができる。
【００２８】
ダイの構成物質は重要である。 金属は、高い熱伝導性、良好な耐腐食性、高モジュラス、およびつや出しされる能力のために好ましい。 しかし、原理的には、ガラスおよびセラミックのような他の物質も使用できる。 ステンレス鋼または成形用具グレードの鋼を使用することが好ましい。
【００２９】
非平面シートを所望するならば、ダイのジオメトリーを、その所望に従って、当業者に知られている方法を使用して、改良することができる。 例えば、もし曲がったシートを所望であれば、ダイをその長さ方向の軸に沿って曲げることができる。
【００３０】
一般的に、１０秒^−１のせん断速度で、溶融プラスチックの粘度を、１０〜１００，０００ポアズ、好ましくは５０〜１０，０００ポアズ、そして最も好ましくは１００〜５０００ポアズに維持することが望ましい。 更に、ダイの単位長さあたりの溶融流量（長さによって割った流量）は、典型的には、１．０×１０ ^−３ 〜１０ｇ／ｓ／ｃｍ、好ましくは１．０×１０ ^−２ 〜１．０ｇ／ｓ／ｃｍ、そして最も好ましくは２．０×１０ ^−２ 〜２．０×１０ ^−１ ｇ／ｓ／ｃｍの範囲である。 粘度は温度を変えることによって調節できる。 ダイの設計に依存するが、温度の調節はいくぶん重要である。 ダイを横切る温度が一定であるほど、シートの厚さは均一になる。 ダイの長さ方向における一定でない温度分布から生じる厚さの変動は、スロットまたは他の計量装置の設計を変えることによって最小にすることができる。 例えば、温度調節は次の１つ以上によって達成される：電気カートリッジヒーター、赤外線ランプヒーター、加熱された油（または他の熱媒流体）、熱パイプ、またはマイクロ波ヒーター。 加熱された油または他の熱媒流体が好ましい。 なぜなら、温度はサーモスタットによって調節することができ、そして温度の均一性が容易に達成されるからである。 好ましくは、ダイは、温度の変動を最小にするために、部分的に密閉された領域の中に収容される。
【００３１】
溶融プラスチックは、ダイ上を通過後下方の方向へ流すことが好ましい、なぜなら、下方への流れは重力によって影響されるからである。 しかし、これは必須なことではない。 流れの速度は、重力の影響と引き取り手段により適用される張力との組み合わせによって決められる。 プラスチックの流れをダイから下方方向へ導くことにより、重力はシートの流れと同じ方向に作用し、それによって引き取り手段で必要とする張力を減少させ、シートの品質を改良できる。 ダイの通過後の溶融プラスチックは、「ウェブ」として知られている形態になる。
【００３２】
引き取り手段は、調節された速度において、ダイから溶融プラスチックウェブを移動し、ウェブを冷却する。 例えば、引き取り手段は、ローラーまたは「タンクトレッド」装置であり、それによってシートの外縁だけが引き取り手段と接触する。 「タンクトレッド」装置は、シート表面の平滑性を最大にするので、好ましい。 タンクトレッド装置は、図１および図２の装置の１部として、３１、３２、３３および３４として例示されている。
【００３３】
引き取り装置は、プラスチックシートが製造される速度を調節し、所定のポリマー流量においてシートの厚さを決める。 それ故、引き取り手段の速度を調節することは、極めて重要である。 また、引き取り手段はシートの重量を支持し、それによってシートの幅および厚さが維持される。 引き取り手段は、支持されない溶融樹脂の量を最小にするように、ダイにできるだけ近く位置させることが望ましい。 ダイの頂点から引き取り系への距離（例えば、タンクトレッド装置の上部のニップ領域）は、典型的には、２５ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、そして最も好ましくは５ｃｍ未満である。
【００３４】
シートの引き取り速度は、所望するシートのタイプおよび厚さによって変わる。 例えば、０．４ｍｍの厚さを有するシートのためには、シートの引き取り速度は、一般的に、１０〜１０００ｃｍ／分、好ましくは２０〜２００ｃｍ／分、そして最も好ましくは５０〜１００ｃｍ／分の範囲であり、これに対して、１ｍｍの厚さを有するシートのためには、引き取り速度は、一般的に、５〜５００ｃｍ／分、好ましくは１０〜１００ｃｍ／分、そして最も好ましくは２５〜５０ｃｍ／分の範囲である。 同様に、曲げる前の引き取り系における冷却中の滞留時間は変わる。 例えば、０．４ｍｍの厚さを有するシートのためには、曲げる前の滞留時間は、一般的に、１０秒以上、好ましくは１分以上、そして最も好ましくは２以上分であり、これに対して、０．２ｍｍの厚さを有するシートのためには、曲げる前の滞留時間は、一般的に、５秒以上、好ましくは３０秒以上、そして最も好ましくは１分以上である。
【００３５】
プラスチックシートは、引き取り系による移動中に自然の対流により、または強制された対流により、冷却することができる。 自然の対流は、空気または流体浴を通過する間のシートの受動的冷却からなっている。 強制された対流は、熱伝達を強化するために、シートに沿って、またはシートに対して、熱伝達流体をポンピングまたはブローイングすることにより達成される。 ブロワーおよびプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）装置を利用する強制ガス対流は、シートの波しわおよび表面のきずあとを最小にするために好ましい。 シートを冷却するために微粒状物のないきれいな流体を使用して表面の汚染または欠陥を防止するのが好ましい。 例えば、ＨＥＰＡフィルターを、この目的のために空気またはガス冷却剤を使用するとよい。 どんな流体または流体の組み合わせ物もシートを冷却するのに使用できるが、ただし使用する流体は加工されるプラスチック物質に有害でないことが必要である。 有用な冷却用流体の例には、空気、窒素、水、油類およびグリコール類がある。 被覆剤として作用し、かつ冷却浴からでるときにプラスチック上にフィルムとして付着される適当な冷却剤を使用することにより、冷却工程と被覆工程を組み合わせることも可能である。
【００３６】
引き取り手段の次に種々の随意に用いる装置を使用してもよいことは、当業者によって認められるであろう。 随意に用いる装置の例には、フィルム巻き取り機、ヘリ切断機、シート切断機、および包装用装置のような公知のフィルム取扱い装置が含まれる。 更に、他の後工程の装置、例えば成形用装置、被覆用装置、装飾用装置、および積層用装置を利用することもできる。
【００３７】
本発明方法は、あらゆる適当なプラスチック樹脂を使用することができ、好ましくは熱可塑性樹脂を使用する。 熱可塑性樹脂は、可逆的に熱にさらされたときは軟化し、冷却により硬くなるポリマー樹脂である。 熱可塑性樹脂は、実質的に架橋されていない線状または分枝鎖のポリマーである。 本発明方法に有用な熱可塑性樹脂は、実質的に架橋していないで、かつ、溶融加工温度、すなわち、１０ ^４ホアズのオーダーの粘度を有する温度において、１０分以上の滞留時間での熱安定性を有している。 本発明方法に有用である熱可塑性樹脂の例には、アクリル酸、メタクリル酸およびそれらのエステルのホモポリマーまたはコポリマー、これらにはスチレンおよびその誘導体、Ｎ−アルキルマレイミド、アクリロニトリル、および酢酸ビニルと生成したコポリマーが含まれるが、それらに限定されない；フェノキシエーテル；ポリフェニレンオキサイド樹脂；エポキシ樹脂；セルロース樹脂；ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）のようなビニルポリマー；フッ素化エチレン−プロピレンおよびポリ（フッ化ビニリデン）のようなフルオロポリマー；ポリカーボネート；ポリスチレン；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１のようなポリオレフィン、そしてこれらには環状ポリオレフィンも含まれる；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン；ポリエーテルケトン；ポリエーテルイミド；ポリフェニレンスルフィド；ポリアリーレンエステル樹脂；ポリエステル；Ｎ−Ｈおよび／またはＮ−アルキルグルタルイミドのホモポリマーまたはコポリマー；アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）；スチレン−アクリロニトリル樹脂（ＳＡＮ）；スチレン−無水マレイン酸樹脂（ＳＭＡ）；イミド化ＳＭＡ；およびポリアミド（ナイロン）、が含まれるが、これらに限定されない。 また、熱可塑性樹脂の混合物を使用してもよい。 特に有用な熱可塑性樹脂混合物には、例えば、ＳＡＮ−ポリグルタルイミド、ポリカーボネート−ポリエステル、ＰＭＭＡ−ポリ（フッ化ビニリデン）およびポリスチレン−ポリ（フェニレンオキサイド）が含まれる。 本発明方法および装置に使用するのに好ましい樹脂は、ポリカーボネート；線状アクリルホモポリマーおよびコポリマー；環状ポリオレフィン；および線状イミド化アクリルポモポリマーおよびコポリマー、例えば米国特許第４，７２７，１１７号（Ｈａｌｌｄｅｎ−Ａｂｂｅｒｔｏｎ、等）および同第４，２４６，３７４号（Ｋｏｐｃｈｉｋ）に記載された化合物、である。
【００３８】
本発明に有用なプラスチック樹脂は、典型的には、付加重合法または縮合重合法から造られる。 付加重合法には、塊状重合および水または有機溶剤媒質中の溶液重合または分散重合が含まれ、そのような方法は当業界でよく知られており、カチオン性、アニオン性、またはフリーラジカルによる開始および生長反応を含む。 縮合重合法には、塊状重合法、溶液重合法および分散重合法が含まれる。 塊状重合法以外の重合法によって生成したプラスチック樹脂は、樹脂を単離するために、その後の処理が必要である。
【００３９】
本発明は以下の態様を含む。
（１）（ａ） 溶融プラスチック樹脂を提供し；
（ｂ） この溶融プラスチック樹脂を、入口および出口を有するオーバーフローダイに導き；
（ｃ） 溶融プラスチック樹脂を、前記オーバーフローダイを使用して溶融ウェブに成形し；
（ｄ） 前記オーバーフローダイから離れるように前記溶融ウェブを導き；そして
（ｅ） 前記溶融ウェブを冷却して固体シートを形成する
工程を包含している、高品質プラスチックシートの製造方法。
（２） 溶融プラスチック樹脂のソースは押し出しによって供給される、前記（１）記載の方法。
（３） 樹脂は、アクリル酸、メタクリル酸およびそれらのエステルのホモポリマーまたはコポリマー；フェノキシエーテル；ポリフェニレンオキサイド樹脂；エポキシ樹脂、セルロース樹脂；ビニルポリマー；フルオロポリマー；ポリカーボネート；ポリスチレン；ポリオレフィン；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン；ポリエーテルケトン；ポリエーテルイミド；ポリフェニレンスルフィド；ポリアリーレンエステル樹脂；ポリエステル；Ｎ−Ｈおよび／またはＮ−アルキルグルタルイミドのホモポリマーまたはコポリマー；アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂；スチレン−アクリロニトリル樹脂；スチレン−無水マレイン酸樹脂；イミド化スチレン−無水マレイン酸；ポリアミド；およびそれらの混合物、からなる群から選ばれた熱可塑性樹脂である、前記（１）記載の方法。
（４） 熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート；線状アクリルホモポリマーおよびコポリマー；環状ポリオレフィン；および線状イミド化アクリルホモポリマーおよびコポリマー、からなる群から選ばれる、前記（３）記載の方法。
（５） アクリル酸、メタクリル酸およびそれらのエステルのコポリマーは、スチレンおよびその誘導体、Ｎ−アルキルマレイミド、アクリロニトリル、または酢酸ビニルと共重合したアクリル酸、メタクリル酸またはそれらのエステルを含んでいる、前記（３）記載の方法。
（６） 熱可塑性樹脂は、スチレン−アクリロニトリル−ポリグルタルイミド、ポリカーボネート−ポリエステル、ポリメチルメタクリレート−ポリ（フッ化ビニリデン）およびポリスチレン−ポリ（フェニレンオキサイド）、からなる群から選ばれた樹脂の混合物である、前記（３）記載の方法。
（７）（ａ） 溶融プラスチック樹脂を提供するためのソース；
（ｂ） 長さおよび幅を有するオーバーフローダイであって、前記ダイは、頂点に達する実質的に卵形の断面、導管の開口、および前記導管の開口と連結した計量装置を含み、溶融プラスチック樹脂は、導管の開口を通ってダイの中に流れ、計量装置を通ってダイの外へ流れ、そしてダイの側面のまわりに流れて、前記頂点において溶融ウェブを形成する、前記のダイ；
（ｃ） 前記ソースから前記オーバーフローダイに、前記溶融プラスチック樹脂を送出するための手段；および（ｄ） 前記溶融ウェブを、前記オーバーフローダイから遠くに導くための誘導手段を包含する、高品質のプラスチックシートを製造するための装置。
（８） 前記溶融プラスチック樹脂を前記ソースから前記オーバーフローダイに供給するための供給手段を更に含んでいる、前記（７）記載の装置。
（９） 供給手段はギアタイプの溶融ポンプを含んでいる、前記（８）記載の装置。
（１０） 異物の粒子を除くためのフィルターを更に含んでおり、前記フィルターは、前記ソースと前記オーバーフローダイとの間に設置されている、前記（７）記載の装置。
（１１） 前記誘導手段に近接して冷却手段を更に含んでいる、前記（７）の装置。
（１２） 前記（１）の方法によって製造された、光学的品質のプラスチックシート。
（１３） 高品質のプラスチックシートを形成するのに有用なオーバーフローダイであって、前記オーバーフローダイは、内面および外面を有し、そして（ａ） ダイの外面によって形成され、かつ１組のダイリップスを含んでいるオーバーフロー表面；
（ｂ） 前記オーバーフロー表面に連結された２つの外部側面；
（ｃ） ２つの外部側面の合流点によって形成され、かつ前記オーバーフロー表面に実質的に対立して位置している頂点、ただし、ダイは実質的に卵形の断面を有しており；
（ｄ） 外部から内部への導管の開口；および（ｅ） ダイの内部に位置した計量装置、ただし、計量装置は、前記導管の開口および前記オーバーフロー表面と連結されている、を含んでいる、前記オーバーフローダイ。
（１４） ４００ｍｍにわたる長さで１０％以下の厚さの変動を有する、厚さが２５ｍｍ以下、収縮率が０．０５％以下、波うち価Ｗｙが１．０μ以下、およびあらさ値Ｒｑが５０ｎｍ以下である、光学的品質のプラスチックシート。
（１５） 厚さが１０〜５０００μである、前記（１４）のプラスチックシート。
（１６） 厚さが５０〜１０００μである、前記（１５）のプラスチックシート。
（１７） 複屈折率が０．０００２以下である、前記（１４）のプラスチックシート。
（１８） 複屈折率が０．００００５以下である、前記（１７）のプラスチックシート。
次の実施例は、本発明の更に種々な面を例示するために提示されており、すべての点において本発明の範囲を限定することは意図されていない。
【００４０】
実施例１：アクリルフィルムの製造
この実施例は、光学的品質のアクリルシートを造るために使用した本発明方法を例示している。
【００４１】
１１０，０００の平均分子量を有するＰＭＭＡ樹脂を、３０：１のＬ：Ｄ比を有する２インチ（５ｃｍ）直径の一軸スクリューベント式２段押し出し機の中に、容量供給装置を使用し、３．１ｇ／ｓの速度でスターブフィード（ｓｔａｒｖｅ−ｆｅｅｄ）した。 押し出し機のバレルは、供給端における２０４℃から排出端における２７４℃までの温度プロフィールを有していた。 樹脂を、７２０〜７５０ｍｍＨｇにおいて操作する脱蔵ベントを使用して脱蔵した。 スクリューを３０ｒｐｍにおいて回転した。 ギアタイプの溶融ポンプを使用し、スクリーンパックフィルターを通して溶融樹脂を、１．２７ｃｍ直径の内部導管および１．２７ｃｍの間隔を有する一連の２２の計量用孔を有する１２''（３０ｃｍ）の長さのオバーフローダイに、ポンプで注入した。 計量用孔の直径は、ダイの供給端から下流端に、３．１８ｍｍから３．７３ｍｍに増加した。 溶融ポンプ温度は２７４℃であった。 溶融ポンプの吸引圧は２１００ｋＰａ． であり、そして溶融ポンプの排出圧は約４１００ｋＰａ． であった。 オーバーフローダイは、内部を３個の電気カートリッジヒーターを使用して加熱し、そして外部を３個のＩＲ加熱ユニットを使用して２７４℃の温度に加熱した。 ダイの頂点において形成された溶融ウェブは、２組のタンクトレッドを使用して運び、２個の空気プレナムを使用して適用する冷却された強制空気を使用して冷却した。
【００４２】
その結果得られたシートは、０．３２５ｍｍの平均厚さ、１４．６ｎｍの表面あらさＲｑ、および５ｎｍ未満のオプティカルリターダンス（ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ）を有していた。
【００４３】
実施例２：イミド化アクリルシートの製造
この実施例は、光学的品質のイミド化アクリルシートを造るために使用した本発明方法を例示している。
【００４４】
９７，５００の重量平均分子量および約１８０℃のガラス転移温度を有するキャップしたイミド化アクリル樹脂を、３０：１のＬ：Ｄ比を有する２インチ（５ｃｍ）直径の一軸スクリューベント式２段押し出し機の中に、重量供給装置を使用し、２．５ｇ／ｓの速度でスターブフィードした。 押し出し機のバレルは、供給端における２４６℃から排出端における３２９℃までの温度プロフィールを有していた。 樹脂を、７２０〜７５０ｍｍＨｇにおいて操作する脱蔵ベントを使用して脱蔵した。 スクリューを３０ｒｐｍにおいて回転した。 ギアタイプの溶融ポンプを使用し、スクリーンパックフィルターを通して溶融樹脂を、１．５８８ｃｍ直径の内部導管および０．０３８インチから０．０４２インチ（０．９６５ｍｍから１．０６７ｍｍ）にテーパーしている１６インチ（４０ｃｍ）の長さのスロットを有する２５．５インチ（６５ｃｍ）の長さのオーバーフローダイに、ポンプで注入した。 溶融ポンプ温度は３２９℃であった。 溶融ポンプの吸引圧は約４１００ｋＰａ． であった。 溶融ポンプの排出圧は約１６５０ｋＰａ． であった。 ダイは、ダイ中の内部の孔を経由する熱油系（油の温度＝３４３℃）を使用して加熱し、そしてダイのまわりの空気を強制空気オーブン（温度＝２８０℃）で加熱した。 ダイの頂点において形成された溶融ウェブは、１．２ｃｍ／ｓの速度において操作する２組のタンクトレッドを使用して運び、部屋の空気の自然対流により冷却した。
【００４５】
冷却されたシートから２００ｍｍ×２００ｍｍの試験片を切断し、そして試験した。 得られたシートは、±０．０１５ｍｍの変動を持つ０．３９０ｍｍの厚さを有していた。 表面の波打ちＷｙおよびＷｑは、それぞれ０．５μ未満および０．１８μであり、表面のあらさＲｑは７．６ｎｍであり、そしてオプティカルリターダンスは６ｎｍ未満であった。 １６０℃の温度において測定された熱収縮は０．０３％以下であった。
【００４６】
実施例３：ポリカーボネートシートの製造
この実施例は、光学的品質のポリカーボネートシートを造るために使用した本発明方法を例示している。
【００４７】
押し出しグレードのポリカーボネート樹脂（ＧＥ Ｌｅｘａｎ １０１）を、３０：１のＬ：Ｄ比を有する２インチ（５ｃｍ）直径の一軸スクリューベント式２段押し出し機の中に、重力供給装置を使用し、４．４ｇ／ｓの速度でスターブフィードした。 押し出し機のバレルは、供給端における２３２℃から排出端における３１５℃までの温度プロフィールを有していた。 樹脂を、７２０〜７５０ｍｍＨｇにおいて操作する脱蔵ベントを使用して脱蔵した。 スクリューを３０ｒｐｍにおいて回転した。 ギアタイプの溶融ポンプを使用し、スクリーンパックフィルターを通して溶融樹脂を、１．９０５ｃｍ直径の内部導管および０．０３８インチから０．０４５インチ（０．９６５ｍｍから１．１４３ｍｍ）にテーパーしている２８インチ（７１ｃｍ）の長さのスロットを有する３７．５インチ（９５ｃｍ）の長さのオーバーフローダイに、ポンプで注入した。 溶融ポンプ温度は３１５℃であった。 溶融ポンプの吸引圧は約３４００ｋＰａ． であった。 溶融ポンプの排出圧は約１３００ｋＰａ． であった。 ダイは、ダイ中の内部の孔を経由かる熱油系（油の温度＝３１５℃）を使用して加熱し、そしてダイのまわりの空気を強制空気オーブン（２６０℃）で加熱した。 ダイの頂点において形成された溶融ウェブは、１．２ｃｍ／ｓの速度において操作する２組のタンクトレッドを使用して運び、部屋の空気の自然対流により冷却した。
【００４８】
冷却されたシートから４００ｍｍ×４００ｍｍの試験片を切断し、そして試験した。 得られたシートは、横方向および機械方向の両方において±０．０２ｍｍの変動を持つ０．４３ｍｍの平均厚さを有していた。 Ｗｙは１μ未満であり、Ｗｑは０．１５μであり、表面のあらさＲｑは１０ｎｍ未満であり、そして平均オプティカルリターダンスは２０ｎｍであり、１０ｎｍの変動を有していた。 １３０℃において測定された熱収縮は０．０２％であった。
【００４９】
実施例４：ポリカーボネートフィルムの製造
この実施例は、光学的品質のポリカーボネートフィルムを造るために使用した本発明方法を例示している。
【００５０】
押し出しグレードのポリカーボネート樹脂（ＧＥ Ｌｅｘａｎ １０１）を、３０：１のＬ：Ｄ比を有する２インチ（５ｃｍ）直径の一軸スクリューベント式２段押し出し機の中に、重力供給装置を使用し、２．５ｇ／ｓの速度でスターブフィードした。 押し出し機のバレルは、供給端における２３２℃から排出端における３１５℃までの温度プロフィールを有していた。 樹脂を、７２０〜７５０ｍｍＨｇにおいて操作する脱蔵ベントを使用して脱蔵した。 スクリューを３０ｒｐｍにおいて回転した。 ギアタイプの溶融ポンプを使用し、スクリーンパックフィルターを通して溶融樹脂を、１．９０５ｃｍ直径の内部導管および０．０３８インチから０．０４５インチ（０．９６５ｍｍから１．１４３ｍｍ）にテーパーしている２８インチ（７１ｃｍ）の長さのスロットを有する３７．５インチ（９５ｃｍ）の長さのオバーフローダイに、ポンプで注入した。 溶融ポンプ温度は３１５℃であった。 溶融ポンプの吸引圧は約３４００ｋＰａ． であり、そして溶融ポンプの排出圧は約１３００ｋＰａ． であった。 ダイは、ダイ中の内部の穴を経由する熱油系（油の温度＝３１５℃）を使用して加熱し、そしてダイのまわりの空気は強制オーブン（温度＝２５０℃）で加熱した。 ダイの頂点において形成された溶融ウェブは、３．１ｃｍ／ｓの速度において操作する２組のタンクトレッドを使用して運び、部屋の空気の自然対流により冷却した。
【００５１】
冷却されたシートから４００ｍｍ×４００ｍｍの試験片を切断し、そして試験した。 その結果得られたフィルムは、横方向および機械方向の両方において±４μの変動を持つ５４μの平均厚さを有しており、そして１０ｎｍ未満のオプティカルリターダンスを有していた。
【００５２】
試験方法
次の試験方法を、前述の実施例において造られたシートを試験するために用いた。 これらの試験方法は、一例であり、かつそれらの結果は方法に依存しない。
【００５３】
オプティカルリターダンス：
６３２．８ｎｍ波長における光のリターダンスを次の方法によって決めた。 偏光させたレーザービーム（実験フレームに対して−４５°において偏光させた）を、プラスチックシートを通して通過させ、次いで実験フレームに対して０°にセットした光学軸に配向された光弾性モジュレータ（ｐｈｏｔｏｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＰＥＭ）（Ｍｏｄｅｌ ＰＥＭ−９０，Ｈｉｎｄｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．；Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ，Ｏｒｅｇｏｎ）を通して通過させた。 ＰＥＭの電圧を１／４波長リターダンス（１５８．２ｎｍ）に設定した。 次いで、光を第２の線状ポーラライザー（偏光軸＋４５°）を通して通過させ、そして強度をシリコンダイオード検出器（Ｍｏｄｅｌ ＰＤＡ−５０，ＴｈｏｒＬａｂｓ Ｉｎｃ．；Ｎｅｗｔｏｎ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）によって検出した。 ＰＥＭおよび検出器をモジュレートし、そして検出器からのシグナルを固定増幅器（ｌｏｃｋ−ｉｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）（Ｍｏｄｅｌ ５２１０，ＥＧ＆Ｇ Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ；Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）によって処理した。 プラスチックシートをレーザービームに対して直角に回転させて最大の信号を見出した。 リターダンスは、最大の信号を標準１／４波長板に対して測定した信号と比較することによって決めた。
【００５４】
物質の複屈折率は、物質のオプティカルリターダンスをその厚さによって割ることによって得ることができる。 例えば、プラスチックの０．４ｍｍの厚さのシートのためのオプティカルリターダンスが４ｎｍであるならば、物質の複屈折率は０．００００１である。 本発明方法によって造った光学的品質のプラスチックシートにおいては、物質の複屈折率は、それが０．０００２以下、好ましくは０．００００５以下、そして最もこのましくは０．００００１以下であるならば低いものであると考えられる。
【００５５】
シートの波打ち：
シートの波打ち（ＷｙおよびＷｑ）は、スティラスプロファイラー（ｓｔｙｌｕｓ ｐｒｏｆｉｌｅｒ）（Ｓｕｒｆａｎａｌｙｚｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ５０００，Ｆｅｄｅｒａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ；Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｅ，Ｒｈｏｄｅ Ｉｓｌａｎｄ）を使用し、ＳＥＭＩ 標準 Ｄ１５−１２９６の手順と同様の手順で測定した。 測定されたプロフィールは、ガウスの長波長カットオフ（８ｍｍ）（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｌｏｎｇ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｕｔｏｆｆ）でデジタル的にフィルターした。 Ｗｙは、２０ｍｍの試料の長さにおける最大値と最小値との間の差であり、Ｗｑは、８ｍｍについて計算した平均ラインからのフィルターされたプロフィールの根平均二乗平均偏差（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ａｖｅｒａｇｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）であり、８０ｍｍの評価の長さについて平均した。 本発明方法により造られた光学的品質のシートのためには、Ｗｙは、１．０μｅｔ、好ましくは０．２μ以下、そして最も好ましくは０．０５μ以下である。
【００５６】
シートのあらさ：
シートのあらさ（Ｒｑ）は、スティラスプロファイラー（Ｄｅｋｔａｋ ３−３０，Ｖｅｅｃｏ／Ｓｌｏａｎ；Ｓａｎｔａ Ｂａｒｂａｒｅ，ＣＡ）を使用し、ＳＥＭＩ 標準 Ｄ７−９４の手順と同様の手順で測定した。 測定されたプロフィールは、ガウス長波長カットオフ（０．０８ｍｍ）および短波長カットオフ（０．００２５ｍｍ）でデジタル的にフィルターした。 評価長さは０．４ｍｍであった。 あらさのパラメーター（Ｒｑ）は、平均ラインからのフィルターされたプロフィールの根平均二乗平均偏差である。 ３つの異なった測定からの平均値を報告した。 本発明方法により造られた光学的品質のシートのためには、Ｒｑは、５０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下、そして最も好ましくは５ｎｍ以下である。
【００５７】
収縮：
収縮は、熱処理前および処理後の試料の長さを直接測定することにより決めた。 多数の測定を行い、プラスチックの乾燥試験片の長さを決めた。 測定の正確度は０．００５％であった。 試料は、そのＴｇ以下のセット温度に４時間加熱した。 室温に冷却することにより、長さを多数の測定により再び求めた。 加熱サイクルの前および後の長さの変化の百分率を収縮率として報告した。 本発明方法によって造られた光学的品質のためには、収縮率は、０．０５％以下、好ましくは０．０２％以下、そして最も好ましくは０．００５％以下である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の典型的装置の正面図である。
【図２】 図２は、図１の装置の側面図である。
【図３】 図３Ａ〜図３Ｃは、オーバーフローダイ２０の拡大図である。 図３Ａは、取り付けた加熱用マニホールドを有するダイの透視図である。 図３Ｂは、ダイの上面図である。 そして図３Ｃは、ダイの側面図である。
【図４】 図４は、オーバーフローダイ２０の断面図である。
【図５】 図５Ａ、および図５Ｂは、本発明のオーバーフローダイの別の態様である。
【図６】 図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、本発明のオーバーフローダイの別の態様である。
【図７】 図７Ａおよび図７Ｂは、本発明のオーバーフローダイの別の態様である。