NL8301482A - Matrijs en methode voor de vervaardiging van voorwerpen van kunststof onder toepassing van de matrijs. - Google Patents

Description

* % «* » PHN 10.657 1 N.V. Philips' Gloeilanpenfafarieken te Eindhoven.

"Matrijs en methode voor de vervaardiging van voorwerpen van kunststof onder toepassing van de matrijs".

De uitvinding heeft betrekking op een matrijs geschikt voor de vervaardiging van afdrukken van kunststof of afdrukken voorzien van een afdeklaag van kunststof, waarbij de matrijs vervaardigd, is uit kwarts of voorzien is van een toplaag van kwarts en waarbij het kwarts-5 oppervlak van de matrijs dat bij gebruik in aanraking kant met de kunststof, is voorzien van een losmiddel.

Kwartsmatr ij zen worden vooral toegepast als aan de te vervaardigen kunststof produkben hoge eisen worden gesteld en in het bijzonder indien het te vervaardigen kunststof produkt een zeer goed 10 gedefinieerd oppervlak moet bezitten. Zodanige produkten zijn bijvoorbeeld optische kcmponenten zoals lenzen, in het bijzonder asferische of sferische lenzen, bundeldelers (Eng.: beamsplitters), spiegels zoals infraroodspiegels en dergelijke. Aan het oppervlak van deze produkten warden hoge eisen gesteld zoals een zeer nauwkeurig profiel 15 of een ultraglad oppervlak. Andere produkten van kunststof of voorzien van een afdeklaag van kunststof waarvan het kunststof oppervlak uiterst nauwkeurig moet zijn, zijn informatiedragers, in het bijzonder de optisch uitleesbare informatiedragers die voorzien zijn van een fijn gedetailleerde optische struktuur. De optische struktuur bevat meestal 20 een optisch uitleesbaar informatiespoor van afwisselend qp hoger en lager niveau gelegen informatiegebiedjes. De afnetingen van de gebiedjes zijn ultra klein. Zo is bet hoogteverschil tussen de gebiedjes 0,1 tot 0,2^um. De lengte-afnetingen van de gebiedjes variëren konfarm de opgeslagen informatie van bijvoorbeeld 0,2 tot 3^um.

25 Het oppervlak van een matrijs van kwarts of voorzien van een toplaag van kwarts kan door middel van polijsten nauwkeurig worden geslepen tot bet gewenste profiel. Kwartsmatr ij zen vertonen bovendien een uitstekend tenperatuurgedrag dat bijvoorbeeld aanmerkelijk beter is dan dat van metalen matrijzen.

30 Kunststoffen zoals bij wijze van voorbeeld acrylaten, methacry- laten, polycarbonaat, polysulfon e.d. lossen moeilijk van een kwarts oppervlak. Dit betekent dat bij lossing teel gemakkelijk restanten van het vervaardigde kunststof produkt, hoe gering deze restanten ook 8301482

It PHN 10.657 2 mogen zijn, op het kwartsoppervlak achterblijven. Hierdoor wordt het kwartsoppervlak verontreinigd zodat geen goede afdrukken van kunststof vervaardigd kunnen worden. Er moet een losmiddel worden toegepast. Volgens de visie van Aanvrager moet dit losmiddel aan een aantal 5 essentiële eisen voldoen. In de eerste plaats moet het losmiddel in een uiterst dunne laag worden toegepast. In de tweede plaats moet het losmiddel goed verankerd worden qp het kwartsoppervlak. In de derde plaats moet het losmiddel volledig inert zijn ten opzichte van de kunststof waaruit de afdruk wordt vervaardigd. Dit betekent dat geen 10 interaktie tussen losmiddel en toegepaste kunststof mag plaatsvinden omdat anders de lossing niet optimaal verloopt en het oppervlak van de matrijs toch nog wordt verontreinigd.

Het is bekend can op glazen platen als losmiddel een laag van een polymere verbinding toe te passen. In de Japanse octrooiaanvrage 15 49120.959 (Kokai 38355 W/23) is een matrijs beschreven die een glazen plaat bevat welke voorzien is van een af dekmantel van polysiloxaan. Het polysiloxaan wordt op het oppervlak van de glasplaat aangebracht en vervolgens verhit op tenminste 150°C waarbij het polysiloxaan wordt gehard. Met behulp van de matrijs worden platen en lenzen van een 20 methacrylaat kunststof vervaardigd die redelijk van het polysiloxaan oppervlak gelost kunnen worden. Deze bekende glazen matrijs heeft het bezwaar dat de polysiloxaan laag relatief dik is waardoor het oppervlak van de afdrukken van kunststof niet echt nauwkeurig is gedefinieerd. Bovendien wordt het glasoppervlak vervangen door een SiO oppervlak.

25 Een dergelijk SiO oppervlak vertoont enige polariteit waardoor kunststoffen zoals polyacrylaten, polymethacrylaten, polycarbonaat e.d. toch nog een zekere inter aktie hebben met het SiO oppervlak.

De kunststoffen zullen in de regel wel redelijk gelost dat wil zeggen verwijderd kunnen worden van het SiO oppervlak. Desalniettemin blijft 30 op de duur enig kunststofmateriaal achter op het matrijsoppervlak.

Dit materiaal, hoe gering ook, zal de textuur van het oppervlak versluieren waardoor geen verdere afdrukken van goede kwaliteit vervaardigd kunnen worden.

De uitvinding heeft tot doel een matrijs te verschaffen, welke 35 voldoet aan de eerder vermelde eisen en de hierboven aangegeven bezwaren niet vertoont.

Deze doelstelling wordt bereikt met een matrijs van het in de aanhef genoende type die hierdoor is gekenmerkt dat als losmiddel 8301482 EHN 10.657 3 een monolaag van een alifatische alkohol wordt toegepast die op het kwartsoppervlak van de matrijs is verankerd.

De molekulen van de alifatische alkohol zijn verankerd op het kwartsoppervlak doordat de SiOH-groepen van het kwartsoppervlak 5 veresterd zijn met de OH-groepen van de alifatische alkohol. Er is dus sprake van een chemische binding tussen de alkohol en het kwartsoppervlak. De alifatische koolwaterstofrest van de alkohol is vanaf het kwartsoppervlak naar buiten gericht.

In een voorkeursvorm van de matrijs volgens de uitvinding 10 wordt op het kwartsoppervlak een monolaag van een alkylalkohol (alkanol) toegepast waarvan de alkylgroep tenminste 8 koolstofataren bevat. De alkylgroep bevat meestal niet meer dan 19 koolstofataren. Voorbeelden van geschikte alkoholen zijn decanol, dodecylalkohol, hexadecylalkohol en octadecylalkohol.

15 In een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de matrijs volgens de uitvinding wordt een monolaag van een alifatische alkohol toegepast waarvan de alifatische koolwaterstofrest een met fluor gesubstitueerde alkylgroep is. Het aantal koolstof atomen in de met fluor gesubstitueerde alkylgroep bedraagt bijvoorbeeld 2-12. Een voor-20 beeld van een geschikte fluor-alkylalkohol is bexaflucrethanol.

Hst kwartsoppervlak van de matrijs volgens de uitvinding is door toepassing van de monolaag van een alifatische alkohol gemodificeerd in een irimobiel, geheel inert oppervlak dat gevormd wordt door de alifatische koolwaterstofrest in het bijzonder een alkylgroep of 25 fluoralkylgroep. In de verkregen afschermlaag zijn geen polaire of andere reaktieve bestanddelen aanwezig zodat op de eerste laag van bijvoorbeeld alkylalkohol of fluoralkylalkohol geen tweede of volgende laag hechtend kan worden aangebracht. De laag van alkylalkohol of fluor-alkylalkchol is dus een echte monolaag waarvan de dikte overeenkomt 30 net de grootte van het molekuul. Bij toepassing van bijvoorbeeld hexadecylalkohol heeft de monolaag een dikte van ongeveer 3 nm (16C-atcmen).

De monolaag van de alifatische alkohol wordt aangebracht door het kwartsoppervlak te laten reageren net de alkohol. De reaktie 35 kan worden uitgevoerd door bijvoorbeeld de matrijs gedurende enige uren te dompelen in de alkohol. Bij voorkeur vindt de reaktie bij verhoogde temperatuur plaats, zoals bij 50-200°C. De alifatische alkohol bevat bij voorkeur een relatief geringe hoeveelheid van een zuur 8301482 PHN 10.657 4 zoals 1 % zwavelzuur. Hst zuur fungeert als katalysator waardoor de veresteringsreaktie tussen de SiOH-groepen van het kwartsqppervlak en de OH-groepen van de alkoholmolekulen wordt versneld. Na deze behandeling wordt de matrijs of het behandelde kwartsoppervlak van g de matrijs gespoeld met een organisch oplosmiddel zoals tolueen.

In vergelijk net de bekende polysilaxaan verbindingen hebben de mole-kulen van de volgens de uitvinding toegepaste alifatische alkohol een relatief geringe grootte en bezitten een relatief grote beweeglijkheid. Als gevolg hiervan heeft de eerder beschreven monolaag een dichte 10 molekuulpakking zodat het kwartsoppervlak optimaal is gemodificeerd en af geschermd.

In een gunstige uitvoeringsvorm is het kwartsqppervlak van de matrijs volgens de uitvinding ultraglad of is voorzien van een nauwkeurige optische profilering, op welk oppervlak een monolaag van 15 een alifatische alkohol is verankerd.

Met behulp van deze matrijs kannen optische kcmponenten en optische informatiedragers met een zeer nauwkeurig oppervlak worden vervaardigd. Vanwege de uiterst geringe dikte van de monolaag van de alifatische alkohol is het oppervlak van de vervaardigde afdruk van 20 kunststof of afdruk voorzien van een afdeklaag van kunststof, een nauwkeurige kopie van het kwartsoppervlak van de matrijs. Hst laatstgenoemde oppervlak is door toepassing van bijvoorbeeld polij sttechnieken zeer zorgvuldig vervaardigd. De toegepaste kunststof zoals een acrylaat-of methacrylaat kunststof lost zonder enige moeite van het inerte 25 oppervlak van de monolaag. Het inerte oppervlak vertoont geen inter-aktie met de kunststof. Als gevolg hiervan wordt de matrijs niet verontreinigd met restjes kunststof die anderszins een desastreuze invloed op de kwaliteit van de afdruk zouden hebben. Ben langdurig gebruik van de matrijs waarop de monolaag stevig gehecht blijft, 30 is mogelijk.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een methode voor de vervaardiging van voorwerpen van kunststof of voorwerpen voorzien van een afdeklaag van kunststof waarbij op het kwartsqppervlak van een matrijs een vloeibare kunststof samenstelling wordt aangebracht, op de 35 kunststof samenstelling desgewenst een steunlichaam wordt geplaatst, de vloeibare kunststofsamenstelling wordt omgezet in een vaste kunststof laag en de kunststof laag waarin het matrijsoppervlak is gekopieerd wordt verwijderd van de matrijs, waarbij in het geval dat een steun- 8301482 H3N 10.657 5 lichaam aanwezig is, de kunststof laag verbonden is net het steunlichaam, die hierdoor is gekenmerkt dat een matrijs wordt toegepast waarvan het kwartsqppervlak voorzien is van een monolaag van een alifatische alkohol die qp het kwartsqppervlak is verankerd.

5 Een geschikt proces is een spuitgietproces of een spuitpers- proces. Hierbij wordt, bij verhoogde temperatuur en druk een vloeibare plastische kunststof in een mal geperst die voorzien is van één of meer matrijzen. Na af laten van de druk en na afkoeling wordt een vast kunststofvoorwerp verkregen waarvan het oppervlak een kopie is van dat 10 van de matrijs.

Een ander interessant proces is een vrijwel drukloos polymeri-satïeproces waarmede afdrukken van een verknoopte kunststof verkregen kunnen worden. Volgens dit proces wordt een vloeibare met warmte of licht hardbare mcnateersamenstelling qp het oppervlak van de matrijs 15 aangebracht. Op de laag kan desgewenst een steunlichaam werden aangebracht zoals een glaslichaam of een lichaam van een transparante kunststof zoals polymethylmethacrylaat of polycarbonaat. De laag van de ironcneersairenstelling wordt gehard bijvoorbeeld door belichting met ultraviolet licht dat via de matrijs of via het steunlichaam op 20 de monateersamenstelling wordt gefokusseerd. Na de verknoping (polymerisatie) wordt het steunlichaam en de ermede verbonden geharde laag waarin het oppervlak van de matrijs is gekopieerd, van het matrijsoppervlak verwijderd. Een geschikte mcnoreersamenstelling bevat een mengsel van acrylaten en een foto-initiatar zoals een isobutylbenzoïne-25 ether.

Hat polymerisatieproces is met name geschikt voor de vervaardiging van optische katponenten of optisch uitleesbare informatiedragers.

Bij de vervaardiging van bijvoorbeeld een lens wordt als steunlichaam een glazen lenslichaam toegepast waarvan het oppervlak 30 niet nauwkeurig is gedefinieerd. Dit lenslichaam wordt met behulp van de matrijs en onder toepassing van het polymerisatieproces voorzien van een toplaag van een geharde kunststof die wel de vereiste qppervlakte-kwaliteit bezit.

De uitvinding wordt toegelicht met behulp van de tekening, 35 waarbij figuur 1 een dwarsdoorsnede is van een matrijs volgens de uitvinding, en figuur 2 een dwarsdoorsnede is van een matrijs met lens.

830 1 48 2 e» EHN 10.657 6

In figuur 1 is net het verwijzingscijfer 1 een uit kwarts vervaardigd matrijslichaam v^ergegeven dat aan één zijde een ultraglai gepolijst oppervlak heeft met een optisch profiel 2 (Schmidt-corrector profiel). Aan de zijde van profiel 2 is het matrijslichaam 1 voorzien 5 van een monolaag 3 van hexadecylalkohol net een dikte van 3 nm.

De monolaag is verkregen door het oppervlak van de matrijs gedurende 6 uur te behandelen, bij een temperatuur van 100°C, met hexadecylalkohol waaraan 1 vol. % zwavelzuur is toegevoegd. Als gevolg van de behandeling worden de op het kwartsoppervlak aanwezige SiOH groepen veresterd 10 met het hexadecylalkohol reagens. Hierna wordt het matrijscppervlak nog driemaal gespoeld met tolueen. Van de verkregen iratrijs kunnen replika's van kunststof of replika's voorzien van een afdeklaag van kunststof worden vervaardigd, zoals is weergegeven in figuur 2.

In figuur 2 zijn voor overeenkomstige onderdelen dezelfde 15 verwijzingscijfers als in figuur 1 toegepast. Op monolaag 3 van hexadecylalkohol wordt een laag 4 van een vloeibare, hardbare moncmeer-samenstelling aangebracht. De monomeersairenstelling is bijvoorbeeld iret licht zoals ultraviolet licht hardhaar. De monateersamenstelling bevat bijvoorbeeld een mengsel van acrylaten en een initiator zoals 20 isobutylbenzoïne-ether. Cp laag 4 van de monomeersaitenstelling wordt een glazen steunlichaam 5 geplaatst waarvan het oppervlak een profiel heeft dat globaal het negatief is van profiel 2. Laag 4 van de monateersamens telling wordt via de matrijs 1 of via het steunlichaam 5 belicht met ultraviolet licht. Het steunlichaam 5 en de ermede verbonden 25 geharde kunststof laag 4 wordt van het matrijsoppervlak verwijderd.

De lossing verloopt moeiteloos. Cp de matrijs blijft geen restant van het kunststof materiaal achter. De vervaardigde replika heeft een oppervlak van een geharde kunststof dat een exakte kopie is van dat van de matrijs.

30 1 8301482

Claims (5)

1. Matrijs geschikt voor de vervaardiging van afdrukken van kunststof of afdrukken voorzien van een af deklaag van kunststof, waarbij de matrijs vervaardigd is uit kwarts of voorzien is van een toplaag van kwarts en waarbij het kwartscppervlak van de matrijs dat 5 bij gebruik in aanraking kant met (te kunststof voorzien is van een losmiddel, met het kenmerk, dat als losmiddel een monolaag van een alifatische alköhol wordt toegepast die : cp het kwartscppervlak van de matrijs is verankerd.

2. Matrijs volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een 10 monolaag van een alkylalkohol wordt toegepast waarvan de alkylgroep tenminste 8 koolstofatcmen bevat.

3. Matrijs volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een monolaag van een alifatische alkohol wordt toegepast waarvan de alifatische koolwaterstofrest een met fluor gesubstitueerde alkylgroep is.

4. Matrijs volgens conclusie 1, 2 of 3, geschikt voor de ver vaardiging van optische voorwerpen van kunststof of optische voorwerpen voorzien van een afdeklaag van kunststof, waarbij het kwartscppervlak van de matrijs ultraglad is of voorzien is van een nauwkeurige optische profilering, op welk oppervlak een monolaag van een alifatische 20 alkohol is verankerd.

5. Methode voor de vervaardiging van voorwerpen van kunststof of voorwerpen voorzien van een afdeklaag van kunststof waarbij cp het kwartscppervlak van een matrijs een vloeibare kunststofsamenstelling wordt aangebracht, cp de kunststofsamenstelling desgewenst een steun-25 lichaam wordt geplaatst, de vloeibare kunststofsamenstelling wordt omgezet in een vaste kunststof laag en de kunststoflaag waarin het matrijsoppervlak is gekopieerd wordt verwijderd van de matrijs, waarbij in het geval dat een steunlichaam aanwezig is, de kunststoflaag verbonden is met het steunlichaam, met het kenmerk, dat een 30 matrijs wordt toegepast waarvan het kwartscppervlak voorzien is van een monolaag van een alifatische alkohol die cp het kwartscppervlak is verankerd. 1 8301482