Brevet FR2546654A1 — publié le 19841130

Disque pour enregistrement d'informations sous haute densité du type utili- sant des particules de noir de carbone purifié par électrolyse. La présente invention concerne la technique de l'enregistrement et elle a trait, plus particulièrement, à des disques d'enregistrement d'informations sous haute densité, comme par exemple les disques vidéo ou audio numériques sur lesquels un signal d'information est enregistré sous la forme de varia- tions géométriques. Dans certains systèmes de lecture d'informations, le signal d'informa- 1 Otion est codé sous la forme de variations géométriques ou microcuvettes dans un plan ou sillons en spirale, ou dans des plans ou sillons concentriques sur un support ou substrat d'enregistrement d'informations Le support sur lequel le signal d'information a été enregistré est restitué de la manière suivante. Lorsque l'on fait effectuer à une pointe de lecture, tel qu'un diamant sur lequel se trouve une électrode, un balayage par rapport à une piste enregis- trée du support, des variations capacitives apparaissent entre la pointe de lecture et le support en raison des variations géométriques dans le plan ou le sillon. On a proposé d'utiliser de nombreux types de disques d'enregistrement d'informations dans le type décrit ci-dessus de systèmes de lecture d'infor- mations à capacité électrostatique Un tel disque dvenregistrement d'informa- tions typique est celui que l'on obtient en moulant sous pression une compo- sition plastique conductrice comprenant une résine telle que du chlorure de polyvinyle et une matière conductrice telle que le noir de carbone. Lorsque l'on répète le moulage sous pression de compositions de résine de chlorure de vinyle comprenant des particules de noir de carbone qui y sont dispersées en utilisant des matrices en vue d'une production en grande série, il arrive fréquemment que de fins défauts apparaissent inévitablement sur les matrices Une fois qu'ils sont formés, ces défauts sont invariablement repro- duits tels quels par le moulage à la presse en même temps que le signal d'information On a constaté que ces défauts entraînent des défauts de si- gnaux au moment de la lecture du disque portant ces défauts En d'autres termes, le signal d'information devant être enregistré n'est pas formé d'une façon précise sur le support d'enregistrement en raison de la présence des fins défauts présents sur les matrices. La demanderesse a procédé à des études dont les résultats lui ont permis de constater que la formation des fins défauts est due en grande partie à la présence d'impuretés dans le noir de carbone Le noir de carbone contient ordinairement des métaux alcalins et des métaux alcalinoterreux En plus de ces métaux, de la silice, du soufre, de l'aluminium et autres substances analogues sont également contenus en tant qu'impuretés Parmi ces dernières- la silice et l'aluminium tendent à endommager les surfaces des matrices lorsque l'on forme les disques vidéo ou audio numériques en moulant à la presse la composition de résine comprenant le noir de carbone sous une pres- 1 Osion de compression élevée Le soufre favorise la décomposition thermique de la résine de chlorure de vinyle et il corrode les machines de traitement Par suite de cette corrosion, il peut arriver que des corps étrangers à base de fer soient incorporés dans les disques. En outre, lorsque des disques d'enregistrement d'informations sont placés dans des conditions de température et de pression élevées, le calcium ou les métaux alcalino terreux ou alcalins analogues dérivés du noir de carbone peuvent entraîner l'apparition de défauts sous forme d'aspérités, ces défauts conduisant à l'apparition de défauts de signaux lors de la lecture des disques. Un objet de la présente invention est d'obtenir des disques d'enregis- trement d'informations sous haute densité du type à capacité électrostatique qui utilisent un noir de carbone dont ont été éliminées les impuretés, grâce à quoi les défauts des signaux se trouvent considérablement réduits et très peu sinon aucune interruption d'informations ou saut de pointe de lecture ne se produit. Un autre objet de l'invention est d'obtenir des disques d'enregistrement d'informations sous haute densité du type mentionné cidessus réalisés en compositions de résine comprenant du noir de carbone qui n'endommage pas les matrices lors du moulage à la presse, grâce à quoi la production des disques est améliorée et le prix de revient réduit. Un objet supplémentaire de l'invention est d'obtenir des disques d'en- registrement d'informations sous haute densité qui ne présentent que très peu de défauts de signaux lors de la lecture des informations. La présente invention fournit un disque d'enregistrement d'informations sous haute densité du type à capacité électrostatique qui comprend un sub- strat d'enregistrement sur lequel des informations de signaux sont enregis- trées sous forme de variations géométriques, le substrat étant formé d'un mélange de résine de chlorure de vinyle et de noir de carbone, caractérisé en ce que le noir de carbone a été purifié par électrolyse pour en éliminer les impuretés. D'autres objets et d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description ci-après faite en référence à la figure unique du dessin annexé qui représente une vue schématique d'un appareil pour traiter le noir de carbone par électrolyse. Les disques d'enregistrement d'informations sous haute densité selon l'invention sont formés de compositions de résine comprenant une résine de chlorure de vinyle et du noir de carbone qui a été purifié par électrolyse pour en éliminer les impuretés telles que le calcium, l'aluminium, la silice, le soufre et autres substances similaires. i S Les résines de chlorure de vinyle avantageuses dans la présente inven- tion sont les homopolymères de chlorure de vinyle, les copolymères de chlo- rure de vinyle avec d'autres monomères tels que l'acétate de vinyle, l'éthy- lène le propylène, les alkyl acrylates et autres produits analogues. Le noir de carbone doit être purifié pour que les impuretés indiquées ci-dessus en soient éliminées Habituellement, le noir de carbone ordinaire - contient, en tant qu'impuretés,, de 0,5 à 3,0 % en poids de soufre, de 300 à 3000 ppm de calcium, de 150 à 1000 ppm de silice, et de 150 à 300 ppm d'alu- minium On réduit de façon appropriée la quantité de ces impuretés ou on les élimine par électrolyse. En se référant à la figure unique du dessin, on voit que l'on y a repré- senté d'une façon générale un appareil A qui comprend une cuve d'électrolyse 1 en verre comportant des anodes 2 formées, par exemple, de platine ou de carbone et une cathode 3 de grande surface spécifique et formée, par exemple, par une plaque en acier inoxydable La cuve 1 est placée sur un appareil de chauffage 4 comportant un relais 5 Les anodes 2 et la cathode 3 sont reliées à une source 6 de courant continu, comme on peut le voir. Pendant le fonctionnement, on place le noir de carbone sous la forme de particules dans la cuve 1 contenant de l'eau de haute pureté, telle qu'une eau purifiée par échange d'ions La quantité de noir de carbone s'élève jusqu'à 300 g/l, de préférence jusqu'à environ 100 g/l Après dispersion des particules de noir de carbone, on applique une tension continue d'environ V entre l'anode 2 et la cathode 3 pour effectuer une électrolyse de plus de l Ah à une température de bain relativement élevée d'environ 90 'C par exemple Il en résulte que les impuretés telles que la silice, l'aluminium, le calcium et autres corps analogues se déposent sur la surface de la cathode 3 dont la surface spécifique est grande Le soufre se dégage dans l'air sous forme de sulfure d'hydrogène Pour que l'électrolyse et le dégagement de soufre s'effectuent d'une façon régulière, la température du bain est, de façon appropriée, de 20 à 110 'C Quand l'électrolyse est terminée, on enlève 1 Oles anodes 2 et la cathode 3, après quoi on peut faire sécher telle quelle la dispersion aqueuse de noir de carbone Dans une variante, on peut ajouter dans la cuve 1 un solvant organique approprié non miscible dans l'eau, comme par exemple du n-hexane, et l'agiter de façon suffisante de manière que le noir de carbone se déplace en direction de la phase n-hexane Ensuite, on recueille la phase n-hexane de laquelle on extrait le n-hexane pour obtenir du noir de carbone purifié. Le temps, la tension et les autres conditions de l'électrolyse peuvent varier largement selon la résistance électrique de la dispersion de noir de carbone, la distance entre les électrodes d'anode et de cathode, les formes des électrodes, le type et la concentration du noir de carbone en cours de purification, et les teneurs en impuretés D'une façon générale, le temps se situe entre 0,5 et 10 heures et la tension est comprise entre 1 V et 3 KV. Lorsque l'on fait sécher le noir de carbone après le traitement électro- lytique, il est important de traiter ou d'agiter les particules de noir de carbone de manière qu'elles ne s'agglomèrent pas en blocs ou grains durs. Le noir de carbone purifié par l'électrolyse présente des teneurs beau- coup plus faibles en impuretés, comme on va le montrer de façon particulière ci-après. Pour fabriquer des articles tels que des disques vidéo ou audio numéri- ques, on mélange des particules de noir de carbone purifié avec une résine de chlorure de vinyle dans une proportion de 5 à 30 % en poids de la résine Des additifs, utilisés ordinairement à ces fins, peuvent aussi être ajoutés à la composition de-résine en des quantités ne nuisant pas aux effets de la compo- sitions Des exemples d'additifs comprennent des stabilisants à la chaleur, des plastifiants, des lubrifiants et autres produits analogues On réduit habituellement en granules la composition de résine à l'aide d'un moyen approprié On moule sous pression les granules pour obtenir des disques vidéo ou audio numériques d'une manière connue Ces techniques de mélange, de granulation et de moulage à la presse sont bien connues dans l'art et ne seront pas décrites davantage dans le présent exposé. On va décrire la présente invention de façon plus détaillée à l'aide d'exemples et d'un exemple comparatif. Exemple 1 Traitement du noir de carbone par électrolyse. On a placé de l'eau purifiée par échange d'ions et du noir de carbone (Black Pearl " 2000 (CSX-150)", produit de "Cabot Co, Ltd " de U S A) dans une cuve d'électrolyse du type représenté sur la figure en une quantité d'environ 100 g/l Dans la cuve, on a utilisé comme anode deux barres de charbon et comme cathode une plaque en acier inoxydable disposée sur la surface de la paroi intérieure de la cuve On a maintenu la température du mélange dans la cuve à 90 'C grâce à l'utilisation d'un appareil de chauffage. On a soumis la dispersion à une électrolyse dans des conditions de 15 V et de 4 Ah Ensuite, on a fait refroidir la dispersion jusqu'à la température ambiante et, après avoir enlevé les électrodes, on a ajouté environ 500 ml de n-hexane dans la cuve puis on agité de façon suffissante et on a recueilli la phase n-hexane contenant le noir de carbone On a chauffé la dispersion sous pression réduite pour en extraire l'hexane et on a fait sécher le noir de carbone en obtenant de cette façon du noir de carbone purifié. Exemples 2 et 3 Traitement du noir de carbone par électrolyse. On a répété la façon générale de procéder de l'exemple 1 sauf qu'après l'électrolyse de 4 Ah et de 2 Ah (exemples 2 et 3), on a chauffé la disper- sion aqueuse et on l'a fait sécher sous pression réduite sans utilisation de n-hexane en obtenant de cette façon deux types de noir de carbone purifié. On a soumis les trois types de noir de carbone purifié ainsi obtenus au procédé d'absorption atomique pour déterminer la teneur en impuretés Les résultats sont indiqués dans le tableau ci-après. L :: 2546654 : = Teneur en Impuretés dans le noir de carbone cendres (%) Soufre Calcium Silice Aluminium (%) (ppm) (ppm) (ppm) Noir de carbone de l'exemple 1 0,1 0,1 50 70 80 Noir de carbone de l'exemple 2 0,3 0,3 100 70 80 Noir de carbone de l'exemple 3 0,7 0,5 500 150 155 Noir de carbone de départ 1,2 1,5 1250 300 230 Remarque: On a déterminé la teneur en cendres comme précision et br lé 1,5 g de noir de carbone dans un c heures et on a calulé la teneur à partir de la difféi suit: on a pesé avec creuset à 800 'C pendant 6 rence entre la quantité initiale de noir de carbone et la quantité après la combustion. Exemples 4 à 6 parties en poids d'une résine thermoplastique de copolypère de chlorure de vinyle-éthylène présentant un poids moléculaire moyen de 450 et une teneur en éthylène de 1,5 % (vendu dans le commerce sous le nom de "VE-N" de Tokuyama Sekisui Ind Co,Ltd), 5 parties en poids de stabilisant dibutyl étain mercapto ester ("STANN JF-95 " fabriqué par Sankyo Organic Chemicals Co., Ltd), 2 parties en poids d'un lubrifiant à base d'acide gras et de glycérine ester ("RES-210 " fabriqué par Riken Vitamin Co, Ltd) , 0,5 % en poids d'un lubrifiant à base d'acide gras et d'alcool ester ("Splendor E-10 " fabriqué par Kao Soaps Co, Ltd) et 1,0 partie en poids de diméthylpoly- silosane ("RES-421 " fabriqué par Shnetsu Chem Co,Ltd) ont été placées dans un mélangeur Henschel et mélangées sous une vitesse d'agitation élevée jusqu'à ce que le mélange ait été chauffé jusqu'à environ 1100 C Ensuite, on a fait fonctionner le mélangeur à une vitesse lente pour refroidir le contenu puis on a ajouté 20 parties en poids des particules de noir de carbone puri- fié obtenues dans les exemples 1, 2 et 3, respectivement, et on les a mélan- gées à une vitesse de nouveau élevée On a réduit en granules le mélange résultant au moyen d'un malaxeur vendu par Buss Co, Ltd, Switzerland On a moulé à la presse les trois types de granules à l'aide d'une presse à disques vidéo de manière à obtenir ainsi des disques vidéo. Exemple comparatif On a répété la façon générale de procédé des exemples 4 à 6 en utilisant 1 O du noir de carbone non traité indiqué dans le tableau précédent de manière à obtenir ainsi des disques vidéo. On a utilisé les quatre compositions de résine obtenues dans les exem- ples 4 à 6 et dans l'exemple comparatif pour vérifier les défauts de signaux de disques vidéo obtenus ainsi que le degré de défaut des matrices de la presse Après avoir moulé 100 disques vidéo pour chaque composition de rési- ne, on a constaté que le nombre de défauts dans la partie d'enregistrement de signal du centième disque vidéo était de 20 pour le disque de l'exemple 4, pour le disque de l'exemple 5, 350 pour le disque de l'exemple 6, et 500 pour le disque de l'exemple comparatif Lors de la lecture du disque vidéo obtenu après la centième opération de moulage pour chaque composition, on s'est aperçu que le nombre de défauts de signaux par minute de l'opération de lecture était de 3 pour le disque de l'exemple 4, 8 pour le disque de l'exem- ple 5, 200 pour le disque de l'exemple 6 et 800 pour le disque de l'exemple comparatif. L'utilisation de noir de carbone purifié selon la présente invention présente donc un très grand avantage sur l'utilisation du noir de carbone ordinaire non traité comme matière conductrice d'une composition de résine destinée à des disques pour l'enregistrement d'informations sous haute densi- té Du fait que les impuretés affectant les matrices sont présentes unique- ment en nombre réduit dans le noir de carbone utilisé dans une composition de résine selon la présente invention, les matrices ne sont pratiquement pas endommagées ce qui conduit à une amélioration de la production des disques vidéo et audio numériques avec un nombre réduit de défauts. REVENDICATIONS 1 Disque pour enregistrement d'informations sous haute densité du type à capacité électrosatique qui comprend un substrat d'enregistrement sur lequel les informations des signaux sont enregistrées sous la forme de varia- tions géométriques, le substrat étant formé d'un mélange de résine de chlo- rure de vinyle et de noir de carbone, caractérisé en ce que le noir de car- bone est purifié par électrolyse de manière que les impuretés en soient éliminées. 2 Disque pour enregistrement d'informations sous haute densité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrolyse est effectuée à des températures allant de 200 à 1100 C.