JP2017083839A - ポリビニルアルコール系フィルムの製造方法、およびそれにより得られたポリビニルアルコール系フィルムを用いた偏光膜ならびに偏光板 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、偏光膜製造の順序として、原反であるポリビニルアルコール系フィルムを延伸し、ヨウ素等の二色性染料で染色する場合もあるが、かかる場合も、偏光膜の偏光性能を向上させるためには、ポリビニルアルコール系フィルムがMD方向に良好な延伸性を有する必要がある。
具体的には、上記特許文献1は、ポリビニルアルコール系フィルムを製造する時のMD方向への延伸度合い(引っ張り度合い)を特定したものであるが、TD方向への延伸も考慮しなければ、偏光膜製造時の延伸性を改良するには不充分である。一般的に、MD方向に延伸されたポリビニルアルコール系フィルムを、偏光膜製造時にMD方向に延伸するのは困難である。すなわち、MD方向に配向したポリビニルアルコール系高分子を、さらにMD方向に引っ張るのは困難である。逆に、TD方向に配向したポリビニルアルコール系高分子を、MD方向に引っ張るのは比較的容易である。ただし、TD方向への高分子配向が均一でなければ、偏光膜製造時に均一にMD方向に延伸できない。特許文献1には、ポリビニルアルコール系フィルム製造時に、MD方向にそれほど延伸しない例(引っ張らない例)もあるが、上記ポアソン比に依存した収縮応力と脱水による収縮応力だけでは、TD方向への高分子配向を充分に均一化できないという問題がある。すなわち、TD方向にもある程度延伸するか、少なくとも幅方向を固定しなければ、高分子の配向状態は均一化できない。
上記特許文献3の開示技術では、ポリビニルアルコール系フィルムの膜厚を均一にできるものの、高分子の配向までは制御できず、偏光膜製造時の延伸性を改良するには不充分である。
上記特許文献4の開示技術では、偏光膜製造時の延伸工程において、TD方向の寸法変化を均一にできるものの、MD方向の延伸性の点で改善の余地がある。
本発明のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法は、ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液を連続キャスト法により製膜して得るポリビニルアルコール系フィルムの製造方法であって、製膜されたフィルムをキャスト型から剥離した後、流れ方向(MD方向)に搬送しながら、幅方向(TD方向)に連続的に延伸して、ポリビニルアルコール系フィルムを得ることを特徴とするものである。
なお、本発明における流れ方向(MD方向)とは、フィルムをロール形状に巻き取るまでの搬送方向を意味する。
まず、上記ポリビニルアルコール系フィルムの材料であるポリビニルアルコール樹脂、およびポリビニルアルコール樹脂水溶液に関して説明する。
本発明において、ポリビニルアルコール系フィルムを構成するポリビニルアルコール系樹脂としては、通常、未変性のポリビニルアルコール系樹脂、すなわち、酢酸ビニルを重合して得られるポリ酢酸ビニルをケン化して製造される樹脂が用いられる。必要に応じて、酢酸ビニルと、少量(通常、10モル%以下、好ましくは5モル%以下)の酢酸ビニルと共重合可能な成分との共重合体をケン化して得られる樹脂を用いることもできる。酢酸ビニルと共重合可能な成分としては、例えば、不飽和カルボン酸(例えば、塩、エステル、アミド、ニトリル等を含む)、炭素数2〜30のオレフィン類(例えば、エチレン、プロピレン、n−ブテン、イソブテン等)、ビニルエーテル類、不飽和スルホン酸塩等があげられる。また、ケン化後の水酸基を化学修飾して得られる変性ポリビニルアルコール系樹脂を用いることもできる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
ここで、本発明における平均ケン化度は、JIS K 6726に準じて測定されるものである。
脱泡処理ののち、ポリビニルアルコール系樹脂水溶液は、一定量ずつT型スリットダイに導入され、回転するキャストドラム上に吐出および流延されて、連続キャスト法によりフィルムに製膜される。
かかるポリビニルアルコール系樹脂水溶液の樹脂温度が低すぎると流動不良となる傾向があり、高すぎると発泡する傾向がある。
かかる水溶液の粘度が、低すぎると流動不良となる傾向があり、高すぎると流延が困難となる傾向がある。
かかる吐出速度が遅すぎると生産性が低下する傾向があり、速すぎると流延が困難となる傾向がある。
かかる直径が小さすぎるとキャストドラム上での乾燥区間が短くなることから速度が上がりにくい傾向があり、大きすぎると輸送性が低下する傾向がある。
キャストドラムの幅が小さすぎると生産性が低下する傾向がある。
かかる回転速度が遅すぎると生産性が低下する傾向があり、速すぎると乾燥が不充分となる傾向がある。
かかる表面温度が低すぎると乾燥不良となる傾向があり、高すぎると発泡してしまう傾向がある。
上記のようにして製膜されたフィルム〔幅方向(TD方向)の延伸を行なう前のフィルム〕の含水率は、0.5〜15重量%であることが好ましく、特に好ましくは1〜13重量%、更に好ましくは2〜12重量%である。
かかる含水率が低すぎても高すぎても、幅方向(TD方向)への延伸が困難となる傾向がある。
かかる含水率を調整するためには、幅方向(TD方向)の延伸前のフィルムの含水率が高すぎる場合は、幅方向(TD方向)への延伸前に、フィルムを乾燥することが好ましく、逆に、幅方向(TD方向)の延伸前のフィルムの含水率が低すぎる場合は、幅方向(TD方向)へ延伸する前に調湿することが好ましい。より好ましくは、含水率が上記範囲となるように乾燥工程の条件を調整することである。
そして、上記のようにしてキャスト型から剥離され、含水率が調製されたフィルムを、流れ方向(MD方向)に搬送しながら、幅方向(TD方向)に連続的に延伸する。これが、先に述べたように、本発明の最大の特徴である。
製造的な観点から、フィルムの流れ方向(MD方向)の寸法は一定であることが好ましく、特に好ましくは幅方向(TD方向)の延伸前後において、流れ方向(MD方向)の寸法変化率は0.8〜1.2であり、更に好ましくは0.9〜1.1である。
すなわち、1段階目の延伸を行った後、幅方向(TD方向)を固定した単純な搬送を行い、2段階目以降の延伸を行ってもよい。特に、薄型フィルムの場合は、かかる単純な搬送工程を挿入することにより、フィルムの応力緩和がなされ、破断を回避することが可能になる。
幅固定の搬送工程を挿入する場合、固定幅を、1段階目の延伸後の幅よりも狭めることも可能である。延伸直後のフィルムは応力緩和のために幅方向(TD方向)に収縮しやすく、脱水に伴う収縮も起きるため、固定幅をこれらの収縮幅まで狭めることが可能である。ただし、収縮幅以上に狭めると、フィルムにたわみが生じるため好ましくない。
かかる延伸温度が低すぎると、ポリビニルアルコール系高分子のTD方向への配向が低下する傾向があり、逆に高すぎると、偏光膜製造時の延伸性が低下する傾向がある。
かかる延伸時間が短すぎるとフィルムに破断が生じやすい傾向があり、逆に、長すぎると、設備負荷が増大する傾向がある。
かかる熱処理温度が低すぎると寸法安定性が低下する傾向があり、逆に、高すぎると偏光膜製造時の延伸性が低下する傾向にある。
また、熱処理時間は1〜60秒間であることが好ましく、特に好ましくは5〜30秒間である。かかる熱処理時間が短すぎると寸法安定性が低下する傾向があり、逆に、長すぎると偏光膜製造時の延伸性が低下する傾向がある。
かくして本発明の製造方法によりポリビニルアルコール系フィルム(延伸された後のポリビニルアルコール系フィルム)が得られ、最終的にロールに巻き取られて製品となる。かかるポリビニルアルコール系フィルムの厚みは、偏光膜の薄型化の点で60μm以下が好ましく、特に好ましくは耐熱時の偏光膜の収縮応力低減の点で2〜20μm、更に好ましくは破断回避の点で5〜20μmである。かかるポリビニルアルコール系フィルムの厚みは、ポリビニルアルコール系樹脂水溶液中の樹脂濃度、キャスト型への吐出量(吐出速度)、延伸倍率等により調整される。
本発明の偏光膜は、本発明の製造方法により得られた上記ポリビニルアルコール系フィルムを、ロールから繰り出して水平方向に移送し、膨潤、染色、ホウ酸架橋、延伸、洗浄、乾燥等の工程を経て製造される。
なお、偏光度は、一般的に2枚の偏光膜を、その配向方向が同一方向になるように重ね合わせた状態で、波長λにおいて測定した光線透過率(H11)と、2枚の偏光膜を、配向方向が互いに直交する方向になる様に重ね合わせた状態で、波長λにおいて測定した光線透過率(H1)より、下記式にしたがって算出される。
偏光度=〔(H11−H1)/(H11+H1)〕1/2
単体透過率は、分光光度計を用いて偏光膜単体の光線透過率を測定して得られる値である。
本発明の偏光膜は、色ムラが少なく、偏光性能に優れた偏光板を製造するのに好適である。
本発明の偏光板は、本発明の偏光膜の片面または両面に、接着剤を介して、光学的に等方性な樹脂フィルムを保護フィルムとして貼合することにより、作製される。保護フィルムとしては、例えば、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンエステル、ポリ−4−メチルペンテン、ポリフェニレンオキサイド等のフィルムまたはシートがあげられる。
なお、例中「部」とあるのは、重量基準を意味する。
そして、以下の実施例および比較例における偏光膜の特性(偏光度、単体透過率、色ムラ)の測定および評価を以下のようにして行った。
〔偏光度(%)、単体透過率(%)〕
得られた偏光膜から、長さ4cm×幅4cmのサンプルを切り出し、自動偏光フィルム測定装置(日本分光社製:VAP7070)を用いて、偏光度(%)と単体透過率(%)を測定した。
得られた偏光膜から、長さ30cm×幅30cmの試験片を切り出し、クロスニコル状態の2枚の偏光板(単体透過率43.5%、偏光度99.9%)の間に45°の角度で挟んだのちに、表面照度14,000lxのライトボックスを用いて、透過モードで光学的な色ムラを観察し、以下の基準で評価した。
(評価基準)
○・・・色ムラなし
△・・・かすかに色ムラあり
×・・・色ムラあり
(ポリビニルアルコール系フィルムの作製)
5,000Lの溶解缶に、重量平均分子量142,000、ケン化度99.8モル%のポリビニルアルコール系樹脂1,000kg、水2,500kg、可塑剤としてグリセリン105kg、および界面活性剤としてポリオキシエチレンラウリルアミン0.25kgを入れ、撹拌しながら150℃まで昇温して加圧溶解を行い、濃度調整により樹脂濃度25重量%のポリビニルアルコール系樹脂の水溶液を得た。次に、該ポリビニルアルコール系樹脂水溶液を、2軸押出機に供給して脱泡した後、水溶液温度を95℃にし、T型スリットダイ吐出口より、回転するキャストドラムに吐出(吐出速度2.5m/分)および流延して製膜した。その製膜したフィルムをキャストドラムから剥離し、フィルムの表面と裏面とを合計10本の熱ロールに交互に接触させながら乾燥を行った。それにより、含水率10重量%のフィルム(幅2m、厚み60μm)を得た。次に、フィルムの幅方向両端部をクリップピッチ45mmで挟持し、フィルムを流れ方向(MD方向)に速度5m/分で搬送しながら、幅方向(TD方向)への延伸機を用いて、75℃で幅方向(TD方向)に1.2倍延伸し、最後に120℃で10秒間熱処理を行い、ポリビニルアルコール系フィルム(幅2.4m、厚み50μm)を得た。なお、幅方向(TD方向)の延伸において、延伸前後の流れ方向(MD方向)の寸法変化率は1.0であった。
得られたポリビニルアルコール系フィルムをロールから繰り出し、水平方向に搬送しながら、水温30℃の水槽に浸漬して膨潤させながら流れ方向(MD方向)に1.7倍に延伸した。次に、ヨウ素0.5g/L、ヨウ化カリウム30g/Lよりなる30℃の水溶液中に浸漬して染色しながら流れ方向(MD方向)に1.6倍に延伸し、ついでホウ酸40g/L、ヨウ化カリウム30g/Lの組成の水溶液(50℃)に浸漬してホウ酸架橋しながら流れ方向(MD方向)に2.1倍に一軸延伸した。最後に、ヨウ化カリウム水溶液で洗浄を行い、50℃で2分間乾燥して総延伸倍率5.8倍の偏光膜を得た。かかる製造中に破断は起きず、得られた偏光膜の特性は表1に示される通りであった。
上記で得られた偏光膜の両面に、ポリビニルアルコール水溶液を接着剤として用いて、膜厚40μmのトリアセチルセルロースフィルムを貼合し、70℃で乾燥して偏光板を得た。
実施例1において、製膜したフィルムを、75℃で幅方向(TD方向)に1.2倍延伸した後、75℃で幅固定(固定幅2.4m)して搬送し、さらに、75℃で幅方向(TD方向)に1.2倍延伸する以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアルコール系フィルム(幅2.9m、厚み42μm)を得た。
さらに、該ポリビニルアルコール系フィルムを用いて、実施例1と同様にして、偏光膜および偏光板を得た。得られた偏光膜の特性は表1に示される通りであった。
実施例1において、製膜時の吐出速度を1.0m/分とし、含水率5重量%のフィルム(幅2m、厚み25μm)を幅方向(TD方向)に延伸する以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアルコール系フィルム(幅2.4m、厚み20μm)を得た。
さらに、該ポリビニルアルコール系フィルムを用いて、実施例1と同様にして、偏光膜および偏光板を得た。得られた偏光膜の特性は表1に示される通りであった。
実施例1において、製膜したフィルムを、幅方向(TD方向)に延伸しないこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアルコール系フィルム(幅2m、厚み60μm)を得た。
さらに、該ポリビニルアルコール系フィルムを用いて、実施例1と同様にして、偏光膜および偏光板を得た。得られた偏光膜の特性は表1に示される通りであった。
Claims (11)
- ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液を連続キャスト法により製膜して得るポリビニルアルコール系フィルムの製造方法であって、製膜されたフィルムをキャスト型から剥離した後、流れ方向(MD方向)に搬送しながら、幅方向(TD方向)に連続的に延伸して、ポリビニルアルコール系フィルムを得ることを特徴とするポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- 幅方向(TD方向)の延伸倍率が1.05〜1.5倍であることを特徴とする請求項1記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- 幅方向(TD方向)への延伸が、複数の段階で行われることを特徴とする請求項1または2記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- 幅方向(TD方向)への延伸を、50〜150℃で行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- 幅方向(TD方向)への延伸前のフィルムの含水率が、0.5〜15重量%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- 幅方向(TD方向)の延伸前後におけるフィルムの流れ方向(MD方向)の寸法変化率が、0.8〜1.2であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- 流れ方向(MD方向)への搬送と幅方向(TD方向)への延伸が、製膜されたフィルムの幅方向両端部を複数のクリップで挟持して行なわれ、かつそれぞれの端部のクリップの配置が、ピッチ200mm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- ポリビニルアルコール系フィルムの厚みが5〜20μm、幅が2m以上、長さが2km以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- ポリビニルアルコール系フィルムが光学用であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法により得られたポリビニルアルコール系フィルムが用いられていることを特徴とする偏光膜。
- 請求項10記載の偏光膜と、上記偏光膜の少なくとも片面に設けられた保護フィルムとを備えていることを特徴とする偏光板。
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