JP5167431B2 - フィルム表面処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上記事情に鑑み、重合性モノマーを反応成分として偏光板用保護フィルム等の被処理フィルムをプラズマ処理する際、電極等の汚れを防止しつつ、接着性等の処理効果を高めることを目的とする。
前記被処理フィルムが掛け回され、かつ自らの軸線まわりに回転して前記被処理フィルムを搬送する第1ロール電極と、
前記第1ロール電極と平行に配置されて前記第1ロール電極との間に前記放電空間を形成し、前記被処理フィルムの前記第1ロール電極より搬送方向の下流側の部分が前記放電空間を通過後に折り返されて掛け回され、かつ自らの軸線まわりに前記第1ロール電極と同方向に回転して前記被処理フィルムを搬送する第2ロール電極と、
前記第1ロール電極の周方向に沿って前記放電空間から前記第1ロール電極の回転方向の上流側に離れて、前記第1ロール電極の前記被処理フィルムが巻き付けられる部分と対向するよう配置され、前記重合性モノマーを含有する反応ガスを吹き出す反応ガスノズルと、
前記第1、第2ロール電極どうしの間における前記被処理フィルムの折り返し部分の内側に配置され、前記重合性モノマーを含有しない放電生成ガスを前記放電空間に向けて吹き出す放電生成ガスノズルと、
を備えたことを特徴とする。
前記第1ロール電極及び第2ロール電極の回転によって、被処理フィルムを第1ロール電極から第2ロール電極へ搬送する。
反応ガスノズルから反応ガスを吹き出す。反応ガスは、放電空間より搬送方向上流側の第1ロール電極の周面上の被処理フィルムに吹き付けられる。この反応ガスの少なくとも一部が被処理フィルムの表面上を被処理フィルムの搬送方向に沿って放電空間へ向かって流れる。この過程で反応ガス中の重合性モノマーが被処理フィルムに接触できる。したがって、重合性モノマーを未重合の状態で被処理フィルム上で凝縮させ、被処理フィルムに付着させることができる。
放電空間を挟んで上記反応ガスが流れて来る側とは反対側においては、放電生成ガスノズルから放電生成ガスを吹き出す。放電生成ガスは、上記反応ガスの流れと対向する向きに流れ、放電空間を通過してプラズマ化(励起、活性化、ラジカル化、イオン化等を含む)されるとともに上記反応ガスとぶつかる。これにより、反応ガスを滞留させ、未重合の重合性モノマーが被処理フィルムに接触する機会を増やすことができ、重合性モノマーの被処理フィルムへの付着量を増大できる。
被処理フィルムにおける重合性モノマーが付着した部分が、やがて放電空間に導入される。これにより、上記付着した重合性モノマーが重合反応を起こして重合体になるとともに被処理フィルムの表面分子と結合(グラフト重合)する。したがって、被処理フィルムの表面に重合性モノマーの重合膜を確実に形成できる。この結果、被処理フィルムの処理効果を高めることができる。
遮蔽部材によって反応ガスを遮蔽空間内に閉じ込め、反応ガスが外部雰囲気中に拡散するのを防止できる。反応ガスが逆方向に流れてきた放電生成ガスとぶつかった後は、反応ガスを被処理フィルムの表面上に確実に滞留させることができる。したがって、反応ガス中の重合性モノマーが被処理フィルムに接触する機会を確実に増加でき、重合性モノマーの被処理フィルムへの付着量を一層確実に増大できる。かつ、反応ガスを放電空間に確実に導くことができる。また、遮蔽部材によって、外部雰囲気の酸素等の反応阻害成分が遮蔽空間ひいては放電空間に侵入するのを防止又は抑制できる。よって、処理効果を確実に高めることができる。さらに、遮蔽部材によってガス流の均一性を確保でき、ひいては処理の均一性を向上できる。
これにより、反応ガスノズルに汚れが付着するのを確実に防止できる。また、反応ガスが第1ロール電極の周方向に沿って放電空間へ確実に流れるようにできる。吹き付けから放電空間に達するまでの距離を長くして重合性モノマーの被処理フィルムへの付着量を確保できる。
閉塞部材によって放電空間の放電生成ガスノズル側とは反対側の端部をある程度塞ぐことができる。放電生成ガスノズル及び閉塞部材によって、放電空間の電極軸線方向及び電極対向方向と直交する方向の両端部をある程度塞ぐことができる。放電生成ガスの一部を、第1隙間を介して遮蔽空間に確実に導くことができる。したがって、放電生成ガスと反応ガスが遮蔽空間内で確実にぶつかるようにでき、重合性モノマーの被処理フィルムへの付着量を確実に増大できる。放電生成ガスの他の一部は、第2隙間を通って外部へ排出される。これによって、外部雰囲気の酸素等の反応阻害成分が放電空間に侵入するのを確実に防止できる。
これによって、放電生成ガスと反応ガスとがぶつかって混合したとき、反応ガスを冷却できる。したがって、反応ガス中の重合性モノマーの凝縮を促進させて被処理フィルムに確実に付着させることができる。よって、処理効果を確実に高めることができる。
前記難接着性の光学樹脂フィルムの主成分としては、例えばトリアセテートセルロース(TAC)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、シクロオレフィン重合体(COP)、シクロオレフィン共重合体(COC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリイミド(PI)等が挙げられる。
前記重合性モノマーとしては、不飽和結合及び所定の官能基を有するモノマーが挙げられる。所定の官能基は、水酸基、カルボキシル基、アセチル基、グリシジル基、エポキシ基、炭素数1〜10のエステル基、スルホン基、アルデヒド基から選択されることが好ましく、特に、カルボキシル基や水酸基等の親水基が好ましい。
不飽和結合及びカルボキシル基を有するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マイレン酸、2−メタクリロイルプロピオン酸等が挙げられる。
不飽和結合及びアセチル基を有するモノマーとしては、酢酸ビニル等が挙げられる。
不飽和結合及びグリシジル基を有するモノマーとしては、メタクリル酸グリシジル等が挙げられる。
不飽和結合及びエステル基を有するモノマーとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸2−エチル等が挙げられる。
不飽和結合及びアルデヒド基を有するモノマーとしては、アクリルアルデヒド、クロトンアルデヒド等が挙げられる。
アクリル酸やメタクリル酸等の重合性モノマーの多くは、常温常圧で液相である。そのような重合性モノマーは、不活性ガス等のキャリアガス中に気化させるとよい。重合性モノマーをキャリアガス中に気化させる方法としては、重合性モノマー液の液面上の飽和蒸気をキャリアガスで押し出す方法、重合性モノマー液中にキャリアガスをバブリングする方法、重合性モノマー液を加熱して蒸発を促進させる方法等が挙げられる。押し出しと加熱、又はバブリングと加熱を併用してもよい。
図1に示すように、被処理フィルム9は、連続シート状になっている。ここでは、被処理フィルム9として、偏光板の保護フィルムが適用されている。保護フィルム9は、トリアセテートセルロース(TAC)を主成分として含むTACフィルムにて構成されている。なお、フィルム9の成分は、TACに限られず、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、シクロオレフィン重合体(COP)、シクロオレフィン共重合体(COC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリイミド(PI)等であってもよい。フィルム9の厚さは、例えば100μm程度である。
ロール電極11,12にTACフィルムからなる被処理フィルム9を掛け回す。
ロール電極11,12を図1において時計周りに回転させ、被処理フィルム9を第1ロール電極11から第2ロール電極12へ図1において概略右方向に搬送する。
電源2からの電力供給によって、ロール電極11,12間に電界を印加し、電極間空間14内に大気圧プラズマ放電を生成する。
図3及び図4は、本発明の第2実施形態を示したものである。第2実施形態のフィルム表面処理装置1Aは、3つのロール電極11,12,13を備えている。これら3つのロール電極11〜13によって2段の処理部10A,10Bが構成されている。前段処理部10Aは、ロール電極11,12と、ノズル21,31を構成要素として含み、第1実施形態の処理部10と対応している。後段処理部10Bは、ロール電極12,13と、ノズル23,33を構成要素として含む。
例えば、第1実施形態(図1)の処理部10及び第2実施形態(図3)の前段処理部10Aにおいて、反応ガスノズル31は、第1ロール電極11における被処理フィルム9が巻き付けられる部分の周方向に沿って放電空間14から電極回転方向の上流側に離れていればよい。反応ガスノズル31が、電極11の上端部より放電空間14側の周面に対向するよう斜めに配置されていてもよく、電極11の上端部より放電空間14とは反対側の周面に対向するよう斜めに配置されていてもよい。以上の点は、第2実施形態(図3)の後段処理部10Bの反応ガスノズル32についても同様である。
遮蔽部材40,43を省略してもよい。
閉塞部材50,53を省略してもよい。
本発明は、偏光板用保護フィルムの表面処理に限られず、種々の樹脂フィルムに重合性モノマーの重合膜を形成する処理に適用可能である。
図1及び図2に示すフィルム表面処理装置1を用い、フィルム9の表面処理を行なった。
装置1の寸法構成は、以下の通りであった。
ロール電極11,12の処理幅方向の軸長:390mm
ロール電極11,12の直径:320mm
反応ガスノズル31の処理幅方向の外寸法:390mm
反応ガスノズル31の吹き出し幅:300mm
遮蔽部材40の円弧方向の周長:275mm
遮蔽空間41の厚さ:全域で5mm(一定)
ロール電極11,12間のギャップ:1mm
TACフィルム9の搬送速度は、15m/minとした。
反応ガスの重合性モノマーとしてアクリル酸を用い、キャリアガスとして窒素(N2)を用いた。
気化器30内の液体アクリル酸の温度は120℃とした。
キャリアガス(N2)の流量、ひいては反応ガス(アクリル酸+N2)の流量は、30slmとした。
反応ガス中のアクリル酸濃度は、4.5g/minであった。
反応ガスノズル31の温度(反応ガスの吹き出し温度)は、55℃に設定した。
下側ノズル21の温度(放電生成ガスの吹き出し温度)は、15℃に設定した。
なお、実施例1に用いた装置1の閉塞部材50は、下側ノズル21を上下に反転させた構造のガスノズルであった。放電生成ガス供給源20からのガス供給管が分岐して下側ノズル21と上側ノズル50にそれぞれ接続されていた。上側ノズル50からの放電生成ガス(N2)の吹き出し流量は、0slmとした。
PVAフィルムの反対側の面には、鹸化処理したTACフィルムを上記と同じ接着剤にて貼り合わせた。これにより、3層構造の偏光板サンプルを作製した。偏光板サンプルの幅は、25mmとした。被処理フィルム9の幅方向の5箇所からサンプル片を切り出して、上記の偏光板サンプルを5つ作製した。
5つのサンプルの平均の接着強度は7.5N/25mmであった。
5つのサンプルの接着強度のばらつき度(均一性)を下式1にて求めたところ、3.8%であった。
ばらつき度(%)={(最大値−最小値)/平均値/2}×100 (式1)
表面処理後、実施例1と同じ手順で偏光板サンプルを作製し、接着強度を測定した。
測定の結果、平均接着強度は9.9N/25mmであった。ばらつき度は、4.2%であった。
表面処理後、実施例1と同じ手順で偏光板サンプルを作製し、接着強度を測定した。
測定の結果、平均接着強度は9.3N/25mmであった。ばらつき度は、6.5%であった。
比較例1では、部材50として、下側ノズル21と同一の構造で、かつ下側ノズル21を上下に反転させたノズルを用い、気化器30からの反応ガス供給ライン32を、ノズル31に代えてノズル50に接続した。気化器30の気化条件を実施例1と同一とし、実施例1と同一組成及び同一流量の反応ガスを上側ノズル50の下端の吹き出し口から放電空間14へ吹き出した。上側ノズル50の温度を55℃に調節した。下側ノズル21からのガス吹き出し流量は、0slmとした。また、供給電力を1080W(270V、4A)とし、印加電圧を15.7kVとした。それ以外の処理条件は、実施例1と同一とした。
表面処理後、実施例1と同じ手順で偏光板サンプルを作製し、接着強度を測定したところ、平均接着強度は4.9N/25mmであり、ばらつき度は、60%であった。
比較例2では、実施例1と同一の装置1において、部材50として、下側ノズル21と同一の構造で、かつ下側ノズル21を上下に反転させたノズルを用い、放電生成ガス供給路22を上側ノズル50に接続した。上側ノズル50からの放電生成ガス(N2)の吹き出し流量を、10slmとした。下側ノズル21からの吹き出し流量を、0slmとした。また、供給電力を1377W(270V、5.1A)とし、印加電圧を16.7kVとした。それ以外の処理条件は、実施例1と同一とした。表面処理後のノズル31の吹き出し口等には堆積物は確認されなかった。
表面処理後、実施例1と同じ手順で偏光板サンプルを作製し、接着強度を測定したところ、平均接着強度は3.9N/25mmであり、ばらつき度は、3.7%であった。
2 電源
9 被処理フィルム
9a,9b 折り返し部分
10 処理部
10A 前段処理部
10B 後段処理部
11,12,13 ロール電極
14,15 放電空間
16,17 ガイドロール
20 放電生成ガス供給源
21,23 放電生成ガスノズル
22 放電生成ガス供給路
30 反応ガス供給源(気化器)
31,33 反応ガスノズル
32 反応ガス供給ライン
40,43 遮蔽部材
41,44 遮蔽空間
50,53 閉塞部材
51,54 第1隙間
52,55 第2隙間
Claims (5)
- 連続する被処理フィルムに重合性モノマーを接触させ、かつ前記被処理フィルムを大気圧近傍の放電空間に通して表面処理する装置であって、
前記被処理フィルムが掛け回され、かつ自らの軸線まわりに回転して前記被処理フィルムを搬送する第1ロール電極と、
前記第1ロール電極と平行に配置されて前記第1ロール電極との間に前記放電空間を形成し、前記被処理フィルムの前記第1ロール電極より搬送方向の下流側の部分が前記放電空間を通過後に折り返されて掛け回され、かつ自らの軸線まわりに前記第1ロール電極と同方向に回転して前記被処理フィルムを搬送する第2ロール電極と、
前記第1ロール電極の周方向に沿って前記放電空間から前記第1ロール電極の回転方向の上流側に離れて、前記第1ロール電極の前記被処理フィルムが巻き付けられる部分と対向するよう配置され、前記重合性モノマーを含有する反応ガスを吹き出す反応ガスノズルと、
前記第1、第2ロール電極どうしの間における前記被処理フィルムの折り返し部分の内側に配置され、前記重合性モノマーを含有しない放電生成ガスを前記放電空間に向けて吹き出す放電生成ガスノズルと、
を備えたことを特徴とするフィルム表面処理装置。 - 前記反応ガスノズルから前記放電空間に向けて前記第1ロール電極の周面を覆うように延びる遮蔽部材を、更に備え、前記第1ロール電極の周面と前記遮蔽部材との間に前記放電空間に連なる遮蔽空間が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のフィルム表面処理装置。
- 前記反応ガスノズルが、前記第1ロール電極の周方向に沿って前記放電空間から前記回転方向の上流側に45°〜180°離れて配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のフィルム表面処理装置。
- 前記放電空間を挟んで前記放電生成ガスノズルと対向するよう配置された閉塞部材を、更に備え、前記遮蔽空間が、前記第1ロール電極の周面と前記閉塞部材との間に形成された第1隙間を介して前記放電空間に連なり、かつ前記閉塞部材と前記第2ロール電極の周面との間に第2隙間が形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のフィルム表面処理装置。
- 前記放電生成ガスが、前記反応ガスより低温であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のフィルム表面処理装置。
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