KR100886322B1 - 표면 균일성이 우수한 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법 및 이로부터 형성된 폴리비닐알콜 편광필름에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법에 따르면, 티-다이의 토출구로부터 폴리비닐알콜 수용액을 캐스팅 드럼 표면에 연속적으로 캐스팅시, 토출구로부터 토출된 직후의 수용액이 형성하는 토출막의 캐스팅 드럼과 마주하는 하면 및 그 토출구 방향으로의 연장선과 상기 캐스팅 드럼의 표면 사이의 영역에 증기 흡입장치를 배치하므로서, 토출막의 하면으로부터 배출된 증기를 흡입한다. 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 폴리비닐알콜 필름은 표면에 얼룩 무늬가 생기지 않는 등 표면 균일성이 뛰어나므로 염착성 및 연신성 등의 가공성이 좋고, 이로부터 제조된 편광필름은 대면적에 걸쳐 편광특성이 우수하다.

폴리비닐알콜, 편광필름, 균일성, 염착성, 연신성, 편광도

Description

표면 균일성이 우수한 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법{Preparation method of polyvinyl alcohol polarizer film having good surface uniformity}

도 1은 일반적인 편광필름의 일 형태에 대한 단면 구조를 나타내는 도면이다.

도 2는 폴리비닐알콜 필름 제조를 위한 일반적인 캐스팅 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 폴리비닐알콜 필름의 제조방법에 사용되는 캐스팅 장치의 바람직한 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 폴리비닐알콜 필름의 제조방법 및 이로부터 형성된 폴리비닐알콜 편광필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면 균일성이 우수하여 염착 및 연신이 균일하게 진행될 수 있는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법 및 이로부터 형성된 폴리비닐알콜 편광필름에 관한 것이다.

최근 지식정보(IT) 산업의 눈부신 발전과 함께 상기 IT 산업의 핵심 부품 중 하나인 LCD(liquid crystal display) 산업 또한 현대 산업사회가 고도의 정보화 시대로 발전함에 따라 다양한 정보를 전달하기 위한 매체로서 함께 발전하고 있다.

일반적으로, LCD나 유기 EL과 같은 평판 디스플레이 장치에서는 화상이 구현되는 면으로 외광이 반사되는 것을 차단하여 사용자가 화면을 올바로 인식할 수 있도록 기판의 표면에 편광필름을 부착한다.

편광필름은 LCD나 유기 EL과 같은 평판 디스플레이 액정 셀의 양면에 점착되어 액정 디스플레이 패널의 일부로서 기능한다. 액정 디스플레이 패널은 액정 셀의 양면에 편광필름이 접합된 구성을 갖는다. 도 1에는 이러한 편광필름의 일 형태가 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 편광필름(1)은 중앙의 편광판(6) 및 편광판(6)의 양면에 점착제층(4,5)을 매개로 하여 부착된 보호필름들(2,3)을 포함한다.

상기 보호필름들(2,3)은 편광판(6)의 상하측에 배치되어 편광판(6)의 손상을 방지하는 기능을 한다. 상측 보호필름(2, 세퍼레이트 필름)은 액정 셀에 부착되기 전에 박리되어 폐기되며, 이로 인하여 노출된 점착제층(4)은 편광판(6)과 액정 셀 사이의 접합을 매개한다. 하측 보호필름(3, 프로텍트 필름)도 액정 셀에 부착되면 박리되어 폐기되는데, 이 때, 점착제층(5)도 보호필름(3)에 부착된 상태로 함께 박리된다. 상기 보호필름들(2,3)은 PET 등의 에스테르계 수지로 형성될 수 있다.

상기 보호필름들(2,3) 사이에 배치된 편광판(6)은 편광층(10) 및 편광층(10)의 양면에 접착제층(9)이 개재되어 부착된 보호막들(7,8)을 포함한다. 여기서, 편광층(10)은 요오드나 이색성 염료가 흡착되어 있는 폴리비닐알콜(PVA)이 사용될 수 있고, 보호막(7,8)으로는 트리아세틸셀룰로오즈(TAC) 등이 사용될 수 있다.

폴리비닐알콜 필름은 일반적인 고분자 필름 중에서 투과성, 편광성 등 광학적 성능이 우수하며 동시에 탄성률, 인장강도, 인장신율 등 기계적인 물성이 매우 우수하므로 편광판 등 광학용 소재로서 크게 각광받고 있다. 기존에 편광판은 주로 손목시계, 전자계산기, 자동차 계기판, 소형 액정 텔레비전, 소형 LCD 노트북 등에 사용되었지만, 최근 대형 노트북, 대형 칼라 텔레비전 등이 개발되면서 대면적으로 사용가능하며 편광성능이 우수한 편광판의 개발이 요구되고 있다.

광학용으로 사용되는 폴리비닐알콜 편광필름이 우수한 편광성능을 갖기 위해서는 필름의 표면에서의 균일성이 요구되는데, 종래의 기술로 제조된 필름은 이러한 표면 균일성 면에서 충분하지 못한 면이 있었다. 이는 주로 폴리비닐알콜 필름을 제조하는 연속적인 솔루션 캐스팅 과정에서, 폴리비닐알콜 수용액에 존재하는 가소제나 계면활성제 등의 증기가 캐스팅 드럼 표면에 불균일하게 트랩(Trap)되어 필름에 얼룩을 발생시킴에 따른 것이다. 대면적으로 편광필름을 제조할 경우 이러한 얼룩무늬를 완전히 없애는 것이 어려우므로, 편광필름의 편광도를 대폭 향상시키지 못한 것이 그 동안 난제였다.

본 발명은 상기와 같은 상황을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 표면 균일성이 우수한 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 또한 상기 방법으로 형성된 폴리비닐알콜 편광필름을 제공하는 것이다.

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상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법은,
(a) 폴리비닐알콜, 물, 가소제 및 계면활성제를 혼합하여 수용액을 준비하는 단계;
(b) 티-다이의 토출구로부터 소정 간격 이격되어 소정 속도로 회전하는 60 내지 110℃의 캐스팅 드럼 표면에 상기 수용액을 티-다이의 토출구를 통하여 연속적으로 캐스팅하면서, 상기 토출구로부터 토출된 직후의 수용액이 형성하는 토출막의 캐스팅 드럼과 마주하는 하면 및 그 토출구 방향으로의 연장선과 상기 캐스팅 드럼의 표면 사이의 영역에 증기 흡입장치를 배치하여, 상기 토출막의 하면으로부터 배출된 증기를 흡입하는 단계;
(c) 상기 드럼 위에 캐스팅된 수용액을 건조시켜 폴리비닐알콜 1차 필름을 형성하는 단계;
(d) 상기 폴리비닐알콜 1차 필름을 열처리하는 단계; 및

(e) 상기 폴리비닐알콜 1차 필름을 염착 및 연신하는 단계를 포함한다.

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본 발명의 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법에 있어서, 증기 흡입장치의 흡입구는 수용액의 토출 안정성을 위하여, 티-다이의 토출구로부터 수용액의 토출방향과 반대 방향으로 소정 간격 이격하여 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법에 있어서, 증기 흡입장치의 흡입구를 포함한 말단부는 상기 토출막과 실질적으로 평행하게 배열하는 것이 수용액의 토출 안정성 및 토출막의 하면으로부터 배출된 증기 흡입의 효율성 측면에서 바람직하다.

또한, 본 발명은 전술한 제조방법에 의하여 형성된 폴리비닐알콜 편광필름을 제공한다.

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이하, 본 발명에 관하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법을 각 단계별로 나누어 상세히 설명한다.

(a) 수용액 준비 단계

본 단계는 폴리비닐알콜, 물, 가소제 및 계면활성제를 혼합하여 수용액을 제조하는 단계이다. 폴리비닐알콜은 비닐알콜을 반복단위로서 포함하는 고분자로서, 비닐에스테르계 단량체를 중합하여 얻어진 비닐에스테르계 중합체를 가수분해한 다음 비닐에스테르 단위를 비닐알콜 단위로 검화하여 제조할 수 있다. 비닐에스테르계 단량체로는 예를 들어 포름산비닐, 아세트산비닐, 프로피온산비닐, 발레르산비 닐, 라우린산비닐, 스테아르산비닐, 벤조산비닐, 피발린산비닐, 바사틱산비닐 등을 들 수 있으며, 이들 중에서 아세트산 비닐이 선호된다. 비닐에스테르계 단량체를 중합시킬 때, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한도 내에서 에틸렌, 프로필렌 등 공지된 다른 단량체를 공중합시킬 수 있음은 물론이다.

상기 비닐에스테르 단위를 검화하여 제조된 폴리비닐알콜은 검화도가 95몰% 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 99몰% 이상, 가장 바람직하게는 99.5몰%이다. 또한, 기계적 물성과 솔루션 캐스팅 공정성을 고려할 때, 폴리비닐알콜의 평균중합도는 1,700 내지 7,000인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2,000 내지 5,000이다.

한편, 본 단계에서 상기 수용액 중의 상기 폴리비닐알콜의 함량은 10 내지 60 중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 중량%이다. 상기 폴리비닐알콜의 함량이 10 중량% 미만이면 낮은 점도로 인해 필름 형성 효율이 저하될 수 있고, 60 중량%를 초과하면 미용해물에 의한 겔 때문에 필름 제조시 균일도가 저하될 수 있다.

본 단계에서 수용액에 첨가된 가소제는 필름 형성시 가공성을 향상시켜주는 역할을 하는데, 그 종류는 특별히 제한하지 않으나 구체적인 예로는 글리세린, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 또는 이들의 혼합물과 같은 다가 알코올 화합물이 사용될 수 있다. 특히, 폴리비닐알콜에 대한 친화성이 좋아 광학적 편차 발생을 최소화할 수 있는 글리세린을 사용하는 것이 바람직하다. 가소제의 함량은 폴리비닐알콜 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부인 것이 바람직하다. 가소제의 함량이 5 중량부 미만이면 필름 결정성이 높아져서 편광필름 제조시 염착성능이 저하될 수 있고, 20 중량부를 초과하면 폴리비닐알콜 필름의 기계적 물성이 저하될 수 있다.

수용액에 첨가되는 계면활성제는 생성되는 폴리비닐알콜 필름을 드럼에서 박리시킬 때 박리력을 최소화하여 원활하게 박리되도록 하기 위하여 사용되는데, 계면활성제의 종류는 특별히 제한하지 않으나, 열적 안정성이 우수하고 용매인 물과의 분산성이 좋은 임의의 물질이 사용될 수 있다. 특히, 편광 필름의 광학적 사용을 위하여 최종 제품의 광산란을 일으키지 않도록 미세크기로 분산성이 좋은 것이면 더욱 좋다.

계면활성제의 구체적인 예로는 폴리아크릴레이트계 변성 화합물, 폴리실록산계 변성 화합물, 폴리옥시에틸렌 에스테르계 화합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 계면활성제의 함량은 계면활성제 첨가에 따른 효과 및 광학 특성을 고려할 때 폴리비닐알콜 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부인 것이 바람직하다.

본 단계에서 물은 반응혼합물을 용해 또는 분산시키기 위한 매체의 역할을 하며, 특별히 제한하지 않으나 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 물의 함량은 본 단계에서 제조된 혼합물이 솔루션 캐스팅될 수 있는 적당한 점도를 갖도록 혼합되는 것이 바람직하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지된 함량으로 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.

본 단계에서 상기 폴리비닐알콜, 물, 가소제 및 계면활성제를 혼합하는 방법은 혼합탱크를 이용하는 방법, 압출기를 이용하는 방법, 상기 두가지 방법을 혼용 하는 방법 등을 사용할 수 있으며, 미용해물이 잔존하지 않도록 충분히 혼합하여야 한다. 상기 혼합 방법에 대하여 더욱 구체적으로 예시하면, 먼저 폴리비닐알콜 내에 잔존하는 불순물을 제거하기 위하여 수세를 하고, 수세된 폴리비닐알콜을 용해 탱크에 넣고 가소제 및 계면활성제를 첨가한 후 90 내지 180℃에서 용해하여 캐스팅 용액을 제조한다.

(b) 수용액의 캐스팅 단계

본 단계는 전술한 방법으로 준비한 수용액을 회전하는 캐스팅 드럼에 솔루션 캐스팅하는 단계이다. 수용액을 캐스팅 드럼 위에 캐스팅하면, 드럼 표면에 캐스팅된 수용액이 1차적으로 건조되면서 드럼의 표면에 얇은 필름이 형성된다.

상기 캐스팅 과정의 구체적인 예를 들면, (a)단계에서 제조된 수용액을 80 내지 100℃ 온도의 티-다이(T-die)를 통하여 60 내지 110℃ 온도의 드럼 위에 캐스팅하여 필름을 형성한다. 이 때 상기 티-다이와 드럼간 간격은 10mm 이하, 바람직하게는 5mm 이하로 유지하는 것이 좋다.

도 2는 폴리비닐알콜 필름 제조를 위한 일반적인 캐스팅 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 캐스팅 장치는 티-다이(21), 캐스팅 드럼(24) 및 토출되는 수용액의 양을 조절하는 조절볼트(22)를 포함하여 이루어진다. 캐스팅 드럼은 화살표 A 방향으로 계속적으로 회전하며, 티-다이는 폴리비닐알콜, 가소제 및 계면활성제를 물에 용해하여 제조한 수용액을 토출구를 통하여 캐스팅 드럼 표면에 폭방향으로 균일하게 토출하여 토출막(25)을 형성하고, 이러한 토출막(25)은 캐스팅 드럼 표면과 접촉하여 얇은 필름을 형성한다. 이 때 토출 막(25)의 온도가 80℃ 이상의 고온이므로 토출막(25)으로부터 증기(수증기, 가소제 및 계면활성제의 증기)가 배출되는데, 증기의 일부는 캐스팅 드럼과 마주하는 토출막의 하면으로부터 캐스팅 드럼 쪽(B 방향)으로 배출되고 일부는 토출막의 상면으로부터 그 반대 방향(C 방향)으로 배출된다.

C 방향으로 배출되는 증기의 경우는 공기 중으로 사라지므로 폴리비닐알콜 필름에 특별히 영향을 미치지 않으나, B 방향으로 배출되는 증기의 경우는 드럼에 묻어 필름 표면에 얼룩을 발생시키게 된다. 즉, 캐스팅 과정에서 수용액으로부터 발생하는 증기는 캐스팅 드럼 표면에 젖는 양이 균일하지 않기 때문에 캐스팅 드럼 표면에 불균일한 농도로 트랩되고, 티-다이에서 토출된 토출막이 드럼에 붙는 순간 필름 표면에 영향을 미친다. 이와 같이, B 방향으로 배출되는 증기로 인하여, 필름의 건조가 완료된 후에 그 표면에는 얼룩이 발생된다. 이러한 얼룩은 상기 필름을 이용하여 제조된 편광필름의 편광도를 불균일하게 한다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 티-다이의 토출구로부터 폴리비닐알콜 수용액을 캐스팅 드럼 표면에 연속적으로 캐스팅시, 토출구로부터 토출된 직후의 수용액이 형성하는 토출막의 캐스팅 드럼과 마주하는 하면 및 그 토출구 방향으로의 연장선과 상기 캐스팅 드럼의 표면 사이의 영역에 증기 흡입장치를 배치하므로서, 토출막의 하면으로부터 배출된 증기를 흡입하였다.

도 3은 본 발명의 폴리비닐알콜 필름 제조를 위한 캐스팅 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 캐스팅 드럼(24)은 티-다이(21)의 토출구로부터 소정 간격 이격되어 소정 속도로 회전한다. 폴리비닐알콜 수용액은 캐 스팅 드럼(24) 표면에 티-다이(21)의 토출구를 통하여 연속적으로 캐스팅한다. 증기 흡입장치(23)는 티-다이(21)의 토출구로부터 토출된 직후의 수용액이 형성하는 토출막(25)의 캐스팅 드럼(24)과 마주하는 하면 및 그 토출구 방향으로의 연장선과, 상기 캐스팅 드럼(24)의 표면 사이의 영역에 배치하므로서, 토출막(25)의 하면으로부터 배출된 증기를 흡입한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 증기 흡입장치(23)의 흡입구는 티-다이(21)의 토출구로부터 수용액의 토출방향과 반대 방향으로 소정 간격 이격하여 배치하는 것이 수용액의 토출 안정성을 유지하는데 바람직하다. 수용액의 토출 안정성과 증기의 흡입 효율성을 고려할 때, 증기 흡입장치(23)의 흡입구와 티-다이의 토출구 사이의 거리를 30 내지 200mm로 조절하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 증기 흡입장치(23)의 흡입구를 포함한 말단부는 도 3에 도시된 바와 같이 증기 흡입장치(23)를 티-다이(21)의 후면에 밀착하여 배치하는 등의 방법으로 토출막(25)과 실질적으로 평행하게 배열하는 것이 수용액의 토출 안정성 및 토출막(25)의 하면으로부터 배출된 증기 흡입의 효율성 측면에서 바람직하다. 증기 흡입장치(23)의 흡입력은 증기 흡입의 효과 및 토출 안정성을 고려할 때, 효율성 및 10 내지 600 torr인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50 내지 500 torr이다.

(c) 1차 필름 형성 단계

본 단계는 캐스팅 드럼에 상기 수용액을 캐스팅하여 드럼 위에 형성된 필름을 드럼에서 박리시켜 건조시킴으로써 폴리비닐알콜 필름을 형성하는 단계이다. 본 발명에서는 본 단계에서 형성된 폴리비닐알콜 필름을 폴리비닐알콜 1차 필름으로 명명한다. 이하, 본 단계에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

상기 (b) 단계를 통해 캐스팅 드럼에서 필름이 형성되면, 필름을 드럼에서 박리시켜 70 내지 90℃의 건조롤을 통과시켜 건조시킴으로써 본 발명에 따른 폴리비닐알콜 1차 필름을 완성한다. 건조 효율을 높이기 위해서 드럼 주변에 열풍을 동시에 불어주는 방법도 효과적이다. 열풍 온도는 60 내지 150℃가 적당하며, 필름의 균일한 건조를 위해서는 캐스팅 드럼과 열풍 온도의 차이를 50 ℃ 이내로 유지하는 것이 좋다.

본 발명에서 상기 캐스팅 드럼의 폭은 특별히 한정되지 않으나, 작업 안정성을 위하여 2,400 mm 이상인 것이 바람직하고, 캐스팅 드럼에 형성된 필름을 균일하게 박리시키기 위해서는 박리장력이 0.01 N/mm 이하인 것이 바람직하다. 박리장력을 낮추기 위해서는 캐스팅 과정에서 형성된 필름의 수분율이 10 내지 40 중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 중량%이다.

캐스팅 드럼에서 박리된 필름은 건조롤을 거치면서 2차 건조될 수 있다. 상기 2차 건조과정에서 필름의 양면의 미세구조를 균일하게 유지하기 위해서는 6개 이상의 롤을 교차하면서 건조하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10개 이상의 롤을 거치는 것이 좋다. 캐스팅 드럼에서 박리될 때 필름의 수분율이 높기 때문에 외부 장력에 의해서 필름 표면에 장력이 발생할 수 있으므로 드럼과 상기 첫번째 건조롤 간의 간격은 20 mm 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 mm 이하이다. 또한, 건조롤의 온도는 50 내지 90℃인 것이 바람직하다.

(d) 열처리 단계

전술한 방법으로 형성된 폴리비닐알콜 1차 필름은 이후 기계적 물성 확보를 위하여 열처리 공정을 거친다. 열처리는 통상적인 폴리비닐알콜 필름의 제조방법에서 채택한 방법으로 수행할 수 있는데, 필름의 기계적 물성 및 염착성과 연신성을 고려할 때 100 내지 180℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 110 내지 140℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 시간은 50 내지 120초 동안 실시하는 것이 바람직하다.

열처리 과정에서의 장력은 예를 들어 0.04 N/mm 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.02 N/mm 이하이다. 열처리 과정을 통해 열처리된 필름의 수분율은 5 중량% 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3 중량% 이하이다.

본 단계에서 상기 열처리 방법은 특별히 제한하지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있다. 그 일 예를 살펴보면 고온의 롤에 접촉한 상태에서 열처리하는 방법 또는 고온의 공기, 예를 들어 100 내지 160℃의 뜨거운 공기에 의해 부유식으로 열처리하는 방법 등을 사용할 수 있는데, 균일한 열처리를 위해서는 공기 부유식으로 열처리하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기와 같이 열처리된 폴리비닐알콜 필름을 조습처리하는 과정을 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 조습처리는 건조 및 열처리 공정에서 생성된 열이력을 제거하여 염착성 및 연신성을 좋게 하여 편광특성을 향상시키기 위하여 실시한다.

본 발명의 상기 조습처리 방법은 특별히 제한하지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 조습 조건을 이용하여 실시할 수 있다. 그 일 예를 살펴보면 상기 조습처리는 60 내지 150 ℃의 온도 및 50 내지 90%의 습도 조건 에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 80 내지 120 ℃의 온도 및 50 내지 80%의 습도 조건에서 수행될 수 있다. 상기 조습 과정에서 조습처리된 폴리비닐알콜 필름은 수분율이 4 내지 10 중량%인 것이 바람직하다.

이러한 방법에 의하여 제조된 폴리비닐알콜 필름은 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 통상의 기술을 이용하여 권취될 수 있으며, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.

전술한 방법으로 형성된 폴리비닐알콜 필름을 통상적인 방법으로 염착 및 연신하므로서 편광필름을 제조할 수 있다. 상기 편광필름을 제조하기 위한 폴리비닐알콜 필름의 두께는 30 내지 120 ㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50 내지 80 ㎛이다, 상기 두께가 30 ㎛ 미만이면 연신성이 충분하지 않을 수 있고, 120 ㎛를 초과하면 필름이 두꺼워져서 염착이 충분히 되지 않을 수 있다.

본 발명에서 염착 공정은 특별히 제한하지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 염착 공정을 이용할 수 있다. 그 일 예를 살펴보면, 상기 폴리비닐알콜 필름을 요오드 및 요오드화칼륨을 혼합한 수조(water bath)에서 진행하는 방법이 효과적이다. 이때 요오드 농도는 0.01 내지 40g/L, 상기 요오드화 칼륨의 농도는 1 내지 70g/L에서 염착을 진행할 수 있으며, 염착 처리 온도는 20 내지 40℃에서 수행할 수 있으나, 상기 조건에 한정하는 것은 아니다. 이렇게 염착된 폴리비닐알콜 필름은 붕산 수용액에 침지하여 가교시킴에 의해 염착된 요오드가 휘발되는 것을 방지한다. 상기 붕산 수용액의 붕산 농도는 5 내지 50 g/L인 것이 바람직하고, 붕산 처리 온도는 40 ℃ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 편광필름을 제조하기 위한 연신 공정은 특별히 제한하지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 연신 공정을 이용할 수 있다. 그 일 예를 살펴 보면, 폴리비닐알콜 필름 또는 염착된 폴리비닐알콜 필름을 30 내지 80 ℃의 온도로 30초 내지 5분간 예열하고 이어서 30 내지 80℃의 온도, 바람직하게는 40 내지 60 ℃의 온도에서 3배 내지 10배의 길이로 연신하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 폴리비닐알콜 필름의 염착 및 연신은 순서에 관계없이 수행될 수 있다. 즉, 염착이 먼저 진행된 후 연신이 진행될 수도 있고, 연신이 먼저 진행된 후 염착이 진행될 수도 있으며, 상기 염착과 연신이 동시에 진행될 수도 있다. 바람직하게는 상기 염착이 진행되는 붕산 수용액의 욕조에서 연신이 동시에 진행되는 것이 효율면에서 유리하다.

상기 염착 및 연신된 폴리비닐알콜 필름은 건조 과정을 거쳐서 최종적으로 편광필름이 제조된다. 상기 제조된 편광필름은 기계적 물성이 우수하며 표면에 얼룩이 없고 편광 성능이 매우 우수하다.

이상, 본 발명에 따른 폴리비닐알콜 필름의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 폴리비닐알콜 필름 및 상기 폴리비닐알콜로부터 제조된 편광필름에 관하여 살펴보았다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

평균 중합도 3200, 검화도 99.9몰%의 폴리비닐알콜을 20℃의 충분한 물 속에서 30분 동안 교반하여 수세함으로써 내부에 잔존하는 초산나트륨 등 불순물을 제거하였다. 수세 후 용해도 농도를 조절하기 위하여 탈수 공정을 거쳤다. 탈수 후 수분을 함유하고 있는 폴리비닐알콜을 케이크라고 칭한다. 상기 케이크 중에 함유된 수분 함량은 50중량%가 되도록 조절하였다. 상기 케이크를 용해 탱크에 넣고 가소제로서 글리세린을 폴리비닐알콜 100 중량부를 기준으로 12 중량부 넣고, 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 에스테르계 화합물을 폴리비닐알콜 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 첨가하였다. 그리고 비휘발성 성분의 농도가 31 중량%가 되도록 물을 첨가하여 용해시켰다. 150℃에서 7시간 동안 교반하면서 미용해물을 완전히 제거하여 캐스팅 용액을 제조하였다.

용해 공정 중에 발생한 기포는 탈포용 압출기를 통하여 용액 중의 기포가 완전히 제거되도록 하고 압출기의 탈포 부분에서 빠져나가는 수증기는 응축시켜서 다시 압출기 내부로 주입시켜서 용액의 농도가 일정하도록 하였다. 상기 탈포는 95℃에서 실시하였으며 이러한 탈포과정에 의하여 기포가 완전히 제거된 용액을 제조하였다. 티-다이로 상기 캐스팅 용액을 정량적으로 공급하기 위해서 기어펌프를 사용하였다. 기어펌프에 이어서 용액 중에 잔존하는 이물질을 제거하기 위하여 20㎛ 및 5㎛필터를 연속으로 설치하여 미세 이물질이 제거되도록 하였다. 또한 티-다이 직전에 스태틱 믹서를 설치하여 용액의 온도 불균일이 발생하는 것을 방지하였다.

티-다이는 2,700mm의 폭, 0.5mm의 립갭, 5mm의 에어갭을 가지는 것을 사용하 였고 온도는 95℃로 유지하였다. 그리고 도 3에 도시된 바와 같이 티-다이 뒷면에 설치된 증기 흡입장치를 통해 캐스팅 계면에 발생되는 증기가 완전히 제거되도록 하였다. 이 때, 흡입장치의 흡입력은 500 torr로 유지하였다.

캐스팅 드럼은 3,200mm의 폭, 직경 2,000mm인 것을 사용하였으며 온도는 90℃로 유지하였고, 캐스팅 드럼 표면에 불어주는 열풍의 온도는 120℃로 유지하였다. 상기 드럼의 속도는 2m/min으로 유지하였으며, 드럼에서 박리 후 필름의 수분율은 20 중량%로 유지하였다.

드럼과 첫번째 건조롤 간의 간격은 10mm로 근접하도록 하여 박리 장력을 낮게 유지하였다. 건조롤은 11개를 상하로 교차시켜서 체류시간을 최대화하였으며, 롤 스피드를 뒤로 갈수록 5%씩 감소시킴으로써 건조되면서 발생하는 연신 가능성을 제거하였다. 건조롤의 온도는 80℃로 유지하였으며 건조 후 필름의 수분율은 7 중량%였다.

이렇게 제조된 필름을 플로팅 에어방식으로 열처리하였다. 열처리 온도는 130℃였으며, 열처리 시간은 60초였다. 열처리 후 필름의 수분율은 2 중량%였다. 상기 열처리된 필름을 85℃의 온도, 65%의 상대습도 조건에서 조습처리하여 수분율이 6 중량%가 되도록 하였다. 상기 제조된 필름은 폭2,400mm, 두께 75㎛의 크기로 슬리팅하여 표면이 균일한 폴리비닐알콜 필름을 제조하였다.

상기 제조된 폴리비닐알콜 필름을 25℃의 물 속에서 팽윤시킨 후 용오드 및 요오드화칼슘 수용액 중에서 염착하였다. 이 때 요오드의 농도는 0.5g/L이고, 요오드:요오드화칼륨의 농도비는 1:5이 되도록 하였다. 이후 붕산 농도가 30g/L인 50℃ 의 수조에서 5배로 연신한 후 건조하여 편광필름을 제조하였다. 상기 제조된 필름의 편광도는 99.9%였다. 또한 광학 얼룩이 전혀 없는 편광필름이 제조 가능하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게 실시하여 편광필름을 제조하되, 다만 티-다이 뒷면에 설치된 증기 흡입장치의 흡입력을 100 torr로 하여 표면 균일성이 우수한 폴리비닐알콜 필름을 제조하였다. 이와 같이 제조된 편광필름의 편광도는 99.9%였다.

실시예 3

평균 중합도 2,600, 검화도 99.9몰%의 폴리비닐알콜을 이용하여 가소제 12중량% 및 계면활성제 0.07중량%를 포함한 비휘발성분의 함량이 40중량%가 되도록 캐스팅 용액을 제조하였다. 나머지 부분은 실시예 1과 동일하게 실시하여 두께 75㎛ 폴리비닐알콜 필름을 제조하였다. 이와 같은 필름을 이용하여 실시예 1의 염착/연신 공정을 거쳐서 편광필름을 제조하였다. 이와 같이 제조된 편광필름의 편광도는 99.8%였다.

비교예 1

솔루션 캐스팅 과정에서 증기 흡입장치에 의한 흡입 없이 솔루션 캐스팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이렇게 제조된 폴리비닐알콜 필름의 외관은 폭방향으로 줄무늬가 발생하였으며, 이를 4.7배 연신하여 제조된 편광필름은 광학 얼룩이 발생하여 편광판으로 사용이 불가능하였다. 또한 제조된 필름 평균 편광도는 99.5%로 낮게 나타났다.

(성능 평가)

편광도

본 발명에서 편광도는 편광필름 2매를 중첩한 상태에서 빛의 투과곡선을 측정하여 하기의 식에 의하여 편광도를 측정하였다. 측정기기는 N&K Technology사의 n&k1280 측정기를 사용하였다.

상기 식에서, H₁은 편광필름을 수평하게 맞춘 상태에서 측정한 빛의 투과율이며, H₂은 편광필름을 서로 수직으로 한 상태에서 측정한 투과율이다. 측정에서 사용된 빛은 400 내지 700nm 파장의 빛을 사용하였으며, 편광도를 산출한 후에 동일 파장에 대하여 편광도의 평균치를 기재하였다. 또한 편광필름의 외관을 관찰하여 얼룩 없이 균일한 외관을 가지면 ○로 표시하고, 얼룩이 발생되어 외관이 불량하면 X로 표시하였다.

상기 실시예 및 비교예에 따른 결과를 표 1에 정리하였다.

표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 토출장치의 캐스팅 뒷면에 증기 흡입장치를 부착하여 일정 압력으로 증기를 흡입 제거한 실시예 1 내지 3의 경우는 증기를 흡입하지 않은 비교예 1에 비하여 폴리비닐알콜 필름의 외관면에서 얼룩이 없이 균일한 표면을 가졌으나, 비교예 1의 경우는 외관에서 얼룩이 발견되었다. 또한 상기 폴리비닐알콜 필름을 염착 및 연신하여 제조된 편광필름의 경우 실시예 1 내지 3의 경우는 편광도가 99.8% 내지 99.9%이고, 광학적 얼룩이 발견되지 않았으나, 비교예 1의 경우는 편광도가 99.5%로서 실시예의 경우보다 낮았고, 광학적 얼룩도 발견되었다. 이는 솔루션 캐스팅 과정에서 발생한 증기가 필름 표면에 기어마크 같은 얼룩을 발생시켰기 때문인 것으로 파악된다.

본 발명의 제조방법에 따르면, 티-다이의 토출구로부터 폴리비닐알콜 수용액을 캐스팅 드럼 표면에 연속적으로 캐스팅시, 토출구로부터 토출된 직후의 수용액이 형성하는 토출막의 캐스팅 드럼과 마주하는 하면 및 그 토출구 방향으로의 연장 선과 상기 캐스팅 드럼의 표면 사이의 영역에 증기 흡입장치를 배치하므로서, 토출막의 하면으로부터 배출된 증기를 효과적으로 제거하였다. 이에 따라, 증기가 필름 표면 및 캐스팅 드럼 표면에 부착함으로써 발생하는 얼룩을 방지할 수 있으므로, 폴리비닐알콜 필름의 표면 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이로부터 제조된 폴리비닐알콜 편광필름은 대면적에 걸쳐 표면 균일성이 우수하고 편광특성이 우수하다.

이상에서 본 발명이 구체적인 실시예를 통하여 설명되었지만, 본 발명의 기술 사상의 범위 안에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (14)

1. (a) 폴리비닐알콜, 물, 가소제 및 계면활성제를 혼합하여 수용액을 준비하는 단계;

   (b) 티-다이의 토출구로부터 소정 간격 이격되어 소정 속도로 회전하는 60 내지 110℃의 캐스팅 드럼 표면에 상기 수용액을 티-다이의 토출구를 통하여 연속적으로 캐스팅하면서, 상기 토출구로부터 토출된 직후의 수용액이 형성하는 토출막의 캐스팅 드럼과 마주하는 하면 및 그 토출구 방향으로의 연장선과 상기 캐스팅 드럼의 표면 사이의 영역에 증기 흡입장치를 배치하여, 상기 토출막의 하면으로부터 배출된 증기를 흡입하는 단계;

   (c) 상기 드럼 위에 캐스팅된 수용액을 건조시켜 폴리비닐알콜 1차 필름을 형성하는 단계;

   (d) 상기 폴리비닐알콜 1차 필름을 열처리하는 단계; 및

   (e) 상기 폴리비닐알콜 1차 필름을 염착 및 연신하는 단계를 포함하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 증기 흡입장치의 흡입구는 상기 티-다이의 토출구로부터 수용액의 토출방향과 반대 방향으로 소정 간격 이격되어 설치된 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 증기 흡입장치의 흡입구와 티-다이의 토출구 사이의 거리는 30 내지 200mm 인 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 증기 흡입장치의 흡입구를 포함한 말단부는 상기 토출막과 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 증기 흡입장치가 상기 티-다이의 후면에 밀착하여 배치된 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 증기 흡입장치의 흡입력이 10 내지 600 torr인 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 (a)단계의 상기 수용액 중 폴리비닐알콜의 함량이 10 내지 60 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 가소제가 글리세린, 에틸렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 글리콜인 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 (d)단계에서 열처리는 100 내지 180℃의 온도에서 50 내지 120초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 (d)단계에서 제조된 폴리비닐알콜 필름의 두께가 30 내지 100㎛인 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 (d)단계 이후 상기 폴리비닐알콜 필름을 조습처리하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 조습처리가 60 내지 150 ℃의 온도 및 50 내지 90%의 습도 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 편광필름의 제조방법.
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