CN101312819A - 热塑性树脂膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种热塑性膜以及用于制备该膜的方法,所述热塑性膜能够通过降低抛光辊法所引起的应变的出现,而提供可以抑制延迟出现并且具有优异光学特性的膜。将熔融树脂以片材形状从模头挤出,将其供给在一对抛光辊之间,通过压力夹在该对抛光辊中间,以及冷却以形成酰化纤维素膜。至少一个抛光辊由金属弹性辊构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种热塑性膜及其制备方法,更具体地,涉及一种具有适合液晶显示装置的质量的热塑性树脂膜以及它的制备方法。
背景技术
通常地,将酰化纤维素膜拉伸以发展面内延迟(Re)和厚度方向延迟(Rth),并且将其用作液晶显示元件的相位差膜,以提高视角。
作为这种拉伸酰化纤维素膜的方法,已知的有:在纵向拉伸的方法(纵向拉伸)、在横向(宽度)方向上拉伸的方法(横向拉伸)和同时在纵向和横向拉伸的方法(同时拉伸)。在这些方法中,纵向拉伸由于其小型的设备而被经常使用。通常地,在纵向拉伸中,将膜加热到高于玻璃化转变温度(Tg)的温度,并且在出口侧的一对夹棍的输送速度高于在入口侧的输送速度,因而膜在纵向得到拉伸。
日本专利申请公开2002-311240描述了纤维素酯的一种纵向拉伸法。在该日本专利申请公开2002-311240中,纵向拉伸的方向与膜形成时流延的方向相反,由此改善了慢轴角的不均匀性。此外,日本专利申请公开2003-315551描述了一种通过使用安装在拉伸区中的夹棍拉伸的方法,该拉伸区具有长/宽比(L/W)为0.3至2的短跨度。根据日本专利申请公开2003-315551,可以提高在厚度方向上的取向(Rth)。此处使用的长/宽比是指通过将用于拉伸的夹棍的间隔(L)除以被拉伸酰化纤维素膜的宽度(W)而获得的值。
发明内容
当拉伸之前(未拉伸)的酰化纤维素膜通过熔体膜形成法制备时,酰化纤维素树脂的缺点在于由于高的熔体粘度而难于进行均化。因此,由熔体膜形成法制备的酰化纤维素膜可能导致条纹缺陷或可能具有较低的厚度精确度。因此,当由熔体膜形成法制备的酰化纤维素膜进行拉伸时,所得膜具有延迟值Re和Rth分布,因而使得不能够获得高的光学特性。
作为解决这些问题的方法,本发明的发明人集中关注了抛光辊法。抛光辊法是将从模头挤出的树脂夹在一对抛光辊之间并且进行冷却,因而防止了条纹缺陷并且改善了厚度精确度的方法。
然而,抛光辊法使膜中出现残留应力,并且在膜形成时可能发生延迟。
本发明鉴于这些情况而产生。本发明可以防止条纹缺陷并且提高厚度精确度。此外,本发明可以抑制抛光辊法所引起的残留应力的出现,并且降低在膜形成时的延迟的发展。因此,本发明的目的是提供一种热塑性膜以获得具有高的光学特性的膜,以及该膜的制备方法。
为了实现所述目的,本发明的第一方面是制备热塑性树脂膜的方法,所述方法包括如下步骤:将熔融热塑性树脂以片材形状从模头挤出;在将该片材形状的热塑性树脂夹在一对辊之间的同时,将片材形状的热塑性树脂冷却并且固化而形成膜,所述一对辊的算术平均表面粗糙度Ra为100nm以下,并且由其中至少一个为金属制备的弹性辊的辊所组成,其中所述一对辊满足所有的下列式(1)、(2)和(3):
当X(℃)=热塑性树脂的玻璃化转变温度Tg(℃)-弹性辊的温度(℃),并且Y为线速度(m/min)时,
0.0043X2+0.12X+1.1<Y<0.019X2+0.73X+24...(1),
当Z表示弹性辊的外机筒的径向厚度时,
0.05mm<Z<7.0mm...(2),以及
当Qcm表示一对辊中通过片材形状热塑性树脂彼此接触的部分的长度,而P(kg/cm)表示将片材形状的热塑性树脂夹在所述一对辊中间时的线压力时,
3kg/cm2<P/Q<50kg/cm2...(3)。
根据本发明的第一方面,应用了抛光辊法,由此可以防止条纹缺陷的产生,并且除此之外,将片材形状的热塑性树脂夹在一对辊之间的同时进行冷却和固化,由此提高了厚度的精确度,所述一对辊的表面性质在于算术平均表面粗糙度Ra为100nm以下,并且由其中至少一个为金属制备的弹性辊的辊所组成。
此外,根据本发明的第一方面,将从模头挤出的熔融热塑性树脂夹在一对辊之间的同时,将该树脂冷却并固化,所述一对辊由其中至少一个为金属制备的弹性辊的辊所组成。在本发明中,所述弹性辊被构造成这样:当所述一对辊固定热塑性树脂时,其外机筒的径向厚度Z满足0.05mm<Z<7.0mm,由此弹性辊进行弹性变形,因而,它以平面方式通过片状树脂与冷却辊接触,并且同时,在其恢复力的情况下,它将其变形形状恢复到原有形状,它可以以平面方式并且均匀地按压树脂。在以平面方式并且均匀地按压树脂的同时进行冷却,导致膜在其内没有残留应力的情况下形成,由此可以在膜形成过程中抑制延迟的发展。如果弹性辊的外机筒的径向厚度为0.05mm以下,则恢复力太小,因而不能获得表面改善作用,而且,辊的强度降低。另一方面,如果径向厚度为7.0mm以上,则不可能获得弹性,由此不产生消除残留应力的作用。外机筒的径向厚度Z不存在问题,只要它满足0.05mm<Z<7.0mm即可,但是优选它满足0.2mm<Z<5.0mm。
此外,当X(℃)=热塑性树脂的玻璃化转变温度Tg(℃)-弹性辊的温度(℃),并且Y(m/min)为线速度时,本发明人发现,膜的残留应力和膜对弹性辊的附着可以通过满足0.0043E2+0.12E+1.1<Y<0.019X2+0.73X+24而消除。具体地,改变弹性辊的温度和线速度Y,从各种观察点观测膜。结果发现,当线速度Y为(0.0043E2+0.12E+1.1)以下时,加压的时间变得很长,因而在膜中产生残留应力,导致延迟的出现。此外发现,当线速度Y为(0.019X2+0.73X+24)以上时,用于冷却的时间很短,因而膜不能逐渐冷却,导致附着于冷却辊上。在这种情况下,线速度Y是膜制备时的速度,并且是与冷却辊的速度一致。
本发明人还发现,如果满足3kg/cm2<P/Q<50kg/cm2,Q(cm)表示所述一对辊中通过片材形状热塑性树脂彼此接触的部分的长度,而P(kg/cm)表示所述一对辊的线压力时,则可以防止在膜的内部产生残留应力。如果P/Q为3kg/cm2以下,则以平面方式按压树脂时的压力很小,因而不产生表面改善作用,而如果P/Q为50kg/cm2以上,则压力很大,因而在膜内部产生残留应力,由此延迟得到发展。接触长度Q是弹性辊与树脂接触的部分的长度,它可以通过例如这样测定:通过在静止的一对辊之间保持压感纸(对压力响应以显示颜色的片材)以及隔体,以使压感纸和隔体的厚度与树脂的厚度相同,并且测量压感纸上显示颜色的部分的长度。通过改变辊的机筒压力,可以控制接触长度Q和线压力P。
第一方面可以防止条纹缺陷和提高厚度精确度,并且抑制由于抛光法所致的残留应力的出现,因而不允许在膜形成时出现延迟,由此产生具有高光学特性的膜。
根据第一方面的发明,第二方面的发明的特征在于,当从模头释放时,热塑性树脂的零剪切粘度为2000Pa·sec以下。
根据第二方面的发明,当热塑性树脂从模头释放时,如果具有的零剪切粘度为2,000Pa·sec以下,则可以防止膜中进一步的条纹缺陷。当零剪切粘度超过2,000Pa·sec时,从该模头挤出的熔融树脂在刚释放时被宽范围铺展,并且可能被附着于模头的尖嘴部分,这是容易引起条纹缺陷的污染。此外,通过使用板锥形(plate cone-type)熔体粘度测量装置测量熔体粘度的剪切速度依赖数据,以及通过将在熔体粘度没有剪切速度依赖性的区域内的测量值外推零剪切速度时的熔体粘度,获得零剪切粘度。
根据本发明的第一或第二方面,第三方面的发明的特征在于膜具有20至300μm的膜厚度,20nm以下的面内延迟(Re)以及20nm以下的厚度方向延迟(Rth)。
本发明能够形成适合于光学膜的热塑性膜,所述热塑性膜具有高的厚度精确性、没有条纹缺陷和更小的残留应力,因而能够获得厚度为20至300μm、面内延迟(Re)为20nm以下以及厚度方向延迟(Rth)为20nm以下的热塑性膜。
根据第一至第三方面中的任一方面的发明,第四方面的发明的特征在于,所述热塑性树脂是酰化纤维素树脂。
本发明在制备具有良好延迟表现的酰化纤维素膜中是特别有效。
根据第四方面的发明,第五方面的发明的特征在于,酰化纤维素树脂的数均分子量为20,000至80,000,并且当A表示乙酰基的取代度,而B表示碳原子为3至7的酰基的取代度之和时,其酰基满足下列取代度:2.0≤A+B≤3.0、0≤A≤2.0和1.2≤B<2.9。
满足这些取代度的酰化纤维素膜具有如下的特征:低熔点、容易被拉伸和优异的防湿性质,因而可以获得作为功能膜的优异拉伸的酰化纤维素膜,所述功能膜比如液晶显示元件的相位差膜。
第六方面的发明是特征在于通过在第一至第五方面的任一方面中所描述的制备方法制备的热塑性膜。第七方面的发明是特征在于层叠有至少一层第六方面的热塑性膜的偏振片。第八方面的发明是用于液晶显示装置的光学补偿膜,其特征在于将第六方面的热塑性膜用作衬底。
通过第一至第五方面的制备方法制备的热塑性膜具有高的光学特性,因此它适合于液晶显示板用的光学补偿膜,或适合于偏振片。
根据本发明,从模头挤出的熔融热塑性树脂被夹在两个辊之间的同时进行冷却和固化,所述两个辊由其中至少一个为金属制备的弹性辊的辊所组成,因而当热塑性树脂保持在所述两个辊之间时,由金属棍以平面方式按压所述热塑性树脂,从而能够形成没有残留应力的膜。因此,能够形成没有条纹缺陷、其厚度精确度高并且其中的应力诱导得到抑制的热塑性树脂膜,因此,延迟小。
附图简述
图1是说明本发明可应用的膜形成装置的构造的图;
图2是说明挤出机构造的示意图;
图3是说明膜形成工艺的构造的示意图;
图4A和4B是本发明实施例的表;以及
图5是本发明实施例的表。
符号描述
10...膜形成装置,12...酰化纤维素膜,14...膜形成部,16...纵向拉伸部,18...横向拉伸部,17...传递辊,20...卷起部,22...挤出机,26...抛光辊(弹性辊),28...抛光辊(冷却辊),44...外机筒,46...液体介质层,48...弹性体层(内机筒),50...金属轴,Q...接触长度,Y...线速度,Z...外流延厚度
实施本发明的最佳方式
在下面,将参考附图描述本发明热塑性膜的制备方法的一个优选实施方案。尽管这个实施方案是根据制备作为热塑性膜的酰化纤维素膜而描述的,但是本发明并不限于此,而是可以应用于制备饱和的降冰片烯树脂或聚碳酸酯树脂。在这个实施方案中,在提供一对辊由金属制备的弹性辊和冷却辊构成的实例的情况下,描述制备本发明的热塑性树脂膜的方法。
图1显示了用于制备热塑性膜的装置的示意性构造的一个实例。如图1所示,制备装置10主要由用于制备未拉伸酰化纤维素膜12的膜形成部14和用于将酰化纤维素膜12卷起的卷起部20构成。
在膜形成加工部14中,通过挤出机22熔融的酰化纤维素树脂以片材形状从模头24释放出,并且被供给在一对抛光辊26,28之间。为冷却并且固化抛光辊28的酰化纤维素膜12从该抛光辊28上剥离,然后通过卷起部20卷起为卷形状。以这样的方式,制备出拉伸的酰化纤维素膜12。下面,将详细地描述每一个部。
图2显示膜形成部14的具有单轴螺杆的挤出机22。如图2所示,在机筒32中设置有具有螺杆轴34的单轴螺杆38,所述螺杆轴34具有螺旋片36,并且将酰化纤维素树脂通过供应口40从漏斗(未显示)供应给机筒32。机筒32从供应口40开始顺序包括:供应部(A所示区域),所述供应部用于输送由供应口40供应的恒定量的酰化纤维素树脂;压缩部(B所示区域),用于捏合以及压缩酰化纤维素树脂;以及测量部(C所示区域),用于测量经过捏合以及压缩的酰化纤维素树脂。通过挤出机22熔融的酰化纤维素树脂从排放口42连续进料到模头24。
挤出机22的螺杆压缩比被设定为2.5至4.5,并且L/D被设定为20至50。在此,螺杆压缩比是供应部A和测量部C之间的体积比,即,单位长度供应部A的体积/单位长度测量部C的体积。其通过使用供应部分A的螺杆轴34的外径d1、测量部C的螺杆轴34的外径d2、供应部A的空间直径a1和测量部C的空间直径a2进行计算。此外,在图2中,L/D是机筒长度(L)与机筒内径(D)的比率。而且,挤出温度被设定为1 90至240℃。当在挤出机22中的温度超过240℃时,可以在挤出机22和模头24之间安装冷却装置(未显示)。
挤出机22可以是单轴挤出机或双轴挤出机。然而,当螺杆压缩比小于2.5并且太小时,不能有效率地捏合产物,由于产生小的剪切热而导致晶体的不溶部分(insoluble portion)或熔融不充分。因此,在制备之后,容易在酰化纤维素膜内残留细晶体,并且此外,气泡容易结合在其内。当拉伸酰化纤维素膜12时,残留晶体抑制了拉伸性质,因而不能使膜的取向得到充分增加。相反,当螺杆压缩比大于4.5并且太大时,施加过度的剪切应力,并且产生热,导致树脂容易劣化。所制备的酰化纤维素膜容易表现为黄色。此外,过度剪切应力的施加导致分子开裂,因而分子量降低,导致膜的机械强度差。因此,为了通过本发明的方法制备的酰化纤维素膜不可能表现出黄色并且不可能由拉伸导致断裂,螺杆压缩比优选在2.5至4.5,更优选在2.8至4.2,并且还更优选在3.0至4.0的范围内。
此外,当L/D小于20并且太小时,与压缩比太小的情况相同,出现熔融或捏合不充分,并且微晶体容易残留在所制备的酰化纤维素膜中。相反,当L/D大于50并且太大时,酰化纤维素树脂在挤出机22中的停留时间变得太长,导致树脂容易劣化。长的停留时间引起分子断裂,因而分子量降低,导致膜的机械强度差。因此,为了通过本发明的方法制备的酰化纤维素膜不可能表现出黄色并且不可能由拉伸导致断裂,L/D优选在20至50,更优选在22至45,并且还更优选在24至40的范围内。
此外,挤出温度低于190℃并且太低时,晶体熔融不充分,并且微晶体容易残留在所制备的酰化纤维素膜中。当酰化纤维素膜被拉伸时,残留的晶体抑制拉伸性质,由此使得膜取向没有得到充分增加。相反,当挤出温度大于240℃并且太高时,酰化纤维素树脂劣化,并且黄色度(YI值)恶化。因此,为了通过本发明的方法制备的酰化纤维素膜不可能表现出黄色并且不可能由拉伸导致断裂,挤出温度优选在190℃至240℃,更优选在195℃至235℃,并且还更优选在200℃至230℃的范围内。
使用具有上述结构的挤出机22,将酰化纤维素树脂熔融,熔融的树脂被连续供应给模头24,并且以片材形状从模头24的尖端(下端)排出。排出的酰化纤维素树脂优选具有2,000Pa·sec以下的零剪切粘度。当零剪切粘度超过2,000Pa·sec时,从所述模头挤出的熔融树脂在排出之后就被宽范围铺展,并且可能附着于模头的尖端部分,变成容易引起条纹缺陷的污染。将排出的熔融树脂进料在一对抛光辊26,28之间(参见图1)。
图3显示了通过所述一对抛光辊26,28(参见图1)的膜形成方法的一个实施方案。一对抛光辊26,28由金属制备的弹性辊26和冷却辊28组成。
抛光辊26,28各自都具有镜面或具有近似镜面的表面。它们被打平到具有100nm以下、优选50nm以下并且更优选25nm以下的算术平均表面粗糙度Ra。抛光辊26,28被构造成可以通过例如使液体介质如水循环通过抛光辊26,28的内部而控制它们的表面温度的形式。一对抛光辊26,28连接至旋转驱动装置,如发动机,以使它们以与模头24降落时从该模头24排出的熔融树脂的速度几乎相同的速度旋转。
一对抛光辊26,28中,抛光辊26形成为直径小于另一个抛光辊28的直径,并且其表面由金属材料制成,因而可以以高精确度控制表面温度。从外层向内,弹性辊26由外机筒44、液体介质层46、弹性体层(内机筒)48和金属轴50构成。弹性辊26的外机筒44和内机筒48随着冷却辊28的旋转而旋转,这样,它们可以通过片状熔融树脂而接触。一旦一对抛光辊26,28将熔融片状树脂保持在它们之间,弹性辊26通过所述片接收冷却辊的反作用(reaction),并且进行弹性变形,从而表现出跟随冷却辊28的表面的凹面形式。因此,弹性辊26和冷却辊28以平面方式与所述片接触,同时,保持在弹性辊26和冷却辊28之间的所述片被冷却辊28冷却,并且被恢复力以平面方式按压,在该恢复力的作用下,弹性辊26的变形形状恢复到它原来的水平。外机筒44由金属薄膜制成,并且优选具有无焊接接缝的无缝结构。外机筒44的径向厚度Z在0.05mm<Z<7.0mm的范围内。如果弹性辊的外机筒的径向厚度Z为0.05mm以下,则恢复力太小,因而不能获得表面改善效果,除此之外,辊的强度降低。但是在另一方面,如果径向厚度为7.0mm以上,则不能获得弹性,由此不产生消除残留应力的作用。外机筒的径向厚度没有问题,只要它满足0.05mm<Z<7.0mm,但是优选它满足0.2mm<Z<5.0mm即可。
而且,当E(℃)=酰化纤维素树脂的玻璃化转变温度Tg(℃)-弹性辊26的温度(℃),并且Y(m/min)为线速度时,设定抛光辊(弹性辊)26的线速度Y和温度,使得它们满足式:
0.0043E2+0.12E+1.1<Y<0.019X2+0.73X+24。当线速度Y为(0.0043E2+0.12E+1.1)以下时,按压的时间变得如此长,因而在膜中产生残留应力。当线速度Y为(0.019X2+0.73X+24)以上时,冷却的时间如此短,因而膜不可能逐渐冷却,导致粘附到弹性辊26上。例如,当酰化纤维素树脂的Tg为120℃,并且抛光辊26的温度为115℃、90℃和60℃时,膜中的残留应力在线速度Y分别为1m/min、8m/min和23m/min以下时可观察到。当线速度Y分别为29m/min、64m/min和137m/min以上时,观察到膜对弹性辊的粘附。此外,对各种树脂进行实验,以得到E和Y之间的相关式。应当注意,冷却辊28和弹性辊26之间的温度差需要在±20℃内,优选在±15℃内,更优选在±10℃内。
在Q(cm)表示一对抛光辊26,28即弹性辊26和冷却辊28通过酰化纤维素片状树脂彼此接触的部分的长度,并且P(kg/cm)表示酰化纤维素片状树脂被保持在弹性辊26和冷却辊28之间的线压力时,线压力P和接触长度Q被设定为使得它们满足3kg/cm2<P/Q<50kg/cm2。如果P/Q为3kg/cm2以下,则以平面方式按压树脂的压力如此小,使得不产生表面改善作用,而如果P/Q为50kg/cm2以上,则压力如此大,使得在膜的内部引起残留应力,因而延迟被发展。例如通过在静止的一对辊之间保持压感纸(对压力响应以显示颜色的片材)以及隔体,以使压感纸和隔体的厚度与树脂的厚度相同,并且测量压感纸上显示颜色的部分的长度,可以确定接触长度Q。线压力P也可以通过例如与压感纸同样的方式测量。此外,通过改变辊的机筒(未显示)的压力,可以控制接触长度Q和线压力P。
通过具有上述结构的膜形成部14,酰化纤维素树脂从模头24排出,由此所排出的酰化纤维素树脂在一对抛光辊26,28之间形成非常小的液体池(库)。利用压力将这种酰化纤维素树脂保持在一对抛光辊26,28之间,并且将其厚度调节为薄片(sheet)。同时,弹性辊26通过酰化纤维素树脂接收来自冷却辊28的反作用力,并且沿着冷却辊28的面以凹面形状弹性变形,使得酰化纤维素树脂被弹性辊26和冷却辊28以平面方式按压。然后,在压力下,满足上述条件比如外机筒的径向厚度Z、温度、线压力和冷却时间的一对抛光辊26,28将树脂夹在中间,以形成膜12。所产生的酰化纤维素膜12没有条纹缺陷,表现出高的厚度精确度,并且由于防止了残留应力而具有小的延迟,因而合适用于光学膜。此外,具有上述结构的膜形成部14可以产生膜厚度为20至300μm、面内延迟Re为20nm以下并且厚度方向延迟Rth为20nm以下的酰化纤维素膜12。
在此,延迟值Re和Rth可以通过下列方程获得。
Re(nm)=|n(MD)-n(TD)|×T(nm)
Rth(nm)=|{n(MD)+n(TD)/2}-n(TH)|×T(nm)
在所述方程中,n(MD)、n(TD)和n(TH)表示沿膜的纵向、宽度方向和厚度方向的折射率,而T表示单位为nm的厚度。
膜12被保持并且按压在一对抛光辊26,28之间,并且该膜通过金属抛光辊28卷起并且被冷却。之后,膜从抛光辊28的表面上剥离,并且通过传递辊17在卷起部20以卷形状卷起。此时,酰化纤维素膜12优选具有0.02kg/mm2以下的卷起张力。这种范围的卷起张力使得卷起处理能够在拉伸酰化纤维素膜12中没有延迟分布。
下文中,按照下列程序详细描述适合于本发明的酰化纤维素树脂、形成未拉伸酰化纤维素膜12的方法以及处理所述酰化纤维素膜12的方法。
(酰化纤维素树脂)
在本发明中使用的酰化纤维素优选具有下列特征。在此,A表示乙酰基的取代度,而B表示碳原子为3至7个的酰基的取代度之和。
2.0≤A+B≤3.0 式(1)
0≤A≤2.0 式(2)
1.2≤B≤2.9 式(3)
如上述式(1)所示,本发明的酰化纤维素的特征在于A+B在2.0至3.0、优选在2.4至3.0并且更优选在2.5至2.95的范围内。当A+B小于2.0时,酰化纤维素的亲水性提高,并且膜具有大的透湿性,这是不优选的。
在本说明书中,用“至”表示的数字范围是指包括作为下限值和上限值的“至”之前和之后数值的范围。
如上述式(2)所示,本发明的酰化纤维素的特征在于A在0至2.0,优选在0.05至1.8,并且更优选0.1至1.6的范围内。
在上述式(3)中的B具有满足1.2至2.9、优选1.3至2.9,更优选为1.4至2.9,还更优选1.5至2.9的范围。
当1/2以上的B由丙酰基构成时,它优选满足下列式:
2.4≤A+B≤3.0
2.0≤B≤2.9
当低于1/2的B由丙酰基构成时,它优选满足下列式:
2.4≤A+B≤3.0
1.3≤B≤2.5
当1/2以上的B由丙酰基构成时,它更优选满足下列式:
2.5≤A+B≤2.95
2.4≤B≤2.9
当低于1/2的B由丙酰基构成时,它更优选满足下列式:
2.5≤A+B≤2.95
1.4≤B≤2.0
本发明的特征在于,在酰基中的乙酰基的取代度降低,而丙酰基、丁酰基、戊酰基和己酰基的取代度之和增加。这样可以使得在拉伸之后降低Re和Rth随时间的变化。此外,这样允许这些比乙酰基更长的基团以更大量存在于膜中,因而可以获得挠性提高并且拉伸性质提高的膜。因此,拉伸进行时,酰化纤维素分子的取向几乎不被扰乱,这样降低了由此出现的Re和Rth的临时变化。然而,如果酰基大于上述的酰基,则它并不优选,因为玻璃化转变温度(Tg)和弹性模量遭受了太大的降低。对于取代度B,碳原子为3至7个的酰基的优选实例包括丙酰基、丁酰基、2-甲基丙酰基、戊酰基、3-甲基丁酰基、2-甲基丁酰基、2,2-二甲基丙酰基(新戊酰基)、己酰基、2-甲基戊酰基、3-甲基戊酰基、4-甲基戊酰基、2,2-二甲基丁酰基、2,3-二甲基丁酰基、3,3-二甲基丁酰基、环戊烷羰基、己酰基、环辛烷羰基和苯甲酰基。更优选是丙酰基、丁酰基、戊酰基、己酰基和苯甲酰基,还更优选是丙酰基和丁酰基。
这样的酰化纤维素的合成方法的基本原理在Migita等的″MokuzaiKagaku(Chemistry of Wood Material)″,180-190页(由Kyoritsu Shuppan股份有限公司出版,1968)中有描述。典型合成方法是使用羧酸酐、乙酸和硫酸催化剂的液相乙酸化法。具体地,用合适量的乙酸对纤维素材料比如棉绒或木质浆进行预处理,然后倒入到预先冷却的羧化混合物中进行酯化,由此合成出全部的酰化纤维素(在2-、3-和6-位的酰基取代度之和为约3.00)。上述羧化混合物通常包含作为溶剂的乙酸、作为酯化剂的羧酸酐和作为催化剂的硫酸。羧酸酐通常以相对于纤维素总量为化学计量过量的量使用,它与酸酐和该体系中所存在的水反应。在酰化反应完成之后,向该体系中添加中和剂(例如,钙、镁、铁、铝或锌的碳酸盐、乙酸盐或氧化物)的水溶液,以水解残留在体系中的过量羧酸酐并且中和残留在该体系中的一部分酯化催化剂。然后,在少量乙酰化反应催化剂(通常是残留的硫酸)的存在下,将所得的全部酰化纤维素在50至90℃保持,以使酰化纤维素被皂化、熟化,并且由此转变成具有所需酰基取代度和聚合度的酰化纤维素。当获得所需酰化纤维素时,在用比如上述的中和剂完全中和残留在体系中的催化剂之后或在没有这种中和的情况下,将所得酰化纤维素溶液倒入到水或稀硫酸中(或者将水或稀硫酸倒入到酰化纤维素溶液中),以分离酰化纤维素。将这种所得的产物洗涤,并且进行稳定化处理以产生酰化纤维素。
必要的是,在本发明中优选使用的酰化纤维素的数均分子量为20,000至80,000,优选为30,000至75,000,更优选为40,000至70,000。当分子量低于20,000时,它是不适宜的,因为膜没有足够的机械性质,并且变得容易破裂。另一方面,当分子量超过80,000时,它并不优选,因为熔体粘度在熔体膜形成时变得太高。
通过移除低分子量组分,还可以控制粘均聚合度。如果移除低分子量组分,则平均分子量(聚合度)趋向于变高。然而,粘度变得低于普通酰化纤维素的粘度,因此所述移除是有利的。通过用合适的有机溶剂洗涤酰化纤维素,可以移除低分子量组分。分子量还可以通过聚合方法加以控制。在制备含有少量低分子量组分的酰化纤维素中,基于100质量份纤维素计,用于乙酰化反应的硫酸催化剂的量被调节到0.5至25质量份。如果硫酸催化剂的量被调节在上述范围内,则可以合成出具有优选分子量分布(均匀分子量分布)的酰化纤维素。
在本发明中,酰化纤维素通过GPC获得的重均聚合度/数均聚合度优选为2.0至5.0,更优选为2.2至4.5,并且还更优选为2.4至4.0。
此外,本发明的酰化纤维素的残留硫酸盐的量为0至100ppm。这样提高了热稳定性,并且防止了在酰化纤维素膜的熔体膜形成中的染色,因而获得具有高透明性的酰化纤维素光学膜。
这些酰化纤维素可以单独使用或与将其两种以上进行混合。可以适当与酰化纤维素之外的其它高分子量组分进行混合。被混合的高分子量组分优选具有与纤维素酯的优异相容性并且当形成膜时的透射率为80%以上,更优选为90%以上,并且还更优选为92%以上。
此外,在本发明中,优选添加增塑剂,因为它可以降低酰化纤维素的晶体熔融温度(Tm),并且还降低Re和Rth随时间的变化。这是因为增塑剂的添加使酰化纤维素疏水,这样抑制了水吸附所带来的酰化纤维素分子的拉伸取向的缓和。在本发明中使用的增塑剂对其分子量并没有特别的限制,可以使用低分子量化合物或高分子量化合物。增塑剂的实例包括磷酸酯、烷基邻苯二甲酰烷基乙醇酸酯、多元醇的羧酸酯和脂肪酸酯。增塑剂可以是固态或油状,即,它对它的熔点和沸点并没有特别的限制。在进行熔体膜形成的情况下,可以特别优选使用具有低挥发性的增塑剂。
磷酸酯的具体实例包括磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三丁氧基乙酯、磷酸三甲苯基酯、磷酸三辛酯、磷酸三萘酯、磷酸三(二甲苯基)酯、磷酸三-邻二苯基酯、磷酸甲苯基苯基酯、磷酸辛基二苯基酯、磷酸二苯基二苯基酯和磷酸-1,4-亚苯基-四苯基酯。还优选使用在国际专利申请6-501040的国家公布的权利3至7中描述的磷酸酯增塑剂。
烷基邻苯二甲酰烷基乙醇酸酯的实例包括甲基邻苯二甲酰甲基乙醇酸酯、乙基邻苯二甲酰乙基乙醇酸酯、丙基邻苯二甲酰丙基乙醇酸酯、丁基邻苯二甲酰丁基乙醇酸酯、辛基邻苯二甲酰辛基乙醇酸酯、甲基邻苯二甲酰乙基乙醇酸酯、乙基邻苯二甲酰甲基乙醇酸酯、乙基邻苯二甲酰丙基乙醇酸酯、甲基邻苯二甲酰丁基乙醇酸酯、乙基邻苯二甲酰丁基乙醇酸酯、丁基邻苯二甲酰甲基乙醇酸酯、丁基邻苯二甲酰乙基乙醇酸酯、丙基邻苯二甲酰丁基乙醇酸酯、丁基邻苯二甲酰丙基乙醇酸酯、甲基邻苯二甲酰辛基乙醇酸酯、乙基邻苯二甲酰辛基乙醇酸酯、辛基邻苯二甲酰甲基乙醇酸酯和辛基邻苯二甲酰乙基乙醇酸酯。
羧酸酯的实例包括邻苯二甲酸酯,比如邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二乙基己基酯;柠檬酸酯,比如柠檬酸乙酰基三甲酯、柠檬酸乙酰基三乙酯和柠檬酸乙酰基三丁酯;己二酸酯,比如己二酸二甲酯、己二酸二丁酯、己二酸二异丁基酯、己二酸二(2-乙基己基)酯、己二酸二异癸基酯和双(己二酸丁基二甘醇酯);芳族多羧酸酯,比如均苯四酸四辛酯和偏苯三酸三辛酯;脂肪族多羧酸酯,比如己二酸二丁酯、己二酸二辛脂、癸二酸二丁酯、癸二酸二辛脂、壬二酸二乙酯、壬二酸二丁酯和壬二酸二辛脂;以及多元醇的脂肪酸酯,比如三乙酸甘油酯、四乙酸双甘油酯、乙酰化甘油酯、单甘油酯和甘油二酯。此外,优选单独使用或组合使用油酸丁酯、蓖麻醇酸甲基乙酰基酯、癸二酸二丁酯和甘油三乙酸酯。
另外,所述的高分子量增塑剂比如包含二元醇和二元酸的脂肪族聚酯(例如,聚己二酸乙二酯、聚己二酸丁二酸、聚琥珀酸乙二酯和聚琥珀酸丁二酯)、含有羟基羧酸的脂肪族聚酯(例如,聚乳酸和聚乙醇酸)、包含内酯的脂肪族聚酯(例如,聚己酸内酯、聚丙酸内酯和聚戊酸内酯)和乙烯基聚合物(例如,聚乙烯基吡咯烷酮)。作为增塑剂,这些可以单独使用或者与低分子量增塑剂组合使用。
多元醇增塑剂包括甘油酯化合物,比如甘油酯和双甘油酯;聚亚烷基二醇,比如聚乙二醇和聚丙二醇;以及,其中酰基结合到聚亚烷基二醇的羟基上的化合物,这些化合物具有与纤维素脂肪酸酯良好的相容性并且表现出显著的热塑性作用。
甘油酯的具体实例包括但不限于:甘油二乙酸硬脂酸酯、甘油二乙酸棕榈酸酯、甘油二乙酸肉豆蔻酸酯(mystirate)、甘油二乙酸月桂酸酯、甘油二乙酸癸酸酯、甘油二乙酸壬酸酯、甘油二乙酸辛酸酯、甘油二乙酸庚酸酯、甘油二乙酸己酸酯、甘油二乙酸戊酸酯、甘油二乙酸油酸酯、甘油乙酸二癸酸酯、甘油乙酸二壬酸酯、甘油乙酸二辛酸酯、甘油乙酸二庚酸酯、甘油乙酸二己酸酯、甘油乙酸二戊酸酯、甘油乙酸二丁酸酯、甘油二丙酸癸酸酯、甘油二丙酸月桂酸酯、甘油二丙酸肉豆蔻酸酯(mystirate)、甘油二丙酸棕榈酸酯、甘油二丙酸硬脂酸酯、甘油二丙酸油酸酯、甘油三丁酸酯、甘油三戊酸酯、甘油单棕榈酸酯、甘油单硬脂酸酯、甘油二硬脂酸酯、甘油丙酸月桂酸酯和甘油油酸丙酸酯。这些甘油酯中的任一种都可以单独使用,或者可以将它们中的两种以上组合使用。
这些实例中,优选甘油二乙酸辛酸酯、甘油二乙酸壬酸酯、甘油二乙酸癸酸酯、甘油二乙酸月桂酸酯、甘油二乙酸肉豆蔻酸酯(mystirate)、甘油二乙酸棕榈酸酯、甘油二乙酸硬脂酸酯和甘油二乙酸油酸酯。
双甘油酯的具体实例包括但不限于:双甘油的混合酸酯,比如双甘油四乙酸酯、双甘油四丙酸酯、双甘油四丁酸酯、双甘油四戊酸酯、双甘油四己酸酯、双甘油四庚酸酯、双甘油四辛酸酯、双甘油四壬酸酯、双甘油四癸酸酯、双甘油四月桂酸酯、双甘油四肉豆蔻酸酯、双甘油四肉豆蔻酸酯、双甘油四棕榈酸酯、双甘油三乙酸丙酸酯、双甘油三乙酸丁酸酯、双甘油三乙酸戊酸酯、双甘油三乙酸己酸酯、双甘油三乙酸庚酸酯、双甘油三乙酸辛酸酯、双甘油三乙酸壬酸酯、双甘油三乙酸癸酸酯、双甘油三乙酸月桂酸酯、双甘油三乙酸肉豆蔻酸酯(mystyrate)、双甘油三乙酸棕榈酸酯、双甘油三乙酸硬脂酸酯、双甘油三乙酸油酸酯、双甘油二乙酸二丙酸酯、双甘油二乙酸二丁酸酯、双甘油二乙酸二戊酸酯、双甘油二乙酸二己酸酯、双甘油二乙酸二庚酸酯、双甘油二乙酸二辛酸酯、双甘油二乙酸二壬酸酯、双甘油二乙酸二癸酸酯、双甘油二乙酸二月桂酸酯、双甘油二乙酸二肉豆蔻酸酯(dimystyrate)、双甘油二乙酸二棕榈酸酯、双甘油二乙酸二硬脂酸酯、双甘油二乙酸二油酸酯、双甘油乙酸三丙酸酯、双甘油乙酸三丁酸酯、双甘油乙酸三戊酸酯、双甘油乙酸三己酸酯、双甘油乙酸三庚酸酯、双甘油乙酸三辛酸酯、双甘油乙酸三壬酸酯、双甘油乙酸三癸酸酯、双甘油乙酸三月桂酸酯、双甘油乙酸三肉豆蔻酸酯(trimystyrate)、双甘油乙酸三肉豆蔻酸酯(trimyristylate)、双甘油乙酸三棕榈酸酯、双甘油乙酸三硬脂酸酯、双甘油乙酸三油酸酯、双甘油月桂酸酯、双甘油硬脂酸酯、双甘油辛酸酯、双甘油肉豆蔻酸酯和双甘油油酸酯。这些双甘油酯中的任一种都可以单独使用,或者可以将它们中的两种以上组合使用。
在这些实例中,优选使用双甘油四乙酸酯、双甘油四丙酸酯、双甘油四丁酸酯、双甘油四辛酸酯和双甘油四月桂酸酯。
聚亚烷基二醇的具体实例包括但不限于:平均分子量为200至1000的聚乙二醇和聚丙二醇。这些实例中的任一个都可以单独使用,或者可以将它们中的两种以上组合使用。
其中酰基结合到聚亚烷基二醇的羟基上的化合物的具体实例包括但不限于:聚氧乙烯乙酸酯、聚氧乙烯丙酸酯、聚氧乙烯丁酸酯、聚氧乙烯戊酸酯、聚氧乙烯己酸酯、聚氧乙烯庚酸酯、聚氧乙烯辛酸酯、聚氧乙烯壬酸酯、聚氧乙烯癸酸酯、聚氧乙烯月桂酸酯、聚氧乙烯肉豆蔻酸酯、聚氧乙烯棕榈酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯、聚氧乙烯油酸酯、聚氧乙烯亚油酸酯、聚氧丙烯乙酸酯、聚氧丙烯丙酸酯、聚氧丙烯丁酸酯、聚氧丙烯戊酸酯、聚氧丙烯己酸酯、聚氧丙烯庚酸酯、聚氧丙烯辛酸酯、聚氧丙烯壬酸酯、聚氧丙烯癸酸酯、聚氧丙烯月桂酸酯、聚氧丙烯肉豆蔻酸酯、聚氧丙烯棕榈酸酯、聚氧丙烯硬脂酸酯、聚氧丙烯油酸酯和聚氧丙烯亚油酸酯。可以使用这些实例中的任一种,或者可以将它们中的两种以上组合使用。
增塑剂的添加量优选为0至20重量%,更优选为2至18重量%,最优选为4至15重量%。当增塑剂的含量超过20重量%时,增塑剂在通过熔体流延膜形成法而形成的膜表面上渗出,并且表示耐热性的玻璃化转变温度Tg降低,但是酰化纤维素的热流动性变得良好。
在本发明中,可以任选单独或两种以上组合添加亚磷酸盐基化合物、亚磷酸酯化合物、磷酸酯、硫代磷酸酯、弱有机酸和环氧化合物作为稳定剂,以在不损害膜所需性能的范围内防止膜的热劣化或防止染色。作为亚磷酸盐稳定剂,可以优选使用在日本专利申请公开2004-182979的第[0023]至[0039]中描述的那些化合物。作为亚磷酸酯稳定剂的具体实例,可以使用在日本专利申请公开51-70316、10-306175、57-78431、54-157159和55-13765中描述的那些化合物。
基于酰化纤维素的重量,在本发明中的稳定剂的添加量优选为0.005至0.5重量%,更优选为0.01至0.4重量%,还更优选为0.05至0.3重量%。当添加量小于0.005重量%时,防止在熔体流延膜形成时的劣化和染色的作用不充分,因而这样的量是不优选的。另一方面,当添加量为0.5重量%以上时,增塑剂在通过熔体流延膜形成法而形成的酰化纤维素膜表面上渗出,因而这样的量是不优选的。
另外,优选添加劣化防止剂和抗氧化剂。当添加酚类化合物、硫醚基化合物和含磷化合物作为劣化防止剂或抗氧化剂时,它们提供防止劣化和氧化的协同作用。作为其它稳定剂,可以优选使用在Journal of TechnicalDisclosure(Kogi No.2001-1745,由Japan Institute of Invention andInnovation(JIII)在2001年3月15日出版),第17-22页中详细描述的物质。
其次,本发明的酰化纤维素具有的特征是含有UV射线吸收剂,并且可以在其内掺合一种以上的UV射线吸收剂。作为用于液晶的UV射线吸收剂,考虑到防止液晶劣化,优选那些对于波长在380nm以下的UV光具有大的吸光率的化合物,并且考虑到液晶显示性质,优选那些对于波长在400nm以上的可见光具有小的吸光率的化合物。所述化合物的优选实例包括羟二苯酮基化合物、苯并三唑基化合物、水杨酸酯基化合物、二苯甲酮基化合物、氰基丙烯酸酯基化合物和镍配合物基化合物。更优选的UV射线吸收剂是苯并三唑基化合物和二苯甲酮基化合物。特别优选苯并三唑基化合物,因为它们产生较小的对于纤维素酯酰化纤维素所不必要的染色。
优选的UV射线吸收剂包括2,6-二-叔丁基-对-甲酚、季戊四醇基-四[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、三甘醇-二[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸酯]、1,6-己二醇-二[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、2,4-二-(正辛硫基)-6-(4-羟基-3,5-二-叔丁基苯胺基)-1,3,5-三嗪、2,2-硫代-二亚乙基二[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、十八烷酰基-3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、N,N′-六亚甲基二(3,5-二-叔丁基-4-羟基-氢化肉桂酰胺)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)苯和三-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)-异氰尿酸酯。
此外,2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑、2-(2′-羟基-3′,5′-二-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)苯并三唑、2-(2′-羟基-3′,5′-二-叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2′-羟基-3′-(3″,4″,5″,6″-四氢邻苯二甲酰亚氨基甲基)-5′-甲基苯基)苯并三唑、2,2-亚甲基二(4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-6-(2H-苯并三唑-2-基)苯酚)、2-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(直链和侧链十二烷基)-4-甲基苯酚、辛基-3-[3-叔丁基-4-羟基-5-(氯-2H-苯并三唑-2-基)苯基]丙酸酯和2-乙基己基-3-[3-叔丁基-4-羟基-5-(5-氯-2H-苯并三唑-2-基)苯基]丙酸酯的混合物,并且作为UV射线吸收剂,可以优选使用在日本专利申请公开6-148430中描述的高分子的UV射线吸收剂和聚合物类型的UV射线吸收剂。
在这些中,优选使用2,6-二-叔丁基-对-甲酚、季戊四醇基-四[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]和三甘醇-二[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸酯]。此外,肼金属-灭活剂,比如N,N′-二[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]肼和含磷的加工稳定剂,比如三(2,4-二-叔丁基苯基)亚磷酸盐可以与UV射线吸收剂一起使用。基于纤维素酯酰化纤维素计,这些化合物的添加量优选为1ppm至3.0重量%,更优选为10ppm至2质量%。
作为这些UV射线吸收剂,可使用下列可商购的产品。苯并三唑基化合物的实例包括TINUBIN P、TINUBIN 234、TINUBIN 320、TINUBIN 326、TINUBIN 327、TINUBIN 328(这些都由Chiba Specialty Chemicals生产)和SUMISORB 340(由Sumitomo Chemical股份有限公司生产)。此外,二苯甲酮-基UV射线吸收剂的实例包括SEESORB 100、SEESORB 101、SEESORB 101S、SEESORB 102、SEESORB 103(这些都由Shipro KaseiKaisha有限公司生产)、ADK STAB LA-51(由ADEKA股份生产)、CHEMISORB 111(由Chemipro Kasei Kaisha有限公司生产)和UVINULD-49(由BASF生产)。草酸苯胺UV射线吸收剂的实例包括TINUBIN 312和TINUBIN 315(这些都由Chiba Specialty Chemicals生产)。此外,作为水杨酸酯基化合物,市售的有SEESORB 201和SEESORB 202(这些由Shipro Kasei Kaisha有限公司生产)。作为氰基丙烯酸酯-基UV射线吸收剂,可得到的有SEESORB 501(由Shipro Kasei Kaisha有限公司生产)和UVINUL N-539(BASF)。
除了上述化合物之外,还可以添加各种添加剂(例如,光学各向异性-控制剂、细粒、IR吸收剂、表面活性剂和气味捕获剂(例如,胺)。作为IR吸收剂,可使用的是在日本专利申请公开2001-194522中提及的那些,并且它们优选以酰化纤维素的0.001质量%至5质量%的量掺合。作为细粒,优选使用平均粒度为5至3000nm的那些,并且可使用由金属氧化物或交联聚合物构成的那些。细粒优选以酰化纤维素的0.001质量%至5质量%的量掺合。作为光学各向异性-控制剂,可使用在日本专利申请公开2003-66230和2002-49128中提及的那些。光学各向异性-控制剂优选以酰化纤维素的0.1质量%至15质量%的量掺合。
(熔体-流延膜形成)
(1)干燥
酰化纤维素树脂可以以粉末形式使用,但是为了降低形成膜时的厚度波动,优选以粒料形式使用。
酰化纤维素树脂的含水量优选被调节至1%以下,更优选为0.5%以下,还更优选为0.1%以下,然后投入到料斗中。在这种情况下,优选将漏斗的温度调节为Tg-50℃至Tg+30℃,更优选为Tg-40℃至Tg+10℃,还更优选为Tg-30℃至Tg的温度。因而,可以抑制在漏斗内的湿气的再吸附,并且可以更容易地确保上述干燥的效能。此外,优选将脱水的空气或惰性气体(例如,氮气)吹入漏斗中。
(2)捏合挤出
捏合-熔融在190℃至240℃、更优选为195℃至235℃、还更优选为200℃至230℃的温度进行。在这种情况下,熔融温度可以处于确定的等级(definite level),或者可以通过分成几种等级进行控制。捏合时间优选为2分钟至60分钟,更优选为3分钟至40分钟,特别优选为4分钟至30分钟。此外,还优选在进行捏合熔融的同时,将惰性流(例如,氮气)吹入在挤出机的内部,或使用装备有通风口的挤出机进行排气。
(3)流延
熔融酰化纤维素树脂被引入到齿轮泵中,并且在消除挤出机的颤动之后,通过金属网过滤器过滤,然后通过安装在过滤器之后的T-型模头,以片材形式挤出到冷却鼓上。挤出可以使用多料道模头或供料头式模头,以单层或多层形式进行挤出。在这种情况下,在横向方向上的厚度不均匀性可以通过控制膜唇的开口进行调节。
之后,将所得产物挤出到冷却鼓上。此时,使用接触方法。此时,必须在被夹在一对辊之间的同时进行冷却和固化,所述一对辊的表面性质是具有100nm以下的算术平均表面粗糙度(Ra)。当冷却鼓的表面性质是具有大于100nm的算术平均表面粗糙度(Ra)时,这是不优选的。算术平均表面粗糙度优选为50nm以下,更优选为25nm。
冷却鼓的温度为60℃至160℃,更优选为70℃至150℃,还更优选为80℃至140℃。之后,将挤出片材从冷却鼓上剥离,被引入在夹棍之间并且进入到拉幅机中,然后被卷取(take up)。卷取速率优选为10m/min至100m/min,更优选为15m/min至80m/min,还更优选为20m/min至70m/min。
膜宽度优选为1m至5m,更优选为1.2m至4m,还更优选为1.3m至3m。这些获得的非拉伸酰化纤维素膜的厚度优选为30μm至300μm,更优选为40μm至250μm,还更优选为50μm至200μm。
这些获得的酰化纤维素膜12优选在两末端进行裁剪,并且立即(once)通过卷起机卷取。裁掉的边料通过进行粉碎处理,并且必要时,进行研磨处理或造粒处理或解聚和再聚合处理,可以重新用作用于制备相同种类的酰化纤维素膜或不同种类的酰化纤维素膜的材料。考虑到防止擦伤,还优选的是,在卷取之前,在膜的至少一个表面上安置掩膜。
这样获得的酰化纤维素膜的玻璃化转变温度(Tg)优选为70℃至180℃,更优选为80℃至160℃,还更优选为90℃至150℃。
(酰化纤维素膜的处理)
由上述方法形成的酰化纤维素膜通过上述方法进行单轴或双轴拉伸,以制备出拉伸的酰化纤维素膜。这种膜可以单独使用,或者在安置液晶层之后,可以与偏振片、在其上的折射率控制层(低反射层)或硬涂层组合使用。这些元件可以通过下面解释的步骤提供。
(1)表面处理
酰化纤维素膜可以进行表面处理,以提高对各种功能层(例如,底涂层和背层)的粘合。例如,可以使用辉光放电处理,紫外线辐照处理,电晕处理,火焰处理,或用酸或碱的处理。辉光放电处理可以是使用在10-3至10-20托的低压气体下产生的低温等离子体的等离子体处理,或者可以是在大气压下的等离子体处理。等离子体处理的气体是在上述条件下产生等离子体的气体,其实例包括氩,氦,氖,氪,氙,氮,二氧化碳,flons如四氟甲烷,和它们的混合物。关于这些的详细描述在Journal of Technical Disclosure(Kogi No.2001-1745,由Japan Institute of Invention and Innovation在2001于3月15日出版),第30-32页。另外,在近年来提及的在大气压下的等离子体处理使用的辐照能量例如为在10至1,000Kev下的20至500Kgy,更优选为在30至500Kev下的20至300Kgy。在这些中,特别优选碱皂化处理。
碱皂化处理可以通过浸渍在皂化溶液中(浸渍法)或通过涂布皂化溶液(涂布法)进行。在浸渍法的情况下,该处理可以通过这样进行:使所述膜通过在槽中的pH为10至14并且被加热到20℃至80℃的NaOH、KOH等的水溶液,历时0.1至10分钟,之后进行中和,用水洗涤并且干燥。
关于涂布法,可以使用浸涂法、幕涂法、挤出涂布法或棒涂布法或E-型涂布法。作为用于碱皂化处理所使用的涂布溶液的溶剂,优选选择这样的溶剂:它对皂化液体涂敷到透明载体上具有良好润湿性质并且可以保持良好的表面状态,而不在透明载体的表面上形成不均匀性。具体地,优选醇溶剂,并且特别优选异丙醇。还能够使用表面活性剂的水溶液作为溶剂。在用于碱皂化处理的涂布溶液中使用的碱优选溶解在上述溶剂中的碱,并且特别优选KOH和NaOH。用于皂化处理的涂布溶液的pH优选为10以上,更优选为12以上。在室温,用于碱皂化处理的反应时间优选为1秒至5分钟,更优选为5秒至5分钟,特别优选为20秒至3分钟。在碱皂化反应完成之后,优选用水或用酸洗涤之后用水洗涤皂化溶液涂布的表面。还能够通过涂布法和下面要描述的取向膜的涂敷,连续进行皂化处理,这样有助于减少步骤的数量。这些皂化法在例如日本专利申请公开2002-82226和国际专利公布02/46809的国家公布中有具体的描述。
还优选安置用于粘合功能层的底涂层。这样的底涂层可以在上述所述的表面处理之后通过涂布提供,或可以在没有表面处理的情况下提供。关于底涂层的详细描述在Journal of Technical Disclosure(Kogi No.2001-1745,由Japan Institute of Invention and Innovation在2001年3月15日出版)的第32页给出。
可以在膜处理的最后阶段提供表面处理和底涂布步骤,并且可以独立地进行,或在下面描述的安置功能层的步骤过程中进行。
(2)安置功能层
优选将通过上述方法形成的酰化纤维素膜与功能层结合,所述功能层在Journal of Technical Disclosure(Kogi No.2001-1745,由Japan Institute ofInvention and Innovation在2001年3月15日出版)的第32至45页中有详细描述。它们中,优选安置偏振层(以形成偏振片)、安置光学补充层(以形成光学补偿膜)和安置抗反射层(以形成抗反射膜)。
(A)安置偏振膜(偏振片的制备)
(A-1)所使用的材料
目前,商购的偏振层通常是通过如下方法制备的:将拉伸的聚合物浸渍于槽中的碘或二色性染料的溶液中,以使碘或二色性染料渗透到粘合剂中。作为偏振膜,也可以使用涂布型偏振膜,其是由Optiva Inc.生产的那些为代表的。在偏振膜中的碘和二色性染料在粘合剂中取向以表现它们的偏振性质。作为二色性染料,可以使用偶氮染料,1,2-二苯乙烯染料,吡唑啉酮染料,三苯基甲烷染料,喹啉染料,噁嗪染料,噻嗪染料或蒽醌染料。二色性染料优选为水溶性的。二色性染料优选具有亲水性取代基(例如磺基,氨基或羟基)。其实例包括:描述于Journal of Technical Disclosure(Kogi No.2001-1745,在2001年3月15日出版,第58页)中的那些化合物。
作为用于偏振膜的粘合剂,可以使用其本身可以引起交联的聚合物以及可以与交联剂交联的聚合物,并且可以使用它们的多种组合。粘合剂包括在例如日本专利申请公开8-338913,第[0022]段中描述的甲基丙烯酸酯共聚物,苯乙烯共聚物,聚烯烃,聚乙烯醇和改性聚乙烯醇,聚(N-羟甲基丙烯酰胺),聚酯,聚酰亚胺,乙酸乙烯酯共聚物,羧甲基纤维素和聚碳酸酯。还可以将硅烷偶联剂用作聚合物。作为用于偏振膜的聚合物,优选水溶性聚合物(例如聚(N-羟甲基丙烯酰胺),羧甲基纤维素,明胶,聚乙烯醇和改性聚乙烯醇)。更优选明胶,聚乙烯醇和改性聚乙烯醇,并且还更优选聚乙烯醇和改性聚乙烯醇。特别优选使用聚合度彼此不同的两种聚乙烯醇或改性聚乙烯醇。聚乙烯醇的皂化度优选为70至100%,并且更优选为80至100%。聚乙烯醇的聚合度优选为100至5000。作为改性聚乙烯醇,其描述在日本专利申请公开8-338913,9-152509和9-316127中给出。这些聚乙烯醇和改性聚乙烯醇可以组合使用两种或更多种。
粘合剂厚度的下限优选为10μm。考虑到液晶显示装置的漏光,更优选粘合剂的厚度更小,并且其厚度的上限优选等于或小于目前可商购的偏振片的厚度(约30μm),更优选等于或小于25μm,特别优选等于或小于20μm。
偏振膜用的粘合剂可以进行交联。可以将具有可交联官能团的聚合物或单体与粘合剂混合,或者可以将可交联官能团提供给粘合剂聚合物本身。通过采用光、热或改变pH,可以引起交联反应,从而形成具有交联结构的粘合剂。至于交联剂,在美国再公布专利No.23297中有描述。另外,可以将硼化合物(例如硼酸或硼砂)用作交联剂。用于粘合剂的交联剂的添加量优选基于粘合剂的重量为0.1至20质量%。聚合物的交联用于提高偏振膜作为偏振元件的取向特性,并且提高偏振膜的耐湿和耐热性。
在交联反应完成后,未反应的交联剂的量优选为1.0质量%以下,更优选0.5质量%以下。这样的量起着提高耐候性的作用。
(A-2)偏振层的拉伸
优选地,将偏振膜在进行拉伸(拉伸法)或摩擦(摩擦法)之后用碘或二色性染料进行染色。
在拉伸法的情况下,拉伸比优选为2.5至30.0倍,更优选3.0至10.0倍。拉伸可以通过在空气中的干拉伸进行。此外,可以使用被浸渍于水中的状态进行的湿拉伸。在干拉伸中的拉伸比优选为2.5至5.0倍,而在湿拉伸中的拉伸比优选为3.0至10.0倍。拉伸可以在平行于MD方向的方向上进行(平行拉伸),或可以在倾斜的方向上进行(倾斜拉伸)。这样的拉伸可以通过一个拉伸步骤或通过几个拉伸步骤完成。通过几个拉伸步骤的拉伸即使在高拉伸比也利于更均匀拉伸。
a)在平行方向上拉伸的方法
在拉伸之前,将PVA膜溶胀。溶胀比(溶胀后重量与溶胀前重量的比率)为1.2至2.0。之后,将该膜在其内溶解有二色性物质的水介质浴或染料浴中于15℃至50℃,优选17℃至40℃的浴温度进行拉伸,同时通过导辊等连续地输送该膜。可以通过使用两对夹辊,并且在后位置的一对夹辊的输送速度高于在前位置的一对夹辊的输送速度下,夹持该膜,进行拉伸。拉伸比基于拉伸后长度/原始长度的比率(以下相同),并且考虑到上述操作作用,拉伸比优选为1.2至3.5倍,特别优选1.5至3.0倍。之后,将膜于50℃至90℃的温度干燥,得到偏振膜。
b)在倾斜方向上拉伸的方法
作为这种方法,可以使用在日本专利申请公开2002-86554中所述的在倾斜方向上拉伸的方法,在该方法中,使用悬垂在倾斜方向上的拉幅机。由于此拉伸在空气中进行,因此,必须使其内在拉伸前结合有水。含水量优选为5%至100%,更优选为10%至100%。
拉伸时的温度优选为40℃至90℃,更优选为50℃至80℃。湿度优选为50%RH至100%RH,更优选为70%RH至100%RH,还更优选为80%RH至100%RH。在纵向方向上的传输速度优选等于或高于1m/min,更优选为等于或高于3m/min。拉伸完成之后,将膜在50℃至100℃、优选60℃至90℃的温度干燥0.5分钟至10分钟,更优选为1分钟至5分钟的时间。
由此得到的偏振膜的吸收轴优选为10°至80°,更优选为30°至60°,还更优选基本上为45°(40°至50°)。
(A-3)层压
将皂化的酰化纤维素膜和拉伸的偏振层彼次进行层压,以制备偏振片。优选进行层压使得传输酰化纤维素膜的方向和偏振层拉伸轴的方向之间的角度变为45°。
用于层压的粘合剂没有特别的限制,并且其实例包括PVA-基树脂(包括含有乙酰乙酰基(acetacetyl)、磺酸基、羧酸基或氧化烯基的改性PVA)和含硼化合物的水溶液。它们中,优选PVA-基树脂。粘合剂层的干厚度优选为0.01μm至10μm,特别优选为0.05μm至5μm。
至于由此得到的偏振片的透射率和偏振度,越高越优选。对于波长为550nm的光,偏振片的透射率在优选30%至50%、更优选35%至50%、最优选40%至50%的范围内。对于波长为550nm的光,偏振度在优选90%至100%、更优选95%至100%、最优选99%至100%的范围内。
此外,可以将由此得到的偏振片与λ/4波片层压,以产生圆偏振光。在此情况下,进行层压,使得λ/4波片的慢轴和偏振片的吸收轴之间的角度变为45°。λ/4波片没有特别限制,但是,优选具有延迟随着波长变短而变小的波长依赖性。此外,优选使用包含吸收轴相对于纵向方向倾斜20°至70°的偏振膜和含有液晶化合物的光学各向异性层的λ/4波片。
(B)安置光学补偿层(光学补偿片的制备)
光学各向异性层是在显示黑色中用于补偿安置在液晶显示装置中的液晶元件中的液晶化合物的层,并且可以通过在酰化纤维素膜上形成取向膜,此外通过在取向膜上添加光学补偿层而形成。
(B-1)取向膜
将取向膜安置在表面处理的酰化纤维素膜上。取向膜具有规定液晶分子的取向方向的功能。但是,当液晶化合物的取向态在化合物取向之后被固定时,该取向膜不必是本发明的组成要素,因为其功能已经完成。即,能够只将在取向膜上具有固定取向态的光学各向异性层转移到偏振器上,由此制备出本发明的偏振片。可以例如通过有机化合物(优选聚合物)的摩擦处理、无机化合物的倾斜真空沉积、形成具有微型槽的层、或由Langmur-Blodgett技术(LB膜)堆积有机化合物(例如ω-二十三烷酸,二(十八烷基)甲基氯化铵,硬脂酸甲酯)来提供取向膜。此外,当施加磁场或电场或者使用光辐照而产生它们的取向功能的取向膜是已知的。
优选地,通过摩擦处理聚合物来形成取向膜。原则上,用于取向膜的聚合物具有能够取向液晶分子的分子结构。
本发明中,除取向液晶分子的功能之外,优选将具有可交联官能团(例如双键)的侧链与主链结合,或将具有取向液晶分子的功能的可交联官能团引入到聚合物的侧链。
作为用于取向膜的聚合物,可以使用其本身可以引起交联的聚合物和在交联剂下可交联的聚合物。还能够使用它们的多种组合。该聚合物的实例包括:描述于例如日本专利申请公开8-338913,第[0022]段的甲基丙烯酸酯共聚物,苯乙烯共聚物,聚烯烃,聚乙烯醇和改性聚乙烯醇,聚(N-羟甲基丙烯酰胺),聚酯,聚酰亚胺,乙酸乙烯酯-基共聚物,羧甲基纤维素和聚碳酸酯。也能够使用硅烷偶联剂作为该聚合物。作为用于取向膜的聚合物,优选水溶性聚合物(例如聚(N-羟甲基丙烯酰胺),羧甲基纤维素,明胶,聚乙烯醇和改性聚乙烯醇),并且更优选明胶,聚乙烯醇和改性聚乙烯醇。最优选聚乙烯醇和改性聚乙烯醇。特别优选组合使用具有彼此不同聚合度的两种聚乙烯醇或改性聚乙烯醇。聚乙烯醇的皂化度优选为70%至100%,更优选为80%至100%。聚乙烯醇的聚合度优选为100至5000。
具有取向液晶分子功能的侧链通常具有作为官能团的疏水性基团。官能团的具体种类是根据液晶分子的种类和要求的取向状态而决定的。例如,改性聚乙烯醇的变性基团可以通过共聚改性,链转移改性或嵌段聚合改性而引入。改性基团的实例包括:亲水性基团(例如羧酸基,磺酸基,膦酸基,氨基,铵基,酰氨基或硫醇基);具有10至100个碳原子的烃基;氟原子取代的烃基;硫醚基;可聚合基团(例如,不饱和可聚合基团,环氧基或吖丙啶基);和,烷氧基甲硅烷基(例如三烷氧基,二烷氧基,一烷氧基)。这些改性聚乙烯醇化合物的具体实例包括:在日本专利申请公开2000-155216第[0022]至[0145]段和日本专利申请公开2002-62426第[0018]至[0022]段中所述的那些。
通过使具有可交联官能团的侧链与取向膜聚合物的主链结合,或通过将可交联官能团引入到具有取向液晶分子功能的侧链中,可以使取向膜的聚合物和包含在光学各向异性层中的多官能单体彼此共聚。结果,在取向膜聚合物和取向膜聚合物之间以及多官能单体和取向膜聚合物之间,以及多官能单体和多官能单体之间,形成强的共价键。因此,通过将可交联官能团引入到取向膜聚合物中能够显著地改善光学补偿片的强度。
取向膜聚合物的可交联官能团优选含有与多官能单体相同的可聚合基团。其具体实例包括例如在日本专利申请公开2000-155216第[0080]至[0100]段中所述的那些。除了上述可交联官能团外,取向膜聚合物还可以使用交联剂交联。
交联剂的实例包括:醛、N-羟甲基化合物、二噁烷衍生物、能够通过活化羧基而起交联剂作用的化合物、活性乙烯基化合物、活性含卤素化合物、异噁唑和二醛淀粉。可以组合使用两种以上的所述交联剂。其具体实例包括例如在日本专利申请公开2002-62426第[0023]至[0024]段中所述的那些化合物。优选高度反应性的醛,特别是戊二醛。
交联剂的添加量基于聚合物优选为0.1至20质量%,更优选0.5至15质量%。交联之后,残留在取向膜中的未反应交联剂的量优选为等于或小于1.0质量%,更优选等于或小于0.5质量%。这样的量确保充分的耐久性,甚至当取向膜在它长时间用于液晶显示装置中或在高温和高湿的气氛中长时间放置之后也不产生网状。
取向膜基本上可以通过如下方法形成:将含有作为形成取向膜的材料的上述聚合物和交联剂的涂布溶液涂布在透明载体上;加热干燥(至交联);然后进行摩擦处理。如上所述,交联反应可以在将涂布溶液涂布到透明载体上之后的任何阶段进行。在将水溶性聚合物,如聚乙烯醇用作取向膜形成材料时,涂布溶液优选通过使用具有防泡功能的有机溶剂(例如甲醇)和水的混合物作为溶剂进行制备。水∶甲醇的混合比率优选为0∶100至99∶1,更优选为0∶100至91∶9。这样,防止了泡沫的产生,并且可以显著地降低取向膜的缺陷,而且进一步地显著降低了在光学各向异性层表面上的缺陷。
作为用于取向膜的涂布方法,优选旋涂法、浸涂法、幕涂法、挤涂法、棒涂法或辊涂法,其中特别优选棒涂法。取向膜的干厚度优选为0.1至10μm。可以在20℃至110℃的温度进行加热干燥。为了形成充分的交联,该温度优选在60℃至100℃、更优选在80℃至100℃。干燥时间可以为1分钟至36小时,并且优选为1分钟至30分钟。优选将pH值设置为对于所用的交联剂为最佳的值。在使用戊二醛时,pH值为4.5至5.5,并且优选5.0。
将取向膜安置在透明载体上,或安置在上述底涂层上。如上所述,通过交联聚合物层,然后使其表面进行摩擦处理,可以获得取向膜。
作为摩擦处理,可以应用被广泛用作取向LCD的液晶的方法的处理方法。即,可以使用利用纸、纱布、毡、橡胶、尼龙纤维或聚酯纤维以限定方向摩擦取向膜的表面而取向的方法。通常,摩擦处理通过使用已经均匀地植入均匀长度和厚度的纤维的布摩擦几次而进行。
在工业规模进行的情况下,可以通过使具有偏振层的膜输送的同时使该膜与旋转的摩擦辊接触,进行摩擦处理。摩擦辊的圆度,圆柱度和偏差(偏心率)优选分别为30μm以下。膜相对于摩擦辊的绕包角优选为0.1°至90°。但是,如日本专利申请公开8-160430中所述,通过卷绕360°以上,也能够进行稳定的摩擦处理。膜-输送速度优选为1m/min至100m/min。至于摩擦角,合适的摩擦角度优选在0°至60°的范围内选择。在用于液晶显示装置的情况下,该角优选为40°至50°,其中特别优选45°。
由此获得的取向膜的厚度优选在0.1μm至10μm范围内。
接着,光学各向异性层的液晶分子在取向膜上取向。然后,必要时,通过使取向膜聚合物和光学各向异性层中含有的多官能单体反应,或者通过使用交联剂,使取向膜聚合物交联。
用于光学各向异性层的液晶分子包括:棒状液晶分子和碟形(discotic)液晶分子。棒状液晶分子和碟形液晶分子可以是高分子液晶分子或低分子液晶分子。此外,它们包括其中低分子液晶分子已经进行交联,由此失去液晶性的那些。
(B-2)棒状液晶分子
优选使用的棒状液晶分子的实例包括:偶氮甲碱类、氧化偶氮类、氰基联苯类、氰基苯基酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯基酯类、氰基苯基环己烷类、氰基-取代的苯基嘧啶类、烷氧基-取代的苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔类(tolans)和链烯基环己基苄腈类。
棒状液晶分子还包括金属配合物。还可以将在其重复单元中包括棒状液晶分子的液晶聚合物用作棒状液晶分子。换言之,棒状液晶分子可以结合到(液晶)聚合物上。
棒状液晶分子描述于Kikan Kagaku Sosetsu(Survey of Chemistry,Quarterly),22卷,Chemistry of Liquid Crystal(1994),由日本化学会编辑,第4,7和11章和Handbook of Liquid Crystal Devices,由142th Committeeof Japan Society for the Promotion of Science编辑,第3章。
棒状液晶分子的双折射率优选在0.001至0.7范围内。为了使取向状态固定,优选棒状液晶分子具有可聚合基团。作为这样的可聚合基团,优选可自由基聚合的不饱和基团或可阳离子聚合的基团。这些可聚合基团的具体实例包括:在日本专利申请公开2002-62427第[0064]至[0086]段中所述的可聚合基团和可聚合液晶化合物。
(B-3)碟形液晶分子
碟形液晶分子包括:在C.Destrade等,Mol.Cryst.第71卷,111(1981)的研究报告中所述的苯衍生物;在C.Destrade等,Mol.Cryst.第122卷,141(1985)和Physics lett,A,第78卷,82(1990)的研究报告中所述的truxene衍生物;在B.Kohne等,Angew.Chem.第96卷,70(1984)的研究报告中所述的环己烷衍生物;和在J.M.Lehn等,J.Chem.Commun.,1794(1985)的研究报告中和在J.Zhang等,L.Am.Chem.Soc.第116卷,2655(1994)的研究报告中所述的氮杂冠或苯基乙炔大环类。
碟形液晶分子还包括具有这样结构的液晶化合物,在该结构中,直链烷基、烷氧基和取代的苯甲酰氧基被径向地取代,成为在分子中心的母核的侧链。优选地,所述的化合物是这样的,即它们的分子或分子群具有旋转对称性,并且它们可以提供具有固定取向的光学各向异性层。在由碟形液晶分子形成的光学各向异性层的最后状态中,在光学各向异性层中含有的化合物不一定必须是碟形液晶分子。最后状态的光学各向异性层还含有这样的化合物,它们最初是在热或光的条件下具有活性的基团的低分子量碟形液晶分子,但是通过热或光进行聚合或交联,从而变成更高分子量的分子并且失去它们的液晶性。优选的碟形液晶分子的实例描述于日本专利申请公开8-50206中。并且,碟形液晶分子聚合的详细内容描述于日本专利申请公开8-27284中。
为了通过聚合固定碟形液晶分子,必须将作为取代基的可聚合基团结合至碟形液晶分子的碟核中。优选使用这样的化合物,在该化合物中,它们的碟核和可聚合基团通过连接基团而相互结合。采用这些化合物,取向状态在聚合反应过程中得以保持。这些化合物的实例包括:在日本专利申请公开2000-155216第[0151]至[0168]栏中所述的那些化合物。
在杂取向中,碟形液晶分子的长轴(碟平面)和偏振膜的平面之间的角度在光学各向异性层的深度上,随着离偏振膜平面距离的增大而增大或减小。优选地,角度随着距离的增大而减小。角度的可能变化包括:连续增大、连续减小、间歇增大、间歇减小、包括连续增大和连续减小这两者的变化,和包括增大和减小的间歇变化。间歇变化包括倾角不变化的在厚度上的中间的区域。即使变化包括角度不变化的区域,也是无关紧要的,只要角度整体上增大或减小即可。优选地,角度连续地变化。
通常,在偏振膜侧的碟形液晶分子的长轴的平均方向可以通过以下方法调节:选择碟形液晶分子的类型或取向膜用的材料,或选择摩擦处理的方法。另一方面,通常,在表面侧(在空气侧)的碟形液晶分子的长轴(碟平面)的方向可以通过以下方法调节:选择碟形液晶分子的类型或与碟形液晶分子一起使用的添加剂的类型。与碟形液晶分子一起使用的添加剂的实例包括:增塑剂、表面活性剂、可聚合单体和聚合物。在长轴方向上,取向的变化程度也可以如上述情况一样,通过选择液晶分子的类型和添加剂的类型来调节。
(B-4)光学补偿层的其它组成
与上述液晶分子一起使用增塑剂、表面活性剂、可聚合单体等使得可以改善涂布膜的均匀性、膜的强度和液晶分子的取向。优选地,这些添加剂与液晶分子是相容性,并且它们可以改变液晶分子的倾角,或不抑制液晶分子的取向。
可应用的可聚合单体的实例包括可自由基聚合或可阳离子聚合的化合物。优选的是可自由基聚合的多官能单体,该多官能单体可以与上述含可聚合基团的液晶化合物共聚。具体实例是在于日本专利申请公开2002-296423第[0018]至[0020]栏描述的那些。所添加的上述化合物的量通常在碟形液晶分子的1至50质量%范围内,并且优选在5至30质量%范围内。
表面活性剂的实例包括传统已知的化合物;但是,特别优选氟化合物。氟化合物的具体实例包括在日本专利申请公开2001-330725第[0028]至[0056]栏中所述的化合物。
优选地,与碟形液晶分子一起使用的聚合物可以改变碟形液晶分子的倾角。
可应用的聚合物的实例包括纤维素酯。优选的纤维素酯的实例包括在日本专利申请公开2000-155216第[0178]栏中所述的那些。为了不抑制液晶分子的取向,所添加的上述聚合物的量优选在液晶分子的0.1至10质量%范围内,并且更优选在0.1至8质量%范围内。
碟形液晶分子的碟形向列液晶相-固相转变温度优选为70至300℃,并且更优选70至170℃。
(B-5)光学各向异性层的形成
用含有液晶分子,必要时含有聚合引发剂或稍后描述的任何其它成分的涂布液涂布取向膜的表面,可以形成光学各向异性层。
作为用于制备涂布液的溶剂,优选使用有机溶剂。可应用的有机溶剂的实例包括:酰胺(例如N,N-二甲基甲酰胺);亚砜(例如二甲亚砜);杂环化合物(例如吡啶);烃(例如苯,己烷);烷基卤(例如氯仿,二氯甲烷,四氯乙烷);酯(例如乙酸甲酯,乙酸丁酯);酮(例如丙酮,甲基乙基酮);和醚(例如四氢呋喃,1,2-二甲氧基乙烷)。优选使用烷基卤和酮。可以组合使用两种以上的有机溶剂。
可以由已知方法(例如绕线棒涂布、挤涂、直接照相凹板涂布、反式照相凹板涂布或模涂法)涂敷这样的涂布液。
光学各向异性层的厚度优选为0.1至20μm,更优选0.5至15μm,并且最优选1至10μm。
(B-6)液晶分子取向状态的固定
可以保持并且固定取向液晶分子的取向状态。优选地,通过聚合进行固定。聚合类型包括:使用热聚合引发剂的热聚合和使用光聚合引发剂的光聚合。对于固定,优选使用光聚合。
光聚合引发剂的实例包括:α-羰基化合物(描述于美国专利2367661和2367670);偶姻醚(描述于美国专利2448828);α-烃取代的芳族偶姻化合物(美国专利2722512);多核醌化合物(描述于美国专利3046127和2951758);三芳基咪唑二聚体和对氨基苯基酮的组合(描述于美国专利3549367);吖啶和吩嗪化合物(描述于日本专利申请公开60-105667和美国专利4239850);和噁二唑化合物(描述于美国专利4212970)。
所使用的光聚合引发剂的量优选为在涂布液固含量的0.01至20质量%范围内,并且更优选在0.5至5质量%范围内。
优选使用紫外光进行液晶分子聚合的光辐照。
辐照能优选在20mJ/cm2至50J/cm2,更优选20至5000mJ/cm2,并且再更优选100至800mJ/cm2范围内。为了促进光聚合,可以在加热下进行光辐照。
可以在光学各向异性层的表面上安置保护层。也优选将光学补偿膜与偏振层组合。具体地,通过用上述光学各向异性层用涂布液涂布偏振膜的表面,在偏振膜上形成光学各向异性层。结果,可以在偏振膜和光学各向异性层之间不使用聚合物膜的情况下,制备薄偏振器,其中由偏振膜的尺寸变化产生的应力(扭变×横截面积×弹性模量)小。将本发明的偏振器安装在大尺寸的液晶显示装置中可以显示高质量的图像,而不产生诸如漏光之类的问题。
优选地,在偏振层和光学补偿层的倾角保持为在构成LCD的液晶元件的两侧上层压的两片偏振器的透射轴和液晶元件的纵向或横向之间的角度的同时,进行拉伸。通常,倾角为45°。但是,近年来,已经开发出了透射-、反射-和半透射-液晶显示装置,其中倾角并不总是45°,因此,优选任意地调节拉伸方向至每种LCD的设计。
(B-7)液晶显示装置
描述将上述光学补偿膜用于其中的液晶模式。
(TN-模式液晶显示装置)
TN-模式液晶显示装置被最普通地用作彩色TFT液晶显示装置,并且被描述于大量的文献中。在黑色状态下,TN-模式液晶元件中的取向状态是这样的,即棒状液晶分子站立在元件的中间,同时棒状液晶分子平躺在元件的衬底附近。
(OCB-模式液晶显示装置)
OCB-模式液晶元件是弯曲取向模式液晶元件,其中在液晶元件上部中的棒状液晶分子与在液晶元件下部中的棒状液晶分子是在基本上相反的方向上(对称地)取向的。使用弯曲取向模式液晶元件的液晶显示装置公开于美国专利4583825和5410422中。弯曲取向模式液晶元件具有自补偿功能,因为在液晶元件上部中的棒状液晶分子和在下部中的棒状液晶分子是对称取向的。因此,此液晶模式也称作OCB(光学补偿弯曲)液晶模式。
如在TN-模式元件中一样,在黑色状态下,在OCB-模式液晶元件中的取向状态也是这样的,即,棒状液晶分子站立在元件的中间,同时棒状液晶分子平躺在元件的衬底附近。
(VA-模式液晶显示装置)
VA-模式液晶元件的特征在于,在元件中,在没有施加电压时,棒状液晶分子是基本上垂直取向的。VA-模式液晶元件包括:(1)狭义上的VA-模式液晶元件,其中在没有施加电压时,棒状液晶分子是基本上垂直取向的,而在施加电压时,它们是基本上水平取向的(日本专利申请公开2-176625);(2)MVA-模式液晶元件,其是通过将液晶的多结构域转换引入到VA-模式液晶元件中以得到更宽视角而得到的,(SID 97,Digest of Tech.Papers(Proceedings)28(1997)845),(3)n-ASM-模式液晶元件,其中在没有施加电压时,棒状液晶分子进行基本上垂直的取向,而在施加电压时,它们进行扭转的多结构域取向(Proceedings 58至59(1998),Symposium,Japanese Liquid Crystal Society);和(4)SURVAIVAL-模式液晶元件(报道于LCD international 98)。
(IPS-模式液晶显示装置)
IPS-模式液晶元件的特征在于,在元件中,在没有施加电压时,棒状液晶分子基本上在平面内水平取向,并且通过根据电压的施加与否改变晶体的取向方向进行转换。可应用的IPS-模式液晶元件的具体实例包括:在日本专利申请公开2004-365941、2004-12731、2004-215620、2002-221726、2002-55341和2003-195333中所述的那些。
(其它液晶显示装置)
ECB-模式和STN模式液晶显示装置也是基于上述相同的观念进行光学补偿的。
(C)安置抗反射层(抗反射膜)
通常,抗反射膜由以下层构成:低折射率层,其还起着防玷污层的作用;和安置在透明衬底上的折射率比低折射率层的折射率高的至少一层(即,高折射率层和/或中等折射率层)。
将多层薄膜形成为具有不同折射率的无机化合物(例如金属氧化物)的透明薄膜的层压体的方法包括:化学气相沉积(CVD);物理气相沉积(PVD);和通过溶胶-凝胶法从金属化合物如金属醇盐形成金属氧化物粒子的胶体的膜,并且将所形成的膜进行后处理(紫外光辐照:日本专利申请公开9-157855,等离子体处理:日本专利申请公开2002-327310)的方法。
另一方面,作为高生产性的抗反射膜,提出了各种抗反射膜,它们是通过以层压的方式涂布基质和分散在其中的无机粒子的薄膜而形成的。
还安置抗反射膜,包括提供防眩性能的抗反射层,它是通过使用如上所述的涂布形成的抗反射膜,并且将细小不规则提供给膜的最外表面而形成的。
可以将本发明的酰化纤维素膜应用于由任何一种上述方法形成的抗反射膜,但特别优选的是由涂布形成的抗反射膜(涂布型抗反射膜)。
(C-1)涂布型抗反射膜的层构造
设计抗反射膜,该抗反射膜在其衬底上至少具有以下顺序的层的层构造:中等折射率层,高折射率层和低折射率层(最外层),以具有满足下列关系的折射率:
高折射率层的折射率>中等折射率层的折射率>透明衬底的折射率>低折射率层的折射率,并且可以在透明衬底和中等折射率层之间安置硬涂层。
抗反射膜也可以由以下构成:中等折射率硬涂层、高折射率层和低折射率层。
这些抗反射膜的实例包括:在日本专利申请公开8-122504,8-110401,10-300902,2002-243906和2000-111706中所述的那些。还可以将其它功能赋予每一层。提出了例如抗反射膜,其包括防玷污的低折射率层或抗静电高折射率层(例如,日本专利申请公开10-206603和2002-243906)。
抗反射膜的雾度优选为5%以下和更优选3%以下。在根据JIS K5400的铅笔硬度试验中,膜的强度优选为H或更高,更优选2H或更高,并且最优选3H或更高。
(C-2)高折射率层和中等折射率层
具有高折射率的抗反射膜的层由可固化膜组成,所述的可固化膜至少含有:平均粒子尺寸为100nm以下的高折射率无机化合物的超细粒;和基质粘合剂。
高折射率无机化合物的细粒包括:例如,折射率为1.65以上且优选1.9以上的无机化合物细粒。这些无机化合物的具体实例包括:Ti,Zn,Sb,Sn,Zr,Ce,Ta,La或In的氧化物;和含有这些金属原子的复合氧化物。
形成这些超细粒的方法包括:例如,用表面处理剂(如硅烷偶联剂,日本专利申请公开11-295503,11-153703,2000-9908,阴离子化合物或有机金属偶联剂,日本专利申请公开2001-310432等)处理粒子表面;使粒子具有核-壳结构,其中核由高折射率粒子制成(日本专利申请公开2001-166104等);和一起使用特定的分散剂(日本专利申请公开11-153703,美国专利6210858B1,日本专利申请公开2002-2776069等)。
用于形成基质的材料包括:例如,常规已知的热塑性树脂和可固化树脂膜。
此外,作为这样的材料,优选选自以下构成的组中的至少一种组合物:包括具有至少两个可自由基聚合和/或可阳离子聚合的基团的多官能化合物的组合物;含有水解基团的有机金属化合物;和,作为上述有机金属化合物的部分缩合产物的组合物。这些材料的实例包括:在日本专利申请公开2000-47004,2001-315242,2001-31871和2001-296401中所述的化合物。
还优选的是使用胶体金属氧化物制备的可固化膜,所述的胶体金属氧化物是由金属醇盐和金属醇盐组合物的水解缩合物得到的。实例描述于日本专利申请公开2001-293818中。
高折射率层的折射率通常为1.70至2.20。高折射率层的厚度优选为5nm至10μm,并且更优选10nm至1μm。
将中等折射率层的折射率调节至在低折射率层的折射率和高折射率层的折射率之间的值。中等折射率层的折射率优选为1.50至1.70。
(C-3)低折射率层
以层压方式相继地在高折射率层上形成低折射率层。低折射率层的折射率为1.20至1.55,并且优选1.30至1.50。
优选地,将低折射率层形成为具有耐擦伤性和防玷污性的最外层。作为显著提高耐擦伤性的方式,有效的是安置具有滑动性质的层表面,并且使用常规已知的薄膜形成方法,该薄膜形成方法包括引入硅氧烷或氟。
含氟化合物的折射率优选为1.35至1.50,并且更优选1.36至1.47。含氟化合物优选为包含可交联或可聚合官能团的化合物,所述的官能团含有35至80质量%的氟原子。
这些化合物的实例包括:在日本专利申请公开9-222503第[0018]至[0026]栏,日本专利申请公开11-38202第[0019]至[0030]栏,日本专利申请公开2001-40284第[0027]至[0028]栏,日本专利申请公开2000-284102等中所述的化合物。
硅氧烷化合物优选是这样的,即它具有聚硅氧烷结构,它包括在其聚合物链中的可固化或可聚合的官能团,并且它具有在膜中的交联结构。这种硅氧烷化合物的实例包括:活性硅氧烷(例如SILAPLANE,由ChissoCorporation制造);和在其每端具有硅醇基的聚硅氧烷(在日本专利申请公开11-258403中所述的聚硅氧烷)。
用于制备这些含氟聚合物和/或含有可交联或可聚合基团的硅氧烷聚合物的交联或聚合反应优选通过辐照光来进行,或通过在与涂覆用于形成最外层的涂布组合物同时或之后加热来进行,所述的涂布组合物含有聚合引发剂、敏化剂等。
也优选溶胶-凝胶固化膜,它是通过在催化剂存在下,在有机金属化合物如硅烷偶联剂剂和含有特定含氟烃基的硅烷偶联剂之间进行的缩合反应,固化上述涂布组合物而得到的。
这样的膜的实例包括以下化合物的膜:含全氟烷基的硅烷化合物或其部分水解并缩合的化合物(在日本专利申请公开58-142958,58-147483,58-147484,9-157582和11-106704中所述的化合物);和甲硅烷基化合物,其含有作为含氟长链基团的“全氟烷基醚”基团(在日本专利申请公开2000-117902,2001-48590和2002-53804中所述的化合物)。
低折射率层可以含有不同于上述物质的添加剂,如填料(例如低折射率无机化合物,其初级粒子的平均粒子尺寸为1至150nm,如二氧化硅(硅石)和含氟粒子(氟化镁,氟化钙,氟化钡);在日本专利申请公开11-3820第[0020]至[0038])栏中所述的有机细粒,以及硅烷偶联剂,滑动剂和表面活性剂。
在低折射率层位于最外层之下时,可以由气相法(真空蒸发,溅射,离子镀,等离子体CVD等)形成低折射率层。从降低制造成本考虑,优选涂布法。低折射率层的厚度优选为30至200nm,更优选50至150nm,并且最优选60至120nm。
(C-4)硬涂层
将硬涂层安置在透明载体的表面上,以赋予抗反射膜充分的物理强度。特别优选将硬涂层安置在透明载体和高折射率层之间。
优选地,通过由光和/或热可固化的化合物的交联反应或聚合而形成硬涂层。优选的可固化官能团是可光聚合官能团,并且具有水解官能团的有机金属化合物优选为有机烷氧基甲硅烷基化合物。
这些化合物的具体实例包括与在高折射率层的描述中所举例说明的化合物相同的化合物。
构成硬涂层的组合物的具体实例包括:在日本专利申请公开2002-144913,2000-9908和WO 0/46617中所述的那些。
高折射率层也可以用作硬涂层。在此情况下,优选使用在高折射率层的描述中所述的技术形成硬涂层,使得细粒以分散状态被包含在硬涂层中。
如果加入平均粒度为0.2至10μm的粒子,以提供具有防眩功能的层,则硬涂层也可以用作防眩层(稍后描述)。
根据使用它的应用,可以适宜地设计硬涂层的厚度。硬涂层的厚度优选为0.2至10μm,并且更优选0.5至7μm。
在根据JIS K5400的铅笔硬度试验中,硬涂层的强度优选为H或更高,更优选2H或更高,并且还更优选3H或更高。更优选在根据JIS K5400进行的Taber摩损试验中,之前和之后具有更小摩擦损失的硬涂层。
(C-5)前向散射层
安置前向散射层,以使它在应用于液晶显示装置时,在观看的角度向上-、向下-、向右-或向左倾斜时,提供改善视角的效果。如果将具有不同折射率的细粒分散其中,则上述硬涂层还可以用作前向散射层。
这些层的实例包括:在日本专利申请公开11-38208中所述的那些,其中规定了前向散射的系数;在日本专利申请公开2000-199809中所述的那些,其中使透明树脂和细粒的相对折射率落在规定的范围;和在日本专利申请公开2002-107512中所述的那些,其中规定雾度值为40%或更高。
(C-6)其它层
除了上述层之外,还可以安置底漆层、抗静电层、底涂层或保护层。
(C-7)涂布方法
可以由以下方法中的任何一种形成抗反射膜的层:浸涂、气刀涂布、幕涂、辊涂、绕线棒涂布、照相凹板涂布、微型照相凹板涂布和挤涂(美国专利2681294)。
(C-8)防眩功能
抗反射膜可以具有散射外部光的防眩功能。防眩功能可以通过在抗反射膜的表面上形成不规则来得到。在抗反射膜具有防眩功能时,抗反射膜的雾度优选为3至30%,更优选5至20%,并且最优选7至20%。
作为在抗反射膜的表面上形成不规则的方法,可以采用任何方法,只要它可以保持膜的表面几何形状即可。这些方法包括:例如,在低折射率层中使用细粒,以在膜的表面上形成不规则的方法(例如日本专利申请公开2000-271878);将少量(0.1至50质量%)具有较大尺寸(粒度为0.05至2μm)的粒子加入到在低折射率层之下的层(高折射率层,中等折射率层或硬涂层),以在表面上形成具有不规则的膜,并且在保持几何形状的同时,在不规则表面上形成低折射率层的方法(例如,日本专利申请公开2000-281410,2000-95893,2001-100004,2001-281407);将不规则物理地转移至已经提供的最外层(防玷污层)表面的方法(例如在日本专利申请公开63-278839,11-183710,2000-275401中所述的压花)。
下面,将描述本发明中使用的测量方法。
[1]Re和Rth的测量方法
使用自动双折仪(KOBRA-21ADH/PR:由Oji Science Instrument制造),将样品膜在25℃和60%RH下进行湿度调节3小时以上,然后在550nm波长和25℃和60%RH下,对垂直于样品膜表面的方向和与样品膜表面的法线倾斜±40°的方向,测量样品的延迟值。由垂直方向的测量值计算面内延迟(Re)值,而厚度方向延迟(Rth)值由垂直方向和±40°方向的测量值计算。
[2]在宽度和纵向上的Re、Rth以及Re和Rth变化
(1)在MD方向上的取样
沿纵向,以0.5m间隔切取100片各自大小为1cm2正方形的样品。
(2)在TD方向上的取样
在所形成膜的整个宽度方向上,以相等的间隔切取50片各自大小为1cm2正方形的样品。
(3)Re和Rth的测量
使用自动双折仪(KOBRA-21ADH/PR:由Oji Science Instrument制造),将样品膜在25℃和60%RH下进行湿度调节3小时以上,然后在550nm波长以及25℃和60%RH下,对垂直于样品膜表面的方向和与样品膜表面的法线倾斜±40°的方向,测量样品的延迟值。面内延迟(Re)值由垂直方向的测量值计算,而厚度方向延迟(Rth)值由垂直方向和±40°方向的测量值计算。所有样品点的测量值的平均值被用作Re值和Rth值。
(4)Re值和Rth值的变化
在对于MD方向的100个点或对于TD方向的50个点获得的值中的最大值和最小值之间的差除以平均值,并且以百分比表示Re值和Rth值的变化。
[3]条纹缺陷评价
用视觉观察这样获得的酰化纤维素膜的外观。在评价时,使用下列符号“良好”表示没有观察到膜具有条纹;“一般”表示轻微观察到膜具有非常细小的条纹但是实际使用时不产生问题;“差”表示膜具有非常细小的条纹,并且不可能进行实际使用;以及“非常差”表示容易观察到膜具有条纹。
[4]酰化纤维素的取代度
根据在Carbohydr.Res.273(1995)第83-91页(Tezuka等)中描述的方法,通过13C-NMR获得酰化纤维素的酰基取代度。
[5]DSC晶体熔融峰卡路里
使用DSC-50(由Shimadzu公司制造),以10℃/min的升温速率测量卡路里,并且根据J/g计算在Tg之后立即出现的吸热峰的卡路里。同时,测量Tg。
[6]雾度
使用浊度计NDH-1001DO(由Nippon Denshoku Industries股份有限公司生产),测量样品的雾度。
[7]黄色指数(YI值)
使用Z-II光学传感器,根据JIS K7105 6.3测量黄色指数(YI)。
对粒料,使用反射法,而对膜,使用透射法以获得三色值X、Y和Z。此外,使用三色值X、Y和Z,通过下列等式计算YI值。
YI={(1.28X-1.06Z)/Y}×100
此外,将由上述等式获得的膜的YI值除以膜的厚度,其中所述厚度被转换成以1mm计以进行比较。
[8]分子量
将膜样品溶解在二氯甲烷中,并且使用GPC测量分子量。
实施例
[酰化纤维素树脂]
制备表1所示的不同取代度的具有不同酰基的酰化纤维素树脂。
[合成实施例1]
通过添加硫酸(每100份纤维素7.8质量份)作为催化剂,然后添加羧酸作为用于酰基取代的原料,在40℃进行反应。通过控制所添加的羧酸的种类和量,控制酰基的种类和取代度。在酰化之后,将所得酰化纤维素树脂在40℃进行熟化。
[合成实施例2]
将10质量份的纤维素(阔叶树浆)用0.1质量份的乙酸和2.7质量份的丙酸进行喷射,并且在室温保持1小时。分别地,制备1.2质量份乙酸酐、61质量份丙酸酐和0.7质量份硫酸的混合物,冷却到-10℃之后,将该混合物与上述预处理的纤维素在反应器中混合。
在经过30分钟之后,将外部温度升高到30℃以使反应进行4小时。向该反应器中,添加46质量份的25%含水乙酸,并且在将反应器的内部温度升高到60℃之后,将混合物搅拌2小时。然后添加6.2质量份这样的溶液并且搅拌30分钟(中和步骤),所述溶液是通过将等量的乙酸镁四水合物、乙酸和水混合而制备的。将反应溶液通过烧结的金属过滤器进行加压过滤(使用保留40μm和10μm粒子的过滤器进行两步过滤),以移除污染物。在过滤之后,将反应溶液与75%含水乙酸混合,以沉淀出乙酸丙酸纤维素,并且将沉淀出的乙酸丙酸纤维素用在70℃的热水洗涤,直到洗涤溶液的pH变为6至7。此外,将乙酸丙酸纤维素放置在0.001%的氢氧化钙水溶液中,并且进行搅拌处理0.5小时,然后将该溶液过滤。将所得乙酸丙酸纤维素在70℃干燥。1H-NMR测量显示,在所得的乙酸丙酸纤维素中,乙酰化度为0.15,丙酰化度为2.62,总的酰化度为2.77,数均分子量为54500(数均聚合度DPn=173),质量平均分子量为132000(质量平均聚合度DPw=419)、残留硫酸的量为45ppm,镁含量为8ppm,钙含量为46ppm,钠含量为1ppm,钾含量为1ppm,并且铁含量为2ppm。通过偏光显微镜观察,当两片偏振器被制备成彼此垂直或当它们被制备成彼此平行时,由这种样品在二氯甲烷中的溶液形成的流延膜显示几乎没有污染。
[合成实施例3]
将8质量份的纤维素(浆)和33质量份乙酸放入到装备有搅拌器和冷却装置的反应器中,并且在60℃处理4小时,以活化该纤维素。将33质量份的乙酸酐、518质量份的丙酸、536质量份的丙酸酐和4质量份的硫酸进行混合,并且在冷却到-20℃之后,将混合物添加到反应器中。
以这样的方式进行酯化:在反应过程中的最大温度为35℃,并且将反应溶液的粘度到达840cP时的时间看作反应的终点。调节反应混合物在反应终点时的温度,使其为15℃。添加反应终止剂,使得反应混合物的温度不高于23℃,所述反应终止剂是通过将133质量份的水和133质量份的乙酸混合,并且将该混合物冷却到-5℃而制备的。
将反应混合物搅拌2小时,同时保持其温度在60℃,使得其进行部分水解,然后向反应混合物中添加乙酸/水混合的溶液,以终止所述部分水解,其中所述乙酸/水混合的溶液包含每一当量硫酸为2当量的乙酸镁。将水解之后的反应溶液顺序通过保留40μm粒子的滤纸以及保留10μm粒子的烧结金属过滤器进行过滤。通过与乙酸水溶液混合而获得的聚合物化合物进行再沉淀,并且用在70至80℃的热水反复洗涤沉淀物。脱水之后,将沉淀物浸渍在0.001质量%的氢氧化钙的水溶液中,搅拌30分钟并且进行再次脱水。将脱水沉淀物在70℃干燥,以获得乙酸丙酸纤维素。
在所得的乙酸丙酸纤维素中,乙酰化度为0.42,丙酰化度为2.40,总的酰化度为2.82,数均分子量为50200(数均聚合度DPn=159),质量平均分子量为125900(质量平均聚合度DPw=398)、残留硫酸的量为85ppm,镁含量为2ppm,钙含量为39ppm,钠含量为1ppm,钾含量低于检测极限,并且铁含量为3ppm。通过偏光显微镜观察,由这种样品在二氯甲烷中的溶液形成的流延膜显示几乎没有污染。
[合成实施例4]
将200质量份的纤维素(棉绒)和100质量份乙酸放入到装备有搅拌器和冷却装置的反应器中,并且在60℃处理4小时,以活化该纤维素。将161质量份的乙酸、449质量份的乙酸酐、742质量份的丁酸、1349质量份的丁酸酐和14质量份的硫酸进行混合,并且在冷却到-20℃之后,将混合物添加到反应器中。
以这样的方式进行酯化:在反应过程中的最大温度为30℃,并且将反应溶液的粘度到达1050cP时的时间看作反应的终点。调节反应混合物在反应终点时的温度,使其为10℃。添加反应终止剂,使得反应混合物的温度不高于23℃,所述反应终止剂是通过将297质量份的水和558质量份的乙酸混合,并且将该混合物冷却到-5℃而制备的。
将反应混合物搅拌2小时又30分钟,同时保持其温度在60℃,使得其进行部分水解,然后向反应混合物中添加乙酸/水混合的溶液,以终止所述部分水解,其中所述乙酸/水混合的溶液包含每一当量硫酸为2当量的乙酸镁。将水解之后的反应溶液顺序通过保留40μm粒子的滤纸以及保留10μm粒子的烧结金属过滤器进行过滤。通过与乙酸水溶液混合而获得的聚合物化合物进行再沉淀,并且用在70至80℃的热水反复洗涤沉淀物。脱水之后,将沉淀物浸渍在0.002质量%的氢氧化钙的水溶液中,搅拌30分钟并且进行再次脱水。将脱水沉淀物在70℃干燥,以获得乙酸丁酸纤维素。
在所得的乙酸丁酸纤维素中,乙酰化度为1.51,丁酰化度为1.19,总的酰化度为2.70,数均分子量为55600(数均聚合度DPn=181),质量平均分子量为139000(质量平均聚合度DPw=451)、残留硫酸的量为122ppm,镁含量为3ppm,钙含量为53ppm,钠含量为1ppm,钾含量为2ppm,并且铁含量为2ppm。用偏光显微镜观察由这种样品在二氯甲烷中的溶液形成的流延膜,显示几乎没有污染。
[实施例和比较例]
未拉伸酰化纤维素膜的形成
(1)酰化纤维素的制备
表1所示的各种酰化纤维素都是通过在上述酰化纤维素合成实施例1至4中改变酰化剂的组成、反应温度和酰化时间以及部分水解的温度和时间而合成的。根据拟要的酰化度选择酰化剂(乙酸、乙酸酐、丙酸、丙酸酐、丁酸、丁酸酐中的任何单独的一种,或它们中任何多于一种的组合),并且与纤维素和作为催化剂的硫酸进行混合,并且在保持反应温度为40℃以下的同时进行酰化。在作为原料的纤维素消失并且酰化完成之后,继续在40℃以下加热,以将聚合度调节到所需的聚合度。然后,添加乙酸水溶液,以使残留酸酐水解,并且将酰化纤维素在60℃以下加热,使其进行部分水解,由此将总酰化度调节到所需的酰化度。用过量的乙酸镁中和残留的硫酸。将酰化纤维素从乙酸水溶液中沉淀出,并且用水反复洗涤,以获得如图4的表1所示的在种类、取代度和酰基聚合度上不同的各种酰化纤维素。
由此获得的酰化纤维素的Tg通过下列方法测量,并且显示在图4A和4B的表1中。添加增塑剂之后,将含有增塑剂的样品进行测量。
(Tg测量)
在DSC的测量盘上,放置20mg的样品。在氮气流中,将样品以10℃/min的速率从30℃加热至250℃(第一次),然后以-10℃/min的速率冷却至30℃。然后,将样品再从30℃加热至250℃(第二次)。将在第二次中基线开始偏离低温侧的温度视作玻璃化转变温度(Tg),并且显示在表1中。此外,对于所有的样品,都添加0.05质量%的二氧化硅细粒(AerosilR972V)。拉伸/未拉伸酰化纤维素膜显示结晶性,并且在它们的示差扫描量热法(DSC)中,由于晶体熔融所引起的吸热峰出现在170℃至240℃的温度范围。晶体熔点优选为7J/g以上并且20J/g以下。
[熔体膜形成]
将在表1中的合成酰化纤维素通过在120℃鼓风3小时进行干燥,以使含水量的比率为0.1质量%。向其中,添加3重量%的作为增塑剂的磷酸三苯酯、0.05质量%的二氧化硅细粒(Aerosil R972V)、0.20质量%的亚磷酸盐基稳定剂(P-1)、0.8质量%的2,4-二-(正辛硫基)-6-(4-羟基-3,5-二-叔丁基苯胺基)-1,3,5-三嗪(UV射线吸收剂a)和0.25质量%的2(2′-羟基-3′,5′-二-叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑。使用双轴捏合挤出机,将该混合物在190℃熔融并且捏合。另外,这种双轴捏合挤出机装备有真空排风口,并且在真空(0.3大气压)抽气。然后,将所得混合物以3mm直径的股形挤出到水浴中,并且被切割成5mm长度的碎片。
上述捏合的树脂利用在90℃的除湿空气进行干燥3小时,以使湿气百分比为0.1重量%。然后,使用装备有全螺纹型螺杆(full flight screw)的单轴挤出机,将树脂在210℃进行熔融,所述全射程螺杆的L/D为35、压缩比为3.5,并且螺杆直径为65mm。为了提高厚度的精确性,使用齿轮泵,以恒定速率将树脂供应出。将从齿轮泵供应出的熔融聚合物通过4-μm的烧结过滤器,以除去杂质。然后,将聚合物送到具有狭缝状空隙的模头,并且通过冷却辊冷却和固化,从而形成酰化纤维素膜。将固化的片从抛光辊28上剥离,并且卷起成卷形状。此处使用如下的冷却辊。抛光辊28是直径为500nm、壁厚为25mm并且表面粗糙度(Ra)为25nm的金属棍,并且将设定温度设定到-5℃(树脂的玻璃化转变温度)。抛光辊26的直径为300mm,并且在表1中描述的结构和设定条件下进行膜形成。在卷起之前瞬间,对膜的两侧边进行修整(每一侧边基于整个宽度为3%),并且在两个侧边上进行10nm宽度和50μm高度的滚花。以30m/min的卷起速度,将每一个实施例的膜卷起至宽度为1.5,长度为3000m。
如图4A和4B的表1所示,在实施例1至8中,当每一对辊满足下列公式时:
0.0043X2+0.12X+1.1<Y<0.019X2+0.73X+24...式(1)
其中,X(℃)表示热塑性树脂的玻璃化转变温度Tg(℃)-弹性辊(℃)的温度,而Y表示线速度(m/min);
0.05mm<Z<7.0mm...式(2)
其中,Z表示弹性辊的外机筒的径向厚度;以及
3kg/cm2<P/Q<50kg/cm2...式(3)
其中,Qcm表示所述一对辊彼此接触的部分的长度,而Pkg/cm表示线压力,在该线压力下,片材形状的热塑性树脂被保持在一对辊之间并且具有算术平均表面粗糙度Ra为100nm以下的表面性质,在Re和Rth低时能够获得良好性质的膜,没有出现条纹缺陷,并且雾度低。在另一方面,在比较例1的情况下,冷却辊(第二辊)的Ra为150nm,不满足100nm以下的条件。因此,相比于具有除Ra之外的相同条件的实施例1,比较例1表现出高的雾度值。此外,比较例2和3不满足式(1)的条件,即,比较例2的线速度为8.6m/min至63m/min,而比较例3的线速度为24m/min至140m/min,因而Re和Rth变得更大。而且,在比较例4和5中,弹性辊(第一辊)不满足式(2)和/或(3),因此比较例4具有大的Re和Rth,并且比较例5引起条纹缺陷。
[偏振片的制备]
(1)偏振片的制备
在图4A和4B的表1中的实施例1(被认为是最佳模式)的膜形成条件下,制备出在图5的表2所描述的具有不同膜材料(取代度、聚合度和增塑剂)的未拉伸膜,并且制备出下列偏振片。“增塑剂1、2、3和4”在表2中分别表示磷酸联苯基二苯基酯、己二酸二辛酯、甘油二乙酸单油酸酯、聚乙二醇(分子量:600)。色调变化在表2中被分为10个等级进行评价(越大的数表示色调变化越大)。
(1-1)酰化纤维素膜的皂化
根据下面的浸渍皂化法,将未拉伸酰化纤维素膜进行皂化。此外,从下面的涂布皂化法获得近似相同的结果。
(i)涂布皂化
向80重量份的异丙醇中,加入20重量份的水,并且将KOH溶解在其中,使得浓度为2.5mol/L。将溶液的温度调节至60℃并且用作皂化溶液。将该溶液以10g/m2的量涂布在60℃的酰化纤维素膜上,并且进行皂化1分钟。然后,将50℃的温水以10L/m2·min的量在其上喷射1分钟,以进行洗涤。
(ii)浸渍皂化
使用2.5mol/L的NaOH水溶液作为皂化溶液。
将该溶液的温度调节至60℃,并且将酰化纤维素膜在其中浸渍2分钟。
然后,将膜在0.1N硫酸水溶液中浸渍30秒,并且通过水洗浴。
(1-2)偏振层的制备
根据日本专利申请公开2001-141926的实施例1,通过在两对夹辊之间产生圆周速度之差,并且在纵向上拉伸膜,以制备20μm厚的偏振层。
(1-3)层压
使用3%PVA水溶液(PVA-117H,由Kuraray股份有限公司制造)作为粘合剂,将由此得到的偏振层、皂化-处理的未拉伸或拉伸的酰化纤维素膜和皂化处理的FUJI TAC(未拉伸的三乙酸酯膜;由富士胶片株式会社制造),在偏振膜的拉伸方向和酰化纤维素的膜形成的流动方向(纵向)上以下列组合将一个层叠在另一个上。
偏振片A:未拉伸的酰化纤维素膜/偏振层/FUJI TAC
偏振片B:未拉伸的酰化纤维素膜/偏振层/未拉伸酰化纤维素膜
(1-4)偏振片的色调变化
将由此获得的偏振片在色调变化方面以10个等级评价(越大的数表示色调变化越大)。所有根据本发明的偏振片都获得良好的评价。
(1-5)湿度卷曲的评价
通过上述方法测量由此获得的偏振片。在本发明的膜被加工成偏振片之后,它们表现出良好的特性(低湿度卷曲)。
此外,进行层压,使偏振轴和酰化纤维素膜的纵向之间的角度为直角或45°,并且进行同样的评价。所有的情况都表现出与平行层压的结果相同的结果。
(2)光学补偿膜液晶装置的制备
将使用VA-模式晶体单元的22-英寸液晶显示装置(由Sharp公司制造)的在观察者侧的偏振片剥离。在上述相差偏振片A和B的情况下,将偏振片移出并且将它们通过粘合剂附着于观察者侧,以使酰化纤维素膜位于液晶单元侧。制备出液晶显示装置,使得在观察者侧的偏振片的透明轴与在背侧的偏振片的透明轴正交。
在上述情况下,本发明的产品具有小的湿度卷曲,并且容易进行层压,因而层压时的偏移小。
此外,使用本发明的酰化纤维素膜,代替其上涂布有日本专利申请公开11-316378的实施例1的液晶层的乙酸纤维素膜,制备出具有小的湿度卷曲的良好光学补偿膜。
使用本发明的酰化纤维素膜,代替在其上涂布有在日本专利申请公开7-333433的实施例中描述的液晶层的乙酸纤维素膜,以制备光学补偿过滤膜,能够制备出具有小湿度卷曲的良好的光学补偿膜。
此外,当将本发明的偏振片和相差偏振片用于日本专利申请公开10-48420的实施例1中的液晶显示装置时;用于日本专利申请公开9-26572的实施例1中的含有碟形液晶分子的光学各向异性层时;用于具有聚乙烯醇的取向膜时;用于日本专利申请公开2000-154261的图2至9中的20-英寸VA-模式液晶显示装置时;用于日本专利申请公开2000-154261的图10至15中的20-英寸OCB-模式液晶显示装置时;以及用于日本专利申请公开2004-12731的图11中所述的IPS-模式液晶显示装置时,获得具有小湿度卷曲的良好液晶显示元件。
(3)低反射膜的制备
根据Journal of Technical Disclosure(公开号2001-1745)中的实施例47,使用本发明的酰化纤维素膜制备低反射膜。该膜根据上述方法测量湿度卷曲。使用本发明产品的膜表现出与在偏振片的情况下相同的良好结果。
此外,将本发明的低反射膜附着到下列装置的最表面层上:日本专利申请公开10-48420的实施例1的液晶显示装置;日本专利申请公开2000-154261的图2至9的20英寸VA-模式的液晶显示装置;日本专利申请公开2000-154261的图10至15的20-英寸OCB-模式的液晶显示装置;以及日本专利申请公开2004-12731的图11的IPS-模式液晶显示装置。
Claims (8)
1.一种用于制备热塑性树脂膜的方法,所述方法包括如下步骤:
将熔融热塑性树脂以片材形状从模头挤出;以及
在将所述片材形状的热塑性树脂夹在一对辊之间的同时,通过将所述片材形状的热塑性树脂冷却和固化形成膜,所述一对辊的算术平均表面粗糙度Ra为100nm以下,并且由其中至少一个为金属制备的弹性辊的辊所组成,其中:
所述一对辊满足所有的下列式(1)、(2)和(3):
当X(℃)=热塑性树脂的玻璃化转变温度Tg(℃)-弹性辊的温度(℃),并且Y为线速度(m/min)时,
0.0043X2+0.12X+1.1<Y<0.019X2+0.73X+24...(1),
当Z表示所述弹性辊的外机筒的径向厚度时,
0.05mm<Z<7.0mm...(2),以及
当Q cm表示所述一对辊中通过所述片材形状热塑性树脂彼此接触的部分的长度,而P(kg/cm)表示将片材形状的热塑性树脂夹在所述一对辊中间时的线压力时,
3kg/cm2<P/Q<50kg/cm2...(3)。
2.根据权利要求1所述的用于制备热塑性膜的方法,其中
当所述热塑性树脂从模头释放出时,其具有2000Pa·sec以下的零剪切粘度。
3.根据权利要求1或2所述的用于制备热塑性膜的方法,其中
所述膜的膜厚度为20至300μm、面内延迟(Re)为20nm以下,并且厚度方向延迟(Rth)为20nm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制备热塑性膜的方法,其中
所述热塑性树脂是酰化纤维素树脂。
5.根据权利要求4的用于制备热塑性膜的方法,其中
所述酰化纤维素树脂的数均分子量为20,000至80,000,并且当A表示乙酰基的取代度,并且B表示具有3至7个碳原子的酰基的取代度之和时,其酰基满足下列取代度:2.0≤A+B≤3.0、0≤A≤2.0和1.2≤B≤2.9。
6.一种热塑性膜,其由在权利要求1至5中任一项所述的方法制备。
7.一种用于液晶显示板的光学补偿膜,其具有作为衬底的权利要求6的热塑性膜。
8.一种偏振片,其通过使用至少一片权利要求6所述的热塑性膜作为用于偏振膜的保护膜而形成。
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