CN102453261A - 溶液制膜的制造方法及制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可抑制配向轴的变动的溶液制膜的制造方法及制造装置。该溶液制膜的制造方法是将包含聚合物与溶剂的掺杂剂从流延模(22)流延至支撑体(24)上来形成流延膜(70)，然后将流延膜(70)从支撑体(24)上剥离并送至拉幅装置(42)中，对流延膜(70)至少进行干燥后卷取的溶液制膜的制造方法，且在支撑体(24)与拉幅装置(42)之间设置张力控制单元(36)，通过张力控制单元(36)将从支撑体(24)剥离流延膜(70)的张力保持成固定。

Description

溶液制膜的制造方法及制造装置
技术领域
本发明涉及一种溶液制膜的制造方法及制造装置，尤其涉及一种将包含聚合物与溶剂的掺杂剂(dope)从流延模流延至支撑体上来形成流延膜，然后将该流延膜从所述支撑体上剥离并送至拉幅装置中，对该流延膜至少进行干燥后卷取的溶液制膜的制造方法及制造装置。
背景技术
近年来，对于光学用途的聚合物膜的要求特性越来越严格，不允许含有一点点异物，对于膜的光学特性，其均匀性的要求级别也一直提高。
众所周知，溶液制膜方法是通过将聚合物溶解于溶剂中而成的掺杂剂从模流延至支撑体上而形成流延膜，然后剥离流延膜并进行干燥来制造膜的方法。该溶液制膜方法具有于在支撑体上对流延膜进行干燥的过程中，通过流延膜的流动性而欲使流延膜的露出面变得平坦的所谓的调平作用，通过该调平作用，具有膜面的平滑性比熔融制膜更优异的优点。
但是，由溶液制膜方法所形成的聚合物膜在从模流延至支撑体上时、或流延后从支撑体剥离时等，也存在流延膜包含溶剂的情况，且非常柔软、容易被外力等影响，因此存在容易产生条纹或横段等缺陷的问题。
因此，例如在专利文献1中，揭示有一种将流延膜从支撑体上剥离的剥离辊的污垢少的纤维素酯膜的制造方法，以及一种因该制造方法而卷曲少、且具有高撕裂强度的纤维素酯膜。另外，在专利文献2中，揭示有一种无横段、平面性优异且在液晶显示装置或有机电致发光等图像显示装置中有用的纤维素酯膜。另外，在专利文献3中，揭示有一种不使搬送途中的膜产生擦伤、孔转印、皱折等品质故障的溶液制膜方法。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2002-210766号公报
[专利文献2]日本专利特开2002-28943号公报
[专利文献3]日本专利特开2006-306019号公报
但是，在利用先前的溶液制膜法的膜的制造方法中，存在膜的配向轴产生偏差的问题。由于配向轴会产生偏差，因此若将该膜作为光学膜用于液晶装置等中，则会产生对比度下降的问题。进而，因近年来的液晶监视器等光学机器的高精细化，故而所要求的配向轴的偏差的范围变得严格。
先前，由于并不十分清楚产生该配向轴的变动的机制，因此无法建立有效的对策。
发明内容
本发明是鉴于此种情况而完成的发明，其目的在于提供一种在溶液制膜的制造方法及制造装置中可抑制配向轴的变动的溶液制膜的制造方法及制造装置。
为了达成所述目的，本发明提供一种溶液制膜的制造方法，其将包含聚合物与溶剂的掺杂剂从流延模流延至支撑体上来形成流延膜，然后将该流延膜从所述支撑体上剥离并送至拉幅装置中，对该流延膜至少进行干燥后卷取，其特征在于：在所述支撑体与所述拉幅装置之间设置张力控制单元，而将从该支撑体剥离所述流延膜的张力保持成固定。
另外，为了达成所述目的，本发明提供一种溶液制膜的制造装置，其特征在于包括：支撑体，以固定速度移动；流延模，接近并配置在所述支撑体上，使包含聚合物与溶剂的掺杂剂向所述支撑体流延；拉幅装置，对形成在所述支撑体上的流延膜进行干燥；以及张力控制单元，设置在所述支撑体与所述拉幅装置之间，将从该支撑体剥离所述流延膜的张力保持成固定。
本案发明人获得了如下的发现：当支撑体的速度与拉幅装置中的搬送速度产生差时，支撑体与拉幅装置之间的张力变得不固定，而产生配向轴的变动。
因此，在支撑体与拉幅装置之间设置张力控制单元，而将从支撑体剥离流延膜的张力保持成固定。
通过本发明，可提供一种能够抑制配向轴的变动的溶液制膜的制造方法及制造装置。
在本发明中，优选所述张力控制单元是张力调节辊(dancer roller)。
在本发明中，优选设置在所述支撑体与所述拉幅装置之间的至少一个辊是惯性为0.2kg·m2以下的低惯性辊，更优选至少一个辊是惯性为0.15kg·m2以下的低惯性辊，进而更优选至少一个辊是惯性为0.1kg·m2以下的低惯性辊。
若辊惯性高，则对于速度变动的追随性欠佳，结果导致由辊惯性所引起的张力变动。因此，通过设为低惯性，可抑制伴随基本的速度变动的张力变动，可进一步将配向轴保持成固定。研究的结果，发现若为0.2kg·m2以下，则具有使配向轴稳定的效果。可知若为0.15kg·m2以下，则更佳，若为0.1kg·m2以下，则进而更佳。此处，例如铝为0.102kg·m2，碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，CFRP)(碳制)为0.042kg·m2。
进而，在本发明中，优选设置在所述支撑体与所述拉幅装置之间的张力调节辊的张力赋予机构的机械损失为2.5N以下，更优选1.5N以下。
若张力赋予机构中所使用的气缸的机械损失(摩擦力)大，则会导致张力调节辊移动时所产生的张力变动。因此，通过抑制机械损失，可抑制伴随张力调节辊移动的张力变动，可进一步将配向轴保持成固定。研究的结果，发现若为2.5N以下，则配向轴稳定，更具效果的是优选为1.5N以下。
通过设置在支撑体与拉幅装置之间的搬送辊或张力调节辊为所述数值以下的低惯性辊，进而张力赋予机构为所述数值以下的低机械损失机构，可进一步使支撑体与拉幅装置之间的张力接近固定，因此可进一步抑制配向轴的变动。
在本发明中，优选所述聚合物是酰化纤维素。更优选酰化纤维素是酰基的取代度为2.0以上、2.98以下的醋酸纤维素。进而更优选所述酰化纤维素是二醋酸纤维素(Diacetyl Cellulose，DAC)或醋酸丙酸纤维素(CelluloseAcetate Propionate，CAP)。
[发明的效果]
根据本发明，可提供一种能够抑制配向轴的变动的溶液制膜的制造方法及制造装置。
附图说明
图1是表示应用本发明的溶液制膜的制造装置的构成的构成图。
图2是本发明的支撑体与拉幅装置之间的放大图。
图3(A)、图3(B)是表示对比较例与实例中的张力的变动进行分析的结果的图。
图4(A)、图4(B)是表示对比较例与实例中的配向轴的变动进行频率分析的结果的图。
符号的说明
10：溶液制膜的制造装置
20：流延部
22：模
24：流延带(支撑体)
26：旋转辊
30：传送部
32：剥离辊
34：传送辊
36：张力调节辊(张力控制单元)
37：张力赋予机构
38：搬送辊
40：拉幅部
42：拉幅装置
50：干燥部
52：干燥室
54：冷却室
60：卷取部
62：卷取装置
64：卷取卷
70：流延膜(膜)
具体实施方式
以下，对本发明的实施形态进行详细说明。但是，本发明并不限定于此处所列举的实施形态。
如图1所示，溶液制膜的制造装置10主要包括：流延部20，将使作为膜的成分的例如纤维素酯等溶解于溶剂中而成的掺杂剂流延成薄板状来制作膜70；传送部30，将膜70从流延部20传送至拉幅部40；拉幅部40，使膜70在膜的宽度方向上延伸；干燥部50，对膜70进行干燥；以及卷取部60，将膜70卷取成卷(roll)状。
流延部20主要包括：模22，使掺杂剂流出至流延带(也称为支撑体)24上；流延带24，将从模22所流出的掺杂剂流延成薄板状；以及一组旋转辊26、26，使流延带24旋转。流延模22使掺杂剂从未图示的狭缝流出至正在移动的流延带24上。流延带24一面移动一面接收掺杂剂，由此将掺杂剂流延成薄板状来制作流延膜70。流延膜70以附着在流延带24上的状态，与流延带24一同移动。此处，以上对使用流延带的流延部进行了说明，但并不限定于此，流延部20也可以使用流延鼓来代替流延带。
传送部30主要包括：剥离辊32，从流延带24上剥离流延膜70；以及1个以上的传送辊34，将经剥离的膜70运送至拉幅部40为止。剥离辊32剥离附着在流延带24上的流延膜70，并使经剥离的膜70移动至拉幅部40为止。
拉幅部40包含拉幅装置42。虽然未图示，但拉幅装置42包括：一组导轨；链条，被导轨引导而移动；多个夹具，安装在链条上，并握持流延膜70的侧缘部；以及送风机构，对流延膜70吹附干燥空气。通过夹具来握持从传送部30所运送的流延膜70的两侧缘部，一面在宽度方向对其赋予张力一面进行搬送，并通过干燥空气来对溶剂进行干燥。
干燥部50主要包括干燥室52与冷却室54。干燥室52是用以进一步使流延膜70中所包含的溶剂成分蒸发的装置，为此，可具备用以对其内部进行温度调整的装置、或用以对流延膜70吹附经温度调整的空气的装置等。另外，干燥室52也可以具备回收已蒸发的溶剂的装置(未图示)。冷却室54是用以缓慢地冷却流延膜70直至流延膜70大致达到室温为止的装置，为此，可具备空调装置、调温装置等。干燥室52使从拉幅部40移动而来的流延膜70中所包含的溶剂蒸发，并回收已蒸发的溶剂。继而，在冷却室54中，将在干燥室52中得到加热的流延膜70冷却。在离开冷却室的部位，通常设置有除电装置，通过该除电装置来去除流延膜70所带的电荷。
卷取部60主要包括卷取装置62。卷取装置62卷取从冷却室54送出的流延膜70来制作卷取卷64。
其次，参照图1对本发明的溶液制膜装置的运作进行说明。
如图1所示，使膜的成分溶解于溶剂中而成的掺杂剂被从未图示的掺杂剂制造装置供给至模22中。掺杂剂被从流延模22的狭缝(未图示)供给至正在移动的流延带24上。流延带卷绕在一组旋转辊26、26上，通过对旋转辊26进行旋转驱动，使得流延带获得动力并以绕着一组旋转辊26、26旋转的方式移动。
掺杂剂通过在移动过程中被供给至流延带24上，而流延成薄板状并成为流延膜70。流延带24承载着流延膜70而移动，并将流延膜70运送至剥离辊32处为止。此时，在流延部20中，设置有未图示的调温装置、送风机、冷凝器等，在经调温的环境内，通过送风机对流延膜70吹附干燥的空气，由此使膜70中所包含的溶剂成分蒸发至相对于固体成分100％大概成为30％～40％为止，然后利用冷凝器来回收溶剂成分。
继而，剥离辊32剥离流延带(支撑体)24上的流延膜70，传送辊34将经剥离的流延膜70运送至拉幅部40。
此处，获得了如下的发现：当支撑体24的速度与拉幅装置42中的搬送速度产生差时，或者当产生从支撑体24剥离流延膜70的剥离负荷的变动、由流延膜的膜厚·干燥状态的不均所引起的弹性模数的变动时，传送部30(支撑体24与拉幅装置42之间)中的施加于流延膜70的张力变得不固定，而产生配向轴的变动。
因此，本发明中，在支撑体24与拉幅装置42之间设置张力调节辊36，而将从支撑体剥离流延膜的张力保持成固定。具体而言，如图1所示，可在剥离辊32与传送辊34的两辊间具备张力调节辊36。另外，当剥离辊32与传送辊34的距离长时，如图2所示，也可以具备搬送辊38、38。
优选设置在支撑体24与拉幅装置42之间的至少一个辊的惯性优选0.2kg·m2以下，更优选0.15kgm2以下，进而更优选为惯性0.1kg·m2以下的低惯性辊。
另外，优选张力调节辊36的张力赋予机构的机械损失为2.5N以下，更优选该张力赋予机构是机械损失为1.5N以下的低机械损失机构。
通过使设置在支撑体与拉幅装置之间的剥离辊32，传送辊34，搬送辊38、38或张力调节辊36为低惯性辊，及使附属于张力调节辊36的张力赋予机构37为低机械损失机构，可进一步使支撑体与拉幅装置之间的张力接近固定，因此可进一步抑制配向轴的变动。
此处，表示在图1的溶液制膜的制造装置10中，将在剥离辊32与传送辊34的两辊间不具备张力调节辊作为比较例，将如图1那样在剥离辊32与传送辊34的两辊间具备张力调节辊36作为实例来进行实验。将流延带24的驱动带长度设为5.7m(米)，将旋转辊26的圆周设为4.1m(米)。再者，将剥离辊32与传送辊34设为惯性为0.2kg·m2的低惯性辊。另外，张力赋予机构37采用机械损失为2.5N的机构。
具体而言，流延膜是制作厚度60μm、宽度800mm的流延膜，针对流延膜的宽度方向的中心位置，在长度方向上以5.67mm的周期进行迟相轴的测定，并评价通过测定所获得的配向角的标准偏差。其结果，将比较例中的标准偏差设为100％时的实例中的标准偏差为90％。
图3(A)、图3(B)是表示对该实验的比较例与实例中的张力的变动进行分析的结果的图。图4(A)、图4(B)是表示对比较例与实例中的配向轴的变动进行频率分析的结果的图。
如图3(A)、图3(B)所示，可知在不具备张力调节辊36的比较例中，张力的变动有±9N左右，但在具备张力调节辊36的实例中，张力的变动被抑制在±1N左右。另外，如图4(A)、图4(B)所示，可知具备张力调节辊36的实例与不具备张力调节辊36的比较例相比，流延带24或旋转辊26的周期中的相对较长的周期成分被抑制在减半以下。
再者，旋转辊26在制作精度方面，必然会产生并非完全的真圆的情况、或起因于驱动传递系统的流延带24的驱动速度的变动。可认为因该速度变动而引起张力的变动，张力的变动与配向轴的变动相关。因此，本发明中，在支撑体与拉幅装置之间设置张力调节辊来将从支撑体剥离流延膜的张力保持成固定，因此可抑制配向轴的变动。
传送辊34将剥离辊32所剥离的流延膜70运送至拉幅部40。
在拉幅装置42中，夹具(未图示)握持流延膜70的两侧缘部，使其逐渐展开地朝外侧移动，由此可使膜70在宽度方向上延伸。夹具于使流延膜70在宽度方向上延伸后，解除握持。解除了握持的流延膜70被输送至干燥部50。
在干燥部50中，通过设置于干燥室52中的调温装置(未图示)来调整干燥室52内部的温度、湿度，进而通过送风机(未图示)对流延膜70吹附空气，而使流延膜70内部的溶剂蒸发。干燥部50具备冷凝器(未图示)，其使在干燥室52中从流延膜70蒸发的溶剂凝结后进行回收。
在干燥室52中，内部的溶剂量经过调整的流延膜70被输送至冷却室54。在冷却室54中也具备调温装置(未图示)，其调整冷却室54内的环境的温度、湿度。流延膜70在该冷却室54中得到冷却。此时，也可以通过送风机(未图示)对流延膜70吹附空气，由此促进冷却。
在冷却室54中得到冷却后，流延膜70通过除电装置(未图示)来去除所带的电荷。经除电的流延膜70由卷取部60的卷取装置62卷取，而形成卷取卷64。
此处，以上对使用流延带24的装置进行了说明，但在使用流延鼓而非流延带24的情况下，当然也可以获得相同的效果。
再者，本发明可应用于所有可通过溶液制膜来形成膜(流延膜)的聚合物，但优选聚合物是酰化纤维素。另外，更优选酰化纤维素是酰基的取代度为2.0以上、2.98以下的醋酸纤维素。进而更优选酰化纤维素是DAC(二醋酸纤维素)或CAP(醋酸丙酸纤维素)。
在聚合物为酰化纤维素的情况下，流延膜的配向轴的变动显著显现，尤其在酰基的取代度为2.0以上、2.98以下的低取代度的醋酸纤维素的情况下，配向轴的变动显著显现。因此，当使用此种聚合物时，在本发明的支撑体与拉幅装置之间设置张力调节辊来将从支撑体剥离流延膜的张力保持成固定，由此可有效地抑制配向轴的变动。
作为溶剂，可列举：芳香族烃(例如苯、甲苯等)、卤化烃(例如二氯甲烷、氯苯等)、醇(例如甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、二乙二醇等)、酮(例如丙酮、甲基乙基酮等)、酯(例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯等)及醚(例如四氢呋喃、甲基溶纤剂等)等。再者，在本发明中，所谓掺杂剂，是指通过使聚合物溶解或分散于溶剂中所获得的聚合物溶液或分散液。
所述卤化烃之中，优选使用碳原子数为1～7的卤化烃，最优选使用二氯甲烷。就三醋酸纤维素(Triacetyl Cellulose，TAC)的溶解性、流延膜的从支撑体上的剥离性、膜的机械强度及光学特性等物性的观点而言，优选除二氯甲烷以外，混合一种或几种碳原子数为1～5的醇。醇的含量相对于溶剂整体优选2重量％～25重量％，更优选5重量％～20重量％。作为醇，可列举甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇等，但优选使用甲醇、乙醇、正丁醇、或它们的混合物。
最近，为了将对于环境的影响抑制成最小限度，也正在研究不使用二氯甲烷的溶剂组成。在此情况下，优选碳原子数为4～12的醚、碳原子数为3～12的酮、碳原子数为3～12的酯、碳数为1～12的醇，也存在将这些溶剂适当混合来使用的情况。例如可列举乙酸甲酯、丙酮、乙醇、正丁醇的混合溶剂。这些醚、酮、酯及醇也可以是具有环状结构。另外，也可以将具有2个以上醚、酮、酯及醇的官能基(即-O-、-CO-、-COO-及-OH)的任一个的化合物用作溶剂。
酰化纤维素的详细情况记载在日本专利特开2005-104148号的第[0140]段至第[0195]段，这些记载也可以应用于本发明。另外，关于溶剂及塑化剂、劣化防止剂、紫外线吸收剂(UV剂)、光学各向异性控制剂、延迟控制剂、染料、消光剂、剥离剂、剥离促进剂等添加剂，也同样在日本专利特开2005-104148号的第[0196]段至第[0516]段中有详细记载，这些记载也可以应用于本发明。

Claims (12)

1.一种溶液制膜的制造方法，其将包含聚合物与溶剂的掺杂剂从流延模流延至支撑体上来形成流延膜，然后将该流延膜从所述支撑体上剥离并送至拉幅装置中，对该流延膜至少进行干燥后卷取，其特征在于：
在所述支撑体与所述拉幅装置之间设置张力控制单元，而将从该支撑体剥离所述流延膜的张力保持成固定。
2.根据权利要求1所述的溶液制膜的制造方法，其中所述张力控制单元是张力调节辊。
3.根据权利要求2所述的溶液制膜的制造方法，其中设置在所述支撑体与所述拉幅装置之间的至少一个辊是惯性为0.2kg·m2以下的低惯性辊。
4.根据权利要求2所述的溶液制膜的制造方法，其中设置在所述支撑体与所述拉幅装置之间的至少一个辊是惯性为0.15kg·m2以下的低惯性辊。
5.根据权利要求2所述的溶液制膜的制造方法，其中设置在所述支撑体与所述拉幅装置之间的至少一个辊是惯性为0.1kg·m2以下的低惯性辊。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的溶液制膜的制造方法，其中设置在所述支撑体与所述拉幅装置之间的张力调节辊的张力赋予机构的机械损失为2.5N以下。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的溶液制膜的制造方法，其中设置在所述支撑体与所述拉幅装置之间的张力调节辊的张力赋予机构的机械损失为1.5N以下。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的溶液制膜的制造方法，其中所述聚合物是酰化纤维素。
9.根据权利要求8所述的溶液制膜的制造方法，其中所述酰化纤维素是酰基的取代度为2.0以上、2.98以下的醋酸纤维素。
10.根据权利要求8所述的溶液制膜的制造方法，其中所述酰化纤维素是二醋酸纤维素或醋酸丙酸纤维素。
11.一种溶液制膜的制造装置，其特征在于包括：
支撑体，以固定速度移动；
流延模，接近并配置在所述支撑体上，使包含聚合物与溶剂的掺杂剂向所述支撑体流延；
拉幅装置，对形成在所述支撑体上的流延膜进行干燥；以及
张力控制单元，设置在所述支撑体与所述拉幅装置之间，将从该支撑体剥离所述流延膜的张力保持成固定。
12.根据权利要求11所述的溶液制膜的制造装置，其中所述张力控制单元是张力调节辊。
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