CN1285928C - 具有受控的延迟和厚度的乙酸纤维素薄膜 - Google Patents

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Abstract

一种乙酸纤维素薄膜,其含有乙酰化度为59.0-61.5%的乙酸纤维素。该乙酸纤维素薄膜被控制成Re延迟值是在0至20纳米的范围内。而且,该乙酸纤维素薄膜被控制成Rth延迟值是在30至70纳米的范围内。再者,该乙酸纤维素薄膜被控制成厚度是在10至70微米的范围内。

Description

具有受控的延迟和厚度的乙酸纤维素薄膜
技术领域
本发明涉及具有受控的延迟和厚度的乙酸纤维素薄膜,和使用该乙酸纤维素薄膜的偏光板和液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置是由偏光板和液晶单元(liquid crystal cell)构成。
对于现在主流的扭曲向列模式的薄膜晶体管液晶显示装置,如特开平8-502206号公报中所述,将光学补偿薄膜插入至偏光板和液晶单元之间,实现显示质量高的液晶显示装置。但是,当采用这种方法时,有液晶显示装置自身变厚等问题点。
在特开平1-68940号公报中记载了,通过采用在偏光膜的一表面上具有光学补偿膜(位相差薄膜)、在另一表面上具有保护膜的椭圆形偏光板,则不会使液晶显示装置变厚,可以提高正面对比度。然而发现,该发明的光学补偿膜由于热等变形易于产生位相差,以致于由于该位相差在液晶显示装置的黑显示时发生框状(frame-like)的光泄漏,产生耐久性的问题。
对于由于变形产生的位相差的问题,在特开平7-191217号公报和欧洲专利0911656A2号说明书中公开了,通过将在透明支持体上涂设圆盘状化合物构成的光学各向异性层的光学补偿膜用作直接偏光板的保护膜,则可以解决上述涉及耐久性的问题,而不会使液晶显示装置变厚。
发明内容
将以现有技术的光学补偿膜用作保护膜的偏光板装着至17英寸以上的大型显示板上,由此发现由于热变形引起的光泄漏完全没有了。还出乎意料地发现,即使使用常用的偏光板,也发生以前不明显的光泄漏,导致显示品质的显著损失。
作为别的问题点,在将偏光板贴附至大型显示板时发现,发生比贴附在15英寸左右的显示板更大的变形,且结果在作为偏光板的保护膜的乙酸纤维素薄膜经常发生的开裂。
本发明的目的是通过改良可用作偏光板的保护膜或光学补偿膜的支持体的乙酸纤维素薄膜,而提供一种用于大的液晶显示板尺寸的液晶显示装置时不发生光泄漏等问题的优良的乙酸纤维素薄膜。
本发明的另一个目的是提供适于大的液晶显示板尺寸的液晶显示装置的偏光板。
本发明的还一个目的是提供显示品质高、大的液晶显示板尺寸的液晶显示装置。
通过本发明者的研究发现,光泄漏是由下述的两个原因引起。
第一原因是液晶显示装置所处的湿热条件的变化。在液晶显示装置中配置的偏光板或光学补偿膜中所用的乙酸纤维素薄膜是用粘合剂等固定至偏光膜或液晶单元上。由湿热条件的变化所引起的薄膜的膨胀或收缩由于薄膜被固定而被全体抑制。因此,薄膜的光学特性发生变化以发生光泄漏。
第二个原因是通过在液晶显示装置中所用的背面光的照射而在乙酸纤维素薄膜面内发生温度分布。由于该温度分布使得薄膜发生热变形,该热变形引起与前述同样的光学特性的变化,从而发生光泄漏。对于乙酸纤维素之类的具有羟基的聚合物,发现湿热条件的变化的影响是大的。
为了消除该光的泄漏,将在偏光板或光学补偿薄膜中所用的乙酸纤维素薄膜的光学特性的变化降低,以及减少在薄膜中产生的温度分布即可。
据认为,该光学特性的变化是由乙酸纤维素薄膜的光弹性系数、厚度、环境变化所引起的假想形变与弹性模量之积所决定的。因此,通过将乙酸纤维素薄膜的光弹性系数降低、使厚度变薄,降低由环境条件的变化所引起的变形,以及减少弹性模量,就可显著地降低光泄漏。而且,在乙酸纤维素薄膜中产生的温度分布通过提高薄膜的热传导率而减低,由此可以降低光泄漏。
而且,特别是在将偏光板贴附至大型的液晶显示板上时,预测在乙酸纤维素中将频繁地引起“开裂”。发现,由于弯曲引起的乙酸纤维素薄膜的“开裂”相关于薄膜的耐折强度,还发现通过时薄膜的厚度变薄而可以显著地减轻“开裂”。
本发明者通过研究发现,对于一举解决前述的两个问题点(在液晶显示装置中的光泄漏和乙酸纤维素薄膜的开裂),使薄膜的厚度变薄是非常有效的。
本发明是提供一种乙酸纤维素薄膜,其含有乙酰化度为59.0-61.5%的乙酸纤维素,其特征在于,由下式(I)所定义的Re延迟值是在0至20纳米的范围内,由下式(II)定义的Rth延迟值是在30至70纳米的范围内,而且厚度是在10至70微米的范围内。
(I)Re=(nx-ny)×d
(II)Rth={(nx+ny)/2-nz}×d
式中,nx是薄膜平面内的慢相轴方向的折射率;ny是薄膜平面内的快相轴方向的折射率;nz是薄膜的厚度方向的折射率;且d是薄膜的厚度。
而且,本发明还提供一种偏光板,其包含偏光膜和在其两侧面上配置的二个透明保护膜,透明保护膜的至少之一是由乙酰化度是59.0至61.5%的乙酸纤维素所构成的乙酸纤维素薄膜,其特征在于,由上式(I)所定义的乙酸纤维素薄膜的Re延迟值是在0至20纳米的范围内,由上式(II)定义的乙酸纤维素薄膜的Rth延迟值是在30至70纳米的范围内,而且乙酸纤维素薄膜的厚度是在10至70微米的范围内。
再者,本发明还提供一种液晶显示装置,其包含液晶单元和其两侧面上配置的二个偏光板,所述偏光板包含偏光膜和在其两侧面上配置的二个透明保护膜,透明保护膜的至少之一是由乙酰化度是59.0至61.5%的乙酸纤维素所构成的乙酸纤维素薄膜,其特征在于,由上式(I)所定义的乙酸纤维素薄膜的Re延迟值是在0至20纳米的范围内,由上式(II)定义的乙酸纤维素薄膜的Rth延迟值是在30至70纳米的范围内,而且乙酸纤维素薄膜的厚度是在10至70微米的范围内。
而且,在本说明书中,“基本上平行”是指在严格的角度±5°以内的范围。该范围优选是±4°以内,更优选是±3°以内,最优选是在±2°以内。而且,在本说明书中,“慢相轴”是指折射率最大的方向,“快相轴”是指折射率最小的方向,且透过轴是指透过率最大的方向。
本发明者成功地提供一种非常适用作可用于大型的液晶显示装置的偏光板的保护膜或光学补偿膜的支持体的乙酸纤维素薄膜。通过将本发明的乙酸纤维素薄膜用作偏光板的保护膜或光学补偿膜的支持体,可以防止大型的液晶显示装置中的光泄漏,还可防止在液晶显示装置的生产工序中的乙酸纤维素薄膜的开裂。
在本发明中,通过减低乙酸纤维素薄膜的厚度,实现了光泄漏的防止、和薄膜的开裂的防止。通常地,当降低薄膜的厚度时,薄膜的光学特性就会发生变化。为了防止光泄漏,仅仅降低乙酸纤维素薄膜的厚度就行,但偏光板或光学补偿膜的光学特性变得不充分。在本发明中,在维持现有的乙酸纤维素薄膜的光学特性的同时,降低薄膜的厚度,由此可满足光学特性的维持和光泄漏的防止的两者的优良的乙酸纤维素。
仅仅通过安装采用本发明的乙酸纤维素薄膜的偏光板或光学补偿薄膜代替可用于液晶显示装置的现有的偏光板或光学补偿膜,就可没有问题(例如光泄漏等)地使得液晶显示装置大型化。而且,因为使得本发明的乙酸纤维素的厚度比以前的更薄,可以使得偏光板和液晶显示装置的厚度更薄。以上述乙酸纤维素薄膜或以该薄膜作为支持体的光学补偿膜作为保护膜的偏光板是可有利地用于采用扭曲向列型、垂直排列型、平面插线板型、或光学补偿弯曲型等的偏光板的所有的液晶显示装置中。
具体实施方式
(光泄漏的防止)
为了防止液晶显示装置的光泄漏,将本发明的乙酸纤维素薄膜的厚度设定为10至70微米的范围。该厚度优选是在20至60微米的范围,更优选是在30至50微米的范围。
而且,乙酸纤维素薄膜的光弹性系数优选是1.0×10-6cm2/kg以下。而且,乙酸纤维素的弹性模量优选是3000MPa,更优选是2500Mpa。为了降低乙酸纤维素薄膜的假想形变,优选通过二轴拉伸提高聚合物分子的面取向,或者使得吸湿膨胀系数为30×10-5/%RH以下。将该吸湿膨胀系数更优选设置为15×10-5/%RH以下,最优选为10×10-5/%RH以下。吸湿膨胀系数是以在恒定温度下使相对湿度变化时的试样的长度的变化量表示。而且,为了使得乙酸纤维素薄膜在产生的温度分布为均一的,优选将乙酸纤维素的热传导率设定为1W/(m·K)以上。
为了防止贴附时的“开裂”,通过MIT耐折强度试验机测定的耐折强度优选是250次以上,更优选是300次以上。耐折强度通过减低薄膜的厚度而可以被改善。
(薄膜的延迟)
薄膜的Re延迟值和Rth延迟值是分别以下述(I)和(II)定义。
(I)Re=(nx-ny)×d
(II)Rth={(nx+ny)/2-nz}×d
式(I)和(II)中,nx是薄膜平面内的慢相轴方向(折射率最大的方向)的折射率。
式(I)和(II)中,ny是薄膜平面内的快相轴方向(折射率最小的方向)的折射率。
式(II)中,nz是薄膜的厚度方向的折射率。
式(I)和(II)中,d是以纳米以单位的薄膜的厚度。
在本发明中,乙酸纤维素薄膜的Re延迟值是调节在0至20纳米的范围内,而Rth延迟值是调节在30至70纳米的范围内。该Rth延迟值优选调节在35至60纳米的范围内,更优选是调节在40至50纳米的范围内。
如前所述,为了防止液晶显示装置的光泄漏和薄膜的开裂,使得乙酸纤维素薄膜的厚度降低非常重要。
但是,仅仅降低可用于现有的偏光板或光学补偿膜的乙酸纤维素薄膜的厚度,就可解决光泄漏等的问题,但是通过由于厚度变薄所引起的光学特性(上述的Re延迟值和Rth延迟值)的变化,偏光板或光学补偿膜的光学特性变得不充分。
例如,通过仅仅单纯地将在现有的偏光板的保护膜中使用的乙酸纤维素薄膜的厚度,就可解决在液晶显示装置中的光泄漏等问题,但是发生视野角变窄等别的问题。而且,如果组合使用这样的偏光板和其它光学补偿膜,则其光学补偿膜的视野角扩大效果显著地受损。
因此,通过将薄膜的延迟值调整至上述范围内且将其厚度变薄,则可以在维持光学特性的同时,解决光泄漏等问题。乙酸纤维素薄膜的延迟的调整的详情见后述。
而且,乙酸纤维素薄膜的双折射率(Δn:nx-ny)优选是0.00至0.002。而且,乙酸纤维素薄膜的厚度方向的双折射率{(nx+ny)/2-nz}优选是0.001至0.004。
(乙酸纤维素)
在本发明中,使用乙酰化度为59.0至61.5%范围内的乙酸纤维素。
所谓乙酰化度是指每单位质量纤维素结合的醋酸量。乙酰化度是根据ASTM:D-817-91(乙酸纤维素等的试验法)的乙酰化度的测定和计算。
乙酸纤维素粘均分子量(DP)优选是250以上,更优选是290以上。
而且,在本发明中使用的乙酸纤维素优选是由凝胶渗透色谱得到的Mw/Mn(Mw是重均分子量,Mn是数均分子量)的分子量分布窄的。作为具体的Mw/Mn的值,优选1.0至1.7,更优选是1.3至1.65,最优选是1.4至1.6。
(延迟提高剂)
为了调整乙酸纤维素的延迟,使用具有至少两个芳香族环的芳香族化合物作为延迟提高剂。
芳香族化合物的用量是相对于乙酸纤维素100重量份,为0.01至20重量份的范围。芳香族化合物的用量相对于乙酸纤维素100重量份,优选是0.05至15重量份的范围,更优选是0.1至10重量份的范围,最优选是0.5至5重量份。可以并用两种以上的芳香族化合物。
芳香族化合物的芳香族环可以是芳香族烃环,或者是芳香族性杂环。
芳香族烃环特别优选是六元环(即,苯环)。
芳香族性杂环通常是不饱和杂环。芳香族性杂环优选是五元环、六元环或七元环,更优选是五元环或六元环。芳香族性杂环通常具有尽可能多的双键。作为杂原子,优选氮原子、氧原子和硫原子,特别优选氮原子。芳香族性杂环的例子包括:呋喃环、噻吩环、吡咯环、噁唑环、异噁唑环、噻唑环、异噻唑环、咪唑环、吡唑环、呋咱环、三唑环、吡喃环、吡啶环、哒嗪环、嘧啶环、吡嗪环和1,3,5-三嗪环。
作为芳香环,优选苯环、呋喃环、噻吩环、吡咯环、噁唑环、噻唑环、咪唑环、三唑环、吡啶环、嘧啶环、吡嗪环和1,3,5-三嗪环。
芳香族化合物特别优选含有至少一个1,3,5-三嗪环。
芳香族化合物所具有的芳香族环的数目优选是2至20个,更优选是2至12个,更优选2至8个,最优选是2至6个。
二个芳香族环的结合关系是分类成:(a)形成稠合环的情况,(b)通过单键连接的情况和(c)通过连接基连接的情况(在这种情况下,因为是芳香族环,不会形成螺旋键合)。结合关系可以时(a)至(c)的任一种。
(a)的稠合环(二个以上的芳香族环的稠合环)的例子包括:茚环、萘环、甘菊环、芴环、菲环、蒽环、苊烯环、萘并萘环、芘环、吲哚环、异吲哚环、苯并呋喃环、苯并噻吩环、中氮茚环、苯并噁唑环、苯并噻唑环、苯并咪唑环、苯并三唑环、嘌呤环、吲唑环、色烯环、喹啉环、异喹啉环、喹嗪环、喹唑啉环、噌啉环、喹喔啉环、酞嗪环、蝶啶环、咔唑环、吖啶环、菲啶环、(夹)氧杂蒽环、吩嗪环、吩噻嗪环、吩噻呃环、吩噁嗪环和噻蒽环。优选的是萘环、甘菊环、吲哚环、苯并噁唑环、苯并噻唑环、苯并咪唑环、苯并三唑环和喹啉环。
(b)的单键优选是两个芳香族环的碳原子之间的键合。以两个以上的单键结合的二个芳香族环以在两个芳香族环之间可以形成脂肪族环或非芳香族性环。
(c)的连结基也优选是同两个芳香族的碳原子键合。连结基优选是亚烷基、亚烯基、亚炔基、-CO-、-O-、-NH-、-S-或它们的组合。组合形成的连结基的例子是示于下。而且,以下的连结基的左右关系是可以调换的。
c1:-CO-O-
c2:-CO-NH-
c3:-亚烷基-O-
c4:-NH-CO-NH-
c5:-NH-CO-O-
c6:-O-CO-O-
c7:-O-亚烷基-O-
c8:-CO-亚烯基-
c9:-CO-亚烯基-NH-
c10:-CO-亚烯基-O-
c11:-亚烷基-CO-O-亚烷基-O-CO-亚烷基-
c12:-O-亚烷基-CO-O-亚烷基-O-CO-亚烷基-O-
c13:-O-CO-亚烷基-CO-O-
c14:-NH-CO-亚炔基-
c15:-O-CO-亚炔基-
芳香族环和连接基可以具有取代基。
取代基的例子包括:卤原子(F、Cl、Br、I)、羟基、羧基、氰基、氨基、硝基、磺基、氨甲酰基、氨磺酰基、脲基、烷基、烯基、炔基、脂肪族酰基、脂肪族酰氧基、烷氧基、烷氧基羰基、烷氧基羰基氨基、烷基硫基、烷基磺酰基、脂肪族酰胺基、脂肪族磺酰胺基、脂肪族取代的氨基、脂肪族取代的氨甲酰基、脂肪族取代的氨磺酰基、脂肪族取代的脲基和非芳香族杂环基。
烷基的碳原子数优选是1-8个。链烷基比环烷基优选,更优选是直链状烷基。烷基还可以有取代基(例如羟基、羧基、烷氧基、烷基取代的氨基)。烷基(包括取代烷基)的例子包括甲基、乙基、正丁基、正己基、2-羟乙基、4-羧丁基、2-甲氧基乙基和2-二乙氨基乙基。
烯基的碳原子数优选是2-8个。链状烯基比环烯基更优选,特别优选直链状烯基。烯基还可含有取代基。烯基的例子包括乙烯基、2-丙烯基和1-己烯基。
炔基的碳原子数优选是2-8个。链状炔基比环炔基更优选,特别优选直链状炔基。炔基还可含有取代基。炔基的例子包括乙炔基、1-丁炔基和1-己炔基。
脂肪族酰基的碳原子数优选是1-10。脂肪族酰基的例子包括乙酰基、丙酰基和丁酰基。
脂肪族酰氧基的碳原子数优选是1-10。脂肪族酰氧基的例子包括乙酰氧基。
烷氧基的碳原子数优选是1-8个。烷氧基还可含有取代基(例如另一种烷氧基)。烷氧基(包括取代的烷氧基)的例子包括甲氧基、乙氧基、丁氧基和甲氧基乙氧基。
烷氧基羰基的碳原子数优选是2至10个。烷氧基羰基的例子包括甲氧基羰基和乙氧基羰基。
烷氧基羰基氨基的碳原子数优选是2-10个。烷氧基羰基氨基的例子包括甲氧基羰基氨基和乙氧基羰基氨基。
烷基硫基的碳原子数优选是1-12个、烷基硫基的例子包括甲硫基、乙硫基和辛硫基。
烷基磺酰基的碳原子数优选是1-8个。烷基磺酰基的例子包括甲磺酰基和乙磺酰基、脂肪族酰胺基的碳原子数优选是1-10个。脂肪族酰胺基的例子包括乙酰胺基。
脂肪族磺酰胺基的碳原子数优选是1-8个。脂肪族磺酰胺基的例子包括甲磺酰胺、丁磺酰胺和正辛磺酰胺。
脂肪族取代的氨基的碳原子数优选是1-10个。脂肪族取代的氨基的例子包括二甲基氨基、二乙基氨基和2-羧乙基氨基。
脂肪族取代的氨甲酰基的碳原子数优选是2-10个。脂肪族取代的氨甲酰基的例子包括甲基氨甲酰基和二乙基氨甲酰基。
脂肪族取代的氨磺酰基的碳原子数优选是1-8个。脂肪族取代的氨磺酰基的例子包括甲基氨磺酰基和二乙基氨磺酰基。
脂肪族取代脲基的碳原子数优选是2-10个。脂肪族取代脲基的例子包括甲基脲基。
非芳香族性杂环基的例子包括包括哌啶子基和吗啉基。
延迟提高剂的分子量优选是300至800。
延迟提高剂的具体例子是见于特开2000-111914号公报、2000-275434号公报、PCT/JP00/02619。
(乙酸纤维素薄膜的制造)
乙酸纤维素薄膜优选由溶液制膜法进行制造。更优选由以溶液制膜中所用的溶液作为有机溶剂的溶剂流延法制造乙酸纤维素薄膜。在溶剂流延法中,采用将乙酸纤维素溶解于有机溶剂中所得的溶液(涂料;dope),制造所述薄膜。
有机溶剂优选包含选自于:碳原子数为3-12个的醚、碳原子数为3-12个的酮、碳原子数为3-12个的酯和碳原子数是1-6个的卤代烃组成的组的溶剂。
醚、酮和酯可以具有环状结构。也可以将具有醚、酮和酯的官能基(即,-O-、-CO-和-COO-)之中的两个以上的官能基的化合物用作有机溶剂。有机溶剂可以具有醇羟基之类的其它官能基。在有机溶剂具有两种以上的官能基的情况下,其碳原子数可以是具有任一官能基的化合物的规定范围内。
碳原子数为3-12的醚的例子包括二异丙醚、二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、1,4-二噁烷,1,3-二氧戊环、四氢呋喃、茴香醚和苯乙醚。
碳原子数为3-12的酮的例子包括丙酮、甲乙酮、二乙酮、二异丁酮、环己酮和甲基环己酮。
碳原子数为3-12的酯的例子包括甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸戊酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丙酯。
具有两种以上的官能基的有机溶剂的例子包括2-乙氧基乙基乙酸酯、2-甲氧基乙醇和2-丁氧基乙醇。
卤代烃的碳原子数优选是1或2个,最优选是1个。卤代烃基的卤素优选是氯。卤代烃的氢原子被卤原子取代的比率优选是25至75摩尔%,更优选是30至70摩尔%,还优选是35至65摩尔%,最优选是40至60摩尔%。二氯甲烷是代表性的卤代烃。
可以混合两种以上的有机溶剂。
可以用通常的方法制备乙酸纤维素溶液。所谓通常的方法是指在0℃以上的温度(常温或高温)下处理。溶液的调制可以用在通常的溶液流延法中的涂料的调制方法和装置进行实施。另外,在采用通常的方法的情况下,优选使用卤代烃(特别是二氯甲烷)作为有机溶剂。
乙酸纤维素的量是被调整成其在所述的溶液中含有10至40重量%。乙酸纤维素的量更优选是10至30重量%。有机溶剂(主溶剂)中可以添加后述的任意的添加剂。
溶液可以通过足够常温(0-40℃)下搅拌乙酸纤维素和有机溶剂而制备。高浓度的溶液可以在加压和加热条件下搅拌而制备。在这种情况下,将乙酸纤维素和有机溶剂加入至加压容器中并密闭,并在高温和高压下搅拌,温度被设定为在高于常压下溶剂的沸点,但低于高压下溶剂的沸点。具体地说,加热温度通常是40℃以上,优选是60至200℃,更优选是80至110℃。
各成分可以在预先粗混合之后,加入至容器中。而且,各成分可以顺次投入至容器中。容器应当配备有搅拌装置。可以注入氮气等惰性气体而对容器加压。或者可以利用通过加热而造成溶剂的蒸气压上升而对容器加压。或者,在密闭容器后,可以在压力下添加各成分。
加热的情况下,优选从容器的外部加热。例如,可以采用夹套型的加热装置。而且,也可通过在容器的外部设置板式加热器、配管以使液体循环从而将容器全体加热。
优选在容器内部设置搅拌翼,采用该搅拌翼进行搅拌。搅拌翼的长度优选能达到容器的壁附近。在搅拌翼的末端,为了刮取和更新容器壁的液膜,优选设置刮取翼。
在容器中可以设置压力计、温度计等器计类。在容器内将各成分溶解在溶剂中。将调制的涂料冷却后从容器中取出,或者取出后,用热交换器等进行冷却。
通过冷却溶解法也可调制溶液。根据冷却溶解法,甚至在根据通常的方法难以溶解乙酸纤维素的有机溶剂中也可溶解乙酸纤维素。另外,即使在用通常的溶解方法可以乙酸纤维素的溶剂中,采用冷却溶解法,也具有可以迅速地得到均匀溶液的效果。
在冷却溶解法的最初阶段,将乙酸纤维素在室温下在搅拌下徐徐添加至有机溶剂中。
乙酸纤维素的量优选被调整成在该混合物中占10至40重量%。乙酸纤维素的量优选为10至30重量%。另外,在混合物中还可添加后述的任意添加剂。
接着,将混合物冷却至-100至-10℃(优选-80℃至-10℃,更优选是-50至-20℃,最优选是-50至-30℃)。冷却例如是在干冰/甲醇浴(-75℃)和冷却的乙二醇溶液(-30至-20℃)中实施。在这样进行冷却时,乙酸纤维素和有机溶剂的混合物通常固化。
冷却速度优选是4℃/分以上,更优选是8℃/分以上,最优选是12℃/分以上。冷却速度优选尽可能快,理论的上限是10000℃/秒,技术上的上限是1000℃/秒,而实用的上限是100℃/秒。而且,冷却速度是冷却开始时的温度和冷却完成时的温度之差与从冷却开始到冷却完成的时间的比值。
进而,将固化的混合物升温(加温)至0-200℃,优选是0-150℃,更优选是0-120℃,最优选是0-50℃,以便将乙酸纤维素溶解在有机溶剂中。升温可以仅仅是室温中放置而进行,也可以在温浴中加温。
加温速度优选是4℃/分以上,更优选是8℃/分以上,最优选是12℃/分以上。加温速度优选尽可能快,理论的上限是10000℃/秒,技术上的上限是1000℃/秒,而实用的上限是100℃/秒。而且,加温速度是加温开始时的温度和加温完成时的温度之差与从加温开始到加温完成的时间的比值。
由此可以得到均匀的溶液。而且,在溶解不充分的场合,可以重复冷却、加温的操作。溶解是否充分,通过用眼观察溶液的外观就可判断。
在冷却溶解法中,为了避免由于冷却时的结露而混入水分,优选使用密闭容器。另外,在冷却和加温操作步骤中,通过在冷却时加压、在加温时减压,则可以缩短溶解时间。为了实施加压和减压,优选使用耐压性容器。
另外,用冷却溶解法将乙酸纤维素(乙酰化度:60.9%,粘度平均粘度:299)溶解在乙酸甲酯中得到的20重量%的溶液通过差示扫描测定(DSC)发现,在33℃附近存在溶胶状态和凝胶状态的假相转变点,在该温度以下则变成均匀的凝胶状态。因此,必须将该溶液保持在假相转变温度以上,优选是凝胶相转变温度+10℃左右的温度。但是,该假相转变温度依赖于乙酸纤维素的乙酰化度、粘均聚合度、溶液浓度和所使用的有机溶剂。
由所制得的乙酸纤维溶液(涂料)通过溶液流延法制造乙酸纤维素薄膜。
将涂料流延在转鼓或传送带上,使溶剂蒸发就形成薄膜。优选将流延前的涂料调整成固形成分量为18-35%的浓度。优选将转鼓或传送带的表面抛光成镜面状态。溶剂流延法的流延和干燥方法是记载于美国专利2336310、2367603、2492078、2492977、2492978、2607704、2739069、2739070、英国专利640731、736892的各说明书中,特公昭45-4554、49-5614、特开昭60-176834、60-203430、62-115035号的各公报中。
优选将涂料流延在表面温度为10℃以下的转鼓或传送带上。流延之后优选用流动的风干燥2秒以上。将所得的薄膜从转鼓或传送带上剥取,且薄膜还可以用温度在100-160℃下逐渐变化的高温风干燥以使得残留溶剂蒸发。以上的方法是记载于特公平5-17844号公报。采用该方法可以所得从流延到剥取的时间。为了实施该方法。在流延时的转鼓或传送带的表面温度下涂料必须凝胶化。
还可通过采用所制得的乙酸纤维素溶液(涂料)进行二层以上的流延的共流延法制造薄膜。这时,优选是通过溶剂流延法制作乙酸纤维素薄膜。涂料流延在转鼓或传送带上,使溶剂蒸发从而形成薄膜。优选将流延前的涂料调整成固形成分量为10-40%的浓度。优选将转鼓或传送带的表面抛光成镜面状态。
在流延二层以上的多个乙酸纤维素溶液时,可以流延多个乙酸纤维素溶液,分别从在支持体的行进方向间隔地设置的多个流延口流延含有乙酸纤维素的溶液,进行层压从而制成层合薄膜。可以采用例如特开昭61-158414、特开平1-122419、和特开平11-198285号的各说明书中所记载的方法。而且,通过从两个流延口流延乙酸纤维素溶液而制成薄膜。可以采用例如特公昭60-27562号、特开昭61-94724号、特开昭947245号、特开昭61-104813号、特开昭61-158413号和特开平6-134933号的各说明书中记载的方法。另外,还可采用如特开昭56-162617号说明书中记载的高粘度的乙酸纤维素溶液流用低粘度的乙酸纤维素溶液包入,将高、低粘度的乙酸纤维素溶液同时挤出的乙酸纤维素的流延方法。
另外,通过采用两个流延口,将由第一流延口在支持体上成形的薄膜剥取,对该剥取的薄膜的与支持体接触的侧上进行第二流延,由此也可制成层合薄膜。可以列举出例如特公昭44-20235号公报中所述的方法。
流延的乙酸纤维素溶液可以采用相同的溶液,也可采用不同的乙酸纤维素溶液。为了使得多个乙酸纤维素层具有不同的功能,可以将具有相应功能的乙酸纤维素溶液从各个流延口挤出。
另外,乙酸纤维素溶液还可与其它的功能层(例如粘合层、染料层、抗静电层、抗晕层、紫外线吸收层、偏光膜)一起流延。
对于以前的单层液,为了达到必需的薄膜厚度,必须挤出高浓度、高粘度的乙酸纤维素溶液。这时乙酸纤维素溶液的稳定性变差,经常产生固形物、形成凹凸小点,且经常产生平面性不良的问题。作为该问题的解决方法,通过从流延口流延多个乙酸纤维素溶液,可以同时在支持体上挤出高粘度的溶液,可以制成平面性优良的平面状薄膜,而且通过采用浓稠的乙酸纤维素溶液,可以实现干燥载荷的降低化,还可提高薄膜的生成速度。
为了改进机械的物性或为了提高干燥速度,在乙酸纤维素薄膜中可以添加增塑剂。作为增塑剂,可以使用磷酸酯或羧酸酯。磷酸酯的例子包括磷酸三苯酯(TPP)和磷酸三甲苯酯(TCP)。作为羧酸酯,代表性的有邻苯二甲酸酯和柠檬酸酯。邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二苯酯(DPP)和邻苯二甲酸二乙基己酯(DEHP)。柠檬酸酯的例子包括O-乙酰柠檬酸三乙酯(OACTE)和O-乙酰柠檬酸三丁酯(OACTB)。其它的羧酸酯的例子包括油酸丁酯、蓖麻醇酸甲基乙酰酯、癸二酸二丁酯和各种偏苯三酸酯。邻苯二甲酸酯增塑剂(邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二苯酯(DPP)和邻苯二甲酸二乙基己酯(DEHP))是优选的。邻苯二甲酸二乙酯(DEP)和邻苯二甲酸二苯酯(DPP)是特别优选的。
增塑剂的添加量优选是乙酸纤维素的量的0.1-25重量%,更优选是1-20重量%,最优选是3-15重量%。
在乙酸纤维素薄膜中,可以添加劣化防止剂(例如,抗氧化剂、过氧化物分解剂、自由基抑制剂、金属钝化剂、氧捕获剂和胺)。关于劣化防止剂,在特开平3-199201、5-1907073、5-194789、5-271471、6-107854的各公报中有记载。劣化防止剂的添加量优选是所制得的溶液(涂料)的0.01-1重量%,更优选是0.01-0.2重量%。如果添加剂的量不足0.01重量%,则几乎不能发现劣化防止剂的效果。如果超过0.01重量%,则经常发现劣化防止剂渗出至薄膜表面。作为特别优选的劣化防止剂的例子,可以列举出:丁基化羟基甲苯(BHT)和三苄基胺(TBA)。
(高热传导性粒子)
为了提高乙酸纤维素的热传导性,优选使用高热传导性粒子。作为高热传导性粒子,可以例举出:氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化镁、碳化硅、氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化镁、碳(包括金刚石)、金属等。为了不损害薄膜的透明性,最好使用透明的粒子。
高热传导性粒子对乙酸纤维素的配合量是相对于乙酸纤维素100重量份,可以填充5~100重量的高热传导性粒子。若配合量不足5重量份,则热传导的改进不足,而若超过50重量份,则在薄膜的生产性方面有困难且乙酸纤维素薄膜变脆。
高热传导性粒子的平均粒子优选是0.05~80微米,更优选是0.1~10微米。可以使用球状的粒子,也可使用针状的粒子。
(二轴拉伸)
为了降低假想形变(virtual distortion),优选对乙酸纤维素薄膜进行拉伸处理。通过拉伸薄膜,可以降低拉伸方向的假想形变。因此,为了在平面内的所有方向降低变形,还优选对薄膜进行二轴拉伸。
二轴拉伸有同时二轴拉伸法和逐次二轴拉伸法。从连续制作的观点来看,优选逐次二轴拉伸方法。在二轴拉伸方法中,流延涂料之后,从转鼓或传送带上剥取薄膜,在横向拉伸后,在纵向拉伸。该拉伸也可按首先在纵向,接着在横向的顺序进行。
在横向拉伸的方法记载于例如特开昭62-115035、特开平4-152125、4-284211、4-298310和11-48271号等中。薄膜的拉伸是在常温或加热条件下实施。加热温度优选是在薄膜的玻璃化转变温度以下。薄膜可以在干燥处理的同时进行拉伸,特别是在溶剂残存的情况下更有效。纵向拉伸的场合,例如调节薄膜的搬送辊的速度,以比薄膜的剥取速度更快的速度卷取薄膜而使得薄膜拉伸。横向拉伸的场合,用拉幅机夹持薄膜的两边并进行搬送,通过徐徐地扩大拉幅机两边的距离,可以将薄膜拉伸。也可薄膜干燥后,使用拉伸机(优选是利用长拉伸机进行单轴拉伸)进行拉伸。薄膜的拉伸倍率(由拉伸增加的长度相对于原始长度的比率)优选是3-50%的范围,更优选是5-30%的范围,最优选是8-20%的范围。
这些从流延到后干燥的步骤可以在空气氛围气下进行,也可在氮气等惰性气体氛围气下进行。在乙酸纤维素薄膜的制造过程中使用的卷取机可以是通常使用的卷取机,可以用定张力法,定转矩法,锥度张力法,内部张力恒定的程控张力法等卷取法进行卷取。
(吸湿膨胀系数)
吸湿膨胀系数是表示在恒定温度下,使相对湿度变化时的试样的长度的变化量。
乙酸纤维素薄膜的吸湿膨胀系数优选为30×10-5/%RH以下,更优选为15×10-5/%RH以下。而且,吸湿膨胀系数越小越好,但通常是1.0×10-5/%RH以下的值。
吸湿膨胀系数的测定方法是示于下。从制成的聚合物薄膜(位相延迟板)切出宽5毫米、长20毫米的试样。将试样的一端固定并悬挂在25℃、20%RH(R0)的氛围气下,在试样的另一端悬挂0.5克的重量,测定放置10分钟的长度(L0)。接着,将温度保持在25℃下,使湿度为80%RH(R1),测定长度(L1)。按照下式算出吸收膨胀系数。测定是对同一薄膜制取10个试样,计算平均值。
吸湿膨胀系数[/%RH]={(L1-L0)/L0}/(R1-R0)
发现聚合物薄膜中的自由体积越小。由上述吸湿导致的尺寸变化越小。自由体积大大地依赖于制膜时的残留溶剂量,残留溶剂量越小,尺寸变化越少。
用于减少残留溶剂的一般方法是在高温下长时间地干燥,但是如果时间太长,则生产率自然下降。因此,相对于乙酸纤维素薄膜的残留溶剂的量优选是在0.01至1重量%,更优选是0.02至0.07重量%,最优选是0.03至0.05重量%。
通过控制上述残留溶剂量,可以廉价地、高生产率地制造偏光板。
另外,作为降低由上述吸湿引起的尺寸变化的其它方法,优选添加具有疏水基的化合物。作为具有疏水基的原料,可以是分子中具有烷基或苯基之类的疏水基的原料,但不限于此,特别优选使用适用于在前述的乙酸纤维素薄膜中添加的增塑剂或劣化防止剂的原料。作为这些优选的原料的例子,可以列举出:磷酸三苯酯(TPP)和三苄胺(TBA)。
这些具有疏水基的化合物的添加量相对于制得的溶液(涂料)优选是0.01至10重量%,更优选是0.1至5重量%,最优选是1至3重量%。
(乙酸纤维素薄膜的表面处理)
乙酸纤维素薄膜优选实施表面处理。作为具体的方法,可例举出:电晕放电处理,辉光放电处理、火焰处理、酸处理、碱处理或紫外线照射处理。另外,如特开平7-333433所述,还优选利用设置底涂层的方法。
表面处理后的薄膜的表面能量优选是55mN/m以上,更优选是60mN/以上75mN/m以下。
从保持薄膜的平面性观点来看,优选将这些处理时的乙酸纤维素薄膜的温度设置在Tg(玻璃转变温度)以下,具体地说是150℃以下。
在用作偏光板的透明保护膜的情况下,从同偏光膜的粘合性的观点来看,特别优选酸处理或碱处理,即对乙酸纤维素实施皂化处理。
以下举例性地具体说明碱皂化处理。
碱皂化处理优选是以将薄膜表面浸渍在碱溶液中之后,用酸性溶液中和、水洗并干燥的循环而进行。
作为碱溶液,可例举出氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液。氢氧化离子的当量浓度优选是0.1至3.0N的范围,更优选是0.5至2.0N的范围。碱溶液温度优选是室温至90℃的范围,更优选是在40至70℃的范围。
固体的表面能量如「浸润的基础与应用」(Realize公司,1989.12.10发行)所述,通过接触角法、湿润热法和吸附法而求得。对于乙酸纤维素薄膜,优选采用接触角法。
具体地说,将表面能量已知的两种溶液滴下到乙酸纤维薄膜上,在液滴表面和薄膜表的交叉点,从液滴引出的切线和薄膜表面构成的胶角,包括液滴的方向的角定义为接触角,通过计算算出薄膜的表面的能量。
(光学各向异性层)
在本发明的乙酸纤维素薄膜上可以设置光学各向异性层。
光学各向异性层可以直接涂设在乙酸纤维素薄膜上,也可将涂设了光学各向异性层的另一个透明支持体和本发明的乙酸纤维素薄膜通过粘合剂贴合而进行设置。优选在乙酸纤维素薄膜和光学各向异性层之间取向膜。
通过将这样的光学补偿膜插入到液晶显示装置的偏光板和液晶单元之间,而可以光学补偿液晶单元,且还可防止光漏。另外,作为液晶显示装置中所用的偏光板的保护膜,可以使用这样的光学补偿膜。
光学各向异性层可以通过在取向膜上涂布含有液晶性化合物和根据需要含有的聚合性引发剂或任意成分的涂布液而形成。液晶性化合物可以是棒状液晶性化合物,也可以是圆盘状(discotic)液晶化合物。
液晶性化合物包括高分子液晶和低分子液晶,还包括低分子量液晶被交联而由此不再显示出液晶性的聚合物。优选使用圆盘状液晶性化合物。
(棒状液晶性化合物)
作为棒状液晶性化合物,优选使用偶氮甲碱类、氧化偶氮类、氰联苯类、氰苯基酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯基酯类、氰苯基环己酮类、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、二苯乙炔类和烯基环己基苄腈类。
另外,在棒状液晶性化合物中,也可含有金属配合物。而且,也可将在重复单元中含有棒状液晶部分的液晶聚合物用作棒状液晶性化合物。换言之,棒状液晶性化合物可以同(液晶)聚合物结合。
关于液晶性化合物,是记载于季刊化学总说,第22卷,液晶化学(1994),日本化学会编的第4章、第7章和第11章,和液晶装置手册,日本学术振兴会第142委员会编的第3章。
棒状液晶性化合物的双折射率优选是0.001至0.7的范围。
棒状液晶性化合物优选具有聚合性基以固定其取向状态。聚合性基(Q)的例子是示于下。
-CH=CH2(Q1)               -CH=CH-CH3(Q2)              -CH=CH-C2H5(Q3)
-CH=CH-n-C3H7(Q4)   
-C≡CH(Q7)            
-SH   (Q10)  -CHO    (Q11)  -OH (Q12)
-CO2H(Q13)  -N=C=O(Q14)  -NH2(Q15)
-SO3H(Q16)  -N=C=S(Q17)
聚合性基(Q)优选是不饱和聚合性基(Q1~Q7),环氧基(Q8)或吖丙啶基(Q9),更优选是不饱和聚合性基,最优选是烯属饱和聚合性基(Q1~Q6)。
棒状液晶性化合物在其短轴方向优选具有几乎对称的分子结构。由此,优选在棒状分子结构的两端具有聚合性基。
以下示出棒状液晶性化合物的例子。
Figure C0181766700261
Figure C0181766700271
Figure C0181766700281
Figure C0181766700291
Figure C0181766700301
Figure C0181766700311
光学各向异性层可以用含有棒状液晶性化合物或后述的聚合性引发剂之类的任何添加剂(例如增塑剂、单体、表面活性剂、乙酸纤维素、1,3,5-三嗪、手性剂)的液晶组合物(涂布液)涂布至取向膜上而形成。
(圆盘状液晶性化合物)
作为圆盘状液晶性化合物的例子,可列举出:C.Destrade等人的研究报告,Mol.Cryst.71卷,111页(1981年)中记载的苯衍生物,C.Destrade等人的研究报告,Mol.Cryst.122卷,141页(1985年),Physicslett,A,78卷,82页(1990)中记载的三亚茚衍生物,B.Kohne等人的研究包括,Angew.Chem.96卷,70页(1984年)记载的环己酮衍生物和J.M.Lehn等人的研究报告,J.Chem.Commun.,1794页(1985年),J.Zhang等人的研究报告,J.Am.Chem.Soc.116卷,2655页(1994年)中记载的氮杂冠型或苯乙炔型的大环化合物等。上述圆盘状液晶通常是以这些圆盘状化合物作为分子中心的母核,直链的烷基或烷氧基、取代苯甲酰基等是作为其直链并被放射线状取代的结构,表现出液晶性。但是,不限于上述的那些,可以使用任何化合物,只要分子本身具有负的单轴性并赋予恒定的取向。而且,在本发明中,由圆盘状化合物形成的物质并不总是上述的化合物。例如,前述低分子圆盘状液晶具有具有热、光等反应的基团,结果通过热、光等反应聚合或交联而高分子量化成为聚合物,由此失去液晶性,该聚合物也用于本发明中。上述圆盘状液晶的优选例子记载于特开平8-50206号公报中。而且,圆盘状液晶性化合物的聚合记载于特开平8-27284公报中。
为了通过聚合固定圆盘状液晶性化合物,在圆盘状液晶性化合物的圆盘状芯中必须结合聚合性基的取代基。但是,如果聚合性基是直接键合至圆盘状芯上,则在聚合反应中保持取向状态是困难的。因此,在圆盘状芯和聚合性基团之间,导入连结基。由此,具有聚合性基的圆盘状液晶性化合物优选是由下式(III)表示的化合物。
(III)D(-L-Q)n
式中,D是圆盘状芯;L是二价连接基,Q是聚合性基,由此,n是4至12的整数。
圆盘状芯(D)的例子示于以下。在以下的各例子中,LQ(或QL)是指二价的连结基(L)和聚合性基(Q)的组合。
Figure C0181766700341
Figure C0181766700351
Figure C0181766700371
在式(III)中,二价连结基(L)优选是选自于亚烷基、亚烯基、亚芳基、-CO-、-NH-、-O-、-S-和它们的组合组成的组的二价连结基。二价连结基(L)更优选是组合了至少两个选自于亚烷基、亚烯基、亚芳基、-CO-、-NH-、-O-和-S-组成的组的二价基的二价连结基。二价连结基(L)最优选是组合了至少两个选自于亚烷基、亚芳基、-CO-和-O-组成的组的二价基的二价连结基。亚烷基的碳原子数优选是1-12个。亚烯基的碳原子数优选是2至12个。亚芳基的碳原子数优选是6至10个。
二价连结基(L)的例子示于下。左侧是结合至圆盘状芯(D),右侧是结合至聚合性基(Q)。AL是指亚烷基或亚烯基,AR是指亚芳基。另外,亚烷基、亚烯基和亚芳基可以具有取代基(例如烷基)。
L1:-AL-CO-O-AL-
L2:-AL-CO-O-AL-O-
L3:-AL-CO-O-AL-O-AL-
L4:-AL-CO-O-AL-O-CO-
L5:-CO-AR-O-AL-
L6:-CO-AR-O-AL-O-
L7:-CO-AR-O-AL-O-CO-
L8:-CO-NH-AL-
L9:-NH-AL-O-
L10:-NH-AL-O-CO-
L11:-O-AL-
L12:-O-AL-O-
L13:-O-AL-O-CO-
L14:-O-AL-O-CO-NH-AL-
L15:-O-AL-S-AL-
L16:-O-CO-AR-O-AL-CO-
L17:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-
L18:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-CO-
L19:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-AL-O-CO-
L20:-S-AL-
L21:-S-AL-O-
L22:-S-AL-O-CO-
L23:-S-AL-S-AL-
L24:-S-AR-AL-
式(III)的聚合性基(Q)是由聚合反应的种类决定。聚合性基(Q)的例子与就棒状液晶性化合物说明的例子(Q1~Q17)同样的。
聚合性基(Q)优选是不饱和聚合性基(Q1~Q7)、环氧基(Q8)或吖丙啶基(Q9),更优选是不饱和聚合性基,最优选是烯属饱和聚合性基(Q1~Q6)。
在式(III)中,n是4至12的整数。具体的数字是由圆盘状芯(D)的种类决定。多个L和Q的组合可以是不同的,但优选是相同的。
在使用圆盘状液晶性化合物的场合,光学各向异性层是具有负的双折射的层,而且优选的是,圆盘状结构单元的平面相对于乙酸纤维素薄膜的平面是倾斜的,且该圆盘状结构单元的平面和乙酸纤维素薄膜平面所构成的角度沿着光学各向异性层的深度方向变化。
圆盘状结构单元的平面的角度(倾斜角)通常是随着在光学各向异性层的深度方向从离光学各向异性层的距离的增加而增加或减少。上述倾斜角优选是随着所述距离的增加而增加。另外,倾斜角的变化的例子包括连续的增加、连续的减少、间断的增加、间断的减少、连续的增加和连续的减少的变化,以及包括增加和减少的间断的变化等。间断的变化是指在厚度方向的途中有倾斜角不变化的区域。即使倾斜角含有不变化的区域,倾斜角也优选整体上增加或减少。更优选倾斜角整体上增加,特别优选连续地变化。
通常通过选择圆盘状液晶性化合物或取向膜的材料,或通过选择摩擦处理方法,可以调整支持体侧的圆盘状单元的倾斜角。再者,通常通过选择圆盘状液晶性化合物或与圆盘状液晶性化合物一起使用的其它化合物,可以调整表面侧(空气侧)的圆盘状单元的倾斜角。作为与圆盘状液晶性化合物一起使用的化合物的例子,可以列举出:增塑剂、表面活性剂、聚合性单元和聚合物等。通过进行与上述同样的选择,还可调整倾斜角的变化的程度。
作为与圆盘状液晶性化合物一起使用的增塑剂、表面活性剂和聚合性单元,也可使用与圆盘状液晶性化合物具有相溶性、可赋予圆盘状液晶性化合物的倾斜角的变化,或者不阻碍取向之类的化合物。其中,优选聚合性单体(例如具有乙烯基、乙烯氧基、丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基)。上述化合物的添加量相对于圆盘状液晶性化合物通常为1~50重量%,优选是5~30重量%。
作为与圆盘状液晶性化合物一起使用的聚合物,也可使用与圆盘状液晶性化合物具有相溶性、可赋予圆盘状液晶性化合物的倾斜角的变化,或者不阻碍取向之类的聚合物。作为聚合物的例子,可列举出:纤维素酯。作为纤维素酯的优选例子,可列举出:乙酸纤维素、乙酸-丙酸纤维素、羟丙基纤维素和乙酸-丁酸纤维素。为了不阻碍圆盘状液晶性化合物的取向,上述聚合物的添加量相对于圆盘状液晶性化合物通常是0.1~10重量%,优选是0.1~8重量%,更优选是0.1~5重量%。
通常是通过将圆盘状液晶性化合物和其它化合物溶解于溶剂中得到的溶液涂布于取向膜上,干燥、接着加热至用于形成圆盘状向列相温度,其后冷却并维持取向状态(圆盘状向列相),从而得到光学各向异性层。或者,上述光学各向异性层通过如下步骤得到:将圆盘状液晶性化合物和其它化合物(例如聚合性单元、光聚合引发剂)溶解于溶剂中得到的溶液涂布于取向膜上、干燥、接着加热至用于形成圆盘状向列相温度,然后使之聚合(通过紫外光的照射等),并冷却。作为在本发明中使用的圆盘状液晶性化合物的圆盘状向列液晶相-固相转变温度,优选70~300℃,特别优选70~170℃。
(液晶性化合物的取向状态的固定)
可以将取向的液晶性化合物在维持取向状态的情况下固定。固定化优选通过聚合反应实施。聚合反应包括使用热聚合引发剂的热聚合反应和使用光聚合反应的光聚合反应。优选光聚合反应。光聚合引发剂的例子包括:α-羰基化合物(记载于美国专利2367661、2367670)、偶姻醚(记载于美国专利2448828)、α-烃取代芳香族偶姻化合物(记载于美国专利2722512)、多环醌化合物(记载于美国专利3046127、2951758)、三芳基咪唑类和对氨基苯酮类的组合(记载于美国专利3549367),吖啶和吩嗪化合物(见于特开昭60-105667、美国专利4239850)和噁二唑化合物(见于美国专利4212970)。
光聚合引发剂的使用量优选是涂布液的固形分的0.01~20重量%,更优选是0.5~5重量%。用于液晶性化合物的聚合的光照射优选使用紫外线。
照射能量优选是20mJ/cm2至50mJ/cm2的范围,更优选是20mJ/cm2至5000mJ/cm2的范围,再优选100mJ/cm2至800mJ/cm2的范围。而且,为了促进光聚合反应,可以在加热条件下实施光照射。可以在光学各向异性层上设置保护层。
(取向膜)
取向膜具有限定液晶性化合物的取向方向的功能。取向膜可通过如下所示那样的方法进行设置:对有机化合物(优选聚合物)进行摩擦处理、倾斜蒸镀无机化合物、形成具有微沟槽的层,或者通过Langmuir-Blodgett法(LB膜)累积有机化合物(例如ω-二十三烷酸、二十八基二甲基氯化铵或甲基硬脂酸甲酯)的方法。另外已知,通过施加电场、磁场或光照射,也可制得具有取向功能的取向膜。
取向膜优选是通过聚合物的摩擦处理形成。聚乙烯醇是优选的聚合物。特别优选结合了疏水性基的改性聚乙烯醇。
取向膜可以仅由一种聚合物形成,但其优选通过对交联的两种聚合物构成的层进行摩擦处理而形成。两种聚合物的至少一种优选是自身可交联的聚合物或可由交联剂交联的聚合物。
取向膜是由具有官能基的聚合物或将官能基导入的聚合物通过光、热、PH变化等使聚合物之间反应而形成;或者通过采用作为反应活性高的化合物的交联剂而在聚合物之间导入来自于交联剂的结合基,在聚合物间交联而形成取向膜。
这样的交联是通过将含有上述聚合物或聚合物和交联剂的混合物的取向膜涂布液涂布至乙酸纤维素薄膜上,然后进行加热等而实施的。因为在光学补偿膜的状态下可以确保耐久性,所以可以在将取向膜涂设在乙酸纤维素上之后直到得到光学补偿膜的任何阶段进行交联处理。
如果考虑到由在取向膜上形成的液晶性化合物构成的层(光学各向异性层)的取向性,优选在使液晶性化合物取向之后,进行充分交联。
取向膜的交联的进行通常是将取向膜涂布液涂布至乙酸纤维素薄膜上,进行加热干燥。该涂布液的加热温度优选设定为在低温,以使得在后述的形成各向异性层时的加热处理阶段进行取向膜的充分交联。
作为用于取向膜的聚合物,可以使用可自身交联的聚合物或者通过交联剂交联的聚合物。当然,有些聚合物既可自身交联,有可通过交联剂交联。聚合物的例子包括:聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物、苯乙烯/顺丁烯二酰亚胺共聚物、聚乙烯醇和改性聚乙烯醇、聚(N-羟甲基丙烯酰胺)、苯乙烯/乙烯基甲苯共聚物、氯磺化聚乙烯、硝基纤维素、聚氯乙烯、氯化聚烯烃、聚酯、聚酰亚胺、乙酸乙烯酯/氯乙烯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、缩甲基纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等聚合物,以及硅烷偶合剂等化合物。
作为优选的聚合物的例子,可列举出:聚(N-羟甲基丙烯酰胺)、缩甲基纤维素、明胶、聚乙烯醇和改性聚乙烯醇等水溶性聚合物。优选采用明胶、聚乙烯醇和改性聚乙烯醇等水溶性聚合物,特别优选采用聚乙烯醇和改性聚乙烯醇等水溶性聚合物。
另外,最优选并用两种聚合度不同的聚乙烯醇或改性的聚乙烯醇。
作为聚乙烯醇的例子,可列举出:皂化度为70至100%的聚乙烯醇。通常为皂化度为80至100%的聚乙烯醇,更优选皂化度为85至95%的聚乙烯醇。另外,聚乙烯醇的聚合度优选是100至3000的范围。
作为改性聚乙烯醇的例子,可以列举出:通过共聚改性、由链转移改性或者嵌段聚合改性的聚乙烯醇等。共聚改性时的改性基的例子可以是:COONa、Si(OX)3、N(CH3)3.Cl、C9H19COO、SO3Na和C12H25(其中X是氢原子或烷基)。由链转移改性时的改性基的例子可以是COONa、SH、C12H25等。另外,通过嵌段聚合改性时的改性基的例子可以是COOH、CONH2、COOR、C6H5等(R是烷基)。
其中,优选皂化度为80至100%的未改性或改性的聚乙烯醇。更优选皂化度为85至95%的未改性或改性的聚乙烯醇。
改性聚乙烯醇优选是通过下式通式表示的化合物改性的聚乙烯醇。该改性聚乙烯醇在以下称作为特定的改性聚乙烯醇。
Figure C0181766700431
式中,R1表示烷基、丙烯酰氧基烷基、甲基丙烯酰氧基烷基或环氧基烷基;W表示卤原子、烷基或烷氧基;X是用于形成活性酯、酸酐、或者酸卤化物所必需的原子基团;P是0或1;而且n是表示0至4的整数;
上述特定的改性聚乙烯醇优选是由下述通式表示的化合物改性的聚乙烯醇的改性物。
Figure C0181766700432
式中,X1是用于形成活性酯、酸酐、或者酸卤化物所必需的原子基团;且m表示2至24的整数。
作为用于同这些通式表示的化合物反应的聚乙烯醇,可列举出:前述的未改性的聚乙烯醇、和共聚改性的、链转移改性的、嵌段聚合改性等的聚乙烯醇的改性物。特定的改性聚乙烯醇的优选例子是详细地记载于特开平9-152509号公报中。
这些聚合物的合成方法、可见吸收光谱测定和改性基导入率的确定方法等是详细地记载于特开平8-338913号公报中。
作为交联剂的例子,可列举出:醛类、N-羟甲基化合物、二噁烷衍生物、通过羧基活化而产生作用的化合物、活性乙烯基化合物、活性卤素化合物、异噁唑类和双醛淀粉等。醛类的例子有:甲醛、乙二醛、戊二醛。N-羟甲基化合物的例子有:二羟甲基尿素、羟甲基二甲基乙内酰脲。二噁烷衍生物的例子有:2,3-二羟基二噁烷。通过羧基活化而产生作用的化合物的例子有:碳正离子、2-萘磺酸盐、1,1-二吡咯烷-1-氯代吡啶鎓、1-吗啉代羰基-3-(磺酸氨基甲基)。活性乙烯基化合物的例子有:1,3,5-三丙烯酰基-六氢-s-三嗪、二(乙烯基砜)甲烷、N,N′-亚甲基二[b-乙烯基-磺酰]丙酰胺。活性卤素化合物的例子有:2,4-二氯-6-羟基-s-三嗪。这些交联剂可以单独或组合使用。
它们优选与上述水溶性聚合物一起使用,特别优选与聚乙烯醇和改性聚乙烯醇(含有上述特定的改性物)一起使用。考虑到生产率,优选使用反应活性高的醛类,特别优选使用戊二醛。
交联剂相对于聚合物的添加量并不特别限定。交联剂的添加量越多,越有利于改良耐湿性。但是,在交联剂相对于聚合物添加50重量%以上时,所得的取向膜的取向能力降低。因此,相对于聚合物的交联剂的添加量优选是0.1~20重量%的范围,更优选是0.5~15重量%的范围。即使在交联反应完成之后,取向膜也含有一定程度的未反应的交联剂,但该交联剂的量在取向膜中优选是1.0重量%以下,更优选是0.5重量%以下。如果在取向膜中含有超过1.0重量%的量的未反应的交联剂,则得不到充分的耐久性。即,在液晶显示装置中使用时,在长期使用或在高温高湿的氛围气下长时间放置的情况下,经常产生网状结构。
通过将含有上述聚合物的溶液,或含有上述聚合物和交联剂的溶液涂布至乙酸纤维素薄膜上后,加热干燥(使之交联)、进行摩擦处理,从而可以形成取向膜。交联反应可以在将涂布液涂布至乙酸纤维素薄膜上之后的任何时期进行。
而且,在使用聚乙烯醇等水溶性聚合物作为取向膜形成材料时,用于制备其涂布液的溶剂优选是具有消泡作用的甲醇等有机溶剂,或者有机溶剂和水的混合溶剂。在用甲醇作为有机溶剂时,水∶甲醇的比率以重量比计通常是0∶100~99∶1,更优选是0∶100~91∶9。由此,抑制了泡的发生,取向膜特别是光学各向异性层的表面的缺陷显著地减少。
作为涂布方法,可列举出:旋涂法、浸涂法、帘式淋涂法、挤压涂装、绕线棒刮涂和E型涂布法。其中,特别优选E型涂布法。
取向膜的膜厚优选是0.1至10微米。加热干燥可以在20~110℃的加热温度下进行。为了形成充分的交联,加热温度优选是在60至100℃的范围,更优选在80至100℃的范围。干燥时间可以进行1分钟~36小时,优选是5至30分钟。根据所使用的交联剂也优选将pH设定在最佳值,在使用戊二醛时,pH优选为4.5至5.5的范围,特别优选为5。
摩擦处理是可以利用作为LCD的液晶取向处理工序广泛采用的处理方法。即,采用通过使用纸、布(纱布、毛毡、尼龙或聚酯纤维等)或橡胶沿着一定的方向摩擦取向膜的表面,由此造成取向的方法。通常地,摩擦处理是通过采用由具有均一长度和厚度的纤维均匀地植毛得到的布等进行数次摩擦而被实施。
(偏光板)
偏光板是由偏光膜和其两侧配置的二个透明保护膜构成。作为一面的保护膜,可以使用本发明的乙酸纤维素薄膜。另一面的保护膜可使用通常的乙酸纤维素薄膜。
偏光膜的例子包括碘系偏光膜、使用二色性染料的染料系偏光膜和聚烯系偏光膜。碘系偏光膜和染料系偏光膜通常是使用聚乙烯醇系薄膜制造。
另外已知,保护膜的透湿性对于偏光板的生产是重要的。偏光膜和保护膜是由水性粘合剂贴合,且然后该粘合剂溶剂扩散到保护膜中,从而干燥。如果保护膜的透湿性越高,干燥得越快,由此生产率提高。但是,如果透湿性过高,由于液晶显示装置的使用环境(高湿下),水分进入偏光膜中,由此降低了偏光能。
因此,在将本发明的乙酸纤维素薄膜用作偏光膜的保护膜时,乙酸纤维素薄膜的透湿性优选是100至1000(g/m2)/24小时,更优选是300至700(g/m2)/24小时。
乙酸纤维素薄膜的透湿性是由乙酸纤维素薄膜(和聚合性液晶化合物)的厚度、自由体积或者亲水性、疏水性等决定。
乙酸纤维素薄膜的厚度可以通过在制造乙酸纤维素薄膜时的管流量(rip flow)和流程速度、或者薄膜的拉伸、压缩等而进行调整。通过根据所使用的主要材料调整薄膜的厚度,从而可以得到优选范围的透湿性。
乙酸纤维素薄膜的自由体积可以由制膜时的干燥温度和时间进行调整。这时,通过根据所使用的主要材料调整薄膜的自由体积,从而可以得到优选范围的透湿性。
乙酸纤维素薄膜的亲/疏水性可以通过添加剂调整。通过在自由体积中添加亲水性添加剂,则透湿性增加。相反地,通过添加疏水性添加剂,则可以降低透湿性。
通过调整乙酸纤维素薄膜的透湿性,可以廉价地、高生产率地制造具有光学补偿功能的偏光板。
(液晶显示装置)
上述的乙酸纤维素薄膜或者使用该乙酸纤维素薄膜的偏光板可有利地用于液晶显示装置,特别地透过型液晶显示装置。
透过型液晶显示装置是由液晶单元和在其两侧设置的透明薄膜构成。而且,液晶单元包含两个电极基板和在该两个基板之间夹持的液晶。
本发明的乙酸纤维素薄膜是单个地配置在液晶单元和一侧偏光膜之间,或者两个地配置在液晶单元和两侧偏光膜之间。
而且,以本发明的乙酸纤维素薄膜作为保护膜的偏光板可以用于代替液晶显示装置的两个偏光板之中的一个。或者,也可用于代替两个偏光板。
液晶单元优选是TN模式、VA模式、IPS模式、以及OCB模式的液晶单元。
在TN模式的液晶单元中,未施加电压时,棒状液晶性分子基本上是水平排列,且螺旋取向成60至120°。
TN模式的液晶单元是最常用于彩色TFT液晶显示装置,在许多文献中有记载。
在VA模式的液晶单元中,未施加电压时,棒状液晶性分子基本上是垂直排列。
VA模式的液晶单元包括如下类型:(1)棒状液晶性分子在未施加电压时基本上是垂直取向、在施加电压时基本上水平取向的狭义的VA模式的液晶单元(记载于特开平2-176625中);(2)为了扩大视野角,将VA模式多区域化(MVA模式)的液晶单元(参见SID97,Digest oftech.Papers(预稿集)28(1997)845);(3)在未施加电压时使棒状液晶性高分子基本上垂直取向,施加电压时使之螺旋状多区域化取向的模式(n-ASM模式)的液晶单元(参见日本液晶讨论会的预稿集58~59(1998));(4)SURVAIVAL模式的液晶单元(发表于LCD International98)和(5)CPA模式(发表于SID2001)。
IPS模式的详情是记载于文献(例如,Asia Display’95577(1995)、M.Oh-e,M.Ohta,S.Aratani,K.Kondo等)中。
OCB模式的液晶单元是,使棒状液晶性分子在液晶单元的上部和下部基本上相反方向(对称)地排列的弯曲排列模式的液晶单元,其记载于美国专利4583825,5410422。因为棒状液晶性分子在液晶单元的上部和下部对称地排列,所以弯曲排列模式的液晶单元具有自己光学补偿功能。为此,该液晶模式也称之为OCB(光学补偿弯曲;OpticallyCompensatory Bend)液晶模式。弯曲排列模式的液晶显示装置具有响应速度快的优点。
实施例1
将下述组合物加入至混合槽中,边加热边搅拌,溶解各成分,调制成乙酸纤维素溶液。
  乙酸纤维素溶液组成
  乙酰化度60.9%的乙酸纤维素磷酸三苯酯(增塑剂)磷酸联苯二苯基酯(增塑剂)二氯甲烷(第一溶剂)甲醇(第二溶剂)1-丁醇(第三溶剂)   100重量份7.8重量份3.9重量份300重量份54重量份11重量份
在另一个混合槽中,加入下述的延迟提高剂16重量份、二氯甲烷80重量份和甲醇20重量份,边加热边搅拌,调制成延迟提高剂溶液。
在乙酸纤维素溶液479重量份中混合上述延迟提高剂溶液21重量份,充分搅拌而制成涂料(dope)。延迟提高剂的添加量相对于乙酸纤维素100重量份是3.0重量份。
延迟提高剂
Figure C0181766700481
将所得的涂料用传送带流延机进行流延。在传送带上的薄膜表面温度达到40℃之后,干燥1分钟,将薄膜剥取,然后用140℃的干燥风,制得残留溶剂量是0.3重量%的乙酸纤维素薄膜(厚度:40微米)。
对制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-01),使用椭圆偏振计(M-150,日本分光有限公司制造),测定波长为550纳米的Re延迟值和Rth延迟值。结果示于表1中。
(耐折试验)
将制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-01)切割成120毫米的试样片。根据ISO8776/2-1988的规格,使用MIT耐折强度试验机测定通过弯折直到折断时为止的重复次数,结果为310次。
实施例2
将下述组合物加入至混合槽中,边加热边搅拌,溶解各成分,调制成乙酸纤维素溶液。
  乙酸纤维素溶液组成
  乙酰化度60.9%的乙酸纤维素磷酸三苯酯(增塑剂)磷酸联苯二苯基酯(增塑剂)二氯甲烷(第一溶剂)甲醇(第二溶剂)1-丁醇(第三溶剂)   100重量份7.8重量份3.9重量份300重量份54重量份11重量份
在另一个混合槽中,加入实施例1中所用的延迟提高剂16重量份、二氯甲烷80重量份和甲醇20重量份,边加热边搅拌,调制成延迟提高剂溶液。
在乙酸纤维素溶液486重量份中混合上述延迟提高剂溶液14重量份,充分搅拌而制成涂料(dope)。延迟提高剂的添加量相对于乙酸纤维素100重量份是2.0重量份。
将所得的涂料用传送带流延机进行流延。在传送带上得到的薄膜表面温度达到40℃之后,干燥1分钟,将薄膜剥取,然后在保持残留挥发分为15%的状态下用拉幅机在横向单轴拉伸10%,随后在130℃的干燥风下在纵向(传送方向)单轴拉伸10%,之后用140℃的干燥风干燥10分钟,制得残留溶剂量是0.3重量%的乙酸纤维素薄膜(厚度:40微米)。
对制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-02),使用椭圆偏振计(M-150,日本分光有限公司制造),测定波长为550纳米的Re延迟值和Rth延迟值。结果示于表1中。
(耐折试验)
将制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-02)切割成120毫米的试样片。根据ISO8776/2-1988的规格,使用MIT耐折强度试验机测定通过弯折直到折断时为止的重复次数,结果为280次。
比较例1
直接使用乙酸纤维素溶液作为涂料,制得残留溶剂量是0.3重量%的乙酸纤维素薄膜(厚度:100微米)。
对制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-H1),使用椭圆偏振计(M-150,日本分光有限公司制造),测定波长为550纳米的Re延迟值和Rth延迟值。结果示于表1中。
(耐折试验)
将制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-H1)切割成120毫米的试样片。根据ISO8776/2-1988的规格,使用MIT耐折强度试验机测定通过弯折直到折断时为止的重复次数,结果为180次。
表1
  薄膜   延迟提高剂   Re   Rth
  实施例1实施例2比较例1   CAF-01CAF-02CAF-H1   3.0重量份2.0重量份无   7纳米2纳米4纳米   40纳米45纳米48纳米
实施例3
将碘吸附在拉伸的聚乙烯醇薄膜上以制得偏光膜,采用聚乙烯醇系粘合剂,将实施例1中制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-01)贴附至偏光膜的一侧表面上。
对市售的乙酸纤维素薄膜(FUJITAC TD80UF,富士胶片株式会社制)进行皂化处理,将其采用聚乙烯醇系粘合剂贴附至上述偏光膜的另一侧表面上。由此制得偏光板。
实施例4
将碘吸附在拉伸的聚乙烯醇薄膜上以制得偏光膜,采用聚乙烯醇系粘合剂,将实施例2中制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-02)贴附至偏光膜的一侧表面上。
对市售的乙酸纤维素薄膜(FUJITAC TD80UF,富士胶片株式会社制)进行皂化处理,将其采用聚乙烯醇系粘合剂贴附至上述偏光膜的另一侧表面上。由此制得偏光板。
比较例2
将碘吸附在拉伸的聚乙烯醇薄膜上以制得偏光膜,采用聚乙烯醇系粘合剂,将比较例1中制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-H1)贴附至偏光膜的一侧表面上。
对市售的乙酸纤维素薄膜(FUJITAC TD80UF,富士胶片株式会社制)进行皂化处理,将其采用聚乙烯醇系粘合剂贴附至上述偏光膜的另一侧表面上。由此制得偏光板。
实施例5
将设置在采用了TN型液晶单元的液晶显示装置(Sharp有限公司制:20英寸液晶电视)中的一对偏光板剥掉,代之以通过粘合剂在其每侧(观察者侧和背光侧)上贴附实施例3中制得的偏光板,以致于由实施例1制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-01)位于液晶单元侧。观察者侧的偏光板的透过轴和背光侧的透过轴被配置成垂直相交。由此制得液晶显示装置。
实施例6
将设置在采用了TN型液晶单元的液晶显示装置(Sharp有限公司制:20英寸液晶电视)中的一对偏光板剥掉,代之以通过粘合剂在其每侧(观察者侧和背光侧)上贴附实施例4中制得的偏光板,以致于由实施例2制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-02)位于液晶单元侧。观察者侧的偏光板的透过轴和背光侧的透过轴被配置成垂直相交。由此制得液晶显示装置。
比较例3
将设置在采用了TN型液晶单元的液晶显示装置(Sharp有限公司制:20英寸液晶电视)中的一对偏光板剥掉,代之以通过粘合剂在其每侧(观察者侧和背光侧)上贴附比较例2中制得的偏光板,以致于由比较例1制得的乙酸纤维素薄膜(CAF-01)位于液晶单元侧。观察者侧的偏光板的透过轴和背光侧的透过轴被配置成垂直相交。由此制得液晶显示装置。
(框状光泄漏的评价)
将实施例5、实施例6和比较例3的液晶显示装置在温度25℃、相对湿度65%的环境下放置5小时,同时连续照射背面光,然后在暗室中用目视观察全面黑显示状态,看是否背面光照射时的光泄漏。结果示于表2中。
表2
  液晶显示装置   背面光照射时的光泄漏
  实施例5实施例6比较例3   没有光泄漏没有光泄漏有框状的光泄漏

Claims (8)

1、一种制备乙酸纤维素薄膜的方法,其包含下列步骤:将乙酰化度为59.0-61.5%的乙酸纤维素和具有至少两个芳香族环的芳香族化合物溶解在有机溶剂中以制得乙酸纤维素溶液,其中相对于所述乙酸纤维素100重量份,所述具有至少两个芳香族环的芳香族化合物的用量为0.01至20重量份;将该溶液流延在转鼓或传送带上;以5-30%的拉伸倍率将所形成的薄膜进行二轴拉伸以制得具有下列性质的乙酸纤维素薄膜:由下式(I)所定义的Re延迟值是在0至20纳米的范围内,由下式(II)定义的Rth延迟值是在30至70纳米的范围内,而且厚度是在20至60微米的范围内,
(I)Re=(nx-ny)×d
(II)Rth={(nx+ny)/2-nz}×d
式中,nx是薄膜平面内的慢相轴方向的折射率;ny是薄膜平面内的快相轴方向的折射率;nz是薄膜的厚度方向的折射率;且d是薄膜的厚度,其单位是纳米。
2、根据权利要求1所述的方法,其中所述芳香族化合物具有至少一个1,3,5-三嗪环。
3、根据权利要求1所述的方法,其中由MIT耐折强度试验机测定的耐折强度是250次以上。
4、根据权利要求1所述的方法,其中所述薄膜是通过将多个乙酸纤维素溶液共流延而制得的。
5、根据权利要求1所述的方法,其中所述乙酸纤维素溶液的溶剂含有:碳原子数为3至12的醚、碳原子数为3至12的酮或碳原子数为3至12的酯。
6、根据权利要求1所述的方法,其中所述乙酸纤维素溶液的溶剂以为薄膜的0.01~1重量%的量残存。
7、根据权利要求1所述的方法,其中所述薄膜是通过对所述薄膜在横向上进行单轴拉伸,且然后对所述薄膜在纵向上进行单轴拉伸,从而进行二轴拉伸的。
8、根据权利要求1所述的方法,其中所述薄膜含有为乙酸纤维素的0.1至25重量%的量的增塑剂。
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