-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von transparenten Polyamidfolien aus amorphen Polyamiden durch Aufbringen von Giesslösungen, mindestens umfassend 10 bis 40 Gew.-% eines amorphen Polyamids in einem organischen Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C1-4-Alkoholen, CHCl3, CH2Cl2, Toluol, Xylol und Mischungen daraus, auf einen Endlosträger, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem mattierten oder polierten Edelstahlband, einer mattierten oder polierten Edelstahlwalze, von welcher die Polyamidfolie nach Verdampfen des Lösungsmittels bis zum Erhalt einer selbsttragenden Folie abgezogen wird. Die erfindungsgemässen Folien weisen nach mono- oder biaxialer Reckung eine negative Doppelbrechung auf und können dann als Retardations- oder Kompensationsfolien in Flüssigkristallanzeigen (LCD) eingesetzt werden. Um empfindliche Polarisatorfolien aus Kunststoffen wie beispielsweise Polyvinylacetat (PVA) zu schützen, können sie ungereckt als Polarisatorschutzfolien (Polarisatorbasisfolien) verwendet werden.
-
In doppelbrechenden Medien wird die optische Durchlaufzeit eines Lichtstrahls bestimmter Wellenlänge bei bestimmter Temperatur durch das Medium im Vergleich zum Lichtstrahl im Vakuum verzögert. Die Verzögerung (Retardation) kann auch als Wegdifferenz angegeben werden und liegt üblicherweise im Bereich 0 bis 400 nm. Eine Retardation von 280 nm entspricht der halben Wellenlänge im mittleren optischen Spektralbereich.
-
Flüssigkristallanzeigen weisen als Hauptnachteil gegenüber Röhrenbildschirmen bei Betrachtung unter schiefem Winkel häufig einen verringerten Kontrast auf. Als Flüssigkristallanzeigen sind so genannte TN TFT-Anzeigen am weitesten verbreitet, deren Flüssigkristallzelle nematische Eigenschaften haben. Bei TN TFT-Anzeigen tritt Licht (künstlich erzeugt durch Hintergrundbeleuchtung oder bei reflektiven Displays als einfallendes Streulicht) durch einen Polarisator als (zirkular) unpolarisiertes Licht in die Polarisatorschicht ein, den es als linear polarisiertes Licht verlässt. Sofern keine Spannung angelegt wird, ordnen sich die Flüssigkeitskristalle (LC-Moleküle) in der Zelle horizontal an, indem sich ein erstes (unteres) LC-Molekül auf eine unten liegende Kopplungsschicht und ein zweites (oberes) LC-Molekül sich auf eine um ca. 90° versetzte, obere Kopplungsschicht der Flüssigkristallzelle ausrichtet. Durch diese Stellung der Moleküle wird das eintreffende polarisierte Licht um 90° gedreht und durchläuft dann den, dem Betrachter direkt zugewandten, zweiten Polarisator, der gegenüber dem ersten um 90° gedreht ist. Hierdurch wird der dahinter liegende Pixel als heller Punkt sichtbar. Wird eine Spannung angelegt, richten sich die LC-Moleküle vertikal aus, das polarisierte Licht wird nicht mehr um 90° gedreht und dann durch den Polarisator blockiert. Der Pixel wird nicht mehr beleuchtet und bleibt schwarz. Da sich die LC-Moleküle innerhalb der Kopplungsschicht aber nie vollständig richtig ausrichten und so einen mehr oder weniger grossen Fehlwinkel erzeugen, brechen sie eintreffendes Licht teilweise diffus.
-
Hierdurch wird der Kontrast verringert. Dieser Effekt wird in TN TFT-Anzeigen umso grösser, je grösser der Betrachtungswinkel von der optischen Achse abweicht. Ein Verzögerungsfilm zwischen Flüssigkristallzelle und Polarisator greift nun an dieser Stelle ein und kompensiert die diffuse Brechung des Lichtes. Damit wird sowohl der Kontrast verbessert als auch der maximal nutzbare Blickwinkel. Die entsprechende Folie wird dann als Weitwinkelfolie (Wide View Film) bezeichnet.
-
Damit sich die Flüssigkristallanzeige auch unter einem stumpfen Winkel noch klar und kontrastreich betrachten lässt, muss die Retardationsfolie für eine TFT-Anzeige im sogenanten VA- oder MVA-Modus (Vertically Aligned oder Multidomain Vertically Aligned) eine negative Retardation (Rth) aufweisen (ein so genanntes „minus c-plate”).
-
An Flüssigkristallanzeigen in hochwertigen Computermonitoren, Fernsehern, Videokameras, digitalen Photoapparaten, GPS-Systemen etc. werden von den Verbrauchern die höchsten Anforderungen bezüglich ihrer optischen Leistungsfähigkeit gestellt. Durch die Beleuchtung sind diese Folien ausserdem einer dauerhaften thermischen Belastung und Strahlung ausgesetzt und müssen eine hohe Transparenz und Stabilität aufweisen.
-
Für den Aufbau von Kompensationselementen in Flüssigkristallanzeigen werden unter anderem Folien aus aromatischen Polyestern (PC) oder cycloolefinischen Copolymeren (COC) verwendet. PC-Folien haben den Nachteil, dass sie eine positive Retardation aufweisen und daher nicht als Weitwinkelfolien in Flüssigkristallanzeigen im VA-, MVA oder IPS-Modus (In Plane Switching) eingesetzt werden können. COC-Folien sind relativ kostspielig und nicht dauerhaft lichtstabil. Luftfeuchtigkeit und Sauerstoff können bei erhöhter Temperatur in diese Filme hinein diffundieren und eine Schädigung der eigentlichen Polarisatorfolien herbeiführen.
-
Die zu lösende Aufgabe war die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von optischen Folien, die sich einerseits als Polarisatorschutzfolien eignen, und die andererseits nach einer mono- oder biaxialen Verstreckung eine negative Retardation aufweisen.
-
Diese Aufgabe wurde entsprechend Anspruch 1 gelöst.
-
Beansprucht wird ein Verfahren zur Herstellung von transparenten Polyamidfolien, durch Aufbringen einer Lösung von 10 bis 40 Gew.-% eines amorphen Polyamids in einem organischen Lösungsmittel auf einen Endlossträger, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem mattierten oder polierten Edelstahlband, einer mattierten oder polierten Edelstahlwalze, die beispielsweise mit Chrom oder einer Kunststofffolie überzogen sein kann. Von dem Band oder der Walze wird der Film nach Verdampfen des Lösungsmittels bis zum Erhalt einer selbsttragenden Films abgezogen, wobei das amorphe Polyamid mindestens die Strukturelemente der Formeln
worin R
1 und R
2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine C
1-4-Alkylgruppe darstellen,
und
worin m eine Zahl von 7 bis 11 darstellt, enthält.
-
Durch die Kombination des Giessverfahrens auf einen Endlosträger, welcher selbst jedoch eine endliche Länge hat, können mit dem erfindungsgemässen Verfahren zum ersten Mal kontinuierlich optisch transparente, isotrope Polyamidgiessfilme erhalten werden.
-
Transparente Polyamidfolien für optische Anwendungen, beispielsweise aus PA12 oder PA66, werden meist durch Blasextrusion hergestellt. Diese Filme erfahren durch die Herstellungsweise selbst im ungereckten Zustand eine Orientierung und können nicht optisch isotrop hergestellt werden. Optische Polyamidlösemittelgiessfolien für LCD Anwendungen waren bislang nicht bekannt. Weiterhin weisen die meisten Polyamide eine so ausgeprägt schlechte Löslichkeit in den bei der Giessfolienherstellung gängigen Lösungsmitteln auf, dass die für die Folienherstellung benötigten Konzentrationen nicht erreicht werden.
-
Aus C. Renger et. al, Macromolecules 33, 2000, 8388 ist die Verwendung von Lösungen enthaltend „amorpher” Polyamide zur Beschichtung von Siliziumträgern im Schleuderverfahren (Spincoating-Methode) bekannt. Aus den Angaben lässt sich schliessen, dass es sich hierbei lediglich um physikalisch amorphe Polyamide handelt. Die erhaltenen Filme verbleiben auf dem Träger. Angaben zu optischen Eigenschaften fehlen.
-
Aus
JP 2003 306 560 A sind Polyamidoimidgiessfilme bekannt. Reine Polyamidfolien werden nicht offenbart.
-
Aus
JP 2004 149 639 A ist bekannt, dass optische Extrusionsfolien aus verschiedenen amorphen Kunststoffen, die eine geringe Neigung zur Ausbildung kristalliner Strukturen haben, eine besonders hohe Transparenz und niedrige Doppelbrechung aufweisen.
-
In der
US 3 554 971 A ist ein amorphes, höchstens schwach kristallines aromatisches Polyamid-Polysulfon-Copolymer beschrieben, das zahlreiche Monomerstrukturen aufweist.
-
Aus der
US 2004/0212892 A1 ist ein optischer Polymerfilm, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Polymerfilms beschrieben. Derartige optische Polymerfilme können als Schutzfilme für Polarisationsfilter, optisch funktionale Filme und in Flüssigkristallanzeigen eingesetzt werden.
-
Aus der
US 2003/0072891 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schichten oder Schichten auf Oberflächen von Substraten und optischen Folien bekannt. Die durch das darin beschriebene Verfahren hergestellten Folien können beispielsweise in Flüssigkristallanzeigen und anderen Anzeigegeräten verwendet werden.
-
Insbesondere für die Herstellung dickerer Folien werden Giesslösungen mit einem Feststoffanteil von über 10 Gew.-%, vorzugsweise von über 20 Gew.-%, benötigt. Es wurde nun festgestellt, dass sich amorphe Polyamide zur Herstellung von Giesslösungen zur Herstellung selbsttragender transparenter, optischer Folien eignen.
-
Verwendungsfähige Polyamidgiesslösungen können aus kommerziell erhältlichen Polyamidgranulaten unterschiedlicher Körnung bzw. Mahlung amorpher Polyamide mit einem Feststoffanteil von 10 bis 35 Gew.-% hergestellt werden. Sie sind lagerstabil und können zur Herstellung von Polyamidfolien verwendet werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die so erhaltenen transparenten Polyamidgiessfolien insbesondere nach der biaxialen Reckung eine starke negative Doppelbrechung aufweisen. Die Polyamidgiessfolien eignen sich als Polarisatorschutz-, Retardations- und Kompensationfolien in Flüssigkristallanzeigen.
-
Der Begriff Polyamidgiessfolien bezeichnet insbesondere Folien, welche aus amorphen Polyamiden gemäss folgender Definition im Lösungsmittelgiessverfahren erhalten werden können.
-
Der Begriff amorphes Polyamid im Sinne des erfindungsgemässen Verfahrens bezeichnet Polyamide, die durch geeignete Strukturelemente im Polymer, also durch ihren chemischen Aufbau, weitgehend daran gehindert werden, beim langsamen Verdampfen von Lösungsmittel oder beim Erkalten aus der Schmelze kristalline Bereiche oder Domänen auszubilden. Amorphe Polyamide werden für Spritzgiessverfahren, Extrusion, Blasextrusion und Formgiessverfahren aus der Schmelze z. B. für die Herstellung von dekorativen Körpern verwendet und sind kommerziell erhältlich.
-
Der Begriff amorphes Polyamid im Sinne der Erfindung bezeichnet insbesondere also keine „physikalisch amorphen” Polyamide, die nur durch schnelle Entfernung des Lösungsmittels beispielsweise durch Sprühtrocknung oder durch Abschrecken aus der Schmelze, wenigstens vorübergehend, in amorphem Zustand erhalten werden können, aber z. B. beim Tempern kristalline Domänen ausbilden können.
-
In der Regel bestehen in Polymeren kristalline oder teilkristalline Domänen nicht aus einzelnen grossen Kristallen, sondern weisen eine höhere Dichte kleiner und kleinster Kristallite als umgebende Bereiche auf. Das Vorliegen kristalliner oder teilkristalliner Domänen kann beispielsweise durch Interferenzmikroskopie oder durch Bestimmung der Lichtstreuung (Rayleigh-Streuung) nachgewiesen werden. Das Vorliegen solcher Domänen kann oberhalb einer Domänengrösse von ca. 1/20 der Lichtwellenlänge des einfallenden Lichts gemessen werden. Alle hier in Betracht kommenden Untersuchungsmethoden und Definitionen betreffen Kristalle, teilkristalline Bereiche usw., die im optischen Wellenlängenbereich von 800 bis 400 nm feststellbar sind und/oder einen Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Folien in diesem Bereich haben.
-
Teilkristalline Domänen weisen unter anderem andere Brechungseigenschaften als die umgebende Matrix auf und wirken sich negativ auf Flüssigkristallanzeigen aus. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren herstellbaren Polyamidgiessfolien enthalten keine sichtbaren teilkristallinen Bereiche, innere Spannungen und andere Inhomogenitäten, deren laterale Ausdehnung in Blickrichtung (senkrecht zur Folienoberfläche) grösser als 50 nm, vorzugsweise nicht grösser als 35 nm und besonders bevorzugt nicht grösser als 20 nm ist. Insgesamt darf der Anteil kristalliner Bereiche nicht grösser als 10 Vol-%, vorzugsweise nicht grösser als 7 Vol-%, besonders bevorzugt nicht grösser als 5 Vol-% sein.
-
In einem bevorzugten Verfahren enthält das amorphe Polyamid Strukturelemente, die entstehen durch den Einbau von a) mindestens einem sperrigen Diamin, oder einem für die Polkondensation geeigneten Derivates davon, b) mindestens einer sperrigen Dicarbonsäure oder eines für die Polykondensation geeigneten Derivats davon, sowie c) mindestens eines Lactams mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen, oder eines für die Polykondensation geeigneten offenkettigen Derivates davon. Unter sperrigen Diaminen werden Diamine verstanden, bei denen insbesondere die Beweglichkeit und Rotation zwischen den beiden Aminogruppen durch sterische Effekte, wie beispielsweise unsymmetrisch substituierte Ringe oder (voluminöse) Seitengruppen gehindert ist. Selbstverständlich kann ein amorphes Polyamid neben einem Lactam mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen auch kurzkettige Lactame enthalten. Diese erhöhen jedoch die Wasseraufnahme und die Kristallinität.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Ethyl.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante hat m den Wert 8 oder 9.
-
Die Strukturelemente der Formel I leiten sich von alkylsubstituierten Bis-(amino)-cycloalkanen mit 15 bis 21 C-Atomen ab worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder C1-4-Alkyl bedeutet, vorzugsweise von Bis(3-methyl-4-aminocyclohexyl)-methan.
-
Unter C1-n-Alkyl wird hier und im Folgenden eine Alkylgruppe mit 1 bis n Kohlenstoffatomen verstanden. Insbesondere ist C1-4-Alkyl Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl.
-
Die Strukturelemente der Formel III leiten sich von unverzweigten aliphatischen ω-Aminocarbonsäuren mit 10 bis 14 C-Atomen und/oder deren Lactamen ab, vorzugsweise von ω-Aminoundecansäure oder ω-Aminododecansäure und/oder deren Lactamen. Die Strukturelemente der Formel III können auch mit sich selbst verbunden sein. Solche Polymere können auch als Blend verwendet werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das amorphe Polyamid ein Copolyamid, also ein Copolymer, das die jeweils genannten Strukturelemente nicht in reiner Form enthält. Je nach Polykondensationsbedingungen können die Copolymere beispielsweise als Blockpolymere oder Pfropfpolymere vorliegen.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das amorphe Polyamid ein Blend oder eine Legierung aus mindestens zwei Polyamiden ist, mindestens enthaltend ein amorphes Polyamid, mindestens enthaltend Strukturelementen der Formel I und II, wobei R1 und R2 wie oben definiert sind. Mindestens ein Bestandteil des Blends muss Strukturelemente der Formel III enthalten, wobei m wie oben definiert ist.
-
Ein Polyamidblend kann selbstverständlich auch ein Copolyamid enthalten. Voraussetzung ist lediglich, dass sich das resultierende amorphe Polyamid oder Polyamidgemisch, wie weiter unten ausgeführt, in Polyamidgiesslösungen in einer Menge von 10 bis 40 Gew.-% Feststoffanteil lösen lassen und nach der Verarbeitung einen transparenten Film ergeben.
-
Um die Ausbildung von teilkristallinen Bereichen weiter einzuschränken, kann das amorphe Polyamid mindestens ein weiteres Strukturelement
worin n eine Zahl von 3 bis 11 sein kann, und/oder
worin p eine Zahl von 3 bis 11 sein kann, enthalten.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante haben n und p unabhängig voneinander den Wert 8 oder 9.
-
Die Strukturelemente der Formel IV leiten sich von unverzweigten aliphatischen Diaminen mit 10 bis 14 C-Atomen ab, vorzugsweise von Undecandiamin oder Dodecandiamin.
-
Die Strukturelemente der Formel V leiten sich von unverzweigten aliphatischen Dicarbonsäuren mit 10 bis 14 C-Atomen ab, vorzugsweise von C11-Dicarbonsäure oder C12-Dicarbonsäure.
-
Polyamide quellen abhängig von der Wasseraufnahme zum Teil sehr stark auf. Gerade bei optischen Folien ist dies mit der verbundenen Formänderung sehr nachteilig. Ausserdem kann bei Flüssigkristallbildschirmen bei starker Wasseraufnahme auch Feuchtigkeit bis zur Polarisatorfolie oder in die Flüssigkristallzelle eindringen und diese schädigen. Dies kann verhindert werden, indem die Polarität der Polyamidfolie durch geeignete Wahl der im amorphen Polyamid enthaltenen Strukturelemente möglichst gering gehalten wird. Eine geringe Polarität korreliert mit einer geringen Neigung zur Wasseraufnahme. In den Strukturelementen der Monomere sollte insbesondere die Zahl der Heteroatome und polaren Gruppen gegenüber der Zahl der Gerüstkohlenstoffatome so gering wie möglich sein. So ist beispielsweise Laurinlactam als Monomer bevorzugt gegenüber Caprolactam. Insbesondere die Verwendung von Polyetherstrukturen, etwa durch Einbau von Tetrahydrofuran oder die Modifikation von Aminendgruppen mit Polypropylenglykolen begünstigen die Aufnahmekapazität für Wasser.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Bausteine der Formel I gegenüber den Bausteinen der Formel IV in einem Verhältnis von 1:0 bis 1:9 vor, besonders bevorzugt über 1:0,1. Ebenso können die Bausteine der Formel II gegenüber den Bausteinen der Formel V in einem Verhältnis von 1:0 bis 1:9 vorliegen, besonders bevorzugt über 1:0,1.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das amorphe Polyamid Strukturelemente der Formel I, II und III, bei denen R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Ethyl sind und m den Wert 8 oder 9 hat.
-
Besonders bevorzugt enthält das amorphe Polyamid Strukturelemente der Formel I, II und III, bei denen R1 und R2 jeweils Methyl ist und m den Wert 8 oder 9 hat.
-
Besonders geeignete amorphe Polyamide weisen eine Glassübergangstemperatur von 110 bis 210°C und eine Dichte von 1,0 bis 2,0 g/cm3, vorzugsweise von 1,0 bis 1,06 g/cm3, auf.
-
Besonders geeignet sind unter anderem die in
EP 725 101 A1 und
EP 848 034 A2 offenbarten amorphen und transparenten Polyamide, welche beispielsweise von der Firma EMS-Chemie unter der Bezeichnung Grilamid TR 55 beziehungsweise TR 90 bezogen werden können. Die Qualitäten Grilamid TR 55, erhältlich aus Bis (3-methyl-4-aminocyclohexyl)-methan, Isophthalsäure und ω-Aminododecansäure bzw. dessen Lactam sind besonders bevorzugt.
-
Polyamidgiesslösungen aus amorphem Polyamid enthalten einen Feststoffanteil von mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 15 bis 35 Gew.-% und besonders bevorzugt in einer Menge von 20 bis 24 Gew.-%. Über 50 Gew.-% Feststoffanteil werden gewöhnlich keine giessfähigen Polyamidgiesslösungen mehr erhalten. Besonders bewährt haben sich Polyamidgiesslösungen mit mindestens 20 Gew.-% Feststoffanteil.
-
Amorphes Polyamid der hier beschriebenen Zusammensetzung ist ein Spritzgussmaterial und wurde bislang industriell nicht für die Folienherstellung verwendet. Generell weisen extrudierte Polyamidfolien einen so hohen und ungleichmässigen Retardationswert auf, dass sie sich nicht für die Herstellung von Retardationsfolien eignen. Dies wird aus den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ersichtlich.
-
Als Lösungsvermittler können zusätzlich Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Dimethylsulfoxid (DMSO), N,N-Dimethylacetamid (DMAc), Morpholin, Dioxan und Furan zugesetzt werden.
-
Vorzugsweise wird der C1-4-Alkohol ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol Ethanol, Propanol, Isopropylalkohol, n-Butanol und tert-Butanol.
-
Vorzugsweise enthält das Lösungsmittel der Giesslösung Methylenchlorid und mindestens einen C1-4-Alkohol im Gewichtsverhältnis CH2Cl2/Alkohol von 50:50 bis 80:20. Besonders bevorzugt wird als Alkohol Methanol oder Ethanol verwendet. Gegebenenfalls kann das Lösungsmittelgemisch zusätzlich Lösungsvermittler mit einem Gesamtgewichtsanteil von höchstens 10 Gew.-% enthalten, wie beispielsweise Dioxan, THF oder Dimethylsulfoxid.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten Polyamidgiesslösungen und daraus hergestellte Folien Additive wie Weichmacher, Farbstoffe, UV-Absorber oder Trennmittel.
-
Ein geeigneter Weichmacher ist beispielsweise Triphenylphosphat, das in der fertigen Folie in einer Menge von bis zu 10% bezogen auf den Polymeranteil enthalten sein kann.
-
Geeignete Farbstoffe sind alle Farbstoffe, die sich in den genannten Lösungsmitteln für die Herstellung von Polyamidgiesslösungen so lösen, dass die Lösung transparent bleibt. Vorzugsweise enthalten die Giesslösungen Farbstoffe in einer Menge von 0,001 bis 2%, vorzugsweise in einer Menge von 0,001 bis 0,05%.
-
Der Zusatz von Trennmitteln zu den Giesslösungen ermöglicht eine bessere Ablösung der Giessfolie von der Unterlage. Geeignete Trennmittel sind beispielsweise nicht-ionische Polyol-Tenside und können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Poly(ethylenglykol), Poly(propylenglykol) und Poly(tetramethylenoxid). Vorzugsweise werden sie als Homopolymer, Copolymer und/oder Block-Copolymer verwendet. Besonders bevorzugt wird ein Polyethylen-Polypropylen-Block-Copolymer verwendet. Insbesondere geeignet sind „Pluronic® PE 6800” oder „Synperonic® F86 pract.”. Vorzugsweise enthalten die Giesslösungen Trennmittel in einer Menge von 0,01 bis 2%, vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 0,4% in gelöster Form.
-
Vorzugsweise handelt es sich bei der Unterlage für die Filmherstellung im Lösemittelgiessverfahren um einen Endlosträger. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Endlosträger auf den die Polyamidgiesslösung aufgebracht wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem polierten oder mattierten Stahlband, einer polierten oder mattierten Edelstahlwalze, die beispielsweise mit Chrom überzogen sein kann.
-
Gängige Giessfolienbänder aus Edelstahl haben eine Länge von bis zu 100 m und eine Breite von bis zu 3 m. Gängige Edelstahlwalzen zur Giessfolienherstellung weisen einen Durchmesser von 1 bis 3 m auf.
-
Ausser direkt auf den Endlosträger kann die Giessfolie auch auf eine Zwischenfolie als Giessunterlage aufgebracht werden. Nach der Filmbildung der Polyamidfolie kann diese mit oder ohne die Zwischenfolie vom Träger abgezogen werden. Wenn die Zwischenfolie auf der Polyamidfolie verbleibt, dient sie als Oberflächenschutzfolie bis zum nächsten Verarbeitungsschritt, sie hat jedoch keinen Einfluss auf die Tragfähigkeit der erfindungsgemässen Polyamidfolie. Als Träger wird ein Endlosstahlbandverwendet. Jede der möglichen Kombinationen aus Zwischenfolie und Träger wird gesamthaft ebenfalls als Endlosträger bezeichnet.
-
Vorzugsweise wird als Träger einer Zwischenfolie ein Endlosstahlband verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Zwischenfolie eine Folie aus Polyethylenterephthalat (PET) verwendet.
-
Die Polyamidgiesslösung wird auf einen Endlosträger aufgebracht und nach einer Vortrockenzeit, gegebenenfalls zusammen mit einer Zwischenfolie, von diesem Endlosträger abgezogen.
-
Je nach Untergrund, auf dem der Polyamidgiessfilm aufgebracht wird, kann die Polyamidfolie im erfindungsgemässen Verfahren a) als selbsttragende Folie, b) als dauerhafte Kaschierung auf einer Zwischenfolie, oder c) als selbsttragende Folie, die vorübergehend mit einer abziehbaren Zwischenfolie kaschiert ist erhalten werden. Besonders bevorzugt werden selbsttragende Polyamidfolien hergestellt.
-
In einem bevorzugten Verfahren weisen die endgetrockneten Polyamidgiessfolien eine Dicke im Bereich 10 bis 400 μm auf. Besonders bevorzugt werden Polyamidgiessfolien mit einer Stärke von 20 bis 200 μm hergestellt.
-
Die im erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Polyamidfolien können zusätzlich durch Lösungsauftrag oder Laminierung beschichtet werden. Dies kann beispielsweise zur Verbesserung der optischen Eigenschaften oder zur Verstärkung der Folie geschehen. Die Beschichtung kann aber auch zum Schutz der Oberfläche erfolgen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder entfernt werden.
-
Für den besonderen Fall, in dem eine endgetrocknete Polyamidgiessfolie ohne Reckung mit mindestens einer weiteren Folie oder Glasplatte verbunden wird, weisen die endgetrockneten Folien eine Dicke von wenigstens 40 μm auf, vorzugsweise von 60 bis 190 μm.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind transparente Polyamidfolien, erhältlich aus Polyamidgiesslösungen gemäss dem oben genannten Verfahren, die nach mono- oder biaxialer Reckung eine negative Doppelbrechung aufweisen. Die Retardation (optische Verzögerung) entspricht vereinfacht dem Term (n1 – n2)·Folienstärke, wobei (n1 – n2) die Differenz zwischen zwei Brechzahlen ist. Es werden zwei Angaben zur Retardation unterschieden: R0 und Rth, wobei R0 die „in plane Retardation” und Rth die „out of plane” Retardation ist. Die „in plane Retardation” ist die Retardation senkrecht zur Folienoberfläche, wobei die „out of plane” Retardation Rth gemäss der Definition längs der optische Achse in der Folie liegt. Besonders bei dünnen Folien ist dieser Wert einer direkten Messung nicht zugänglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die endgetrockete Polyamidgiessfolie vor dem Recken Retardationswerte R
0 in der Nähe von ±0 nm auf. R
th-Werte vor dem Recken liegen im Bereich von 30 bis 60 nm. R
0-Werte werden im Allgemeinen nur als Betrag angegeben. Insbesondere bei monoaxial gereckten Folien ändert sich das Vorzeichen von R
0, wenn die Folie um 90° gedreht wird. Um bei der Angabe R
th auf Zusatzinformationen wie beispielsweise der Orientierung der Brechungsindices im Raum schliessen zu können, kann aus der untenstehenden vereinfachten Formel das Vorzeichen entnommen werden.
R0, a-plate = (|nx – ny|)·Dicke
-
Bei der erfindungsgemässen Polyamidfolie aus amorphem Polyamid ergibt sich nach monoaxialer Reckung ein sogenanntes „a-plate”, bei biaxialer Reckung ein sogenanntes „c-plate”. Für Rth im c-plate wird über die Brechungsindicees nx und ny gemittelt, um eine Unahängigkeit von der Orientierung der Folie in der Folienebene zu erreichen.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegen die Beträge für Retardationswerte Rth für Polyamidgiessfolien nach dem Recken im Bereich von 50 bis 250 nm, vorzugsweise 50 bis 180 nm, besonders bevorzugt von 80 bis 150 nm. Die Beträge R0 Werte bei gereckten Polyamidgiessfolien liegen vorzugsweise im Bereich 0 bis 130 nm, bevorzugt 15 bis 100 nm, besonders bevorzugt von 30 bis 50 nm.
-
Die Messung und Berechnung der Brechungsindices nx, ny und nz kann beispielsweise für Kompensationsfilme mit negativer Doppelbrechung und optischer Achse in z-Richtung aus den entsprechenden Retardationswerten über folgende Formeln ermittelt werden, wobei die Indices x, y und z für die räumliche Brechzahl im kartesischen Koordinatensystem stehen.
- VBR:
- Vertical birefringence = Doppelbrechung in Folienebene
- IBR:
- In plane birefringence = Doppelbrechung senkrecht zur Folienebene
- R0:
- In plane retardation = Retardation senkrecht zur Folienebene in nm
- Rϕ:
- Angular retardation = unter bestimmtem Einfallswinkel gemessene Retardation in nm
- Rth:
- Retardation in Folienebene in nm
- ϕ:
- Angle of Incidence = Einfallswinkel bei Retardationsmessung z. B. 45°
- φc:
- corrected Angle of Incidence = korrigierter Einfallswinkel
- d:
- Thickness = Dicke der Probe in μm
- n:
- refractive index = Brechungsindex (gegebenenfalls mit Richtungsindex x, y oder z)
Rth = (VBR + IBR / 2)·d, wenn gilt nv > nx >> nz
-
Besonders bevorzugt werden Kompensator- oder Retardationsfolien mit negativer Doppelbrechung, die sich für die Verwendung in Flüssigkristallanzeigen eignen, durch mono- oder biaxiale Reckung von Polyamidgiessfolien erhalten, die gemäss einem der vorstehenden Verfahren hergestellt wurden. Bei monoaxialer Reckung ergibt sich ein a-plate, bei biaxialer Reckung ein c-plate. Für die Verwendung als Polarisatorschutzfolien werden die erfindungsgemässen Polyamidgiessfolien bevorzugt ungereckt verwendet.
-
Die mono- oder biaxiale Reckung der erfindungsgemässen Folien erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 110 bis 240°C, vorzugsweise 155 bis 170°C mit Reckgraden von 1:1,05 bis 1:6.
-
Besonders bevorzugt erfolgt die Reckung nahe der Glastemperatur, ganz besonders bevorzugt etwas oberhalb der Glastemperatur. Die für das Recken angegebenen Temperaturen beziehen sich dabei auf die Temperaturen die in der Anlage gemessen wird und nicht auf die tatsächliche Temperatur in der gerade zu reckenden Folienoberfläche, da diese bei den für das Recken angewandte Fördergeschwindigkeiten nicht direkt bestimmt werden können.
-
Die Erfindung wird durch die nachfolgend beschriebenen nicht einschränkenden Beispiele näher dargestellt.
-
Verfahrensbeschreibung:
-
a) Allgemeine Vorschrift zur Herstellung einer Polyamidgiesslösung
-
15 bis 40 Gew.-% des festen Polyamids (Granulat oder Pulver) werden mit einem Lösungsmittelgemisch aus Methylenchlorid und mindestens einem C1-4-Alkohol im Verhältnis CH2Cl2/Alkohol von 50:50 bis 70:30 (w:w) gemischt. Die Herstellung der Lösung erfolgt bei Raumtemperatur durch Rühren für wenigstens 2 h mit einem Ankerrührer oder durch Rollen und/oder Rütteln für wenigstens 24 h. Gegebenenfalls können weitere Zuschlagsstoffe wie Lösungsvermittler, Weichmacher, Farbstoffe und Trennmittel (beispielsweise Tenside) zugegeben werden.
-
b) Allgemeine Vorschrift zur Herstellung einer Polyamidgiessfolie
-
Anschliessend wird die Giesslösung mittels eines geeigneten Giessers oder einer Rakel (doctor blade) auf einen Träger, beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder Metall, aufgebracht und nach einer Vortrockenzeit von diesem Träger abgezogen und anschliessend bis zur gewünschten Restkonzentration an Lösungsmittel endgetrocknet.
-
c) Allgemeine Vorschrift zur Reckung der Giessfolie
-
Für die Herstellung der gereckten Folien werden die endgetrockneten Folien bei einer Temperatur von 110 bis 240°C, vorzugsweise bei 150 bis 190°C, besonders bevorzugt bei 160 bis 170°C, mono- oder biaxial gereckt. Bevorzugte Reckgrade können sich zwischen 1:1.05 und 1:6 bewegen.
-
Die in den Beispielen erhaltenen Polyamide haben eine Glasübergangstemperatur (Tg) von ca. 161°C.
-
Beispiel 1:
-
Für die Herstellung einer Polyamidlösung werden Methylenchlorid und Methanol in einem Gewichtsverhältnis von 6:4 (w:w) als Lösungsmittel eingesetzt. Die Lösemittelmischung wird im Wasserbad auf 50°C unter Verwendung eines Rückflusskühlers erhitzt und mit 150 Umdrehungen/min mit einem Ankerrührer gerührt. Das Trennmittel wird mit einer Konzentration von 0,1 Gew.-% (auf Gesamtfeststoff berechnet) zugegeben. Anschliessend werden unter ständigem Rühren langsam 25 Gew.-% Polyamidgranulat (Grilamid TR 55, erhältlich von der Firma EMS-Chemie AG/Schweiz) zu der Lösungsmittelmischung gegeben. Die Mischung wird 4 Stunden bei 50° mit Rückflusskühler gerührt bis das Polyamid vollständig gelöst ist und eine hochviskose klare Flüssigkeit vorliegt.
-
Nachdem die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wird ein transparenter, beidseitig glänzender Film mit 80 μm hergestellt. Dazu wird die Polyamidgiesslösung in eine 20 cm breite Filmrakel mit einem Spalt von 410 μm gefüllt und mit 12 mm/s auf eine Unterlage aufgebracht. Der Film wird anschliessend bei Raumtemperatur 5 min getrocknet und dann 30 min bei 80°C weitergetrocknet und dann von der Unterlage abgelöst.
-
Beispiel 2
-
15 bis 40 Gew.-% des festen Polyamids (Grilamid TR 55, als Granulat oder Pulver) werden mit einem Lösungsmittelgemisch aus Methylenchlorid/Methanol gemischt und bei Raumtemperatur durch Rühren mit einem Ankerrührer (mind. 2 h) oder durch Rollen und/oder Rütteln (mind. 24 h) gelöst. Die Giesslösung wird mit einer Rakel auf eine Unterlage gegossen und für 20 min bei RT vorgetrocknet. Die Endtrocknung erfolgt bei 80°C für 1 bis 24 h. Die erhaltenen Filme haben eine Dicke von 10 bis 400 nm. Nach dem Abheben von der Unterlage wird die Folie bei 170°C monoaxial gereckt mit Reckgraden von 1:1,05 bis 1:6. Tabelle 1: Retardationsbestimmung R
0 von ungereckten Polyamidgiessfolien gemäss den Beispielen 1 und 2
Einfallswinkel
[°] | Filmdicke
100 μm
Retardation
[nm] | Filmdicke
94 μm
Retardation
[nm] | Filmdicke
102 μm
Retardation
[nm] | Filmdicke
98 μm
Retardation
[nm] |
–50 | 44 | 84 | 84 | 81 |
–40 | 30 | 57 | 58 | 84 |
–30 | 18 | 34 | 33 | 32 |
–20 | 9 | 16 | 16 | 15 |
–10 | 3 | 5 | 4 | 4 |
0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
10 | 2 | 4 | 3 | 3 |
20 | 7 | 13 | 13 | 13 |
30 | 15 | 29 | 30 | 29 |
40 | 26 | 51 | 53 | 51 |
50 | 39 | 77 | 81 | 77 |
-
Die Messungen erfolgten bei 25°C und 632,8 nm Lichtwellenlänge mit dem „Birefringence measurement system” Exicor 150 AT von Fa. Hinds, D-80992 München
-
Beispiele 3–6:
-
Entsprechend der Beispiele 1 und 2 wurden Folien mit Dicken von 81 μm, 99 μm, 96 μm und 87 μm hergestellt. Tabelle 2: Retardationsbestimmung von Polyamidgiessfolien aus Grilamid 55 der Beispiele 3–6.
Beispiel/Reckung | Retardation
bei 0°
[nm] | Rth
[nm] |
3 | 81 μm ungereckt | 1 | –47 |
4 | 99 μm → 92 μm | 53 | –66 |
5 | 96 μm → 93 μm | 43 | –62 |
6 | 87 μm → 71 μm | 9 | –143 |
-
Die Messwerte der Tabelle 2 wurden ebenfalls bei 25°C und 632,8 nm erhalten.
-
Beispiele 7–14:
-
Aus Grilamid TR 55 wurden auf einer Giessfilmmaschine (Standort Weil am Rhein, DE) mit einer durchschnittlichen Stärke von 42 μm (41–44 μm), 82 μm (80–86 μm) und 101 μm (98–105 μm) hergestellt. Für die industrielle Produktion auf der Giessmaschine, wird die Giesslösung auf ein poliertes Edelstahlband aufgebracht. Der Giessfilm durchläuft nach dem Abziehen von der Unterlage auf Rollen eine mehr oder weniger lange Trockenkammer und wird am Ende der Trockenkammer auf Restfeuchte und Materialdicke untersucht und dann aufgewickelt. Eine gegebenenfalls erforderliche Nachtrocknung erfolgt üblicherweise in einem separaten Trockenkabinett. Am Beginn des Trockenkabinetts wird die Folie von der Trägerhülse abgezogen und durchläuft ein beheiztes Rollenwerk um am Ende der Nachtrocknung erneut auf eine Trägerhülse oder ähnliches aufgewickelt zu werden.
-
Das verwendete Lösungsmittelgemisch CH
2Cl
2/MeOH (60:40, w:w) ist so niedrigsiedend, dass spätestens in der ersten Trockenkammer das Lösungsmittel weitgehend entfernt ist. Die Folien mit 82 und 101 μm Stärke wurden vor (GT) und nach der Nachtrocknung (NT) vermessen und begutachtet. Die Dicke der Folien nahm bei der Nachtrocknung allenfalls leicht ab. Bei den Folien mit 42 μm war aufgrund der geringen Materialstärke (Dicke) keine Nachtrocknung notwendig um Lösungsmittelreste zu entfernen. Die Giessband wurde auf eine Temperatur von ca. 25 bis 50°C, der Trockenschrank nach der Giessmaschine auf ca. 70°C eingestellt. Bei den nachgetrockneten Folien wurde die Rolle in einer separaten Trockenanlage für ca. 40 min. bei einer Temperatur von ca. 85°C und einer Fördergeschwindigkeit von ca. 2 m/min nachgetrocknet. Tabelle 3: Eigenschaften von Polyamidgiessfolien aus Grilamid 55 der Beispiele 7–14
Beispiel | Dicke
GM [μm] | Dicke
NT [μm] | Trübung
GM [%] | Trübung
NT [%] |
7 | 41–44 | n. v. | 0,09–0,13 | n. v. |
8 | 41–44 | n. v. | 0,08–0,15 | n. v. |
9 | 41–45 | n. v. | 0,06–0,14 | n. v. |
10 | 41–45 | n. v. | 0,06–0,13 | n. v. |
11 | 80–86 | 79–85 | 0,08–0,12 | 0,20–0,25 |
13 | 98–105 | 96–104 | 0,10–0,18 | 0,11–0,24 |
14 | 98–105 | 98–105 | n. v. | 0,09–0,25 |
n. v. = Werte nicht verfügbar
-
Die Retardationswerte R
0 und R
th, sowie die Restlösemittelwerte (RLM) von ungereckten Folien der Beispiele 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 sind in Tabelle 4 wiedergegeben. Tabelle 4: Eigenschaften von Polyamidgiessfolien aus Grilamid 55 der Beispiele 7–14
Beispiel | R0/Rth GM | R0/Rth NT
[nm] | RLM GM
[%] | RLM NT
[%] |
7 | 1,8/38 | n. v. | 0,81 | n. v. |
8 | 1,7/38 | n. v. | 1,19 | n. v. |
9 | 1,1/33 | n. v. | 1,01 | n. v. |
10 | 0,9/30 | n. v. | 1,09 | n. v. |
11 | n. v. | 8,0/45 | n. v. | 0,40 |
12 | n. v. | n. v. | n. v. | 1,24 |
13 | n. v. | 6,0/49 | n. v. | 0,94 |
-
Folie gemäss Beispiel 11 mit einer Dicke von durchschnittlich 82 μm wurde auf einer industriellen Reckmaschine mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min bei einer Temperatur von 160 bzw. 162°C gereckt mit Reckgraden von 1,1 bis 1,6. Die Retardationswerte R
0 und R
th bei verschiedenen Reckgraden sind in Tabellen 5 und 6 wiedergegeben. Die ungereckte Folie entspricht einem Reckgrad von 1. Tabelle 5: Eigenschaften einer gereckten Polyamidgiessfolie aus Beispiel 11
Reckungsgrad | R0, 160°C | R0, 162°C |
1 | 3 | 3 |
1,1 | 142 | 129 |
1,2 | 249 | 234 |
1,3 | 335 | 299 |
1,4 | 444 | 414 |
1,5 | 530 | 457 |
1,6 | 578 | 489 |
Tabelle 6: Eigenschaften einer gereckten Polyamidgiessfolie aus Beispiel 11
Reckungsgrad | Rth, 160°C | Rth, 162°C |
1 | 40 | 40 |
1,1 | 98 | 78 |
1,2 | 146 | 134 |
1,3 | 189 | 167 |
1,4 | 268 | 218 |
1,5 | 278 | 243 |
1,6 | 305 | 249 |
-
Beispiel 15
-
Aus einer auf 50 μm gereckten Folie aus Beispiel 11 (Reckungsgrad ~1,2, bei T = 160°C) wurde ein mehrschichtiger Folienstapel zusammengestellt, wie er beispielsweise in Flachbildschirmen zum Einsatz kommt. Der fertige Stapel besteht aus den Lagen TAC, PVA, PC a-plate, erfindungsgemässer PA-Film, Flüssigkristallzelle, TAC, PVA und TAC (TAC = Triacetylcellulose, PVA = Polyvinylacetat, PC a-plate = Polycarbonat a-plate). In der für den aufgebauten Bildschirm benutzten erfindungsgemässen biaxial gereckten Polyamidfolie konnten die Werte R0 ca. 60 nm und Rth ca. 180 nm bestimmt werden. Im kartesischen Koordinatensystem konnten unter einem Azimutwinkel von 90 bis 40° ein Kontrastverhältnis > 100 mit einer fast kreisförmigen Symmetrie ermittelt werden.
-
Vergleichsbeispiele 1 und 2:
-
Aus amorphem Grilamid TR 55 wurden nach herkömmlichen Verfahren ca. 300 μm starke Folien extrudiert und R
0 und R
th bestimmt. Dünnere Folien liessen sich wegen der hohen Schmelzviskosität von Grilamid TR 55 nicht herstellen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 wiedergegeben. Tabelle 7: Eigenschaften von extrudierten Folien der Vergleichsbeispiele 1 und 2
| R0 | Rth |
Extrusionsmuster
1 | 121 ± 100 | 269 ± 526 |
Extrusionsmuster
2 | 221 ± 82 | –15 ± 411 |
Muster 1/2: | Trübung: | 4–5% |
| Profil: | nicht messbar |
| Dicke: | 308–334 μm |
| Visuelle
Beurteilung: | Stippigkeit ist schlechter als bei den Giessfolien.
Streifigkeit (Giesserlinien/Linien allgem.) ist erheblich schlechter als bei den Giessfolien. |