JP2005193691A - 溶液製膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構造を大幅に変えることなく、ドープの流延部に発生する耳部のバタツキを抑制でき、安定した高速流延を可能とする溶液製膜方法を提供する。
【解決手段】本発明を適用した溶液製膜装置１０は主として、ドープを押し出す流延ダイ１２と、高速で走行する流延バンド１４と、ドープの流延部２６に吸引力を付与する減圧チャンバ１６と、流延部２６の耳２６Ａに液を滴下する滴下装置１８とを備えている。滴下装置１８で滴下する液は、ドープの溶質に対して良溶媒に貧溶媒を混合した混合液であり、混合液の場合には、貧溶媒が滴下液全体の２０重量％未満となるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は溶液製膜方法に係り、特に高速で走行する支持体上に高分子材料の溶液を流延して製膜することにより、セルローストリアセテートフィルム（ＴＡＣ）などのキャストフィルムを製造する溶液製膜方法、及びその溶剤製膜方法で製膜したフィルムを用いて製造した偏光板、並びに、その偏光板を用いて製造した液晶表示板に関する。

溶液キャスト法は、高分子材料を溶剤に溶解した溶液（以下、「ドープ」と称す）を、ダイより押し出して金属支持体上に流延し、乾燥した膜を金属支持体から剥離してフィルムを得る方法である。この方法で得られるフィルムは、溶融押出法で得られるフィルムに比べて、光学等方性、厚み均一性に優れ、また、異物も少ないため、偏光膜保護フィルム、位相差フィルム、透明導電性フィルムなど、オプト・エレクトロニクス用途に利用されている。

近年では生産性を高めるために、支持体の走行高速をさらに上昇させて高速流延することが望まれている。支持体を高速で走行させる場合、ダイから押し出されたドープの流延部が不安定になるため、減圧チャンバを支持体の走行方向に対してダイの上流側に設けることが知られている。

しかしながら、減圧チャンバを設けると、エアが減圧チャンバに流れ込んで流入風が生じ、この流入風の影響を受けて流延部の耳部にバタツキが発生するという問題があった。バタツキが発生すると、テンターが噛み込み不良を生じたり、耳部のバタツキに起因する膜全幅にわたる流延方向の厚みムラが発生し、膜の破断等を生じて工程不良を起こしたり、品質上の問題を起こすおそれがあった。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、装置構造を大幅に変えることなく、ドープの流延部に耳部のバタツキが発生することを抑制でき、安定した高速流延を可能とする溶液製膜方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、走行する支持体上に高分子材料の溶液を流延するとともに前記溶液の流延部を前記支持体の走行方向の上流側に吸引する吸引操作を行って製膜する溶液製膜方法であって、前記溶液の溶質に対する良溶媒を前記流延部の耳部に滴下し、前記吸引操作に伴う前記耳部のバタツキを抑制するとともに前記流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つことを特徴とする溶液製膜方法を提供する。

本願発明の発明者は、吸引操作に伴って発生する耳部のバタツキが、吸引操作だけに影響されるのではなく、流延部の耳部に滴下する液の組成にも影響されることを見いだした。すなわち、従来は、吸引操作に関する装置構造を変えて耳部のバタツキを抑制するという発想しかなかったが、本願発明の発明者は、適切な組成の液を耳部に滴下すれば、吸引操作に関する装置構造を変えなくても、耳部のバタツキを抑制できるとの知見を得た。

本発明は、このような知見に基づいて成されたものであり、請求項１に記載の発明は、溶剤に対する良溶媒を流延部の耳部に滴下することによって、耳部のバタツキを抑制するとともに流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つようにした。

これにより、装置構造を大幅に変えることなく、ドープの流延部に耳部のバタツキが発生することを抑制でき、安定した高速流延を可能とする溶液製膜方法を提供することができる。また、本発明によれば、従来使用していたカワバリ防止用の滴下手段を利用することができるので、装置構造を大きく変える必要がなく、低コストで耳部のバタツキを抑制できる。

請求項２は請求項１において、前記支持体の周囲をカバーで囲み前記流延部の前後にラビリンスシールを設けることで、前記流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つことを特徴とする。

請求項２は流延部の前後での溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つための好ましい方法であり、支持体の周囲をカバーで囲み流延部の前後にラビリンスシールを設けることで達成できる。

請求項３に記載の発明は前記目的を達成するために、走行する支持体上に高分子材料の溶液を流延するとともに前記溶液の流延部を前記支持体の走行方向の上流側に吸引する吸引操作を行って製膜する溶液製膜方法であって、前記溶液の流延部を前記支持体の走行方向の上流側に吸引する吸引操作を行うとともに、前記溶液の溶質に対する良溶媒に貧溶媒を全溶液の２０重量％未満の割合で混合した液を前記流延部の耳部に滴下し、前記吸引操作に伴う前記耳部のバタツキを抑制するとともに前記流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つことを特徴とする溶液製膜方法を提供する。

請求項３は、請求項１との違いは、耳部に滴下する液の組成として、良溶媒に混合する貧溶媒を全溶液の２０重量％未満とすることによって耳部のバタツキを抑制すると共に、流延部の前後での溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つようにしたものである。

請求項４は請求項３において、前記支持体の周囲をカバーで囲み前記流延部の前後にラビリンスシールを設けることで、前記流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つことを特徴とする。

請求項４は、流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つための好ましい方法であり、支持体の周囲をカバーで囲み流延部の前後にラビリンスシールを設けることで達成できる。

請求項５は請求項１〜４の何れか１において、前記バタツキの周波数が５〜２００Ｈｚの範囲外になるように、または前記バタツキの振幅が１．３ｍｍ以下になるように抑制することを特徴とする。

また、本願発明の発明者は、バタツキの周波数が５〜２００Ｈｚの範囲外、またはバタツキの振幅が１．３ｍｍ以下であれば、バタツキが発生していても、製膜したフィルムは製品として問題がないことを見いだした。すなわち、バタツキの周波数が５Ｈｚ以下の場合は周期が大きくて厚みムラが目立たず、品質上問題ないレベルとなる。また、周波数が２００Ｈｚを超えると、レベリング（平滑化）によって塗布スジが消える。同様に、バタツキの振幅が１．３ｍｍ以下であれば塗布スジが薄くなり、品質上問題ないレベルとなる。したがって、請求項５に記載したように、耳部のバタツキを適切な状態に抑制することによって、フィルムの生産効率を向上させることができる。

請求項６は請求項１〜５のうちのいずれか１において、前記流延の速度は４０ｍ／分以上であることを特徴とする。

請求項７は請求項１〜６のうちのいずれか１において、前記製膜の膜厚は２０〜６５μｍであることを特徴とする。

以上説明したように本発明に係る溶液製膜方法によれば、溶液の流延部の耳部に液を滴下することによって、吸引操作に伴う耳部のバタツキを抑制したので、高速流延を安定して行うことができる。

以下添付図面に従って本発明に係る溶液製膜方法の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明を適用した溶液製膜装置の概略構造を示す側面図である。

同図に示すように溶液製膜装置１０は主として、流延ダイ１２と、流延バンド（支持体に相当）１４と、減圧チャンバ１６と、滴下装置１８とから構成されている。流延バンド１４は、無端状に形成され、流延ドラム２０と駆動用ドラム（不図示）との間に巻き掛けられている。この流延ドラム２０は、駆動用ドラムを回転させることによって、駆動ドラムと流延ドラム２０の回りを周回するように走行する。流延バンド１４の走行速度は、製膜するフィルムの厚みなどに応じて設定され、例えば、６０μｍ厚み以下の薄いフィルムを製膜する場合には、４０ｍ／分以上に設定され、約８０μｍ厚みのフィルムを製膜する場合には、５０ｍ／分以上に設定される。流延バンド１４の周囲は、カバー３８によって覆われている。

流延ダイ１２は、流延ドラム２０の位置において流延バンド１４に対向して配置されている。流延ダイ１２の先端からは、セルローストリアセテートなどの高分子材料を含むドープが膜状に押し出される。押し出されたドープは、走行する流延バンド１４の表面に仮着し、流延される。流延バンド１４上のドープは、流延バンド１４が一周分走行する間に溶剤が蒸発して乾燥し、所定の自己支持性が得られる。そして、流延した膜を、例えば流延ダイ１２の下方位置で流延バンド１４から剥離することによって、帯状のフィルムが得られる。なお、流延バンド１４の走行方向に対して流延ダイ１２の前後には、ラビリンスシール３６、３６が配設されており、流延部２６の前後で溶剤ガス濃度が一定に保たれるようになっている。

一方、減圧チャンバ１６は、流延バンド１４の走行方向に対して流延ダイ１２の上流側に設けられており、吸引ダクト２２を介してブロア２４に接続されている。このブロア２４を駆動することによって減圧チャンバ１６の内部が負圧になり、流延ダイ１２と流延バンド１４との隙間のドープの流延部２６のうちで流延バンド１４に仮着される側の表面に吸引力が付与される。これにより、流延バンド１４を高速で走行させても、ドープの流延部２６の安定化が図られる。なお、減圧チャンバ１６とブロア２４との間の吸引ダクト２２には、減圧チャンバ１６の１０〜１００倍の容量を有するバッファタンク２８が設けられ、減圧チャンバ１６へ振動が伝達することが防止される。

滴下装置１８は、タンク３０、ポンプ３２、送液管３４から構成され、ポンプ３２を駆動することによって、タンク３０に貯留された液が送液管３４に送液されて送液管３４の先端から滴下される。送液管３４の先端は、図２に示すように、滴下した液が流延部２６の耳部２６Ａに吸収されるような位置に配置される。

また、送液管３４の先端から滴下する液としては、ドープの溶質に対する良溶媒、または良溶媒に貧溶媒を混合した混合液が用いられる。ドープがセルローストリアセテート溶液の場合、良溶媒としてはジクロロメタンが好ましく、貧溶媒としては、メタノール、エタノール、ブタノール、イソブタノール、イソプロパノール、またはアセトン、酢酸メチル、トルエン等が好ましい。また、貧溶媒を良溶媒に混合する場合、混合する全貧溶媒合計の割合を滴下液の全溶液に対して２０重量％未満、好ましくは１３重量％以下とするとよい。なお、良溶媒及び貧溶媒は、上述した実施の形態に限定するものではない。

上記の如く組成の規定をした液を流延部２６の耳部２６Ａに滴下すると、耳部２６Ａが減圧チャンバ１６への流入風の影響を受けにくくなる。すなわち、貧溶媒の割合が多い液を耳部２６Ａに滴下すると、ゲル化が生じて耳部２６Ａがバタツキやすくなるが、貧溶媒の割合が少ない液を耳部２６Ａに滴下すると、耳部２６Ａがフレキシブルになって揺れにくくなり、耳部２６のバタツキを生じにくくなる。したがって、大きなバタツキが発生しやすい４０ｍ／分以上の高速流延を行った際や、２０〜６５μｍ（特に３５〜６５μｍ）の薄膜フィルムを製造した際にも、バタツキの発生を抑制することができ、塗布ムラのない良好なフィルムを製造することができる。

耳部２６Ａのバタツキは、具体的には周波数を５〜２００Ｈｚの範囲外、振幅を１．３ｍｍ以下に抑制するとよい。バタツキの周波数が５Ｈｚ以下の場合は周期が大きくて厚みムラが目立たず、周波数が２００Ｈｚを超えると、レベリング（平滑化）によって塗布スジが消える。同様に、バタツキの振幅が１．３ｍｍ以下であれば塗布スジが薄くなり、品質上問題のないレベルとなる。したがって、耳部２６Ａのバタツキを周波数５〜２００Ｈｚの範囲外、振幅１．３ｍｍ以下に抑制することによって、製品として問題のないフィルムを製造することができる。

このように、本実施の形態の溶液製膜装置１０によれば、良溶媒、又は良溶媒に貧溶媒を２０重量％未満（好ましくは１３重量％以下）で混合した液を流延部２６の耳部２６Ａに滴下したので、バタツキが発生しやすい高速流延や薄い製膜が可能となる。すなわち、２０〜６５μｍ（特に３５〜６５μｍ）の薄膜フィルムを製造することができるとともに、その薄膜フィルムを４０ｍ／分以上の高速流延で製造することができる。また、従来厚みの８０μｍのフィルムを製造する場合には、５０ｍ／分以上での安定した高速流延が可能である。

次に、上述した溶液製膜装置１０で製膜したフィルムの用途について説明する。

溶液製膜装置１０で製膜したフィルムは、光学フィルム、特に偏光板保護フィルム用として有用である。偏光板保護フィルムは、偏光板を作製するのに用いられるが、偏光板の作製方法は特に限定されず、一般的な方法で作製することができる。例えば、得られたセルロースアシレートフィルムをアルカリ処理し、ポリビニルアルコールフィルムを沃素溶液中に浸漬延伸して作成した偏光子の両面に、完全ケン化ポリビニルアルコール水溶液を用いて貼り合わせることにより作製される。なお、アルカリ処理の代わりに易接着加工を施してもよい。

このように作製された偏光板を、液晶を含む基板の両側に配置して組み立てることによって液晶表示板を製造することができる。その際、本発明を適用した偏光板保護フィルムをどの部位に配置しても、優れた表示性を得ることができる。

さらに、本発明によって製造したセルロースアシレートフィルムは、様々な用途で用いることができ、液晶表示板の光学補償シートとして用いると、特に効果がある。その場合、液晶表示板の液晶セルは様々なモードを使用することができる。例えば、ＴＮ、ＩＰＳ、ＦＬＣ、ＡＦＬＣ、ＯＣＢ、ＳＴＮ、ＶＡ、ＨＡＮなどの様々な表示モードにおいて、液晶表示板の光学補償シートの支持体として、セルロースアシレートフィルムを使用することができる。

セルローストリアセテート１００重量部、トリフェニルフォスフェート７重量部、ビフェニルジフェニルフォスフェート５重量部、の組成からなる固形成分を、メチレンクロライド９２重量部、メタノール８重量部よりなる溶媒に溶解して、ドープとした。その際、固形分濃度は、１７．５重量％に調整した。ドープは静置脱泡した後、送液ポンプによってフィルターを経由し、流延ダイ１２に送った。そして、流延ダイ１２からドープを膜状に押し出し、５５ｍ／分の流延速度で流延を行った。その際、減圧チャンバ１６の圧力を−２０mmaqとして流延部（ビード）２６の吸引操作を行うとともに、流延部２６の耳部２６Ａに横方向から流量０．３cc/ 分で液を滴下した。そして、滴下する液の組成を変えながら、耳部２６Ａのバタツキと製造適正を調べた。耳のバタツキは、高速ビデオカメラを用いて撮影し、その映像を見ながら測定した。また、製造適正としては、流延耳端部への溶剤滴下に起因すると思われる液滴故障や剥げ残りを目視にて観察した。表１の製造適正には、○…良好、△…製品として問題なし、×…不良箇所あり、として記載した。なお、表１の実施例１〜３、比較例１〜３では、減圧チャンバの減圧度を−１５ｍｍａｑに設定して、従来厚みの８０μｍのフィルムを製造した。また、実施例４では、減圧度を−３０ｍｍａｑに設定して、従来より薄い４０μｍのフィルムを製造し、実施例５では、減圧度を−５ｍｍａｑに設定して、従来厚みの８０μｍのフィルムを製造した。

表１の比較例２、３に示すように、良溶媒(CH ₂ Cl₂ ) が８０重量％未満の場合、すなわち、貧溶媒(CH ₃ OH) が２０重量％を超える場合には、１．３ｍｍより大きい振幅で、且つ、５〜２００Ｈｚの周波数の大きなバタツキが発生し、製膜したフィルムに厚みムラなどの不良箇所が見られた。

また、比較例１に示すように、良溶媒を８０重量％まで増加させると（すなわち、貧溶媒を２０重量％まで低下させると）、測定可能なバタツキが発生するようになった。なお、この時のバタツキは、振幅１．２ｍｍ、周波数１５０Ｈｚであり、製膜したフィルムは製品として問題のないレベルであった。

これに対し、実施例１〜３に示すように、良溶媒が８７重量％以上の場合、すなわち、貧溶媒が１３重量％以下の場合、製膜したフィルムは良好であった。このとき、耳部２６Ａのバタツキは、振幅が１ｍｍ以下であり、周波数は測定できなかった。

また、実施例４は、減圧度が大きく、膜厚が薄いという耳部のバタツキが発生しやすい条件で行ったが、良溶媒のみを滴下することによってバタツキの振幅を１．２ｍｍ、周波数を２１０Ｈｚに抑制することができ、良好な塗布面状を得ることができた。

また、実施例５では、貧溶媒を１３重量％混合した液を滴下したことによって、バタツキの周波数を４．５ｍｍ以下に抑制することができ、塗布スジの目立たない良好な塗布面状を得ることができた。

以上の結果から、貧溶媒が全体の２０重量％未満、好ましくは１３重量％以下の溶液を耳部２６Ａに滴下すると耳部２６Ａのバタツキを抑制することができることが分かる。

本発明を適用した溶液製膜装置の概略構成を示す側面図 流延部を示す平面図

符号の説明

１０…溶液製膜装置、１２…流延ダイ、１４…流延バンド、１６…減圧チャンバ、１８…滴下装置、２０…流延ドラム、２２…吸引ダクト、２４…ブロア、２６…流延部、２６Ａ…耳部、２８…バッファタンク、３０…タンク、３２…ポンプ、３４…送液管、３６…ラビリンスシール、３８…カバー

Claims (7)

1. 走行する支持体上に高分子材料の溶液を流延するとともに前記溶液の流延部を前記支持体の走行方向の上流側に吸引する吸引操作を行って製膜する溶液製膜方法であって、
   前記溶液の溶質に対する良溶媒を前記流延部の耳部に滴下し、前記吸引操作に伴う前記耳部のバタツキを抑制するとともに前記流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つことを特徴とする溶液製膜方法。
2. 前記支持体の周囲をカバーで囲み前記流延部の前後にラビリンスシールを設けることで、前記流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つことを特徴とする請求項１の溶液製膜方法。
3. 走行する支持体上に高分子材料の溶液を流延するとともに前記溶液の流延部を前記支持体の走行方向の上流側に吸引する吸引操作を行って製膜する溶液製膜方法であって、
   前記溶液の流延部を前記支持体の走行方向の上流側に吸引する吸引操作を行うとともに、前記溶液の溶質に対する良溶媒に貧溶媒を全溶液の２０重量％未満の割合で混合した液を前記流延部の耳部に滴下し、前記吸引操作に伴う前記耳部のバタツキを抑制するとともに前記流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つことを特徴とする溶液製膜方法。
4. 前記支持体の周囲をカバーで囲み前記流延部の前後にラビリンスシールを設けることで、前記流延部の前後での前記溶液の溶媒ガス濃度を一定に保つことを特徴とする請求項３の溶液製膜方法。
5. 前記バタツキの周波数が５〜２００Ｈｚの範囲外になるように、または前記バタツキの振幅が１．３ｍｍ以下になるように抑制することを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載の溶液製膜方法。
6. 前記流延の速度は４０ｍ／分以上であることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１に記載の溶液製膜方法。
7. 前記製膜の膜厚は２０〜６５μｍであることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１に記載の溶液製膜方法。

Images