JP2006160863A - ドープ製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 TACを溶媒に入れて膨潤させて原液15を調製する。押出機11に−75℃の冷媒35a,35bを流して冷却する。押出機11は2軸のスクリューを備えている。2軸スクリューのらせん羽根は、下流側に向かうに従ってピッチが小さくなる圧縮型である。2軸スクリューを噛み合わせて同方向に回転させる。原液15を押出機11内に供給して圧縮させつつ冷却して送液する。TACが溶媒に溶解してドープ18が得られる。ドープ18を冷却機12に送液して更に冷却することで溶解性を向上させる。ドープ18を加熱機13に送液することでドープ18の流動性が向上して送液が容易となる。ドープ18から溶液製膜法により光学特性に優れるTACフィルムを得ることができる。
【選択図】 図1
Description
発明協会公開技報公技番号2001−1745号 J.M.G.Cowie他著、"Makromol, Chem."1971年、143巻、105頁 上出健二他著、「三酢酸セルロースのアセトン溶液からの乾式紡糸」、繊維機械学会誌、(1981年)、34巻、57頁〜61頁
本実施形態においては、ポリマーとしてセルロースアシレートを用いており、セルロースアシレートとしては、トリアセチルセルロース(TAC)が特に好ましい。そして、セルロースアシレートの中でも、セルロースの水酸基の水素原子に対するアシル基の置換度が下記式(I)〜(III)の全てを満足するものがより好ましい。なお、以下の式(I)〜(III)において、A及びBは、セルロースの水酸基の水素原子に対するアシル基の置換度を表わし、Aはアセチル基の置換度、またBは炭素原子数3〜22のアシル基の置換度である。なお、TACの90質量%以上が0.1mm〜4mmの粒子であることが好ましい。
(I) 2.5≦A+B≦3.0
(II) 0≦A≦3.0
(III) 0≦B≦2.9
また、本発明に用いられるポリマーは、セルロースアシレートに限定されるものではない。
その1つがアセチル基であることが好ましい。2位,3位及び6位の水酸基による置換度の総和をDSAとし、2位,3位及び6位の水酸基のアセチル基以外のアシル基による置換度の総和をDSBとすると、DSA+DSBの値は、より好ましくは2.22〜2.90であり、特に好ましくは2.40〜2.88である。また、DSBは0.30以上であり、特に好ましくは0.7以上である。さらにDSBはその20%以上が6位水酸基の置換基であるが、より好ましくは25%以上が6位水酸基の置換基であり、30%以上がさらに好ましく、特には33%以上が6位水酸基の置換基であることが好ましい。また更に、セルロースアシレートの6位の置換度が0.75以上であり、さらには0.80以上であり特には0.85以上であるセルロースアシレートも挙げることができる。これらのセルロースアシレートにより溶解性の好ましい溶液(ドープ)が作製できる。特に非塩素系有機溶媒において、良好な溶液の作製が可能となる。さらに粘度が低く、濾過性の良い溶液の作製が可能となる。
膨潤工程においては、ポリマーと溶媒とを混合し、ポリマーを溶媒により膨潤させる。膨潤工程の温度は、−10℃〜55℃であることが好ましく、通常は室温で行われる。ポリマーと溶媒との比率は、最終的に得られるドープの濃度に応じて決定する。一般に、膨潤工程におけるポリマーの量は、調製するドープの5重量%〜30重量%であることが好ましく、8重量%〜20重量%であることがさらに好ましく、10重量%〜15重量%であることが最も好ましい。溶媒とポリマーとの膨潤混合物は、ポリマーが充分に膨潤するまで攪拌することが好ましい。攪拌時間は、10分〜150分であることが好ましく、20分〜120分であることがさらに好ましい。膨潤工程において、溶媒とポリマー以外の
成分、例えば可塑剤,劣化防止剤や紫外線吸収剤などの添加剤を添加しても良い。
図1に本発明に係るドープ製造装置10の概略図を示す。ドープ製造装置10には押出機11と冷却部である冷却機12と加熱機13とが備えられている。また、押出機11には冷媒を供給する二元冷凍機14が接続している。また、ドープの原料又は前記膨潤液(以下、これらを併せて原液と称する)15を投入する定量供給装置付きホッパ16が取り付けられている。また、ホッパ16には圧力制御用バルブ17が取り付けられている。ドープの原料とは、前記ポリマー、必要に応じて添加される添加剤などの溶質と、前記溶媒(混合溶媒であっても良い)とを併せたものを意味している。膨潤液はこれら原料から前記膨潤工程により製造されるものである。なお、以下の説明において、原液15はポリマーにTACを用い、溶媒に酢酸メチルを主溶媒(酢酸メチルの組成比が30重量%〜98重量%のもの)とした例を用いて説明するが、本発明に用いられる原液15の組成はそれに限定されるものではない。
ホッパ16から原液15が投入され押出機11内で冷却されながら混練し、圧縮させることでドープ18を得る。なお、本発明において原液15とドープ18との用語は、ドープ製造用原料(膨潤液も含む)を原液15と称し、その原液15の溶媒中に溶質を溶解または分散させたものをドープ18と称する。溶質の一部が溶媒中に溶解している状態は、原液15またはドープ18のいずれかの表現で説明する。特に断らない限り、押出機11内では、原液の溶質の一部が溶媒に溶解している。定量供給装置には、ロータリーポンプやギアポンプなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、圧力制御用バルブ17の開閉度を調整することで、原液15を押出機11中に一定圧力で供給することが可能となり、均一なドープを調製することが可能となる。
の押出機60の横断面図を示す。スクリュー32,50は押出機11と同じ形態のものである。スクリュー32,50はシリンダ61内に備えられている。シリンダ61には冷媒供給用の管62が形成されているドリルジャケット63が取り付けられている。ドリルジャケット63は、連通している管62が形成されている。この管62内を冷媒が通過することによりシリンダ61を冷却する。ドリルジャケット63は冷媒が通過する距離が長くなる点で有利である。
押出機11内のドープ18を冷却したまま冷却機12に送り込み、溶解を更に進行させることが好ましい。冷却機12は、内管路12aと外管路12bとを備える2重式配管を用いることで、ドープ18の送液抵抗を減少させることができる。外管路12bは複数区画(図1では3区画)に分割しているものを用いることで、冷却機12の各箇所での温度制御を容易に行うことができる。外管路12bに冷媒19を通液することで内管路12a
を冷却し、内管路12a内のドープ18を冷却する。冷却機12を用いて冷却時間を延ばすことにより、ドープ18の溶解性が向上して、品質が均一なドープ18を得ることができる。本発明において、ドープ18内を送液し冷却する時間を10分以上60分以内とすることが生産性を向上させるために好ましい。10分未満であると冷却時間を長くすることによる溶解性の向上の効果が充分に発現しないおそれがある。60分より冷却時間を長くしても、溶解性の向上はほとんど見られずにコストの点から不利になる場合がある。しかしながら、原液15の組成に応じて、冷却機12によるドープ18の冷却時間を60分より長くする方法も本発明に含まれる。
冷却機12の下流側に接続された加熱機13にドープ18を送液して、急激に温度を上昇させる加熱を行うことで、さらに溶解性が向上し均一なドープ18を得ることができる。また、ドープ18の流動性が高まり送液が容易となる。加熱機によるドープ18の加熱条件は特に限定されるものではないが、加熱速度を20℃/min以上、より好ましくは30℃/min以上、最も好ましくは40℃/min以上である。また、加熱時間は、60分以下が好ましく、より好ましくは30分以下、最も好ましくは10分以下である。
前記ドープの代表的な用途である溶液製膜法によるフィルムの製造方法について説明する。図7は、本発明に用いられる製膜設備70の概略図を示している。なお、本実施形態では、ドープを構成するポリマーは、セルロースアシレートを用いて説明するが、本発明に用いられるポリマーはセルロースアシレートに限定されるものではない。前記方法により得られるドープ18はミキシングタンク71に入れられる。ミキシングタンク71には攪拌翼72が備えられている。攪拌翼72が回転することでドープ18は攪拌されて均一なものとなっている。この際に、ドープ18に添加剤を混合させて含有させることも可能である。ドープ18は、固形分量が10重量%〜30重量%となるように濃度が調整されていることが好ましい。ドープ18は、ポンプ73により一定の流量で濾過装置74に送られて不純物が除去される。その後に、流延ダイ75に送液される。なお、本発明では濾過装置74を省略することも可能である。
前記溶液製膜方法により得られるフィルムは、ドープの均一性に優れているため、膜厚が略均一で光学特性に優れている。このフィルムは、光学特性に優れる保護フィルムとして用いることができる。偏光子を含有している偏光フィルムの両面に前記保護フィルムを貼付すると、光学特性に優れる偏光板を得ることができる。さらに、前記フィルム上に光学補償シートを貼付して得られる光学補償フィルム,防眩層がフィルム上に形成されている反射防止膜などの光学機能性膜として用いることもできる。これらフィルム製品(例えば、偏光板,光学補償フィルムなど)から液晶表示装置の一部を構成することも可能である。また、フィルム上に感光層などを形成することで写真感光材料を製造することもできる。
(ドープの製造)
下記の処方からなるドープ18を製造した。
セルローストリアセテート(置換度2.83,粘度平均重合度320,含水率0.4質量%,メチレンクロライド溶液中6質量%の粘度 305mPa・s) 28質量部
酢酸メチル 75質量部
シクロペンタノン 10質量部
アセトン 5質量部
メタノール 5質量部
エタノール 5質量部
可塑剤A(ジペンタエリスリトールヘキサアセテート) 1質量部
可塑剤B(トリフェニルフォスフェート) 1質量部
微粒子(シリカ(粒径20nm)) 0.1質量部
UV剤a:(2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン 0.1質量部
UV剤b:2(2'−ヒドロキシ−3',5'−ジ−tert−ブチルフェニル)−5−クロルベンゾトリアゾール 0.1質量部
UV剤c:2(2'−ヒドロキシ−3',5'−ジ−tert−アミルフェニル)−5−クロルベンゾトリアゾール 0.1質量部
C12H25OCH2CH2O−P(=O)−(OK)2 0.05質量部
なお、UV剤とは、紫外線吸収剤を意味している。
スクリューはその径D(mm)が65mmである2軸スクリュー32,50を用いた。(L/D)は52.5のものを用いた。スクリューのピッチは(P1/D)が1.50であり、(P7/D)が0.75であるものを用いた。溝深さd(mm)は12mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−85℃に調整した。シリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。2軸のスクリュー32,50は同方向噛合型で回転させた。回転速度は周速を0.14m/sとした。この場合の伝熱係数は189W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が2.6kg/minであり、ドープ出口温度は−65℃であり、温度分布幅は1℃であった。溶解性は6であり、良品なドープ18が得られた。
スクリューはその径D(mm)が180mmである2軸スクリュー32,50を用いた。(L/D)は70のものを用いた。スクリューのピッチは(P1/D)が1.50であり、(P7/D)が0.75であるものを用いた。溝深さd(mm)は37mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−85℃に調整した。シリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。2軸のスクリュー32,50は同方向噛合型で回転させた。回転速度は周速を0.24m/sとした。この場合の伝熱係数は234W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が35kg/minであり、ドープ出口温度は−65℃であり、温度分布幅は1℃であった。溶解性は6であり、良品なドープ18が得られた。
スクリューはその径D(mm)が180mmである2軸スクリュー32,50を用いた。(L/D)は70のものを用いた。スクリューのピッチは(P/D)が1.0のストレート型のものを用いた。溝深さd(mm)は37mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−85℃に調整した。シリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。2軸のスクリュー32,50は同方向噛合型で回転させた。回転速度は周速を0.33m/sとした。この場合の伝熱係数は266W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が35kg/minであり、ドープ出口温度は−68℃であり、温度分布幅は1℃であった。溶解性は5であり、良品なドープ18が得られた。
スクリューはその径D(mm)が180mmである2軸スクリュー32,50を用いた。(L/D)は70のものを用いた。スクリューのピッチは(P/D)が0.75のストレート型のものを用いた。溝深さd(mm)は37mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−85℃に調整した。シリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。2軸のスクリュー32,50は同方向噛合型で回転させた。回転速度は周速を0.33m/sとした。この場合の伝熱係数は266W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が35kg/minであり、ドープ出口温度は−68℃であり、温度分布幅は1℃であった。溶解性は7であり、良品なドープ18が得られた。
スクリューはその径D(mm)が30mmである2軸スクリュー32,50を用いた。(L/D)は42のものを用いた。スクリューのピッチは(P1/D)が1.50であり、(P7/D)が0.75であるものを用いた。溝深さd(mm)は6mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−75℃に調整した。シリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。2軸のスクリュー32,50は同方向噛合型で回転させた。回転速度は周速を0.04m/sとした。この場合の伝熱係数は126W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が0.2kg/minであり、ドープ出口温度は−65℃であり、温度分布幅は1℃であった。さらに、押出機11の下流側に同一形態のスクリューを2本備える冷却押出機12を取り付けた。なお、冷却押出機のスクリューの形態などは、押出機11と同一のものを用いた。冷却押出機12におけるドープ出口温度は−68℃であった。溶解性は9であり、極めて良品なドープ18が得られた。
スクリューはその径D(mm)が30mmである2軸スクリュー32,50を用いた。(L/D)は42のものを用いた。スクリューのピッチは(P1/D)が1.50であり、(P7/D)が0.75であるものを用いた。溝深さd(mm)は6mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−75℃に調整した。シリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。2軸のスクリュー32,50は同方向噛合型で回転させた。回転速度は周速を0.04m/sとした。この場合の伝熱係数は126W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が0.2kg/minであり、ドープ出口温度は−65℃であり、温度分布幅は1℃であった。さらに、押出機11の下流側に2重管式冷却機12を取り付けた。なお、2重管式冷却機12の冷媒温度は−65℃とし、冷却機12内を搬送される時間は10分とした。溶解性は10であり、極めて良品なドープ18が得られた。
スクリューはその径D(mm)が30mmである2軸スクリュー32,50を用いた。(L/D)は42のものを用いた。スクリューのピッチは(P1/D)が1.50であり、(P7/D)が0.75であるものを用いた。溝深さd(mm)は6mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−75℃に調整した。スクリュー32,50及びシリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。2軸スクリュー32,50は、図4に示したようにその中に冷媒40を供給した。冷媒40にはノベック(商品名)を用い、−75℃に調整した。2軸のスクリュー32,50は同方向噛合型で回転させた。回転速度は周速を0.04m/sとした。この場合の伝熱係数は126W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が0.2kg/minであり、ドープ出口温度は−70℃であり、温度分布幅は1℃未満であった。溶解性は7であり、良品なドープ18が得られた。
スクリューはその径D(mm)が100mmであり、(L/D)が20のものを用いた。スクリューのピッチは(P/D)が1.0のストレート型のものを用いた。溝深さd(mm)は3mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−85℃に調整した。シリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。回転速度は周速を0.29m/sとした。この場合の伝熱係数は203W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が2.0kg/minであり、ドープ出口最低温度は−65℃であり、温度分布幅は12℃であった。溶解性は3であった。
スクリューはその径D(mm)が350mmであり、(L/D)が40のものを用いた。スクリューのピッチは(P/D)が1.0のストレート型のものを用いた。溝深さd(mm)は3mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−85℃に調整した。シリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。回転速度は周速を0.29m/sとした。この場合の伝熱係数は203W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が30kg/minであり、ドープ出口温度は−65℃であり、温度分布幅は12℃であった。溶解性は3であった。
スクリューはその径D(mm)が65mmである2軸スクリュー32,50を用いた。(L/D)は52.5のものを用いた。スクリューのピッチは(P1/D)が1.50であり、(P7/D)が0.75であるものを用いた。溝深さd(mm)は12mmのものを用いた。さらに、冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−85℃に調整した。シリンダ61の材質はSCMを用い、ドリルジャケット63を用いた。2軸のスクリュー32,50は異方向噛合型で回転させた。回転速度は周速を0.14m/sとした。この場合の伝熱係数は160W/(m2・K)であった。ドープ18の製造量が2.6kg/minであり、ドープ出口温度は−65℃であり、温度分布幅は4℃であった。溶解性は4であり、良品なドープ18が得られた。
比較実験としてスタティックミキサ(スルザー社製SMX)を用いてドープの製造を行った。ミキサの内径は100mmであり、ミキサの長さL(mm)との比(L/D)は10であった。また、エレメント数は5であった。ポンプにはギヤポンプを用いた。また、スタティックミキサを2重管式構造とし、外管に冷媒を通液した。冷媒19にはノベック(商品名)を用いて、−85℃に調整した。圧力上昇により送液不能であった。
11 スクリュー押出機
12 冷却機
13 加熱機
14 二元冷凍機
15 原液
18 ドープ
30 スクリュー軸
31 スクリュー羽根
32,50 スクリュー
Claims (30)
- スクリューを備えた押出機にドープ原料を送ってドープを製造するドープ製造装置において、
前記スクリューが多軸であり、且つ前記ドープ原料を冷却する第1冷却手段を有することを特徴とするドープ製造装置。 - スクリューを備えた押出機にドープ原料を送ってドープを製造するドープ製造装置において、
前記スクリューが2軸であり、且つ前記ドープ原料を冷却する第1冷却手段を有することを特徴とするドープ製造装置。 - 前記2軸のスクリューを噛み合わせて同方向に回転することを特徴とする請求項2記載のドープ製造装置。
- 前記各スクリュー径D(mm)に対するピッチP(mm)の比(P/D)が、
0.3以上1.5以下であることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1つ記載のドープ製造装置。 - 前記各スクリュー径D(mm)に対するピッチP(mm)の比(P/D)が、
前記ドープの送液方向に向けて小さくなることを特徴とする請求項1ないし4いずれか1つ記載のドープ製造装置。 - 前記第1冷却手段が、前記押出機のシリンダの外周部に冷媒供給用のジャケットであることを特徴とする請求項1ないし5いずれか1つ記載のドープ製造装置。
- 前記ジャケットが前記ドープの送液方向で2区画以上に分割されていることを特徴とする請求項6記載のドープ製造装置。
- 前記スクリューを冷却する第2冷却手段を有することを特徴とする請求項1ないし7いずれか1つ記載のドープ製造装置。
- 前記第2冷却手段が、前記スクリュー軸の内部に設けられた冷媒供給路と、
前記冷媒供給路に冷媒を供給する冷却供給手段とを有することを特徴とする請求項8記載のドープ製造装置。 - 前記第1冷却手段または前記第2冷却手段の少なくともいずれかが、冷媒冷却用の二元冷凍機であることを特徴とする請求項1ないし9いずれか1つ記載のドープ製造装置。
- 前記押出機の下流側に第3冷却手段を備えたことを特徴とする請求項1ないし10いずれか1つ記載のドープ製造装置。
- 前記第3冷却手段の下流側に加熱手段を備えたことを特徴とする請求項11記載のドープ製造装置。
- 前記押出機のドープ原料の投入口に、定量ドープ原料供給装置を設け、前記ドープの原料を供給することを特徴とする請求項1ないし12いずれか1つ記載のドープ製造装置。
- 前記押出機のドープ原料の投入口に、圧力制御用のバルブを有した分岐管を設けることを特徴とする請求項1ないし13いずれか1つ記載のドープ製造装置。
- 前記第1冷却手段ないし前記第3冷却手段で用いられる冷媒が、メタノール,ジクロロメタン,ハイドロフルオロエーテル,フルオロカーボンのうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項1ないし14いずれか1つ記載のドープ製造装置。
- 多軸のスクリューを備えた押出機に、ポリマーと溶媒とを含むドープ原料を送ってドープを製造するドープの製造方法において、
前記各スクリューにより前記ドープ原料又は前記ドープを圧縮し、且つ前記ドープ原料または前記ドープを冷却することを特徴とするドープの製造方法。 - 前記ドープ原料または前記ドープの圧縮を
前記各スクリューの径D(mm)に対するピッチP(mm)の比(P/D)を前記ドープの送液方向に沿って小さくすることで行うことを特徴とする請求項16記載のドープの製造方法。 - 前記スクリューは2軸であり、各スクリューを噛合わせて同方向に回転させることを特徴とする請求項16または17記載のドープの製造方法。
- 前記ドープ原料又は前記ドープの冷却を
5℃/min以上200℃/min以下の冷却速度で行うことを特徴とする請求項16ないし18いずれか1つ記載のドープの製造方法。 - 前記ドープ原料または前記ドープの冷却を
前記押出機のシリンダ外周部にジャケットを設け、前記ジャケット内に冷媒を供給して行うことを特徴とする請求項16ないし19いずれか1つ記載のドープの製造方法。 - 前記押出機から押し出されるドープ温度が、−30℃以下となるように冷却することを特徴とする請求項16ないし20いずれか1つ記載のドープの製造方法。
- 前記ジャケットを前記ドープの送液方向で2区画以上に分割して設け、
前記ドープの原料が投入される側のシリンダ冷媒温度T1(℃)と、
前記ドープが送り出される側のシリンダ冷媒温度T2(℃)とを、
T2<T1として冷却することを特徴とする請求項20または21記載のドープの製造方法。 - 前記各スクリューを冷却することを特徴とする請求項16ないし22いずれか1つ記載のドープの製造方法。
- 前記押出機内で調製されたドープを、前記押出機の下流に設けた冷却部でさらに冷却することを特徴とする請求項16ないし23いずれか1つ記載のドープの製造方法。
- 前記冷却部でのドープの冷却を60分以内行うことを特徴とする請求項24記載のドープの製造方法。
- 前記押出機の出口ドープ温度T(℃)と、
前記冷却部の冷媒温度T2(℃)とを
T−30℃≦T2≦T+30℃として冷却することを特徴とする請求項24または25記載のドープの製造方法。 - 前記押出機または前記冷却部が冷媒で冷却されるものであって、
前記冷媒が、メタノール,ジクロロメタン,ハイドロフルオロエーテル,フルオロカーボンのうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項16ないし26いずれか1つ記載のドープの製造方法。 - 前記ドープを前記押出機または前記冷却部にて冷却した後に、20℃/min以上の加熱速度で前記ドープを加熱することを特徴とする請求項16ないし27いずれか1つ記載のドープの製造方法。
- 前記ポリマーがセルロースアシレートであることを特徴とする請求項16ないし28いずれか1つ記載のドープの製造方法。
- 前記溶媒が少なくとも酢酸メチルを含むものであることを特徴とする請求項16ないし29いずれか1つ記載のドープ製造方法。
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