JP2006327079A - 多層フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 均一な厚みを有する多層フィルムであって、光学的特性などにばらつきが少ない多層フィルムの製造方法を提供する。
【解決手段】 前記課題は、多層フィードブロックにおいて少なくとも２つ以上の溶融した高分子重合体を３層以上に積層して矩形積層流（Ｐ_０）を形成し、積層面に垂直な断面で分割して独立した分岐流（Ｐ_１）と（Ｐ_２）を形成し、形成した各分岐流（Ｐ_１，Ｐ_２）を積層面同士が互いに平行且つ互いに接するように再配置した後に再積層して層数を増やす多層フィルムの製造方法であって、該多層フィルムの外層部の厚み（ｗ）が内層部の厚み（ｔ）より大きいことを特徴とする多層フィルムの製造方法によって解決される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱可塑性の高分子重合体（以下、“ポリマー”という）が多層に積層された多層フィルムの製造方法に関する。

多層フィルムは、例えば屈折率の高い薄膜層と低い薄膜層を交互に多数積層すると、これら層間での光干渉によって特定波長の光を選択的に反射または透過する光学干渉フィルムとなる。このような積層フィルムは選択的に反射または透過する光の波長領域を可視光領域とすることによって、例えば、反射型の偏光板や発色フィルム、金属光沢を有するフィルムあるいは反射ミラーフィルムなどへの用途が広がりつつある。また、積層数と層間厚みを調整することによって、紫外線を選択的にカットするフィルムとして用いることができ、また、防虫用の農業用フィルムとしても用いることができる。更に、近赤外を選択的にカットするようにすれば、日射カット用の窓張り用フィルム、あるいはプラズマディスプレイ等の映像表示パネル用のフィルムとしても有用であって、周辺機器への誤作動を防止するためのフィルムとして用いることができる。さらに、ショウウィンドウに映像を投影するために、ＲＧＢ（赤、緑、青）の各色相を選択的に適度に透過させる多層フィルムを貼り合わせたフィルムを用いたホログラム用フィルムとしても有望である。

そこで、従来より、このような各種用途に使用できる多層に積層されたフィルムを製造する各種の方法及びそのための装置が提案されてきた。例えば、特開平４−２７８３２４号公報あるいは特開２００４−３４２９９号公報において、溶融した２種の熱可塑製高分子重合体（以下、“ポリマー”と称する）を多層フィードブロックで所定の積層数に交互積層した積層流を形成させ、この積層流を分割した後に再積層して層数を増やすことを特徴とする多層フィルムの製造方法とそのための装置が提案されている。

しかしながら、このような従来技術では、例えば図３(a)に示すように、多層フィードブロック内で形成する矩形断面を有する積層流の端部２２に積層状態の悪い部分が生じると、これを図３(a)に示したようにＦ面で分割して、図３(b)に示すように再積層をすると、分割再積層を繰り返すたびに厚み分布が悪い部分２２（層の厚みが不均一となった部分）がフィルム中央部に出現する。

なお、矩形流路断面を有する多層フィードブロック内で積層流に層の不均一が生じる理由については、その断面の４つの角部近傍で流速が遅くなるよどみ部が存在し、これが原因で層の厚みが変化するためと考えられる。特に、外層部の近傍であって、かつフィルム幅方向の両端近傍は、溶融流動状態のポリマーが管壁部分を通過するため、流速が遅くなって、各層厚みに意図しない分布がついてしまい、層の歪曲や層厚の不均一分布の原因となっているものと考えられる。
このようにして、積層数を増して最終的に得られる多層フィルムの中に含まれる層厚の不良な部分の割合が増えてしまうと、各層が歪曲されたり、層厚が不均一に分布したりすることにより、多層フィルムの光学特性がばらついてしまう。

特開平０４−２７８３２４号公報 特開２００４−３４２９９号公報

本発明の目的は、従来技術が有する前記諸問題を解決し、均一な厚みを有する多層フィルムであって、光学的特性などにばらつきが少ない多層フィルムの製造方法を提供することにある。

ここに、前記課題は、本発明に係わる、(1) 多層フィードブロックにおいて少なくとも２種の溶融高分子重合体を３層以上に交互に積層した矩形断面を有する積層流を形成し、該積層流を積層面に垂直な断面で分割して独立した分岐流を形成し、積層数が増えるように前記各分岐流を積層面同士が互いに平行且つ互いに接するように再配置して再合流し、積層数を増やして多層フィルムを製造する際に、前記多層フィードブロックによって形成する積層流の外層部の厚み（ｗ）を内層部の厚み（ｔ）より大きくした多層フィルムの製造方法により達成できる。
さらに好ましい態様として、(2) 前記外層部の厚み（ｗ）と前記内層部の厚み（ｔ）との比（ｗ／ｔ）が５〜２００であることを特徴とする、(1)に記載の多層フィルムの製造方法、(3) 多層フィルムの厚みに対する最外層部を構成する高分子重合体の厚みの割合が５〜８０％であることを特徴とする、(1)に記載の多層フィルムの製造方法、(4) 多層フィルムの層数が１１層以上であることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載の多層フィルムの製造方法、(5) 多層フィルムを縦一軸延伸して製品とすることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の多層フィルムの製造方法によって解決することができる。

以上に述べた本発明によれば、層の歪曲や層厚の不均一分布を惹起する外層部を厚くし、逆に、層の歪曲や層厚の不均一分布が小さい内層部の厚さを小さくしている。したがって、光学特性を担う内層部を構成する各層は均一な厚みに積層することができ、これによって、光学特性が幅方向に均一な多層フィルムを生産できるという極めて顕著な効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一つの実施形態を例示した図であり、溶融状態で多層に積層された流れを分割、配置、再積層するまでの様子を示している。図２は特別な最外層のない従来の多層フィルムの断面で分割再積層の層分布の様子を示している。

図１において、Ｐ_０は予め多層に積層された矩形断面を有する積層ポリマー流（以下、単に“積層流”という）、１は両端に配置された外層部、２は前記外層部１に挟まれた内層部、Ｐ_１とＰ_２は矩形断面を有する前記積層流Ｐ_０からそれぞれ分割されて分岐させられた分岐ポリマー流（以下、単に“分岐流”という）、６は多層の歪曲部、Ｓ１は矩形断面を有する積層流Ｐ_０を分割して分岐する分割分岐操作、Ｓ２は分割して分岐された積層流Ｐ_０の位置が積層位置へと再配置される再配置操作、Ｓ３は各分岐流Ｐ_１とＰ_２が層面が平行となり且つ層面が互いに接するように積層される積層操作、Ｆは矩形断面を有する積層流Ｐ_０の層面に対して垂直な断面（切断面）、Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３及びＣ_４は矩形断面を有する積層流の４つの角部、そして、ｗとｔは外層部と内層部の厚み（図２参照）をそれぞれ示す。

前記図１に例示したように行われる多層フィルムの製造方法において、矩形断面を有する前記積層流Ｐ_０は、例えば特開２００３−２５１６７５号公報あるいは特開２００３−１１２３５５号公報などに記載されている多層フィードブロックを使用することによって、定法にしたがって形成することができる。したがって、その詳細説明はここでは省略する。

先ず、本発明において、多層フィードブロックで形成された矩形断面を有する積層流Ｐ_０は、分割分岐操作Ｓ１において切断面Ｆで分割された後、分岐流Ｐ_１と分岐流Ｐ_２にそれぞれ分岐させられる。次いで、再配置操作Ｓ２において、それぞれ分岐させられた分岐流Ｐ_１と分岐流Ｐ_２は層数が増加するように、各分岐流Ｐ_１とＰ_２の層面同士が互いに平行で、かつ、その層面同士が互いに接するように再配置させられる。

そして、再配置操作Ｓ２によって再配置された分岐流Ｐ_１とＰ_２は、積層操作Ｓ３によって層数の増える向きに互いに貼り合わされて再積層される。この積層操作Ｓ３において、外層部１の厚み（ｗ）を内層部２の厚み（ｔ）よりも厚くしない場合、得られた多層フィルムの光学特性が幅方向にばらつくという問題が生じる。そこで、この点について、図２を参照しながら以下に説明する。

図２に例示したように、多層フィードブロックで形成された積層流Ｐ_０に対して、分割分岐操作Ｓ１、再配置操作Ｓ２及び積層操作Ｓ３を順次行って、多層フィルムにする場合、積層流Ｐ_０の４つの角部Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３及びＣ_４に対応する部分で層の厚みが相対的に厚くなってしまい、外層部１で層厚が不均一な部分が生じてしまう。その理由としては、角部Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３及びＣ_４においてポリマー流の流速が遅くなる淀み点が存在して、このために層変化が生じるものと考えられる。

これに対して、内層部２では、図示したように、中心部へ行くに従って層厚が均一な積層部が存在する。そこで、このように層に歪みが生じず、しかも層厚が均一になる内層部２に、多層フィルムの光学特性を付与しておけば、光学特性を担う内層部２を構成する各層は均一な厚みに積層することができ、これによって、光学特性が幅方向に均一な多層フィルムを生産できる。なお、図２では説明の都合上、外層部１も多層構造を有するように記載してあるが、この部分は単一層であっても良い。

その際、図１及び図２に例示したように、外層部１の厚み（ｗ）は、前述のような理由から内層部２の層の厚み（ｔ）より厚くしておくことが肝要である。このとき、その比（ｗ／ｔ）は、多層フィルムを構成する各層の厚みを均一にした状態で積層して層数を増加できることから、５〜２００とすることがより好ましい。なお、（ｗ／ｔ）が２００より大きくなると、多層フィルムのトータル厚みが大きくなり、その用途が限られる場合がある。他方、（ｗ／ｔ）が５より小さくなると、外層部１の角部Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３及びＣ_４に対応する部分で層の厚みが相対的に厚くなってしまい、層厚の不均一部が生じるため、光学特性が幅方向にばらつくという問題が生じる。

本発明において使用するポリマーは、少なくとも２種からなる。例えば、最小構成としてポリマーを２種使用する場合、内層部２において２種のポリマーを交互に積層して多層化し、多層部（内層部２）で用いたポリマーの何れか一方を外層部１に用いることができる。また、３種のポリマーを使用する場合には、外層部１を交互積層体を構成する内層部２と別のポリマーを用いることができ、例えば本発明の方法によって製造した多層フィルムを再溶融した再生ポリマーなどを外層部１に用いてもよい。その際、最外層を構成するポリマーの厚みが、多層フィルムのトータル厚みに対する割合は、５〜８０％であることが好ましく、５％未満であると最外層を内層部２の各層厚みより大きくできない場合があり、逆に８０％より大きいと光学特性に寄与しない外層部１が多くなり非効率な多層フィルムとなる。

次に、本発明において製造するフィルムの好ましい層数は、１１〜４８００層であり、少なくとも２種類のポリマーを交互に積層し、各ポリマーの屈折率の差を利用しフィルムへの入射光を選択的に透過、反射及び屈折させる目的、あるいは層数を増すことによってフィルムの強度を高める目的で利用することが好ましい。一方、多層フィードブロックで形成する矩形断面を有する積層流Ｐ_０の層数は３〜３０１層が好ましい。

以上に述べた本発明の多層フィルムは、前述の積層操作Ｓ３によって溶融状態で多層に積層したポリマー流をダイから押し出して未延伸の多層シートを形成させ、周知の方法で定法に従って、未延伸の多層シートを所定の温度で、縦および／または横方向に延伸し、所定の温度で熱処理し、必要によっては熱弛緩処理し、また必要によっては再縦および／または再横延伸し巻き取り、多層フィルムとすることができる。なお、その際、多層フィルムの製造工程中または製造後にフィルムに塗液を塗布し乾燥する工程を設けても良い。

このようにして製造される本発明の多層フィルムは、各層に歪曲がなく、しかも、層厚分布も均一となっているために、フィルムの中心部から端部近傍まで要求される光学特性を充分満足できるものである。したがって、例えば未延伸フィルムを縦一軸延伸し、必要に応じ熱固定などの処理をする偏向フィルム用途において、良品部の幅を広く取れるといった特徴を有する。すなわち、本発明の場合縦一軸延伸であっても広幅の製品を効率よく採取できる。これに対して、従来法の縦−横延伸するフィルムでは未延伸フィルムの良品部が少ない場合に、良品部を幅方向に拡張する横延伸を行って、用途にあった製品幅まで広げることが要求される。

ここで、本発明において多層フィルムを構成するポリマーは、延伸可能なポリマーを主成分とする熱可塑性ポリマーを用いることができ、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリブチレンテレフタレートのような芳香族ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリスチレンのようなポリビニル、ナイロン６（ポリカプロラクタム）、ナイロン６６（ポリ（ヘキサメチレンジアミン−ｃｏ−アジピン酸））のようなポリアミド、ビスフェノールＡポリカーボネートのような芳香族ポリカーボネート、ポリスルフォン等の単独重合体或いはこれらの共重合体を主成分とするポリマーを挙げることができる。共重合成分としては、イソフタル酸共重合ポリエチレンテレフタレート、２，６−ナフタレンジカルボン酸共重合ポリエチレンテレフタレートを例示できる。上記熱可塑性ポリマーの中では、延伸による分子配向が可能な芳香族ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミドが好ましく、分子が二軸配向した際に光学的、機械的、熱的特性が優れたものになるポリエチレン−２，６−ナフタレートも好ましい。これらのポリマーには、必要に応じて耐候剤や滑剤、帯電防止剤、顔料などの添加剤が配合されていても良い。

以下、実施例によって本発明を更に説明する。なお、例中の物性は下記の方法で測定した。
（１）色
サンプルフィルムを切り出し、その色の強さを蛍光灯のもとで目視観察した。
（２）偏向
１軸延伸したフィルムサンプルは偏向めがねで偏向の有無を目視観察した。
（３）最大反射率
島津製作所製分光光度計ＭＰＣ−３１００を用い、各波長でのアルミ蒸着したミラーとの相対鏡面反射率を波長３５０〜２１００ｎｍの範囲で測定する。その測定された反射率の中で最大のものを，最大反射率とする。測定位置はフィルム幅方向の両エッジを含む５点（等間隔）とした。
（４）外層部、内層部の厚み
サンプルを三角形に切り出し、包理カプセルに固定後、エポキシ樹脂にて包理する。そして、包理されたサンプルをミクロト−ム（ＵＬＴＲＡＣＵＴ−Ｓ）で縦方向に平行な断面を５０ｎｍ厚みの薄膜切片にしたあと、透過型電子顕微鏡を用いて、加速電子１００ｋｖにて観察・投影し、写真から各層の厚みを測定して、外層部と内層部の厚みを得た。ただし、測定した厚みが幅方向にばらつきを有している場合、最小値と最大値の平均値をその層の厚みとした。

［実施例１］
図１に示す装置で、層数が４０２層であり、トータル厚みが４２μｍの多層フィルムを作成した。
まず、二種類のポリマーを用意し、一方は固有粘度（オルトクロロフェノール、３５℃）０．６２ｄｌ／ｇのポリエチレン−２，６−ナフタレート（ＰＥＮ）であって真球状シリカ粒子（平均粒径：０．１２μｍ、長径と短径の比：１．０２、粒径の平均偏差：０．１）を０．１１ｗｔ％添加した。他方は、固有粘度（オルトクロロフェノール、３５℃）０．６３ｄｌ／ｇのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と固有粘度（オルトクロロフェノール、３５℃）０．６２ｄｌ／ｇのポリエチレン−２，６−ナフタレート（ＰＥＮ）を重量％で５０：５０にブレンドしたものを準備した。

各ポリマーのペレットを１６０℃で５時間乾燥後、別個の押出機に供給して溶融し、ギアポンプで計量しつつポリマーフィルターで濾過し、公知の多層フィードブロックへ導いた。ついで多層フィードブロック内で２つのポリマーを内層部２において交互に２０１層に積層し、さらに外層部１は（ｗ／ｔ）が１０となるように調整して積層し、矩形断面の流路へ導いた後、図１の装置において、断面Ｆにおいて２分割して分岐流Ｐ_１と分岐流Ｐ_２に分岐し、最配置させたあとに積層して貼り合せ、この積層状態を維持したままダイヘと導き、キャスティングドラム上にキャストして積層未延伸シートを作成した。

この未延伸積層シートを１５０℃の温度で縦方向に３．２倍に延伸し、更に１５５℃の延伸温度で横方向に３．５倍に延伸し、２３０℃で３秒間の熱固定処理を行いテンターから取り出したあと、両エッジを約２００ｍｍずつトリミングし１２００ｍｍ幅の多層フィルムを得た。得たフィルムは可視光のうち約５５０ｎｍの波長の光を反射するフィルムであり、目視で赤色に見えるフィルムであった。測定値を表１に示す。

［実施例２］
ｗ／ｔ＝１００とし、トータル厚みが７０μｍとなるよう調整した以外は実施例１と同じ条件で４０２層フィルムを採取した。

［実施例３］
実施例１において、矩形断面を有する積層流Ｐ_０において、分岐流が３つになるよう分割して分岐させ、３つの各分岐流の流量比が１：１．３：１．８になるよう調整し、得られた未延伸多層シートを縦方向に６．５倍で延伸して多層フィルムを得た。なお、このとき横延伸は省略した。そして、得られた多層フィルムの両エッジを約７０ｍｍずつトリミングして３５０ｍｍ幅の縦一軸多層フィルムを得た。そのフィルムの偏向の有無などを調べた。

［比較例］
実施例１において、内層部２の外側に特別な最外層を設けないよう調整し、トータル厚みが３８μｍとなるよう調整した以外は実施例１と同じ条件で４０２層フィルムを採取した。フィルムは、エッジ部で赤色の発色が弱く、目視で幅方向に色のばらつきが判るフィルムであった。なお、外層部と内層部との厚み比（ｗ／ｔ）は０．４とした。

本発明の製造方法によれば、光学特性を担う内層部を構成する各層は均一な厚みに積層することができ、光学特性が幅方向に均一な多層フィルムを効率よく生産できる。

本発明の方法を説明するための概念図であり、溶融状態で多層に積層された流れを分割分岐、再配置、積層するまでの操作手順を説明した図である。 外層部に生じる不良部分と内層部に生じる均一層とを説明するための図である。 従来法において生じる不良箇所を説明するための図である。

符号の説明

１ ：外層部
２ ：内層部
Ｓ１：分割分岐操作
Ｓ２：再配置操作
Ｓ３：積層操作
Ｆ ：積層流Ｐ_０の切断面
Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４：角部
Ｐ_０：矩形断面を有する積層流
Ｐ_１，Ｐ_２：各分岐流
ｔ ：内層部の層厚
ｗ ：外層部の層厚

Claims (5)

1. 多層フィードブロックにおいて少なくとも２種の溶融高分子重合体を３層以上に交互に積層した矩形断面を有する積層流を形成し、該積層流を積層面に垂直な断面で分割して独立した分岐流を形成し、積層数が増えるように前記各分岐流を積層面同士が互いに平行且つ互いに接するように再配置して再合流し、積層数を増やして多層フィルムを製造する際に、前記多層フィードブロックによって形成する積層流の外層部の厚み（ｗ）を内層部の厚み（ｔ）より大きくした多層フィルムの製造方法。
2. 前記外層部の厚み（ｗ）と前記内層部の厚み（ｔ）との比（ｗ／ｔ）が５〜２００であることを特徴とする、請求項１に記載の多層フィルムの製造方法。
3. 多層フィルムの厚みに対する最外層部を構成する高分子重合体の厚みの割合が５〜８０％であることを特徴とする、請求項１に記載の多層フィルムの製造方法。
4. 多層フィルムの層数が１１層以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の多層フィルムの製造方法。
5. 多層フィルムを縦一軸延伸して製品とすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の多層フィルムの製造方法。

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