JP2008242215A - 溶液製膜方法及び溶液製膜設備 - Google Patents

溶液製膜方法及び溶液製膜設備 Download PDF

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Abstract

【課題】光学特性にすぐれたフイルムを製造する。
【解決手段】流延バンドの上に流延ドープを流延して流延膜を形成する。流延膜を流延バンドから剥ぎ取って湿潤フイルム18を得る。湿潤フイルム18は、渡り部90を介してテンタ乾燥機45へ案内される。テンタ乾燥機45では、テンタ130は、湿潤フイルム18を搬送しがら、湿潤フイルム18乾燥処理と延伸処理と緩和処理とを施し、フイルム22を得る。テンタ乾燥室45における搬送により、湿潤フイルム18にはボーイング現象が発生する。この現象により、湿潤フイルム18に第1の光軸ずれが生成し、遅相軸にばらつきが生じる。本発明では、第3ゾーン123での延伸処理により、第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれを湿潤フイルム18上に形成するため、遅相軸のばらつきを抑えたフイルム22を製造することができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、溶液製膜方法及び溶液製膜設備に関するものである。
ポリマーフイルム(以下、フイルムと称する)は、優れた光透過性や柔軟性および軽量薄膜化が可能であるなどの特長から光学機能性フイルムとして多岐に利用されている。中でも、セルロースアシレート、特に57.5%〜62.5%の平均酢化度を有するセルローストリアセテート(以下、TACと称する)から形成されるTACフイルムは、その強靭性と難燃性とから写真感光材料のフイルム用支持体として利用されている。また、TACフイルムは、光学等方性に優れていることから、近年市場の拡大している液晶表示装置の偏光板の保護フイルム,光学補償フイルム(例えば、視野角拡大フイルムなど)などの光学フイルムとして用いられている。
主なフイルムの製造方法としては、溶融押出方法と溶液製膜方法とがある。溶融押出方法とは、ポリマーをそのまま加熱溶解させた後、押出機で押し出してフイルムを製造する方法であり、生産性が高く、設備コストも比較的低額であるなどの特徴を有する。しかし、フイルムの厚さの精度を調節することが難しく、また、フイルム上に細かいスジ(ダイライン)ができるために、光学フイルムの製造方法に適していない。一方、溶液製膜方法は、ポリマーと溶媒とを含んだポリマー溶液(以下、ドープと称する)を支持体上に流延して形成した流延膜が自己支持性を有するものとなった後、これを支持体から剥がして湿潤フイルムとし、湿潤フイルムの両端部をテンタで担持し、所定の方向に搬送しながら、延伸処理や緩和処理を行うと同時に、乾燥し、十分に乾燥した湿潤フイルムをフイルムとして巻き取る方法である。この溶液製膜方法は、溶融押出方法と比べて、光学等方性や厚み均一性に優れるとともに、含有異物の少ないフイルムを得ることができるため、フイルム、特に光学フイルムの製造方法として、溶液製膜方法が採用されている。
上述した溶液製膜方法では、湿潤フイルムに、湿潤フイルムを所定の方向に延伸する延伸処理と、延伸処理で湿潤フイルム内に生じる残留応力を緩和する緩和処理とを行う。これら延伸処理や緩和処理を湿潤フイルムに施すことより、最終形態であるフイルムの表面の平滑化、及び、レターデーション値や遅相軸の向きなどを調整し、光学特性の向上を図っている。テンタ等を用いた延伸処理や緩和処理では、湿潤フイルムにボーイング現象が発生する。そして、このボーイング現象により、湿潤フイルムの幅方向において、遅相軸にばらつきが生じることが知られている。近年では、液晶表示装置のコントラスト比の向上、画面輝度向上といった品質向上などの光学特性の要求が強くなってきている。こうした背景から、光学フイルムにも遅相軸のばらつきの低減等の光学特性の向上が要求され、光学フイルムを製造する製造方法の改良方法が望まれている。特に、偏光板の保護フイルムにおいては、直線偏光の楕円化を防止するため、非常に低い面内レターデーション値(0nm〜5nm)が要求される。したがって、溶液製膜方法を用いて光学用途のフイルムを製造する場合において、フイルム内の遅相軸を均一にすることが大きな課題となっている。
溶液製膜方法におけるボーイング現象の発生を防止する手段として、(1)フイルム中央部よりフイルム端部の温度を高くする。(2)フイルム中央部よりフイルム端部の残留溶媒量を大きくする。(3)テンタ式乾燥機内に温度の異なるゾーンを設けるといった手法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、テンタ式乾燥機でフイルム両端を把持している区画における湿潤フイルムの残留溶媒量変化を、25重量%以下とすることにより、遅相軸の均一化を実現する手法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−296422号公報 特開2004−314529号公報
しかしながら、ボーイング現象は、湿潤フイルムの幅方向の張力が付与される延伸処理のみならず、テンタによる搬送や湿潤フイルムの幅方向の張力が除される緩和処理でも発生する。特許文献1及び特許文献2で開示される手法は、延伸処理後のテンタの搬送や幅方向の張力が除された後に発生するボーイング現象について考慮されていない。更に、特許文献1に記載される手法では、延伸処理や緩和処理において、湿潤フイルムの幅方向における温度や残留溶媒量の分布を所定のものに制御する必要がある。延伸処理や緩和処理において複雑な制御を行う当該手法を用いると、製造に要する時間やコストなどが膨大になってしまい、大量生産には適していない。
本発明は、上記問題を解決するものであり、特別な設備を用いることなく、容易に且つ安価にボーイング現象の発生を抑制する溶液製膜方法及び溶液製膜設備を提供するものである。
本発明は、ポリマーと溶媒とを含むドープを支持体上に流出する流出工程と、前記支持体上に流延膜を形成する流延膜形成工程と、自己支持性を有する前記流延膜を湿潤フイルムとして剥ぎ取る剥取工程と、前記溶媒を含む前記湿潤フイルムを幅方向への延伸をしながら、前記湿潤フイルムを乾燥する第1乾燥工程と、前記延伸を行わずに前記湿潤フイルムを乾燥し、フイルムを得る第2乾燥工程とを有する溶液製膜方法において、前記第2乾燥工程で発生するボーイング現象により前記湿潤フイルムに生成する第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれを、前記第1乾燥工程の前記湿潤フイルムに付与することを特徴とする。
温度が前記ポリマーのガラス転移温度Tgよりも高く、残留溶媒量が5重量%以上10重量%以下である前記湿潤フイルムを、前記湿潤フイルムの幅方向に倍率101%以上120%未満で延伸して、前記湿潤フイルムに前記第2の光軸ずれを生成することが好ましい。
前記第2乾燥工程にて、前記湿潤フイルムの温度を20℃以上200℃以下に保持し、前記湿潤フイルムの幅方向には負荷を印加せずに、前記湿潤フイルムの長手方向に延伸することが好ましい。
前記剥取工程と前記第1乾燥工程との間の前記湿潤フイルムを乾燥する第3乾燥工程を有し、残留溶媒量が30重量%以上60重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を60℃以上80℃以下に保持する第1条件と、残留溶媒量が8重量%以上30重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を95℃以上110℃以下に保持する第2条件と、残留溶媒量が5重量%以上8重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を100℃以上120℃以下に保持する第3条件とのうち少なくとも1つを満たす前記第1乾燥工程又は前記第3乾燥工程であることが好ましい。
前記ポリマーが、セルロースアシレートであることが好ましい。
また、本発明は、支持体と、ポリマーと溶媒とを含むドープを前記支持体上に流出する流出手段と、前記支持体上に流延膜を形成する流延膜形成手段と、自己支持性を有する前記流延膜を湿潤フイルムとして剥ぎ取る剥取手段と、前記溶媒を含む前記湿潤フイルムを延伸しながら、前記湿潤フイルムを乾燥する第1乾燥手段と、前記延伸を行わずに前記湿潤フイルムを乾燥する第2乾燥手段と、を有する溶液製膜設備において、前記第1乾燥手段が、ボーイング現象により前記湿潤フイルムに生成する第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれを、前記湿潤フイルムに付与するずれ付与手段を有することを特徴とする。
前記湿潤フイルムの残留溶媒量に応じて、前記湿潤フイルムの温度を制御する温度制御手段と、前記湿潤フイルムの幅方向の倍率を制御する倍率制御手段とを有し、前記第1乾燥手段の制御により、前記温度制御手段が、残留溶媒量が5重量%以上10重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を、前記ポリマーのガラス転移温度Tgよりも高い温度に保持し、前記ずれ付与手段の制御より、前記倍率制御手段が、前記湿潤フイルムを幅方向に101%以上120%未満の倍率で延伸することが好ましい。
前記第2乾燥手段の制御により、前記温度制御手段が、残留溶媒量が5重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を20℃以上200℃以下に保持し、前記ずれ付与手段の制御より、前記倍率制御手段が、前記湿潤フイルムを幅方向に90%以上100%未満の倍率で延伸することが好ましい。
前記延伸前の前記湿潤フイルムを乾燥する第3乾燥手段を有し、前記第3乾燥手段と前記第1乾燥手段とのうち少なくとも一方の制御により、前記温度制御手段が、残留溶媒量が30重量%以上60重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を60℃以上80℃以下に保持する第1条件と、残留溶媒量が8重量%以上30重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を95℃以上110℃以下に保持する第2条件と、残留溶媒量が5重量%以上8重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を100℃以上120℃以下に保持する第3条件と、のうち少なくとも1つを満たす制御することが好ましい。
本発明の溶液製膜方法によれば、前記第2乾燥工程で発生するボーイング現象により前記湿潤フイルムに生成する第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれを、前記第1乾燥工程の前記湿潤フイルムに付与するため、レターデーション値を所望の範囲に調節しながら、フイルムの表面欠陥の発生や遅相軸のばらつきが抑えることが可能となり、光学特性や表面の平滑性に優れたフイルムを容易且つ安価に製造することができる。したがって、本発明により得られるフイルムは、液晶表示装置などの光学フイルムとして好適に用いることができる。また、第2の光軸ずれを生成するためには、既存のテンタ乾燥機を用いることが可能であるため、特別な装置を用いずに、フイルム内の遅相軸のばらつきを抑えることができる。
本発明の溶液製膜設備によれば、前記第1乾燥手段が、ボーイング現象により前記湿潤フイルムに生成する第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれを、前記湿潤フイルムに付与するずれ付与手段を有するため、フイルムの表面欠陥の発生や遅相軸のばらつきが抑えられ、光学特性や表面の平滑性に優れたフイルムを容易且つ安価に製造することができる。したがって、本発明は、光学フイルムの大量生産に適している。
以下に、本発明の実施態様について詳細に説明する。ただし、本発明はここに挙げる実施態様に限定されるものではない。
[原料]
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重量%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。
セルロースを構成するβ−1,4結合しているグルコース単位は、2位,3位及び6位に遊離の水酸基を有している。セルロースアシレートは、これらの水酸基の一部または全部を炭素数2以上のアシル基によりエステル化した重合体(ポリマー)である。アシル置換度は、2位,3位及び6位それぞれについて、セルロースの水酸基がエステル化している割合(100%のエステル化は置換度1である)を意味する。
全アシル化置換度、即ち、DS2+DS3+DS6は2.00〜3.00が好ましく、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、DS6/(DS2+DS3+DS6)は0.28以上が好ましく、より好ましくは
0.30以上、特に好ましくは0.31〜0.34である。ここで、DS2はグルコース単位の2位の水酸基のアシル基による置換度(以下、「2位のアシル置換度」とも言う)であり、DS3は3位の水酸基のアシル基による置換度(以下、「3位のアシル置換度」とも言う)であり、DS6は6位の水酸基のアシル基による置換度(以下、「6位のアシル置換度」とも言う)である。
本発明のセルロースアシレートに用いられるアシル基は1種類だけでも良いし、あるいは2種類以上のアシル基が使用されていても良い。2種類以上のアシル基を用いるときは、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。
セルロースアシレートの原料であるセルロースは、リンター,パルプのどちらから得られたものでも良い。
本発明のセルロースアシレートの炭素数2以上のアシル基としては、脂肪族基でもアリール基でも良く特に限定されない。それらは、例えばセルロースのアルキルカルボニルエステル、アルケニルカルボニルエステルあるいは芳香族カルボニルエステル、芳香族アルキルカルボニルエステルなどであり、それぞれさらに置換された基を有していても良い。これらの好ましい例としては、プロピオニル、ブタノイル、ペンタノイル、ヘキサノイル、オクタノイル、デカノイル、ドデカノイル、トリデカノイル、テトラデカノイル、ヘキサデカノイル、オクタデカノイル、iso−ブタノイル、t−ブタノイル、シクロヘキサンカルボニル、オレオイル、ベンゾイル、ナフチルカルボニル、シンナモイル基などを挙げることができる。これらの中でも、プロピオニル、ブタノイル、ドデカノイル、オクタデカノイル、t−ブタノイル、オレオイル、ベンゾイル、ナフチルカルボニル、シンナモイルなどがより好ましく、特に好ましくはプロピオニル、ブタノイルである。
ドープを調製する溶媒としては、芳香族炭化水素(例えば、ベンゼン,トルエンなど)、ハロゲン化炭化水素(例えば、ジクロロメタン,クロロベンゼンなど)、アルコール(例えば、メタノール,エタノール,n−プロパノール,n−ブタノール,ジエチレングリコールなど)、ケトン(例えば、アセトン,メチルエチルケトンなど)、エステル(例えば、酢酸メチル,酢酸エチル,酢酸プロピルなど)及びエーテル(例えば、テトラヒドロフラン,メチルセロソルブなど)などが挙げられる。なお、本発明において、ドープとはポリマーを溶媒に溶解または分散して得られるポリマー溶液,分散液を意味している。
これらの中でも炭素原子数1〜7のハロゲン化炭化水素が好ましく用いられ、ジクロロメタンが最も好ましく用いられる。TACの溶解性、流延膜の支持体からの剥ぎ取り性、フイルムの機械的強度など及びフイルムの光学特性などの物性の観点から、ジクロロメタンの他に炭素原子数1〜5のアルコールを1種ないし数種類混合することが好ましい。アルコールの含有量は、溶媒全体に対し2重量%〜25重量%が好ましく、5重量%〜20重量%がより好ましい。アルコールの具体例としては、メタノール,エタノール,n−プロパノール,イソプロパノール,n−ブタノールなどが挙げられるが、メタノール,エタノール,n−ブタノールあるいはこれらの混合物が好ましく用いられる。
ところで、最近、環境に対する影響を最小限に抑えることを目的に、ジクロロメタンを使用しない場合の溶媒組成についても検討が進み、この目的に対しては、炭素原子数が4〜12のエーテル、炭素原子数が3〜12のケトン、炭素原子数が3〜12のエステル、炭素数1〜12のアルコールが好ましく用いられる。これらを適宜混合して用いることがある。例えば、酢酸メチル,アセトン,エタノール,n−ブタノールの混合溶媒が挙げられる。これらのエーテル、ケトン,エステル及びアルコールは、環状構造を有するものであってもよい。また、エーテル、ケトン,エステル及びアルコールの官能基(すなわち、−O−,−CO−,−COO−及び−OH)のいずれかを2つ以上有する化合物も、溶媒として用いることができる。
なお、セルロースアシレートの詳細については、特開2005−104148号の[0140]段落から[0195]段落に記載されている。これらの記載も本発明にも適用できる。また、溶媒及び可塑剤,劣化防止剤,紫外線吸収剤(UV剤),光学異方性コントロール剤,レターデーション制御剤,染料,マット剤,剥離剤,剥離促進剤などの添加剤についても、同じく特開2005−104148号の[0196]段落から[0516]段落に詳細に記載されている。
[ドープ製造方法]
上記原料を用いて、まずドープを製造する。ドープ製造ラインには、溶媒を貯留するための溶媒タンクと溶媒とTACなどとを混合するための溶解タンクとTACを供給するためのホッパと添加剤を貯留するための添加剤タンクとが備えられている。さらに、後述する膨潤液を加熱するための加熱装置と調製されたドープの温度を調整する温調機と濾過装置とを備えている。また、溶媒を回収するための回収装置と、回収された溶媒を再生するための再生装置とが備えられている。そして、このドープ製造ラインは、ストックタンク39を介してフイルム製造設備40と接続されている。
まず始めに、バルブを開き、溶媒が溶媒タンクから溶解タンクに送られる。次にホッパに入れられているが、計量されながら溶解タンクに送り込まれる。また、添加剤溶液(主に可塑剤が含まれている)は、バルブの開閉操作により必要量が添加剤タンクから溶解タンクに送り込まれる。添加剤は、溶液として送り込む方法の他に、例えば添加剤が常温で液体の場合には、その液体の状態で溶解タンクに送り込むことが可能である。また、添加剤が固体の場合には、ホッパなどを用いて溶解タンクに送り込む方法も可能である。添加剤を複数種類添加する場合には、添加剤タンクの中に複数種類の添加剤を溶解させた溶液を入れておくこともできる。または、多数の添加剤タンクを用いてそれぞれに添加剤が溶解している溶液を入れて、それぞれ独立した配管により溶解タンクに送り込むこともできる。
前述した説明においては、溶解タンクに入れる順番が、溶媒(混合溶媒の場合も含めた意味で用いる)、TAC、添加剤であったが、この順番に限定されるものではない。例えば、TACを計量しながら溶解タンクに送り込んだ後に、好ましい量の溶媒を送液することもできる。また、添加剤は必ずしも溶解タンクに予め入れる必要はなく、後の工程でTACと溶媒との混合物(以下、これらの混合物もドープと称する場合がある)に混合させることもできる。
溶解タンクには、その外面を包み込むジャケットと、モータにより回転する第1攪拌機とが備えられている。さらに、モータにより回転する第2攪拌機が取り付けられていることが好ましい。なお、第1攪拌機は、アンカー翼が備えられたものであることが好ましく、第2攪拌機は、ディゾルバータイプの偏芯型撹拌機であることが好ましい。そして、溶解タンクには、ジャケットの内部に伝熱媒体を流すことにより温度調整されており、その好ましい温度範囲は−10℃〜55℃の範囲である。第1攪拌機,第2攪拌機のタイプを適宜選択して使用することにより、TACが溶媒中で膨潤した膨潤液を得る。
次に、膨潤液は、ポンプにより加熱装置に送られる。加熱装置は、ジャケット付き配管であることが好ましく、さらに、膨潤液を加圧することができる構成のものが好ましい。このような加熱装置を用いることにより、加熱条件下または加圧加熱条件下で膨潤液中の固形分を溶解させてドープを得る。以下、この方法を加熱溶解法と称する。なお、この場合に膨潤液の温度は、50℃〜120℃であることが好ましい。また、膨潤液を−100℃〜−30℃の温度に冷却する冷却溶解法を行うこともできる。加熱溶解法及び冷却溶解法を適宜選択して行うことでTACを溶媒に充分溶解させることが可能となる。ドープを温調機により略室温とした後に、濾過装置により濾過してドープ中に含まれる不純物を取り除く。濾過装置に使用される濾過フィルタは、その平均孔径が100μm以下であることが好ましい。また、濾過流量は、50L/hr以上であることが好ましい。濾過後のドープ11は、フイルム製造設備40中のストックタンク39に送られここに貯留される。
ところで、上記のように、一旦膨潤液を調製し、その後にこの膨潤液をドープとする方法は、TACの濃度を上昇させるほど要する時間が長くなり、製造コストの点で問題となる場合がある。その場合には、目的とする濃度よりも低濃度のドープを調製し、その後に目的の濃度とするための濃縮工程を行うことが好ましい。このような方法を用いる際には、濾過装置で濾過されたドープをフラッシュ装置に送り、フラッシュ装置内でドープ中の溶媒の一部を蒸発させる。蒸発により発生した溶媒ガスは、凝縮器(図示しない)により凝縮されて液体となり回収装置により回収される。回収された溶媒は再生装置によりドープ調製用の溶媒として再生されて再利用される。この再利用はコストの点で効果がある。
また、濃縮されたドープは、ポンプによりフラッシュ装置から抜き出される。さらに、ドープに発生した気泡を抜くために泡抜き処理が行われることが好ましい。この泡抜き方法としては、公知の種々の方法が適用され、例えば超音波照射法が挙げられる。ドープは続いて濾過装置に送られて、異物が除去される。なお、濾過する際のドープの温度は、0℃〜200℃であることが好ましい。そして、濾過後のドープ11は、ストックタンク39に送られ、貯蔵される。
以上の方法により、TAC濃度が5重量%〜40重量%であるドープ11を製造することができる。より好ましくはTAC濃度が15重量%以上30重量%以下であり、最も好ましくは17重量%以上25重量%以下の範囲とすることである。また、添加剤(主には可塑剤である)の濃度は、ドープ中の固形分全体を100重量%とした場合に1重量%以上20重量%以下の範囲とすることが好ましい。なお、TACフイルムを得る溶液製膜法における素材、原料、添加剤の溶解方法及び添加方法、濾過方法、脱泡などのドープの製造方法については、特開2005−104148号の[0517]段落から[0616]段落が詳しい。これらの記載も本発明に適用できる。
(フイルム製造工程)
次に、上記で得られたドープ11を用いてフイルムを製造するフイルム製造工程10について説明する。図1のように、本発明のフイルム製造工程10は、ドープ11から流延ドープ14を調製する流延ドープ調製工程15と、流延ドープ14を支持体上に流延して流延膜16を形成する流延工程17と、自己支持性を有する流延膜16を支持体から剥ぎ取って湿潤フイルム18とする剥取工程19と、湿潤フイルム18を乾燥する渡り部乾燥工程20と、湿潤フイルム18を延伸しながら乾燥するテンタ乾燥工程21とを有する。このテンタ乾燥工程21によって、フイルム22を得ることができる。なお、このフイルム22を更に乾燥する乾燥工程、ナーリングを付与するための工程や、フイルム22を巻き取り、フイルムロールとする巻取工程等を適宜行っても良い。
(テンタ乾燥工程)
また、テンタ乾燥工程21は、予熱工程31と延伸工程32と自由収縮乾燥工程33とを有する。予熱工程31では、湿潤フイルム18に所定の条件に調節された乾燥風をあてる。予熱工程31の主たる目的は、ボーイングの発生を抑えながら湿潤フイルム18を乾燥させることにある。
延伸工程32では、無端走行する担持手段により湿潤フイルム18両側端部を担持し、湿潤フイルム18を幅方向に延伸しつつ、湿潤フイルム18に乾燥風をあてる。この延伸工程32の主たる目的は、延伸処理と乾燥処理を同時に行いながら、ボーイング現象の発生を抑えつつ、湿潤フイルム18の遅相軸やレターデーション値などの光学特性の付与若しくはその調節、及び湿潤フイルム18の表面の平滑化を行うことと同時に、第2の光軸ずれを湿潤フイルム18に付与することにある。
自由収縮乾燥工程33では、幅方向の延伸を行わずに、長手方向への延伸を行い、湿潤フイルム18を幅方向に自由収縮させながら、湿潤フイルム18を乾燥する。自由収縮乾燥工程33の主たる目的は、延伸工程32にて湿潤フイルム18に生成する残留応力を除去しながら、第2の光軸ずれを相殺しうるような第1の光軸ずれを生成し、結果としてボーイング現象による第2の光軸ずれをなくすことにある。
ボーイング現象は、幅方向の両端部を担持手段で担持し、担持手段を所定方向に搬送することにより発生し、幅方向における湿潤フイルム18の中央部分が、両端部に比べて遅れが生じる状態をいう。つまり、湿潤フイルム18の両端部を担持しながら、搬送することにより、湿潤フイルム18の中央部分に遅れが生ずる。この遅れは、両端部に加わっていた幅方向の張力を除するときにも、湿潤フイルムに発生する。ボーイング現象により生成する遅れは、光軸ずれ、いわゆる遅相軸のずれとして湿潤フイルム18に生成する。本明細書では、湿潤フイルム18の中央部分の遅れを第1の光軸ずれと称する。第1の光軸ずれは、湿潤フイルム18の中央部が搬送方向の上流側に湾曲するような形状として生成する。また、湿潤フイルム18の両側端部の遅れを第2の光軸ずれと称する。第2の光軸ずれは、湿潤フイルム18の中央部が搬送方向の下流側に湾曲するような形状として生成する。
(溶液製膜方法)
次に、上記で得られたドープ11を用いてフイルム22を製造する方法を説明する。図2はフイルム製造設備40を示す概略図である。ただし、本発明は、図2に示すようなフイルム製造設備に限定されるものではない。フイルム製造設備40には、ストックタンク39、流延ダイ41、回転ローラ42,43に掛け渡された流延バンド44、テンタ乾燥室45、耳切装置46、乾燥室47、冷却室48及び巻取室49などが備えられている。
ストックタンク39には、モータ55で回転する攪拌機56が取り付けられている。そして、ストックタンク39は、ポンプ58と濾過装置59とスタティックミキサ60とを備える配管61を介して、流延ダイ41と接続する。
第1タンク65にはマット剤液が貯留している。マット剤液はドープ11を構成する溶媒とポリマーと添加剤などとを含みドープ11に混合し易いように調製されている。第1タンク65は、ポンプ66が設けられている配管67が接続されている。なお、本発明に用いられるマット剤は特に限定されるものではないが、シリカ,アルミナなどが好ましく用いられる。また、濃度も特に限定されるものではないが、0.01重量%〜0.50重量%の範囲であることが好ましい。
第2タンク70には紫外線吸収剤溶液が貯留している。紫外線吸収剤溶液はドープ11を構成する溶媒とポリマーと添加剤などとを含みドープ11に混合し易いように調製されている。第2タンク70は、ポンプ71が設けられている配管72が接続されている。この配管72には前記マット剤液が送液されている配管67と接続している。また、配管72と接続する部分よりも下流側の配管67にはスタティックミキサ74が取り付けられている。さらに、配管67は、スタティックミキサ74の下流側でドープ11が送液されている配管61と接続されている。なお、本発明に用いられる紫外線吸収剤は特に限定されるものではないが、ベンゾトリアゾール系,ベンゾフェノン系などが好ましく用いられる。また、濃度も特に限定されるものではないが、0.1重量%〜3.0重量%の範囲であることが好ましい。
マット剤液は、配管67を通り紫外線吸収剤溶液に混合される。その後にスタティックミキサ74により均一に混合攪拌される。以下、混合攪拌された液を添加液と称する。
添加液は、配管61内を送液しているドープ11に混合される。その後にスタティックミキサ60で混合攪拌されて均一な液となる。以下、この液を流延ドープ14と称する。
流延ダイ41の材質としては、析出硬化型のステンレス鋼が好ましく、その熱膨張率が2×10−5(℃−1)以下であることが好ましい。そして、電解質水溶液での強制腐食試験でSUS316と略同等の耐腐食性を有するものも、この流延ダイ41の材質として用いることができ、さらに、ジクロロメタン、メタノール、水の混合液に3ヵ月浸漬しても気液界面にピッティング(孔開き)が生じない耐腐食性を有するものを用いられる。さらに、鋳造後1ヶ月以上経過したものを研削加工して流延ダイ41を作製することが好ましい。これにより流延ダイ41内を流延ドープ14が一様に流れ、後述する流延膜にスジなどが生じることが防止される。流延ダイ41の接液面の仕上げ精度は、表面粗さで1μm以下、真直度はいずれの方向にも1μm/m以下であることが好ましい。流延ダイ41のスリットのクリアランスは、自動調整により0.5mm〜3.5mmの範囲で調整可能とされている。流延ダイ41のリップ先端の接液部の角部分について、そのRは全巾にわたり50μm以下とされている。また、流延ダイ41内部における流延ドープ14の剪断速度が1(1/秒)〜5000(1/秒)となるように調整されていることが好ましい。
流延ダイ41の幅は、特に限定されるものではないが、最終製品となるフイルムの幅の1.1倍〜2.0倍であることが好ましい。また、製膜中の温度が所定温度に保持されるように、流延ダイ41に温調機を取り付けることが好ましい。また、流延ダイ41にはコートハンガー型のものを用いることが好ましい。さらに、厚み調整ボルト(ヒートボルト)を流延ダイ41の幅方向において所定の間隔で設け、ヒートボルトによる自動厚み調整機構が流延ダイ41に備えられていることがより好ましい。ヒートボルトは予め設定されるプログラムによりポンプ(高精度ギアポンプが好ましい)58の送液量に応じてプロファイルを設定し製膜を行うことが好ましい。また、フイルム製造設備40中に図示しない厚み計(例えば、赤外線厚み計)のプロファイルに基づく調整プログラムによってフィードバック制御を行っても良い。流延エッジ部を除いて製品フイルムの幅方向の任意の2点の厚み差は1μm以内に調整し、幅方向厚みの最小値と最大値との差が3μm以下となるように調整することが好ましく、2μm以下に調整することがより好ましい。また、厚み精度は±1.5μm以下に調整されているものを用いることが好ましい。
流延ダイ41のリップ先端には、硬化膜が形成されていることがより好ましい。硬化膜の形成方法は、特に限定されるものではないが、セラミックスコーティング、ハードクロムメッキ、窒化処理方法などが挙げられる。硬化膜としてセラミックスを用いる場合には、研削でき気孔率が低く脆くなく耐腐食性が良く、かつ流延ダイ41と密着性が良く、ドープとの密着性がないものが好ましい。具体的には、タングステン・カーバイド(WC),Al23,TiN,Cr23などが挙げられるが、なかでも特に好ましくはWCである。WCコーティングは、溶射法で行うことができる。
流延ダイ41のスリット端に流出する流延ドープ14が、局所的に乾燥固化することを防止するために溶媒供給装置(図示しない)をスリット端に取り付けることが好ましい。この場合には、流延ドープ14を可溶化する溶媒(例えば、ジクロロメタン86.5重量部,アセトン13重量部,n−ブタノール0.5重量部の混合溶媒)を流延ビードの両端部、ダイスリット端部及び外気が形成する三相接触線の周辺部付近に供給することが好ましい。端部の片側それぞれに0.1mL/分〜1.0mL/分で供給することが、流延膜中への異物混合を防止するために好ましい。なお、この液を供給するポンプとしては、脈動率が5%以下のものを用いることが好ましい。
流延ダイ41の下方には、回転ローラ42,43に掛け渡された流延バンド44が設けられている。回転ローラ42,43は図示しない駆動装置により回転し、この回転に伴い流延バンド44は無端で走行する。流延バンド44は、その移動速度、すなわち流延速度が10m/分〜200m/分で移動できるものであることが好ましい。また、流延バンド44の表面温度を所定の値にするために、回転ローラ42,43に伝熱媒体循環装置80が取り付けられていることが好ましい。流延バンド44は、その表面温度が−20℃〜40℃に調整可能なものであることが好ましい。本実施形態において用いられている回転ローラ42,43内には伝熱媒体流路(図示しない)が形成されており、その中を所定の温度に保持されている伝熱媒体が通過することにより、回転ローラ42,43の温度を所定の値に保持されるものとなっている。
流延バンド44の幅は、特に限定されるものではないが、流延ドープ14の流延幅の1.1倍〜2.0倍の範囲のものを用いることが好ましい。また、長さは20m〜200m、厚みは0.5mm〜2.5mmであり、表面粗さは0.05μm以下となるように研磨されていることが好ましい。流延バンド44は、ステンレス製であることが好ましく、十分な耐腐食性と強度とを有するようにSUS316製であることがより好ましい。また、流延バンド44の全体の厚みムラは0.5%以下のものを用いることが好ましい。
なお、回転ローラ42,43を直接支持体として用いることも可能である。この場合には、回転ムラが0.2mm以下となるように高精度で回転できるものであることが好ましい。この場合には、回転ローラ42,43の表面の平均粗さを0.01μm以下とすることが好ましい。そこで、回転ローラの表面にクロムメッキ処理などを行い、十分な硬度と耐久性を持たせる。なお、支持体(流延バンド44や回転ローラ42,43)の表面欠陥は最小限に抑制する必要がある。具体的には、30μm以上のピンホールが無く、10μm以上30μm未満のピンホールは1個/m2以下であり、10μm未満のピンホールは2個/m2以下であることが好ましい。
流延ダイ41、流延バンド44などは流延室81に収められている。流延室81には、その内部温度を所定の値に保つための温調設備(図示しない)と、揮発している有機溶媒を凝縮回収するための凝縮器(コンデンサ)82とが設けられている。そして、凝縮液化した有機溶媒を回収するための回収装置83が流延室81の外部に設けられている。また、流延ダイ41から流延バンド44にかけて形成される流延ビードの背面部を圧力制御するための減圧チャンバ85が配されていることが好ましく、本実施形態においてもこれを使用している。
流延膜16に含まれる溶媒を蒸発させるため送風口87a,87b,87cが流延バンド44の周面近くに設けられている。また、遮風板87dが、流延ダイ41近傍の下流側に設けられていることが好ましい。遮風板87dは、乾燥風を遮るため、流延直後の流延膜16の面状変動を防ぐことができる。また、流延室81には、流延バンド44の走行により流延膜16が搬送される路(以下、搬送路と称する)が形成される。下流側の搬送路の近傍には、剥取ローラ89が設けられる。剥取ローラ89は、流延バンド44によって搬送される流延膜16を剥ぎ取り、湿潤フイルム18として流延室81の外部へ案内する。
流延室81とテンタ乾燥室45との間には、渡り部90が設けられる。渡り部90には、送風機91と1つまたは2つ以上のローラ92とが備えられる。ローラ92は、剥取ローラ89によって流延室81案内される湿潤フイルム18をテンタ乾燥室45に案内する。なお、渡り部90では下流側のローラの回転速度を上流側のローラの回転速度より速くすることにより湿潤フイルム18にドローテンションを付与させることも可能である。
送風機91は、渡り部90における温度、湿度などの条件(以下、空調条件と称する)を所定の範囲に保持する。また、渡り部90には図示しない循環機が備えられる。この循環器は、渡り部90内の空気を循環させて、渡り部90内の空調条件を均一にする。このとき乾燥風の温度が、20℃〜250℃であることが好ましい。こうして、ローラ92によって渡り部90を通過する湿潤フイルム18の乾燥の進行度と湿潤フイルム18の温度とを所望のものにすることができる。
テンタ乾燥室45では、湿潤フイルム18に前述したテンタ乾燥工程21を行い、湿潤フイルム18からフイルム22を得る。また、テンタ乾燥室45の下流の耳切装置46には、切り取られたフイルム22の側端部(耳と称される)の屑を細かく切断処理するためのクラッシャ93が接続されている。テンタ乾燥室45の詳細については後述する。
乾燥室47には、多数のローラ100が備えられており、蒸発して発生した溶媒ガスを吸着回収するための吸着回収装置101が取り付けられている。そして、乾燥室47の下流に冷却室48が設けられているが、乾燥室47と冷却室48との間に調湿室(図示しない)を設けても良い。冷却室48の下流には、フイルム22の帯電圧を所定の範囲(例えば、−3kV〜+3kV)となるように調整するための強制除電装置(除電バー)102が設けられている。強制除電装置102は、冷却室48の下流側とされている例を図示しているが、この設置位置に限定されるものではない。さらに、本実施形態においては、フイルム22の両縁にエンボス加工でナーリングを付与するためのナーリング付与ローラ103が、強制除電装置102の下流に適宜設けられる。また、巻取室49の内部には、フイルム22を巻き取るための巻取ローラ110と、その巻き取り時のテンションを制御するためのプレスローラ111とが備えられている。
(テンタ乾燥室)
次に、テンタ乾燥室45の詳細について説明する。図3のように、テンタ乾燥室45の内部は、3つの温度ゾーン(以下、第1ゾーン121〜第3ゾーン123と称する)を有する。第1ゾーン121の上流側には入口45aが、第3ゾーン123の下流側には出口45bが設けられる。第1ゾーン121では、予熱工程31が行われ、第2ゾーン122では、延伸工程32が行われ、第3ゾーン123では自由収縮乾燥工程33が行われる。
(テンタ)
テンタ乾燥室45の内部には、テンタ130が配される。テンタ130は、無端走行する1対のチェーン131a、131bと、このチェーン131a、131bに所定のピッチで取り付けられ、湿潤フイルム18の把持手段となるクリップ132a、132bと、チェーン131a、131bの走行を案内するレール133a、133bと、チェーン131a、131bが巻き掛けられるチェーンスプロケット134a、134bと、チェーンスプロケット134a、134bを回転駆動する駆動部135a、135bとを備えている。駆動部135a、135bにより、チェーン131a、131bに備え付けられるクリップ132a、132bは、レール133a、133bに沿って、所定の速度で走行する。更に、テンタ130は、入口130aと出口130bとを備える。そして、入口130aが第1ゾーン121内に、出口130bが第2ゾーン122と第3ゾーン123との境界になるように、テンタ130がテンタ乾燥室45内に配される。入口130aでは、クリップ132a、132bが湿潤フイルム18の両端部を担持する。そして、このクリップ132a、132bの走行により、湿潤フイルム18は、テンタ130の入口130aから、出口130bに向けて送られる。出口130bでは、湿潤フイルム18の両端部がクリップ132a、132bの担持から開放される。なお、駆動部135a、135bは、入口130aおよび出口130bのいずれか一方に設置し、かつ、対面するチェーンスプロケット134a、134bを連動させるように設置する。ただし、駆動部135a、135bの設置箇所は、特に限定されるものではない。
ローラ138は、出口130bの下流側に配される。ローラ138は、テンタ130によって第3ゾーン123へ案内される湿潤フイルム18を耳切装置46へ案内する。ローラ138のうち第3ゾーン123における下流側のローラの回転速度を上流側のローラの回転速度より速くすることにより、所望のドローテンションを印加する。このドローテンションの印加により、湿潤フイルム18の長手方向への延伸処理が行われる。
また、第1〜第3ゾーン121〜123には、空調機141〜143がそれぞれ配される。空調機141〜143は、第1〜第3ゾーン121〜123の空調条件を所定の範囲に保持する。また、第1〜第3ゾーン121〜123には図示しない循環機が備えられる。この循環器は、第1〜第3ゾーン121〜123内の空気を循環させて、第1〜第3ゾーン121〜123内の空調条件を均一にする。こうして、第1〜第3ゾーン121〜123を通過する湿潤フイルム18の乾燥の進行度と湿潤フイルム18の温度とを所望のものにすることができる。
第1ゾーン121のテンタ130の入口130aにおいて、湿潤フイルム18の両端部は、クリップ132a、132bにより担持される。クリップ132a、132bにより担持される湿潤フイルム18は、第1ゾーン121から第3ゾーン123へかけて送られる。湿潤フイルム18の搬送中において、空調機141〜143や駆動部135a、135bは、第1〜第3ゾーン121〜123における空調条件を所望の範囲に保持しつつ、残留溶媒量が所望の範囲になるまで湿潤フイルム18を乾燥する。そして、出口130bでは、湿潤フイルム18の両端部は、クリップ132a、132bの担持から開放される。クリップ132a、132bの担持から開放された湿潤フイルム18は、所定の条件で乾燥されながら、ローラ138により第3ゾーン123を通過し、フイルム22として耳切装置46へ案内される。
レール133a、133bは、第1〜第3ゾーン121〜123における1対のレール133a、133bの間隔が、徐々に変化しながら所定の幅となるように配される。具体的には、第1ゾーン121と第2ゾーン122との境界における湿潤フイルム18の幅がL1、第2ゾーン122と第3ゾーン123との境界における湿潤フイルム18の幅がL2となるように、1対のレール133a、133bが配される。なお、第1〜第3ゾーン121〜123におけるレール間隔の変更装置としては、例えば、特開2003−276082号公報などに、詳しく説明されている。
こうして、湿潤フイルム18は、テンタ乾燥室45内の通過中に、幅方向における延伸処理、緩和処理及び乾燥処理が段階的に施される。なお、延伸処理とは、湿潤フイルム18を所定の方向に延伸する処理をいい、緩和処理は、湿潤フイルム18の長手方向に延伸して、延伸処理で湿潤フイルム内に生じる残留応力を緩和する処理である。
なお、テンタ乾燥室45内における延伸処理及び緩和処理の倍率は、第1〜第3ゾーン121〜123のうちいずれかの第(X)ゾーンにおいて、最も上流側の湿潤フイルム18の幅をL(X−1)、最も下流側の湿潤フイルム18の幅をL(X)としたときに、L(X)/L(X−1)を百分率で表した値である。延伸処理とは、L(X)/L(X−1)の値が1より大きい場合を表し、緩和処理とは、L(X)/L(X−1)の値が1より小さい場合を表す。また、L0は、テンタ乾燥室45の入り口45aにおける湿潤フイルム18の幅であり、L3は、テンタ乾燥室45の出口45bにおける湿潤フイルム18の幅である。
次に、以上のようなフイルム製造設備40を使用してフイルム22を製造する方法の一例を以下に説明する。
ドープ11は、攪拌機56の回転により常に均一化されている。ドープ11には、この攪拌の際にも可塑剤などの添加剤を混合させることもできる。ドープ11は、ポンプ58により濾過装置59に送られてここで濾過される。マット剤液はポンプ66で配管67内に送液される。紫外線吸収剤溶液はポンプ71で配管72内を送液される。配管67内のマット剤液は配管67内の紫外線吸収剤溶液内に混合される。その後にスタティックミキサ74で攪拌混合されて均一な添加液となる。添加液は配管67内を送液され、配管61内に送液されているドープ11に混合される。その後にスタティックミキサ60で攪拌混合されて組成が略均一な流延ドープ14となる。ドープ11とマット剤液と紫外線吸収剤溶液との混合比は特に限定されるものではないが、90重量%:5重量%:5重量%〜99重量%:0.5重量%:0.5重量%の範囲であることが好ましい。
流延ドープ14は、流延ダイ41から流延バンド44上に流延される。回転ローラ42,43の駆動は、流延バンド44に生じるテンションが10N/m〜10N/mとなるように調整されることが好ましい。また、流延バンド44と回転ローラ42,43との相対速度差は、0.01m/分以下となるように調整する。流延バンド44の速度変動を0.5%以下とし、流延バンド44が一回転する際に生じる幅方向の蛇行は1.5mm以下とすることが好ましい。この蛇行を制御するために流延バンド44の両端の位置を検出する検出器(図示しない)を設け、その測定値に基づき流延バンド44の位置制御機(図示しない)にフィードバック制御を行い、流延バンド44の位置の調整を行うことがより好ましい。さらに、流延ダイ41直下における流延バンド44について、回転ローラ42,43の回転に伴う上下方向の位置変動が200μm以下となるように調整することが好ましい。また、流延室81の温度は、温調設備(図示しない)により−10℃〜57℃とされていることが好ましい。なお、流延室81の内部で蒸発した溶媒は凝縮器82で凝縮液化した後に回収装置83により回収された後に、再生させてドープ調製用溶媒として再利用される。
流延ダイ41から流延バンド44にかけては流延ビードが形成され、流延バンド44上には流延膜16が形成される。流延時の流延ドープ14の温度は、−10℃〜57℃であることが好ましい。また、流延ビードを安定させるために、この流延ビードの背面が減圧チャンバ85により所望の圧力値に制御されることが好ましい。ビード背面は、前面よりも−2000Pa〜−10Paの範囲で減圧することが好ましい。さらに、減圧チャンバ85にはジャケット(図示しない)を取り付けて、内部温度が所定の温度を保つように温度制御されることが好ましい。減圧チャンバ85の温度は特に限定されるものではないが、用いられている有機溶媒の凝縮点以上にすることが好ましい。また、流延ビードの形状を所望のものに保つために流延ダイ41のエッジ部に吸引装置(図示しない)を取り付けることが好ましい。このエッジ吸引風量は、1L/分〜100L/分の範囲であることが好ましい。
流延膜16は、流延バンド44の走行とともに移動し、このときに送風口87a〜87cにより流延膜16に乾燥風があてられて溶媒の蒸発が促進される。そして、この乾燥風の吹き付けにより流延膜16の面状が変動することがあるが、遮風板87dがこの変動を抑制している。なお、流延バンド44の表面温度は、−20℃〜40℃であることが好ましい。
流延膜16は、自己支持性を有するものとなった後に、湿潤フイルム18として剥取ローラ89で支持されながら流延バンド44から剥ぎ取られ、渡り部90へ送られる。剥ぎ取り時の残留溶媒量は、乾量基準で20重量%〜250重量%であることが好ましい。渡り部90では、送風機91から所望の温度の乾燥風を送風することで湿潤フイルム18の乾燥を進行させながら、多数のローラを用いて、湿潤フイルム18をテンタ乾燥室45に案内する。テンタ乾燥室45に案内するときの湿潤フイルム18の残留溶媒量は、製造条件に応じて適宜決定すればよい。なお、渡り部90では下流側のローラの回転速度を上流側のローラの回転速度より速くすることにより湿潤フイルム18にドローテンションを付与させることも可能である。なお、本明細書における残留溶媒量は、サンプリング時におけるフイルム(流延膜16、湿潤フイルム18やフイルム22)の重量をx、そのサンプリングフイルムに含まれるポリマーの重量をyとするとき{(x−y)/y}×100で算出される値である。
テンタ乾燥室45に送られている湿潤フイルム18は、入口130aでクリップ132a、132bにより両端部を担持される湿潤フイルム18は、レール133a、133bに沿って第1ゾーン121から第2ゾーン122へかけて搬送される。その後、第2ゾーン122と第3ゾーン123との境界では、湿潤フイルム18の両端部は、クリップ132a、132bの担持から開放される。そして、湿潤フイルム18は、所定の条件で乾燥されながら、図示しないローラにより、クラッシャ93へ送り出される。なお、テンタ乾燥室45における湿潤フイルム18の乾燥については後に詳細に説明する。
湿潤フイルム18は、テンタ乾燥室45で所定の残留溶媒量まで乾燥された後、フイルム22として下流側の耳切装置46に送り出される。フイルム22の両側端部は、耳切装置46によりその両縁が切断される。切断された側端部は、図示しないカッターブロワによりクラッシャ93に送られる。クラッシャ93により、フイルム側端部は粉砕されてチップとなる。このチップはドープ調製用に再利用されるので、この方法はコストの点において有効である。なお、このフイルム両側端部の切断工程については省略することもできるが、前記流延工程から前記フイルムを巻き取る工程までのいずれかで行うことが好ましい。
両側端部を切断除去されたフイルム22は、乾燥室47に送られ、さらに乾燥される。乾燥室47内におけるフイルム22の温度は、特に限定されるものではないが、50℃〜160℃の範囲であることが好ましい。乾燥室47においては、フイルム22は、ローラ100に巻き掛けられながら搬送されており、ここで蒸発して発生した溶媒ガスは、吸着回収装置101により吸着回収される。溶媒成分が除去された空気は、乾燥室47の内部に乾燥風として再度送風される。なお、乾燥室47は、乾燥温度を変えるために複数の区画に分割されていることがより好ましい。また、耳切装置46と乾燥室47との間に予備乾燥室(図示しない)を設けてフイルム22を予備乾燥すると、乾燥室47においてフイルム温度が急激に上昇することが防止されるので、これによりフイルム22の形状変化をより抑制することができる。
フイルム22は、冷却室48で略室温まで冷却される。なお、乾燥室47と冷却室48との間に調湿室(図示しない)を設けても良く、この調湿室において、所望の湿度及び温度に調整された空気をフイルム22に吹き付けることが好ましい。これにより、フイルム22のカールの発生や巻き取る際の巻き取り不良の発生を抑制することができる。
また、強制除電装置(除電バー)102により、フイルム22が搬送されている間の帯電圧が所定の範囲(例えば、−3kV〜+3kV)とされる。図3では冷却室48の下流側に設けられている例を図示しているがその位置に限定されるものではない。さらに、ナーリング付与ローラ103を設けて、フイルム22の両縁にエンボス加工でナーリングを付与することが好ましい。なお、ナーリングされた箇所の凹凸が、1μm〜200μmであることが好ましい。
最後に、フイルム22を巻取室49内の巻取ローラ110で巻き取る。この際には、プレスローラ111で所望のテンションを付与しつつ巻き取ることが好ましい。なお、巻き取り時のテンションは巻取開始時から終了時まで徐々に変化させることがより好ましい。巻取ローラ110に巻き取られるフイルム22は、長手方向(流延方向)に少なくとも100m以上とすることが好ましい。また、フイルム22の幅が600mm以上であることが好ましく、1400mm以上1800mm以下であることがより好ましい。また、本発明は、1800mmより大きい場合にも効果がある。フイルム22の厚みが15μm以上100μm以下の薄いフイルムを製造する際にも本発明は適用される。
次に、テンタ乾燥室45内の湿潤フイルム18に施す各処理の詳細について説明する。
図3に示すように、第1ゾーン121内のテンタ130の入口130aにて、クリップ132a、132bは、渡り部90から入口45aを経て送り出された湿潤フイルム18の両側端部を担持する。チェーン131a、131bの移動に伴い、湿潤フイルム18は、入口130aから出口130bに向かって送られる。出口130bでは、湿潤フイルム18の両端部がクリップ132a、132bによる担持から開放される。両端部の担持から開放される湿潤フイルム18は、図示しないローラにより、第3ゾーン123及び出口45bを通過する。こうして、湿潤フイルム18は、第1ゾーン121から第3ゾーン123の各ゾーンを順次通過する。第3ゾーン123を通過した湿潤フイルム18、フイルム22となって、図示しないローラにより耳切装置46へ送られる。
第1ゾーン121から第3ゾーン123に配される空調機141〜143は、第1〜第3ゾーン121〜123の空調条件を所定の範囲に保持する。本実施形態では、第1〜第3ゾーン121〜123の空調条件として、第1〜第3ゾーン121〜123の温度T1〜T3、湿度や溶媒の蒸気圧などを用いている。
(第1ゾーン)
第1ゾーン121では、第2ゾーン122以降の各ゾーンにおける乾燥のための予熱工程31を行う。この第1ゾーン121における湿潤フイルム18の残留溶媒量Z1や温度T1は、次工程で要求される残留溶媒量Z2や温度T2に応じて適宜調整すればよい。第1ゾーン121における残留溶媒量Z1や温度T1の調整方法の具体例については、後述する。
(第2ゾーン)
第2ゾーン122では、延伸工程32を行い、湿潤フイルム18のレターデーションの調節や表面の平滑化と同時に、湿潤フイルム18へ第2の光軸ずれの付与を行う。第2ゾーン122における延伸処理の倍率L2/L1は、101%以上120%未満であることが好ましい。上記範囲の倍率の延伸処理を行うことにより、適正な量の第2の光軸ずれを湿潤フイルム18に付与することができる。L2/L1が100%未満である場合には、湿潤フイルム18のレターデーションの調節や表面の平滑化を十分に行うことができないため好ましくない。一方、L2/L1が121%以上の場合では、延伸工程32の後工程である自由収縮乾燥工程33において相殺できないほどの大きな第2の光軸ずれを湿潤フイルム18に生成してしまうこと、更に延伸をつづけると湿潤フイルム18が破断する恐れがあるため、好ましくない。
第2ゾーン122における湿潤フイルム18の残留溶媒量Z2は、5重量%以上10重量%以下であることが好ましい。湿潤フイルム18の温度T2は湿潤フイルム18に含まれるポリマーのガラス転移温度Tgよりも以上であることが好ましい。温度T2がガラス転移温度Tg℃未満である場合には、第2の光軸ずれを湿潤フイルム18に付与しにくいため好ましくない。湿潤フイルム18に含まれるポリマーの主成分がセルロースアシレートの場合、上記残留溶媒量Z2が上記範囲の湿潤フイルム18の温度は、95℃以上130℃以下であることが好ましい。
(第3ゾーン)
第3ゾーン123では、自由収縮乾燥工程33を湿潤フイルム18に行う。第3ゾーン123では、湿潤フイルム18の両側端部が、テンタ130のクリップ132a、132bの担持から開放されるため、延伸処理32によって湿潤フイルム18に残留する残留応力が緩和する。更に、第3ゾーン123では、回転速度が異なるローラ138を用いて湿潤フイルム18を案内するため、湿潤フイルム18の長手方向への延伸処理が施される。この緩和処理及び長手方向の延伸処理により、湿潤フイルム18に第1の光軸ずれが生成する。しかしながら、本発明では、第3ゾーン123に案内される湿潤フイルム18には第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれが予め付与されているため、この緩和処理及び長手方向の延伸処理により生成する第2の光軸ずれが第1の光軸ずれと相殺し、結果として、湿潤フイルム18上の光軸ずれを消失させることができる。
倍率L3/L2は、第1の光軸ずれと第2の光軸ずれとが相殺されるように、設定すればよい。ただし、第3ゾーン123における延伸処理が、第2ゾーン122で調整した湿潤フイルム18の光学特性や表面の平滑性を損なうものであってはならない。本実施形態では、第3ゾーン123における緩和理の倍率をL3/L2を90%以上100%未満にすることにより、第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれを湿潤フイルム18に生成することができる。一方、L3/L2が100%を超えると、湿潤フイルム18に第2の光軸ずれを付与することができなくなるばかりか、第2ゾーン122で調整した湿潤フイルム18の光学特性や表面の平滑性を損なうおそれがあること、更に湿潤フイルム18が均一に延伸されず、破断するおそれがあるため、好ましくない。
また、上記倍率L3/L2の調節は、ローラ138の回転速度によって調節することができる。
第3ゾーン123における湿潤フイルム18の残留溶媒量Z3は、5重量%以下であることが好ましい。また、第3ゾーン123における湿潤フイルム18の温度T3は、10℃以上200℃以下であることが好ましい。温度T3が10℃未満である場合には、湿潤フイルム18の乾燥が十分に行われないことに加え、第2の光軸ずれを生成することが困難であるため好ましくない。
このようにして、湿潤フイルム18が第3ゾーン123を通過する際に、第1の光軸ずれと第2の光軸ずれが相殺するため、光軸のずれが消失し、遅相軸のばらつきが抑制されたフイルム22を耳切装置46に送り出すことができる。
(ボーイング抑制)
更に、上述した条件に加え、湿潤フイルム18の残留溶媒量に応じて湿潤フイルム18の温度を以下のように調節することにより、テンタ乾燥工程21における湿潤フイルム18上のボーイングの生成を抑制することができる。なお、以下にあげる条件は、テンタ乾燥工程21に限らず、渡り部乾燥工程20にて行っても良い。
第1に、残留溶媒量が30重量%以上60重量%以下(以下、第1範囲と称する)の湿潤フイルム18では、溶媒の蒸発にともなって発生する気化熱が湿潤フイルム18に強く作用し、湿潤フイルム18が収縮する。この収縮によるボーイングの発生を抑えるため、第1範囲の湿潤フイルム18の温度を60℃以上80℃以下に保持することが好ましい。第1範囲の湿潤フイルム18の温度が60℃未満の場合には、湿潤フイルム18の乾燥が十分に行われない。一方、第1範囲の湿潤フイルム18の温度が80℃を超える場合には、湿潤フイルム18の乾燥が急速に進行する。この湿潤フイルム18の急速な乾燥は、湿潤フイルム18における弾性率のばらつきを生じ、このばらつきがボーイング現象を誘発するため好ましくない。
第2に、残留溶媒量が8重量%以上30重量%以下(以下、第2範囲と称する)の湿潤フイルム18では、第2ゾーン122における乾燥による残留溶媒量の減少に起因して、湿潤フイルム18内におけるポリマー分子同士の相互作用が増大する。延伸によるボーイングの発生を抑えるため、第2範囲の湿潤フイルム18の温度を95℃以上110℃以下に保持することが好ましい。第2範囲の湿潤フイルム18は、この温度域において、分子同士の相互作用が最も強くなる。従って、この相互作用の強化を利用して、延伸による光軸ずれの発生を防止することができる。
第3に、残留溶媒量が5重量%以上8重量%以下(以下、第3範囲と称する)の湿潤フイルム18の温度を100℃以上120℃以下に保持することが好ましい。第3範囲の湿潤フイルム18の温度が100℃未満である場合には、湿潤フイルム18の乾燥が十分に行われないため好ましくない。一方、第3範囲の湿潤フイルム18の温度が120℃を超えると、ポリマーのガラス転移温度Tgを超えてしまうため、湿潤フイルム18が軟化しボーイング現象が発生しやすくなるため、好ましくない。したがって、第3範囲における湿潤フイルム18に延伸工程32を行うためには、湿潤フイルム18の温度、延伸の倍率を調節することにより、湿潤フイルム18に所望の量の第2の光軸ずれを生成することができる。
本発明は、ボーイング現象に起因する湿潤フイルム18の遅相軸のばらつきを抑制しながら、テンタ乾燥工程21(図1)を行うことができる。したがって、本発明によって製造されるフイルムは、レターデーションの調節や表面の平滑化と同時に、遅相軸のばらつきが抑えられるため、光学特性に優れ、光学フイルムとして用いることができる。また、本発明の第1乾燥工程21は、従来用いられるテンタ乾燥室45やテンタ130に適用可能であるため、設備に膨大コストを掛けずに、光学特性の優れたフイルム22を製造することができる。
また、本発明は、製膜工程中で生成する光軸ずれの消失のために、自由収縮乾燥工程33を行う。自由収縮乾燥工程33は、テンタ130ではなく、ローラ138による搬送中に行う。光軸ずれの消失のための設備として考慮すると、本発明は、テンタ130に比べて、設置スペースが少なくて済む利点がある。したがって、本発明は、第2の光軸ずれの程度に応じた自由緩和乾燥工程33を容易に行うことができる。
第1〜第3ゾーン121〜123の溶媒残留量Z1〜Z3は、湿潤フイルム18の搬送速度や空調機141〜143による空調条件により調節することが可能である。湿潤フイルム18の搬送速度を所望の範囲に保持するためには、駆動部135a、135bを用いてクリップ132a、132bの移動速度を制御すればよい。また、この空調機141〜143は、単に第1〜第3ゾーン121〜123における雰囲気を空調条件に基づいて調節するだけでなく、所望の空調条件に調節される風を直接湿潤フイルム18にあててもよい。この場合には、空調機141〜143から送り出される風の送風速度や湿度などを空調条件に含めて、湿潤フイルム18を乾燥することが好ましい。更に、第1〜第3ゾーン121〜123を通過する湿潤フイルム18の雰囲気の気圧を制御する減圧機を用いても良い。空調機141〜143と共に減圧機を用いて、湿潤フイルム18の乾燥の進行を制御することも可能である。
なお、上記実施形態における第1〜第3ゾーン121〜123の残留溶媒量Z1〜Z3は、所定の乾燥条件により決定される。この乾燥条件は、空調条件、湿潤フイルム18の搬送速度、レール133a、133bの長さなどを調整して行う製造実験から求めることができる。また、残留溶媒量の測定方法は、上述した製造実験を行い、各工程における湿潤フイルム18と実験で製造されたフイルムとの同一面積当たり重量の計測から測定することができる。
本発明の溶液製膜方法において、ドープを流延する際に、2種類以上のドープを同時積層共流延又は逐次積層共流延させることもできる。さらに両共流延を組み合わせても良い。同時積層共流延を行う際には、フィードブロックを取り付けた流延ダイを用いても良いし、マルチマニホールド型流延ダイを用いても良い。共流延により多層からなるフイルムは、空気面側の層の厚さと支持体側の層の厚さとの少なくともいずれか一方が、フイルム全体の厚みの0.5%〜30%であることが好ましい。さらに、同時積層共流延を行う場合には、ダイスリットから支持体にドープを流延する際に、高粘度ドープが低粘度ドープにより包み込まれることが好ましい。また、同時積層共流延を行なう場合には、ダイスリットから支持体にかけて形成される流延ビードのうち、外界と接するドープが内部のドープよりもアルコールの組成比が大きいことが好ましい。
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く、セルロースアルキレート、CAP(セルロースアセテートプロピオネート)、CAB(セルロースアセテートブチレート)、PETやポリエチレンなどを用いることができる。このようにセルロースアシレート以外のポリマーとして用いる場合には、上記実施形態で述べた湿潤フイルム18の温度を、当該ポリマーのTgや分子間の相互作用などに応じて決めればよい。
流延ダイ、減圧チャンバ、支持体などの構造、共流延、剥離法、延伸、各工程の乾燥条件、ハンドリング方法、カール、平面性矯正後の巻取方法から、溶媒回収方法、フイルム回収方法まで、特開2005−104148号の[0617]段落から[0889]段落に詳しく記述されている。これらの記載も本発明に適用できる。
[性能・測定法]
巻き取られたセルロースアシレートフイルムの性能及びそれらの測定法は、特開2005−104148号の[0112]段落から[0139]段落に記載されている。これらも本発明にも適用できる。
[表面処理]
前記セルロースアシレートフイルムの少なくとも一方の面が表面処理されていることが好ましい。前記表面処理が真空グロー放電処理、大気圧プラズマ放電処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、火炎処理、酸処理またはアルカリ処理の少なくとも一種であることが好ましい。
[機能層]
(帯電防止・硬化層・反射防止・易接着・防眩)
前記セルロースアシレートフイルムの少なくとも一方の面が下塗りされていても良い。
さらに前記セルロースアシレートフイルムをベースフイルムとして、他の機能性層を付与した機能性材料として用いることが好ましい。前記機能性層が帯電防止層、硬化樹脂層、反射防止層、易接着層、防眩層及び光学補償層から選択される少なくとも1層を設けることが好ましい。
前記機能性層が、少なくとも一種の界面活性剤を0.1mg/m2〜1000mg/m2含有することが好ましい。また、前記機能性層が、少なくとも一種の滑り剤を0.1mg/m2〜1000mg/m2含有することが好ましい。さらに、前記機能性層が、少なくとも一種のマット剤を0.1mg/m2〜1000mg/m2含有することが好ましい。さらには、前記機能性層が、少なくとも一種の帯電防止剤を1mg/m2〜1000mg/m2含有することが好ましい。セルロースアシレートフイルムに、種々様々な機能、特性を実現するための表面処理機能性層の付与方法は、上記以外にも、特開2005−104148号の[0890]段落から[1087]段落に詳細な条件、方法も含めて記載されている。これらも本発明に適用できる。
(用途)
前記セルロースアシレートフイルムは、特に偏光板保護フイルムとして有用である。セルロースアシレートフイルムを偏光子に貼り合わせた偏光板を、液晶層に通常は2枚貼って液晶表示装置を作製する。ただし、液晶層と偏光板との配置は限定されるものではなく、公知の各種配置とすることができる。特開2005−104148号には、液晶表示装置として、TN型,STN型,VA型,OCB型,反射型、その他の例が詳しく記載されている。この方法は、本発明にも適用できる。また、同出願には光学的異方性層を付与した、セルロースアシレートフイルムや、反射防止、防眩機能を付与したセルロースアシレートフイルムについての記載もある。更には適度な光学性能を付与し二軸性セルロースアシレートフイルムとして光学補償フイルムとしての用途も記載されている。これは、偏光板保護フイルムと兼用して使用することもできる。これらの記載は、本発明にも適用できる。特開2005−104148号の[1088]段落から[1265]段落に詳細が記載されている。
また、本発明の製造方法により光学特性に優れるセルローストリアセテートフイルム(TACフイルム)を得ることができる。前記TACフイルムは、偏光板保護フイルムや写真感光材料のベースフイルムとして用いることができる。さらにテレビ用途の液晶表示装置の視野角依存性を改良するための光学補償フイルムとしても使用可能である。特に偏光板の保護膜を兼ねる用途に効果的である。そのため、従来のTNモードだけでなくIPSモード、OCBモード、VAモードなどに用いられる。また、前記偏光板保護膜用フイルムを用いて偏光板を構成しても良い。
次に、本発明の実施例を説明する。なお、以下の各実施例において、実施例1〜3は本発明の実施様態の例であり、実施例4,5は、実施例1〜3に対する比較実験である。また、各実施例の説明は実施例1で詳細に行い、実施例2〜5については、実施例1と同じ条件の箇所の説明は省略する。
次に、本発明の実施例1について説明する。フイルム製造に使用したポリマー溶液(ドープ)の調製に際しての配合を下記に示す。
[ドープの調製]
ドープ11の調製に用いた化合物の処方を下記に示す。
セルローストリアセテート(置換度2.8) 89.3重量%
可塑剤A(トリフェニルフォスフェート) 7.1重量%
可塑剤B(ビフェニルジフェニルフォスフェート) 3.6重量%
の組成比からなる固形分(溶質)を
ジクロロメタン 92重量%
メタノール 8重量%
からなる混合溶媒に適宜添加し、攪拌溶解してドープ11を調製した。なお、ドープ11の固形分濃度は19.3重量%になるように調整した。ドープ11を濾紙(東洋濾紙(株)製,#63LB)にて濾過後さらに焼結金属フィルタ(日本精線(株)製06N,公称孔径10μm)で濾過し、さらにメッシュフイルタで濾過した後にストックタンク39に入れた。
[セルローストリアセテート]
なお、ここで使用したセルローストリアセテートは、残存酢酸量が0.1重量%以下であり、Ca含有率が58ppm、Mg含有率が42ppm、Fe含有率が0.5ppmであり、遊離酢酸40ppm、さらに硫酸イオンを15ppm含むものであった。また6位水酸基の水素に対するアセチル基の置換度は0.91であった。また、全アセチル基中の32.5%が6位の水酸基の水素が置換されたアセチル基であった。また、このTACをアセトンで抽出したアセトン抽出分は8重量%であり、その重量平均分子量/数平均分子量比は2.5であった。また、得られたTACのイエローインデックスは1.7であり、ヘイズは0.08、透明度は93.5%であった。このTACは、パルプから採取したセルロースを原料として合成されたものである。以下の説明において、これを綿原料TACと称する。
[マット剤液の調製]
下記の処方からマット剤液を調製した。なお、TACは、ドープ11の調製に用いたものと同じ物を用いた。
シリカ(日本アエロジル(株)製アエロジルR972) 0.67重量%
セルローストリアセテート 2.93重量%
トリフェニルフォスフェート 0.23重量%
ビフェニルジフェニルフォスフェート 0.12重量%
ジクロロメタン 88.37重量%
メタノール 7.68重量%
上記処方からマット剤液を調製して、アトライターにて体積平均粒径0.7μmになるように分散を行った後、富士写真フイルム(株)製アストロポアフィルタにてろ過した。そして、マット剤液用の第1タンク65に入れた。
[紫外線吸収剤溶液の調製]
下記の処方から紫外線吸収剤溶液を調製した。なお、TACは、ドープ11の調製に用いたものと同じ物を用いた。
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 5.83重量%
2(2´−ヒドロキシ3´,5´−ジ−tert−アミルフェニル)ベンゾトリアゾール 11.66重量%
セルローストリアセテート 1.48重量%
トリフェニルフォスフェート 0.12重量%
ビフェニルジフェニルフォスフェート 0.06重量%
ジクロロメタン 74.38重量%
メタノール 6.47重量%
上記処方から紫外線吸収剤溶液を調製し、富士写真フイルム(株)製のアストロポアフィルタにてろ過した後に紫外線吸収剤溶液用の第2タンク70に入れた。
また、ジクロロメタンが86.5重量部、アセトンが13重量部、1−ブタノールが0.5重量部の混合溶媒Aを作製した。
マット剤液をポンプ66により配管67内に送液し、紫外線吸収剤溶液をポンプ71により配管72内に送液した。紫外線吸収剤溶液にマット剤液を混合した後にスタティックミキサ74で混合攪拌して添加液を得た。ドープ11をポンプ58により配管61内に送液して、濾過装置59を通過させて濾過した後に前記添加液を混合した。その液をスタティックミキサ60で混合攪拌して流延ドープ14を得た。
図3に示すフイルム製造設備40を用いてフイルム22を製造した。ポンプ58は、その1次側を増圧する機能を有しており、1次側の圧力が0.8MPaになるようにインバーターモータによりポンプ58の上流側に対するフィードバック制御を行い送液した。ポンプ58は容積効率99.2%、吐出量の変動率0.5%以下の性能であるものを用いた。また、吐出圧力は1.5MPaであった。
流延ダイ41は、幅が1.8mであり乾燥されたフイルムの膜厚が80μmとなるように、流延ダイ41の吐出口の流延ドープ14の流量を調整して流延を行った。また流延ダイ41の吐出口からの流延ドープ14の流延幅を1700mmとした。なお、流延速度は、45m/分〜55m/分とした。流延ドープ14の温度を36℃に調整するために、流延ダイ41にジャケット(図示しない)を設けてジャケット内に供給する伝熱媒体の入口温度を36℃とした。
流延ダイ41と配管とはすべて、製膜中には36℃に保温した。流延ダイ41は、コートハンガータイプのダイを用いた。流延ダイ41には、厚み調整ボルトが20mmピッチに設けられており、ヒートボルトによる自動厚み調整機構を具備しているものを使用した。このヒートボルトは、予め設定したプログラムによりポンプ58の送液量に応じたプロファイルを設定することもでき、フイルム製造設備40に設置した赤外線厚み計(図示しない)のプロファイルに基づいた調整プログラムによってフィードバック制御も可能な性能を有するものを用いた。端部20mmを除いたフイルムにおいては、50mm離れた任意の2点の厚み差は1μm以内であり、幅方向における厚みのばらつきが3μm/m以下となるように調整した。また、全体厚みは±1.5%以下に調整した。
また、流延ダイ41の1次側には、この部分を減圧するための減圧チャンバ85を設置した。この減圧チャンバ85の減圧度は、流延ビードの前後で1Pa〜5000Paの圧力差が生じるように調整され、この調整は流延速度に応じてなされる。その際に、流延ビードの長さが20mm〜50mmとなるように流延ビードの両面側の圧力差を設定した。また、減圧チャンバ85は、流延部周囲のガスの凝縮温度よりも高い温度に設定できる機構を具備したものを用いた。ダイ吐出口におけるビードの前面部、背面部にはラビリンスパッキン(図示しない)を設けた。また、流延ダイのダイ吐出口の両端には開口部を設けた。さらに、流延ダイ41には、流延ビードの両縁の乱れを調整するためのエッジ吸引装置(図示しない)を取り付けた。
流延ダイ41の材質は、熱膨張率が2×10−5(℃−1)以下の析出硬化型のステンレス鋼を用いた。これは、電解質水溶液での強制腐食試験でSUS316製と略同等の耐腐食性を有するものであった。また、ジクロロメタン,メタノール,水の混合液に3ヶ月浸漬しても気液界面にピッティング(孔開き)が生じない耐腐食性を有していた。流延ダイ41の接液面の仕上げ精度は表面粗さで1μm以下、真直度はいずれの方向にも1μm/m以下であり、スリットのクリアランスは1.5mmに調整した。流延ダイ41のリップ先端の接液部の角部分については、Rはスリット全巾に亘り50μm以下になるように加工されているものを用いた。流延ダイ41内部での流延ドープ14の剪断速度は1(1/秒)〜5000(1/秒)の範囲であった。また、流延ダイ41のリップ先端には、溶射法によりWC(タングステンカーバイト)コーティングをおこない硬化膜を設けた。
さらに流延ダイ41の吐出口には、流出する流延ドープ14が局所的に乾燥固化することを防止するために、流延ドープ14を可溶化するための混合溶媒Aを流延ビードの両側端部と吐出口との界面部に対し、それぞれ0.5ml/分ずつ供給した。混合溶媒を供給するポンプの脈動率は5%以下であった。また、減圧チャンバ85により流延ビード背面側の圧力を前面部よりも150Pa低くした。減圧チャンバ85の内部温度を所定の温度で一定にするためにジャケット(図示しない)を取り付けた。そのジャケット内には35℃に調整された伝熱媒体を供給した。前記エッジ吸引装置は、1L/分〜100L/分の範囲となるようにエッジ吸引風量を調整することができるものであり、本実施例ではこれを30L/分〜40L/分の範囲となるように適宜調整した。
支持体として幅1.9mで長さが70mのステンレス製のエンドレスバンドを流延バンド44として利用した。流延バンド44は、厚みが1.5mm、表面粗さが0.05μm以下になるように研磨した。その材質はSUS316製であり、十分な耐腐食性と強度を有するものを用いた。流延バンド44の全体の厚みムラは0.5%以下であった。流延バンド44は、2個の回転ローラ42,43により駆動させた。また、流延バンド44と回転ローラ42,43との相対速度差が0.01m/分以下になるように調整した。このときに、流延バンド44の速度変動を0.5%以下とした。また1回転の幅方向の蛇行が、1.5mm以下に制限されるように流延バンド44の両端位置を検出して制御した。流延ダイ41の直下におけるダイリップ先端と流延バンド44との上下方向の位置変動は200μm以下にした。流延バンド44は、風圧変動抑制手段(図示しない)を有した流延室81内に設置した。この流延バンド44上に流延ダイ41から流延ドープ14を流延した。
回転ローラ42,43は、流延バンド44の温度調整を行うことができるように、内部に伝熱媒体を送液できるものを用いた。流延ダイ41側の回転ローラ42には5℃の伝熱媒体を流し、他方の回転ローラ43には乾燥のために40℃の伝熱媒体を流した。流延直前の流延バンド44中央部の表面温度は15℃であり、その両側端の温度差は6℃以下であった。なお、流延バンド44には、表面欠陥がないものが好ましく、30μm以上のピンホールは皆無であり、10μm〜30μmのピンホールは1個/m2以下、10μm未満のピンホールは2個/m2以下であるものを用いた。
流延バンド44上に流延された流延ドープ14から形成された流延膜16には、最初に流延膜16に対して平行に流れる乾燥風を送り、流延膜16を乾燥した。乾燥風の温度は、流延バンド44上部の上流側の送風口87aからは140℃の乾燥風を送風した。また下流側の送風口87bからは140℃の乾燥風を送風し、流延バンド44下部の送風口87cからは65℃の乾燥風を送風した。流延バンド44上での乾燥雰囲気における酸素濃度は5vol%に保持した。なお、この酸素濃度を5vol%に保持するために空気を窒素ガスで置換した。また、流延室81内の溶媒を凝縮回収するために、凝縮器(コンデンサ)82を設け、その出口温度を−3℃に設定した。
流延ダイ41近傍の静圧変動は、±1Pa以下に抑制した。流延膜16が自己支持性を有するものとなった後に流延バンド44から剥取ローラ89で支持しながら湿潤フイルム18として剥ぎ取った。剥取不良を抑制するために流延バンド44の速度に対して剥取速度(剥取ローラドロー)は100.1%〜110%の範囲で適切に調整した。乾燥により発生した溶媒ガスは−3℃の凝縮器82で凝縮液化して回収装置83で回収した。回収された溶媒は、水分量が0.5%以下となるように調整した。また、溶媒が除去された乾燥風は、再度加熱して乾燥風として再利用した。湿潤フイルム18を渡り部90のローラ92を介して搬送し、テンタ乾燥室45に送った。この渡り部90では送風機81から60℃の乾燥風を湿潤フイルム18に送風した。ローラ92により、剥取ローラ89からテンタ乾燥室45の入口に至るまでの倍率(テンタ駆動ドロー)は103.0%とした。
テンタ乾燥室45に送られた湿潤フイルム18は、クリップ132a、132bでその両端を担持されながら、テンタ乾燥室45の第1〜第3ゾーン121〜123に順次搬送された。テンタ乾燥室45内の搬送の間、湿潤フイルム18に所定の乾燥処理、緩和処理及び延伸処理を施した。
クリップ132a、132bは、20℃の伝熱媒体の供給により冷却した。クリップクリップ132a、132bの搬送は、チェーン131a、131bで行い、そのチェーンスプロケット134a、134bの速度変動は0.5%以下であった。テンタ乾燥室45の乾燥雰囲気における酸素濃度は5vol%に保持した。なお、酸素濃度を5vol%に保持するため空気を窒素ガスで置換した。
空調機141を用いて、第1ゾーン121を通過する湿潤フイルム18の温度T1が所定の温度になるように、第1ゾーン121の空調条件を調整した。また、第1ゾーン121の通過により、湿潤フイルム18は予熱処理が施された。なお、第1ゾーン121における湿潤フイルム18の残留溶媒量Z1は略10重量%であった。
空調機142を用いて、第2ゾーン122を通過する湿潤フイルム18の温度T2が略120℃になるように、第2ゾーン122の空調条件を調整した。また、第2ゾーン122における湿潤フイルム18の延伸処理の倍率L2/L1は105%であった。また、第2ゾーン122における乾燥処理により、湿潤フイルム18の残留溶媒量Z2は、6重量%になった。この第1ゾーン121の通過に伴い、湿潤フイルム18には、第1の光軸ずれが生成した。
空調機143を用いて、第3ゾーン123を通過する湿潤フイルム18の温度T3が略135℃になるように、第3ゾーン123の空調条件を調整した。また、第3ゾーン123における湿潤フイルム18の緩和処理の倍率L3/L2は、95%であった。また、第3ゾーン123における乾燥処理により、湿潤フイルム18の残留溶媒量Z3は0.5重量%になった。この第3ゾーン123の通過に伴い、湿潤フイルム18に生成する第1の光軸ずれ量は、ほとんど変化しなかった。そして、湿潤フイルム18を、フイルム22としてテンタ乾燥室45から耳切装置46へ送り出した。
テンタ乾燥室45内で蒸発した溶媒は、凝縮回収用に凝縮器(コンデンサ)を設け、−3℃の温度で凝縮させ液化して回収した。そして凝縮溶媒は、含まれる水分量が0.5重量%以下に調整されて再使用された。
テンタ乾燥室45の出口45bから30秒以内にフイルム22の両端の耳切を耳切装置46で行った。NT型カッターにより両側50mmの耳をカットし、カットした耳はカッターブロワ(図示しない)によりクラッシャ93に風送して平均80mm2 程度のチップに粉砕した。このチップは、再度ドープ調製用原料としてTACフレークと共にドープ製造の際の原料として利用した。後述する乾燥室47で高温乾燥させる前に、100℃の乾燥風が供給されている予備乾燥室(図示しない)でフイルム22を予備加熱した。
フイルム22を乾燥室47で高温乾燥した。乾燥室47を4区画に分割して、上流側から120℃,130℃,130℃,130℃の乾燥風を送風機(図示しない)から給気した。フイルム22のローラ100による搬送テンションを100N/mとして、最終的に残留溶媒量が0.3重量%になるまで約5分間乾燥した。ローラ100のラップ角度(フイルムの巻き掛け中心角)は、80°〜190°とした。ローラ100の材質はアルミ製もしくは炭素鋼製であり、表面にはハードクロム鍍金を施した。ローラ100の表面形状はフラットなものとディンプル加工したものとを用いた。ローラ100の回転によるフイルム位置の振れは、全て50μm以下であった。また、テンション100N/mでのローラ撓みは0.5mm以下となるように選定した。
乾燥風に含まれる溶媒ガスは、吸着回収装置101を用いて吸着回収除去した。ここに使用した吸着剤は活性炭であり、脱着は乾燥窒素を用いて行った。回収した溶媒は、水分量を0.3重量%以下に調整してドープ調製用溶媒として再利用した。乾燥風には、溶媒ガスの他、可塑剤,UV吸収剤,その他の高沸点物が含まれるので冷却除去する冷却器およびプレアドソーバでこれらを除去して再生循環使用した。そして、最終的に屋外排出ガス中のVOC(揮発性有機化合物)は10ppm以下となるよう、吸脱着条件を設定した。また、全蒸発溶媒のうち、凝縮法で回収する溶媒量は90重量%であり、残りのものの大部分は吸着回収により回収した。
乾燥されたフイルム22を第1調湿室(図示しない)に搬送した。乾燥室47と第1調湿室との間の渡り部には、110℃の乾燥風を給気した。第1調湿室には、温度50℃、露点が20℃の空気を給気した。さらに、フイルム22のカールの発生を抑制する第2調湿室(図示しない)にフイルム22を搬送した。第2調湿室では、フイルム22に直接90℃,湿度70%の空気をあてた。
調湿後のフイルム22は、冷却室48で30℃以下に冷却した後に耳切装置(図示しない)で再度両端の耳切りを行った。搬送中のフイルム22の帯電圧は、常時−3kV〜+3kVの範囲となるように強制除電装置(除電バー)102を設置した。さらにフイルム22の両端にナーリング付与ローラ103でナーリングの付与を行った。ナーリングはフイルム22の片側からエンボス加工を行うことで付与し、ナーリングを付与する幅は10mmであり、凹凸の高さがフイルム22の平均厚みよりも平均12μm高くなるようにナーリング付与ローラ103による押し圧を設定した。
そして、フイルム22を巻取室23に搬送した。巻取室23は、室内温度28℃,湿度70%に保持した。巻取室23の内部には、フイルム22の帯電圧が−1.5kV〜+1.5kVとなるようにイオン風除電装置(図示しない)も設置した。巻取ローラ110と、プレスローラ111とを用いて、フイルム22からフイルムロールを得た。
残留溶媒量Z1が略12重量%の湿潤フイルム18を第2ゾーン122へ案内した。第2ゾーン122にて、倍率L2/L1が103%の延伸処理とともに、乾燥処理を湿潤フイルムに行い、湿潤フイルム18の残留溶媒量Z2は5重量%になった。更に、第3ゾーン123では、倍率L3/L2が97%の緩和処理とともに、温度T3が略125℃の乾燥処理を行い、残留溶媒量Z3が0.7重量%になるまで乾燥した。それ以外は実施例1と同様にしてフイルムを製造した。
残留溶媒量Z1が略11重量%の湿潤フイルム18を第2ゾーン122へ案内した。第2ゾーン122にて、倍率L2/L1が102%の延伸処理とともに、温度T2が略115℃の乾燥処理とを湿潤フイルム18に行い、湿潤フイルム18の残留溶媒量Z2は5重量%になった。更に、第3ゾーン123では、倍率L3/L2が96%の緩和処理とともに、温度T3が略128℃の乾燥処理を行い、残留溶媒量Z3が0.6重量%になるまで乾燥した。それ以外は実施例1と同様にしてフイルムを製造した。
残留溶媒量Z1が略9重量%の湿潤フイルム18を第2ゾーン122へ案内した。第2ゾーン122にて、倍率L2/L1が100%の延伸処理とともに、乾燥処理とを湿潤フイルム18に行い、湿潤フイルム18の残留溶媒量Z2は7重量%になった。それ以外は実施例1と同様にしてフイルムを製造した。
残留溶媒量Z1が略10重量%の湿潤フイルム18を第2ゾーン122へ案内した。第2ゾーン122にて、倍率L2/L1が98%の緩和処理とともに、乾燥処理とを湿潤フイルム18に行い、湿潤フイルム18の残留溶媒量Z2は6重量%になった。それ以外は実施例1と同様にしてフイルムを製造した。
〔フイルムの評価〕
上記実施例において製造したフイルムに関して、フイルムの平面性、遅相軸ズレの測定をそれぞれ下記の方法により評価した。
〔フイルムの平面性〕
各実施例において製造したフイルムから、大きさが幅×1.5mとなるように切り出したものをサンプルとし、このサンプルに反射光をあてたときに、その表面における凹凸の程度を斜め方向から目視により観察した。このとき、フイルムの表面の凹凸の程度が小さく製品として問題のないレベルを○とし、製品としては問題がないが、若干の凹凸が確認できたものを△とし、凹凸の程度が大きく製品として使用することができないものを×として、フイルムの平面性を3段階で評価した。
〔遅相軸ズレの測定〕
自動複屈折率計(KOBRA−21DH,王子機器計測(株)製)で軸ズレ角度を測定した。得られたフイルム22の端部から15cmの位置(以下、フイルム端1と称する)及びフイルム中央部から、カッティングプロッタを用いて5cm×5cmのサンプルを採取した。自動複屈折率計で、フイルム22の長手方向に対する遅相軸のなす角を測定し、フイルム端とフイルム中央での遅相軸の差の大きさで遅相軸のばらつきを評価した。この値を以下軸ズレ値1と称する。
軸ズレ値1が±2°未満であるとき良好(○)、軸ズレ値1が±2°以上である場合は、不良(×)の2段階評価を行った。
各実施例における評価結果及び製造条件を、表1に纏めて示す。
Figure 2008242215
表1からも明らかなように、本発明を適用した実施例1〜3では平面性に優れ、遅相軸のばらつきが抑えられたフイルムを製造することができた。一方で、実施例4,5では、フイルムの平面性が低下すると共に、遅相軸のばらつきが大きくなった。
これらの結果から、本発明は、延伸工程32において、第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれを湿潤フイルム18に予め生成させるため、自由収縮乾燥工程33において発生する第1の光軸ずれを、第2の光軸ずれと相殺させ、結果的に、湿潤フイルム18の光軸ずれを消失させることが可能になる。本発明によると、表面欠陥の発生及び遅相軸のばらつきが抑制されたフイルムを製造することができることを確認した。
本発明に係るフイルム製造工程の概要を示す説明図である。 本発明に係るフイルム製造設備の概要を示す説明図である。 第1の実施形態のテンタ乾燥室の概要を示す説明図である。
符号の説明
10 フイルム製造工程
16 流延膜
18 湿潤フイルム
21 第1乾燥工程
22 フイルム
32 延伸工程
33 ずれ付与工程
34 緩和工程
40 フイルム製造設備
45 テンタ乾燥室
121〜123 第1〜第3ゾーン
130 テンタ
133a、133b レール
141〜143 空調機

Claims (9)

  1. ポリマーと溶媒とを含むドープを支持体上に流出する流出工程と、
    前記支持体上に流延膜を形成する流延膜形成工程と、
    自己支持性を有する前記流延膜を湿潤フイルムとして剥ぎ取る剥取工程と、
    前記溶媒を含む前記湿潤フイルムを幅方向への延伸をしながら、前記湿潤フイルムを乾燥する第1乾燥工程と、
    前記延伸を行わずに前記湿潤フイルムを乾燥し、フイルムを得る第2乾燥工程と、
    を有する溶液製膜方法において、
    前記第2乾燥工程で発生するボーイング現象により前記湿潤フイルムに生成する第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれを、前記第1乾燥工程の前記湿潤フイルムに付与することを特徴とする溶液製膜方法。
  2. 温度が前記ポリマーのガラス転移温度Tgよりも高く、残留溶媒量が5重量%以上10重量%以下である前記湿潤フイルムを、前記湿潤フイルムの幅方向に倍率101%以上120%未満で延伸して、前記湿潤フイルムに前記第2の光軸ずれを生成することを特徴とする請求項1記載の溶液製膜方法。
  3. 前記第2乾燥工程にて、前記湿潤フイルムの温度を20℃以上200℃以下に保持し、前記湿潤フイルムの幅方向には負荷を印加せずに、前記湿潤フイルムの長手方向に延伸することを特徴とする請求項1または2項記載の溶液製膜方法。
  4. 前記剥取工程と前記第1乾燥工程との間の前記湿潤フイルムを乾燥する第3乾燥工程を有し、
    残留溶媒量が30重量%以上60重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を60℃以上80℃以下に保持する第1条件と、
    残留溶媒量が8重量%以上30重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を95℃以上110℃以下に保持する第2条件と、
    残留溶媒量が5重量%以上8重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を100℃以上120℃以下に保持する第3条件と、
    のうち少なくとも1つを満たす前記第1乾燥工程又は前記第3乾燥工程であることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の溶液製膜方法。
  5. 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1ないし4いずれか1項記載の溶液製膜方法。
  6. 支持体と、
    ポリマーと溶媒とを含むドープを前記支持体上に流出する流出手段と、
    前記支持体上に流延膜を形成する流延膜形成手段と、
    自己支持性を有する前記流延膜を湿潤フイルムとして剥ぎ取る剥取手段と、
    前記溶媒を含む前記湿潤フイルムを延伸しながら、前記湿潤フイルムを乾燥する第1乾燥手段と、
    前記延伸を行わずに前記湿潤フイルムを乾燥する第2乾燥手段と、
    を有する溶液製膜設備において、
    前記第1乾燥手段が、
    ボーイング現象により前記湿潤フイルムに生成する第1の光軸ずれと相殺しうる第2の光軸ずれを、前記湿潤フイルムに付与するずれ付与手段を有することを特徴とする溶液製膜設備。
  7. 前記湿潤フイルムの残留溶媒量に応じて、前記湿潤フイルムの温度を制御する温度制御手段と、
    前記湿潤フイルムの幅方向の倍率を制御する倍率制御手段とを有し、
    前記第1乾燥手段の制御により、前記温度制御手段が、残留溶媒量が5重量%以上10重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を、前記ポリマーのガラス転移温度Tgよりも高い温度に保持し、
    前記ずれ付与手段の制御より、前記倍率制御手段が、前記湿潤フイルムを幅方向に101%以上120%未満の倍率で延伸することを特徴とする請求項6記載の溶液製膜設備。
  8. 前記第2乾燥手段の制御により、前記温度制御手段が、残留溶媒量が5重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を20℃以上200℃以下に保持し、
    前記ずれ付与手段の制御より、前記倍率制御手段が、前記湿潤フイルムを幅方向に90%以上100%未満の倍率で延伸することを特徴とする請求項6または7記載の溶液製膜設備。
  9. 前記延伸前の前記湿潤フイルムを乾燥する第3乾燥手段を有し、
    前記第3乾燥手段と前記第1乾燥手段とのうち少なくとも一方の制御により、
    前記温度制御手段が、
    残留溶媒量が30重量%以上60重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を60℃以上80℃以下に保持する第1条件と、
    残留溶媒量が8重量%以上30重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を95℃以上110℃以下に保持する第2条件と、
    残留溶媒量が5重量%以上8重量%以下の前記湿潤フイルムの温度を100℃以上120℃以下に保持する第3条件と、
    のうち少なくとも1つを満たす制御することを特徴とする請求項6ないし8いずれか1項記載の溶液製膜設備。
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