JP2008265167A - 熱可塑性フイルム及びその製造方法、並びに、偏光板、液晶表示板用光学補償フイルム、反射防止フイルム及び液晶表示装置 - Google Patents

熱可塑性フイルム及びその製造方法、並びに、偏光板、液晶表示板用光学補償フイルム、反射防止フイルム及び液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】配向角、Re、Rthのばらつきが小さく、且つ、光弾性の変動が小さく、液晶表示装置に使用した際の環境変化に伴う表示むらが発生し難い熱可塑性フイルムを提供する。
【解決手段】表面突起高さが0.5〜8μmである点欠陥が0.01個/cm2〜10個/cm2である未延伸フイルムFaを、縦延伸部30において、2を超え、50以下の縦横比で1.01〜2.5倍に縦延伸する。点欠陥の内部に直径0.1〜30μmの核となる異物が含まれている。異物の長径と短径の比(アスペクト比)は1〜2である。縦延伸フイルムFbを、横延伸前に、横延伸温度を超え横延伸温度+100℃以下で予熱する。横延伸後に、横延伸温度より1℃〜50℃低い温度で熱固定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、溶融した熱可塑性樹脂をキャスティングロールとタッチロールとによって押し付けて押出し成形して得られる熱可塑性フイルム及びその製造方法に関する。また、本発明は、光学特性に熱可塑性フイルムを用いた偏光板、液晶表示板用光学補償フイルム、反射防止フイルム及び液晶表示装置に関する。
従来、熱可塑性フイルムを延伸し、面内のレターデーションRe(Re=|Nx―Ny|×d:Nx、Nyはそれぞれ遅相軸、進相軸方向の屈折率、dはフイルム厚み)、厚み方向のレターデーションRth(Rth={(Nx+Ny)/2−Nz}×d:Nx、Ny,Nzはそれぞれ遅相軸、進相軸方向、厚み方向の屈折率、dはフイルム厚み)を発現させ、液晶表示素子の位相差膜として使用し、視野角拡大を図ることが実施されている。
このような熱可塑性フイルムを延伸する方法としては、縦(長手)方向に延伸する方法(縦延伸)や、横(幅)方向に延伸する方法(横延伸)、或いは縦延伸と横延伸を順に行う方法(逐次2軸延伸)、縦延伸と横延伸を同時に行う方法(同時2軸延伸)が挙げられる。
このような延伸で問題になるのがボーイング現象である。すなわち、ボーイングとは、図8に示すように、幅方向に沿って直線Lを描いたフイルムFを矢印方向に横延伸すると、延伸後に直線Lが弓(bow)状の曲線Lbのように変形する現象である。フイルムFは、このような弓状に変形した曲線Lbに沿って横延伸されるため、フイルムFの中央部と両側部で配向角(分子が配向した方向)に差が生じ、光学的(レターデーションや配向角)に不均一なフイルムFとなる。
ボーイングは特に横延伸で顕著に発生し、従来から様々な対処法が提案されている。例えば、特許文献1、2には、延伸前後の温度を調整することで配向角、Re、Rthのばらつきを抑制する方法が記載されている。
しかし、これらの方法では、特に、横延伸処理を行う際、フイルムF中に存在する異物の周囲に歪みが発生し易く、この歪みに起因して、フイルムFに光弾性変動が惹起するおそれがある。このような歪みを内包するフイルムFを液晶表示装置等に利用した場合、温度や湿度の環境変化に伴い、表示むらが発生してしまう。表示むらは、特に、延伸速度が20m/分以上の高速で横延伸する際に顕著に発生している。なお、本発明における延伸速度とは、横延伸ゾーン入口での熱可塑性フイルムの長手方向(MD)の搬送速度を指す。
特開2006−51804号公報 特開2005−254812号公報
上述の従来技術の課題を解決すべく、本発明は、配向角、Re、Rthのばらつきが小さく、且つ、光弾性の変動が小さく、液晶表示装置に使用した際の環境変化に伴う表示むらが発生し難い熱可塑性フイルム及びその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明においては、前記熱可塑性フイルムを用いた偏光板、液晶表示板用光学補償フイルム、反射防止フイルム、及び、これらを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
第1の本発明に係る熱可塑性フイルムの製造方法は、表面突起高さが0.5〜8μm以下である点欠陥が0.01個/cm2〜10個/cm2である熱可塑性フイルムを、2を超え、50以下の縦横比で1.01〜2.5倍に縦延伸することを特徴とする。
これにより、配向角、Re、Rthのばらつきが小さく、且つ、光弾性の変動が小さく、液晶表示装置に使用した際の環境変化に伴う表示むらが発生し難い熱可塑性フイルムを得ることができる。
そして、第1の本発明において、前記点欠陥の内部に直径0.1〜30μmの核となる異物が含まれていてもよい。
また、第1の本発明において、前記異物の長径と短径の比(アスペクト比)が1〜2であってもよい。
また、第1の本発明において、前記熱可塑性フイルムを、横延伸前に、横延伸温度を超え横延伸温度+100℃以下で予熱することが好ましい。この場合、横延伸後に、横延伸温度より1℃〜50℃低い温度で熱固定することが好ましい。また、下記式を満足することが好ましい。
熱固定温度<横延伸温度<予熱温度
熱固定後に(ガラス転移温度Tg−20)℃〜(Tg+20)℃で熱緩和処理することが好ましい。
予熱、横延伸、熱固定、熱緩和処理が、いずれも残留溶剤量が1質量%以下で行われることが好ましい。横延伸の前に縦延伸を行うことが好ましい。
また、第1の本発明において、前記熱可塑性フイルムがタッチロール法により製膜されてもよい。
また、第1の本発明において、前記熱可塑性フイルムが、セルロースアシレート又はシクロオレフィンからなることが好ましい。この場合、前記セルロースアシレートが、プロピオネート基、ブチレート基、ペンタノイル基、置換あるいは無置換の芳香族アシル基の少なくとも1種を含むことが好ましい。また、前記セルロースアシレートが、下記(1)及び(2)式、あるいは、(3)及び(4)式を満たすことが好ましい。
(1)式:2.5≦A+B<3.0
(2)式:0.1≦B<3
(式中、Aは、アセテート基の置換度を示し、Bは、プロピオネート基、ブチレート基、ペンタノイル基の置換度の総和を示す。)
(3)式:2.5≦A+C<3.0
(4)式:0.1≦C<2
(式中、Aは、アセテート基の置換度を示し、Cは置換もしくは無置換の芳香族アシル基を示す。)
次に、第2の本発明に係る熱可塑性フイルムは、上述した第1の本発明に係る熱可塑性フイルムの製造方法にて作製されたことを特徴とする。
これにより、配向角、Re、Rthのばらつきが小さく、且つ、光弾性の変動が小さく、液晶表示装置に使用した際の環境変化に伴う表示むらが発生し難い熱可塑性フイルムとなる。
次に、第3の本発明に係る偏光板、液晶表示板用光学補償フイルム、反射防止フイルムは、第2の本発明に係る熱可塑性フイルムを用いたことを特徴とする。
次に、第4の本発明に係る液晶表示装置は、上述した第2の本発明に係る熱可塑性フイルム、第3の本発明に係る偏光板、液晶表示板用光学補償フイルム、反射防止フイルムの少なくとも1つを用いたことを特徴とする。
以上説明したように、本発明に係る熱可塑性フイルム及びその製造方法によれば、配向角、Re、Rthのばらつきが小さく、且つ、光弾性の変動が小さく、液晶表示装置に使用した際の環境変化に伴う表示むらが発生し難い熱可塑性フイルムを得ることができる。
また、本発明によれば、偏光板、液晶表示板用光学補償フイルム、反射防止フイルム、及びこれらを用いた液晶表示装置を提供することができる。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明は、そのような実施態様に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本実施の形態に係る熱可塑性フイルムの製造装置(以下、フイルム製造装置10と記す)は、図1に示すように、液晶表示装置等に使用できる熱可塑性フイルムFを製造する装置である。熱可塑性フイルムFの原材料であるペレット状のセルロースアシレート樹脂又はシクロオレフィン樹脂を乾燥機12に導入して乾燥させた後、このペレットを押出機14によって押し出し、ギアポンプ16によりフィルタ18に供給する。次いで、フィルタ18により異物がろ過され、ダイ20から溶融樹脂90(溶融した熱可塑性樹脂)が押し出されてキャスティングロール28と第1タッチロール24で挟まれて押圧成形された後、キャスティングロール28にて冷却固化されて所定の表面粗さのフイルム状とされる。このフイルムは、第2タッチロール26によってキャスティングロール28から剥がされて未延伸フイルムFaとされ、長スパン延伸を行う縦延伸部30に供給される。
縦延伸部30では、未延伸フイルムFaが入口側ニップロール32及び出口側ニップロール34間で搬送方向に延伸され、縦延伸フイルムFbとされる。なお、図2は、縦延伸部30の斜視説明図であり、縦延伸の縦/横比(L/W)は、入口側ニップロール32及び出口側ニップロール34間の距離Lと、入口側ニップロール32及び出口側ニップロール34の長さ方向の幅Wとによって規定される。次いで、縦延伸フイルムFbは、予熱部36を通過することで所定の予熱温度に調整された後、横延伸部42に供給される。
横延伸部42では、図1に示すように、縦延伸フイルムFbが搬送方向と直交する幅方向に延伸され、横延伸フイルムFcとされる。そして、横延伸フイルムFcは、熱固定部44に供給され、巻取部46によって巻き取られることで、配向角、レターデーションが調整された最終製品である熱可塑性フイルムFが製造される。なお、横延伸フイルムFcには熱固定部44を通過した後、さらに熱緩和処理を施してもよい。
図3は、図1に示す長スパン延伸を行う縦延伸部30に代えて、短スパン延伸を行う縦延伸部30aとした変形例に係るフイルム製造装置10aの概略構成図である。
このフイルム製造装置10aでは、未延伸フイルムFaが予熱ロール33、35によって所定の温度まで予熱された後、二組のニップロール37、39間に供給されて縦延伸が行われる。この場合、ニップロール37、39は、未延伸フイルムFaの搬送方向に近接して配置されるとともに、上下方向に所定距離だけ高さが異なるように配置されている。ニップロール37、39をこのように配置することにより、縦延伸部30aにおける未延伸フイルムFaの搬送距離を確保できるとともに、縦延伸部30aの前後に配置される機構間の距離を短縮して、フイルム製造装置10aの小型化を図ることができる。
なお、図4は、縦延伸部30aの斜視説明図であり、縦延伸の縦/横比(L/W)は、ニップロール37、39によってニップされる未延伸フイルムFaの搬送方向の距離Lと、ニップロール37、39の長さ方向の幅Wとによって規定される。
図5は、上述のようにして製造された熱可塑性フイルムFが適用される液晶表示装置50の概略構成図である。
液晶表示装置50は、偏光板52、液晶セル54、偏光板56が順に積層されて構成されており、偏光板56には、拡散板58を介して導光板60が装着される。導光板60には、バックライト62からの照明光が導入される。
偏光板52は、偏光子66を反射防止フイルム64及び光学補償フイルム68で挟み込んで構成される。液晶セル54は、ガラス基板70に対して、R、G、Bの画素が形成されたカラーフィルタ72が装着され、次いで、液晶層74、TFT層76及びガラス基板78が順に配置される。偏光板56は、偏光子82を光学補償フイルム80及び保護フイルム84で挟み込んで構成される。
この場合、図1又は図3に示すフイルム製造装置10、10aによって製造された熱可塑性フイルムFは、液晶表示装置50を構成する反射防止フイルム64、光学補償フイルム68、80、保護フイルム84として使用することができる。
なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本発明と下記公報やパンフレットに開示の技術を組合わせて使用することができる。
実開平3−110418号、特開平5−119216号、特開平5−162261号、特開平5−182518号、特開平5−19115号、特開平5−196819号、特開平5−264811号、特開平5−281411号、特開平5−281417号、特開平5−281537号、特開平5−288921号、特開平5−288923号、特開平5−311119号、特開平5−339395号、特開平5−40204号、特開平5−45512号、特開平6−109922号、特開平6−123805号、特開平6−160626号、特開平6−214107号、特開平6−214108号、特開平6−214109号、特開平6−222209号、特開平6−222353号、特開平6−234175号、特開平6−235810号、特開平6−258520号、特開平6−264030号、特開平6−305270号、特開平6−331826号、特開平6−347641号、特開平6−75110号、特開平6−75111号、特開平6−82779号、特開平6−93133号、特開平7−104126号、特開平7−134212号、特開平7−181322号、特開平7−188383号、特開平7−230086号、特開平7−290652号、特開平7−294903号、特開平7−294904号、特開平7−294905号、特開平7−325219号、特開平7−56014号、特開平7−56017号、特開平7−92321号、特開平8−122525号、特開平8−146220号、特開平8−171016号、特開平8−188661号、特開平8−21999号、特開平8−240712号、特開平8−25575号、特開平8−286179号、特開平8−292322号、特開平8−297211号、特開平8−304624号、特開平8−313881号、特開平8−43812号、特開平8−62419号、特開平8−62422号、特開平8−76112号、特開平8−94834号、特開平9−137143号、特開平9−197127号、特開平9−251110号、特開平9−258023号、特開平9−269413号、特開平9−269414号、特開平9−281483号、特開平9−288212号、特開平9−288213号、特開平9−292525号、特開平9−292526号、特開平9−294959号、特開平9−318817号、特開平9−80233号、特開平10−10320号、特開平10−104428号、特開平10−111403号、特開平10−111507号、特開平10−123302号、特開平10−123322号、特開平10−123323号、特開平10−176118号、特開平10−186133号、特開平10−264322号、特開平10−268133号、特開平10−268134号、特開平10−319408号、特開平10−332933号、特開平10−39137号、特開平10−39140号、特開平10−68821号、特開平10−68824号、特開平10−90517号、特開平11−116903号、特開平11−181131号、特開平11−211901号、特開平11−211914号、特開平11−242119号、特開平11−246693号、特開平11−246694号、特開平11−256117号、特開平11−258425号、特開平11−263861号、特開平11−287902号、特開平11−295525号、特開平11−295527号、特開平11−302423号、特開平11−309830号、特開平11−323552号、特開平11−335641号、特開平11−344700号、特開平11−349947号、特開平11−95011号、特開平11−95030号、特開平11−95208号、特開2000−109780号、特開2000−110070号、特開2000−119657号、特開2000−141556号、特開2000−147208号、特開2000−17099号、特開2000−171603号、特開2000−171618号、特開2000−180615号、特開2000−187102号、特開2000−187106号、特開2000−191819号、特開2000−191821号、特開2000−193804号、特開2000−204189号、特開2000−206306号、特開2000−214323号、特開2000−214329号、特開2000−230159号、特開2000−235107号、特開2000−241626号、特開2000−250038号、特開2000−267095号、特開2000−284122号、特開2000−304927号、特開2000−304928号、特開2000−304929号、特開2000−309195号、特開2000−309196号、特開2000−309198号、特開2000−309642号、特開2000−310704号、特開2000−310708号、特開2000−310709号、特開2000−310710号、特開2000−310711号、特開2000−310712号、特開2000−310713号、特開2000−310714号、特開2000−310715号、特開2000−310716号、特開2000−310717号、特開2000−321560号、特開2000−321567号、特開2000−338309号、特開2000−338329号、特開2000−344905号、特開2000−347016号、特開2000−347017号、特開2000−347026号、特開2000−347027号、特開2000−347029号、特開2000−347030号、特開2000−347031号、特開2000−347032号、特開2000−347033号、特開2000−347034号、特開2000−347035号、特開2000−347037号、特開2000−347038号、特開2000−86989号、特開2000−98392号、特開2001−100012号、特開2001−108805号、特開2001−108806号、特開2001−133627号、特開2001−133628号、特開2001−142062号、特開2001−142072号、特開2001−174630号、特開2001−174634号、特開2001−174637号、特開2001−179902号、特開2001−183526号、特開2001−188103号、特開2001−188124号、特開2001−188125号、特開2001−188225号、特開2001−188231号、特開2001−194505号、特開2001−228311号、特開2001−228333号、特開2001−242461号、特開2001−242546号、特開2001−247834号、特開2001−26061号、特開2001−264517号、特開2001−272535号、特開2001−278924号、特開2001−2797号、特開2001−287308号、特開2001−305345号、特開2001−311827号、特開2001−350005号、特開2001−356207号、特開2001−356213号、特開2001−42122号、特開2001−42323号、特開2001−42325号、特開2001−4819号、特開2001−4829号、特開2001−4830号、特開2001−4831号、特開2001−4832号、特開2001−4834号、特開2001−4835号、特開2001−4836号、特開2001−4838号、特開2001−4839号、特開2001−51118号、特開2001−51119号、特開2001−51120号、特開2001−51273号、特開2001−51274号、特開2001−55573号、特開2001−66431号、特開2001−66597号、特開2001−74920号、特開2001−81469号、特開2001−83329号、特開2001−83515号、特開2002−162628号、特開2002−169024号、特開2002−189421号、特開2002−201367号、特開2002−20410号、特開2002−258046号、特開2002−275391号、特開2002−294174号、特開2002−311214号、特開2002−311246号、特開2002−328233号、特開2002−338703号、特開2002−363266号、特開2002−365164号、特開2002−370303号、特開2002−40209号、特開2002−48917号、特開2002−6109号、特開2002−71950号、特開2003−105540号、特開2003−114331号、特開2003−131036号、特開2003−139952号、特開2003−172819号、特開2003−35819号、特開2003−43252号、特開2003−50318号、特開2003−96066号。
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そして、本実施の形態は、表面突起高さが0.5〜8μm以下である点欠陥が0.01個/cm2〜10個/cm2である未延伸フイルムFaを、縦延伸部30において、2を超え、50以下の縦横比で1.01〜2.5倍に縦延伸するようにしている。
延伸後の熱可塑性フイルムF、なかでもボーイングを矯正し、配向角、レターデーションRe、Rthのばらつきを小さくしたフイルムは、液晶表示装置に組み込んだ際に環境変化に伴い表示むらが発生し易い。この原因を解析したところ、これらのフイルムでは、光弾性の変動が大きいことが原因と解った。すなわち、これらのフイルムは、液晶表パネル内で固定されているため、温度、湿度の変動に伴い寸法変化しようとすると、それが抑制されるために応力が発生する。この応力がフイルムのレターデーション変化(光弾性)を引起す。この光弾性が応力に伴い変動すると、表示むらとなる。
光弾性は、フイルムに応力を加えた際に発生するレターデーション変化を加えた応力で割った値であり、通常は応力によらず一定の値を示す。光弾性の変動とは、応力により光弾性が変動する現象を指す。本実施の形態では、100g/mm2の応力を基準とし、500g/mm2、1000g/mm2、1500g/mm2、2000g/mm2で測定した光弾性の最大値と最小値の差を平均値で割り、百分率で示したものを変動率とした。すなわち、異なる応力で測定した際の光弾性の変動を指すものとする。
このような光弾性の変動は、上記のようにボーイングを矯正したフイルムにおいて発生し易い。これは本来弓状に配向しようとしたものを矯正したために、フイルム内部の分子配向に局所的な歪が発生し、これが光弾性の変動を引起したものと推定される。
このような光弾性の変動は、未延伸フイルムFa中の表面突起高さが0.5〜8μmである点欠陥を本発明の範囲内にすることで抑制できる。本発明では、前記点欠陥が0.01個/cm2〜10個/cm2の熱可塑性フイルムを縦延伸することが好ましい。ここで点欠陥とは、フイルムに点光源から光を照射し、投影された像の中に明るく点状に映ったもの(明点)及び暗く点状に映ったもの(暗点)のうち、10μm〜10mmの円形ものを指す。ここでいう円形とは、長径と短径の比(アスペクト比)が1〜2のものを指す。
このような明点、暗点はフイルム中に屈折率の異なる異物が存在することで、投影光に対し凸あるいは凹レンズの役割を果たし、明点あるいは暗点となる。従って、この方法で投影される異物は上述のように円形のものであり、針状のものはレンズの働きをせず点欠陥とはならない。つまり、点欠陥の原因となる異物は、直径0.1〜30μmの核となる異物であって、長径と短径の比(アスペクト比)が1〜2である。図6A及び図6Bに異物の例を示す。一方の異物は、図6Aに示すように、長径が約30μm、短径が約20μmとなっており、他方の異物は、図6Bに示すように、長径が約20μm、短径が約10μmとなっている。
このような点欠陥の原因となる異物が存在すると、延伸中にこの周囲に歪が発生し易く、特にボーイングを矯正した場合にはその歪がより大きく、これが光弾性変動を引起すものと推定される。このような異物は、製膜中に樹脂が熱劣化して発生したものであり、内部に規則構造(配向)を持たないため、これ自体はレターデーションは発生せず、クロスニコル下では輝点異物とはならない。また、このような輝点異物は光弾性変動を引起さない。輝点異物は原料の未反応物に由来することが多く、架橋構造を有しておらず弾性率が低いため、応力で容易に変形し歪を発生し難いためである。一方、透明異物は、熱劣化物のため熱分解に伴う架橋が生成しておりこの結果高い弾性率を有し、延伸中に歪を発生し易いためである。
このような異物は、溶融製膜では混練溶融中に発生し易く、溶液製膜では流延後の乾燥工程中で発生し易い。また、異物は、少なすぎても下記弊害が発生し好ましくない。
異物は、周囲のフイルムより弾性率が高く、延伸中に弾性率を引き上げる効果がある。すなわち、引張り試験を行うと応力−歪曲線が立ち上がり、勾配が高くなる。
一方、異物が少ないと、弾性率は上昇せず、応力−歪曲線は歪が増加しても応力が増加しない。すなわち、大きく延伸倍率が高くても低くても応力が変化せず、同じ応力で高倍延伸、低倍延伸が可能となる。この結果延伸中、フイルムには一定応力が加わるが高倍延伸、低倍延伸が共存でき延伸むらが発生し易い。このように延伸倍率の異なる部分が並存すると、レターデーションや配向軸のむらが発生し易い。
点欠陥の原因となる異物の量は、以下のようにして調整することができる。
[溶融製膜]
異物は、溶融ろ過器(フィルタ18)内で発生し易く、熱及び樹脂と濾材との剪断により熱劣化が発生する。すなわち、分子鎖が切断され、それが再結合することでゲルを形成、これが熱で溶融しないためそのまま製膜され、異物となる。このため、溶融ろ過機18中の剪断速度を小さくすることがポイントであり、好ましい剪断速度は1sec-1〜100sec-1であり、より好ましくは3sec-1〜80sec-1、さらに好ましくは5sec-1〜70sec-1である。但し、剪断速度が上記範囲以下にするにはろ過中の樹脂の流速を下げる必要があり、これにより滞留時間が長くなるため、分子量が低下し易い。このような樹脂を製膜、延伸すると、膜強度が不足し延伸中に歪が発生し易く、光弾性の変動を発生し易いく好ましくない。このような剪断速度は濾材の孔径、溶融樹脂の流速の調整により達成できる。
[溶液製膜]
溶液製膜では、高温で長時間乾燥されるため、この間に樹脂が酸化劣化し、異物が発生し易い。このとき、乾燥中の酸素濃度を低減することで異物を上記の量にすることができる。好ましい酸素濃度は1%〜20%、より好ましくは3%〜19%、さらに好ましくは5%〜18%である。酸素濃度は低すぎても好ましくない。これは以下の理由による。
・樹脂は酸素が無くても熱分解が発生し、これに伴い分子切断によるラジカルが発生する。
・ラジカル同士が再結合しても異物を生成する。
・このとき、酸素はラジカルをトラップする効果がある。このため酸素が1%未満になると、再び異物が増加する。
酸素濃度は、乾燥初期(ドラム、バンド上〜剥ぎ取り直後)より乾燥後期(残留溶剤量が5質量%以下、対セルロースアシレート)に上記範囲にすることが好ましい。これは、乾燥初期は溶剤の蒸発潜熱によりフイルム温度が上がり難くいが、乾燥後期は残留溶剤が少なくフイルム温度が上昇し易く、熱劣化による異物が発生し易いためである。
また、フイルムの表面近傍の異物のほうが、フイルム内部に存在する異物よりも延伸中に歪を発生し易く、光弾性変動を引起し易い。これは以下の理由による。
異物がフイルム内部に存在する場合、異物近傍で延伸中に歪が発生するが、その影響はその周囲(上下左右)全領域に及ぶため、受ける歪は分散される。一方、表面近傍の場合、上下のうちの一方が空気であるため影響を受ける領域が、内部に異物が存在する場合よりも狭く、歪が分散されにくく、光弾性変動が大きくなり易い。
このように、応力集中点(歪が発生し易い場所)として突起が作用するため、その高さよりも数が本発明ではポイントになる。
このような突起数は、後述のように、溶融製膜では、ダイからキャスティングロール間のメルトの厚み変化速度やタッチロール製膜により調整され、溶液製膜では乾燥ゾーン中でのロールへの押し圧により調整される。
以下、本実施の形態に係る熱可塑性フイルムFについて順を追って説明する。
[熱可塑性フイルムF]
本実施の形態に係る熱可塑性フイルムFは、セルロースアシレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂から成る熱可塑性フイルム等が好ましい例として挙げられる。該フイルムを形成する熱可塑性樹脂としては、中でもセルロースアシレート樹脂、シクロオレフィン樹脂が好ましい。
<熱可塑性樹脂>
((セルロースアシレート樹脂))
セルロースアシレート樹脂の中でも好ましいのが、(a)プロピオネート基、ブチレート基、ペンタノイル基を含むセルロースアシレート樹脂と、(b)置換あるいは無置換の芳香族アシル基を少なくとも1種を含むセルロースアシレート樹脂であり、中でも好ましいのが(a)である。
(a)プロピオネート基、ブチレート基、ペンタノイル基を含むセルロースアシレート樹脂
セルロースアシレート樹脂はプロピオネート基、ブチレート基、ペンタノイル基、置換あるいは無置換の芳香族アシル基を少なくとも1種を含むものが好ましい。中でも下記(5)式〜(6)式を満たす組成を有するものが好ましい。
(5)式:2.5≦A+B<3.0
(6)式:0.1≦B<3.0
より好ましくは、下記(7)式、(8)式を満たす組成を有するものである。
(7)式:2.55≦A+B<2.95
(8)式:0.5≦B<2.9
さらに好ましくは、下記(9)式、(10)式を満たす組成を有するものである。
(9)式:2.6≦A+B<2.95
(10)式:1.3≦B<2.9
(5)〜(10)式中、Aは、アセテート基の置換度を示し、Bは、プロピオネート基、ブチレート基、ペンタノイル基の置換度の総和を示す。
上述の本実施の形態におけるセルロースアシレートは、アシル基以外にプロピオネート基、ブチレート基、ペンタノイル基を加えていることが特徴である。アセチル基に比べ立体的に嵩高いこれらの基を加えることで分子間の自由体積を大きくし、分子間の絡み合いを減少させることで延伸した時に発生する内部歪を軽減させ、これに由来する経時でのRe、Rthの変動、光弾性分布を小さくすることができる。
なお、本実施の形態におけるセルロースアシレートの原料綿や合成方法については、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)の7〜12頁に詳細に記載されている。
本実施の形態で好ましく用いられるセルロースアシレートの数平均重合度は110〜270、好ましくは120〜260、さらに好ましくは140〜250である。数平均重合度は、本実施の形態では、後述のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いた方法で測定される。
本実施の形態においては、セルロースアシレートのGPCによる重量平均重合度/数平均重合度が1.6〜3.6であることが好ましく、1.7〜3.3であることがさらに好ましく、1.8〜3.2であることが特に好ましい。
これらのセルロースアシレートは1種類のみを用いてもよく、2種以上混合してもよい。また、セルロースアシレート以外の高分子成分を適宜混合したものでもよい。混合される高分子成分はセルロースエステルと相溶性に優れるものが好ましく、フイルムにしたときの透過率が80%以上、さらに好ましくは90%以上、さらに好ましくは92%以上である。
(b)置換あるいは無置換の芳香族アシル基を含むセルロースアシレート樹脂
セルロースアシレート樹脂は、置換又は無置換の芳香族アシル基を少なくとも1種を含むものも好ましい。置換又は無置換の芳香族アシル基を含むセルロースアシレート樹脂としては、下記(11)式、(12)式を満たすセルロースアシレート樹脂が好ましい。
(11)式:2.5≦A+C<3.0
(12)式:0.1≦C<2
より好ましくは、下記(13)式、(14)式を満たす組成を有するものである。
(13)式:2.6≦A+C<2.95
(14)式:0.1≦C<1.5
さらに好ましくは、下記(15)式、(16)式を満たす組成を有するものである。
(15)式:2.7≦A+C<2.95
(16)式:0.1≦C<1.0
(11)式〜(16)式中、Aは、アセテート基の置換度を示し、Cは、置換もしくは無置換の芳香族アシル基を示す。
ここで、置換もしくは無置換の芳香族アシル基としては、特開2002−322201号公報に記載された[化1]の一般式(I)で表される基が挙げられる。
また、芳香族アシル基の具体例としては、特開2002−322201号公報に記載された[化3]の一般式、特開2002−322201号公報に記載された[化4]の一般式、特開2002−322201号公報に記載された[化5]の一般式、特開2002−322201号公報に記載された[化6]の一般式があげられるが、本実施の形態はこれに限定するものではない。
これらの置換基の中でも、1〜9、18〜19、27〜28の置換基が好ましく、より好ましく1〜3の置換基であり、最も好ましいのが1の置換基である。
((セルロースアシレート樹脂又はシクロオレフィン樹脂への添加剤))
(可塑剤)
さらに、本実施の形態では、セルロースアシレート樹脂又はシクロオレフィン樹脂に可塑剤を添加することで、延伸歪を軽減しやすく好ましい。可塑剤としては、例えば、アルキルフタリルアルキルグリコレート類、リン酸エステルやカルボン酸エステル等が挙げられる。
これらの可塑剤はセルロースアシレートに対し0質量%〜20質量%が好ましく、より好ましくは1質量%〜20質量%、さらに好ましくは2質量%〜15質量%である。これらの可塑剤は必要に応じて、2種類以上を併用して用いてもよい。
上述した可塑剤以外に、多価アルコール系可塑剤を添加するのも好ましい。本実施の形態で具体的に用いることができる多価アルコール系可塑剤は、セルロース脂肪酸エステルとの相溶性がよく、また熱可塑化効果が顕著に現れるグリセリンエステル、ジグリセリンエステル等のグリセリン系のエステル化合物やポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールの水酸基にアシル基が結合した化合物等である。
(安定剤)
本実施の形態では、安定剤としてホスファイト系化合物、亜リン酸エステル系化合物のいずれか、もしくは両方を用いることが好ましい。これらの安定剤の配合量は、セルロースアシレートに対して0.005〜0.5質量%であるのが好ましく、より好ましくは0.01〜0.4質量%であり、さらに好ましくは0.02〜0.3質量%である。その他の安定剤として、弱有機酸、チオエーテル系化合物、エポキシ化合物等を安定剤として配合してもよい。
(マット剤)
また、マット剤として微粒子を加えることが好ましい。本実施の形態に使用される微粒子としては、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、タルク、クレイ、焼成カオリン、焼成珪酸カルシウム、水和ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム及びリン酸カルシウムを挙げることができる。
(その他の添加剤)
その他の添加剤として、赤外吸収染料、光学調整剤、界面活性剤及び臭気トラップ剤(アミン等)等)を加えることができる。これらの詳細は、発明協会公開技法公技番号2001−1745号(2001年3月15日発行、発明協会、p.17−22に詳細に記載されている素材が好ましく用いられる。
赤外吸収染料としては、例えば、特開平2001−194522号公報のものが使用でき、紫外線吸収剤としては、例えば、特開平2001−151901号公報に記載のものが使用でき、それぞれセルロースアシレートに対して0.001〜5質量%含有させることが好ましい。
光学調整剤としてはレターデーション調整剤を挙げることができ、例えば、特開2001−166144号公報、特開2003−344655号公報、特開2003−248117号公報、特開2003−66230号公報記載のものを使用することができる。これにより面内のレターデーション(Re)、厚み方向のレターデーション(Rth)を制御できる。
好ましい添加量は、セルロースアシレートに対して、0〜10質量%であり、より好ましくは0〜8質量%、さらに好ましくは0〜6質量%である。
(シクロオレフィン樹脂)
本実施の形態は、熱可塑性樹脂として、シクロオレフィン樹脂を用いることも好ましい。シクロオレフィン系樹脂としては、例えば、(1)ノルボルネン系モノマーの開環(共)重合体を、必要に応じてマレイン酸付加、シクロペンタジエン付加のごときポリマー変性を行った後に、水素添加した樹脂、(2)ノルボルネン系モノマーを付加型重合させた樹脂、(3)ノルボルネン系モノマーとエチレンやα−オレフィン等のオレフィン系モノマーと付加型共重合させた樹脂等が挙げることができる。重合方法及び水素添加方法は、常法により行うことができる。
これらのシクロオレフィン樹脂の重量平均分子量としては、通常5,000〜1,000,000が好ましく、より好ましくは8,000〜200,000である。
本実施の形態におけるシクロオレフィン樹脂としては、例えば、特開昭60−168708号公報、特開昭62−252406号公報、特開昭62−252407号公報、特開平2−133413号公報、特開昭63−145324号公報、特開昭63−264626号公報、特開平1−240517号公報、特公昭57−8815号公報等に記載されている樹脂を挙げることができる。
これらの樹脂の中でも、ノルボルネン系モノマーの開環重合体を水素添加して得られる水添重合体が特に好ましい。
これらのシクロオレフィン樹脂のガラス転移温度(Tg)は120℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは140℃以上であり、飽和吸水率は1質量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.8質量%以下とされる。前記シクロオレフィン樹脂のガラス転移温度(Tg)及び飽和吸水率は、置換基の種類を選択することにより制御することができる。
さらに特開2001−114836号公報に記載された[化1]の式(I)で表されるシクロオレフィン樹脂を本発明のフイルムに使用することができる。本発明では、シクロオレフィン樹脂として、[A−1]:炭素原子数が2〜20のα−オレフィンと上記式(I)で表される環状オレフィンとのランダム共重合体の水素添加物、[A−2]:上記式(I)で表される環状オレフィンの開環重合体又は共重合体の水素添加物等を挙げることができる。
[製膜]
本実施の形態では溶融製膜、溶液製膜のいずれも用いることができるが、溶融製膜を用いることがより好ましい。溶融製膜のほうが表面凹凸の制御を行い易いためである。
(溶融製膜)
(1)ペレット化
熱可塑性樹脂と添加物とは溶融製膜に先立ち混合しペレット化するのが好ましい。
ペレット化を行うにあたり熱可塑性樹脂及び添加物は事前に乾燥を行うことが好ましいが、ベント式押出機を用いることで、乾燥を代用することもできる。乾燥を行う場合、乾燥方法としては、加熱炉内にて90℃で8時間以上加熱する方法等を用いることができるが、この限りではない。ペレット化は熱可塑性樹脂と添加物を2軸混練押出機を用い150℃〜250℃で溶融後、ヌードル状に押出したものを水中で固化し裁断することで作製することができる。また、押出機による溶融後水中に口金より直接押出ながらカットする、アンダーウオーターカット法等によりペレット化を行ってもかまわない。
押出機は、十分な溶融混練が得られる限り、任意の公知の単軸スクリュー押出機、非かみ合い型異方向回転二軸スクリュー押出機、かみ合い型異方向回転二軸スクリュー押出機、かみ合い型同方向回転二軸スクリュー押出機等を用いることができる。
好ましいペレットの大きさは断面積が1mm2〜300mm2、長さが1mm〜30mmがこのましく、より好ましくは断面積が2mm2〜100mm2、長さが1.5mm〜10mmである。
また、ペレット化を行う時に、添加物は押出機の途中にある原料投入口やベント口から投入することもできる。
押出機の回転数は10rpm〜1000rpmが好ましく、より好ましくは、20rpm〜700rpm、さらにより好ましくは30rpm〜500rpmである。これより、回転速度が遅くなると滞留時間が長くなり、熱劣化により分子量が低下したり、黄色味が悪化しやすくなるため、好ましくない。また回転速度が速すぎると剪断により分子の切断がおきやすくなり、分子量低下を招いたり、架橋ゲルの発生は増加する等の問題が生じやすくなる。
ペレット化における押出滞留時間は10秒間以上、30分間以内、より好ましくは、15秒間〜10分間、さらに好ましくは30秒〜3分間である。十分に溶融ができれば、滞留時間は短い方が、樹脂劣化、黄色み発生を抑えることができる点で好ましい。
(2)乾燥
溶融製膜に先立ちペレット中の水分を減少させることが好ましい。乾燥の方法については、除湿風乾燥機を用いて乾燥することが多いが、目的とする含水率が得られるのであれば特に限定されない(加熱、送風、減圧、攪拌等の手段を単独又は組み合わせで用いることで効率的に行うことが好ましい、さらに好ましくは、乾燥ホッパを断熱構造にすることが好ましい)。乾燥温度として好ましくは0〜200℃であり、さらに好ましくは40〜180℃であり、特に好ましくは60〜150℃である。乾燥温度が低過ぎると乾燥に時間がかかるだけでなく、含有水分率が目標値以下にならず好ましくない。一方、乾燥温度が高過ぎると樹脂が粘着してブロッキングして好ましくない。乾燥風量として好ましくは20〜400m3/時間で有り、さらに好ましくは50〜300m3/時間、特に好ましくは100〜250m3/時間である。乾燥風量が少ないと乾燥効率が悪く好ましくない。一方、風量を多くしても一定量以上あれば乾燥効果の更なる向上は小さく経済的でない。エアーの露点として、好ましくは0〜−60℃で有り、さらに好ましくは−10〜−50℃、特に好ましくは−20〜−40℃である。乾燥時間は少なくとも15分以上必要であり、さらに好ましくは、1時間以上、特に好ましくは2時間以上である。一方、50時間を超えて乾燥させても、さらなる水分率の低減効果は少なく、樹脂の熱劣化の懸念が発生するため乾燥時間を不必要に長くすることは好ましくない。本実施の形態の熱可塑性樹脂は、その含水率が1.0質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以下であることがさらに好ましく、0.01質量%以下であることが特に好ましい。
(3)溶融押出し
上述した熱可塑性ペレットは押出機14の供給口を介してシリンダ内に供給される。シリンダ内は供給口側から順に、供給口から供給した熱可塑性樹脂を定量輸送する供給部(領域A)と熱可塑性樹脂を溶融混練・圧縮する圧縮部(領域B)と溶融混練・圧縮された熱可塑性樹脂を計量する計量部(領域C)とで構成される。樹脂は上述の方法により水分量を低減させるために、乾燥することが好ましいが、残存する酸素による溶融樹脂の酸化を防止するために、押出機14内を不活性(窒素等)気流中、あるいはベント付き押出し機を用い真空排気しながら実施するのがより好ましい。押出機14のスクリュー圧縮比は2.5〜4.5に設定され、L/Dは20〜70に設定されている。ここでスクリュー圧縮比とは供給部Aと計量部Cとの容積比、すなわち、供給部Aの単位長さあたりの容積÷計量部Cの単位長さあたりの容積で表され、供給部Aのスクリュー軸の外径d1、計量部Cのスクリュー軸の外径d2、供給部Aの溝部径a1、及び計量部Cの溝部径a2とを使用して算出される。また、L/Dとはシリンダー内径に対するシリンダー長さの比である。また、押出温度は190℃〜240℃に設定される。押出機内での温度が230℃を超える場合には、押出機14とダイ20との間に冷却機を設けるようにするとよい。
スクリュー圧縮比が2.5を下回って小さ過ぎると、十分に溶融混練されず、未溶解部分が発生し、製造後の熱可塑性フイルムFに未溶解異物が残存し易くなり、さらに、気泡が混入し易くなる。これにより、熱可塑性フイルムFの強度が低下したり、あるいは未延伸フイルムFaを延伸する場合に破断し易くなり、配向を十分に上げることができなくなる。逆に、スクリュー圧縮比が4.5を上回って大き過ぎると、せん断応力がかかり過ぎて発熱により樹脂が劣化し易くなるので、製造後の熱可塑性フイルムFに黄色味が出易くなる。また、せん断応力がかかり過ぎると分子の切断が起こり分子量が低下してフイルムの機械的強度が低下する。従って、製造後の熱可塑性フイルムFに黄色味が出にくく、且つ、フイルム強度が強くさらに延伸破断しにくくするためには、スクリュー圧縮比は2.5〜4.5の範囲がよく、より好ましくは2.8〜4.2、特に好ましいのは3.0〜4.0の範囲である。
また、L/Dが20を下回って小さ過ぎると、溶融不足や混練不足となり、圧縮比が小さい場合と同様に製造後の熱可塑性フイルムFに未溶解異物が発生し易くなる。逆に、L/Dが70を上回って大き過ぎると、押出機内での熱可塑性樹脂の滞留時間が長くなり過ぎ、樹脂の劣化を引き起こし易くなる。また、滞留時間が長くなると分子の切断が起こったり、分子量が低下して熱可塑性フイルムFの機械的強度が低下する。従って、製造後の熱可塑性フイルムFに黄色味が出にくく且つフイルム強度が強くさらに延伸破断しにくくするためには、L/Dは20〜70の範囲が好ましく、より好ましくは22〜65の範囲、特に好ましくは24〜50の範囲である。
また、押出温度は上述のようにTg+40℃にすることが好ましい。このようにして得られた熱可塑性フイルムは、ヘイズが2.0%以下、イエローインデックス(YI値)が10以下である特性値を有している。
ここで、ヘイズは押出温度が低過ぎないかの指標、換言すると製造後の熱可塑性フイルムFに残存する未溶解異物の多少を知る指標になり、ヘイズが2.0%を超えると、製造後の熱可塑性フイルムFの強度低下と延伸時の破断とが発生し易くなる。また、イエローインデックス(YI値)は押出温度が高過ぎないかを知る指標となり、イエローインデックス(YI値)が10以下であれば、黄色味の点で問題ない。
押出機14の種類として、一般的には設備コストの比較的安い単軸押出機が用いられることが多く、フルフライト、マドック、ダルメージ等のスクリュータイプがあるが、熱安定性の比較的悪いセルロースアシレート樹脂には、フルフライトタイプが好ましい。また、設備コストは効果であるが、スクリューセグメントを変更することにより、途中でベント口を設けて不要な揮発成分を脱揮させながら押出しができる二軸押出機を用いることが可能である。二軸押出機には大きく分類して同方向と異方向のタイプがあり、どちらも用いることが可能であるが、滞留部分が発生し難くセルフクリーニング性能の高い同方向回転のタイプが好ましい。二軸押出機は設備が効果であるが、混練性が高く、樹脂の供給性能が高いため、低温での押出しが可能となるため、熱分解し易いセルロースアセテート樹脂の製膜に適している。ベント口を適正に配置することにより、未乾燥状態でのセルロールアシレートペレットやパウダーをそのまま使用することも可能である。また、製膜途中で出たフイルムのミミ等も乾燥させることなしにそのまま再利用することもできる。
なお、好ましいスクリューの直径は目標とする単位時間あたりの押出量によってことなるが、10mm〜300mm、より好ましくは20mm〜250mm、さらに好ましくは30mm〜150mmである。
(4)ろ過
溶融樹脂90中の異物ろ過のためや異物によるギアポンプ16の損傷を避けるため押出機14の出口にフィルタ濾材を設けるいわゆるブレーカープレート式のろ過を行うことが好ましい。この際、上記のように濾材の孔径、溶融樹脂の流速の調整により達成できる。
ろ過は、さらに、精度高く異物ろ過をするために、ギアポンプ16の通過後にいわゆるリーフ型ディスクフィルタを組み込んだろ過装置を設けることが好ましい。ろ過は、ろ過部を1カ所設けて行うことができ、また複数カ所設けて行う多段ろ過でもよい。フィルタ濾材のろ過精度は高い方が好ましいが、濾材の耐圧や濾材の目詰まりによる濾圧上昇から、ろ過精度は15μmm〜3μmmが好ましくさらに好ましくは10μmm〜3μmmである。特に、最終的に異物ろ過を行うリーフ型ディスクフィルタ装置を使用する場合では品質の上でろ過精度の高い濾材を使用することが好ましく、耐圧、フィルタライフの適性を確保するために装填枚数にて調整することが可能である。濾材の種類は、高温高圧下で使用される点から鉄鋼材料を用いることが好ましく、鉄鋼材料の中でも特にステンレス鋼、スチール等を用いることが好ましく、腐食の点から特にステンレス鋼を用いることが望ましい。濾材の構成としては、線材を編んだものの他に、例えば、金属長繊維あるいは金属粉末を焼結し形成する焼結濾材が使用でき、ろ過精度、フィルタライフの点から焼結濾材が好ましい。
(5)ギアポンプ16
厚み精度を向上させるためには、吐出量の変動を減少させることが重要であり、押出機14とダイ20との間にギアポンプ16を設けて、ギアポンプ16から一定量のセルロースアシレート樹脂を供給することは効果がある。ギアポンプ16とは、ドライブギアとドリブンギアとからなる一対のギアが互いに噛み合った状態で収容され、ドライブギアを駆動して両ギアを噛み合い回転させることにより、ハウジングに形成された吸引口から溶融状態の樹脂をキャビティ内に吸引し、同じくハウジングに形成された吐出口からその樹脂を一定量吐出するものである。押出機14の先端部分の樹脂圧力が若干の変動があっても、ギアポンプ16を用いることにより変動を吸収し、フイルム製造装置10下流の樹脂圧力の変動は非常に小さなものとなり、厚み変動が改善される。ギアポンプ16を用いることにより、ダイ20部分の樹脂圧力の変動幅を±1%以内にすることが可能である。
ギアポンプ16による定量供給性能を向上させるために、スクリューの回転数を変化させて、ギアポンプ16前の圧力を一定に制御する方法も用いることができる。また、ギアポンプ16のギアの変動を解消した3枚以上のギアを用いた高精度ギアポンプも有効である。
ギアポンプ16を用いるその他のメリットとしては、スクリュー先端部の圧力を下げて製膜できることから、エネルギー消費の軽減・樹脂温上昇の防止・輸送効率の向上・押出機内での滞留時間の短縮・押出機のL/Dを短縮が期待できる。また、異物除去のために、フィルタ18を用いる場合には、ギアポンプ16が無いと、ろ圧の上昇と共に、スクリューから供給される樹脂量が変動したりすることがあるが、ギアポンプ16を組み合わせて用いることにより解消が可能である。一方、ギアポンプ16のデメリットとしては、設備の選定方法によっては、設備の長さが長くなり、樹脂の滞留時間が長くなることと、ギアポンプ16のせん断応力によって分子鎖の切断を引き起こすことがあり、注意が必要である。
溶融樹脂90が供給口から押出機14に入ってからダイ20を出るまでの溶融樹脂90の好ましい滞留時間は2分間〜60分間であり、より好ましくは3分間〜40分間であり、さらに好ましくは4分間〜30分間である。
ギアポンプ16の軸受循環用ポリマーの流れが悪くなることにより、駆動部と軸受部におけるポリマーによるシールが悪くなり、計量及び送液押し出し圧力の変動が大きくなったりする問題が発生するため、熱可塑性樹脂の溶融粘度に合わせたギアポンプ16の設計(特にクリアランス)が必要である。また、場合によっては、ギアポンプ16の滞留部分が熱可塑性樹脂の劣化の原因となるため、滞留のできるだけ少ない構造が好ましい。押出機14とギアポンプ16あるいはギアポンプ16とダイ20等とをつなぐポリマー管やアダプタについても、できるだけ滞留の少ない設計が必要であり、且つ、溶融粘度の温度依存性の高い熱可塑性樹脂の押出圧力安定化のためには、温度の変動をできるだけ小さくすることが好ましい。一般的には、ポリマー管の加熱には設備コストの安価なバンドヒーターが用いられることが多いが、温度変動のより少ないアルミ鋳込みヒータを用いることがより好ましい。さらに上述のように押出機14内で、押出機14のバレルを3〜20に分割したヒータで加熱し溶融することが好ましい。
(6)ダイ20
上述のように構成された押出機14によって熱可塑性樹脂が溶融され、必要に応じてろ過機、ギアポンプ16を経由して溶融樹脂90がダイ20に連続的に送られる。ダイ20はダイス内の溶融樹脂の滞留が少ない設計であれば、一般的に用いられるTダイ、フィッシュテールダイ、ハンガーコートダイの何れのタイプでも構わない。また、Tダイの直前に樹脂温度の均一性アップのためのスタティックミキサーを入れることも問題ない。Tダイ出口部分のクリアランスは一般的にフイルム厚みの1.0〜5.0倍がよく、好ましくは1.2〜3倍、さらに好ましくは1.3〜2倍である。リップクリアランスがフイルム厚みの1.0倍小さい場合には製膜により面状の良好なシートを得ることが困難である。また、リップクリアランスがフイルム厚みの5.0倍を超えて大きい場合にはシートの厚み精度が低下するため好ましくない。ダイ20はフイルムの厚み精度を決定する非常に重要な設備であり、厚み調整が厳密にコントロールできるものが好ましい。通常厚み調整は40〜50mm間隔で調整可能であるが、好ましくは35mm間隔以下、さらに好ましくは25mm間隔以下でフイルム厚み調整が可能なタイプが好ましい。また、製膜フイルムの均一性を向上するために、ダイ20の温度むらや幅方向の流速むらができるだけ少ない設計が重要である。また、下流のフイルム厚みを計測して、厚み偏差を計算し、その結果をダイ20の厚み調整にフィードバックさせる自動厚み調整ダイも長期連続生産の厚み変動の低減に有効である。
フイルムの製造は設備コストの安い単層製膜装置が一般的に用いられるが、場合によっては機能層を外層に設けために多層製膜装置を用いて2種以上の構造を有するフイルムの製造も可能である。一般的には機能層を表層に薄く積層することが好ましいが、特に層比を限定するものではない。
(7)キャスティングロール28
上記条件にて、ダイ20からシート状に押し出された溶融樹脂90をキャスティングロール28上で冷却固化し、未延伸フイルムFaを得る。このとき、ダイ20からキャスティングロール28に至る間での溶融樹脂90の厚み変化を3倍/秒〜500倍/秒にすることが好ましく、より好ましく10倍/秒〜300倍/秒、さらに好ましくは20倍/秒〜200倍/秒である。ここでいう厚み変化とは、ダイ20のスリット間隔(A)とキャスティングロール28上の溶融樹脂90の厚み(B)、ダイ20、キャスティングロール28間の溶融樹脂90の移動時間(T秒)から、(A/L)/Tとして求めた値である。すなわち、ダイ20−キャスティングロール28間で溶融樹脂90を延伸し薄くすることで内部の透明異物をより表面近傍に集めることができ、その厚み変化速度が大きいほどその効果が大きい。これは以下の理由による。
延伸により厚み減少させると、異物はメルトに比べ動き難く薄くなろうとする溶融樹脂90の動きに追随できず取り残される。その結果、厚み減少比(A/B)が大きいほど表面近傍に異物が集まり易く、表面突起が発生し易い。この現象は変形(厚み現象)速度が大きいほど(Tが小さいほど)発生し易い。従って上記範囲にA/L)/Tにすることで本発明の表面突起数を実現できる。
このような厚み変化は、ダイスリット間隔、ダイ20−キャスティングロール28間距離、キャスティングロール28の回転速度(これが速いほどキャスティングロール28上の溶融樹脂90の厚みを薄くでき、ダイ20−キャスティングロール28間の移動時間を短くできる)により調整できる。
さらに本実施の形態では、キャスティングロール28上で静電印加法、エアナイフ法、エアーチャンバー法、バキュームノズル法、タッチロール法等の方法を用い、キャスティングロール28と溶融押出ししたシートの密着を上げることが好ましいが、中でも上述のタッチロール法を用いるのが好ましい。これにより表面近傍に異物をフイルム内部に押し込み表面突起数を減少させることができる。
タッチロール法は、キャスティングロール28上に第1タッチロール24及び第2タッチロール26を置いてフイルム表面を整形するものである。このとき、第1タッチロール24及び第2タッチロール26のうち、少なくとも第1タッチロール24は、通常の剛性の高いものではなく、弾性を有するものが好ましい。これにより過剰な面圧により未延伸フイルムFaへの表面凹凸を抑制できる。このためには、第1タッチロール24の外筒厚みを通常のロールよりも薄くすることが必要であり、外筒の肉厚Zは、0.05mm〜7.0mmが好ましく、より好ましくは0.2mm〜5.0mmである。さらに好ましくは0.3mm〜3.5mmである。第1タッチロール24は、金属シャフトの上に設置し、その間に熱媒(流体)を通してもよく、外筒と金属シャフトの上に間に弾性体層を設け、外筒の間に熱媒(流体)を満たしたものが挙げられる。
このように、第1タッチロール24は、低弾性であるため、キャスティングロール28に接触させると、その押圧で凹状に弾性変形する。従って、第1タッチロール24とキャスティングロール28とが面接触するため、押圧力が分散され、低い面圧を達成できる。好ましい第1タッチロール24の面圧は、0.1MPa〜10MPa、より好ましくは0.2MPa〜7MPa、さらに好ましくは0.3MPa〜5MPaである。ここでいう面圧とは、第1タッチロール24を押し付けている力をフイルムと第1タッチロール24の接触面積で割った値である。
第1タッチロール24の温度は60℃〜160℃、より好ましくは70℃〜150℃、さらに好ましくは80℃〜140℃に設定するのが好ましい。このような温度制御は、これらのロール内部に温調した液体、気体を通すことで達成できる。このように内部に温調機構を有するものがより好ましい。
第1タッチロール24及び第2タッチロール26の材質は金属であることが好ましく、より好ましくはステンレスであり、表面にメッキを行うことも好ましい。一方、ゴムロールやゴムでライニングした金属ロールではゴム表面の凹凸が大きすぎ、上記の表面凹凸を持つ熱可塑性フイルムを製膜できず好ましくない。
第1タッチロール24、第2タッチロール26、キャスティングロール28は、表面が鏡面であることが好ましく、算術平均高さRaが100nm以下、好ましくは50nm以下、さらに好ましくは25nm以下である。具体的には、例えば、特開平11−314263号公報、特開2002−36332号公報、特開平11−235747号公報、国際公開第97/28950号パンフレット、特開2004−216717号公報、特開2003−145609号公報記載のものを利用できる。
図1及び図3の例では、1つのキャスティングロール28を用いた場合を示しているが、キャスティングロール28は複数本用いて徐冷することがより好ましい(このうちタッチロールを用いるのは最上流側(ダイに近い方)の最初のキャスティングロール28にタッチさせるように配置する)。一般的には3本のキャスティングロール28を用いることが比較的よく行われているが、この限りではない。キャスティングロール28の直径は50mm〜5000mmが好ましくより好ましくは、100mm〜2000mm、さらに好ましくは150mm〜1000mmである。複数本あるキャスティングロール28の間隔は、面間で0.3mm〜300mmが好ましく、より好ましくは、1mm〜100mm、さらに好ましくは3mm〜30mmである。キャスティングロール28は60℃〜160℃が好ましく、より好ましくは70℃〜150℃、さらに好ましくは80℃〜140℃である。
(8)巻取り
この後、キャスティングロール28から未延伸フイルムFaを剥ぎ取り、工程や設備によっては、その後、巻き取る場合がある。この場合の巻き取り速度は10m/分間〜100m/分間が好ましく、より好ましくは15m/分間〜80m/分間、さらに好ましくは20m/分間〜70m/分間である。このようにして製膜が行われる。
製膜幅は0.7m〜5m、さらに好ましくは1m〜4m、さらに好ましくは1.3m〜3mが好ましい。このようにして得られた未延伸フイルムの厚みは20μm〜250μmが好ましく、より好ましくは25μm〜200μm、さらに好ましくは30μm〜180μmである。
また、両端をトリミングすることも好ましい。トリミングカッターはロータリーカッター、シャー刃、ナイフ等の何れのタイプの物を用いても構わない。材質についても、炭素鋼、ステンレス鋼何れを用いても構わない。一般的には、超硬刃、セラミック刃を用いると刃物の寿命が長く、また切り粉の発生が抑えられて好ましい。トリミングで切り落とした部分は破砕し、再度原料として使用してもよい。
また、片端あるいは両端に厚み出し加工(ナーリング処理)を行うことも好ましい。厚み出し加工による凹凸の高さは1μm〜200μmが好ましく、より好ましくは10μm〜150μm、さらに好ましくは20μm〜100μmである。厚み出し加工は、両面に凸になるようにしても、片面に凸になるようにしても構わない。厚み出し加工の幅は1mm〜50mmが好ましく、より好ましくは3mm〜30mm、さらに好ましくは5mm〜20mmである。押出し加工は室温〜300℃で実施できる。
このようにして製膜した未延伸フイルムFaは、そのまま延伸してもよく(オンライン延伸)、一旦巻き取った後、再度送り出して延伸(オフライン延伸)してもよい。
巻き取る際は、少なくとも片面にラミフイルムを付けることも、傷防止の観点から好ましい。ラミフイルムの厚みは5μm〜200μmが好ましく10μm〜150μmが好ましく、15μm〜100μmが好ましい。材質はポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン等、特に限定されない。
好ましい巻き取り張力は1kg/m幅〜50kg/幅、より好ましくは2kg/m幅〜40kg/幅、さらに好ましくは3kg/m幅〜20kg/幅である。巻き取り張力が1kg/m幅より小さい場合には、未延伸フイルムFaを均一に巻き取ることが困難である。逆に、巻き取り張力が50kg/幅を超える場合には、未延伸フイルムFaが堅巻きになってしまい、巻き外観が悪化するのみでなく、未延伸フイルムFaのコブの部分がクリープ現象により延びて未延伸フイルムFaの波うちの原因になったり、あるいは未延伸フイルムFaの伸びによる残留複屈折が生じるため好ましくない。巻き取り張力は、ラインの途中のテンションコントロールにより検知し、一定の巻き取り張力になるようにコントロールされながら巻き取ることが好ましい。製膜ラインの場所により、フイルム温度に差がある場合には熱膨張により、未延伸フイルムFaの長さが僅かに異なる場合があるため、間のドロー比率を調整し、ライン途中で未延伸フイルムFaに規定以上の張力がかからない様にすることが必要である。
巻き取り張力はテンションコントロールの制御により、一定張力で巻き取ることもできるが、巻き取った直径に応じてテーパーをつけ、適正な巻取り張力にすることがより好ましい。一般的には巻き径が大きくなるにつれて張力を少しずつ小さくするが、場合によっては、巻き径が大きくなるにしたがって張力を大きくする方が好ましい場合もある。
(溶液製膜)
セルロースアシレート樹脂やポリカーボネイト等は溶融製膜以外に溶液製膜を行うことができる。これに用いる溶剤は、下記の(a)塩素系溶剤、(b)非塩素系溶剤のいずれも用いることができる。
(a)塩素系溶剤
塩素系有機溶媒は、好ましくはジクロロメタン、クロロホルムである。特にジクロロメタンが好ましい。また、塩素系有機溶媒以外の有機溶媒を混合することも特に問題ない。その場合は、ジクロロメタンは少なくとも50質量%使用することが必要である。
(b)非塩素系溶剤
非塩素系有機溶媒は、炭素原子数が3〜12のエステル、ケトン、エーテルから選ばれる溶媒が好ましい。
本発明では、塩素系、非塩素系溶剤いずれの場合でも、溶媒にセルロースアシレートを10〜40質量%溶解していることが好ましく、より好ましくは13〜35質量%であり、特には15〜30質量%である。溶解に先立ち、0℃〜50℃で0.1時間〜100時間膨潤させることが好ましい。なお、種々の添加剤は膨潤工程の前に添加しても良く、膨潤工程中あるいは後でもよく、さらには、この後冷却溶解中あるいは後でも構わない。
本発明では、セルロースアシレートを溶解するために、冷却・昇温法を用いても良い。冷却・昇温法は、特開平11−323017号公報、特開平10−67860号公報、特開平10−95854号公報、特開平10−324774号公報、特開平11−302388号公報に記載のような方法を用いることができる。すなわち、溶剤とセルロースアシレートを混合し膨潤させたものを、冷却ジャケットを付与したスクリュウ型混練機を用い溶解する。
本発明ではドープ中に可塑剤(0.1〜20質量%)、紫外線吸収剤(0.001〜5質量%)、平均粒径が5〜3000nmである微粒子粉体(0.001〜5質量%)、界面活性剤(0.001〜2質量%)、剥離剤(0.0001〜2質量%)、劣化防止剤(0.0001〜2質量%)、光学異方性コントロール剤(0.1〜15質量%)、赤外吸収剤(0.1〜5質量%)を含有しても良い。これらは特開2005−104148号の段落[0196]〜段落[0516]に記載しているものや、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)に記載のものを使用できる。
さらに本発明のドープは、濃縮、ろ過を実施することが好ましく、これらは発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)にて25頁に詳細に記載されているものを使用できる。
次に、溶液製膜法について述べる。溶解機(釜)から調製されたドープ(セルロースアシレート溶液)を貯蔵釜で一旦貯蔵し、ドープを脱泡して最終調製をする。
ドープを貯蔵釜から、例えば、回転数によって高精度に定量送液できる加圧型定量ギアポンプを通して加圧型ダイに送り、ドープを加圧型ダイの口金(スリット)からエンドレスに走行している流延部の金属支持体(バンド、ドラム)の上に均一に流延され、金属支持体がほぼ一周した剥離点で、生乾きのドープ膜(ウェブとも呼ぶ)を金属支持体から剥離する。剥離したウェブの両端をクリップで挟み、幅保持しながらテンターで搬送して乾燥した後、上述の条件(酸素濃度)でロール搬送しながら乾燥することにより、投影異物の数を本発明の範囲にできる。さらに、この時のフイルムの搬送ロールへの押圧力を0.1MPa〜5MPa、より好ましくは0.2MPa〜3MPa、さらに好ましくは0.3MPa〜2MPaである。このような押圧力は、ロール上にニップロールを設置しその押圧力を調整することでも達成できる。このようにすることで、乾燥ゾーン中の搬送ロールにより表面近傍の投影異物を内部に押し込み、表面突起を本発明の範囲とすることができる。この時の好ましい温度は120℃〜200℃、より好ましく130℃〜180℃、さらに好ましくは135℃〜170℃である。
この後、トリミングし、ナーリング(型押し)加工を行った後、巻き取り機で所定の長さに巻き取る。巻取り長は1000m〜5000mが好ましく、より好ましくは1500m〜4000m、巻取り幅は0.5m〜4m、より好ましく1m〜3m、厚みは20μm〜300μm、より好ましく30μm〜200μmである。なお、乾燥温度は100℃〜200℃が好ましく、より好ましくは120℃〜180℃、好ましい乾燥時間は10分〜200分、より好ましく15分〜80分である。
また、流延工程では1種類のセルロースアシレート溶液を単層流延してもよいし、2種類以上のセルロースアシレート溶液を同時及び又は逐次共流延しても良い。
このような溶液製膜は公開技法(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)に記載の方法も用いることができる。
[延伸工程]
溶融製膜、溶液製膜した未延伸フイルムFaは横延伸されるが、これと合わせて縦延伸、緩和処理をおこなってもよい。これらは、例えば、以下の組合せで実施できる。
(a) 横延伸
(b) 横延伸→緩和処理
(c) 縦延伸→横延伸
(d) 縦延伸→横延伸→緩和処理
(e) 縦延伸→緩和処理→横延伸→緩和処理
(f) 横延伸→縦延伸→緩和処理
(g) 横延伸→緩和処理→縦延伸→緩和処理
(h) 縦延伸→横延伸→縦延伸
(i) 縦延伸→横延伸→縦延伸→緩和処理
これらの中でより好ましいのが、(a)〜(d)であり、さらに好ましいのが(b)、(d)である。
(横延伸)
横延伸はテンターを用い実施することができる。すなわち、フイルムの幅方向の両端部をクリップで把持し、横方向に拡幅することで延伸する。この時、テンター内に所望の温度の風を送ることで延伸温度を制御できる。延伸温度は、(Tg−10)℃〜(Tg+60)℃が好ましく、(Tg−5)℃〜(Tg+45)℃がより好ましく、Tg〜(Tg+30)℃がさらに好ましい。好ましい延伸倍率は1.01倍〜4倍、より好ましく1.03倍〜3.5倍、さらに好ましくは1.05倍〜2.5倍である。ここで、延伸倍率は、以下の式を用いて求めたものである。
延伸倍率={(延伸後の長さ)−(延伸前の長さ)}/(延伸前の長さ)
このような延伸の前に予熱、延伸の後に熱固定を行うことで延伸後のRe、Rth分布を小さくし、ボーイングに伴う配向角のばらつきを小さくできる。予熱、熱固定はどちらか一方であってもよいが、両方行うのがより好ましい。これらの予熱、熱固定はクリップで把持して行うのが好ましく、すなわち、延伸と連続して行うのが好ましい。
予熱は延伸温度より1℃〜50℃、より好ましくは3℃〜40℃、さらに好ましくは5℃〜30℃、特に好ましくは10℃〜30℃高くすることが好ましい。好ましい予熱時間は1秒〜10分であり、より好ましくは5秒〜4分、さらに好しくは10秒〜2分である。予熱の際、テンターの幅はほぼ一定に保つことが好ましい。ここで「ほぼ」とは未延伸フイルムの幅の±10%を指す。
熱固定は延伸温度より1℃〜50℃、より好ましく3℃〜40℃、さらに好ましくは5℃〜30℃、特に好ましくは10℃〜30℃低くすることが好ましい。さらに好ましくは延伸温度以下で、且つ、Tg以下にするのが好ましい。好ましい予熱時間は1秒〜10分であり、より好ましくは5秒〜4分、さらに好ましくは10秒以上2分以下である。熱固定の際、テンターの幅はほぼ一定に保つことが好ましい。ここで「ほぼ」とは延伸終了後のテンター幅の0%(延伸後のテンター幅と同じ幅)〜−10%(延伸後のテンター幅より10%縮める=縮幅)を指す。延伸幅以上に拡幅すると、フイルム中に残留歪が発生しやすくRe、Rthの経時変動を増大し易く好ましくない。
このように、熱固定温度<延伸温度<予熱温度、であることが好ましい。このような予熱、熱固定により配向角やRe、Rthのバラツキを小さくできるのは下記理由による。
フイルムは幅方向に延伸され、直交方向(長手方向)に細くなろうとする(ネックイン)。このため、横延伸前後のフイルムが引っ張られて応力が発生する。しかし、フイルムの幅方向両端は、チャックで固定されており応力により変形を受けにくく、幅方向の中央部は変形を受け易い。この結果、ネックインによる応力方向が弓(bow)状となることでボーイングが発生する。この結果、面内のRe、Rthにむらが生じたり、配向軸の分布が発生する。
これを抑制するために、予熱側(延伸前)の温度を高くし、熱処理(延伸後)の温度を低くすると、ネックインはより弾性率の低い高温側(予熱)で発生し、熱処理(延伸後)では発生しにくくなる。すなわち、熱固定を行わない場合には、図8に示すように、横延伸後のフイルムFの横延伸ゾーン出口付近で、搬送方向上流側に凸なボーイング(曲線Lb参照)が発生するが、本実施の形態では、横延伸部42の直後の熱固定部44において熱固定を行うことで、図7に示すように、搬送方向上流側に凸なボーイングの発生が抑制できる。また、横延伸部42の直前の予熱部36において予熱を行った場合には、横延伸部42の入口付近で搬送方向下流側に樹脂の分布が広がり易く、均一な横延伸が可能になり、横延伸部42の出口付近で搬送方向上流側に凸なボーイングが発生し難くなる。この結果、延伸後のボーイングを抑制できる。
このような延伸によりさらに、Re、Rthの幅方向、長手方向のばらつきを、いずれも5%以下、より好ましくは4%以下、さらに好ましくは3%以下にできる。さらに配向角を90°±5°以下又は0°±5°以下とする事ができ、より好ましくは90°±3°以下又は0°±3°以下、さらに好ましくは90°±1°以下又は0°±1°以下とすることができる。
本実施の形態ではこのような効果が高速延伸でも達成できることが特徴であり、好ましくは20m/分以上、より好ましくは25m/分以上、さらに好ましくは30m/分以上でも顕著に効果が現れる。
(縦延伸)
本実施の形態では、横延伸に縦延伸を組合わせて行うことも好ましい。この場合、縦延伸後の横延伸を行うのがより好ましい。
図1及び図2の例で示すと、縦延伸は、2対のニップロール32、34を設置し、この間を加熱しながら出口側の周速を入口側の周速より速くすることで達成できる。この際、間の間隔(L)と延伸前のフイルム幅(W)を変えることで厚み方向のレターデーションの発現性を変えることができる。L/W(縦横比と称する)が2を超え50以下(長スパン延伸)ではRthを小さくできる。図3及び図4の例(短スパン延伸:縦横比が0.01〜0.3)ではRthを大きくできる。本実施の形態では長スパン延伸、短スパン延伸、これらの間の領域(中間延伸=L/Wが0.3を超え2以下)のどれを使用してもよいが、配向角を小さくできる長スパン延伸、短スパン延伸が好ましい。さらに高Rthを狙う場合は短スパン延伸、低Rthを狙う場合は長スパン延伸と区別して使用することがより好ましい。
好ましい縦延伸倍率は1.01倍〜3倍が好ましく、1.03倍〜2.2倍がより好ましく、さらに好ましくは1.05倍〜1.5倍である。
縦延伸後に横延伸する場合は、上述の表面凹凸、表面突起になるように、縦延伸条件で調製するのが好ましい。これは延伸中に原反(未延伸フイルム)の表面状態が変化するためである。
このような表面突起は縦延伸部30の最後部のニップロール34で形成する。すなわち、最後部のニップロール34の上下のロール間に0.1℃〜5℃、より好ましくは0.2℃〜4℃、さらに好ましくは0.3℃〜3.5℃の温度差を設けることで上記突起数とすることができる。すなわち、ニップロール34に温度差があると、高温側に熱可塑性フイルムは高温側弱く粘着し、これが剥離する時に表面に本発明の範囲の突起を形成できる。このような温度差は、ニップロール34の中に温度の異なる媒体を循環させることでも実施でき、また一方のロール上にヒータを設置することでも実施できる。
また、異物の数も縦延伸中に調整できる。すなわち、縦延伸中にフイルム中の樹脂は分子切断を受け、これに伴い発生したラジカル同士が結合し架橋ゲルを生成、これが異物となる。このような分子切断はフイルムが急激に延伸されると発生し易いため、縦延伸前に少し延伸しておく(予備延伸)しておくことが好ましい。好ましい予備延伸は、(Tg−50)℃〜(Tg+50)℃、より好ましくは(Tg−40)℃〜(Tg+40)℃、さらに好ましくは(Tg−30)℃〜(Tg+30)℃において、5kg/cm2〜50kg/cm2、より好ましくは5kg/cm2〜50kg/cm2、さらに好ましくは5kg/cm2〜50kg/cm2の張力を加えて行うことで達成できる。
(1−1)長スパン延伸
延伸に伴いフイルムは伸張されるが、このとき、フイルムは体積変化を小さくしようと厚み、幅を減少させる。このときのフイルム間の摩擦により幅方向の収縮が制限される。このためニップロール間隔を大きくすると幅方向収縮しやすくなり厚み減少を抑制できる。厚み減少が大きいとフイルムが厚み方向に圧縮されたことと同じ効果があり、フイルム面内に分子配向が進みRthが大きくなり易い。縦横比が大きく厚み減少が少ないと、この逆でRthは発現し難く低いRthを実現できる。
さらに縦横比が長いと幅方向の均一性を向上することができる。これは以下の理由による。
縦延伸に伴いフイルムは幅方向に収縮しようとする。幅方向中央部では、その両側も幅方向に収縮しようとするため、綱引き状態となり自由に収縮できない。
一方、フイルム幅方向端部は片側としか綱引き状態とならず、比較的自由に収縮できる。
この両端と中央部の延伸に伴う収縮挙動の差が幅方向の延伸むらとなる。
このような両端と中央部の不均一性により、幅方向のレターデーションむら、軸ずれ(遅相軸の配向角分布)が発生する。これに対し、長スパン延伸は長い2本のニップロール32、34間でゆっくり延伸されるため、延伸中にこれらの不均一性の均一化(分子配向が均一になる)が進行する。これに対し、通常の縦延伸(縦横比=0.3を超え2未満)では、このような均一化は発生しない。
縦横比は2を越え50以下が好ましく、より好ましくは3〜40、さらに好ましくは4〜20である。好ましい延伸温度は(Tg−5)℃〜(Tg+100)℃、より好ましくはTg〜(Tg+50)℃、さらに好ましくは(Tg+5)℃〜(Tg+30)℃である。好ましい延伸倍率は1.05〜3倍であり、より好ましくは1.05〜1.7倍、さらに好ましくは1.05〜1.4倍である。このような長スパン延伸は3対以上で多段延伸延伸してもよく、多段のうち最も長い縦横比が上記範囲に入っていればよい。
このような長スパン延伸は所定の距離離した2対のニップロール32、34間でフイルムを加熱して延伸すればよく、加熱方法はヒータ加熱法(赤外線ヒータ、ハロゲンヒータ、パネルヒータ等をフイルム上や下に設置し輻射熱で加熱)でもよく、ゾーン加熱法(熱風等を吹き込み所定の温度に調温したゾーン内で加熱)でもよい。本実施の形態では延伸温度の均一性の観点からゾーン加熱法が好ましい。このとき、ニップロール32、34は延伸ゾーン内に設置してもよく、ゾーンの外に出してもよいが、フイルムとの粘着を防止するためにはゾーンの外に出すのが好ましい。このような延伸の前にフイルムを予熱することも好ましく、予熱温度は(Tg−80)℃〜(Tg+100)℃である。
このような延伸により、Re値が0nm〜200nm、より好ましくは10nm〜200nm、さらに好ましくは15nm〜100nm、Rth値が30nm〜500nm、より好ましくは50nm〜400nm、さらに好ましくは70nm〜350nmである。この延伸法により、RthとReの比(Rth/Re)を0.4〜0.6、より好ましくは0.45〜0.55とすることができる。このような特性のフイルムはAプレート型位相差板として使用できる。さらに本延伸により、Re及び及びRthのばらつきがいずれも5%以下、より好ましくは4%以下、さらに好ましくは3%以下にすることができる。
このような延伸に伴い、延伸前後のフイルム幅の比(延伸後のフイルム幅/延伸前のフイルム幅)は0.5〜0.9、より好ましくは0.6〜0.85、さらに好ましくは0.65〜0.83となる。
(1−2)短スパン延伸
縦横比(L/W)を0.01を越え0.3未満、より好ましくは0.03〜0.25、さらに好ましくは0.05〜0.2で縦延伸(短スパン延伸)を行う。このような範囲の縦横比(L/W)で延伸を行うことで、ネックイン(延伸に伴う延伸と直行する方向の収縮)を小さくすることができる。延伸方向の伸張を補うため幅、厚みが減少するが、このような短スパン延伸では幅収縮が抑制され厚み減少が優先的に進む。この結果、厚み方向に圧縮されたようになり、厚み方向の配向(面配向)が進む。この結果、厚み方向の異方性の尺度であるRthが増大し易い。一方、従来は縦横比(L/W)が1前後(0.7〜1.5)で行われるのが一般的であった。これは、通常、ニップロール間に加熱用ヒータを設置して延伸するが、L/Wが大きくなりすぎるとヒータでフイルムを均一に加熱できず延伸むらが発生し易く、L/Wが小さすぎるとヒータが設置しにくく加熱が十分に行えないためである。
上述の短スパン延伸は2対以上のニップロール間で搬送速度を変えることにより実施できるが、通常のロール配置と異なり、2対のニップロール37、39を斜めに(前後のロールの回転軸を上下にずらす)配置することで達成できる。これに伴いニップロール37、39間に加熱用ヒータは設置できないため、ニップロール37、39内に熱媒を流しフイルムを昇温することが好ましい。さらに入口側の前に内部に熱媒を流した予熱ロール33、35を設け、フイルムを延伸前に加熱することも好ましい。
好ましい延伸温度は(Tg−5)℃〜(Tg+100)℃、より好ましくはTg〜(Tg+50)℃、さらに好ましくは(Tg+5)℃〜(Tg+30)℃であり、好ましい予熱温度は(Tg−80)℃〜(Tg+100)℃である。
[緩和処理]
さらに、これらの延伸の後に緩和処理を行うことで寸法安定性を改良できる。熱緩和は縦延伸後、横延伸後のいずれか、あるいは両方で行うことが好ましく、より好ましく横延伸後である。緩和処理は延伸後に連続してオンラインで行ってもよく、延伸後巻き取った後、オフラインで行ってもよい。
熱緩和は(Tg−30)℃〜(Tg+30)℃、より好ましく(Tg−30)℃〜(Tg+20)℃、さらに好ましくは(Tg−15)℃〜(Tg+10)℃で、1秒〜10分、より好ましくは5秒〜4分、さらに好ましくは10秒〜2分、0.1kg/m〜20kg/m、より好ましく1kg/m〜16kg/m、さらに好ましくは2kg/m〜12kg/mの張力で搬送しながら実施するのが好ましい。
[延伸中の残留溶剤]
上述の縦延伸、横延伸はいずれも残留溶剤が樹脂に対し1質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.5質量%以下、さらに好ましくは0.3質量%以下である。これにより延伸中に発生する軸ずれをより軽微にできる。これは延伸中に延伸と直交方向に働く収縮応力に加え、乾燥に伴う収縮応力が働き、ボーイングがより顕著になるためである。溶融製膜法では当然残留溶剤量は0質量%となる。溶液製膜法では乾燥中に延伸するのは好ましくなく、乾燥工程後に延伸するのが好ましい。
[延伸後の物性]
このようにして縦延伸、横延伸、縦横延伸した熱可塑性フイルムのRe、Rthは、下記(R−1)式及び(R−2)式を満足することが好ましい。
(R−1)式:0nm≦Re≦200nm
(R−2)式:0nm≦Rth≦600nm
式中、Reは、熱可塑性フイルムの面内のレターデーションを示し、Rthは、熱可塑性フイルムの厚み方向レターデーションを示す。
より好ましくは、
Rth≧Re×1.1
180≧Re≧10
400≧Rth≧50
であり、さらに好ましくは、
Rth≧Re×1.2
150≧Re≧20
300≧Rth≧100
である。
また、製膜方向(長手方向)と、フイルムのReの遅相軸とのなす角度θが0°、+90°もしくは−90°に近いほど好ましい。すなわち、縦延伸の場合は0°に近いほど好ましく、0±3°が好ましく、より好ましくは0±2°、さらに好ましくは0±1°である。横延伸の場合は、90±3°あるいは−90±3°が好ましく、より好ましくは90±2°あるいは−90±2°、さらに好ましくは90±1°あるいは−90±1°である。
Re、Rthのばらつきは0%〜8%が好ましく、より好ましく0%〜5%、さらに好ましくは0%〜3%である。
また、Re、Rthの経時保存下の変動(80℃で500時間経時前後のRe、Rthの変化:詳細後述)は0%〜8%が好ましく、より好ましくは0%〜6%、さらに好ましくは0%〜4%である。
また、光弾性分布は0.1%〜10%が好ましく、より好ましくは0.2%〜8%、さらに好ましくは0.3%〜5%である。
延伸後の熱可塑性フイルムの厚みはいずれも15μm〜200μmが好ましく、より好ましくは20μm〜120μm、さらに好ましくは30μm〜80μmである。厚みむらは長手方向、幅方向いずれも0%〜3%が好ましく、より好ましくは0%〜2%、さらに好ましくは0%〜1%である。薄手フイルムを用いることでより延伸後にフイルム内に残留歪が残りにくく、経時でのレターデーション変化が発生しにくい。これは、延伸後に冷却する際、厚みが厚いと表面に比べ内部の冷却が遅れ、熱収縮量の差に起因する残留歪が発生し易いためである。
熱寸法変化率は0%〜0.5%が好ましく、より好ましく0%〜0.3%、さらに好ましくは0%〜0.2%である。なお、熱寸法変化率とは80℃で5時間熱処理した際の寸法変化をさす(詳細後述)。
[本実施の形態に係る熱可塑性フイルムの加工]
このようにして得た本実施の形態の熱可塑性フイルム単独で使用してもよく、これらと偏光板と組み合わせて使用してもよく、これらの上に液晶層や屈折率を制御した層(低反射層)やハードコート層を設けて使用してもよい。これらは以下の工程により達成できる。
(表面処理)
(1)セルロースアシレートフイルム
表面処理を行うことによって、各機能層(例えば、下塗層及びバック層)との接着の向上させることができる。例えば、グロー放電処理、紫外線照射処理、コロナ処理、火炎処理、酸又はアルカリ処理を用いることができる。ここでいうグロー放電処理とは、10-3〜20Torr(0.13〜2700Pa)の低圧ガス下でおこる低温プラズマ処理を含む。また、大気圧下でのプラズマ処理も好ましいグロー放電処理である。
プラズマ励起性気体とは、上述のような条件においてプラズマ励起される気体をいい、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、窒素、二酸化炭素、テトラフルオロメタンのようなフロン類及びそれらの混合物等が挙げられる。これらについては、詳細が発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)にて30頁〜32頁に詳細に記載されている。なお、近年注目されている大気圧でのプラズマ処理は、例えば、10〜1000KeV下で20〜500KGyの照射エネルギーが用いられ、より好ましくは30〜500KeV下で20〜300KGyの照射エネルギーが用いられる。
これらの中でも特に好ましくは、アルカリ鹸化処理である。
アルカリ鹸化処理は、鹸化液に浸漬してもよく(浸漬法)、鹸化液を塗布してもよい(塗布法)。浸漬法の場合は、NaOHやKOH等のpH10〜14の水溶液を20℃〜80℃に加温した槽を0.1分間〜10分間通過させたあと、中和、水洗、乾燥することで達成できる。
塗布法の場合、ディップコーティング法、カーテンコーティング法、エクストルージョンコーティング法、バーコーティング法及びE型塗布法を用いることができる。アルカリ鹸化処理塗布液の溶媒は、鹸化液の透明支持体に対して塗布するために濡れ性がよく、また鹸化液溶媒によって透明支持体表面に凹凸を形成させずに、面状を良好なまま保つ溶媒を選択することが好ましい。具体的には、アルコール系溶媒が好ましく、イソプロピルアルコールが特に好ましい。
また、界面活性剤の水溶液を溶媒として使用することもできる。アルカリ鹸化塗布液のアルカリは、前記溶媒に溶解するアルカリが好ましく、KOH、NaOHがさらに好ましい。鹸化塗布液のpHは10以上が好ましく、12以上がさらに好ましい。アルカリ鹸化時の反応条件は、室温で1秒間〜5分間が好ましく、5秒間〜5分間がさらに好ましく、20秒間〜3分間が特に好ましい。アルカリ鹸化反応後、鹸化液塗布面を水洗あるいは酸で洗浄したあと水洗することが好ましい。また、塗布式鹸化処理と後述の配向膜解塗設を、連続して行うことができ、工程数を減少できる。これらの鹸化方法は、具体的には、例えば、特開2002−82226号公報、国際公開第02/46809号パンフレットに内容の記載が挙げられる。
機能層との接着のため下塗り層を設けることも好ましい。この層は前記表面処理をした後、塗設してもよく、表面処理なしで塗設してもよい。下塗層についての詳細は、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)にて32頁に記載されている。
これらの表面処理、下塗り工程は、製膜工程の最後に組み込むこともでき、単独で実施することもでき、後述の機能層付与工程の中で実施することもできる。
(2)セルロースアシレート以外の本実施の形態に係る熱可塑性フイルム
シクロオレフィン等の本実施の形態に係る熱可塑性フイルムは、グロー放電処理、紫外線照射処理、コロナ処理、火炎処理、酸又はアルカリ処理を用いることができる。ここでいうグロー放電処理とは、10-3〜20Torr(0.13〜2700Pa)の低圧ガス下でおこる低温プラズマ処理を含む。また、大気圧下でのプラズマ処理も好ましいグロー放電処理である。なお、プラズマ励起性気体については詳述したので、ここではその重複説明を省略する。
これらの中でも特に好ましくは、グロー放電処理、コロナ処理、火炎処理である。
機能層との接着のため下塗り層を設けることも好ましい。この層は前記表面処理をした後、塗設してもよく、表面処理なしで塗設してもよい。下塗層についての詳細は、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)にて32頁に記載されている。これらの表面処理、下塗り工程は、製膜工程の最後に組み込むこともでき、単独で実施することもでき、後述の機能層付与工程の中で実施することもできる。
(機能層の付与)
本実施の形態に係る熱可塑性フイルムに、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)にて32頁〜45頁に詳細に記載されている機能性層を組み合わせることが好ましい。中でも好ましいのが、偏光層の付与(偏光板)、光学補償層の付与(光学補償シート)、反射防止層の付与(反射防止フイルム)である。
次に、本実施の形態で使用した測定法について記載する。
(1)異物
100cm2のサンプルフイルムを白色スクリーンの前に10mmの間隔を空けてスクリーンと平行に設置した。このフイルムの中央部から32.5度の方向に1m離して設置したスライド投影機(例えば、キャビン工業(株)製Color CabinIII)から、フイルムに向けて投光した。スクリーンに投影された中から10μm〜10mmの円形ものの数を数える。
(2)表面突起数
非接触式三次元構造解析顕微鏡(Zygo社製NewView6000型)を用いフイルムの表面を測定する。これで求めた0.01μm〜50μmの突起の数を計測し、100cm2当りの数に規格化し表示する。
(3)ガラス転移温度(Tg)
走査型示差熱量計(DSC)の測定パンにサンプルを20mg入れる。これを窒素気流中で、10℃/分で30℃から250℃まで昇温した後(1st−run)、30℃まで−10℃/分で冷却する。この後、再度30℃から250℃まで昇温する(2nd−run)。2nd−runでベースラインが低温側から偏奇し始める温度をガラス転移温度(Tg)とする。
(4)Re、Rth、遅相軸の角度
サンプルフイルムを相対湿度25℃・60%に5時間以上調湿後、自動複屈折計(KOBRA−21ADH:王子計測器(株)製)を用いて、相対湿度25℃・60%において、サンプルフイルム表面に対し垂直方向及びフイルム面法線から±40°傾斜させて方向から波長550nmにおけるレターデーション値を測定する。垂直方向から面内のレターデーション(Re)、垂直方向、±40°方向の測定値から厚み方向のレターデーション(Rth)を算出する。これらをRe、Rthとする。
このときサンプルフイルムの長手方向(MD)とサンプルホルダーの測定器挿入方向と平行にセットし測定することで遅相軸の角度を求めることができる。
(5)Re、Rthばらつき、配向角
下記のように、長手方向に100点、幅方向50点サンプリングし、上記の方法でRe、Rth、遅相軸の角度を測定する。Re、Rthばらつきは、MD方向100点、TD方向50点の各最大値と最小値の差を、各平均値で割り、百分率で示したものをRe、Rthばらつきとした。配向角については、各測定点の遅相軸の角度の最大値と最小値の差を示した。
(a) MD方向(長手方向)サンプリング:幅方向に下記5点を、長手方向に0.5m間隔で20点、合計100点を、1cm角の大きさに切り出した。
幅方向中央部(1点)
幅方向中央から左右に、全幅×0.2だけ離れたところ(2点)
幅方向中央から左右に、全幅×0.4だけ離れたところ(2点)
(b) TD方向(幅方向)サンプリング:製膜全幅にわたり等間隔(幅方向に50等分した点)を1cm角の大きさに50点切り出した。
(6)光弾性の変動
(a) 1cm幅×10cm長のサンプル片を、サンプルの長手方向がそれぞれMD方向になるように2種類切り出した。
(b) これをエリプソ測定装置(日本分光製 M−150)にセットし、応力(荷重をフイルム断面積(厚さ×幅(1cm))が100g/mm2、500g/mm2、1000g/mm2、1500g/mm2、2000g/mm2となるように長手方向(10cm長)に順次荷重を加えていった。この時のレターデーション(Re)を25℃・相対湿度60%において632.8nmで測定した。
(c) 横軸を応力(荷重をフイルム断面積で割った値(kgf/cm2))、縦軸をRe(nm)とし、100g/mm2での測定値と500g/mm2での測定値をプロットしこの傾きを500g/mm2の光弾性とした。同様に100g/mm2と1000g/mm2の測定値、100g/mm2と1500g/mm2の測定値、100g/mm2と2000g/mm2の測定値から光弾性を求めた。
(d) これら4点の光弾性の最大値と最小値の差を、これらの4点の平均値で割り百分率で示した。これをMDの光弾性の変動とした。
(e) 上記(a)〜(d)の測定をTDでも行いTDの光弾性の変動とした。MDの光弾性の変動とTDの光弾性の変動の平均を光弾性の変動とした。
(7)セルロースアシレートの置換度
セルロースアシレートのアシル置換度は、Carbohydr.Res.273(1995)83−91(手塚他)に記載の方法で13C−NMRにより求めた。
(8)残留溶剤
サンプルフイルム300mgを溶剤30mlに溶解する。溶剤はそのサンプルフイルムを溶解するものであれば特に制限は無く、例えば、セルロースアシレート系フイルム、ポリカーボネイト系フイルムであれば酢酸メチル、ジクロロメタン、アセトン等が使用でき、シクロオレフィン系フイルムであれば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン等が使用できる。
このフイルム溶解液をガスクロマトグラフィー(GC)を用い、下記条件で測定する。
カラム:DB−WAX(0.25mmφ×30m、膜厚0.25μm)
カラム温度:50℃
キャリアーガス:窒素
分析時間:15分間
サンプル注入量:1μml
予め測定しておいた検量線から溶剤量をもとめ、サンプル量で割り残留溶剤量を求める。
[実施例1]
(セルロースアシレート系フイルム)
(1)セルロースアシレート樹脂
(i)セルロースアセテートプロピオネート(CAP)の合成
セルロース(広葉樹パルプ)150質量部、酢酸75質量部を、還流装置を付けた反応容器に取り、60℃に加熱しながら激しく攪拌した。このような前処理時間を変えることで未反応セルロースに由来する輝点の数を変えたサンプルを調製した。このような前処理を行ったセルロースは膨潤、解砕されてフラッフ状を呈した。反応容器を2℃の氷水浴に30分間置き冷却した。
別途、アシル化剤としてプロピオン酸無水物1410質量部、硫酸10.5質量部の混合物を作製し、−30℃に冷却した後に、前記の前処理を行ったセルロースを収容する反応容器に一度に加えた。30分経過後、外設温度を徐々に上昇させ、アシル化剤の添加から2時間経過後に内温が25℃になるように調節した。反応容器を5℃の氷水浴にて冷却し、アシル化剤の添加から0.5時間後に内温が10℃、2時間後に内温が23℃になるように調節し、内温を23℃に保ってさらに3時間攪拌した。反応容器を5℃の氷水浴にて冷却し、5℃に冷却した25質量%含水酢酸120質量部を1時間かけて添加した。内温を40℃に上昇させ、2時間攪拌した(熟成)。次いで反応容器に、50質量%含水酢酸に酢酸マグネシウム4水和物を硫酸の2倍モル溶解した溶液を添加し、30分間攪拌した。25質量%含水酢酸1000質量部、33質量%含水酢酸500質量部、50質量%含水酢酸1000質量部、水1000質量部をこの順に加え、セルロースアセテートプロピオネートを沈殿させた。得られたセルロースアセテートプロピオネートの沈殿は温水にて洗浄を行った。洗浄後、20℃の0.005質量%水酸化カルシウム水溶液中で0.5時間攪拌し、洗浄液のpHが7になるまで、さらに水で洗浄を行った後、70℃で真空乾燥させた。
NMR及びGPC測定によれば、得られたセルロースアセテートプロピオネートは、アセチル(Ac)化度0.45、プロピオニル(Pr)化度2.45、重合度160であった。なお組成は前記のNMR法で測定し、重合度はGPCを用いて下記のように測定した。
まず、THFを溶離液として、単分散ポリスチレンを標準分子量として、数平均分子量(Mn)を求める。
次いで、NMRで求めた組成から1セグメントあたりの分子量を分子量(m)を求める。
得られたMnをmで割り、重合度(数平均重合度:DPn)を求めた。
(ii)セルロースアセテートブチレート(CAB)の合成
セルロース(綿花リンター)100質量部、酢酸135質量部を還流装置を付けた反応容器に取り、60℃に加熱しながら激しく攪拌した。このような前処理時間(活性化時間)を変えることで未反応セルロースに由来する輝点の数を変えたサンプルを調製した。このような前処理を行ったセルロースは膨潤、解砕されてフラッフ状を呈した。反応容器を5℃の氷水浴に60分間置き冷却した。
別途、アシル化剤として酪酸無水物1080質量部、硫酸10.0質量部の混合物を作製し、−20℃に冷却した後に、前処理を行ったセルロースを収容する反応容器に一度に加えた。30分経過後、外設温度を20℃まで上昇させ、5時間反応させた。反応容器を5℃の氷水浴にて冷却し、約5℃に冷却した12.5質量%含水酢酸2400質量部を1時間かけて添加した。内温を30℃に上昇させ1.5時間攪拌した(熟成)。次いで反応容器に、酢酸マグネシウム4水和物の50質量%水溶液を100質量部添加し、30分間攪拌した。酢酸1000質量部、50質量%含水酢酸2500質量部を徐々に加え、セルロースアセテートブチレートを沈殿させた。得られたセルロースアセテートブチレートの沈殿は温水にて洗浄を行った。洗浄後、0.005質量%水酸化カルシウム水溶液中で0.5時間攪拌し、さらに、洗浄液のpHが7になるまで水で洗浄を行った後、70℃で乾燥させた。得られたセルロースアセテートブチレートはアセチル(Ac)化度0.84、ブチリル(Bu)化度2.12、重合度180であった。
(iii)その他のセルロースアシレートの合成
アシル化剤の種類、量を変えることで置換度を変え、熟成時間を変えることで重合度を変え、表1、表3、表5に記載のCAP、CAB以外のセルロースアシレートを合成した。
また、置換もしくは無置換の芳香族アシル基を結合したセルロースアシレートとして、特開2002−32201の実施例1に準じて安息香酸と酢酸でエステル化したセルロースアシレートを合成した。但し原料のセルロースアシレートを2.0置換、2.45置換のセルロースアセテートを用いた。この結果、酢酸置換度=2.0、安息香酸置換度=1.0、酢酸置換度=2.45、安息香酸置換度=0.55の芳香族アシル基置換セルロースアシレートを得た。
これ以外に特開2002−32201号の実施例2〜7の芳香族アシル基を結合したセルロースアシレートを合成し、表3の本発明a−27〜30、36〜40と同様に製膜、延伸したが、いずれも上記安息香酸置換したセルロースアシレートと同様に良好な結果を得た。
さらに、従来技術(特開2006−51804号)を本発明と比較するために、上述の方法に従いアセチル置換度1.7、プチリル置換度1.0、数平均重合度140のセルロースアセテートブチレートを合成し、これに特開2006−51804の実施例に記載の可塑剤を添加した(本発明a−48、比較例a−5)。
(2)溶融製膜
(i)セルロースアシレートのペレット化
前記セルロースアシレート100質量部、安定剤(住友化学(株)製スミライザーGP)0.3質量部、二酸化珪素部粒子(アエロジルR972V)0.05質量部、紫外線吸収剤(2−(2'−ヒドロキシ−3'、5−ジ−tert−ブチルフェニル)−ベンゾトリアゾール0.05質量部、2,4−ヒドロキシ−4−メトキシ−ベンゾフェノン0.1質量部)を混合した。
これらを100℃で3時間乾燥し含水率を0.1質量%以下にした後、2軸混練機を用い180℃で溶融した後、60℃の温水中に押し出しストランドとした後裁断し、直径3mm長さ5mmの円柱状のペレットに成形した。
(ii)溶融製膜
前記方法で調製したセルロースアシレートペレットを、露点温度−40℃の脱湿風を用いて100℃で5時間乾燥し含水率を0.01質量%以下にした。これを80℃のホッパーに投入し、180℃(入口温度)〜230℃(出口温度)に調整した溶融押出し機で溶融した。なお、これに用いたスクリューの直径は120mm、L/D=50、圧縮比4であった。溶融押出機から押出された樹脂はギアポンプで一定量計量され送り出されるが、この時ギアポンプ前の樹脂圧力が10MPaの一定圧力で制御出来る様に、押出機の回転数を変更させた。
ギアポンプから送り出されたメルト樹脂はろ過精度5μmのリーフディスクフィルタにてろ過した。
この後、リーフディスクフィルタの枚数と溶融押出し機の吐出量を調整することでフィルタを通過する溶融樹脂の剪断速度を表1、表3記載の値にした。
この後、スタティックミキサーを経由してスリット間隔0.8mm、230℃のハンガーコートダイから、キャストドラム(CD)上にメルト(溶融樹脂)を押出した。このとき表1、表3記載のように、ダイからキャストドラム間のメルトの厚み変化を調整する。ここで云う厚み変化とは、上述のようにダイのスリット間隔(A)とキャストドラム上のメルトの厚み(B)、ダイからキャストドラム間のメルトの移動時間(T秒)から、(A/L)/Tとして求めた値である。
このような厚み変化は、ダイスリット間隔、ダイ−キャストドラム間距離、キャストドラムの回転速度により調整した。
この後、(Tg−5)℃、Tg、(Tg−10)℃に設定した3連のキャストロール上にキャストし、最上流側のキャストロールに表1、表3に記載の条件でタッチロールを接触させ、未延伸フイルムを製膜した。なお、タッチロールは特開平11−235747の実施例1に記載のもの(二重抑えロールと記載のあるもの)を用い、Tg−5℃に調温した(但し薄肉金属外筒厚みは3mmとした)。
固化したメルトをキャストドラムから剥ぎ取り、巻き取り直前に両端(全幅の各5%)をトリミングした後、両端に幅10mm、高さ50μmの厚みだし加工(ナーリング)をつけた後、30m/分で幅1.5m、長さ3000mの未延伸フイルムを得た。このようにして製膜したフイルムの残留溶剤はいずれも0質量%であった。
(iii)ポリカーボネイト(PC)の溶融製膜
PC樹脂(タフロンMD1500:出光興産(株)製)を260℃で溶融した後、表3記載の条件で溶融ろ過、ダイ−CD間の厚み変化、タッチロールで製膜し、表3記載のような投影異物、突起数のフイルムを得た。このようにして製膜したフイルムの残留溶剤は0質量%であった。
(3)溶液製膜
(セルロースアシレート)
(イ)仕込み
上記セルロースアシレート樹脂を含水率が0.1質量%以下になるように乾燥した後、これに下記添加剤、溶剤添加し、下記溶剤で溶解した後、セルロースアシレートが25重量%となるように溶解した。
溶剤
・ジクロロメタン/メタノール/エタノール/ブタノール(85/6/5/4、質量部)
添加剤
・可塑剤:トリフェニルフォスフェート/ビフェニル・ジフェニルフォスフェート(重量比2/1:11質量%)
・光学異方性コントロール剤;特開2003−66230に記載の(化1)に記載の板状化合物(5質量%)
・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(0.5質量%)
・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(0.2質量%)
・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%)
・微粒子:二酸化ケイ素(粒径20nm)、モース硬度約7(0.25質量%)
・クエン酸エチルエステル(モノエステルとジエステルが1:1混合、0.2質量%)
ただし、上記添加量(質量%)は全てセルロースアシレートに対する割合である。
(ロ)膨潤・溶解
これらのセルロースアシレート、溶剤、添加剤を溶剤中に撹拌しながら投入した。投入が終わると撹拌を停止し、25℃で3時間膨潤させスラリーを作成した。これを再度撹拌し、完全にセルロースアシレートを溶解した。
(ハ)ろ過・濃縮
この後、絶対ろ過精度0.01mmの濾紙(東洋濾紙(株)製、#63)でろ過し、さらに絶対ろ過精度2.5μmの濾紙(ポール社製、FH025)にてろ過した。
(ニ)製膜
上述のドープを35℃に加温し、下記いずれかの方法で流延した(表5に記載)。
(ニ−1)バンド法(本発明b−1〜3、7〜8、比較例b−1〜2)
ギーサーを通して、15℃に設定したバンド長60mの鏡面ステンレス支持体上に流延した。使用したギーサーは、特開平11−314233号に記載の形態に類似するものを用いた。なお流延スピードは60m/分でその流延幅は250cmとした。これを残留溶剤が100質量%で剥ぎ取り、130℃で乾燥した後、残留溶剤が5%になるまで空気中で乾燥した後、表5記載の酸素濃度、パスロール押圧で160℃で乾燥し、これを両端3cmトリミングした後、両端から2〜10mmの部分に高さ100μmのナーリングを付与し、3000mロール状に巻き取った。このようにして製膜したフイルムの残留溶剤は表5に記載した。
(ニ−2)ドラム法(本発明b−4〜6、比較例b−3〜4)
ギーサーを通して、−15℃に設定した直径3mの鏡面ステンレスのドラムに流延した。使用したギーサーは、特開平11−314233号に記載の形態に類似するものを用いた。なお流延スピードは100m/分でその流延幅は250cmとした。これを残留溶剤が200質量%で剥ぎ取った後、130℃で乾燥した後、これを残留溶剤が100質量%で剥ぎ取り、130℃で乾燥した後、残留溶剤が5%になるまで空気中で乾燥した後、表5記載の酸素濃度、パスロール押圧で160℃で乾燥し、これを両端3cmトリミングした後、両端から2〜10mmの部分に高さ100μmのナーリングを付与し、3000mロール状に巻き取った。このようにして製膜したフイルムの残留溶剤は表5に記載した。
(4)延伸
(a) 縦延伸
前記溶融製膜、溶液製膜で得たセルロースアシレート、ポリカーボネイトフイルムの一部は、各フイルムの(Tg+5)℃において、表1、表3、表5記載の条件で延伸した。この時、Tgにて表1、表3、表5に記載の張力で予備延伸を行い投影異物の数を達成した。また、表1、表3、表5に記載の温度差を出口側ニップロールに与えて表1、表3、表5に記載の表面突起を形成した。
(b) 横延伸
未延伸フイルムあるいは縦延伸フイルムを表2、表4、表6の条件で横延伸した。
(5)緩和処理
横延伸後に表2、表4、表6記載の条件で熱緩和を行った。
(6)物性測定
これらの方法で延伸したものの物性を上記の方法で測定し、表2、表4、表6に記載した。なお、これらの表に記載の「熱固定での縮幅」は正の値は幅を縮めたことを示し、負の値は幅を広げたことを示す(後述の表8、表10でも同様)。
Figure 2008265167
Figure 2008265167
Figure 2008265167
Figure 2008265167
Figure 2008265167
Figure 2008265167
(7)偏光板の作製
(7−1)表面処理
(a) セルロースアシレートフイルム
前記横延伸したセルロースアシレートフイルムを、下記の浸漬法で鹸化を行った。なお下記塗布鹸化も実施したが浸漬鹸化と同様の結果を得た。
(i)浸漬鹸化
鹸化液として60℃に調温したNaOHの1.5mol/L水溶液を用意し、その中にセルロースアシレートフイルムを2分間浸漬した。その後、0.05mol/Lの硫酸水溶液に30秒浸漬して水洗浴を通した。
(ii)塗布鹸化
イソプロパノール80質量部に水20質量部を加え、これにKOHを1.5mol/Lとなるように溶解して60℃に調温したものを鹸化液として用いた。この鹸化液を60℃のセルロースアシレートフイルム上に10g/m2塗布し、1分間鹸化した。その後、ス
プレーを用いて50℃の温水を10L/m2・分で1分間吹きかけて洗浄した。
(b) ポリカーボネイト(PC)フイルム
フイルム表面と水との接触角が60°になるように、フイルム表面にコロナ処理を行った。
(7−2)偏光層の作製
特開2001−141926号公報の実施例1に従い、2対のニップロール間に周速差を与え、長手方向に延伸し、厚み20μmの偏光層を調製した。
(7−3)貼り合わせ
このようにして得た偏光層を、前記方法で鹸化処理したセルロースアシレートフイルムを用い、下記構成となるようにPVA((株)クラレ製PVA−117H)3%水溶液を接着剤とし貼り合せ偏光板を作製した。なお、下記に記載したフジタック(富士写真フイルム製TD80)も前記の方法で鹸化処理を行った。
偏光板A:延伸セルロースアシレート/偏光層/フジタック
偏光板B:延伸セルロースアシレート/偏光層/未延伸セルロースアシレート
(偏光板Bでは両面同じ組成のセルロースアシレートを用いた)
なお、ポリカーボネイトフイルムは以下のように貼り合せた。
偏光板C:ポリカーボネイト/偏光層/フジタック
(7−4)評価
このようにして得られた偏光板を、特開2000−154261号公報の図2〜図9に記載の20インチVA型液晶表示装置の偏光板に代えて取り付けた。これを50℃で100時間経時後25℃60%rhに取り出し、全面黒表示とした時に光が漏れてくる面積を目視で計測し、表示部全面積に対する割合を「表示むら」として表2、表4、表6に示した。本発明を実施したものは良好な性能が得られた。なお、このように温湿度変化を与えることで、熱可塑性フイルムに急激な寸法変化が発生し、これに伴う伸張応力により光弾性が発生、この結果上記の表示むらが発生した。
一方、本発明の範囲外のものは、光学特性が低下した。特に、特開2006−51804号公報実施例1−1に準じたもの(表4の比較例a−5)に比べ、これに近い条件で本発明を実施した本発明a−58は液晶表示むらが大幅に改善された。
さらに、本発明の効果は20m/分以上の高速で延伸したときのほうが顕著であった(本発明a−59、60と比較例a−6、7)。
(8)光学補償フイルムの作製
特開平11−316378号公報の実施例1の液晶層を塗布したセルロースアセテートフイルムの代わりに、本発明における熱可塑性フイルムを使用した。これを前記と同様の方法で30℃から10℃に移した時のむら(光漏れ)を計測した(全体に占めるむらの発生領域を%で示した)。本発明を実施したものは良好な性能が得られた。なかでも本発明のセルロースアシレートフイルムを使用したもの(本発明a−56)のほうが、本発明のポリカーボネイト(本発明a−57)より良好であった。
特開平7−333433号公報の実施例1の液晶層を塗布したセルロースアセテートフイルムに代わって、本発明における熱可塑性フイルムに変更し光学補償フィルタフイルムを作製したものでも同様に良好な光学補償フイルムを作製できた。なかでも本発明のセルロースアシレートフイルムを使用したもののほうが良好であった。
(9)低反射フイルムの作製
本発明の熱可塑性フイルムを発明協会公開技報(公技番号2001−1745)の実施例47に従い低反射フイルムを作製したところ、良好な光学性能が得られた。なかでも本発明のセルロースアシレートフイルムを使用したもののほうが良好であった。
(10)液晶表示素子の作製
前記本発明の偏光板を、特開平10−48420号公報の実施例1に記載の液晶表示装置、特開平9−26572号公報の実施例1に記載のディスコティック液晶分子を含む光学的異方性層、ポリビニルアルコールを塗布した配向膜、特開2000−154261号公報の図2〜図9に記載の20インチVA型液晶表示装置、特開2000−154261号公報の図10〜15に記載の20インチOCB型液晶表示装置、特開2004−12731号公報の図11に記載のIPS型液晶表示装置に用いた。さらに、本発明の低反射フイルムをこれらの液晶表示装置の最表層に貼り評価を行ったところ、良好な液晶表示素子を得た。なかでも本発明のセルロースアシレートフイルムを使用したもののほうが良好であった。
[実施例2]
(1)シクロオレフィン樹脂
(i)シクロオレフィン樹脂−A
6−メチル−1,4,5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレンに、重合触媒としてトリエチルアルミニウムの15%シクロヘキサン溶液10部、トリエチルアミン5部、及び四塩化チタンの20%シクロヘキサン溶液10部を添加して、シクロヘキサン中で開環重合し、得られた開環重合体をニッケル触媒で水素添加してポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をイソプロピルアルコール中で凝固させ、乾燥し、粉末状の樹脂を得た。この樹脂の数平均分子量は40,000、水素添加率は99.8%以上であり、Tgは139℃であった。
(ii)シクロオレフィン樹脂−B
8−メチル−8−メトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12.5,17.10]−3−ドデセン(特定単量体B)100質量部と、5−(4−ビフェニルカルボニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(特定単量体A)150質量部と、1−ヘキセン(分子量調節剤)18部と、トルエン750質量部とを窒素置換した反応容器に仕込み、この溶液を60℃に加熱した。次いで、反応容器内の溶液に、重合触媒としてトリエチルアルミニウム(1.5モル/l)のトルエン溶液0.62質量部と、t−ブタノール及びメタノールで変性した六塩化タングステン(t−ブタノール:メタノール:タングステン=0.35モル:0.3モル:1モル)のトルエン溶液(濃度0.05モル/l)3.7質量部とを添加し、この系を80℃で3時間加熱攪拌することにより開環重合反応させて開環重合体溶液を得た。この重合反応における重合転化率は97%であり、得られた開環重合体について、30℃のクロロホルム中で測定した固有粘度(ηinh)は0.65dl/gであった。
このようにして得られた開環重合体溶液4,000質量部をオートクレーブに仕込み、この開環重合体溶液に、RuHCl(CO)[P(C65330.48部を添加し、水素ガス圧100kg/cm2、反応温度165℃の条件下で、3時間加熱攪拌して水素添加反応を行った。得られた反応溶液(水素添加重合体溶液)を冷却した後、水素ガスを放圧した。この反応溶液を大量のメタノール中に注いで凝固物を分離回収し、これを乾燥して、水素添加重合体(特定の環状ポリオレフィン系樹脂)を得た。このようにして得られた水素添加重合体について400MHz、1H−NMRを用いてオレフィン性不飽和結合の水素添加率を測定したところ99.9%であった。GPC法(溶媒:テトラヒドロフラン)によりポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)を測定したところ、数平均分子量(Mn)は39,000、重量平均分子量(Mw)は126,000、分子量分布(Mw/Mn)は3.23であった。また、Tgは110℃であった。
(iii)シクロオレフィン樹脂−C
特開2005−330465号公報の実施例2に記載の飽和ノルボルネン化合物(Tg127℃)
(iv)シクロオレフィン樹脂−D
特表平8−507800号公報の実施例1に記載の飽和ノルボルネン化合物(Tg181℃)
(v)シクロオレフィン樹脂−E
三井化学(株)製APL6015T(Tg145℃)
(vi)飽和ノルボル樹脂−F
ポリプラスチックス(株)製TOPAS6013(Tg130℃)
(vii)シクロオレフィン樹脂−G
特許第3693803号公報の実施例1に記載の飽和ノルボルネン化合物(Tg140℃)
(2)製膜
前記シクロオレフィン樹脂−A〜Gを直径3mm長さ5mmの円柱状のペレットに成形した。これを110℃の真空乾燥機で乾燥し、含水率を0.1%以下とした後、Tg−10℃になるように調整したホッパーに投入した。
混練押出し機で260℃で溶融した後、ギアポンプから送り出されたメルトはろ過精度5μmのリーフディスクフィルタにてろ過した。
この後、リーフディスクフィルタの枚数と溶融押出し機の吐出量を調整することでフィルタを通過する溶融樹脂の剪断速度を表7、表9記載の値にした。
この後、スタティックミキサーを経由してスリット間隔1.0mm、260℃のハンガーコートダイから、キャストドラム(CD)上にメルト(溶融樹脂)を押出した。このとき表7、表9記載のように、ダイからキャストドラム間のメルトの厚み変化を調整した。
この後、ガラス転移温度Tg、(Tg+5)℃、(Tg−10)℃に設定した3連のキャストロール上にキャストし、最上流側のキャストロールに表7、表9に記載の条件でタッチロールを接触させ、未延伸フイルムを製膜した。なお、タッチロールは特開平11−235747の実施例1に記載のもの(二重抑えロールと記載のあるもの)を用い、Tg−5℃に調温した(但し薄肉金属外筒厚みは3mmとした)。
固化したメルトをキャストドラムから剥ぎ取り、巻き取り直前に両端(全幅の各5%)をトリミングした後、両端に幅10mm、高さ50μmの厚みだし加工(ナーリング)をつけた後、30m/分で幅2.0m、長さ3000mの未延伸フイルムを得た。
〔ポリカーボネイト(PC)の溶融製膜〕
PC樹脂(タフロンMD1500:出光興産(株)製)を260℃で溶融した後、表1、表3記載の条件で溶融ろ過、ダイ−CD間の厚み変化、タッチロールで製膜し、表7、表9記載のような投影異物、突起数のフイルムを得た。
このようにして製膜したフイルムの物性を前記の方法で測定し、下記表8、表10に記載した。なお、これらのフイルムの残留溶剤はいずれも0質量%であった。
Figure 2008265167
Figure 2008265167
Figure 2008265167
Figure 2008265167
(3)延伸
(a)縦延伸
前記溶融製膜で得たシクロオレフィンフイルムの一部は、各フイルムの(Tg+5)℃において、表7、表9記載の条件で延伸した。この時、Tgにて表7、表9記載の力で予備延伸を行い投影異物の数を達成した。また、表7、表9に記載の温度差を出口側ニップロールに与えて表7、表9に記載の表面突起を形成した。
(b)横延伸
未延伸フイルムあるいは縦延伸フイルムを表8、表10の条件で横延伸した。
(4)熱緩和処理
横延伸後に表8、表10記載の条件で熱緩和を行った。
(5)物性測定
これらの方法で延伸したものの物性を上記の方法で測定し、表8、表10に記載した。
(6)偏光板の作製
いずれの水準も、表面の水との接触角が60°になるように、フイルム表面にコロナ処理を行った。これを実施例1と同様に偏光層を作製し貼り合せることで下記構成の偏光板を作製した。
偏光板E:シクロオレフィンフイルム/偏光層/フジタック
(7)評価
このようにして得た偏光板を、実施例1と同様にしてVA型液晶表示装置に取り付け、表示むら(光漏れ)を計測し表8、表10に示した。本発明を実施したものは良好な性能が得られた。
(8)光学補償フイルムの作製
実施例1と同様にして光学補償フイルムを作製した。本発明を実施したものは良好な性能が得られた。
(9)低反射フイルムの作製
実施例1と同様にして低反射フイルムを作製したところ、本発明を実施したものは良好な光学性能が得られた。
(10)液晶表示素子の作製
実施例1と同様にして液晶表示素子を作製した。本発明を実施したものは、良好な液晶表示素子を得た。
なお、本発明に係る熱可塑性フイルム及びその製造方法、並びに、偏光板、光学補償フイルム、反射防止フイルム及び液晶表示装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
本実施の形態に係る熱可塑性フイルムを製造するフイルム製造装置を示す概略構成図である。 フイルム製造装置における縦延伸部を示す斜視図である。 変形例に係るフイルム製造装置を示す概略構成図である。 変形例に係るフイルム製造装置における縦延伸部を示す斜視図である。 本実施の形態に係る熱可塑性フイルムが適用される液晶表示装置の一例を示す概略構成図である。 図6A及び図6Bは異物の例を示す図である。 本実施の形態によって製造された熱可塑性フイルムのボーイング抑制効果を示す説明図である。 従来の製造方法によって発生するボーイングの説明図である。
符号の説明
10、10a…フイルム製造装置 18…フィルタ
20…ダイ 24…第1タッチロール
26…第2タッチロール 28…キャスティングロール
30、30a…縦延伸部 32、34、37、39…ニップロール
36…予熱部 42…横延伸部
44…熱固定部 46…巻取部
50…液晶表示装置 52、56…偏光板
68、80…光学補償フイルム 84…保護フイルム
90…溶融樹脂 F…熱可塑性フイルム
Fa…未延伸フイルム Fb…縦延伸フイルム
Fc…横延伸フイルム

Claims (16)

  1. 表面突起高さが0.5〜8μmである点欠陥が0.01個/cm2〜10個/cm2である熱可塑性フイルムを、2を超え、50以下の縦横比で1.01〜2.5倍に縦延伸することを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  2. 請求項1記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    前記点欠陥の内部に直径0.1〜30μmの核となる異物が含まれていることを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  3. 請求項2記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    前記異物の長径と短径の比(アスペクト比)が1〜2であることを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    前記熱可塑性フイルムを、横延伸前に、横延伸温度を超え横延伸温度+100℃以下で予熱することを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  5. 請求項4記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    横延伸後に、横延伸温度より1℃〜50℃低い温度で熱固定することを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  6. 請求項4又は5記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    下記式を満足することを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
    熱固定温度<横延伸温度<予熱温度
  7. 請求項5又は6記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    熱固定後に(ガラス転移温度Tg−20)℃〜(Tg+20)℃で熱緩和処理することを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  8. 請求項5〜7のいずれか1項に記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    予熱、横延伸、熱固定、熱緩和処理が、いずれも残留溶剤量が1質量%以下で行われることを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  9. 請求項4〜8のいずれか1項に記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    横延伸の前に縦延伸を行うことを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    前記熱可塑性フイルムがタッチロール法により製膜されることを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    前記熱可塑性フイルムが、セルロースアシレート又はシクロオレフィンから成ることを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  12. 請求項11記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    前記セルロースアシレートが、プロピオネート基、ブチレート基、ペンタノイル基、置換あるいは無置換の芳香族アシル基の少なくとも1種を含むことを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
  13. 請求項11又は12記載の熱可塑性フイルムの製造方法において、
    前記セルロースアシレートが、下記(1)及び(2)式、あるいは、(3)及び(4)式を満たすことを特徴とする熱可塑性フイルムの製造方法。
    (1)式:2.5≦A+B<3.0
    (2)式:0.1≦B<3
    (式中、Aは、アセテート基の置換度を示し、Bは、プロピオネート基、ブチレート基、ペンタノイル基の置換度の総和を示す。)
    (3)式:2.5≦A+C<3.0
    (4)式:0.1≦C<2
    (式中、Aは、アセテート基の置換度を示し、Cは置換もしくは無置換の芳香族アシル基を示す。)
  14. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の熱可塑性フイルムの製造方法で作製されたことを特徴とする熱可塑性フイルム。
  15. 請求項14記載の前記熱可塑性フイルムを用いたことを特徴とする偏光板、液晶表示板用光学補償フイルム、反射防止フイルム。
  16. 請求項14記載の前記熱可塑性フイルム、請求項15記載の前記偏光板、前記液晶表示板用光学補償フイルム、前記反射防止フイルムの少なくとも1つを用いたことを特徴とする液晶表示装置。
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