JP2009160747A - 一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶ディスプレイの基材として好適に用いられる一軸配向ポリエステルフィルムを安定して生産する製造方法を提供する。
【解決手段】 テンター式延伸装置を用いる一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法であって、テンター内における最高温度である熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅が最も狭い部分に対して、フィルムを把持するクリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を０．１〜１０％の範囲で広くすることを特徴とする一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法に関するものであり、詳しくは、液晶ディスプレイ基材として好適に用いられる一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法に関するものである。

液晶ディスプレイは、一般に、バックライト／偏光板／液晶膜／偏光板の構成からなり、特に偏光板は、保護フィルム／偏光膜／保護フィルムまたは保護フィルム／偏光膜／位相差フィルムの構成からなる。一軸配向ポリエステルフィルムは、二軸配向フィルムに比べてフィルム面内の任意の基準方向に対する主配向角のバラツキが少ない等、光学特性に優れた面を持つため、近年、液晶ディスプレイの基材、具体的には偏光膜の保護フィルムや偏光板の保護フィルムとして用いることが試みられている。

一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法として、ポリエステル樹脂を溶融して連続的に押し出した後急冷して得た未延伸シートをテンター式延伸装置で延伸する方法が知られている。テンター延伸装置には多数のクリップが等間隔に搭載されており、フィルム出口側の駆動スプロケットと入口側の自由スプロケット間にて無限循環軌道を形成し、入口側でクリップがフィルムの両端部を把持し、予熱ゾーンを経て延伸ゾーンでフィルムを進行方向とは垂直の方向に延伸し、熱固定ゾーン、冷却ゾーンを経て、テンター出口でクリップがフィルムの端部を開放し、引き続いて引き取りロールに引き取られ、この工程で両端の耳部がスリットされつつ巻き取られる方法でフィルムが製造される。

テンター式延伸装置によれば、広幅のフィルムも容易に得ることができるというメリットがあるものの、一軸配向フィルムの製造においては、フィルムの走行方向とは垂直の方向に延伸しているためにフィルムの配向方向に沿って裂けやすく、製造工程における破断が多いため、生産性の低さが問題となっている。特に、テンター出口においてクリップで把持しているフィルムをクリップから開放する際に容易に開放されず、フィルムの進行方向とは垂直の方向に応力がかかり、フィルム破断に至ることが問題となっている。
特許第３８４０９３７号公報 特開２００３−８９１５２号公報

本発明は、上記実状に鑑みなされたものであって、その解決課題は、液晶ディスプレイの基材として好適に用いられる一軸配向ポリエステルフィルムを安定して生産する製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、特定のフィルムの製造方法によれば、上記課題が容易に解決できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は、テンター式延伸装置を用いる一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法であって、テンター内における最高温度である熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅が最も狭い部分に対して、フィルムを把持するクリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を０．１〜１０％の範囲で広くすることを特徴とする一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法に存する。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明でいうポリエステルフィルムとは、いわゆる押出法により押出口金から溶融押出された未延伸シートを延伸したフィルムである。

上記のフィルムを構成するポリエステルとは、ジカルボン酸とジオールとから、あるいはヒドロキシカルボン酸から重縮合によって得られるエステル基を含むポリマーを指す。ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸等を、ジオールとしては、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ポリエチレングリコール等を、ヒドロキシカルボン酸としては、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸等をそれぞれ例示することができる。

かかるポリエステルの代表的なものとして、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリテトラメチレン−２，６−ナフタレート等が例示される。これらのポリエステルはホモポリマーであってもよく、また第３成分を共重合させたものでもよい。以上、例示したポリエステルの中でもポリエチレンテレフタレートは透明性、耐水性、耐薬品性、機械的強度、寸法安定性などに優れており、好適に用いられる。

本発明におけるポリエステルは、従来公知の方法で、例えばジカルボン酸とジオールとの反応で直接低重合度ポリエステルを得る方法や、ジカルボン酸の低級アルキルエステルとジオールとを従来公知のエステル交換触媒で反応させた後、重合触媒の存在下で重合反応を行う方法で得ることができる。

なお、本発明で用いるポリエステルは、溶融重合後これをチップ化し、加熱減圧下または窒素等不活性気流中で必要に応じてさらに固相重合を施してもよい。

本発明におけるポリエステルフィルムには、ブロッキングを防止して取り扱いを容易にするために、透明性を損なわない条件で粒子を含有させてもよい。本発明で用いる粒子の例としては、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、シリカ、カオリン、タルク、二酸化チタン、アルミナ、硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、ゼオライト、硫化モリブデン等の無機粒子や、架橋高分子粒子、シュウ酸カルシウム等の有機粒子を挙げることができる。また粒子を添加する方法としては、原料とするポリエステル中に粒子を含有させて添加する方法、押出機に直接添加する方法等を挙げることができ、このうちいずれか一方の方法を採用してもよく、２つの方法を併用してもよい。

用いる粒子の粒径は、通常０．０５〜５.０μｍ、好ましくは０．１〜４.０μｍである。平均粒径が５．０μｍより大きいとフィルムのヘーズが大きくなりフィルムの透明性が低下することがある。平均粒径が０．１μｍより小さいと表面粗度が小さくなりすぎてフィルムの取り扱いが困難になる場合がある。粒子含有量は、ポリエステルに対し、通常０．００１〜３０．０ｗｔ％であり、好ましくは０．０１〜１０．０ｗｔ％である。粒子含有量が多いとヘーズが大きくなってフィルムの透明性が低下し、粒子含有量が少ないとフィルムの取り扱いが困難になる場合がある。

ポリエステルに粒子を添加する方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を採用しうる。例えば、ポリエステルを製造する任意の段階において添加することができるが、好ましくはエステル化の段階、もしくはエステル交換反応終了後、粒子を添加して重縮合反応を進めてもよい。また、ベント付き混錬押出機を用い、エチレングリコールまたは水などに分散させた粒子のスラリーとポリエステル原料とをブレンドする方法、または、混錬押出機を用い、乾燥させた粒子とポリエステル原料とをブレンドする方法などによって行われる。

本発明では、必要に応じて上記粒子の他にも添加剤を加えてもよい。このような添加剤としては、例えば、安定剤、潤滑剤、架橋剤、ブロッキング防止剤、酸化防止剤、染料、顔料、紫外線吸収剤などが挙げられる。本発明においては、ポリエステルの溶融押出機を１台用いて溶融押し出しした単層フィルムとすることもできるし、２台または３台以上用いて、いわゆる共押出法により２層または３層以上の積層フィルムとすることもできる。層の構成としては、Ａ原料のみを用いた単層構成、Ａ原料とＢ原料を用いたＡ／Ｂ構成、またはＡ／Ｂ／Ａ構成、さらにＣ原料を用いてＡ／Ｂ／Ｃ構成またはそれ以外の構成のフィルムとすることができる。例えばＡ原料として特定の粒子を用いてＡ層の表面形状を設計し、Ｂ原料としては粒子を含有しない原料を用い、Ａ／ＢまたはＡ／Ｂ／Ａ構成のフィルムとすることができる。また当該フィルムの再生原料をＢ層に配合しても表層であるＡ層により表面粗度の設計ができるので、さらにコスト的な利点が大きくなる。

本発明においては、未延伸のポリエステルシートをテンター延伸装置内の延伸ゾーンで横延伸して一軸配向ポリエステルフィルムを製造する。横延伸は、テンターレールの幅を漸次広げることによってなされる。

なお、上記の未延伸シートは、ポリエステルを溶融押し出しし回転する冷却ドラム上で急冷固化して得ることができる。

本発明においては、通常、未延伸シートを用いて横延伸を行うが、上記の未延伸シートをガラス転移点以上融点以下の温度で縦延伸し、複屈折Δｎ（縦方向と横方向との屈折率差）が４０×１０^−３以下とした縦延伸フィルムを用いることもできる。Δｎが上記範囲を超える縦延伸フィルムでは配向角のバラツキが大きくなる傾向がある。

本発明のフィルムは、テンター式延伸装置で延伸する方法によって製造される。テンター延伸装置は、一般的に予熱ゾーン、延伸ゾーン、熱固定ゾーン、冷却ゾーンの各ゾーンからなり、上記の未延伸シートの両端部をクリップで把持してシートを予熱ゾーンに導く。予熱ゾーンの温度は、ガラス転移点以上、１４０℃以下にすることが好ましい。

本発明においては、テンター延伸装置の延伸ゾーンは、所定の延伸比および／または延伸温度で規定される１または２以上の延伸ゾーンからなる。延伸比は、テンターレールの広がり角度により決定される。延伸温度はガラス転移点以上とする。延伸比は特に制限されないが、２〜８倍の範囲が好ましい。延伸比が２倍未満では厚さ振れが大きくなり、８倍を超えると横延伸時にフィルムが破断しやすい。

本発明においては、延伸ゾーンにおけるテンターレールとフィルム中心部の走行方向のなす角度は１０°以下であることが好ましい。延伸ゾーンにおけるテンターレールとフィルム中心部の走行方向の成す角度が１０°を超えると配向角のバラツキが大きくなる傾向がある。

本発明においては、熱固定ゾーンは１または２以上のゾーンからなる。熱固定ゾーンでは、加熱収縮率を適切な値にするためにフィルムの延伸方向と同方向に弛緩することができる。弛緩率は１０％以下であることが好ましい。熱固定ゾーンでの弛緩率が１０％以上であるとフィルムの平面性やタルミが悪くなることがある。

本発明においては、冷却ゾーンは１または２以上のゾーンからなる。冷却ゾーンの温度は、熱固定ゾーンの最高温度よりも３０℃以上低いことが好ましい。冷却ゾーンの温度が熱固定ゾーンの最高温度と比較して３０℃以内である場合には、テンター延伸装置からフィルムが出た際にフィルム温度が高すぎてフィルムの平面性が悪くなる傾向がある。

本発明においては、テンター内における最高温度である熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅の最も狭い部分に対して、フィルムを把持するクリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を０．１〜１０％の範囲で広くなるようにすることが重要である。

通常フィルムの生産においては、フィルムの破断等のトラブルを防止するために、テンターの出口付近では、テンターレール幅をやや狭くするという方法を採用するのが常識であった。しかしながら本発明では、一軸延伸フィルムの場合にかかる方法を採るとかえって破断が発生しやすくなるという問題があることを知見し、種々検討を行った結果、従来とは異なる方法であるクリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を広げることによって、クリップがフィルムを開放する際にフィルムがスムーズにクリップから開放されやすくなり、テンター出口でのフィルム破断を大幅に低減することができ、フィルムの特性を低下させることがなく、上記した問題を解決できることを知見した。

テンター内の最高温度の熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅の最も狭い部分に対して、クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅の広げる範囲としては、好ましくは０．５〜１０％、特に好ましくは１〜１０％である。クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を広げる比率が１０．０％よりも大きい場合には、テンター出口よりも上流でフィルムがクリップから外れ、フィルムの平面性の悪化やフィルム破断しやすくなり、０．１％よりも小さい場合にはテンター出口においてクリップからフィルムが容易に開放されず、延伸方向に応力がかかって、フィルムが破断しやすい。

ここで、テンター内の最高温度の熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅の最も狭い部分に対して、クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を広げる比率（拡幅率）とは、クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅をＷ１（ｍｍ）、テンター内の最高温度の熱固定工程より下流側の冷却工程における最も狭いテンターレール幅をＷ２（ｍｍ）とした場合、（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ２（％）のことである。

本発明のフィルムは、表面の接着性を向上することや、帯電防止効果を与える等を目的として塗布層を設けることができる。塗布層はフィルムの片面に設けられていても、両面に設けられていてもよく、また表裏で異なる塗布層を設けてもよい。

また、塗布層は、帯電防止剤、消泡剤、塗布性改良剤、増粘剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、発泡剤、染料、顔料などを含有していてもよい。

塗布剤の塗布方法としては、例えば、リバースロールコーター、グラビアコーター、ロッドコーター、エアドクターコーターまたはこれら以外の塗布装置を使用することができる。

なお、塗布剤のフィルムへの塗布性や接着性を改良するため、塗布前にフィルムに化学処理や放電処理を施してもよい。また、表面特性をさらに改良するため、塗布層形成後に放電処理を施してもよい。

塗布層の厚みは、最終的な乾燥厚さとして、通常０．０２〜０．５μｍ、好ましくは０．０３〜０．３μｍの範囲である。塗布層の厚さが０．０２μｍ未満の場合は、本発明の効果が十分に発揮されない恐れがある。塗布層の厚さが０．５μｍを超える場合は、フィルムが相互に固着しやすくなったり、特にフィルムの高強度化のために塗布処理フィルムを再延伸する場合は、工程中のロールに粘着しやすくなったりする傾向がある。上記の固着の問題は、特にフィルムの両面に同一の塗布層を形成する場合に顕著に現れる。

本発明によれば、安定した一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法を提供することができ、本発明の工業的価値は高い。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、種々の諸物性、特性は以下のように測定、または定義されたものである。

・製膜安定性
下記判定基準により、製膜安定性の評価を行った。
◎：テンター出口でのクリップからのフィルムの開放が非常にスムーズであり、１日あたりのフィルム破断回数が０回である
○：テンター出口でのクリップからのフィルムの開放がスムーズであり、１日あたりのフィルムの破断回数が１−２回である
×：テンター出口でクリップからフィルムがスムーズに開放されない、またはクリップから早くフィルムが開放されすぎて、１日あたりのフィルムの破断回数が３回以上である

実施例１：
平均粒径１．３μｍの無定型シリカ０．２％を有するポリエチレンテレフタレートを２８５℃で溶融押し出しし、３０℃の冷却ドラムにキャストして急冷することにより厚さ４００μｍの未延伸シートを得た。得られた未延伸シートをテンター式延伸装置に導き、９０℃の予熱ゾーンで予熱し、延伸温度１００℃、延伸比４．０の横延伸ゾーンで延伸した後、２２０℃の熱固定ゾーンで熱処理し、１５０℃の冷却ゾーンで冷却して、厚さ４０μｍのポリエステルフィルムを得た。テンター内の最高温度の熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅の最も狭い部分に対して、クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を９．０％広げた。

実施例２：
実施例１において、テンター内の最高温度の熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅の最も狭い部分に対して、クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を広げる比率を０．２％とした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを得た。

実施例３：
実施例１において、テンター内の最高温度の熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅の最も狭い部分に対して、クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を広げる比率を０．６％とした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを得た。

実施例４：
実施例１において、テンター内の最高温度の熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅の最も狭い部分に対して、クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を広げる比率を１．１％とした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを得た。

比較例１：
実施例１において、テンター内の最高温度の熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅の最も狭い部分に対して、クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を広げる比率を１２．０％とした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを得た。

比較例２：
実施例１において、テンター内の最高温度の熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅の最も狭い部分に対して、クリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を広げる比率を−０．２％とした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを得た。

以上、得られた結果をまとめて下記表１に示す。

本発明により製造されるフィルムは、例えば、液晶ディスプレイの基材として好適に利用することができる。

Claims (1)

1. テンター式延伸装置を用いる一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法であって、テンター内における最高温度である熱固定工程より下流側の冷却工程におけるテンターレール幅が最も狭い部分に対して、フィルムを把持するクリップがフィルムを開放する部分のテンターレール幅を０．１〜１０％の範囲で広くすることを特徴とする一軸配向ポリエステルフィルムの製造方法。