JP2012086494A - 溶液製膜の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配向軸の変動を抑制することができる溶液製膜の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】ポリマーと溶媒とを含むドープを流延ダイ２２から支持体２４上に流延して流延膜７０を形成し、流延膜７０を支持体２４から剥ぎ取ってテンター装置４２に送り、流延膜７０を少なくとも乾燥して巻き取る溶液製膜の製造方法において、支持体２４とテンター装置４２との間に張力制御手段３６を設け、張力制御手段３６によって流延膜７０を支持体２４から剥ぎ取るテンションを一定に保つ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶液製膜の製造方法及び製造装置に関し、特にポリマーと溶媒とを含むドープを流延ダイから支持体上に流延して流延膜を形成し、この流延膜を前記支持体から剥ぎ取ってテンター装置に送り、該流延膜を少なくとも乾燥して巻き取る溶液製膜の製造方法及び製造装置に関する。

光学用途のポリマーフィルムに対する要求特性は、近年、ますます厳しくなっており、わずかな異物の含有も許容されず、フィルムの光学特性についてもその均一性の要求レベルが上がる一方である。

溶液製膜方法は、周知の通り、ポリマーが溶媒に溶解しているドープをダイから支持体の上に流延して流延膜を形成し、流延膜を剥ぎ取って乾燥することによりフィルムを製造する方法である。この溶液製膜方法は、流延膜を支持体の上で乾燥する過程で、流延膜の流動性により流延膜の露出面が平らになろうとするいわゆるレベリング作用があり、このレベリング作用により、フィルム面の平滑性が溶融製膜に比べて優れるという利点がある。

しかしながら、溶液製膜方法によるポリマーフィルムは、ダイから支持体上に流延する際や、流延後に支持体から剥離する際など、流延膜は溶剤を含んでいることもあり非常に柔らかく、外力等に左右され易いため、スジや横段等の欠陥が発生し易いという問題がある。

そこで、例えば、特許文献１では、流延膜を支持体から剥ぎ取る剥離ローラの汚れが少ないセルロースエステルフィルムの製造方法、及びその製造方法により、カールが少なく、且つ、高い引き裂き強度を有するセルロースエステルフィルムについて開示されている。また、特許文献２では、横段のない平面性に優れた液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス等画像表示装置に有用なセルロースエステルフィルムについて開示されている。また、特許文献３では、搬送途中のフィルムに擦り傷、孔写り、しわなどの品質故障が発生しないようにした溶液製膜方法について開示されている。

特開２００２−２１０７６６号公報 特開２００２−２８９４３号公報 特開２００６−３０６０１９号公報

しかしながら、従来の溶液製膜法によるフィルムの製造方法では、フィルムの配向軸がばらつくという問題があった。配向軸がばらつくことにより、このフィルムが光学フィルムとして液晶装置などに使用されると、コントラストが低下するという問題が発生する。さらに、近年の液晶モニタ等の光学機器の高精細化により、要求される配向軸のばらつきの範囲が厳しくなってきた。

従来、この配向軸の変動が起こるメカニズムがよく分かっていなかったため、有効な対策を立てることができなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、溶液製膜の製造方法及び製造装置において配向軸の変動を抑制することができる溶液製膜の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、ポリマーと溶媒とを含むドープを流延ダイから支持体上に流延して流延膜を形成し、この流延膜を前記支持体から剥ぎ取ってテンター装置に送り、該流延膜を少なくとも乾燥して巻き取る溶液製膜の製造方法において、前記支持体と前記テンター装置との間に張力制御手段を設け、前記流延膜を該支持体から剥ぎ取るテンションを一定に保つことを特徴とする溶液製膜の製造方法を提供する。

また、本発明は、前記目的を達成するために、一定速度で走行する支持体と、前記支持体上に近接して配置され、ポリマーと溶剤とを含むドープを前記支持体に向けて流延する流延ダイと、前記支持体上に形成された流延膜を乾燥するテンター装置と、前記支持体と前記テンター装置との間に設けられ、前記流延膜を該支持体から剥ぎ取るテンションを一定に保つ張力制御手段と、を備えることを特徴とする溶液製膜の製造装置を提供する。

本願発明者は、支持体の速度とテンター装置での搬送速度に差が生じた場合、支持体とテンター装置との間のテンションが一定でなくなり、配向軸の変動が生じるという知見を得た。

そこで、支持体とテンター装置との間に張力制御手段を設け、流延膜を支持体から剥ぎ取るテンションを一定に保つようにした。

本発明により、配向軸の変動を抑制することができる溶液製膜の製造方法及び製造装置を提供することができる。

本発明において、前記張力制御手段は、ダンサーローラであることが好ましい。

本発明において、前記支持体と前記テンター装置との間に設けられた少なくとも一つのローラの慣性は０．２ｋｇ・ｍ² 以下である低慣性ローラであることが好ましく、０．１５ｋｇ・ｍ² 以下である低慣性ローラであることがより好ましく、０．１ｋｇ・ｍ² 以下である低慣性ローラであることがさらに好ましい。

ローラ慣性が高いと、速度変動への追従性が劣り、その結果、ローラ慣性によるテンション変動を招く。それ故に、低慣性にすることによりベースの速度変動に伴うテンション変動を抑制でき、配向軸をより一定に保つことが可能となる。検討の結果、０．２ｋｇ・ｍ² 以下であれば、配向軸を安定させる効果があることを見出した。０．１５ｋｇ・ｍ² 以下であればよりよく、０．１ｋｇ・ｍ² 以下であればさらに良いことが分かった。ここで、例えば、アルミは０．１０２ｋｇ・ｍ²、ＣＦＲＰ(カーボン製)は０．０４２ｋｇ・ｍ² である。

さらに、本発明において、前記支持体と前記テンター装置との間に設けられたダンサーローラのテンション付与機構のメカロスは２．５Ｎ以下であることが好ましく、１．５Ｎ以下であることがさらに好ましい。

テンション付与機構に使用するシリンダーのメカロス（摩擦力）が大きいと、ダンサーローラが移動する際に生じるテンション変動を招く。それ故に、メカロスを抑制することでダンサーローラ移動に伴うテンション変動を抑制でき、配向軸をより一定に保つことが可能となる。検討の結果、２．５Ｎ以下であれば配向軸が安定し、さらに好ましくは１．５Ｎ以下で効果があることを見出した。

支持体とテンター装置との間に設けられた搬送ローラやダンサーローラが上記数値以下の低慣性ローラであること、さらにテンション付与機構を上記数値以下の低メカロス機構であることで、さらに支持体とテンター装置との間のテンションを一定に近づけることができるので、さらに配向軸の変動を抑制することができる。

本発明では、前記ポリマーはセルロースアシレートであることが好ましい。セルロースアシレートがアシル基の置換度２．０以上２．９８以下のセルロースアセテートであることがより好ましい。前記セルロースアシレートはＤＡＣ（ジアセチルセルロース）またはＣＡＰ（セルロースアセテートプロピネート）であることがさらに好ましい。

本発明によれば、配向軸の変動を抑制することができる溶液製膜の製造方法及び製造装置を提供することができる。

本発明が適用される溶液製膜の製造装置の構成を示す構成図 本発明に係る支持体とテンター装置との間の拡大図 比較例と実施例での張力の変動を解析した結果を示す図 比較例と実施例での配向軸の変動を周波数解析した結果を示す図

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。

図１に示すように、溶液製膜の製造装置１０は、フィルムの成分である例えばセルロースエステル等を溶媒中に溶解させたドープを薄板状に流延してフィルム７０を作製する流延部２０と、フィルム７０を流延部２０からテンター部４０に引き渡す渡り部３０と、フィルム７０をフィルムの幅方向に延伸するテンター部４０と、フィルム７０を乾燥させる乾燥部５０と、フィルム７０を巻き取ってロール状にする巻き取り部６０と、を主に備えて構成される。

流延部２０は、ドープを流延バンド（支持体ともいう。）２４に流出させるダイ２２と、ダイ２２から流出したドープを薄板状に流延する流延バンド２４と、流延バンド２４を回転させる一組の回転ローラ２６、２６と、を主に含んでいる。流延ダイ２２は、ドープを図示しないスリットから走行している流延バンド２４上に流出させる。流延バンド２４は、走行しながらドープを受け取ることにより、ドープを薄板状に流延して流延膜７０を作製する。流延膜７０は、流延バンド２４上に付着したまま、流延バンド２４とともに移動する。ここで、上記において、流延バンドを用いた流延部について説明したが、これに限定されるものではなく、流延部２０は、流延バンドの代わりに流延ドラムを使用しても良い。

渡り部３０は、流延バンド２４から流延膜７０を剥ぎ取る剥ぎ取りローラ３２と、剥ぎ取ったフィルム７０をテンター部４０まで運ぶ１以上の渡りローラ３４と、を主に含んでいる。剥ぎ取りローラ３２は、流延バンド２４上に付着している流延膜７０を剥ぎ取り、剥ぎ取ったフィルム７０をテンター部４０まで移動させる。

テンター部４０は、テンター装置４２から構成されている。図示しないが、テンター装置４２は、一組のレールと、レールに案内されて走行するチェーンと、チェーンに取り付けられ、流延膜７０の側縁部を把持する複数のクリップと、流延膜７０に乾燥空気を吹き付ける送風手段と、で構成されている。渡り部３０から運ばれた流延膜７０は、クリップによりその両側縁部が把持され、幅方向に張力を付与されながら搬送され、乾燥空気により溶剤が乾燥される。

乾燥部５０は、乾燥室５２と、冷却室５４と、を主に含んでいる。乾燥室５２は流延膜７０に含まれる溶媒成分をさらに蒸発させるための装置であり、そのために、その内部を温度調整するための装置、または、温度調整された空気を流延膜７０に吹きかけるための装置等を備えていても良い。また、乾燥室５２は、蒸発した溶媒を回収する装置（図示せず）も備えている。冷却室５４は、流延膜７０が略室温になるまで徐々に流延膜７０を冷却するための装置であり、そのために、空調装置、温調装置などを備えていても良い。乾燥室５２は、テンター部４０から移動してきた流延膜７０に含まれている溶媒を蒸発させて、蒸発した溶媒を回収する。次に、冷却室５４では、乾燥室５２で加熱された流延膜７０を冷却する。冷却室を出たところには、通常、除電装置が設けられ、その除電装置により、流延膜７０に帯電している電荷が除電される。

巻き取り部６０は、巻き取り装置６２を主に備える。巻き取り装置６２は、冷却室５４から出てきた流延膜７０を巻き取って、巻き取りロール６４を作製する。

次に、本発明に係る溶液製膜装置の作動について図１を参照して説明する。

図１に示すように、フィルムの成分を溶媒中に溶解させたドープが、図示しないドープ製造装置からダイ２２に供給される。ドープは、流延ダイ２２のスリット（図示せず）から走行している流延バンド２４上に供給される。流延バンドは、一組の回転ローラ２６、２６に巻き掛けられており、回転ローラ２６が回転駆動されることにより、動力が伝えられて一組の回転ローラ２６、２６の回りを回るように走行する。

ドープは、走行中に流延バンド２４上に供給されることにより、薄板状に流延されて流延膜７０になる。流延バンド２４は、流延膜７０を乗せて走行し、剥ぎ取りローラ３２のところまで流延膜７０を運ぶ。このとき、流延部２０には、図示しない温調装置、送風機、凝縮器等が設けられており、温調された雰囲気内で、乾燥した空気を送風機で流延膜７０に吹きかけることにより、フィルム７０に含まれる溶媒成分を概ね固形分１００％に対し３０〜４０％になるまで蒸発させ、凝縮器で溶媒成分を回収する。

次に、剥ぎ取りローラ３２は、流延バンド（支持体）２４上の流延膜７０を剥ぎ取り、渡りローラ３４は、剥ぎ取られた流延膜７０をテンター部４０に運ぶ。

ここで、支持体２４の速度とテンター装置４２での搬送速度に差が生じた場合や、支持体２４から流延膜７０を剥ぎ取る剥離荷重の変動、流延膜の膜厚・乾燥状態のムラによる弾性率の変動が発生した場合に、渡り部３０（支持体２４とテンター装置４２との間）での流延膜７０にかかるテンションが一定でなくなり、配向軸の変動が生じるという知見を得た。

そこで、本発明では、支持体２４とテンター装置４２との間にダンサーローラ３６を設け、流延膜を支持体から剥ぎ取るテンションを一定に保つようにした。具体的には、図１に示す通り、剥ぎ取りローラ３２と渡りローラ３４との２つのローラ間にダンサーローラ３６を備えることができる。また、剥ぎ取りローラ３２と渡りローラ３４との距離が長い場合には、図２に示すように、搬送ローラ３８、３８を備えるようにしても良い。

支持体２４とテンター装置４２との間に設けられた少なくとも一つのローラの慣性は０．２ｋｇ・ｍ² 以下が好ましく、より好ましくは０．１５ｋｇ・ｍ² 以下、さらに好ましくは０．１ｋｇ・ｍ² 以下である低慣性ローラであることが好ましい。

また、ダンサーローラ３６のテンション付与機構のメカロスは２．５Ｎ以下であることが好ましく、１．５Ｎ以下である低メカロス機構であることがさらに好ましい。

支持体とテンター装置との間に設けられた剥ぎ取りローラ３２、渡りローラ３４、搬送ローラ３８、３８やダンサーローラ３６が低慣性ローラであることと、ダンサーローラ３６に付属するテンション付与機構３７のメカロスが低メカロス機構であることで、さらに支持体とテンター装置との間のテンションを一定に近づけることができるので、さらに配向軸の変動を抑制することができる。

ここで、図１の溶液製膜の製造装置１０において、剥ぎ取りローラ３２と渡りローラ３４との２つのローラ間にダンサーローラを備えないものを比較例、図１のように剥ぎ取りローラ３２と渡りローラ３４との２つのローラ間にダンサーローラ３６を備えたものを実施例として実験を行ったものを示す。流延バンド２４の駆動ベルト長さは５．７ｍ（メートル）、回転ローラ２６の円周は４．１ｍ（メートル）とした。なお、剥ぎ取りローラ３２と渡りローラ３４は、慣性が０．２ｋｇ・ｍ² の低慣性ローラとした。また、テンション付与機構３７のメカロスは２．５Ｎの機構を採用した。

具体的には、流延膜は厚み６０μｍ、幅８００ｍｍのものを作成し、流延膜の幅方向の中心位置を長手方向において５．６７ｍｍ周期で遅相軸の測定を行い、測定で得られた配向角の標準偏差を評価した。この結果、比較例における標準偏差を１００％としたときの実施例における標準偏差が９０％であった。

図３は、この実験の比較例と実施例での張力の変動を解析した結果を示した図であり、図４は、比較例と実施例での配向軸の変動を周波数解析した結果を示した図である。

図３が示すように、ダンサーローラ３６を備えていない比較例では張力の変動が±９Ｎ程度あるものが、ダンサーローラ３６を備えた実施例では張力の変動が±１Ｎ程度に抑制されていることが分かる。また、図４が示すように、ダンサーローラ３６を備えた実施例では、ダンサーローラ３６を備えていない比較例と比較して、流延バンド２４や回転ローラ２６の周期の比較的長周期な成分は半減以下に抑制されていることが分かる。

なお、回転ローラ２６は製作精度上、完全な真円ではないことや、駆動伝達系に起因する流延バンド２４の駆動速度の変動は必ず発生してしまう。この速度変動により張力の変動が起き、張力の変動が配向軸の変動に関係すると考えられる。したがって、本発明では、支持体とテンター装置との間にダンサーローラを設け流延膜を支持体から剥ぎ取るテンションを一定に保つようにしたので、配向軸の変動を抑制することができる。

剥ぎ取りローラ３２が剥ぎ取った流延膜７０を渡りローラ３４が、テンター部４０に運ぶ。

テンター装置４２では、クリップ（不図示）が流延膜７０の両側縁部を把持して、末広がりに外側に移動することにより、フィルム７０を幅方向に延伸することができる。クリップは、流延膜７０を幅方向に延伸した後、把持を解除する。把持を解除された流延膜７０は、乾燥部５０に送られる。

乾燥部５０では、乾燥室５２に設置された温調装置（不図示）により、乾燥室５２内部の温度、湿度が調整され、さらに送風機（不図示）によって流延膜７０に空気を吹き付けて、流延膜７０内部の溶媒を蒸発させる。乾燥部５０は、凝縮器（不図示）を備えて、乾燥室５２において流延膜７０から蒸発した溶媒を凝縮させて回収する。

乾燥室５２で、内部の溶媒量を調整された流延膜７０は、冷却室５４に送られる。冷却室５４にも温調装置（不図示）が備えられ、冷却室５４内の雰囲気の温度、湿度が調整されている。この冷却室５４で流延膜７０は、冷却される。この際、送風機（不図示）によって、空気を流延膜７０に吹き付けることにより、冷却を促進しても良い。

冷却室５４で冷却された後、流延膜７０は、除電装置（不図示）により、帯電した電荷を除電される。除電された流延膜７０は、巻き取り部６０の巻き取り装置６２で巻き取られて、巻き取りロール６４が形成される。

ここで、上記においては、流延バンド２４を使用する装置について説明したが、流延バンド２４ではなく、流延ドラムを使用した場合でも、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

なお、本発明では、溶液製膜でフィルム（流延膜）とすることができる全てのポリマーについて適用することができるが、ポリマーはセルロースアシレートであることが好ましい。また、セルロースアシレートがアシル基の置換度２．０以上２．９８以下のセルロースアセテートであることがより好ましい。セルロースアシレートはＤＡＣ（ジアセチルセルロース）またはＣＡＰ（セルロースアセテートプロピネート）であることがさらに好ましい。

ポリマーがセルロースアシレートの場合に流延膜の配向軸の変動が顕著に現れ、特にアシル基の置換度２．０以上２．９８以下の低置換度のセルロースアセテートの場合に配向軸の変動が顕著に現れる。したがって、このようなポリマーを用いたときに、本発明の支持体とテンター装置との間にダンサーローラを設け、流延膜を支持体から剥ぎ取るテンションを一定に保つようにすることで、効果的に配向軸の変動を抑制することができる。

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させることで得られるポリマー溶液または分散液を意味している。

上記のハロゲン化炭化水素の中でも、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、フィルムの機械的強度及び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、溶媒全体に対して２〜２５重量％が好ましく、より好ましくは、５〜２０重量％である。アルコールとしては、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。

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溶媒組成も検討されている。この場合には、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、これらを適宜混合して用いる場合もある。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。

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］段落に記載されており、これらの記載も本発明に適用することができる。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おり、これらの記載も本発明に適用することができる。

１０…溶液製膜の製造装置、２０…流延部、２２…ダイ、２４…流延バンド（支持体）、２６…回転ローラ、３０…渡り部、３２…剥ぎ取りローラ、３４…渡りローラ、３６…ダンサーローラ（張力制御手段）、３７…テンション付与機構、３８…搬送ローラ、４０…テンター部、４２…テンター装置、５０…乾燥部、５２…乾燥室、５４…冷却室、６０…巻き取り部、６２…巻き取り装置、６４…巻き取りロール、７０…流延膜（フィルム）

Claims (12)

1. ポリマーと溶媒とを含むドープを流延ダイから支持体上に流延して流延膜を形成し、この流延膜を前記支持体から剥ぎ取ってテンター装置に送り、該流延膜を少なくとも乾燥して巻き取る溶液製膜の製造方法において、
   前記支持体と前記テンター装置との間に張力制御手段を設け、前記流延膜を該支持体から剥ぎ取るテンションを一定に保つことを特徴とする溶液製膜の製造方法。
2. 前記張力制御手段は、ダンサーローラであることを特徴とする請求項１に記載の溶液製膜の製造方法。
3. 前記支持体と前記テンター装置との間に設けられた少なくとも一つのローラの慣性は０．２ｋｇ・ｍ² 以下である低慣性ローラであることを特徴とする請求項２に記載の溶液製膜の製造方法。
4. 前記支持体と前記テンター装置との間に設けられた少なくとも一つのローラの慣性は０．１５ｋｇ・ｍ² 以下である低慣性ローラであることを特徴とする請求項２に記載の溶液製膜の製造方法。
5. 前記支持体と前記テンター装置との間に設けられた少なくとも一つのローラの慣性は０．１ｋｇ・ｍ² 以下である低慣性ローラであることを特徴とする請求項２に記載の溶液製膜の製造方法。
6. 前記支持体と前記テンター装置との間に設けられたダンサーローラのテンション付与機構のメカロスは２.５Ｎ以下であることを特徴とする請求項２〜５の何れか１に記載の溶液製膜の製造方法。
7. 前記支持体と前記テンター装置との間に設けられたダンサーローラのテンション付与機構のメカロスは１.５Ｎ以下であることを特徴とする請求項２〜５の何れか１に記載の溶液製膜の製造方法。
8. 前記ポリマーはセルロースアシレートであることを特徴とする請求項１〜７の何れか１に記載の溶液製膜の製造方法。
9. 前記セルロースアシレートがアシル基の置換度２．０以上２．９８以下のセルロースアセテートであることを特徴とする請求項８に記載の溶液製膜の製造方法。
10. 前記セルロースアシレートはＤＡＣ（ジアセチルセルロース）又はＣＡＰ（セルロースアセテートプロピネート）であることを特徴とする請求項８又は９に記載の溶液製膜の製造方法。
11. 一定速度で走行する支持体と、
    前記支持体上に近接して配置され、ポリマーと溶剤とを含むドープを前記支持体に向けて流延する流延ダイと、
    前記支持体上に形成された流延膜を乾燥するテンター装置と、
    前記支持体と前記テンター装置との間に設けられ、前記流延膜を該支持体から剥ぎ取るテンションを一定に保つ張力制御手段と、
    を備えることを特徴とする溶液製膜の製造装置。
12. 前記張力制御手段は、ダンサーローラであることを特徴とする請求項１１に記載の溶液製膜の製造装置。

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