JP2014069487A - 光学フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融製膜法において、スジ状欠陥のない高品位なフィルム製造を可能とする製造方法を提供する。
【解決手段】溶融手段により可塑化した樹脂をダイからフィルム状に吐出する光学フィルムの製造方法であって、溶融手段の下流側先端からダイに至る樹脂流路上の接合部を、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍ以下とし、更に接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれが５０μｍ以下とすることを特徴とする溶融製膜による光学フィルムの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明はスジ状欠陥の低減された光学フィルムの製造方法に関する。

フィルムの製膜方法として、熱可塑性樹脂を押出機等により加熱溶融した後にＴダイを用いてフィルム状に吐出し、冷却固化する溶融製膜方法が知られている。本方法は、樹脂組成物を有機溶剤に溶解させ該溶液をシート／フィルム状に支持体にキャストさせた後に乾燥させフィルムを製造する溶液製膜方法に比べ、生産性に優れるものの、Ｔダイから吐出したフィルムに流れ方向にスジ状の欠陥が生じる問題があった。また、フィルムを特に光学フィルム用途に使用する場合には、スジ状欠陥が光学的歪みとして検出されるため、より高い精度でスジ状欠陥を低減することが要求されている。

これに対し、樹脂に熱安定剤を添加することで、スジ状欠陥の原因の一つである目やにの発生を抑制するといった原料樹脂処方により改善する方法などが試みられている。

また、溶融製膜方法および装置においても様々な試みが行われている。例えば、特許文献１ではＴダイ吐出後のフィルムを成形ロールにより押圧することによりダイラインを平滑化すること、更に特許文献２ではＴダイエッジ精度を規定することでリップエッジ起因のスジ状欠陥を抑制することが提案されている。

特開２００９−１６６２９０号公報 特開２００５−１７３０７２号公報

上記の様に、スジ状欠陥を解消するためにいくつかの製造方法および装置が提案されているが、スジ状欠陥を完全に解消するには至っていない。

特許文献１ではタッチロールによる挟圧や、冷却ロール接触時フィルム温度、延伸時フィルム温度の制御により縦スジを低減することが提案されているが、延伸工程等の後のフィルムを加熱する工程で熱戻りが生じ、再び縦スジが発生する為、例えば光学特性を発現するために延伸工程が必要な場合の多い光学フィルムの製造方法においては、根本的な解決にはなっていない。

また、特許文献２におけるＴダイエッジ部の凹部、凸部低減による対策は、リップエッジ部起因のスジ状欠陥については改善されるが、それでも解消されないスジ状欠陥が多数存在する（リップエッジ部に起因しないスジ状欠陥に対しては有効となりえない。）。

本発明は、このような従来の技術において解決されていないフィルム品質及び生産性の課題を鑑みてなされたものであり、光学フィルムの製造方法（溶融製膜方法）において特にスジ状欠陥発生を抑制することができ、高品位な光学フィルムを製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、鋭意検討を行った結果、ダイに樹脂が流入する以前（ダイの上流）における溶融流動樹脂が有するスジがスジ状欠陥発生原因のひとつとなっていることに気づき、このスジ状欠陥が発生している箇所が各部材を接続する接合部であることをつきとめ、この発生を抑制すればスジ状欠陥を更に低減できると考え、本発明に至ったものである。特にフィルムを光学用途に使用する際に問題となる微細なスジ状欠陥への対策が可能となる。

即ち、本発明は、溶融手段により可塑化した樹脂をダイからフィルム状に吐出する光学フィルムの製造方法であって、溶融手段の下流側先端からダイに至る樹脂流路上の接合部を、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍ以下、更に接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれが５０μｍ以下とすることを特徴とする溶融製膜による光学フィルムの製造方法を提供した。

また、接合される両部材がオスメス構造、もしくはキーにより位置を固定する構造を有し、該オスメス構造もしくはキーの嵌合部分の公差が５０μｍ以下であることを特徴とする前記光学フィルムの製造方法を提供した。

本発明によれば、ダイに樹脂が流入する以前に溶融樹脂が有していたスジ状欠陥を抑制し、スジ状欠陥を低減し高品位な光学フィルムを提供することが可能となる。特に光学フィルムにおいて問題となる微細なスジ状欠陥への対策が可能となる。

本発明は、溶融手段により可塑化した樹脂をダイからフィルム状に吐出する光学フィルムの製造方法であって、溶融手段の下流側先端からダイに至る樹脂流路上の接合部を、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍ以下、更に接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれが５０μｍ以下とすることを特徴とする溶融製膜による光学フィルムの製造方法に関するものである。

ここで樹脂（熱可塑性樹脂）の溶融手段として、各種方法を使用することができるが、一般に行われる様に押出機を使用し、樹脂に対して加熱と混練を行って溶融することが、既存の設備を利用でき好ましい。

本発明では、押出機として、単軸押出機、同方向噛合型２軸押出機、同方向非噛合型２軸押出機、異方向噛合型２軸押出機、異方向非噛合型２軸押出機、多軸押出機等の各種押出機を用いることができる。その中でも、単軸押出機が押出機内における樹脂滞留部が少ないため押出中における樹脂の熱劣化を防ぐことが可能になること、また設備費が安価であることから好ましい。また、樹脂中の残存揮発分、押出機における加熱発生物を除去するためにベント機構を有する押出機を使用することが好ましい。

押出機に投入する熱可塑性樹脂等の原料の形態としては固体状態の樹脂、好ましくは３ｍｍ角のペレット形状を用いることが好ましい。例えば、このペレット形状の樹脂は押出機の原料供給口に取り付けられたホッパーを介して押出機内に供給される。このホッパーは乾燥機構を持つことが好ましく、樹脂中の水分を取り除いた状態で押出機内に供給できるようにし、必要乾燥時間、樹脂消費時間を鑑みてホッパー容量を設計することが好ましい。

単軸押出機などで使用するスクリュとしては、ベント付き押出機用の圧縮比２〜３程度の一般的なフルフライト構成のものを用いることができるが、未溶融物が残存しないように特殊な混練機構を持たせてもよい。

本発明において溶融手段として押出機を使用する際の押出条件は、使用する熱可塑性樹脂に応じて調整する必要があるが、例えばポリカーボネート樹脂を使用する場合には、押出機出口における樹脂温度が２２０〜３２０℃となるように各シリンダー部の温度を設定することが好ましく、さらに好ましくは２４０〜２９０℃であることが好ましい。樹脂温度が２２０℃未満であると、溶融粘度が非常に大きくなり押出機のトルクオーバーやフィルム成形が困難となることがあり、３２０℃以上では樹脂熱劣化が生じ、フィルムに欠陥となって現れてしまう可能性がある。

押出機などの溶融手段により得られた溶融樹脂は、次いでギアポンプを用いてダイに供給することが好ましい。ギアポンプを用いることで押出機における吐出量変動を吸収し、供給の定量性が著しく向上し、経時的なフィルム厚みの安定性向上に効果がある。

この様に溶融手段とダイの間にギアポンプを配置する場合は、ギアポンプの下流側先端からダイに至る樹脂流路上の接合部を、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍ以下、更に接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれが５０μｍ以下とすることが好ましい。この場合、溶融手段の下流側先端からギアポンプの下流側先端に至る樹脂流路上の接合部も上記接合部の特徴を有していることが好ましいが、ギアポンプの上流で生じたスジ状欠陥がギアポンプ通過時に消失することが期待できる為、必ずしも必要ではない（但し、ギアポンプの上流であっても樹脂滞留による樹脂由来異物、欠陥、着色などが生じる可能性があることから、特に溶融手段の下流側先端からギアポンプの下流側先端の接合部も上記接合部の特徴を有した接合部とすることが好ましい。）。

ギアポンプより定量的に供給された溶融樹脂、或いは溶融手段から直接供給された溶融樹脂は、例えば管状の流路を通りダイに供給され、ダイからフィルム状に吐出される。このギアポンプからダイまでの樹脂流路中、或いはギアポンプなどを介さない場合は溶融手段からダイまでの樹脂流路中に異物除去装置を設けることが好ましい。これにより、原料樹脂中に含まれていた異物や、押出機やギアポンプで発生した異物をトラップし、フィルム中の異物欠陥を低減することが可能となる。異物除去装置としては、リーフディスク型フィルターが濾過精度および濾過面積、耐圧、異物によるフィルター目詰りまでの時間の関係から好ましい。フィルター濾過精度は光学用途の場合１〜２０μｍ、好ましくは３〜１０μｍのものを選択することが好ましい。

この様に溶融手段とダイの間に異物除去装置を配置する場合は、異物除去装置の下流側先端からダイに至る樹脂流路上の接合部を、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍ以下、更に接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれが５０μｍ以下とすることが好ましい。この場合、溶融手段の下流側先端から異物除去装置の下流側先端に至る樹脂流路上の接合部も上記接合部の特徴を有していることが好ましいが、異物除去装置の上流で生じたスジ状欠陥が異物除去装置内の濾材等を通る時に消失することが期待できる為、必ずしも必要ではない（但し、異物除去装置の上流であっても樹脂滞留による樹脂由来異物、欠陥、着色などが生じる可能性があることから、特に溶融手段の下流側先端から異物除去装置の下流側先端の接合部も上記接合部の特徴を有した接合部とすることが好ましい。）。

この様に本発明では、各部材の樹脂流路を接合する接合部の形態を規定している。接合される部材として、溶融手段（押出機など）、ギアポンプ、異物除去装置（フィルターなど）、ダイ、配管等が挙げられる。接合部は各部材の流路を樹脂の漏れがないようにつなぐということのみが一般的に考慮されるが、特定用途のフィルムの製造においては、その細かな形態が問題となることがある。特に光学フィルム用途に使用する場合には、他の用途では問題とならなかった微細なスジ状欠陥が問題となり、この様な微細なスジ状欠陥への対応が重要となっている。これに対し、接合部の形状を本願で規定された範囲を満たすように設計、管理することで、流動樹脂へのスジ状欠陥の発生を抑制し、細かなものも含めスジ状欠陥の低減された光学フィルムを提供することが可能となる。

具体的には、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍ以下であり、さらに接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれが５０μｍ以下とする。

エッジ部のＲについては、エッジ部のＲが４０μｍを超えると接合面で流路が凹んだ形となり該部を流動樹脂が通過する時にスジ状結果が生じるために好ましくない。それだけではなく、該部において樹脂滞留が生じるために樹脂由来異物／欠陥がフィルムに生じるため、特に溶融製膜法において好ましくない。このエッジ部のＲは４０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以下である。

更に、フィルム上の欠陥を防ぐ為に、接合部エッジ上には、傷や凹みによる幅５０μｍ以上、かつ深さ５０μｍ以上の段差がないことが好ましい。この段差は、より好ましくは幅２０μｍ以上、深さ２０μｍ以上の大きさのものがないことであり、更に好ましくは１０μｍ以上、深さ１０μｍ以上の大きさのものがないことである。

一方、接合部単独が上記の規定された範囲にあっても、接合部をずらして接続してしまうと、接合される流路同士にずれが生じ、スジ状欠陥を生じるため好ましくない。従って、接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれを５０μｍ以下とする必要がある。この接合部のずれを抑制するために、接合される両部材がオスメス構造、もしくはキーにより位置を固定する構造（例えば、キーを接合部が位置するフランジの合わせ面に設置するなど）を有していることが好ましい。このうち、接続の際に密着する面が少なくなりずれが生じにくくなるために、接合される両部材がオスメス構造を有することが好ましい。このオスメス構造については、メス同士の両部材の間に両端オスとなる短いリングを設置することでも可能である。該オスメス部分の嵌合部分の公差は５０μｍ以下であることが好ましい。嵌合部分の公差が５０μｍを超えるとオスメスの嵌め合いで段差が生じるため好ましくない。また、キーにより位置を固定する構造の嵌合部分も、同様に公差が５０μｍ以下であることが好ましい。

本発明で使用するダイとしては、各種構造のものを使用することができるが、Ｔダイが好ましく、例えば一般的なコートハンガーダイを用いることができる。幅方向厚み調整機構としてボルト等の押し込みによりリップの幅方向任意部分の隙間を調節できるものが好ましい。

尚、本発明の様に特定の接合部を使用する場合でも、ダイリップの傷に起因するスジ状欠陥が別途残存する可能性がある。その為、リップエッジ精度をエッジ輝線幅１〜３０μｍの範囲で加工することが更に好ましい。ダイリップ部はハードクロムメッキやセラミック溶射をすることが輝線幅精度を上げることができ、好ましい。

一方、ダイからフィルム状に吐出された樹脂は各種方法で冷却することが可能であるが、例えば、温調されたロール（以下、第１ロール）へキャスティングし、引き取りながらさらに温調された他のロール（以下、第２ロール）へ接せさせて冷却固化することができる。また、この時に、更に別途設けた温調されたロール（以下、挟み込みロール）と、前記第1ロールでフィルムを挟み込み成形することもできる。この場合、フィルムのロール着地位置が安定し厚み品質が向上すると共に、押圧によりフィルムが平滑化しスジ状欠陥の凹凸が薄くなる。また、着地位置安定化のため、別途静電印加やエアーナイフ等を用いることもできる。

冷却温度は、通常ガラス転移温度を基準に設定すればよく、フィルムが最初に接する第1ロールは熱可塑性樹脂のガラス転移温度±３０℃、第２ロールはガラス転移温度±３０℃とすることが好ましい。

また、フィルムの引き取りは各種方法で行うことが可能であるが、例えば第２ロール以降に設置されたニップロールにより引き取り、その後に巻き取りコアに巻きつけられ、フィルム原反として取得することができる。この時、フィルム両端部はネックインの影響で厚みが厚くなってしまうため、カッター等でトリミングしてもよい。

この様にして得られたフィルム原反は、そのまま使用しても良いし、延伸機により延伸され、位相差フィルムなどの光学フィルムとして取得することができる。

一方、本発明では熱可塑性樹脂として、各種樹脂を使用することができるが、例えばノルボルネン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリメタクリル酸メチルなどを重合、共重合、或いは変性して得られるアクリル系樹脂（主鎖に環構造を有するアクリル系樹脂を含む）、ポリアリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂等が挙げられる。この中でも、特に透明性や加工性に優れているポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂（特に耐熱性の必要となる用途にも使用可能な主鎖に環構造を有するアクリル系樹脂）を用いるのが好ましい。

また、特に光記録媒体の光透過層として用いる場合は、その基板との寸法変化率の違いによる反りや歪みなどを防ぐために、光透過層とそれを貼り合わせる基板とは同一の材料であるのが好ましく、そのため、光記録媒体の基板材料として広く使用されているポリカーボネートが好ましい。中でも特に量産されていて安価である、主たる構成成分が２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ）から成る繰返し単位で構成される芳香族ポリカーボネートが好ましい。ここでいう主たる構成成分とは、ポリカーボネートの原料であるジヒドロキシ化合物のうち、５０モル％以上を占める化合物からなる繰返し成分を指す。そのため、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ）を単独で使用しても、また、５０モル％を越えない範囲で他のジヒドロキシ化合物を加えて共重合あるいは混合したものを用いることができる。共重合あるいは混合して用いるジヒドロキシ化合物としては特に限定されないが、例としては、１，１−ビス（４−ヒドロキシ２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３−メチルフェニル）プロパン、１，１−ビス（４−ヒドロキシ−３−ｔ−ブチルフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシー３−ｔ−ブチルフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３−ブロモフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジブロモフェニル）プロパン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エチルベンゼン、などのビス（ヒドロキシアリール）アルカン類、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサンなどのビス（ヒドロキシルアリール）シクロヘキサン類、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレンなどのフルオレン類、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジメチルフェニルエーテルなどのジヒドロキシアリールエーテル類、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジメチルフェニルスルフィドなどのジヒドロキシアリールスルフィド類、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジメチルフェニルスルホキシドなどのジヒドロキシアリールスルホキシド類、および上記化合物から誘導された化合物が挙げられる。これらのジヒドロキシ化合物はビスフェノールＡから成る繰返し単位の主成分に対し、透明性を損なわれない範囲で１種類、或いは２種類以上組み合わせて用いることもできる。ただし、ビスフェノールＡは安価で入手しやすい原料なので、ビスフェノールＡ成分を多く用いるほど、安価な光学フィルムを工業的に供給しやすくなる為好ましく、ビスフェノールＡの繰返し単位は８０モル％以上が好ましく、より好ましくは９０％以上、特には１００モル％（すなわち単独）が好ましい。

本発明を実施例に基づき、更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例で測定した各物性の測定方法は次の通りである。

（１）エッジ部検査
エッジ部をデジタルマイクロスコープで接合部の断面に対し４５°の角度から倍率１５０倍で観察し、輝線幅を求め、下記式によりエッジ部のＲを算出した。
（エッジ部のＲ） ＝ （輝線幅） ／ √２

（２）スジ状欠陥
得られた延伸フィルムを点光源にてスクリーンに投影し、投影像の流れ方向に影状に見えるスジをスジ状欠陥とし、その本数を確認した。尚、スジ状欠陥の本数が５本以下を合格と判断した。

（３）異物／欠陥
得られた延伸フィルムに対し目視で欠点を検出し、検出箇所をデジタルマイクロスコープで５００倍まで拡大し観察し焼け異物などの核が見られず、かつ二枚の偏光板の間にフィルムを配置させ観察するクロスニコル状態でも色味の変化がないものを異物／欠陥のない合格品とした。

（実施例１）
熱可塑性樹脂としてポリカーボネート（三菱ガス化学製ユーピロンＨ―４０００，ガラス転移温度１４８℃）を用い、乾燥ホッパーにて１００℃で４時間乾燥させφ４０ｍｍ押出機に供給した。押出機で樹脂温度２８０℃となるよう加熱溶融し、ギアポンプを介し、４インチ５μｍカットのリーフディスクフィルター、Ｔダイへと溶融樹脂を押し出した。この時、各部材の間には両端に接合部を有する配管を配置させることで、押出機からダイまで各部材が接続されている。また、これら全ての接合部は嵌合部分の公差が３０μｍのオスメス構造を有し（流路の最大ずれは３０μｍ以下）、それぞれのエッジのＲは２０μｍとした。Ｔダイは４００ｍｍ幅のものを用い、１４０℃に温調したキャストロール、１３５℃に温調した冷却ロールにて冷却固化させ、引き取りロールにて９ｍ／分で引き取り、巻き取りコアにてフィルム厚み７０μｍのフィルムの原反を得た。

得られたポリカーボネートフィルムを延伸機により、縦方向に延伸し、最終的なポリカーボネート延伸フィルムを得た。

得られたポリカーボネート延伸フィルムはスジ状欠陥、樹脂由来異物／欠陥が観察されず、良好な状態であった。

（実施例２）
全ての接合部に、嵌合部分の公差が３０μｍのオスメス構造を有し（流路の最大ずれは３０μｍ以下）、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍである以外は実施例１と同様の方法で実施した。

得られたポリカーボネート延伸フィルムでは非常に薄いもののスジ状欠陥が幅１０ｃｍ辺り３本観察された。樹脂由来異物／欠陥は見られなかった。

（実施例３）
フィルターより上流側の接合部一箇所、具体的にはギアポンプとその上流の配管の接合部のエッジＲが１５０μｍであること以外は実施例１と同様に実施した（即ち、上記接合部１箇所を除く、他の全ての接合部は実施例１と同じ。）。得られたポリカーボネート延伸フィルムでは非常に薄いもののスジ状欠陥が幅１０ｃｍ辺り１本観察された。また、樹脂由来異物／欠陥が５個／ｍ²観察された。

（比較例１）
接合部の全てのエッジＲが１５０μｍであること以外は実施例１と同様に実施した。得られたポリカーボネート延伸フィルムでは非常に薄いスジ状欠陥が幅１０ｃｍ辺り１０本観察された。また、樹脂由来異物／欠陥が１０個／ｍ²観察された。

（比較例２）
全ての接合部のエッジＲが５０μｍである以外は実施例１と同様の方法で実施した。得られたポリカーボネート延伸フィルムでは非常に薄いもののスジ状欠陥が幅１０ｃｍ辺り７本観察された。樹脂由来異物／欠陥は見られなかった。

Claims (7)

1. 溶融手段により可塑化した樹脂をダイからフィルム状に吐出する光学フィルムの製造方法であって、溶融手段の下流側先端からダイに至る樹脂流路上の接合部を、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍ以下、更に接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれが５０μｍ以下とすることを特徴とする溶融製膜による光学フィルムの製造方法。
2. 溶融手段により可塑化した樹脂をダイからフィルム状に吐出する光学フィルムの製造方法であって、溶融手段とダイの間にギアポンプを配置し、ギアポンプの下流側先端からダイに至る樹脂流路上の接合部を、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍ以下、更に接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれが５０μｍ以下とすることを特徴とする溶融製膜による光学フィルムの製造方法。
3. 溶融手段により可塑化した樹脂をダイからフィルム状に吐出する光学フィルムの製造方法であって、溶融手段とダイの間に異物除去装置を配置し、異物除去装置の下流側先端からダイに至る樹脂流路上の接合部を、接合部断面における流路に接するエッジ部のＲが４０μｍ以下、更に接合される両部材の接合部断面における流路の最大ずれが５０μｍ以下とすることを特徴とする溶融製膜による光学フィルムの製造方法。
4. 接合される両部材がオスメス構造、もしくはキーにより位置を固定する構造を有し、該オスメス構造もしくはキーの嵌合部分の公差が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学フィルムの製造方法。
5. 前記溶融手段が押出機である請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学フィルムの製造方法。
6. 樹脂として、ポリカーボネート系樹脂、或いはアクリル系樹脂を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学フィルムの製造方法。
7. 前記アクリル系樹脂が主鎖に環構造を有するアクリル系樹脂であることを特徴とする請求項６に記載の光学フィルムの製造方法。