JP2016221954A - ポリビニルアルコール系フィルムの製造方法、ポリビニルアルコール系フィルム、偏光膜、およびキャスト型 - Google Patents
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Abstract
Description
また、ゼータ電位による金属表面や樹脂表面の評価法が提案されている(たとえば、特許文献8、9参照。)。
本発明は、ポリビニルアルコール系フィルムの製造方法であり、該ポリビニルアルコール系フィルムは、ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液を、キャスト型に吐出及び流涎して製膜し、連続的に乾燥することにより得られるものである。
本発明においては、流動電位法により測定されるキャスト型表面のゼータ電位が、0.001モル%のKClを添加しpH4に調整された酸性水に対して、−85〜+85mVであるキャスト型を用いることが必要である。
キャスト型表面(以下、「キャスト面」と記載することがある。)とポリビニルアルコール系樹脂の水溶液が接触すると、その界面には電気二重層が形成され電位差が生じる。キャスト面近傍ではあるが、静電的に十分離れた位置における電位差がゼータ電位である。かかるゼータ電位は、流動電位法や電気泳動法など公知の手法で、市販の装置を用いて測定することできるが、本発明においては、キャスト型が導電性を有する金属で作製される場合も勘案して、流動電位法での測定を採用するものである。
また、大面積であるキャスト型の表面を直接測定するのは困難であるし、一部を切り出して測定に供することは非効率的であるため、本発明においては、同じ仕様の表面を持つ小サイズの測定用試験片(以下、「キャスト型試験片」と記載することがある。)を用意し、ゼータ電位の測定を行うものとする。
逆に、キャスト面が同じものならば、ゼータ電位は、水溶液の成分の設計はもとより、水溶液の品質管理などに応用することができる。
なお、上述した通り、ゼータ電位はキャスト面の汚染状態にも左右されるため、ゼータ電位測定用のキャスト型試験片は清浄に保つ必要が有り、また、初期ゼータ電位の測定に供されるキャスト面は、有機溶剤、希薄な酸及び/または希薄なアルカリ水溶液、純水などでよく洗浄し、乾燥する必要が有る。かかる洗浄方式としては、拭き取り方式、ディップ方式、更に、ディップして超音波で振動する方式などが挙げられる。
ここで、本発明における平均ケン化度は、JIS K 6726に準じて測定されるものである。
工程(A)ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液(製膜原液)を調液する工程。
工程(B)キャスト法によりフィルムを製膜する工程。
工程(C)製膜されたフィルムを加熱して乾燥する工程。
以下、キャスト型がキャストドラムの場合を例にとって説明する。
かかるポリビニルアルコール系樹脂ウェットケーキを温水や熱水に溶解して、ポリビニルアルコール系樹脂水溶液を調整する。
本発明においては、ポリビニルアルコール系高分子の会合体を低減する点、及び界面活性剤の凝集体を低減する点で上記(2)の方法が好ましく、更に界面活性剤の凝集体を低減する点で、上記(2)の方法の中でも100℃以上でかつ加圧溶解により調液することがより好ましい。
かかる金属カチオンとしては、例えば、銀、アルミニウム、ヒ素、金、ホウ素、バリウム、ベリリウム、ビスマス、カルシウム、カドミウム、コバルト、クロム、銅、鉄、水銀、カリウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ナトリウム、ニッケル、リン、鉛、白金、アンチモン、セレン、ケイ素、スズ、ストロンチウム、バナジウム、亜鉛、ジルコニウムなどのカチオンが挙げられる。
かかる金属カチオンの含有量が少なすぎると界面活性剤が凝集しやすく、多すぎるとポリビニルアルコール系高分子の会合体が形成されやすい傾向がある。
かかるゼータ電位は、好ましくは、−80〜+80mV、より好ましくは−70〜+70mVである。ゼータ電位が、上限値を超えても下限値未満でも、キャスト面に界面活性剤の凝集物やポリビニルアルコール系高分子の会合体が付着しやすく、ポリビニルアルコール系フィルムの欠点が増加し本発明の目的を達成することができない。なお、一般的に、金属型のゼータ電位は−1000〜+200mV、樹脂型のゼータ電位は−50〜0mVである。
なお、ここで言う初期とは、前述した通り、ポリビニルアルコール系フィルムの製造前であることを意味し、フィルム製造前のキャスト面の洗浄や、フィルム製造前のキャスト面への被膜形成などの前処理を含むものである。
ただし、製造中にキャスト面からゼータ電位測定用の試験片を切り出すことは現実的では無いため、かかる製造時におけるゼータ電位とは、キャスト型試験片を用いた測定値からの推測値である。
すなわち、キャスト型を作製する際に、キャスト型表面と同じ仕様の表面を有するキャスト型試験片も作製し、かかるキャスト型試験片のキャスト面で、製造に供される製膜原液を用いて、模擬的にフィルムを繰り返し製膜した後、本発明の測定法でゼータ電位を測定することにより、製造時におけるゼータ電位の範囲を設定することとする。なお、本発明においては、フィルムの繰り返し製膜回数は10回とする。
なお、アニオン性界面活性剤は、一般的に、イオン結合によりキャスト面に固着して被膜を形成しやすく、1回の処理で安定した被膜を形成する傾向にある。
アニオン性界面活性剤(A)の水溶液を塗布して被膜を形成する場合、アニオン性界面活性剤(A)の濃度は、安定した被膜が形成できる点で、0.01〜70重量%が好ましく、特に好ましくは、フィルムの剥離性の点で、0.1〜60重量%、更に好ましくは、欠点低減の点で1〜50重量%である。
また、上記ポリビニルアルコール系フィルムの幅は、偏光膜の幅広化の点で4m以上であることが好ましく、特に好ましくは更なる幅広化の点から4.5m以上、更に好ましくは破断回避の点から4.5〜6mである。
なお、フィルムの長さの上限は、破断回避の点から、好ましくは50km以下、特に好ましくは40km以下、更に好ましくは30km以下である。
なお、偏光度は、一般的に2枚の偏光膜を、その配向方向が同一方向になるように重ね合わせた状態で、波長λにおいて測定した光線透過率(H11)と、2枚の偏光膜を、配向方向が互いに直交する方向になる様に重ね合わせた状態で、波長λにおいて測定した光線透過率(H1)より、下式にしたがって算出される。
〔(H11−H1)/(H11+H1)〕1/2
単体透過率は、分光光度計を用いて偏光膜単体の光線透過率を測定して得られる値である。
以下、本発明の偏光板の製造方法について説明する。
尚、例中「部」、「%」とあるのは、重量基準を意味する。
各物性について、次のようにして測定を行った。
(1)ゼータ電位(mV)
アントンパール社製ゼータ電位測定装置「SurPASS」(pH調整器付き)を用いて、流動電位法により測定した。まず、100mm×25mmの平板状のキャスト型試験片を用意し、キャスト面をアセトンと純水で充分に拭き取り洗浄し乾燥した後、平板スリット間で、0.001モル%のKClを添加した水溶液(pH3〜7)に対する測定を行い、pH4とpH7におけるキャスト面の初期ゼータ電位(mV)を得た。引き続いて、かかるキャスト面上で、製膜原液を用いてフィルムの製膜を10回繰り返した後、平板スリット間で、0.001モル%のKClを添加した水溶液(pH3〜7)に対する測定を行い、pH4とpH7におけるキャスト面のゼータ電位(mV)を得た。なお、製膜後のキャスト面のゼータ電位を測定する時は、洗浄を行わず測定した。かかるゼータ電位の詳細な測定条件は、以下のとおりである。
測定セル:クランプセル
リファレンス(対面平板):ポリプロピレンフィルム
温度:25℃
流速:85ml/分
圧力差:500mbarr
測定長:50mm
測定断面積:2.5mm2
吸光分析法により水中に含まれるカリウム、ナトリウム、カルシウム、鉄、及びマンガン量を測定し、合計量を金属カチオン量(ppm)とした。
キャストドラムに付着したフィルムの端部(幅25mm)を、ばね計りでキャストドラム表面に対して垂直になるように、0.001Nの力で引っ張り、下記の基準にて剥離性を評価した。
(評価基準)
○・・・剥離したもの
×・・・全面もしくは一部が剥離しなかったもの
得られたポリビニルアルコール系フィルムをロールから巻き出し、全幅を10mにわたって表面照度15,000lxのライトボックスを用いて目視で観察し、100μm以上の大きさの欠点の数をカウントした。
得られたポリビニルアルコール系フィルムから50mm×50mmの試験片を10枚採取し、(株)キーエンス製レーザーフォーカス顕微鏡VK−9700(測定長:1mm、対物レンズ:50倍)を用いて測定し、10枚の平均値を表面粗さとした。
得られたポリビニルアルコール系フィルムから50mm×50mmの試験片を10枚採取し、日本電色製ヘイズメーター「NDH−2000」を用いて測定し、10枚の平均値をヘイズとした。
得られた偏光膜の幅方向中央部から、長さ4cm×幅4cmのサンプルを切り出し、自動偏光フィルム測定装置(日本分光(株)製:VAP7070)を用いて、偏光度と単体透過率を測定した。
得られた偏光膜の幅方向中央部から長さ30cm×幅30cmの試験片を採取し、クロスニコル状態の2枚の偏光板(単体透過率43.5%、偏光度99.9%)の間に45°の角度で挟んだのちに、表面照度14,000lxのライトボックスを用いて、透過モードで偏光ムラを目視観察し、以下の基準で評価した。
(評価基準)
○・・・偏光ムラなし
△・・・かすかに偏光ムラあり
×・・・偏光ムラあり
得られた偏光膜の幅方向中央部から、長さ30cm×幅30cmの試験片を切り出し、15,000lxの環境下で目視検査し、100μm以上の大きさ表示欠点数(個)を測定した。
(ポリビニルアルコール系フィルムの製造)
5,000lの溶解缶に、重量平均分子量142,000、ケン化度99.8モル%のポリビニルアルコール系樹脂1,000kg、水2,500kg(金属カチオン量15ppm)、可塑剤としてグリセリン105kg、およびアニオン性界面活性剤としてドデシルスルホン酸ナトリウム0.25kgを入れ、撹拌しながら150℃まで昇温して加圧溶解を行い、樹脂濃度25%のポリビニルアルコール系樹脂水溶液を得た。かかる水溶液はpH4であった。
得られたポリビニルアルコール系樹脂水溶液を、ベントを有する2軸押出機に供給して脱泡した後、水溶液温度を95℃にし、Tダイ吐出口より、表面温度が80℃のキャストドラムに流延して製膜した。使用したキャストドラムはSUS製で表面が2層クロムメッキされており、同じ仕様のクロムメッキ面を持つキャスト型試験片の表面の初期ゼータ電位は、pH4のKCl水溶液に対して+70mVであり、pH7のKCl水溶液に対して−30mVであった。更に、該ポリビニルアルコール系樹脂水溶液を用いて、該キャスト型試験片のクロムメッキ面上で、ポリビニルアルコール系フィルムの製膜を10回行ったところ、表面のゼータ電位は、pH4のKCl水溶液に対して−60mVであった。
次いで、得られたフィルムの表面と裏面とを熱ロールに交互に接触させながら乾燥を行ない、更にフローティングドライヤーで熱処理した後、両端部10cmをスリットで切り落とし、ロールに巻き取ってポリビニルアルコール系フィルムを得た(幅5m、長さ5km、厚さ30μm)。得られたポリビニルアルコール系フィルムの特性を表1に示す。
得られたポリビニルアルコール系フィルムを、水温25℃の水槽に浸漬しながら1.7倍に一軸延伸した。次に、ヨウ素0.5g/L、ヨウ化カリウム30g/Lよりなる28℃の水溶液中に浸漬しながら1.6倍に一軸延伸した。次に、ホウ酸40g/L、ヨウ化カリウム30g/Lよりなる55℃の水溶液に浸漬しながら2.1倍に一軸延伸した。最後に、ヨウ化カリウム水溶液で洗浄を行い、乾燥して総延伸倍率5.8倍の偏光膜を得た。得られた偏光膜に表示欠点は確認されなかった。得られた偏光膜の特性を表1に示す。
単層クロムメッキのキャスト面を持つキャスト型試験片の表面の初期ゼータ電位が、pH4のKCl水溶液に対して+50mVであり、pH7のKCl水溶液に対して−10mVであるキャスト面と同じ仕様のキャスト面を持つキャストドラムを用いる以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアルコール系フィルム、及び偏光膜を得た。得られた偏光膜に表示欠点は確認されなかった。得られたポリビニルアルコール系フィルムと偏光膜の特性を表1に示す。
更に、実施例1と同様にして、該キャスト型試験片のクロムメッキ面上で、ポリビニルアルコール系フィルムの製膜を10回行ったところ、表面のゼータ電位は、pH4のKCl水溶液に対して−40mVであった。
単層クロムメッキのキャスト面を持つキャスト型試験片の表面の初期ゼータ電位が、pH4のKCl水溶液に対して+5mVであり、pH7のKCl水溶液に対して−100mVであるキャスト面と同じ仕様のキャスト面を持つキャストドラムを用いる以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアルコール系フィルム、及び偏光膜を得た。得られた偏光膜に表示欠点は確認されなかった。得られた偏光膜に光学的な欠点は確認された。得られたポリビニルアルコール系フィルムと偏光膜の特性を表1に示す。
実施例1のキャストドラムのクロムメッキ面に、10重量%のドデシル硫酸ナトリウム水溶液を塗布して前処理し、同じ前処理を施したクロムメッキ面を持つキャスト型試験片の表面の初期ゼータ電位が、pH4のKCl水溶液に対して−80mVとする以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアルコール系フィルム、及び偏光膜を得た。得られた偏光膜に表示欠点は確認されなかった。得られたポリビニルアルコール系フィルムと偏光膜の特性を表1に示す。
更に、実施例1と同様にして、該前処理を施したキャスト型試験片のクロムメッキ面上で、ポリビニルアルコール系フィルムの製膜を10回行ったところ、表面のゼータ電位は、pH4のKCl水溶液に対して+10mVであった。
クロムメッキされていないSUS製のキャストドラムを使用する以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアルコール系フィルム、及び偏光膜を得た。得られた偏光膜には表示欠点が確認された。かかるキャストドラムと同じ仕様のSUS面を持つキャスト型試験片の表面の初期ゼータ電位は、pH4のKCl水溶液に対して−100mVであった。得られたポリビニルアルコール系フィルムと偏光膜の特性を表1に示す。
一方、比較例1のキャスト型を用いて製造されたポリビニルアルコール系フィルムは欠点が多く、表面平滑性にも劣るものであることがわかる。
Claims (15)
- ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液を、キャスト型に吐出及び流涎して製膜し、連続的に乾燥して得られるポリビニルアルコール系フィルムの製造方法であり、流動電位法により測定されるキャスト型表面のゼータ電位が、0.001モル%のKClを添加しpH4に調整された酸性水に対して、−85〜+85mVであることを特徴とするポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- キャスト型表面の初期ゼータ電位が、0.001モル%のKClを添加しpH4に調整された酸性水に対して、0〜+85mVのキャスト型に、ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液を吐出することを特徴とする請求項1記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- キャスト型表面の初期ゼータ電位が、0.001モル%のKClを添加しpH7に調整された中性水に対して、+20mV以下であるキャスト型に、ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液を吐出することを特徴とする請求項1または2記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- キャスト型表面が、クロムメッキ層であることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液にアニオン性界面活性剤(A)を配合して、製膜するポリビニルアルコール系フィルムの製造中に、キャスト型表面に該アニオン性界面活性剤(A)からなる被膜を形成することを特徴とする請求項1〜4いずれか記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- アニオン性界面活性剤(A)の水溶液を、ポリビニルアルコール系フィルムの製造前に、前処理として、キャスト型表面に塗布して被膜を形成することを特徴とする請求項1〜5いずれか記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- ポリビニルアルコール系フィルムの製造時において、キャスト型表面のゼータ電位が、0.001モル%のKClを添加しpH4に調整された酸性水に対して、−85〜+50mVであるキャスト型を用いることを特徴とする請求項1〜6いずれか記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液が、pH3〜5であることを特徴とする請求項1〜7いずれか記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液が、100℃以上で加圧溶解することにより調液されることを特徴とする請求項1〜8いずれか記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液を調液する際に使用される水が、金属カチオンを含有し、かつ、カリウム、ナトリウム、カルシウム、鉄、及びマンガンの合計量が5〜50ppmであることを特徴とする請求項1〜9いずれか記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法。
- 請求項1〜10いずれか記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法により製造されることを特徴とするポリビニルアルコール系フィルム。
- 厚さが30μm以下であることを特徴とする請求項11記載のポリビニルアルコール系フィルム。
- 請求項11または12記載のポリビニルアルコール系フィルムからなることを特徴とする偏光膜。
- 請求項1〜10いずれか記載のポリビニルアルコール系フィルムの製造方法に使用されることを特徴するキャスト型。
- キャスト型表面に、アニオン性界面活性剤による被膜が形成されてなることを特徴とする請求項14記載のキャスト型。
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