JP4357069B2

JP4357069B2 - ポリエステルフィルム

Info

Publication number: JP4357069B2
Application number: JP2000064704A
Authority: JP
Inventors: 一弘椚原; 俊治渡辺
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JP2001253031A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過散乱光の色調に変化がなく、光拡散性に優れ、全光線透過量の減少も少なく、しかも製造が容易なポリエステルフィルムに関する。詳しくは、本発明は、照明カバー、電飾看板、採光ガラス用窓貼りフィルム等、各種光源を有効にかつ均一な明るさを確保する用途、ワープロやＯＡ機器に使用されている液晶ディスプレイや液晶カラーテレビのバックライト光源の拡散パネル材料等に好適な光拡散ポリエステルフィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源の光を効果的に用いるため、照明カバーや液晶表示装置等には光拡散フィルムが利用されてきている。
【０００３】
光を拡散させる方法として従来用いられている技術は、フィルムに粒子を配合し、当該粒子とフィルムを構成する樹脂との屈折率の差を利用したり、透明樹脂に粒子を分散させた混合物をフィルム表面に塗布したりする方法がある。
【０００４】
例えば、特開平３−７８７０１号公報などには、炭酸カルシウム粒子を使用した例が記載されているが、粒径の大きな無機粒子を大量に使用する場合は、全光線透過量の減少やフィルム強度が低下することがある。また、使用する無機粒子の種類によっては、白色光中の特定の波長領域が吸収されて、透過散乱された光の色調が変わることがある。
【０００５】
一方、特開平７−２０９５０２号公報には、樹脂に炭酸カルシウムやシリカ微粒子を分散させた組成物をフィルムに塗布する方法、また特開平９−２１１２０７号公報には、ポリスチレン樹脂粒子を樹脂に分散させた組成物をフィルムに塗布する方法がそれぞれ開示されている。しかしながら、フィルムを原材料に用い、２次加工としてフィルム表面に塗布することで光拡散層を生成する場合、製造コストが上がるだけでなく、ゴミの付着や塗布スジや塗布ムラなどの品質上の問題が発生することもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、その解決課題は、光拡散性に優れ、全光線透過量の減少も少ない品質の安定した光拡散性のポリエステルフィルムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の構成を採用することにより、光拡散性に優れ、かつ全光線透過量の減少が少ないフィルムが得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨は、少なくとも３層以上の層からなる配向ポリエステルフィルムであって、内層は平均粒子径が１．５〜５０μｍの粒子を１．０〜１０．０重量％含有する層よりなり、両最外層の厚さがそれぞれ前記粒子の平均粒子径に対して０．１〜１５倍の範囲であり、フィルムの全光線透過量が６０％以上であり、かつフィルムの拡散透過率が５０％以上であり、下記式に定義する球形比が０．９０〜１．０である球状シリカ粒子を含有することを特徴とする拡散フィルム用積層ポリエステルフィルムに存する。
球形比＝粒子の投影面積／粒子投影面における最大径の円相当面積
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明におけるポリエステルとは、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸等のような芳香族ジカルボン酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、テトラメチレングリコール、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等のようなグリコールとのエステルを主たる成分とするポリエステルである。当該ポリエステルは、芳香族ジカルボン酸とグリコールとを直接重合させて得られるほか、芳香族ジカルボン酸ジアルキルエステルとグリコールとをエステル交換反応させた後、重縮合させる方法、あるいは芳香族ジカルボン酸のジグリコールエステルを重縮合させる等の方法によっても得られる。本発明で用いるポリエステルの代表的なものとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート（ＰＥＮ）等が例示される。かかるポリエステルは、共重合されないホモポリマーであってもよく、またジカルボン酸成分の１０モル％以下が主成分以外のジカルボン酸成分、またはジオール成分の１０モル％以下が主成分以外のジオール成分であるような共重合ポリエステルであってもよい。
【００１１】
本発明のフィルムは、少なくとも３層構造のフィルムであり、各層それぞれが役割を持っている。内層は光拡散特性を持つ層であり、外層は製膜安定性とフィルム表面に平坦を与える層となっている。本発明で言う最外層とは、露出する２面を構成する二つの層であり、それ以外の層を内層と呼ぶ。したがって、４層以上の構成のフィルムである場合、内層自体が多層構造となる。
【００１２】
内層に光拡散特性を与えるため、平均粒子径が１．５〜５０μｍ、好ましくは２．０〜３０μｍ、さらに好ましくは３．０〜２０μｍの粒子を含有させる。平均粒子径が１．５μｍ未満では、フィルムの拡散透過率が低くなり好ましくない。また、平均粒子径が５０μｍを超える場合は、外層の役割が十分発揮できず、フィルム製膜時に粒子が起点となりフィルムの破断が多発して製膜ができなくなったり、フィルム表面の粗度が大きくなりすぎたりして好ましくない。
【００１３】
上記平均粒子径に該当する粒子の内層中の含有量は、１．０〜１０．０重量％、好ましくは１．５〜８．０重量％、さらに好ましくは２．０〜６．０重量％とする。当該粒子の含有量が１．０重量％未満では、フィルムの拡散透過率が低くなり好ましくない。また、当該粒子の含有量が１０．０重量％を超えると、外層の役割が十分発揮できず、表面粗度が大きくなり過ぎて、フィルムの平面性が損なわれるようになるので好ましくない。
【００１４】
内層に用いる粒子の例として、酸化珪素、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸リチウム、リン酸マグネシウム、フッ化リチウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、カオリン、タルク、カーボンブラック、窒化ケイ素、窒化ホウ素、および特公昭５９−５２１６号公報に記載されているような架橋高分子微粉体を挙げることができ、本発明を満足させるものであればこれらに限定されるものではないが、特に球状シリカ粒子が好ましい。球状シリカの粒子形状は全光線透過率と拡散透過率の点から球状に近いほど好ましく、球形比は通常０．９０〜１．０、好ましくは０．９３〜１．０、さらに好ましくは０．９６〜１．０である。球形比が０．９０未満では、拡散透過率が低下する傾向がある。
【００１５】
内層に配合する粒子は、単成分でも２成分以上を同時に用いてもよい。２成分以上用いる場合は、少なくとも１成分の粒子の平均粒子径および含有量が上記した範囲内にあればよい。
【００１６】
最外層は、実質的に粒子を含まないポリエステルを用いても構わない。一般に、ポリエステルフィルムは、製膜性や作業性を良くする目的で、フィルム表面に突起を形成させ、フィルムに易滑性を付与するが、本発明においては、最外層に粒子を配合しなくても、内層に用いた粒子がフィルム表面に突起を形成するため、最外層に粒子が配合されていなくとも易滑性を得ることができる。
【００１７】
本発明において、実質的に粒子を含まないポリエステルとは、重合触媒の目的以外で添加される粒子がなく合成されたものを指す。このポリエステルは、光を吸収したり散乱させる不溶性粒子を含有しないか、含有してもその絶対量が少ないため、フィルム化した場合に高い透明性を有する。
【００１８】
本発明のフィルムは、光拡散特性を持った内層の欠点を補うために、両最外層について、それぞれのフィルム厚さを、内層中の粒子であって上記の条件を満足する粒子の平均粒子径に対し０．１〜１５倍の範囲、好ましくは０．２〜１０倍の範囲、さらに好ましくは０．３〜８倍の範囲とする。最外層の厚さが当該粒子の粒径に対して０．１倍未満では、最外層の役割である製膜安定性とフィルム表面の平坦性が劣るため好ましくない。また、１５倍を超える場合は、全体の厚さに対して最外層の厚さが厚くなるため、光拡散特性を与える内層の厚さが相対的に薄くなり、フィルムの光拡散特性が劣り好ましくない。
【００１９】
本発明の積層フィルムの全フィルム厚みは通常２〜５００μｍの範囲である。フィルム全厚みが２μｍ未満では、光拡散性が不十分となる傾向があり、５００μｍを超えると、機械的に製膜時の延伸が困難になる場合がある。
【００２０】
本発明のフィルムは、全光線透過量が６０％以上、好ましくは６５％以上、さらに好ましくは７０％以上で、拡散透過率が５０％以上、好ましくは５５％以上、さらに好ましくは６５％以上である。全光線透過量が６０％未満や拡散透過率が５０％未満では、光拡散フィルムとしての性能が不十分であり、塗布などにより光拡散層を形成させる必要が生じたり、フィルムの用途が限定されてしまう。
【００２１】
本発明のポリエステルフィルムには、必要に応じて、帯電防止剤、着色剤、酸化防止剤、消泡剤、蛍光増白剤、難燃性付与等の添加剤を配合してもよい。
【００２２】
また本発明のポリエステルフィルムの片面または両面に反射防止処理を施して使用してもよい。この反射防止処理としては、表面に微小凹凸を形成することによるエンボス処理や、反射波の光干渉を利用した薄膜形成処理等が挙げられる。さらに、必要に応じ、易滑性、離型性、帯電防止性、易接着性等を付与する目的のコーティング処理をフィルム表面に行うこともできる。
【００２３】
本発明の積層フィルムとは、全ての層が口金から共溶融押出しされる共押出法により、押出されたものが二軸方向に延伸、熱固定されたものが好ましい。共押出方法としては、フィードブロックタイプまたはマルチマニホールドタイプにいずれを用いてもよい。
【００２４】
本発明の積層フィルムの製造方法をさらに具体的に説明するが、本発明の構成要件を満足する限り、以下の例示に特に限定されるものではない。
【００２５】
特定の粒子を所定量含有するポリエステル（内層）と必要に応じ粒子を配合したポリエステル（最外層）とを、各々別の溶融押出装置に供給し、それぞれのポリマーの融点以上である温度に加熱し溶融する。次いで、溶融したポリマーを押出口金内において層流状で接合積層させてスリット状のダイから押出し、回転冷却ドラム上でガラス転移温度以下の温度になるように急冷固化し、実質的に非晶状態の未配向シートを得る。この場合、シートの平面性を向上させるため、シートと回転冷却ドラムとの密着性を高めることが好ましく、本発明においては静電印加密着法および／または液体塗布密着法が好ましく採用される。
【００２６】
静電印加密着法とは、通常、シートの上面側にシートの流れと直交する方向に線状電極を張り、該電極に約５〜１０ｋＶの直流電圧を印加することによりシートに静電荷を与え、ドラムとの密着性を向上させる方法である。また、液体塗布密着法とは、回転冷却ドラム表面の全体または一部（例えばシート両端部と接触する部分のみ）に液体を均一に塗布することにより、ドラムとシートとの密着性を向上させる方法である。本発明においては必要に応じ両者を併用してもよい。
【００２７】
本発明においては、このようにして得られたシートを二軸方向に延伸してフィルム化する。延伸条件について具体的に述べると、前記未延伸シートを好ましくは縦方向に７０〜１４５℃で２〜６倍に延伸し、縦一軸延伸フィルムとした後、横方向に９０〜１６０℃で２〜６倍延伸を行い、１５０〜２５０℃で１〜６００秒間熱処理を行うことが好ましい。さらにこの際、熱処理の最高温度ゾーンおよび／または熱処理出口のクーリングゾーンにおいて、縦方向および／または横方向に０．１〜２０％弛緩する方法が好ましい。また、必要に応じて再縦延伸、再横延伸を付加することも可能である。
【００２８】
本発明の積層フィルムは、その要求特性に応じて必要な特性、例えば接着性、帯電防止性、耐候性および表面硬度の向上のため、必要に応じて縦延伸終了後、横延伸のテンター入口前にコートをしてテンター内で乾燥するいわゆるインラインコートを行ってもよい。また、積層フィルムの製造後にオフラインコートで各種のコートを行ってもよい。このようなコートは片面、両面のいずれでもよい。コーティングの材料としては、オフラインコーティングの場合は水系および／または溶媒系のいずれでもよいが、インラインコーティングの場合は水系または水分散系が好ましい。
【００２９】
本発明のポリエステルフィルムは、フィルム同士の摩擦係数が０．５以下、さらには０．４、特には０．３以下であることが好ましい。摩擦係数が０．５を超えるフィルムでは、フィルム製造時のフィルム巻き上げ時に空気を巻き込みフィルムがずれたり、スリット時にシワが発生し、歩留まりが低下してコストアップの要因となる恐れがあり、また、各種用途での加工時に傷や蛇行を発生する場合がある。
【００３０】
【実施例】
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。また、本発明で用いた測定法および用語の定義は次のとおりである。
（１）粒子平均粒径
走査型電子顕微鏡にてフィルム中の粒子を観察し、粒子毎に最大径と最小径を求め、その相加平均を粒子一個の粒径（直径）とした。粒子群の平均粒径は、かかる粒径を等価球換算した値の体積分率が５０％の点の粒径（直径）を指す。
（２）拡散光量と全光線透過量
日本電色工業社製分球式濁度計ＮＤＨ−３００Ａによりフィルムの拡散光量と全光線透過量を測定した。
（３）フィルムの積層厚さ（ｄ_A、ｄ_B）
フィルム小片をエポキシ樹脂にて固定成形した後、ミクロトームで切断し、フィルムの断面を透過型電子顕微鏡写真にて観察した。その断面のうちフィルム表面とほぼ平行に２本、明暗によって界面が観察される。その２本の界面とフィルム表面までの距離を１０枚の写真から測定し、平均値を積層厚さとした。
（４）滑り性（Ｆ／Ｆ μｄ）
平滑なガラス板上に、幅１５ｍｍ、長さ１５０ｍｍに切り出したフィルム同士を２枚重ね、その上ゴム板をのせ、さらにその上に荷重をのせ、２枚のフィルムの接圧を２ｇ／ｃｍ² として、２０ｍｍ／分でフィルム同士を滑らせて摩擦力を測定した。５ｍｍ滑らせた点での摩擦係数を動摩擦係数（Ｆ／Ｆ μｄ）とした。
【００３１】
○：摩擦係数が０．３以下で、フィルムの巻き特性や作業性が非常に良好
△：査察係数が０．４以下で、フィルムの巻き特性や作業性に問題がない
×：摩擦係数が０．５を超え、フィルムの巻き特性や作業性が悪い
なお、測定は、温度２３℃±１℃、湿度５０℃±５％の雰囲気で行った。
（５）透過散乱光の色調
白色蛍光灯にフィルムをかざして透過散乱された光の色調を目視で観察し、下記基準で評価した。
【００３２】
〇：白色蛍光灯の光とほとんど変わらないもの
×：色調が変わっているもの（例えば、やや黄色みを帯びている等）
（６）連続製膜性
連続製膜性を下記のランクに分けて評価した。
【００３３】
○：破断無く連続して製膜が可能
△：時々破断が発生するため、連続して製膜できない場合がある
×：破断が多発するために連続して製膜ができない
次に、実施例および比較例で用いた原料ポリエステルの製造方法について説明する。
（ポリエステル−Ａの製造）
テレフタル酸ジメチル１００重量部とエチレングリコール６０部とを出発原料とし、触媒として酢酸マグネシウム・４水塩０．０９重量部を反応器にとり、反応開始温度を１５０℃とし、メタノールの留去と共に徐々に反応温度を上昇させ、３時間後に２３０℃とした。４時間後、実質的にエステル交換反応を終了した。この反応混合物にエチルアシッドフォスフェート０．０４部、三酸化アンチモン０．０４部を加えて、４時間重縮合反応を行った。すなわち、温度を２３０℃から徐々に昇温し２８０℃とした。一方、圧力は常圧より徐々に減じ、最終的には０．３ｍｍＨｇとした。反応開始後、４時間を経た時点で反応を停止し、窒素加圧下ポリマーを吐出させた。得られたポリエステルの粘度は０．６５であった。
（ポリエステル−Ｂの製造）
ポリエステル−Ａ１００重量部を乾燥した後、平均粒子径４．２μｍ、球形比０．９８の球状シリカ粒子を３．０重量％となるようにベント式二軸押出機にて押出しポリエステル−Ｂを得た。
（ポリエステル−Ｃの製造）
ポリエステル−Ｂの製造において、球状シリカの粒子径を１０μｍに変更した以外はポリエステル−Ｂと同様に方法でポリエステル−Ｃを製造した。
【００３４】
実施例１
ポリエステル−Ａを１８０℃で４時間乾燥し、２８５℃に設定したメインの押出機に、ポリエステル−Ｂを２８５℃に設定したサブの押出機に送り込んだ。
【００３５】
ここでサブの押出機は異方向の二軸押出機を使用し、メインの押出機は通常のシングルの押出機を使用した。メイン押出機のポリマーをフィルムの表裏２層（最外層）に分岐した後、ギヤポンプ、フィルターを介して、サブ押出機からのポリマーとフィードブロックで合流させシート状に押出し、表面温度を３０℃に設定した回転冷却ドラムで静電印加冷却法を利用して急冷固化させ、厚み２６０μｍの実質的に非晶質のシートを得た。
【００３６】
次いで、得られた非晶質のシートをシートの流れ方向に８３℃で３．５倍、さらにシートの流れと直交する方向に８７℃で３．７倍延伸し、２３５℃で３秒間熱処理を行った後冷却して、８．０μｍ／２２μｍ／８．０μｍの厚み構成で全層厚み３８μｍの二軸配向フィルムを製造した。
【００３７】
比較例１
ポリエステルＣを１８０℃で４時間乾燥後し、２８５℃に設定した押出機に供給し、ギヤポンプ、フィルターを介して、ダイよりキャスティングドラムにシート状に押出し、表面温度を３０℃に設定した回転冷却ドラムで静電印加冷却法を利用して急冷固化させ、厚み２６０μｍの実質的に非晶質のシートを得た。
【００３８】
得られた非晶質シートを縦方向に８３℃で３．６倍延伸した後、２３０℃で１０秒間、幅方向に２％弛緩しながら熱処理を施し、厚み３８の単層二軸配向フィルムを製造したが、破断が多発しフィルムが得られなかった。
【００３９】
実施例２〜８、比較例２〜７
実施例１において、内層に配合する添加粒子の種類、粒子径、添加量およびフィルムの厚み構成を下記表１〜２に示すようりに変更した以外は実施例１と同様の方法で二軸配向フィルムを製造した。
【００４０】
以上、得られたフィルムの物性、性能もまとめて下記表１〜３に示す。
【００４１】
なお、比較例１、２、５、６に関しては連続製膜性が悪く、評価するためのフィルムが得られなかった。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【表２】

【００４４】
比較例１〜８
実施例１において、内層の添加粒子およびフィルム厚み構成を下記表３〜４に示すとおりに変更した以外は実施例１と同様の方法で二軸配向フィルムを製造した。
【００４５】
【表３】

【００４６】
【表４】

【００４７】
【発明の効果】
本発明のポリエステルフィルムは、光拡散性に優れ、全光線透過量の減少も少なく、しかも製造が容易であり、照明カバー、電飾看板、採光ガラス用窓貼りフィルム等、各種光源を有効にかつ均一な明るさを確保する用途やワープロやＯＡ機器に使用されている液晶ディスプレイや液晶カラーテレビのバックライト光源の拡散パネル材料に有利に使用でき、その工業的価値は高い。

Claims

少なくとも３層以上の層からなる配向ポリエステルフィルムであって、内層は平均粒子径が１．５〜５０μｍの粒子を１．０〜１０．０重量％含有する層よりなり、両最外層の厚さがそれぞれ前記粒子の平均粒子径に対して０．１〜１５倍の範囲であり、フィルムの全光線透過量が６０％以上であり、かつフィルムの拡散透過率が５０％以上であり、下記式に定義する球形比が０．９０〜１．０である球状シリカ粒子を含有することを特徴とする拡散フィルム用積層ポリエステルフィルム。
球形比＝粒子の投影面積／粒子投影面における最大径の円相当面積