JP5120170B2

JP5120170B2 - 密着強度評価方法

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Publication number: JP5120170B2
Application number: JP2008236177A
Authority: JP
Inventors: 優絵嶋▲崎▼; 雅顕谷中
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP2010071663A

Description

本発明は、２層構成もしくは３層以上の構成の積層フィルムの界面の密着強度評価方法及び密着強度評価方法に関する。

基材フィルムの一方の面に機能層を備える積層フィルムの密着性を評価する方法として、促進耐候性及び促進耐光性試験およびクロスカット法が日本工業規格に規定されている。この密着評価方法は、光源としてキセノンアークランプを用いた促進試験装置内で、水及び水蒸気の作用を含めて促進耐候性試験又は促進耐光性試験によって薄膜を暴露する方法について規定したものであり（ＪＩＳＫ５６００−７−７）、その後暴露によって劣化した積層フィルムに、複数条の切り込み線を等間隔に縦横に直交させて碁盤目状に形成した薄膜面に透明感圧付着テープを貼り、所定時間内に該テープの一端を持って薄膜面から所定の角度に瞬間的に引き剥したときの薄膜の剥離状況によって薄膜の密着性を評価するものである（ＪＩＳＫ５６００−５−６）。

特開２００１−１３３３９３号公報

しかし従来方法では、促進耐候性及び促進耐光性試験において積層フィルムを光源に暴露させる時間が数百時間を超える場合に機能層自体が劣化することがある。このとき、促進耐候性及び促進耐光性試験後にクロスカット法において積層フィルムの密着性を評価した結果について、機能層の劣化による剥離によるものと基材フィルムと界面の密着強度の劣化によるものとの切り分けが困難であるという問題があった。

また、クロスカット法では透明感圧付着テープの一端を持って機能層表面から引き剥すため、機能層表面とテープの密着力も効いてしまうという問題があった。機能層表面の表面自由エネルギーが高い場合には、透明感圧付着テープを機能層表面に十分に密着させることが困難になることがある。透明感圧付着テープと機能層との密着性が不十分なときには、基材フィルムと機能層の密着性を正確に評価することができなくなってしまう。

本発明にあっては、短時間で積層フィルムの界面での密着性を定量的に評価する密着強度評価方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために請求項１にかかる発明としては、少なくとも上層と下層を備える積層フィルムの上層と下層の界面の密着強度を評価する積層フィルムの密着強度評価方法であって、ステージ上に積層フィルムを固定し、刃を積層フィルムの断面の上層に押し当て、積層フィルムの表面と平行となるように前記刃を一方向に相対的に移動させ、積層フィルムの上層を剥離し、刃を積層フィルム断面に押し当ててから積層フィルム上層を剥離するまでの間の刃にかかる荷重値を測定し、最大荷重値を密着強度とすることを特徴とする積層フィルムの密着強度評価方法とした。

また、前記刃が押し当てられる積層フィルム断面と積層フィルム裏面で形成される角度（θ_１）が２０°以上７０°以下の範囲内であることを特徴とする密着強度評価方法とした。

また、前記積層フィルム表面の頂点に対して前記刃が押し当てられ、該刃が押し当てられる前記積層フィルムの頂点のなす角度（θ_２）が２０°以上５５°以下の範囲内であることを特徴とする密着強度評価方法とした。

また、請求項２にかかる発明としては、前記積層フィルム表面の面積が０．４ｍｍ^２以上１．５ｍｍ^２以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の密着強度評価方法とした。

本発明の積層フィルムの密着強度評価方法を用いることにより、短時間で積層フィルムの界面での密着性を定量的に評価することができた。

本発明の積層フィルムについて説明する。図１に本発明の積層フィルムの模式段面図を示した。本発明の積層フィルム１は少なくとも上層１２と下層１１を備え、２層構成もしくは３層以上の構成を備える。本発明の積層フィルムにあっては、一方の層を基材フィルムとし、もう一方の層を機能層とすることができる。本発明の積層フィルムにあっては、基材フィルムの少なくとも一方の面に機能層を有していれば良く、基材フィルムの両面に機能層が形成されていても良い。また、本発明の積層フィルムにあっては、機能層は複数層であってもよい。また、本発明にあっては、プラスチックフィルム等の２枚以上の基材フィルムが貼り合わされたものを積層フィルムとしてもよい。

本発明の基材フィルムの少なくとも一方の面に機能層を有する積層フィルムにおいて、基材フィルムとしてはプラスチックフィルム等を例示することができ、また、機能層としては、ハードコート層、接着層、防眩層、反射防止層、導電層、帯電防止層、防汚層、電磁波遮蔽層、赤外線吸収層、紫外線吸収層、色補正層、バリア層等を例示することができる。なお、これらの機能層は単層であってもかまわないし、複数の層であってもかまわない。機能層は、防汚性能を有するハードコート層というように、１層で複数の機能を有していても構わない。

本発明の密着強度評価方法にあっては、積層フィルムとして基材フィルムの一方の面にハードコート層を備えるハードコートフィルムに対して好適におこなうことができる。ハードコートフィルムは、基材フィルムであるプラスチックフィルムの少なくとも一方の面に電離放射線硬化型材料を硬化して得られるハードコート層を備えるものである。ハードコートフィルムは、ハードコート層が高い表面硬度を有し、表面の傷つき防止を目的として液晶ディスプレイ等のディスプレイ表面に好適に使用される。高い耐擦傷性を有するハードコートフィルムのハードコート層と基材フィルムの密着強度を評価することは極めて重要であり、本発明の密着強度評価方法を好適に使用することができる。

また、ハードコートフィルムにあっては、ハードコート層上に反射防止層等を備えても良い。また、ディスプレイの最表面にハードコート層を設けるハードコートフィルムにあっては、ハードコート層にはフッ素系材料が添加され、ハードコート層に防汚性を付与する場合がある。このとき、ハードコート層表面の表面自由エネルギーが高くなるため透明感圧付着テープをハードコート層表面に密着させることが困難となり、クロスカット法でハードコートフィルムのハードコート層と基材フィルムの密着性を正確に評価することが困難となる。そこで、発明の密着強度評価方法を好適に使用することができる。

次に、本発明の密着強度評価方法について説明する。図２に本発明の積層フィルムの密着強度評価方法の上面模式図（ａ）と側面模式図（ｂ）を示した。

本発明にあってはステージ２２上に積層フィルム１が固定される。図２にあっては、さらに基板２３を用い、ステージ２２に基板２３と接着層２４を介して積層フィルム１が固定される。このとき、接着層に貼り合わされる側を裏面Ｂとし、その反対側を表面Ａとする。

そして、本発明の刃２１は積層フィルム１の断面の上層１２に押し当てられ、押し当てられた後、刃２１は積層フィルム１の上層１２をせん断し剥離する方向（Ｘ方向）に相対的に移動する。このとき、刃２１は積層フィルムの表面Ａと平行にＸ方向に移動する。また、刃２１ではなくステージ２２を積層フィルムの表面Ａと平行に移動してもよい。そして、刃にかかる荷重が測定され、積層フィルム１断面に刃を押し当ててから積層フィルムの上層が剥離するまでの間での刃にかかる荷重のうち最大値が密着強度とされる。最大荷重値は上層１２が剥離する際に計測される。本発明の積層フィルムの密着強度評価方法を用いることにより、上層と下層の密着強度を定量的に評価することができた。

ステージ２２上に積層フィルム１を固定するにあっては、以下の２点に注意する。

まず１点目は、積層フィルム１を固定する接着層２４に用いる接着剤の選定である。基板２３上に積層フィルム１を接着剤で固定する場合は、積層フィルムの裏面Ｂと基板２３との密着性が非常に重要となる。もし密着が不十分な場合、目的の界面でなく基板２３と積層フィルム１との間で剥離が起こってしまう。

積層フィルム１と基板２３の密着性を向上させる方法として、どの接着剤でも積層フィルム１と基板２３との間で十分な密着性が得られない場合は、積層フィルム１の裏面Ｂをスパッタ等によりあらすことにより密着性を上げる方法がある。また、スチールウールにて積層フィルム裏面を擦りあらすことにより密着性を上げる方法も挙げられる。これら積層フィルム裏面をあらす方法は、真空に積層フィルムを入れることにより物性が変化する場合にも有効に用いることができる。

２点目は積層フィルムのうち、上層と下層のどちらを剥離させるかである。それは各層の層物性と各層の膜厚の２条件によって決められる。本発明の密着強度評価方法にあっては、上層と下層の間での界面の密着力を比較したいため、剥離する上層自体の物性値は同じとした方が複数の積層フィルム間での密着性の比較が容易となるため好ましい。また、上層と下層の層物性が同じ場合は、膜厚が大きいほど刃の応力が表面にかかりやすく界面での剥離失敗率が高くなるため、膜厚が薄い方を上層１２にして基板２３上に固定した方が良い。

本発明において、基材フィルムの一方の面に電離放射線硬化型材料を硬化して得られるハードコート層備えるハードコートフィルムを積層フィルムとして用い、ハードコート層と基材フィルム間の密着力を評価する場合には、ハードコート層を下層とし、ハードコート層を積層フィルムの裏面Ｂとして基板２３と接着させ、基材フィルムを上層とし刃を押し当て剥離する方が好ましい。これにより、同一の基材フィルムに形成した物性の異なるハードコート層を備える複数のハードコートフィルムの間でのハードコート層と基材フィルム間での密着強度の比較が容易となる。また、促進耐候性及び促進耐光性試験の前後におけるハードコートフィルムの基材フィルムとハードコート層の密着強度を評価するにあっても、ハードコート層を下層とし、ハードコート層を層フィルムの裏面Ｂとして基板２３と接着させ、上層である基材フィルムをせん断し剥離するほうが好ましい。これは、促進耐候性及び促進耐光性試験の前後において、ハードコート層の物性のほうが基材フィルムの物性と比較して変化しやすいことによる。

次に、積層フィルム断面の上層に刃を押し当て、積層フィルムの上層を剥離する方法について説明する。以下の方法で積層フィルム断面の上層に刃を押し当てることにより簡単に刃２１を積層フィルム１の上層１２に押し当てることができる。

積層フィルムの各層の膜厚は予め測定する。そして、刃２１を積層フィルム１の表面Ａに落とし、Ｚ方向のゼロ点補正をする。その後刃２１もしくはステージ２２をＸ方向に移動し、刃２１と積層フィルム１を十分に離す。次に、刃を予め測定しておいた上層の膜厚分だけＺ方向に移動する。そして、刃２１もしくはステージ２２をＸ方向に移動し、刃２１を積層フィルム１の上層１２に押し当てることができる。そして、上層１２に押し当てた刃２１をＸ方向に移動し上層をせん断し、上層を剥離する。このとき、刃２１には荷重検出器を備え、刃にかかる荷重値が測定される。

この方法によれば、接着層の膜厚を測定することなく、正確に積層フィルム断面の上層に刃を押し当てることができる。接着層の膜厚は積層フィルムを固定する度に異なり、接着層の膜厚を毎回測定し、刃２１を積層フィルム１の上層１２に押し当てていたのでは、非常に手間がかかるため、本方法により積層フィルム断面の上層に刃を押し当てることが好ましい。

なお、刃２１を積層フィルム１の上層１２に押し当てるに際し上層１２の膜厚分だけＺ方向に移動すると記載したが、膜厚が厚くなると積層フィルムにかかる力が界面でなく積層フィルム表面にかかる傾向があることが応力解析の計算から確かめられおり、界面より少し下層１１側に刃２１を押し当ててせん断することにより界面剥離成功率を上げることができ、そのような方法をとることが望ましい。

切削刃２１をＸ方向にせん断試験する際は、時間あるいは距離に対する荷重値を計測する。上層１２がすべて剥離する時に最大荷重値を迎えるが、本発明の密着強度評価方法にあってはその時の値を密着力と定義する。きちんと界面で剥離したかは、せん断試験後、例えば正確かつ簡単に測定できるＤＥＫＴＡＫ（登録商標）のような触針式表面粗さ計で段差計測をおこない確認する。

本発明の密着強度評価方法によれば、積層フィルムの上層を剥離しその時の最大荷重値から上層と下層の密着力を数値として得るので、測定結果は密着強度の差異を定量的に示すことができ、クロスカット法で例えば剥離数が共に０である場合のように差が見られない積層フィルム間の結果でも、本発明の評価方法では定量的に差が見られる。

本発明の密着強度評価方法にあっては、積層フィルム１断面と積層フィルム裏面Ｂで形成される角度（θ_１）が２０°以上７０°以下の範囲内であることが好ましい。積層フィルム断面をフィルム裏面に対して９０°ではなく、θ_１を２０°以上７０°以下の範囲内で傾斜させることにより、積層フィルム１の上層１２をせん断させた際の積層フィルム１の下層１１と上層１２界面での剥離成功率を向上させることができる。特に、上層１２が厚い場合に、積層フィルム断面をフィルム裏面に対して傾斜させることにより、剥離成功率を向上させることができる。

また、本発明の密着強度評価方法にあっては、積層フィルム１の頂点に対して刃２１が押し当てられ刃２１が押し当てられる積層フィルム１の頂点のなす角度（θ_２）が２０°以上５５°以下の範囲内であることが好ましい。刃２１をθ_２が２０°以上５５°以下の範囲内である積層フィルムの頂点に押し当て、積層フィルムの上層をせん断することにより、積層フィルム１の下層１１と上層１２界面での剥離成功率を向上させることができる。

また、本発明の密着強度評価方法にあっては、積層フィルム１表面Ａの面積が０．４ｍｍ^２以上１．５ｍｍ^２以下の範囲内であることが好ましい。積層フィルム１の表面Ａの面積を０．４ｍｍ^２以上１．５ｍｍ^２以下の範囲内とすることにより、積層フィルム１の上層１２をせん断させた際の積層フィルム１の下層１１と上層１２界面での剥離成功率を向上させることができる。なお、さらには、積層フィルム１の表面Ａの面積は．０．５５ｍｍ^２以上０．８０ｍｍ^２以下の範囲内であることが好ましい。なお、積層フィルムは、図２に示したような三角形形状であることが好ましく、積層フィルムの最大幅Ｈ_Ｌは刃の幅Ｈ_Ｎと同じ幅か、刃の幅に対して５％程度広い幅とすることが好ましい。

本発明にあっては、大きめのサイズの積層フィルム１を基板２３に接着層２４固定し、その後、カッターやカミソリで積層フィルムを削ることにより、測定試料とすることが好ましい。このような手順で積層フィルムを加工することにより、θ_１を２０°以上７０°以下の範囲内としたり、θ_２を２０°以上５５°以下の範囲内としたり、積層フィルム１の表面Ａの面積を０．４ｍｍ^２以上１．５ｍｍ^２以下の範囲内とすることを容易におこなうことができる。また、接着層に用いる接着剤の積層フィルムへの回り込みを防ぐことができる。
また、積層フィルム１表面Ａを容易にステージ２２と平行にすることができる。

本発明の密着強度評価装置としては、積層フィルムが固定されるステージと、ステージと平行に一方向に相対的に移動できる刃と、刃にかかる荷重を測定することのできる測定手段とを備える装置を用いることができ、例えば、万能型ボンドテスター（デイジ社製：シリーズ４０００）を用いることができる。

以下に本発明の薄膜の密着強度評価方法の一実施例を説明する。

積層フィルムとして、透明なトリアセチルセルロースからなる厚さ４０μｍの基材フィルムの一方の面にアクリル系樹脂を塗布し、紫外線硬化させた膜厚７μｍのハードコート層を備えるハードコートフィルムを２枚用意し、うち１枚のハードコートフィルムについて、耐光試験機で４００時間暴露した。耐光性試験前後の２ハードコートフィルムとした。

耐光試験前後のハードコートフィルムについて、万能型ボンドテスター（デイジ社製：シリーズ４０００）を用いて図２に示したような形で、ハードコート層を接着層を介して基板に固定し、本発明の密着性評価を６回おこなった。このとき、ハードコートフィルムの形状は６回の密着性試験においていずれも図２に示したような形状とし、θ_１＝２５°〜５５°、θ_２＝２０°〜５５°、ハードコートフィルム表面の面積＝０．５８ｍｍ^２〜０．７６ｍｍ^２であった。図３に耐光性試験前後のハードコートフィルムの本発明の密着強度評価方法における最大荷重値のグラフを示した。

また、耐光性試験前後のハードコートフィルムについてＪＩＳＫ５６００−５−６に基づきクロスカット法によりハードコート層と基材フィルムの密着性を評価した結果、耐光試験前のハードコートフィルムの剥離数は０マス／１００マス、耐光性試験後のハードコートフィルムの剥離数は４８マス／１００マスとなった。

図３から、耐光性試験前のハードコートフィルムと、４００時間曝光した耐光性試験後のハードコートフィルムでは最大荷重値が異なり、耐光性試験によって基材フィルム／ハードコート層界面における密着強度が低下している様子が確認された。またクロスカット法でも同様の結果が得られた。耐光性試験により、密着性は劣化することが知られており、この傾向が本密着性評価方法からも確認された。

図１は本発明の積層フィルムの模式段面図である。図２は本発明の積層フィルムの密着強度評価方法の上面模式図（ａ）と側面模式図（ｂ）である。図３は耐光性試験前後のハードコートフィルムの本発明の密着強度評価方法における最大荷重値のグラフである。

符号の説明

１積層フィルム
１１下層
１２上層
２１刃
２２ステージ
２３基板
２４接着層
Ａ積層フィルムの表面
Ｂ積層フィルムの裏面

Claims

少なくとも上層と下層を備える積層フィルムの上層と下層の界面の密着強度を評価する積層フィルムの密着強度評価方法であって、
ステージ上に積層フィルムを固定し、
刃を積層フィルムの断面の上層に押し当て、
積層フィルムの表面と平行となるように前記刃を一方向に相対的に移動させ、積層フィルムの上層を剥離し、
刃を積層フィルム断面に押し当ててから積層フィルム上層を剥離するまでの間の刃にかかる荷重値を測定し、最大荷重値を密着強度とする、
積層フィルムの密着強度評価方法において、
前記刃が押し当てられる積層フィルム断面と積層フィルム裏面で形成される角度（θ _１）が２０°以上７０°以下の範囲内であり、かつ、前記積層フィルム表面の頂点に対して前記刃が押し当てられ、該刃が押し当てられる前記積層フィルムの頂点のなす角度（θ _２）が２０°以上５５°以下の範囲内であることを特徴とする積層フィルムの密着強度評価方法。
前記積層フィルム表面の面積が０．４ｍｍ ^２以上１．５ｍｍ ^２以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の密着強度評価方法。