JP5521552B2 - アクリル樹脂含有フィルム、それを用いた偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents

アクリル樹脂含有フィルム、それを用いた偏光板及び液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明はアクリル樹脂含有フィルム、それを用いた偏光板及び液晶表示装置に関し、より詳しくはアクリル樹脂とセルロースエステル樹脂をブレンドしたアクリル樹脂含有フィルムを使用することにより、偏光板の打ち抜き作業やパネル貼合時などの作業における歩留まりを改善し、長期的な使用においても良好な視認性を維持し続ける液晶表示装置に関する。
従来のアクリル樹脂の代表であるポリメタクリル酸メチル(以下、PMMAと略す)は、その優れた透明性、寸法安定性、低吸湿性などの観点から、光学フィルムに好適に用いられていた(特許文献1)。
しかしPMMAフィルムは、耐熱性に乏しく高温下での使用、長期的な使用などにおいて、形状が変わるという問題があった。
この問題は、フィルム単体での物性としてだけではなく、このようなフィルムを用いた偏光板、表示装置においても重要な課題であった。すなわち、液晶表示装置において、フィルムの変形に伴い偏光板がカールするため、パネル全体が反ってしまい、視認側表面の位置で使用した際にも設計上の位相差が変化してしまうために、視野角の変動が起きたり、色味の変化が起きるという問題が生じた。
耐熱性を改善するためにアクリル樹脂にポリカーボネート(以下、PCと略す)を添加する方法が提案されたが、使用できる溶媒に制限があること、樹脂同士の相溶性が不十分であることから、白濁し易く光学フィルムとしての使用は困難であった(特許文献2)。
アクリル樹脂の共重合成分として脂環式アルキル基を導入する方法や、分子内環化反応をさせて分子主鎖に環状構造を形成する方法などが開示されている(特許文献3、4)。
しかしながらこれらの方法では、耐熱性は改良するもののフィルムの脆性が著しく劣化し、この脆性の劣化がパネルの変形を助長し、結局位相差変化を抑制することができず、視野角の変動、色味の変化の問題は解決されなかった。
さらに、最近のディスプレイの大型化、部材の薄膜化、軽量化などに伴い、これら透明性、高耐熱性、脆性などの課題は、益々顕著になってきている。
PMMAとセルロースアセテートブチレート(以下CABと略す)を積層させたフィルムにおいては(例えば、特許文献5、6)、確かに可撓性や高温・高湿度下の寸法変化はやや改善されるものの、実際の表示装置の使用環境、例えば−20℃⇔60℃のような低温⇔高温の長期的な環境変化の繰り返しにより、PMMA層とCAB層の界面においてヘーズが上昇したり、クレーズが発生する場合があり、長期的に安定して鮮明な画像を表示し続けることが困難であった。
特開平5−119217号公報 特開平5−306344号公報 特開2005−146084号公報 特開2007−191706号公報 特開2007−233114号公報 特開2007−233215号公報
従って本発明は上記課題に鑑み成されたものであり、その目的は、透明で、高耐熱性であり、脆性を著しく改善したアクリル樹脂含有フィルムを提供することにある。
更に、該アクリル樹脂含有フィルムを使用することにより、偏光板の打ち抜き作業やパネル貼合時などの作業における歩留まりを改善し、過酷な環境下の使用においても長期的に良好な視認性を維持し続ける液晶表示装置を提供する。
本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。
1.アクリル樹脂(A)およびセルロースエステル樹脂(B)の一種類ずつ、並びに、(A)、(B)および(A)、(B)以外であってガラス転移温度Tgが120℃以上300℃以下の樹脂(D)から選択される少なくとも1種類以上の樹脂からなるアクリル樹脂含有フィルムであって、該アクリル樹脂含有フィルムのヘーズが2%未満、張力軟化点が120〜150℃で延性破壊を起こさないことを特徴とするアクリル樹脂含有フィルム。
2.前記アクリル樹脂含有フィルムが、アクリル樹脂(A)を30〜90質量%、セルロースエステル樹脂(B)を5〜65質量%、(A)、(B)以外であってガラス転移温度Tgが120℃以上300℃以下の樹脂(D)を0〜50質量%含有することを特徴とする前記1記載のアクリル樹脂含有フィルム。
3.前記アクリル樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)が80000〜1000000であり、前記セルロースエステル樹脂(B)の少なくとも一種のアシル基の総置換度(T)が2.00〜2.99であり、アセチル基置換度(ac)が0.10〜1.89であって、アセチル基以外の部分が、3〜7の炭素数で構成されるアシル基で置換されており、その置換度(r)が1.10〜2.89で、重量平均分子量(Mw)が75000〜250000であることを特徴とする前記1に記載のアクリル樹脂含有フィルム。
4.ヘーズ値が1%未満であることを特徴とする前記1または2に記載のアクリル樹脂含有フィルム。
5.前記1〜4のいずれかに記載のアクリル樹脂含有フィルムを少なくとも一方の面に用いたことを特徴とする偏光板。
6.前記1〜4のいずれかに記載のアクリル樹脂含有フィルムを使用したことを特徴とする液晶表示装置。
本発明は、アクリル樹脂とセルロースエステル樹脂をブレンドしたアクリル樹脂含有フィルムを使用することにより、偏光板の打ち抜き作業やパネル貼合時などの作業における歩留まりを改善し、過酷な環境下の使用においても長期的に良好な視認性を維持し続ける液晶表示装置を提供することができた。
本発明に用いられる溶液流延製膜方法のドープ調製工程、流延工程及び乾燥工程を模式的に示した図である。
符号の説明
1 溶解釜
3、6、12、15 濾過器
4、13 ストックタンク
5、14 送液ポンプ
8、16 導管
10 紫外線吸収剤仕込釜
20 合流管
21 混合機
30 ダイ
31 金属支持体
32 ウェブ
33 剥離位置
34 テンター装置
35 ロール乾燥装置
41 粒子仕込釜
42 ストックタンク
43 ポンプ
44 濾過器
本発明を更に詳しく説明する。
〈アクリル樹脂含有フィルム〉
本発明のアクリル樹脂フィルムは、アクリル樹脂(A)およびセルロースエステル樹脂(B)の一種類ずつ、並びに、(A)、(B)および(A)、(B)以外であってガラス転移温度Tgが120℃以上300℃以下の樹脂(D)から選択される少なくとも1種類以上の樹脂からなるアクリル樹脂含有フィルムであって、該アクリル樹脂含有フィルムの張力軟化点が120〜150℃で延性破壊を起こさないことを特徴とするアクリル樹脂含有フィルム。
つまり、本発明のアクリル樹脂含有フィルムは、アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)を一種類ずつ含有し、さらにアクリル樹脂(A)、セルロースエステル(B)および(A)、(B)以外であってTgが120℃以上300℃以下である樹脂(D)から選択される第3の樹脂からなることを特徴とする。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムは、アクリル樹脂(A)を30〜90質量%、セルロースエステル樹脂(B)を5〜65質量%、および(A)、(B)以外であってガラス転移温度Tgが120℃以上300℃以下の樹脂(D)を0〜65質量%含有することが好ましい。
さらに、好ましくは、アクリル樹脂(A)が50質量%以上である。アクリル樹脂成分が多くなると、より高温・高湿下での寸法変化が抑制され、偏光板として用いた時の偏光板のカールやパネルの反りを著しく低減することができ、上記物性を長時間維持する事が可能となる。
本発明における延性破壊とは、ある材料が有する強度よりも、大きな応力が作用することで生じるものであり、最終破断までに材料の著しい伸びや絞りを伴う破壊と定義される。その破面には、ディンプルと呼ばれる窪みが無数に形成される特徴がある。
従って「延性破壊が起こらないアクリル樹脂含有フィルム」とは、23℃、55%RHの条件でフィルムを2つに折り曲げるような大きな応力を作用させても、破断等の破壊がみられないことが特徴である。
昨今の液晶表示装置の大型化に伴う光学フィルムの大判化、薄膜化に伴いリワーク性、生産性の観点から光学フィルムの脆性への要求はますます高いものがあり、上記延性破壊が起こらないことが求められている。
延性破壊を起こらないアクリル樹脂含有フィルムは、用いるアクリル樹脂やセルロースエステル、その他添加剤等の材料構成を本発明に係る構成とし、さらに後述の延性破壊試験をすることで選択することができる。
本発明に係るアクリル樹脂含有フィルムは、ヘーズを低くし、プロジェクターのような高温になる機器や、車載用表示機器のような、高温の環境下での使用を考慮すると、その張力軟化点を、120〜145℃とすることが好ましく、125℃〜140℃に制御することがより好ましい。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムは、フィルム面内の直径5μm以上の欠点が1個/10cm四方以下であることが好ましい。更に好ましくは0.5個/10cm四方以下、一層好ましくは0.1個/10cm四方以下である。
ここで欠点の直径とは、欠点が円形の場合はその直径を示し、円形でない場合は欠点の範囲を下記方法により顕微鏡で観察して決定し、その最大径(外接円の直径)とする。
欠点の範囲は、欠点が気泡や異物の場合は、欠点を微分干渉顕微鏡の透過光で観察したときの影の大きさである。欠点が、ロール傷の転写や擦り傷など、表面形状の変化の場合は、欠点を微分干渉顕微鏡の反射光で観察して大きさを確認する。
なお、反射光で観察する場合に、欠点の大きさが不明瞭であれば、表面にアルミや白金を蒸着して観察する。
かかる欠点頻度にて表される品位に優れたフィルムを生産性よく得るには、ポリマー溶液を流延直前に高精度濾過することや、流延機周辺のクリーン度を高くすること、また、流延後の乾燥条件を段階的に設定し、効率よくかつ発泡を抑えて乾燥させることが有効である。
欠点の個数が1個/10cm四方より多いと、例えば後工程での加工時などでフィルムに張力がかかると、欠点を基点としてフィルムが破断して生産性が著しく低下する場合がある。また、欠点の直径が5μm以上になると、偏光板観察などにより目視で確認でき、光学部材として用いたとき輝点が生じる場合がある。
また、目視で確認できない場合でも、該フィルム上にハードコート層などを形成したときに、塗剤が均一に形成できず欠点(塗布抜け)となる場合がある。ここで、欠点とは、溶液製膜の乾燥工程において溶媒の急激な蒸発に起因して発生するフィルム中の空洞(発泡欠点)や、製膜原液中の異物や製膜中に混入する異物に起因するフィルム中の異物(異物欠点)を言う。
また、本発明のアクリル樹脂含有フィルムは、JIS−K7127−1999に準拠した測定において、少なくとも一方向の破断伸度が、10%以上であることが好ましく、より好ましくは20%以上である。
破断伸度の上限は特に限定されるものではないが、現実的には250%程度である。破断伸度を大きくするには異物や発泡に起因するフィルム中の欠点を抑制することが有効である。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムの厚みは20μm以上であることが好ましい。より好ましくは30μm以上である。
厚みの上限は特に限定される物ではないが、溶液製膜法でフィルム化する場合は、塗布性、発泡、溶媒乾燥などの観点から、上限は250μm程度である。なお、フィルムの厚みは用途により適宜選定することができる。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムは、その全光線透過率が90%以上であることが好ましく、より好ましくは93%以上である。また、現実的な上限としては、99%程度である。
かかる全光線透過率にて表される優れた透明性を達成するには、可視光を吸収する添加剤や共重合成分を導入しないようにすることや、ポリマー中の異物を高精度濾過により除去し、フィルム内部の光の拡散や吸収を低減させることが有効である。
また、製膜時のフィルム接触部(冷却ロール、カレンダーロール、ドラム、ベルト、溶液製膜における塗布基材、搬送ロールなど)の表面粗さを小さくしてフィルム表面の表面粗さを小さくすることや、アクリル樹脂の屈折率を小さくすることによりフィルム表面の光の拡散や反射を低減させることが有効である。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムは、透明性を表す指標の1つであるヘーズ値(濁度)が2.0%未満であり、1.0%未満であることが好ましい。
液晶表示装置に組み込んだ際の輝度、コントラストの点から好ましくは0.5%以下が好ましい。
かかるヘーズ値を達成するには、ポリマー中の異物を高精度濾過により除去し、フィルム内部の光の拡散を低減させることが有効である。
〈アクリル樹脂(A)〉
本発明に用いられるアクリル樹脂(A)には、メタクリル樹脂も含まれる。樹脂としては、メチルメタクリレート単位50〜99質量%、およびこれと共重合可能な他の単量体単位1〜50質量%からなるものが好ましい。
共重合可能な他の単量体としては、アルキル数の炭素数が2〜18のアルキルメタクリレート、アルキル数の炭素数が1〜18のアルキルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸等のα,β−不飽和酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和基含有二価カルボン酸、スチレン、α−メチルスチレン、核置換スチレン等の芳香族ビニル化合物、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のα,β−不飽和ニトリル、無水マレイン酸、マレイミド、N−置換マレイミド、グルタル酸無水物等が挙げられ、これらは単独で、あるいは2種以上を併用して用いることができる。
これらの中でも、共重合体の耐熱分解性や流動性の観点から、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、s−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等が好ましく、メチルアクリレートやn−ブチルアクリレートが特に好ましく用いられる。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムに用いられるアクリル樹脂(A)は、フィルムとしての機械的強度、フィルムを生産する際の流動性の点から重量平均分子量(Mw)が80000〜1000000であることが好ましい。
本発明のアクリル樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定することができる。測定条件は以下の通りである。
溶媒: メチレンクロライド
カラム: Shodex K806、K805、K803G(昭和電工(株)製を3本接続して使用した)
カラム温度:25℃
試料濃度: 0.1質量%
検出器: RI Model 504(GLサイエンス社製)
ポンプ: L6000(日立製作所(株)製)
流量: 1.0ml/min
校正曲線: 標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=2,800,000〜500迄の13サンプルによる校正曲線を使用した。13サンプルは、ほぼ等間隔に用いることが好ましい。
本発明におけるアクリル樹脂(A)の製造方法としては、特に制限は無く、懸濁重合、乳化重合、塊状重合、あるいは溶液重合等の公知の方法のいずれを用いても良い。ここで、重合開始剤としては、通常のパーオキサイド系およびアゾ系のものを用いることができ、また、レドックス系とすることもできる。
重合温度については、懸濁または乳化重合では30〜100℃、塊状または溶液重合では80〜160℃で実施しうる。さらに、生成共重合体の還元粘度を制御するために、アルキルメルカプタン等を連鎖移動剤として用いて重合を実施することもできる。
この分子量とすることで、耐熱性と脆性の両立を図ることができる。
本発明のアクリル樹脂(A)としては、市販のものも使用することができる。例えば、デルペット60N、80N(旭化成ケミカルズ(株)製)、ダイヤナールBR52、BR80,BR83,BR85,BR88(三菱レイヨン(株)製)、KT75(電気化学工業(株)製)等が挙げられる。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムにおいては、本発明のアクリル樹脂(A)は、一種以上使用されるが、この場合、いずれのアクリル樹脂(A)の重量平均分子量も80000〜1000000である。
〈セルロースエステル樹脂(B)〉
本発明のアクリル樹脂含有フィルムにおいては、本発明のセルロースエステル樹脂(B)は一種以上使用されるが、そのうち少なくとも一種は、アシル基の総置換度(T)が2.00〜2.99、アセチル基置換度(ac)が0.10〜1.89であって、アセチル基以外の部分が、3〜7の炭素数で構成されるアシル基で置換されており、その置換度(r)が1.10〜2.89で、重量平均分子量(Mw)が75000〜250000である(以下、セルロースエステル樹脂(B1)と略す)。
セルロースエステル樹脂(B1)以外のセルロースエステル樹脂(B)(以下、セルロースエステル樹脂(B2)と略す)としては、アシル基の総置換度(T)が1.00〜2.99、アセチル基置換度(ac)が0.10〜2.99であって、アセチル基以外のアシル基の置換度(r)が0〜2.89のものを選択することができる。
セルロースエステル樹脂(B1)とセルロースエステル樹脂(B2)とは、100/0〜50/50(質量比)の割合で使用することができる。
セルロースエステル樹脂(B1)および(B2)は、1種以上使用してもよい。
本発明のセルロースエステル樹脂(B)が、脂肪族アシル基とのエステルであるとき、脂肪族アシル基は炭素原子数が2〜20で具体的にはアセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、ピバロイル、ヘキサノイル、オクタノイル、ラウロイル、ステアロイル等が挙げられる。
本発明において前記脂肪族アシル基とはさらに置換基を有するものも包含する意味であり、置換基としては上述の芳香族アシル基において、芳香族環がベンゼン環であるとき、ベンゼン環の置換基として例示したものが挙げられる。
上記セルロースエステル樹脂(B)が、芳香族アシル基とのエステルであるとき、芳香族環に置換する置換基Xの数は0または1〜5個であり、好ましくは1〜3個で、特に好ましいのは1又は2個である。
更に、芳香族環に置換する置換基の数が2個以上の時、互いに同じでも異なっていてもよいが、また、互いに連結して縮合多環化合物(例えばナフタレン、インデン、インダン、フェナントレン、キノリン、イソキノリン、クロメン、クロマン、フタラジン、アクリジン、インドール、インドリンなど)を形成してもよい。
上記セルロースエステル樹脂(B)において置換もしくは無置換の脂肪族アシル基、置換もしくは無置換の芳香族アシル基の少なくともいずれか1種選択された構造を有する構造を有することが本発明のセルロース樹脂に用いる構造として用いられ、これらは、セルロースの単独または混合酸エステルでもよい。
本発明のセルロースエステル樹脂(B)において、炭素原子数2〜7のアシル基を置換基として有するもの、即ちセルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートベンゾエート、及びセルロースベンゾエートから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
これらの中で特に好ましいセルロースエステル樹脂(B)は、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースアセテートプロピオネートやセルロースアセテートブチレートが挙げられる。
混合脂肪酸として、さらに好ましくは、セルロースアセテートプロピオネートやセルロースアセテートブチレートの低級脂肪酸エステルであり、炭素原子数2〜4のアシル基を置換基として有するものが好ましい。
アシル基で置換されていない部分は通常水酸基として存在しているものである。これらは公知の方法で合成することが出来る。
なお、アセチル基の置換度や他のアシル基の置換度は、ASTM−D817−96に規定の方法により求めたものである。
本発明のセルロースエステル樹脂(B1)の重量平均分子量(Mw)は、75000〜250000のものが好ましく、100000〜240000のものが更に好ましい。
〈アクリル樹脂(A)およびセルロースエステル樹脂(B)以外であってガラス転移温度Tgが120℃以上300℃以下の樹脂(D)〉
本発明に用いられる樹脂(D)は、アクリル樹脂(A)およびセルロースエステル樹脂(B)以外であってガラス転移温度Tgが120℃以上300℃以下の樹脂である。本発明のアクリル樹脂含有フィルムの物性を損なわない範囲であれば、種々の樹脂(D)を使用することが可能である。
具体的には、メチル(メタ)アクリレート−スチレン樹脂(スチレン比率50mol%を超えるもの)、スチレン−無水マレイン酸、スチレン−フマル酸、スチレン−イタコン酸、スチレン−N−置換マレイミド等の不飽和基含有二価カルボン酸誘導体とスチレン、α−メチルスチレン、核置換スチレン等の芳香族ビニル化合物との共重合体、インデン−スチレン樹脂、インデン−メチル(メタ)アクリレート樹脂等のインデン共重合体(アクリレートとの共重合体にあっては、インデン比率50mol%を超えるもの)、オレフィン−マレイミド共重合体、分子鎖中にラクトン構造、グルタル酸無水物構造、グルタルイミド構造等を有する(メタ)アクリレート、ポリカーボネート、ポリシクロオレフィン、オクタアセチルサッカロース等が挙げられる。
メチル(メタ)アクリレート−スチレン樹脂、インデン−メチル(メタ)アクリレート共重合体が、相溶し易く好ましく用いられる。
本発明の樹脂(D)は、Tgが120℃以上であって300℃以下である。耐熱性を高めるには、よりTgの高いものが好ましい。
樹脂(A)、(B)と混合可能な樹脂(D)を選択するには、予め相溶性試験を行うのが好ましい。
具体的には、例えばそれぞれメチレンクロライド100mlに溶解した樹脂(A)、(B)および(D)の5%濃度の溶液を混合し、濁度を測定しおよび目視で混合状態を観察することにより相溶性試験とすることができる。この試験により簡易的に樹脂の選択が可能となる。
〈アクリル粒子(C)〉
本発明においては、アクリル樹脂含有フィルムにアクリル粒子(C)を含有させてもよい。アクリル粒子(C)を使用する場合は、アクリル系樹脂(A)とアクリル粒子(C)との屈折率差を小さくすることも有効である。
また、表面の粗さも表面ヘーズとしてヘーズ値に影響するため、アクリル粒子(C)の粒子径や添加量を前記範囲内に抑えたり、製膜時のフィルム接触部の表面粗さを小さくすることも、有効である。
本発明に係るアクリル粒子(C)は、前記アクリル樹脂(A)及びセルロースエステル樹脂(B)とアクリル樹脂含有フィルム中で粒子の状態で存在すること(非相溶状態ともいう)が好ましい。
上記アクリル粒子(C)は、例えば、作製したアクリル樹脂含有フィルムを所定量採取し、溶媒に溶解させて攪拌し、充分に溶解・分散させたところで、アクリル粒子(C)の平均粒子径未満の孔径を有するPTFE製のメンブレンフィルターを用いて濾過し、濾過捕集された不溶物の重さが、アクリル樹脂含有フィルムに添加したアクリル粒子(C)の90質量%以上あることが好ましい。
本発明に用いられるアクリル粒子(C)は特に限定されるものではないが、2層以上の層構造を有するアクリル粒子(C)であることが好ましく、特に下記多層構造アクリル系粒状複合体であることが好ましい。
多層構造アクリル系粒状複合体とは、中心部から外周部に向かって最内硬質層重合体、ゴム弾性を示す架橋軟質層重合体、および最外硬質層重合体が、層状に重ね合わされてなる構造を有する粒子状のアクリル系重合体を言う。
本発明のアクリル系樹脂組成物に用いられる多層構造アクリル系粒状複合体の好ましい態様としては、以下の様なものが挙げられる。(a)メチルメタクリレート80〜98.9質量%、アルキル基の炭素数が1〜8のアルキルアクリレート1〜20質量%、および多官能性グラフト剤0.01〜0.3質量%からなる単量体混合物を重合して得られる最内硬質層重合体、(b)上記最内硬質層重合体の存在下に、アルキル基の炭素数が4〜8のアルキルアクリレート75〜98.5質量%、多官能性架橋剤0.01〜5質量%および多官能性グラフト剤0.5〜5質量%からなる単量体混合物を重合して得られる架橋軟質層重合体、(c)上記最内硬質層および架橋軟質層からなる重合体の存在下に、メチルメタクリレート80〜99質量%とアルキル基の炭素数が1〜8であるアルキルアクリレート1〜20質量%とからなる単量体混合物を重合して得られる最外硬層重合体、よりなる3層構造を有し、かつ得られた3層構造重合体が最内硬質層重合体(a)5〜40質量%、軟質層重合体(b)30〜60質量%、および最外硬質層重合体(c)20〜50質量%からなり、アセトンで分別したときに不溶部があり、その不溶部のメチルエチルケトン膨潤度が1.5〜4.0であるアクリル系粒状複合体、が挙げられる。
なお、特公昭60−17406号あるいは特公平3−39095号において開示されている様に、多層構造アクリル系粒状複合体の各層の組成や粒子径を規定しただけでなく、多層構造アクリル系粒状複合体の引張り弾性率やアセトン不溶部のメチルエチルケトン膨潤度を特定範囲内に設定することにより、さらに充分な耐衝撃性と耐応力白化性のバランスを実現することが可能となる。
ここで、多層構造アクリル系粒状複合体を構成する最内硬質層重合体(a)は、メチルメタクリレート80〜98.9質量%、アルキル基の炭素数が1〜8のアルキルアクリレート1〜20質量%および多官能性グラフト剤0.01〜0.3質量%からなる単量体混合物を重合して得られるものが好ましい。
ここで、アルキル基の炭素数が1〜8のアルキルアクリレートとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、s−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等が挙げられ、メチルアクリレートやn−ブチルアクリレートが好ましく用いられる。
最内硬質層重合体(a)におけるアルキルアクリレート単位の割合は1〜20質量%である。
多官能性グラフト剤としては、異なる重合可能な官能基を有する多官能性単量体、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸のアリルエステル等が挙げられ、アリルメタクリレートが好ましく用いられる。
多官能性グラフト剤は、最内硬質層重合体と軟質層重合体を化学的に結合するために用いられ、その最内硬質層重合時に用いる割合は0.01〜0.3質量%である。
アクリル系粒状複合体を構成する架橋軟質層重合体(b)は、上記最内硬質層重合体(a)の存在下に、アルキル基の炭素数が1〜8のアルキルアクリレート75〜98.5質量%、多官能性架橋剤0.01〜5質量%および多官能性グラフト剤0.5〜5質量%からなる単量体混合物を重合して得られるものが好ましい。
ここで、アルキル基の炭素数が4〜8のアルキルアクリレートとしては、n−ブチルアクリレートや2−エチルヘキシルアクリレートが好ましく用いられる。
また、これらの重合性単量体と共に、25質量%以下の共重合可能な他の単官能性単量体を共重合させることも可能である。
共重合可能な他の単官能性単量体としては、スチレンおよび置換スチレン誘導体が挙げられる。アルキル基の炭素数が4〜8のアルキルアクリレートとスチレンとの比率は、前者が多いほど生成重合体(b)のガラス転移温度が低下し、即ち軟質化できるのである。
一方、樹脂組生物の透明性の観点からは、軟質層重合体(b)の常温での屈折率を最内硬質層重合体(a)、最外硬質層重合体(c)、および硬質熱可塑性アクリル樹脂に近づけるほうが有利であり、これらを勘案して両者の比率を選定する。
例えば、被覆層厚みの小さな用途においては、必ずしもスチレンを共重合しなくとも良い。
多官能性グラフト剤としては、前記の最内層硬質重合体(a)の項で挙げたものを用いることができる。
ここで用いる多官能性グラフト剤は、軟質層重合体(b)と最外硬質層重合体(c)を化学的に結合するために用いられ、その最内硬質層重合時に用いる割合は耐衝撃性付与効果の観点から0.5〜5質量%が好ましい。
多官能性架橋剤としては、ジビニル化合物、ジアリル化合物、ジアクリル化合物、ジメタクリル化合物などの一般に知られている架橋剤が使用できるが、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量200〜600)が好ましく用いられる。
ここで用いる多官能性架橋剤は、軟質層(b)の重合時に架橋構造を生成し、耐衝撃性付与の効果を発現させるために用いられる。
ただし、先の多官能性グラフト剤を軟質層の重合時に用いれば、ある程度は軟質層(b)の架橋構造を生成するので、多官能性架橋剤は必須成分ではないが、多官能性架橋剤を軟質層重合時に用いる割合は耐衝撃性付与効果の観点から0.01〜5質量%が好ましい。
多層構造アクリル系粒状複合体を構成する最外硬質層重合体(c)は、上記最内硬質層重合体(a)および軟質層重合体(b)の存在下に、メチルメタクリレート80〜99質量%およびアルキル基の炭素数が1〜8であるアルキルアクリレート1〜20質量%からなる単量体混合物を重合して得られるものが好ましい。
ここで、アクリルアルキレートとしては、前述したものが用いられるが、メチルアクリレートやエチルアクリレートが好ましく用いられる。最外硬質層(c)におけるアルキルアクリレート単位の割合は、1〜20質量%が好ましい。
また、最外硬質層(c)の重合時に、アクリル樹脂(A)との相溶性向上を目的として、分子量を調節するためアルキルメルカプタン等を連鎖移動剤として用い、実施することも可能である。
とりわけ、最外硬質層に、分子量が内側から外側へ向かって次第に小さくなるような勾配を設けることは、伸びと耐衝撃性のバランスを改良するうえで好ましい。具体的な方法としては、最外硬質層を形成するための単量体混合物を2つ以上に分割し、各回ごとに添加する連鎖移動剤量を順次増加するような手法によって、分子量を内側から外側へ向かって小さくすることが可能である。
この際に形成される分子量は、各回に用いられる単量体混合物をそれ単独で同条件にて重合し、得られた重合体の分子量を測定することによって調べることもできる。
本発明に好ましく用いられる多層構造重合体であるアクリル系粒状複合体の粒子径については、特に限定されるものではないが、10nm以上、1000nm以下であることが好ましく、さらに、20nm以上、500nm以下であることがより好ましく、特に50nm以上、400nm以下であることが最も好ましい。
本発明に好ましく用いられる多層構造重合体であるアクリル系粒状複合体において、コアとシェルの質量比は、特に限定されるものではないが、多層構造重合体全体を100質量部としたときに、コア層が50質量部以上、90質量部以下であることが好ましく、さらに、60質量部以上、80質量部以下であることがより好ましい。
このような多層構造アクリル系粒状複合体の市販品の例としては、例えば、三菱レイヨン社製“メタブレン”、鐘淵化学工業社製“カネエース”、呉羽化学工業社製“パラロイド”、ロームアンドハース社製“アクリロイド”、ガンツ化成工業社製“スタフィロイド”およびクラレ社製“パラペットSA”などが挙げられ、これらは、単独ないし2種以上を用いることができる。
また、本発明に好ましく用いられるアクリル粒子(C)として好適に使用されるグラフト共重合体であるアクリル粒子(c−1)の具体例としては、ゴム質重合体の存在下に、不飽和カルボン酸エステル系単量体、不飽和カルボン酸系単量体、芳香族ビニル系単量体、および必要に応じてこれらと共重合可能な他のビニル系単量体からなる単量体混合物を共重合せしめたグラフト共重合体が挙げられる。
グラフト共重合体であるアクリル粒子(c−1)に用いられるゴム質重合体には特に制限はないが、ジエン系ゴム、アクリル系ゴムおよびエチレン系ゴムなどが使用できる。具体例としては、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエンのブロック共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリル酸ブチル−ブタジエン共重合体、ポリイソプレン、ブタジエン−メタクリル酸メチル共重合体、アクリル酸ブチル−メタクリル酸メチル共重合体、ブタジエン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン系共重合体、エチレン−イソプレン共重合体、およびエチレン−アクリル酸メチル共重合体などが挙げられる。これらのゴム質重合体は、1種または2種以上の混合物で使用することが可能である。
また、アクリル樹脂(A)およびアクリル粒子(C)のそれぞれの屈折率が近似している場合、本発明のアクリル樹脂含有フィルムの透明性を得ることができるため、好ましい。具体的には、アクリル粒子(C)とアクリル樹脂(A)の屈折率差が0.05以下であることが好ましく、より好ましくは0.02以下、とりわけ0.01以下であることが好ましい。
このような屈折率条件を満たすためには、アクリル樹脂(A)の各単量体単位組成比を調整する方法、および/またはアクリル粒子(C)に使用されるゴム質重合体あるいは単量体の組成比を調製する方法などにより、屈折率差を小さくすることができ、透明性に優れたアクリル樹脂含有フィルムを得ることができる。
尚、ここで言う屈折率差とは、アクリル樹脂(A)が可溶な溶媒に、本発明のアクリル樹脂含有フィルムを適当な条件で十分に溶解させ白濁溶液とし、これを遠心分離等の操作により、溶媒可溶部分と不溶部分に分離し、この可溶部分(アクリル樹脂(A))と不溶部分(アクリル粒子(C))をそれぞれ精製した後、測定した屈折率(23℃、測定波長:550nm)の差を示す。
本発明においてアクリル樹脂(A)に、アクリル粒子(C)を配合する方法には、特に制限はなく、アクリル樹脂(A)とその他の任意成分を予めブレンドした後、通常200〜350℃において、アクリル粒子(C)を添加しながら一軸または二軸押出機により均一に溶融混練する方法が好ましく用いられる。
また、アクリル粒子(C)を予め分散した溶液を、アクリル樹脂(A)、及びセルロースエステル樹脂(B)を溶解した溶液(ドープ液)に添加して混合する方法や、アクリル粒子(C)及びその他の任意の添加剤を溶解、混合した溶液をインライン添加する等の方法を用いることができる。
本発明のアクリル粒子としては、市販のものも使用することができる。例えば、メタブレンW−341(C2)(三菱レイヨン(株)製)を、ケミスノーMR−2G(C3)、MS−300X(C4)(綜研化学(株)製)等を挙げることができる。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムにおいて、該フィルムを構成する樹脂の総質量に対して、0.5〜45質量%のアクリル粒子(C)を含有することが好ましい。
〈その他の添加剤〉
本発明のアクリル樹脂含有フィルムにおいては、組成物の流動性や柔軟性を向上するために、可塑剤を併用することも可能である。
可塑剤としては、フタル酸エステル系、脂肪酸エステル系、トリメリット酸エステル系、リン酸エステル系、ポリエステル系、あるいはエポキシ系等が挙げられる。
この中で、ポリエステル系とフタル酸エステル系の可塑剤が好ましく用いられる。ポリエステル系可塑剤は、フタル酸ジオクチルなどのフタル酸エステル系の可塑剤に比べて非移行性や耐抽出性に優れるが、可塑化効果や相溶性にはやや劣る。
従って、用途に応じてこれらの可塑剤を選択、あるいは併用することによって、広範囲の用途に適用できる。
ポリエステル系可塑剤は、一価ないし四価のカルボン酸と一価ないし六価のアルコールとの反応物であるが、主に二価カルボン酸とグリコールとを反応させて得られたものが用いられる。代表的な二価カルボン酸としては、グルタル酸、イタコン酸、アジピン酸、フタル酸、アゼライン酸、セバシン酸などが挙げられる。
特に、アジピン酸、フタル酸などを用いると可塑化特性に優れたものが得られる。グリコールとしてはエチレン、プロピレン、1,3−ブチレン、1,4−ブチレン、1,6−ヘキサメチレン、ネオペンチレン、ジエチレン、トリエチレン、ジプロピレンなどのグリコールが挙げられる。
これらの二価カルボン酸およびグリコールはそれぞれ単独で、あるいは混合して使用してもよい。
このエステル系の可塑剤はエステル、オリゴエステル、ポリエステルの型のいずれでもよく、分子量は100〜10000の範囲が良いが、好ましくは600〜3000の範囲が可塑化効果が大きい。
また、可塑剤の粘度は分子構造や分子量と相関があるが、アジピン酸系可塑剤の場合相溶性、可塑化効率の関係から200〜5000mPa・s(25℃)の範囲が良い。さらに、いくつかのポリエステル系可塑剤を併用してもかまわない。
可塑剤はアクリル樹脂(A)を含有する組成物100質量部に対して、0.5〜30質量部を添加するのが好ましい。可塑剤の添加量が30質量部を越えると、表面がべとつくので、実用上好ましくない。
本発明のアクリル樹脂(A)を含有する組成物は紫外線吸収剤を含有することも好ましく、用いられる紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系、2−ヒドロキシベンゾフェノン系またはサリチル酸フェニルエステル系のもの等が挙げられる。例えば、2−(5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−[2−ヒドロキシ−3,5−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−(3,5−ジ−t−ブチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール等のトリアゾール類、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン類を例示することができる。
ここで、紫外線吸収剤のうちでも、分子量が400以上の紫外線吸収剤は、高沸点で揮発しにくく、高温成形時にも飛散しにくいため、比較的少量の添加で効果的に耐候性を改良することができる。
また、特に薄い被覆層から基板層への移行性も小さく、積層板の表面にも析出しにくいため、含有された紫外線吸収剤量が長時間維持され、耐候性改良効果の持続性に優れるなどの点から好ましい。
分子量が400以上の紫外線吸収剤としては、2−[2−ヒドロキシ−3,5−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2−ベンゾトリアゾール、2,2−メチレンビス[4−(1,1,3,3−テトラブチル)−6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]等のベンゾトリアゾール系、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート等のヒンダードアミン系、さらには2−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−n−ブチルマロン酸ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)、1−[2−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ]エチル]−4−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ]−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン等の分子内にヒンダードフェノールとヒンダードアミンの構造を共に有するハイブリッド系のものが挙げられ、これらは単独で、あるいは2種以上を併用して使用することができる。これらのうちでも、2−[2−ヒドロキシ−3,5−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2−ベンゾトリアゾールや2,2−メチレンビス[4−(1,1,3,3−テトラブチル)−6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]が特に好ましい。
さらに、本発明のアクリル樹脂含有フィルムに用いられるアクリル樹脂(A)には成形加工時の熱分解性や熱着色性を改良するために各種の酸化防止剤を添加することもできる。また帯電防止剤を加えて、アクリル樹脂含有フィルムに帯電防止性能を与えることも可能である。
本発明のアクリル樹脂組成物として、リン系難燃剤を配合した難燃アクリル系樹脂組成物を用いても良い。
ここで用いられるリン系難燃剤としては、赤リン、トリアリールリン酸エステル、ジアリールリン酸エステル、モノアリールリン酸エステル、アリールホスホン酸化合物、アリールホスフィンオキシド化合物、縮合アリールリン酸エステル、ハロゲン化アルキルリン酸エステル、含ハロゲン縮合リン酸エステル、含ハロゲン縮合ホスホン酸エステル、含ハロゲン亜リン酸エステル等から選ばれる1種、あるいは2種以上の混合物を挙げることができる。
具体的な例としては、トリフェニルホスフェート、9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナンスレン−10−オキシド、フェニルホスホン酸、トリス(β−クロロエチル)ホスフェート、トリス(ジクロロプロピル)ホスフェート、トリス(トリブロモネオペンチル)ホスフェート等が挙げられる。
〈製膜〉
本発明のアクリル樹脂含有フィルムの製膜方法の例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムの製膜方法としては、インフレーション法、T−ダイ法、カレンダー法、切削法、流延法、エマルション法、ホットプレス法等の製造法が使用できるが、着色抑制、異物欠点の抑制、ダイラインなどの光学欠点の抑制などの観点から流延法による溶液製膜が好ましい。
(有機溶媒)
本発明のアクリル樹脂含有フィルムを溶液流延法で製造する場合のドープを形成するのに有用な有機溶媒は、アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)、樹脂(D)、その他の添加剤を同時に溶解するものであれば制限なく用いることが出来る。
例えば、塩素系有機溶媒としては、塩化メチレン、非塩素系有機溶媒としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、アセトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、シクロヘキサノン、ギ酸エチル、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−ヘキサフルオロ−1−プロパノール、1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メチル−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノール、ニトロエタン等を挙げることが出来、塩化メチレン、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトンを好ましく使用し得る。
ドープには、上記有機溶媒の他に、1〜40質量%の炭素原子数1〜4の直鎖または分岐鎖状の脂肪族アルコールを含有させることが好ましい。ドープ中のアルコールの比率が高くなるとウェブがゲル化し、金属支持体からの剥離が容易になり、また、アルコールの割合が少ない時は非塩素系有機溶媒系でのアクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)の溶解を促進する役割もある。
特に、メチレンクロライド、及び炭素数1〜4の直鎖または分岐鎖状の脂肪族アルコールを含有する溶媒に、アクリル樹脂(A)と、セルロースエステル樹脂(B)と、樹脂(D)の3種を、少なくとも計15〜45質量%溶解させたドープ組成物であることが好ましい。
炭素原子数1〜4の直鎖または分岐鎖状の脂肪族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、iso−プロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノールを挙げることが出来る。これらの内ドープの安定性、沸点も比較的低く、乾燥性もよいこと等からエタノールが好ましい。
以下、本発明のアクリル樹脂含有フィルムの好ましい製膜方法について説明する。
1)溶解工程
アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)、樹脂(D)に対する良溶媒を主とする有機溶媒に、溶解釜中で該アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)、樹脂(D)、添加剤を攪拌しながら溶解しドープを形成する工程、或いは該アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)、樹脂(D)溶液に、添加剤溶液を混合してドープを形成する工程である。
アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)、樹脂(D)の溶解には、常圧で行う方法、主溶媒の沸点以下で行う方法、主溶媒の沸点以上で加圧して行う方法、特開平9−95544号公報、特開平9−95557号公報、または特開平9−95538号公報に記載の如き冷却溶解法で行う方法、特開平11−21379号公報に記載の如き高圧で行う方法等種々の溶解方法を用いることが出来るが、特に主溶媒の沸点以上で加圧して行う方法が好ましい。
ドープ中のアクリル樹脂(A)と、セルロースエステル樹脂(B)と、樹脂(D)の3種は、計15〜45質量%の範囲であることが好ましい。溶解中または後のドープに添加剤を加えて溶解及び分散した後、濾材で濾過し、脱泡して送液ポンプで次工程に送る。
濾過は捕集粒子径0.5〜5μmでかつ濾水時間10〜25sec/100mlの濾材を用いることが好ましい。この方法では、微粒子分散時に残存する凝集物や主ドープ添加時発生する凝集物を、捕集粒子径0.5〜5μmでかつ濾水時間10〜25sec/100mlの濾材を用いることで凝集物だけ除去出来る。
主ドープでは微粒子の濃度も添加液に比べ十分に薄いため、濾過時に凝集物同士がくっついて急激な濾圧上昇することもない。
図1は本発明に好ましい溶液流延製膜方法のドープ調製工程、流延工程及び乾燥工程を模式的に示した図である。アクリル微粒子仕込釜41より濾過器44で大きな凝集物を除去し、ストック釜42へ送液する。
その後、ストック釜42より主ドープ溶解釜1へアクリル微粒子添加液を添加する。その後主ドープ液は主濾過器3にて濾過され、これに紫外線吸収剤添加液が16よりインライン添加される。
多くの場合、主ドープには返材が10〜50質量%程度含まれることがある。返材にはアクリル微粒子が含まれているため、返材の添加量に合わせてアクリル微粒子添加液の添加量をコントロールすることが好ましい。
返材とは、アクリル樹脂含有フィルムを細かく粉砕した物で、アクリル樹脂含有フィルムを製膜するときに発生する、フィルムの両サイド部分を切り落とした物や、擦り傷などでスペックアウトしたアクリル樹脂含有フィルム原反が使用される。
また、予めアクリル樹脂とアクリル微粒子を混練してペレット化したものも、好ましく用いる事ができる。
2)流延工程
ドープを送液ポンプ(例えば、加圧型定量ギヤポンプ)を通して加圧ダイ30に送液し、無限に移送する無端の金属ベルト31、例えばステンレスベルト、或いは回転する金属ドラム等の金属支持体上の流延位置に、加圧ダイスリットからドープを流延する工程である。
ダイの口金部分のスリット形状を調整出来、膜厚を均一にし易い加圧ダイが好ましい。加圧ダイには、コートハンガーダイやTダイ等があり、何れも好ましく用いられる。金属支持体の表面は鏡面となっている。製膜速度を上げるために加圧ダイを金属支持体上に2基以上設け、ドープ量を分割して重層してもよい。或いは複数のドープを同時に流延する共流延法によって積層構造のフィルムを得ることも好ましい。
3)溶媒蒸発工程
ウェブ(流延用支持体上にドープを流延し、形成されたドープ膜をウェブと呼ぶ)を流延用支持体上で加熱し、溶媒を蒸発させる工程である。
溶媒を蒸発させるには、ウェブ側から風を吹かせる方法及び/又は支持体の裏面から液体により伝熱させる方法、輻射熱により表裏から伝熱する方法等があるが、裏面液体伝熱方法が乾燥効率が良く好ましい。
又、それらを組み合わせる方法も好ましく用いられる。流延後の支持体上のウェブを40〜100℃の雰囲気下、支持体上で乾燥させることが好ましい。40〜100℃の雰囲気下に維持するには、この温度の温風をウェブ上面に当てるか赤外線等の手段により加熱することが好ましい。
4)剥離工程
金属支持体上で溶媒が蒸発したウェブを、剥離位置で剥離する工程である。剥離されたウェブは次工程に送られる。
金属支持体上の剥離位置における温度は好ましくは10〜40℃であり、更に好ましくは11〜30℃である。
尚、剥離する時点での金属支持体上でのウェブの剥離時残留溶媒量は、乾燥の条件の強弱、金属支持体の長さ等により50〜120質量%の範囲で剥離することが好ましいが、残留溶媒量がより多い時点で剥離する場合、ウェブが柔らか過ぎると剥離時平面性を損なったり、剥離張力によるツレや縦スジが発生し易いため、経済速度と品質との兼ね合いで剥離時の残留溶媒量が決められる。
ウェブの残留溶媒量は下記式で定義される。
残留溶媒量(%)=(ウェブの加熱処理前質量−ウェブの加熱処理後質量)/(ウェブの加熱処理後質量)×100
尚、残留溶媒量を測定する際の加熱処理とは、115℃で1時間の加熱処理を行うことを表す。
金属支持体とフィルムを剥離する際の剥離張力は、通常、196〜245N/mであるが、剥離の際に皺が入り易い場合、190N/m以下の張力で剥離することが好ましく、更には、剥離できる最低張力〜166.6N/m、次いで、最低張力〜137.2N/mで剥離することが好ましいが、特に好ましくは最低張力〜100N/mで剥離することである。
本発明においては、該金属支持体上の剥離位置における温度を−50〜40℃とするのが好ましく、10〜40℃がより好ましく、15〜30℃とするのが最も好ましい。
5)乾燥及び延伸工程
剥離後、ウェブを乾燥装置内に複数配置したロールに交互に通して搬送する乾燥装置35、及び/またはクリップでウェブの両端をクリップして搬送するテンター延伸装置34を用いて、ウェブを乾燥する。
乾燥手段はウェブの両面に熱風を吹かせるのが一般的であるが、風の代わりにマイクロウェーブを当てて加熱する手段もある。余り急激な乾燥は出来上がりのフィルムの平面性を損ね易い。
高温による乾燥は残留溶媒が8質量%以下くらいから行うのがよい。全体を通し、乾燥は概ね40〜250℃で行われる。特に40〜160℃で乾燥させることが好ましい。
テンター延伸装置を用いる場合は、テンターの左右把持手段によってフィルムの把持長(把持開始から把持終了までの距離)を左右で独立に制御出来る装置を用いることが好ましい。
また、テンター工程において、平面性を改善するため意図的に異なる温度を持つ区画を作ることも好ましい。また、異なる温度区画の間にそれぞれの区画が干渉を起こさないように、ニュートラルゾーンを設けることも好ましい。
尚、延伸操作は多段階に分割して実施してもよく、流延方向、幅手方向に二軸延伸を実施することも好ましい。また、二軸延伸を行う場合には同時二軸延伸を行ってもよいし、段階的に実施してもよい。
この場合、段階的とは、例えば、延伸方向の異なる延伸を順次行うことも可能であるし、同一方向の延伸を多段階に分割し、かつ異なる方向の延伸をそのいずれかの段階に加えることも可能である。即ち、例えば、次のような延伸ステップも可能である。
・流延方向に延伸−幅手方向に延伸−流延方向に延伸−流延方向に延伸
・幅手方向に延伸−幅手方向に延伸−流延方向に延伸−流延方向に延伸
また、同時2軸延伸には、一方向に延伸し、もう一方を張力を緩和して収縮させる場合も含まれる。同時2軸延伸の好ましい延伸倍率は幅手方向、長手方向ともに×1.01倍〜×1.5倍の範囲でとることができる。
テンターを行う場合のウェブの残留溶媒量は、テンター開始時に20〜100質量%であるのが好ましく、かつウェブの残留溶媒量が10質量%以下になる迄テンターを掛けながら乾燥を行うことが好ましく、更に好ましくは5質量%以下である。
テンターを行う場合の乾燥温度は、30〜150℃が好ましく、50〜120℃が更に好ましく、70〜100℃が最も好ましい。
テンター工程において、雰囲気の幅手方向の温度分布が少ないことが、フィルムの均一性を高める観点から好ましく、テンター工程での幅手方向の温度分布は、±5℃以内が好ましく、±2℃以内がより好ましく、±1℃以内が最も好ましい。
(6)巻き取り工程
ウェブ中の残留溶媒量が2質量%以下となってからアクリル樹脂含有フィルムとして巻き取り機37により巻き取る工程であり、残留溶媒量を0.4質量%以下にすることにより寸法安定性の良好なフィルムを得ることが出来る。
巻き取り方法は、一般に使用されているものを用いればよく、定トルク法、定テンション法、テーパーテンション法、内部応力一定のプログラムテンションコントロール法等があり、それらを使いわければよい。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムは、長尺フィルムであることが好ましく、具体的には、100m〜5000m程度のものを示し、通常、ロール状で提供される形態のものである。また、フィルムの幅は1.3〜4mであることが好ましく、1.4〜2mであることがより好ましい。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムの膜厚に特に制限はないが、後述する偏光板保護フィルムに使用する場合は20〜200μmであることが好ましく、25〜100μmであることがより好ましく、30〜80μmであることが特に好ましい。
(偏光板)
本発明に用いられる偏光板は一般的な方法で作製することが出来る。すなわち、本発明のアクリル樹脂含有フィルムの裏面側に接着層を設け、沃素溶液中に浸漬延伸して作製した偏光子の少なくとも一方の面に、貼り合わせることが好ましい。
また、必要に応じてコロナ処理などの表面処理を行うこともできる。表面処理することにより、偏光子との接着性を改善することができる。もう一方の面には該フィルムを用いても、別の偏光板保護フィルムを用いてもよい。
例えば、市販のセルロースエステルフィルム(例えば、コニカミノルタタック KC8UX、KC4UX、KC5UX、KC8UY、KC4UY、KC12UR、KC8UCR−3、KC8UCR−4、KC8UCR−5、KV8UY−HA、KV8UX−RHA、以上コニカミノルタオプト(株)製)、シクロオレフィンフィルム(例えば、ゼオノアフィルム(日本ゼオン社製)、ARTONフィルム(JSR社製))等が好ましく用いられる。
偏光板の主たる構成要素である偏光子とは、一定方向の偏波面の光だけを通す素子であり、現在知られている代表的な偏光膜は、ポリビニルアルコール系偏光フィルムで、これはポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を染色させたものと二色性染料を染色させたものがある。
偏光子は、ポリビニルアルコール水溶液を製膜し、これを一軸延伸させて染色するか、染色した後一軸延伸してから、好ましくはホウ素化合物で耐久性処理を行ったものが用いられている。
上記接着層に用いられる接着剤としては、接着層の少なくとも一部分において25℃での貯蔵弾性率が1.0×104Pa〜1.0×109Paの範囲である接着層が用いられていることが好ましく、接着層を塗布し、貼り合わせた後に種々の化学反応により高分子量体または架橋構造を形成する硬化型接着剤が好適に用いられる。
具体例としては、例えば、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、水性高分子−イソシアネート系接着剤、熱硬化型アクリル接着剤等の硬化型接着剤、湿気硬化ウレタン接着剤、ポリエーテルメタクリレート型、エステル系メタクリレート型、酸化型ポリエーテルメタクリレート等の嫌気性接着剤、シアノアクリレート系の瞬間接着剤、アクリレートとペルオキシド系の2液型瞬間接着剤等が挙げられる。
上記接着剤としては1液型であっても良いし、使用前に2液以上を混合して使用する型であっても良い。また上記接着剤は有機溶剤を媒体とする溶剤系であってもよいし、水を主成分とする媒体であるエマルジョン型、コロイド分散液型、水溶液型などの水系であってもよいし、無溶剤型であってもよい。
上記接着剤液の濃度は、接着後の膜厚、塗布方法、塗布条件等により適宜決定されれば良く、通常は0.1〜50質量%である。
(液晶表示装置)
本発明のアクリル樹脂含有フィルムを貼合した偏光板を液晶表示装置に組み込むことによって、種々の視認性に優れた液晶表示装置を作製することが出来る。本発明に係る偏光板は、前記粘着層等を介して液晶セルに貼合する。
本発明に係る偏光板は反射型、透過型、半透過型LCDまたはTN型、STN型、OCB型、HAN型、VA型(PVA型、MVA型)、IPS型等の各種駆動方式のLCDで好ましく用いられる。
特に画面が30型以上、特に30型〜54型の大画面の表示装置では、画面周辺部での白抜け等もなく、その効果が長期間維持される。また、色ムラ、ギラツキや波打ちムラが少なく、長時間の鑑賞でも目が疲れないという効果があった。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(インデン−メチルメタアクリレート共重合体の合成(D1))
攪拌機及び塩化カルシウム管付き環流冷却管を備えた50ミリリットルの3つ口フラスコに、インデン5g、メチルメタアクリレート5g、トルエン30gを加え、25℃の水浴中で均一になるまで攪拌した。次いで、塩化鉄の0.05gを添加して重合を開始した。反応開始後1時間で、更に塩化鉄(III)0.09gを添加した。
同様にして、反応開始後3,4,5時間で塩化鉄(III)0.09gをそれぞれ添加し、反応開始後24時間でメタノール50mlを添加して重合体を沈殿させて、反応を終了させた。生成した重合体をろ過し、メタノール、ついで水でよく洗浄し、減圧下に乾燥し残存しているメタノールを除去し、インデン−メチルメタアクリレート共重合体(D1)を得た。重量平均分子量(Mw)は100000、Tgは140℃であった。
実施例1
〈アクリル樹脂含有フィルムの作製〉
(アクリル樹脂含有フィルム1の作製)
(ドープ液の調製)
BR85(三菱レイヨン社製、アクリル樹脂) 70質量部
セルロースエステル(セルロースアセテートプロピオネート アシル基総置換度2.75、アセチル基置換度0.19、プロピオニル基置換度2.56、Mw=200000、Tg144℃) 20質量部
セルロースエステル(セルロースアセテートプロピオネート アシル基総置換度2.73、アセチル基置換度1.41、プロピオニル基置換度1.32、Mw=200000、Tg165℃) 10質量部
メチレンクロライド 300質量部
エタノール 40質量部
(アクリル樹脂含有フィルムの製膜)
上記作製したドープ液を、ベルト流延装置を用い、温度22℃、2m幅でステンレスバンド支持体に均一に流延した。ステンレスバンド支持体で、残留溶剤量が100%になるまで溶媒を蒸発させ、剥離張力162N/mでステンレスバンド支持体上から剥離した。
剥離したアクリル樹脂のウェブを35℃で溶媒を蒸発させ、1.6m幅にスリットし、その後、テンターで幅方向に1.1倍に延伸しながら、135℃の乾燥温度で乾燥させた。このときテンターで延伸を始めたときの残留溶剤量は10%であった。
テンターで延伸後130℃で5分間緩和を行った後、120℃、130℃の乾燥ゾーンを多数のロールで搬送させながら乾燥を終了させ、1.5m幅にスリットし、フィルム両端に幅10mm高さ5μmのナーリング加工を施し、初期張力220N/m、終張力110N/mで内径6インチコアに巻き取り、アクリル樹脂含有フィルム1を得た。
ステンレスバンド支持体の回転速度とテンターの運転速度から算出されるMD方向の延伸倍率は1.1倍であった。
表1記載のアクリル樹脂含有フィルム1の残留溶剤量は0.1%であり、膜厚は60μm、巻数は4000mであった。
以下、アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)、樹脂(D)の種類と組成比を表1記載のように変えた以外は、アクリル樹脂含有フィルム1と同様にして、アクリル樹脂含有フィルム1〜43を作製した。
表1において、使用した素材は以下の通り、
略 号 重量平均分子量 組 成
BR52 85000 MS
BR80 95000 MMA
BR83 40000 MMA
BR85 280000 MMA
BR88 480000 MMA
BR102 360000 MMA
80N 100000 MMA
略号及び種は以下の通り、
MS:メチルアクリレート・スチレン共重合体
MMA:メチルメタクリレート
BRシリーズと80Nは、それぞれ、デルペット80N(旭化成ケミカルズ社製)、ダイヤナールBR52、BR83、BR85、BR88、BR102(三菱レイヨン社製)である。
A1〜A4を公知の方法によって作製した。組成は以下の通り、
A1:ポリ(MMA−MA)質量比98:2 Mw70000
A2:ポリ(MMA−MA)質量比97:3 Mw800000
A3:ポリ(MMA−MA)質量比97:3 Mw930000
A4:ポリ(MMA−MA)質量比94:6 Mw1100000
ac:1.92、p:0.74はアセチル基置換度1.92、プロピオニル基置換度0.74のセルロースエステルを意味する。また、bはブチレート、bzはベンゾエート、piはピバレート、phはフタレートの置換されたセルロースエステルを表す。
COP:シクロオレフィンポリマーMw129000(ARTON(JSR社製))Tg=171℃
OAcSc:オクタアセチルサッカロースMw680(東京化成製)Tg=95℃
尚、アクリル樹脂含有フィルム20,23は、下記紫外線吸収剤を添加してドープを作製した。
アクリル樹脂含有フィルム20
チヌビン109(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 1.5質量部
チヌビン171(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 0.7質量部
アクリル樹脂含有フィルム23
LA−31(ADEKA社製) 1.5質量部
表1において、ac、p、b、bz、phは上記組成と同じでTは総置換度を表す。
比較試料として特開2007−191706号明細書実施例1に記載の熱可塑性共重合体を作製し、同実施例7に準じたペレット組成物を作製、膜厚60μmの比較試料フィルム44を得た。
また、特開2007−233114号明細書実施例1に記載の光学フィルムを作製し、比較試料フィルム45とした。
《評価方法》
得られたアクリル樹脂含有フィルム1〜45について以下の評価を実施し、結果を表2〜表4に示す。
(ヘーズ)
上記作製した各々のフィルム試料について、23℃、55%RHの空調室で24時間調湿した後、同条件下においてフィルム試料1枚をJIS K−7136に従って、ヘーズメーター(NDH2000型、日本電色工業(株)製)を使用して測定した。
(張力軟化点)
テンシロン試験機(ORIENTEC社製、RTC−1225A)を用いて、以下のような評価を行った。
23℃、55%RHの空調室で24時間調湿したアクリル樹脂含有フィルムを、同条件下、120mm(縦)×10mm(幅)で切り出し、10Nの張力で引っ張りながら30℃/minの昇温速度で昇温を続け、9Nになった時点での温度を3回測定し、その平均を出した。
(ガラス転移温度)
示差走査熱量測定器(Perkin Elmer社製DSC−7型)を用いて、窒素気流中、昇温速度20℃/分で測定し、JIS K7121(1987)に従い求めた中間点ガラス転移温度(Tmg)をガラス転移温度とした。
(延性破壊試験)
23℃、55%RHの空調室で24時間調湿したアクリル樹脂含有フィルムを、同条件下、100mm(縦)×10mm(幅)で切り出し、縦方向の中央部で、曲率半径0mm、折り曲げ角が180°でフィルムがぴったりと重なるように山折り、谷折りと2つにそれぞれ1回ずつ折りまげ、この評価を3回測定して、以下のように評価した。尚、ここでの評価の折れるとは、割れて2つ以上のピースに分離したことを表す。
○・・・3回とも折れない
×・・・3回のうち少なくとも1回は折れる
(湿度変化に対する寸法変化)
作製したフィルムの流延方向に、目印(十字)を2箇所つけて60℃、90%RHで1000時間処理し、処理前と処理後の目印(十字)の距離を23℃55%RHの条件下、光学顕微鏡で測定し、下記基準で評価した。
寸法変化率(%)=〔(a1−a2)/a1〕×100
a1:熱処理前の距離
a2:熱処理後の距離
○・・・0.3%未満
△・・・0.3〜0.5%
×・・・0.5%〜
(繰り返し耐性)
作製したフィルムを、60℃の恒温槽で30分保持した後、ついで−20℃の恒温槽で30分保持し、再び60℃の恒温槽で保持するという、−20℃⇔60℃の状態をそれぞれ30分間保持するサイクルサーモ耐久(60℃→−20℃→60℃で1サイクル)を300回繰り返して、耐久後のフィルムを、23℃55%RHの条件下、下記基準で評価した。
クラックの発生は、100倍の光学顕微鏡により目視で確認した。
○・・・ヘーズの上昇が見られず、クラックの発生がない
△・・・僅かにヘーズの上昇が見られ、クラックの発生がない
×・・・ヘーズの上昇が見られる、またはクラックの発生がある
(カッティング性)
23℃、55%RHの空調室で24時間調湿した試料を、同条件下、軽荷重引き裂き(エルメンドルフ)試験機(東洋精機(株)製)を用いてフィルムを引き裂き、以下のように評価した。
○・・・引き裂き面が非常に滑らかで、かつ、真っ直ぐに裂けている。
△・・・引き裂き面にややバリがあるが、真っ直ぐに裂けている。
×・・・引き裂き面にバリがかなりあったり、真っ直ぐに裂けていない。
(フィルム外観)
作製したフィルムに関して、23℃、55%RHの空調室で24時間調湿したフィルム外観を目視で評価し、以下のように評価した。
○:非常に平滑な平面性である
△:ややツレや皺、段が確認できる
×:はっきりとツレや皺、段が確認できる
(偏光板の作製)
厚さ120μmの長尺ロールポリビニルアルコールフィルムを沃素1質量部、ホウ酸4質量部を含む水溶液100質量部に浸漬し、50℃で5倍に搬送方向に延伸して偏光膜を作った。次に、この偏光膜の片面にアクリル接着剤を用いて、実施例1で作製したアクリル樹脂含有フィルム1にコロナ処理を施したのち、貼合した。更に偏光膜のもう一方の面にアルカリケン化処理した位相差フィルムであるコニカミノルタオプト社製KC8UCR−5を貼り合わせ、乾燥して偏光板1を作製した。同様にしてアクリル樹脂含有フィルム2〜44を用いて偏光板2〜44を作製した。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムを用いた偏光板は、フィルムカッティング性に優れ、加工がし易かった。
(液晶表示装置としての特性評価)
〈液晶表示装置の作製〉
シャープ(株)製32型テレビAQ−32AD5の予め貼合されていた両面の偏光板を剥がして、上記作製した偏光板をそれぞれKC8UCR−5が液晶セルのガラス面側になるように、かつ、予め貼合されていた偏光板と同一の方向に吸収軸が向くように貼合し、液晶表示装置を各々作製した。
(視野角変動)
以上のようにして作製した液晶表示装置1〜45を用いて下記の評価を行った。
23℃、55%RHの環境で、ELDIM社製EZ−Contrast160Dを用いて液晶表示装置の視野角測定を行った。続いて上記偏光板を60℃、90%RHで1000時間処理したものを同様に測定し、下記基準で4段階評価した。
◎:視野角変動が全くない
○:視野角変動が僅かに認められる
△:視野角変動が認められる
×:視野角変動が非常に大きい
(カラーシフト)
上記記載の視野角評価と同様に偏光板を貼り付け、液晶表示装置1〜43を作製した。
次に、ディスプレイを黒表示にし、斜め45°の角度から観察した際の色変化を23℃、55%RHの環境下、下記基準で評価した。
◎:色変化が全くない
○:色変化が僅かに認められる
△:色変化が認められる
×:色変化が非常に大きい
以上の評価の結果を表2〜表4に示す。
本発明のアクリル樹脂含有フィルムは、透明で、高耐熱性であり、脆性を著しく改善されている。更に、本発明のアクリル樹脂含有フィルムを用いて作製した偏光板はその打ち抜き作業やパネル貼合時などの作業における歩留まりを改善し、過酷な環境下の使用においても長期的に良好な視認性を維持し続ける液晶表示装置であることが判る。

Claims (5)

  1. アクリル樹脂(A)、
    セルロースエステル樹脂(B1−1)、並びに、
    前記セルロースエステル樹脂(B1−1)とは異なるセルロースエステル樹脂(B1−2)、セルロースエステル樹脂(B2)、および(A)、(B1−1)、(B1−2)、(B2)以外の樹脂(D)から選択される少なくとも1種類以上の樹脂
    からなるアクリル樹脂含有フィルムであって、
    前記アクリル樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)が80000〜1000000であり、
    前記セルロースエステル樹脂(B1−1)、または前記セルロースエステル樹脂(B1−1)と前記セルロースエステル樹脂(B1−2)の両方が、アシル基の総置換度(T)が2.00〜2.99であり、アセチル基置換度(ac)が0.10〜1.89であって、アセチル基以外の部分が、3〜7の炭素数で構成されるアシル基で置換されており、その置換度(r)が1.10〜2.89で、重量平均分子量(Mw)が75000〜250000であり、
    前記セルロースエステル樹脂(B2)が、アシル基の総置換度(T)が1.00〜2.99であり、アセチル基置換度(ac)が0.10〜2.99であり、アセチル基以外のアシル基置換度(r)が0〜2.89であり、
    前記樹脂(D)が、120℃以上300℃以下のガラス転移温度Tgを有し、
    該アクリル樹脂含有フィルムのヘーズが2%未満、張力軟化点が120〜150℃で延性破壊を起こさないことを特徴とするアクリル樹脂含有フィルム。
  2. 前記アクリル樹脂含有フィルムが、前記アクリル樹脂(A)を30〜90質量%、前記セルロースエステル樹脂(B1−1)、(B1−2)および(B2)の合計を5〜65質量%、前記樹脂(D)を0〜50質量%含有することを特徴とする請求項1に記載のアクリル樹脂含有フィルム。
  3. ヘーズ値が1%未満であることを特徴とする請求項1または2に記載のアクリル樹脂含有フィルム。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のアクリル樹脂含有フィルムを少なくとも一方の面に用いたことを特徴とする偏光板。
  5. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のアクリル樹脂含有フィルムを使用したことを特徴とする液晶表示装置。
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