JP5929917B2 - 光学フィルムの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂との混合樹脂を有する光学フィルムの溶液流延法による製造方法に関する。
近年、液晶表示装置は、液晶テレビやパソコンの液晶ディスプレイ等の用途で、需要が拡大している。通常、液晶表示装置は、透明電極、液晶層、カラーフィルター等をガラス板で挟み込んだ液晶セルと、その両側に設けられた2枚の偏光板で構成されており、それぞれの偏光板は、偏光子(偏光子、偏光フィルムともいう。)を2枚の光学フィルム(偏光板保護フィルム)で挟まれた構成となっている。この偏光板保護フィルムとしては、通常、光学フィルムが用いられている。
一方、近年の技術の進歩により、液晶表示装置の大型化が加速するとともに、液晶表示装置の用途が多様化している。例えば、街頭や店頭に設置される大型ディスプレイとしての利用や、デジタルサイネージと呼ばれる表示機器を用いた公共の場における広告用ディスプレイへの利用等が挙げられる。
この様な用途においては、屋外での利用が想定されるため、偏光フィルムの吸湿による劣化が問題になり、偏光板保護フィルムにはより高い耐湿性が求められている。しかしながら、従来用いられている光学フィルムとしてのセルロースエステルフィルムでは十分な耐湿性を得ることは困難であり、耐湿性を得る為に厚膜化すると光学的な影響が大きくなるという問題があった。さらには、近年は装置の薄型化も求められているため、偏光板自体が厚くなることも問題となった。
一方、低吸湿性のアクリル系樹脂は、低吸湿性に加え、優れた透明性や寸法安定性を示すことから、光学フィルム材料として好適に用いられていた。
しかしながら、上述のように液晶表示装置が大型化し、屋外への用途が拡大したことに伴い、屋外でも映像が十分に認識できるようにするためにバックライトの光量を増加させる必要があるとともに、より過酷な条件下で使用されることとなり、高温下での耐熱性やより長期的な耐熱性が求められることとなった。
しかし、アクリル系樹脂のみの光学フィルムは、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発生した。
この様な問題は、アクリル系樹脂のみの光学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。即ち、液晶表示装置において、光学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う問題が発生した。
光学フィルムの変形による問題は、バックライト側でも問題となるが、視認側表面の位置で使用した際にも変形により設計上の位相差が変化してしまうために、視野角の変動や色味の変化が起きるという問題が生じる。
また、アクリル系樹脂単独で製造した光学フィルムは、セルロースエステル系樹脂単独で製造した光学フィルム等と比較した場合、割れやすく脆い性質があり、カッティング(切断)等において取扱いが困難であり、特に大型の液晶表示装置用の光学フィルムを安定して製造することが困難であった。
これらアクリル系樹脂及びセルロースエステル系樹脂のそれぞれの特性を活かした光学フィルムの検討が行われてきた。
例えば、透明で、高耐熱性であり、脆性を改善し、高温湿環境下の使用においても、光学特性の変動が小さく、長期的に非常に優れた画像表示性を保持するアクリル系樹脂及びセルロースエステル系樹脂を含む光学フィルムが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
低吸湿性であり、透明で、高耐熱性であり、脆性を改善し、特に、大型の液晶表示装置や、屋外用途の液晶表示装置における偏光板保護フィルムとして好適に用いられるアクリル系樹脂及びセルロースエステル系樹脂を含む光学フィルムが知られている(例えば、特許文献2参照。)。
上述の特許文献1、特許文献2に記載の光学フィルムはアクリル系樹脂及びセルロースエステル系樹脂のそれぞれの特性を活かした光学フィルムとしては優れた性能を有しているのであるが、溶液流延法で製造する場合、ヘイズが高く、光学フィルムとして透明性が不十分となる場合がある。近年の高精細な液晶表示装置の光学フィルムとして用いられた場合においては、わずかな故障が画像欠陥となって問題となる場合がある。
特に水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有した、親水性の添加剤を使用した場合にヘイズの上昇やクロスニコル状態でのクロスニコル透過率(以下、CNTと呼ぶ)のバラツキの幅も拡大し、このフィルムを偏光板に使用したときに、コントラストの低下や画面内の場所による明暗のムラが発生してしまう。更に、光学フィルム表面に、反射防止層、表面硬化層などを塗布するような後加工のときにも、濡れ性が周辺のフィルム部分と異なることにより、塗布液をはじく故障が発生したり、あるいは塗布層がムラになったりしやすいので、添加剤の使用範囲も限られていた。
一方、上記特許文献に記載されるような、アクリル系樹脂とセルロースエステル系樹脂との混合樹脂を使用した光学フィルムを近年の高精細な液晶表示装置に使用するために、添加剤の使用範囲を広げることで更なる改善が求められていた。
この様な状況より、アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂との混合樹脂を使用した光学フィルムの製造で、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有した、親水性の添加剤を使用してもヘイズが低く、透明性を有した光学フィルムの製造方法の開発が望まれていた。
しかしながら、アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂との混合樹脂を使用した光学フィルムの製造で、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有した、親水性の添加剤を使用した光学フィルムの製造で、ヘイズ上昇に伴う透明性低下の原因については精査されておらず検討が望まれていた。
特開2011−095302号公報 特開2009−299075号公報
本発明は上記状況を鑑み成されたものであり、その目的は、アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有した添加剤を使用した溶液流延法で光学フィルムを製造してもヘイズの上昇を抑え、透明性の高い光学フィルムの製造方法を提供することである。
本発明の上記目的は下記の構成により達成された。
すなわち、本発明の一局面は、
アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、添加剤と含むドープをダイスより無端支持体の上にドープ膜を流延し流延膜を形成し、前記流延膜に乾燥風を供給し前記流延膜が、前記無端支持体より剥離出来るまで乾燥させて剥離する流延工程と、少なくとも延伸工程と、乾燥工程と、巻き取り工程とを有する、光学フィルムの製造方法において、
前記添加剤が水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有し、
前記乾燥風の露点を前記流延膜の表面温度より1℃から40℃低くすることを特徴とする光学フィルムの製造方法である。
このような構成により、アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有した添加剤を使用した溶液流延法で光学フィルムを製造してもヘイズの上昇を抑え、透明性の高い光学フィルムの製造方法を提供することが出来る。
無端支持体を使用した溶液流延法による光学フィルムの製造工程の一例の概略図である。
本発明者が、アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有した添加剤を使用し溶液流延法により光学フィルムを製造する時に発生する、ヘイズの上昇につき検討した結果、次ぎのことが判った。
1.アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂との混合樹脂を用いた場合、金属支持体への粘着力が非常に高いという特性から、膜の剥離が困難となるため剥離助剤が又、剥離時に剥離放電を起こしやすいことから帯電防止剤が使用される。
2.ヘイズの上昇は、無端支持体の上から剥離された流延膜で認められる。
3.使用する可塑剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤等の添加剤の種類に係わらず、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有した添加剤を使用した場合に、無端支持体上に形成された流延膜から溶媒を除去する時の環境によりヘイズの上昇が認められる。
更に、ヘイズの上昇の原因につき検討した結果、上記1から3に示す事実から、ヘイズは相溶状態を維持している流延膜から溶媒を除去する時に、何らかの要因でアクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有した添加剤との相溶状態のバランスが崩れることでヘイズが上昇すると推定した。
何故、流延膜から溶媒を除去する時にヘイズが上昇するのかを検討した結果、流延膜から溶媒を除去する時の乾燥風の水分量によりヘイズの上昇の度合いが異なることが判明した。即ち、使用する添加剤が水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有している場合、流延膜から溶媒を除去する過程で、流延膜の表面に乾燥風に含まれる水分が凝縮し、凝縮した水から添加剤が水分を吸収し相溶状態であったバランスが崩れることでヘイズが上昇することが判った。
これらのことから、流延膜の表面に水分が凝縮しない様に乾燥風の露点を調整することが効果的であることが判り検討した結果、本発明に至った次第である。
以下に、本発明の実施の形態を図1を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、無端支持体を使用した溶液流延法による光学フィルムの製造工程の一例の概略図である。図1(a)は無端支持体として無端ベルト支持体を使用した溶液流延法による光学フィルムの製造工程の概略図である。図1(b)は無端支持体として無端ドラム支持体を使用した溶液流延法による光学フィルムの製造工程の概略図である。
なお、図面において、1aおよび1a′は製造工程、101および101′は流延工程、101aおよび101′aは流延装置、101bは無端ベルト支持体、101′bは無端ドラム支持体、101cおよび101′cはダイス、101dおよび101′dは乾燥風吹き付け装置、101d1は第1乾燥風吹き付け装置、101d2は第2乾燥風吹き付け装置、101eおよび101′eは筐体、102は第1乾燥工程、103は延伸工程、104は第2乾燥工程、105は巻き取り工程、2aおよび2′aは流延膜、2および2′はドープ膜、3および3′は剥離ロールを示す。
図1(a)に示される光学フィルムの製造工程に付き説明する。
図中、1aは光学フィルムの溶液流延法の製造工程を示す。製造工程1aは、流延工程101と、第1乾燥工程102と延伸工程103と、第2乾燥工程104と、巻取り工程105とを有している。
流延工程101は、流延装置101aを使用している。流延装置101aは、鏡面の無端ベルト支持体101bと、ダイス101cと、乾燥風吹き付け装置101dとを有する筐体101eを有している。
無端ベルト支持体101bはロール101f1とロール101f2とで保持され、回動(図中の矢印方向)が可能となっている。
ダイス101cには、光学フィルム用の樹脂材料及び添加剤を溶媒に溶解したドープが異物を除去するために濾過装置(不図示)により濾過した後、ドープ供給管101c1を介して供給され、ドープ膜2として無端ベルト支持体101bの上に流延され、流延膜2aが形成される。
乾燥風吹き付け装置101dは、無端ベルト支持体101bの上の流延膜2aに乾燥風を供給し(吹き付け)、流延膜2aに含まれる溶媒を除去し、無端ベルト支持体101bから剥離出来る状態とするため、回動する無端ベルト支持体101aの前半部の上側に配設されている第1乾燥風吹き付け装置101d1と、後半部の下側に配設されている第2乾燥風吹き付け装置101d2とを有している。
本実施形態において、無端ベルト支持体101bの前半部とは、保持ロール101f1と保持ロール101f2との間に保持された無端ベルト支持体101bの部分を言い、無端ベルト支持体101bの中間部とは、保持ロール101f1に接触している部分を言い、無端ベルト支持体101bの後半部とは、保持ロール101f1と保持ロール101f2との間に保持された無端ベルト支持体101bの部分を言う。
尚、本図は第1乾燥風吹き付け装置101d1、第2乾燥風吹き付け装置101d2を配設した場合を示しているが、必要に応じて保持ロール101f1に無端ベルト支持体101b接触している中間部に乾燥風吹き付け装置を配設しても構わない。又、本図は第1乾燥風吹き付け装置101d1及び第2乾燥風吹き付け装置101d2が1つの場合を示しているが必要に応じて複数から構成する様にしても構わない。この様に乾燥風吹き付け装置を複数にすることで流延膜2aの進行方向に対して条件が異なる乾燥風を独立して流延膜2aに供給することが可能となる。
101e1は、筐体101eに配設された乾燥風供給管を示し、加湿器(不図示)、冷却コンデンサー(不図示)等を有する乾燥風供給装置(不図示)に繋がっており、第1乾燥風吹き付け装置101d1に露点を制御された乾燥風を供給する様になっている。
101e2は、筐体101eに配設された乾燥風供給管を示し、加湿器(不図示)、冷却コンデンサー(不図示)等を有する乾燥風供給装置(不図示)に繋がっており、第2乾燥風吹き付け装置101d2に露点を制御された乾燥風を供給する様になっている。
101e3は、筐体101eに配設された排気管を示す。排気管101e3から排気された乾燥風は乾燥風供給装置(不図示)に循環してもよいし又は大気に放出してもよいが、環境面から乾燥風供給装置(不図示)に循環することが好ましい。
流延膜2aは、無端ベルト支持体101bの回転移動(図中の矢印方向)に伴い順次、乾燥風吹き付け装置101dから乾燥風が供給される(吹き付けられる)ことで流延膜2a中の溶媒が除去され、無端ベルト支持体101bから剥離出来る状態の固化したウェブ4となり、剥離ロール3により剥離され次工程に搬送される。
無端ベルト支持体101bの移動速度は、生産性、フィルム平面性等を考慮し、20m/minから200m/minが好ましい。
尚、本図では乾燥風吹き付け装置は何れも流延膜側に乾燥風を供給する様に配設されているが、無端ベルト支持体101bの裏側を加熱するために保持ロールで保持されたベルトの間に加熱風吹き付け装置を配設しても構わない。
無端ベルト支持体101b上の流延膜2aの温度は、溶媒の蒸発時間に伴う搬送速度、生産性、溶媒蒸発に伴う発泡等を考慮し、3℃から60℃の範囲が好ましく、特に10℃から50℃の範囲が好ましい。流延膜2aの温度は、株式会社堀場製作所社製の、非接触温度センサIT−230で測定した値を示す。
第1乾燥風吹き付け装置101d1及び第2乾燥風吹き付け装置101d2から流延膜2aに供給(吹き付ける)する乾燥風の露点は、流延膜の表面温度より1℃以上低くする必要がある。より好ましくは1℃から40℃の範囲で低くする必要がある。
乾燥風の露点が40℃以上の場合は、露点を下げるための除湿装置が大型化になり、又、乾燥風の露点が40℃を超える場合は、幅手で微小な膜厚偏差を生じた際に、厚膜部で膜温が溶媒の蒸発潜熱によりわずかに低下することがあり、その際、MD方向に帯状にヘイズが上昇することがあるため好ましくない。
乾燥風の露点は、Lumasense社製 INNOVA光音響ガスモニタ1312型で測定した値を示す。
尚、乾燥風の露点は、流延膜の表面温度より1℃から40℃低くするとは、次ぎの様な状態を言う。例えば、流延膜の表面温度が50℃の場合、送風する風の露点が49℃から10℃で流延膜の表面に水分が凝縮することがない湿度を有する乾燥風を供給(吹き付ける)する状態を言う。
乾燥風の露点の制御は、以下に示す方法で行うことが可能である。
第1乾燥風吹き付け装置101d1及び第2乾燥風吹き付け装置101d2に供給する乾燥風は排気管101e3から排気された乾燥風又は外気等を加湿器(不図示)、冷却コンデンサー(不図示)等を有する乾燥風供給装置(不図示)に導入する。
測定された流延膜の表面温度に対して1℃以上、より好ましくは1℃から40℃低い温度の範囲で、所望する温度になるように冷却コンデンサー温度を制御することで第1乾燥風吹き付け装置101d1及び第2乾燥風吹き付け装置101d2に供給する水分量絶対値を制御し、乾燥風の露点の制御が行われる。
流延膜の表面温度とは、無端ベルト支持体101b上の高さ方向は、無端ベルト支持体の表面から約30mm離した位置、幅手方向は無端ベルト支持体の中央と、中央から両端部方向にそれぞれ500mmの計3点、長手方向はドープ膜が無端ベルト支持体に接触した位置から2m間隔での位置の各点の温度の平均温度とした。
表面温度は、株式会社堀場製作所社製の、非接触温度センサIT−230で測定することが出来る。
第1乾燥風吹き付け装置101d1、第2乾燥風吹き付け装置101d2から流延膜2aに供給(吹き付ける)する乾燥風の供給量(吹き付け量)は、無端ベルト支持体101bの長さ、幅により変わるため適宜決めることが好ましい。
第1乾燥風吹き付け装置101d1、第2乾燥風吹き付け装置101d2から流延膜2aに供給(吹き付ける)する乾燥風の吹き付け期間は、ダイス101cから無端支持体101b上にドープが流延されてから、流延膜中の溶媒が蒸発してある程度膜が固まり、添加剤分子の内部拡散速度が低下することで、露点の高い雰囲下でも乾燥風中の水分と膜中の添加剤分子とが相互作用してヘイズが上昇しない様にする等を考慮し、流延膜2aの残留溶媒量が、100質量%以下になるまで低露点の風を供給するのが好ましい。より好ましくは100質量%から80質量%である。
尚、低露点の風とは、流延膜の表面温度に対して、流延膜の乾燥のために流延膜に供給する(吹き付ける)風の露点が1℃以上、より好ましくは1℃から40℃低い風を言う。
尚、流延膜2aの残留溶媒量が、100質量%以下になった後、乾燥風の露点を流延膜の表面温度より1℃から40℃低くする必要はないが、無端金属ベルトや流延膜表面に水が凝縮することがない程度の露点にすることが好ましい。
無端支持体上の流延膜の残留溶媒量をオンラインで測定することは難しいため、予め製造条件と同じ条件のドープを使用し流延膜2aの確認したい箇所の膜を剥がし、流延膜を密閉容器に入れて風袋ごと質量を測定、その後、流延膜を120℃で2時間加熱乾燥させた後、再度質量を測定し、下式より求め残留溶媒量(質量%)が100%以下になる位置を決めておくことが好ましい。
残留溶媒量(質量%)=100×(流延膜の加熱処理前質量−流延膜の加熱処理後質量)/(流延膜の加熱処理後質量)
尚、残留溶媒量(質量%)が100質量%以下にする位置は、無端支持体の回転速度、ドープの種類及び濃度、流延膜の厚さ等により異なるため、一義的に決めることは難しいが、ドープ膜が無端支持体上に流延され流延膜が形成された後、10秒から150秒の間の位置になるように乾燥風の条件を設定することが好ましい。
無端ベルト支持体101bの上にドープ膜を流延した後、無端ベルト支持体101bから流延膜2aを剥離までの間での時間は作製する光学フィルムの膜厚、使用溶媒、無端ベルト支持体101bの回転速度によって異なるが、無端ベルト支持体101bからの剥離性を考慮し、0.2分から5分の範囲が好ましい。
3は無端ベルト支持体101bに流延され形成された流延膜を無端ベルト支持体101bから剥離する剥離ロールを示し、4は剥離されたウェブを示す。ウェブ4の厚さは、巻取り工程105で回収された光学フィルムの厚さが設定された膜厚になるように必要に応じて設定が可能となっている。
無端ベルト支持体101bから流延膜を剥離する際に、剥離張力及びその後の搬送張力によってウェブ4はMD方向(Machine Direction)に延伸するため、本実施形態においては無端ベルト支持体101bから流延膜を剥離する際は剥離張力及び搬送張力は、これ以降、フィルム巾1m当たりの換算値で示し、40N/mから400N/mにすることが好ましい。
第1乾燥工程102は、乾燥風取り入れ口102bと排出口102cとを有する乾燥箱102aと、ウェブ4を搬送する上部の搬送ロール102dと下部の搬送ロール102eとを有している。上部の搬送ロール102dと下部の搬送ロール102eとは上下で一組で、複数組から構成されている。第1乾燥工程102で延伸工程103に入る前のウェブ4に含まれる溶媒量の調整が行うことが可能となっている。
乾燥温度は、延伸工程に入る時のウェブの残留溶媒量により異なるが、溶媒の蒸発に伴うウェブの表面への露結、残留溶媒量、伸縮率の調整、溶媒の発泡等を考慮し、20℃から80℃の範囲で残留溶媒量により適宜選択して決めればよく、一定の温度で乾燥してもよいし、数段階の温度に分けて乾燥しても構わない。
延伸工程103は、乾燥風取り入れ口103bと排出口103cとを有する外箱103aと、外箱103aの中に入れられたテンター延伸装置103dとを有している。テンター延伸装置103dに使用するテンターは特に限定はなく、例えば、クリップテンター、ピンテンター等が挙げられ、必要に応じて選択し使用することが可能である。尚、本図はウェブ4の搬送方向と直角方向(TD方向(Transverse Direction))に延伸する装置を示しているが、必要に応じて、ウェブ4の搬送方向(MD方向(Machine Direction))に延伸する延伸装置(不図示)を使用することが可能となっている。
尚、乾燥風取り入れ口103bと排出口103cとは逆であってもよい。延伸工程103における溶媒除去手段としては加熱風を使用した場合を示しているが、溶媒除去手段としては特に限定はなく、この他に、例えば赤外線が挙げられる。
第2乾燥工程104は、乾燥風取り入れ口104bと排出口104cとを有する乾燥箱104aと、ウェブ4を搬送する上部の搬送ロール104dと下部の搬送ロール104eとを有している。上部の搬送ロール104dと下部の搬送ロール104eとは上下で一組で、複数組から構成されている。
第2乾燥工程104では加熱空気、赤外線等単独又は加熱空気と赤外線乾燥を併用しても構わない。簡便さの点で加熱空気で行うのが好ましい。本図は加熱空気を使用した場合を示している。乾燥温度は、乾燥工程に入る時のウェブの残留溶媒量により異なるが、乾燥時間、収縮ムラ、伸縮量の安定性等を考慮し、30℃から180℃の範囲で残留溶媒量により適宜選択して決めればよく、一定の温度で乾燥してもよいし、3段階から4段階の温度に分けて、数段階の温度に分けて乾燥しても構わない。第2乾燥工程104での乾燥処理後の光学フィルムの残留溶媒量は、乾燥工程の負荷、保存時の寸法安定性伸縮率等を考慮し、0.01質量%から15質量%が好ましい。尚、本実施形態では流延工程で形成されたウェブが第2乾燥工程104で徐々に溶媒が除去され、全残留溶媒量が15質量%以下となったウェブを光学フィルムと言う。
巻取り回収工程105は、巻取り装置(不図示)を有し、第2乾燥工程104で設定した残留溶媒量とした光学フィルム5を必要量の長さに巻芯に巻取る。105aは巻芯に巻取られたロール状の光学フィルムを示す。尚、巻取る際の温度は、巻取り後の収縮によるスリキズ、巻き緩み等を防止するために室温まで冷却することが好ましい。使用する巻取り機は、一般的に使用されているものでよく、定テンション法、定トルク法、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などの巻取り方法で巻取ることが出来る。
巻取り回収工程105で回収された光学フィルム5の伸縮率は、搬送・乾燥後に出来上がるフィルムの物理特性等を考慮し、MD方向の伸縮率が−30%から+50%で、TD方向の伸縮率が−20%から+200%であることが好ましい。
図1(b)に示される光学フィルムの製造工程に付き説明する。
図中、1a′は樹脂フィルムの溶液流延法の製造工程を示す。製造工程1a′は、流延工程101′と、第1乾燥工程102と延伸工程103と、第2乾燥工程104と、巻き取り工程105とを有している。図1(a)に示される製造装置1aとの違いは、図1(a)の流延工程101が無端ベルト支持体を使用しているのに対して、図1(b)の場合は無端ドラム支持体を使用していることである。第1乾燥工程102と延伸工程103と、第2乾燥工程104と、巻き取り工程105とは全て図1(a)と同じであるので詳細の説明は省略する。
流延工程101′は、流延装置101′aを使用している。流延装置101′aは、鏡面の無端ドラム支持体101′bと、ダイス101′cと、回転する無端ドラム支持体101′bの表面に乾燥風を供給する乾燥風吹き付け装置101′dとを有する筐体101′eとを有している。無端ドラム支持体101′bは回転可能(図中の矢印方向)に軸支されている。
ダイス101′cには、光学フィルム用の樹脂材料及び添加剤を溶媒に溶解したドープが異物を除去するために濾過装置(不図示)により濾過した後、ドープ供給管101′c1を介して供給され、ドープ膜2′として無端ドラム支持体101′bの上に流延され、流延膜2′aが形成される。
本図に示す、乾燥風吹き付け装置101′dは単一の場合を示しているが必要に応じて複数の乾燥風吹き付け装置を配設しても構わない。複数の乾燥風吹き付け装置を配設することで、各々の乾燥風吹き付け装置より露点が異なる乾燥風を独立して供給することが可能となるため、必要に応じて幅広い乾燥条件で流延膜2aに含まれる溶媒を除去することが可能となる。
乾燥風吹き付け装置101′dは、無端ドラム支持体101′bの上の流延膜2′aに乾燥風吹き付け、流延膜2aに含まれる溶媒を除去し、無端ベルト支持体101bから剥離出来る状態とするために配設されている。
乾燥風吹き付け装置101′dから流延膜2aに供給(吹き付ける)する乾燥風の条件、乾燥風の露点の制御は図1(a)の場合と同じである。
101′e1は、乾燥風吹き付け装置101′dに乾燥風を供給する乾燥風供給管を示す。
101′e2は、筐体101eに配設された排気管を示す。
3′は無端ドラム支持体101′bに流延され形成された流延膜2′aを無端ドラム支持体101′bから剥離する剥離ロールを示し、4は剥離されたウェブを示す。ウェブ4の厚さは、巻き取り工程105で回収された光学フィルムの厚さが設定された膜厚になるように必要に応じて設定が可能となっている。
無端ドラム支持体101′b上の流延膜の温度は、溶媒の蒸発時間に伴う搬送速度、生産性、溶媒蒸発に伴う発泡等を考慮し、−5℃から70℃の範囲が好ましく、特に0℃から60℃の範囲が好ましい。
無端ドラム支持体101′bの上にドープ膜を流延した後、無端ドラム支持体101′bから流延膜2′aを剥離までの間での時間は作製する光学フィルムの膜厚、使用溶媒によって異なるが、無端ドラム支持体101′bからの剥離性を考慮し、0.3分から5分の範囲が好ましい。
使用する無端ドラム支持体101′bとしては、表面を鏡面仕上げしたものが好ましく、例えば表面を鏡面仕上げした金属ドラムが好ましく用いられる。無端ドラム支持体101′bの幅は1000mmから3000mmが好ましい。流延する幅は、無端ドラム支持体101′bの幅に対して、30%から95%とすることが好ましい。
流延膜2′aを無端ドラム支持体101′bより剥離する時の流延膜2′aの全残留溶媒量は、無端ドラム支持体101′bからの剥離性、剥離時の残留溶媒量、剥離後の搬送性、搬送・乾燥後に出来上がる光学フィルムの物理特性等を考慮し、30質量%から200質量%が好ましい。尚、使用するドープは図1(a)に示したドープと同じである。
本実施形態は、図1(a)、(b)に示される製造工程の流延工程において、無端支持体上に形成された流延膜を無端支持体から剥離する間に流延膜に流延装置内の水分が凝縮することで、流延膜のヘイズ上昇を防止した光学フィルムの製造方法に関するものである。
溶液流延製造方法により、アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有する添加剤とを含むドープをダイスより無端支持体の上にドープ膜を流延し流延膜を形成し、流延膜の表面温度より1℃から40℃低い乾燥風で流延膜中の溶媒を除去し、無端支持体より剥離した後、延伸工程と、乾燥工程と、巻取り工程とを経て光学フィルムを製造することで以下に示す効果が挙げられる。
1.アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂との混合樹脂を使用したドープに水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有する各種添加剤を使用しても、ヘイズが上昇することなく、透明性の高い光学フィルムの製造が可能となった。
2.水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有する各種添加剤の使用が可能となり、添加剤の選択範囲を広げることが可能となった。
3.添加剤の選択範囲が広がることでアクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂との混合樹脂を使用した光学フィルムの性能が安定となり、近年の高精細な液晶表示装置への使用が可能となった。
次ぎに本実施形態において使用する溶媒中にアクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、各種添加剤とを有するドープに付き説明する。以下にアクリル系樹脂に付き説明する。
〈アクリル系樹脂〉
本実施形態に用いられるアクリル系樹脂には、メタクリル樹脂も含まれる。樹脂としては特に制限されるものではないが、メチルメタクリレート単位50質量%から99質量%、およびこれと共重合可能な他の単量体単位1質量%から50質量%であるものが好ましい。
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から18のアルキルメタクリレート、アルキル数の炭素数が1から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種以上の単量体を併用して用いることが出来る。
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。
本実施形態に使用するアクリル系樹脂は、特に光学フィルムとしての脆性の改善及びセルロースエステル樹脂と相溶した際の透明性の改善の観点で、重量平均分子量(Mw)が80000以上である。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)が80000を下回ると、十分な脆性の改善が得られず、セルロースエステル系樹脂との相溶性が劣化する。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は、80000から1000000の範囲内であることが更に好ましく、100000から600000の範囲内であることが特に好ましく、150000から400000の範囲であることが最も好ましい。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)の上限値は特に限定されるものではないが、製造上の観点から1000000以下とされることが好ましい形態である。
本実施形態に使用するアクリル系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から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。
本実施形態に使用するアクリル系樹脂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出来、また、レドックス系とすることも出来る。重合温度については、懸濁または乳化重合では30℃から100℃、塊状又は溶液重合では80℃から160℃で行うことが出来る。得られた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出来る。
本実施形態に使用するアクリル系樹脂としては、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。アクリル系樹脂は2種以上を併用することもできる。
〈セルロースエステル系樹脂〉
本実施形態に使用するセルロースエステル系樹脂は、特に脆性の改善やアクリル系樹脂と相溶させたときに透明性の観点から、アシル基の総置換度(T)が2.0から3.0、炭素数が3から7のアシル基の置換度が1.2から3.0であり、炭素数3から7のアシル基の置換度は、2.0から3.0であることが好ましい。即ち、本実施形態に使用するセルロースエステル樹脂は炭素数が3から7のアシル基により置換されたセルロースエステル系樹脂であり、具体的には、プロピオニル、ブチリル等が好ましく用いられるが、特にプロピオニル基が好ましく用いられる。
セルロースエステル系樹脂の、アシル基の総置換度が2.0を下回る場合、即ち、セルロースエステル分子の2,3,6位の水酸基の残度が1.0を上回る場合には、アクリル系樹脂とアクリル系樹脂が十分に相溶せず光学フィルムとして用いる場合にヘイズが問題となる。また、アシル基の総置換度が2.0以上であっても、炭素数が3から7のアシル基の置換度が1.2を下回る場合は、やはり十分な相溶性が得られないか、脆性が低下することとなる。例えば、アシル基の総置換度が2.0以上の場合であっても、炭素数2のアシル基、即ちアセチル基の置換度が高く、炭素数3から7のアシル基の置換度が1.2を下回る場合は、相溶性が低下しヘイズが上昇する。また、アシル基の総置換度が2.0以上の場合であっても、炭素数8以上のアシル基の置換度が高く、炭素数3から7のアシル基の置換度が1.2を下回る場合は、脆性が劣化し、所望の特性が得られない。
本実施形態に使用するセルロースエステル系樹脂のアシル置換度は、総置換度(T)が2.0から3.0であり、炭素数が3から7のアシル基の置換度が1.2から3.0であれば問題ないが、炭素数が3から7以外のアシル基、即ち、アセチル基や炭素数が8以上のアシル基の置換度の総計が1.3以下とされることが好ましい。
又、セルロースエステル系樹脂のアシル基の総置換度(T)は、2.5から3.0の範囲であることが更に好ましい。
本実施形態において前記アシル基は、脂肪族アシル基であっても、芳香族アシル基であってもよい。脂肪族アシル基の場合は、直鎖であっても分岐していても良く、さらに置換基を有してもよい。本実施形態におけるアシル基の炭素数は、アシル基の置換基を包含するものである。
本実施形態に使用するセルロースエステル系樹脂が、芳香族アシル基を置換基として有する場合、芳香族環に置換する置換基Xの数は0個から5個であることが好ましい。この場合も、置換基を含めた炭素数が3から7であるアシル基の置換度が1.2から3.0となるように留意が必要である。例えば、ベンゾイル基は炭素数が7になる為、炭素を含む置換基を有する場合は、ベンゾイル基としての炭素数は8以上となり、炭素数が3から7のアシル基には含まれないこととなる。
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。
上記のようなセルロースエステル系樹脂においては、炭素数3から7の脂肪族アシル基の少なくとも1種を有する構造を有することが、本実施形態に使用するセルロース系樹脂に用いる構造として用いられる。
本実施形態に使用するセルロースエステル系樹脂の置換度は、アシル基の総置換度(T)が2.0から3.0、炭素数が3から7のアシル基の置換度が1.2から3.0である。
又、炭素数が3から7のアシル基以外、即ちアセチル基と炭素数が8以上のアシル基の置換度の総和が1.3以下であることが好ましい構造である。
本実施形態に使用するセルロースエステル系樹脂としては、特に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、セルロースプロピオネート、セルロースブチレートから選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、即ち、炭素原子数3または4のアシル基を置換基として有するものが好ましい。
これらの中で特に好ましいセルロースエステル系樹脂は、セルロースアセテートプロピオネートやセルロースプロピオネートである。
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。
尚、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。
本実施形態に使用するセルロースエステル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は、特にアクリル系樹脂との相溶性、脆性の改善の観点から75000以上であり、75000から300000の範囲であることが好ましく、100000から240000の範囲内であることが更に好ましく、160000から240000のものが特に好ましい。セルロースエステル系樹脂の重要平均分子量(Mw)が75000を下回る場合は、耐熱性や脆性の改善効果が十分ではなくなる。本実施形態では2種以上のセルロース系樹脂を混合して用いることもできる。
本実施形態に使用するセルロースエステル系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から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。
本実施形態の光学フィルムの製造方法に係わる、ドープ中のアクリル系樹脂とセルロースエステル系樹脂の質量比は、セルロースエステル系樹脂の性能、耐湿性等を考慮し、95:5から30:70の質量比で、且つ相溶状態で含有されるが、好ましくは95:5から50:50であり、更に好ましくは90:10から60:40である。
アクリル系樹脂とセルロースエステル系樹脂の質量比が、95:5よりもアクリル系樹脂が多くなると、セルロースエステル系樹脂による効果が十分に得られず、同質量比が30:70よりもアクリル樹脂が少なくなると、耐湿性が不十分となる。
本実施形態の光学フィルムの製造方法に係わる、ドープ中のアクリル系樹脂とセルロースエステル系樹脂とが相溶状態で含有される必要がある。アクリル系樹脂とセルロースエステル系樹脂とを相溶させることで製造される光学フィルムとして必要とされる物性や品質を相互に補うことにより達成している。
アクリル系樹脂とセルロースエステル系樹脂とが相溶状態となっているかどうかは、例えばガラス転移温度Tgにより判断することが可能である。
例えば、両者の樹脂のガラス転移温度が異なる場合、両者の樹脂を混合したときは、各々の樹脂のガラス転移温度が存在するため混合物のガラス転移温度は2つ以上存在するが、両者の樹脂が相溶したときは、各々の樹脂固有のガラス転移温度が消失し、1つのガラス転移温度となって相溶した樹脂のガラス転移温度となる。
尚、ここでいうガラス転移温度とは、示差走査熱量測定器(Perkin Elmer社製DSC−7型)を用いて、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)とする。
アクリル系樹脂とセルロースエステル系樹脂は、それぞれ非結晶性樹脂であることが好ましく、何れか一方が結晶性高分子、あるいは部分的に結晶性を有する高分子であってもよいが、本実施形態においてアクリル系樹脂とセルロースエステル系樹脂が相溶することで、非結晶性樹脂となることが好ましい。
本実施形態に使用するアクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)やセルロースエステル系樹脂の重量平均分子量(Mw)や置換度は、両者の樹脂の溶媒に対して溶解性の差を用いて、分別した後に、それぞれ測定することにより得られる。樹脂を分別する際には、いずれか一方にのみ溶解する溶媒中に相溶された樹脂を添加することで、溶解する樹脂を抽出して分別することができ、このとき加熱操作や環流を行ってもよい。これらの溶媒の組み合わせを2工程以上組み合わせて、樹脂を分別してもよい。溶解した樹脂と、不溶物として残った樹脂を濾別し、抽出物を含む溶液については、溶媒を蒸発させて乾燥させる操作によって樹脂を分別することができる。これらの分別した樹脂は、高分子の一般の構造解析によって特定することが出来る。
本実施形態の光学フィルムの製造に係わるドープ中に、アクリル系樹脂やセルロースエステル系樹脂以外の樹脂を含有する場合も同様の方法で分別することができる。
又、相溶された樹脂の重量平均分子量(Mw)がそれぞれ異なる場合は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、高分子量物は早期に溶離され、低分子量物であるほど長い時間を経て溶離されるために、容易に分別可能であるとともに分子量を測定することも可能である。
又、相溶した樹脂をGPCによって分子量測定を行うと同時に、時間毎に溶離された樹脂溶液を分取して溶媒を留去し乾燥した樹脂を、構造解析を定量的に行うことで、異なる分子量の分画毎の樹脂組成を検出することで、相溶されている樹脂をそれぞれ特定することができる。事前に溶媒への溶解性の差で分取した樹脂を、各々GPCによって分子量分布を測定することで、相溶されていた樹脂をそれぞれ検出することも出来る。
又、本実施形態において、「アクリル系樹脂やセルロースエステル系樹脂を相溶状態で含有する」とは、各々の樹脂(ポリマー)を混合することで、結果として相溶された状態となることを意味しており、モノマー、ダイマー、あるいはオリゴマー等のアクリル系樹脂の前駆体をセルロースエステル樹脂に混合させた後に重合させることにより混合樹脂とされた状態は含まれないものとする。
例えば、モノマー、ダイマー、あるいはオリゴマー等のアクリル系樹脂の前駆体をセルロースエステル系樹脂に混合させた後に重合されることにより混合樹脂を得る工程は、重合反応が複雑であり、この方法で作成した樹脂は、反応の制御が困難であり、分子量の調整も困難となる。また、このような方法で樹脂を合成した場合は、グラフト重合、架橋反応や環化反応が生じることが多く、溶媒に溶解しいケースや、加熱により溶融できなくなることが多く、混合樹脂中におけるアクリル系樹脂を溶離して重量平均分子量(Mw)を測定することも困難である為、物性をコントロールすることが難しく光学フィルムを安定に製造する樹脂として用いることは出来ない。
ドープ中の光学フィルム形成用の樹脂の濃度は、濃度が高い方が金属支持体に流延した後の乾燥負荷、濾過時の負荷の増加、濾過精度の低下等を考慮し、10質量%から35質量%が好ましく、更に好ましくは、15質量%から25質量%である。
ドープの含水率は、添加剤の相溶性を上げて均一な分布、ドープ粘度の上昇抑制等を考慮し、0.4質量%以下であることが好ましい。更に好ましくは、0.4質量%から0.1質量%である。
含水率は、旧三菱化学社製 水分測定装置カールフィッシャー水分計 微量水分測定装置CA−100型で測定した値を示す。
(添加剤)
本実施形態に使用する添加剤は、炭素数6から18のアルキル脂肪酸及び塩、若しくはアルキル脂肪酸エステルから選択される添加剤が好ましく、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有していることが必要である。
水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有していない場合は、無端支持体への膜の接着力が強く剥離が困難になるあるいは剥離時に高い電圧の剥離放電を発生したり、剥離以降のフィルムのロール搬送や巻き取りで帯電しやすく、ゴミ、異物の付着による品質故障を招きやすいため好ましくない。
本実施形態では、水素結合可能な官能基とは、電気的に陰性な窒素原子や酸素原子、リン、硫黄、ハロゲン等を含み、共有結合した水素原子と、静電的な引力によって5kJ/molから30kJ/mol程度の結合を持つことのできる官能基と定義する。
具体的な水素結合可能な官能基としては、例えばヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、カルボニル基(−C(=O)−)、アシル基(R−C(=O)−)、アセチル基(CH−(=O)−)、スルホ基(−SOH)等が挙げられる。
本実施形態では、イオン性基とは、水中に入れたときに陽イオン部位と陰イオン部位とに分かれる置換基と定義する。
具体的なイオン性基としては、例えば脂肪酸塩(RCOO)、硫酸塩(ROSO )、スルホン酸塩(RSO )、アンモニウム塩(RN(CH)等が挙げられる。
これらの特性を有する添加剤としては、炭素数が5から20の炭素鎖、例えばアルキル基またはアルキレン基と連結基、例えばエーテル基、エステル基、アミド基、スルホン基、四級アミノ基、糖残基等極性を持つ基を併せ持つ、分子量150から1000の化合物である。分子量が低すぎると瞬時に揮発するためフィルム表面に析出しにくくなる。分子量が高すぎると分子のモビリティが低下しこれもまたフィルム表面に析出し難くなる。ここで分子量とは、ポリアルキレンオキシド鎖(ポリエチレングリコール鎖、ポリプロピレングリコール鎖等)を有している場合は、その平均付加モル数の化合物による分子量を意味するものとする。
この様な添加剤としては、高級アルコール、脂肪酸、脂肪酸アルキルエステル、ジオールの脂肪酸ジエステル、脂肪酸アミド、脂肪酸塩、脂肪酸ジエタノールアミド、α−スルホ脂肪酸エステル塩、アルキレンビス脂肪酸アミド、糖−脂肪酸エステル、(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル、(ポリ)アルキレングリコール脂肪酸エステル、(ポリ)オキシアルキレンアルキルエーテル、(ポリ)オキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、N−アルキルピロリジノン、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、(ポリ)オキシアルキレンアルキルエーテル硫酸塩、(ポリ)オキシアルキレンアルキルエーテルカルボン酸塩、脂肪酸アミド(ポリ)アルキレンオキサイド付加体、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウムクロリド、アルキルピリジニウムクロリド、アルキルカルボキシベタインを挙げることが出来る。
好ましい添加剤の具体的化合物としては、ステアリルアルコール、ステアリン酸アミド、ラウリン酸、ラウリン酸メチル、ミリスチン酸ミリスチル、1,4−ブタンジオールジラウレート、エチレン・ビスステアリン酸アマイド、ソルビタントリステアレート、ペンタエリスリトールモノオレエート、グリセロールモノステアレート、ヘキサグリセリントリステアレート、オレイン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールジオクチルエーテル、ポリプロピレングリコールラウリルエーテル、セチルピリジニウムクロリド等が挙げられる。
非イオン性活性剤の機能をもつ高級アルコール、脂肪酸、脂肪酸アミド、脂肪酸塩、脂肪酸ジエタノールアミド、アルキレンビス脂肪酸アミド、糖−脂肪酸エステル、(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル、(ポリ)アルキレングリコール脂肪酸エステル、(ポリ)オキシアルキレンアルキルエーテル、(ポリ)オキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、N−アルキルピロリジノン等については、HLB(Hydrophile−Lipophile Balance)値が6以上であることが好ましい。
又、添加剤は高分子でもよく、例えば、N−ビニル−2−ピロリドンをモノマーとして含有して重合した高分子化合物があり、これはアクリレートモノマーとのコポリマー又はブロックポリマーであることが好ましい。本実施形態に係るアクリレートモノマーとしては、(メタ)アクリル酸エステル類、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、クロルエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、メトキシベンジル(メタ)アクリレート、フルフリル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。又、特に好ましいものとしては、メチル(メタ)アクリレートモノマーを挙げることが出来る。
N−ビニル−2−ピロリドンをモノマーとして含有して重合した高分子化合物の具体例としては、ポリビニルピロリドン、ビニルピロリドン・酢酸ビニル共重合体、ビニルピロリドン・メチル(メタ)アクリレート共重合体、ビニルピロリドン・エチル(メタ)アクリレート共重合体、ビニルピロリドン・ブチル(メタ)アクリレート共重合体、ビニルピロリドン・2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート共重合体、ビニルピロリドン・スチレン共重合体等を挙げることができる。好ましくは、ビニルピロリドン・メチル(メタ)アクリレート共重合体、ビニルピロリドン・エチル(メタ)アクリレート共重合体、ビニルピロリドン・ブチル(メタ)アクリレート共重合体、ビニルピロリドン・2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート共重合体等であり、特に好ましくはビニルピロリドン・メチル(メタ)アクリレート共重合体である。
本実施形態における水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有する添加剤の添加量は、好ましくは、光学フィルムを構成する樹脂の総質量に対して、0.1〜5質量%程度であり、好ましくは、0.5〜3質量%程度である。
本実施形態に使用することができるその他の可塑剤としては特に限定されないが、好ましくは、多価カルボン酸エステル系可塑剤、グリコレート系可塑剤、フタル酸エステル系可塑剤、脂肪酸エステル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤及びアクリル系可塑剤等から選択される。そのうち、可塑剤を2種以上用いる場合は、少なくとも1種は有機酸と3価以上のアルコールが縮合した構造を有する分子量350から1500の多価アルコールエステル系可塑剤であることが好ましい。
添加剤は、通常の取扱においてブリードアウトし難いことが好ましい。
(有機溶媒)
本実施形態の光学フィルムの製造方法に係わるドープを形成するのに有用な有機溶媒は、アクリル樹脂、セルロースエステル樹脂、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質量%から40質量%の炭素原子数1から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、又、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、セルロースエステル樹脂の溶解を促進する役割もある。
炭素原子数1から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。
〈アクリル粒子〉
本実施形態の光学フィルムの製造に係わるドープには、アクリル粒子を含有することが好ましい。アクリル粒子とは、アクリル樹脂及びセルロースエステル樹脂を相溶状態で含有する光学フィルム中に粒子の状態(非相溶状態ともいう)で存在するアクリル成分を表す。
本実施形態に用いられるアクリル粒子は特に限定されるものではないが、国際公開第2009−047924号に記載のアクリル粒子であることが好ましい。又、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W−341(C2))、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)、クラレ社製(パラペットSA)、綜研化学(株)製(ケミスノーMR−2G(C3)、MS−300X(C4))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。
本実施形態においてアクリル系樹脂に、アクリル粒子を配合する方法には、特に制限はなく、アクリル系樹脂とその他の任意成分を予めブレンドした後、通常200℃から350℃において、アクリル粒子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、アクリル粒子を予め分散した溶液を、アクリル系樹脂、及びセルロースエステル系樹脂を溶解したドープに添加して混合する方法や、アクリル粒子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出来る。アクリル粒子の添加量としては、光学フィルムを構成する樹脂の総質量に対して、0.5質量%から30質量%を含有することが好ましく、1.0質量%から15質量%の範囲で含有することが更に好ましい。
本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
本発明の一局面は、
アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、添加剤と含むドープをダイスより無端支持体の上にドープ膜を流延し流延膜を形成し、前記流延膜に乾燥風を供給し前記流延膜が、前記無端支持体より剥離出来るまで乾燥させて剥離する流延工程と、少なくとも延伸工程と、乾燥工程と、巻き取り工程とを有する、光学フィルムの製造方法において、
前記添加剤が水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有し、
前記乾燥風の露点を前記流延膜の表面温度より1℃以上低くすることを特徴とする、光学フィルムの製造方法である。
このような構成により、アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有した添加剤を使用した溶液流延法で光学フィルムを製造してもヘイズの上昇を抑え、透明性の高い光学フィルムの製造方法を提供することが出来る。
さらに、前記光学フィルムの製造方法において、前記流延膜の残留溶媒量が、100質量%以下になるまで、該流延膜に前記乾燥風を供給することが好ましい。こうすることにより、ダイスから無端支持体上にドープが流延されてから、流延膜中の溶媒が蒸発してある程度膜が固まり、添加剤分子の内部拡散速度が低下することで、露点の高い雰囲下でも乾燥風中の水分と膜中の添加剤分子とが相互作用してヘイズが上昇しない様にできると考えられる。
また、前記光学フィルムの製造方法において、前記アクリル系樹脂と、前記セルロースエステル系樹脂との質量比が95:5から30:70であることが好ましい。これにより、アクリル系樹脂とセルロースエステル系樹脂のそれぞれの特性を活かした光学フィルムを確実に得ることができる。
さらに、前記光学フィルムの製造方法において、前記ドープの含水率が0.4質量%以下であることが好ましい。これにより、添加剤の相溶性を上げて均一な分布を達成し、ドープ粘度の上昇抑制にもつながる。
以下、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。
実施例1
(ドープの調製)
重量平均分子量(Mw)480000(ダイヤナールBR88(三菱レイヨン(株)製)のアクリル樹脂と、セルロースエステル樹脂(アセチル基置換度+プロピオニル基置換度=2.45、数平均分子量(Mn)60000、重量平均分子量(Mw)180000、Mw/Mn=3.00)のセルロースアセテートプロピオネートと、下記に示す様な水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有する添加剤(剥離助剤、添加剤No.aからc)を使用し、下記のドープ組成の材料を、密閉容器に投入し、加熱し、撹拌しながら、完全に溶解し、濾過した。濾過は、フィルタープレスによる濾過の後、金属焼結フィルター(捕捉粒子径=10ミクロン)を通過させドープを調製し表1に示す様にNo.1−1から1−3とした。又、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有する添加剤を使用しない他はドープNo.1−1と同じ方法でドープを調製し表1に示す様にNo.1−4とした。
ドープの含水率は0.35%であった。添加剤の添加量は、2質量%とした。ドープの含水量は、旧三菱化学社製 水分測定装置カールフィッシャー水分計 微量水分測定装置CA−100型を使用し、ドープを2mlとり、測定した値を示す。
ドープの含水率は、使用するアクリル樹脂と、セルロースエステル樹脂、添加剤を乾燥器によって乾燥させることで調整した。
(組成)
ダイヤナールBR88 85質量部
セルロースアセテートプロピオネート 15質量部
(アセチル基置換度+プロピオニル基置換度=2.45、数平均分子量(Mn)=60000、重量平均分子量(Mw)=180000、Mw/Mn=3.00)
メチレンクロライド 300質量部
エタノール 40質量部
各種添加剤(添加剤No.aからc) 2質量部
(添加剤)
a:ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム
b:セチルピリジニウムクロリド
c:ラウリン酸
Figure 0005929917
(光学フィルムの製造)
図1(a)に示す製造工程で、以下に示す条件で準備した各ドープNo.1−1から1−4を用いて、ダイスからドープ膜を搬送速度120m/minで搬送する幅1000mmの無端ベルト状支持体上に膜厚300μmで均一に流延し流延膜を形成し、表2に示す様に流延膜の表面温度に対して露点を変えた乾燥風を流延膜に供給(吹き付け)し、流延膜の残留溶媒量が50質量%になるまで溶媒を蒸発させ、流延膜巾の1m巾当たりの換算値として剥離張力100N/m巾で無端ベルト支持体上から流延膜を剥離し未延伸フィルムを得た。剥離した未延伸フィルムを40℃で溶媒を蒸発させ、両端部をスリットし、その後、テンターで幅方向に1.7倍に延伸しながら、150℃の乾燥温度で乾燥させた。テンターで延伸後、120℃の乾燥ゾーンを多数のロールで移送させながら乾燥を終了させ、延伸フィルムの両端部10mmに高さ5μmのナーリングを設けた後、回収部で巻軸に巻取り速度110m/minで、フィルム巾1m巾当たりの換算値として、初期張力220N/m、終張力110N/mで内径11インチの巻軸に巻き取り、幅2500mm、厚さ20μmの光学フィルムを4000m作製しNo.101から116とした。
尚、乾燥風の露点は流延膜の表面温度に対してマイナスの温度を示す。流延膜の表面温度は、無端ベルト支持体上の高さ方向は、無端ベルト支持体の表面から約30mm離した位置、幅手方向は無端ベルト支持体の中央と、中央から両端部方向にそれぞれ500mmの計3点、長手方向はドープ膜が無端ベルト支持体に接触した位置から2m間隔での位置の各点の温度の平均温度とした。表面温度は、株式会社堀場製作所社製の、非接触温度センサIT−230で測定した平均値を示す。
流延膜の残留溶媒量が50質量%になった以降の乾燥風の露点は、流延膜温度より約5℃高い値とした。又、その風の供給は流延膜を剥離する迄とした。
残留溶媒量が50質量%であることは次の方法により確認した値を示す。予め製造条件と同じ条件のドープを使用し流延膜の確認したい箇所の膜を剥がし、流延膜を密閉容器に入れて風袋ごと質量を測定、その後、流延膜を120℃で2時間加熱乾燥させた後、再度質量を測定し、下式より求め残留溶媒量(質量%)が50質量%以下になる位置を決めて行った。残留溶媒量(質量%)=100×(流延膜の加熱処理前質量−流延膜の加熱処理後質量)/(流延膜の加熱処理後質量)
乾燥風の露点は、Lumasense社製 INNOVA光音響ガスモニタ1312型で測定した値を示す。
評価
作製した各試料No.101から116に付き、ヘイズを以下に示す方法で測定し、以下に示す評価ランクに従って評価した結果を表2に示す。
ヘイズの測定方法
巻き芯から1000m、2000m、3000mの位置から幅手3点(中央と端部エッジから30mm内側)を切り出して、フィルム試料1枚をJIS K−7136に従って、ヘイズメーター(NDH2000型、日本電色工業(株)製)を使用して測定した。
Figure 0005929917
*1:流延膜の表面温度に対して低い温度を示す。
*2:0.4以下なら良好、0.2以下なら非常に良好、0.8以上は、製品としては使用不可。
アクリル樹脂と、セルロースエステル樹脂とを質量比85:15で、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有す各種添加剤を使用したドープを無端ベルト支持体上に流延した流延膜を、流延膜の表面温度より1℃以上低くした露点の乾燥風で流延膜中の溶媒を除去した後、無端ベルトし自体から剥離し、乾燥・延伸・乾燥することで作製した試料No.102から104、107から108、110から112はヘイズが優れた性能を示すことが認められた。又、無端ベルト支持体からの剥離性もよく、面品質も優れた結果となった。
アクリル樹脂と、セルロースエステル樹脂とを質量比85:15で、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有す各種添加剤を使用したドープを無端ベルト支持体上に流延した流延膜を、流延膜の表面温度と同じ露点の乾燥風で流延膜中の溶媒を除去した後、無端ベルトし自体から剥離し、乾燥・延伸・乾燥することで作製した試料No.101、105、109は、無端ベルト支持体からの剥離性、面品質も優れた結果となったが、ヘイズが、試料No.102から104、107から108、110から112に比べ何れも劣る結果となった。
アクリル樹脂と、セルロースエステル樹脂とを質量比質量比85:15で、水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有する種添加剤を使用しないで作製したドープを無端ベルト支持体上に流延した流延膜を、流延膜の表面温度より1℃以上低い露点の乾燥風で流延膜中の溶媒を除去した後、無端ベルト支持体から剥離し、乾燥・延伸・乾燥することで作製した試料No.113から116はヘイズは試料No.102から104、107から109、111から113と同じであったが、無端ベルト支持体からの剥離性が悪く、剥離時にフィルムがばたつき、その振動でフィルムTD方向に線状の模様が断続的に発生し、面品質が劣る結果となった。
尚、図1(b)に示す、無端支持体として無端ドラム支持体を使用した流延装置を使用し同じ試料を作製し、同じ評価を行った結果、同じ結果が得られた。
実施例2
実施例1で作製した試料No.102を作製する時、表3に示す様に流延膜の残留溶媒量になるまで流延膜に乾燥風を供給した他は全て同じ条件で光学フィルを作製し試料No.201から203とした。残留溶媒量は実施例1と同じ方法で測定した値を示す。
尚、流延膜が各残留溶媒量に達する位置は、ドープ膜が無端ベルト状支持体に接触した流延点から剥離点までの無端ベルト状支持体の長さの前半50%の区間とした。又、各残留溶媒量になった後の乾燥風の露点は流延膜温度の約+5℃とした。
評価
作製した各試料No.201から203に付き、ヘイズを実施例1と同じ方法で測定し、実施例1と同じ評価ランクに従って評価した結果を表3に示す。
Figure 0005929917
流延膜の残留溶媒量が100質量%以下になるまで乾燥風を流延膜に供給して作製した試料No.202、203は、ヘイズが優れた結果を示すことが確認された。
流延膜の残留溶媒量が120質量%になるまで乾燥風を流延膜に供給して作製した試料No.201は、実用上問題とはならないがヘイズが試料No.202、203に比べ劣る結果を示すことが確認された。
実施例3
実施例1で作製した試料No.102を作製する時、表4に示す様にアクリル樹脂とセルロースエステル樹脂の質量比を変え、残留溶媒量が100質量%になるまで流延膜の表面温度より1℃低い露点の乾燥風を流延膜に供給した他は、全て同じ条件で光学フィルを作製し試料No.301から305とした。
評価
作製した各試料No.301から305に付き、ヘイズを実施例1と同じ方法で測定し、実施例1と同じ評価ランクに従って評価した結果を表4に示す。
Figure 0005929917
アクリル樹脂とセルロースエステル樹脂の質量比を95:5から30:70として作製した試料No.302から304は、ヘイズが優れた結果を示すことが確認された。
アクリル樹脂とセルロースエステル樹脂の質量比を98:2として作製した試料No.301は、実用上問題とはならないがヘイズは試料No.302から304に比べ劣る結果を示すことが確認された。
アクリル樹脂とセルロースエステル樹脂の質量比を20:80として作製した試料No.305は、実用上問題とはならないがヘイズは試料No.302から304に比べ劣る結果を示すことが確認された。
実施例4
実施例1で作製した試料No.102を作製する時、表5に示す様にドープの含水率を変えた他は、全て同じ条件で光学フィルを作製し試料No.401から404とした。
尚、ドープの含水率は、使用するアクリル樹脂と、セルロースエステル樹脂、添加剤を乾燥器によって乾燥させることで調整した。含水率の測定は実施例1と同じ方法で行った。
評価
作製した各試料No.401から404に付き、ヘイズを実施例1と同じ方法で測定し、実施例1と同じ評価ランクに従って評価した結果を表5に示す。
Figure 0005929917
ドープの含水率を0.4質量%以下として作製した試料No.402から404は、ヘイズが優れた結果を示すことが確認された。
ドープの含水率を0.5質量%として作製した試料No.401は、実用上問題とはならないがヘイズが試料No.402から403に比べ劣る結果を示すことが確認された。
この出願は、2011年9月12日に出願された日本国特許出願特願2011−198047を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
本発明を表現するために、前述において図面等を参照しながら実施形態を通して本発明を適切かつ十分に説明したが、当業者であれば前述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易になし得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
本発明は、光学フィルムの製造方法に関する技術分野において、広範な産業上の利用可能性を有する。

Claims (5)

  1. アクリル系樹脂と、セルロースエステル系樹脂と、添加剤と含むドープをダイスより無端支持体の上にドープ膜を流延し流延膜を形成し、前記流延膜に乾燥風を供給し前記流延膜が、前記無端支持体より剥離出来るまで乾燥させて剥離する流延工程と、少なくとも延伸工程と、乾燥工程と、巻き取り工程とを有する、光学フィルムの製造方法において、
    前記添加剤が水素結合可能な官能基若しくはイオン性基を有し、
    前記乾燥風の露点を前記流延膜の表面温度より1℃から40℃低くすることを特徴とする、光学フィルムの製造方法。
  2. 前記乾燥風の露点が10℃から49℃であることを特徴とする、請求項1に記載の光学フィルムの製造方法。
  3. 前記流延膜の残留溶媒量が100質量%以下になるまで、該流延膜に前記乾燥風を供給することを特徴とする、請求項1又は2に記載の光学フィルムの製造方法。
  4. 前記アクリル系樹脂と、前記セルロースエステル系樹脂との質量比が95:5から30:70であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学フィルムの製造方法。
  5. 前記ドープの含水率が0.4質量%以下であることを特徴とする、請求項1からのいずれか1項に記載の光学フィルムの製造方法。
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