JP7281334B2

JP7281334B2 - フィルム製造方法及びフィルム製造装置

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Publication number: JP7281334B2
Application number: JP2019083312A
Authority: JP
Inventors: 耕太中谷; 雄三佐藤
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: JP2020179339A

Description

本発明は、フィルム製造方法及びフィルム製造装置に関する。

樹脂を有機溶媒に溶解した塗工液を基材上に塗工し、塗工により形成される塗膜を乾燥することによって樹脂フィルムを製造する方法が知られている。このような方法でフィルムを製造する場合、塗工の不均一さに起因するフィルムの厚みムラが問題となり得る。

塗工液の有機溶媒として高沸点溶媒を使用することで塗工液の表面張力等によって塗工から乾燥までの間に塗膜の厚みムラが低減されることが知られている。しかしながら、塗膜の厚みが大きい場合、溶媒を完全に蒸発させるためには高沸点溶媒を用いることができない。例として、厚みが８０μｍのフィルムを製造する場合、塗膜の厚みは４００μｍ以上となる。

下記特許文献１には、塗料の塗布位置に対して相対的に支持体（ベースフィルム）を移動させながら、この支持体の一方の面に前記塗料を塗布する工程と、この塗布後に前記塗料の塗布面を少なくとも気体の吹きつけにより平滑化する工程とを有する塗膜形成方法が記載されている。特許文献１では、塗布直後の塗料を気体の流体圧により流動させ、塗布面に発生したスジ状の面荒れ等をならして塗布面の平滑化を促進することができるとされている。

特開平１０－２６３４５３号公報

上記特許文献１に記載の方法により塗膜を平滑化すると、厚みムラは低減できるが、フィルムの表面に微細な高さの風紋が形成される。特に厚みが大きいフィルムを形成する場合には、微細な風紋が発生しやすくなるため、人の目で見た場合に外観不良として認識される。このような外観不良をもたらす風紋は、得られたフィルムを光学フィルムとして用いる場合には欠陥となり得る。

本発明は、厚みムラ及び外観不良を低減できるフィルム製造方法及びフィルム製造装置を提供することを課題とする。

（１）本発明の一態様に係るフィルム製造方法は、長手方向に連続搬送される帯状の基材に塗工液を塗工する工程と、前記塗工により形成される塗膜へのノズルからの気体の吹き付けにより前記塗膜を平滑化する工程と、前記塗膜を乾燥する工程と、を備え、前記基材の表面位置における前記気体の風速の前記基材に垂直な方向の成分である衝突風速の最大値が７ｍ／ｍｉｎ以上１２ｍ／ｍｉｎ以下であり、前記衝突風速が最大となる位置から下流側で前記衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離が、前記衝突風速が最大となる位置から上流側で前記衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離の１．１倍以上である。

（２）（１）のフィルム製造方法において、前記気体の吹き付け方向と前記基材の搬送方向との相対角度が３０°以上６０°以下であってもよい。

（３）（１）又は（２）のフィルム製造方法において、前記気体が吹き付けられるときの前記塗膜の平均温度が１０℃以上４０℃以下であってもよい。

（４）（１）～（３）のフィルム製造方法において、前記塗膜の平均厚みが４００μｍ以上１０００μｍ以下であってもよい。

（５）（１）～（４）のフィルム製造方法において、前記塗工液が樹脂と有機溶媒とを含み、前記気体が前記有機溶媒の気化ガスを含んでもよい。

（６）本発明の一態様に係るフィルム製造装置は、帯状の基材を長手方向に連続搬送する搬送装置と、前記搬送装置により搬送されている前記基材に塗工液を塗工する塗工装置と、前記塗工装置により形成された塗膜への気体の吹き付けにより前記塗膜を平滑化する平滑化装置と、を備え、前記平滑化装置は、前記基材の表面位置における前記気体の風速の前記基材に垂直な方向の成分である衝突風速の最大値が７ｍ／ｍｉｎ以上１２ｍ／ｍｉｎ以下、かつ前記衝突風速が最大となる位置から下流側で前記衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離が前記衝突風速が最大となる位置から上流側で前記衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離の１．１倍以上となるよう前記気体を噴射する。

本発明によれば、厚みムラ及び外観不良を低減できるフィルム製造方法及びフィルム製造装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るフィルム製造装置の構成を示す模式図である。試作例における衝突風速の分布を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフィルム製造装置の構成を示す模式図である。

フィルム製造装置は、帯状の基材Ｂを長手方向に連続搬送する搬送装置１と、搬送装置１により搬送されている基材Ｂに塗工液Ｐを塗工する塗工装置２と、塗工装置２により形成された塗膜Ｆへの気体Ｇの吹き付けにより塗膜Ｆを平滑化する平滑化装置３と、平滑化装置３により平滑化した塗膜Ｆを乾燥する乾燥装置４とを備える。乾燥装置４により乾燥した塗膜Ｆを基材Ｂから剥離することで、製品フィルムが得られる。

搬送装置１は、図示するように、無端ループ状の基材Ｂが２つのローラ１１間にかけ渡されて循環搬送されるベルトコンベア状の装置構成とすることができる。また、搬送装置１は、長尺帯状の基材を複数の搬送ローラにより連続搬送する構成とすることもできる。この場合、搬送装置１は、リールに巻き取られた基材Ｂを巻き解いて搬送し、塗膜Ｆを乾燥して形成される製品フィルムを剥離した後の基材Ｂを別のリールに巻き取るよう構成されてもよい。

塗工装置２は、塗工液Ｐを基材Ｂの表面に一様に塗布する。具体的には、塗工装置２は、例えばダイコータ、ナイフコータ、バーコータ、グラビアコータ等を挙げることができる。

特に限定されないが、図示する例では、塗工装置２は、不図示のタンクから供給される塗工液Ｐを、基材Ｂの幅全体に吐出するダイ２１を有する構成とされている。

塗工装置２で基材Ｂに塗布される塗工液Ｐは、製造する製品フィルムの主成分となる樹脂と、この樹脂を溶解する有機溶媒とを含むものを用いることができる。

塗工液Ｐに含まれる樹脂としては、特に限定されないが、例えば得られるフィルムを光学用途に用いる場合等には、透明性が高いアクリル樹脂、ポリカーボネート等が好適に用いられる。

塗工液Ｐに含まれる有機溶媒としては、例えばジクロロメタン、メチルエチルケトン等の低沸点溶媒が好ましい。このような低沸点溶媒を使用することによって、比較的厚みが大きい製品フィルムを製造する場合にも、製品フィルムに残留しないよう有機溶媒を完全に揮発させることが比較的容易となる。

比較的厚みが大きいフィルムを形成するためには、塗工液Ｐの粘度を高くする必要がある。塗工液Ｐの粘度が高くなると、塗膜Ｆに厚みムラ及び外観不良が生じやすいので平滑化装置３により厚みムラ及び外観不良を抑制する効果が顕著となる。

塗工装置２により形成される塗膜Ｆの平均厚み（平滑化装置３により平滑化する時点での平均厚み）の下限としては、４００μｍが好ましく、６００μｍがより好ましい。一方、塗工装置２により形成される塗膜Ｆの平均厚みの上限としては、１０００μｍが好ましく、８００μｍがより好ましい。塗工装置２により形成される塗膜Ｆの平均厚みが前記下限以上である場合、塗膜Ｆに厚みムラ及び外観不良が生じやすいので平滑化装置３により厚みムラ及び外観不良を抑制する効果が顕著となる。また、塗工装置２により形成される塗膜Ｆの平均厚みが前記上限以下である場合、平滑化装置３によって厚みムラ及び外観不良を十分に抑制することができる。

塗工装置２により形成される塗膜Ｆの平滑化装置３により気体Ｇが吹き付けられる領域（後述する吹付領域）における平均温度の下限としては、１０℃が好ましく、１５℃がより好ましい。一方、塗工装置２により形成される塗膜Ｆの平均温度の上限としては、４０℃が好ましく、３０℃がより好ましい。塗工装置２により形成される塗膜Ｆの平均温度を前記下限以上とすることによって、冷却が不要となるため、塗工装置２の設備コスト及びランニングコストの増大を抑制できる。また、塗工装置２により形成される塗膜Ｆの平均温度を前記上限以下とすることによって、塗工後に平滑化装置３で平滑化する前に塗膜Ｆ中の有機溶媒が蒸発して平滑化を阻害することを防止できると考えられる。

平滑化装置３は、塗工装置２により形成された塗膜Ｆに気体Ｇを吹き付けることによって、塗膜Ｆの厚みムラを低減する。塗膜Ｆの厚みムラは、塗膜Ｆの厚みが大きい部分又は小さい部分が基材Ｂの搬送方向に筋状に延びるものが形成されやすい。また、塗工液の粘度が大きい場合には、塗膜Ｆの厚みムラは、塗膜Ｆの厚みが大きい部分又は小さい部分が基材Ｂを幅方向（搬送方向印垂直な方向）に横断するよう形成されることも少なくない。

平滑化装置３は、塗膜Ｆに吹き付ける気体Ｇを噴射するノズル３１を有する。ノズル３１から噴射される気体Ｇは、気化した有機溶媒を含むことが好ましい。具体的には、平滑化装置３は、空気と有機溶媒とを混合した気体Ｇをノズル３１から噴射して塗膜Ｆに吹き付けるよう構成することができる。塗膜Ｆに吹き付ける気体Ｇが有機溶媒を含むことによって、平滑化装置３による気体Ｇの吹き付けが終了する前に塗膜Ｆの乾燥が進行して粘度が増大することにより塗膜Ｆの厚みの均一化及び表面の平滑化が阻害されることを抑制できる。このため、平滑化装置３は、有機溶媒を貯留するタンク、有機溶媒を気化させる装置、空気に有機溶媒を導入するエジェクタ等を有してもよい。また、平滑化装置３は、塗工装置２が形成した塗膜から蒸発した有機溶媒を含む空気を吸引してノズル３１に供給するようにしてもよい。これにより、有機溶媒の消費量を抑制することができる。

ノズル３１は、基材Ｂの搬送方向に垂直かつ基材Ｂの表面に平行な方向（基材Ｂの幅方向と平行）に延びるスリット状の吹出口を有し、吹出口の直前の流路が吹出口に向かってテーパ状に縮幅（流路の吹出口の短手方向の寸法が吹出口に向かって減少）する。

基材Ｂの表面位置における気体Ｇの風速の基材Ｂに垂直な方向の成分である衝突風速の最大値の下限としては、７ｍ／ｓが好ましく、８ｍ／ｓがより好ましい。一方、衝突風速の最大値の上限としては、１２ｍ／ｓが好ましく、１０ｍ／ｓがより好ましい。衝突風速の最大値を前記下限以上とすることによって、塗膜Ｆの厚みを十分に均一化することができる。また、衝突風速の最大値を前記上限以下とすることによって、塗膜Ｆの表面に風紋が形成されることを抑制できる。なお、衝突風速は、基材Ｂがない状態で、基材Ｂが搬送される位置に配置した風速計により測定される値とする。

衝突風速が最大となる位置の基材Ｂの搬送方向前後１０ｍｍにおける衝突風速の最大値からの平均変化率（最大風速の変化量を前後距離１０ｍｍで除した値の平均値、以下、ピーク前後の平均変化率という）の下限としては、０．０２ｍ／（ｓ・ｍｍ）が好ましく、０．０５ｍ／（ｓ・ｍｍ）がより好ましい。一方、ピーク前後の平均変化率の上限としては、０．２５ｍ／（ｓ・ｍｍ）が好ましく、０．２０ｍ／（ｓ・ｍｍ）がより好ましい。ピーク前後の平均変化率を前記下限以上とすることによって、衝突風速の最大値を十分な大きさとしつつ、気体Ｇが衝突する範囲が大きくなり過ぎることを防止できる。また、ピーク前後の平均変化率を前記上限以下とすることによって、基材Ｂの搬送方向前後の風力差によって生じる塗膜Ｆの前後移動を抑制することにより、塗膜Ｆの表面に風紋が形成されることを抑制できる。

気体Ｇの吹き付け方向と基材フィルムＢの搬送方向との相対角度の下限としては、３０°が好ましく、４０°がより好ましい。一方、気体Ｇの吹き付け方向と基材フィルムＢの搬送方向との相対角度の上限としては、６０°が好ましく、５０°がより好ましい。気体Ｇの吹き付け方向と基材フィルムＢの搬送方向との相対角度を前記下限以上とすることによって、十分な衝突風速を確保して塗膜Ｆの厚みを均一化することができると共に、気体Ｇの基材フィルムＢに平行な成分が小さくなるので塗膜Ｆの表面に風紋が形成されにくくなる。また、気体Ｇの吹き付け方向と基材フィルムＢの搬送方向との相対角度を前記上限以下とすることによって、基材フィルムＢの搬送方向下流側の衝突風速の減少率を小さくすることができるので、塗膜Ｆの表面に風紋が残りにくくなる。

ノズル３１から基材フィルムＢに吹き付けた後に基材フィルムＢの搬送方向上流側に向かう気体の流量のノズル３１から基材フィルムＢに吹き付ける気体全体の流量に対する割合（以下、逆流割合）の下限としては、０．０７が好ましく、０．１２がより好ましい。一方、前記逆流割合の上限としては、０．５０が好ましく、０．２５がより好ましく、０．１８がさらに好ましい。前記逆流割合を前記下限以上とすることによって、必要な衝突風速を確保することができる。また、前記逆流割合を前記上限以下とすることによって、上流側での塗膜Ｆの乾燥を抑制でき、これにより塗膜の厚みの均一化及び表面の平滑化を効率よく行うことができる。なお、前記逆流割合は、気体の吹き付け方向と基材フィルムＢの搬送方向との相対角度θを用いて、（１－ｃｏｓθ）／２として算出することができる。

実質的に気体Ｇが吹き付けられている吹付領域として、衝突風速が１ｍ／ｍｉｎ以上である領域の基材Ｂの搬送方向長さ（以下、吹付領域長さ）の下限としては、１０ｍｍが好ましく、５０ｍｍがより好ましく、８０ｍｍがさらに好ましい。一方、前記吹付領域長さの上限としては、１０ｍｍが好ましく、５０ｍｍがより好ましい。前記吹付領域長さを前記下限以上とすることによって、局所的に大きな衝突風速で気体Ｇが衝突して塗膜に波紋を形成することを抑制できる。また、前記吹付領域長さを前記上限以下とすることによって、気体Ｇが分散して厚みを均一化することができなくなることや、エネルギ消費が不必要に増大することを防止できる。

衝突風速が最大となる位置から下流側で衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離の、衝突風速が最大となる位置から上流側で衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離に対する比（以下、２０％距離比）の下限としては、１．１が好ましく、１．２がより好ましい。一方、前記２０％距離比の上限としては、２．５が好ましく、２．０がより好ましい。前記２０％距離比を前記下限以上とすることによって、衝突風速が大きく、塗膜Ｆの厚みが均一化される領域の下流側において衝突風速が徐減するので、衝突風速が大きいときに形成され得る塗膜Ｆ表面の波を落ち着かせて波紋が残ることを抑制できる。また、前記２０％距離比を前記上限以下とすることによって、衝突風速の最大値が不十分となることや風量が過度に大きくなることを避けられる。

乾燥装置４は、塗膜Ｆを乾燥することによって樹脂フィルムとする装置である。塗膜Ｆを乾燥する方法としては、温風、輻射熱等により塗膜Ｆ中の有機溶媒の気化を促進する方法とすることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の一態様に係るフィルム製造装置は、帯状の基材フィルムＢを長手方向に連続搬送する搬送装置１と、搬送装置１により搬送されている基材フィルムＢに塗工液Ｐを塗工する塗工装置２と、塗工装置２により形成された塗膜Ｆへの気体Ｇの吹き付けにより塗膜Ｆを平滑化する平滑化装置３と、を備え、平滑化装置３は、基材フィルムＢの表面位置における気体Ｇの風速の基材フィルムＢに垂直な方向の成分である衝突風速の最大値が７ｍ／ｍｉｎ以上１２ｍ／ｍｉｎ以下、かつ衝突風速が最大となる位置から下流側で衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離が衝突風速が最大となる位置から上流側で衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離の１．１倍以上となるよう気体Ｇを噴射する。この構成によれば、衝突風速の最大値が範囲内であることによって、比較的厚みが大きい塗膜Ｆの厚みムラを低減できるとともに、衝突風速が最大となる位置から下流側で衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離が相対的に大きいことによって厚みムラを除去した後に徐々に衝突風速が低下することで風紋の形成が抑制されるので、得られる製品フィルムの外観不良を低減できる。

また、本実施形態のフィルム製造装置は、本発明の一実施形態のフィルム製造方法を実施する装置である。つまり、本発明の一実施形態のフィルム製造方法は、長手方向に連続搬送される帯状の基材フィルムＢに塗工液Ｐを塗工する工程（塗工工程）と、塗工により形成される塗膜Ｆへのノズル３１からの気体Ｇの吹き付けにより塗膜Ｆを平滑化する工程（平滑化工程）と、塗膜Ｆを乾燥する工程（乾燥工程）と、を備え、基材フィルムＢの表面位置における気体Ｇの風速の基材フィルムＢに垂直な方向の成分である衝突風速の最大値が７ｍ／ｍｉｎ以上１２ｍ／ｍｉｎ以下であり、衝突風速が最大となる位置から下流側で衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離が、衝突風速が最大となる位置から上流側で衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離の１．１倍以上である。この構成によれば、衝突風速の最大値が範囲内であることによって、比較的厚みが大きい塗膜Ｆの厚みムラを低減できるとともに、衝突風速が最大となる位置から下流側で衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離が相対的に大きいことによって塗膜Ｆの厚みムラを除去した後に徐々に衝突風速が低下することで風紋の形成が抑制されるので、得られる製品フィルムの外観不良を低減できる。

本発明の一実施形態のフィルム製造方法において、気体Ｇの吹き付け方向と基材フィルムＢの搬送方向との相対角度が３０°以上６０°以下であることが好ましい。このような角度で気体Ｇを吹き付けることによって、基材フィルムＢの搬送方向下流側の衝突風速の変化率を小さくすることができるので、風紋の形成をさらに確実に抑制することができる。

本発明の一実施形態のフィルム製造方法において、気体Ｇが吹き付けられるときの塗膜Ｆの平均温度が１０℃以上４０℃以下であることが好ましい。これによって、塗膜Ｆの乾燥が抑制されるので、厚みムラ及び外観不良をより確実に低減することができる。

本発明の一実施形態のフィルム製造方法において、塗膜Ｆの平均厚みが４００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。このように、塗膜の厚みが大きい場合に、厚みムラ及び外観不良を抑制する効果が特に顕著になる。

本発明の一実施形態のフィルム製造方法において、塗工液が樹脂と有機溶媒とを含み、気体Ｇが有機溶媒の気化ガスを含んでもよい。このように、塗工液に含まれる有機溶媒を含む気体Ｇを塗膜に吹き付けることによって、塗膜の乾燥を抑制して厚みムラ及び外観不良をさらに確実に抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。

本発明に係るフィルム製造装置において、乾燥装置は必須ではなく、塗膜を自然乾燥してもよい。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）又はポリイミド（ＰＩ）を有機溶媒に溶解して粘度を１００Ｐに調整した塗工液を、２．０ｍ／ｍｉｎの速度で搬送される基材にダイコータにより塗工してから、平滑化装置において基材搬送方向の衝突風速の分布を異ならせて塗膜に気体（空気と塗工液に用いた有機溶媒を気化したガスとの混合体）を吹き付けて平滑化したものを乾燥することによってフィルムを試作し、得られたフィルムの厚み及び外観を評価した。

厚みは、山文電気社製の厚み計測装置「ＴＯＦ－５Ｒ０１」を用いて測定し、平均値との最大偏差（最大値又は最小値と平均値との差）が平均値の２％以下であったものを「良」、最大偏差が２％超であったものを「不良」とした。外観は、光源を用いた反射及び投影による目視において、風紋が視認されなかったものを「良」とし、風紋が視認されたものを「不良」とした。

塗膜に衝突する気体の風速分布は、基材がない状態で、日本カノマックス社の風速計「アネモマスター６１６２」を用いて、基材を搬送する面上の各位置での基材に垂直な方向の風速（衝突風速）として測定した。

図２に、測定した衝突風速の分布を示し、次の表１に、使用した樹脂の種類、衝突風速の最大値及び２０％距離比と、厚みムラ及び外観の良否の評価結果とを示す。

この結果から、衝突風速の最大値が一定の大きさであり、かつ衝突風速の２０％距離比が一定以上の大きさである場合には、得られるフィルムの厚みムラが小さく、風紋による外観異常が生じないことが確認できた。

１搬送装置
２塗工装置
３平滑化装置
４乾燥装置
１１搬送ローラ
２１ダイ
３１ノズル
Ｂ基材
Ｆ塗膜
Ｇ気体
Ｐ塗工液

Claims

長手方向に連続搬送される帯状の基材に塗工液を塗工する工程と、
前記塗工により形成される塗膜へのノズルからの気体の吹き付けにより前記塗膜を平滑化する工程と、
前記塗膜を乾燥する工程と、
を備え、
前記基材の表面位置における前記気体の風速の前記基材に垂直な方向の成分である衝突風速の最大値が７ｍ／ｓｅｃ以上１２ｍ／ｓｅｃ以下であり、
前記衝突風速が最大となる位置から下流側で前記衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離が、前記衝突風速が最大となる位置から上流側で前記衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離の１．１倍以上である気体を吹き付けるフィルム製造方法。
前記気体の吹き付け方向と前記基材の搬送方向との相対角度が３０°以上６０°以下である請求項１に記載のフィルム製造方法。
前記気体が吹き付けられるときの前記塗膜の平均温度が１０℃以上４０℃以下である請求項１又は２に記載のフィルム製造方法。
前記塗膜の平均厚みが４００μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１から３のいずれかに記載のフィルム製造方法。
前記塗工液が樹脂と有機溶媒とを含み、
前記気体が前記有機溶媒の気化ガスを含む請求項１から４のいずれかに記載のフィルム製造方法。
帯状の基材を長手方向に連続搬送する搬送装置と、
前記搬送装置により搬送されている前記基材に塗工液を塗工する塗工装置と、
前記塗工装置により形成された塗膜への気体の吹き付けにより前記塗膜を平滑化する平滑化装置と、
を備え、
前記平滑化装置は、前記基材の表面位置における前記気体の風速の前記基材に垂直な方向の成分である衝突風速の最大値が７ｍ／ｓｅｃ以上１２ｍ／ｓｅｃ以下、かつ前記衝突風速が最大となる位置から下流側で前記衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離が前記衝突風速が最大となる位置から上流側で前記衝突風速が最大値の０．２倍となる位置までの距離の１．１倍以上である気体を吹き付けるフィルム製造装置。