JP7428705B2 - フィルム製造用ドープおよびフィルム - Google Patents
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Description
また、特許文献3には、熱可塑性アクリル系樹脂、グラフト共重合体、及び溶剤を含む溶液流延法によるフィルム製造用ドープが提案されている。
特許文献3のような溶液流延法においては、使用するドープの状態が得られるフィルムの物性や性状に影響すると考えられることから、ドープのヘイズ値をある程度低く抑えるなどによって、例えば光学用途に適した透明性に優れたフィルムを得ることができると考えられる。しかし、特許文献3の溶液流延法によるフィルム製膜時に、アクリル系グラフト共重合体が凝集する、または乳化剤によりベルトが汚れるといった問題を有していた。
[1](メタ)アクリル樹脂(A)と、ポリビニルアセタール樹脂(B)と、塩素系有機溶剤を含有する有機溶剤(C)とを含むフィルム製造用のドープ。
[2]前記ドープ100質量%に対して、前記有機溶剤(C)の含有量が30~97質量%である上記[1]に記載のドープ。
[3]前記有機溶剤(C)における、塩素系有機溶剤(S)と塩素系有機溶剤以外の他の有機溶剤(T)の質量比[S/T]が50/50~99/1である、上記[1]または[2]に記載のドープ。
[4]前記(メタ)アクリル樹脂(A)と前記ポリビニルアセタール樹脂(B)との質量比[(A)/(B)]が、98/2~50/50である上記[1]~[3]のいずれかに記載のドープ。
[5]前記(メタ)アクリル樹脂(A)中のメタクリル酸メチル構造単位の含有量が、50質量%以上である上記[1]~[4]のいずれかに記載のドープ。
[6]前記ポリビニルアセタール樹脂(B)は、ポリビニルアルコール樹脂を炭素数3以下のアルデヒドと任意で炭素数4以上のアルデヒドとでアセタール化して得られる樹脂で
あり、かつ総アセタール化度が50~90モル%である上記[1]~[5]のいずれかに記載のドープ。
[7]溶液流延法によるアクリル系樹脂フィルムの製造方法あって、上記[1]~[6]のいずれかに記載のドープを支持体表面に流延した後、溶剤を蒸発させる工程を有する、フィルムの製造方法。
[8]上記[1]~[6]のいずれかに記載のドープから形成されてなり、JIS 7136:2000に準拠して測定したヘイズ値が2%以下であるアクリル系樹脂フィルム。
[9]厚みが10~500μmである上記[8]に記載のアクリル系樹脂フィルム。
[10]光学用フィルムである上記[8]または[9]に記載のアクリル系樹脂フィルム。
[11]前記光学用フィルムが偏光子保護フィルムである上記[10]に記載のアクリル系樹脂フィルム。
[12]上記[11]に記載のアクリル系樹脂フィルムと偏光子とが積層された偏光板。
[13]上記[12]に記載の偏光板を含む、ディスプレイ装置。
本発明のドープは、(メタ)アクリル樹脂(A)と、ポリビニルアセタール樹脂(B)と、塩素系有機溶剤を含有する有機溶剤(C)とを含むフィルム製造用のドープである。
本発明者らは、ポリビニルアセタール樹脂とアクリル樹脂とを溶液流延法により製膜する場合、得られるフィルムを光学フィルムなどに使用すべく、低いヘイズ値を発現するためには、ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化率、各々の樹脂組成比、及び共溶媒の選定を最適化することにより、ドープの適切なヘイズ範囲を規定することができることを見出した。
上記ドープを1cm厚のセルに封入し、JIS 7136:2000に準拠して測定したヘイズ値は98%以下であることが好ましく、80%以下であることがより好ましく、70%以下であることがさらに好ましく、50%以下であることがよりさらに好ましく、20%以下であることがよりさらに好ましく、2%以下であることが特に好ましい。前記ヘイズ値が98%以下であると、たとえば、得られるフィルムの白化を抑制することができ、透明性の高いフィルムが得られやすくなる。
ヘイズ値は、実施例に記載の方法により測定することができる。
本発明で用いられる(メタ)アクリル樹脂(A)としては、例えばメタクリル酸メチルに由来する構造単位(メタクリル酸メチル構造単位)から主としてなるものを挙げることができる。(メタ)アクリル樹脂(A)におけるメタクリル酸メチル構造単位の含有量は、耐熱性の観点から、50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、95質量%以上であることが特に好ましく、全ての構造単位がメタクリル酸メチル構造単位であってもよい。
上記MwおよびMw/Mnは、(メタ)アクリル樹脂(A)の重合方法や、製造時に使用する重合開始剤や連鎖移動剤の種類や量、重合温度を調整したり、分子量の異なる(メタ)アクリル樹脂(A)を混合すること等によって調整することができる。本明細書において、MwおよびMnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定したクロマトグラムを標準ポリスチレンの分子量に換算した値である。本発明におけるMwおよびMw/Mnは、実施例に記載の方法で測定することができる。
(メタ)アクリル樹脂(A)は、分子量の異なる2種以上の(メタ)アクリル樹脂(A)を組み合わせて用いてもよい。
本発明におけるガラス転移温度は、実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明で用いるポリビニルアセタール樹脂(B)は、ビニルアルコール単位(式(I))、ビニルエステル単位(式(II))およびビニルアセタール単位(2個のビニルアルコール単位がアルデヒドでアセタール化されたもの:式(III))を有する樹脂である。下記の式において、lはビニルアルコール単位のモル比であり、mはビニルエステル単位のモル比であり、k/2はビニルアセタール単位のモル比であり、kはアルデヒドでアセタール化されたビニルアルコール単位のモル比であり、Raはアセタール化に用いたアルデヒド(Ra-CHO)中のRaである。Rbはビニルエステル(RbCOOCH=CH2)中のRbである。ただし、lおよび/またはmはゼロであってもよい。ビニルアルコール単位、ビニルエステル単位およびビニルアセタール単位のみからなるポリビニルアセタール樹脂(B)においては、k+l+m=1である。各単位は、配列順序によって特に制限されず、ランダムに配列されていてもよいし、ブロック状に配列されていてもよいし、テーパー状に配列されていてもよい。また、繰り返し単位間の結合は、Head-to-Tailであってもよいし、Head-to-Headであってもよい。
けん化反応時に使用可能な溶媒としては、メタノール、酢酸メチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶媒の中でもメタノールが好ましい。使用される溶媒は含水率を調整されたものが好ましい。溶媒の含水率は、好ましくは0.001~1質量%であり、より好ましくは0.003~0.9質量%であり、さらに好ましくは0.005~0.8質量%である。
洗浄液の使用量は、後述するアルカリ金属またはアルカリ土類金属の含有量を満足するように設定するのが好ましく、通常、PVA100質量部に対して、300~10,000質量部であることが好ましく、500~5,000質量部であることがより好ましい。洗浄温度としては、5~80℃が好ましく、20~70℃がより好ましい。洗浄時間としては20分間~100時間が好ましく、1~50時間がより好ましい。
上記アルカリ金属またはアルカリ土類金属の含有量は、原子吸光法で求めることができる。
例えば、ポリビニルアルコール樹脂をブチルアルデヒド、アセトアルデヒドおよびホルムアルデヒドでアセタール化して得られたポリビニルアセタール樹脂において、ブチルアルデヒドでアセタール化されたビニルアルコール単位のモル割合をk(BA)、アセトアルデヒドでアセタール化されたビニルアルコール単位のモル割合をk(AA)、ホルムアルデヒドでアセタール化されたビニルアルコール単位のモル割合をk(FA)、アセタール化されていないビニルアルコール単位のモル割合をl、および酢酸ビニル単位のモル割合をmであるとしたとき、ブチラール化度(モル%)は、式:k(BA)/{k(BA)+k(AA)+k(FA)+l+m}×100 で求められる。アセトアセタール化度(モル%)は、式:k(AA)/{k(BA)+k(AA)+k(FA)+l+m}×100 で求められる。ホルマール化度(モル%)は、式:k(FA)/{k(BA)+k(AA)+k(FA)+l+m}×100 で求められる。
精製方法は特に制限されず、脱液と洗浄を繰り返すなどの方法が通常用いられる。脱液と洗浄は、2回以上行うことが好ましい。精製に用いられる液としては、水や、水とアルコール(メタノール、エタノールなど)との混合液などが挙げられる。中でも、ポリビニルアセタール樹脂を中和した後に、水とアルコール(メタノール、エタノールなど)との混合液で、pHが好ましくは5~9、より好ましくは6~9、さらに好ましくは6~8になるまで、脱液と洗浄を繰り返す方法が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を効率よく低減でき、ポリビニルアセタール樹脂を安定に製造することができる点で好ましい。水/アルコールの混合比率は、質量比で50/50~95/5であることが好ましく、60/40~90/10であることがより好ましい。水の割合が少なすぎると、ポリビニルアセタール樹脂の混合液中への溶出が多くなる傾向がある。水の割合が多すぎると、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の除去効率が低下する傾向がある。
溶液流延法において、フィルム中のフィッシュアイ欠点、ゲル状欠点を抑えるためには、ドープ中の沈殿物、溶け残りを抑えることが有効な手段のひとつであると考えられる。しかしながら、(メタ)アクリル樹脂(A)とポリビニルアセタール樹脂(B)との溶剤溶解性は異なるため、有機溶剤(C)の種類によっては(メタ)アクリル樹脂(A)および/またはポリビニルアセタール樹脂(B)が十分溶解していないなどの原因で、沈殿物、溶け残りなどが生じたりするおそれがある。
ドープ中のポリビニルアセタール樹脂を含む相の光散乱法で測定される平均粒子径は、均一分散性やフィルム時の透明性の観点から、1.0μm以下が好ましく、0.7μm以下がさらに好ましく、0.5μm以下が特に好ましい。一方、前記平均粒子径の下限値は、好ましくは0.05μm、より好ましくは0.10μm、さらに好ましくは0.15μmである。
なお、ドープ中におけるポリビニルアセタール樹脂を含む相の平均粒子径は、例えば、レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置(株式会社堀場製作所製、装置名「LA-950V2」)を用いて25℃で分析することができる。
溶液流延法は、支持体上にドープ膜を形成し、ドープ膜中の溶剤を蒸発させてフィルムを得る方法であるため、溶剤の種類やドープそのものの性状によっては、支持体上での加熱時間を長くしたり、支持体の温度(加熱温度)を高くしたりする必要が生じる場合がある。しかしながら、加熱時間を長くしたり、加熱温度を高くすることは、樹脂の劣化を引き起こし、フィッシュアイ欠点やゲル状欠点につながるおそれがある。
ドープの調整は、室温(1~30℃)で行ってもよく、冷却しながら又は加温しながらでもよく、さらにはこれらの組み合わせで実施されてもよい。なお沸点以上で溶解する場合は、加圧状態で加温する。加圧は窒素ガスなどの不活性気体を圧入する方法や、加熱による溶剤の蒸気圧の上昇によって行ってもよい。加熱は外部から行うことが好ましく、例えば、ジャケットタイプのものは温度コントロールが容易で好ましい。
本発明のフィルムの製造方法は、溶液流延法によるアクリル系樹脂フィルムの製造方法あって、上記ドープを支持体表面に流延した後、溶剤を蒸発させる工程を有することを特徴とする。
流延方法としては、例えば、Tダイ法、ドクターブレード法、バーコーター法、ロールコーター法、リップコーター法等が用いられ、工業的には、ダイからドープをベルト状またはドラム状の支持体に連続的に押し出す方法が一般的に用いられている。
上記支持体としては、例えば、ガラス基板、金属基板、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック基板などが挙げられる。高度に表面性、光学特性に優れた基板を工業的に連続製膜するには、支持体として表面を鏡面仕上げした金属基板が好ましく用いられる。
本発明のアクリル系樹脂フィルムは、上記の未延伸および延伸後のものを含む。
本発明のアクリル系樹脂フィルムは、前述したドープを用いて溶液流延法(溶液キャスト法)によって形成され、JIS K7136:2000に準拠して測定したヘイズ値が2%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましく、0.7%以下がさらに好ましく、0.4%以下がよりさらに好ましい。アクリル系樹脂フィルムのヘイズ値が2%以下であることで光学用途に適する。
その他、本発明のアクリル系樹脂フィルムは、各種ディスプレイの前面フィルム、拡散フィルム、ガラス飛散防止フィルム、液晶ASFフィルム、透明導電フィルム、遮熱フィルム、各種バリアーフィルム等の光学関係の基材フィルムなどに好適である。
測定対象樹脂4mgをテトラヒドロフラン(THF)5mLに溶解させ、孔径0.1μmのフィルタでろ過したものを、試料溶液とした。GPC装置として、示差屈折率検出器(RI検出器)を備えた東ソー(株)製「HLC-8320」を使用した。カラムとして、東ソー(株)製の「TSKgel Super Multipore HZM-M」2本と「Super HZ4000」とを直列に繋いだものを用いた。溶離剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用いた。カラムオーブンの温度を40℃に設定し、溶離液流量0.35mL/分で、試料溶液20μLを装置内に注入して、クロマトグラムを測定した。クロマトグラムは、試料溶液と参照溶液との屈折率差に由来する電気信号値(強度Y)をリテンションタイムXに対してプロットしたチャートである。
分子量が400~5000000の範囲の標準ポリスチレン10点を用いてGPC測定し、リテンションタイムと分子量との関係を示す検量線を作成した。この検量線に基づいて、測定対象樹脂のMwおよびMw/Mnを決定した。なお、クロマトグラムのベースラインは、GPCチャートの高分子量側のピークの傾きが保持時間の早い方から見てゼロからプラスに変化する点と、低分子量側のピークの傾きが保持時間の早い方から見てマイナスからゼロに変化する点を結んだ線とした。クロマトグラムが複数のピークを示す場合は、最も高分子量側のピークの傾きがゼロからプラスに変化する点と、最も低分子量側のピークの傾きがマイナスからゼロに変化する点を結んだ線をベースラインとした。
JIS K7121:2012に準拠して、ガラス転移温度を測定した。示差走査熱量測定装置((株)島津製作所製「DSC-50」)を用い、いったん試料を230℃まで昇温して30℃以下まで冷却した後、再度、30℃から230℃まで10℃/分の昇温速度で昇温させる条件にてDSC曲線を測定した。得られたDSC曲線から求められる中間点ガラス転移温度をガラス転移温度とした。
ポリビニルアセタール樹脂(B)の組成は、13C-NMRを測定することで、炭素数4以上のアルデヒドでアセタール化されたビニルアルコール単位の全繰返し単位に対するモル%、炭素数3以下のアルデヒドでアセタール化されたビニルアルコール単位の全繰返し単位に対するモル%、アセタール化されていないビニルアルコール単位の全繰返し単位に対するモル%、そして酢酸ビニル単位の全繰返し単位に対するモル%を算出した。
ポリビニルアセタール樹脂(B)を、白金るつぼ及びホットプレートで炭化し、次いで電気炉で炭化し、残渣を酸に溶解して、原子吸光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、型番:Z-2000)を用いて測定した。
得られたフィルムから0.1mm×0.1mmの試料片を切り出し、ウルトラミクロトーム(RICA社製Reichert ULTRACUT-S)を用いて超薄切片を作製した後、四酸化ルテニウムで染色、その切片を透過型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製 H-800NA)を用いて観察した。観察像中にある粒子50点の粒径を評価し、これらの平均値から平均粒子径は算出した。
ドープの原料を、23℃、大気圧下、の条件下で、24時間撹拌した後、当該ドープを1cm厚のセルに封入し、JIS K7136:2000に準拠して、ヘイズメータ((株)村上色彩研究所製、HM-150)を用いて測定した。
得られたフィルムから50mm×50mmの試験片を切り出し、JIS K7136:2000に準拠し、ヘイズメータ(村上色彩研究所製、HM-150)を用いて測定した。
メタクリル酸メチル99質量部およびアクリル酸メチル1質量部に、重合開始剤(2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル)、水素引抜能:1%、1時間半減期温度:83℃)0.1質量部および連鎖移動剤(n-オクチルメルカプタン)0.24質量部を加え、溶解させて原料液を得た。
イオン交換水100質量部、硫酸ナトリウム0.03質量部および懸濁分散剤0.45質量部を混ぜ合わせて混合液を得た。耐圧重合槽に、当該混合液420質量部と上記原料液210質量部とを仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら、温度を70℃にして重合反応を開始させた。重合反応開始後、3時間経過時に、温度を90℃に上げ、撹拌を引き続き1時間行って、ビーズ状共重合体が分散した液を得た。なお、重合槽壁面あるいは撹拌翼にポリマーが若干付着したが、泡立ちもなく、円滑に重合反応が進んだ。
得られた共重合体分散液を適量のイオン交換水で洗浄し、バケット式遠心分離機により、ビーズ状共重合体を取り出し、80℃の熱風乾燥機で12時間乾燥し、ビーズ状の(メタ)アクリル樹脂(A)を得た。
得られた(メタ)アクリル樹脂(A)は、メタクリル酸メチル単量体単位の含有量が99質量%であり、アクリル酸メチル単量体単位の含有量が1質量%であり、重量平均分子量(Mw)が95,000、Mw/Mnが2.0、ガラス転移温度が120℃であった。
粘度平均重合度1000、けん化度99モル%のポリビニルアルコール樹脂の水溶液を調整し、ブチルアルデヒド/アセトアルデヒド=50/50モル比のアルデヒドと、酸触媒としての塩酸を添加し、撹拌することによってアセタール化反応を行った。当該反応の進行に伴って樹脂が析出した。公知の方法に従ってpH=6になるまでスラリーを洗浄し、次いでアルカリ性にした水性媒体中に懸濁させて撹拌し、次いでpH=7になるまで洗浄した。その後、揮発分が1.0%になるまで乾燥することによって、ブチルアセタール単位30モル%、アセトアセタール単位51モル%、ビニルアルコール単位18モル%、ビニルアセテート単位1モル%のポリビニルアセタール樹脂(B)を得た。アルカリ金属の含有量は40ppmであった。
(メタ)アクリル樹脂(A)のペレット3.15g、ポリビニルアセタール樹脂(B)のパウダー0.35gおよび有機溶剤(C)として塩化メチレン66.5gをスクリュー管に投入し、さらにスターラーを入れて室温(23℃)で24時間撹拌し、ドープ作製を行った。1時間毎に樹脂の溶解状態を目視観察し、溶解が確認できた時間を測定した。また、24時間撹拌後の溶液を用いて、ヘイズ測定を行った。溶解時間は1時間で、ヘイズ値は0.4%であった。
使用する有機溶剤(C)をクロロホルムに変更し、(メタ)アクリル樹脂(A)のペレット、ポリビニルアセタール樹脂(B)のパウダーおよびクロロホルムをそれぞれ表1に記載の含有量に変更したこと以外は、実施例1と同じ方法でドープ作製を行った。溶解時間は4時間で、ヘイズ値は0.5%であった。
使用する有機溶剤(C)を塩化メチレンとメタノールとの混合溶液に変更し、(メタ)アクリル樹脂(A)のペレット、ポリビニルアセタール樹脂(B)のパウダーおよび塩化メチレンとメタノールとの混合溶液をそれぞれ表1に記載の含有量に変更したこと以外は、実施例1と同じ方法でドープ作製を行った。溶解時間は1時間で、ヘイズ値は0.5%であった。
(メタ)アクリル樹脂(A)のペレット、およびポリビニルアセタール樹脂(B)のパウダーをそれぞれ表1に記載の含有量に変更したこと以外は、実施例1と同じ方法でドープ作製を行った。溶解時間は3時間で、ヘイズ値は1.0%であった。
使用する有機溶剤を塩化メチレンからトルエンに変更し、(メタ)アクリル樹脂(A)のペレット、ポリビニルアセタール樹脂(B)のパウダーおよびトルエンをそれぞれ表1に記載の含有量に変更したこと以外は、実施例1と同じ方法でドープ作製を行った。24時間では溶解せず残存樹脂が目視で観察できる状態であった。
使用する有機溶剤を塩化メチレンからアセトンに変更し、(メタ)アクリル樹脂(A)のペレット、ポリビニルアセタール樹脂(B)のパウダーおよびアセトンをそれぞれ表1に記載の含有量に変更したこと以外は、実施例1と同じ方法でドープ作製を行った。24時間では溶解せず残存樹脂が目視で観察できる状態であった。
Claims (8)
- (メタ)アクリル樹脂(A)と、ポリビニルアセタール樹脂(B)と、塩素系有機溶剤を含有する有機溶剤(C)とを含むフィルム製造用のドープであって、
前記ポリビニルアセタール樹脂(B)は、ポリビニルアルコール樹脂を炭素数3以下のアルデヒドと任意で炭素数4以上のアルデヒドとでアセタール化して得られる樹脂であり、かつ総アセタール化度が50~90モル%であり、
前記(メタ)アクリル樹脂(A)と前記ポリビニルアセタール樹脂(B)との質量比[(A)/(B)]が、98/2~50/50であり、
前記有機溶剤(C)における、塩素系有機溶剤(S)と塩素系有機溶剤以外の他の有機溶剤(T)の質量比[S/T]が50/50~99/1である、
フィルム製造用のドープ。 - 前記ドープ100質量%に対して、前記有機溶剤(C)の含有量が30~97質量%である請求項1に記載のドープ。
- 前記(メタ)アクリル樹脂(A)中のメタクリル酸メチル構造単位の含有量が、50質量%以上である請求項1または2に記載のドープ。
- 溶液流延法によるアクリル系樹脂フィルムの製造方法であって、請求項1~3のいずれか1項に記載のドープを支持体表面に流延した後、溶剤を蒸発させる工程を有する、フィルムの製造方法。
- JIS7136:2000に準拠して測定したヘイズ値が2%以下であるフィルムを製造する、請求項4に記載のフィルムの製造方法。
- 厚みが10~500μmのフィルムを製造する、請求項4に記載のフィルムの製造方法。
- 光学フィルム製造用である請求項1~3のいずれか1項に記載のドープ。
- 偏光子保護フィルム製造用である請求項1~3のいずれか1項に記載のドープ。
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