JP7496355B2 - ポリビニルアルコールフィルム、延伸フィルム、偏光フィルム、及びポリビニルアルコールフィルムの製造方法 - Google Patents

ポリビニルアルコールフィルム、延伸フィルム、偏光フィルム、及びポリビニルアルコールフィルムの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ポリビニルアルコールフィルム、延伸フィルム、偏光フィルム、及びポリビニルアルコールフィルムの製造方法に関する。
ポリビニルアルコールフィルム(以下、「ポリビニルアルコール」を「PVA」と略記することがある。)は、包装用フィルム、水溶性フィルム、農業用フィルム、離型フィルム、光学フィルム等広範な用途分野に使用されている。
PVAフィルムは、可塑剤を含まない状態では他のプラスチックフィルムに比べ剛直であり、衝撃強度等の機械的物性や、延伸などの二次加工時の工程通過性などが問題になることがある。それらの問題を防止するために、通常、PVAフィルムに可塑剤を添加して柔軟性を改善したものが用いられることが多い。特に偏光フィルムの原料としてPVAフィルムが用いられる場合には、延伸加工を施す際に高い延伸性を求められることから、可塑剤の添加により延伸加工性が改善されたものが用いられる。しかし、このような可塑剤を含有するPVAフィルムは、経時的に可塑剤が減少し、延伸加工性が低下するという問題がある。
この問題に対して、可塑剤の添加以外の手法によって良好な延伸加工性を付与する手法として、PVA繊維の場合には、紡糸原液にエチレン酢酸ビニル共重合体の乳化分散液を添加する手法が提案されている(特許文献1参照)。
特公昭47-42050号公報
一方、PVAフィルムの用途として、様々な延伸処理を施したPVAフィルムを利用するものがある。そのような用途では、PVAフィルムに高い延伸性が求められると共に、加工後の変形等の問題の原因となる残留応力を低減させるため、引張応力が低いことが重要となる。
しかしながら、上述のエチレン酢酸ビニル共重合体の乳化分散液を添加する手法では、PVAフィルムに高い延伸性を付与しつつ、その引張応力を低減させることが困難であり、PVAフィルムの延伸加工性は十分でない。また、PVAフィルムの引張応力は、PVAフィルムの変形速度が大きくなるほど大きくなる傾向にあるため、変形速度が大きくても引張応力の小さいPVAフィルムが求められている。
また、PVAフィルムを延伸加工して得られる偏光フィルムは、光学用途、主に液晶ディスプレイ用の偏光板やサングラスに用いられている。しかしながら、従来の偏光フィルムでは、近年の折り畳み式ディスプレイやデザイン性の高いサングラスなど、偏光フィルムに更なる変形を加える用途において、偏光フィルムが延伸方向に平行に裂けることなどが生じることが判ってきた。この問題は、偏光フィルムの変形速度が大きいほど、より顕著となる。そのため、変形速度が大きい条件下で変形されても裂けなどが生じない、成形性に優れた偏光フィルムが求められている。
ここで、発明者らは、PVAにゴム成分を添加することで、得られるPVAフィルムの延伸加工性や、延伸フィルム及び偏光フィルムの成形性が改善することを知見した。しかし、ゴム成分を添加した場合、製膜原液を金属ドラム等の基材表面に流延してPVAフィルムを製造する際、金属ドラム等の基材にゴム成分が付着するという新たな問題が発生する。金属ドラム等の基材へのゴム成分の付着量が増えると、汚れとなってPVAフィルムに付着することがある。そのため、金属ドラム等の基材に付着したゴム成分は、随時、洗浄等によって取り除く必要がある。しかし、ゴム成分として例えばイソプレンゴム等を用いた場合、水による洗浄等によって十分に除去することが難しい場合がある。このように、金属ドラム等の基材に付着したゴム成分(付着物)は、洗浄等によっても除去し難い場合があり、洗浄等の手間のため生産性が低下することがあり、好ましくない。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、延伸加工性及び生産性に優れるPVAフィルムであり、かつ成形性に優れた延伸フィルム及び偏光フィルムを得ることができるPVAフィルム、このようなPVAフィルムから製造された延伸フィルム及び偏光フィルム、並びにこのようなPVAフィルムの製造方法を提供することにある。
上記目的は、
[1]ポリビニルアルコール(A)、及び親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(B)を含むポリビニルアルコールフィルム;
[2]変性共役ジエン系重合体(B)の含有量がポリビニルアルコール(A)100質量部に対して10質量部以上80質量部以下である[1]のポリビニルアルコールフィルム;
[3]ポリビニルアルコール(A)の重合度が1,000以上10,000以下であり、けん化度が95モル%以上である[1]又は[2]のポリビニルアルコールフィルム;
[4]変性共役ジエン系重合体(B)の重量平均分子量が5,000以上80,000以下である[1]~[3]のいずれかのポリビニルアルコールフィルム;
[5]上記親水性基が、非イオン性極性基を含む繰り返し構造を有するグラフト鎖である[1]~[4]のいずれかのポリビニルアルコールフィルム;
[6][1]~[5]のいずれかのポリビニルアルコールフィルムから得られる延伸フィルム;
[7][1]~[5]のいずれかのポリビニルアルコールフィルム又は[6]の延伸フィルムから得られる偏光フィルム;
[8]ポリビニルアルコール(A)と、親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(B)を含む分散液とを混合した製膜原液を用いて製膜する工程を備えるポリビニルアルコールフィルムの製造方法;
[9]上記製膜原液における変性共役ジエン系重合体(B)の含有量がポリビニルアルコール(A)100質量部に対して10質量部以上80質量部以下である[8]のポリビニルアルコールフィルムの製造方法;
[10]上記親水性基が、非イオン性極性基を含む繰り返し構造を有するグラフト鎖である[8]又は[9]のポリビニルアルコールフィルムの製造方法;
を提供することにより達成される。
本発明によれば、延伸加工性及び生産性に優れるPVAフィルムであり、かつ成形性に優れた延伸フィルム及び偏光フィルムを得ることができるPVAフィルム、このようなPVAフィルムから製造された延伸フィルム及び偏光フィルム、並びにこのようなPVAフィルムの製造方法を提供することができる。
以下、本発明のPVAフィルム、その製造方法、延伸フィルム、及び偏光フィルムの実施形態について詳細に説明する。
<PVAフィルム>
本発明の一実施形態にかかるPVAフィルムは、PVA(A)、及び親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(B)を含む。当該PVAフィルムは、通常、延伸加工がされていないフィルム(無延伸フィルム)である。後に詳述するように、当該PVAフィルムを延伸加工することで、延伸フィルムが得られる。また、当該PVAフィルム又は当該延伸フィルムを染色加工等することで偏光フィルムが得られる。
当該PVAフィルムは、変性共役ジエン系重合体(B)を含有することで、延伸加工性に優れ、また、成形性に優れた延伸フィルムや偏光フィルムを得ることができる。さらに、当該PVAフィルムに含まれる変性共役ジエン系重合体(B)が親水性基を有することで、金属ドラム等の基材へ変性共役ジエン系重合体(B)が付着した場合も、この付着物を水等によって容易に除去することが可能となる。従って、当該PVAフィルムは、生産性にも優れる。
[PVA(A)]
PVA(ポリビニルアルコール)(A)は通常、当該PVAフィルムの主成分となる。PVA(A)は、ビニルアルコール単位(-CH-CH(OH)-)を主の構造単位として有する重合体である。なお、主の構造単位とは、全構造単位に占める割合が最も多い構造単位をいい、全構造単位に占める割合が50モル%以上であることが好ましい(以下、「主の構造単位」について同様である。)。PVA(A)は、ビニルアルコール単位の他、ビニルエステル単位やその他の単位を有していてもよい。
PVA(A)としては、ビニルエステルの1種又は2種以上を重合して得られるポリビニルエステルをけん化することにより得られるものを使用することができる。ビニルエステルとしては、酢酸ビニル、ギ酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサティック酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸イソプロペニル等が挙げられる。ビニルエステルの中でも、製造の容易性、入手の容易性、コスト等の点から、分子中にビニルオキシカルボニル基(HC=CH-O-CO-)を有する化合物が好ましく、酢酸ビニルがより好ましい。
ポリビニルエステルは、単量体として1種又は2種以上のビニルエステルのみを用いて得られたものが好ましく、単量体として1種のビニルエステルのみを用いて得られたポリビニルエステルがより好ましい。本発明の効果を大きく損なわない範囲内であれば、1種又は2種以上のビニルエステルと、これと共重合可能な他の単量体との共重合樹脂であってもよい。
共重合可能な他の単量体に由来する構造単位の割合の上限は、共重合樹脂を構成する全構造単位のモル数に基づいて、15モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、5モル%がさらに好ましく、1モル%がよりさらに好ましい。ポリビニルエステルをけん化して得られるPVA(A)中の全構造単位に占めるビニルアルコール単位の割合の下限は、85モル%が好ましく、90モル%がより好ましく、95モル%がさらに好ましく、99モル%がよりさらに好ましい。
ビニルエステルと共重合可能な他の単量体としては、例えばエチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等の炭素数2~30のα-オレフィン;(メタ)アクリル酸又はその塩;(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n-プロピル、(メタ)アクリル酸i-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸i-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルへキシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル等の(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリルアミド;N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミドプロパンスルホン酸又はその塩、(メタ)アクリルアミドプロピルジメチルアミン又はその塩、N-メチロール(メタ)アクリルアミド又はその誘導体等の(メタ)アクリルアミド誘導体;N-ビニルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド、N-ビニルピロリドン等のN-ビニルアミド;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、i-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、i-ブチルビニルエーテル、t-ブチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル等のビニルエーテル;(メタ)アクリロニトリル等のシアン化ビニル;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化ビニル;酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物;マレイン酸、又はその塩、エステル若しくは酸無水物;イタコン酸、又はその塩、エステル若しくは酸無水物;ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;不飽和スルホン酸又はその塩などを挙げることができる。
ポリビニルエステルは、上記単量体の1種又は2種以上に由来する構造単位を有することができる。
PVA(A)としては、好ましくはグラフト共重合がされていないものを使用することができる。但し、本発明の効果を大きく損なわない範囲内であれば、PVA(A)は1種又は2種以上のグラフト共重合可能な単量体によって変性されたものであってもよい。グラフト共重合は、ポリビニルエステル及びそれをけん化することにより得られるPVAのうちの少なくとも一方に対して行うことができる。グラフト共重合可能な単量体としては、例えば、不飽和カルボン酸又はその誘導体;不飽和スルホン酸又はその誘導体;炭素数2~30のα-オレフィンなどが挙げられる。ポリビニルエステル又はPVA(A)におけるグラフト共重合可能な単量体に由来する構造単位の割合は、ポリビニルエステル又はPVA(A)を構成する全構造単位のモル数に基づいて、5モル%以下であることが好ましい。
PVA(A)はそのヒドロキシ基の一部が架橋されていてもよいし、架橋されていなくてもよい。また、PVA(A)はそのヒドロキシ基の一部がアセトアルデヒド、ブチルアルデヒド等のアルデヒド化合物などと反応してアセタール構造を形成していてもよい。
PVA(A)の重合度の下限としては、1,000が好ましく、1,500がより好ましく、1,700がさらに好ましい。PVA(A)の重合度が上記下限以上であることにより、PVAフィルムや得られる延伸フィルム及び偏光フィルムの靭性等を向上させることができる。一方、この重合度の上限としては、10,000が好ましく、8,000がより好ましく、5,000がさらに好ましい。PVA(A)の重合度が上記上限以下であることにより、PVA(A)の製造コストの上昇や製膜時における不良発生を抑制することができる。なお、PVA(A)の重合度は、JIS K6726-1994の記載に準じて測定した平均重合度を意味する。
PVA(A)のけん化度の下限としては、例えば80モル%であってもよいが、95モル%が好ましく、98モル%がより好ましく、99モル%がさらに好ましい。けん化度を上記下限以上とすることで、本発明の効果がより十分に発揮される。水溶性フィルムの用途の場合には、比較的低いけん化度のPVAを用いてもよい。一方、このけん化度の上限は、100モル%であってよい。PVA(A)のけん化度とは、けん化によってビニルアルコール単位に変換され得る構造単位(典型的にはビニルエステル単位)とビニルアルコール単位との合計モル数に対するビニルアルコール単位のモル数の割合(モル%)をいう。けん化度は、JIS K6726-1994の記載に準じて測定することができる。
当該PVAフィルムにおけるPVA(A)の含有量の下限としては、60質量%が好ましく、65質量%がより好ましく、70質量%、75質量%、80質量%又は85質量%がさらに好ましい場合もある。PVA(A)の含有量を上記下限以上とすることで、PVA(A)の特性が十分に発揮され、また、得られる延伸フィルムや偏光フィルム等の透明性、平滑性等を高めることなどができる。一方、この含有量の上限としては、99質量%が好ましく、95質量%がより好ましく、90質量%がさらに好ましく、85質量%、80質量%、75質量%又は70質量%がよりさらに好ましい場合もある。PVA(A)の含有量を上記上限以下とすることで、延伸加工性や得られる延伸フィルム及び偏光フィルム等の成形性を高めることなどができる。
[変性共役ジエン系重合体(B)]
変性共役ジエン系重合体(B)は、親水性基を有する共役ジエン系重合体である。変性共役ジエン系重合体(B)は、親水性基を有する共役ジエン系ゴムであってよい。例えば、変性共役ジエン系重合体(B)は、未変性の共役ジエン系重合体(B’)(未変性の共役ジエン系ゴム)が変性され、親水性基が導入されたものである。
変性共役ジエン系重合体(B)は、重合体(通常、重合体の主鎖)を構成する単量体単位として、共役ジエン単位を含む。すなわち、変性共役ジエン系重合体(B)は、共役ジエンがモノマーとして用いられた重合体である。共役ジエンとしては、例えばブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチルブタジエン、2-フェニルブタジエン、1,3-ペンタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、1,3-オクタジエン、1,3-シクロヘキサジエン、2-メチル-1,3-オクタジエン、1,3,7-オクタトリエン、ミルセン、α―ファルネセン、β―ファルネセン、クロロプレン等を挙げることができる。これらの中でも、ブタジエン及びイソプレンが好ましく、イソプレンがより好ましい。なお、変性共役ジエン系重合体(B)の主鎖の好適な構造(単量体単位の構成等)は、後述する未変性の共役ジエン系重合体(B’)の構造であってよい。
変性共役ジエン系重合体(B)が有する親水性基は、例えば酸素原子及び窒素原子の少なくとも一方を含む基であってよく、ヒドロキシ基、カルボキシ基、エステル基(-COO-)、エーテル基(-O-)、アミド基、スルホ基、酸無水物基、又はこれらの1種又は2種以上を複数含む基等を挙げることができる。
親水性基としては、非イオン性極性基を含む繰り返し構造を有するグラフト鎖であることが好ましい。非イオン性極性基としては、ヒドロキシ基、エステル基、エーテル基、アミド基、酸無水物基等を挙げることができ、エーテル基が好ましい。グラフト鎖とは、その合成方法を特定するものではなく、主鎖に対して直接又は他の基を介して連結している鎖をいう。
非イオン性極性基を含む繰り返し構造としては、例えば
-(CR-CR-O)-で表されるポリアルキレングリコール構造、
-(CH-CRCOOR)-で表されるポリ(メタ)アクリル酸エステル構造
等を挙げることができ、ポリアルキレングリコール構造が好ましい。
上記R、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~6の1価の炭化水素基である。上記Rは、水素原子又はメチル基である。上記Rは、炭素数1~6の1価の炭化水素基である。Rで表される炭化水素基の水素原子の一部又は全部は、親水性基で置換されていてもよい。
上記R、R、R、R及びRで表される炭素数1~6の1価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ビニル基等のアルケニル基等の脂肪族炭化水素基、シクロヘキシル基等の脂環式基、フェニル基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。これらの中でも、脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましい。上記R、R、R及びRは、それぞれ水素原子又はメチル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。
ポリアルキレングリコール構造を有するグラフト鎖は、複数のエーテル基を有する親水性基である。ポリアルキレングリコール構造を有するグラフト鎖は、例えば下記式(A)で表すことができる。
-(CR-CR-O)-R ・・・(A)
式(A)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~6の1価の炭化水素基である。Rは、水素原子、炭素数1~6の1価の炭化水素基又は炭素数1~6のアシル基である。nは、3~600の整数である。
上記R、R、R及びRは、それぞれ水素原子又はメチル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。上記Rは、1価の炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましく、メチル基及びエチル基がさらに好ましく、メチル基がよりさらに好ましい。上記nの下限は、5が好ましく、7がより好ましい。上記nの上限は、200が好ましく、100がより好ましく、40がさらに好ましい。
ポリ(メタ)アクリル酸エステル構造を有するグラフト鎖は、例えば下記式(B)で表すことができる。
-(CH-CRCOOR-R ・・・(B)
式(B)中、Rは、水素原子又はメチル基である。Rは、炭素数1~6の1価の炭化水素基である。Rで表される炭化水素基の水素原子の一部又は全部は、親水性基で置換されていてもよい。Rは、水素原子又は1価の有機基である。mは、3~600の整数である。有機基とは、炭素原子を含む基であり、炭化水素基、アルコキシ基、アシル基、カルボキシ基又はこれらを組み合わせてなる基等を挙げることができる。
非イオン性極性基を含む繰り返し構造を有するグラフト鎖の中でも、ポリアルキレングリコール構造を有するグラフト鎖がより好ましい。
変性共役ジエン系重合体(B)一分子当たりの平均親水性基数は、1~30個が好ましく、1~25個がより好ましく、1~20個がより好ましい。上記範囲であると、PVAフィルムからの付着物の洗浄性、すなわち生産性がより向上する。
変性共役ジエン系重合体(B)一分子当たりの平均親水性基数は、変性共役ジエン系重合体(B)の親水性基の当量(g/親水性基-mol)とポリスチレン換算の数平均分子量Mnとから、下記式により求めることができる。
(一分子当たりの平均親水性基数)=[(数平均分子量Mn)/(スチレン単位の分子量)×(共役ジエン及び必要に応じて含まれる共役ジエン以外の他の単量体単位の平均分子量)]/(親水性基の当量)
なお、変性共役ジエン系重合体(B)の親水性基の当量は、親水性基1モル当たりのイソプレン、ブタジエン及び必要に応じて含まれる他の単量体の質量を意味する。親水性基の当量は、H-NMR又は13C-NMRを用いて親水性基由来のピークと重合体主鎖に由来するピークの面積比から算出することができる。
変性共役ジエン系重合体(B)において、親水性基が導入される位置については重合末端であってもよく、重合体鎖の側鎖であってもよいが、複数の親水性基を容易に導入できるという観点で、重合体鎖の側鎖であることが好ましい。また、親水性基は1種単独で含まれていてもよく2種以上含まれていてもよい。すなわち、変性共役ジエン系重合体(B)は、変性化合物1種により変性されたものであってもよく、また2種以上の変性化合物で変性されたものであってもよい。
変性共役ジエン系重合体(B)の38℃で測定した溶融粘度は、0.1~4,000Pa・sが好ましく、1~3,500Pa・sがより好ましく、1~3,000Pa・sがさらに好ましい。変性共役ジエン系重合体(B)の溶融粘度を上記範囲内とすることで、得られるPVAフィルムの延伸加工性や延伸フィルム及び偏光フィルムの成形性等が向上する。なお、変性の共役ジエン系重合体(B)の溶融粘度は、38℃においてブルックフィールド型粘度計により測定した値である。
変性共役ジエン系重合体(B)の重量平均分子量(Mw)は5,000以上80,000以下が好ましく、6,000以上50,000以下がより好ましく、7,000以上30,000以下がさらに好ましい。変性共役ジエン系重合体(B)のMwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の測定から求めたポリスチレン換算の重量平均分子量である。変性共役ジエン系重合体(B)のMwを上記範囲内とすることで、製造時の工程通過性に優れ、経済性が良好となる。また、PVAフィルムの延伸加工性や延伸フィルム及び偏光フィルムの成形性等が向上する。なお、Mwが異なる2種以上の変性共役ジエン系重合体(B)を組み合わせて用いてもよい。
変性共役ジエン系重合体(B)の分子量分布(Mw/Mn)は1.0~20.0が好ましく、1.0~15.0がより好ましく、1.0~10.0がさらに好ましい。Mw/Mnを上記範囲内とすることで、変性共役ジエン系重合体(B)の粘度のばらつきが小さくなり好ましい。なお、分子量分布(Mw/Mn)は、GPCの測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の比を意味する。
変性共役ジエン系重合体(B)のビニル含量は0モル%以上100モル%未満であり、好ましくは1モル%以上70モル%未満、より好ましくは3モル%以上50モル%未満である。「ビニル含量」とは、変性液状ジエン系重合体(B)に含まれる、共役ジエン単位の合計100モル%中、1,2-結合又は3,4-結合で結合をしている共役ジエン単位(1,4-結合以外で結合をしている共役ジエン単位)の合計モル%を意味する。ビニル含量は、H-NMRを用いて1,2-結合又は3,4-結合で結合をしている共役ジエン単位由来のピークと1,4-結合で結合をしている共役ジエン単位に由来するピークの面積比から算出することができる。変性共役ジエン系重合体(B)のビニル含量は、例えば、未変性の共役ジエン系重合体(B’)を製造する際に使用する溶媒の種類、必要に応じて使用される極性化合物、重合温度などを制御することにより所望の値とすることができる。
変性共役ジエン系重合体(B)のガラス転移温度(Tg)は、-150~50℃が好ましく、-130~50℃がより好ましく、-130~30℃がさらに好ましい。Tgを上記範囲内とすることで、PVAフィルムの延伸加工性や延伸フィルムの成形性等がより向上する。
変性共役ジエン系重合体(B)は、1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。
当該PVAフィルムにおける変性共役ジエン系重合体(B)の含有量の下限は、PVA(A)100質量部に対して、例えば5質量部であってよいが、10質量部が好ましく、15質量部がより好ましく、20質量部、25質量部、30質量部又は35質量部がさらに好ましい場合もある。変性共役ジエン系重合体(B)の含有量を上記下限以上とすることで、当該PVAフィルムの延伸加工性並びに延伸フィルム及び偏光フィルムの成形性等がより向上する。
当該PVAフィルムにおける変性共役ジエン系重合体(B)の含有量の上限は、PVA100質量部に対して、例えば100質量部であってよいが、80質量部が好ましく、60質量部がより好ましく、40質量部、30質量部又は20質量部がさらに好ましい場合もある。変性共役ジエン系重合体(B)の含有量を上記上限以下とすることで、当該PVAフィルムの延伸加工性等がより好適化される。また、変性共役ジエン系重合体(B)の含有量を上記上限以下とすることで、透明性やその他の光学性能、表面性状等を高めることができる。
(変性共役ジエン系重合体(B)の合成方法)
変性共役ジエン系重合体(B)の合成方法は特に限定されないが、例えば、未変性の共役ジエン系重合体(B’)を酸変性し、必要に応じて、さらに後述する化合物(X)を用いてグラフト化することなどにより得ることができる。
原料となる未変性の共役ジエン系重合体(B’)は、その重合体を構成する全単量体単位のうち、50質量%以上がブタジエン及び/又はイソプレンの単量体単位であることが好ましい一態様である。ブタジエン単位及びイソプレン単位の合計含有量は、未変性の共役ジエン系重合体(B’)の全単量体単位に対して60~100質量%であることが好ましく、70~100質量%であることがより好ましい。
未変性の共役ジエン系重合体(B’)に含まれ得るブタジエン単位及びイソプレン単位以外の他の単量体単位としては、上述したブタジエン及びイソプレン以外の共役ジエン単位、芳香族ビニル化合物単位等を挙げることができる。
芳香族ビニル化合物単位を与える芳香族ビニル化合物としては、例えばスチレン、α-メチルスチレン、2-メチルスチレン、3-メチルスチレン、4-メチルスチレン、4-プロピルスチレン、4-t-ブチルスチレン、4-シクロヘキシルスチレン、4-ドデシルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、2,4-ジイソプロピルスチレン、2,4,6-トリメチルスチレン、2-エチル-4-ベンジルスチレン、4-(フェニルブチル)スチレン、1-ビニルナフタレン、2-ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、N,N-ジエチル-4-アミノエチルスチレン、ビニルピリジン、4-メトキシスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレン、ジビニルベンゼン等を挙げることができる。これらの中でも、スチレン、α-メチルスチレン及び4-メチルスチレンが好ましい。
未変性の共役ジエン系重合体(B’)における、ブタジエン単位及びイソプレン単位以外の他の単量体単位の含有量は、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。例えば、ビニル芳香族化合物単位が上記範囲以下であると、PVAフィルムの延伸加工性と、延伸フィルム及び偏光フィルムの成形性等とが向上する傾向にある。
未変性の共役ジエン系重合体(B’)としては、共役ジエン及び必要に応じて含まれる共役ジエン以外の他の単量体を、例えば乳化重合法、溶液重合法等により重合して得られる重合体が好ましい。
乳化重合法としては、公知又は公知に準ずる方法を適用できる。例えば、所定量の共役ジエンを含む単量体を乳化剤の存在下に乳化分散し、ラジカル重合開始剤により乳化重合する。
乳化剤としては、例えば炭素数10以上の長鎖脂肪酸塩及びロジン酸塩などが挙げられる。長鎖脂肪酸塩としては、例えばカプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸等の脂肪酸のカリウム塩又はナトリウム塩等を挙げることができる。
分散媒としては通常、水が使用され、重合時の安定性が阻害されない範囲で、メタノール、エタノールなどの水溶性有機溶媒を含んでいてもよい。
ラジカル重合開始剤としては、例えば過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、有機過酸化物、過酸化水素等を挙げることができる。
得られる未変性の共役ジエン系重合体(B’)の分子量を調整するため、連鎖移動剤を使用してもよい。連鎖移動剤としては、例えばt-ドデシルメルカプタン、n-ドデシルメルカプタン等のメルカプタン類;四塩化炭素、チオグリコール酸、ジテルペン、ターピノーレン、γ-テルピネン、α-メチルスチレンダイマー等を挙げることができる。
乳化重合の温度は、使用するラジカル重合開始剤の種類などにより適宜設定できるが、通常0~100℃の範囲であり、0~60℃の範囲が好ましい。重合様式は、連続重合及び回分重合のいずれでもよい。
重合反応は、重合停止剤の添加により停止できる。重合停止剤としては、例えばイソプロピルヒドロキシルアミン、ジエチルヒドロキシルアミン、ヒドロキシルアミン等のアミン化合物、ヒドロキノン、ベンゾキノン等のキノン系化合物、亜硝酸ナトリウム等を挙げることができる。
重合反応停止後、必要に応じて老化防止剤を添加してもよい。重合反応停止後、得られたラテックスから必要に応じて未反応単量体を除去する。次いで、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム等の塩を凝固剤とし、必要に応じて硝酸、硫酸等の酸を添加して凝固系のpHを所定の値に調整しながら、未変性の共役ジエン系重合体(B’)を凝固させる。その後、分散媒を分離することによって重合体を回収する。次いで水洗及び脱水後、乾燥することで、未変性の共役ジエン系重合体(B’)が得られる。なお、凝固の際に、必要に応じて予めラテックスと乳化分散液にした伸展油とを混合し、油展した未変性の共役ジエン系重合体(B’)として回収してもよい。
溶液重合法としては、公知又は公知に準ずる方法を適用できる。例えば、溶媒中で、チーグラー系触媒、メタロセン系触媒、アニオン重合可能な活性金属又は活性金属化合物を使用して、必要に応じて極性化合物の存在下で、共役ジエンを含む単量体を重合する。
溶媒としては、例えばn-ブタン、n-ペンタン、イソペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、イソオクタン等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等を挙げることができる。
アニオン重合可能な活性金属としては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属;ランタン、ネオジム等のランタノイド系希土類金属等を挙げることができる。アニオン重合可能な活性金属の中でもアルカリ金属及びアルカリ土類金属が好ましく、アルカリ金属がより好ましい。
アニオン重合可能な活性金属化合物としては、有機アルカリ金属化合物が好ましい。有機アルカリ金属化合物としては、例えばメチルリチウム、エチルリチウム、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、t-ブチルリチウム、ヘキシルリチウム、フェニルリチウム、スチルベンリチウム等の有機モノリチウム化合物;ジリチオメタン、ジリチオナフタレン、1,4-ジリチオブタン、1,4-ジリチオ-2-エチルシクロヘキサン、1,3,5-トリリチオベンゼン等の多官能性有機リチウム化合物;ナトリウムナフタレン、カリウムナフタレン等を挙げることができる。有機アルカリ金属化合物の中でも有機リチウム化合物が好ましく、有機モノリチウム化合物がより好ましい。
有機アルカリ金属化合物の使用量は、目的とする未変性の共役ジエン系重合体(B’)及び変性共役ジエン系重合体(B)の溶融粘度、分子量などに応じて適宜設定できるが、共役ジエンを含む全単量体100質量部に対して、通常0.01~3質量部の量で使用される。
有機アルカリ金属化合物は、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン、ジベンジルアミンなどの第2級アミンと反応させて、有機アルカリ金属アミドとして使用することもできる。
極性化合物は、アニオン重合において、通常、反応を失活させず、共役ジエン部位のミクロ構造を調整するため用いられる。極性化合物としては、例えばジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル化合物;テトラメチルエチレンジアミン、トリメチルアミン等の3級アミン;アルカリ金属アルコキシド、ホスフィン化合物等を挙げることができる。極性化合物は、有機アルカリ金属化合物に対して、通常0.01~1000モルの量で使用される。
溶液重合の温度は、通常-80~150℃の範囲であり、0~100℃の範囲が好ましく、10~90℃の範囲がより好ましい。重合様式は回分式及び連続式のいずれでもよい。
重合反応は、重合停止剤の添加により停止できる。重合停止剤としては、例えばメタノール、イソプロパノール等のアルコール等を挙げることができる。得られた重合反応液をメタノール等の貧溶媒に注いで、未変性の共役ジエン系重合体(B’)を析出させるか、重合反応液を水で洗浄し、分離後、乾燥することにより、未変性の共役ジエン系重合体(B’)を単離できる。
未変性の共役ジエン系重合体(B’)の製造方法としては、上記方法の中でも、溶液重合法が好ましい。
未変性の共役ジエン系重合体(B’)に対する酸変性は、従来公知の方法により行うことができるが、未変性の共役ジエン系重合体(B’)に不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸誘導体を付加する方法が好ましい。
不飽和カルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、(メタ)アクリル酸等を挙げることができる。不飽和カルボン酸誘導体としては、不飽和カルボン酸の無水物、エステル、アミド、イミド等を挙げることができる。
不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸誘導体の中でも、マレイン酸及びその誘導体が好ましく、無水マレイン酸がより好ましい。すなわち、酸変性させた共役ジエン系重合体としては、無水マレイン酸変性共役ジエン系重合体が好ましい。なお、酸変性させた共役ジエン系重合体自体も、カルボキシ基、酸無水物基等の親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(B)である。
未変性の共役ジエン系重合体(B’)に不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸誘導体を付加する方法は特に限定されず、例えば、未変性の共役ジエン系重合体(B’)に不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸の誘導体、さらに必要に応じてラジカル触媒を加えて、有機溶媒の存在下又は非存在下に、加熱する方法を採用することができる。なお、酸変性させた共役ジエン系重合体に対して、そのまま後述する化合物(X)による変性を行ってもよいが、水素添加した後に変性を行ってもよい。
酸変性させた共役ジエン系重合体と反応させる化合物(X)としては、少なくとも1つのヒドロキシ基又はアミノ基を有する化合物(アルコール又はアミン)が挙げられる。酸変性させた共役ジエン系重合体に対してこのような化合物(X)を反応させることで、親水性基であるエステル基又はアミド基が共役ジエン系重合体に形成される。化合物(X)としては、1つのヒドロキシ基又はアミノ基に加え、親水性基をさらに有する化合物が好ましい。このような好適な化合物には、2つ以上のヒドロキシ基又はアミノ基を有する化合物も含まれる。酸変性させた共役ジエン系重合体に対してこのような化合物(X)を反応させることで、親水性基であるエステル基又はアミド基が共役ジエン系重合体に形成されることに加え、化合物(X)がさらに有する親水性基が共役ジエン系重合体に導入される。
化合物(X)としては、少なくとも1つのヒドロキシ基又はアミノ基と、非イオン性極性基を含む繰り返し構造とを有する化合物がより好ましい。さらに好適な化合物(X)としては、下記式(1)で表される化合物を挙げることができる。下記式(1)で表される化合物を用いることで、親水性基として、非イオン性極性基を含む繰り返し構造を有するグラフト鎖の一形態である、ポリアルキレングリコール構造を有するグラフト鎖を共役ジエン系重合体に導入することができる。
Figure 0007496355000001
式(1)中、Rは、ヒドロキシ基又はアミノ基である。R、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素又は炭素数1~6の炭化水素基である。Rは、水素原子、炭素数1~6の炭化水素基又は炭素数1~6のアシル基である。nは、3~600の整数である。
としては、ヒドロキシ基が好ましい。式(1)中のR~R及びnの好適形態は、上述した式(A)中のR~R及びnの好適形態と同じであってよい。
式(1)で表される化合物としては、例えばトリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキレンアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキレンアルケニルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエステル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル、メトキシポリエチレングリコールアミン、プロピレンオキシドとエチレンオキシドとの共重合体のモノアルキルエーテル等を挙げることができる。
式(1)で表される化合物の重量平均分子量の下限は、例えば100であり、200が好ましく、300がさらに好ましい。一方、この重量平均分子量の上限は、例えば10,000であり、8,000、6,000、4,000、2,000又は1,000がより好ましい。式(1)で表される化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
化合物(X)を、酸変性させた共役ジエン系重合体に付加させる方法は特に限定されず、酸変性させた共役ジエン系重合体に化合物(X)を加え、さらに必要に応じてアミン触媒を加えて、有機溶媒の存在下又は非存在下に加熱する方法を採用することができる。
アミン触媒としては、例えばテトラメチルエチレンジアミン、トリメチルアミン、ジメチルベンジルアミン等の第三級アミン等を挙げることができる。
上記方法で使用される有機溶媒としては、一般的には炭化水素系溶媒、ハロゲン化炭化水素系溶媒等を挙げることができる。これら有機溶媒の中でも、n-ブタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒が好ましい。
上記方法により化合物(X)を付加する反応を行う際には、副反応を抑制する観点等から老化防止剤を添加してもよい。
老化防止剤としては、例えば2,6-ジt-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-ブチリデンビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)(AO-40)、3,9-ビス[1,1-ジメチル-2-[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ]エチル]-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(AO-80)、2,4-ビス[(オクチルチオ)メチル]-6-メチルフェノール(Irganox1520L)、2,4-ビス[(ドデシルチオ)メチル]-6-メチルフェノール(Irganox1726)、2-[1-(2-ヒドロキシ-3,5-ジt-ペンチルフェニル)エチル]-4,6-ジt-ペンチルフェニルアクリレート(SumilizerGS)、2-t-ブチル-6-(3-t-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-4-メチルフェニルアクリレート(SumilizerGM)、6-t-ブチル-4-[3-(2,4,8,10-テトラ-t-ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン-6-イルオキシ)プロピル]-2-メチルフェノール(SumilizerGP)、亜りん酸トリス(2,4-ジt-ブチルフェニル)(Irgafos168)、ジオクタデシル3,3’-ジチオビスプロピオネート、ヒドロキノン、p-メトキシフェノール、N-フェニル-N’-(1,3-ジメチルブチル)-p-フェニレンジアミン(ノクラック6C)、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート(LA-77Y)、N,N-ジオクタデシルヒドロキシルアミン(Irgastab FS 042)、ビス(4-t-オクチルフェニル)アミン(Irganox5057)等を挙げることができる。老化防止剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
老化防止剤の添加量は、未変性の共役ジエン系重合体(B’)100質量部に対して0~10質量部が好ましく、0~5質量部がより好ましい。
酸変性させた共役ジエン系重合体と化合物(X)との反応条件としては特に限定されないが、例えば、反応における温度は10~200℃が好ましく、30℃~180℃がより好ましい。また、反応時間は1~200時間が好ましく、1~100時間がより好ましく、1~50時間がさらに好ましい。
変性共役ジエン系重合体(B)における不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸誘導体及び化合物(X)の合計付加量は、未変性の共役ジエン系重合体(B’)100質量部に対し1~400質量部が好ましく、20~300質量部がより好ましく、50~250質量部がさらに好ましい。なお、付加量は、例えば、核磁気共鳴分光法等の各種分析機器を用いて求めることができる。
変性共役ジエン系重合体(B)は、上述した合成方法の他、例えば国際公開第2010/038835号、特開2015-086283号公報等に記載の方法などに基づいて合成することもできる。
[可塑剤]
当該PVAフィルムは、可塑剤をさらに含むことができる。当該PVAフィルムが可塑剤を含むことにより、延伸加工性、取扱性、巻品質等の向上を図ることができる。好ましい可塑剤としては、多価アルコールが挙げられ、具体例としては、エチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジグリセリン、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリメチロールプロパンなどが挙げられる。これらの可塑剤は、1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、延伸加工性や巻品質の向上効果の点からグリセリンが好ましい。
当該PVAフィルムにおける可塑剤の含有量の下限としては、PVA(A)100質量部に対して1質量部が好ましく、5質量部がより好ましい。可塑剤の含有量を上記下限以上とすることで、加工延伸性等がより向上する。一方、この含有量の上限としては、20質量部が好ましく、15質量部がより好ましい。可塑剤の含有量を上記上限以下とすることで、PVAフィルムが柔軟になりすぎたり、表面に可塑剤がブリードアウトしたりして、取扱性が低下するのを抑制することができる。
[他の添加剤等]
当該PVAフィルムには、さらに充填剤、銅化合物などの加工安定剤、耐候性安定剤、着色剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、他の熱可塑性樹脂、潤滑剤、香料、消泡剤、消臭剤、増量剤、剥離剤、離型剤、補強剤、架橋剤、防かび剤、防腐剤、結晶化速度遅延剤、界面活性剤などの他の添加剤を、必要に応じて適宜配合できる。
他の添加剤の中でも、製膜性などの点から界面活性剤を含むことが好ましい。界面活性剤を含むことにより、PVAフィルムの厚み斑の発生が抑制されたり、製膜に使用する金属ロールやベルト等基材からのフィルムの剥離が容易になったりする。界面活性剤の種類は特に限定されないが、金属ロールやベルトからの剥離性の観点などから、アニオン性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤が好ましい。
アニオン性界面活性剤としては、例えばラウリン酸カリウム等のカルボン酸型;ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸塩、オクチルサルフェート等の硫酸エステル型;ドデシルベンゼンスルホネート等のスルホン酸型等が好ましい。
ノニオン性界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンオレイルエーテル等のアルキルエーテル型;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル等のアルキルフェニルエーテル型;ポリオキシエチレンラウレート等のアルキルエステル型;ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル等のアルキルアミン型;ポリオキシエチレンラウリン酸アミド等のアルキルアミド型;ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテル等のポリプロピレングリコールエーテル型;ラウリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド等のアルカノールアミド型;ポリオキシアルキレンアリルフェニルエーテル等のアリルフェニルエーテル型などが好ましい。
これらの界面活性剤は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
当該PVAフィルムが界面活性剤を含む場合、その含有量の下限は、PVA(A)100質量部に対して、0.01質量部が好ましく、0.03質量部がより好ましい。界面活性剤の含有量が上記の下限以上であることにより、剥離性、製膜性等がより向上する。一方、この含有量の上限としては、0.5質量部が好ましく、0.3質量部がより好ましい。界面活性剤の含有量が上記上限以下であることにより、界面活性剤がPVAフィルムの表面にブリードアウトして、フィルム同士が密着して取り扱い性が低下することを抑制することができる。
当該PVAフィルムにおけるPVA(A)、変性共役ジエン系重合体(B)、可塑剤及び界面活性剤以外の他の添加剤の含有量の上限としては、10質量%が好ましいことがあり、5質量%がより好ましいことがあり、1質量%がより好ましいことがあり、0.2質量%がよりさらに好ましいことがある。他の添加剤の含有量が上記上限を超える場合、PVAフィルムの加工延伸性や得られる延伸フィルム及び偏光フィルムの成形性、透明性等に影響を与える場合がある。
[形状等]
当該PVAフィルムの形状に特に制限はないが、生産性良く連続的に製造することができることから、長尺のフィルムであることが好ましい。長尺のPVAフィルムの長さは特に制限されず、用途等に応じて適宜設定することができる。例えば、長さを5m以上20,000m以下の範囲内にすることができる。当該PVAフィルムの幅に特に制限はなく、例えば水溶性フィルムの場合には下限を1cmとすることができる。また、各種用途においては近年幅広のPVAフィルムが求められていることから、下限は1mが好ましく、2mがより好ましく、4mがさらに好ましい。当該PVAフィルムの幅の上限に特に制限はないが、例えば7mとすることができる。幅があまりに広すぎると、実用化されている装置でPVAフィルムを製造する場合に、均一に生産することが困難になる傾向がある。
当該PVAフィルムは、単層フィルムであってもよく、多層フィルム(積層体)であってもよい。
当該PVAフィルムの厚み(平均厚み)の上限は特に制限されないが、例えば100μmであり、60μmが好ましく、40μmがより好ましい。一方、この厚みの下限としては、1μmが好ましく、5μmがより好ましく、10μmがさらに好ましい。PVAフィルムの厚みが上記範囲であることで、取扱性、延伸加工性などを高めることができる。なお、厚み(平均厚み)は、任意の5ヶ所における測定値の平均値とする。
[用途]
当該PVAフィルムは、包装用フィルム、水溶性フィルム、農業用フィルム、離型フィルム、光学フィルム等、従来のPVAフィルムと同様の各種用途に用いることができる。また、当該PVAフィルムは、延伸フィルム及び偏光フィルムの原反フィルムとして好適である。特に当該PVAフィルムは、延伸加工性に優れ、また、成形性に優れる延伸フィルム及び偏光フィルムを得ることができるため、光学フィルムの材料となる原反フィルムとして好適である。すなわち、当該PVAフィルムを延伸することにより、好適に光学フィルムを得ることができる。なお、本発明の一実施形態に係るPVAフィルムは、包装用フィルム、水溶性フィルム、農業用フィルム、離型フィルム、延伸フィルム、光学フィルム又は偏光フィルムであってよい。
光学フィルムとは、光学装置に用いられる、透光性を有するフィルムをいう。光学装置としては、液晶表示装置、有機ELディスプレイ等の表示装置が代表的なものとして挙げられる。光学フィルムとしては、偏光フィルム、偏光子保護フィルム、色補償フィルム、輝度向上フィルム、視野角拡大フィルム、位相差フィルム等を挙げることができる。その他、当該PVAフィルムは、その良好な透明性とガスバリア性とを活かし、光学フィルムの他の例として有機ELディスプレイ等のガスバリアフィルムとしても用いることができる。
なお、当該PVAフィルムは、上記のように延伸フィルム及び偏光フィルムの原反フィルムとして好適に用いられるが、無延伸で各種用途に用いてもよい。
<PVAフィルムの製造方法>
当該PVAフィルムの製造方法は特に限定されず、製膜後のPVAフィルムの厚み及び幅がより均一になる製造方法を好ましく採用することができる。例えば、PVAフィルムを構成するPVA(A)及び変性共役ジエン系重合体(B)、並びに必要に応じてさらに可塑剤等の他の成分が液体媒体中に溶解した製膜原液を用いて製膜することにより得ることができる。また、必要に応じて、PVA(A)等を溶融した製膜原液を用いても製造することができる。
本発明の一実施形態に係るPVAフィルムの製造方法は、PVA(A)と、親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(B)を含む分散液とを混合した製膜原液を用いて製膜する工程を備える。当該製造方法によれば、延伸加工性及び生産性に優れるPVAフィルムであって、かつ成形性に優れた延伸フィルム及び偏光フィルムを得ることができるPVAフィルムを製造することができる。
当該製造方法に用いられるPVA(A)及び変性共役ジエン系重合体(B)の具体的形態及び好適形態は、上述した本発明の一実施形態に係るPVAフィルムの成分としてのPVA(A)及び変性共役ジエン系重合体(B)と同様である。
製膜原液における変性共役ジエン系重合体(B)の含有量の下限は、PVA(A)100質量部に対して、例えば5質量部であってよいが、10質量部が好ましく、15質量部がより好ましく、20質量部、25質量部、30質量部又は35質量部がさらに好ましい場合もある。一方、この含有量の上限は、例えば100質量部であってよいが、80質量部が好ましく、60質量部がより好ましく、40質量部、30質量部又は20質量部がさらに好ましい場合もある。
製膜原液において、変性共役ジエン系重合体(B)は均一に混合されていることが好ましい。なお、変性共役ジエン系重合体(B)の分散液を、液体媒体、PVA(A)及びその他の添加剤等と混合することにより、変性共役ジエン系重合体(B)が均一に混合された製膜原液を効果的に得ることができる。また、製膜原液が、可塑剤、その他の添加剤等を含有する場合には、それらの成分が均一に混合されていることが好ましい。
変性共役ジエン系重合体(B)の分散液の製造方法は特に限定されないが、例えば、変性共役ジエン系重合体(B)を合成した後、水を加えて、乳化機又は撹拌機などで撹拌することにより得ることができる。このとき、撹拌の強さや撹拌時間などの調整や、酸又は塩基によるpHの調整、乳化剤の選択などにより、変性共役ジエン系重合体(B)の平均粒子径を調整することができる。
変性共役ジエン系重合体(B)の分散液の製造で使用する酸又は塩基としては、特に限定されないが、酸として塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、クエン酸、炭酸、酢酸など、また、塩基として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等を挙げることができる。
変性共役ジエン系重合体(B)の分散液の製造で乳化剤を使用する場合の乳化剤は、特に限定されず、アニオン系、ノニオン系、ノニオン-アニオン系など、一般的なものを用いることができる。乳化剤の具体例としては、アニオン系乳化剤として、例えばラウリン酸塩、ミリスチン酸塩、パルミチン酸塩、ステアリン酸塩、アルケニルコハク酸塩などの脂肪族カルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩又はアンモニウム塩;天然ロジンの不均化又は水添物のナトリウム塩、カリウム塩又はアンモニウム塩;ラウリル硫酸塩などの脂肪族硫酸化合物のナトリウム塩、カリウム塩又はアンモニウム塩などが挙げられる。また、ノニオン-アニオン系乳化剤として、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルスルホン酸塩、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩等が挙げられる。これら塩の対カチオンとしては、ナトリウム、カリウム又はアンモニウムを挙げることができる。
製膜原液に用いられる液体媒体としては、例えば水、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、エチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリメチロールプロパン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミンなどを挙げることができる。これらの液体媒体は、1種又は2種以上を使用することができる。これらの中でも、環境に与える負荷が小さいことや回収性の点から水が好ましい。
製膜原液の揮発分率(製膜原液中における、製膜時に揮発や蒸発によって除去される液体媒体などの揮発性成分の含有割合)は、製膜方法、製膜条件などによっても異なるが、一般的には、下限として50質量%が好ましく、55質量%がより好ましく、60質量%がさらに好ましい。製膜原液の揮発分率が上記下限以上であることにより、製膜原液の粘度が高くなり過ぎず、製膜原液の調製時のろ過や脱泡が円滑に行われ、異物や欠点の少ないPVAフィルムの製造が容易になる。一方、この揮発分率の上限としては、95質量%が好ましく、90質量%がより好ましい。製膜原液の揮発分率が上記上限以下であることにより、製膜原液の濃度が低くなり過ぎず、工業的なPVAフィルムの製造が容易になる。
製膜原液を用いてPVAフィルムを製膜する際の製膜方法としては、従来公知の方法が用いられる。製膜方法としては、金属ドラム等の基材上へ製膜原液をコートし、基材上にPVAフィルムを製膜する方法であってもよく、直接、単層のPVAフィルムを製膜する方法であってもよい。製膜方法としては、例えばキャスト製膜法、押出製膜法、湿式製膜法、ゲル製膜法などが挙げられ、これらの製膜方法は1種のみを採用しても2種以上を組み合わせて採用してもよい。これらの製膜方法の中でもキャスト製膜法及び押出製膜法が、厚み及び幅が均一で物性の良好なPVAフィルムが得られることから好ましい。
ここで、本発明の一実施形態に係るPVAフィルムの製造方法によれば、製膜原液に添加されている変性共役ジエン系重合体(B)が親水性基を有しているため、変性共役ジエン系重合体(B)が金属ドラム等の基材へ付着し難い。また、付着した場合も、水等によって容易に洗い流すことができる。従って、当該製造方法によれば、生産性高く、延伸加工性等に優れるPVAフィルムを製造することができる。
製膜されたPVAフィルムには必要に応じて熱処理を行うことができる。熱処理温度に特に制限はなく、適宜調整すればよい。熱処理温度は、あまりに高いとPVAフィルムの変色や劣化がみられる。従って、熱処理温度の上限としては、210℃が好ましく、180℃がより好ましく、150℃がさらに好ましい。一方、熱処理温度の下限としては、例えば60℃であり、90℃が好ましい。
熱処理時間に特に制限はなく適宜調整すればよいが、PVAフィルムを効率よく製造する観点から、上限としては、30分が好ましく、15分がより好ましい。一方、この下限としては、例えば10秒が好ましく、1分がより好ましい。
<延伸フィルム>
本発明の一実施形態に係る延伸フィルムは、上述した本発明の一実施形態に係るPVAフィルムを延伸加工して得られる延伸フィルムである。当該延伸フィルムは、通常、PVAが所定方向(延伸方向)に配向している。当該延伸フィルムは、一軸延伸されていてもよく、二軸延伸されていてもよいが、一軸延伸されていることが好ましい。一軸延伸された当該延伸フィルムは、偏光フィルム等の光学フィルムとして好適に用いることができる。当該延伸フィルムは、単層フィルムであっても、多層フィルムであってもよいが、単層フィルムであることが好ましい。当該延伸フィルムは、変性共役ジエン系重合体(B)を含有することにより、変形による裂けなどの問題が生じ難いため、折り畳み式のディスプレイやデザイン性の高いサングラス等に好適である。
当該延伸フィルムの厚み(平均厚み)の上限としては、例えば30μmであり、16μmが好ましい。当該延伸フィルムの厚みが上記上限以下であることで、十分な薄型化を図ることができる。一方、この厚みの下限としては、5μmが好ましく、8μmがより好ましい。当該延伸フィルムの厚みが上記下限以上であることで、裂け難くなり、取扱性などを高めることができる。
当該延伸フィルムは、包装用フィルム、水溶性フィルム、農業用フィルム、離型フィルム、光学フィルム等として用いることができるが、光学フィルムとして用いられることが好ましい。
光学フィルムとしては、偏光フィルム、偏光子保護フィルム、色補償フィルム、輝度向上フィルム等を挙げることができるが、これらの中でも偏光フィルムであることが好ましい。
<延伸フィルムの製造方法>
当該延伸フィルムは、上述した当該PVAフィルムを延伸する工程を備える製造方法によって得ることができる。すなわち、当該延伸フィルムの製造工程において、延伸処理以外は任意であり、上述したPVAフィルムを用いること以外は、従来と同様の方法により製造することができる。したがって、当該延伸フィルムの製造工程においては、後述する偏光フィルムの製造工程における延伸処理以外の処理(染色処理、固定処理等)を含まなくてもよい。すなわち、当該製造方法によれば、特殊な工程を経ることなく、延伸フィルムを比較的容易に得ることができる。
当該PVAフィルム又は当該延伸フィルムを染色加工等することで、成形性に優れた偏光フィルムが提供される。
<偏光フィルム>
本発明の一実施形態に係る偏光フィルムは、上述した本発明の一実施形態に係るPVAフィルム又は延伸フィルムを染色加工等することで得られる偏光フィルムである。当該偏光フィルムは、当該PVAフィルム又は当該延伸フィルムに、二色性色素やホウ酸が吸着している。当該偏光フィルムは、変性共役ジエン系重合体(B)を含有することにより、変形による裂けなどの問題が生じ難いため、折り畳み式のディスプレイやデザイン性の高いサングラス等に好適である。
この偏光フィルムは、その両面又は片面に、光学的に透明で且つ機械的強度を有する保護膜を貼り合わせて偏光板にして使用することもできる。保護膜としては、三酢酸セルロース(TAC)フィルム、酢酸・酪酸セルロース(CAB)フィルム、アクリル系フィルム、ポリエステル系フィルム等が使用される。また、貼り合わせのための接着剤としては、PVA系接着剤や紫外線硬化型接着剤などを挙げることができ、PVA系接着剤が好ましい。
上記のようにして得られた偏光板は、さらに位相差フィルム、視野角向上フィルム、輝度向上フィルム等の光学フィルムが貼り合わせられていてもよい。なお、上記視野角向上フィルム等として、本発明の一実施形態に係る延伸フィルムを用いることもできる。偏光板は、アクリル系等の粘着剤をコートした後、ガラス基板に貼り合わせて液晶表示装置の部品として使用することができる。
<偏光フィルムの製造方法>
当該偏光フィルムを製造するための具体的な方法としては、当該PVAフィルムに対して、膨潤処理、染色処理、一軸延伸処理、及び必要に応じてさらに、架橋処理、固定処理、洗浄処理、乾燥処理、熱処理などを施す方法が挙げられる。この場合、膨潤処理、染色処理、架橋処理、一軸延伸、固定処理などの各処理の順序は特に制限されず、また、2つ以上の処理を同時に行うこともできる。また、各処理の1つ又は2つ以上を2回又はそれ以上行うこともできる。
また、当該偏光フィルムを製造するための別途の方法としては、当該延伸フィルムに対して、膨潤処理以外の各処理を施す方法が挙げられる。すなわち、当該延伸フィルムに対して、染色処理、一軸延伸処理、及び必要に応じてさらに、架橋処理、固定処理、洗浄処理、乾燥処理、熱処理などを施すことにより、当該偏光フィルムを得ることもできる。この場合、染色処理、架橋処理、一軸延伸、固定処理などの各処理の順序は特に制限されず、また、2つ以上の処理を同時に行うこともできる。また、各処理の1つ又は2つ以上を2回又はそれ以上行うこともできる。
それら当該偏光フィルムの製造方法の中でも、当該PVAフィルムに対して、膨潤処理、染色処理、一軸延伸処理、及び必要に応じてさらに、架橋処理、固定処理、洗浄処理、乾燥処理、熱処理などを施した後、さらに乾式延伸法で一軸延伸する工程を有する方法が特に好ましい。
以下では、当該PVAフィルムを用いて当該偏光フィルムを製造する場合について詳述するが、後述の染色処理等の各処理の条件は、当該延伸フィルムを用いて製造する場合も同様である。
膨潤処理は、PVAフィルムを水に浸漬することにより行うことができる。水に浸漬する際の水の温度の下限としては、20℃が好ましく、22℃がより好ましく、25℃がさらに好ましい。一方、この温度の上限としては、55℃が好ましく、40℃がより好ましく、35℃がさらに好ましい。また、水に浸漬する時間の下限としては、0.1分が好ましく、0.5分がより好ましい。一方、この時間の上限としては、5分が好ましく、3分がより好ましい。なお、水に浸漬する際の水は純水に限定されず、各種成分が溶解した水溶液であってもよいし、水と水性媒体との混合物であってもよい。
染色処理は、PVAフィルムに対して二色性色素を接触させることにより行うことができる。二色性色素としては、ヨウ素系色素や二色性染料を用いるのが一般的である。
ヨウ素系色素の場合、染色処理の時期としては、一軸延伸処理前、一軸延伸処理時及び一軸延伸処理後のいずれの段階であってもよい。染色処理は、PVAフィルムを染色浴としてヨウ素-ヨウ化カリウムを含有する溶液(特に水溶液)中に浸漬させることにより行うのが一般的である。染色浴におけるヨウ素の濃度は0.01質量%以上0.5質量%以下であることが好ましく、ヨウ化カリウムの濃度は0.01質量%以上10質量%以下であることが好ましい。また、染色浴の温度の下限は、20℃が好ましく、25℃がより好ましい。一方、この温度の上限は、50℃が好ましく、40℃がより好ましい。
二色性染料の場合、染色処理の時期としては、PVAフィルムを作製する段階、一軸延伸処理前、一軸延伸処理時及び一軸延伸処理後のいずれの段階であってもよい。染色処理は、PVAフィルムを膨潤処理させたものに二色性染料、例えばアゾ化合物を吸着及び含浸させる。膨潤処理を省略した場合には、染色処理において膨潤処理を同時に行うことが出来る。
アゾ化合物は、遊離酸の形態で用いるほか、当該化合物の塩を用いてもよい。そのような塩は例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、およびカリウム塩などのアルカリ金属塩、またはアンモニウム塩やアルキルアミン塩などの有機塩であり、好ましくは、ナトリウム塩である。
染色処理は、PVAフィルムを染色浴としてアゾ化合物を含有する溶液(特に水溶液)中に浸漬させることにより行うのが一般的である。染色浴における各アゾ化合物の濃度は0.00001質量%以上10質量%以下であることが好ましい。また、染色浴の温度は、5~60℃が好ましく、20~50℃がより好ましく、35~50℃が特に好ましい。溶液に浸漬する時間は適度に調節できるが、30秒から20分で調節するのが好ましく、1~10分がより好ましい。
染色溶液としては、アゾ化合物に加え、染色助剤を必要に応じてさらに含有してもよい。染色助剤としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、無水硫酸ナトリウム、およびトリポリリン酸ナトリウム等が挙げられる。染色助剤の含有量は、染料の染色性による時間および温度によって任意の濃度で調整できるが、それぞれの含有量としては、染色溶液中に0.01~5質量%が好ましく、0.1~2質量%がより好ましい。
PVAフィルムに対して架橋処理を施すことで、高温で湿式延伸する際に、PVAが水へ溶出することを効果的に防止することができる。この観点から架橋処理は一軸延伸処理の前に行うことが好ましい。架橋処理は、架橋剤を含む水溶液にPVAフィルムを浸漬することにより行うことができる。上記架橋剤としては、ホウ酸、ホウ砂等のホウ酸塩などのホウ素無機化合物の1種又は2種以上を使用することができる。架橋剤を含む水溶液における架橋剤の濃度の下限は1質量%が好ましく、2質量%がより好ましく、3質量%がさらに好ましい。一方、この濃度の上限は、15質量%が好ましく、7質量%がより好ましく、6質量%がさらに好ましい。架橋剤の濃度が上記範囲内にあることで十分な延伸性を維持することができる。架橋剤を含む水溶液は、ヨウ素系色素を用いた場合にはヨウ化カリウム等の助剤を含有してもよい。架橋剤を含む水溶液の温度の下限は、20℃が好ましく、25℃がより好ましい。一方、この温度の上限は、50℃が好ましく、40℃がより好ましい。この温度を上記範囲内とすることで効率良く架橋することができる。
一軸延伸処理は、湿式延伸法及び乾式延伸法のいずれで行ってもよい。湿式延伸法の場合は、ホウ酸水溶液中で行うこともできるし、上述した染色浴中や後述する固定処理浴中で行うこともできる。また、乾式延伸法の場合は、室温のまま一軸延伸処理を行ってもよいし、加熱しながら一軸延伸処理を行ってもよいし、吸水後のPVAフィルムを用いて空気中で一軸延伸処理を行ってもよい。これらの中でも、湿式延伸法が好ましく、ホウ酸水溶液中で一軸延伸処理を行うことがより好ましい。ホウ酸水溶液のホウ酸濃度の下限は0.5質量%が好ましく、1.0質量%がより好ましく、1.5質量%がさらに好ましい。一方、このホウ酸濃度の上限は、6質量%が好ましく、5質量がより好ましい。また、ホウ酸水溶液はヨウ素系色素の場合、ヨウ化カリウムを含有してもよく、その濃度は0.01質量%以上10質量%以下とすることが好ましい。
一軸延伸処理における延伸倍率の下限は、得られる偏光フィルムの偏光性能の点から3倍が好ましく、5倍がより好ましい。延伸倍率の上限は特に制限されないが、例えば10倍が好ましく、8倍がより好ましいこともある。
偏光フィルムの製造にあたっては、PVAフィルムへの二色性色素(ヨウ素系色素等)の吸着を強固にするために一軸延伸処理の後に固定処理を行うことが好ましい。固定処理に使用する固定処理浴としては、ホウ酸、硼砂等のホウ素無機化合物の1種又は2種以上を含む水溶液を使用することができる。また、必要に応じて、固定処理浴中にヨウ素化合物や金属化合物を添加してもよい。固定処理浴におけるホウ素無機化合物の濃度の下限は、0.5質量%が好ましく、1質量%がより好ましい。一方、この濃度の上限は、15質量%が好ましく、10質量%がより好ましい。この濃度を上記範囲内にすることで二色性色素の吸着をより強固にすることができる。固定処理浴の温度の下限は、15℃が好ましい。一方、この温度の上限は、60℃が好ましく、40℃がより好ましい。
洗浄処理は、水等にPVAフィルムを浸漬して行われることが一般的である。ヨウ素系色素の場合、偏光性能向上の点から洗浄処理に用いる水等はヨウ化カリウム等の助剤を含有することが好ましい。このとき、ヨウ化カリウム等のヨウ化物の濃度は0.5質量%以上10質量%以下とすることが好ましい。また、洗浄処理に用いる水等の温度の下限は、一般的に5℃であり、10℃が好ましく、15℃がより好ましい。一方、この温度の上限は、一般的に50℃であり、45℃が好ましく、40℃がより好ましい。経済的な観点から水等の温度が低すぎることは好ましくない。一方、水等の温度が高すぎると偏光性能が低下することがある。
乾燥処理の条件は特に制限されないが、乾燥温度の下限としては、30℃が好ましく、50℃がより好ましい。一方、乾燥温度の上限としては、150℃が好ましく、130℃がより好ましい。上記範囲内の温度で乾燥することで、寸法安定性に優れる偏光フィルムが得られやすい。
乾燥処理の後に熱処理を行うことで、寸法安定性に優れた偏光フィルムを得ることができる。ここで熱処理とは、乾燥処理後の水分率が5%以下の偏光フィルムをさらに加熱し、偏光フィルムの寸法安定性を向上させる処理のことである。熱処理の条件は特に制限されないが、60℃以上150℃以下の範囲内で熱処理することが好ましい。60℃以上で熱処理を行うことで、熱処理による寸法安定化効果を高めることができる。一方、150℃以下で熱処理を行うことで、偏光フィルムの黄変の発生を抑制することができる。
当該偏光フィルムは、二次元形状(平面状)のものに限定されず、三次元形状に加工されたものも含まれる。すなわち、偏光フィルムは、染色後に延伸等の成形が施されたものであってもよい。染色後のフィルムを延伸等させるための方法としては、湿式延伸、真空成形、熱成形等様々な方法があるが、これらに限ったものではない。延伸倍率としては、性能を維持する観点から、1.2~2倍延伸が好ましく、1.3~1.5倍がより好ましい。延伸速度としては、生産性の観点から、100~10000%/分が好ましく、500~5000%/分がさらに好ましい。延伸温度としては、ヨウ素系色素を用いた場合は100℃以下が好ましく、二色性染料を用いた場合は160℃以下が好ましい。ヨウ素系色素の場合、100℃以下で成形することで、脱色や延伸の際の破断を抑制することができる。
本発明を以下の実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例において採用された各評価方法を、以下に示す。
[変性共役ジエン系重合体の重量平均分子量の測定方法]
変性共役ジエン系重合体の重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により、標準ポリスチレン換算分子量で求めた。
測定装置及び条件は以下の通りである。
装置 :東ソー株式会社製GPC装置「GPC8020」
分離カラム :東ソー株式会社製「TSKgelG4000HXL」
検出器 :東ソー株式会社製「RI-8020」
溶離液 :テトラヒドロフラン
溶離液流量 :1.0ml/分
サンプル濃度:5mg/10ml
カラム温度 :40℃
[PVAフィルムの延伸加工性(引張応力)]
PVAフィルムを23℃、50%RHで24時間調湿し、このPVAフィルムから長さ方向に30mm、幅方向に10mmのフィルム片を切り出した。その後、インストロン社製の引張試験装置(「シングルコラム卓上型試験機:5952」)に初期のチャック間隔が10mmとなるようにこのPVAフィルム片を取り付け、100[mm/min]の速度で引張試験を実施した。このときのチャック間隔が30mmとなったときの試験力[N]を、延伸前の原反の断面積[mm]で除した値を引張応力[N/mm]とした。このとき1つのサンプルにつき、同じ測定を10回繰り返し、その平均値をデータとして採用した。引張応力が50N/mm未満の場合、延伸が容易であり、延伸加工性が良好であると判断した。
[PVAフィルム作製時に金属ドラムに付着した共役ジエン系重合体の洗浄性(生産性)]
PVAフィルム作製時、PVAフィルムの表面に存在する共役ジエン系重合体が金属ドラムに付着するため、その洗浄性試験を行った。具体的には、PVAフィルムの製造後、水で湿らせたコットンウエスで金属ドラムを拭き取った。その後、目視で金属ドラム表面の共役ジエン系重合体の残存の有無を確認し、残っているものをB、残っていないものをAとした。
[偏光フィルムの成形性(TD破断歪)]
偏光フィルムを23℃、50%RHで24時間以上調湿し、この偏光フィルムから長さ方向(MD)に10mm、幅方向(TD)に30mmのフィルム片を切り出した。その後、島津製作所製の引張試験装置(「オートグラフ(AGS-H)」)に初期のチャック間隔が10mmとなるようにこの偏光フィルム片を引張方向と偏光フィルムのTDが一致するように取り付け、140℃の加熱環境下、100[mm/min](1000%/分)の速度で引張試験を実施した。このとき1つのサンプルにつき同じ測定を10回繰り返し、そのうち最もTD破断歪が大きかったものをデータとして採用した。TD破断歪が40%以上の場合、成形が容易であり、成形性が良好であると判断した。ここで、TD破断歪とは、上記引張試験において偏光フィルムが初期のチャック間距離(10mm)からXmm伸びて破断した時の(X/10)×100(%)の値である。
[製造例1]
(1)共役ジエン系重合体(B’-1)の合成
十分に乾燥した5Lオートクレーブを窒素置換し、ヘキサン1200g及びs-ブチルリチウム(10.5質量%ヘキサン溶液)112gを仕込み、50℃に昇温した。その後、撹拌条件下、重合温度を50℃となるように制御しながら、イソプレン1200gを逐次添加して、1時間重合した。その後、メタノールを添加して重合反応を停止させ、重合体溶液を得た。得られた重合体溶液に水を添加して撹拌し、水で重合体溶液を洗浄した。撹拌を終了し、重合体溶液相と水相とが分離していることを確認した後、水を排出した。洗浄終了後の重合体溶液を70℃で24時間真空乾燥することにより、共役ジエン系重合体(B’-1)を得た。
(2)共役ジエン系重合体(B’-1)の水分散液の合成
上記共役ジエン系重合体(B’-1)250gに乳化剤(東邦化学工業社の「フォスファノールRS-710」)15gを加えて20分間撹拌した。続いて撹拌しながら水177gを少しずつ添加した。所定量の水を添加後、20分撹拌することで、共役ジエン系重合体(B’-1)の水分散液を得た。
[製造例2]
(1)親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(B-1)の合成
反応容器に製造例1で得られた共役ジエン系重合体(B’-1)200g、及び無水マレイン酸40gを仕込み、170℃で24時間反応させた。さらにポリエチレングリコールモノメチルエーテル(東京化成工業株式会社製ポリエチレングリコールモノメチルエーテル1000、平均分子量:1,000、平均ポリオキシエチレン単位数:22)を408g、及びN,N-ジメチルベンジルアミンを0.7g仕込み、6時間反応させて親水基を有する変性共役ジエン系重合体(B-1)を得た。得られた変性共役ジエン系重合体(B-1)の重量平均分子量は、27,000であった。
(2)変性共役ジエン系重合体(B-1)の水分散液の合成
変性共役ジエン系重合体(B-1)250gに水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム濃度50質量%)13gを加えて50℃で60分間撹拌し、続いて撹拌しながら水451gを少しずつ添加することで、変性共役ジエン系重合体(B-1)の水分散液を得た。
[製造例3]
(1)親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(B-2)の合成
反応容器に製造例1で得られた共役ジエン系重合体(B’-1)250g、及び無水マレイン酸50gを仕込み、170℃で24時間反応させた。さらにポリエチレングリコールモノメチルエーテル(東京化成工業株式会社製ポリエチレングリコールモノメチルエーテル400、平均分子量:400、平均ポリオキシエチレン単位数:8)を204g、及びN,N-ジメチルベンジルアミンを0.9g仕込み、6時間反応させて親水基を有する変性液状ジエン系重合体(B-2)を得た。得られた変性共役ジエン系重合体(B-2)の重量平均分子量は、18,000であった。
(2)変性共役ジエン系重合体(B-2)の水分散液の調製
変性共役ジエン系重合体(B-2)250gに水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム濃度50質量%)20gを加えて50℃で60分間撹拌し、続いて撹拌しながら水443gを少しずつ添加することで、変性共役ジエン系重合体(B-2)の水分散液を得た。
[実施例1]
(PVAフィルムの作製)
PVA(酢酸ビニルの単独重合体のけん化物、重合度2,400、けん化度99.5モル%)を100質量部、変性共役ジエン系重合体(B-1)を15質量部、可塑剤としてグリセリンを10質量部、界面活性剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムを0.1質量部、及び水を混合し、揮発分率85質量%の製膜原液を調製した。ここで、変性共役ジエン系重合体(B-1)は、上記製造例2で得られた水分散液の状態のものを他の成分と混合した。上記製膜原液を表面温度80℃の金属ドラムに流延し、揮発分率(含水率)が5質量%になるまで乾燥して厚み30μm、長さ1.5m、幅30cmの長尺のPVAフィルム(熱処理前のPVAフィルム)を得た。このPVAフィルムを、温度110℃で10分熱処理し、実施例1のPVAフィルムを得た。
(偏光フィルムの作製)
得られたPVAフィルムの幅方向中央部から、幅5cm×長さ5cmの範囲が一軸延伸できるように幅5cm×長さ10cmのサンプルをカットした。このサンプルを40℃の純水に120秒間浸漬しつつ1.3倍に長さ方向に一軸延伸して、膨潤処理した(一段階目の一軸延伸)。続いてDirect blue15染料 0.00002質量%、トリポリリン酸ナトリウム0.1質量%及び硫酸ナトリウム0.1質量%を含有する水溶液が入った染色処理浴(温度48℃)に300秒間浸漬しつつ全体で2.4倍に長さ方向に一軸延伸して染料を吸着させた(二段階目の一軸延伸)。さらに、ホウ酸2質量%を含有する水溶液が入った架橋処理浴(温度40℃)に60秒間浸漬しつつ全体で2.7倍に長さ方向に一軸延伸して、ホウ酸を吸着させた(三段階目の一軸延伸)。そして、ホウ酸3.9質量%を含有する水溶液が入った延伸処理浴(温度58℃)に浸漬しつつ初期のフィルムの長さから4.0倍になるように長さ方向に一軸延伸して配向させた(四段階目の一軸延伸)。延伸後すぐに、洗浄槽として水槽(温度25℃)に5秒間浸漬した。最後に70℃で3分間乾燥して、実施例1の偏光フィルムを得た。
[実施例2]
実施例1のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(B-1)を30質量部添加したこと以外は同様の方法でPVAフィルム及び偏光フィルムを得た。
[実施例3]
実施例1のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(B-1)を45質量部添加したこと以外は同様の方法でPVAフィルム及び偏光フィルムを得た。
[実施例4]
実施例3のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(B-1)を変性共役ジエン系重合体(B-2)に変えたこと以外は同様の方法でPVAフィルム及び偏光フィルムを得た。
[比較例1]
実施例1のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(B-1)を添加しなかったこと以外は同様の方法でPVAフィルム及び偏光フィルムを得た。
[比較例2]
実施例1のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(B-1)を未変性の共役ジエン系重合体(B’-1)に変えたこと以外は同様の方法でPVAフィルム及び偏光フィルムを得た。
各実施例及び比較例で得られた各PVAフィルムの延伸加工性、PVAフィルム作成時に密着する金属ドラムの洗浄性(生産性)、及び偏光フィルムの成形性を上記の方法にて評価した。評価結果を表1に示す。なお、比較例1については、PVAフィルムの製膜原液に共役ジエン系重合体を添加しなかったため、洗浄性(生産性)の評価は実施しなかった。また、比較例2については、洗浄性(生産性)の評価において共役ジエン系重合体が金属ドラムに残存したため、延伸加工性及び成形性の評価は実施しなかった。
Figure 0007496355000002
表1に示されるように、実施例1~4で得られたPVAフィルムは、引張応力が低く、延伸加工性に優れていた。また、実施例1~4においては、PVAフィルムの作製時に金属ドラムに付着した共役ジエン系重合体は、容易に洗浄で取り除くことができ、洗浄性に優れていた。すなわち、実施例1~4のPVAフィルムにおいては、金属ドラムの洗浄時間を短縮化でき、生産性に優れているといえる。さらに、実施例1~4で得られた偏光フィルムは、TD破断歪が大きく、成形の際に裂けが生じ難いものであった。すなわち、実施例1~4で得られた偏光フィルムは成形性に優れていた。
一方、共役ジエン系重合体を添加していない比較例1においては、得られたPVAフィルムは延伸加工性が低く、得られた偏光フィルムの成形性も劣っていた。また、未変性の共役ジエン系重合体を添加した比較例2においては、PVAフィルムの作製時に金属ドラムに付着した共役ジエン系重合体を容易に洗浄で除去することができず、洗浄性に劣っていた。すなわち、比較例2のPVAフィルムは、金属ドラムの洗浄に時間がとられるため、生産性が低いといえる。
本発明のPVAフィルムは、包装用フィルム、水溶性フィルム、農業用フィルム、離型フィルム、光学フィルム等に用いられ、特に光学フィルムである偏光フィルムにより好適に用いられる。

Claims (8)

  1. ポリビニルアルコール(A)、及び親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(B)を含み、上記親水性基が-(CR-CR-O)-で表されるポリアルキレングリコール構造(R、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~6の1価の炭化水素基である。)を有するグラフト鎖であるポリビニルアルコールフィルム。
  2. 変性共役ジエン系重合体(B)の含有量がポリビニルアルコール(A)100質量部に対して10質量部以上80質量部以下である請求項1に記載のポリビニルアルコールフィルム。
  3. ポリビニルアルコール(A)の重合度が1,000以上10,000以下であり、けん化度が95モル%以上である請求項1又は2に記載のポリビニルアルコールフィルム。
  4. 変性共役ジエン系重合体(B)の重量平均分子量が5,000以上80,000以下である請求項1~3のいずれかに記載のポリビニルアルコールフィルム。
  5. 請求項1~4のいずれかに記載のポリビニルアルコールフィルムから得られる延伸フィルム。
  6. 請求項1~4のいずれかに記載のポリビニルアルコールフィルム又は請求項に記載の延伸フィルムから得られる偏光フィルム。
  7. ポリビニルアルコール(A)と、親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(B)を含む分散液とを混合した製膜原液を用いて製膜する工程を備え、上記親水性基が-(CR-CR-O)-で表されるポリアルキレングリコール構造(R、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~6の1価の炭化水素基である。)を有するグラフト鎖であるポリビニルアルコールフィルムの製造方法。
  8. 上記製膜原液における変性共役ジエン系重合体(B)の含有量がポリビニルアルコール(A)100質量部に対して10質量部以上80質量部以下である請求項7に記載のポリビニルアルコールフィルムの製造方法。
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