JPWO2019146678A1 - 偏光フィルム及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

ポリビニルアルコール(A)、下記式(I)で表わされるジボロン酸及び水の存在下で該ジボロン酸に転化し得る化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のホウ素含有化合物(B)及びホウ酸(C)を含む偏光フィルムであって、前記偏光フィルムの表面から内側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(α)が1〜7原子%であり、中心から外側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(β)が0.1〜2原子%であり、かつ濃度(β)に対する濃度(α)の比(α/β)が1.5以上である偏光フィルムとする。当該偏光フィルムは、偏光性能と色相とが良好であり、なおかつ収縮力が低い。[式(I)中、R1は炭素数が1〜20の2価の有機基であり、R1と2つのボロン酸基とがホウ素−炭素結合で繋がっている。]

Description

本発明は、偏光性能と色相とが良好であり、収縮力が小さい偏光フィルム及びその製造方法に関する。
光の透過及び遮蔽機能を有する偏光板は、光の偏光状態を変化させる液晶と共に液晶ディスプレイ(LCD)の基本的な構成要素である。多くの偏光板は偏光フィルムの退色を防止したり、偏光フィルムの収縮を防いだりするため、偏光フィルムの表面に三酢酸セルロース(TAC)フィルムなどの保護膜が貼り合わされた構造を有しており、偏光板を構成する偏光フィルムとしては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」と称することがある)を一軸延伸してなるマトリックスにヨウ素系色素(I やI 等)が吸着しているものが主流となっている。
LCDは、電卓及び腕時計などの小型機器、スマートフォン、ノートパソコン、液晶モニター、液晶カラープロジェクター、液晶テレビ、車載用ナビゲーションシステム、計測機器などに広く用いられている。近年、これらの機器には薄型化・軽量化が要求されており、LCDに用いられるガラスの薄型化が進められているが、ガラスの薄型化によってLCDパネルの反りが発生して問題となっている。LCDパネルの反りの主な原因は、高温下で発生する偏光フィルムの収縮であると言われており、収縮力が低い偏光フィルムが求められている。また、LCDのコントラストの向上が要求されており、偏光フィルムの偏光性能と色相の向上も求められている。
特許文献1には、染色工程、架橋工程及び延伸工程を行った後に、PVAフィルムを25℃以上65℃未満で乾燥させる第1乾燥工程と65℃以上115℃以下で乾燥させる第2乾燥工程とを行う偏光フィルムの製造方法が記載されている。特許文献1には、当該方法によれば、偏光フィルムの高温下での収縮を小さくして寸法安定性を向上させることができると記載されている。しかしながら、高温で乾燥を行うため、得られた偏光フィルムの偏光性能が低くなったり、色相が悪くなったりするという問題があった。
特許文献2には、膨潤工程、染色工程又は延伸工程においてPVAフィルムをジボロン酸で処理することにより、偏光フィルムの収縮を防止し、耐熱性を向上させる方法が記載されている。しかしながら、当該偏光フィルムには、偏光性能が低く、色相が悪いという問題があった。
特許文献3には、PVAフィルムのホウ酸量を少なくするとともに、ホウ酸処理工程と水洗工程との間でPVAフィルムを乾燥する工程を設けることによって、高温下での収縮力が小さく色相が良好な偏光フィルムが得られることが記載されている。しかしながら、偏光フィルム中のホウ酸量を少なくすると収縮力は低下するものの、高い偏光性能を維持することは困難であった。
特開2015−028634号公報 KR10−2014−0075154号公報 特開2013−148806号公報
本発明は、偏光性能と色相とが良好であり、なおかつ収縮力が低い偏光フィルム及びその簡便な製造方法を提供することを目的とする。
上記課題は、PVA(A)、下記式(I)で表わされるジボロン酸及び水の存在下で該ジボロン酸に転化し得る化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のホウ素含有化合物(B)及びホウ酸(C)を含む偏光フィルムであって、前記偏光フィルムの表面から内側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(α)が1〜7原子%であり、中心から外側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(β)が0.1〜2原子%であり、かつ濃度(β)に対する濃度(α)の比(α/β)が1.5以上であることを特徴とする偏光フィルムを提供することによって解決される。
Figure 2019146678
[式(I)中、Rは炭素数が1〜20の2価の有機基であり、Rと2つのボロン酸基とがホウ素−炭素結合で繋がっている。]
前記偏光フィルム中のホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素含有量が、PVA(A)100質量部に対して、0.1〜3.0質量部であることが好ましい。Rが脂肪族基であることも好ましい。前記偏光フィルム中の全ホウ素元素含有量が1.0〜5.0質量%であることも好ましい。
上記課題は、PVAフィルムを二色性色素で染色する染色処理、及び該フィルムをホウ酸水溶液中で一軸延伸する延伸処理を含む偏光フィルムの製造方法において、ホウ酸由来のホウ素元素含有量が0.5〜5.0質量%である延伸処理後のPVAフィルムを、ホウ素含有化合物(B)の濃度が0.1〜5.0質量%である水溶液に浸漬してから該フィルムを95℃以下で乾燥させる前記偏光フィルムの製造方法を提供することによっても解決される。
本発明の偏光フィルムは、偏光性能と色相とが良好であり、なおかつ収縮力が低い。本発明の製造方法によれば、このような偏光フィルムを簡便に製造することができる。
実施例1で得られた偏光フィルムのH−NMRチャートである。
本発明の偏光フィルムは、PVA(A)、下記式(I)で表わされるジボロン酸及び水の存在下で該ジボロン酸に転化し得る化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のホウ素含有化合物(B)及びホウ酸(C)を含む偏光フィルムであって、前記偏光フィルムの表面から内側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(α)が1〜7原子%であり、中心から外側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(β)が0.1〜2原子%であり、かつ濃度(β)に対する濃度(α)の比(α/β)が1.5以上であるものである。
Figure 2019146678
[式(I)中、Rは炭素数が1〜20の2価の有機基であり、Rと2つのボロン酸基とがホウ素−炭素結合で繋がっている。]
前記偏光フィルムの表面から内側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(α)が1〜7原子%である必要がある。ホウ素元素濃度(α)が1原子%未満の場合、当該偏光フィルムの表面付近における架橋量が少なすぎて、偏光性能が不十分になる。ホウ素元素濃度(α)は2原子%以上であることが好ましい。一方、ホウ素元素濃度(α)が7原子%を超える場合、表面が硬くなりすぎて偏光フィルムが裂けやすくなる。ホウ素元素濃度(α)は6原子%以下であることが好ましい。
また、前記偏光フィルムの中心から外側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(β)が0.1〜2原子%である必要がある。ホウ素元素濃度(β)が2原子%を超える場合、偏光性能が低くなったり、色相が悪くなったりする。この理由は明らかではないが、短波長の光を吸収するヨウ素錯体の形成をホウ素含有化合物(B)が阻害することが原因であると考えられる。ホウ素元素濃度(β)は1原子%以下が好ましい。一方、ホウ素元素濃度(β)が0.1原子%未満の場合、偏光フィルムの収縮力が高くなる。前記偏光フィルムにおける、ホウ素元素濃度(α)及びホウ素元素濃度(β)は、ガスクラスターイオンビーム銃付きX線光電子分光器(GCIB XPS)を用いて求めることができる。具体的には、後述する実施例に記載された方法により求めることができる。
前記偏光フィルムの厚みは、5〜30μmが好ましい。当該厚みが5μm未満の場合、製造時に延伸切れが発生しやすくなり、生産性が低下するおそれがある。当該厚みは10μm以上が好ましい。一方、当該厚みが30μmを超える場合、薄膜化や軽量化等の偏光板に求められる性能が満たされないおそれがある。
前記偏光フィルムにおいて、ホウ素元素濃度(β)に対するホウ素元素濃度(α)の比(α/β)が1.5以上である必要がある。当該比(α/β)が1.5未満の場合、偏光性能が不十分になる場合や色相が悪くなる場合がある。前記比(α/β)が2以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましい。一方、前記比(α/β)は、通常50以下である。
上記のようにホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素について、厚み方向において所定の濃度分布を有することが前記偏光フィルムの大きな特徴である。一般的な方法でホウ素含有化合物(B)をPVAフィルムに吸着させた場合、フィルムの表面付近と中心部とで実質的な濃度差はなく、収縮力を低減させる効果は得られるものの、偏光性能や色相が低下して問題となることがあった。本発明者らは、偏光性能及び色相と、収縮性とを両立させるべく検討を重ねた結果、偏光フィルムの中心部におけるホウ素含有化合物(B)の含有量を表面付近よりも少なくすることにより、偏光性能及び色相の低下を抑制しつつ、収縮力を低減させることができることを見出した。この理由は明らかではないが、偏光フィルムの中心部におけるホウ素含有化合物(B)の含有量を低減させることにより、当該部分において、短波長の光を吸収するヨウ素錯体の形成が促進されるため、偏光性能及び色相の低下を防ぐことができるものと考えられる。
前記偏光フィルム中のホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素含有量が、PVA(A)100質量部に対して、0.1〜3.0質量部であることが好ましい。当該含有量が3.0質量部を超える場合、架橋量が多くなりすぎて、偏光フィルムが脆く割れやすくなるおそれがある。当該含有量は2.0質量部以下がより好ましい。一方、当該含有量が0.1質量部未満の場合、架橋量が少なすぎて、偏光フィルムの収縮力が高くなるおそれがある。当該含有量は、0.3質量部以上がより好ましい。ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素含有量は、H−NMR測定により求めることができる。具体的には、後述する実施例に記載された方法により求めることができる。
前記偏光フィルム中の全ホウ素元素含有量が1.0〜5.0質量%であることが好ましい。当該含有量が5.0質量%を超える場合、偏光フィルムの収縮力が高くなるおそれがある。当該含有量は、4.0質量%以下がより好ましく、3.0質量%以下がさらに好ましい。一方、当該含有量が1.0質量%未満の場合、偏光性能が不十分になるおそれがある。当該含有量は、2.0質量%以上がより好ましく、2.2質量%以上がさらに好ましい。前記偏光フィルム中の全ホウ素元素含有量はICP発光分析により求めることができる。具体的には、後述する実施例に記載された方法により求めることができる。
本発明で用いられるホウ素含有化合物(B)は、下記式(I)で表わされるジボロン酸及び水の存在下でジボロン酸に転化し得る化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種である。ジボロン酸は、1分子中にボロン酸基[−B(OH)]を2個有するホウ素含有化合物である。式(I)中、Rは炭素数が1〜20の2価の有機基であり、Rと2つのボロン酸基とがホウ素−炭素結合で繋がっている。ボロン酸基はホウ素原子が2つの水酸基と炭素原子に結合した構造を有している。したがって、ホウ酸[B(OH)]においてはホウ素原子が3つの水酸基と結合しているのに対し、ボロン酸はホウ素−炭素結合を有する点で相違する。そして、ボロン酸基が有するホウ素−炭素結合は加水分解されないので、水が存在する環境下においても安定である。
Figure 2019146678
また、ボロン酸基中の水酸基は、ホウ酸中の水酸基と同様に、アルコールとエステルを形成することができることから、本発明で用いられるホウ素含有化合物(B)はPVAの水酸基と反応してエステルを形成することが可能な水酸基を4つ有しており、更にボロン酸基がRを介して互いに離れた位置に存在することになる。これらのため、本発明で用いられるホウ素含有化合物(B)はPVAを効果的に架橋することができるものと考えられる。
水の存在下でボロン酸基に転化し得るホウ素含有基としては、以下に説明するボロン酸エステル基が代表的なものとして挙げられるが、これに限定されるものではない。下記構造式(II)が、ジボロン酸に対して1分子のアルコール(R−OH)が反応したジボロン酸モノエステルである。ここで、ボロン酸基がPVAの水酸基と結合する場合には、構造式(II)中のRはPVAであり、PVAにホウ素原子を介して有機基が結合することになる。
Figure 2019146678
下記構造式(III)が、ジボロン酸に対して2分子のアルコール(R−OH)が反応したジボロン酸ジエステルの例である。ここで、ボロン酸基がPVAの水酸基と結合する場合には、構造式(III)中の2つのRはいずれもPVA鎖である。
Figure 2019146678
上記式(I)中、Rは炭素数が1〜20の2価の有機基である。Rが適当な長さであることによって効率的にPVA鎖を架橋させることができる。Rの炭素数は、10以下であることが好ましく、6以下であることがより好ましく、4以下であることがさらに好ましい。また、Rの炭素数は2以上であることが好ましい。Rは、2価の有機基であって、Rと2つのボロン酸基とがホウ素−炭素結合で繋がっていればよい。Rは、炭化水素基であってもよいし、酸素、窒素、硫黄、ハロゲンなどのヘテロ原子を含んでいても構わない。入手のしやすさなどを考慮すれば、Rはヘテロ原子を含んでいないことが好ましく、Rが炭化水素基であることがより好ましい。
ホウ素元素濃度(α)やホウ素元素濃度(β)を上記範囲にすることが容易である点から、Rが脂肪族化合物であることが好ましい。Rが芳香族基である場合、PVAフィルムへの吸着及びPVAフィルム中における拡散が遅くなり、ホウ素元素濃度(α)やホウ素元素濃度(β)を上記範囲にすることが困難な場合がある。
ホウ素含有化合物(B)として具体的には、メタンジボロン酸、1,2−エタンジボロン酸、1,3−プロパンジボロン酸、1,4−ブタンジボロン酸、1,5−ペンタンジボロン酸、1,6−ヘキサンジボロン酸、1,7−ヘプタンジボロン酸、1,8−オクタンジボロン酸、1,9−ノナンジボロン酸、1,10−デカンジボロン酸、1,11−ウンデカンジボロン酸、1,12−ドデカンジボロン酸、1,13−トリデカンジボロン酸、1,14−テトラデカンジボロン酸、1,15−ペンタデカンジボロン酸、1,16−ヘキサデカンジボロン酸、1,17−ヘプタデカンジボロン酸、1,18−オクタデカンジボロン酸、1,19−ノナデカンジボロン酸、1,20−イコサンジボロン酸及びそれらの異性体等のRが炭化水素基であるホウ素含有化合物、2−オキサ―1,3−プロパンジボロン酸、3−オキサ―1,5−ペンタンジボロン酸、4−オキサ−1,7−ヘプタンジボロン酸及びそれらの異性体等のRにヘテロ原子が含まれるホウ素含有化合物、1,4−フェニレンジボロン酸及びそれらの異性体などRが芳香族基であるホウ素含有化合物等が挙げられる。なかでも、1,2−エタンジボロン酸、1,3−プロパンジボロン酸及び1,4−ブタンジボロン酸が好ましい。
PVA(A)の重合度は、1,500〜6,000の範囲内であることが好ましく、1,800〜5,000の範囲内であることがより好ましく、2,000〜4,000の範囲内であることがさらに好ましい。当該重合度が1,500以上であることにより、フィルムを一軸延伸して得られる偏光フィルムの光学特性を向上させることができる。一方、当該重合度が6,000以下であることにより、製造コストの上昇や、製膜時における工程通過性の不良などを抑制することができる。なお、本発明における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)のけん化度は、PVAフィルムを一軸延伸して得られる偏光フィルムの耐水性の点から、95%以上であることが好ましく、96%以上であることがより好ましく、98%以上であることがさらに好ましい。なお、PVA(A)のけん化度とは、PVA(A)が有する、けん化によってビニルアルコール単位(−CH−CH(OH)−)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して、当該ビニルアルコール単位のモル数が占める割合(%)をいう。当該けん化度は、JIS K6726−1994の記載に準じて測定することができる。
PVA(A)の製造方法は特に限定されない。例えば、ビニルエステル単量体を重合して得られた、ポリビニルエステルのビニルエステル単位をビニルアルコール単位に変換する方法が挙げられる。PVAの製造に用いられるビニルエステル単量体は特に限定されないが、例えば、蟻酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、オレイン酸ビニル、安息香酸ビニルなどが挙げられる。経済的観点からは酢酸ビニルが好ましい。
PVA(A)は、ビニルエステル単量体とそれと共重合可能な他の単量体とを共重合して得られるポリビニルエステル共重合体のビニルエステル単位をビニルアルコール単位に変換したものであってもよい。ビニルエステル単量体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)アクリル酸またはその塩;(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またはその塩、(メタ)アクリルアミドプロピルジメチルアミンまたはその塩、N−メチロール(メタ)アクリルアミドまたはその誘導体等の(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;マレイン酸またはその塩、エステルもしくは酸無水物;イタコン酸またはその塩、エステルもしくは酸無水物;ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;不飽和スルホン酸などを挙げることができる。上記のビニルエステル共重合体は、前記した他の単量体の1種または2種以上に由来する構造単位を有することができる。当該他の単量体は、ビニルエステル単量体を重合反応に供する際にこれを反応容器内に予め存在させておいたり、あるいは、重合反応の進行中に反応容器内にこれを添加したりするなどして使用することができる。偏光性能の観点からは、他の単量体に由来する単位の含有量は、10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましく、2モル%以下であることがさらに好ましい。
上記のビニルエステル単量体と共重合可能な単量体のうち、延伸性が向上すると共により高い温度で延伸することができて、光学フィルム製造時に延伸切れ等のトラブルの発生が低減されて光学フィルムの生産性がより一層向上することから、エチレンが好ましい。PVAがエチレン単位を含む場合、エチレン単位の含有率は、上記のような延伸性や延伸可能温度などの観点から、PVAを構成する全構造単位のモル数に対して、1〜4モル%が好ましく、2〜3モル%がより好ましい。
ビニルエステル単量体を重合する際の重合方式は、回分重合、半回分重合、連続重合、半連続重合などのいずれの方式でもよく、重合方法としては、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法などの公知の方法を適用することができる。無溶媒またはアルコールなどの溶媒中で重合を進行させる塊状重合法または溶液重合法が、通常採用される。高重合度のポリビニルエステルを得る場合には、乳化重合法も好ましい。溶液重合法の溶媒は特に限定されないが、例えばアルコールである。溶液重合法の溶媒に使用されるアルコールは、例えばメタノール、エタノール、プロパノールなどの低級アルコールである。重合液における溶媒の使用量は、目的とするPVAの重合度に応じて溶媒の連鎖移動を考慮して選択すればよく、例えば溶媒がメタノールの場合、溶媒と全単量体との質量比(溶媒/全単量体)として、好ましくは0.01〜10の範囲内、より好ましくは0.05〜3の範囲内から選択される。
ビニルエステル単量体の重合に使用される重合開始剤は、公知の重合開始剤、例えばアゾ系開始剤、過酸化物系開始剤、レドックス系開始剤から重合方法に応じて選択すればよい。アゾ系開始剤は、例えば2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビ
ス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)である。過酸化物系開始剤は、例えばジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジエトキシエチルパーオキシジカーボネートなどのパーカーボネート系化合物;t−ブチルパーオキシネオデカネート、α−クミルパーオキシネオデカネートなどのパーエステル系化合物;アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキシド;2,4,4−トリメチルペンチル−2−パーオキシフェノキシアセテート;過酸化アセチルである。過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素などを上記開始剤に組み合わせて重合開始剤としてもよい。レドックス系開始剤は、例えば上記の過酸化物系開始剤と亜硫酸水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酒石酸、L−アスコルビン酸、ロンガリットなどの還元剤とを組み合わせた重合開始剤である。重合開始剤の使用量は、重合開始剤の種類により異なるために一概には決められないが、重合速度に応じて選択すればよい。例えば重合開始剤に2,2’−アゾビスイソブチロニトリルあるいは過酸化アセチルを用いる場合、ビニルエステル単量体に対して0.01〜0.2%が好ましく、0.02〜0.15%がより好ましい。重合温度は特に限定されないが、室温〜150℃程度が適当であり、好ましくは40℃以上かつ使用する溶媒の沸点以下である。
ビニルエステル単量体の重合は、連鎖移動剤の存在下で行ってもよい。連鎖移動剤は、例えばアセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドなどのアルデヒド類;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;2−ヒドロキシエタンチオールなどのメルカプタン類;ホスフィン酸ナトリウム一水和物などのホスフィン酸塩類などである。なかでもアルデヒド類及びケトン類が好適に用いられる。連鎖移動剤の使用量は、使用する連鎖移動剤の連鎖移動係数及び目的とするPVAの重合度に応じて決定することができるが、一般にビニルエステル単量体100質量部に対して0.1〜10質量部が好ましい。
ポリビニルエステルのけん化は、例えばアルコールまたは含水アルコールに当該ポリビニルエステルが溶解した状態で行うことができる。けん化に使用するアルコールは、例えばメタノール、エタノールなどの低級アルコールが挙げられ、好ましくはメタノールである。けん化に使用するアルコールは、例えばその質量の40質量%以下の割合で、アセトン、酢酸メチル、酢酸エチル、ベンゼンなどの他の溶媒を含んでもよい。けん化に使用する触媒は、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、ナトリウムメチラートなどのアルカリ触媒、鉱酸などの酸触媒である。けん化を行う温度は限定されないが、20〜60℃の範囲内が好適である。けん化の進行にしたがってゲル状の生成物が析出してくる場合には、生成物を粉砕した後、洗浄、乾燥して、PVAを得ることができる。けん化方法は、前述した方法に限らず公知の方法を適用できる。
PVAフィルムは、上記のPVA(A)の他に可塑剤を含むことができる。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。さらに、これらの可塑剤の1種または2種以上を含むことができる。これらの中でも、延伸性の向上効果の点からグリセリンが好ましい。
PVAフィルムにおける可塑剤の含有量は、PVA(A)100質量部に対して、1〜20質量部の範囲内であることが好ましく、3〜17質量部の範囲内であることがより好ましく、5〜15質量部の範囲内であることがさらに好ましい。当該含有量が1質量部以上であることによりフィルムの延伸性がより向上する。一方、当該含有量が20質量部以下であることにより、フィルムが柔軟になり過ぎて取り扱い性が低下するのを抑制することができる。
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、結晶化速度遅延剤などの添加剤を、必要に応じて適宜配合できる。
PVAフィルムにおけるPVA(A)及び可塑剤の合計の占める割合は、PVAフィルムの質量に基づいて、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましい。
PVAフィルムの膨潤度は、160〜240%の範囲内であることが好ましく、170〜230%の範囲内であることがより好ましく、180〜220%の範囲内であることが特に好ましい。膨潤度が160%以上であることにより極度に結晶化が進行するのを抑制することができて、安定して高倍率まで延伸することができる。一方、膨潤度が240%以下であることにより、延伸時の溶解が抑制され、より高温の条件下でも延伸することが可能となる。PVAフィルムの膨潤度は、後述する実施例に記載された方法により求めることができる。
PVAフィルムの厚みは5〜100μm、さらには5〜60μm、特に10〜45μm程度であることが好ましい。当該厚みが薄すぎると、偏光フィルムを製造するための一軸延伸などの延伸処理時に、延伸切れが発生しやすくなる傾向がある。また、当該厚みが厚すぎると、偏光フィルムの収縮力が大きくなりすぎることがある。
PVAフィルムの幅は特に制限されず、製造される偏光フィルムの用途などに応じて決めることができる。近年、液晶テレビや液晶モニターの大画面化が進行している点から偏光フィルムの製造に用いるPVAフィルムの幅を3m以上にすると、これらの用途に好適である。一方、偏光フィルムの製造に用いるPVAフィルムの幅があまりに大きすぎると実用化されている装置で偏光フィルムを製造する場合に一軸延伸を均一に行うことが困難になりやすいので、偏光フィルムの製造に用いるPVAフィルムの幅は7m以下であることが好ましい。
PVAフィルムの製造方法は特に限定されず、製膜後の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、例えば、偏光フィルムの製造に用いるPVAフィルムを構成する上記したPVA(A)、及び必要に応じてさらに、上記した可塑剤、添加剤、及び後述する界面活性剤などのうちの1種または2種以上が液体媒体中に溶解した製膜原液や、PVA(A)、及び必要に応じてさらに、可塑剤、添加剤、界面活性剤、及び液体媒体などのうちの1種または2種以上を含み、PVA(A)が溶融している製膜原液を用いて製造することができる。当該製膜原液が可塑剤、添加剤、及び界面活性剤の少なくとも1種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。
製膜原液の調製に使用される上記液体媒体としては、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、これらのうちの1種または2種以上を使用することができる。そのうちでも、環境に与える負荷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
分の製膜原液中における含有割合)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、50〜95質量%の範囲内であることが好ましく、55〜90質量%の範囲内であることがより好ましい。製膜原液の揮発分率が50質量%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、製膜原液調製時の濾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、製膜原液の揮発分率が95質量%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。
製膜原液は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、製膜性が向上してPVAフィルムの厚み斑の発生が抑制されると共に、製膜に使用する金属ロールやベルトからのPVAフィルムの剥離が容易になる。界面活性剤を含む製膜原液からPVAフィルムを製造した場合には、当該PVAフィルム中には界面活性剤が含有され得る。上記の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または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などが好適である。
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適である。
これらの界面活性剤は1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。
製膜原液が界面活性剤を含む場合、その含有量は、製膜原液に含まれるPVA(A)100質量部に対して、0.01〜0.5質量部の範囲内であることが好ましく、0.02〜0.3質量部の範囲内であることがより好ましく、0.05〜0.2質量部の範囲内であることが特に好ましい。当該含有量が0.01質量部以上であることにより製膜性及び剥離性がより向上する。一方、当該含有量が0.5質量部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ブロッキングが生じ、取り扱い性が低下することを抑制することができる。
上記した製膜原液を用いて偏光フィルムの製造に用いるPVAフィルムを製膜する際の製膜方法としては、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る。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、押出製膜法が、厚み及び幅が均一で物性の良好な偏光フィルムの製造に用いるPVAフィルムが得られることから好ましい。製膜されたPVAフィルムには必要に応じて乾燥や熱処理を行うことができる。
PVAフィルムの具体的な製造方法の例としては、例えば、T型スリットダイ、ホッパープレート、I−ダイ、リップコーターダイ等を用いて、上記の製膜原液を最上流側に位置する回転する加熱した第1ロール(あるいはベルト)の周面上に均一に吐出または流延し、この第1ロール(あるいはベルト)の周面上に吐出または流延された膜の一方の面から揮発性成分を蒸発させて乾燥し、続いてその下流側に配置した1個または複数個の回転する加熱したロールの周面上でさらに乾燥するか、または熱風乾燥装置の中を通過させてさらに乾燥した後、巻き取り装置により巻き取る方法を工業的に好ましく採用することができる。加熱したロールによる乾燥と熱風乾燥装置による乾燥とは、適宜組み合わせて実施してもよい。また、単一の樹脂層から構成される基材フィルムの一方の面にPVA(A)からなる層を形成することによって、多層のPVAフィルムを製膜しても良い。
本発明の偏光フィルムの製造方法は特に制限されない。好適な製造方法は、PVAフィルムを二色性色素で染色する染色処理、及び該フィルムを一軸延伸する延伸処理を含む偏光フィルムの製造方法において、ホウ酸由来のホウ素元素含有量が0.5〜5.0質量%である延伸処理後のPVAフィルムを、ホウ素含有化合物(B)の濃度が0.1〜5.0質量%である水溶液に浸漬してから該フィルムを95℃以下で乾燥させる偏光フィルムの製造方法である。本発明の偏光フィルムの製造に用いるPVAフィルムに対して、染色処理、延伸処理、及び必要に応じてさらに、膨潤処理、ホウ酸架橋処理、固定処理、洗浄処理、熱処理などを施す方法が挙げられる。この場合、各処理の順序は特に制限されないが、膨潤処理、ホウ酸架橋処理、延伸処理、固定処理をこの順で行うことが好ましい。また、染色処理はホウ酸架橋処理の前に行うことが好ましい。なお、1つまたは2つ以上の処理を同時に行うこともでき、各処理の1つまたは2つ以上を2回またはそれ以上行うこともできる。
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としては、20〜40℃であることが好ましく、22〜38℃であることがより好ましく、25〜35℃であることがさらに好ましい。また、水に浸漬する時間としては、例えば、0.1〜5分間であることが好ましく、0.2〜3分間であることがより好ましい。なお、水に浸漬する際の水は純水に限定されず、ヨウ化カリウム、ヨウ化カルシウム、塩化亜鉛、硫酸ナトリウムなどのヨウ化物及び塩成分や、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のアニオン性界面活性剤や、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のノニオン性界面活性剤など、界面活性剤成分が溶解した水溶液であってもよいし、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やその構造異性体などの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。延伸処理前、延伸処理時、延伸処理後のいずれの段階でも染色処理を行うことは可能だが、PVAフィルムに効率よく二色性色素を吸着させる、PVAフィルムに吸着した二色性色素を効率よく配向させるという観点から、膨潤処理の後かつ延伸処理の前に染色処理を行うことが好ましい。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、もしくは複数の二色性染料を含有する溶液(特に水溶液)に浸漬させることにより行うのが一般的である。ヨウ素−ヨウ化カリウムを含有する溶液の場合、染色浴におけるヨウ素の濃度は0.01〜0.5質量%であることが好ましく、ヨウ化カリウムの濃度は0.01〜10質量%であることが好ましい。また、染色浴の温度は20〜50℃、特に25〜40℃とすることが好ましい。好適な染色時間は0.2〜5分である。二色性染料を用いる場合、二色性染料は水性染料が好ましい。また、染色浴における染料濃度は0.001〜10質量%であることが好ましい。また、必要に応じて染色助剤を用いても良く、硫酸ナトリウムなどの無機塩や界面活性剤などを用いても良い。硫酸ナトリウムを用いる場合は0.1〜10質量%が好ましい。染色温度は30〜80℃ が好ましい。具体的な二色性染料としては、シー.アイ.ダイレクトイエロー28、シー.アイ.ダイレクトオレンジ39、シー.アイ.ダイレクトイエロー12、シー.アイ.ダイレクトイエロー44、シー.アイ.ダイレクトオレンジ26、シー.アイ.ダイレクトオレンジ71、シー.アイ.ダイレクト.オレンジ107、シー.アイ.ダイレクトレッド2、シー.アイ.ダイレクトレッド31、シー.アイ.ダイレクト.レッド79、シー.アイ.ダイレクトレッド81、シー.アイ.ダイレクトレッド247、シー.アイ.ダイレクトグリーン80、シー.アイ.ダイレクトグリーン59などが挙げられるが、偏光板製造用に開発された二色性染料が好ましい。
PVAフィルムに対してホウ酸架橋処理を施すことで、高温で湿式延伸する際にPVA(A)やPVAフィルムに吸着した二色性色素が水へ溶出するのを効果的に防止することができる。この観点からホウ酸架橋処理は、染色処理の後かつ延伸処理の前に行うことがより好ましい。ホウ酸架橋処理は、ホウ酸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。当該ホウ酸架橋剤としては、ホウ酸、ホウ砂等のホウ酸塩などのホウ素含有無機化合物の1種または2種以上を使用することができ、取扱いのしやすさから、ホウ酸架橋剤はホウ酸であることが好ましい。ホウ酸架橋剤を含む水溶液におけるホウ酸架橋剤の濃度は1〜10質量%であることが好ましく、2〜7質量%であることがより好ましい。ホウ酸架橋剤の濃度が1〜10質量%であることで、十分な延伸性を維持することができる。ホウ酸架橋剤の濃度が10質量%を超えると、過剰に架橋が進行して延伸性が低下することがあるため好ましくない。また、ホウ酸架橋剤の濃度が1質量%未満の場合、高温で延伸する際にPVA(A)やPVAフィルムに吸着した二色性色素が水へ溶出するのを防ぐ効果が不十分になることがあるため好ましくない。ホウ酸架橋剤を含む水溶液はヨウ化カリウム等の助剤を含有してもよい。ホウ酸架橋剤を含む水溶液の温度は20〜50℃が好ましく、25〜40℃が特に好ましい。当該温度を20〜50℃にすることで効率良くホウ酸架橋することができる。
後述する延伸処理とは別に、上述した各処理中や処理間において、PVAフィルムを延伸(前延伸)してもよい。このように、延伸処理よりも前に行われる前延伸の全延伸倍率(各処理における延伸倍率を掛け合わせた倍率)は、得られる偏光フィルムの偏光性能などの観点から、延伸前の原料のPVAフィルムの元長に基づいて、1.5倍以上が好ましく、2.0倍以上がより好ましく、2.5倍以上がさらに好ましい。一方、当該全延伸倍率は、4.0倍以下が好ましく、3.5倍以下がより好ましい。膨潤処理における延伸倍率としては、1.05〜2.5倍が好ましい。染色処理における延伸倍率としては、1.1〜2.5倍が好ましい。ホウ素架橋処理における延伸倍率としては、1.1〜2.5が好ましい。
延伸処理は、湿式延伸法または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、ホウ酸架橋剤を含む水溶液中で行うこともできるし、上記した染色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うこともできる。これらの中でも、湿式延伸法が好ましく、ホウ酸架橋剤を含む水溶液中で一軸延伸処理を行うことが特に好ましい。取扱いやすさから、ホウ酸架橋剤はホウ酸であることが好ましい。前記水溶液中におけるホウ酸の濃度は0.5〜5質量%であることが好ましく、2〜5質量%あることがより好ましい。ホウ酸の濃度が0.5質量%未満の場合には、PVAフィルム中のホウ酸含有量が少なくなりすぎて、延伸処理後のPVAフィルムをホウ素含有化合物(B)の水溶液に浸漬させた際に、ホウ素含有化合物(B)が過剰に吸着し、偏光フィルムが脆くなることがある。一方、ホウ酸濃度が5質量%を超える場合は、PVAフィルム中のホウ酸含有量が多くなりすぎて、延伸処理後のPVAフィルムをホウ素含有化合物(B)の水溶液に浸漬させた際に、ホウ酸がホウ素含有化合物(B)の吸着を過度に阻害することがある。ホウ酸水溶液はヨウ化カリウムを含有してもよく、ヨウ化カリウムの濃度は0.01〜10質量%が好ましい。延伸処理における延伸温度は、30〜90℃であることが好ましい。当該温度は40℃以上がより好ましく、50℃以上がさらに好ましい。一方、前記温度は80℃以下がより好ましく、70℃以下がさらに好ましい。また、延伸処理における延伸倍率(原料のPVAフィルムからの全延伸倍率)は、2.0〜4.0倍が好ましい。得られる偏光フィルムの偏光性能などの観点から、当該延伸倍率は2.2倍以上がより好ましい。一方、当該延伸倍率は3.5倍以下がより好ましい。また、後述する固定処理前までの全延伸倍率は、偏光性能の点から5倍以上が好ましく、5.5倍以上がより好ましい。延伸倍率の上限は特に制限されないが、延伸倍率は8倍以下であることが好ましい。
長尺のPVAフィルムに延伸処理を行う場合における一軸延伸処理の方向に特に制限はなく、長尺方向への一軸延伸処理や横一軸延伸処理や、いわゆる斜め延伸処理を採用することができるが、偏光性能に優れる偏光フィルムが得られることから長尺方向への一軸延伸処理が好ましい。長尺方向への一軸延伸処理は、互いに平行な複数のロールを備える延伸装置を使用して、各ロール間の周速を変えることにより行うことができる。一方、横一軸延伸処理はテンター型延伸機を用いて行うことができる。
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、二色性染料等)の吸着を強固にするためにも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、ホウ素含有化合物(B)を含む水溶液が好ましい。また、必要に応じて、固定処理浴中にホウ酸、ヨウ素、ヨウ化物、金属化合物などを添加しても良く、ヨウ化カリウムなどのヨウ化物を添加することが好ましい。固定処理浴の温度は、10〜70℃であることが好ましく、20〜40℃であることがより好ましい。ヨウ化物は0.5〜10質量%添加することが好ましい。固定処理における延伸倍率は、1.3倍以下が好ましく、1.2倍以下がより好ましく、1.1倍未満がさらに好ましい。
延伸処理後のPVAフィルムにホウ素含有化合物(B)を吸着させる。延伸処理前や延伸処理中にホウ素含有化合物(B)を吸着させると、偏光フィルムの中心まで多量のホウ素含有化合物(B)が吸着し、色相が悪くなるおそれがある。また、分子間架橋が多くなりすぎて延伸性が低下するおそれもある。ホウ素含有化合物(B)は、延伸処理後の工程であれば、染色処理、ホウ酸架橋処理、固定処理のいずれの工程でPVAフィルムに吸着させてもよいが、固定処理において吸着させることが、色相を悪化させないことや延伸性の観点から好ましく、具体的には、PVAフィルムをホウ素含有化合物(B)の濃度が0.1〜5.0質量%である水溶液に浸漬することにより、PVAフィルムにホウ素含有化合物(B)を吸着させることが好ましい。
前記水溶液中のホウ素含有化合物(B)の濃度が0.1質量%未満の場合、色相が悪化するおそれや収縮力を低下させる効果が不十分になるおそれがある。当該濃度は、0.2質量%以上がより好ましく、0.3質量%以上がさらに好ましい。一方、前記濃度が5.0質量%を超える場合、ホウ素含有化合物(B)が過剰に吸着して、偏光フィルム表面が脆くなることや表面にホウ素含有化合物(B)の析出物が生じることがある。前記濃度は4質量%以下がより好ましい。また、前記水溶液の温度は10〜70℃であることが好ましい。当該温度が10℃未満の場合、処理浴中でホウ素含有化合物(B)が析出するおそれがある。当該温度は、20℃以上がより好ましい。一方、前記温度が70℃を超える場合、偏光フィルムにしわが発生しやすくなるおそれがある。前記温度は、60℃以下がより好ましく、50℃以下がさらに好ましく、40℃以下が特に好ましい。水溶液に浸漬する時間は、5〜400秒が好ましい。前記水溶液は偏光性能向上の点からヨウ化カリウム等のヨウ化物を助剤として含有することが好ましく、その含有量は0.5〜10質量%が好ましい。
ホウ素含有化合物(B)の吸着に供されるPVAフィルム中のホウ酸由来のホウ素元素含有量が0.5〜5.0質量%である必要がある。これにより、偏光フィルムの厚み方向におけるホウ素含有化合物(B)の濃度の調整が可能となり、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(α)及びホウ素元素濃度(β)を上記範囲とすることができる。PVAフィルム中のホウ酸がホウ素含有化合物(B)の吸着を適度に阻害することによって、ホウ素含有化合物(B)が偏光フィルムの表面付近に吸着しやすくなり、中心部には吸着しにくくなるものと考えられる。PVAフィルム中のホウ酸由来のホウ素元素含有量が0.5質量%未満の場合、PVAフィルムをホウ素含有化合物(B)の水溶液に浸漬した際に、ホウ素含有化合物(B)が過剰に吸着し、色相が悪化することや、偏光フィルムの表面が硬くなりすぎて裂けやすくなることがある。前記含有量は、1質量%以上が好ましい。一方、前記含有量が5.0質量%を超える場合、PVAフィルムをホウ素含有化合物(B)の水溶液に浸漬した際に、ホウ素含有化合物(B)の吸着が過度に阻害されるおそれがある。なお、PVAフィルム中のホウ酸由来のホウ素元素含有量は、延伸処理やホウ酸架橋処理において、処理浴の温度、ホウ酸濃度、浸漬時間等により調整することができる。
偏光フィルム中のホウ素含有化合物(B)の含有量は、固定処理における、水溶液のホウ素含有化合物(B)の濃度、水溶液の温度又は水溶液への浸漬時間を調整することにより、制御することができるが、温度や浸漬時間を調整した場合、偏光フィルムにしわが発生するおそれがあることから、ホウ素含有化合物(B)の濃度によって調整することが好ましい。
乾燥処理の前に洗浄処理を行ってもよい。洗浄処理は、水、蒸留水、純水等にPVAフィルムを浸漬して行われることが一般的である。このとき、偏光性能向上の点から洗浄処理に用いる水溶液はヨウ化カリウム等のヨウ化物を含有することが好ましく、ヨウ化物の濃度は0.5〜10質量%とすることが好ましい。また、洗浄処理における水溶液の温度は一般的に5〜50℃であり、10〜45℃が好ましく、10〜40℃が特に好ましい。経済的な観点から水溶液の温度が低すぎることは好ましくなく、水溶液の温度が高すぎると偏光性能が低下することがあるため好ましくない。
PVAフィルムを、ホウ素含有化合物(B)の水溶液に浸漬してから当該フィルムを95℃以下で乾燥させる乾燥処理を行う。乾燥温度が95℃を越える場合、色相が悪化するおそれがある。当該温度は90℃以下が好ましく、80℃以下がより好ましい。一方、乾燥温度が40℃未満の場合、収縮力が高くなりやすいため好ましくない。当該温度は、50℃以上が好ましい。乾燥時間は10〜600秒間が好ましい。
乾燥処理の後に熱処理を行うことで、さらに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、水分率が5%以下の乾燥処理後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、熱処理温度は60℃〜95℃が好ましく、70℃〜90℃が特に好ましい。60℃よりも低温で熱処理を行うと熱処理による寸法安定性向上効果が不十分なことがあるため好ましくなく、95℃よりも高温で熱処理を行うと、偏光フィルムに赤変が激しく生じることがあるため好ましくない。
以上のようにして得られた偏光フィルムは、通常、その両面または片面に、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される。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などが使用される。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系接着剤などを挙げることができるが、中でも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、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LCDの部品として使用することができる。同時に位相差フィルムや視野角向上フィルム、輝度向上フィルム等と貼り合わせてもよい。
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、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測定または評価方法を以下に示す。
[偏光フィルムの光学特性]
偏光フィルムの幅方向と長さ方向の中央部から、偏光フィルムの長さ方向4cm×幅方向2cmの長方形のサンプルを採取し、積分球付き分光光度計V−7100(日本分光株式会社製)とグランテーラ偏光子を備え付けた自動偏光フィルム測定装置VAP−7070S(日本分光株式会社製)を用いて、偏光フィルムのパラレル透過率およびクロスニコル透過率を測定した。なお、測定波長範囲は380nm〜780nmに設定し、グランテーラ偏光子を通して偏光フィルムに入射される偏光の振動方向が、偏光フィルムの透過軸に平行な場合の透過率をパラレル透過率、偏光フィルムの透過軸に垂直な場合をクロスニコル透過率とした。その後、「偏光フィルム評価プログラム」(日本分光株式会社製)を用いて、JIS Z 8722(物体色の測定方法)に準拠するように、C光源、2°視野の可視光領域の視感度補正を行って、偏光フィルムの単体透過率、偏光度、単体b値(色相)の算出を行い、これら3つの値を偏光フィルムの光学特性として得た。
[収縮力]
収縮力は島津製作所製の恒温槽付きオートグラフ「AG−X」とビデオ式伸び計「TR ViewX120S」を用いて測定した。測定にはおよそ20℃/20%RHで18時間調湿した偏光フィルムを使用した。オートグラフ「AG−X」の恒温槽を20℃にした後、偏光フィルム(長さ方向15cm、幅方向1.5cm)をチャック(チャック間隔5cm)に取り付け、引張り開始と同時に、10℃/分の昇温速度で80℃へ恒温槽の昇温を開始した。偏光フィルムを1mm/minの速さで引張り、張力が2Nに到達した時点で引張りを停止し、その状態で4時間後までの張力を測定した。このとき、熱膨張によってチャック間の距離が変わるため、上下それぞれのチャックに標線シールを貼り、ビデオ式伸び計「TR ViewX120S」を用いてチャック間の距離が一定になるように標線シールが動いた分だけ修正しながら測定を行った。なお、測定初期(測定開始10分以内)に、張力に極小値が生じる場合には、4時間後の張力の測定値から極小値を差し引き、その値を偏光フィルムの収縮力とした。
[ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度]
ガスクラスターイオンビーム銃付きX線光電子分光器(アルバック・ファイ株式会社製:PHI5000 VersaProbe II)(GCIB−XPS)を用いて偏光フィルム中のホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度を測定した。測定にはおよそ23℃/50%RHで16時間調湿した偏光フィルムを使用した。スパッタイオン源Ar2500 、加速電圧20keV、電流値30nAの条件で中和しながら2mm×2mmの範囲でスパッタを行い、深さ方向に50nmスパッタするごとにX線光電子分光測定(XPS測定)を行った。XPS測定は、X線源に単色化Alを用いて、X線スポット径は100μm、X線出力は15kV、25Wの設定で行い、検出元素は炭素、ホウ素、酸素、ヨウ素、カリウムの5種を選択した。なお、二色性色素に二色性染料を用いる場合は、二色性染料に含まれる窒素、硫黄などの元素も検出元素に適宜選択する必要がある。次に解析ソフト「MultiPack」(アルバック・ファイ株式会社製)を用いて、C−C、C−H結合の結合エネルギーである284.8eVを基準にし、偏光フィルムの各深さにおけるホウ素元素濃度(a、原子%)を算出した。その後、各深さにおけるXPSスペクトルについて、表計算ソフト「Microsoft 2010」(マイクロソフト株式会社製)を用いて、ホウ酸のホウ素に起因する結合エネルギーを192.3eV、ホウ素含有化合物(B)のホウ素に起因する結合エネルギーを適宜設定し、擬フォークト関数を用いて最小二乗法でピーク分離を行った。なお、187から189eVのXPSスペクトルの強度の平均値と195から197eVのXPSスペクトルの平均値から算出した一次関数をベースラインとして用いた。このようにしてホウ酸由来のホウ素とホウ素含有化合物(B)のホウ素の合計に対する、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素のピーク面積率(b、%)を算出し、下記計算式(1)に代入することで、各深さにおけるホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度を算出した。
ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(原子%)
=a×b×10−2 (1)
なお、ホウ素含有化合物(B)のホウ素に起因する結合エネルギーは、当該化合物の構造によって変化する。したがって、ホウ素含有化合物(B)の種類によって適切に前記結合エネルギーを設定する必要がある。例えば、ホウ素含有化合物(B)が1,4−ブタンジボロン酸の場合は191.3eVである。また、擬フォークト関数を用いて最小二乗法でピーク分離を行う際、ホウ酸のローレンツ関数比は0.115に設定し、21/2×σは0.809に設定した。なお、ホウ素含有化合物(B)のローレンツ関数比と半値幅も当該化合物の構造によって変化する。したがって、当該化合物の種類によってローレンツ関数比と21/2×σを適切に設定する必要がある。ホウ素含有化合物(B)が1,4−ブタンジボロン酸の場合、ローレンツ関数比は0.263、21/2×σは0.797に設定した。
このような方法により、偏光フィルムの両面について、表面から内側に1μmまで50nmごとにホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度を求めて、その平均値を、偏光フィルムの表面から内側に1μmの範囲のホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(α、原子%)とした。また、偏光フィルムの中心から両外側に1μmまで50nmごとにホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度を求めて、その平均値を、偏光フィルムの中心から外側に1μmまでの範囲のホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(β、原子%)とした。
[PVA(A)100質量部に対するホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素含有量]
23℃/50%RHで16時間調湿した偏光フィルムを重水でおよそ0.003質量%になるように溶解した後、およそ0.15質量%になるように、ロータリーエバポレーターで濃縮した溶液をH−NMRの測定サンプルとした。H−NMR(日本電子株式会社製JNM−AL400:400MHz)測定は80℃で行い、ALICE2(日本電子株式会社製)を用いて以下の方法で解析した。測定して得られたH−NMRチャートについて、ベースラインが滑らかになるように位相を調整した後、アベレージポイントを20に設定して自動でベースラインの補正を行った。次に、測定溶媒である重水のピークが4.65ppmの位置になるように、リファレンスとして自動で設定した。その後、図1のようにホウ素含有化合物(B)に含まれる炭化水素基の水素ピークを積分して、そのピーク面積を求めた。このとき、PVA(A)由来の水素ピークと重なっていないホウ素含有化合物(B)に含まれる炭化水素基の水素ピーク面積を足し合わせたもの(面積c)をピーク面積の基準にし、ホウ素含有化合物(B)の該当する炭化水素の水素数と面積cの値が同じになるように設定した。次に1.7ppm〜2.4ppmの範囲の水素ピークを、PVA(A)のメチレン基由来の水素ピークと、PVA(A)のメチレン基由来の水素ピークと重なっているホウ素含有化合物(B)に含まれる炭化水素基の水素ピークの合計と見なしてピーク面積(面積d)を求めた。その後、PVA(A)由来のメチレン基の水素ピークと重なっているホウ素含有化合物(B)の炭化水素の水素数を面積dから差し引いた面積eを算出した。これらの方法で求めた値を下記式に代入してPVA(A)100質量部に対するホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素含有量を算出した。なお、下記式(2)のX、YはそれぞれPVAのピークと重なっていないホウ素含有化合物(B)に含まれる炭化水素基の水素数と、ホウ素含有化合物(B)の1分子当たりのホウ素数である。なお、式(2)は、変性されていないPVAを用いた時に用いられる式であり、変性されたPVAを原料として用いるときには、式(2)を適宜変形する必要がある。
ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素含有量(質量部)
={(面積c/X)/(面積e/2)}×{(10.811×Y)/44.0526}×100 (2)
式(2)中、10.811はホウ素の原子量、44.0526は変性のないPVAの繰り返し単位1モルあたりの分子量である。例えば、図1のH−NMRチャートは実施例1の偏光フィルムを測定したものであり、PVA100質量部に対するホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素含有量は小数点第2位を繰り上げて0.5質量部となった。
[偏光フィルム中の全ホウ素元素含有量]
およそ23℃/50%RHで16時間調湿した偏光フィルムの質量f(g)を測定し、偏光フィルムがおよそ0.005質量%になるように蒸留水およそ20mLに溶解した。偏光フィルムを溶解した水溶液を測定サンプルとし、その質量g(g)を測定した。その後、島津製作所製マルチ形ICP発光分析装置を用いて測定サンプルのホウ素濃度h(ppm)を測定した。その後、下記式(3)に値を代入して算出した値を偏光フィルム中の全ホウ素元素含有量(質量%)とした。
偏光フィルム中の全ホウ素元素含有量(質量%)
=[(h×10−6×g)/f]×100 (3)
[延伸処理後のPVAフィルム中のホウ酸由来のホウ素元素含有量]
延伸処理後、固定処理前のPVAフィルムを採取して乾燥させてから23℃/50%RHで16時間調湿した後、質量i(g)を測定し、当該PVAフィルムの含有量が約0.005質量%になるように蒸留水約20mLに溶解させた。得られた水溶液を測定サンプルとし、その質量j(g)を測定した。その後、島津製作所製マルチ形ICP発光分析装置を用いて測定サンプルのホウ素濃度k(ppm)を測定した。その後、下記式(4)に値を代入して算出した値を延伸処理後、固定処理前のPVAフィルムにおけるホウ酸由来のホウ素元素含有量(質量%)とした。
PVAフィルム中のホウ酸由来のホウ素元素含有量(質量%)
=[(k×10−6×j)/i]×100 (4)
[PVAフィルムの膨潤度]
PVAフィルムを5cm×10cmにカットし、30℃の蒸留水1000mLに30分間浸漬した。その後、PVAフィルムを取り出し、ろ紙でPVAフィルム表面の水分をふき取り、浸漬後のPVAフィルム質量(質量l)を測定した。その後、105℃の乾燥機にPVAフィルムを入れ、16時間乾燥させた後、乾燥後のPVAフィルム質量(質量m)を測定した。PVAフィルムの膨潤度は下記式(5)に質量lと質量mの値を代入して算出した。
膨潤度(%)=(質量l/質量m) ×100 (5)
[実施例1]
PVA(けん化度99.9%、重合度2400)100質量部、可塑剤としてグリセリン10質量部、及び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0.1質量部を含み、PVAの含有率が10質量%であるPVA水溶液を作製した。前記PVA水溶液を80℃の金属ロール上で乾燥して得られたフィルムを熱風乾燥機中(120℃)で10分間熱処理し、厚みが30μm、膨潤度が200%のPVAフィルムを得た。
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9cmのサンプルをカットした。このサンプルを30℃の純水に30秒間浸漬しつつ1.1倍に長さ方向に一軸延伸して、膨潤処理した。続いてヨウ素0.035質量%及びヨウ化カリウム3.5質量%を含有する水溶液(染色処理浴)(温度30℃)に60秒間浸漬しつつ2.2倍(全体で2.4倍)に長さ方向に一軸延伸してヨウ素を吸着させた。次いで、ホウ酸を3.0質量%及びヨウ化カリウムを3質量%の割合で含有する水溶液(ホウ酸架橋処理浴)(温度30℃)に浸漬しつつ1.2倍(全体で2.7倍)に長さ方向に一軸延伸した。さらにホウ酸を4.0質量%及びヨウ化カリウムを6質量%の割合で含有する60℃の水溶液(延伸処理浴)に浸漬しつつ、全体で6.0倍まで長さ方向に一軸延伸した。一軸延伸処理の後、ホウ素含有化合物(B)として1,4−ブタンジボロン酸を0.5質量%及びヨウ化カリウムを2.5質量%の割合で含有する水溶液(固定処理浴)(温度30℃)に100秒間浸漬した。固定処理において、PVAフィルムは延伸されなかった(延伸倍率1.0倍)。最後に60℃で240秒間乾燥して偏光フィルム(厚み13μm)を作製した。
延伸処理の後、固定処理を行わずに乾燥のみを行って作製した一軸延伸フィルムのICP測定を行ったところ、当該フィルム中のホウ酸由来のホウ素元素含有量は4.5質量%であった。
偏光フィルムのXPSスペクトルを測定して解析したところ、偏光フィルムの表面から内側に1μmの範囲のホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(α)は5.0原子%であり、偏光フィルム中心から1μmの範囲のホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(β)は0.7原子%であった。
偏光フィルムのH−NMRを測定して解析したところ、前記PVA100質量部に対するホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素含有量は0.5質量部となった。
偏光フィルムのICP測定を行ったところ、偏光フィルム中の全ホウ素元素含有量は2.5質量%となった。
偏光フィルムを用いて、上記した方法により偏光フィルムの光学特性及び収縮力を評価したところ、単体透過率43.96%、偏光度99.93%、単体b値(色相)2.1、収縮力6.1Nであった。以上の結果を表1に示す。
[実施例2]
固定処理浴に1,2−エタンジボロン酸を0.5質量%及びヨウ化カリウムを4質量%の割合で含有する水溶液(温度30℃)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例3]
固定処理浴に1,4−ブタンジボロン酸を0.3質量%及びヨウ化カリウムを4質量%の割合で含有する水溶液(温度30℃)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例4]
固定処理浴に浸漬する時間を10秒に変更したこと以外は実施例1と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例5]
延伸処理浴のホウ酸濃度を2.0質量%、延伸処理浴温度を58℃、固定処理浴に浸漬する時間を10秒に変更したこと以外は実施例1と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例1]
KR10−2014−0075154号公報を参考に、30℃の純水で120秒間浸漬しつつ全体で1.3倍になるように長さ方向に一軸延伸して膨潤処理した。続いてヨウ素1質量部に対してヨウ化カリウムを10質量部の割合で含有する水溶液(染色処理浴)(温度30℃)に240秒間浸漬しつつ、1.1倍(全体で1.4倍)に長さ方向に一軸延伸しながら染色処理した。引き続き、1,4−ブタンジボロン酸0.5質量%及びヨウ化カリウム5質量%の割合で含有する50℃の水溶液(延伸処理浴)に120秒間浸漬しつつ4.3倍(全体で6.0倍)に長さ方向に一軸延伸した。その後、30℃の純水(洗浄処理浴)に10秒間浸漬した。最後に60℃で4分間乾燥して偏光フィルムを作製した。得られた偏光フィルムについて、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例2]
延伸処理浴の1,4−ブタンジボロン酸濃度を0.2質量%に変更したこと以外は比較例1と同様にして偏光フィルムを作製した後、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例3]
固定処理浴として、ホウ酸を2.0質量%及びヨウ化カリウムを3質量%の割合で含有する水溶液(温度30℃)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例4]
固定処理浴として、ホウ酸を2.0質量%及びヨウ化カリウムを3質量%の割合で含有する水溶液(温度30℃)を用いたこと、及び固定処理浴に浸漬する時間を10秒に変更したこと以外は、実施例1と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例5]
固定処理浴として、ホウ酸を1.0質量%及びヨウ化カリウムを3質量%の割合で含有する水溶液(温度30℃)を用いて、固定処理浴に浸漬する時間を10秒に変更したこと以外は、実施例2と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例6]
固定処理浴として、ホウ酸を0.5質量%及びヨウ化カリウムを3質量%の割合で含有する水溶液(温度30℃)を用いて、固定処理浴に浸漬する時間を10秒に変更したこと以外は、実施例1と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定または評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例7]
固定処理浴として、ヨウ化カリウムを2質量%の割合で含有する水溶液(温度30℃)を用いて、固定処理浴に浸漬する時間を20秒に変更したこと以外は、実施例1と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例8]
固定処理浴として、ホウ酸を2.0質量%及びヨウ化カリウムを3質量%の割合で含有する水溶液(温度30℃)を用いたこと、及び乾燥温度を100℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして偏光フィルムを作製して、各測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
なお、実施例2〜5及び比較例3〜8では実施例1と同様に、ヨウ素1質量部に対してヨウ化カリウムを100質量部の割合で含有する水溶液(染色処理浴)(温度30℃)に60秒間浸漬しつつ2.2倍(全体で2.4倍)に長さ方向に一軸延伸してヨウ素を吸着させた。このとき、染色処理浴のヨウ素やヨウ化カリウム濃度は、乾燥後の偏光フィルムの透過率が43.8%〜44.2%になるように調整した。比較例1〜2では、ヨウ素1質量部に対してヨウ化カリウムを10質量部の割合で含有する水溶液(染色処理浴)(温度30℃)に240秒間浸漬しつつ、1.1倍(全体で1.4倍)に長さ方向に一軸延伸してヨウ素を吸着させた。このとき、染色処理浴のヨウ素やヨウ化カリウム濃度は、乾燥後の偏光フィルムの透過率が43.8%〜44.2%になるように調整した。
Figure 2019146678
以上の結果から明らかなように、本発明の規定を満たす実施例1〜5の偏光フィルムは、偏光度が99.8%以上、単体b値が0〜3と偏光フィルムの光学特性に優れており、収縮力も12N未満と収縮力が低いことがわかる。一方で、偏光フィルムの中心から外側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(β)が2%を超えている比較例1〜2は、収縮力は低いものの、光学特性が悪かった。また、ホウ素含有化合物(B)を使用せずに作製された比較例3〜8の偏光フィルムも、収縮力が高い(比較例3〜6)か、光学特性が不十分(比較例7及び8)であり、これらを両立させることができなかった。
1 測定溶媒である重水由来のピーク
2 PVAのメチン基由来のピーク
3 PVAのメチレン基由来のピーク
4 PVA由来のピークと重なる、ホウ素含有化合物に含まれる炭化水素基由来のピーク
5 PVA由来のピークと重ならない、ホウ素含有化合物に含まれる炭化水素基由来のピーク

Claims (5)

  1. ポリビニルアルコール(A)、下記式(I)で表わされるジボロン酸及び水の存在下で該ジボロン酸に転化し得る化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のホウ素含有化合物(B)及びホウ酸(C)を含む偏光フィルムであって、
    前記偏光フィルムの表面から内側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(α)が1〜7原子%であり、中心から外側に1μmまでの範囲における、ホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素濃度(β)が0.1〜2原子%であり、かつ
    濃度(β)に対する濃度(α)の比(α/β)が1.5以上であることを特徴とする偏光フィルム。
    Figure 2019146678
    [式(I)中、Rは炭素数が1〜20の2価の有機基であり、Rと2つのボロン酸基とがホウ素−炭素結合で繋がっている。]
  2. 前記偏光フィルム中のホウ素含有化合物(B)由来のホウ素元素含有量が、ポリビニルアルコール(A)100質量部に対して、0.1〜3.0質量部である請求項1に記載の偏光フィルム。
  3. が脂肪族基である請求項1又は2に記載の偏光フィルム。
  4. 前記偏光フィルム中の全ホウ素元素含有量が1.0〜5.0質量%である請求項1〜3のいずれかに記載の偏光フィルム。
  5. ポリビニルアルコールフィルムを二色性色素で染色する染色処理、及び該フィルムをホウ酸水溶液中で一軸延伸する延伸処理を含む偏光フィルムの製造方法において、
    ホウ酸由来のホウ素元素含有量が0.5〜5.0質量%である延伸処理後のポリビニルアルコールフィルムを、ホウ素含有化合物(B)の濃度が0.1〜5.0質量%である水溶液に浸漬してから該フィルムを95℃以下で乾燥させることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の偏光フィルムの製造方法。
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