KR20100104586A - 셀룰로오스 필름의 제조 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
액정표시장치의 편광판 보호 필름, 위상차 필름 등으로 유용한 셀룰로오스 필름의 제조 장치 및 방법이 개시된다. 상기 셀룰로오스 필름 제조 장치는, 셀룰로오스 성분과 상기 셀룰로오스 성분을 용해시키는 캐스팅 용매로 이루어진 캐스팅 원액을 시이트의 형태로 압출하는 다이; 상기 다이에서 압출된 시이트상의 캐스팅 원액을 이송하면서, 캐스팅 원액에 존재하는 용매를 증발시켜 셀룰로오스 필름으로 제막하는 지지체; 상기 지지체 상의 셀룰로오스 필름을 지지체로부터 박리시키는 박리 롤러; 및 상기 지지체로부터 박리되는 셀룰로오스 필름의 지지체 방향의 면으로 공기를 공급하는 에어 노즐을 포함한다.
액정표시장치, 보호 필름, 셀룰로오스 필름, 공기, 에어 노즐
Description
본 발명은 셀룰로오스 필름의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 액정표시장치의 편광판 보호 필름, 위상차 필름 등으로 유용한 셀룰로오스 필름의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD)는 대표적인 평판 표시장치의 하나로서, 백라이트(back light)에서 방출된 빛이 이방성을 가지는 액정재료 및 편광판을 통과하면서, 화상을 표시한다. 일반적으로, 액정표시장치에 있어서는, 상기 편광판을 보호하기 위한 보호 필름, 액정표시장치의 시야각 의존성을 개선하기 위한 위상차 필름 등이 사용되고 있다.
이와 같은 액정표시장치용 필름으로서, 투명성, 광학적 등방성, 강인성 등이 우수한 셀룰로오스아세테이트 필름이 널리 이용되고 있다. 일반적으로, 셀룰로 오스아세테이트 필름 등의 셀룰로오스 필름은 솔벤트 캐스트(solvent cast)법에 의해 제조된다. 솔벤트 캐스트법에 있어서는, 메틸렌클로라이드(Methylene Chloride: MC) 등의 용매에 셀룰로오스아세테이트 수지를 용해시킨 도프(Dope) 용액을 벨트(Belt) 형태의 지지체에 유연하고, 용매를 증발시킴으로써, 필름을 형성한다. 그러나, 지지체에서 용매가 건조될 때, 셀룰로오스아세테이트 필름의 에어면(air, 공기 접촉면)과 벨트면(belt, 지지체 접촉면)의 용매 농도가 서로 달라지며, 이러한 용매 농도 차이에 의하여, 지지체로부터 필름을 박리(peel-off)시킬 때, 필름의 가장자리(edge) 부분이 벨트면 방향으로 말리는 컬링(curling) 현상이 발생한다. 이와 같이 가장자리가 컬링된 필름을 연신기(Tenter)로 이송하면, 컬링된 부분이 연신기의 클립(clip)에 물려, 연신 과정에서 필름이 파단 될 우려가 있다. 또한, 에어면과 벨트면의 용매 농도 차이에 의해 발생한 컬링 현상이 최종 필름에서도 나타나므로, 액정표시장치의 제조 수율을 저하시키는 원인이 되기도 한다. 또한, 컬링이 심한 셀룰로오스아세테이트 필름을 사용할 경우, 편광판과의 적층(lamination) 자체가 어렵거나, 적층 후에도, 필름이 다시 이탈(delamination)하는 문제가 발생기도 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 필름의 에어면과 벨트면에 있어서, 용매 농도 차이가 작은 셀룰로오스 필름의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 솔벤트 캐스팅 과정에서, 지지체로부터 박리된 필름의 에어면과 벨트면의 용매 농도 차이를 감소시켜, 셀룰로오스 필름의 컬링(curling) 현상을 감소시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 셀룰로오스 성분과 상기 셀룰로오스 성분을 용해시키는 캐스팅 용매로 이루어진 캐스팅 원액을 시이트의 형태로 압출하는 다이; 상기 다이에서 압출된 시이트상의 캐스팅 원액을 이송하면서, 캐스팅 원액에 존재하는 용매를 증발시켜 셀룰로오스 필름으로 제막하는 지지체; 상기 지지체 상의 셀룰로오스 필름을 지지체로부터 박리시키는 박리 롤러; 및 상기 지지체로부터 박리되는 셀룰로오스 필름의 지지체 방향의 면으로 공기를 공급하는 에어 노즐을 포함하는 셀룰로오스 필름 제조 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 지지체의 표면에, 셀룰로오스 성분과 상기 셀룰로오스 성분을 용해시키는 캐스팅 용매로 이루어진 캐스팅 원액을 시이트의 형태로 압출하는 단계; 상기 지지체를 회전시켜, 압출된 시이트상의 캐스팅 원액을 이송하면서 캐스팅 원액에 존재하는 용매를 증발시켜 셀룰로오스 필름으로 제막하는 단계; 및 상기 지지체 상의 셀룰로오스 필름을 지지체로부터 박리시키면서, 셀룰로오스 필름의 지지체 방향의 면으로 공기를 공급하는 단계를 포함하는 셀룰로오스 필름 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 셀룰로오스 필름의 제조 장치 및 방법에 의해, 필름의 컬링(curling) 현상이 감소되어, 지지체에서 박리(peel-off)된 필름이 연신기(Tenter)로 이송된 후에도, 가장자리가 말리거나 접히는 문제가 현저히 감소되며, 최종 필름 상태에서도 컬링(curling) 발생이 억제되어, 작업성 및 편광 필름과의 적층(lamination) 특성이 양호하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 셀룰로오스 필름의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀룰로오스 필름 제조 장치는 다이(22, Die), 지지체(32), 박리 롤러(34, Peel-off Roller) 및 에어 노즐(42, air nozzle)을 포함한다.
상기 다이(22, Die)는, 셀룰로오스 필름(10)을 형성하는 셀룰로오스 성분과 상기 셀룰로오스 성분을 용해시키는 캐스팅 용매(solvent)로 이루어진 캐스팅 원액(도프, dope)을 시이트(sheet)의 형태로 압출하는 것으로서, 예를 들면 통상의 T-다이가 사용될 수 있다. 상기 캐스팅 원액(dope)은 통상적으로 약 10 내지 35중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 셀룰로오스 성분(고형분)을 포함하며, 필름으로 성형되기 적절한 점도를 가져야 한다. 상기 셀룰로오스 성분으로는 트리아세 틸셀룰로오스(TAC), 셀룰로오스아세테이트프로피오닐레이트(CAP) 등의 셀룰로오스아세테이트가 사용될 수 있고, 상기 캐스팅 용매로는 메틸렌클로라이드(Methylene Chloride: MC), 아세트산 메틸(Methyl Aceticacid), 메탄올 등의 알코올 등의 유기용매가 사용될 수 있다. 상기 다이(22)는 캐스팅 원액(dope)을 지지체(32)의 표면에 시이트 형태로 도포함으로써, 캐스팅 원액(dope)을 소정 두께의 필름(10)으로 성형하며 상기 다이(22)에서 압출되는 캐스팅 원액의 양 또는 지지체(32)의 이동 또는 회전 속도를 조절함으로써 셀룰로오스 필름(10)의 두께를 조절할 수 있다.
상기 지지체(32)는 다이(22)에서 압출된 시이트상의 캐스팅 원액을 이송하면서, 캐스팅 원액에 존재하는 용매를 증발시켜, 셀룰로오스 필름(10)으로 제막하는 역할을 한다. 상기 지지체(32) 또는 그의 표면은 금속으로 이루어져, 표면을 경면 마무리한 것이 바람직하며, 상기 지지체(32)로서는 스테인레스 스틸 벨트 등의 금속 벨트(Steel Belt)가 바람직하게 사용된다. 상기 금속 지지체(32)의 표면 온도는 -30℃ 내지 용제의 비점 미만의 온도이며, 온도가 높을수록 캐스팅 원액에 존재하는 용매의 증발을 빠르게 할 수 있기 때문에 유리하지만, 지나치게 높으면 캐스팅 원액이 발포되거나 평면성이 나빠지는 문제가 발생하여, 사용하는 용매에 따라 달라질 수 있으나, 0 내지 70℃가 바람직하고, 5 내지 40℃이면 더욱 바람직하다. 상기 지지체(32)로는, 도 1에 도시된 평면상 컨베이어 벨트 형태의 금속 지지체(32)가 사용될 수 있다. 상기 지지체(32)에 도포된 캐스팅 원액은, 필름(10)으로 성형되기 충분한 시간 및 거리 동안, 지지체(32)와 함께 이동한 다음, 지지체(32)로부 터 박리(Peel-off)된다. 상기 박리 롤러(34)는, 지지체(32) 상의 셀룰로오스 필름(10)을 지지체(32) 외부로 안내하여, 지지체(32)로부터 박리(Peel-off)시키는 통상의 안내(guide) 롤러이다.
상술한 지지체(32)에서의 셀룰로오스 필름(10)의 제막 과정에 있어서, 시이트(sheet) 상의 캐스팅 원액이 벨트(belt) 형태의 금속 지지체(32) 상에서 회전 이동하는 동안, 캐스팅 원액의 에어면(10a, 공기(air) 접촉면) 방향에 존재하는 용매가 먼저 증발되고, 벨트면(10b, belt), 즉, 지지체(32) 방향에 존재하는 용매는 상대적으로 천천히 건조되면서, 에어면(10a)과 벨트면(10b)의 용매 농도가 서로 달라지게 된다. 이러한 용매 농도 차이를 감소시키기 위하여, 본 발명에 따른 셀룰로오스의 필름 제조 장치는, 지지체(32)로부터 박리되는 셀룰로오스 필름(10)의 지지체(32) 방향의 면(즉, 벨트면(10b))으로 공기를 공급하는 에어 노즐(42)을 포함한다. 상기 에어 노즐(42)로는 셀룰로오스 필름(10)의 폭 전체에 걸쳐서 균일하게 공기를 공급할 수 있는 슬릿(slit) 형태의 노즐을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 슬릿(slit) 형태의 에어 노즐(42)에 있어서, 공기를 공급하는 슬릿의 길이는 셀룰로오스 필름(10)의 폭과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 상기 에어 노즐(42)로부터 공급되는 공기의 풍량은, 공기 공급 시간, 공기의 온도, 에어면(10a)과 벨트면(10b)의 용매 농도 차이 등에 따라 달라질 수 있으나, 20 내지 1500 m3/hr, 바람직하게는 50 내지 1000 m3/hr이다. 여기서, 상기 공기의 풍량이 너 무 작으면, 벨트면(10b)의 용매 제거가 불충분할 우려가 있고, 상기 공기의 풍량이 너무 많으면, 벨트면(10b)의 용매가 과도하게 제거되어, 필름(10)이 반대 방향으로 컬링될 우려가 있다. 이와 같이, 셀룰로오스 필름(10)의 벨트면(10b)에 균일하게 공기를 공급하여, 벨트면(10b)에 존재하는 용매를 휘발시킴으로써, 에어면(10a)과 벨트면(10b) 사이의 용매 농도 차이를 줄여, 필름(10)의 컬링(curling) 현상을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따라 제조되는 셀룰로오스 필름(10)의 두께는, 필요에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 통상적으로, 5 내지 100㎛이며, 필요에 따라, 종 및/또는 횡 방향으로 연신 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조되는 셀룰로오스 필름(10)의 폭은, 필요에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 통상적으로, 900 mm 내지 2,000 mm이다.
다음으로, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 셀룰로오스의 필름 제조 방법을 개략적으로 설명한다. 먼저, 지지체(32)의 표면에 셀룰로오스 성분과 상기 셀룰로오스 성분을 용해시키는 캐스팅 용매로 이루어진 캐스팅 원액(도프, dope)을 시이트(sheet)의 형태로 압출한다. 다음으로, 지지체(32)를 이동시켜 압출된 시이트 상의 캐스팅 원액을 이송하면서, 캐스팅 원액에 존재하는 용매를 증발시켜 셀룰로오스 필름(10)으로 제막한다. 다음으로, 상기 지지체(32)에서 제막된 셀룰로오스 필름(10)을 지지체(32)로부터 박리시키면서, 셀룰로오스 필름(10)의 지지체(32) 방향의 면(즉, 벨트면(10b))으로 공기를 공급하여, 셀룰로오스 필름(10) 양면의 용매 농도를 균일하게 유지시킨다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1~5, 비교예 1] 셀룰로오스의 필름의 제조
셀룰로오스 성분으로서 트리아세틸셀룰로오스(TAC)와 가소제로서 소량의 트리페닐포스테이트(TPP)를 포함하는 고형분 18.5 중량% 및 용매로서 메틸렌클로라이드(Methylene Chloride: MC)와 메탄올(Methanol: MeOH)의 혼합 용매 81.5 중량%로 이루어진 캐스팅 원액(dope)을 금속 지지체 표면에 두께 400 ㎛ 및 폭 800 mm의 시이트(sheet)의 형태로 압출하였다. 상기 금속 지지체를 회전 이동시켜, 캐스팅 원액을 이송하면서, 캐스팅 원액에 존재하는 용매를 증발시켜, 두께 90 ㎛의 셀룰로오스 필름을 제막하였다. 다음으로, 제막된 셀룰로오스 필름을 금속 지지체로부터 박리시키면서, 셀룰로오스 필름의 금속 지지체 방향의 면(즉, 벨트면)으로, 하기 표 1에 기재된 풍량의 공기를 균일하게 공급하여(실시예 1~5, 비교예 1), 셀룰로오스 필름 양면의 용매 농도를 조절하였다. 제조된 셀룰로오스 필름의 가장자리(Edge) 컬링(curling)된 높이를 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
| 구분 | 박리된 필름 두께 | 공기(air) 풍량 | 필름의 컬링 높이 |
| 실시예 1 | 90 ㎛ | 100 m3/hr | 18 mm |
| 실시예 2 | 90 ㎛ | 200 m3/hr | 13 mm |
| 실시예 3 | 90 ㎛ | 400 m3/hr | 9 mm |
| 실시예 4 | 90 ㎛ | 600 m3/hr | 5 mm |
| 실시예 5 | 90 ㎛ | 800 m3/hr | 3 mm |
| 비교예 1 | 90 ㎛ | 0 m3/hr | 23 mm |
상기 표 1로부터, 본 발명에 따라 셀룰로오스 필름의 벨트면으로 공기를 공급하여 셀룰로오스 필름 양면의 용매 농도를 조절하는 경우, 셀룰로오스 필름의 컬링을 현저히 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰로오스의 필름 제조 장치를 설명하기 위한 도면.
Claims (4)
- 셀룰로오스 성분과 상기 셀룰로오스 성분을 용해시키는 캐스팅 용매로 이루어진 캐스팅 원액을 시이트의 형태로 압출하는 다이;상기 다이에서 압출된 시이트상의 캐스팅 원액을 이송하면서, 캐스팅 원액에 존재하는 용매를 증발시켜, 셀룰로오스 필름으로 제막하는 지지체;상기 지지체 상의 셀룰로오스 필름을 지지체 외부로 안내하여, 지지체로부터 박리시키는 박리 롤러; 및상기 지지체로부터 박리되는 셀룰로오스 필름의 지지체 방향의 면으로 공기를 공급하는 에어 노즐을 포함하는 셀룰로오스 필름 제조 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스 성분은 트리아세틸셀룰로오스 및 셀룰로오스아세테이트프로피오닐레이트로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 캐스팅 용매는 메틸렌클로라이드, 아세트산 메틸 및 메탄올로 이루어진 유기용매로부터 선택되는 것인, 셀룰로오스 필름 제조 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 에어 노즐로부터 공급되는 공기의 풍량은 20 내지 1500 m3/hr인 것인, 셀룰로오스 필름 제조 장치.
- 지지체의 표면에, 셀룰로오스 성분과 상기 셀룰로오스 성분을 용해시키는 캐스팅 용매로 이루어진 캐스팅 원액을 시이트의 형태로 압출하는 단계;상기 지지체를 이동시켜, 압출된 시이트상의 캐스팅 원액을 이송하면서, 캐스팅 원액에 존재하는 용매를 증발시켜, 셀룰로오스 필름으로 제막하는 단계; 및상기 지지체에서 제막된 셀룰로오스 필름을 지지체로부터 박리시키면서, 셀룰로오스 필름의 지지체 방향의 면으로 공기를 공급하는 단계를 포함하는 셀룰로오스 필름 제조 방법.
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