TWI470012B - A method for producing a polyvinyl alcohol film and a casting drum for use in the method - Google Patents

Description

製造聚乙烯醇薄膜之方法及用於該方法之鑄造滾筒

本發明係有關於一種製造聚乙烯醇薄膜之方法，特別是有關於一種利用溶液澆鑄法製造聚乙烯醇薄膜之方法。

偏光片是將一般不具偏極性的自然光偏極化，轉變成偏極光。LCD液晶顯示器就是利用此種偏極光，加上液晶分子扭轉特性，來控制光線通過。隨著液晶顯示器的廣泛應用，偏光片的需求市場，也隨著水漲船高。偏光片主要是利用聚乙烯醇(PVA)高分子薄膜作為偏光基體，因此聚乙烯醇薄膜的品質將直接影響偏光片之使用效果。

聚乙烯醇是一種用途相當廣泛的水溶性高分子聚合物，聚乙烯醇樹脂溶於水形成溶液後，具有良好的成膜特性。因此，業界常利用溶液澆鑄法製造聚乙烯醇薄膜。已往，聚乙烯醇薄膜是利用單一金屬素材之鋼帶來作為成型裝置，但鋼帶製程無法滿足大幅寬之聚乙烯醇薄膜需求，故逐漸轉為使用滾筒成型製造聚乙烯醇薄膜。聚乙烯醇薄膜之溶液澆鑄法係先將聚乙烯醇樹脂溶於水中，添加塑化劑及其他添加成分配製成聚乙烯醇澆鑄溶液，經過濾後，利用T型模頭塗佈機使該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至鑄造滾筒，澆鑄滾筒本身需加熱維持在85-95℃的溫度以去除聚乙醇溶液之水份。以加熱澆鑄滾筒將大部份水份去除後形成聚乙烯醇薄膜，再將該聚乙烯醇薄膜自鑄造滾筒剝離，用於製作偏光片。

一般而言，利用溶液澆鑄法製作聚乙烯醇薄膜時，若鑄造滾筒表面不平整或有針孔，會使得聚乙烯醇薄膜產生缺陷，因此，用於製作聚乙烯醇薄膜之鑄造滾筒必須具有高硬度以抵抗意外的輕微碰撞與刮傷。另一方面，用於製作聚乙烯醇薄膜之鑄造滾筒材質必須具有高緻密度與抗腐蝕特性，以便拋光研磨至鏡面程度，使該鑄造滾筒表面成型之聚乙烯醇薄膜易於剝離，同時避免滾筒表面發生鏽蝕的狀況，而影響聚乙烯醇薄膜的膜面品質。

為了符合上述需求，常會在滾筒表面進行電鍍加工，例如在鋼板表面進行電鍍鎳或電鍍鉻之加工程序，以提升鑄造滾筒表面之硬度與抗腐蝕性。然而，該種電鍍加工程序常需要反覆進行多次，才能達到所需之標準。另外，由於製程需求，滾筒需要維持在85-95℃以利除去聚乙烯醇薄膜水份，在長時間使用下，電鍍層與金屬母材間容易有密著性不良的問題，導致滾筒表面容易因熱膨脹而產生剝離的現象，進而影響聚乙烯醇薄膜之膜面品質。

因此，仍需要一種可以長時間且連續地製造高品質聚乙烯醇薄膜之方法。

為達成上揭及其他目的，本發明提供一種製造聚乙烯醇薄膜之方法，包括配製聚乙烯醇澆鑄溶液，以及使該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至鑄造滾筒，並於該鑄造滾筒表面形成聚乙烯醇薄膜。本發明方法所使用之鑄造滾筒係藉由爆炸貼合的方式，使金屬母材與抗腐蝕金屬板形成複合板材後，再利用該複合板材製作而成。相較於以往所使用之鍍鉻鑄造滾筒，本發明之方法不但可適用於製造大寬幅之聚乙烯醇薄膜，且該鑄造滾筒經長時間連續使用後，表面仍可維持平整光滑的狀態，不會發生鏽蝕或剝離的情況，能避免所形成之聚乙烯醇薄膜表面產生氣泡等缺陷。

本發明又提供一種用於溶液澆鑄法形成聚乙烯醇膜之鑄造滾筒，該鑄造滾筒係由金屬複合板材所製成，且該金屬複合板材係由金屬母材及抗腐蝕金屬板利用爆炸貼合所形成。本發明用於溶液澆鑄法形成聚乙烯醇膜之鑄造滾筒，不需要進行繁雜的鍍鉻加工處理即可使表面具有優異的抗腐蝕性，且兼具有高硬度與表面光滑細緻之特點，長時間用於製作聚乙烯醇薄膜後，鑄造滾筒表面仍可維持平整光滑的狀態，不會發生鏽蝕或剝離的情況。該鑄造滾筒具有優異的剝離特性，在不使用離型添加劑之條件下，即可輕易地自該鑄造滾筒表面將聚乙烯醇薄膜分離，獲得品質優異的聚乙烯醇薄膜。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之優點及功效。本發明亦可藉由其它不同之實施方式加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明所揭示之精神下賦予不同之修飾與變更。

本發明製造聚乙烯醇薄膜之方法係先配製聚乙烯醇澆鑄溶液，再將該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至鑄造滾筒，經乾燥後形成聚乙烯醇薄膜。本發明方法所使用之聚乙烯醇澆鑄溶液主要包括聚乙烯醇、塑化劑及水，該聚乙烯醇是藉由乙烯酯系樹脂單體聚合得到聚乙烯酯系樹脂再進行皂化反應而成。此種聚乙烯酯單體的實例包括，但非限於甲酸乙烯酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯、辛酸乙烯酯等乙烯酯類聚合物，較佳者為乙酸乙烯酯。此外，烯烴類化合物，例如乙烯、丙烯、丁烯等，或丙烯酸酯衍生物，例如丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸正丁酯等與上述乙烯酯系單體共聚合形成之共聚合物亦可使用。通常，該聚乙烯醇系樹脂的皂化度係90%以上，較佳係99%以上，以獲得較佳之光學特性。本發明法所使用之聚乙烯醇系樹脂的聚合度係介於800至10000，聚合度高於1200具有較佳之加工特性，若高於10000則不利於溶解。

一般而言，所使用之聚乙烯醇澆鑄溶液中，若聚乙烯醇系樹脂的含量不足，澆鑄溶液黏度過低，乾燥負荷過大，會導致成膜效率惡化。另一方面，若聚乙烯醇系樹脂的含量過高，聚乙烯醇系樹脂不易溶解，且澆鑄溶液黏度過高，所產生之不溶物會凝膠化而影響成膜之均勻性。因此，本發明方法所使用之聚乙烯醇澆鑄溶液中，該聚乙烯醇系樹脂的含量通常係介於10至60重量%，較佳係介於15至40重量%，又更佳係介於20至30重量%。

本發明方法所使用之聚乙烯醇澆鑄溶液中，除了聚乙烯醇系樹脂，亦可含有塑化劑以增進成膜之加工性。常用之塑化劑實例包括多元醇，例如乙二醇、雙乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、丙二醇、丙三醇等，較佳者為為乙二醇及丙三醇。塑化劑含量不足，所形成之聚乙烯醇薄膜容易產生結晶而影響後續加工之染色效能。另一方面，若塑化劑含量過高，則會破壞聚乙烯醇薄膜的機械性質。因此，該種多元醇塑化劑之的添加量相對於聚乙烯醇樹脂，通常係介於3至30重量份，較佳係介於7至20重量份。

如第1圖所示，本發明之方法中，聚乙烯醇系樹脂及塑化劑溶於溶劑中，形成聚乙烯醇澆鑄溶液後，使用過濾器進行過濾，最後再利用齒輪幫浦(gear pump)及T型模頭塗佈機110，使該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至鑄造滾筒120，經高溫乾燥形成聚乙烯醇薄膜130，再將該聚乙烯醇薄膜自該鑄造滾筒120剝離。本發明方法所形成之聚乙烯醇薄膜經加工後，可用於製造偏光材料，例如偏光板或偏光眼鏡之光學膜。

本發明之方法中，該鑄造滾筒120係由金屬母材與抗腐蝕金屬板爆炸貼合所形成之金屬複合板材所製成，該金屬母材可為一般鋼板。於一具體實例中，係使用例如SB410之碳素鋼作為金屬母材，與含有抗腐蝕兼具柔軟性的鎳重量百分比大於5%及高硬度鉻重量百分比大於10%之合金鋼作為抗腐蝕金屬板，進行爆炸貼合，形成金屬複合板材。該抗腐蝕金屬板之實例包括雙相鋼、哈氏合金(HASTELLOY)、SUS 316及904L等。

本發明用於溶液澆鑄法形成聚乙烯醇膜之鑄造滾筒，係使用金屬母材與抗腐蝕金屬板爆炸貼合形成之金屬複合板材製作而成。由於該鑄造滾筒是利用金屬母材與抗腐蝕金屬板爆炸貼合之金屬複合板所製成，本身已具有高硬度與耐腐蝕之特定性，表面不需要再進行繁複的鍍鉻加工或其他電鍍加工處理，長時間連續使用也不易出現鏽蝕的情況。另一方面，該鑄造滾筒具有高硬度之特性，表面可研磨拋光至超鏡面程度，用於製作聚乙烯醇薄膜時，聚乙烯醇澆鑄溶液中不使用離型添加劑，亦可使成形的聚乙烯醇薄膜輕易地自該鑄造滾筒表面剝離，且能避免所形成之聚乙烯醇薄膜表面產生氣泡等缺陷，可用於製造大寬幅之高品質聚乙烯醇光學膜。

實施例 對照例1

將100重量份之聚乙烯醇樹脂(皂化度99.9莫耳%以上，聚合度2600)、10重量份之甘油、250重量份之水、及100ppm非離子型界面活性劑(離型添加劑)加入溶解槽，於130℃之條件下加熱溶解形成聚乙烯醇澆鑄溶液。該聚乙烯醇澆鑄溶液經過濾器過濾後，經由齒輪幫浦(gear pump)及管線輸送，並經過再次過濾後進入T型模頭塗佈機(T-DIE)，使該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至SCM 440(該材質鉻金屬重量百分比含量小於3%，鎳金屬重量百分比含量小於3%)所製成之鑄造滾筒，乾燥後獲得聚乙烯醇薄膜。鑄造滾筒之加工性與使用狀況，所形成之聚乙烯醇薄膜的膜面檢測結果，紀錄於表1。

對照例2

重複對照例1之步驟，改用SB 410(該材質鉻金屬重量百分比含量小於3%，鎳金屬重量百分比含量小於3%)所製成之鑄造滾筒。鑄造滾筒之加工性與使用狀況，所形成之聚乙烯醇薄膜的膜面檢測結果，紀錄於表1。

對照例3

重複對照例1之步驟，改用SB 410所製成之鑄造滾筒，鑄造滾筒表面進行鍍鉻加工。鑄造滾筒之加工性與使用狀況，所形成之聚乙烯醇薄膜的膜面檢測結果，紀錄於表1。

對照例4

重複對照例1之步驟，離型添加劑之添加量調整為1000ppm，改用SB 410所製成之鑄造滾筒，鑄造滾筒表面依序進行鍍鎳與鍍鉻加工。鑄造滾筒之加工性與使用狀況，所形成之聚乙烯醇薄膜的膜面檢測結果，紀錄於表1。

實施例1

將100重量份之聚乙烯醇樹脂(皂化度99.9莫耳%以上，聚合度2600)、10重量份之甘油、及250重量份之水加入溶解槽，於130℃之條件下加熱溶解形成聚乙烯醇澆鑄溶液。該聚乙烯醇澆鑄溶液經過濾器過濾後，經由齒輪幫浦(gear pump)及管線輸送，並經過再次過濾後進入T型模頭塗佈機(T-DIE)，使該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至SB 410與雙相鋼爆炸貼合所形成之金屬複合板材所製成之鑄造滾筒，乾燥後獲得聚乙烯醇薄膜。鑄造滾筒之加工性與使用狀況，所形成之聚乙烯醇薄膜的膜面檢測結果，紀錄於表1。

實施例2

將100重量份之聚乙烯醇樹脂(皂化度99.9莫耳%以上，聚合度2600)、10重量份之甘油、250重量份之水、及100ppm非離子型界面活性劑加入溶解槽，於130℃之條件下加熱溶解形成聚乙烯醇澆鑄溶液。該聚乙烯醇澆鑄溶液經過濾器過濾後，經由齒輪幫浦(gear pump)及管線輸送，並經過再次過濾後進入T型模頭塗佈機(T-DIE)，使該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至SB 410與哈氏合金(HASTELLOY)爆炸貼合所形成之金屬複合板材所製造之鑄造滾筒，乾燥後獲得聚乙烯醇薄膜。鑄造滾筒之加工性與使用狀況，所形成之聚乙烯醇薄膜的膜面檢測結果，紀錄於表1。

實施例3

重複實施例1之步驟，改用SB 410與SUS 316爆炸貼合所形成之金屬複合板材製造之鑄造滾筒。鑄造滾筒之加工性與使用狀況，所形成之聚乙烯醇薄膜的膜面檢測結果，紀錄於表1。

本發明利用溶液澆鑄製造聚乙烯醇薄膜之方法，係使用例如碳素鋼板之金屬母材與抗腐蝕金屬板爆炸貼合形成之金屬複合板材所製作之鑄造滾筒。根據上述結果顯示，本發明方法所使用之鑄造滾筒不需要進行複雜的電鍍加工，即可具有優異的抗腐蝕特性與硬度，用於製作聚乙烯醇薄膜，使用時間可長達兩年以上，鑄造滾筒表面仍不會出現鏽蝕狀況，所形成之聚乙烯醇薄膜膜面均可通過品質檢測之標準。

另一方面，本發明方法所使用之鑄造滾筒不需要進行複雜的電鍍加工，材質緻密度高且雜質少，有助於增加成型膜的剝離性，在不使用離型添加劑之條件下，仍能形成品質優異的聚乙烯醇薄膜。

上述實施例僅例示說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

110．．．T型模頭塗佈機

120．．．鑄造滾筒

130．．．聚乙烯醇薄膜

第1圖係本發明製造聚乙烯醇薄膜之方法及鑄造滾筒的示意圖。

110．．．T型模頭塗佈機

120．．．鑄造滾筒

130．．．聚乙烯醇薄膜

Claims (10)

1. 一種製造聚乙烯醇薄膜之方法，包括下列步驟(A)配製聚乙烯醇澆鑄溶液；以及(B)使該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至鑄造滾筒，並於該鑄造滾筒表面形成聚乙烯醇薄膜；其中，該鑄造滾筒係由金屬複合板材所製成，且該金屬複合板材係由金屬母材及抗腐蝕金屬板利用爆炸貼合所形成，其中，該抗腐蝕金屬板係選自含有鎳重量百分比大於5%及鉻重量百分比大於10%之合金鋼。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製造聚乙烯醇薄膜之方法，其中，該金屬母材係碳素鋼板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製造聚乙烯醇薄膜之方法，其中，該鑄造滾筒表面未進行電鍍加工處理。
4. 如申請專利範圍第1項所述之製造聚乙烯醇薄膜之方法，其中，該聚乙烯醇澆鑄溶液係含有聚乙烯醇、塑化劑及水。
5. 如申請專利範圍第4項所述之製造聚乙烯醇薄膜之方法，其中，該聚乙烯醇之聚合度係介於800至10000之範圍。
6. 如申請專利範圍第4項所述之製造聚乙烯醇薄膜之方法，其中，該聚乙烯醇之皂化度係大於90莫耳%。
7. 如申請專利範圍第4項所述之製造聚乙烯醇薄膜之方法，其中，該聚乙烯醇澆鑄溶液係不含有離型添加劑。
8. 一種用於溶液澆鑄法形成聚乙烯醇薄膜之鑄造滾筒，該 鑄造滾筒係由金屬複合板材所製成，且該金屬複合板材係由金屬母材及抗腐蝕金屬板利用爆炸貼合所形成，其中，該抗腐蝕金屬板材係選自含有鎳重量百分比大於5%及鉻重量百分比大於10%之合金鋼。
9. 如申請專利範圍第8項所述之鑄造滾筒，其中，該金屬母材係碳素鋼板。
10. 如申請專利範圍第8項所述之鑄造滾筒，其中，該鑄造滾筒表面未進行電鍍加工處理。