TWI472418B - Method for cutting off polyvinyl alcohol - based polymer film - Google Patents

Description

聚乙烯醇系聚合物薄膜切斷方法

本發明係有關一種聚乙烯醇系聚合物薄膜切斷方法。

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，因此聚乙烯醇系聚合物薄膜的品質將直接影響偏光片之使用效果。

在製備偏光片時，一般係先將聚乙烯醇高分子製成薄膜，再對高分子薄膜進行延伸，接續著進行貼合、塗佈等加工，以完成偏光片之製作。其中，製程到成膜後段捲取前，為符合客戶需求，需將薄膜裁切成指定幅寬，形成聚乙烯醇系聚合物薄膜，然而，若此時經裁切薄膜之裁切面不夠平整或有缺陷時，此缺陷位置將成為後續延伸過程中的應力集中點，於延伸時可能自此缺陷位置產生薄膜斷裂，無法製備具有足夠長度的薄膜。因此，聚乙烯醇系聚合物薄膜裁切面之平整與否係與後續之偏光膜製作有相當大的關係。

業經從刀具、製法等多方面之嘗試致力於改善裁切薄膜之裁切及裁切面平整度，其中，部份報導，如特許第4353482號日本專利、特許第4578140號日本專利宣稱可使用圓形可旋轉刀具將聚乙烯醇系聚合物薄膜沿長度方向切斷之方法。因圓形可旋轉刀具在旋轉時容易產生偏擺，直徑越大之圓形可旋轉刀具偏擺現象越明顯，而導致裁切邊會有蛇行現象，部份報導以上下圓形可旋轉刀具靠刀方式來改善偏擺現象，但上下圓形可旋轉刀具以相互依靠剪切方式容易造成刀鋒磨損而使切斷面有剪斷和撕斷之痕跡，相對的切斷端面真直度較差；當對於薄膜之切面有較高之平整要求水準時，卻無法進一步降低膜邊之真直度。

因此，為了改善上述之問題，仍有改善製法，以取得具良好真直度之聚乙烯醇系聚合物薄膜，且增加延伸率及降低斷膜次數。

本發明提供一種聚乙烯醇系聚合物薄膜，於沿其長邊方向具有至少一切斷部，其中，該切斷部之斷面的長邊於每200mm長度之真直度為0.5mm以下。

為此，本發明提供一種聚乙烯醇系聚合物薄膜之切斷方法，包括：以至少一直刀沿該聚乙烯醇系聚合物薄膜之長邊方向，切斷該聚乙烯醇系聚合物薄膜，得到具至少一切斷部之聚乙烯醇系聚合物薄膜及耳料，其中，該切斷部之斷面的長邊於每200mm長度之真直度為0.5mm以下。

藉由本發明，可使聚乙烯醇系聚合物薄膜之幅寬變化 率在常溫及澎潤狀況下能有穩定表現，降低偏光片製程中之斷膜頻度，並提升延伸倍率，提升產量。

1‧‧‧聚乙烯醇系聚合物薄膜

11‧‧‧聚乙烯醇系聚合物薄膜

11a‧‧‧切斷部

12‧‧‧耳料

21‧‧‧第一傳送輥

22‧‧‧第二傳送輥

23‧‧‧上壓輥

24‧‧‧捲取輥

3‧‧‧直刀

4‧‧‧傳送/收集裝置

V1‧‧‧第一傳送速度

V2‧‧‧第二傳送速度

V3‧‧‧第三傳送速度

θ‧‧‧切刀角度

第1圖為本發明之裁切方法的示意圖；第2圖為本發明之聚乙烯醇系聚合物薄膜的示意圖；以及第3圖為本發明之較佳之裁切方法的示意圖。

以下係藉由特定之具體實施例詳細說明本發明之技術內容及實施方式，熟悉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的優點及功效。本發明亦可藉由其它不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如“上”、“下”、“前”、“後”及“一”等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下， 當亦視為本發明可實施之範疇。

本發明所使用之未經裁切之聚乙烯醇系聚合物薄膜可自任何方式製備之。舉例而言，可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系聚合物薄膜。

具體而言，於上述之聚乙烯醇系聚合物薄膜製法中，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之間，聚合度高於2200時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%。

上述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，所形成之聚乙烯醇系聚合物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，則會破壞聚乙烯醇系聚合物薄膜的機械性質。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。

於上揭之方法中，於聚乙烯醇系樹脂及塑化劑溶於溶液中，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，使該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至鑄造滾筒，經高溫乾燥形成聚乙烯醇系聚合物薄膜，再將該聚乙烯醇系聚合物薄膜自該鑄造滾筒剝離。通常，該薄膜之厚度為10到100um，最佳為30到80um。

製程到成膜後段以及捲取前，為符合客戶需求，需使用刀具裁切膜邊以至合適幅寬供客戶使用。

本發明使用之裁切刀具係直刀，亦即該刀鋒呈線形者。直刀使用之材質可為金屬或陶瓷，以金屬材質較佳， 直刀之刀身厚度在0.1到1mm，其中以0.1到0.4mm較佳。若刀身太厚則容易產生粉屑。

如第1圖所示，將藉由上述方法製得之聚乙烯醇系聚合物薄膜1傳送在依序設置有第一傳送輥21、直刀3、第二傳送輥22之傳送線上。第一傳送輥21、第二傳送輥22之輪徑在5到30cm，以8到15cm為最佳。此外，第一傳送輥21、第二傳送輥22之輪徑可相同亦可相異，但一般為相同。

第一傳送輥21與第二傳送輥22係相距10cm到150cm，以15cm到60cm為最佳距離，而直刀3可在第一傳送輥和第二傳送輥之間任何位置，刀座設計為可上下緩慢擺動，使薄膜和刀具接觸不會一直在同一點而造成刀鋒快速磨耗，擺動速度可為1至10mm/每分鐘，以2至6mm/每分鐘為最佳，擺動距離可為1至20mm，以2至6mm為最佳。此外，在本說明書中，直刀或各輥之間之距離皆以直刀或各輥與薄膜接觸之切點計算之。

於此傳送線上，自該第一傳送輥21向第二傳送輥22以1至20米/分鐘，其中以1至8米/分鐘較佳，3至8米/分鐘更佳之第一傳送速度V1傳送該聚乙烯醇系聚合物薄膜1，一邊利用直刀3，沿著聚乙烯醇系聚合物薄膜1之長邊方向切斷聚乙烯醇系聚合物薄膜1，形成具至少一切斷部11a之聚乙烯醇系聚合物薄膜11(復參見第2圖)及耳料12。而該具至少一切斷部11a之聚乙烯醇系聚合物薄膜11及耳料12係被平行傳送至該第二傳送輥22。

視需要地，可以使用多把直刀(例如為兩把)同時裁切(未圖示)聚乙烯醇系聚合物薄膜1的兩相對長邊方向，產生多個切斷部，且經該直刀3切斷後，該具至少一切斷部11a之聚乙烯醇系聚合物薄膜11及耳料12係被平行傳送至該第二傳送輥22，亦即，兩者直至經過第二傳送輥22時方允許各自分離。

本發明之直刀3與聚乙烯醇系聚合物薄膜1表面之切刀角度θ較佳係介於5到170度，其中以100到160度為最佳。切刀角度係指裁切刀具刀鋒面至聚乙烯醇系膜上方平面形成夾所量側之角度。當角度過於接近0或180度時，刀鋒面無法發揮良好之裁切效果。

如第2圖所示，以此製法得到之聚乙烯醇系聚合物薄膜11，於切斷部11a之的長邊(即對應於聚乙烯醇系膜上方平面與斷面之邊)於每200mm長度之真直度為0.5mm以下。在此處，真直度係指於指定長度之下，當使用儀器設定之基準直線量測切邊時，切邊會在基準直線上下波動形成截面積，以基準直線上方面積為正值，基準直線下方面積為負值，在測試長度正負面積和的平均值即為真直度。當此數值愈趨近於0時，代表待測線愈接近真實之「直線」，亦即，裁切平順。由於本發明所得到之聚乙烯醇系聚合物薄膜具有較佳之膜邊真直度，故可以使延伸率達4至8倍，且可令聚乙烯醇系聚合物薄膜1000米拉伸長度的斷膜次數降至0次。

進一步地，本發明之較佳之聚乙烯醇系聚合物薄膜的 製備方法係如第3圖所示。其中，於第二傳送輥22可復配置上壓輥23，以形成夾輥(nip roll)之形式以夾持裁切後的聚乙烯醇系聚合物薄膜11及耳料12。上壓輥23之輪徑在5到30cm之間，以8到15cm為最佳，且對聚乙烯醇系聚合物薄膜11及耳料12提供0.5到15公斤重/平方公分(kg_f /cm² )之下壓壓力，較佳為2到5kg_f /cm² 。

此外，形成之聚乙烯醇系聚合物薄膜11及耳料12經過下壓輪後，聚乙烯醇系聚合物薄膜11可由傳送/收集裝置4進行後續之傳送/收集，通常為使用收集輥(未圖示)進行收集，亦可傳送至後續製程進行後續之加工。該傳送/收集裝置4係置於該第二傳送輥22相對於該直刀3之另一側處，對該聚乙烯醇系聚合物薄膜11提供第二傳送速度V2。其中，傳送/收集裝置4可對聚乙烯醇系聚合物薄膜11提供第二傳送速度V2。第二傳送速度V2與第一傳送速度V1可為相同或相異。於一實施例中，第二傳送速度V2為第一傳送速度V1之90%至105%，其中以95%到100%為最佳。

而耳料12則可使之隨重力自然落下，或經由捲取輥24捲取(如第3圖所示)。較佳為使用捲取輥24捲取，同時，捲取輥24對耳料12提供第三傳送速度V3。第三傳送速度V3亦可各別與上述之第一傳送速度V1或第二傳送速度V2為相同或相異。於一實施例中，第三傳送速度V3較佳為第一傳送速度V1之90%至105%，其中以95%到100%為較佳。

藉由本發明，可使聚乙烯醇系聚合物薄膜之幅寬變化率在常溫及澎潤狀況下能有穩定表現，降低偏光片製程中之斷膜頻度、及提升延伸倍率，提升產量。

實施例

以下將藉由實施例具體說明本發明之實施方法，然而實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。

本實施例係使用聚乙烯醇系聚合物薄膜。於後述之各實施例進行裁切後，對各實施例所得之裁切薄膜下列特性進行測試評估：

a)拉伸倍率

聚乙烯醇系聚合物薄膜樣品在20℃，65%濕度恆溫恆濕下放置一天後，取膜邊樣品10mm×150mm做測試，以拉力試驗機，型號：HT-9102測試拉伸倍率。

b)偏光度

以分光光度計，型號：PE Lambda 750S 60mm Sphere測試之。

c)斷膜次數

以習知之偏光板製程做測試，累計製備1000米長之聚乙烯醇系聚合物薄膜以生產偏光片。首先，聚乙烯醇系聚合物薄膜係在膨潤槽中進行膨潤；膨潤後直接進行以碘化合物或染料進行染色，使聚乙烯醇系聚合物薄膜染色，並藉由單軸延伸將聚乙烯醇系聚合物薄膜單向延伸成具有偏光特性的聚乙烯醇系聚合物薄膜，固定6倍之總拉伸倍 率，在這累計1000米拉伸聚乙烯醇系聚合物薄膜之染色延伸製程中計算斷膜次數。

d)真直度量測

以CNC Video Measuring System量測，型號：Nikon INEXIV VMA-2520量測之。

於本發明中，真直度係指

其中，f(x)係指在基準直線上下波動之切邊線條函數，L係測量之固定長度。在本發明之各實施例中，L皆為200mm。

e)粗糙度量測

以非接觸式共軛焦及干涉技術之光學3D表面輪廓掃瞄儀器量測表面粗糙度，依JIS B 0601-2001標準定義量測值，型號：SENSOFAR PLu。

實施例1

取塑化劑及皂化度99.9%之聚乙烯醇系樹脂溶於溶液中，形成30重量%之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，使該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至鑄造滾筒，經高溫乾燥形成聚乙烯醇系聚合物薄膜，再將該聚乙烯醇系聚合物薄膜自該鑄造滾筒剝離，經由烘箱熱處理後捲取製得薄膜厚度為60um之聚乙烯醇系聚合物薄膜。

於設置有第一傳送輥、直刀、第二傳送輥之傳送線上，使聚乙烯醇系聚合物薄膜沿第一傳送輥、直刀、第二傳送輥之方向以5米/分鐘之速度傳送。其中，裁切段之膜 面與直刀呈140角度，裁切後經過上壓輥(上壓壓力為3Kg_f /cm² )，使製得之聚乙烯醇系聚合物薄膜成品繼續沿機械方向傳送(傳送速度為5米/分鐘)，耳料部份由獨立捲取輥捲取(捲取速度為5米/分鐘)；製成之成品經延伸測試，結果如表1。

實施例2

以相同於實施例1之方式製備聚乙烯醇系聚合物薄膜，但於薄膜裁切後經過上壓輥(上壓壓力為0.5Kg_f /cm² )。製成之成品經延伸測試，結果如表1。

實施例3

以相同於實施例1之方式製備聚乙烯醇系聚合物薄膜，但於薄膜裁切後未經過上壓輥。製成之成品經延伸測試，結果如表1。

實施例4

以相同於實施例1之方式製備聚乙烯醇系聚合物薄膜，但於薄膜裁切後，耳料部份係使之自然落下，未經捲軸捲取。製成之成品經延伸測試，結果如表1。

實施例5

以相同於實施例1之方式製備聚乙烯醇系聚合物薄膜，但於薄膜裁切後未經過上壓輥，且耳料部份係使之自然落下，未經捲軸捲取。製成之成品經延伸測試，結果如表1。

對照例1

以相同於實施例1之方式製備聚乙烯醇系聚合物薄膜，但裁切刀具係使用圓刀。製成之成品經延伸測試，結果如表1。

對照例2

以相同於對照例1之方式製備聚乙烯醇系聚合物薄膜，但於薄膜裁切後，耳料部份係使之自然落下，未經捲軸捲取。製成之成品經延伸測試，結果如表1。

如表1所示，本發明使用直刀之實施例1至5於薄膜拉伸時皆無斷膜發生。再比較實施例3與對照例1，可知在相同的耳料收取方式下，使用直刀者可得到較佳的切邊真直度、較佳的拉伸倍率以及較少的斷膜次數。此外，當選用適當之壓輥條件與耳料收取方式時，可進一步改善切 邊真直度與拉伸倍率之數值。

此外，本發明亦對切邊真直度與粗糙度進行比較。可發現，薄膜之粗糙度數值與真直度並非絕對正相關，如實施例3與對照例1所示，兩者有相近之粗糙度，但對照例1之真直度卻高達實施例3之三倍以上。另外，亦可發現粗糙度高不見得會造成斷膜次數的增加，但切邊真直度值高者卻明顯有較多的斷膜次數。更甚者，比較實施例5與對照例1，有較低粗糙度之對照例1反而有較多之斷膜次數。

上述實施例係用以例示性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改。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。

1‧‧‧聚乙烯醇系聚合物薄膜

11‧‧‧聚乙烯醇系聚合物薄膜

12‧‧‧耳料

21‧‧‧第一傳送輥

22‧‧‧第二傳送輥

3‧‧‧直刀

V1‧‧‧第一傳送速度

θ‧‧‧切刀角度

Claims (7)

1. 一種聚乙烯醇系聚合物薄膜之切斷方法，包括：在第一傳送輥及第二傳送輥之間，以至少一直刀沿該聚乙烯醇系聚合物薄膜之長邊方向，切斷該聚乙烯醇系聚合物薄膜，得到具至少一切斷部之聚乙烯醇系聚合物薄膜及耳料，並且使用上壓輥，以與該第二傳送輥夾持該具至少一切斷部之聚乙烯醇系聚合物薄膜及該耳料，其中，該切斷部之斷面的長邊於每200mm長度之真直度為0.5mm以下，且該上壓輥之下壓壓力係介於0.5到15kg_f /cm² 之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之聚乙烯醇系聚合物薄膜之切斷方法，係自該第一傳送輥向第二傳送輥以1至20米/分鐘之第一傳送速度傳送該聚乙烯醇系聚合物薄膜，且經該直刀切斷，該具至少一切斷部之聚乙烯醇系聚合物薄膜及耳料係被平行傳送至該第二傳送輥。
3. 如申請專利範圍第1項所述之聚乙烯醇系聚合物薄膜之切斷方法，其中，該直刀與該聚乙烯醇系聚合物薄膜表面之切刀角度係介於5到170度之間。
4. 如申請專利範圍第2項所述之聚乙烯醇系聚合物薄膜之切斷方法，其中，第一傳送輥與第二傳送輥係相距10cm到150cm。
5. 如申請專利範圍第2項所述之聚乙烯醇系聚合物薄膜之切斷方法，復包括傳送/收集裝置，係置於該第二傳送輥相對於該直刀之另一側處，對該聚乙烯醇系聚合 物薄膜提供第二傳送速度，其中，該第二傳送速度為第一傳送速度之90%至105%。
6. 如申請專利範圍第5項所述之聚乙烯醇系聚合物薄膜之切斷方法，復包括使用捲取輥捲取該耳料，並對該耳料提供第三傳送速度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之聚乙烯醇系聚合物薄膜之切斷方法，其中，該第三傳送速度為第一傳送速度的90%至105%。