WO2014163067A1 - 光学シートおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
熱可塑性樹脂シートの溶融押出成形を行う際、しばしば、表面に微細凹凸構造を有する賦形用冷却ロールを用いて、その微細凹凸構造をシート表面に転写することで、熱可塑性樹脂から成るシート成形品の表面に様々な機能を付与している。例えば、ロールの表面に微細なプリズム構造を設けて、当該プリズム構造を転写させることにより、高機能の輝度向上シートを溶融押出成形にて製造している。
特開平2012-66410号公報における光学シートの製造方法は、光学シートをロール状に巻いた際のシート表裏面の擦れ合いによるスクラッチの防止を主眼としたものであり、更に副次的な効果として、ハンドリング性の向上や低コスト化、光学シート裏面側へのマット柄賦与等が挙げられてはいるが、溶融押出成形時における微細凹凸構造の転写性向上を狙ったものではない。また、保護フィルムからなる第1層をポリエチレン系樹脂またはポリプロピレン系樹脂にて構成しているため、これらの樹脂の結晶性が高い場合には、冷却固化時の体積収縮差によって反り(カール)が発生し易く、第1層と第2層が意図せずに剥離してしまうといった問題がある。更には、これらの樹脂は基本的に成形温度が低いため、微細凹凸構造の転写率を上げようとしてダイ等の設定温度を高くした場合、樹脂分解等が発生して、シートの外観に悪影響が出るなどの問題もある。即ち、ポリカーボネート樹脂のような、成形温度が非常に高くて、非晶性の極性高分子材料である樹脂を使用する場合には、成形温度が相対的に低く、結晶性の高い非極性高分子材料であるポリオレフィン樹脂を相手材として使用することは極めて困難である。
本発明は、以下の通りである。
(1)ポリカーボネート樹脂を含む第1層と非晶性ポリアミド樹脂を含む第2層が共押出成形にて積層された光学シートであって、
前記第1層と前記第2層とはその界面にて剥離可能であり、
前記第1層と前記第2層の界面ではない前記第1層の表面および前記第2層の表面のうち、少なくとも一方の表面に微細凹凸形状が形成されていることを特徴とする光学シートである。
(2)前記第1層および/または前記第2層の厚みが50~250μmの範囲にあることを特徴とする上記(1)に記載の光学シートである。
(3)前記第1層に含まれるポリカーボネート樹脂と前記第2層に含まれる非晶性ポリアミド樹脂のガラス転移温度の差が±40℃以内の範囲にあることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の光学シートである。
(4)前記第1層に含まれるポリカーボネート樹脂と前記第2層に含まれる非晶性ポリアミド樹脂の260℃における溶融粘度比が、剪断速度が100s-1の時に、1:5~5:1の範囲にあることを特徴とする上記(1)から(3)のいずれかに記載の光学シートである。
(5)前記第1層と前記第2層との180度ピール試験における剥離強度が、試験速度を150mm/min、クランプでチャッキングして走査させる方のシート層の厚みを100~150μmとした場合に、1~100N/mの範囲にあることを特徴とする上記(1)から(4)のいずれかに記載の光学シートである。
(6)前記微細凹凸形状がマット形状、プリズム形状、マイクロレンズ形状のいずれかであることを特徴とする上記(1)から(5)のいずれかに記載の光学シートである。
(7)ポリカーボネート樹脂を含む第1層と非晶性ポリアミド樹脂を含む第2層とを共押出成形にてシート状に積層させる工程を有し、
表面に微細凹凸構造を有する賦形用冷却ロールと、圧着ロールとの間で、前記第1層と前記第2層との積層体を狭圧することにより、前記積層体の少なくとも1方の表面に微細凹凸形状を賦与することを特徴とする光学シートの製造方法である。
(8)前記圧着ロールが、表面に金属メッキが施された金属剛体ロールもしくは金属弾性ロールであることを特徴とする上記(7)に記載の光学シートの製造方法である。
本発明の光学シートは、ポリカーボネート樹脂を含む第1層と非晶性ポリアミド樹脂を含む第2層が共押出成形にて積層された光学シートであって、前記第1層と前記第2層とはその界面にて剥離可能であり、かつ、前記第1層と前記第2層の界面ではない前記第1層の表面および前記第2層の表面のうち、少なくとも一方の表面に微細凹凸形状が形成されている。これらの複数の層を有する光学シートは、溶融押出成形、即ち、微細凹凸構造転写時におけるシート全体の厚みを厚くすることが可能であるため、エアギャップ領域やロール間圧着時における樹脂の急速冷却を防止できるだけの十分な熱量を成形中の積層体に保持させることが可能であり、微細凹凸構造の転写性を著しく改善することができる。さらに、転写率の向上のために成形時の温度を特別に高く設定することは不要であるため、成形されるシートの外観を良好に保つことも容易に可能である。そして、共押出成形後にポリカーボネート樹脂からなる第1層と非晶性ポリアミド樹脂からなる第2層とを剥離によって簡単に分離することが可能であるので、微細凹凸構造の転写率が高いにも関らず、非常に薄い光学シートを最終的に成形することができる。
また、共押出成形時の積層体の厚みを増すために使用し、剥離後、最終的に使用されない層側の樹脂は、回収し、再利用することも可能である。
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
(I)光学シート
本発明においては、溶融押出成形法によって、表面に微細凹凸構造が高転写された超薄肉の光学シートを得ることができる。このために、詳細を後述するポリカーボネート樹脂と、非晶性ポリアミド樹脂を組み合わせて使用する。ポリカーボネート樹脂とポリアミド樹脂は共に極性材料であり、適度な接着力を有しているため、ポリオレフィン樹脂のような非極性材料で、且つ分子間力の弱い樹脂を使用した場合と比較すると、成形途中で剥離現象が起きるといった不具合現象を回避することができる。
また、ポリオレフィン系樹脂は結晶性を有する場合が多く、固化収縮量が極めて大きいため、ポリカーボネート樹脂のような非晶性材料と共押出成形を実施すると、反りが発生して、成形中にシートが丸まってしまったり、界面剥離が発生したりする可能性が高い。本発明の光学シートにおいては、ポリアミド樹脂の中でも非晶性ポリアミド樹脂を用いているので、ポリカーボネート樹脂と固化収縮量がほぼ同程度であり、反りなどの問題が発生するといった問題を回避することができる。
本発明においては、ポリカーボネート樹脂を用いて光学シートの第1層を形成する。使用されるポリカーボネート樹脂としては、芳香族ポリカーボネート樹脂、および脂肪属ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。これらのうち、芳香族ポリカーボネート樹脂の使用が好ましい。
芳香族ポリカーボネート樹脂は、芳香族ジヒドロキシ化合物又はこれと少量のポリヒドロキシ化合物を、ホスゲン又は炭酸ジエステルと反応させることによって得られる、分岐していてもよい熱可塑性重合体又は共重合体である。
芳香族ポリカーボネート樹脂の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知のホスゲン法(界面重合法)や溶融法(エステル交換法)により製造したものを使用することができる。また、溶融法を用いる場合には、末端基のOH基量を調整したポリカーボネート樹脂を使用することができる。
粘度平均分子量は中でも、10,000~25,000、更には15,000~24,000、特に17,000~23,000であることが好ましい。また粘度平均分子量の異なる2種類以上の芳香族ポリカーボネート樹脂を混合してもよく、この際には、粘度平均分子量が上記好適範囲外である芳香族ポリカーボネート樹脂を混合してもよい。この場合、混合物の粘度平均分子量は上記範囲となるのが望ましい。
なお、ポリカーボネート樹脂と非晶性ポリアミド樹脂のガラス転移温度差を所定の範囲内に調整する方法としては、既に上述したように、2種類以上の(芳香族)ポリカーボネート樹脂をブレンドしたり、或いは2種類以上のモノマーを用いて共重合体を形成させることによっても可能であることは言うまでもない。
本発明においては、非晶性ポリアミド樹脂を用いて光学シートの第2層を形成する。本願明細書において、「ポリアミド」樹脂とは、主鎖中にアミド(-NHCO-)結合を有する重合体を意味し、ラクタムの開環重合で得られるポリアミド化合物、ω-アミノカルボン酸の自己縮合で得られるポリアミド化合物、ジアミンとジカルボン酸を縮合することで得られるポリアミド化合物、及びこれらの共重合物のことを指す。
なお、ポリカーボネート樹脂と非晶性ポリアミド樹脂のガラス転移温度差を所定の範囲内に調整する方法としては、複数の非晶性ポリアミド樹脂をブレンドする等の方法も適用可能である。
本発明においては、上述のポリカーボネート樹脂と、非晶性ポリアミド樹脂とを共押出成形によりシート状に積層させ、第1層および第2層を有する積層体を形成する。
本発明の光学シートは、以下のように製造される。まず、ポリカーボネート樹脂層の片面に、剥離可能な非晶性ポリアミド樹脂を積層した上述の積層体は、次のような共押出成形装置によって製造される。即ち、ポリカーボネート樹脂を押し出すための押出機と、非晶性ポリアミド樹脂を押し出すための押出機によって構成され、それぞれの押出機の概略の大きさは、積層体の層比によって決定される。ポリカーボネート樹脂用の押出機の温度条件は、通常230~320℃であるが、微細凹凸形状の転写性を上げるためには、270~300℃に設定することが望ましい。非晶性ポリアミド樹脂用の押出機の温度条件は、使用する材料グレードによって適宜変更することが可能であるが、本発明においては、非晶性ポリアミド樹脂の溶融粘度とポリカーボネート樹脂の溶融粘度をほぼ同程度にしておくことが望ましい。この場合、両押出機の押出温度条件はほぼ同程度となり、積層時の不具合発生を未然に防ぐことが可能となる。また、樹脂中の異物を除去するために、押出機のダイスより上流側にポリマーフィルターを設置することが好ましい。
なお、圧着ロールとしては、金属剛体ロール、金属弾性ロール、ゴムロール等を適宜使用することができる。圧着ロールの設定温度としては、金属剛体ロール及び金属弾性ロールの場合には、当該ロールに接する方の樹脂のガラス転移温度より5℃から30℃程度、低い温度に設定することが好ましい。ゴムロールの場合には、冷却効率が悪いため、冷媒を用いて、100℃以下に設定するケースもあり得る。
表面に微細凹凸構造が設けられた賦形用冷却ロールは、鉄芯ロール上にメッキを施した後、ダイヤモンドバイトによる切削加工、砥石による研削加工、選択的に腐食を施すエッチング加工やその他多くの既存のパターンニング技術を用いて、製作することができる。
前記メッキ種としては、銅メッキ、ニッケルメッキ等が挙げられるが、溶融押出成形の場合には高い線圧がかかるので、耐久性に優れた表面硬度の高いニッケル-リンメッキが最も好ましい。ニッケル-リンメッキの施工方法には、電気メッキ法と無電解メッキ法があるが、どちらを使用しても構わない。この他、セラミックス層や低熱伝導金属材料層を下地層として設け、溶融樹脂の冷却を遅延することにより、微細凹凸形状の転写性を向上させたような特殊な賦形用冷却ロールを使用しても構わない。
また、ポリカーボネート樹脂と非晶性ポリアミド樹脂との180度ピール試験における剥離強度が1N/m以上あると、成形中に両樹脂層が剥離してしまうようなトラブルが発生することがないので好ましい。剥離強度の上限値に関しては特に規定はないが、接着力が強過ぎるとハンドリング性が低下するので、好適値として、100N/mを例示することができる。すなわち、光学シートの第1層と第2層間の剥離強度は、1~100N/mの範囲にあり、好ましくは2~50N/mの範囲にある。これらの剥離強度値は、ピール試験時の試験速度を150mm/minとし、クランプでチャッキングして走査させる方(引き剥がす方)のシート層の厚みが100~150μmの場合の数値である。
また、ポリカーボネート樹脂層と非晶性ポリアミド樹脂層の界面をマット面とすることもできる。マット面化する場合には、樹脂フィラーや異種高分子材料をブレンドすることにより達成される。物理的な凹凸の発生による粗面化に加え、局所的な固化速度差や収縮量差を設けることによって、粗面化が促進される。
この効果によって、賦形用冷却ロールの表面に設けられた微細凹凸形状の転写率を大幅に向上させることが可能であり、ポリカーボネート樹脂層と非晶性ポリアミド樹脂層を剥離させてしまえば、非常の薄い高性能の光学シートが得られる。微細凹凸形状を転写する面はポリカーボネート樹脂層側でも、非晶性ポリアミド樹脂層側でも構わない。場合によっては、圧着ロールの表面に微細凹凸形状を設け、積層体の両面に形状賦与させることも可能である。
一方、比較例1においては、転写率が低いという問題が認められた。この問題は、非晶性ポリアミド樹脂の層が形成されておらず、共押出成形時の積層体の厚さが実施例1に比べて薄かったことに起因すると考えられる。比較例2では、転写率に問題はないものの、非晶性ポリアミド樹脂が形成されていないことから保護層が形成されない上に、シートの厚さが大きくなり過ぎており、光学シートとして幅広い用途に使用できないという問題が認められた。
また、実施例1と比較例3の結果の比較から、非晶性のポリカーボネート樹脂が、結晶性ポリアミド樹脂に比べて成形性に優れていることが確認された。
Claims (8)
- ポリカーボネート樹脂を含む第1層と非晶性ポリアミド樹脂を含む第2層が共押出成形にて積層された光学シートであって、
前記第1層と前記第2層とはその界面にて剥離可能であり、
前記第1層と前記第2層の界面ではない前記第1層の表面および前記第2層の表面のうち、少なくとも一方の表面に微細凹凸形状が形成されていることを特徴とする光学シート。 - 前記第1層および/または前記第2層の厚みが50~250μmの範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の光学シート。
- 前記第1層に含まれるポリカーボネート樹脂と前記第2層に含まれる非晶性ポリアミド樹脂のガラス転移温度の差が±40℃以内の範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の光学シート。
- 前記第1層に含まれるポリカーボネート樹脂と前記第2層に含まれる非晶性ポリアミド樹脂の260℃における溶融粘度比が、剪断速度が100s-1の時に、1:5~5:1の範囲にあることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光学シート。
- 前記第1層と前記第2層との180度ピール試験における剥離強度が、試験速度を150mm/min、クランプでチャッキングして走査させる方のシート層の厚みを100~150μmとした場合に、1~100N/mの範囲にあることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光学シート。
- 前記微細凹凸形状がマット形状、プリズム形状、マイクロレンズ形状のいずれかであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光学シート。
- ポリカーボネート樹脂を含む第1層と非晶性ポリアミド樹脂を含む第2層とを共押出成形にてシート状に積層させる工程を有し、
表面に微細凹凸形状を有する賦形用冷却ロールと、圧着ロールとの間で、前記第1層と前記第2層との積層体を狭圧することにより、前記積層体の少なくとも1方の表面に微細凹凸形状を賦与することを特徴とする光学シートの製造方法。 - 前記圧着ロールが、表面に金属メッキが施された金属剛体ロールもしくは金属弾性ロールであることを特徴とする請求項7に記載の光学シートの製造方法。
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