JP3632928B2

JP3632928B2 - ポリビニルアルコール系重合体フィルムの製造方法および装置

Info

Publication number: JP3632928B2
Application number: JP13603292A
Authority: JP
Inventors: 博章早瀬; 旭白石
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JPH05301239A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、たとえば偏光膜や位相差板として用いられる光学部品などに適したポリビニルアルコール系重合体フィルムの製造方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリビニルアルコール（以下、「ＰＶＡ」という。）系重合体フィルムは、一般に、キャスティング法（溶液流延法）により製造される（たとえば、特公昭５１−２３９８１号公報参照）。従来の製造方法は、ＰＶＡ系重合体のチップをタンク内で溶媒に溶解して混練することで原液を得、この原液をスリット状の開口から、回転するドラムの外周に流し出して流延させるとともに、乾燥させてフィルムを得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、ＰＶＡ系重合体のチップをタンク内で溶媒に溶解して混練するので、混練が不十分となったり、原液中の気泡が脱泡されにくいことから、均質な原液が得られない。そのため、フィルムの品質が低下するおそれがある。
【０００４】
また、上記従来技術は、回転するドラム上で原液を乾燥させるが、このドラムは製造や運搬上の制約から、直径４ｍ程度以上の大型のものは得られないので、乾燥時間を充分長く設定すると、ドラムの周速度が遅くなるから、ラインの生産能力が低下する。
【０００５】
一方、フィルムが十分に乾燥していないうちに、フィルムをドラムから剥がすと、以下のような問題点が発生する。
１）幅の広い膜をロールから均一に剥離することができないので、剥離時のむらにより、厚薄むら（厚さのむら）を生じる。
２）乾燥が不十分な場合には、乾燥が十分な場合に比べ、剥離時の張力を大きくする必要があり、また、フィルムの強度も小さいことから、フィルムの長さ方向に大きな分子配向が生じる。この分子配向は、剥離時のネックインおよび剥離むらにより、フィルム両端部が大きく、また、中央部においても剥離むらによって、大きな分子配向むらを生じる。この分子配向の度合いは、複屈折率によって測定される。
【０００６】
これらの１），２）の問題に起因して、レタデーション（複屈折率×膜厚）の値が高くなり、特に、図４の破線で示すように、幅方向の両端部において、レタデーションの値が高くなるとともに、レタデーションのむらも大きくなる。
また、上記２）の問題により、フィルムの長さ方向に大きな分子配向を生じることから、乾燥後のフィルムの長さ方向の延伸性が低下する。
【０００７】
この発明は上記従来の問題に鑑みてなされたもので、品質および生産性の優れたＰＶＡ系重合体フィルムの製造方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明方法は、まず、密閉した耐圧の第１タンク内を加温しながら攪拌することにより、ＰＶＡ系重合体を溶媒で溶解し、第１タンク内を上記溶媒の蒸発により昇圧させて原液を製造する。ついで、この原液を第２タンク内へ供給し、この供給した原液を上記第２タンク内で一時的に貯留して攪拌しながら脱泡する。この後、上記第２タンク内の原液をダイに一定量ずつ送り出す。一対のローラ間に架け渡されて走行するオーステナイト系ステンレスベルト上に、ダイから原液を流延する。この流延した原液を上記ベルト上で乾燥させる。
【０００９】
また、この発明装置は、第１タンク、第２タンクおよびスクリューポンプで原液を製造し、ベルト製膜機で製膜することを特徴とする。つまり、この発明装置は、まず、ＰＶＡ系重合体を溶媒で溶解するとともに攪拌して原液を製造する密閉型の耐圧の第１タンクと、この第１タンク内を加温して上記溶媒の蒸発により第１タンク内を昇圧させる加温装置と、上記第１タンクから供給された原液を一時的に貯留して攪拌しながら、ベントにより脱泡させる第２タンクと、上記第２タンク内の原液を一定量ずつ送液するスクリューポンプとを備えている。また、スクリューポンプから供給された原液の温度調節をする熱交換器と、原液を昇圧するギヤポンプと、ギヤポンプから供給された原液を幅方向に均一に流し出すダイと、このダイから流れ出た原液をオーステナイト系ステンレスベルト上に流延させるとともに乾燥させるベルト型製膜機とを備えている。上記ベルトは、一対のローラ間に架け渡されて走行する。
【００１０】
【作用】
この発明によれば、ＰＶＡ系重合体のチップを密閉した耐圧の第１タンク内で加温しながら溶解するので、第１タンク内の圧力が上記溶媒の蒸発により上昇する。そのため、溶媒の沸点が高くなるので、溶媒の温度が上昇するから、チップが容易に溶解する。また、溶解した原液は、第２タンクにおいて一時的に貯留して攪拌しながら、ベントにより脱泡される。このように、溶解・攪拌・脱泡がなされるので、比較的濃度の高い原液であっても、均質な原液を製造することができる。
【００１１】
また、ベルト型製膜機を用いて製膜するので、オーステナイト系ステンレス製のベルトの長さを長く設定することにより、上記原液を長いベルト上で十分に乾燥させることができる。そのため、以下のような利点が得られる。
１）厚薄むらを軽減できる。
２）フィルムの分子配向および分子配向むらを軽減できる。
３）これらの１），２）の作用により、レタデーションの値を低くすることができるとともに、レタデーションのむらを減少させることができる。
４）フィルムの長さ方向の延伸性が向上する。
かかる性能を有するフィルムは、ＰＶＡ系重合体の溶解用の第１タンク、原液の攪拌および脱泡用の第２タンク、あるいは、ベルト製膜機のいずれか一つを欠いても得ることができない。
【００１２】
この発明は、前述のように、ＰＶＡ系重合体の溶解用の第１タンク、原液の攪拌および脱泡用の第２タンク、ならびに、ベルト製膜機を組合わせることにより、上記性能を有するフィルムを製造するから、特に、偏光膜、位相差膜に適したＰＶＡ系重合体フィルムを提供することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
図１（ａ）において、第１タンク１は一対設けてあり、上部にＰＶＡ系重合体のチップの投入口１ａと、溶媒（たとえば水）の供給口１ｂとを備え、下部に原液取出パイプ１ｃを備えている。上記チップ投入口１ａには開閉蓋１ｄが設けられており、溶媒供給口１ｂには開閉弁１ｆが設けられている。上記第１タンク１の外周には、蒸気で第１タンク１内を加温して１４０℃程度に保持する第１加温装置２が設けられている。この第１タンク１は、投入されたＰＶＡ系重合体のチップを溶媒で溶解するとともに、これらの混合物を攪拌羽根１ｅで攪拌することにより原液Ｌを製造する。この際、第１タンク１の開閉蓋１ｄは閉じられて、第１タンク１が密閉されており、かつ、第１タンク１が第１加温装置２により加温されていることから、蒸発した溶媒により第１タンク１内の圧力が上昇する。
【００１４】
２つの第１タンク１の原液取出パイプ１ｃは、切換弁３を介して、第２タンク５のノズル４に連通している。上記切換弁３は、両原液取出パイプ１ｃのいずれか一方または両方を開状態または閉状態に設定するものである。
【００１５】
上記第２タンク５は、攪拌羽根５ａと、この攪拌羽根５ａと同軸上に設けたスクリューポンプ５ｂを備えている。上記第２タンク５の外周には、温水で第２タンク５内を１００℃より若干高い程度に保温する第２加温装置６が設けられている。この第２タンク５は、上記攪拌羽根５ａにより原液Ｌを攪拌する。また、第２タンク５の上部には脱泡用のベント５ｃが設けられている。第２タンク５の下部に設けられたスクリューポンプ５ｂにより、原液Ｌを一定量ずつ送液して、図１（ｂ）の熱交換器３０に原液Ｌを供給する。
【００１６】
上記熱交換器３０は、原液Ｌの温度を温水で均一に１００℃程度まで下げるとともに、内部に固定羽根が設けられていて、この固定羽根で原液Ｌを混ぜながら、原液Ｌに皮が張らないようにするものである。熱交換器３０の下流には、ギヤポンプ７、フィルタ８およびスタティックミキサ９が設けられている。フィルタ８は、原液中のごみを除去するもので、一方、スタティックミキサ９は、多数の固定羽根で原液を攪拌して、原液の温度を均一化した後、原液をダイ１０に供給するものである。なお、これらのギヤポンプ７、フィルタ８およびスタティックミキサ９は、必要に応じて設ければよく、必ずしも設ける必要はない。
【００１７】
ダイ１０は、図３の正面図に示すように、幅方向Ｄに長いスリット状の開口１０ａを有しており、この開口１０ａから原液を幅方向Ｄに均一な厚みで下方のベルト１３上に流し出すものである。
【００１８】
図１（ｂ）のベルト型製膜機１１は、一対のローラ１２，１２間に架け渡されて走行する無端状の上記ベルト１３を有し、上記ダイ１０から流れ出た原液をベルト１３上に流延させるとともに乾燥させるものである。上記ベルト１３は、オーステナイト系ステンレススチールからなり、その外周表面は鏡面仕上げがなされている。このベルト１３の外周および内周には、それぞれ、ベルト１３の進行方向に空間を仕切る仕切壁１４が設けられている。上記ベルト１３の外周面および内周面には、図示しない温風機から、８０℃〜１７０℃の熱風Ｈが吹き付けられて、原液の乾燥を促進している。最も下流のゾーン１４Ａにおいては、フィルムＦを常温の風Ｃにより冷却しても良い。
【００１９】
右側のローラ１２の付近には、剥がしローラ１５が設けられており、所定濃度まで乾燥したフィルムＦが、剥がしローラ１５によりベルト１３から剥がされる。ベルト１３からの剥離時におけるフィルムＦの含水率は、１５重量％以下が好ましく、２〜１０重量％が更に好ましい。フィルムＦは、図２の熱処理機１６、調湿機１７および検査機１８を経て、ワインダ１９に巻き取られる。上記熱処理機１６は、熱風をフィルムＦに吹き付けて、フィルムＦの結晶化度などを変化させるものである。上記調湿機１７は、フィルムＦの湿度を、たとえばウエットベースで５％程度に調整するものである。上記検査機１８は、可視光線、赤外線およびベータ線により、それぞれ、物理的な欠損、厚みおよび水分率などを検査するものである。
【００２０】
つぎに、ＰＶＡフィルムの製造方法について説明する。
まず、図１（ａ）の第１タンク１の投入口１ａからチップを投入し、供給口１ｂから溶媒を供給する。また、供給口１ｂから可塑剤を供給する場合もある。この際、ＰＶＡ系重合体の濃度は、１０〜３０％ｗｂ〔ウェットベースにおける重量％：（ＰＶＡ＋添加物）×１００／（ＰＶＡ＋添加物＋溶媒）〕程度に設定する。ついで、開閉蓋１ｄおよび開閉弁１ｆを閉じる。この後、第１加温装置２により第１タンク１内を１４０℃程度に保った状態で、攪拌羽根１ｅにより、チップと溶媒の混合物を攪拌して、原液Ｌが得られる。ここで、第１タンク１は密閉されているので、溶媒の蒸発により圧力が上昇するのに伴い、溶媒の沸点が高くなって、溶媒の温度が十分に上昇するから、チップが溶解し易くなる。
【００２１】
第１タンク１の原液Ｌは、ノズル４から第２タンク５内に移送される。第２タンク５内に一時的に貯留された原液Ｌは、攪拌羽根５ａで攪拌されながら、ベント５ｃにより脱泡された後、スクリューポンプ５ｂで一定量ずつ送液される。原液Ｌは、熱交換器３０で１００℃まで均一に冷却されて、ギヤポンプ７に送られる。
【００２２】
原液Ｌは、ギヤポンプ７からフィルタ８に圧送されて、ごみなどが除去された後、スタティックミキサ９により、さらに温度が均一になった後、ダイ１０に送られ、図３のように、ダイ１０のスリット状の開口１０ａから、ベルト１３上に流出する。この際、原液Ｌの温度が、ベルト１３の幅方向Ｄについて不均一であると、粘度の相違により流出量が幅方向Ｄにばらつくので、均一な膜厚にならない。これに対し、前述のように、図１（ｂ）のスタティックミキサ９で温度の均一化を図るので、均一な厚みのフィルムＦが得られる。
【００２３】
ベルト１３上に流れ出た原液は、ベルト１３が矢印Ａ方向に走行することにより流延され、ベルト１３上において、熱風Ｈにより乾燥が促進される。ここで、ベルト１３は、ドラムと異なり、長くすることができるので、ベルト１３上で十分にフィルムＦを乾燥させることができるから、フィルムＦをベルト１３から容易に剥がすことができる。そのため、図４の実線で示すように、レタデーションが均一でかつ低くなる。しかも、レタデーションが幅方向に均一で、かつ、低いフィルムＦが得られるので、フィルムの延伸性が向上する。また、ベルト型製膜機１１はそのベルト１３を長くすることに特に制約はないから、ベルト１３を長くとることによって、乾燥時間を長くできる。したがって、フィルムＦを十分乾燥させながら、ベルト速度を速くして、ラインの生産能力を上げることができる。ベルト１３の走行速度は、５〜５０ｍ／分程度の範囲で適宣選択される。また、ベルト１３での滞留時間は、１〜１０分程度の範囲で適宣選択される。
【００２４】
また、この実施例のように、ベルト１３の走行方向に複数の仕切壁１４を設けて、熱風Ｈをベルト１３に当てた場合は、各仕切壁１４間において熱風Ｈの温度を変えることができる。そのため、フィルムＦの乾燥状態（乾燥段階）に応じた最適な温度を選択することができる。
【００２５】
この発明において、ＰＶＡ系重合体の溶媒としては、水が好ましく用いられる。しかし、防爆型の製膜装置を用いる場合には、溶媒として、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、炭素数１〜１０のジアミン化合物、炭素数１〜１０のトリアミン化合物などの有機溶媒を用いてもよく、これらの有機溶媒のなかでも、ジメチルスルホキシドが好ましい。また、これらの溶媒の混合物でもよい。
【００２６】
ＰＶＡ系重合体の可塑剤としては、グリセリン、ジグリセリン、トリグリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどの多価アルコール系可塑剤およびこれらの混合物が挙げられ、これらの多価アルコール系可塑剤のなかでもグリセリンが好ましい。
【００２７】
この発明において用いられるＰＶＡ系重合体の重合度には、特に制限はないが、１，０００以上が好ましく、１，０００〜２０，０００がより好ましく、１，５００〜１０，０００がさらにより好ましい。ＰＶＡ系重合体のけん化度は、特に制限はないが、８０モル％以上が好ましく、９０モル％以上がより好ましく、９５モル％以上が更により好ましい。
【００２８】
この発明のＰＶＡ系重合体は、ビニルエステル系モノマーの重合体をけん化することにより得られる。ビニルエステル系モノマーとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、２，２，４，４−テトラメチルバレリアン酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニルおよびバーサティック酸ビニルなどが挙げられる。これらのなかでも酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサティック酸ビニルが単独もしくは混合物として好ましく使用される。
【００２９】
また、上記のビニルエステル系モノマーと共重合可能なモノマーを共重合することも差し支えなく、これらの共重合可能なモノマーとしては、エチレン、プロピレン、１−ブテン、イソブテンなどのオレフィン類；アクリル酸およびその塩；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸ｉ−プロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｉ−ブチル、アクリル酸ｔ−ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクタデシルなどのアクリル酸エステル類；メタクリル酸およびその塩、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−プロピル、メタクリル酸ｉ−プロピル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｉ−ブチル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸ドデジル、メタクリル酸オクタデシルなどのメタクリル酸エステル類；アクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミドプロパンスルホン酸およびその塩、アクリルアミドプロピルジメチルアミンおよびその塩またはその４級塩、Ｎ−メチロールアクリルアミドおよびその誘導体などのアクリルアミド誘導体；メタクリルアミド、Ｎ−メチルメタクリルアミド、Ｎ−エチルメタクリルアミド、メタクリルアミドプロパンスルホン酸およびその塩、メタクリルアミドプロピルジメチルアミンおよびその塩またはその４級塩、Ｎ−メチロールメタクリルアミドおよびその誘導体などのメタクリルアミド誘導体；メ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などのビニルエーテル類；アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのニトリル類；塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデンなどのハロゲン化ビニル類；酢酸アリル、塩化アリルなどのアリル化合物；マレイン酸およびその塩またはそのエステル；イタコン酸およびその塩またはそのエステル；ビニルトリメトキシシランなどのビニルシリル化合物；酢酸イソプロペニルなどが挙げられる。これらの共重合可能なモノマーの含有量としては、１０モル％以下が好ましく、５モル％以下がより好ましい。また、この発明により得られるＰＶＡ系重合体フィルムの膜厚としては、２０〜１００μｍが好ましい。
【００３０】
試験例１
図１の耐圧溶解タンク（第１タンク）１にＰＶＡ１００重量部、グリセリン１２重量部を投入し、更に含水率６０％ｗｂに相当する水を加え、加熱・攪拌・溶解して原液を得た。
更に第２タンク５で攪拌・脱泡後、ギヤポンプ７でダイ１０へ定量供給し、ベルト型製膜機１１にて厚さ７５μ，幅１．２ｍのＰＶＡ系重合体フィルムを製造した。但し、熱処理は実施しなかった。
以下に、主な製造条件を示す。

こうして得られたフィルムＦの物性は、表１に示す通り、厚さむら、レタデーション平均値およびレタデーションむらが小さかった。これはベルト型製膜機１１の採用により乾燥時間を長くとれ、フィルムの剥離時の水分を低くすることができるからである。
【００３１】
試験例２
試験例１と同じ耐圧溶解タンク１、第２タンク５およびベルト型製膜機１１を用い、同一条件でフィルムＦを成形した後、更に熱処理機１６にて熱処理を施し、耐水性を有する厚さ７５μ、幅１．２ｍのＰＶＡフィルムを製造した。
以下に、主な製造条件を示す。

こうして得られたフィルムの物性を表１に示す。
このフィルムは、熱処理を施していながらも、なお、厚さむら、レタデーション平均値およびレタデーションむらが少なかった。
【００３２】
比較例１
試験例１と同一設備、同一条件で、溶解原液を得た。
ギヤポンプ７でダイ１０へ定量供給し、図５に示すキャストロール５６および乾燥ロール５７を備えたドラム型製膜機で厚さ７５μ、幅１．２ｍのＰＶＡフィルムを製造した。
以下に、主な製造条件を示す。

この方法により得られたフィルムの物性を表１に示す。
比較例１のフィルムは試験例１，２に比較し、厚さむら、レタデーション絶対値およびレタデーションむらが大きいことが分かる。生産性を上げるため、キャストロール５６の回転速度を上げていくと、剥離時のフィルム水分が高くなり、厚さむら、レタデーション平均値およびレタデーションむらが更に大きくなった。
【００３３】

厚さむらは、縦横方向に厚さを連続測定し、その最大値と最小値の差（Ｒ（μ））で示した。
レタデーションは、幅方向５ｃｍピッチで２０点測定し、その平均値（ｎｍ）で示し、レタデーションむらは、その最大値と最小値の差（Ｒ（ｎｍ））で示した。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ＰＶＡ系重合体と溶媒とを密閉型の耐圧の第１タンクで加温・加圧しながら溶解し、更に、第２タンクにおいて一時的に貯留して攪拌しながら脱泡することから、均質でかつ未溶解分や気泡の少ない原液を製造できる。また、スクリューポンプで原液をダイに供給するから、原液の供給量にばらつきが生じにくい。特に、ベルト型製膜機を用いて製膜するので、上記原液を長いオーステナイト系ステンレス製のベルト上で十分に乾燥させることができる。このように、均質でかつ未溶解分や気泡の少ない原液を一定量ずつ供給して、十分に乾燥できるから、フィルムのレタデーション、つまり、品質が向上する。
【００３５】
その一方で、製造や運搬上の制約をあまり受けずにベルトを長くすることができるから、ベルト速度を速くすることができるので、生産性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる原液の製造から製膜までの製造装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】この発明にかかる製膜後の熱処理、調湿および巻取装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】ダイの正面図である。
【図４】フィルムの幅方向におけるレタデーションの変化を示す特性図である。
【図５】従来のドラム型製膜機の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…第１タンク、２…（第１）加温装置、５…第２タンク、５ｂ…スクリューポンプ、５ｃ…ベント、７…ギヤポンプ、１０…ダイ、１１…ベルト型製膜機、１２…ローラ、１３…ベルト、３０…熱交換器、Ｆ…フィルム、Ｌ…原液。

Claims

密閉した耐圧の第１タンク内を加温しながら攪拌することにより、ポリビニルアルコール系重合体を溶媒で溶解し、第１タンク内を上記溶媒の蒸発により昇圧させて原液を製造する工程と、
上記原液を第２タンク内へ供給し、この供給した原液を上記第２タンク内で一時的に貯留して攪拌しながら脱泡する工程と、
上記第２タンク内の原液をダイに一定量ずつ送り出す工程と、
一対のローラ間に架け渡されて走行するオーステナイト系ステンレスベルト上に上記ダイから原液を流延する工程と、
上記原液を上記ベルト上で乾燥させる乾燥工程とを備えたポリビニルアルコール系重合体フィルムの製造方法。
ポリビニルアルコール系重合体を溶媒で溶解するとともに、攪拌して原液を製造する密閉型の耐圧の第１タンクと、
この第１タンク内を加温して上記溶媒の蒸発により第１タンク内を昇圧させる加温装置と、
上記第１タンクから供給された原液を一時的に貯留して攪拌しながら、ベントにより脱泡させる第２タンクと、
上記第２タンク内の原液を一定量ずつ送液するスクリューポンプと、
このスクリューポンプから供給された原液の温度調節をする熱交換器と、
原液を昇圧するギヤポンプと、
このギヤポンプから供給された原液を後述するオーステナイト系ステンレスベルトの幅方向に均一に流し出すダイと、
一対のローラ間に架け渡されて走行するオーステナイト系ステンレスベルトを有し、上記ダイから流れ出た原液を上記ベルト上に流延させるとともに乾燥させるベルト型製膜機とを備えたポリビニルアルコール系重合体フィルムの製造装置。