KR100704157B1

KR100704157B1 - 폴리비닐알콜 필름의 제조방법

Info

Publication number: KR100704157B1
Application number: KR1020060096913A
Authority: KR
Inventors: 임봉현; 권대룡; 엄인호; 김종수; 양세인
Original assignee: 동양제철화학 주식회사
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2007-04-09
Also published as: KR20060113594A

Abstract

본 발명은 폴리비닐알콜 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리비닐알콜 필름 제조 시 다이에서 토출된 불안정한 필름 용융체를 캐스팅 드럼에 주조하여 고형화시킬 경우, 정압 흡입장치, 클리닝 롤 각각 또는 상기 두 장치를 모두 설치 사용함으로써, 폭방향 등속 핀닝(pinning), 발생 수증기의 효율적인 제거, 캐스팅 드럼의 균일한 표면 장력 유지가 가능하게 되어 필름의 착지 안정성 및 박리 안정성을 대폭 개선시킬 수 있으며, 특히 이로부터 필름의 두께, 리타데이션 편차를 최소화하여 편광판 제조 시 편광율, 투과율, 색편차 등의 물성을 종래에 비해 월등히 향상시킬 수 있는 폴리비닐알콜 필름의 제조방법에 관한 것이다.

폴리비닐알콜 필름, 제조방법, 정압 흡입장치, 클리닝 롤, 편광판

Description

폴리비닐알콜 필름의 제조방법{Method for manufacturing Polyvinyl alcohol film}

도 1은 본 발명에 따른 폴리비닐알콜 필름의 제조 공정을 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 호퍼 20 : 스크류 피더

30 : 압출기 40 : 필터

50 : 기어펌프 60 : 다이

70 : 캐스팅 드럼 80 : 정압 흡입장치

90 : 클리닝 롤

본 발명은 폴리비닐알콜 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리비닐알콜 필름 제조 시 다이에서 토출된 불안정한 필름 용융체를 캐스팅 드럼 에 주조하여 고형화시킬 경우, 정압 흡입장치, 클리닝 롤 각각 또는 상기 두 장치를 모두 설치 사용함으로써, 폭방향 등속 핀닝(pinning), 발생 수증기의 효율적인 제거, 캐스팅 드럼의 균일한 표면 장력 유지가 가능하게 되어 필름의 착지 안정성 및 박리 안정성을 대폭 개선시킬 수 있으며, 특히 이로부터 필름의 두께, 리타데이션 편차를 최소화하여 편광판 제조 시 편광율, 투과율, 색편차 등의 물성을 종래에 비해 월등히 향상시킬 수 있는 폴리비닐알콜 필름의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 편광판은 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol : 이하, PVA) 필름을 한 축으로 늘리는 연신과 염색하여 제조한 편광필름의 양면에 3-아세트산셀룰로스(TAC)막 등의 보호판이 부착된 구성으로 되어 있으며, 액정 디스플레이에 사용된다.

통상, 편광 성능의 균일성을 위해서는 두께가 균일한 PVA 필름의 사용, 이색성 염료의 균일한 염색, 얼룩없는 부착 등의 여러 주의사항이 있으며, 특히 편차없는 균일한 PVA 필름의 제조가 중요하다. 상기 PVA 수지는 일반적인 열가소성 수지들과는 달리 융점과 열분해 온도가 매우 근접하여 단순한 가열 용융법에 의한 필름 성형이 불가능하다. 따라서, 상기 PVA 수지를 이용하여 필름을 제조하기 위해서 물, 다가 알콜 및 프탈레이트 화합물 등과 같은 가소제를 다량 혼합 사용하여 가공 온도를 낮추고 성형하는 방법이 수행되고 있다.

상기 PVA 필름을 제조하는 방법으로는 용액 주조법과 압출법 등이 사용되고 있으며, 특히 상기 용액 주조법은 교반조에서 PVA 수지를 물과 같은 용매와 장시간 교반시켜 5 ~ 20 중량% 정도의 저농도 용액을 제조한 후, 제막하는 공정을 수행하 는 방법으로서, 최종 필름 대비, 수분이 수백 중량% 정도로 다량 함유되어 이를 건조시키기 위한 공정이 수반되고, 또한 경제적으로 효율적이지 못한 문제점이 있다.

이러한 용액 주조법이 경제적이지 못하다는 단점으로 인해 편광용 PVA 필름 제조 시 주로 사용되고 있는 압출법은 압출기를 사용하여 제막하는 공정을 수행하는 방법으로서, 종래의 용액 주조법에 비해 제한된 가공시간 및 고농도 상태로 가공하게 된다.

상기 압출기에서 용융된 용융체는 다이를 통과하면서 필름 형태로 형태 변환된 후 가열된 캐스팅 드럼에 주조되어 보유한 함수율을 일정 함량 이하로 낮춤으로써, 불안정한 용융체 상태에서 안정된 고체 상태로 변화시킨 바, 일본특허 공개 제2001-315143호에 개시된 발명은, 드럼 외부를 온풍이나 열풍을 이용하여 건조하고 필름으로부터 발생하는 수증기를 효율적으로 제거할 수 있도록 하고 있다. 그러나, 이러한 드럼 외부에 부는 온풍 또는 열풍은 필름이 캐스팅 드럼에 착지할 경우, 떨림 등의 외란의 원인으로 작용되기 쉽고, 대기로 노출된 필름 면에 발생되는 수증기는 효율적으로 제거가 가능하나, 캐스팅 드럼과 접촉하는 필름면에 발생되는 수증기는 제거가 불가능하여 불균일한 필름착지의 원인이 된다. 이렇게 착지가 불안정할 경우, 두께 및 굴절률 편차 등의 불균일성의 원인이 된다.

상기 PVA 필름은 팽윤, 연신, 염착, 고정, 수세 및 건조 과정 등의 연속 공정을 거치면서 편광 필름으로 제조된다. 상기 팽윤 과정은 종류에 따라 건식 및 습식으로 나누어지게 되는데, 이 과정에서 필름이 불균일할 경우에 연신 공정 수행시 주름이 발생하거나 염착 공정 수행시 불균일한 염착의 원인이 되어 색편차 를 발생시키게 된다.

이와 같이 불균일한 착지 및 박리에 의한 필름의 두께 및 리타데이션 편차 등은 PVA 필름의 편광 필름 용도로 적용 시 큰 단점으로 작용되고 있으며, 특히 액정 디스플레이 등이 점차로 광대화 및 고품질화 되어감에 따라 그 중요성은 더욱 강조되고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자들은 불안정한 용융 상태의 필름을 캐스팅 드럼에 균일하고 안정적으로 착지 및 박리시켜 고형화하기 위하여 연구 노력한 결과, PVA 필름 제조 시 다이에서 토출된 불안정한 필름 용융체를 캐스팅 드럼에 주조하여 고형화시킬 경우, 캐스팅 드럼 필름 착지점에 2개의 채널로 구성되고, 흡입력 조절이 가능할 뿐더러 전 폭에 대해 균일한 흡입력이 작용되게 설계된 정압 흡입장치를 설치하거나, 또는 필름 박리접 위에 클리닝 롤을 설치하거나 또는 상기 정압 흡입장치 및 클리닝 롤을 설치하여 필름의 폭방향 등속 핀닝, 발생 수증기의 효율적 제거, 균일한 표면 장력 유지가 가능하게 되어 필름의 착지 및 박리 안정성을 대폭 개선시킬 수 있으며, 이로부터 필름의 두께, 리타데이션 등의 편차를 최소화하여 편광판 제조 시 편광율, 투과율, 색편차 등의 물성을 종래에 비해 월등히 향상시킬 수 있는 액정 디스플레이의 편광용에 적합한 폴리비닐알콜 필름의 제조방법을 개발함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 회전하는 캐스팅 드럼 필름 착지점에 2개의 채널로 구성 된 정압 흡입장치, 필름 박리점 위에 클리닝 롤 각각을 설치하거나, 또는 상기 두 장치를 모두 설치 사용하여 폴리비닐알콜 필름을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은

압출기(30), 필터(40), 기어펌프(50), 다이(60)를 통과하면서 필름 형태로 변화시킨 다음, 연속적으로 캐스팅 드럼(70)에 주조하는 폴리비닐알콜 필름을 제조함에 있어서,

회전하는 캐스팅 드럼 필름 착지점에 2개의 채널로 구성된 정압 흡입장치(80), 또는 필름 박리점 위에 클리닝 롤(90), 혹은 상기 두 장치를 동시에 사용하여 폴리비닐알콜 필름을 제조하는 방법을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폴리비닐알콜 필름 제조 시 다이에서 토출된 불안정한 필름 용융체를 캐스팅 드럼에 주조하여 고형화시킬 경우, 정압 흡입장치, 클리닝 롤 각각 또는 상기 두 장치를 모두 설치 사용함으로써, 폭방향 등속 핀닝(pinning), 발생 수증기의 효율적인 제거, 캐스팅 드럼의 균일한 표면 장력 유지가 가능하게 되어 필름의 착지 안정성 및 박리 안정성을 대폭 개선시킬 수 있으며, 특히 이로부터 필름의 두께, 리타데이션 편차를 최소화하여 편광판 제조 시 편광율, 투과율, 색편차 등의 물성을 종래에 비해 월등히 향상시킬 수 있는 폴리비닐알콜 필름의 제조방법 에 관한 것이다.

먼저, 폴리비닐알콜(PVA) 수지의 분자 사슬 내 아세테이트기들이 하이드록시기로 치환된 정도를 검화도라 하며, 분자량이 같은 경우에도 이러한 검화도 차이에 따라 수용성, 난용성, 불용성으로 나누어진다. 즉, 상대적으로 관능기의 크기가 큰 아세테이트기가 하이드록시기로 치환될수록 분자사슬간 간격이 좁아지고, 또한 분자사슬 간에 하이드록시기들에 의한 강력한 수소결합을 형성하여 상기와 같이 구분되어진다.

이로부터, 압출법으로 제조된 PVA 필름 중에 잔류되는 미용해물의 주요 발생원인은 필름의 압출 공정 이전에 기 형성된 PVA 수지 내 분자 사슬간 강력한 수소결합에 의한 것이다. 특히, 수용성이나 이형용 용도와 달리 검화도가 99.9 몰% 이상인 편광용 PVA 수지는 보다 강력한 분자 사슬간 결합 구조를 갖기 때문에 단시간의 압출 공정만으로는 미용해물 없는 완벽한 용융체의 제조가 어렵다.

이에, 압출법에 의해 가공되기 전에 PVA 수지의 분자 사슬간 수소결합 구조를 갖는 것을 최대한 억제시켜야 하는데, 이를 위해서는 PVA 수지를 제조의 중간공정인 검화 공정 중 수지의 검화도가 99.9 몰% 되기 이전에 다음 화학식 1로 표시되는 음이온성의 친수성 증진제와 다음 화학식 2로 표시되는 비이온성의 친수성 증진제 및 가소제를 투입하여 함침시킨 후 검화 공정을 완료한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 1 또는 화학식 2에서, R₁은 H, 또는 COOR₂이고, R₂는 H 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이고, M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 원자이고, m은 1 내지 20 의 정수이고, n은 0 내지 20의 정수이고, x는 0 내지 7의 정수이며, x + y는 9 내지 11의 정수를 나타낸다.

상기 투입되는 친수성 증진제는 PVA 수지의 표면장력과 접촉각을 개선하기 위하여 상기 화학식 1의 음이온성의 친수성 증진제와 화학식 2의 비이온성의 친수성 증진제를 사용한다.

상기 화학식 2에서, 보다 바람직하게는 m은 3 ~ 18의 정수인 것을 사용하는 것이 좋다.

상기 친수성 증진제는 PVA 수지 100 중량부에 대해 음이온성의 친수성 증진제와 비이온성의 친수성 증진제 각각 0.001 ~ 0.3 중량부, 바람직하게는 0.002 ~ 0.1 중량부를 사용한다.

상기 각각의 친수성 증진제의 사용량이 0.001 중량부 미만이면 표면장력 및 접촉각 등의 효과가 미미하고, 0.3 중량부를 초과하는 경우에는 필름표면으로 이행되어 장기 보관 시 필름 간 점착에 의한 주름이 발생하기 쉽기 때문에 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하며, 이와 같은 경우 균일한 팽윤, 염착 및 건조를 가능하게 하여 색편차가 없는 편광판의 제조가 가능하게 된다.

또한, 상기 친수성 증진제 이외에 가공 시 온도를 저하시키기 위하여 당 분야에서 통상적으로 사용되는 가소제를 사용하는 바, 상기 역할 이외에 수지 분자 사슬간 수소결합 억제 및 분자사슬 간격을 유지시키는 핵심적인 역할을 수행한다. 상기 가소제는 다가 알콜류, 물 및 프탈레이트 화합물 중에서 선택된 2종 이상을 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 다가 알콜류는 글리세린, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 트리에틸렌글리콜 등이 사용될 수 있고, 프탈레이트 화합물은 다이부틸프탈레이트, 다이아이소부틸프탈레이트, 다이옥틸프탈레이트, 다이아이소옥틸프탈레이트, 다이노닐프탈레이트, 다이아이소노닐프탈레이트 및 다이아이소데실프탈레이트 등이 사용될 수 있다.

이러한 가소제는 상기 PVA 수지 100 중량부에 대하여, 다가 알콜류는 1 ~ 35 중량부, 바람직하게는 5 ~ 25 중량부 사용되고, 물은 30 ~ 350 중량부, 바람직하게는 80 ~ 250 중량부 및 프탈레이트 화합물은 1 ~ 100 ppm, 바람직하게는 3 ~ 50 ppm을 혼합 사용한다.

상기 가소제 중 다가 알콜류의 사용량이 1 중량부 미만이면 그 효과가 미미하고, 35 중량부를 초과하는 경우에는 편광판 제조 시 완전히 제거되지 않고 잔류하여 광학특성이 저하되고, 너무 유연하여 취급이 어려운 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가소제 중 물의 사용량이 30 중량부 미만이면 폴리비닐알콜의 열분해가 쉽게 일어나고, 350 중량부를 초과하는 경우에는 압출기(30) 내에서 이송 등의 취급이 어렵고, 제거해야 할 수분량이 너무 많아 공정이 비효율적인 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가소제 중, 프탈레이트 화합물의 사용량이 1 ppm 미만이면 그 효과가 미미하고, 100 ppm을 초과하는 경우에는 필름의 투과도를 저하시키는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

특히, 글리세린과 같은 다가알콜류와 프탈레이트 화합물은 물만을 단독 사용했을 시에 비해 휘발성이 낮아 원료 중 수소 결합 방지에 보다 효과적이고 안정성 및 장기 보전성을 증대시켜 주며, 또한 함수된 원료간의 점착성을 감소시켜 입자의 흐름성을 개선시키는 역할을 수행하게 된다.

이러한 역할은 압출 공정 시 스크류 피더(screw feeder)(20)에서 균일한 원료 공급을 가능하게 하며, 결과적으로 균일한 두께의 필름 제조를 가능하게 한다.

한편, 상기와 같이 검화 과정 중에 친수성 증진제와 가소제를 함침시켜 제조된 폴리비닐알콜 복합수지 조성물은 당 분야에서 사용되는 통상적인 방법을 사용하여 압출된다. 이때, 압출온도 50 ~ 150 ℃, 바람직하게는 80 ~ 120 ℃ 범위로 조절된 다축 압출기(30)에 친수성 증진제와 가소제를 투입하여 용융시킬 경우, 미용해물 발생이 거의 없이 균일하게 혼합 용융된다. 상기 온도가 50 ℃ 미만이면 용융이 되지 않아 압출가공이 불가능하고, 150 ℃를 초과하는 경우에는 PVA 수지가 부분적으로 열분해되어 변색되는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 좋다.

상기에서 용융된 용융체는 이물질을 제거하기 위해 필터(40), 기어펌프(50), 다이(60)를 통과하면서 필름 형태로 변화된 후, 연속으로 회전하는 캐스팅 드 럼(70)에 주조하게 된다. 이때, 상기 PVA 필름의 균일한 착지를 위하여 캐스팅 드럼(70)의 필름 착지점에 정압 흡입장치(80)를 설치하거나, 필름 박리점 위에 클리닝 롤(90)을 설치한다. 또는 정압 흡입장치 및 클리닝 롤을 모두 설치한다.

여기서, 상기 정압 흡입장치(80)는 2개의 채널로 구성되고, 흡입력 조절이 가능할 뿐만 아니라, 전 폭에 대해 균일한 흡입력이 작용되도록 설계된다.

따라서, 필름 전폭에 대해 조절된 동일한 흡입력을 적용시킴으로써, 필름의 폭방향 등속 핀닝이(Pinning) 가능하게 되고, 특히 필름으로부터 발생되는 수증기가 필름 면과 캐스팅 드럼(70) 사이로 흡입되거나 응축되는 것을 효율적으로 제거할 수 있어 착지 안정성을 더욱 높일 수 있게 된다.

이때, 상기 정압 흡입장치(80)의 첫 번째 채널 흡입력은 0.01 ~ 0.5 Kgf/cm²으로, 바람직하게는 0.05 ~ 0.2 Kgf/cm²로 유지하고, 두 번째 채널 흡입력은 0.1 ~ 5.0 Kgf/cm²로, 바람직하게는 0.3 ~ 2.0 Kgf/cm² 으로 유지하여 필름을 착지시키게 된다.

상기와 같이, 첫 번째 채널 흡입력이 0.01 Kgf/cm² 보다 낮으면 정압 흡입장치(80)로서 효과가 미미하고, 0.5 Kgf/cm² 보다 높으면 필름이 굴절되면서 착지되어 컬(curl)의 원인이 된다. 두 번째 채널 흡입력이 0.1 Kgf/cm² 보다 낮으면 정압 흡입장치(80)로서 효과가 미미하고 5.0 Kgf/cm² 보다 높으면 첫 번째 채널의 흡입력 에 영향을 주어 필름 착지 시 떨림이 발생된다.

상기 클리닝 롤(90)은 캐스팅 드럼(70) 전폭에 대하여 표면장력이 동일하게 유지될 수 있도록 하여 표면장력 차에 의한 착지 불균일성을 근본적으로 제거하였고, 특히 PVA 필름 전폭에 대하여 캐스팅 드럼(70)과 동일한 접착력이 적용되도록 하여 박리 시 균일한 박리가 가능하게 함으로써, 부분 연신에 의한 리타데이션 차이를 근원적으로 방지할 수 있게 된다.

이때, 상기 클리닝 롤(90)은 기공율 30 ~ 150 %, 바람직하게는 50 ~ 120 %를 갖고, 기공 크기는 1 ~ 500 ㎛, 바람직하게는 10 ~ 120 ㎛ 크기를 갖는 친수성이 높은 오픈셀 구조의 발포 PVA로 제작되는 바, 이는 물이 PVA 필름에 영향 없이 표면장력 개질을 위한 용매로 가장 적합하기 때문이다. 여기서, 발포 PVA의 기공율이 30 % 보다 낮으면 흡수율이 낮아 효과가 미미하고, 기공율이 150 %보다 높으면 롤의 내구성이 떨어져 쉽게 손상된다. 또한, 기공크기가 1 ㎛ 보다 낮으면 오픈셀 구조를 형성하기 어렵고, 기공 크기가 500 ㎛ 이상이면 탄성율이 낮아 롤로서의 형태 유지가 어렵다.

또한, 상기 클리닝 롤에는 친수성이 높고, 비점이 100 ℃ 이하의 용매로서, 물, 알콜 등을 함유시킨다. 상기에서 언급한 알콜로는 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜, 아이소프로필알콜 등이 바람직하다.

이때, 용매인 물과 알콜류는 단독으로 사용하거나 혼용하여 사용할 수 있다.

주조된 PVA 필름은 캐스팅 드럼(70)에서 1차 건조되는데, 이때 함유한 수분은 PVA 수지 100 중량부에 대하여 5 ～ 70 중량부로 낮추어 박리시킨다. 이때, 짧은 시간동안 급격히 많은 양의 수분을 제거할 경우에는 주조 특성상 PVA 필름의 주조면과 대기면 간의 수분율 구배로 인하여 필름 뒤틀림 발생의 주요 원인이 되고, 반대로 충분한 양의 수분이 제거되지 못했을 경우에는 박리시 필름에 작용된 힘에 의해 필름 변형의 원인이 된다.

이렇게 박리된 PVA 필름은 공정 특성상 내외부가 불균일한 수분 함량을 갖게 되는데, 이는 다음 단계의 건조 과정에서 전술한 바와 같은 뒤틀림의 원인이 될 수 있다. 따라서, 상기 캐스팅 드럼(70) 이후에 작은 직경의 수개의 건조롤을 배치함으로써 불균일한 수분을 안정화시킬 수 있게 된다.

이렇게 건조롤을 통과함으로써 수분의 안정화를 이룬 PVA 필름은 결과적으로 다수의 에어 노즐로 구성되어 있고 30 ～ 180 ℃로 유지되고 있는 플로팅 드라이어를 거침으로써 궁극적으로 원하는 수분 함량을 갖는 필름을 얻게 된다.

일정 수분 함량까지 건조된 필름은 불균일한 두께를 가진 가장자리 부분이 커터기에 의해 절단되고, 권취기의 롤에 의해 감겨지게 된다. 이때, 상기 PVA 필름의 변형 및 PVA 필름간의 접착을 최소화하기 위해 무장력 상태로 권취하게 된다.

상기와 같이 본 발명에 따라 제조된 PVA 필름은 팽윤, 연신, 염착, 고정, 수세 및 건조과정을 거쳐 편광용 PVA 필름을 제조하게 되며, 각각의 과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

팽윤과정은 건식 및 습식 모두가 가능하나, PVA 필름은 짧은 시간 내 균일한 팽윤 특성을 갖는 것이 중요하다. 만약, 시간이 길어질 경우에는 연신공정에서 PVA 필름 표면에 주름이 발생되어 색 불균일성의 주요 원인이 된다. 이러한 팽윤성은 필름의 표면 장력을 낮춤으로써 그 향상이 가능하다. 또한, 연신과정은 1축 연신을 행하게 되며, 팽윤조 및 염착조 내에서 연신이 가능하며, 염착과정은 요오드나 2색성 염료를 사용하여 실시하는데 최종 편광판의 색편차가 발생되지 않도록 균일한 염착을 수행하는 것이 중요하다.

흡착된 염료를 안정화시키는 고정 과정은 붕소나 붕소 화합물 존재하에서 실시하며, 표면에 잔류한 염착 및 고정액을 제거하기 위하여 수세 과정을 실시하고, 수세 후 표면에 남은 물은 건조 과정을 거쳐 제거한다. 이때, PVA 필름의 접촉각이 충분히 낮아야 건조 시 수분이 수적 형태로 존재하지 않고, 이로 인한 색편차를 발생시키지 않게 된다.

이렇게 제조된 폴리비닐알콜 필름은 종래에 비해 필름의 착지 안정성 및 박리 안정성이 대폭 개선되어 편광율, 투과율, 색편차 등의 물성이 월등히 향상됨으로써 편광판 제조에 유용하리라 기대된다.

이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

검화도 99.98 몰%, 중합도 2,400의 폴리비닐알콜 필름을 제조함에 있어서, 검화 과정 중에 PVA 수지 100 중량부에 대하여, 가소제로 글리세린 11 중량부, 물 150 중량부, 다이옥틸프탈레이트 30 ppm 및 친수성 증진제로 다이부틸소디움설퍼아 디페이트 0.050 중량부, 폴리옥시에틸렌도 데실에테르 0.050 중량부를 주입하여 함침시켰다.

상기 함침된 원료를 100 ℃의 온도가 설정된 다축 압출기에 투입시켰다.

상기 압출기에서 균일 혼합 용융된 복합수지 조성물은 다이를 통과하면서 필름으로 형태 변형된 후 85 ℃의 캐스팅 드럼에 토출되어 1차 건조과정을 수행하였다.

이때, 상기 캐스팅 드럼 위에 2개의 채널로 구성되고, 흡입력 조절이 가능한 동시에, 전 폭에 대해 균일한 흡입력이 작용되도록 정압 흡입장치를 설치하여 첫 번째 채널은 0.1 Kgf/cm²으로, 두 번째 채널은 1.3 Kgf/cm²로 흡입력을 조절하여 필름을 착지시키고, 발생되는 수증기를 흡입하여 제거시켰다.

상기 건조된 PVA 필름은 다시 다수의 에어노즐이 상하에 장착된 플로팅 드라이어에서 2차 건조된 후 가장자리의 불균일한 부분이 절단된 다음에 권취기에서 롤에 권취시켜 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 검화도 99.95 몰%와 중합도 1,700의 PVA 수지 100 중량부, 가소제로 글리세린 9 중량부, 물 100 중량부, 다이옥틸프탈레이트 30ppm 및 친수성 증진제로 다이부틸소디움설퍼아디페이트 0.050 중량부, 폴리옥시에틸렌도 데실에테르 0.050 중량부를 사용하고, 다축 압출기의 온도를 90 ℃로 설정하여 PVA 필름을 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 정압 흡입장치를 제거하고, 필름의 박리점 위에 캐스팅 드럼 전폭에 대하여 균일한 표면장력 유지가 가능하도록 클리닝 롤만을 설치하여 PVA 필름을 제조하였다.

이때, 상기 클리닝 롤은 기공도 90%, 기공크기 90㎛의 오픈셀 구조인 발포 PVA로 구성하였고, 용매로는 물을 사용하였다.

실시예 4

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 정압 흡입장치를 제거하고, 필름의 박리점 위에 캐스팅 드럼 전폭에 대하여 균일한 표면장력 유지가 가능하도록 클리닝 롤을 설치하여 PVA 필름을 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 필름의 박리점 위에 캐스팅 드럼 전폭에 대하여 균일한 표면장력 유지가 가능하도록 클리닝 롤을 설치하여 PVA 필름을 제조하였다.

실시예 6

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 필름의 박리점 위에 캐스팅 드럼 전폭에 대하여 균일한 표면장력 유지가 가능하도록 클리닝 롤을 설치하여 PVA 필름을 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 정압 흡입장치를 설치하지 않고, PVA 필름을 제조하였다.

이때, 염색 불균일도에 의한 폭 5 ~ 10 mm, 길이 50 ~ 100 mm의 긴 줄무늬상의 색편차가 발생되었다.

비교예 2

상기 실시예 2과 동일하게 실시하되, 정압 흡입장치를 설치하지 않고 PVA 필름을 제조하였다.

이때, 염색 불균일도에 의한 폭 3 ~ 6 mm, 길이 30 ~ 60 mm의 긴 줄무늬상의 색편차가 발생되었다.

상기 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 2에서 사용된 PVA 수지, 가소제 및 친수성 증진제 등의 사용성분, 사용량, 검화 중의 성분 주입 여부 등을 간략하게 정리하면 다음 표 1과 같다.

구 분	수지 중합도	수지 검화도 (몰%)	가소제(중량부)			착지 안정성 개선장치
구 분	수지 중합도	수지 검화도 (몰%)	알콜류	물	프탈레이트계 (ppm)	정압 흡입장치	클리닝 롤
실시예 1	2400	99.98	11	150	30	설치	미설치
실시예 2	1700	99.95	9	100	30	설치	미설치
실시예 3	2400	99.98	11	150	30	미설치	설치
실시예 4	1700	99.95	9	100	30	미설치	설치
실시예 5	2400	99.98	11	150	30	설치	설치
실시예 6	1700	99.95	9	100	30	설치	설치
비교예 1	2400	99.98	11	150	30	미설치	미설치
비교예 2	1700	99.98	9	100	30	미설치	미설치

시험예

[물성 측정방법]

(1) 두께 편차 :

폭방향 두께 - 필름 전폭(TD)에 대해 5 cm 간격

압출방향두께 - 폭방향과 동일한 측정 횟수로 20 cm 간격으로 20 ℃에서 필름 두께 측정기(안리스사 Thickness Tester 모델 KG6001A)를 이용하여 측정하였다.

(2) 리타데이션(R):

R = t × △n (여기서, t = 필름두께(nm), △n = 복굴절)

리타데이션(R)은 자동 복굴절 측정기 KOBRA WR(왕자계측기기 주식회사)를 사용하여 측정하였다.

리타데이션 차(△R) : 필름 전폭(TD)의 임의의 점에서 리타데이션 값의 최대값과 최소값의 차를 나타낸다.

(3) 투과율(%) 및 편광율(%) :

100% 편광자를 1매 가진 UV-Vis 스펙트로포토메타(시마츄사 모델 UV 2450) 를 사용하여 투과율(%) 및 편광율(%)을 측정하였다.

(4) 색편차 :

1 평방제곱미터 크기의 편광판을 폴라리스스코프(피티지 인스트루먼사의 모델 243)를 이용하여 색편차 측정하였다.

상기 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 PVA 필름의 압출방향, 폭방향 두께 및 편차, 리타데이션 편차, 편광율, 투과율 및 색편차를 측정하여, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

구 분	압출방향필름 두께편차 (㎛)	폭 방향필름 두께편차 (㎛)	리타데이션 편차 △Re(nm)	편광율 (%)	투과율 (%)	색편차
실시예 1	75 ± 0.4	75 ± 2.7	44	99.7	43.6	없음
실시예 2	75 ± 0.5	75 ± 2.5	42	99.2	42.9	없음
실시예 3	75 ± 3.0	75 ± 0.6	25	99.1	44.1	없음
실시예 4	75 ± 3.6	75 ± 0.5	22	98.8	43.7	없음
실시예 5	75 ± 0.3	75 ± 0.3	13	99.9	44.3	없음
실시예 6	75 ± 0.2	75 ± 0.3	12	99.7	43.8	없음
비교예 1	75 ± 5.2	75 ± 4.7	103	95.3	42.1	있음
비교예 2	75 ± 6.7	75 ± 5.6	110	93.7	41.7	있음

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 특정의 장치들을 사용하여 제조된 실시예 1 ~ 6의 PVA 필름이, 비교예 1 ~ 2에 비해 두께편차, 리타데이션차, 편광율, 투과율 및 색편차 등에서 동등 이상의 우수성을 나타낸다는 것을 확인 할 수 있었다.

특히, 종래의 폴리비닐알콜을 이용한 편광용 필름이 리타데이션 편차와 색편차로 인하여 광대화에 장애요인으로 작용하였으나, 본 발명에 따른 PVA 필름은 두께편차와 리타데이션 편차가 현저하게 감소되어 보다 우수한 효과를 보임을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 캐스팅 드럼의 필름 착지점에 정압 흡입장치를 설치하거나, 필름 박리점 위에 클리닝 롤을 설치하거나 또는 상기 두 장치를 모두 설치하여 필름의 폭방향 등속 핀닝(Pinning), 발생 수증기의 효율적 제거, 균일한 표면장력 유지를 가능토록 함으로써, PVA 필름의 착지 및 박리 안정성을 대폭 개선시킬 수 있고, 이로부터 필름의 두께, 리타데이션 등의 편차를 최소화 하여 편광판 제조 시 편광율, 투과율, 색편차 등의 물성을 종래에 비해 월등히 향상시킬 수 있는 폴리비닐알콜 필름이 제조 가능하다. 특히, 이러한 폴리비닐알콜 필름은 여러 가지 LCD 적용분야의 편광판으로 적용시킬 수 있다.

Claims

압출기(30), 필터(40), 기어펌프(50), 다이(60)를 통과하면서 필름 형태로 변화시킨 다음, 연속적으로 캐스팅 드럼(70)에 주조하는 폴리비닐알콜 필름을 제조함에 있어서,

회전하는 캐스팅 드럼 필름 착지점에 2개의 채널로 구성된 정압 흡입장치(80)를 설치하는 동시에 필름 박리점 위에 클리닝 롤(90)을 설치하여 폴리비닐알콜 필름을 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 필름의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 정압 흡입장치는 전폭(TD) 임의의 모든 위치에 대해 항상 동일한 흡입력이 작용되고, 그 첫 번째 채널이 0.01 ~ 0.5 Kgf/cm² 으로, 두 번째 채널은 0.1 ~ 5.0 Kgf/cm²로 흡입력이 조절되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 필름의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 클리닝 롤은 기공율 30 ~ 150 %, 기공크기는 1 ~ 500 ㎛를 갖는 친수성 이 높은 발포 PVA로 제작된 오픈셀 구조인 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 필름의 제조방법.
청구항 3에 있어서,

상기 클리닝 롤에는 친수성이 높고, 비점이 100 ℃ 이하의 용매가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜 필름 제조방법.