JP6459751B2 - 光学フィルムの製造方法 - Google Patents
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Description
光学フィルムは、赤外線遮蔽フィルム、紫外線遮蔽フィルム、光反射防止フィルム、配向フィルム、偏光フィルム、偏光板保護フィルム、位相差フィルム、視野角拡大フィルム、輝度向上フィルム、及び電磁波シールドフィルム等として液晶ディスプレイ(LCD)やプラズマディスプレイ(PDP)等のフラットパネルディスプレイ(FPD)、又は建物や車両の窓ガラス等に使用されている。
光学フィルムは、光学干渉層が少なくとも2層以上形成されて用いられることがあり、例えば、高屈折率層と低屈折率層との光学的膜厚をそれぞれ調整して基材の表面に積層させた多層積層膜構造を有するものが知られている。多層積層膜構造を有する光学フィルムは、特定の波長の光を選択的に反射することが知られており、光学反射フィルムとして用いられている。
中でも、特に、近年の省エネルギー対策に対する関心の高まりにより、冷房設備にかかる負荷を減らす観点から、建物や車両の窓ガラスに装着させて、太陽光の熱線の透過を遮断する赤外線遮蔽フィルムの要望が高まってきている。
赤外線遮蔽フィルムの形成方法としては、主には、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層させた構成からなる積層膜を、蒸着法、スパッタ法などのドライ製膜法を用いて形成する方法が提案されている。しかし、ドライ製膜法は、形成に用いる真空装置等が大型になり、製造コストが高く、大面積化が困難であり、しかも、基材が耐熱性素材に限定される。
一般に、基材上に2層以上の積層膜を湿式塗布で作製する方法としては、1層ずつ塗布・乾燥して積層する逐次塗布と、同時に複数の層を塗布する同時重層塗布がある。
逐次塗布としては、スピンコート法、バーコート法、ブレード塗布、グラビア塗布などがあるが、特に光学反射フィルムなどの多層膜を作製する場合には塗布・乾燥回数が多くなるため生産性が低い。
一方、同時重層塗布としては、カーテン塗布やスライドビード塗布などを用いた方法があり、同時に複数の層が形成できるため生産性が高いため、同時重層塗布が好ましく採用されている。
しかしながら、特許文献2の記載のとおり、無機酸化物微粒子及び隣接する層と互いにケン化度が異なるポリビニルアルコールを含有することで、層間混合が抑制され、膜厚を均一塗布できるものの、塗布開始時に水で液封された配管内に塗布液を送液すると、凝集物が形成され塗布開始時に凝集物が流出し膜面故障が発生し、改善が求められていた。
1.支持体の少なくとも一方の面に、無機酸化物微粒子及びポリビニルアルコールを含有する塗布液を用いて一層又は複数の層で構成される光学干渉層を形成する工程を有する光学フィルムの製造方法であって、
前記工程における送液のための配管内に、予め、前記塗布液中に含有される前記ポリビニルアルコールより低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを含む充填液を充填し、その後、前記塗布液を前記配管内に導入する時に、前記充填液を前記配管内から外部に排出するとともに、前記塗布液を前記配管内に送液し、前記支持体上に塗布し、前記光学干渉層を形成することを特徴とする光学フィルムの製造方法。
前記光学干渉層を構成する各層が、前記無機酸化物微粒子及び前記ポリビニルアルコールをそれぞれ含有し、かつ
互いに隣接する層に含有される前記ポリビニルアルコールは、ケン化度が互いに異なることを特徴とする第1項に記載の光学フィルムの製造方法。
前述のとおり、無機酸化物微粒子を含み、隣接する層と互いにケン化度が異なるポリビニルアルコールを含有させた塗布液を重層塗布した際には、層間混合も起きにくく高い生産性を有するが、膜面故障が発生することがあった。解析の結果から、膜面故障は塗布液に含まれる凝集物が原因であった。発明者は、凝集物の発生源としては、塗布開始時に水で液封された配管内に塗布液を送液すると、凝集物が形成されることを突き止めた。
なお、重層塗布を行う際には、一層の膜厚が非常に薄いため、塗布開始時に前記凝集物が発生してしまうと、生産開始直後だけではなく、その後の膜厚調整においても多くの生産時間を費やし、時には塗布装置を分解して洗浄したのちに、再度生産立ち上げを行う場合もあり、非常に重要な問題である。
ここで、積層された光学フィルムは、水分散体である金属酸化物を水溶性樹脂の溶解液に添加及び混合し塗布液を調製したのち、塗布・乾燥を行って得られる。前記塗布液は、塗布液調製釜から配管を通り塗布装置(以下、塗布コーターともいう)まで送液され、塗布される。ところで、塗布コーターまで送液する際に、泡の混入などを抑制するため配管内は水で充填されている。
このように水で充填された配管に塗布液を送液すると、積層に限らず塗布液の希釈、又は液物性の変化(pH、粘度等)により金属酸化物の凝集のみならず、水溶性樹脂が析出して樹脂凝集物を生成することが確認できた。これらの凝集物が原因となり尾引きや筋などの膜面欠陥が発生することがわかった。
したがって、本発明者らは、このような現象を回避するために、配管に充填される水の代替検討を進めたが、充填される溶液は、生産終了後から生産開始まで充填されるものであり、場合によっては長期間配管内で停滞保存される。そのため、配管内での凝集、又は配管の腐食などを起こさないことが求められており、添加剤や樹脂などを添加した充填液を用いることは容易ではない。
一般的な水溶性樹脂は水素結合性が強く、長期停滞時に水素結合によるネットワーク形成が進み、水溶性樹脂同士の凝集が発生してしまい、本発明に係る塗布液の凝集抑制と配管内での長期安定性を両立することは非常に困難であった。
本発明者らは検討を進めた結果、低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを含む充填液を配管内に充填することで、配管内での長期安定性を有し、凝集物を抑制することができ膜面欠陥が発生しないことを見いだした。
この特徴は、本実施形態に係る発明に共通する技術的特徴である。
又、前記充填液を前記配管外に排出すると同時に、前記光学干渉層を構成する各層を形成する塗布液を送液することで、塗布液送液時の泡巻き込みを防止でき、膜面故障低減の観点で好ましい。
又、前記充填液に含有される前記ポリビニルアルコールのケン化度が、73〜85モル%の範囲内であることが、凝集抑制の観点で好ましい。
又、前記充填液に含有される前記ポリビニルアルコールの重合度が、300〜2000の範囲内であることが、ヘイズの観点で好ましい。
又、前記光学フィルムが、光学反射フィルムであることが、実施形態として好ましい。
又、前記光学反射フィルムが、赤外線遮蔽フィルムであることが、効果発現の観点で好ましい。
又、上述のいずれか1項に記載の製造方法により製造された光学フィルムを用いることが好ましく、前記光学フィルムが基体の少なくとも一方の面に設けられた、光学フィルム積層体であることが、効果発現の観点で好ましい。
本発明の一形態である図1で説明するが、これに限定されるものではない。
図1のように、製造工程は、調製工程、循環工程、及び塗布工程からなり、前記製造工程における送液のための配管内に、予め、塗布液中に含有されるポリビニルアルコールより低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを含む充填液を充填し、前記塗布液を配管内に導入する時に、前記充填液を配管内から外部に排出するとともに、前記塗布液を前記配管内に送液し、前記光学干渉層を形成する。
本発明において、配管内に充填される充填液は、下記に記述の低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを用いて調製されることが、配管内での長期保存性、及び塗布液の凝集抑制の観点で好ましい。
調製方法は、特に制限されず、低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを添加し、撹拌混合する方法が挙げられる。
前記充填液の低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールの含有量は、全質量(固形分)に対して、1〜15質量%の範囲内であることが充填液の長期安定性、排出性の観点から好ましい。調製された低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを含む充填液は、配管内に充填される。
本発明で用いられる低ケン化度及び低重合度ポリビニルアルコールは、合成品を用いてもよいし市販品を用いてもよい。ポリビニルアルコールとして用いられる市販品の例としては、例えば、PVA−403、PVA−405、PVA−420、L−9−78、L−10、PVA−505(以上、株式会社クラレ製)、JL−05E、JL−18E(以上、日本酢ビ・ポバール株式会社製)、W20N(電気化学工業株式会社製)、KH−20、KH−17、KL−05、KL−03(以上、日本合成化学工業株式会社製)等が挙げられる。
ケン化度(モル%)=(ヒドロキシ基の数)÷(ヒドロキシ基の数+アセチルオキシ基の数)×100
ケン化度は、JIS K 6726(1994)で規定されている方法で求めることができる。なお、ポリビニルアルコールのケン化度が一つの値に定まらずに幅(分布)を有する場合、「ケン化度」は、ポリビニルアルコールのケン化度の平均値を意味する。
なお、本明細書において、ポリビニルアルコールの重合度は、JIS K6726:1994に準じて測定した重合度を意味する。
溶媒としては、特に制限されないが、水、有機溶媒、又はその混合溶媒等が挙げられる。
前記有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノールなどのアルコール類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのエステル類;ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテル類;ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド類;アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノンなどのケトン類などが挙げられる。これら有機溶媒は、単独でも又は2種以上を混合して用いてもよい。
環境面、操作の簡便性などから、塗布液の溶媒としては、水、又は水とメタノール、エタノール、もしくは酢酸エチルとの混合溶媒を用いることが好ましく、水を用いることがより好ましい。
次に、光学干渉層を形成する塗布液の調製方法について説明する。
塗布液の調製方法は、特に制限されず、所望の機能を有する材料を添加し、撹拌混合する方法が挙げられる。この際、各成分の添加順も特に制限されず、撹拌しながら各成分を順次添加し混合してもよいし、撹拌しながら一度に添加し混合してもよい。必要に応じて、更に溶媒を用いて、適当な粘度に調製される。
以下の説明では、主に、屈折率の異なる屈折率層が積層されてなる光学反射フィルム、特に赤外線遮蔽フィルムの製造方法について説明するが、本発明を限定するものではない。なお、光学反射フィルムは光学フィルムに該当し、屈折率層は光学干渉層に該当する。
塗布液としては、その他、高屈折率層と低屈折率層との中間の屈折率を有する中屈折率層用の塗布液;塗布を容易にする為の低粘度のスリップ層用の塗布液;スライド面での塗布液の縮流を抑制するために最上層に用いることができる低表面張力の塗布液、などが挙げられる。
各屈折率層に対する塗布液は、無機酸化物粒子、高分子、架橋成分、及び必要に応じて添加されるその他の添加剤、溶媒などを含むことが好ましい。なお、本明細書中、他方に対して屈折率の高い屈折率層を高屈折率層と、他方に対して屈折率の低い屈折率層を低屈折率層と称する。
以下、塗布液を構成する各成分について詳述する。
本発明において、支持体の少なくとも一方の面に光学干渉層があり、前記光学干渉層に含まれる層を、無機酸化物微粒子、及びポリビニルアルコールを含有する塗布液を塗布することにより形成されることが好ましい。また、光学干渉層が、互いに隣接し屈折率の異なる複数の層で構成され、前記光学干渉層を構成する各層が、無機酸化物微粒子及びポリビニルアルコールをそれぞれ含有し、かつ、互いに隣接する層に含有される前記ポリビニルアルコールは、ケン化度が互いに異なることが、更に好ましく、特に重層塗布の場合には互いにケン化度が異なるポリビニルアルコールを含有することで、塗布・乾燥時の層間混合を抑制できる。
好ましく用いられるポリビニルアルコールには、ポリ酢酸ビニルを加水分解して得られる通常のポリビニルアルコールの他に、変性ポリビニルアルコールも含まれる。変性ポリビニルアルコールとしては、カチオン変性ポリビニルアルコール、アニオン変性ポリビニルアルコール、ノニオン変性ポリビニルアルコール、ビニルアルコール系ポリマーが挙げられる。
又、ケン化度は、80〜100モル%の範囲内のものが好ましく、85〜99.5モル%の範囲内のものが特に好ましい。このような範囲であると水への溶解性が良く、塗布後の膜欠陥が少なくなる効果がある。
カチオン性基を有するエチレン性不飽和単量体としては、例えば、トリメチル−(2−アクリルアミド−2,2−ジメチルエチル)アンモニウムクロライド、トリメチル−(3−アクリルアミド−3,3−ジメチルプロピル)アンモニウムクロライド、N−ビニルイミダゾール、N−ビニル−2−メチルイミダゾール、N−(3−ジメチルアミノプロピル)メタクリルアミド、ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、トリメチル−(2−メタクリルアミドプロピル)アンモニウムクロライド、N−(1,1−ジメチル−3−ジメチルアミノプロピル)アクリルアミド等が挙げられる。カチオン変性ポリビニルアルコールのカチオン変性基含有単量体の比率は、酢酸ビニルに対して0.1〜10モル%の範囲内、好ましくは0.2〜5モル%の範囲内である。
ポリビニルアルコールは、重合度や変性の種類違いなど2種類以上を併用することもできる。又、2種類以上する場合、別々に添加してもよい。
光学干渉層を構成する少なくとも1層において、隣接する層に含まれるポリビニルアルコールとのケン化度の差が上記好適な範囲であれば、反射防止性能は向上するが、より好適には、反射防止膜を構成する全ての層が、隣接する層に含まれるポリビニルアルコールとのケン化度の差が上記好適な範囲であることが好ましい。隣接する2層に含まれるポリビニルアルコールのケン化度の差は離れていれば離れているほど好ましいが、ポリビニルアルコールの水への溶解性の点からは20モル%以下であることが好ましい。
本発明においては、各層がケン化度の異なるポリビニルアルコールを複数含有していてもよいが、この場合、上記ケン化度の差は、得られた各屈折率層のポリビニルアルコール(PVA)のケン化度をジメチルスルホキシド−d6(DMSO−d6)に溶解してNMRにより測定し、両者の差分を求めることにより算出することができる。
各層に含まれるポリビニルアルコールの含有量は、各層の全質量(固形分)に対して、20〜80質量%の範囲内であることが好ましく、25〜75質量%の範囲内であることがより好ましい。
無機酸化物粒子としては、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr、Y、Nb、Zr、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ta、Hf、W、Ir、Tl、Pb、Bi及び希土類金属、ならびにケイ素(Si)からなる群より選ばれる1種又は2種以上の無機酸化物を用いることができる。
ここで、平均粒径は、一次平均粒径を指す。無機酸化物粒子の平均粒径は、無機酸化物粒子が被覆処理されている場合(例えば、シリカ付着酸化チタン等)、無機酸化物粒子の平均粒径とは母体(シリカ付着酸化チタンの場合は、処理前の酸化チタン)の平均粒径を指すものとする。
ここで、酸化ケイ素としては、合成非晶質シリカ、コロイダルシリカ等が挙げられる。なお、コロイダルシリカは、ケイ酸ナトリウムの酸等による複分解やイオン交換樹脂層を通過させて得られるシリカゾルを加熱熟成して得られうる。かようなコロイダルシリカは、例えば、特開昭57−14091号公報、特開昭60−219083号公報、特開昭60−219084号公報、特開昭61−20792号公報、特開昭61−188183号公報、特開昭63−17807号公報、特開平4−93284号公報、特開平5−278324号公報、特開平6−92011号公報、特開平6−183134号公報、特開平6−297830号公報、特開平7−81214号公報、特開平7−101142号公報、特開平7−179029号公報、特開平7−137431号公報、及び国際公開第94/26530号パンフレット等に記載されている。又、このような酸化ケイ素(SiO2)は市販もされている。市販のコロイダルシリカとしては、例えば、スノーテックス(登録商標)OXS(日産化学工業株式会社製)等が挙げられる。
又、酸化チタン粒子としては、水系の酸化チタンゾルの表面を変性して分散状態を安定にしたもの、国際公開第2013−054912号に記載のように、酸化チタン粒子を含ケイ素の水和酸化物で被覆したもの、公知の方法で製造されたコアシェル粒子を用いてもよい。酸化チタン粒子を含ケイ素の水和酸化物で被覆したものとしては、例えば、ルチル型二酸化チタン粒子の表面にSiO2を付着させたシリカ付着二酸化チタンゾル等が挙げられる。
無機酸化物粒子の含有量が1質量%以上であると、所望の屈折率が得られることから好ましい。又、無機酸化物粒子の含有量が15質量%以下であると、膜の柔軟性を得ることができ、製膜が容易となることから好ましい。
又、光学干渉層中の無機酸化物粒子の含有量は、光学干渉層全体に対して、20〜90質量%の範囲内であることが好ましく、35〜80質量%の範囲内であることがより好ましい。無機酸化物粒子の含有量が上記範囲にあると、光学フィルムの光反射効率が向上することから好ましい。
その他の添加剤としては、例えば、特開昭57−74193号公報、特開昭57−87988号公報、及び特開昭62−261476号公報等に記載の紫外線吸収剤、アニオン、カチオン、又はノニオンの各種界面活性剤、硫酸、リン酸、酢酸、クエン酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム等のpH調整剤、消泡剤、ジエチレングリコール等の潤滑剤、防腐剤、防黴剤、帯電防止剤、マット剤、酸化防止剤、難燃剤、赤外線吸収剤、色素、顔料、エマルジョン樹脂、粘度調整剤、チキソトロピー性付与剤等の公知の各種添加剤などが挙げられる。又、これらの添加量も当業者であれば適宜決定でき、混合も従来公知の知見を参照し、あるいは組み合せることによって行うことができる。
ここで、クエン酸はpH調整剤として機能する。なお、塗布液中のクエン酸の濃度は、固形分換算で、0.01〜2質量%の範囲内であることが好ましい。クエン酸が上記範囲にあると、高分子と金属酸化物の液中での安定性が確保され凝集が抑制される観点から好ましい。
溶媒としては、特に制限されないが、水、有機溶媒、又はその混合溶媒等が挙げられる。
前記有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノールなどのアルコール類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのエステル類;ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテル類;ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド類;アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノンなどのケトン類などが挙げられる。これら有機溶媒は、単独でも又は2種以上を混合して用いてもよい。
環境面、操作の簡便性などから、塗布液の溶媒としては、水、又は水とメタノール、エタノール、もしくは酢酸エチルとの混合溶媒を用いることが好ましく、水を用いることがより好ましい。
光学干渉層を形成する塗布液の塗布方法は、特に制限されず、同時重層塗布方式であれば、例えば、米国特許第2,761,419号明細書、同第2,761,791号明細書等に記載のホッパーを使用するスライドビード塗布方法、エクストルージョンコート法等が好ましく用いられる。
同時重層塗布を行う場合の塗布及び乾燥方法は、各光学干渉層を形成する塗布液を30〜60℃に加温して、基材上に各光学干渉層を形成する塗布液の同時重層塗布を行った後、形成した塗膜の温度を好ましくは1〜15℃にいったん冷却し(セット)、その後10℃以上で乾燥する方法であることが好ましい。より好ましい乾燥条件は、湿球温度5〜50℃、膜面温度10〜50℃の範囲の条件である。例えば、80℃の温風を1〜5秒吹き付けて乾燥する。又、塗布直後の冷却方式としては、形成された塗膜の均一性向上の観点から、水平セット方式で行うことが好ましい。
各光学干渉層は、好ましい乾燥時の厚さとなるように塗布すればよい。
乾燥方法としては、温風乾燥、赤外乾燥、マイクロ波乾燥が用いられる。又、単一プロセスでの乾燥よりも多段プロセスの乾燥が好ましく、恒率乾燥部の温度<減率乾燥部の温度にすることがより好ましい。この場合の恒率乾燥部の温度範囲は30〜60℃の範囲内にすることが好ましく、減率乾燥部の温度範囲は50〜100℃の範囲内にすることが好ましい。
塗布した時点から、冷風を当ててセットが完了するまでの時間(セット時間)は、5分以内であることが好ましく、2分以内であることがより好ましい。又、下限の時間は特に制限されないが、10秒以上の時間をとることが好ましい。セット時間が短すぎると、層中の成分の混合が不十分となる虞がある。一方、セット時間が長すぎると、層形成成分の層間拡散が進み、各光学干渉性層の機能発現性が不十分となる虞がある。例えば、光学干渉層が高屈折率層と低屈折率層で交互に積層されている構造を有する場合は、その屈折率差が不十分となる虞がある。
光学フィルムに適用する基材としては、透明であれば特に制限されることはなく、公知の樹脂フィルムを用いることができる。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアリレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(以下、PETともいう)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(以下、PENともいう)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリエーテルイミド等の樹脂フィルムが挙げられる。これらのうち、コストや入手の容易性の観点から、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート等の樹脂フィルムを用いることが好ましい。
又、上記樹脂フィルムを用いた基材は、未延伸フィルムであっても、延伸フィルムであってもよいが、PETやPENのような結晶性を有する樹脂フィルムの場合には、強度の向上、熱膨張抑制の観点から延伸後、熱固定化されるフィルムであることが好ましい。
基材の厚さは、5〜300μmの範囲内であることが好ましく、15〜150μmの範囲内であることがより好ましい。又、基材は、2枚以上を重ねたものであってもよく、この際、基材の種類は同じであっても、異なっていてもよい。
当該下引層は、インラインで又は製膜後に形成されうる。下引層の形成方法としては、例えば、下引層塗布液を塗布し、得られた塗膜を乾燥する方法が挙げられる。下引層は、公知のものを用いることができ、単層構造であっても、積層構造であってもよい。
基材が、上述の下引層や干渉層等の中間層を有する場合には、基材及び中間層の総膜厚は、5〜500μmの範囲内であることが好ましく、25〜250μmの範囲内であることがより好ましい。
次いで、本発明の一実施態様である製造方法に用いられる好適な製造システムの例について説明する。
図1は、本発明の一実施態様である光学フィルム製造システムの例を示す概略構成図である。
図1に示す光学フィルム製造システム100は、複数の装置を接続して構成されており、各装置により実現する複数の工程を通じて光学フィルムを製造する。図1に示す例では、光学フィルム製造システム100は、大きく分けて、調製工程、循環工程及び塗布工程を有する。
調製釜101は、低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを含む充填液、及び塗布液を調製するための容器である。低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを含む充填液の調製方法は、特に制限されず、低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを溶媒に添加し、撹拌混合する方法である。
調製釜101で調製された充填液を、図1の調製釜から送液装置102、105、及び109を用いて、循環経路R1及び供給経路L1を含め、塗布装置110までの配管に充填液を充填するのが好ましい。ここで、本件において充填液は、装置間の配管だけではなく、装置内に充填されてもよい。
前述の配管に充填された充填液は、以下で述べる調製釜101で調製された塗布液を配管内に導入する時に、充填液が配管内から外部に排出されるとともに、塗布液が次工程へ送液される。
本願において、「充填液を配管内から外部に排出するとともに、塗布液を配管内に送液する」とは、充填液の排出完了後に塗布液を送液する(順次)場合と、充填液を排出すると同時に塗布液を送液する場合の両方を含むものとする。特に、充填液を排出すると同時に塗布液を送液することが、泡巻き込みを防止する点からも好ましい。
塗布液の調製方法は、特に制限されず、光学干渉層を形成する成分、例えば、ポリビニルアルコール、金属酸化物粒子等を溶媒に添加し、撹拌混合する方法である。この際、各成分の添加順も特に制限されず、撹拌しながら各成分を順次添加し混合してもよいし、撹拌しながら一度に添加し混合してもよい。これらの塗布液の調製方法は、塗布液ごとに適宜決められる。
調製釜101は、循環工程に含まれる貯蔵釜104に塗布液を供給するために、貯蔵釜
104に接続されている。
送液装置102は、調製釜101から塗布液を送液する経路に設けられている。送液装置102は、例えば、ポンプであり、調製された塗布液の送液、送液の停止を制御可能である。送液装置102は、塗布液を送液させる際には、塗布液の流量や速度を適宜設定可能である。送液装置102は、例えば充填液の排出と同時に塗布液を送液する。
濾過装置103は、調製釜101から塗布液を送液する経路に設けられている。濾過装置103は、塗布液に混ざった異物や、塗布液中に発生した気泡や凝集による異物を除去する。異物が除去された塗布液は、循環工程に送られる。
光学フィルム製造システム100は、循環工程(塗布液循環システム)において、調製された塗布液の凝集防止のため循環させる。循環工程は、貯蔵釜104、送液装置105、分散装置106、脱泡装置107、濾過装置108及び循環経路R1を含む。
貯蔵釜104は、連続的に塗布液を供給できるように、塗布液を貯蔵する。貯蔵釜104は、貯蔵釜104の内部においても塗布液を循環させるための撹拌装置を備えていることが好ましい。これにより、貯蔵釜104内の塗布液の物性を均一にできる。貯蔵釜104には、充填液を排出すると同時に塗布液を貯蔵釜104から送液させ、塗布液を再び貯蔵釜104に戻すための循環経路R1が接続されている。又、貯蔵釜104には、塗布液を供給工程及び塗布工程に送るための供給経路も接続されている。
分散装置106は、循環経路R1上に設けられている。分散装置106は、塗布液に分散処理、好適にはせん断力による分散処理を施す。分散装置106としては、乳化分散機、圧力式ホモジナイザー、高速回転せん断型ホモジナイザー等が用いることができる。乳化分散機としては、例えば、エバラマイルダー(株式会社荏原製作所製)、マイルダー(大平洋機工株式会社製)等を用いることができる。圧力式ホモジナイザーとしては、例えば、圧力式ホモジナイザーLAB1000(株式会社エスエムテー製)等を用いることができる。
脱泡装置107は、塗布液中に含まれる気泡や塗布液内に溶け込んでいる溶存空気を除去する。脱泡の原理は例えば、遠心力により気泡と液体を分離して、気泡を真空引きにより排出するものや、超音波を利用するものが考えられる。ただし、脱泡できれば、脱泡装置107は、他のいかなる原理を利用する装置であってもよい。
濾過装置108は、塗布液に混ざった異物や、塗布液中に発生した気泡や凝集による異物を除去する。異物が除去された塗布液は、循環経路R1を通じて貯蔵釜104に戻る。
循環工程における分散装置106、脱泡装置107及び濾過装置108の処理強度は、光学フィルムの用途や使用する塗布液の性質等の条件に応じて、塗布液の物性が適正な範囲内に保たれるように適宜設定できる。
貯蔵釜104に収容されている塗布液は、貯蔵釜104に接続された供給経路L1の充填液を排出させるとともに、塗布液を送液させ塗布工程に送液される。
循環工程の繰り返しは、繰り返し数の上限は特に限定されるものではないが、効果の飽和と生産性を考慮すると、4回以下であることが好ましい。循環工程における塗布液の流速は、液貯蔵量の観点から、5L/min以上であることが好ましい。
次いで、調製及び循環された塗布液を、貯蔵釜104に接続された供給経路L1へ、例えば、充填液を排出すると同時に塗布液を送液し、塗布装置110へと供給する。
送液装置109は、循環工程の貯蔵釜104から送液させた塗布液を、供給経路L1に設けられる各装置に送る。送液装置109は、例えば、ポンプであり、調製された塗布液の送液、送液の停止を制御可能である。送液装置109は、塗布液を送液させる際には、塗布液の流量や速度を適宜設定可能である。
光学フィルム製造システム100は、塗布工程において、基材に、塗布液を塗布し、高分子膜を生成する。塗布工程は、塗布装置110、セット装置111及び乾燥装置112を含む。
塗布装置110は、基材に、塗布液を塗布する。塗布液を複数層に重ねて基材に塗布(いわゆる重層塗布)する場合、少なくとも隣り合って重ねられる塗布液は、異なる配分や材料によって調製されている。したがって、図1では、1つの調製釜101を示しているが、実際は、複数の調製釜が用意され、別個の調製工程及び供給工程を経て、複数種類の塗布液が塗布装置110に供給される。
塗布工程においては、連続的に搬送される基材上に塗布液を塗布することが好ましい。
なお、光学フィルム製造システム100においては、循環経路R1と供給経路L1とは、循環工程の貯蔵釜104にそれぞれ別々の経路として接続され、それぞれの経路に送液装置、分散装置等が設けられている。しかし、循環経路R1と供給経路L1とは、経路や装置の一部を共用し、片方の経路における設備が省略されてもよい。すなわち、供給経路L1が循環経路R1の途中に接続されており、供給経路L1上の経路や装置の一部が省略されたものであってもよい。
本発明で製造することができる光学フィルムの構造は、基材上に光学干渉層が少なくとも1層以上形成された構造であれば、特に限定されない。
本発明の好ましい一形態は、光学フィルムの各光学機能層が、高屈折率層及び低屈折率層を含み、高屈折率層及び低屈折率層が交互に積層されてなる構造を有する、光学フィルムの製造方法である。なお、本明細書中、他方に対して屈折率の高い屈折率層を高屈折率層と、他方に対して屈折率の低い屈折率層を低屈折率層と称する。
上記構成を有する光学フィルムとしては、例えば光学反射フィルムが挙げられる。
本発明の好ましい一形態は、光学フィルムが、光学反射フィルムである光学反射フィルムの製造方法である。
光学反射フィルムは、このような構成を有し、高屈折率層及び低屈折率層の光学膜厚(膜厚×屈折率)を適宜制御することで、特定波長の光線を反射することができる。これにより、光学反射フィルムは、例えば、波長200〜400nmの範囲内の光線(紫外線)を反射する場合には紫外線遮蔽フィルムとなり、波長400〜700nmの範囲内の光線(可視光)を反射する場合には可視光着色フィルムとなり、波長700〜1200nmの範囲内の光線(赤外線)を反射する場合には赤外線遮蔽フィルムとなりうる。その他、積層体の光学膜厚等を適宜設計することで、反射する光線の波長及び反射率を制御し、金属光沢調フィルムとすることもできる。これらのうち、光学反射フィルムが遮蔽しうる光線は、波長200nm〜1000μmの範囲内の紫外線〜赤外線領域の光線であることが好ましく、250〜2500nmの範囲内の波長を有する光線であることがより好ましく、波長700〜1200nmの範囲内の近赤外線領域の光線であることがより好ましい。
一般に、光学反射フィルムにおいては、低屈折率層と高屈折率層との屈折率の差を大きくする設計にすることが、少ない層数で所望の波長領域の反射率を高くすることができるという観点から好ましい。
上述のように、高屈折率層であるか低屈折率層であるかは隣接する屈折率層との関係で定まる相対的なものであるが、高屈折率層の屈折率(nH)は1.60〜2.50であることが好ましく、1.70〜2.50であることがより好ましく、1.80〜2.20であることが更に好ましく、1.90〜2.20であることが特に好ましい。一方、低屈折率層の屈折率(nL)は、1.10〜1.60であることが好ましく、1.30〜1.55であることがより好ましく、1.30〜1.50であることが更に好ましい。
基材上に屈折率を測定する各屈折率層を単層で塗設したサンプルを作製し、このサンプルを10cm×10cmに断裁した後、下記の方法に従って屈折率を求める。分光光度計として、U−4000型(株式会社日立製作所製)を用いて、各サンプルの測定側の裏面を粗面化処理した後、黒色のスプレーで光吸収処理を行って裏面での光の反射を防止して、5度正反射の条件にて可視光領域(400〜700nmの範囲内)の反射率を25点測定して平均値を求め、その測定結果より平均屈折率を求める。
特定波長領域の反射率は、隣接する2層の屈折率差と積層数で決まり、屈折率の差が大きいほど、少ない層数で同じ反射率を得られる。この屈折率差と必要な層数については、市販の光学設計ソフトを用いて計算することができる。例えば、光学反射フィルムが赤外線遮蔽フィルムである場合は、赤外反射率90%以上を得るためには、屈折率差が0.1より小さいと、100層を超える積層が必要になり、生産性が低下するだけでなく、積層界面での散乱が大きくなり、透明性が低下し、又、故障なく製造することも非常に困難になる。反射率の向上と層数を少なくするという観点からは、屈折率差に上限はないが、実質的には1.4程度が限界である。
更には、本発明に係る光反射フィルムの光学特性として、JIS R3106:1998で示される可視光領域の透過率は好ましくは50%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは85%以上であり、又、光波長900〜1400nmの範囲内の領域に反射率50%を超える領域を有することが好ましい。
本発明の好ましい一形態は、光学フィルムの製造方法により製造された、光学フィルムである。
本発明の好ましい一形態は、光学フィルムが基体の少なくとも一方の面に設けられた、光学フィルム積層体である。特に、光学フィルムが光学反射フィルムである光学反射体、特に赤外線遮蔽フィルムである赤外線遮蔽体であることが好ましい。
前記基体の具体的な例としては、例えば、ガラス、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスルフィド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、スチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、金属板、セラミック等が挙げられる。樹脂の種類は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、電離放射線硬化性樹脂のいずれでもよく、これらを2種以上組み合わせて用いてもよい。
本発明の一実施態様で使用されうる基体は、押出成形、カレンダー成形、射出成形、中空成形、圧縮成形等、公知の方法で製造することができる。基体の厚さは特に制限されないが、通常0.1mm〜5cmの範囲内である。
又、本発明の一実施態様に係る光学フィルムの1種である赤外線遮蔽フィルムを、窓ガラスと基体との間に挟持すると、水分等の周囲のガスから封止でき耐久性に優れるため好ましい。本発明の一実施態様に係る光学反射フィルムの1種である赤外線遮蔽フィルムを屋外や車の外側(外貼り用)に設置しても環境耐久性があって好ましい。
本発明の一実施態様に適用可能な接着剤としては、光硬化性もしくは熱硬化性の樹脂を主成分とする接着剤を用いることができる。
接着剤は、紫外線に対して耐久性を有するものが好ましく、アクリル系粘着剤又はシリコーン系粘着剤が好ましい。更に粘着特性やコストの観点から、アクリル系粘着剤が好ましい。特に剥離強さの制御が容易なことから、アクリル系粘着剤において、溶剤系が好ましい。アクリル溶剤系粘着剤として溶液重合ポリマーを使用する場合、そのモノマーとしては公知のものを使用できる。
なお、接着層には、紫外線吸収剤、抗酸化剤、帯電防止剤、熱安定剤、滑剤、充填剤、着色、接着調整剤等を適宜添加配合してもよい。
日射透過率、日射反射率、放射率、及び可視光透過率の測定は、(1)波長(300〜2500nmの範囲内)の分光測光器を用い、各種単板ガラスの分光透過率、分光反射率を測定する。又、波長5.5〜50μmの範囲内の分光測定器を用いて放射率を測定する。なお、フロート板ガラス、磨き板ガラス、型板ガラス、熱線吸収板ガラスの放射率は既定値を用いる。(2)日射透過率、日射反射率、日射吸収率、修正放射率の算出は、JIS R3106に従い、日射透過率、日射反射率、日射吸収率、垂直放射率を算出する。修正放射率に関しては、JIS R3107に示されている係数を、垂直放射率に乗ずることにより求める。断熱性、日射熱遮蔽性の算出は、(1)厚さの測定値、修正放射率を用いJIS R3209に従って複層ガラスの熱抵抗を算出する。ただし、中空層が2mmを超える場合はJIS R3107に従って中空層の気体熱コンダクタンスを求める。(2)断熱性、複層ガラスの熱抵抗に熱伝達抵抗を加えて熱貫流抵抗で求める。(3)日射熱遮蔽性はJIS R3106により日射熱取得率を求め、1から差し引いて算出する。
又、特記しない限り、操作及び物性等の測定は室温(23℃)/相対湿度55%の条件で測定し、「%」及び「部」は、それぞれ、「質量%」及び「質量部」を意味する。
純水92質量%にポリビニルアルコール(PVA−403、ケン化度79モル%、重合度300、株式会社クラレ製)8質量部を添加し撹拌した。次いで90℃に昇温し、3時間放置後、40℃まで冷却し、低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを含む充填液101を調製した。
塗布液調製釜から塗布液貯蔵釜までの配管、循環工程における循環経路R1を含む配管、及び塗布液貯蔵釜から塗布装置までの供給経路L1に、充填液101を送液して配管に充填した。
(充填液102〜107の作製)
上記充填液101の調製において、ポリビニルアルコールを下記表1に変更した以外は、同様の方法で充填液102〜107を作製し、上記同様に配管に充填した。
なお、充填液105及び107で用いたポリビニルアルコール(L−8及びPVA−424H)はいずれも株式会社クラレ社の製品を使用し、充填液106で用いたポリビニルアルコール(JP−05)は日本酢ビ・ポバール株式会社の製品を使用した。
充填液108は、純水を使用した。
(低屈折率層塗布液の作製)
撹拌装置を備えた塗布液調製釜でコロイダルシリカ(スノーテックス(登録商標)OXS、固形分10質量%、日産化学工業株式会社製)38質量部を45℃に加熱し、3質量%ホウ酸水溶液3質量部を加えた撹拌した。更に水溶性高分子であるポリビニルアルコール(JP−45、重合度4500、ケン化度87モル%、日本酢ビ・ポバール株式会社製)6質量%水溶液39質量部と、界面活性剤の5質量%水溶液(ソフタゾリンLSB−R、川研ファインケミカル株式会社製)1質量部とを45℃の状態でこの順に添加・撹拌して低屈折率層塗布液を調製した。
((シリカ付着二酸化チタンゾルの調製))
15.0質量%酸化チタンゾル(SRD−W、平均粒径5nm、ルチル型二酸化チタン粒子、堺化学工業株式会社製)0.5質量部に純水2質量部を加えた後、90℃に加熱した。次いで、ケイ酸水溶液(ケイ酸ソーダ4号(日本化学工業株式会社製)をSiO2濃度が0.5質量%となるように純水で希釈したもの)0.5質量部を徐々に添加した。次いで、オートクレーブ中、175℃で18時間加熱処理を行い、冷却後、限外濾過膜にて濃縮することにより、固形分濃度が、6質量%のSiO2を表面に付着させた二酸化チタンゾル(以下、単に「シリカ付着二酸化チタンゾル」とも称する)を得た。
撹拌装置を備えた塗布液調製釜に上記で得られたシリカ付着二酸化チタンゾル(固形分20.0質量%)140質量部に対して、1.92質量%クエン酸水溶液48質量部を加え、更に8質量%のポリビニルアルコール水溶液(PVA−135、重合度3500、ケン化度98モル%、クラレ株式会社製)113質量部を加えて撹拌した。その後、界面活性剤の5質量%水溶液(ソフタゾリンLSB−R、川研ファインケミカル株式会社製)0.4質量部を加えて撹拌し、高屈折率層塗布液を調製した。
(赤外線遮蔽フィルム201の作製)
塗布液調製釜に貯蔵された前述の低屈折率層塗布液は、前記充填液101を排出すると同時に送液装置であるロータリーポンプを用いて20L/minの流量で、濾過装置に送液され、低屈折率層用塗布液の濾過を行い、塗布液貯蔵釜に送液した。濾過は、フィルタ250L−SLP−200(株式会社ロキテクノ製)、ロータリーポンプを用いて20L/minの流量でフィルタに低屈折率層用塗布液を送液させて濾過を行った。
塗布液貯蔵釜に貯蔵された前述の低屈折率層用塗布液は、前記充填液101を排出すると同時に送液装置ロータリーポンプを用いて20L/minの流量で、分散装置マイルダーMDN306Vに送液されせん断処理を行った。かかる分散装置は、標準タイプのローター及びステーターを備えたせん断処理装置である。かかるマイルダーを用いて、5000rpmの回転速度でローターを回転させて、塗布液のせん断処理を行った。
続いて、前記充填液101を排出すると同時に濾過装置により低屈折率層用塗布液の濾過を行った。濾過は、フィルタ250L−SLP−200(株式会社ロキテクノ製)、ロータリーポンプを用いて20L/minの流量でフィルタに低屈折率層用塗布液を通液させて濾過を行った。
濾過処理が施された低屈折率層用塗布液を、循環経路により再び塗布液貯蔵釜に戻した。
ここで、低屈折率層用塗布液を塗布液貯蔵釜に戻す時に、前述と同様に配管内に充填させた前記充填液101を排出すると同時に、塗布液を送液して塗布液貯蔵釜に戻した。循環工程を30分実施し、循環工程が施された低屈折率層用塗布液1を得た。別系列において、同様の処理を、前述の高屈折率用塗布液に施すことで高屈折率層用塗布液1を得た。
最後に、濾過装置から、供給経路を通じて、配管内に充填させた前記充填液101を排出すると同時に循環工程が施された低屈折率用及び高屈折率用塗布液を送液して、塗布装置としての同時重層用スライドコーターに供給し、かかるスライドコーターを用いて、300mm幅の厚さ50μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡株式会社製、コスモシャイン(登録商標)A4300、両面易接着層)上に、最下層を低屈折率層にして低屈折率層/高屈折率層を交互に同時10層を速度50m/分で塗布して、乾燥装置を用いて、50℃で乾燥させて、赤外線遮蔽フィルム201を作製した。
上記赤外線遮蔽フィルム201の作製において、充填液の排出完了後に塗布液を送液した以外は同様にして赤外線遮蔽フィルム202を作製した。
上記赤外線遮蔽フィルム201の作製において、充填液を下記表2に示すように変更した以外は、同様の方法で充填液102〜108を上記同様に配管に充填し、赤外線遮蔽フィルム203〜209を作製した。
(赤外線遮蔽フィルム210の作製)
上記赤外線遮蔽フィルム201の作製において、同時重層用スライドコーターを単層用スライドコーターに変更し、配管内に充填させた前記充填液101を排出すると同時に循環工程が施された高屈折率用塗布液のみを送液した以外は、同様の方法で本発明の赤外線遮蔽フィルム210を作製した。
<赤外線遮蔽フィルムの評価>
(目視による塗布故障の確認)
上記で製造した初期(塗布開始から400mの位置)の各赤外線遮蔽フィルムについて、長さ10m×幅0.25mの範囲を目視で確認して、尾引き、筋の個数を目視で確認し、その値を2.5で除することによって、1m×1mあたりの平均の塗布故障の数を算出した。
◎ :0個/m2
○ :0超〜0.1個/m2
△ :0.1超〜1.0個/m2
× :1.0超〜10個/m2
××:10個超/m2
ヘイズ値は、初期(塗布開始から500mの位置)の赤外線遮蔽フィルムに断裁し、日本電色工業社製、NDH2000)により測定し、下記のように評価した。
◎:1.2%以下
○:1.2%超〜1.5%以下
△:1.5%超〜2%以下
×:2%超
得られた結果を下記表2に示す。
101 塗布液調製釜
102、105、109 送液装置
103、108 濾過装置
104 塗布液貯蔵釜
106 分散装置
107 脱泡装置
110 塗布装置
111 セット装置
112 乾燥装置
R1 循環経路
L1 供給経路
Claims (7)
- 支持体の少なくとも一方の面に、無機酸化物微粒子及びポリビニルアルコールを含有する塗布液を用いて一層又は複数の層で構成される光学干渉層を形成する工程を有する光学フィルムの製造方法であって、
前記工程における送液のための配管内に、予め、前記塗布液中に含有される前記ポリビニルアルコールより低ケン化度及び低重合度のポリビニルアルコールを含む充填液を充填し、その後、前記塗布液を前記配管内に導入する時に、前記充填液を前記配管内から外部に排出するとともに、前記塗布液を前記配管内に送液し、前記支持体上に塗布し、前記光学干渉層を形成することを特徴とする光学フィルムの製造方法。 - 前記光学干渉層が、互いに隣接し屈折率の異なる複数の層で構成され、
前記光学干渉層を構成する各層が、前記無機酸化物微粒子及び前記ポリビニルアルコールをそれぞれ含有し、かつ
互いに隣接する層に含有される前記ポリビニルアルコールは、ケン化度が互いに異なることを特徴とする請求項1に記載の光学フィルムの製造方法。 - 前記充填液を前記配管外に排出すると同時に、前記光学干渉層を構成する各層を形成する塗布液を送液することを特徴とする請求項2に記載の光学フィルムの製造方法。
- 前記充填液に含有される前記ポリビニルアルコールのケン化度が、73〜85モル%の範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の光学フィルムの製造方法。
- 前記充填液に含有される前記ポリビニルアルコールの重合度が、300〜2000の範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の光学フィルムの製造方法。
- 前記光学フィルムが、光学反射フィルムであることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の光学フィルムの製造方法。
- 前記光学反射フィルムが、赤外線遮蔽フィルムであることを特徴とする請求項6に記載の光学フィルムの製造方法。
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