説明

アクリル系フィルム、積層フィルムおよび偏光板

【課題】表面硬度、靱性、紫外線吸収能、耐久性、光学等方性に優れたアクリル系フィルムを提供すること。
【解決手段】
下記物性(1)〜(6)を全て満足するアクリル系フィルムとする。
物性(1):ナノインデンテーション法で測定した深度1μmにおける硬度Hが0.22GPa以上である。
物性(2):ナノインデンテーション法で測定した深度3μmにおける硬度Hが0.24GPa以上である。
物性(3):フィルムの製膜方向をMD、幅方向をTDとしたとき、MIT耐折度試験機で測定した耐折回数がMD方向TD方向共に1万回以上である。
物性(4):波長380nmにおける光線透過率が10%未満である。
物性(5):ヘイズが3%以下である。
物性(6):温度60℃、相対湿度90%の雰囲気下で100時間静置した後のヘイズが3%以下である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は表面硬度、靱性、紫外線吸収能、耐久性、光学等方性に優れたアクリル系フィルム、積層フィルムおよび偏光板に関する。
【背景技術】
【0002】
アクリル樹脂成型品は、透明性や表面光沢性、耐光性に優れているため、液晶ディスプレイ用シートまたはフィルム、導光板などの光学材料、車両用内装材および外装材、自動販売機の外装材、電化製品、建材用内装および外装材等の表面表皮材に用いられたり、ポリカーボネート、塩化ビニルなどの表皮保護材等に用いられるなど、広範な分野で使用されている。
【0003】
近年これらの樹脂は、例えば、自動車のナビゲーションシステム、ハンディカメラなどの普及により、使用範囲が屋外や自動車の車内などの耐候性、耐熱性が要求される過酷な使用環境条件下へ拡大してきている。このような過酷な環境条件下で使用する場合、例えば、アクリル樹脂中に環化構造を導入したアクリル系ポリマーを用いる例が知られているが、靱性が低いために加工時に割れやすいという問題があった。
【0004】
また、アクリル系フィルムは、特にその優れた光学等方性を活かして偏光子保護フィルムとして近年使用され始めている。偏光子保護フィルムとは液晶ディスプレイなどに用いられる偏光板の構成部材であり、偏光子(主として、ヨウ素を含浸させたPVAフィルムを1軸延伸して作成したフィルム)の両面に貼合されて偏光子の寸法変化や物性変化を抑制する役割を担うフィルムである。これまで、アクリル系フィルムは偏光子の両面に貼合される2枚のフィルムのうち内側用には使用され始めているが、外側用の偏光子保護フィルムには、表面硬度や紫外線吸収能など更に高度な要求特性があり使用が困難であった。
【0005】
例えば、特許文献1には靱性の改善方法として、光学用樹脂に弾性体粒子を含有させて靱性を向上させる方法が記されている。しかしこの方法ではフィルムの表面硬度が低下し外側用の偏光子保護フィルムとして使用できない場合があった。
【0006】
また、テンターなどを用いて後工程で延伸を行い、靱性を向上させる方法も知られている。特許文献2や特許文献3には、延伸したアクリル系フィルムの例が記載されている。しかし、該フィルムはフィルムの靱性を向上させるためスチレン成分やゴム強化成分などの柔軟成分を含んでいるため表面硬度が十分でなく、また紫外線吸収能も不十分であった。特許文献4には、柔軟成分を含まないアクリル系フィルムを延伸して靱性を向上させる方法が記載されている。しかし、該フィルムは表層に一般のアクリル樹脂が用いられており、耐熱性および表面硬度が不十分であった。また紫外線吸収能も不十分であった。
【0007】
また特許文献5には紫外線吸収剤を含有させたアクリル系フィルムについて記載されている。しかし、該フィルムは表層に紫外線吸収剤が存在するため、ブリードアウトや表面硬度低下の問題があった。特許文献6にはアクリル系フィルムを3層積層構造として内層に紫外線吸収剤を添加する方法が記載されている。該方法によれば、ブリードアウトは抑制されるが、フィルムの靱性を向上させるためにゴム成分が含有されており、これにより表面硬度を向上させるのが困難であった。
【0008】
以上のように、優れた表面硬度と靱性と紫外線吸収能を両立したアクリル系フィルムを得ることは非常に困難であった。
【特許文献1】特開2000−178399号公報
【特許文献2】特開昭60−149435号公報
【特許文献3】特開昭59−152855号公報
【特許文献4】特開平2−239931号公報
【特許文献5】特開平4−331145号公報
【特許文献6】特開2002−291353号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、上述した従来技術における問題点の解決を課題として検討した結果達成されたものである。すなわち、本発明の目的は、表面硬度、靱性、紫外線吸収能、耐久性、光学等方性に優れたアクリル系フィルム、積層フィルムおよび偏光板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記した目的を達成するための本発明は、下記物性(1)〜(6)を全て満足するアクリル系フィルムによって達成される。
物性(1):ナノインデンテーション法で測定した深度1μmにおける硬度Hが0.22GPa以上である。
物性(2):ナノインデンテーション法で測定した深度3μmにおける硬度Hが0.24GPa以上である。
物性(3):フィルムの製膜方向をMD、幅方向をTDとしたとき、MIT耐折度試験機で測定した耐折回数がMD方向TD方向共に1万回以上である。
物性(4):波長380nmにおける光線透過率が10%未満である。
物性(5):ヘイズが3%以下である。
物性(6):温度60℃、相対湿度90%の雰囲気下で100時間静置した後のヘイズが3%以下である。
【発明の効果】
【0011】
本発明のアクリル系フィルムは、表面硬度、靱性、紫外線吸収能、耐久性、光学等方性に優れるため、光学用フィルムとして好適に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明のアクリル系フィルムは、ナノインデンテーション法で測定した深度1μmにおける硬度Hが0.22GPa以上である(物性(1))。より好ましくは0.23GPa以上、更に好ましくは0.24GPa以上である。Hの値が0.22GPa未満であると耐傷性が低下し、搬送時や加工時に傷が付く場合がある。また、本発明のアクリル系フィルムにハードコート層を付与して、画像表示素子の最表面に使用する場合などに表面硬度が不足する場合がある。Hの値は高いほど好ましいが、実質的には0.5GPa程度が上限である。かかる硬度を達成するためには、後述するような構造のアクリル系ポリマーを使用すること、延伸によりフィルム密度を向上させることが挙げられる。また、アクリル系ポリマーの靱性を向上させるためにスチレン系化合物などからなるゴム成分などの柔軟成分を含有させる場合があるが、柔軟成分は表面硬度を低下させるため、柔軟成分の含有量を低減させること、または、含有させないことが好ましい。また、積層製膜を行い表層に柔軟成分を含有させないことも好ましい。
【0013】
本発明のアクリル系フィルムは、ナノインデンテーション法で測定した深度3μmにおける硬度Hが0.24GPa以上である(物性(2))。より好ましくは0.25GPa以上、更に好ましくは0.26GPa以上である。Hの値が0.24GPa未満であると、本発明のアクリル系フィルムにハードコート層を付与して、画像表示素子の最表面の偏光子保護フィルムとして使用したとき、表面への衝撃によりフィルム内部や偏光子との接着面に傷が発生する場合がある。Hの値は高いほど好ましいが、実質的には0.5GPa程度が上限である。かかる硬度を達成するためには、後述するような構造のアクリル系ポリマーを使用すること、延伸によりフィルム密度を向上させること、ゴム成分などの柔軟成分を含有させないことが好ましい。
【0014】
本発明のアクリル系フィルムは、フィルムの製膜方向をMD、幅方向をTDとしたとき、MIT耐折度試験機で測定した耐折回数がMD方向TD方向共に1万回以上である(物性(3))。より好ましくはMD方向TD方向共に5万回以上である。耐折回数が1万回未満であると、フィルムの搬送時や加工時にフィルムが割れ、使用できない場合がある。かかる耐折回数を達成するためには、フィルムを延伸することやゴム成分などの柔軟成分を含有させてフィルムの靱性を向上することが挙げられるが、上述した硬度と靱性を両立させる観点から延伸することがより好ましい。また、アクリル系ポリマーの分子量を大きくすることも有効である。
【0015】
本発明のアクリル系フィルムは、波長380nmにおける光線透過率が10%未満である(物性(4))。より好ましくは2%以上8%未満、更に好ましくは2%以上5%未満である。波長380nmにおける光線透過率が10%以上であると、画像表示素子に用いた場合、外光やバックライトの光に含まれる紫外線により、画像表示素子の色調が変化する場合がある。下限は特に限定されないが、波長380nmにおける光線透過率が2%未満であると可視光領域の短波長付近の光線透過率も低くなり、フィルムが黄色く着色する場合がある。波長380nmにおける光線透過率を10%未満とするためには、フィルムに紫外線吸収剤を添加することや、紫外線吸収能を持つモノマーをアクリル系ポリマーに共重合させることが挙げられる。紫外線吸収剤を用いる場合、ポリマーとの相溶性、光学特性への影響、製膜性への影響から、本発明のアクリル系フィルムには後述するような紫外線吸収剤を用いることが好ましい。
【0016】
本発明のアクリル系フィルムは、ヘイズHが3%以下である(物性(5))。より好ましくは1%以下、更に好ましくは0.6%以下である。ヘイズHが3%を超えると視認性や輝度が低下するため画像表示用部材として使用できない場合がある。ヘイズは低いほど好ましいが現実的には0.01%程度が下限である。
【0017】
また、本発明のアクリル系フィルムは、全光線透過率が90%以上であることが好ましい。より好ましくは93%以上である。また、現実的な上限としては、99%程度である。90%未満であると輝度が低下するため画像表示用部材として使用できない場合がある。
【0018】
かかる全光線透過率およびヘイズ値にて表される優れた透明性を達成するには、可視光を吸収する添加剤や共重合成分を導入しないようにすることや、ポリマーと相溶性の良い添加剤を用いること、ポリマー中の異物を高精度濾過により除去しフィルム内部の光の拡散や吸収を低減させること、製膜時のフィルム接触部(塗布基材、搬送ロールなど)の表面粗さを小さくしてフィルム表面の表面粗さを小さくすることが有効である。また、熱可塑性樹脂の屈折率を小さくすることによりフィルム表面の光の拡散や反射を低減させることが有効であり、後述する構造式(a)〜(c)および(d)に示したアクリル系ポリマーを用いると、透明性に優れたフィルムを得ることができる。尚、全光線透過率およびヘイズ値は、JIS−K7361−1(1997)およびJIS−K7136(2000)に従い、測定した値である。
【0019】
本発明のアクリル系フィルムは、温度60℃、相対湿度90%の雰囲気下で100時間静置した後のヘイズHIIが3%以下である(物性(6))。より好ましくは1%以下、更に好ましくは0.6%以下である。ヘイズHIIが3%を超えると高温多湿下で画像表示素子を長時間使用したとき、視認性や輝度が徐々に低下する場合がある。かかる物性を達成するためには、ゴム成分などのアクリル系ポリマー以外の組成物がフィルムの表層に含まれると湿熱下でフィルムが白化する場合があるため、アクリル系ポリマー以外の組成物が少なくともフィルムの表層には含まれないことが好ましい。また、紫外線吸収剤などの添加剤を含有させる場合には、フィルムを3層以上の積層構成とし、中間層に添加剤を含有させることが好ましい。表層に添加剤が存在すると湿熱下で添加剤がブリードアウトし、ヘイズが上昇する場合がある。温度60℃、相対湿度90%の雰囲気下で100時間静置した後のヘイズは低いほど好ましいが現実的には0.01%程度が下限である。
【0020】
本発明のアクリル系フィルムは、厚みが20μm以上100μm以下であることが好ましい。厚みは本フィルムの使用する形態によって適宜選択すればよいが、より好ましくは、20μm以上80μm以下、更に好ましくは、25μm以上60μm以下である。厚みが100μmより厚いとフィルムが割れやすくなり加工性や生産性が低下する場合がある。厚みが20μm未満では、フィルム強度が低下し、加工性が低下する場合がある。
【0021】
本発明のアクリル系フィルムは、フィルム面内の位相差(Ret)が5nm以下であることが好ましい。より好ましくは3nm以下である。面内の位相差が5nmを超えると、画面表示素子の光学等方性部材として用いたとき、色調が変化するため使用できない場合がある。
【0022】
また、フィルムの厚み方向の位相差(Rth)が−5nm以上5nm以下であることが好ましい。より好ましくは−3nm以上3nm以下である。厚み方向の位相差が5nmを超える、または、―5nm未満であると、画面表示素子の光学等方性部材として用いたとき、斜め方向からの視認性が低下する場合がある。5nm以下の面内の位相差および、−5nm以上5nm以下の厚み方向の位相差は、アクリル系ポリマーとして、後述する構造式(a)〜(c)および(d)に示したポリマーを用い製膜することにより位相差を低減させることが可能となる。また、光学的に異方性を持つ成分をフィルム中に含有させないことが好ましい。尚、ここでいう面内の位相差Ret、および厚み方向の位相差Rthとは、波長590nmの光線に対するフィルム面内の直交軸方向の屈折率をそれぞれnx、ny(ただしnx>ny)とし、波長590nmの光線に対するフィルムの厚み方向の屈折率をnz、フィルムの厚みをd(nm)としたときに、下式で定義される。
【0023】
面内の位相差Ret(nm)=d×(nx−ny)
厚み方向の位相差Rth(nm)=d×{(nx+ny)/2−nz}
本発明のアクリル系フィルムは、ガラス転移温度(Tg)が120℃以上であることが耐熱性の面で好ましい。ガラス転移温度を上げる方法としては、特に限定されないが、後述するアクリル系ポリマー(あ)中の、例えば、後述する構造式(d)で表されるような環化構造単位の含有量を増やすことが効果的である。また、得られたフィルムを延伸により配向させることも有効である。
【0024】
本発明のアクリル系フィルムは、JIS−K7127(1999)に準拠した測定において、製膜方向および幅方向の破断伸度が、いずれも5%以上であることが好ましく、より好ましくは10%以上である。伸度が低いと成形、加工時の破断が生じやすくなくなる。破断伸度の上限は特に限定されるものではないが、現実的には300%程度が上限である。破断伸度を大きくするには異物や発泡に起因するフィルム中の欠点を抑制することが有効である。また、ポリマーに屈曲成分を導入することや、可塑剤などの添加も破断伸度の増加に有効であるが、耐熱性や剛性が低くなる場合がある。
【0025】
本発明のアクリル系フィルムは、JIS−K7127(1999)に準拠した測定において、少なくとも一方向の引張弾性率が2.5GPa以上であることが好ましい。より好ましくは、3.0GPa以上である。引張弾性率が2.5GPa未満であるとフィルムの剛性が十分とはいえず、製膜工程や後加工工程において、フィルムにかかる張力により変形して位相差が発現し、画像表示素子の光学等方性部材として用いたとき、色調が変化する場合がある。また、薄膜化が困難になることがある。
【0026】
本発明のアクリル系フィルムは、下記構造式(a)〜(c)からなる群から選ばれる少なくとも一つの構造単位を含有するアクリル系ポリマーを含むと耐熱性に優れるため好ましい。
【0027】
【化1】

【0028】
(上記式中、R1、R2は、同一または相異なる水素原子または炭素数1〜5のアルキル基または、カルボキシル基、または炭素数2〜5のカルボキシアルキル基を表す。また、上記式中、X1、X2は、同一または相異なるCHまたはC=Oを表す。Xは、O、またはNRを表す。Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基または、カルボキシル基、または炭素数2〜5のカルボキシアルキル基を表す。)

特に耐熱性の点から、R1,R2は水素またはメチル基またはカルボキシメチル基が好ましく、とりわけメチル基が好ましく、X1、X2は、C=Oが好ましい。また、透明性の観点からXは、Oが好ましい。
【化2】

【0029】
(上記式中、R、水素原子または炭素数1〜5のアルキル基または、カルボキシル基、または炭素数2〜5のカルボキシアルキル基を表す。)
特に耐熱性の点から、Rはメチル基が好ましい。
【0030】
【化3】

【0031】
(上記式中、Rは炭素数6〜15の脂環式構造を含有する置換基を表す。)
特に低吸湿性の点から、Rは下記構造式(e)、(f)で表される置換基であることが好ましい。
【0032】
【化4】

【0033】
【化5】

【0034】
構造式(a)〜(c)の中でも、特に構造式(d)に示す環化構造を有するアクリル系ポリマーを用いると、透明性、耐熱性、生産性に優れ、また、光学等方性に優れたフィルムを得ることができるため好ましい。

特に耐熱性の点からは、R1,R2は水素またはメチル基が好ましく、とりわけメチル基
が好ましい。
【化6】

【0035】
(上記式中、R、Rは、同一または相異なる水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表す。)
次に、上記構造式(d)で表されるグルタル酸無水物単位を含有するアクリル系ポリマー(あ)の製造方法の例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0036】
すなわち、後の加熱工程により上記構造式(d)で表されるグルタル酸無水物単位を与える不飽和カルボン酸単量体(i)および不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体(ii)と、その他のビニル系単量体単位を含む場合には該単位を与えるビニル系単量体(iii)とを重合させ、共重合体(ア)とした後、かかる共重合体(ア)を適当な触媒の存在下あるいは非存在下で加熱し、脱アルコールおよび/または脱水による分子内環化反応を行わせることにより製造することができる。この場合、典型的には共重合体(ア)を加熱することにより2単位の不飽和カルボン酸単位のカルボキシル基が脱水されて、あるいは隣接する不飽和カルボン酸単位と不飽和カルボン酸アルキルエステル単位からアルコールの脱離により1単位の前記グルタル酸無水物単位が生成される。この際用いられる不飽和カルボン酸単量体(i)としては、特に限定はなく、他のビニル化合物(iii)と共重合させることが可能な、構造式(g)の不飽和カルボン酸単量体が使用できる。
【0037】
【化7】

【0038】
(上記式中、Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表す。)
特に、熱安定性が優れる点でアクリル酸、メタクリル酸が好ましく、より好ましくはメタクリル酸である。これらはその1種、または2種以上用いることができる。なお、上記構造式(g)で表される不飽和カルボン酸単量体(i)は共重合すると上記構造式(d)で表される構造の不飽和カルボン酸単位を与える。
【0039】
また、不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体(ii)としては特に制限はないが、好ましい例として、下記構造式(h)で表されるものを挙げることができる。
【0040】
【化8】

【0041】
(上記式中、Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表す。R10は水素原子または炭素数1〜6の脂肪族、もしくは脂環式炭化水素基を示す。)
これらのうち、炭素数1〜6の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基または置換基を有する該炭化水素基をもつアクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルが熱安定性が優れる点で特に好適である。なお、上記構造式(h)で表される不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体は、共重合すると上記構造式(d)で表される構造の不飽和カルボン酸アルキルエステル単位を与える。
【0042】
不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体(ii)の好ましい具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸クロロメチル、(メタ)アクリル酸2−クロロエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2,3,4,5,6−ペンタヒドロキシヘキシルおよび(メタ)アクリル酸2,3,4,5−テトラヒドロキシペンチルなどが挙げられ、中でもメタクリル酸メチルが最も好ましく用いられる。これらはその1種または2種以上を用いることができる。
【0043】
また、本発明で用いるアクリル系ポリマー(あ)の製造においては、本発明の効果を損なわない範囲で、スチレン、アクリルアミド、メタクリルアミドなど、他のビニル系単量体(iii)を用いてもかまわないが、透明性、複屈折、耐薬品性の点で芳香環を含まない単量体がより好ましく使用できる。これらは単独ないし2種以上を用いることができる。
【0044】
アクリル系ポリマー(あ)の重合方法については、基本的にはラジカル重合による、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等の重合方法を用いることができるが、不純物がより少ない点で溶液重合、塊状重合、懸濁重合が特に好ましい。
【0045】
重合温度については、特に制限はないが、色調の観点から、不飽和カルボン酸単量体および不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体を含む単量体混合物を95℃以下の重合温度で重合することが好ましい。また、重合温度の下限は、重合が進行する温度であれば、特に制限はないが、重合速度を考慮した生産性の面から、通常50℃以上である。重合収率あるいは重合速度を向上させる目的で、重合進行に従い重合温度を昇温することも可能である。また重合時間は、必要な重合度を得るのに十分な時間であれば特に制限はないが、生産効率の点から60〜360分間の範囲が好ましい。
【0046】
本発明において、アクリル系ポリマー(あ)の製造時に用いられるこれらの単量体混合物の好ましい割合は、該単量体混合物を100質量部として、不飽和カルボン酸単量体(i)が5〜50質量部、より好ましくは9〜33質量部、不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体(ii)は好ましくは50〜95質量部、より好ましくは67〜91質量部、これらに共重合可能な他のビニル系単量体(iii)を用いる場合、その好ましい割合は0〜5質量部であり、より好ましい割合は0〜3質量部である。
【0047】
不飽和カルボン酸単量体量(i)が5質量部未満の場合には、共重合体(ア)の加熱などによる上記構造式(d)で表されるグルタル酸無水物単位の生成量が少なくなり、本発明のアクリル系フィルムの耐熱性向上効果が小さくなる傾向がある。一方、不飽和カルボン酸単量体量(i)が50質量部を超える場合には、共重合体(ア)の加熱による環化反応後に、不飽和カルボン酸単位が多量に残存する傾向があり、無色透明性、滞留安定性が低下する傾向がある。
【0048】
また、本発明のアクリル系フィルムに使用するアクリル系ポリマー(あ)は、質量平均分子量が9万以上であることが好ましく、9万〜15万であることがより好ましい。さらに好ましくは10万〜14万、より好ましくは11万〜13万である。このような分子量を有するアクリル系ポリマー(あ)は、共重合体(ア)の製造時に、共重合体(ア)を所望の分子量、すなわち質量平均分子量で7万〜15万に予め制御しておくことにより、達成することができる。質量平均分子量が、15万を超える場合、後工程の環化時に着色したり、環化後のアクリル系ポリマーを製膜するとき、フィルターや口金での圧損が大きく、生産性が低下する場合がある。一方、質量平均分子量が、9万未満の場合、アクリル系フィルムの靱性が低下する傾向が見られる。
【0049】
本発明に好ましく用いられるアクリル系ポリマー(あ)の製造に用いる共重合体(ア)を加熱し、(イ)脱水および/または(ロ)脱アルコールにより分子内環化反応を行いグルタル酸無水物単位を含有する熱可塑性重合体を製造する方法としては、特に制限はないが、ベントを有する加熱した押出機に通して製造する方法や不活性ガス雰囲気または減圧下で加熱脱気できる装置内で製造する方法が生産性の観点から好ましい。中でも、酸素存在下で加熱による分子内環化反応を行うと、黄色度が悪化する傾向が見られるため、十分に系内を窒素などの不活性ガスで置換することが好ましい。また、これらに窒素などの不活性ガスが導入可能な構造を有した装置であることがより好ましい。例えば、二軸押出機に、窒素などの不活性ガスを導入する方法としては、ホッパー上部および/または下部より、10〜100リットル/分程度の不活性ガス気流の配管を繋ぐ方法などが挙げられる。
【0050】
なお、環化時の温度は、(イ)脱水および/または(ロ)脱アルコールにより分子内環化反応が生じる温度であれば特に限定されないが、好ましくは180〜300℃の範囲、特に200〜280℃の範囲が好ましい。
【0051】
また、この際の環化時間も特に限定されず、所望する共重合組成に応じて適宜設定可能であるが、通常、1分間〜60分間、好ましくは2分間〜30分間、とりわけ3〜20分間の範囲が好ましい。特に、押出機を用いて、十分な分子内環化反応を進行させるための加熱時間を確保するため、押出機スクリューの長さ/直径比(L/D)が40以上であることが好ましい。L/Dの短い押出機を使用した場合、未反応の不飽和カルボン酸単位が多量に残存するため、加熱成形加工時に反応が再進行し、成形品に気泡が見られる傾向や成形滞留時に色調が大幅に低化する傾向がある。
【0052】
さらに本発明では、共重合体(ア)を上記方法等により加熱する際にグルタル酸無水物への環化反応を促進させる触媒として、酸、アルカリ、塩化合物の1種以上を添加することができる。その添加量は特に制限はなく、共重合体(ア)100質量部に対し、0.01〜1質量部程度が適当である。
【0053】
本発明のアクリル系ポリマー(あ)としては、上記構造式(d)で表されるグルタル酸無水物単位と不飽和カルボン酸アルキルエステル単位からなる共重合体を好ましく使用することができる。不飽和カルボン酸アルキルエステル単位とグルタル酸無水物単位の含有量は、特に制限はないが、耐熱性が向上することから、不飽和カルボン酸アルキルエステル単位とグルタル酸無水物単位の合計を100質量部としたときに、好ましくは不飽和カルボン酸アルキルエステル単位50〜90質量部およびグルタル酸無水物単位10〜50質量部からなり、より好ましくは、不飽和カルボン酸アルキルエステル単位55〜80質量部およびグルタル酸無水物単位20〜45質量部からなる。グルタル酸無水物単位が10質量部未満である場合、耐熱性向上効果が小さくなるだけでなく、十分な低複屈折性(光学等方性)や耐薬品性が得られない傾向がある。
【0054】
また、本発明のアクリル系ポリマー(あ)における各成分単位の定量には、プロトン核磁気共鳴(H−NMR)測定機を用いることができる。H−NMR法では、例えば、グルタル酸無水物単位、メタクリル酸、メタクリル酸メチルからなる共重合体の場合、ジメチルスルホキシド重溶媒中でのスペクトルの帰属を、0.5〜1.5ppmのピークがメタクリル酸、メタクリル酸メチルおよびグルタル酸無水物環化合物のα−メチル基の水素、1.6〜2.1ppmのピークはポリマー主鎖のメチレン基の水素、3.5ppmのピークはメタクリル酸メチルのカルボン酸エステル(−COOCH)の水素、12.4ppmのピークはメタクリル酸のカルボン酸の水素と、スペクトルの積分比から共重合体組成を決定することができる。また、上記に加えて、他の共重合成分としてスチレンを含有する共重合体の場合、6.5〜7.5ppmにスチレンの芳香族環の水素が見られ、同様にスペクトル比から共重合体組成を決定することができる。
【0055】
また、本発明のアクリル系ポリマー(あ)は、アクリル系ポリマー(あ)中に他の不飽和カルボン酸単位および/または、共重合可能な他のビニル系単量体単位を含有することができる。
【0056】
上記の熱可塑性重合体100質量部中に含有される他の不飽和カルボン酸単位量は10質量部以下、すなわち0〜10質量部であることが好ましく、より好ましくは0〜5質量部、最も好ましくは0〜1質量部である。不飽和カルボン酸単位が10質量部を超える場合には、無色透明性、滞留安定性が低下する傾向がある。
【0057】
また、共重合可能な他のビニル系単量体単位量は上記熱可塑性重合体100質量部中、5質量部以下、すなわち0〜5質量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは0〜3質量部である。特に、スチレンなどの芳香族ビニル系単量体単位を含有する場合、含有量が上記範囲を超えると、無色透明性、光学等方性、耐薬品性が低下する傾向がある。
【0058】
本発明のアクリル系フィルムは、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、トリアジン系の中から選ばれる少なくとも1種類以上の紫外線吸収剤を含有していることが好ましい。中でも、ベンゾトリアゾール系化合物を用いると、上述したポリマーとの相溶性が良く、また本発明のアクリル系フィルムの光学特性や機械特性に悪影響を及ぼさず、更に製膜性も大きく低下しないため好ましい。紫外線吸収剤の添加量は目的とする紫外線吸収能によって適宜調整されるものであるが、アクリル系フィルムに対し通常0.2wt%以上10wt%以下である。
【0059】
また、本発明のアクリル系フィルムには本発明の目的を損なわない範囲で、シリコーン系化合物、スチレン系化合物、ニトリル系化合物、共役ジエン系化合物、ウレタン系化合物、エチレン系化合物、プロピレン系化合物およびイソブテン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を重合させたものから構成されるゴム成分を含有していても構わない。ゴム成分を含有させることによりフィルムの靱性が向上し、加工性が改善する。ただし、ゴム成分はフィルムの表面硬度を低下させたり、位相差やヘイズなどの光学特性に悪影響を及ぼす場合があるため、含有量を極力抑えることが好ましい。ゴム成分の含有量はアクリル系フィルムに対し20wt%以下であることが好ましく、より好ましくは10wt%以下であり、フィルム中に上記のゴム成分が含有されないことが最も好ましい。
【0060】
また、本発明のアクリル系フィルムには本発明の目的を損なわない範囲で、ヒンダードフェノール系、ベンゾエート系、およびシアノアクリレート系などの酸化防止剤、高級脂肪酸や酸エステル系および酸アミド系、さらに高級アルコールなどの滑剤および可塑剤、無機粒子及び有機粒子からなる添加剤、モンタン酸およびその塩、そのエステル、そのハーフエステル、ステアリルアルコール、ステアラミドおよびエチレンワックスなどの離型剤、亜リン酸塩、次亜リン酸塩などの着色防止剤、ハロゲン系難燃剤、リン系やシリコーン系の非ハロゲン系難燃剤、核剤、アミン系、スルホン酸系、ポリエーテル系などの帯電防止剤、顔料などの着色剤などの添加剤を任意に含有させてもよい。ただし、適用する用途が要求する特性に照らし、その添加剤保有の色が熱可塑性重合体に悪影響を及ぼさず、かつ透明性が低下しない範囲で添加することが好ましい。
【0061】
次に製膜方法について説明する。
【0062】
本発明のアクリル系フィルムの製造方法には、公知の方法を使用することができる。すなわち、インフレーション法、T−ダイ法、カレンダー法、切削法、溶液製膜法(流延法)、エマルション法、ホットプレス法等の製造法が使用できるが、生産性の観点から好ましくは、インフレーション法、T−ダイ法が好ましく使用できる。
【0063】
T−ダイ法による製造法の場合、単軸あるいは二軸押出スクリューのついたエクストルーダ型溶融押出装置等が使用できる。着色が低減できるため、L/D=15以上120以下の二軸混練押出機が好ましい。本発明の製造方法における溶融押出温度は、好ましくは150〜350℃、より好ましくは200〜300℃である。溶融剪断速度は1,000S−1以上5,000S−1以下が好ましい。また、溶融押出装置を使用し溶融混練する場合、着色抑制の観点から、ベントを使用し減圧下での溶融混練あるいは窒素気流下での溶融混練を行うことが好ましい。溶融した熱可塑性樹脂を移送する方法としては、押出機の吐出圧力をそのまま利用してもよいし、押出機後にギアポンプを設置し、ギアポンプにより移送してもよいが、吐出ムラに起因する厚みムラが低減することから、ギアポンプを用いることが好ましい。ギアポンプにより移送された溶融した熱可塑性樹脂は、欠点の原因となる異物を除去しフィルムの品位を向上させるため、濾過を行うことが好ましい。濾過精度は50μm以上の異物を除去できることが好ましい。さらに好ましくは10μm以上、最も好ましくは5μm以上である。濾過精度が粗いと、フィルムに異物起因の欠点が発生し、光学用フィルムとして使用できない場合がある。濾過精度は細かいほどフィルム品位の観点からは好ましいが、細かすぎると濾圧の上昇により製膜が困難になる場合がある。濾過精度の異なる複数のフィルターにより段階的に濾過を行うと濾過寿命が延長されるため好ましい。濾過は、150℃以上300℃以下の温度で行うことができる。フィルターは、例えば、焼結金属、多孔性セラミック、サンド、金網等の中から適宜選択し用いることができる。
【0064】
本発明のアクリル系フィルムは共押出による3層積層フィルムであることが好ましく、各層をフィルムの片面から順にA層(表面層)、B層(中間層)、C層(表面層)としたとき、A層、B層、C層の全ての層が上述したアクリル系ポリマーを含み、B層に紫外線吸収剤を含有していることが好ましい。さらに本発明のアクリル系フィルムは、積層して得られた未延伸のフィルムを延伸してなる、延伸フィルムであることが好ましい。一般にアクリル系フィルムは脆く加工時に割れやすい問題があるが、延伸を行うことにより、表面硬度低下の原因となるゴム成分などを含有させることなく、フィルムに靱性を付与することが可能となる。ただし、上述したように中間層に紫外線吸収剤を含んだフィルムを延伸する場合、吐出時にフィルムの平面性が悪化したり、延伸工程においてヘイズが上昇する場合があるため、後述するような方法で製膜することが好ましい。
【0065】
本発明のアクリル系フィルムは、A層、B層、C層の全ての層が上述したアクリル系ポリマーを含み、中間層であるB層に紫外線吸収剤を含有させることにより、ブリードアウトによる物性変化を抑制することができるため好ましい。このような積層フィルムを製造する方法としては、それぞれのアクリル系ポリマーをギアーポンプで計量した後に、ピノールやフィードブロックを用い積層する方法、マルチマニホールドの様に口金内で積層する方法などがあげられる。装置の積層精度やメンテナンス性の観点からフィードブロックを用いる方法が好ましい。フィードブロック部は積層精度を高めるためにも口金の直前に設置することが好ましい。
【0066】
積層構成は本発明の物性を満足すれば特に限定されないが、表面層であるA層およびC層は上述したアクリル系ポリマー(あ)からなる層、中間層であるB層はアクリル系ポリマー(あ)に紫外線吸収剤を含有させたものであることが好ましい。A層とC層は同一の原料を用いても構わない。また、表面層および/または中間層にゴム成分を加えて靱性を向上させても良いが、表面硬度が低下する場合がある。
【0067】
本発明のアクリル系フィルムは、A層、B層、C層の厚み(μm)をそれぞれa、b、cとするとき、a、b、cの比(積層比)が下記式を満足することが好ましい。
【0068】
0.5≦c/a≦2
2≦b/a≦10
c/aの値が上記範囲をはずれると、フィルムにカールが発生する場合がある。c/aの値はより好ましくは0.67以上1.5以下である。
【0069】
また、b/aの値が10を超えると中間層の厚みが厚く、表面層の厚みが薄くなるため、中間層に含まれる紫外線吸収剤がブリードアウトする場合がある。また、紫外線吸収剤を含有させると硬度が低下する場合があり、b/aの値が10を超えると、アクリル系フィルムの表面硬度が低下する場合がある。一方、b/aの値が2未満の時は、中間層の厚みが薄くなるため、必要な紫外線吸収能を得るためにB層のアクリル系ポリマーに含有させる紫外線吸収剤の濃度が高くなる。紫外線吸収剤の濃度が高くなると、アクリル系ポリマーに均一に分散せず、紫外線吸収能にムラが生じたり、外観が損なわれる場合がある。また、紫外線吸収剤を添加するとアクリル系ポリマーの粘度が低下する場合があり、表面層と中間層のポリマーの粘度差が大きくなり積層時に平面性が悪化したり、延伸時に均一な延伸が困難であったり、延伸フィルムのヘイズが上昇する場合がある。本発明では表面層を構成する樹脂と中間層を構成する樹脂の粘度差が30%以内であることが積層精度を高める為に重要である。b/aの値はより好ましくは3以上7以下である。
【0070】
積層厚みはフィルムを片刃で切断し、断面を光学顕微鏡で観察する方法や、フィルム厚みが80μm以下で、顕微鏡での観察が困難な場合はミクロトームにより、薄膜切片を作成し、ルテニウム染色を施し、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察する方法があげられる。
【0071】
続いてアクリル系ポリマーを口金から吐出させ、それ自体公知の密着手段である静電印加法、エアーチャンバー法、エアーナイフ法、プレスロール法などで支持体に密着させ除冷固化させてガラス転移温度(Tg)付近まで冷却し、未延伸のフィルムを得ることが好ましい。支持体にはドラムやエンドレスベルトなど公知の方法を用いることができるが、生産性に優れることからドラムが好ましい。支持体表面の温度(℃)は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度をTg(℃)としたとき、Tg−100℃以上、Tg+50℃以下であることが好ましい。より好ましくはTg−50℃以上、Tg+30℃以下である。支持体表面の温度がTg−100℃未満であるとシートが支持体上で急冷され、平面性が悪化する場合がある。Tg+50℃を超えると、シートの強度が弱く支持体からの剥離時に平面性が低下する場合がある。
【0072】
本発明のアクリル系フィルムは、フィルムの製膜方向をMD、幅方向をTDとしたとき、MD方向またはTD方向のいずれか1方向に1.1倍以上2.0倍以下の倍率で延伸してなることが好ましい。特に上記方法で得られたアクリル系フィルムはMD方向に割れやすい(折り目がMD方向となるようにフィルムを折ったとき割れやすい)ため、延伸方向はTD方向であることがより好ましい。TD方向の延伸により、MD方向の割れを解消することが可能となる。延伸倍率は1.2倍以上1.9倍以下がより好ましく、1.4倍以上1.8倍以下が更に好ましい。倍率が1.1倍未満であると靱性向上の効果が見られない場合がある。倍率が2.0倍を超えると、均一な延伸が困難となり厚みムラが大きくなったり、フィルムが裂けやすくなる場合がある。
【0073】
本発明のアクリル系ポリマーは、MD方向およびTD方向の2方向にそれぞれ1.1倍以上2.0倍以下の倍率で延伸してなることがより好ましい。上述した1方向の延伸では、例えばアクリル系ポリマーの分子量が低い場合などに、延伸方向と垂直方向の割れは改善されても、延伸方向と並行方向には割れ易い場合がある。この場合、MD方向およびTD方向の2方向に延伸することにより全ての方向の割れが改善される。MD方向およびTD方向の延伸倍率はそれぞれ1.2倍以上1.9倍以下がより好ましく、1.4倍以上1.8倍以下が更に好ましい。倍率が1.1倍未満であると靱性向上の効果が見られない場合がある。倍率が2.0倍を超えると、均一な延伸が困難となり厚みムラが大きくなったり、フィルムが裂けやすくなる場合がある。また、延伸は同時2軸延伸でも逐次2軸延伸でもよい。
【0074】
延伸温度は120℃以上200℃以下であることが好ましい。120℃未満であると、紫外線吸収剤を含有させた場合にフィルムが白化しヘイズが上昇したり、延伸時にフィルム破れが生じる場合がある。200℃を超えると、紫外線吸収剤が気化してフィルム品位が低下したり、紫外線吸収能が低下する場合がある。また、本発明のフィルムは延伸時のフィルム張力が小さいため均一な延伸が困難であり、延伸均一性の観点からは、延伸温度は120℃以上150℃未満であることが好ましい。
【0075】
延伸速度は10%/分以上1,000%/分以下であることが好ましい。延伸速度が10%/分未満であると、延伸による靱性改善の効果が得られなかったり、装置が大きくなり生産性が低下する場合がある。延伸速度が1,000%/分を超えると、紫外線吸収剤を含有させた場合にフィルムが白化しヘイズが上昇したり、延伸時にフィルム破れが生じる場合がある。延伸速度はより好ましくは50%/分以上500%/分以下である
本発明のアクリル系フィルムは、少なくとも片面にハードコート層が形成されていることが好ましく、さらに該フィルムの少なくとも片面に反射防止膜が形成されてなることが好ましい様態である。ハードコート層形成方法に特に限定は無く、公知の方法を用いることができるが、多官能アクリレートを用いる方法などが例示できる。多官能アクリレートとしては、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、テトレエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコーリジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、ポリ(ブタンジオール)ジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリイソプロピレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート及びビスフェノールAジメタクリレートの如きジアクリレート類;トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールモノヒドロキシトリアクリレート及びトリメチロールプロパントリエトキシトリアクリレートのようなトリアクリレート類;ペンタエリスリトールテトラアクリレート及びジ‐トリメチロールプロパンテトラアクリレートの如きテトラアクリレート類;並びにペンタエリスリトール(モノヒドロキシ)ペンタアクリレートのようなペンタアクリレート類を挙げることができる。また、反射防止膜についても限定は無く、公知の方法を用いることが出来る。反射防止膜は無機化合物を用いた乾式でも有機化合物を用いた湿式でも好ましく、低屈折率層を1層用いた単層形でも、高屈折率層、低屈折率層、中屈折率層を任意の層用いた多層形でも好ましく用いられる。
【0076】
本発明のアクリル系フィルムはハードコート層を設けた面の鉛筆硬度がH以上であることが好ましい。より好ましくは3H以上である。鉛筆硬度がH未満であると画像表示素子の最も外側の偏光子保護フィルムとして使用されたとき、外部からの衝撃により傷が付きやすく、製品として使用できない場合がある。
【0077】
かくして得られるフィルムは、その優れた表面硬度、靱性、紫外線吸収能、耐久性、光学等方性を活かして、電気・電子部品、光学フィルター、自動車部品、機械機構部品、OA機器、家電機器などのハウジングおよびそれらの部品類、一般雑貨など種々の用途に用いることができる。
【0078】
ここで、光学フィルターとはディスプレイ機器用の部材であり、特に液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイなどフラットパネルディスプレイに用いられる部材を示す。例えば、プラスチック基板、レンズ、偏光板、偏光子保護フィルム、紫外線吸収フィルム、赤外線吸収フィルム、電磁波シールドフィルムや、プリズムシート、プリズムシート基材、フレネルレンズ、光ディスク基板、光ディスク基板保護フィルム、導光板、位相差フィルム、光拡散フィルム、視野角拡大フィルム、反射フィルム、反射防止フィルム、防眩フィルム、輝度向上フィルム、プリズムシート、タッチパネル用導電フィルムが例示できる。
【0079】
上記成形品の具体的用途としては、例えば、各種カバー、各種端子板、プリント配線板、スピーカー、顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などに代表される光学機器、また、透明性、耐熱性に優れている点から、映像機器関連部品としてカメラ、VTR、プロジェクションTV等のファインダー、フィルター、プリズム、フレネルレンズ等、光記録・光通信関連部品として各種光ディスク(VD、CD、DVD、MD、LD等)基板保護フィルム、光スイッチ、光コネクター等、情報機器関連部品として、液晶ディスプレイ、フラットパネルディスプレイ、プラズマディスプレイの導光板、フレネルレンズ、偏光板、偏光子保護フィルム、位相差フィルム、光拡散フィルム、視野角拡大フィルム、反射フィルム、反射防止フィルム、防眩フィルム、輝度向上フィルム、プリズムシート、タッチパネル用導電フィルム、カバー等、これら各種の用途にとって極めて有用であり、特に光学等方性、表面硬度に優れるため偏光板保護膜として有用である。
【実施例】
【0080】
以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0081】
なお、物性の測定方法、効果の評価方法は次の方法に従って行った。
1.ナノインデンテーション硬度
MTSシステムズ社製の超微小硬度計「Nano Indenter XP」を用いてナノインデンテーション法によって測定をおこなった。ダイヤモンド製正三角錐圧子を用いて押し込み付加/除荷試験を行い、加重−押し込み深さ線図を取得する。ここで、圧子先端形状の補正係数をη、圧子の幾何学形状から求まる定数をk、加重−押し込み深さ線図から算出される有効接触深さをhcとした時、最大荷重Pmaxにおける硬さHは下記式より算出される。
【0082】
H=Pmax/(η×k×hc
下記の測定条件で10回測定を行った。表には押し込み深さ1μmのときの硬度Hおよび、深さ3μmのときの硬度Hを記載した。
測定条件
測定装置:MTSシステムズ社製 超微小硬度計 Nano Indenter XP
測定方法:ナノインデンテーション法(連続剛性測定法)
使用圧子:ダイヤモンド製正三角錐圧子
最大押し込み深さ:約3μm
測定雰囲気:室温・大気中
2.MIT耐折回数
MIT耐折度試験機MIT−D(東洋精機社製)を用いて、温度23℃、相対湿度65%において測定した。試験片は幅10mm、荷重は2.5kg/mmとして、フィルムのMD方向およびTD方向の耐折回数を測定し、MD方向およびTD方向のうち耐折回数が小さいものについて、以下の基準で評価した。
【0083】
○:耐折回数が50,000回以上
△:耐折回数が10,000回以上50,000回未満
×:耐折回数が10,000回未満
3.380nmにおける光線透過率
下記装置を用いて測定し、各波長の光に対応する透過率を求めた。測定は1回行った。
【0084】
透過率(%)=(T1/T0)×100
ただしT1は試料を通過した光の強度、T0は試料を通過しない以外は同一の距離の空気中を通過した光の強度である。
【0085】
装置:UV測定器U−3410(日立計測社製)
波長範囲:300nm〜800nm
測定速度:120nm/分
測定モード:透過
測定結果より波長380nmの光に対する光線透過率を求めた。
【0086】
4.透明性(全光線透過率、ヘイズ値)
日本電色工業(株)製ヘイズメーターNDH5000を用いて、23℃での全光線透過率(%)、ヘイズ値(%)を3回測定し、平均値で透明性を評価した。全光線透過率はJIS−K7361−1(1997)、ヘイズはJIS−K7136(2000)に準じて測定を行った。
【0087】
5.フィルム厚み
マイクロ厚み計(アンリツ社製)を用いて5点測定し、平均値を求めた。
【0088】
6.面内の位相差Ret、厚み方向の位相差Rth
王子計測(株)製の自動複屈折系(KOBRA−21ADH)を用い、波長590nmの光線に対する樹脂フィルム面内の直交軸方向の屈折率をnx、ny(ただしnx≧ny)、波長590nmの光線に対する樹脂フィルムの厚み方向の屈折率nzを測定し、樹脂フィルムの厚みをd(nm)とした時に下記式から求めた。測定回数は1回。
【0089】
面内の位相差Ret(nm)=d×(nx−ny)
厚み方向の位相差Rth(nm)=d×{(nx+ny)/2−nz}
7.ガラス転移温度(Tg)
示差走査熱量計(Perkin Elmer社製DSC−7型)を用い、窒素雰囲気下、20℃/minの昇温速度で測定した。サンプル量は5mgとした。
【0090】
尚、ここでいうガラス転移温度とは、示差走査熱量測定器(Perkin Elmer社製DSC−7型)を用いて、昇温速度20℃/分で測定し、JIS−K7121(1987)に従い、求めた中間点ガラス転移温度(Tmg)である。
【0091】
8.質量平均分子量(絶対分子量)
以下の条件でGPC法により測定した。
【0092】
測定条件
測定装置:ゲル浸透クロマトグラフGPC(東ソー社製)
検出器:示差屈折率検出器RI(8020型、感度32)(東ソー社製)
カラム:TSKgel GMHXL(2本)、G2500HXL(1本)
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
温度:23℃±2℃
試料濃度:0.2wt%
試料濾過:メンブレンフィルター(孔径0.2μm)
注入量:0.200mL
標準試料:ポリメチルメタクリレート(PMMA)
ジメチルテレフタレート(DMT)
データ処理:GPCデータ処理システム
9.破断伸度・引張弾性率
JIS−K7127(1999)に規定された方法によりロボットテンシロンRTA100(オリエンテック社製)を用いて、25℃、65%RH雰囲気で5回測定を行い、平均値を求めた。ただし、試験片は幅10mmで長さ50mmの試料とした。試験を開始してから荷重が1Nを通過した点を伸びの原点とした。
【0093】
10.表面硬度評価
アクリル系フィルム上へ以下の方法にてハードコート層を形成した。ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬(株)社製)90質量部、マクロモノマーAN−6S(末端基がメタクリロイル基で高分子量(セグメント)の成分がスチレン/アクリロニトリルであり、数平均分子量が6,000のマクロモノマー)(東亞合成(株)社製、固形分40質量部)20質量部、光開始剤1−ヒドロキシフェニルケトン(チバ・スペシャリテイ・ケミカルズ(株)社製)5質量部、トルエン50質量部、メチルエチルケトン50質量部を攪拌混合して、ハードコート層形成用の塗液とした。幅570mmのフィルムの中央部550mmについて、市販のコーター装置を用いて、3本リバースコート法によって上記塗液Aを乾燥後の厚みが5μmとなるように塗布し、フローターオーブンで、1.5MPaの張力下で80℃30秒、100℃30秒の2段階乾燥を行った後、塗膜からの高さ12cmにセットした80W/cmの強度を有する高圧水銀ランプ灯の下を5m/分の速度で通過させ、ハードコート層を形成した。
【0094】
続いてHEIDON(新東科学(株)製)を用い、ハードコート層形成面にJIS K−5400(1979)に従って鉛筆硬度を5回測定した。ただし、荷重は500gとした。また、傷の観察は、鉛筆硬度測定面の裏面に黒いアクリル板を貼り合わせ、微分干渉顕微鏡を用いて反射光で測定面を観察し、傷の有無を確認した。5回測定中、2回以上に傷が確認された場合を不合格、2回未満の場合を合格とし、以下の基準で評価した。
【0095】
◎:鉛筆硬度が3H以上
○:鉛筆硬度が3H未満、H以上
×:鉛筆硬度がH未満
11.加工性評価
フィルムを180°折り曲げたとき、折り目でフィルムが割れる回数を確認した。フィルムの製膜方向および幅方向に沿ってそれぞれ5回ずつ合計10回フィルムを折り曲げたとき、以下の基準で評価した。
【0096】
○:割れる回数が0回
△:割れる回数が1〜4回
×:割れる回数が5〜10回
12.耐久性評価
得られたサンプルを温度60℃湿度90%RHの条件下で100時間湿熱処理を行った。湿熱処理前のサンプルの380nmにおける光線透過率をT(%)、湿熱処理後のサンプルの380nmにおける光線透過率をTII(%)としたとき、以下の基準で評価した。
【0097】
○:TおよびTIIが共に5%未満である。
【0098】
△:TおよびTIIが共に10%未満であり、TおよびTIIの両方またはいずれか一方が5%以上である。
【0099】
×:TおよびTIIの両方またはいずれか一方が10%以上である。
【0100】
13.実用性評価
本発明のアクリル系フィルムと偏光子と参考例1のアクリル系フィルムをこの順に張り合わせて偏光板を作成した。携帯電話F903i(A)の最表面の偏光板を取り除き、代わりに作成した偏光板を、本発明のアクリル系フィルムが外側となるように偏光軸の方向を合わせて貼り、携帯電話サンプル(B)を得た。F903i(A)と本発明のサンプルを使用した携帯電話サンプル(B)を紫外線劣化促進試験機アイスーパーUVテスターSUV−W131(岩崎電気(株)製)に設置し、照度100mW/cm、温度60℃、相対湿度50%RH、の条件で16時間強制紫外線照射試験を行った。処理後の携帯電話F903i(A’)および処理後の携帯電話サンプル(B’)を見比べ以下の基準で評価した。
【0101】
○:(B’)の視認性が(A’)の視認性と同レベルまたは、それ以上
△:(B’)の視認性が(A’)の視認性よりやや劣る
×:(B’)の視認性が(A’)の視認性より明らかに劣る
14.各成分組成
アクリル系フィルムをアセトンに溶解し、この溶液を9,000rpmで30分間遠心分離して、アセトン可溶成分とアセトン不溶成分とに分離した。アセトン可溶成分を60℃で5時間減圧乾燥し、各成分単位を定量してアクリル樹脂の各成分組成を特定した。
【0102】
各成分単位の定量は、プロトン核磁気共鳴(H−NMR)法により行った。H−NMR法では、例えば、グルタル酸無水物単位、メタクリル酸、メタクリル酸メチルからなる共重合体の場合、ジメチルスルホキシド重溶媒中でのスペクトルの帰属を、0.5〜1.5ppmのピークがメタクリル酸、メタクリル酸メチルおよびグルタル酸無水物環化合物のα−メチル基の水素、1.6〜2.1ppmのピークはポリマー主鎖のメチレン基の水素、3.5ppmのピークはメタクリル酸メチルのカルボン酸エステル(−COOCH)の水素、12.4ppmのピークはメタクリル酸のカルボン酸の水素と、スペクトルの積分比から共重合体組成を決定することができる。また上記に加えて、他の共重合成分としてスチレンを含有する共重合体の場合、6.5〜7.5ppmにスチレンの芳香族環の水素が見られ、同様にスペクトル比から共重合体組成を決定することができる。
【0103】
ゴム質重合体の重量平均粒子径は「Rubber Age, Vol.88, p.484−490 (1960), by E.Schmidt, P.H.Biddison」に記載のアルギン酸ナトリウム法、つまりアルギン酸ナトリウムの濃度によりクリーム化するポリブタジエン粒子径が異なることを利用して、クリーム化した重量割合とアルギン酸ナトリウム濃度の累積重量分率より累積重量分率50%の粒子径を求める方法により測定することができる。
【0104】
(実施例1)
(1)アクリル系ポリマーの調製
アクリル系ポリマー(あ−1)
先ず、メタクリル酸メチル/アクリルアミド共重合体系懸濁剤を、次のようにして調整した。
【0105】
メタクリル酸メチル20質量部、
アクリルアミド80質量部、
過硫酸カリウム0.3質量部、
イオン交換水1500質量部
を反応器中に仕込み、反応器中を窒素ガスで置換しながら、単量体が完全に重合体に転化するまで、70℃に保ち反応を進行させた。得られた水溶液を懸濁剤とした。容量が5リットルで、バッフルおよびファウドラ型撹拌翼を備えたステンレス製オートクレーブに、上記懸濁剤0.05質量部をイオン交換水165質量部に溶解した溶液を供給し、系内を窒素ガスで置換しながら400rpmで撹拌した。
【0106】
次に、下記仕込み組成の混合物質を、反応系を撹拌しながら添加した。
【0107】
メタクリル酸 :27質量部
メタクリル酸メチル :73質量部
t−ドデシルメルカプタン :1.2質量部
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル:0.4質量部
添加後、70℃まで昇温し、内温が70℃に達した時点を重合開始時点として、180分間保ち、重合を進行させた。
【0108】
その後、通常の方法に従い、反応系の冷却、ポリマーの分離、洗浄、乾燥を行い、ビーズ状の共重合体を得た。この共重合体の重合率は97%であり、質量平均分子量は12万であった。上記共重合体に添加剤(NaOCH3)を0.2質量%配合し、2軸押出機(TEX30(日本製鋼社製、L/D=44.5)を用いて、ホッパー部より窒素を10L/分の量でパージしながら、スクリュー回転数100rpm、原料供給量5kg/h、シリンダ温度290℃で分子内環化反応を行い、ペレット状のアクリル系ポリマー(あ−1)を得た。アクリル系ポリマー(あ−1)の質量平均分子量は12万、Tgは135℃であった。
【0109】
(2)紫外線吸収剤の混練
アクリル系ポリマー(あ−1)に株式会社ADEKA社製紫外線吸収剤、アデカスタブLA−36を配合し、2軸押出機(TEX30(日本製鋼社製、L/D=44.5)を用いて、ホッパー部より窒素を10L/分の量でパージしながら、スクリュー回転数150rpm、原料供給量5kg/h、シリンダ温度270℃で混練し、ペレット状のアクリル系ポリマー(あ−2)を得た。得られたアクリル系ポリマー(あ−2)の熱重量分析を行った結果、アクリル系ポリマー100質量部に対し紫外線吸収剤は2質量部含有されていた。
【0110】
(3)製膜
次いで、100℃で3時間乾燥したアクリル系ポリマー(あ−2)を45mmφの一軸押出機(S1)(設定温度250℃)を用いて、また、100℃で3時間乾燥したアクリル系ポリマー(あ−1)を40mmφの一軸押出機(S2)(設定温度250℃)を用いて押し出し、積層構成がアクリル系ポリマー(あ−1)/アクリル系ポリマー(あ−2)/アクリル系ポリマー(あ−1)となるフィードブロックを介して積層した後、Tダイ(設定温度250℃)を介してシート状に押出した。このフィルムを130℃の冷却ロールに片面を完全に接着させるようにして冷却して、未延伸のアクリル系フィルムを得た。このとき、Tダイのリップ間隙は0.8mmであった。このフィルムの積層比は吐出量を調整し、アクリル系ポリマー(あ−1):アクリル系ポリマー(あ−2):アクリル系ポリマー(あ−1)が1:5:1となるようにした。フィルムの断面観察の結果、積層比は1:5:1であった。更に得られた未延伸のアクリル系フィルムを、フィルムストレッチャーを用いて延伸温度135℃でMD方向TD方向にそれぞれ1.5倍同時に延伸した。かくして得られたアクリル系フィルムは厚み40μmであり、硬度、靱性、紫外線吸収能、耐久性ともに優れており、また光学等方性も優れていた。得られたフィルムの物性を表1に示す。
【0111】
(参考例1)
(4)弾性体粒子の調製
多層構造重合体である弾性体粒子(1)
冷却器付きのガラス容器(容量5リットル)内に、初期調整溶液として、
脱イオン水120質量部、
炭酸カリウム0.5質量部、
スルホコハク酸ジオクチル0.5質量部、
過硫酸カリウム0.005質量部
を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌後、
アクリル酸ブチル53質量部、
スチレン17質量部、
メタクリル酸アリル(架橋剤)1質量部
を仕込んだ。これら混合物を70℃で30分間反応させて、ゴム質重合体を得た。
【0112】
次いで、
メタクリル酸メチル21質量部、
メタクリル酸9質量部、
過硫酸カリウム0.005質量部
の混合物を引き続き70℃で90分かけて連続的に添加し、更に90分間保持して、シェル層を重合させた。
【0113】
この重合体ラテックスを硫酸で凝固し、苛性ソ−ダで中和した後、洗浄、濾過、乾燥して、多層構造重合体である弾性体粒子(1)を得た。弾性体粒子のゴム質重合体部分の平均粒子径は140nmであった。
【0114】
(5)アクリル系ポリマー(あ−1)と弾性体粒子(1)との配合と製膜
実施例1に記載のアクリル系ポリマー(あ−1)80質量部と弾性体粒子(1)20質量部とを配合し、2軸押出機(日本製鋼社製TEX30、L/D=44.5)を用いて、スクリュー回転数150rpm、シリンダ温度280℃で混練し、ペレット状のアクリル系ポリマー組成物(1)を得た。ポリマーのTgは133℃であった。
【0115】
次いで、100℃で3時間乾燥したアクリル系ポリマー組成物(1)を45mmφの一軸押出機(S1)(設定温度250℃)を用いて押し出し、Tダイ(設定温度250℃)を介してシート状に押出した。このフィルムを130℃の冷却ロールに片面を完全に接着させるようにして冷却して、未延伸の厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。このとき、Tダイのリップ間隙は0.8mmであった。
【0116】
(実施例2〜4)
実施例1において、押出機の吐出量を変更して積層比を変化さる以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表1に示す。
【0117】
(実施例5)
実施例1において、延伸をTD方向のみとし、表1に示すとおりに変更する以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表1に示す。
【0118】
(実施例6)
実施例1において、2,2’−アゾビスイソブチロニトリルの量を変更して質量平均分子量を10万にしたアクリル系ポリマー(あ−3)を得た。さらに、アクリル系ポリマー(あ−3)に実施例1と同様の方法で紫外線吸収剤を混練しアクリル系ポリマー(あ−4)を得た。製膜に用いるアクリル系ポリマーを表1に示すとおり変更する以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表1に示す。
【0119】
(実施例7)
参考例1において弾性体粒子の添加量を10質量部とする以外は参考例1と同様の方法でアクリル系ポリマー組成物(2)を得た。さらに、アクリル系ポリマー組成物(2)に実施例1と同様の方法で紫外線吸収剤を混練しアクリル系ポリマー組成物(あ−5)を得た。製膜に用いるアクリル系ポリマーを表1に示すとおり変更する以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表1に示す。
【0120】
(実施例8)
アクリル系ポリマー(い−1)として、住友化学(株)製“スミペックス”(登録商標)「MHF」を用い、更に、アクリル系ポリマー(い−1)に実施例1と同様の方法で紫外線吸収剤を混練しアクリル系ポリマー(い−2)を得た。製膜に用いるアクリル系ポリマーを表1に示すとおり変更し、更に一軸押出機(S1)および(S2)の設定温度を240℃とし、また、延伸温度を120℃とする以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み20μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表1に示す。
【0121】
(実施例9)
表面層用のアクリル系ポリマーとして実施例8に記載の(い−1)を用い、中間層用のポリマーとして実施例6に記載の(あ−4)を用い、更に一軸押出機(S2)の設定温度を240℃とし、また、延伸温度を125℃とする以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み30μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表1に示す。
【0122】
(実施例10)
表面層用のアクリル系ポリマーとして実施例6に記載の(あ−3)を用い、中間層用のポリマーとして実施例8に記載の(い−2)を用い、更に一軸押出機(S1)の設定温度を240℃とし、また、延伸温度を125℃とする以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み30μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表1に示す。
【0123】
(比較例1)
実施例6において、延伸をTD方向のみとし、表2に示すとおりに変更する以外は実施例6と同様の方法で製膜を行い、厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表2に示す。質量平均分子量がやや低いこと、MD方向に延伸を行わなかったことから、フィルムがTD方向に割れやすく、加工性評価が悪化した。
【0124】
(比較例2)
実施例1において表面層用の一軸押出機(S2)を使用しない以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表2に示す。フィルム表面に紫外線吸収剤が含まれるため、Tダイからの吐出時に紫外線吸収剤の一部が気化し、表面が荒れ、ヘイズ値が大きくなった。またブリードアウトにより耐久性評価が悪化した。
【0125】
(比較例3)
実施例1において、中間層にも紫外線吸収剤を含有しないアクリル系ポリマー(あ−1)を用い、それ以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。紫外線吸収能が低いため実用性評価が悪化した。
【0126】
(比較例4)
参考例1のアクリル系ポリマー組成物(1)に実施例1と同様の方法で紫外線吸収剤を混練しアクリル系ポリマー組成物(あ−6)を得た。製膜に用いるアクリル系ポリマーを表2に示すとおり変更する以外は実施例2と同様の方法で製膜を行い、厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表2に示す。中間層に弾性体粒子を用いており、更に表面層の厚みが薄いため表面硬度評価が悪化した。
【0127】
(比較例5)
参考例1において弾性体粒子の添加量を10質量部とする以外は参考例1と同様の方法でアクリル系ポリマー組成物(あ−7)を得た。さらに、アクリル系ポリマー組成物(2)に実施例1と同様の方法で紫外線吸収剤を混練しアクリル系ポリマー組成物(あ−5)を得た。製膜に用いるアクリル系ポリマーを表2に示すとおり変更する以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み40μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表2に示す。表面層用のポリマーにも弾性体粒子を添加したため表面硬度評価が悪化した。
【0128】
(比較例6)
アクリル系ポリマー組成物(い−3)として、住友化学(株)製“スミペックス”(登録商標)「HT01X」を用い、更に、アクリル系ポリマー組成物(い−3)に実施例1と同様の方法で紫外線吸収剤を混練しアクリル系ポリマー組成物(い−4)を得た。製膜に用いるアクリル系ポリマーを表2に示すとおり変更し、更に一軸押出機(S1)および(S2)の設定温度を240℃とし、延伸温度を120℃とする以外は実施例1と同様の方法で製膜を行い、厚み20μmのアクリル系フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表2に示す。フィルムのナノインデンテーション硬度が低いため、表面硬度評価が悪化した。
【0129】
【表1】

【0130】
【表2】

【産業上の利用可能性】
【0131】
本発明のアクリル系フィルムは、透明性に優れるため、例えば、各種カバー、各種端子板、プリント配線板、スピーカー、顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などに代表される光学機器、また、映像機器関連部品としてカメラ、VTR、プロジェクションTV等のファインダー、フィルター、プリズム、フレネルレンズ等、光記録・光通信関連部品として各種光ディスク(VD、CD、DVD、MD、LD等)基板保護フィルム、光スイッチ、光コネクター等、情報機器関連部品として、液晶ディスプレイ、フラットパネルディスプレイ、プラズマディスプレイの導光板、フレネルレンズ、偏光板、偏光子保護フィルム、位相差フィルム、光拡散フィルム、視野角拡大フィルム、反射フィルム、反射防止フィルム、防眩フィルム、輝度向上フィルム、タッチパネル用導電フィルム、カバー等、に用いることができるが、特に光学等方性、表面硬度に優れるため、基板フィルムや、偏光子保護フィルムとして極めて有用である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記物性(1)〜(6)を全て満足するアクリル系フィルム。
物性(1):ナノインデンテーション法で測定した深度1μmにおける硬度Hが0.22GPa以上である。
物性(2):ナノインデンテーション法で測定した深度3μmにおける硬度Hが0.24GPa以上である。
物性(3):フィルムの製膜方向をMD、幅方向をTDとしたとき、MIT耐折度試験機で測定した耐折回数がMD方向TD方向共に1万回以上である。
物性(4):波長380nmにおける光線透過率が10%未満である。
物性(5):ヘイズが3%以下である。
物性(6):温度60℃、相対湿度90%の雰囲気下で100時間静置した後のヘイズが3%以下である。
【請求項2】
厚みが20μm以上100μm以下である、請求項1に記載のアクリル系フィルム。
【請求項3】
フィルム面内の位相差(Ret)が5nm以下であり、フィルムの厚み方向の位相差(Rth)が−5nm以上5nm以下である、請求項1または2に記載のアクリル系フィルム。
【請求項4】
ガラス転移温度(Tg)が120℃以上である、請求項1〜3のいずれかに記載のアクリル系フィルム。
【請求項5】
アクリル系フィルムが、下記構造式(a)〜(c)からなる群から選ばれる少なくとも一つの構造単位を含有するアクリル系ポリマーを含む、請求項1〜4のいずれかに記載のアクリル系フィルム。
【化1】

(上記式中、R1、R2は、同一または相異なる水素原子または炭素数1〜5のアルキル基または、カルボキシル基、または炭素数2〜5のカルボキシアルキル基を表す。また、上記式中、X1、X2は、同一または相異なるCHまたはC=Oを表す。Xは、O、またはNRを表す。Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基または、カルボキシル基、または炭素数2〜5のカルボキシアルキル基を表す。)
【化2】

(上記式中、Rは、水素原子または炭素数1〜5のアルキル基または、カルボキシル基、または炭素数2〜5のカルボキシアルキル基を表す。)
【化3】

(上記式中、Rは、炭素数6〜15の脂環式構造を含有する置換基を表す。)
【請求項6】
アクリル系フィルムが、下記構造式(d)で表されるグルタル酸無水物単位を含有するアクリル系ポリマーを含む、請求項5に記載のアクリル系フィルム。
【化4】

(上記式中、R、Rは、同一または相異なる水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表す。)
【請求項7】
アクリル系フィルムが、共押出による3層積層フィルムであり、各層をフィルムの片面側から順にA層(表面層)、B層(中間層)、C層(表面層)としたとき、A層、B層、C層の全ての層が請求項5または6に記載のアクリル系ポリマーを含み、B層に紫外線吸収剤を含有している、請求項1〜6のいずれかに記載のアクリル系フィルム。
【請求項8】
紫外線吸収剤がベンゾトリアゾール系化合物である、請求項7に記載のアクリル系フィルム。
【請求項9】
A層、B層、C層の厚み(μm)をそれぞれa、b、cとしたとき、a、b、cが下記式を満足する、請求項7または8に記載のアクリル系フィルム。
0.5≦c/a≦2
2≦b/a≦10
【請求項10】
アクリル系フィルム中に、シリコーン系化合物、スチレン系化合物、ニトリル系化合物、共役ジエン系化合物、ウレタン系化合物、エチレン系化合物、プロピレン系化合物およびイソブテン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を重合させたものから構成されるゴム成分を含有しない、請求項1〜9のいずれかに記載のアクリル系フィルム。
【請求項11】
アクリル系ポリマーの質量平均分子量が9万以上である、請求項5〜10のいずれかに記載のアクリル系フィルム。
【請求項12】
請求項1〜11のいずれかに記載のアクリル系フィルムの少なくとも片面にハードコート層を積層した積層フィルム。
【請求項13】
請求項1〜12のいずれかに記載のアクリル系フィルムまたは請求項14に記載の積層フィルムを偏光子保護フィルムに用いた偏光板。

【公開番号】特開2009−52036(P2009−52036A)
【公開日】平成21年3月12日(2009.3.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−195907(P2008−195907)
【出願日】平成20年7月30日(2008.7.30)
【出願人】(000003159)東レ株式会社 (7,677)
【Fターム(参考)】