JP2018058329A - Laminated body and method for producing laminated body - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
本発明は、優れた酸素及び水蒸気バリア性を有する積層体に関する。 The present invention relates to a laminate having excellent oxygen and water vapor barrier properties.
飲食物、医薬品、日用品など様々なものを包装するために、各種包装材料が用いられてきたが、これらの包装材料には、内容物の劣化を防止するために酸素バリア性、水蒸気バリア性が必要とされる。優れたガスバリア性を有する包装材料としては、アルミニウム箔が挙げられるが、アルミニウム箔はピンホールが発生しやすく、用途が限定される。また、視認性がないために内容物が見えなかったり、電子レンジを使用できなかったりする等の欠点がある。 Various packaging materials have been used to wrap various items such as food, drinks, pharmaceuticals, and daily necessities. These packaging materials have oxygen barrier properties and water vapor barrier properties to prevent deterioration of the contents. Needed. Examples of the packaging material having excellent gas barrier properties include aluminum foil, but aluminum foil tends to generate pinholes and has limited applications. Moreover, since there is no visibility, there is a drawback that the contents cannot be seen or the microwave oven cannot be used.
これらの問題を解決するため、ポリエステル等の樹脂フィルム上に、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)やエチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)といったバリア性を有する層を備えた積層体が用いられてきた。しかしながら、PVDCは構造中に塩素原子を含むため、使用後の焼却処理で塩素ガスを発生し、環境衛生上の問題がある。一方、EVOHは乾燥状態での酸素バリア性には優れているが、水蒸気バリア性がなく、熱水中で容易に溶解するといった課題がある。 In order to solve these problems, a laminate comprising a layer having a barrier property such as polyvinylidene chloride (PVDC) or ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH) on a resin film such as polyester has been used. However, since PVDC contains chlorine atoms in its structure, chlorine gas is generated during incineration after use, and there is a problem in environmental health. On the other hand, EVOH has an excellent oxygen barrier property in a dry state, but has a problem that it has no water vapor barrier property and easily dissolves in hot water.
また、別の方法として、ポリエステル等のフィルム上に、真空蒸着法等によって、例えば酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の無機酸化物の蒸着膜を設けた蒸着フィルムも提案されている。これらの無機酸化物は透明であるため、視認性を有しており、また、電子レンジを利用した調理にも対応可能である。しかしながら、無機酸化物層は硬いため、屈曲によってクラックやピンホールが発生し、ガスバリア性が著しく低下するという問題がある。 As another method, a vapor deposition film is also proposed in which a vapor deposition film of an inorganic oxide such as aluminum oxide or silicon oxide is provided on a film of polyester or the like by a vacuum vapor deposition method or the like. Since these inorganic oxides are transparent, they have visibility and can be used for cooking using a microwave oven. However, since the inorganic oxide layer is hard, there is a problem that cracks and pinholes are generated by bending and the gas barrier property is remarkably lowered.
そこで、ポリエステル等の樹脂フィルム上に、ケイ素酸化物や酸化アルミニウム等の無機化合物層を設け、さらにその上にポリマーコーティングしてガスバリア層を積層することで、酸素バリア性、水蒸気バリア性を両立するバリアフィルムが開示されている(特許文献1、2)。 Therefore, by providing an inorganic compound layer such as silicon oxide or aluminum oxide on a resin film such as polyester and further polymer coating on it, a gas barrier layer is laminated to achieve both oxygen barrier properties and water vapor barrier properties. A barrier film is disclosed (Patent Documents 1 and 2).
特許文献1では、樹脂基材上に第1層として金属酸化物層を設け、さらに第2層として水溶性高分子と、アルコキシドまたは塩化錫の少なくともいずれか1つとを含むガスバリア性被膜を設けてガスバリア性積層フィルムとしている。また、特許文献2では透明プラスチック基材フィルム上に、蒸着膜を設け、さらに、金属アルコキシドとポリビニルアルコール系樹脂及び/又はエチレン・ビニルアルコール共重合体とを含有するコート剤を塗布して透明バリア性積層フィルムを製造する方法について開示されている。しかしながら、いずれの特許文献も、ガスバリア性フィルムを熱処理したり、カップリング剤を含んだりなどしてバリア性を高めているものの、バリア性向上の要因を明確にとらえておらず、安定して良好なバリア性を得るには課題があった。 In Patent Document 1, a metal oxide layer is provided as a first layer on a resin substrate, and a gas barrier film including a water-soluble polymer and at least one of alkoxide or tin chloride is provided as a second layer. It is a gas barrier laminate film. Further, in Patent Document 2, a vapor deposition film is provided on a transparent plastic substrate film, and a coating agent containing a metal alkoxide and a polyvinyl alcohol resin and / or an ethylene / vinyl alcohol copolymer is applied to form a transparent barrier. A method for producing a conductive laminated film is disclosed. However, although all patent documents improve the barrier property by heat-treating the gas barrier film or including a coupling agent, the factors for improving the barrier property are not clearly understood and are stable and good. There was a problem in obtaining a good barrier property.
本発明では、この課題を鑑み、積層体の好ましい状態を明らかにすることで、バリア性に優れた積層体を安定して提供することを目的とする。 In view of this problem, an object of the present invention is to provide a laminate having excellent barrier properties by clarifying a preferable state of the laminate.
本発明の積層体は、基材フィルムの少なくとも一方の面に、無機化合物層と、有機無機混合層を基材フィルム側からこの順に有する積層体であって、該有機無機混合層が、ビニルアルコール系樹脂とSi(OR)4で表される金属アルコキシドを含み、式(1)で表される陽電子消滅法で求めた空孔の自由体積Vと、蛍光X線分析で求めたケイ素量Sの比率V/Sが0.01以上0.1以下であることを特徴とする。 The laminate of the present invention is a laminate having an inorganic compound layer and an organic-inorganic mixed layer in this order from the base film side on at least one surface of the base film, and the organic-inorganic mixed layer is vinyl alcohol. Of the vacancy free volume V obtained by the positron annihilation method represented by the formula (1) and the silicon amount S obtained by the fluorescent X-ray analysis, which contains a metal-based resin and a metal alkoxide represented by Si (OR) 4 The ratio V / S is 0.01 or more and 0.1 or less.
また、本発明の積層体は、基材フィルムの少なくとも一方の面に、無機化合物層と、有機無機混合層を基材フィルム側からこの順に有する積層体であって、該有機無機混合層をレーザーラマン分光法で測定して得られる、金属アルコキシド由来のランダムネットワーク構造を示すラマンバンドの面積A1と、直鎖状ポリシロキサンを示すラマンバンドの面積A2との比A1/A2が、3.0以上9.0以下であることを特徴とする。 Further, the laminate of the present invention is a laminate having an inorganic compound layer and an organic-inorganic mixed layer in this order from the base film side on at least one surface of the base film, and the organic-inorganic mixed layer is a laser. The ratio A1 / A2 between the Raman band area A1 indicating a random network structure derived from a metal alkoxide and the Raman band area A2 indicating a linear polysiloxane obtained by Raman spectroscopy is 3.0 or more. It is 9.0 or less.
本発明によれば、優れた酸素および水蒸気バリア性を有する積層体を提供することができる。 According to the present invention, a laminate having excellent oxygen and water vapor barrier properties can be provided.
以下、本発明の積層体について、さらに詳しく説明する。 Hereinafter, the laminate of the present invention will be described in more detail.
本発明の積層体は、基材フィルムの少なくとも一方の面に、無機化合物層と、有機無機混合層を基材フィルム側からこの順に有する積層体であって、該有機無機混合層が、ビニルアルコール系樹脂とSi(OR)4で表される金属アルコキシドとを含み、式(1)で表される陽電子消滅法で求めた空孔の自由体積Vと、蛍光X線分析で求めたケイ素量Sの比率V/Sが0.01以上0.1以下であることを特徴とする。 The laminate of the present invention is a laminate having an inorganic compound layer and an organic-inorganic mixed layer in this order from the base film side on at least one surface of the base film, and the organic-inorganic mixed layer is vinyl alcohol. Free volume V obtained by the positron annihilation method represented by the formula (1), and the silicon content S obtained by fluorescent X-ray analysis, including a resin based on metal and a metal alkoxide represented by Si (OR) 4 The ratio V / S is 0.01 or more and 0.1 or less.
また、本発明の積層体は、基材フィルムの少なくとも一方の面に、無機化合物層と、有機無機混合層を基材フィルム側からこの順に有する積層体であって、該有機無機混合層をレーザーラマン分光法で測定して得られる、金属アルコキシド由来のランダムネットワーク構造を示すラマンバンドの面積A1と、直鎖状ポリシロキサンを示すラマンバンドの面積A2との比A1/A2が、3.0以上9.0以下であることを特徴とする。 Further, the laminate of the present invention is a laminate having an inorganic compound layer and an organic-inorganic mixed layer in this order from the base film side on at least one surface of the base film, and the organic-inorganic mixed layer is a laser. The ratio A1 / A2 between the Raman band area A1 indicating a random network structure derived from a metal alkoxide and the Raman band area A2 indicating a linear polysiloxane obtained by Raman spectroscopy is 3.0 or more. It is 9.0 or less.
[基材フィルム]
本発明にかかる基材フィルムは特に限定はなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−2、6−ナフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステルアミド系樹脂、ポリエーテルエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、あるいはポリ塩化ビニル系樹脂等が挙げられる。中でも、無機酸化物層との密着力やハンドリングの観点からポリエステルフィルムが好ましい。基材フィルムは、未延伸であっても、延伸(一軸又は二軸)されていてもよいが、熱寸法安定性の観点から二軸延伸フィルムであることが好ましい。
[Base film]
The base film according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include polyester resins such as polyethylene terephthalate, polyethylene-2, 6-naphthalate, polypropylene terephthalate, and polybutylene terephthalate, polyethylene, polystyrene, polypropylene, polyisobutylene, polybutene, poly Polyolefin resins such as methylpentene, cyclic polyolefin resins, polyamide resins, polyimide resins, polyether resins, polyester amide resins, polyether ester resins, acrylic resins, polyurethane resins, polycarbonate resins, or Examples thereof include polyvinyl chloride resin. Among these, a polyester film is preferable from the viewpoint of adhesion with the inorganic oxide layer and handling. Although the base film may be unstretched or stretched (uniaxial or biaxial), it is preferably a biaxially stretched film from the viewpoint of thermal dimensional stability.
基材フィルムの厚みは、特に制限はないが、1μm以上100μm以下が好ましく、5μm以上50μm以下がさらに好ましく、10μm以上30μm以下がより好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of a base film, 1 micrometer or more and 100 micrometers or less are preferable, 5 micrometers or more and 50 micrometers or less are more preferable, and 10 micrometers or more and 30 micrometers or less are more preferable.
基材フィルムの表面には、無機酸化物層との密着性を向上させるため、必要に応じて、コロナ処理、オゾン処理、プラズマ処理、グロー放電処理等を施してもよい。 The surface of the base film may be subjected to corona treatment, ozone treatment, plasma treatment, glow discharge treatment or the like as necessary in order to improve the adhesion with the inorganic oxide layer.
[無機化合物層]
本発明にかかる無機化合物層は、無機化合物を含む。無機化合物としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、錫、インジウム、ケイ素およびそれらの酸化物等が挙げられ、これらは単独であっても、2種類以上の混合物であってもよい。無機化合物層は、アルミニウム等の金属を含んでもよいが、金属酸化物または金属窒化物を含むことがより好ましい。無機化合物層が金属酸化物または金属窒化物を含む場合、内容物の視認性が向上し、使用後に焼却処理することができるため好ましい。金属酸化物としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化錫、酸化インジウム合金、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素が、金属窒化物としては窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ケイ素等が挙げられる。これらの無機化合物は単独であっても2種以上の混合物であってもよい。これらの中でも加工コストやガスバリア性能の観点から、酸化アルミニウムが好ましい。
[Inorganic compound layer]
The inorganic compound layer according to the present invention includes an inorganic compound. Examples of the inorganic compound include aluminum, magnesium, titanium, tin, indium, silicon, and oxides thereof. These may be used alone or as a mixture of two or more. The inorganic compound layer may contain a metal such as aluminum, but more preferably contains a metal oxide or metal nitride. In the case where the inorganic compound layer contains a metal oxide or a metal nitride, the visibility of the contents is improved, and it can be incinerated after use, which is preferable. Examples of the metal oxide include aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, tin oxide, indium oxide alloy, silicon oxide, and silicon oxynitride. Examples of the metal nitride include aluminum nitride, titanium nitride, and silicon nitride. These inorganic compounds may be used alone or as a mixture of two or more. Among these, aluminum oxide is preferable from the viewpoint of processing cost and gas barrier performance.
無機化合物層の形成方法に特に制限はなく、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマ気相成長法等、公知の方法で形成できるが、生産性の観点から真空蒸着法が好ましい。 The method for forming the inorganic compound layer is not particularly limited, and can be formed by a known method such as a vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a plasma vapor phase growth method, etc., but a vacuum vapor deposition method is preferable from the viewpoint of productivity.
無機化合物層の厚みは、5nm以上100nm以下が好ましい。5nm以下ではバリア性が不十分となる場合がある一方、100nm以上では蒸着膜が割れる場合がある。 The thickness of the inorganic compound layer is preferably 5 nm or more and 100 nm or less. When the thickness is 5 nm or less, the barrier property may be insufficient, while when the thickness is 100 nm or more, the deposited film may break.
[有機無機混合層]
有機無機混合層は、ビニルアルコール系樹脂とSi(OR)4で表される金属アルコキシドとを含む。ビニルアルコール系樹脂としては例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、変性ポリビニルアルコール等が挙げられ、これらの樹脂は単独で用いても、2種以上の混合物であってもよい。ビニルアルコール系樹脂は、一般に、ポリ酢酸ビニルをけん化して得られるものであり、酢酸基の一部をけん化して得られる部分けん化であっても、完全けん化であってもよいが、けん化度が高い方が好ましい。けん化度は、好ましくは90%以上であり、より好ましくは95%以上である。けん化度が低く、立体障害の大きい酢酸基を多く含むと、層の自由体積が大きくなる場合がある。ビニルアルコール系樹脂の重合度は、1,000以上3,000以下が好ましく、1,000以上2,000以下がより好ましい。重合度が低い場合、ポリマーが固定されにくく、バリア性が低下する場合がある。
[Organic / inorganic mixed layer]
The organic / inorganic mixed layer contains a vinyl alcohol-based resin and a metal alkoxide represented by Si (OR) 4 . Examples of the vinyl alcohol resin include polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, and modified polyvinyl alcohol. These resins may be used alone or in a mixture of two or more. The vinyl alcohol resin is generally obtained by saponifying polyvinyl acetate, and may be partially saponified or partially saponified by saponifying a part of the acetate group. Higher is preferable. The degree of saponification is preferably 90% or more, more preferably 95% or more. If the saponification degree is low and a large amount of acetic acid groups having a large steric hindrance are contained, the free volume of the layer may be increased. The degree of polymerization of the vinyl alcohol resin is preferably 1,000 or more and 3,000 or less, and more preferably 1,000 or more and 2,000 or less. When the degree of polymerization is low, the polymer is difficult to be fixed and the barrier property may be lowered.
Si(OR)4で表される金属アルコキシドは、上述のビニルアルコール系樹脂と混合し、有機無機混合層中でネットワークを形成することで、ビニルアルコール系樹脂を固定することができる。金属アルコキシド中のRは低級アルキル基が好ましく、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基が挙げられる。金属アルコキシドとしては具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシランが挙げられ、これらは単独であっても、2種以上の混合物であってもよい。 The metal alkoxide represented by Si (OR) 4 can be fixed to the vinyl alcohol resin by mixing with the above-described vinyl alcohol resin and forming a network in the organic-inorganic mixed layer. R in the metal alkoxide is preferably a lower alkyl group, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an n-butyl group. Specific examples of the metal alkoxide include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane, which may be used alone or as a mixture of two or more.
金属アルコキシドは、ネットワークを形成するために加水分解することができる。金属アルコキシドは、Si(OR)4、水、触媒、有機溶媒の存在下で加水分解される。加水分解に使用される水は、Si(OR)4のアルコキシ基に対して0.8当量以上5当量以下であることが好ましい。水の量が0.8当量より少ないと、十分に加水分解が進行せず、ネットワークを形成できなかったり、ビニルアルコール系樹脂水溶液と混合できなかったりする場合がある。水の量が5当量より多いと、後述する金属アルコキシドの反応がランダムに進行して、ネットワーク構造比率が高くなりすぎて膜の自由体積が大きくなり、バリア性が低下する場合がある。 Metal alkoxides can be hydrolyzed to form a network. The metal alkoxide is hydrolyzed in the presence of Si (OR) 4 , water, a catalyst, and an organic solvent. The water used for hydrolysis is preferably 0.8 equivalents or more and 5 equivalents or less with respect to the alkoxy group of Si (OR) 4 . If the amount of water is less than 0.8 equivalent, hydrolysis may not proceed sufficiently, and a network may not be formed or may not be mixed with an aqueous vinyl alcohol resin solution. When the amount of water is more than 5 equivalents, the reaction of metal alkoxide described later proceeds at random, the network structure ratio becomes too high, the free volume of the film becomes large, and the barrier property may be lowered.
加水分解に使用する触媒は、酸触媒であることが好ましい。酸触媒の例としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、酒石酸等が挙げられ、特に限定されるものではない。通常、金属アルコキシドの加水分解および重縮合反応は、酸触媒であっても塩基触媒であっても進めることができるが、酸触媒を用いると、反応生成物の自由体積を小さくできるため好ましい。酸触媒を用いた場合、系中のモノマーは平均的に加水分解されやすく、直鎖状やネットワーク構造になりやすい。一方、塩基触媒を用いた場合は、同一分子に結合したアルコキシドの加水分解・重縮合反応が進みやすい反応機構であるため、反応生成物は空隙の多い粒状になりやすい。 The catalyst used for hydrolysis is preferably an acid catalyst. Examples of the acid catalyst include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, tartaric acid and the like, and are not particularly limited. Usually, the hydrolysis and polycondensation reaction of the metal alkoxide can proceed regardless of whether it is an acid catalyst or a base catalyst. However, the use of an acid catalyst is preferable because the free volume of the reaction product can be reduced. When an acid catalyst is used, the monomers in the system are easily hydrolyzed on average, and are likely to have a linear or network structure. On the other hand, when a base catalyst is used, it is a reaction mechanism in which hydrolysis / polycondensation reaction of an alkoxide bonded to the same molecule easily proceeds, so that the reaction product tends to be granular with many voids.
本発明にかかる積層体は、バリアフィルムとして用いることができ、高いバリア性を得るには自由体積を小さくすることが望ましい。金属アルコキシドの反応生成物が細孔の多い構造になった場合、酸素や水蒸気の分子は多数の細孔を経路として通過するため、バリア性は低くなる。一方、直鎖状やネットワーク状に結合した重縮合物の場合、分子鎖に細孔が少なく、分子鎖同士は高い密度で存在できる。そのため、金属アルコキシドの反応生成物が直鎖状やネットワーク状である場合は、酸素や水蒸気が通過できる経路を遮断できるため、バリア性は高くなると考えられる。触媒の使用量は、金属アルコキシド総モル量に対して、0.1モル%以上0.05モル%以下であることが好ましい。 The laminated body concerning this invention can be used as a barrier film, and it is desirable to make a free volume small in order to obtain high barrier property. When the reaction product of the metal alkoxide has a structure with many pores, oxygen and water vapor molecules pass through many pores as pathways, so the barrier property is low. On the other hand, in the case of a polycondensate bonded in a linear or network form, the molecular chain has few pores and the molecular chains can exist at a high density. Therefore, when the reaction product of the metal alkoxide is linear or network-like, the path through which oxygen and water vapor can pass can be blocked, so that the barrier property is considered to be high. The amount of the catalyst used is preferably 0.1 mol% or more and 0.05 mol% or less with respect to the total molar amount of the metal alkoxide.
加水分解に使用する有機溶媒は、水および金属アルコキシドと混合可能なメチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール等のアルコール類を用いることができる。 As the organic solvent used for hydrolysis, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, and n-butyl alcohol that can be mixed with water and metal alkoxide can be used.
本発明にかかる有機無機混合層は、直鎖状ポリシロキサンとランダムネットワーク構造が適切な比率で存在する場合にバリア性が高くなり好ましい。構造の分析および比率については後述するが、ランダムネットワーク構造によって有機無機混合層を構成する樹脂の高分子鎖の動きを抑制し、温度等の環境変化による酸素や水蒸気の透過経路の拡大を抑えることができると考えられる。一方の直鎖状ポリシロキサンは、ランダムネットワーク構造とビニルアルコール系樹脂を混合しやすくし、密な構造の形成に寄与すると考えられる。直鎖状ポリシロキサンとランダムネットワーク構造を混在させるために、加水分解温度は20℃以上45℃以下であることが好ましい。20℃未満で反応させた場合は、反応性が低く、Si(OR)4の加水分解が進まずにランダムネットワーク構造を形成しづらい場合がある。一方、45℃を超える温度で反応させた場合は、急激に加水分解、重縮合反応が進行し、ゲル化したり、自由体積が大きくなったりする場合がある。また、直鎖状ポリシロキサンとランダムネットワーク構造を混在させる方法としては、あらかじめSi(OR)4が複数結合したオリゴマーをSi(OR)4と混合して使用することもできる。 The organic-inorganic mixed layer according to the present invention is preferable because the barrier property is high when the linear polysiloxane and the random network structure are present in an appropriate ratio. Although the analysis and ratio of the structure will be described later, the movement of the polymer chain of the resin that forms the organic-inorganic mixed layer is suppressed by a random network structure, and the expansion of oxygen and water vapor permeation paths due to environmental changes such as temperature is suppressed. It is thought that you can. One linear polysiloxane is considered to contribute to the formation of a dense structure by facilitating mixing of the random network structure and the vinyl alcohol resin. In order to mix the linear polysiloxane and the random network structure, the hydrolysis temperature is preferably 20 ° C. or higher and 45 ° C. or lower. When the reaction is carried out at less than 20 ° C., the reactivity is low, and the hydrolysis of Si (OR) 4 does not proceed and it may be difficult to form a random network structure. On the other hand, when the reaction is carried out at a temperature exceeding 45 ° C., hydrolysis and polycondensation reactions may proceed rapidly, resulting in gelation or an increase in free volume. Moreover, as a method of mixing the linear polysiloxane and the random network structure, an oligomer in which a plurality of Si (OR) 4 is bonded in advance can be mixed with Si (OR) 4 and used.
本発明にかかる有機無機混合層には、バリア性を損なわない限りにおいて、レベリング剤、架橋剤、硬化剤、密着剤、安定化剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤等を含んでもよい。架橋剤の一例としては例えば、アルミニウム、チタン、ジルコニウム等の金属アルコキシドおよびその錯体等が挙げられる。 The organic / inorganic mixed layer according to the present invention may contain a leveling agent, a crosslinking agent, a curing agent, an adhesion agent, a stabilizer, an ultraviolet absorber, an antistatic agent and the like as long as the barrier property is not impaired. Examples of the crosslinking agent include metal alkoxides such as aluminum, titanium, and zirconium, and complexes thereof.
有機無機混合層は、ビニルアルコール系樹脂と金属アルコキシドを含む塗液を、無機化合物層上に塗工、乾燥して得ることができる。ビニルアルコール系樹脂と金属アルコキシドを含む塗液は、ビニルアルコール系樹脂を水または水/アルコール混合溶媒に溶解したものと、金属アルコキシドを含む溶液を混合して得ることができる。ビニルアルコール系樹脂の溶媒で使用されるアルコールとしては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール等が挙げられる。 The organic / inorganic mixed layer can be obtained by coating and drying a coating liquid containing a vinyl alcohol resin and a metal alkoxide on the inorganic compound layer. The coating liquid containing a vinyl alcohol resin and a metal alkoxide can be obtained by mixing a solution obtained by dissolving a vinyl alcohol resin in water or a water / alcohol mixed solvent and a solution containing a metal alkoxide. Examples of the alcohol used in the solvent for the vinyl alcohol resin include methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, and n-butyl alcohol.
ビニルアルコール系樹脂に対する金属アルコキシドの混合比率は、金属アルコキシドをSiO2換算した質量比率で、ビニルアルコール系樹脂/金属アルコキシド=15/85〜85/15の範囲が好ましく、20/80〜65/35の範囲がより好ましく、20/80〜50/50の範囲がさらに好ましい。SiO2換算した質量比率とは、金属アルコキシドに含まれるケイ素原子のモル数からSiO2質量に換算したものであり、ビニルアルコール系樹脂/金属アルコキシド(質量比)で表される。この値が85/15を超える場合は、ビニルアルコール系樹脂を固定化することができず、水蒸気バリア性が低下する場合がある。一方、15/85未満であると、金属アルコキシドの比率が高くなり、層が硬くなるため、クラックが生じてバリア性が低下する場合がある。 The mixing ratio of the metal alkoxide to the vinyl alcohol resin is a mass ratio obtained by converting the metal alkoxide to SiO 2 , and a range of vinyl alcohol resin / metal alkoxide = 15/85 to 85/15 is preferable, and 20/80 to 65/35. Is more preferable, and the range of 20/80 to 50/50 is more preferable. The mass ratio in terms of SiO 2 is a value converted to SiO 2 mass from the number of moles of silicon atoms contained in the metal alkoxide, and is represented by vinyl alcohol resin / metal alkoxide (mass ratio). If this value exceeds 85/15, the vinyl alcohol-based resin cannot be immobilized, and the water vapor barrier property may be lowered. On the other hand, when the ratio is less than 15/85, the ratio of the metal alkoxide becomes high and the layer becomes hard, so that a crack may be generated and the barrier property may be lowered.
ビニルアルコール系樹脂と金属アルコキシドを含む塗液を、無機化合物層上に塗工する方法としては、ダイレクトグラビア方式、リバースグラビア方式、マイクログラビア方式、ロッドコート方式、バーコート方式、ダイコート方式、スプレーコート方式等、特に限定はなく既知の方法を用いることができる。 The coating liquid containing vinyl alcohol resin and metal alkoxide can be applied on the inorganic compound layer by direct gravure method, reverse gravure method, micro gravure method, rod coating method, bar coating method, die coating method, spray coating. There is no particular limitation on the method and the like, and a known method can be used.
塗膜の乾燥温度は、100℃以上200℃以下であることが好ましく、120℃以上180℃以下であることがより好ましく、150℃以上180℃以下であることがさらに好ましい。100℃未満の場合は、溶媒として含まれる水が十分に蒸発せず、層を硬化できない場合がある。 The drying temperature of the coating film is preferably 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 150 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. When the temperature is lower than 100 ° C., water contained as a solvent does not sufficiently evaporate and the layer may not be cured.
有機無機混合層に含まれる金属アルコキシドは、熱によって重縮合反応が進行する。重縮合反応が進行した場合、金属アルコキシドに含まれるアルコキシ基および/またはヒドロキシル基が減少し、親水性が低下するため、水分子との相互作用を小さくすることができる。また、重縮合反応によって、金属アルコキシドの分子量が大きくなるため、ビニルアルコール系樹脂を固定する能力が高くなる。したがって、有機無機混合層は熱によって反応を進行させることでバリア性を向上できるため、乾燥温度は高い方が好ましい。しかしながら、乾燥温度が200℃を超える場合は、基材フィルムが熱によって収縮したり、無機化合物層のひずみやクラックが発生したりしてバリア性が低下する場合がある。 The metal alkoxide contained in the organic / inorganic mixed layer undergoes a polycondensation reaction by heat. When the polycondensation reaction proceeds, the alkoxy group and / or hydroxyl group contained in the metal alkoxide is reduced and the hydrophilicity is lowered, so that the interaction with water molecules can be reduced. Moreover, since the molecular weight of the metal alkoxide is increased by the polycondensation reaction, the ability to fix the vinyl alcohol resin is enhanced. Therefore, since the organic-inorganic mixed layer can improve the barrier property by advancing the reaction by heat, it is preferable that the drying temperature is higher. However, when the drying temperature exceeds 200 ° C., the base film may be shrunk by heat, or the inorganic compound layer may be distorted or cracked to deteriorate the barrier property.
有機無機混合層の厚みは200nm以上600nm以下が好ましく、350nm以上500nm以下がより好ましい。厚みが200nm未満の場合、無機化合物層のピンホールやクラックを十分に埋めることができず、十分なバリア機能を発現できない場合がある。一方、厚みが600nmを超えると、厚みによるクラックが生じたり、硬化不足によってバリア性が低下したりする場合がある。有機無機混合層の厚みは、その断面を操作型電子顕微鏡(以下SEMと略記する)で観察することで測定できる。 The thickness of the organic / inorganic mixed layer is preferably 200 nm or more and 600 nm or less, and more preferably 350 nm or more and 500 nm or less. When the thickness is less than 200 nm, pinholes and cracks in the inorganic compound layer cannot be sufficiently filled, and a sufficient barrier function may not be exhibited. On the other hand, if the thickness exceeds 600 nm, cracks due to the thickness may occur, or the barrier property may decrease due to insufficient curing. The thickness of the organic-inorganic mixed layer can be measured by observing the cross section with an operation electron microscope (hereinafter abbreviated as SEM).
有機無機混合層は、前述の通り熱によって縮合反応が進行し、バリア性が高くなる。したがって、バリア性を向上させるために有機無機混合層を形成した後、積層体をさらに熱処理することも好ましい。熱処理温度は、30℃以上100℃以下が好ましく、40℃以上80℃以下がより好ましい。熱処理時間は、1日以上14日以下が好ましく、3日以上7日以下がより好ましい。熱処理温度が30℃未満の場合は、反応促進に必要な熱エネルギーが不十分で効果が小さい場合があり、100℃を超える場合は、基材がカールしたり、設備や製造のためのコストが高くなったりする場合がある。 As described above, the organic-inorganic mixed layer undergoes a condensation reaction due to heat, and has high barrier properties. Therefore, it is also preferable to further heat-treat the laminate after forming the organic-inorganic mixed layer in order to improve the barrier property. The heat treatment temperature is preferably 30 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 40 ° C. or higher and 80 ° C. or lower. The heat treatment time is preferably 1 day or more and 14 days or less, and more preferably 3 days or more and 7 days or less. When the heat treatment temperature is less than 30 ° C, the heat energy necessary for promoting the reaction may be insufficient and the effect may be small. When the heat treatment temperature exceeds 100 ° C, the base material may curl, and the cost for equipment and production may be low. May be higher.
[積層体の分析]
積層体のバリア性を高めるためには、水蒸気や酸素といった遮断すべき物質を透過させない方がよいため、自由体積は小さい方が好ましい。本発明にかかる積層体の自由体積Vは、陽電子消滅法で測定する。陽電子消滅法とは、陽電子消滅寿命測定法の一種であり、陽電子が試料に入射してから消滅するまでの時間を測定し、その消滅寿命から空孔の自由体積を算出する方法である。陽電子消滅法によって求められる自由体積Vは、0.04nm3以上0.13nm3以下であることが好ましい。自由体積が0.13nm3を超えると、積層体の密度が低下し、バリア性が低下する場合がある。
[Analysis of laminates]
In order to improve the barrier property of the laminate, it is better not to allow a substance to be blocked, such as water vapor or oxygen, to pass through. Therefore, a smaller free volume is preferable. The free volume V of the laminate according to the present invention is measured by the positron annihilation method. The positron annihilation method is a kind of positron annihilation lifetime measurement method, which measures the time from when a positron enters a sample until it annihilates, and calculates the free volume of holes from the annihilation lifetime. The free volume V determined by the positron annihilation method is preferably 0.04 nm 3 or more and 0.13 nm 3 or less. When the free volume exceeds 0.13 nm 3 , the density of the laminate may be lowered, and the barrier property may be lowered.
自由体積を小さくする方法としては、前述の金属アルコキシドの結合様態を制御することが挙げられる。金属アルコキシドは、ビニルアルコール系樹脂を固定化するため、加水分解、重縮合生成物となる。その際、加水分解条件、すなわち、加水分解触媒として酸を使用すると、直鎖状またはネットワーク構造を形成し、自由体積が小さくなる。また、別の方法として、金属アルコキシドの重縮合反応を十分に進行させてネットワーク構造を形成し、樹脂を固定することも自由体積の低減に効果的である。未反応の金属アルコキシドが多く残存している場合、未反応部分は運動の自由度が高くなり、自由体積が増大する。金属アルコキシドの反応を十分に進行させるためには、塗工後の乾燥や、積層体の熱処理において十分な熱エネルギーを与えることが重要である。さらに、立体障害が大きい構造の化合物を使用しないことも自由体積を小さくするためには有効である。例えば、ビニルアルコール系樹脂のけん化度が低い場合、ビニルアルコール系樹脂にはヒドロキシル基に代わって立体障害の大きい酢酸基が多く存在することになる。酢酸基が存在すると、その立体障害によって自由体積が大きくなる場合がある。同様に、有機官能基を有するシランカップリング剤等の添加剤等を使用する場合も、立体障害が大きい場合は自由体積を大きくしたり、ネットワーク構造の生成の障害を阻害したりして、バリア性に不利に働く場合がある。 A method for reducing the free volume includes controlling the bonding state of the metal alkoxide described above. Since the metal alkoxide immobilizes the vinyl alcohol resin, it becomes a hydrolysis and polycondensation product. At that time, when an acid is used as a hydrolysis condition, that is, as a hydrolysis catalyst, a linear or network structure is formed, and the free volume is reduced. As another method, it is also effective in reducing the free volume to sufficiently advance the polycondensation reaction of the metal alkoxide to form a network structure and fix the resin. When a large amount of unreacted metal alkoxide remains, the unreacted portion has a high degree of freedom of movement and the free volume increases. In order to sufficiently advance the reaction of the metal alkoxide, it is important to give sufficient thermal energy in drying after coating or heat treatment of the laminate. Furthermore, not using a compound having a structure with a large steric hindrance is effective in reducing the free volume. For example, when the saponification degree of the vinyl alcohol resin is low, the vinyl alcohol resin contains many acetic acid groups having a large steric hindrance instead of hydroxyl groups. If an acetate group is present, the free volume may increase due to steric hindrance. Similarly, when an additive such as a silane coupling agent having an organic functional group is used, if the steric hindrance is large, the free volume is increased or the hindrance to the generation of the network structure is inhibited. May work against sex.
本発明にかかる有機無機混合層は、ビニルアルコール系樹脂と、Si(OR)4で表される金属アルコキシドを含む。ビニルアルコール系樹脂は、耐水性が低い場合が多いため、Si(OR)4で表される金属アルコキシドで固定する設計である。したがってビニルアルコール系樹脂を確実に固定するためには、ビニルアルコール系樹脂に対して十分な量の金属アルコキシドを含む必要がある。本発明において固定に使用する金属アルコキシドはSi(OR)4であるため、金属アルコキシドの量はケイ素量に置き換えることが可能である。つまり、ビニルアルコール系樹脂を固定するためには、十分なケイ素を含む必要がある。ケイ素量は、蛍光X線分析によって得ることができる。蛍光X線分析は、X線照射によって元素に固有の蛍光X線を発生させ、それを検出する。発生するX線量は、測定対象に含まれる元素の量に比例するため、測定によって得られるX線強度S(単位:cps/μA)をケイ素量Sとする。 The organic-inorganic mixed layer according to the present invention includes a vinyl alcohol resin and a metal alkoxide represented by Si (OR) 4 . Since vinyl alcohol resin often has low water resistance, it is designed to be fixed with a metal alkoxide represented by Si (OR) 4 . Therefore, in order to securely fix the vinyl alcohol resin, it is necessary to contain a sufficient amount of metal alkoxide with respect to the vinyl alcohol resin. Since the metal alkoxide used for fixation in the present invention is Si (OR) 4 , the amount of metal alkoxide can be replaced with the amount of silicon. That is, in order to fix the vinyl alcohol resin, it is necessary to contain sufficient silicon. The amount of silicon can be obtained by fluorescent X-ray analysis. In the X-ray fluorescence analysis, fluorescent X-rays specific to an element are generated by X-ray irradiation and detected. Since the generated X-ray dose is proportional to the amount of elements contained in the measurement object, the X-ray intensity S (unit: cps / μA) obtained by measurement is defined as the silicon amount S.
本発明にかかる積層体は、式1で表される陽電子消滅法で求めた空孔の自由体積Vと蛍光X線分析で求めたケイ素量Sの比率V/S(以下、V/Sと表すこともある)が0.01以上0.1以下であることが好ましく、0.03以上0.08以下がより好ましく、0.04以上0.06以下がさらに好ましい。 The laminated body according to the present invention has a ratio V / S (hereinafter referred to as V / S) of the free volume V of vacancies determined by the positron annihilation method represented by Formula 1 and the silicon amount S determined by fluorescent X-ray analysis. May be from 0.01 to 0.1, more preferably from 0.03 to 0.08, and even more preferably from 0.04 to 0.06.
V/Sが0.01よりも小さい場合は、ケイ素量Sが多すぎて有機無機混合層が金属アルコキシドが縮合したガラスのような状態になって脆くなり、クラックが発生しやすくなる場合がある。V/Sが0.1より大きい場合は、立体障害の大きい構造を有していたり、未反応の金属アルコキシドが存在していたりすることで自由体積が大きく、バリア性が低下する場合がある。 When V / S is less than 0.01, the silicon amount S is too large, and the organic-inorganic mixed layer becomes a glass-like state in which metal alkoxide is condensed and becomes brittle, and cracks are likely to occur. . When V / S is greater than 0.1, the free volume may be large due to the structure having a large steric hindrance or the presence of unreacted metal alkoxide, which may lower the barrier property.
本発明にかかる積層体のバリア性を高めるためには、有機無機混合層を構成する樹脂の高分子鎖が温度等の変化によって動きにくい状態になること、すなわち、金属アルコキシドがネットワーク構造を形成し、有機無機混合層を固定することが好ましい。Si(OR)4で表される金属アルコキシドは、酸素原子を介して4方向に結合を伸長させることができるため、直鎖状や、ネットワーク構造、環構造等さまざまな構造を形成し得る。これらの構造のうち、直鎖状ポリシロキサンは、空隙に入り込んだ場合は密度を高める働きを期待できるが、固定する能力は低いため、温度等の環境変化によって運動し、バリア性を低下させるおそれもある。一方、ランダムに反応してネットワーク構造となった場合は、分子の3次元的な構造やビニルアルコール系樹脂との絡み合いにより、環境変化による動きを抑制する働きを期待できるが、ネットワーク構造比率が高くなりすぎると、ビニルアルコール系樹脂と分離しやすくなったり、自由体積を低下させたりするおそれがある。そこで発明者らは鋭意検討した結果、レーザーラマン分光法で測定して得られる、ランダムネットワーク構造を示すラマンバンドの面積A1と、直鎖状ポリシロキサンを示すラマンバンドの面積A2の比A1/A2が3.0以上9.0以下であるとき、良好なバリア性を示すことを見出した。 In order to improve the barrier property of the laminate according to the present invention, the resin polymer chain constituting the organic-inorganic mixed layer becomes difficult to move due to a change in temperature or the like, that is, the metal alkoxide forms a network structure. It is preferable to fix the organic / inorganic mixed layer. Since the metal alkoxide represented by Si (OR) 4 can extend bonds in four directions via oxygen atoms, it can form various structures such as a straight chain, a network structure, and a ring structure. Among these structures, linear polysiloxane can be expected to increase the density when entering the voids, but its ability to fix is low, so it may move due to environmental changes such as temperature and reduce barrier properties. There is also. On the other hand, when a network structure is formed by reacting randomly, it can be expected to suppress movement due to environmental changes due to entanglement with the three-dimensional structure of the molecule and vinyl alcohol resin, but the network structure ratio is high. If it becomes too much, it may be easily separated from the vinyl alcohol-based resin, or the free volume may be reduced. As a result of intensive studies, the inventors have obtained a ratio A1 / A2 between the Raman band area A1 indicating the random network structure and the Raman band area A2 indicating the linear polysiloxane obtained by measurement by laser Raman spectroscopy. It was found that when the value is 3.0 or more and 9.0 or less, good barrier properties are exhibited.
Si(OR)4で表される金属アルコキシドの結合状態はレーザーラマン分光法で分析することができる。金属アルコキシド由来の生成物の代表的な構造である、直鎖状ポリシロキサンと、5員環以上の環構造を含み分岐も存在する構造であるランダムネットワーク構造と、4員環構造のラマンバンドは400〜500cm−1に観測される。これらのラマンバンドは重畳するため、4員環構造は495cm−1、直鎖状ポリシロキサンは488cm−1、ランダムネットワーク構造は単一の規則構造ではないため450cm−1以下に広がりをもつバンドとして観測され、これらをガウス関数近似でフィッティングしてピーク分離することができる。本発明にかかる積層体は、レーザーラマン分光法で測定して得られる、ランダムネットワーク構造を示すラマンバンドの面積A1と、直鎖状ポリシロキサンを示すラマンバンドの面積A2の比A1/A2が3.0以上9.0以下であることが好ましく、4.5以上9.0以下であることがより好ましい。A1/A2が3.0未満である場合は、ランダムネットワーク構造比率が低いために有機無機混合層を構成する樹脂の高分子鎖の動きを抑制できずにバリア性が悪くなる場合があり、9.0を超える場合はビニルアルコール系樹脂と混合しづらく分離して十分なバリア性が得られない場合がある。 The bonding state of the metal alkoxide represented by Si (OR) 4 can be analyzed by laser Raman spectroscopy. A typical structure of a product derived from a metal alkoxide, a linear polysiloxane, a random network structure including a ring structure including a 5-membered ring or more and a branch, and a Raman band of a 4-membered ring structure are Observed at 400 to 500 cm −1 . Because these Raman bands superimposed, 4-membered ring structure 495Cm -1, linear polysiloxane 488Cm -1, as a band random network structure with spread 450 cm -1 or less because it is not a single ordered structure Observed, these can be fitted with Gaussian function approximation to separate peaks. In the laminate according to the present invention, the ratio A1 / A2 of the Raman band area A1 indicating the random network structure and the Raman band area A2 indicating the linear polysiloxane obtained by measurement by laser Raman spectroscopy is 3 It is preferably 0.0 or more and 9.0 or less, and more preferably 4.5 or more and 9.0 or less. When A1 / A2 is less than 3.0, since the random network structure ratio is low, the movement of the polymer chain of the resin constituting the organic-inorganic mixed layer cannot be suppressed, and the barrier property may be deteriorated. If it exceeds 0.0, it may be difficult to mix with the vinyl alcohol resin and separate, and sufficient barrier properties may not be obtained.
[用途]
本発明の積層体は高いバリア性を活かしてガスバリア性フィルムとして好適に用いることができる。
[Usage]
The laminate of the present invention can be suitably used as a gas barrier film taking advantage of high barrier properties.
以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to these Examples.
(1)陽電子消滅法による自由体積の算出
積層体を15mm×15mmのシリコンウェハに貼り付けて、25℃で真空脱気した試料を用いて以下の条件で陽電子消滅寿命を測定した。
(1) Calculation of free volume by positron annihilation method The positron annihilation lifetime was measured under the following conditions by using a sample which was laminated on a 15 mm x 15 mm silicon wafer and vacuum degassed at 25 ° C.
測定装置:フジ・インバック製小型陽電子消滅発生装置PALS−200A
陽電子線源:22Naベースの陽電子消滅
γ線検出器:BaF2製シンチレータと光電子増倍管
ビーム強度:3keV
測定温度:25℃
測定雰囲気:室温
総カウント数:約5,000,000カウント。
Measuring device: Fuji Inback's compact positron annihilation generator PALS-200A
Positron beam source: 22 Na-based positron annihilation γ-ray detector: BaF 2 scintillator and photomultiplier tube Beam intensity: 3 keV
Measurement temperature: 25 ° C
Measurement atmosphere: room temperature Total count: about 5,000,000 counts.
得られた陽電子消滅寿命曲線に対して、非線形最小二乗プログラムPOSITRONFITで3成分解析を行って、消滅寿命の小さいものからτ1、τ2、τ3とした。最も長い平均消滅寿命τ3から、下記式を用いて自由体積半径R3を算出し、その半径から自由体積V(単位:nm3)を算出した。 The obtained positron annihilation lifetime curve was subjected to a three-component analysis using the nonlinear least square program POSITRONFIT, and the annihilation lifetime was determined to be τ 1 , τ 2 , τ 3 . From the longest average annihilation lifetime τ 3 , a free volume radius R 3 was calculated using the following formula, and a free volume V (unit: nm 3 ) was calculated from the radius.
τ3=(1/2)[1−{R3/(R3+0.166)}+(1/2π)sin{2πR3/(R3+0.166)}]−1
V=(4/3)π(R3)3(nm3)。
τ 3 = (1/2) [1- {R 3 / (R 3 +0.166)} + (1 / 2π) sin {2πR 3 / (R 3 +0.166)}] −1
V = (4/3) π (R 3 ) 3 (nm 3 ).
(2)蛍光X線分析によるケイ素量Sの測定
ケイ素量は、株式会社島津製作所製蛍光X線分析装置EDX−700を用いて、ケイ素の特定X線Kαの強度を測定した。測定によって得られたX線強度S(単位:cps/μA)をケイ素量Sとした。
(2) Measurement of silicon amount S by fluorescent X-ray analysis The silicon amount was determined by measuring the intensity of specific X-ray Kα of silicon using a fluorescent X-ray analyzer EDX-700 manufactured by Shimadzu Corporation. The X-ray intensity S (unit: cps / μA) obtained by the measurement was defined as the silicon amount S.
(3)ケイ素の結合状態の分析
積層体の有機無機混合層を切削により分離し、以下の条件を用いてラマン分光法で分析した。
測定装置:Jobin Yvon/愛宕物産製 T−6400
測定モード:顕微ラマン
対物レンズ:100倍
ビーム径:1μm
光源:Ar+レーザー/514.5nm
レーザーパワー:200mW
回折格子:Single 600gr/mm
スリット:100μm
検出器:CCD/Jobin Yvon製 1024×256
ネットワーク構造の面積A1、直鎖状ポリシロキサンの面積A2を算出するための、ラマンスペクトルの解析条件は次の通りである。得られたラマンスペクトルを、スペクトル解析ソフトGRAMS/Thermo Scientificを使用して解析した。ラマンスペクトルを直線近似でベースライン補正した後、600〜250cm−1の範囲でフィッティングした。フィッティングは、4員環構造(ピーク波数495cm−1、半値幅35cm−1)、直鎖状ポリシロキサン(ピーク波数488cm−1、半値幅35cm−1)、ネットワーク構造の3成分に分離した。ネットワーク構造は連続構造を反映したブロードなピークになるため、4員環構造、直鎖状ポリシロキサンと合わせた3成分にガウス関数近似で分離するとして自動フィッティングした。得られたバンドと、ベースラインで囲まれた領域の面積を算出し、ネットワーク構造の面積をA1、直鎖状ポリシロキサンの面積をA2とし、A1/A2を算出した。
(3) Analysis of bonded state of silicon The organic-inorganic mixed layer of the laminate was separated by cutting and analyzed by Raman spectroscopy using the following conditions.
Measuring device: T-6400 manufactured by Jobin Yvon / Ehime Bussan
Measurement mode: Microscopic Raman objective lens: 100 times beam diameter: 1 μm
Light source: Ar + laser / 514.5nm
Laser power: 200mW
Diffraction grating: Single 600gr / mm
Slit: 100 μm
Detector: 1024 × 256 made by CCD / Jobin Yvon
The analysis conditions of the Raman spectrum for calculating the area A1 of the network structure and the area A2 of the linear polysiloxane are as follows. The obtained Raman spectrum was analyzed using spectrum analysis software GRAMS / Thermo Scientific. The Raman spectrum was baseline corrected by linear approximation, and then fitted in the range of 600 to 250 cm −1 . Fitting, four-membered ring structure (peak wavenumber 495cm -1, the half width 35 cm -1), the linear polysiloxane (peak wavenumber 488cm -1, the half width 35 cm -1), and separated into three components of the network structure. Since the network structure is a broad peak reflecting the continuous structure, automatic fitting was performed assuming that the three components combined with the four-membered ring structure and linear polysiloxane were separated by Gaussian function approximation. The area of the region surrounded by the obtained band and the baseline was calculated, the area of the network structure was A1, the area of the linear polysiloxane was A2, and A1 / A2 was calculated.
(4)有機無機混合層の厚み
有機無機混合層の厚みは、積層体をミクロトームで厚み方向に切削し、積層体断面をSEMで観察した。SEMは株式会社日立ハイテクノロジーズ製日立走査型電子顕微鏡S−3400Nを使用し、50,000倍の倍率で3点撮像した。得られた3つの画像で、有機無機混合層の基材フィルムの厚みを測定し、それらを平均した値を有機無機混合層の厚みとした。
(4) Thickness of organic-inorganic mixed layer The thickness of the organic-inorganic mixed layer was obtained by cutting the laminated body in the thickness direction with a microtome, and observing the cross section of the laminated body with SEM. SEM used Hitachi scanning electron microscope S-3400N manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and three points were imaged at a magnification of 50,000 times. With the three images obtained, the thickness of the base film of the organic-inorganic mixed layer was measured, and the average value of these was taken as the thickness of the organic-inorganic mixed layer.
(5)酸素透過率
酸素透過率(以下、OTRと略すこともある)は、温度23℃、湿度90%RHの条件で、米国、モコン(MOCON)社製の酸素透過率測定装置(機種名、オキシトラン(登録商標)(OXTRAN2/20))を使用して測定した。測定は2枚の試験片について2回ずつ行い、合計4つの測定値の平均値を酸素透過率の値とした。
(5) Oxygen permeability Oxygen permeability (hereinafter sometimes abbreviated as OTR) is an oxygen permeability measuring device (model name) manufactured by MOCON, USA under the conditions of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 90% RH. , Oxytran (registered trademark) (OXTRAN 2/20)). The measurement was performed twice for two test pieces, and the average value of a total of four measurement values was used as the oxygen permeability value.
(6)水蒸気透過率
水蒸気透過率(以下、WVTRと略すこともある)は、温度40℃、湿度90%RHの条件で、米国、モコン(MOCON)社製の水蒸気透過率透過率測定装置(機種名、パ−マトラン(登録商標)W3/31)を使用して測定した。測定は2枚の試験片について2回ずつ行い、合計4つの測定値の平均値を水蒸気透過率の値とした。
(6) Water vapor transmission rate The water vapor transmission rate (hereinafter sometimes abbreviated as WVTR) is a water vapor transmission rate measuring device (MOCON), USA, under the conditions of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 90% RH ( Model name, Permatran (registered trademark) W3 / 31). The measurement was performed twice for each of the two test pieces, and the average value of a total of four measurement values was used as the value of water vapor transmission rate.
[実施例1]
<無機化合物層>
基材フィルムとして、厚み12μmの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ株式会社製 P60)を使用し、真空蒸着法で厚み15nmの酸化アルミニウム層を設け無機化合物層とした。
[Example 1]
<Inorganic compound layer>
A biaxially stretched polyethylene terephthalate film (P60 manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of 12 μm was used as a base film, and an aluminum oxide layer having a thickness of 15 nm was provided by a vacuum deposition method to form an inorganic compound layer.
<ビニルアルコール系樹脂溶液>
ビニルアルコール系樹脂として、ポリビニルアルコール(以下、PVAと略すこともある。重合度1,700、けん化度98.5%)を、質量比で水/イソプロピルアルコール=97/3の溶媒に投入し、90℃で加熱撹拌して固形分10質量%のポリビニルアルコール溶液を得た。
<Vinyl alcohol resin solution>
As a vinyl alcohol-based resin, polyvinyl alcohol (hereinafter sometimes abbreviated as PVA. Polymerization degree 1,700, saponification degree 98.5%) was charged into a solvent having a mass ratio of water / isopropyl alcohol = 97/3, The mixture was heated and stirred at 90 ° C. to obtain a polyvinyl alcohol solution having a solid content of 10% by mass.
<金属アルコキシド溶液>
テトラアルコキシシラン(以下、TEOSと略することもある)11.7gとメタノール4.7gを混合した溶液に、0.02N塩酸水溶液18.6gを撹拌しながら液滴することで、TEOS加水分解液を得た。
<Metal alkoxide solution>
A TEOS hydrolyzed solution is obtained by dropping 18.6 g of a 0.02N hydrochloric acid aqueous solution into a mixed solution of 11.7 g of tetraalkoxysilane (hereinafter sometimes abbreviated as TEOS) and 4.7 g of methanol while stirring. Got.
<有機無機混合層>
PVAの固形分と、SiO2換算固形分の質量比(PVAの固形分質量/TEOSのSiO2換算固形分質量、以下同様)が35/65になるようにポリビニルアルコール溶液と、金属アルコキシド溶液を混合・撹拌し、水で希釈して固形分12質量%の塗工液を得た。この塗工液を無機化合物層上に塗工し、150℃で乾燥させて有機無機混合層を形成し、積層体とした。
<Organic / inorganic mixed layer>
And solids content of the PVA, the mass ratio of SiO 2 in terms solids polyvinyl alcohol solution as (SiO 2 converted solid weight of the solid content / TEOS of PVA, the same applies hereinafter) is 35/65, the metal alkoxide solution The mixture was stirred and diluted with water to obtain a coating solution having a solid content of 12% by mass. This coating solution was applied onto the inorganic compound layer and dried at 150 ° C. to form an organic / inorganic mixed layer, thereby obtaining a laminate.
[実施例2]
PVAの固形分と、TEOSのSiO2換算固形分の質量比が50/50になるようにした以外は実施例1と同様に積層体を得た。
[Example 2]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of the solid content of PVA and the solid content of TEOS in terms of SiO 2 was 50/50.
[実施例3]
PVAの固形分と、TEOSのSiO2換算固形分の質量比が65/35になるようにした以外は実施例1と同様に積層体を得た。
[Example 3]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of the solid content of PVA and the solid content of TEOS in terms of SiO 2 was 65/35.
[実施例4]
有機無機混合層の厚みを195nmとした以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
[Example 4]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the organic-inorganic mixed layer was 195 nm.
[実施例5]
有機無機混合層の厚みを610nmとした以外は実施例2と同様にして積層体を得た。
[Example 5]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 2 except that the thickness of the organic / inorganic mixed layer was changed to 610 nm.
[実施例6]
実施例1の積層体をさらに40℃で1週間、熱処理して積層体を得た。
[Example 6]
The laminated body of Example 1 was further heat-treated at 40 ° C. for 1 week to obtain a laminated body.
[実施例7]
実施例1の積層体をさらに80℃で3日間、熱処理して積層体を得た。
[Example 7]
The laminated body of Example 1 was further heat-treated at 80 ° C. for 3 days to obtain a laminated body.
[実施例8]
実施例1の積層体をさらに80℃で1週間、熱処理して積層体を得た。
[Example 8]
The laminated body of Example 1 was further heat-treated at 80 ° C. for 1 week to obtain a laminated body.
[実施例9]
有機無機混合層塗工時の乾燥温度を120℃とした以外は実施例2と同様にして積層体を得た。
[Example 9]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 2 except that the drying temperature at the time of coating the organic / inorganic mixed layer was 120 ° C.
[実施例10]
実施例9の積層体を80℃で1週間熱処理して積層体とした。
[Example 10]
The laminate of Example 9 was heat treated at 80 ° C. for 1 week to obtain a laminate.
[実施例11]
有機無機混合層塗工時の乾燥温度を180℃とした以外は実施例2と同様にして積層体を得た。
[Example 11]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 2 except that the drying temperature at the time of coating the organic / inorganic mixed layer was 180 ° C.
[実施例12]
有機無機混合層の塗工液に、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)を0.02質量%となるように添加した以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
[Example 12]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that aluminum tris (ethyl acetoacetate) was added to the coating solution for the organic / inorganic mixed layer so as to be 0.02% by mass.
[実施例13]
ビニルアルコール系樹脂溶液を、PVA(重合度1,700、けん化度98.5%)と、エチレン−ビニルアルコール共重合体(以下、EVOHと略すこともある。エチレン共重合率29モル%)を質量比で10/1で混合したものとした以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
[Example 13]
A vinyl alcohol-based resin solution is obtained by combining PVA (polymerization degree 1,700, saponification degree 98.5%) and ethylene-vinyl alcohol copolymer (hereinafter sometimes abbreviated as EVOH, ethylene copolymerization ratio 29 mol%). A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixture was mixed at a mass ratio of 10/1.
[実施例14]
金属アルコキシド溶液を、テトラメトキシシラン(以下、TMOSと略すこともある)とした以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
[Example 14]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the metal alkoxide solution was tetramethoxysilane (hereinafter sometimes abbreviated as TMOS).
[実施例15]
PVAの固形分と、TEOSのSiO2換算固形分の質量比が20/80になるようにした以外は実施例13と同様に有機無機混合層を形成した。さらに80℃で1週間熱処理して積層体とした。
[Example 15]
An organic-inorganic mixed layer was formed in the same manner as in Example 13 except that the mass ratio of the solid content of PVA and the solid content of TEOS in terms of SiO 2 was 20/80. Furthermore, it heat-processed at 80 degreeC for 1 week, and was set as the laminated body.
[実施例16]金属アルコキシドを調製する際、液温35℃に保温しながら調製したこと以外は実施例1と同様にして有機無機混合層を形成した。さらに80℃で1週間熱処理して積層体とした。 [Example 16] An organic-inorganic mixed layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the metal alkoxide was prepared while keeping the liquid temperature at 35 ° C. Furthermore, it heat-processed at 80 degreeC for 1 week, and was set as the laminated body.
[実施例17]金属アルコキシド溶液を以下に示す手順で調製し、有機無機混合層塗工時の乾燥温度を180℃とした以外は実施例1と同様にして積層体を得た。 [Example 17] A metal alkoxide solution was prepared according to the procedure shown below, and a laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the drying temperature during application of the organic-inorganic mixed layer was 180 ° C.
<金属アルコキシド溶液>
TEOS11.7gとメタノール4.7gを混合した溶液に、0.02N塩酸水溶液18.6gを撹拌しながら液滴することで、TEOS加水分解液を得た。一方で、コルコート株式会社製エチルシリケート48(平均10量体)11.2g、メタノール16.9gを混合した溶液に、0.06N塩酸水溶液7.0gを液滴して、シリケート加水分解液を得た。TEOS加水分解液とシリケート加水分解液をSiO2換算固形分の質量比が40/60になるように混合し、金属アルコキシド溶液とした。
<Metal alkoxide solution>
A TEOS hydrolyzed solution was obtained by dropping 18.6 g of a 0.02N hydrochloric acid aqueous solution into a mixed solution of 11.7 g of TEOS and 4.7 g of methanol while stirring. On the other hand, 7.0 g of a 0.06N hydrochloric acid aqueous solution was dropped into a solution obtained by mixing 11.2 g of ethyl silicate 48 (average 10-mer) manufactured by Colcoat Co., Ltd. and 16.9 g of methanol to obtain a silicate hydrolyzed solution. It was. The TEOS hydrolyzed liquid and the silicate hydrolyzed liquid were mixed so that the mass ratio of the solid content in terms of SiO 2 was 40/60 to obtain a metal alkoxide solution.
[実施例18]実施例17の積層体をさらに80℃で1週間、熱処理して積層体を得た。 [Example 18] The laminate of Example 17 was further heat-treated at 80 ° C for 1 week to obtain a laminate.
[実施例19]PVAの固形分と、TEOSのSiO2換算固形分の質量比が20/80になるようにした以外は実施例1と同様に有機無機混合層を形成した。さらに80℃で1週間熱処理して積層体とした。 And Example 19 solid PVA content, the weight ratio of SiO 2 in terms the solid content of the TEOS, except that was set to 20/80 to form an organic-inorganic mixed layer in the same manner as in Example 1. Furthermore, it was heat-treated at 80 ° C. for 1 week to obtain a laminate.
[実施例20]実施例17で使用した金属アルコキシド溶液をPVAと混合し、乾燥温度を150℃としたこと以外は実施例19と同様にして積層体を得た。 [Example 20] A laminate was obtained in the same manner as in Example 19 except that the metal alkoxide solution used in Example 17 was mixed with PVA and the drying temperature was 150 ° C.
[比較例1]
金属アルコキシド溶液を、TEOS11.7gとメタノール4.7gを混合した溶液に、0.02N酢酸ナトリウム水溶液18.6gを撹拌しながら液滴することによりTEOS加水分解液とした以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
[Comparative Example 1]
Example 1 except that a metal alkoxide solution was made into a TEOS hydrolyzed solution by dropping 18.6 g of 0.02N sodium acetate aqueous solution into a mixed solution of 11.7 g of TEOS and 4.7 g of methanol while stirring. Thus, a laminate was obtained.
[比較例2]
ビニルアルコール系樹脂溶液を、PVA(重合度1,700、けん化度88%)とした以外は実施例2と同様にして積層体を得た。
[Comparative Example 2]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 2 except that the vinyl alcohol resin solution was changed to PVA (polymerization degree 1,700, saponification degree 88%).
[比較例3]
有機無機混合層の塗工液に、架橋剤としてポリアクリル酸(重量平均分子量約10,000)を、PVAと金属アルコキシドの合計固形分100質量部に対して3.0質量部となるように添加した以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
[Comparative Example 3]
Polyacrylic acid (weight average molecular weight of about 10,000) as a crosslinking agent in the coating solution for the organic / inorganic mixed layer is 3.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total solid content of PVA and metal alkoxide. A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except for the addition.
[比較例4]
PVAの固形分と、TEOSのSiO2換算固形分が10/90の質量比になるように塗工液を調製した以外は実施例1と同様にして積層体を得ようとしたが、有機無機混合層にクラックが入り、バリア性を得ることができなかった。なお、比較例4では有機無機混合層にクラックが入ったためV/SおよびA1/A2が測定できなかった。
[Comparative Example 4]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating liquid was prepared so that the solid content of PVA and the solid content of TEOS in terms of SiO 2 were 10/90. Cracks occurred in the mixed layer, and barrier properties could not be obtained. In Comparative Example 4, V / S and A1 / A2 could not be measured because of cracks in the organic / inorganic mixed layer.
[比較例5]
PVAの固形分と、TEOSのSiO2換算固形分の質量比が90/10になるように塗工液を調製した以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
[Comparative Example 5]
A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating liquid was prepared such that the mass ratio of the solid content of PVA and the solid content of TEOS in terms of SiO 2 was 90/10.
[比較例6]TEOSの10モル%をシランカップリング剤3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランに置き換えたこと以外は実施例1と同様にして積層体を得た。 [Comparative Example 6] A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 mol% of TEOS was replaced with the silane coupling agent 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane.
[比較例7]金属アルコキシドを調製する際、液温10℃に保温しながら調製したこと以外は実施例1と同様にして積層体を得た。 [Comparative Example 7] A laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the metal alkoxide was prepared while keeping the liquid temperature at 10 ° C.
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