JP3562065B2

JP3562065B2 - 高ガスバリア性高分子物品及びその製造方法

Info

Publication number: JP3562065B2
Application number: JP28132095A
Authority: JP
Inventors: 明憲江部; 哲西山; 潔緒方
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JPH09124807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品、医薬品、医療用器具等の包装材、包装容器等や、これらに利用できる基材等の物品であって、高分子材料からなり、ガスバリア性を有する物品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば食品、医薬品、医療用器具等を包装するために広く用いられているポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂等からなる包装材は、ガスバリア性が比較的低い。例えば酸素（Ｏ_２）ガスや水蒸気（Ｈ_２Ｏ）が包装材を透過する場合、包装内容物が酸化したり、湿ったりする恐れがあり、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスが包装材を透過する場合、炭酸飲料等が封入された包装容器から飲料中の二酸化炭素ガスが外部へ抜ける恐れがある。
【０００３】
包装材や包装容器の厚みを大きくすることで、ある程度ガスバリア性を高めることができるが、包装材や包装容器の用途、コスト低減化の要請等により厚みを小さくせざるを得ない場合もある。
そこで、包装材、包装容器等のガスバリア性を高めるため、包装材、包装容器等表面にアルミニウム（Ａｌ）等の金属膜やシリコン酸化物、アルミニウム酸化物等のセラミック膜等を蒸着形成することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属膜を形成した包装用物品は、透明性が失われるため、包装用物品としての商品価値が下がる。また、包装用物品にて包装した状態のまま電子レンジ加熱できないという欠点も有する。そこで、現在主流となっているのは前記の透明性を有するシリコン酸化物、アルミニウム酸化物等のセラミック膜を形成した包装用物品であるが、この包装用物品は、例えばフィルム状等のものの場合、該包装用物品が屈曲するとセラミック膜にクラックが入り易く、これによりバリア性が著しく低下する。
【０００５】
そこで本発明は、透明性に優れるとともに、屈曲してもガスバリア性の劣化が生じない高ガスバリア性高分子物品及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、高分子材料からなる物品の表面部分に、不活性ガス（ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等）、水素（Ｈ ₂ ）ガスから選ばれた少なくとも一種のガスのイオンを照射することで形成されたガスバリア性を有する改質層を有することを特徴とする高ガスバリア性高分子物品、及びその製造方法であって、高分子材料からなる物品の表面部分に、不活性ガス、水素ガスから選ばれた少なくとも一種のガスのイオンを照射してガスバリア性を有する改質層を形成することを特徴とする高ガスバリア性高分子物品の製造方法を提供する。
【０００７】
前記高分子材料からなる物品としては、包装材、包装容器等や、これらに利用できる基材等を例示できる。
前記高分子物品の材質は、包装材として一般に用いられているポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂等を挙げることができ、特に限定されない。また、物品形状も、フィルム状、袋状、各種容器の形状等を挙げることができ、特に限定されない。
【０００８】
前記イオン照射におけるイオン加速エネルギは、イオン種及び物品材質等によって異なるが、２００ｅＶ〜１００ｋｅＶ程度、好ましくは２００ｅＶ〜１０ｋｅＶ程度とすることが考えられる。また、イオン照射量も、イオン種及び物品材質等によって異なるが、１×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２〜１×１０^２０ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度、好ましくは１×１０^１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２〜１×１０^１７ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度とすることが考えられる。
【０００９】
イオン加速エネルギとイオン照射量の組み合わせとしては、イオン加速エネルギが２００ｅＶ〜１００ｋｅＶ程度でイオン照射量が１×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２〜１×１０^２０ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度、より好ましくは、イオン加速エネルギが２００ｅＶ〜１０ｋｅＶ程度で、イオン照射量が１×１０^１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２〜１×１０^１７ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度を例示できる。
【００１０】
イオン加速エネルギ及びイオン照射量についてこのような下限値を設けたのは、これより小さい値ではイオン照射による効果が十分に得られないからであり、このような上限値を設けたのは、これより大きい値では物品に与える熱的損傷が大きくなり、基体が黒変する等、損傷し易いからである。
本発明の高ガスバリア性高分子物品及びその製造方法によると、前記改質層が酸素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気等のガスを透過させ難いため、全体としてこれらのガスを通過させ難い高分子物品が得られる。これは、前記改質層は、イオン照射により物品材質の化学結合状態、結晶性及び配向性が変化して緻密な構造を有するためと考えられる。なお、ガスバリア性の程度は、物品材質とその厚み、イオン種、イオン照射エネルギ及びイオン照射量を適宜、選択、調整して所望のものにすればよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る高ガスバリア性高分子物品の１例の拡大断面図である。この高分子物品Ｓは、ここではシート状基材であり、表面部分に、不活性ガス（ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス）、水素ガスから選ばれた少なくとも一種のガスのイオンを照射して形成された改質層Ｓ１を有している。そして改質層Ｓ１が高ガスバリア性を有するため、全体として高ガスバリア性を有する。
【００１２】
また、図２は図１に示す高ガスバリア性高分子物品の製造に用いることができるイオン照射装置である。
この装置は、真空容器１を有し、容器１内には被処理高分子物品Ｓを支持するホルダ２が設置され、ホルダ２に対向する位置にはイオン源３が設置されている。また、ホルダ２付近にはイオン電流測定器４が設置され、ホルダ２前方にはシャッター５が設置されている。さらに、容器１には排気装置１１が付設されて、容器１内を所定の真空度にすることができる。
【００１３】
この装置を用いて本発明方法を実施するにあたっては、まず被処理物品Ｓを図示しない搬送装置を用いて容器１内に搬入し、ホルダ２に支持させた後、排気装置１１の運転にて容器１内を所定の真空度にする。また、当初シャッター５は閉じた状態にしておく。次いで、イオン源３に不活性ガス、水素ガスから選ばれた少なくとも一種のガスを導入してイオン化させ、該イオンをホルダ２に向けて照射し、この間イオン電流測定器４により照射イオン数を測定する。そして、所定の照射イオン数が得られた時点でシャッター５を開けて物品Ｓへの該イオンの照射を開始し、所定時間照射後、さらにシャッター５を閉じてイオン源３を停止することでイオン照射を終了する。
【００１４】
このとき、イオン加速エネルギは２００ｅＶ〜１００ｋｅＶ、好ましくは２００ｅＶ〜１０ｋｅＶとし、イオン照射量は１×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２〜１×１０^２０ｉｏｎｓ／ｃｍ^２、好ましくは１×１０^１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２〜１×１０^１７ｉｏｎｓ／ｃｍ^２とする。
このようにして、図１に示すように、表面部分にイオン照射による改質層Ｓ１を有する高分子物品Ｓが得られる。
【００１５】
次に、図２の装置を用いて図１に示す高ガスバリア性高分子物品を製造した具体的実施例について説明する。
厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるフィルム状被処理物品Ｓを容器１内に搬入し、ホルダ２に支持させた後、容器１内を１×１０^−４Ｐａ以下の真空度にした。またシャッター５は閉じた状態とした。次いで、イオン源３にアルゴン（Ａｒ）ガスを導入し、イオン化させ、該イオンを１０００ｅＶの加速エネルギでホルダ２に向けて照射した。そして、イオン電流測定器４により測定されるイオン照射量が、１×１０^１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２となった時点でシャッター５を開けて物品ＳへのＡｒイオン照射を開始し、これを１０秒間継続した。このようにして表面部分にＡｒイオン照射による改質層Ｓ１を有する高ガスバリア性高分子物品Ｓを得た。また、イオン照射量を１×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２、１×１０^１６ｉｏｎｓ／ｃｍ^２又は５×１０^１６ｉｏｎｓ／ｃｍ^２とした点を除き、他は同様にして、さらに３個の物品を得た。
【００１６】
次いで、前記本発明実施例により得られた高ガスバリア性高分子物品及びイオン照射を行う前の未処理の高分子物品について、酸素ガス及び水蒸気の透過量をそれぞれＪＩＳＫ７１２６Ｂ法及びＪＩＳＫ７１２９Ｂ法により測定した。
結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
また、前記本発明実施例において、Ａｒイオン照射時のイオン照射量を１×１０^１６ｉｏｎｓ／ｃｍ^２とし、イオン加速エネルギを２００ｅＶ〜２０ｋｅＶに変化させて得られた高ガスバリア性高分子物品についても、それぞれ同様にして酸素ガス透過量及び水蒸気透過量を測定した。
結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
これらの結果、イオン照射量及びイオン加速エネルギについては、前記範囲内でこれらの値を大きくするほど、得られる高ガスバリア性高分子物品の酸素ガス及び水蒸気に対するバリア性が高くなったことが分かる。
次に、前記本発明実施例において、イオン加速エネルギを１０００ｅＶ、イオン照射量を５×１０^１６ｉｏｎｓ／ｃｍ^２として得られた高ガスバリア性高分子物品、及び同じＰＥＴからなる物品上に膜厚５０ｎｍの３酸化２シリコン（Ｓｉ_２Ｏ_３）膜を真空蒸着法により形成したものの両者について、屈曲試験（ゲルボ試験（ＡＳＴＭ−Ｅ−３９２−７４））により５０回屈曲させ、その前後の酸素ガス及び水蒸気の透過量をそれぞれ前記と同様の方法で測定した。
【００２１】
結果を表３に示す。
【００２２】
【表３】

【００２３】
この結果、本発明実施例による高ガスバリア性高分子物品では、５０回屈曲後も酸素ガス及び水蒸気に対する高いバリア性を維持したが、表面に３酸化２シリコン膜を形成した高分子物品では、５０回屈曲によりガスバリア性が著しく低下したことが分かる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明方法によると、透明性に優れるとともに、屈曲してもガスバリア性の劣化が生じない高ガスバリア性高分子物品及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高ガスバリア性高分子物品の１例の一部の拡大断面図である。
【図２】本発明に係る高ガスバリア性高分子物品の製造に用いることができるイオン照射装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１真空容器
１１排気装置
２ホルダ
３イオン源
４イオン電流測定器
５シャッター
Ｓ高分子材料物品
Ｓ１ガスバリア性を有する改質層

Claims

高分子材料からなる物品の表面部分に、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、水素ガスから選ばれた少なくとも一種のガスのイオンを照射することで形成されたガスバリア性を有する改質層を有することを特徴とする高ガスバリア性高分子物品。
前記イオン照射におけるイオン加速エネルギを２００ｅＶ〜１００ｋｅＶとし、イオン照射量を１×１０¹³ｉｏｎｓ／ｃｍ²〜１×１０²⁰ｉｏｎｓ／ｃｍ²とする請求項１記載の高ガスバリア性高分子物品。
前記イオン照射におけるイオン加速エネルギを２００ｅＶ〜１０ｋｅＶとし、イオン照射量を１×１０ ¹⁴ ｉｏｎｓ／ｃｍ ² 〜１×１０ ¹⁷ ｉｏｎｓ／ｃｍ ² とする請求項１記載の高ガスバリア性高分子物品。
高分子材料からなる物品の表面部分に、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、水素ガスから選ばれた少なくとも一種のガスのイオンを照射してガスバリア性を有する改質層を形成することを特徴とする高ガスバリア性高分子物品の製造方法。
前記イオン照射におけるイオン加速エネルギを２００ｅＶ〜１００ｋｅＶとし、イオン照射量を１×１０ ¹³ ｉｏｎｓ／ｃｍ ² 〜１×１０ ²⁰ ｉｏｎｓ／ｃｍ ² とする請求項４記載の高ガスバリア性高分子物品の製造方法。
前記イオン照射におけるイオン加速エネルギを２００ｅＶ〜１０ｋｅＶとし、イオン照射量を１×１０ ¹⁴ ｉｏｎｓ／ｃｍ ² 〜１×１０ ¹⁷ ｉｏｎｓ／ｃｍ ² とする請求項４記載の高ガスバリア性高分子物品の製造方法。