JP7487456B2 - Barrier Film - Google Patents
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Description
本発明は、バリアフィルムに関し、より詳細には、特定の条件で測定した熱収縮率が小さいバリアフィルムに関する。 The present invention relates to a barrier film, and more specifically, to a barrier film that has a small thermal shrinkage rate measured under specific conditions.
従来、食品、日用品、および医薬品等の包装に用いられる包装材料は、内容物の変質を抑制し、それらの機能や性質を保持するために、包装材料を透過する酸素、水蒸気、その他内容物を変質させる気体による影響を防止する必要があり、これら気体を遮断するガスバリア性を備えることが求められてきた。そのため、高分子の中ではガスバリア性に優れる塩化ビニリデン系樹脂のフィルムまたはそれらの樹脂をコーティングしたフィルム等が良く用いられてきた。しかし、それらは温度や湿度等によるガスバリア性の影響が大きく、高度なガスバリア性の要求には対応できないという技術的課題が存在していた。 Conventionally, packaging materials used for packaging food, daily necessities, pharmaceuticals, etc., need to prevent the contents from deteriorating and maintain their functions and properties, and must be protected from the effects of oxygen, water vapor, and other gases that degrade the contents, which permeate the packaging material. They are therefore required to have gas barrier properties to block these gases. For this reason, films of vinylidene chloride resins, which have excellent gas barrier properties among polymers, or films coated with these resins, have been commonly used. However, the gas barrier properties of these materials are significantly affected by factors such as temperature and humidity, and there has been a technical challenge in that they cannot meet the demand for high levels of gas barrier properties.
そこで、高度なガスバリア性を要求されるものについては、アルミニウム等の金属からなる金属箔等をガスバリア層として用いた包装材料が用いられてきた。しかし、アルミニウム等の金属からなる金属箔等を用いた包装材料は、温度や湿度の影響がなく高度なガスバリア性を持つが、包装材料を透視して内容物を確認することができない、使用後の廃棄の際は不燃物として処理しなければならない、検査の際に金属探知器が使用できない等の技術的課題が存在していた。 For items that require a high level of gas barrier properties, packaging materials that use metal foils made of aluminum or other metals as a gas barrier layer have been used. However, while packaging materials that use metal foils made of aluminum or other metals have high gas barrier properties and are not affected by temperature or humidity, there are technical issues with them, such as the inability to see through the packaging material to check the contents, the need to dispose of them as non-combustible waste after use, and the inability to use metal detectors during inspection.
近年、これらの技術的課題を解決するために、酸化珪素、酸化アルミニウム、および酸化マグネシウム等の無機酸化物の蒸着薄膜層を真空蒸着法やスパッタリング法等の形成手段により高分子フィルム上に積層した蒸着フィルムがバリアフィルムとして使用されている。 In recent years, to solve these technical problems, vapor-deposited films, in which a vapor-deposited thin layer of inorganic oxides such as silicon oxide, aluminum oxide, and magnesium oxide is laminated on a polymer film by a forming method such as vacuum deposition or sputtering, have been used as barrier films.
しかし、上記のようなバリアフィルムのガスバリア性は、必ずしも十分ではなく、また、ガスバリア性にバラツキが生じるという技術的課題が存在している。そこで、このような技術的課題を解決するために、特定の熱条件(160℃×5分)における縦方向および横方向熱収縮率がそれぞれ1.0%~2.0%および0.5~1.0%であるSiOx蒸着用二軸延伸ポリエステルフィルムが提案されている(特許文献1参照)。 However, the gas barrier properties of the above-mentioned barrier films are not necessarily sufficient, and there is a technical problem that the gas barrier properties vary. In order to solve such technical problems, a biaxially oriented polyester film for SiOx deposition has been proposed, in which the longitudinal and transverse thermal shrinkage rates under specific thermal conditions (160°C x 5 minutes) are 1.0% to 2.0% and 0.5% to 1.0%, respectively (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1で提案されているSiOx蒸着用二軸延伸ポリエステルフィルムであっても、蒸着層上にバリアコート層を積層したガスバリアフィルムのガスバリア性(特に水蒸気バリア性)の検討は十分ではなかった。
本発明者は、基材フィルム上の無機酸化物蒸着層上にバリアコート層を形成する場合、バリアコート層の乾燥(加熱)工程において、基材フィルムが熱収縮を起こし、無機酸化物蒸着層ないしバリアコート層に微細なクラック等が発生することで、バリアフィルムとしてガスバリア性(特に水蒸気バリア性)を維持できないという新たな技術的課題を知見した。
However, even in the case of the biaxially stretched polyester film for SiOx deposition proposed in Patent Document 1, the gas barrier properties (particularly the water vapor barrier properties) of the gas barrier film having a barrier coat layer laminated on the deposition layer have not been sufficiently examined.
The present inventors have discovered a new technical problem in that, when a barrier coat layer is formed on an inorganic oxide vapor deposition layer on a base film, the base film undergoes thermal shrinkage in the process of drying (heating) the barrier coat layer, causing fine cracks and the like in the inorganic oxide vapor deposition layer or the barrier coat layer, making it impossible to maintain the gas barrier properties (particularly the water vapor barrier properties) of the barrier film.
本発明は上記の背景技術および新たな技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基材フィルムの無機酸化物蒸着層上にバリアコート層を積層し、その際に乾燥(加熱)工程を経た後であっても、ガスバリア性(特に水蒸気バリア性)に優れるバリアフィルムを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned background art and new technical problems, and its purpose is to provide a barrier film that has excellent gas barrier properties (particularly water vapor barrier properties) even after a drying (heating) process is performed by laminating a barrier coat layer on an inorganic oxide vapor deposition layer of a substrate film.
本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、熱機械分析装置(TMA)を用いて、特定の条件で測定したバリアフィルムのMD方向の熱収縮率を一定の範囲に調節することにより、上記課題を解決できることを知見した。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。 The inventors conducted extensive research to solve the above problems and discovered that the above problems can be solved by adjusting the thermal shrinkage rate of the barrier film in the MD direction, measured under specific conditions using a thermomechanical analyzer (TMA), to a certain range. The present invention was completed based on this discovery.
すなわち、本発明の第1の態様によれば、
無機酸化物蒸着層と、基材フィルムとを備えなる、バリアフィルムであって、
前記基材フィルムが、延伸ポリエステルフィルムであり、
バリアフィルムに単位断面積当たり荷重2.92×106N/m2を負荷しながら、温度20℃で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で150℃まで昇温し、温度150℃で10分間保持した後、降温速度10℃/分で20℃まで降温させた後に測定したバリアフィルムのMD方向の熱収縮率が、0%以上0.75%以下であることを特徴とする、バリアフィルムが提供される。
That is, according to the first aspect of the present invention,
A barrier film comprising an inorganic oxide vapor deposition layer and a substrate film,
The base film is a stretched polyester film,
The barrier film is subjected to a load of 2.92 x 106 N/ m2 per unit cross-sectional area while being held at a temperature of 20°C for 5 minutes, then heated to 150°C at a heating rate of 10°C/min, held at 150°C for 10 minutes, and then cooled to 20°C at a heating rate of 10°C/min. The thermal shrinkage rate of the barrier film in the MD direction measured after this is between 0% and 0.75%.
本発明の第1の態様においては、前記基材フィルムが、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムであることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the base film is preferably a biaxially oriented polyethylene terephthalate film.
本発明の第1の態様においては、前記無機酸化物蒸着層が、酸化アルミニウム蒸着膜または酸化珪素蒸着膜であることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the inorganic oxide vapor deposition layer is preferably an aluminum oxide vapor deposition film or a silicon oxide vapor deposition film.
本発明の第1の態様においては、前記無機酸化物蒸着層上にバリアコート層がさらに積層されていることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, it is preferable that a barrier coat layer is further laminated on the inorganic oxide vapor deposition layer.
本発明の第1の態様においては、前記バリアコート層が、金属アルコキシドと水溶性高分子との樹脂硬化膜であることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the barrier coat layer is preferably a resin cured film of a metal alkoxide and a water-soluble polymer.
本発明の第1の態様においては、前記バリアコート層が、金属酸化物とリン化合物とが反応してなる反応生成物を含む樹脂硬化膜であることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the barrier coat layer is preferably a cured resin film containing a reaction product formed by reacting a metal oxide with a phosphorus compound.
本発明の第1の態様においては、前記バリアコート層が、多価金属化合物によって架橋されたカルボキシル基含有重合体を含む樹脂硬化膜であることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the barrier coat layer is preferably a resin cured film containing a carboxyl group-containing polymer crosslinked by a polyvalent metal compound.
また、本発明の第2の態様によれば、
バリアコート層が積層された無機酸化物蒸着層と、基材フィルムとを備えなる、バリアフィルムであって、
前記基材フィルムが、延伸ポリエステルフィルムであり、
前記バリアフィルムに単位断面積当たり荷重2.92×106N/m2を負荷しながら、温度20℃で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で150℃まで昇温し、温度150℃で10分間保持した後、降温速度10℃/分で20℃まで降温させた後に測定したバリアフィルム基材フィルムのMD方向の熱収縮率が、0%以上0.70%以下であることを特徴とするバリアフィルムが提供される。
According to a second aspect of the present invention,
A barrier film comprising an inorganic oxide vapor deposition layer having a barrier coat layer laminated thereon and a substrate film,
The base film is a stretched polyester film,
The barrier film is maintained at a temperature of 20°C for 5 minutes while applying a load of 2.92 x 106 N/ m2 per unit cross-sectional area to the barrier film, and then heated to 150°C at a heating rate of 10°C/min, maintained at the temperature of 150°C for 10 minutes, and then cooled to 20°C at a heating rate of 10°C/min. The thermal shrinkage rate of the barrier film substrate film in the MD direction measured after the heating is then measured is from 0% to 0.70%.
本発明の第2の態様においては、前記基材フィルムが、バイオマス由来であることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, it is preferable that the base film is derived from biomass.
本発明の第2の態様においては、前記バリアコート層が、金属アルコキシドと水溶性高分子との樹脂硬化膜であることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the barrier coat layer is preferably a resin cured film of a metal alkoxide and a water-soluble polymer.
本発明の第2の態様においては、前記バリアコート層が、金属酸化物とリン化合物とが反応してなる反応生成物を含む樹脂硬化膜であることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the barrier coat layer is preferably a resin cured film containing a reaction product formed by reacting a metal oxide with a phosphorus compound.
本発明の第2の態様においては、前記バリアコート層が、多価金属化合物によって架橋されたカルボキシル基含有重合体を含む樹脂硬化膜であることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the barrier coat layer is preferably a resin cured film containing a carboxyl group-containing polymer crosslinked by a polyvalent metal compound.
本発明の第2の態様においては、前記無機酸化物蒸着層が、酸化アルミニウム蒸着膜であり、
前記酸化アルミニウム蒸着膜中には、Al3で表される元素結合構造部が分布し、
前記バリアフィルムを、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)で分析した際の、酸化アルミニウム蒸着膜中の最大Al3濃度元素結合構造部分の強度比率Al3/Al2O3×100が、1以上20以下であることが好ましい。
In a second aspect of the present invention, the inorganic oxide vapor deposition layer is an aluminum oxide vapor deposition film,
In the aluminum oxide vapor deposition film, an element bond structure represented by Al3 is distributed,
When the barrier film is analyzed by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), the intensity ratio Al 3 /Al 2 O 3 ×100 of the maximum Al 3 concentration element bond structure portion in the aluminum oxide vapor deposition film is preferably 1 or more and 20 or less.
本発明の第2の態様においては、前記最大Al3濃度元素結合構造部分が、前記酸化アルミニウム蒸着膜の基材フィルムとは、反対側の表面から、前記酸化アルミニウム蒸着膜の膜厚の4%以上45%以下の深さ位置に存在することが好ましい。 In a second aspect of the present invention, it is preferable that the maximum Al3 concentration element bond structure portion is present at a depth position of 4% to 45% of the thickness of the aluminum oxide vapor-deposited film from the surface of the aluminum oxide vapor-deposited film on the opposite side to the substrate film.
本発明の第2の態様においては、前記無機酸化物蒸着層が、酸化アルミニウム蒸着膜であり、
前記酸化アルミニウム蒸着膜中には、前記基材フィルムの表面と前記酸化アルミニウム蒸着膜との剥離強度を規定する遷移領域が形成されており、
前記遷移領域は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いてエッチングを行うことで検出される、水酸化アルミニウムに変成する元素結合Al2O4Hを含み、
前記バリアコート層と前記酸化アルミニウム蒸着膜とをTOF-SIMSを用いてエッチングを行うことで規定される前記酸化アルミニウム蒸着膜に対する、TOF-SIMSを用いて規定される前記変成される前記遷移領域の割合により定義される遷移領域の変成率が、5%以上60%以下であることが好ましい。
In a second aspect of the present invention, the inorganic oxide vapor deposition layer is an aluminum oxide vapor deposition film,
a transition region is formed in the aluminum oxide vapor-deposited film, the transition region defining the peel strength between the surface of the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film;
the transition region contains elementally bonded Al 2 O 4 H which transforms into aluminum hydroxide, as detected by etching using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS);
It is preferable that the transformation rate of the transition region, which is defined by the ratio of the transformed transition region to the aluminum oxide vapor deposition film determined by etching the barrier coat layer and the aluminum oxide vapor deposition film using TOF-SIMS, is 5% or more and 60% or less.
本発明の第1および第2の態様においては、バリアコート層を備えるバリアフィルムは、温度23℃および湿度90%RHの環境下でJIS K7126法に準拠して測定した酸度透過度が、1.0cc/m2・atm・day以下であることが好ましい。 In the first and second aspects of the present invention, the barrier film having a barrier coat layer preferably has an acid permeability of 1.0 cc /m2·atm·day or less, measured in accordance with JIS K7126 under an environment of a temperature of 23° C. and a humidity of 90% RH.
本発明の第1および第2の態様においては、バリアコート層を備えるバリアフィルムは、温度40℃および湿度100%RHの環境下でJIS K7129法に準拠して測定した水蒸気透過度が、1.0g/m2・day以下であることが好ましい。 In the first and second aspects of the present invention, the barrier film having a barrier coat layer preferably has a water vapor permeability of 1.0 g/ m2 ·day or less, measured in accordance with JIS K7129 under an environment of a temperature of 40° C. and a humidity of 100% RH.
本発明の他の態様によれば、バリアフィルムを備えてなる、包装材料が提供される。 According to another aspect of the present invention, a packaging material is provided that includes a barrier film.
本発明の他の態様によれば、ヒートシール層と、接着層と、前記バリアフィルムからなるバリア層とをこの順に備えてなることが好ましい。 According to another aspect of the present invention, it is preferable that the heat seal layer, the adhesive layer, and the barrier layer made of the barrier film are provided in this order.
本発明の他の態様によれば、上記のバリアフィルムを備えてなる包装材料であって、
135℃で40分間の湿熱殺菌処理後に、JIS K6854-2に準拠して測定された前記基材フィルムと前記酸化アルミニウム蒸着膜との常態剥離強度が1.0N以上であることが好ましい。
According to another aspect of the present invention, there is provided a packaging material comprising the above-mentioned barrier film,
After a moist heat sterilization treatment at 135° C. for 40 minutes, the normal peel strength between the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film, measured in accordance with JIS K6854-2, is preferably 1.0 N or more.
本発明の他の態様によれば、上記のバリアフィルムを備えてなる包装材料であって、135℃で40分間の湿熱殺菌処理後に、JIS K6854-2に準拠して測定された前記基材フィルムと前記酸化アルミニウム蒸着膜との水付け剥離強度が1.0N以上であることが好ましい。 According to another aspect of the present invention, it is preferable that the packaging material comprising the above-mentioned barrier film has a water-exfoliation peel strength of 1.0 N or more between the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film measured in accordance with JIS K6854-2 after moist heat sterilization at 135°C for 40 minutes.
本発明によれば、基材フィルムの無機酸化物蒸着層上にバリアコート層を積層し、その際に乾燥(加熱)工程を経た後であっても、ガスバリア性(特に水蒸気バリア性)に優れるバリアフィルムを提供することができる。 According to the present invention, a barrier film having excellent gas barrier properties (particularly water vapor barrier properties) can be provided by laminating a barrier coating layer on an inorganic oxide vapor deposition layer of a substrate film and then undergoing a drying (heating) process.
<バリアフィルム>
本発明によるバリアフィルムは、少なくとも、無機酸化物蒸着層と、基材フィルムとを備えるものである。バリアフィルムは、無機酸化物蒸着層上にバリアコート層がさらに積層されることが好ましい。このような層構成のバリアフィルムは、ガスバリア性に優れるため、ガスバリア性を要求されるレトルト包装製品用のバリア層として好適に使用することができる。
<Barrier film>
The barrier film according to the present invention comprises at least an inorganic oxide vapor deposition layer and a base film. It is preferable that the barrier film further comprises a barrier coat layer laminated on the inorganic oxide vapor deposition layer. A barrier film having such a layer structure has excellent gas barrier properties and can be suitably used as a barrier layer for retort packaging products that require gas barrier properties.
本発明の第1の態様である下記の無機酸化物蒸着層を備えるバリアフィルムは、温度40℃および湿度100%RHの環境下でJIS K7129法に準拠して測定した水蒸気透過度が、好ましくは5.0g/m2・day以下であり、より好ましくは4.0g/m2・day以下であり、さらに好ましくは3.0g/m2・day以下であり、さらにより好ましくは2.0g/m2・day以下である。
水蒸気透過度が上記数値範囲を満たせば、好適な水蒸気バリア性を有しているため、水蒸気バリア性が要求される様々な用途に利用することができる。
The barrier film having the following inorganic oxide vapor-deposited layer, which is the first aspect of the present invention, has a water vapor permeability measured in accordance with JIS K7129 under an environment of a temperature of 40°C and a humidity of 100% RH of preferably 5.0 g/ m2 ·day or less, more preferably 4.0 g/ m2 ·day or less, even more preferably 3.0 g/ m2 ·day or less, and even more preferably 2.0 g/ m2 ·day or less.
If the water vapor permeability falls within the above numerical range, the film has suitable water vapor barrier properties and can be used in various applications requiring water vapor barrier properties.
本発明の第2の態様である下記のバリアコート層が積層された無機酸化物蒸着層を備えるバリアフィルムは、温度40℃および湿度100%RHの環境下でJIS K7129法に準拠して測定した水蒸気透過度が、好ましくは1.0g/m2・day以下であり、より好ましくは0.8g/m2・day以下であり、さらに好ましくは0.7g/m2・day以下であり、さらにより好ましくは0.5g/m2・day以下であり、特に好ましくは0.1g/m2・day以下である。
水蒸気透過度が上記数値範囲を満たせば、好適な水蒸気バリア性を有しているため、水蒸気バリア性が要求される様々な用途に利用することができる。
[0043] The barrier film comprising an inorganic oxide vapor-deposited layer having a barrier coat layer laminated thereon, which is the second aspect of the present invention, has a water vapor permeability measured in accordance with JIS K7129 under an environment of a temperature of 40°C and a humidity of 100% RH of preferably 1.0 g/ m2 ·day or less, more preferably 0.8 g/ m2 ·day or less, even more preferably 0.7 g/ m2 ·day or less, still more preferably 0.5 g/ m2 ·day or less, and particularly preferably 0.1 g/ m2 ·day or less.
If the water vapor permeability falls within the above numerical range, the film has suitable water vapor barrier properties and can be used in various applications requiring water vapor barrier properties.
本発明の第1の態様である下記の無機酸化物蒸着層を備えるバリアフィルムは、温度23℃および湿度90%RHの環境下でJIS K7126法に準拠して測定した酸度透過度が、好ましくは5.0cc/m2・atm・day以下であり、より好ましくは4.0cc/m2・atm・day以下を達成できることがより好ましく、さらに好ましくは3.0cc/m2・atm・dayであり、さらにより好ましくは2.0cc/m2・atm・dayである。
酸素透過度が上記数値範囲を達成できれば、好適な酸素バリア性を有しているため、酸素バリア性が要求される様々な用途に利用することができる。
The barrier film having the inorganic oxide vapor deposition layer described below, which is the first aspect of the present invention, has an acid permeability measured in accordance with JIS K7126 under an environment of a temperature of 23°C and a humidity of 90% RH of preferably 5.0 cc/ m2 atm day or less, more preferably 4.0 cc/ m2 atm day or less, even more preferably 3.0 cc/ m2 atm day, and even more preferably 2.0 cc/ m2 atm day.
If the oxygen permeability falls within the above range, the material has suitable oxygen barrier properties and can be used in a variety of applications requiring oxygen barrier properties.
本発明の第2の態様である下記のバリアコート層が積層された無機酸化物蒸着層を備えるバリアフィルムは、温度23℃および湿度90%RHの環境下でJIS K7126法に準拠して測定した酸度透過度が、好ましくは1.0cc/m2・atm・day以下であり、より好ましくは0.8cc/m2・atm・day以下であり、さらに好ましくは0.6cc/m2・atm・day以下であり、さらにより好ましくは0.5cc/m2・atm・day以下であり、特に好ましくは0.1cc/m2・atm・day以下である。
酸素透過度が上記数値範囲を達成できれば、好適な酸素バリア性を有しているため、酸素バリア性が要求される様々な用途に利用することができる。
[0043] The barrier film comprising an inorganic oxide vapor deposition layer having a barrier coat layer laminated thereon, which is the second aspect of the present invention, has an acid permeability measured in accordance with JIS K7126 under an environment of a temperature of 23°C and a humidity of 90% RH of preferably 1.0 cc/ m2 atm day or less, more preferably 0.8 cc/ m2 atm day or less, even more preferably 0.6 cc/ m2 atm day or less, still more preferably 0.5 cc/ m2 atm day or less, and particularly preferably 0.1 cc/ m2 atm day or less.
If the oxygen permeability falls within the above range, the material has suitable oxygen barrier properties and can be used in a variety of applications requiring oxygen barrier properties.
本発明の第2の態様である下記のバリアコート層が積層された無機酸化物蒸着層を備えるバリアフィルムは、全光線透過率が80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましい。全光線透過率は、光学計測装置(須賀試験機株式会社製の測定器〔機種名:ヘーズメータ〕)を用いて、JIS K7136に準拠した方法により測定することができる。なお、全光線透過率の測定は、バリアフィルムの基材フィルム側が光源側を向くようにセットして行う。 The barrier film having an inorganic oxide deposition layer laminated with the barrier coat layer described below, which is the second aspect of the present invention, preferably has a total light transmittance of 80% or more, more preferably 85% or more. The total light transmittance can be measured by a method conforming to JIS K7136 using an optical measuring device (a measuring device manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. [model name: haze meter]). The total light transmittance is measured by setting the substrate film side of the barrier film so that it faces the light source side.
本発明の第2の態様である下記のバリアコート層が積層された無機酸化物蒸着層を備えるバリアフィルムは、ヘイズが5%未満であることが好ましく、2.5%以下であることがより好ましい。ヘイズは光学計測装置(須賀試験機株式会社製の測定器〔機種名:ヘーズメータ〕)を用いて、JIS K7136に準拠した方法により測定することができる。なお、ヘイズの測定は、バリアフィルムの基材フィルム側が光源側を向くようにセットして行う。 The barrier film having an inorganic oxide deposition layer laminated with the barrier coat layer described below, which is the second aspect of the present invention, preferably has a haze of less than 5%, and more preferably 2.5% or less. The haze can be measured using an optical measuring device (a measuring device manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. [model name: haze meter]) according to a method conforming to JIS K7136. Note that the haze is measured by setting the substrate film side of the barrier film so that it faces the light source side.
バリアフィルムは、熱機械分析装置(TMA)を用いて下記条件で測定したMD方向の熱収縮率が一定の範囲内に調節されたものである。熱機械分析装置(TMA)を用いた熱収縮率の具体的な測定条件は以下の通りである。
バリアフィルムに単位断面積当たり荷重2.92×106N/m2を負荷しながら、温度20℃で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で150℃まで昇温し、温度150℃で10分間保持した後、降温速度10℃/分で20℃まで降温させた後にバリアフィルムの熱収縮率を測定する。
熱機械分析装置(TMA)としては、市販の製品を用いることができ、例えば、セイコーインスツル株式会社製の機種名:EXSTAR6000を用いることができる。
The thermal shrinkage rate of the barrier film in the MD direction is adjusted to be within a certain range as measured using a thermomechanical analyzer (TMA) under the following conditions. The specific measurement conditions for the thermal shrinkage rate using a thermomechanical analyzer (TMA) are as follows:
While applying a load of 2.92 x 106 N/ m2 per unit cross-sectional area to the barrier film, the film is held at 20°C for 5 minutes, then heated to 150°C at a heating rate of 10°C/min, held at 150°C for 10 minutes, and then cooled to 20°C at a heating rate of 10°C/min, after which the thermal shrinkage of the barrier film is measured.
As the thermomechanical analyzer (TMA), a commercially available product can be used, for example, a model named EXSTAR6000 manufactured by Seiko Instruments Inc. can be used.
本発明の第1の態様である下記の無機酸化物蒸着層を備えるバリアフィルムは、上記の条件で測定したMD方向の熱収縮率が、0%以上0.75%以下であり、好ましくは0.70%以下であり、より好ましくは0.65%以下である。 The barrier film having the inorganic oxide vapor deposition layer described below, which is the first aspect of the present invention, has a thermal shrinkage rate in the MD direction measured under the above conditions of 0% or more and 0.75% or less, preferably 0.70% or less, and more preferably 0.65% or less.
本発明の第2の態様である下記のバリアコート層が積層された無機酸化物蒸着層を備えるバリアフィルムは、上記の条件で測定したMD方向の熱収縮率が、0%以上0.70%以下であり、好ましくは0.65%以下であり、より好ましくは0.55%以下である。 The barrier film having an inorganic oxide deposition layer laminated with the barrier coat layer described below, which is the second aspect of the present invention, has a thermal shrinkage rate in the MD direction measured under the above conditions of 0% or more and 0.70% or less, preferably 0.65% or less, and more preferably 0.55% or less.
バリアフィルムの熱収縮率は、ポリエステルフィルムの延伸倍率、延伸後の熱固定温度、熱弛緩温度、ポリエステルフィルムの含水率や重合度を変更することで、調節することができる。バリアフィルムの熱収縮率が上記範囲内であれば、バリアコート層形成時の乾燥工程等の加熱によってバリアフィルムが収縮しても、基材フィルム上に形成された無機酸化物蒸着層やバリアコート層に微細なクラック等が生じにくく、無機酸化物蒸着層やバリアコート層により得られるガスバリア性を維持することができる。そのため、本発明のバリアフィルムは、ガスバリア性(特に水蒸気バリア性)が要求される様々な用途に利用することができる。 The thermal shrinkage of the barrier film can be adjusted by changing the stretching ratio of the polyester film, the heat setting temperature after stretching, the heat relaxation temperature, and the moisture content and degree of polymerization of the polyester film. If the thermal shrinkage of the barrier film is within the above range, even if the barrier film shrinks due to heating in the drying process during the formation of the barrier coat layer, fine cracks are unlikely to occur in the inorganic oxide deposition layer or barrier coat layer formed on the base film, and the gas barrier properties obtained by the inorganic oxide deposition layer or barrier coat layer can be maintained. Therefore, the barrier film of the present invention can be used in various applications requiring gas barrier properties (particularly water vapor barrier properties).
本発明の一実施形態のバリアフィルムの層構成を、図面を参照しながら説明する。図1に示すバリアフィルム11は、基材フィルム12の一方の面上に無機酸化物蒸着層13を備える。バリアフィルム11は、無機酸化物蒸着層13上にバリアコート層14をさらに備えてもよい。以下、本発明のバリアフィルムを構成する各層について説明する。 The layer structure of a barrier film according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The barrier film 11 shown in FIG. 1 comprises an inorganic oxide deposition layer 13 on one side of a substrate film 12. The barrier film 11 may further comprise a barrier coat layer 14 on the inorganic oxide deposition layer 13. Each layer constituting the barrier film of the present invention will be described below.
(基材フィルム)
バリアフィルムに使用される基材フィルムとしては、一軸方向または二軸方向に延伸したポリエステルフィルムを用いることができる。基材フィルムは、熱機械分析装置(TMA)を用いて下記条件で測定したMD方向の熱収縮率が一定の範囲内に調節されたものであることが好ましい。
(Base film)
The substrate film used in the barrier film may be a uniaxially or biaxially stretched polyester film. The substrate film is preferably one whose MD heat shrinkage is adjusted to a certain range as measured under the following conditions using a thermomechanical analyzer (TMA).
熱機械分析装置(TMA)を用いた熱収縮率の具体的な測定条件は以下の通りである。
基材フィルムに単位断面積当たり荷重2.92×106N/m2を負荷しながら、温度20℃で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で150℃まで昇温し、温度150℃で10分間保持した後、降温速度10℃/分で20℃まで降温させた後に基材フィルムの熱収縮率を測定する。
熱機械分析装置(TMA)としては、市販の製品を用いることができ、例えば、セイコーインスツル株式会社製の機種名:EXSTAR6000を用いることができる。
Specific conditions for measuring the thermal shrinkage rate using a thermomechanical analyzer (TMA) are as follows.
While applying a load of 2.92 x 106 N/ m2 per unit cross-sectional area to the base film, the film is held at 20°C for 5 minutes, then the temperature is increased to 150°C at a rate of 10°C/min, held at 150°C for 10 minutes, and then cooled to 20°C at a rate of 10°C/min, after which the thermal shrinkage of the base film is measured.
As the thermomechanical analyzer (TMA), a commercially available product can be used, for example, a model named EXSTAR6000 manufactured by Seiko Instruments Inc. can be used.
基材フィルムは、上記の条件で測定したMD方向の熱収縮率が、0%以上1.00%以下であり、好ましくは0.95%以下であり、より好ましくは0.90%以下である。 The base film has a thermal shrinkage rate in the MD direction measured under the above conditions of 0% or more and 1.00% or less, preferably 0.95% or less, and more preferably 0.90% or less.
基材フィルムの熱収縮率は、ポリエステルフィルムの延伸倍率、延伸後の熱固定温度、熱弛緩温度、ポリエステルフィルムの含水率や重合度を変更することで、調節することができる。基材フィルムの熱収縮率が上記範囲内であれば、バリアコート層形成時の乾燥工程等の加熱によって基材フィルムが収縮しても、基材フィルム上に形成された無機酸化物蒸着層やバリアコート層に微細なクラック等が生じにくく、無機酸化物蒸着層やバリアコート層により得られるガスバリア性を維持することができる。そのため、本発明のバリアフィルムは、ガスバリア性(特に水蒸気バリア性)が要求される様々な用途に利用することができる。 The heat shrinkage rate of the base film can be adjusted by changing the stretching ratio of the polyester film, the heat setting temperature after stretching, the heat relaxation temperature, and the moisture content and degree of polymerization of the polyester film. If the heat shrinkage rate of the base film is within the above range, even if the base film shrinks due to heating in the drying process during the formation of the barrier coat layer, fine cracks are unlikely to occur in the inorganic oxide deposition layer or barrier coat layer formed on the base film, and the gas barrier properties obtained by the inorganic oxide deposition layer or barrier coat layer can be maintained. Therefore, the barrier film of the present invention can be used in various applications requiring gas barrier properties (particularly water vapor barrier properties).
(ポリエチレンテレフタレートフィルム)
ポリエステルフィルムの種類は特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムが挙げられ、具体的には、一般的な石化燃料由来のポリエチレンテレフタレートフィルムを用いることができる。
また、一般的な石化燃料由来のポリエチレンテレフタレートフィルム以外にも、以下のポリエステルフィルムを用いることもできる。
(Polyethylene terephthalate film)
The type of polyester film is not particularly limited, but examples thereof include polyethylene terephthalate films, and specifically, polyethylene terephthalate films derived from general petroleum fuels can be used.
In addition to the polyethylene terephthalate film that is generally derived from petroleum fuel, the following polyester films can also be used.
(ポリブチレンテレフタレートフィルム(PBT))
ポリブチレンテレフタレートフィルムは、熱変形温度が高く、機械的強度、電気的特性にすぐれ、成型加工性も良いことなどから、食品等の内容物を収容する包装袋に用いると、レトルト処理を施す際に包装袋が変形したり、その強度が低下したりすることを抑制することができる。ポリブチレンテレフタレートフィルムは、主成分としてポリブチレンテレフタレート(以下、PBTとも記す)を含むフィルムであり、好ましく、60質量%以上のPBTを含む樹脂フィルムである。
(Polybutylene terephthalate film (PBT))
Since polybutylene terephthalate films have a high heat distortion temperature, excellent mechanical strength and electrical properties, and good moldability, when used in packaging bags for containing food and other contents, they can prevent the packaging bag from being deformed or its strength from being reduced during retort treatment. The polybutylene terephthalate film is a film containing polybutylene terephthalate (hereinafter also referred to as PBT) as a main component, and is preferably a resin film containing 60% by mass or more of PBT.
(バイオマス由来のポリエステルフィルム)
バイオマス由来のポリエステルフィルムは、ジオール単位とジカルボン酸単位とからなるポリエステルを主成分として含んでなる樹脂組成物からなり、前記樹脂組成物が、ジオール単位がバイオマス由来のエチレングリコールである。バイオマス由来のポリエステルフィルムは、ジカルボン酸単位が化石燃料由来のジカルボン酸であるポリエステルを、樹脂組成物全体に対して、好ましくは50~95質量%、より好ましくは50~90質量%含むものであってもよい。
(Biomass-derived polyester film)
The biomass-derived polyester film is made of a resin composition containing a polyester composed of diol units and dicarboxylic acid units as a main component, and the diol units of the resin composition are ethylene glycol derived from biomass. The biomass-derived polyester film may contain, based on the entire resin composition, preferably 50 to 95 mass %, more preferably 50 to 90 mass %, of a polyester whose dicarboxylic acid units are dicarboxylic acids derived from fossil fuels.
バイオマス由来のエチレングリコールは、サトウキビ、トウモロコシ等のバイオマスを原料として製造されたエタノール(バイオマスエタノール)を原料としたものである。例えば、バイオマスエタノールを、従来公知の方法により、エチレンオキサイドを経由してエチレングリコールを生成する方法等により、バイオマス由来のエチレングリコールを得ることができる。また、市販のバイオマスエチレングリコールを使用してもよく、例えば、インディアグライコール社から市販されているバイオマスエチレングリコールを好適に使用することができる。 Biomass-derived ethylene glycol is made from ethanol (biomass ethanol) produced from biomass such as sugar cane and corn. For example, biomass-derived ethylene glycol can be obtained by converting biomass ethanol into ethylene oxide using a conventional method. Commercially available biomass ethylene glycol may also be used; for example, biomass ethylene glycol available from India Glycoal Limited can be suitably used.
ポリエステルのジカルボン酸単位は、化石燃料由来のジカルボン酸を使用する。ジカルボン酸としては、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、およびそれらの誘導体を使用することができる。芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸およびイソフタル酸等が挙げられ、芳香族ジカルボン酸の誘導体としては、芳香族ジカルボン酸の低級アルキルエステル、具体的には、メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステルおよびブチルエステル等が挙げられる。これらの中でも、テレフタル酸が好ましく、芳香族ジカルボン酸の誘導体としては、ジメチルテレフタレートが好ましい。 The dicarboxylic acid units of the polyester use dicarboxylic acids derived from fossil fuels. As the dicarboxylic acid, aromatic dicarboxylic acids, aliphatic dicarboxylic acids, and derivatives thereof can be used. As the aromatic dicarboxylic acid, terephthalic acid and isophthalic acid can be mentioned, and as the derivatives of aromatic dicarboxylic acids, lower alkyl esters of aromatic dicarboxylic acids, specifically, methyl esters, ethyl esters, propyl esters, butyl esters, and the like can be mentioned. Among these, terephthalic acid is preferred, and as the derivatives of aromatic dicarboxylic acids, dimethyl terephthalate is preferred.
バイオマス由来のポリエステルフィルムを形成する樹脂組成物は、化石燃料由来のポリエステル、化石燃料由来のポリエステル製品のリサイクルポリエステル、バイオマス由来のポリエステル製品のリサイクルポリエステルを1種または2種以上含んでもよい。バイオマス由来のポリエステルフィルムを形成する樹脂組成物は、5~45質量%の割合で、化石燃料由来のポリエステル、化石燃料由来のポリエステル製品のリサイクルポリエステル、バイオマス由来のポリエステル製品のリサイクルポリエステルを1種または2種以上含んでもよい。 The resin composition forming the biomass-derived polyester film may contain one or more of the following: polyester derived from fossil fuels, recycled polyester from polyester products derived from fossil fuels, and recycled polyester from polyester products derived from biomass. The resin composition forming the biomass-derived polyester film may contain one or more of the following: polyester derived from fossil fuels, recycled polyester from polyester products derived from fossil fuels, and recycled polyester from polyester products derived from biomass, at a ratio of 5 to 45% by mass.
大気中の二酸化炭素には、14Cが一定割合(105.5pMC)で含まれているため、大気中の二酸化炭素を取り入れて成長する植物、例えばトウモロコシ中の14C含有量も105.5pMC程度であることが知られている。また、化石燃料中には14Cが殆ど含まれていないことも知られている。したがって、ポリエステル中の全炭素原子中に含まれる14Cの割合を測定することにより、バイオマス由来の炭素の割合を算出することができる。
本発明において、「バイオマス度」とは、バイオマス由来成分の重量比率を示すものである。PETを例にとると、PETは、2炭素原子を含むエチレングリコールと8炭素原子を含むテレフタル酸とがモル比1:1で重合したものであるため、エチレングリコールとしてバイオマス由来のもののみを使用した場合、PET中のバイオマス由来成分の重量比率は31.25%であるため、バイオマス度は31.25%となる(バイオマス由来のエチレングリコール由来の分子量/ポリエステルの重合1単位の分子量=60÷192)。
また、化石燃料由来のポリエステルのバイオマス由来成分の重量比率は0%であり、化石燃料由来のポリエステルのバイオマス度は0%となる。本発明において、基材フィルム中のバイオマス度は、5.0%以上であることが好ましく、10.0%以上であることがより好ましい。また、基材フィルム中のバイオマス度は、30.0%以下であることが好ましい。
Carbon dioxide in the atmosphere contains a certain proportion of 14 C (105.5 pMC), and it is known that the 14 C content in plants that grow by absorbing carbon dioxide from the atmosphere, such as corn, is also about 105.5 pMC. It is also known that fossil fuels contain almost no 14 C. Therefore, by measuring the proportion of 14 C in the total carbon atoms in polyester, the proportion of carbon derived from biomass can be calculated.
In the present invention, the "biomass degree" refers to the weight ratio of biomass-derived components. Taking PET as an example, since PET is a polymer of ethylene glycol containing 2 carbon atoms and terephthalic acid containing 8 carbon atoms in a molar ratio of 1:1, when only biomass-derived ethylene glycol is used, the weight ratio of biomass-derived components in PET is 31.25%, and the biomass degree is 31.25% (molecular weight derived from biomass-derived ethylene glycol/molecular weight of one polymerization unit of polyester=60÷192).
The weight ratio of the biomass-derived component in the fossil fuel-derived polyester is 0%, and the biomass degree of the fossil fuel-derived polyester is 0%. In the present invention, the biomass degree in the base film is preferably 5.0% or more, and more preferably 10.0% or more. The biomass degree in the base film is preferably 30.0% or less.
(リサイクルポリエチレンテレフタレート)
メカニカルリサイクルによりリサイクルされたポリエチレンテレフタレートを含むポリエチレンテレフタレートフィルムで、具体的には、PETボトルをメカニカルリサイクルによりリサイクルしたPETを含み、このPETは、ジオール成分がエチレングリコールであり、ジカルボン酸成分がテレフタル酸およびイソフタル酸を含む。イソフタル酸成分の含有量は、PETを構成する全ジカルボン酸成分中に、0.5モル%以上5モル%以下であることが好ましく、1.0モル%以上2.5モル%以下であることがより好ましい。
(recycled polyethylene terephthalate)
A polyethylene terephthalate film containing polyethylene terephthalate recycled by mechanical recycling, specifically, PET obtained by mechanically recycling PET bottles, the diol component of which is ethylene glycol, and the dicarboxylic acid components of which are terephthalic acid and isophthalic acid. The content of the isophthalic acid component in the total dicarboxylic acid components constituting the PET is preferably 0.5 mol % or more and 5 mol % or less, more preferably 1.0 mol % or more and 2.5 mol % or less.
ここで、メカニカルリサイクルとは、一般に、回収されたPETボトル等のポリエチレンテレフタレート樹脂製品を粉砕、アルカリ洗浄してPET樹脂製品の表面の汚れ、異物を除去した後、高温・減圧下で一定時間乾燥してPET樹脂の内部に留まっている汚染物質を拡散させ除染を行い、PET樹脂からなる樹脂製品の汚れを取り除き、再びPET樹脂に戻す方法である。 Mechanical recycling is a method in which collected polyethylene terephthalate resin products such as PET bottles are generally crushed and washed with an alkali to remove dirt and foreign matter from the surface of the PET resin products, and then the products are dried at high temperature and reduced pressure for a certain period of time to diffuse and decontaminate the contaminants remaining inside the PET resin, removing dirt from the resin products made of PET resin and returning them to PET resin.
リサイクルポリエチレンテレフタレートは、リサイクルPETを50重量%以上95重量%以下の割合で含むことが好ましく、ヴァージンPETを含んでいてもよい。ヴァージンPETとしては、一般的なジオール成分がエチレングリコールであり、ジカルボン酸成分がテレフタル酸のもの、さらにおよびイソフタル酸を含むものであってもよい。 Recycled polyethylene terephthalate preferably contains recycled PET at a ratio of 50% by weight to 95% by weight, and may also contain virgin PET. Virgin PET may contain ethylene glycol as a typical diol component and terephthalic acid as a dicarboxylic acid component, or may further contain isophthalic acid.
ポリエステルフィルムの膜厚は、特に限定されるものではないが、好ましくは5μm以上2000μm以下であり、より好ましくは7μm以上1000μm以下であり、さらに好ましくは8μm以上100μm以下である。 The thickness of the polyester film is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more and 2000 μm or less, more preferably 7 μm or more and 1000 μm or less, and even more preferably 8 μm or more and 100 μm or less.
(表面処理)
本発明では、上記の基材フィルムに無機酸化物蒸着膜を形成する前に、予め表面処理をおこなってもよい。これによって無機酸化物蒸着膜との接着性を向上させることができる。同様に、蒸着層上に表面処理を行い、ガスバリア性塗布膜との接着性を向上させることもできる。このような表面処理としては、コロナ放電処理、オゾン処理、酸素ガス若しくは窒素ガス等を用いた低温プラズマ処理、グロー放電処理、化学薬品等を用いて処理する酸化処理等の前処理等がある。
(surface treatment)
In the present invention, before forming an inorganic oxide vapor deposition film on the above-mentioned substrate film, a surface treatment may be performed in advance. This can improve adhesion to the inorganic oxide vapor deposition film. Similarly, a surface treatment can be performed on the vapor deposition layer to improve adhesion to the gas barrier coating film. Such surface treatments include pretreatments such as corona discharge treatment, ozone treatment, low-temperature plasma treatment using oxygen gas or nitrogen gas, glow discharge treatment, and oxidation treatment using chemicals.
また、プライマーコート剤、アンダーコート剤、あるいは、蒸着アンカーコート剤等を任意に塗布し、表面処理とすることもできる。なお、前記コート剤としては、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリエチレンあるいはポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂あるいはその共重合体ないし変性樹脂、セルロース系樹脂等をビヒクルの主成分とする樹脂組成物を使用することができる。 Surface treatment can also be performed by applying a primer coating agent, an undercoat agent, or a vapor deposition anchor coating agent, as desired. Examples of the coating agent include polyester resins, polyamide resins, polyurethane resins, epoxy resins, phenol resins, (meth)acrylic resins, polyvinyl acetate resins, polyolefin resins such as polyethylene or polypropylene, or copolymers or modified resins thereof, and resin compositions containing cellulose resins as the main component of the vehicle.
このような表面処理の中でも、特に、コロナ処理やプラズマ処理を行うことが好適である。例えばプラズマ処理としては、気体をアーク放電により電離させることにより生じるプラズマガスを利用して表面改質を行なうプラズマ処理がある。プラズマガスとしては、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の無機ガスを使用することができる。例えば、インラインでプラズマ処理を行うことにより、基材フィルムの表面の水分、塵等を除去すると共にその表面の平滑化、活性化等の表面処理を可能とすることができる。また、蒸着後にプラズマ処理を行い、接着性を向上させることもできる。本発明では、プラズマ処理としては、プラズマ出力、プラズマガスの種類、プラズマガスの供給量、処理時間、その他の条件を考慮してプラズマ放電処理を行うことが好ましい。また、プラズマを発生する方法としては、直流グロー放電、高周波放電、マイクロ波放電等の装置を使用することができる。また、大気圧プラズマ処理法によりプラズマ処理を行なうこともできる。 Among these surface treatments, corona treatment and plasma treatment are particularly suitable. For example, plasma treatment is a method of surface modification using plasma gas generated by ionizing gas by arc discharge. Inorganic gases such as oxygen gas, nitrogen gas, argon gas, and helium gas can be used as plasma gas. For example, in-line plasma treatment can remove moisture, dust, etc. from the surface of the substrate film, and can also perform surface treatment such as smoothing and activation of the surface. Plasma treatment can also be performed after deposition to improve adhesion. In the present invention, plasma discharge treatment is preferably performed as the plasma treatment, taking into consideration the plasma output, type of plasma gas, supply amount of plasma gas, treatment time, and other conditions. In addition, devices such as direct current glow discharge, high frequency discharge, and microwave discharge can be used as a method of generating plasma. Plasma treatment can also be performed by atmospheric pressure plasma treatment.
(無機酸化物蒸着層)
基材フィルム上に形成する蒸着層は、化学気相成長法(CVD法)または物理気相成長法(PVD法)により形成される無機酸化物の蒸着膜である。
(Inorganic oxide vapor deposition layer)
The deposition layer formed on the substrate film is a deposition film of an inorganic oxide formed by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD).
無機酸化物は特に限定されるものではないが、珪素、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、カリウム、スズ、ナトリウム、ホウ素、チタン、鉛、ジルコニウム、イットリウム等の酸化物の蒸着膜を使用することができる。特に、無機酸化物蒸着層は、酸化アルミニウムまたは酸化珪素の蒸着膜であることが好ましく、酸化アルミニウムの蒸着膜であることがより好ましい。無機酸化物の表記は、例えば、AlOX、SiOX等のようにMOX(ただし、式中、Mは無機元素を表し、Xの値は無機元素によってそれぞれ範囲がことなる。)で表される。本発明においては、透明性やガスバリア性の観点から、Mがアルミニウム(Al)の場合、Xの値は好ましくは0.5~2.0であり、Mが珪素(Si)の場合、Xの値は好ましくは1~2である。 The inorganic oxide is not particularly limited, but a vapor deposition film of an oxide of silicon, aluminum, magnesium, calcium, potassium, tin, sodium, boron, titanium, lead, zirconium, yttrium, or the like can be used. In particular, the inorganic oxide vapor deposition layer is preferably a vapor deposition film of aluminum oxide or silicon oxide, and more preferably a vapor deposition film of aluminum oxide. The inorganic oxide is expressed, for example, as MO x ( wherein M represents an inorganic element, and the value of X varies depending on the inorganic element), such as AlO x or SiO x. In the present invention, from the viewpoint of transparency and gas barrier property, when M is aluminum (Al), the value of X is preferably 0.5 to 2.0, and when M is silicon (Si), the value of X is preferably 1 to 2.
無機酸化物蒸着層としては、蒸着材料としての扱いやすさから、物理気相成長法により、酸化アルミニウム蒸着膜を設けることが好ましい。物理気相成長法により形成される酸化アルミニウム蒸着膜は、ガスバリア性塗布膜表面との接着性に優れる。物理気相成長法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンクラスタービーム法等の物理気相成長法(Physical Vapor Deposition法、PVD法)が挙げられる。 As the inorganic oxide deposition layer, it is preferable to provide an aluminum oxide deposition film by physical vapor deposition, because it is easy to handle as a deposition material. The aluminum oxide deposition film formed by physical vapor deposition has excellent adhesion to the surface of the gas barrier coating film. Examples of physical vapor deposition methods include physical vapor deposition methods (Physical Vapor Deposition method, PVD method) such as vacuum deposition method, sputtering method, ion plating method, and ion cluster beam method.
具体的には、アルミニウムまたはその酸化物を原料とし、これを加熱して蒸気化し、これを基材フィルムの一方の上に蒸着する真空蒸着法、例えば、原料としてアルミニウムまたはその酸化物を使用し、酸素を導入して酸化させて基材フィルムの一方の上に蒸着する酸化反応蒸着法、さらに酸化反応をプラズマで助成するプラズマ助成式の酸化反応蒸着法等を用いて蒸着膜を形成することができる。なお、蒸着材料の加熱方式としては、例えば、抵抗加熱方式、高周波誘導加熱方式、エレクトロンビーム加熱方式(EB)等にて行うことができる。 Specifically, the deposition film can be formed using a vacuum deposition method in which aluminum or its oxide is used as a raw material, which is heated to vaporize and then deposited on one side of a substrate film; an oxidation reaction deposition method in which aluminum or its oxide is used as a raw material, which is oxidized by introducing oxygen and then deposited on one side of a substrate film; or a plasma-assisted oxidation reaction deposition method in which the oxidation reaction is assisted by plasma. The deposition material can be heated, for example, by resistance heating, high-frequency induction heating, electron beam heating (EB), etc.
また、無機酸化物蒸着層が酸化珪素蒸着膜の場合、耐屈曲性やガスバリア性の観点から、化学気相成長法により、酸化珪素蒸着膜を設けることが好ましい。化学気相成長法としては、例えば、プラズマ化学気相成長法、低温プラズマ化学気相成長法、熱化学気相成長法、光化学気相成長法等の化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition法、CVD法)等がある。具体的には、基材フィルムの一方の面に、有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガスを原料とし、キャリヤーガスとして、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを使用し、さらに、酸素供給ガスとして、酸素ガス等を使用し、低温プラズマ発生装置等を利用する低温プラズマ化学気相成長法を用いて酸化珪素蒸着膜を形成することができる。低温プラズマ発生装置としては、例えば、高周波プラズマ、パルス波プラズマ、マイクロ波プラズマ等の発生装置を使用することができる。高活性の安定したプラズマが得られる点で、高周波プラズマ方式による発生装置を使用することが好ましい。 In addition, when the inorganic oxide deposition layer is a silicon oxide deposition film, it is preferable to provide the silicon oxide deposition film by chemical vapor deposition from the viewpoint of bending resistance and gas barrier properties. Examples of chemical vapor deposition methods include chemical vapor deposition methods (chemical vapor deposition methods, CVD methods) such as plasma chemical vapor deposition, low-temperature plasma chemical vapor deposition, thermal chemical vapor deposition, and photochemical vapor deposition. Specifically, a silicon oxide deposition film can be formed on one side of the substrate film by using a low-temperature plasma chemical vapor deposition method that uses a deposition monomer gas such as an organic silicon compound as a raw material, an inert gas such as argon gas or helium gas as a carrier gas, and oxygen gas as an oxygen supply gas, and uses a low-temperature plasma generator or the like. As the low-temperature plasma generator, for example, a generator such as a high-frequency plasma, a pulse wave plasma, or a microwave plasma can be used. It is preferable to use a generator using a high-frequency plasma method, since it is possible to obtain a highly active and stable plasma.
酸化珪素蒸着膜を形成する有機珪素化合物の蒸着用モノマーガスとしては、例えば、1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチルトリメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン等を使用することができる。これらの中でも、1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、または、ヘキサメチルジシロキサンを原料として使用することが、その取り扱い性、形成された連続膜の特性等から、特に好ましい。なお、上記において、不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス等を使用することができる。 As the vapor deposition monomer gas of the organosilicon compound that forms the silicon oxide vapor deposition film, for example, 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, hexamethyldisiloxane, vinyltrimethylsilane, methyltrimethylsilane, hexamethyldisilane, methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, diethylsilane, propylsilane, phenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, octamethylcyclotetrasiloxane, etc. can be used. Among these, it is particularly preferable to use 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane or hexamethyldisiloxane as a raw material in terms of its ease of handling and the properties of the continuous film formed. In addition, in the above, for example, argon gas, helium gas, etc. can be used as the inert gas.
酸化珪素の蒸着膜は、酸化珪素を主体とするものであるが、さらに、炭素、水素、窒素、珪素または酸素の1種類または2種類以上の元素からなる化合物の少なくとも1種類を化学結合等により含有してもよい。例えば、C-H結合を有する化合物、Si-H結合を有する化合物、または、炭素単位がグラファイト状、ダイヤモンド状、フラーレン状等になっている場合、さらに、原料の有機珪素化合物やそれらの誘導体を化学結合等によって含有する場合がある。例えば、CH3部位を持つハイドロカーボン、SiH3シリル、SiH2シリレン等のハイドロシリカ、SiH2OHシラノール等の水酸基誘導体等を挙げることができる。なお、上記以外でも、蒸着過程の条件等を変化させることにより、酸化珪素蒸着膜中に含有される化合物の種類、量等を変化させることができる。 The silicon oxide vapor deposition film is mainly composed of silicon oxide, but may further contain at least one compound consisting of one or more elements of carbon, hydrogen, nitrogen, silicon, or oxygen by chemical bonds. For example, when a compound having a C-H bond, a compound having a Si-H bond, or a carbon unit is graphite-like, diamond-like, fullerene-like, etc., it may further contain a raw material organic silicon compound or a derivative thereof by chemical bonds. For example, a hydrocarbon having a CH3 site, hydrosilica such as SiH3 silyl, SiH2 silylene, and a hydroxyl group derivative such as SiH2OH silanol can be mentioned. In addition to the above, the type and amount of the compound contained in the silicon oxide vapor deposition film can be changed by changing the conditions of the vapor deposition process.
無機酸化物蒸着層の膜厚は、好ましくは3nm以上100nm以下であり、より好ましくは4nm以上50nm以下であり、さらに好ましくは5nm以上30nm以下であり、さらにより好ましくは9nm以上14nm以下である。無機酸化物蒸着層の膜厚が上記範囲内であれば、十分なガスバリア性を発現することができる。 The thickness of the inorganic oxide deposition layer is preferably 3 nm or more and 100 nm or less, more preferably 4 nm or more and 50 nm or less, even more preferably 5 nm or more and 30 nm or less, and even more preferably 9 nm or more and 14 nm or less. If the thickness of the inorganic oxide deposition layer is within the above range, sufficient gas barrier properties can be exhibited.
本発明の好ましい実施形態において、無機酸化物蒸着層は、酸化アルミニウム蒸着膜であり、酸化アルミニウム蒸着膜中には、基材フィルムの表面と酸化アルミニウム蒸着膜との剥離強度を規定する遷移領域が形成されており、該遷移領域は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いてエッチングを行うことで検出される、水酸化アルミニウムに変成する元素結合Al2O4Hを含み、バリアコート層と酸化アルミニウム蒸着膜とをTOF-SIMSを用いてエッチングを行うことで規定される酸化アルミニウム蒸着膜に対する、TOF-SIMSを用いて規定される該変成される該遷移領域の割合により定義される遷移領域の変成率が、5%以上60%以下である。これにより、135℃、40分間の湿熱殺菌処理(ハイレトルト処理)後、または121℃、40分間の湿熱殺菌処理(セミレトルト処理)後における、バリアフィルムの基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜との界面の常態密着性および耐水密着性を向上することができ、ガスバリア性が劣化し難いものとすることができる。遷移領域の変成率は、5%以上45%以下であることが好ましく、5%以上30%以下であることがより好ましい。 In a preferred embodiment of the present invention, the inorganic oxide vapor-deposited layer is an aluminum oxide vapor-deposited film, and a transition region that determines the peel strength between the surface of the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film is formed in the aluminum oxide vapor-deposited film, and the transition region contains elementally bonded Al 2 O 4 H that is transformed into aluminum hydroxide as detected by etching using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), and a transformation rate of the transition region, defined as a ratio of the transformed transition region to the aluminum oxide vapor-deposited film determined by etching the barrier coat layer and the aluminum oxide vapor-deposited film using TOF-SIMS, is 5% or more and 60% or less. This makes it possible to improve the normal state adhesion and water-resistant adhesion of the interface between the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film of the barrier film after moist heat sterilization treatment at 135° C. for 40 minutes (high retort treatment) or moist heat sterilization treatment at 121° C. for 40 minutes (semi-retort treatment), and to make the gas barrier property less likely to deteriorate. The transformation rate of the transition region is preferably 5% or more and 45% or less, and more preferably 5% or more and 30% or less.
遷移領域は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いてエッチングを行うことで検出される水酸化アルミニウムに変成する元素結合Al2O4Hを含み、TOF-SIMSを用いてエッチングを行うことで規定される酸化アルミニウム蒸着膜に対する、TOF-SIMSを用いて規定される。 The transition region is defined using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) for an aluminum oxide deposition film defined by etching using TOF-SIMS, including elementally bonded Al 2 O 4 H that transforms into aluminum hydroxide detected by etching using TOF-SIMS.
二次イオン質量分析(SIMS:secondary Ion MassSpectrometry)は、一次イオンビームを被分析試料表面に照射して、試料表面からスパッタリングされて放出される二次イオンを質量分析する元素濃度分布の分析方法である。この二次イオン質量分析法では、スパッタリングを進行させつつ二次イオン強度を検出する。従って、二次イオン、即ち被検出元素イオンまたは被検出元素と結合した分子イオンのイオン強度の時間推移のデータに対して、推移時間を深さに換算することで、試料表面の深さ方向の被検出元素の濃度分布を知ることができる。 Secondary ion mass spectrometry (SIMS) is a method for analyzing elemental concentration distribution by irradiating the surface of a sample to be analyzed with a primary ion beam and performing mass analysis on the secondary ions that are sputtered and released from the sample surface. In this secondary ion mass spectrometry method, the secondary ion intensity is detected while sputtering is progressing. Therefore, by converting the transition time into depth for data on the time transition of the ion intensity of the secondary ions, i.e., the ions of the element to be detected or molecular ions bonded to the element to be detected, the concentration distribution of the element to be detected in the depth direction of the sample surface can be known.
推移時間の深さへの換算は、一次イオンの照射により試料表面に形成された窪みの深さを表面粗さ計を用いて測定し、この窪みの深さと推移時間とから平均スパッタ速度を算出し、スパッタ速度が一定であるとの仮定の下に、照射時間(即ち、推移時間)を深さ(スパッタ量)に換算することでなされている。 The conversion of transition time to depth is done by using a surface roughness meter to measure the depth of the depression formed on the sample surface by the irradiation of primary ions, calculating the average sputtering rate from this depression depth and transition time, and converting the irradiation time (i.e., transition time) to depth (amount of sputtering) under the assumption that the sputtering rate is constant.
バリフィルムの酸化アルミニウム蒸着膜に対し、Cs(セシウム)イオン銃により上記した一定の速度でソフトエッチングを繰り返しながら、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いて、酸化アルミニウム蒸着膜由来のイオンと、基材フィルムに由来するイオンを測定することにより、基材フィルム表面と形成された酸化アルミニウム蒸着膜を主体する蒸着膜との間に剥離強度を規定する遷移領域が形成されている。該遷移領域は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いてエッチングを行うことで検出される水酸化アルミニウムに変成する元素結合Al2O4Hを含み、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いてエッチングを行うことで規定される酸化アルミニウム蒸着膜に対する、飛行時間型二次イオン質量分析法を用いて規定される該変成される遷移領域の割合により定義される水酸化アルミニウムに変成する遷移領域の変成率を規定することで常態密着性および耐水密着性が向上したバリア性を備えるバリアフィルムを特定できる。 By repeatedly soft-etching the aluminum oxide vapor-deposited film of the barrier film at the above-mentioned constant speed with a Cs (cesium) ion gun and measuring ions derived from the aluminum oxide vapor-deposited film and ions derived from the base film using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), a transition region that determines the peel strength is formed between the surface of the base film and the vapor-deposited film mainly composed of the aluminum oxide vapor-deposited film. The transition region contains elemental bond Al 2 O 4 H that is transformed into aluminum hydroxide detected by etching using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), and a barrier film having barrier properties with improved normal adhesion and water-resistant adhesion can be specified by specifying the transformation ratio of the transition region transformed into aluminum hydroxide, which is defined by the ratio of the transformed transition region defined by time-of-flight secondary ion mass spectrometry to the aluminum oxide vapor-deposited film defined by etching using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS).
具体的には、飛行時間型二次イオン質量分析計を用いてCsにより、酸化アルミニウム蒸着膜の最表面からエッチングを行い、酸化アルミニウム蒸着膜と基材フィルムとの界面の元素結合および蒸着膜の元素結合を測定し、測定された元素および元素結合について、それぞれの実測グラフを得(図2:グラフ解析図)、酸化アルミニウム蒸着膜における水酸化アルミニウムが形成する基材フィルムと蒸着膜の界面の遷移領域を極力狭くするために、元素結合Al2O4Hに注目し、1)元素C6のグラフの強度が半分になる位置を、基材フィルムと酸化アルミニウムの界面として、表面から界面までを酸化アルミニウム蒸着膜として求め、2)元素結合Al2O4Hを表すグラフにおけるピークを求め、そのピークから界面までを遷移領域とし、求め、3)(元素結合Al2O4Hのピークから界面までの遷移領域/酸化アルミニウム蒸着膜)×100(%)として遷移領域の水酸化アルミニウムへの変成率を求めるものである。 Specifically, a time-of-flight secondary ion mass spectrometer is used to etch the outermost surface of the aluminum oxide vapor-deposited film with Cs, and the elemental bonds at the interface between the aluminum oxide vapor-deposited film and the base film and the elemental bonds in the vapor-deposited film are measured. Actual measurement graphs are obtained for the measured elements and elemental bonds (Figure 2: graph analysis diagram). In order to narrow as much as possible the transition region at the interface between the base film and the vapor-deposited film formed by aluminum hydroxide in the aluminum oxide vapor-deposited film, attention is focused on the elemental bond Al2O4H , and 1) the position where the intensity of the graph of element C6 is half is determined as the interface between the base film and aluminum oxide, and the region from the surface to the interface is determined as the aluminum oxide vapor-deposited film, 2) the peak in the graph representing the elemental bond Al2O4H is determined, and the region from the peak to the interface is determined as the transition region, and 3) the conversion rate to aluminum hydroxide in the transition region is determined as (transition region from the peak of the elemental bond Al2O4H to the interface/aluminum oxide vapor-deposited film) x 100 (%).
一実施形態において、酸化アルミニウム蒸着膜の成膜は、基材フィルムの表面に、以下で説明するプラズマ前処理装置を用いた酸素プラズマ前処理を行うことが好ましい。これにより、上記遷移領域の変成率を有する酸化アルミニウム蒸着膜の形成することができ、基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜との常態密着性および耐水密着性を向上させることができる。酸素プラズマ処理は、基材フィルムに垂直にバイアス電圧を持った状態で行う酸素プラズマ処理である。酸素プラズマ前処理は、各種樹脂のフィルムまたはシートと酸化アルミニウム蒸着膜との常態密着性および耐水密着性をより強化、改善するための前処理であって、次のような装置において実施することができる。 In one embodiment, the aluminum oxide vapor deposition film is preferably formed by performing oxygen plasma pretreatment on the surface of the base film using a plasma pretreatment device described below. This allows the formation of an aluminum oxide vapor deposition film having a conversion rate in the above-mentioned transition region, and improves the normal state adhesion and water-resistant adhesion between the base film and the aluminum oxide vapor deposition film. The oxygen plasma treatment is performed with a bias voltage perpendicular to the base film. The oxygen plasma pretreatment is a pretreatment for further strengthening and improving the normal state adhesion and water-resistant adhesion between various resin films or sheets and the aluminum oxide vapor deposition film, and can be performed in the following device.
酸化アルミニウム蒸着膜を有するバリアフィルムの製造に好適に用いられるローラー式連続蒸着膜成膜装置20は、図3に示すように、減圧チャンバ22内に隔壁45a~45cが形成されている。該隔壁45a~45cにより、基材搬送室22A、プラズマ前処理室22B、成膜室22Cが形成され、特に、隔壁と隔壁45a~45cで囲まれた空間としてプラズマ前処理室22Bおよび成膜室22Cが形成され、各室は、必要に応じて、さらに内部に排気室が形成される。 As shown in FIG. 3, the roller-type continuous vapor deposition film forming apparatus 20, which is suitable for use in the manufacture of barrier films having aluminum oxide vapor deposition films, has partitions 45a to 45c formed in the decompression chamber 22. The partitions 45a to 45c form the substrate transport chamber 22A, the plasma pretreatment chamber 22B, and the film formation chamber 22C. In particular, the plasma pretreatment chamber 22B and the film formation chamber 22C are formed as spaces surrounded by the partitions and the partitions 45a to 45c, and each chamber further has an exhaust chamber formed inside as necessary.
プラズマ前処理室22B内には、前処理が行われる基材フィルムSを搬送し、かつプラズマ処理を可能にするプラズマ前処理ローラー30の一部が基材搬送室22Aに露出するように設けられており、基材フィルムSは巻き取られながらプラズマ前処理室22Bに移動するようになっている。 In the plasma pretreatment chamber 22B, a plasma pretreatment roller 30 that transports the substrate film S to be pretreated and enables plasma treatment is provided so that a portion of the roller 30 is exposed to the substrate transport chamber 22A, and the substrate film S is moved to the plasma pretreatment chamber 22B while being wound up.
プラズマ前処理室22Bおよび成膜室22Cは、基材搬送室22Aと接して設けられており、基材フィルムSを大気に触れさせないままに移動可能である。また、前処理室22Bと基材搬送室22Aの間は、矩形の穴により接続されており、その矩形の穴を通じてプラズマ前処理ローラー30の一部が基材搬送室22A側に飛び出しており、該搬送室の壁と該前処理ローラー30の間に隙間が開いており、その隙間を通じて基材フィルムSが基材搬送室22Aから成膜室22Cへ移動可能である。基材搬送室22Aと成膜室22Cとの間も同様の構造となっており、基材フィルムSを大気に触れさせずに移動可能である。 The plasma pretreatment chamber 22B and the deposition chamber 22C are provided adjacent to the substrate transport chamber 22A, and the substrate film S can be moved without being exposed to the atmosphere. The pretreatment chamber 22B and the substrate transport chamber 22A are connected by a rectangular hole, through which a part of the plasma pretreatment roller 30 protrudes toward the substrate transport chamber 22A, and a gap is opened between the wall of the transport chamber and the pretreatment roller 30, and the substrate film S can be moved from the substrate transport chamber 22A to the deposition chamber 22C through the gap. The same structure is also formed between the substrate transport chamber 22A and the deposition chamber 22C, and the substrate film S can be moved without being exposed to the atmosphere.
基材搬送室22Aは、成膜ローラー33により再度基材搬送室22Aに移動させられた、片面に蒸着膜が成膜された基材フィルムSをロール状に巻き取るため、巻取り手段としての巻き取りローラーが設けられ、蒸着膜を成膜された基材フィルムSを巻き取り可能とするようになっている。 The substrate transport chamber 22A is provided with a winding roller as a winding means for winding up the substrate film S, which has a vapor deposition film formed on one side and has been moved back into the substrate transport chamber 22A by the deposition roller 33, into a roll, so that the substrate film S, which has a vapor deposition film formed on it, can be wound up.
酸化アルミニウム蒸着膜を有するバリアフィルムを製造する際、前記プラズマ前処理室22Bは、プラズマが生成する空間を他の領域と区分し、対向空間を効率よく真空排気できるように構成されることで、プラズマガス濃度の制御が容易となり、生産性が向上する。その減圧して形成する前処理圧力は、0.1Pa~100Pa程度に設定、維持することができ、特に、酸化アルミニウム蒸着膜の好ましい遷移領域の変成率とするため酸素プラズマ前処理の処理圧力としては、1~20Paが好ましい。 When manufacturing a barrier film having an aluminum oxide vapor deposition film, the plasma pretreatment chamber 22B is configured to separate the space where the plasma is generated from other areas and to efficiently evacuate the opposing space, making it easier to control the plasma gas concentration and improving productivity. The pretreatment pressure formed by reducing the pressure can be set and maintained at approximately 0.1 Pa to 100 Pa, and in particular, the treatment pressure for oxygen plasma pretreatment is preferably 1 to 20 Pa to achieve a preferred transformation rate in the transition region of the aluminum oxide vapor deposition film.
基材フィルムSの搬送速度は、特に限定されないが、生産効率の観点から、少なくとも200~1000m/minにすることができ、特に、酸化アルミニウム蒸着膜の遷移領域の変成率とするため酸素プラズマ前処理の搬送速度としては、300~800m/minが好ましい。 The transport speed of the base film S is not particularly limited, but from the viewpoint of production efficiency, it can be at least 200 to 1000 m/min. In particular, the transport speed for oxygen plasma pretreatment is preferably 300 to 800 m/min in order to obtain the transformation rate in the transition region of the aluminum oxide vapor deposition film.
プラズマ前処理装置を構成するプラズマ前処理ローラー30は、基材フィルムSがプラズマ前処理手段によるプラズマ処理時の熱による基材の収縮や破損を防ぐこと、酸素プラズマPを基材フィルムSに対して均一にかつ広範囲に適用することを目的とするものである。
前処理ローラー30は、前処理ローラー内を循環させる温度調節媒体の温度を調整することにより、-20℃から100℃の間で、一定温度に調節することが可能であることが好ましい。
The plasma pretreatment roller 30 that constitutes the plasma pretreatment device is intended to prevent the substrate film S from shrinking or being damaged by heat during plasma treatment by the plasma pretreatment means, and to apply oxygen plasma P to the substrate film S uniformly and over a wide area.
It is preferable that the pretreatment roller 30 can be adjusted to a constant temperature between −20° C. and 100° C. by adjusting the temperature of a temperature adjustment medium circulating within the pretreatment roller.
プラズマ前処理手段は、プラズマ供給手段および磁気形成手段を含むものである。プラズマ前処理手段はプラズマ前処理ローラー30と協働し、基材フィルムS表面近傍に酸素プラズマPを閉じ込める。 The plasma pretreatment means includes a plasma supply means and a magnetic forming means. The plasma pretreatment means cooperates with the plasma pretreatment roller 30 to confine oxygen plasma P near the surface of the substrate film S.
プラズマ前処理手段は、前処理ローラー30の一部を覆うように設けられている。具体的には、前処理ローラー30の外周近傍の表面に沿ってプラズマ前処理手段を構成するプラズマ供給手段と磁気形成手段を配置して、前処理ローラー30とプラズマ原料ガスを供給するとともにプラズマPを発生させる電極ともなるプラズマ供給ノズル32a~32cとプラズマPの発生を促進するためマグネット31等を有する磁気形成手段とにより挟まれた空隙を形成するように設置する。
それにより、該空隙の空間にプラズマ供給ノズル32a~32cを開口させてプラズマを基材表面に向かって噴射し、該空隙内をプラズマ形成領域とし、さらに、前処理ローラー30と基材フィルムSの表面近傍にプラズマ密度の高い領域を形成することで、基材フィルムSの片面にプラズマ処理面を形成する酸素プラズマ前処理が行えるように構成されている。
The plasma pretreatment means is provided so as to cover a portion of the pretreatment roller 30. Specifically, the plasma supply means and magnetic field forming means constituting the plasma pretreatment means are disposed along the surface near the outer periphery of the pretreatment roller 30, and are installed so as to form a gap sandwiched between the pretreatment roller 30, plasma supply nozzles 32a to 32c which supply plasma raw material gas and also serve as electrodes for generating plasma P, and magnetic field forming means having magnets 31 or the like for promoting the generation of plasma P.
As a result, plasma supply nozzles 32a to 32c are opened in the space of the gap to spray plasma toward the substrate surface, making the gap a plasma formation region, and further forming a region of high plasma density in the vicinity of the pretreatment roller 30 and the surface of the substrate film S, thereby enabling oxygen plasma pretreatment to be performed to form a plasma-treated surface on one side of the substrate film S.
プラズマ前処理手段のプラズマ供給手段は、減圧チャンバ22の外部に設けたプラズマ供給ノズルに接続された原料揮発供給装置28と、該装置から原料ガス供給を供給する原料ガス供給ラインを含むものである。供給されるプラズマ原料ガスは、酸素単独または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスが、ガス貯留部から流量制御器を介することでガスの流量を計測しつつ供給される。不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、窒素なる群から選ばれる、1種または2種以上の混合ガスが挙げられる。プラズマ原料ガスとして酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスが用いられる場合、基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜との常態密着性および耐水密着性の観点から、酸素分圧が不活性ガスの分圧よりも高い混合ガスを用いることが好ましい。 The plasma supply means of the plasma pretreatment means includes a raw material volatilization supply device 28 connected to a plasma supply nozzle provided outside the decompression chamber 22, and a raw material gas supply line that supplies raw material gas from the device. The plasma raw material gas to be supplied is oxygen alone or a mixed gas of oxygen gas and an inert gas, which is supplied from a gas storage section through a flow controller while the gas flow rate is measured. The inert gas may be one or more mixed gases selected from the group consisting of argon, helium, and nitrogen. When a mixed gas of oxygen gas and an inert gas is used as the plasma raw material gas, it is preferable to use a mixed gas in which the oxygen partial pressure is higher than the inert gas partial pressure, from the viewpoint of normal adhesion and water-resistant adhesion between the substrate film and the aluminum oxide vapor deposition film.
これら供給されるガスは、必要に応じて所定の比率で混合されて、プラズマ原料ガス単独またはプラズマ形成用混合ガスに形成され、プラズマ供給手段に供給される。その単独または混合ガスは、プラズマ供給手段のプラズマ供給ノズル32a~32cに供給され、プラズマ供給ノズル32a~32cの供給口が開口する前処理ローラー30の外周近傍に供給される。
そのノズル開口は前処理ローラー30上の基材フィルムSに向けられ、基材フィルムSの表面全体に均一に酸素プラズマPを拡散、供給させることが可能となるように配置、構成され、基材フィルムSの大面積の部分に均一なプラズマ前処理が可能となる
These gases are mixed at a predetermined ratio as necessary to form a plasma raw material gas alone or a mixed gas for plasma formation, which is then supplied to the plasma supply means. The single gas or mixed gas is supplied to the plasma supply nozzles 32a to 32c of the plasma supply means, and is supplied to the vicinity of the outer periphery of the pretreatment roller 30 where the supply ports of the plasma supply nozzles 32a to 32c open.
The nozzle opening is directed toward the substrate film S on the pretreatment roller 30, and is arranged and configured to enable the oxygen plasma P to be uniformly diffused and supplied to the entire surface of the substrate film S, thereby enabling uniform plasma pretreatment of a large area of the substrate film S.
酸化アルミニウム蒸着膜の遷移領域の変成率とするため酸素プラズマ前処理としては、酸素ガスと前記不活性ガスとの混合比率、酸素ガス/不活性ガスは、1/1~6/1が好ましく、3/2.5~3/1がより好ましい。
混合比率を1/1~6/1とすることで、基材フィルム上での蒸着アルミニウムの膜形成エネルギーが増加し、さらに3/2.5~3/1とすることで、水酸化アルミニウムの形成が基材の界面近傍で形成される、すなわち該遷移領域の変成率が低下する。また、混合比率を3/2.5~3/1とすることで、プラズマ放電を安定させることができる。
In the oxygen plasma pretreatment to obtain a conversion rate in the transition region of the aluminum oxide vapor deposition film, the mixture ratio of oxygen gas to the inert gas, that is, oxygen gas/inert gas, is preferably 1/1 to 6/1, and more preferably 3/2.5 to 3/1.
By setting the mixing ratio to 1/1 to 6/1, the film formation energy of the evaporated aluminum on the substrate film increases, and by setting the mixing ratio to 3/2.5 to 3/1, aluminum hydroxide is formed near the interface of the substrate, i.e., the conversion rate of the transition region decreases. Furthermore, by setting the mixing ratio to 3/2.5 to 3/1, the plasma discharge can be stabilized.
前記プラズマ供給ノズル32a~32cは、前処理ローラー30の対向電極として機能するもので、電極機能を有するようにできているものであり、前処理ローラー30との間に供給される高周波電圧、低周波電圧等による電位差によって供給されたプラズマ原料ガスが励起状態になり、プラズマPが発生し、供給される。 The plasma supply nozzles 32a to 32c function as opposing electrodes for the pretreatment roller 30 and are designed to have an electrode function. The plasma raw material gas supplied is excited by the potential difference caused by the high-frequency voltage, low-frequency voltage, etc. supplied between the nozzles and the pretreatment roller 30, generating and supplying plasma P.
具体的には、プラズマ前処理手段のプラズマ供給手段は、プラズマ電源としてプラズマ前処理ローラーを設置し、対向電極との間に周波数が10Hzから2.5GHzの交流電圧を印加し、投入電力制御または、インピーダンス制御等を行い、プラズマ前処理ローラー30との間に任意の電圧を印加した状態にすることができるものであり、基材の表面物性を物理的ないしは化学的に改質する処理ができる酸素プラズマPを正電位にするバイアス電圧を印加できる電源42を備えている。
本発明で採用する単位面積あたりのプラズマ強度として50~8000W・sec/m2であり、50W・sec/m2未満では、プラズマ前処理の効果がみられず、また、8000W・sec/m2を超えると、基材の消耗、破損着色、焼成等プラズマによる基材の劣化が起きる傾向にある。特に、酸化アルミウム蒸着膜の遷移領域の変成率とするため酸素プラズマ前処理のプラズマ強度としては、100~500W・sec/m2が好ましい。基材フィルムに垂直にバイアス電圧を持ち上記プラズマ強度を与えることにより、安定的に酸化アルミニウム蒸着膜との常態密着性および耐水密着性を従来法より強化される。
Specifically, the plasma supply means of the plasma pretreatment means has a plasma pretreatment roller as a plasma power source, applies an AC voltage with a frequency of 10 Hz to 2.5 GHz between the opposing electrode, and performs input power control or impedance control, etc., to enable any voltage to be applied between the plasma pretreatment roller 30. The plasma supply means is provided with a power source 42 that can apply a bias voltage to make the oxygen plasma P, which can be used to physically or chemically modify the surface properties of the substrate, a positive potential.
The plasma intensity per unit area employed in the present invention is 50 to 8000 W·sec/m2; if it is less than 50 W·sec/m2, the effect of the plasma pretreatment is not observed, and if it exceeds 8000 W·sec/ m2 , the substrate tends to be deteriorated by the plasma, such as wear, damage, coloring, and baking. In particular, the plasma intensity of the oxygen plasma pretreatment is preferably 100 to 500 W·sec/ m2 in order to achieve a transformation rate in the transition region of the aluminum oxide vapor deposition film. By applying the above plasma intensity with a bias voltage perpendicular to the substrate film, the normal adhesion and water-resistant adhesion to the aluminum oxide vapor deposition film are stably strengthened compared to conventional methods.
プラズマ前処理手段は、磁気形成手段を有している。磁気形成手段として、マグネットケース内に絶縁性スペーサ、ベースプレートが設けられ、このベースプレートにマグネット31が設けられる。マグネットケースに絶縁性シールド板が設けられ、この絶縁性シールド板に電極が取り付けられる。
したがって、マグネットケースと電極は電気的に絶縁されており、マグネットケースを減圧チャンバ22内に設置、固定しても電極は電気的にフローティングレベルとすることが可能である。
The plasma pretreatment means has a magnetic field forming means, which is provided with an insulating spacer and a base plate in a magnet case, and a magnet 31 is provided on the base plate. An insulating shield plate is provided on the magnet case, and an electrode is attached to the insulating shield plate.
Therefore, the magnet case and the electrodes are electrically insulated, and even if the magnet case is installed and fixed in the decompression chamber 22, the electrodes can be kept at an electrically floating level.
電極には電力供給配線41が接続され、電力供給配線41は電源42に接続される。また、電極内部には電極およびマグネット31の冷却のための温度調節媒体配管が設けられる。
マグネット31は、電極兼プラズマ供給手段であるプラズマ供給ノズル32a~32cからの酸素プラズマPが基材フィルムSに集中して適用するために設けられる。マグネット31を設けることにより、基材表面近傍での反応性が高くなり、良好なプラズマ前処理面を高速で形成することが可能となる。
A power supply wiring 41 is connected to the electrodes, and the power supply wiring 41 is connected to a power source 42. Furthermore, a temperature adjustment medium pipe for cooling the electrodes and the magnet 31 is provided inside the electrodes.
The magnet 31 is provided so that oxygen plasma P from plasma supply nozzles 32a to 32c, which serve as electrodes and plasma supply means, can be concentrated and applied to the substrate film S. By providing the magnet 31, reactivity in the vicinity of the substrate surface is increased, making it possible to form a good plasma pre-treated surface at high speed.
マグネット31は、基材フィルムSの表面位置での磁束密度が10ガウスから10000ガウスである。基材フィルムS表面での磁束密度が10ガウス以上であれば、基材表面近傍での反応性を十分高めることが可能となり、良好な前処理面を高速で形成することができる。 The magnet 31 has a magnetic flux density of 10 to 10,000 gauss at the surface of the base film S. If the magnetic flux density at the surface of the base film S is 10 gauss or more, it is possible to sufficiently increase the reactivity near the base surface, and a good pre-treated surface can be formed at high speed.
電極のマグネット31の配置構造によりプラズマ前処理時に形成されるイオン、電子がその配置構造に従って運動するため、例えば、1m2以上の大面積の基材フィルムSに対してプラズマ前処理をする場合においても電極表面全体にわたり、電子やイオン、基材の分解物が均一に拡散され、基材フィルムSが大面積の場合にも所望のプラズマ強度で、均一かつ安定した目的の前処理が可能となるものである。 The arrangement of the magnets 31 of the electrode causes the ions and electrons formed during plasma pretreatment to move in accordance with this arrangement. Therefore, even when plasma pretreatment is performed on a substrate film S having a large area of, for example, 1 m2 or more, the electrons, ions, and substrate decomposition products are uniformly diffused over the entire electrode surface, making it possible to perform the desired uniform and stable pretreatment with the desired plasma intensity, even when the substrate film S has a large area.
次に、特殊酸化プラズマ処理された基材フィルムSは、次の成膜室22Cに導くためのガイドロール24a~24dにより基材搬送室22Aから成膜室22Cに移動し、成膜区画で酸化アルミニウム蒸着膜が形成される。酸化アルミニウム蒸着膜の製膜について、以下説明する。 Next, the substrate film S that has been treated with the special oxidation plasma is moved from the substrate transport chamber 22A to the deposition chamber 22C by guide rolls 24a to 24d to guide it to the next deposition chamber 22C, where an aluminum oxide deposition film is formed in the deposition section. The deposition of the aluminum oxide deposition film is described below.
減圧された成膜室22C内に配置され、プラズマ前処理装置で前処理された基材フィルムSの処理面を外側にして基材フィルムSを巻きかけて搬送し、成膜処理する成膜ローラー33と、該成膜ローラーに対向して配置された成膜源34のターゲットを蒸発させて基材フィルム表面に蒸着膜を成膜する。
蒸着膜成膜手段34は抵抗加熱方式であり、アルミニウムを蒸発源としてアルミニウムの金属線材を用い、酸素を供給ししてアルミニウム蒸気を酸化しつつ、基材フィルムSの表面に酸化アルミニウム蒸着膜を成膜させる。
The film forming chamber 22C is placed under reduced pressure, and the substrate film S, which has been pretreated in the plasma pretreatment device, is wound around and transported with the treated surface of the substrate film S facing outward, and a film forming roller 33 for film forming processing and a target of a film forming source 34 arranged opposite the film forming roller are evaporated to form a vapor deposition film on the surface of the substrate film.
The vapor deposition film forming means 34 is of a resistance heating type, and uses an aluminum metal wire as an aluminum evaporation source. While supplying oxygen to oxidize the aluminum vapor, an aluminum oxide vapor deposition film is formed on the surface of the substrate film S.
一実施形態においては、舟形(「ボートタイプ」という)蒸着容器に、ローラー33の軸方向にアルミニウムの金属線材を複数配置し、抵抗加熱式により加熱する。このようにすることで、供給される熱、熱量を抑えてアルミニウムの金属材料を蒸発させることができ、基材フィルムSの熱的変形性を極力抑えながら酸化アルミニウム蒸着膜を成膜することができる。 In one embodiment, multiple aluminum metal wires are placed in a boat-shaped (referred to as a "boat type") deposition vessel in the axial direction of the roller 33 and heated by resistance heating. In this way, the aluminum metal material can be evaporated while reducing the amount of heat supplied, and an aluminum oxide deposition film can be formed while minimizing the thermal deformation of the substrate film S.
一実施形態において、内容物のハイレトルト処理を行う包装材料の用途では、酸素ガスと不活性ガスとの混合比率を3/2.5~3/1、前処理圧力を1~20Pa、およびプラズマ強度を100~500W・sec/m2として酸素プラズマ前処理を行い、さらに、無機酸化物蒸着層の厚さを9~14nmとすることが特に好ましい。これにより、バリアフィルムの基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜との界面の常態密着性および耐水密着性をより向上することができ、ガスバリア性がより劣化し難いものとすることができる。 In one embodiment, in applications for packaging materials in which high-speed retort treatment of contents is performed, it is particularly preferred to perform oxygen plasma pretreatment with a mixture ratio of oxygen gas and inert gas of 3/2.5 to 3/1, a pretreatment pressure of 1 to 20 Pa, and a plasma intensity of 100 to 500 W·sec/ m2 , and further to set the thickness of the inorganic oxide vapor deposition layer to 9 to 14 nm. This can further improve the normal state adhesion and water-resistant adhesion at the interface between the substrate film and aluminum oxide vapor deposition film of the barrier film, and make the gas barrier property less susceptible to deterioration.
本発明の別の好ましい実施形態において、無機酸化物蒸着層は、酸化アルミニウム蒸着膜であり、酸化アルミニウム蒸着膜中には、Al3で表される元素結合構造部が分布し、バリアフィルムを、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)で分析した際の、酸化アルミニウム蒸着膜中の最大Al3濃度元素結合構造部分の強度比率Al3/Al2O3×100が、1以上20以下である。該強度比率を1以上とすることにより、蒸着膜の緻密性が向上して、ガスバリア性をより向上することができる。また、該強度比率を20以下とすることにより、アルミニウムによる着色を抑えることができ、透明性に優れるバリアフィルムとすることができる。該強度比率は、1以上10以下であることが好ましい。 In another preferred embodiment of the present invention, the inorganic oxide vapor deposition layer is an aluminum oxide vapor deposition film, in which an elemental bond structure represented by Al3 is distributed, and when the barrier film is analyzed by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), the intensity ratio Al3 / Al2O3 x 100 of the elemental bond structure portion with the maximum Al3 concentration in the aluminum oxide vapor deposition film is 1 or more and 20 or less. By making the intensity ratio 1 or more, the denseness of the vapor deposition film can be improved, and the gas barrier property can be further improved. Furthermore, by making the intensity ratio 20 or less, coloring due to aluminum can be suppressed, and a barrier film with excellent transparency can be obtained. The intensity ratio is preferably 1 or more and 10 or less.
酸化アルミニウム蒸着膜中には、Al3で表される元素結合構造部が分布しており、Al3で表される元素結合構造部の存在率は、該酸化アルミニウム蒸着膜の深さ位置によって異なっている。
Al3で表される元素結合構造部の存在率は、Al2O3(酸化アルミニウム)との存在比で表現することができ、具体的には、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)によって検出されるAl3の強度と、Al2O3の強度との比である、強度比率Al3/Al2O3によって表現することができる。
In the aluminum oxide vapor-deposited film, elemental bonding structures represented by Al3 are distributed, and the abundance ratio of the elemental bonding structures represented by Al3 varies depending on the depth position in the aluminum oxide vapor-deposited film.
The abundance ratio of the element bonding structure represented by Al3 can be expressed by the abundance ratio with respect to Al2O3 (aluminum oxide), and specifically, it can be expressed by the intensity ratio Al3/Al2O3, which is the ratio between the intensity of Al3 and the intensity of Al2O3 detected by time - of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF - SIMS).
最大Al3濃度元素結合構造部分が、酸化アルミニウム蒸着膜の基材フィルムとは反対側の表面から、酸化アルミニウム蒸着膜の膜厚の4%以上45%以下の深さ位置に存在することが好ましい。これにより、酸化アルミニウム蒸着膜の最表面が、酸化度・水酸化度を持った酸化アルミニウム膜になり、バリアコート層との接着が良くなり、ガスバリア性が向上する。また、酸化アルミニウム蒸着膜の膜厚の4%以上45%以下の深さ位置に最大Al3濃度元素結合構造部分を設けることで、蒸着膜の緻密性を向上させるとともに、バリアコート層を積層させたときにしみ込んだバリアコート組成物とアルミとの反応性が起こりやすく、バリアコート層との接着がさらに良くなる。 It is preferable that the maximum Al 3 concentration element bond structure portion is present at a depth position of 4% to 45% of the thickness of the aluminum oxide vapor deposition film from the surface of the aluminum oxide vapor deposition film opposite to the substrate film. As a result, the outermost surface of the aluminum oxide vapor deposition film becomes an aluminum oxide film having a degree of oxidation and hydroxide, and adhesion with the barrier coat layer is improved, thereby improving the gas barrier property. In addition, by providing the maximum Al 3 concentration element bond structure portion at a depth position of 4% to 45% of the thickness of the aluminum oxide vapor deposition film, the denseness of the vapor deposition film is improved, and the reactivity between the barrier coat composition that has soaked in and aluminum when the barrier coat layer is laminated is easily caused, and adhesion with the barrier coat layer is further improved.
酸化アルミニウム蒸着膜中の、Al3濃度とAl2O3濃度、さらには、最大Al3濃度元素結合構造部分の深さ位置は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いて測定され、最大Al3濃度元素結合構造部分の深さ位置が特定され、強度比率Al3/Al2O3が算出される。 The Al3 concentration and Al2O3 concentration in the aluminum oxide vapor deposition film, as well as the depth position of the maximum Al3 concentration element bond structure portion, are measured using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), the depth position of the maximum Al3 concentration element bond structure portion is identified, and the intensity ratio Al3 / Al2O3 is calculated.
ここで、スパッタリングを進行させつつ二次イオン強度を検出することによって、二次イオン、即ち被検出元素イオンまたは被検出元素と結合した分子イオンのイオン強度の時間推移のデータに対して、推移時間を深さに換算することで、該試料表面の深さ方向の被検出元素の濃度分布を知ることができる。
そして、予め、一次イオンの照射により試料表面に形成された窪みの深さを表面粗さ計を用いて測定して、この窪みの深さと推移時間とから平均スパッタ速度を算出しておき、スパッタ速度が一定であるとの仮定の下に、照射時間(即ち、推移時間)または照射サイクル数から、深さ(スパッタ量)を算出することが可能である。
Here, by detecting the secondary ion intensity while the sputtering is proceeding, the concentration distribution of the detectable element in the depth direction of the sample surface can be obtained by converting the transition time into depth data for the ion intensity of the secondary ions, i.e., the ions of the detectable element or molecular ions bonded to the detectable element.
Then, the depth of the depression formed on the sample surface by the irradiation of the primary ions is measured in advance using a surface roughness meter, and the average sputtering rate is calculated from the depression depth and transition time. Under the assumption that the sputtering rate is constant, the depth (sputtering amount) can be calculated from the irradiation time (i.e., transition time) or the number of irradiation cycles.
バリアフィルムの酸化アルミニウム蒸着膜に対し、好ましくは、深い領域まで測定する為にCs(セシウム)イオン銃を用いて、上記のように一定の速度でソフトエッチングを繰り返しながら、酸化アルミニウム蒸着膜層由来のAl3、Al2O3のイオンと、基材フィルムに由来するC6イオンを測定することにより、各イオンの強度比率を算出できる。 For the aluminum oxide vapor deposition film of the barrier film, preferably a Cs (cesium) ion gun is used to measure deep regions, and soft etching is repeated at a constant speed as described above while measuring Al3 and Al2O3 ions derived from the aluminum oxide vapor deposition film layer and C6 ions derived from the base film, thereby allowing the intensity ratio of each ion to be calculated.
また、酸化アルミニウム蒸着膜層、基材フィルムの界面を特定することで、検出されるイオンの最大値が界面からどの深さの位置に存在するか知ることができる。すなわち、C6のイオンの強度が最大値の半分になる位置を、基材フィルムと酸化アルミニウム膜との界面であると定義することで、検出されるイオンの強度の最大値が、酸化アルミニウム膜のどの深さの位置にあるかを知ることができる。 In addition, by identifying the interface between the aluminum oxide vapor deposition layer and the base film, it is possible to know at what depth from the interface the maximum value of the detected ions exists. In other words, by defining the position where the intensity of the C6 ions is half of its maximum value as the interface between the base film and the aluminum oxide film, it is possible to know at what depth in the aluminum oxide film the maximum value of the intensity of the detected ions exists.
測定結果は、例えば、図4に示したようなグラフとして得ることができる。図4のグラフにおいて、縦軸の単位(intensity)は、測定されたイオンの強度であり、横軸の単位(cycle)はエッチングの回数である。
そして、各サイクルにおける酸化アルミニウム蒸着膜内の深さと、Al3強度、Al2O3強度が得られ、強度比率Al3/Al2O3を求め、最大Al3強度を示した時の、強度比率Al3/Al2O3と、該深さの酸化アルミニウム蒸着膜層厚に対する割合を算出することが出来る。
The measurement results can be obtained, for example, as a graph as shown in Fig. 4. In the graph of Fig. 4, the unit of the vertical axis (intensity) is the intensity of the measured ions, and the unit of the horizontal axis (cycle) is the number of etching cycles.
Then, the depth within the aluminum oxide vapor-deposited film, the Al3 intensity, and the Al2O3 intensity in each cycle are obtained, and the intensity ratio Al3 / Al2O3 is calculated.The intensity ratio Al3 / Al2O3 at the time when the maximum Al3 intensity is shown and the ratio of said depth to the thickness of the aluminum oxide vapor-deposited film can be calculated.
一実施形態において、酸化アルミニウム蒸着膜の成膜は、以下で説明する装置を用いて行うことが好ましい。これにより、上強度比率を有する酸化アルミニウム蒸着膜の形成することができ、バリアフィルムのバリア性を向上させるができる。酸化アルミニウム蒸着膜の成膜は、図3に示すような、ローラー式連続蒸着膜成膜装置20により行ってもよい。
さらに好ましい実施形態において、酸化アルミニウム蒸着膜の成膜は、基材フィルムの表面に、上記で説明した酸素プラズマ前処理を行うことが好ましい。これにより、バリア性を向上することができると共に、基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜との界面の常態密着性および耐水密着性を向上することができる。
以下、酸化アルミニウム蒸着膜の成膜方法について、図3を参照しながら説明する。
In one embodiment, the aluminum oxide vapor deposition film is preferably formed using the apparatus described below. This allows the aluminum oxide vapor deposition film to have a high strength ratio, and improves the barrier properties of the barrier film. The aluminum oxide vapor deposition film may be formed using a roller-type continuous vapor deposition film forming apparatus 20 as shown in FIG. 3.
In a further preferred embodiment, the aluminum oxide vapor-deposited film is formed by subjecting the surface of the substrate film to the oxygen plasma pretreatment described above, which can improve the barrier properties and can also improve the normal adhesion and water-resistant adhesion at the interface between the substrate film and the aluminum oxide vapor-deposited film.
Hereinafter, a method for forming an aluminum oxide vapor deposition film will be described with reference to FIG.
酸化アルミニウム蒸着膜を有するバリアフィルムの製造に好適に用いられるローラー式連続蒸着膜成膜装置20は、図3に示すように、減圧チャンバ22内に隔壁45a~45cが形成されている。該隔壁45a~45cにより、基材搬送室22A、プラズマ前処理室22B、成膜室22Cが形成され、特に、隔壁と隔壁45a~45cで囲まれた空間としてプラズマ前処理室22Bおよび成膜室22Cが形成され、各室は、必要に応じて、さらに内部に排気室が形成される。 As shown in FIG. 3, the roller-type continuous vapor deposition film forming apparatus 20, which is suitable for use in the manufacture of barrier films having aluminum oxide vapor deposition films, has partitions 45a to 45c formed in the decompression chamber 22. The partitions 45a to 45c form the substrate transport chamber 22A, the plasma pretreatment chamber 22B, and the film formation chamber 22C. In particular, the plasma pretreatment chamber 22B and the film formation chamber 22C are formed as spaces surrounded by the partitions and the partitions 45a to 45c, and each chamber further has an exhaust chamber formed inside as necessary.
酸素プラズマ前処理工程については、上述したため、ここでの説明は省略する。 The oxygen plasma pretreatment process has been described above, so a detailed explanation will be omitted here.
酸化プラズマ処理された基材フィルムSは、成膜室22Cに導くためのガイドロール24a~24dにより基材搬送室22Aから成膜室22Cに移動し、成膜区画で酸化アルミニウム蒸着膜が形成される。 The plasma-oxidized substrate film S is moved from the substrate transport chamber 22A to the deposition chamber 22C by guide rolls 24a-24d to guide it to the deposition chamber 22C, where an aluminum oxide vapor deposition film is formed.
減圧された成膜室22C内に配置され、プラズマ前処理装置で前処理された基材フィルムSの処理面を外側にして基材フィルムSを巻きかけて搬送し、成膜処理する成膜ローラー33と、該成膜ローラーに対向して配置された成膜源34のターゲットを蒸発させて基材フィルム表面に蒸着膜を成膜する。 The film forming chamber 22C is placed under reduced pressure, and the substrate film S is wrapped around and transported with the treated surface of the substrate film S pretreated by the plasma pretreatment device facing outward, and the film forming roller 33 performs the film forming process, and the target of the film forming source 34 arranged opposite the film forming roller is evaporated to form a deposition film on the substrate film surface.
蒸着膜成膜手段34は抵抗加熱方式であり、アルミニウムを蒸発源としてアルミニウムの金属線材を用い、酸素を供給ししてアルミニウム蒸気を酸化しつつ、基材フィルムSの表面に酸化アルミニウム蒸着膜を成膜させる。 The deposition film forming means 34 is a resistance heating type that uses aluminum metal wire as the evaporation source, and supplies oxygen to oxidize the aluminum vapor while forming an aluminum oxide deposition film on the surface of the substrate film S.
酸素は、酸素単体でも、アルゴンのような不活性ガスとの混合ガスでの供給でもよいが、最大Al3濃度元素結合構造部分が生じる酸素量の調整が重要である。これにより、高いガスバリア性を有すると共に、透明性に優れるバリアフィルムとすることができる。酸素量の調整は、装置のサイズやポンプの排気量等の要素に応じて適宜設定してもよい。 Oxygen may be supplied as a single gas or as a mixed gas with an inert gas such as argon, but it is important to adjust the amount of oxygen that generates the maximum Al3 concentration element bond structure portion. This makes it possible to obtain a barrier film that has high gas barrier properties and excellent transparency. The amount of oxygen may be appropriately adjusted depending on factors such as the size of the device and the displacement of the pump.
一実施形態においては、舟形(「ボートタイプ」という)蒸着容器に、ローラー33の軸方向にアルミニウムの金属線材を複数配置し、抵抗加熱式により加熱する。このようにすることで、供給される熱、熱量を抑えてアルミニウムの金属材料を蒸発させることができ、基材フィルムSの熱的変形性を極力抑えながら酸化アルミニウム蒸着膜を成膜することができる。 In one embodiment, multiple aluminum metal wires are placed in a boat-shaped (referred to as a "boat type") deposition vessel in the axial direction of the roller 33 and heated by resistance heating. In this way, the aluminum metal material can be evaporated while reducing the amount of heat supplied, and an aluminum oxide deposition film can be formed while minimizing the thermal deformation of the substrate film S.
(バリアコート層)
無機酸化物蒸着層上に形成するバリアコート層は、ガスバリア性を有する層であり、コーティングによって塗布された塗布膜が、乾燥により硬化した樹脂硬化膜である。
(Barrier Coat Layer)
The barrier coat layer formed on the inorganic oxide vapor deposition layer is a layer having gas barrier properties, and is a resin cured film formed by applying a coating film by drying and curing.
バリアコート層の第1の態様としては、金属アルコキシドの加水分解生成物と水溶性高分子との硬化膜を用いることができる。このバリアコート層は、例えば、下記のガスバリア性塗布膜により形成することができる。ガスバリア性塗布膜は、高温多湿環境下でのガスバリア性を保持する塗膜であり、ガスバリア性塗布膜は、高温多湿環境下でのガスバリア性を保持する塗膜であり、一般式R1 nM(OR2)m(ただし、式中、R1、R2は、炭素数1~8の有機基を表し、Mは、金属原子を表し、nは、0以上の整数を表し、mは、1以上の整数を表し、n+mは、Mの原子価を表す。)で表される少なくとも1種以上の金属アルコキシドと、水溶性高分子とを含有し、さらに、ゾルゲル法触媒、酸、水、および、有機溶剤の存在下に、ゾルゲル法によって重縮合してなるバリアコート組成物からなる塗布膜である。 As a first embodiment of the barrier coat layer, a cured film of a hydrolysis product of a metal alkoxide and a water-soluble polymer can be used. This barrier coat layer can be formed, for example, by the following gas barrier coating film. The gas barrier coating film is a coating film that maintains gas barrier properties in a high-temperature and high-humidity environment, and is a coating film that contains at least one metal alkoxide represented by the general formula R 1 n M(OR 2 ) m (wherein R 1 and R 2 represent an organic group having 1 to 8 carbon atoms, M represents a metal atom, n represents an integer of 0 or more, m represents an integer of 1 or more, and n+m represents the atomic valence of M), and a water-soluble polymer, and further comprises a barrier coat composition that is polycondensed by the sol-gel method in the presence of a sol-gel catalyst, an acid, water, and an organic solvent.
上記一般式R1 nM(OR2)m中、R1としては、分岐を有していてもよい炭素数1~8、好ましくは1~5、より好ましくは1~4のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基等を挙げることができる。 In the above general formula R 1 n M(OR 2 ) m , R 1 is an optionally branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, preferably 1 to 5, and more preferably 1 to 4 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, an i-butyl group, a sec-butyl group, a t-butyl group, an n-hexyl group, and an n-octyl group.
上記一般式R1 nM(OR2)m中、R2としては、分岐を有していてもよい炭素数1~8、より好ましくは1~5、特に好ましくは1~4のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基等を挙げることができる。なお、同一分子中に複数の(OR2)が存在する場合には、(OR2)は同一であっても、異なってもよい。 In the above general formula R 1 n M(OR 2 ) m , R 2 is an optionally branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, more preferably 1 to 5, and particularly preferably 1 to 4 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, etc. When multiple (OR 2 ) groups are present in the same molecule, the (OR 2 ) groups may be the same or different.
上記一般式R1 nM(OR2)m中、Mで表される金属原子としては、珪素、ジルコニウム、チタン、アルミニウム等を例示することができる。 In the above general formula R 1 n M(OR 2 ) m , examples of the metal atom represented by M include silicon, zirconium, titanium, and aluminum.
上記一般式R1 nM(OR2)mで表されるアルコキシドとしては、アルコキシドの部分加水分解物、アルコキシドの加水分解縮合物の少なくとも1種以上を使用することができ、また、上記アルコキシドの部分加水分解物としては、アルコキシ基のすべてが加水分解されるものに限定されず、1個以上が加水分解されているもの、および、その混合物であってもよく、さらに、加水分解の縮合物としては、部分加水分解アルコキシドの2量体以上のもの、具体的には、2~6量体のものを使用してもよい。 As the alkoxide represented by the above general formula R 1 n M(OR 2 ) m , at least one of a partial hydrolyzate of an alkoxide and a hydrolysis condensate of an alkoxide can be used. In addition, the partial hydrolyzate of the alkoxide is not limited to one in which all of the alkoxy groups are hydrolyzed, but may be one in which one or more are hydrolyzed, or a mixture thereof. Furthermore, as the hydrolysis condensate, a dimer or more of a partially hydrolyzed alkoxide, specifically a dimer to hexamer, may be used.
本発明では、上記一般式R1 nM(OR2)mで表されるアルコキシドとして、MがSiであるアルコキシシランを好適に使用することができる。好適なアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシランSi(OCH3)4、テトラエトキシシランSi(OC2H5)4、テトラプロポキシシランSi(OC3H7)4、テトラブトキシシランSi(OC4H9)4、メチルトリメトキシシランCH3Si(OCH3)3、メチルトリエトキシシランCH3Si(OC2H5)3、ジメチルジメトキシシラン(CH3)2Si(OCH3)2、ジメチルジエトキシシラン(CH3)2Si(OC2H5)2等が挙げられる。本発明において、これらのアルコキシシランの縮重合物も使用することができ、具体的には、例えば、ポリテトラメトキシシラン、ポリテトラエメトキシシラン等を使用することができる。 In the present invention, as the alkoxide represented by the general formula R 1 n M(OR 2 ) m , an alkoxysilane in which M is Si can be suitably used. Suitable alkoxysilanes include, for example, tetramethoxysilane Si(OCH 3 ) 4 , tetraethoxysilane Si(OC 2 H 5 ) 4 , tetrapropoxysilane Si(OC 3 H 7 ) 4 , tetrabutoxysilane Si(OC 4 H 9 ) 4 , methyltrimethoxysilane CH 3 Si(OCH 3 ) 3 , methyltriethoxysilane CH 3 Si(OC 2 H 5 ) 3 , dimethyldimethoxysilane (CH 3 ) 2 Si(OCH 3 ) 2 , dimethyldiethoxysilane (CH 3 ) 2 Si(OC 2 H 5 ) 2 , and the like. In the present invention, condensation polymers of these alkoxysilanes can also be used. Specifically, for example, polytetramethoxysilane, polytetramethoxysilane, etc. can be used.
本発明では、上記一般式R1 nM(OR2)mで表されるアルコキシドとして、MがZrであるジルコニウムアルコキシドも好適に使用することができる。好適なジルコニウムアルコキシドとしては、例えば、テトラメトキシジルコニウムZr(OCH3)4、テトラエトキシジルコニウムZr(OC2H5)4、テトラiプロポキシジルコニウムZr(iso-OC3H7)4、テトラnブトキシジルコニウムZr(OC4H9)4等を例示することができる。 In the present invention, as the alkoxide represented by the above general formula R 1 n M(OR 2 ) m , zirconium alkoxides in which M is Zr can also be suitably used. Suitable zirconium alkoxides include, for example, tetramethoxyzirconium Zr(OCH 3 ) 4 , tetraethoxyzirconium Zr(OC 2 H 5 ) 4 , tetra-i-propoxyzirconium Zr(iso-OC 3 H 7 ) 4 , tetra-n-butoxyzirconium Zr(OC 4 H 9 ) 4 , and the like.
また、上記一般式R1 nM(OR2)mで表されるアルコキシドとして、MがTiであるチタニウムアルコキシドも好適に使用することができる。好適なチタニウムアルコキシドとしては、例えば、テトラメトキシチタニウムTi(OCH3)4、テトラエトキシチタニウムTi(OC2H5)4、テトライソプロポキシチタニウムTi(iso-OC3H7)4、テトラnブトキシチタニウムTi(OC4H9)4等を例示することができる。 Furthermore, as the alkoxide represented by the above general formula R 1 n M(OR 2 ) m , titanium alkoxides in which M is Ti can also be suitably used. Suitable titanium alkoxides include, for example, tetramethoxytitanium Ti(OCH 3 ) 4 , tetraethoxytitanium Ti(OC 2 H 5 ) 4 , tetraisopropoxytitanium Ti(iso-OC 3 H 7 ) 4 , and tetra-n-butoxytitanium Ti(OC 4 H 9 ) 4 .
また、上記一般式R1 nM(OR2)mで表されるアルコキシドとして、MがAlであるアルミニウムアルコキシドも好適に使用することができる。好適なアルミニウムアルコキシドとしては、例えば、テトラメトキシアルミニウムAl(OCH3)4、テトラエトキシアルミニウムAl(OC2H5)4、テトライソプロポキシアルミニウムAl(iso-OC3H7)4、テトラnブトキシアルミニウムAl(OC4H9)4等を例示することができる。 Furthermore, as the alkoxide represented by the above general formula R 1 n M(OR 2 ) m , aluminum alkoxides in which M is Al can also be suitably used. Suitable aluminum alkoxides include, for example, tetramethoxyaluminum Al(OCH 3 ) 4 , tetraethoxyaluminum Al(OC 2 H 5 ) 4 , tetraisopropoxyaluminum Al(iso-OC 3 H 7 ) 4 , tetra-n-butoxyaluminum Al(OC 4 H 9 ) 4 , and the like.
本発明では、上記アルコキシドは、2種以上を併用してもよい。例えばアルコキシシランとジルコニウムアルコキシドを混合して用いると、得られるバリアフィルムの靭性、耐熱性等を向上させることができる。また、アルコキシシランとチタニウムアルコキシドを混合して用いると、得られるガスバリア性塗布膜の熱伝導率が低くなり、耐熱性が著しく向上する。 In the present invention, two or more of the above alkoxides may be used in combination. For example, when an alkoxysilane is mixed with a zirconium alkoxide, the toughness, heat resistance, etc. of the resulting barrier film can be improved. When an alkoxysilane is mixed with a titanium alkoxide, the thermal conductivity of the resulting gas barrier coating film is reduced, and the heat resistance is significantly improved.
本発明で使用する水溶性高分子は、ポリビニルアルコール系樹脂、またはエチレン・ビニルアルコ一ル共重合体を単独で各々使用することができ、あるいは、ポリビニルアルコ一ル系樹脂およびエチレン・ビニルアルコール共重合体を組み合わせて使用することができる。本発明では、ポリビニルアルコール系樹脂および/またはエチレン・ビニルアルコール共重合体を使用することにより、ガスバリア性、耐水性、耐候性、その他等の物性を著しく向上させることができる。 The water-soluble polymer used in the present invention may be a polyvinyl alcohol resin or an ethylene-vinyl alcohol copolymer, either alone or in combination with an ethylene-vinyl alcohol copolymer. In the present invention, the use of a polyvinyl alcohol resin and/or an ethylene-vinyl alcohol copolymer can significantly improve physical properties such as gas barrier properties, water resistance, weather resistance, and the like.
ポリビニルアルコ一ル系樹脂としては、一般に、ポリ酢酸ビニルをケン化して得られるものを使用することができる。ポリビニルアルコール系樹脂としては、酢酸基が数十%残存している部分ケン化ポリビニルアルコール系樹脂でも、酢酸基が残存しない完全ケン化ポリビニルアルコールでも、OH基が変性された変性ポリビニルアルコール系樹脂でもよく、特に限定されるものではない。 As the polyvinyl alcohol-based resin, generally, one obtained by saponifying polyvinyl acetate can be used. The polyvinyl alcohol-based resin may be a partially saponified polyvinyl alcohol-based resin in which several tens of percent of acetate groups remain, a fully saponified polyvinyl alcohol in which no acetate groups remain, or a modified polyvinyl alcohol-based resin in which the OH groups have been modified, and is not particularly limited.
エチレン・ビニルアルコール共重合体としては、エチレンと酢酸ビニルとの共重合体のケン化物、すなわち、エチレン-酢酸ビニルランダム共重合体をケン化して得られるものを使用することができる。例えば、酢酸基が数十モル%残存している部分ケン化物から、酢酸基が数モル%しか残存していないかまたは酢酸基が残存しない完全ケン化物まで含み、特に限定されるものではない。ただし、ガスバリア性の観点から好ましいケン化度は、80モル%以上、より好ましくは、90モル%以上、さらに好ましくは、95モル%以上であるものを使用することが好ましい。なお、上記エチレン・ビニルアルコール共重合体中のエチレンに由来する繰り返し単位の含量(以下「エチレン含量」ともいう)は、通常、0~50モル%、好ましくは、20~45モル%であるものことが好ましい。 As the ethylene-vinyl alcohol copolymer, a saponified product of a copolymer of ethylene and vinyl acetate, i.e., a product obtained by saponifying an ethylene-vinyl acetate random copolymer, can be used. For example, it includes a partially saponified product in which several tens of mol % of acetate groups remain, to a completely saponified product in which only a few mol % of acetate groups remain, or in which no acetate groups remain, and is not particularly limited. However, from the viewpoint of gas barrier properties, it is preferable to use a saponification degree of 80 mol % or more, more preferably 90 mol % or more, and even more preferably 95 mol % or more. The content of repeating units derived from ethylene in the ethylene-vinyl alcohol copolymer (hereinafter also referred to as "ethylene content") is usually 0 to 50 mol %, preferably 20 to 45 mol %.
また、バリアコート層にシランカップリング剤を添加してもよい。例えば、メトキシ基、エトキシ基のようなアルコキシ基、アセトキシ基、アミノ基、エポキシ基等の反応基を有するシランカップリング剤が、使用できる。具体的には、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン、あるいは、β-(3、4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等を使用することができる。 A silane coupling agent may also be added to the barrier coat layer. For example, a silane coupling agent having a reactive group such as an alkoxy group such as a methoxy group or an ethoxy group, an acetoxy group, an amino group, or an epoxy group may be used. Specifically, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, γ-glycidoxypropyldimethylmethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, γ-glycidoxypropyldimethylethoxysilane, or β-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane may be used.
さらに、上記のバリアコート組成物において用いられる有機溶媒としては、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-ブタノール等を用いることができる。なお、上記ポリビニルアルコール系樹脂および/またはエチレン・ビニルアルコール共重合体は、上記アルコキシドやシランカップリング剤等を含む塗工液中で溶解した状態で取り扱われることが好ましく、上記有機溶媒の中から適宜選択することができる。例えば、ポリビニルアルコール系樹脂とエチレン・ビニルアルコール共重合体とを組み合わせて使用する場合には、n-ブタノールを使用することが好ましい。 Furthermore, examples of the organic solvent used in the barrier coat composition include methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, and n-butanol. The polyvinyl alcohol resin and/or ethylene-vinyl alcohol copolymer are preferably handled in a dissolved state in a coating liquid containing the alkoxide and silane coupling agent, and the organic solvent can be appropriately selected from the organic solvents listed above. For example, when a polyvinyl alcohol resin and an ethylene-vinyl alcohol copolymer are used in combination, it is preferable to use n-butanol.
バリアコート層は、以下の方法で製造することができる。まず、上記金属アルコキシド、必要に応じてシランカップリング剤、水溶性高分子、ゾルゲル法触媒、酸、水、有機溶媒等を混合し、バリアコート組成物(バリアコート液)を調製する。 The barrier coat layer can be manufactured by the following method. First, the above metal alkoxide, and optionally a silane coupling agent, a water-soluble polymer, a sol-gel catalyst, an acid, water, an organic solvent, etc. are mixed to prepare a barrier coat composition (barrier coat liquid).
次いで、該バリアコート組成物を上記無機酸化物蒸着層の上に塗布する。バリアコート組成物を塗布する方法としては、例えば、グラビアロールコーター等のロールコート、スプレーコート、スピンコート、ディッピング、刷毛、バーコード、アプリケータ等の塗布手段により、1回あるいは複数回の塗布で、乾燥膜厚が、0.01~30μm、好ましくは、0.1~10μm位の塗布膜を形成することができる。 Next, the barrier coat composition is applied onto the inorganic oxide vapor deposition layer. The barrier coat composition can be applied by a coating means such as roll coating using a gravure roll coater, spray coating, spin coating, dipping, brushing, bar coding, or applicator, in one or multiple applications to form a coating film with a dry thickness of 0.01 to 30 μm, preferably 0.1 to 10 μm.
次いで、上記バリアコート組成物を塗布したフィルムを120℃~200℃、かつバリアフィルムの基材フィルムの樹脂フィルムの融点以下の温度、好ましくは130℃~180℃、より好ましくは140℃~160℃の範囲の温度で、3秒~10分間加熱・乾燥する。これによって、重縮合が行われ、バリアコート層を形成することができる。また、上記バリアコート組成物を無機酸化物蒸着層の上に重ねて塗布して塗布膜を2層以上重層し、120℃~200℃、かつ、上記樹脂基材の融点以下の温度で3秒~10分間加熱乾燥処理して、バリアコート層を2層以上重層した複合ポリマー層を形成してもよい。以上により、上記バリアコート組成物によるバリアコート層を1層ないし2層以上形成することができる。 Next, the film coated with the barrier coat composition is heated and dried for 3 seconds to 10 minutes at a temperature of 120°C to 200°C and below the melting point of the resin film of the substrate film of the barrier film, preferably 130°C to 180°C, more preferably 140°C to 160°C. This allows polycondensation to occur, forming a barrier coat layer. Alternatively, the barrier coat composition may be coated on top of the inorganic oxide vapor deposition layer to form two or more layers of coating film, and then heated and dried for 3 seconds to 10 minutes at a temperature of 120°C to 200°C and below the melting point of the resin substrate to form a composite polymer layer with two or more layers of barrier coat layers. This allows one or more barrier coat layers to be formed from the barrier coat composition.
バリアコート層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは10nm以上5000nm以下であり、より好ましくは50nm以上1000nm以下であり、さらに好ましくは100nm以上500nm以下であり、さらにより好ましくは150nm以上400nm以下である。バリアコート層の厚さが上記範囲程度であれば、ガスバリア性が発現できて、かつ柔軟性を備えた層として無機酸化物蒸着層表面を被覆することができる。 The thickness of the barrier coat layer is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 5000 nm, more preferably 50 nm to 1000 nm, even more preferably 100 nm to 500 nm, and even more preferably 150 nm to 400 nm. If the thickness of the barrier coat layer is within the above range, it can exhibit gas barrier properties and can cover the surface of the inorganic oxide deposition layer as a flexible layer.
バリアコート層の第2の態様としては、金属酸化物とリン化合物とが反応してなる反応生成物を含む樹脂硬化膜を用いることができる。この樹脂硬化膜はガスバリア性を有し、800~1400cm-1の範囲における赤外線吸収スペクトルの赤外線吸収が最大となる波数が1080~1130cm-1の範囲にあるものである。 As a second embodiment of the barrier coat layer, a resin cured film containing a reaction product formed by reacting a metal oxide with a phosphorus compound can be used. This resin cured film has gas barrier properties, and the wave number at which the infrared absorption is maximum in the infrared absorption spectrum in the range of 800 to 1400 cm-1 is in the range of 1080 to 1130 cm-1.
前記反応生成物において、金属酸化物を構成する金属原子(M)とリン原子(P)とが酸素原子(O)を介して結合したM-O-Pで表される結合が生成すると、M-O-Pの結合に基づく吸収ピークが、1080~1130cm-1の範囲に800~1400cm-1の領域における最大吸収波数の吸収ピークとして現れるものと考えられている。 When a bond represented by M-O-P is formed in the reaction product, in which the metal atom (M) and phosphorus atom (P) that make up the metal oxide are bonded via an oxygen atom (O), it is believed that an absorption peak based on the M-O-P bond appears in the range of 1080 to 1130 cm-1 as an absorption peak with a maximum absorption wavenumber in the region of 800 to 1400 cm-1.
この赤外線吸収スペクトルは、バリアコート層の表面を全反射測定法で測定するか、または、バリアコート層をかき取った成分の赤外線吸収スペクトルをKBr法で測定することによって得ることができる。 This infrared absorption spectrum can be obtained by measuring the surface of the barrier coat layer using a total reflection measurement method, or by measuring the infrared absorption spectrum of the components scraped off from the barrier coat layer using the KBr method.
金属酸化物は、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム等の酸化物である。 Metal oxides are oxides of magnesium, calcium, aluminum, silicon, titanium, zirconium, etc.
そして、金属酸化物は、当該金属原子を含む化合物を加水分解して得ることができ、金属酸化物を加水分解によって生成することができる化合物としては、塩化アルミニウム、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリノルマルプロポキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリノルマルブトキシド、アルミニウムトリs-ブトキシド、アルミニウムトリt-ブトキシド、アルミニウムトリアセテート、アルミニウムアセチルアセトネート、硝酸アルミニウム、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシド、チタンテトラ(2-エチルヘキソキシド)、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンアセチルアセトネート、ジルコニウムテトラノルマルプロポキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート等の1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。 Metal oxides can be obtained by hydrolysis of compounds containing the metal atoms. Compounds capable of producing metal oxides by hydrolysis include aluminum chloride, aluminum triethoxide, aluminum tri-normal propoxide, aluminum triisopropoxide, aluminum tri-normal butoxide, aluminum tri-s-butoxide, aluminum tri-t-butoxide, aluminum triacetate, aluminum acetylacetonate, aluminum nitrate, titanium tetraisopropoxide, titanium tetra-normal butoxide, titanium tetra(2-ethylhexoxide), titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium acetylacetonate, zirconium tetra-normal propoxide, zirconium tetrabutoxide, and zirconium tetraacetylacetonate. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
リン化合物は、ハロゲン原子または酸素原子がリン原子に直接結合した構造を有するものを用いることができる。具体的には、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸およびそれらの誘導体であり、ポリリン酸としては、ピロリン酸、三リン酸、4つ以上のリン酸が縮合したポリリン酸等であり、誘導体の例としては、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸の、塩、(部分)エステル化合物、ハロゲン化物(塩化物等)、脱水物(五酸化ニリン等)等である。 Phosphorus compounds that have a structure in which a halogen atom or an oxygen atom is directly bonded to a phosphorus atom can be used. Specifically, phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, and derivatives thereof are used. Examples of polyphosphoric acid include pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, and polyphosphoric acid in which four or more phosphoric acids are condensed. Examples of derivatives include salts, (partial) ester compounds, halides (chlorides, etc.), and dehydrates (diphosphorus pentoxide, etc.) of phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, and phosphonic acid.
反応生成物は、金属酸化物とリン化合物とを混合し反応させることにより形成することができる。その際、混合されるリン化合物は、そのものの形態或いはリン化合物と添加樹脂を含む組成物の形態でも良い。 The reaction product can be formed by mixing and reacting a metal oxide with a phosphorus compound. In this case, the phosphorus compound to be mixed may be in the form of itself or in the form of a composition containing the phosphorus compound and an additive resin.
このような添加樹脂は、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルの部分けん化物、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリ(アクリル酸/メタクリル酸)およびそれらの塩、エチレン-ビニルアルコール共重合体、エチレン-無水マレイン酸共重合体、スチレン-無水マレイン酸共重合体、イソブチレン-無水マレイン酸交互共重合体、エチレン-アクリル酸共重合体、エチレン-アクリル酸エチル共重合体のけん化物等である。 Such additive resins include polyvinyl alcohol, partially saponified polyvinyl acetate, polyethylene glycol, polyhydroxyethyl (meth)acrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, poly(acrylic acid/methacrylic acid) and their salts, ethylene-vinyl alcohol copolymer, ethylene-maleic anhydride copolymer, styrene-maleic anhydride copolymer, isobutylene-maleic anhydride alternating copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, and saponified ethylene-ethyl acrylate copolymer.
本発明においては、このバリアコート層は無機酸化物蒸着層に、金属酸化物とリン化合物が混合した塗布液をコーティングし、乾燥することで積層することができ、その厚さは、0.05~1μmである。 In the present invention, this barrier coat layer can be laminated by coating the inorganic oxide vapor deposition layer with a coating liquid containing a mixture of a metal oxide and a phosphorus compound and drying it, and the thickness is 0.05 to 1 μm.
なお、前記塗布液は、まず、金属酸化物を加水分解によって生成することができる化合物を分散・溶解して金属酸化物が生成した水溶液を、リン化合物を分散・溶解した溶媒、或いはリン化合物と添加樹脂を含む組成物を分散・溶解した溶媒に加えることで作ることができる。 The coating liquid can be prepared by first dispersing and dissolving a compound capable of producing a metal oxide by hydrolysis to produce a metal oxide, and then adding the resulting aqueous solution to a solvent in which a phosphorus compound has been dispersed and dissolved, or to a solvent in which a composition containing a phosphorus compound and an additive resin has been dispersed and dissolved.
バリアコート層の第3の態様としては、多価金属化合物によって架橋されたカルボキシル基含有重合体を含む樹脂硬化膜を用いることができる。この樹脂硬化膜はガスバリア性を有する。 As a third embodiment of the barrier coat layer, a resin cured film containing a carboxyl group-containing polymer crosslinked with a polyvalent metal compound can be used. This resin cured film has gas barrier properties.
カルボキシル基含有重合体は、カルボキシル基を2個以上含有する重合体であって、具体的には、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、あるいはこれらの2種以上の混合物である。 A carboxyl group-containing polymer is a polymer that contains two or more carboxyl groups, specifically, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, or a mixture of two or more of these.
多価金属化合物は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、ジルコニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウムの金属化合物およびそれらの酸化物、炭酸塩、有機酸塩である。これら酸化物、炭酸塩としては、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト等の酸化物;炭酸カルシウム等の炭酸塩;乳酸カルシウム、乳酸亜鉛、アクリル酸カルシウム等の有機酸塩である。多価金属化合物によって架橋されたカルボキシル基含有重合体を含む樹脂膜は、カルボキシル基含有重合体と多価金属化合物を混合した樹脂硬化膜として作ることができる。 The polyvalent metal compounds are metal compounds of beryllium, magnesium, calcium, titanium, zirconium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, and aluminum, as well as their oxides, carbonates, and organic acid salts. These oxides and carbonates include oxides such as zinc oxide, magnesium oxide, copper oxide, nickel oxide, and cobalt oxide; carbonates such as calcium carbonate; and organic acid salts such as calcium lactate, zinc lactate, and calcium acrylate. A resin film containing a carboxyl group-containing polymer crosslinked by a polyvalent metal compound can be made as a resin cured film by mixing a carboxyl group-containing polymer and a polyvalent metal compound.
また、この樹脂膜の別の形態としては、カルボキシル基含有重合体を含む樹脂層に隣接して多価金属化合物を含む層を積層した2層構成とすることで、作ることができる。カルボキシル基含有重合体を含む樹脂層が、離接している多価金属化合物を含む層から移行した多価金属イオンによってイオン架橋されて、硬化樹脂膜となる。 In addition, another form of this resin film can be made by laminating a layer containing a polyvalent metal compound adjacent to a resin layer containing a carboxyl group-containing polymer to form a two-layer structure. The resin layer containing the carboxyl group-containing polymer is ionically crosslinked by polyvalent metal ions that have migrated from the adjacent layer containing the polyvalent metal compound to form a cured resin film.
カルボキシル基含有重合体を含む樹脂層には、カルボキシル基を2個以上含有する重合体のほか、ポリビニールアルコール、グリセリンのようなポリアルコール類を含むことができる。そして、カルボキシル基を2個以上含有する重合体とポリビニールアルコールは、99:1~20:80の重量比で混合される。 The resin layer containing the carboxyl group-containing polymer can contain polyalcohols such as polyvinyl alcohol and glycerin, in addition to the polymer containing two or more carboxyl groups. The polymer containing two or more carboxyl groups and the polyvinyl alcohol are mixed in a weight ratio of 99:1 to 20:80.
多価金属化合物を含む層は、上述した金属化合物を、混合用樹脂のアルキド樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ニトロセルロース、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、フッ素樹脂、イソシアネートの群から選ばれた少なくとも一種の樹脂に混在させた層である。多価金属化合物と樹脂との重量割合(金属化合物/樹脂)は、0.01~1000である。多価金属化合物は、平均粒径が15nm~500nmの粒子の形で樹脂層に混在している。 The layer containing the polyvalent metal compound is a layer in which the above-mentioned metal compound is mixed with at least one resin selected from the group consisting of alkyd resin, melamine resin, acrylic resin, urethane resin, nitrocellulose, epoxy resin, polyester resin, phenol resin, amino resin, fluororesin, and isocyanate, which are mixed resins. The weight ratio of the polyvalent metal compound to the resin (metal compound/resin) is 0.01 to 1000. The polyvalent metal compound is mixed into the resin layer in the form of particles with an average particle size of 15 nm to 500 nm.
本発明においては、このバリアコート層は無機酸化物蒸着層に、カルボキシル基含有重合体と多価金属化合を混合した樹脂を水、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;N,N-ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、酢酸ブチルの単体あるいは混合液に分散・溶解した塗布液をコーティングし、乾燥することで積層することができ、その厚さは、0.1~10μmである。 In the present invention, the barrier coat layer can be laminated by coating and drying an inorganic oxide vapor deposition layer with a coating liquid prepared by dispersing or dissolving a resin containing a carboxyl group-containing polymer and a polyvalent metal compound in a single or mixed solution of water, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, or N,N-dimethyl sulfoxide, N,N-dimethylformamide, dimethylacetamide, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, ethyl acetate, or butyl acetate, and the thickness is 0.1 to 10 μm.
別の方法としては、無機酸化物蒸着層に、まず、カルボキシル基含有重合体を含有する層を積層する。この積層は、カルボキシル基含有重合体とその他必要な添加物を、水、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;N,N-ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の溶媒に溶解または分散させた塗布液をコーティングし、乾燥することでなされ、その厚さは、0.1~10μmである。 As another method, a layer containing a carboxyl group-containing polymer is first laminated on the inorganic oxide vapor deposition layer. This lamination is performed by coating and drying a coating liquid in which the carboxyl group-containing polymer and other necessary additives are dissolved or dispersed in a solvent such as water, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc., N,N-dimethyl sulfoxide, N,N-dimethylformamide, dimethylacetamide, etc., to a thickness of 0.1 to 10 μm.
次に、多価金属化合物と樹脂を、前記溶媒のほか、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、酢酸ブチル等の溶媒に溶解または分散させた塗布液を用いて、カルボキシル基含有重合体を含む樹脂層のコーティングし乾燥することで、多価金属化合物を含む層を、厚さ0.1~10μmで積層する。 Next, a coating solution in which the polyvalent metal compound and resin are dissolved or dispersed in a solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, ethyl acetate, or butyl acetate is used to coat and dry a resin layer containing a carboxyl group-containing polymer, thereby laminating a layer containing the polyvalent metal compound to a thickness of 0.1 to 10 μm.
このようにカルボキシル基含有重合体を含む樹脂層上に多価金属化合物を含む層を積層することにより、多価金属化合物を含む層から移行した多価金属イオンによってカルボキシル基含有重合体イオン架橋されて、樹脂硬化膜となる。多価金属イオンの移行促進のため、2層を形成した後に、30~130度の加温環境下でエージングを行うことがある。 By laminating a layer containing a polyvalent metal compound on a resin layer containing a carboxyl group-containing polymer in this way, the polyvalent metal ions that have migrated from the layer containing the polyvalent metal compound crosslink the carboxyl group-containing polymer ions, forming a cured resin film. After the two layers are formed, aging may be performed in a heated environment of 30 to 130 degrees to promote the migration of the polyvalent metal ions.
<包装材料>
本発明による包装材料は、ヒートシール層と、接着層と、上記のバリアフィルムからなるバリア層とをこの順に備えてなるものであり、本発明の包装材料はこのような層構成であるため、高いガスバリア性が要求される包装製品用の包装材料として好適に用いることができる。
<Packaging materials>
The packaging material according to the present invention comprises, in this order, a heat seal layer, an adhesive layer, and a barrier layer made of the above-mentioned barrier film. Because the packaging material of the present invention has such a layer structure, it can be suitably used as a packaging material for packaging products that require high gas barrier properties.
本発明の包装材料の層構成を、図面を参照しながら説明する。図5に示す包装材料50は、最外層側から順に、基材フィルム52(最外層)、無機酸化物蒸着層53、およびバリアコート層54を有するバリア層51(バリアフィルム)を備え、バリア層51のバリアコート層54側(内側)に、接着層55と、ヒートシール層56(最内層)とをこの順に備える。また、図6および図7に示すように、包装材料50は、バリアコート層54と接着層55の間、または接着層55とヒートシール層56の間に、中間層57をさらに備えてもよい。さらに、包装材料50が中間層57を備える場合には、図8に示すように、包装材料50は、バリアコート層54と中間層57の間、および中間層57とヒートシール層56の間に、それぞれ接着層55を備えてもよい。 The layer structure of the packaging material of the present invention will be described with reference to the drawings. The packaging material 50 shown in FIG. 5 includes, in order from the outermost layer side, a substrate film 52 (outermost layer), an inorganic oxide deposition layer 53, and a barrier layer 51 (barrier film) having a barrier coat layer 54, and includes an adhesive layer 55 and a heat seal layer 56 (innermost layer) on the barrier coat layer 54 side (inner side) of the barrier layer 51 in this order. As shown in FIG. 6 and FIG. 7, the packaging material 50 may further include an intermediate layer 57 between the barrier coat layer 54 and the adhesive layer 55, or between the adhesive layer 55 and the heat seal layer 56. Furthermore, when the packaging material 50 includes the intermediate layer 57, the packaging material 50 may include an adhesive layer 55 between the barrier coat layer 54 and the intermediate layer 57, and between the intermediate layer 57 and the heat seal layer 56, as shown in FIG. 8.
包装材料は、JIS K6854-2に準拠して測定された基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜との水付け剥離強度が、好ましくは1.0N以上であり、より好ましくは2.0N以上である。本発明における水付け剥離強度は、以下の方法によって測定されたものである。 The packaging material preferably has a water-exposed peel strength between the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film measured in accordance with JIS K6854-2 of 1.0 N or more, more preferably 2.0 N or more. The water-exposed peel strength in the present invention is measured by the following method.
引張試験機としては、株式会社オリエンテック社製のテンシロン万能材料試験機を用いる。まず、図9に示すように、例えば、基材フィルム52側と、ヒートシール層56側(例えば、無機酸化物蒸着層53、バリアコート層54、接着層55およびヒートシール層56)とを長辺方向において15mm剥離させた状態の矩形状の試験片60を準備する。試験片60の幅(短辺の長さ)は15mmとする。
次に、試験片の長手方向にそってみた場合における、基材フィルム52とヒートシール層56側とが接合を維持している部分と、基材フィルム52側とヒートシール層56側とが引き剥がされている部分との境界部分にスポイトで水を滴下した。
その後、図10に示すように、基材フィルム52側およびヒートシール層56側のうち既に剥離されている部分をそれぞれ、測定器のつかみ具61およびつかみ具62で把持する。また、つかみ具61,62をそれぞれ、基材フィルム52側とヒートシール層56側とがまだ積層されている部分の面方向に対して直交する方向において互いに逆向きに(180°剥離:T字剥離法)、50mm/分の速度で引っ張り、安定領域(図11参照)における引張応力の平均値を測定する。引っ張りを開始する際の、つかみ具61,62間の間隔Sは30mmとし、引っ張りを終了する際の、つかみ具61,62間の間隔Sは60mmとする。図11は、つかみ具61,62間の間隔Sに対する引張応力の変化を示す図である。図11に示すように、間隔Sに対する引張応力の変化は、第1領域を経て、第1領域よりも変化率の小さい第2領域(安定領域)に入る。安定領域における引張応力の平均値を測定し、その値をバリアフィルムの基材フィルムと酸化アルミウム蒸着膜との剥離強度とする。
The tensile tester used is a Tensilon universal material testing machine manufactured by Orientec Co., Ltd. First, as shown in Fig. 9, for example, a rectangular test piece 60 is prepared in a state in which the base film 52 side and the heat seal layer 56 side (e.g., the inorganic oxide deposition layer 53, the barrier coat layer 54, the adhesive layer 55, and the heat seal layer 56) are peeled off by 15 mm in the long side direction. The width (length of the short side) of the test piece 60 is 15 mm.
Next, when viewed along the longitudinal direction of the test piece, water was dropped with a dropper onto the boundary between the part where the base film 52 and the heat seal layer 56 side remained bonded and the part where the base film 52 side and the heat seal layer 56 side had been peeled away.
Thereafter, as shown in FIG. 10, the already peeled portions of the base film 52 side and the heat seal layer 56 side are gripped by the gripper 61 and the gripper 62 of the measuring device, respectively. The grippers 61 and 62 are pulled at a speed of 50 mm/min in a direction perpendicular to the surface direction of the portion where the base film 52 side and the heat seal layer 56 side are still laminated (180° peeling: T-shaped peeling method), and the average value of the tensile stress in the stable region (see FIG. 11) is measured. When the pulling is started, the interval S between the grippers 61 and 62 is 30 mm, and when the pulling is ended, the interval S between the grippers 61 and 62 is 60 mm. FIG. 11 is a diagram showing the change in tensile stress with respect to the interval S between the grippers 61 and 62. As shown in FIG. 11, the change in tensile stress with respect to the interval S passes through the first region and enters the second region (stable region) where the change rate is smaller than that in the first region. The average value of the tensile stress in the stable region is measured, and this value is regarded as the peel strength between the substrate film and the aluminum oxide vapor-deposited film of the barrier film.
包装材料は、135℃で40分間の湿熱殺菌処理後に、温度23℃および湿度90%RHの環境下でJIS K7126法に準拠して測定した酸度透過度が、好ましくは0.50cc/m2・atm・day以下であり、より好ましくは0.30cc/m2・atm・day以下であり、さらに好ましくは0.20cc/m2・atm・day以下である。包装材料は、湿熱殺菌処理後の酸素透過度が上記数値範囲を満たせば、好適な酸素バリア性を有しているため、レトルト包装製品であっても包装材料の内容物に対する悪影響を抑制することができる。 The packaging material has an acidity transmission rate of preferably 0.50 cc/ m2 ·atm·day or less, more preferably 0.30 cc/m2·atm·day or less, and even more preferably 0.20 cc/ m2 ·atm·day or less, measured in accordance with JIS K7126 under an environment of 23°C and 90% RH after moist heat sterilization treatment at 135 °C for 40 minutes. If the oxygen transmission rate after moist heat sterilization treatment satisfies the above numerical range, the packaging material has suitable oxygen barrier properties, and therefore adverse effects on the contents of the packaging material can be suppressed even in retort packaged products.
包装材料は、135℃で40分間の湿熱殺菌処理後に、温度40℃および湿度100%RHの環境下でJIS K7129法に準拠して測定した水蒸気透過度が、好ましくは1.20g/m2・day以下であり、より好ましくは1.00g/m2・day以下であり、さらに好ましくは0.70g/m2・day以下であり、さらにより好ましくは0.50g/m2・day以下であり、特に好ましくは0.40g/m2・day以下である。包装材料は、湿熱殺菌処理後の水蒸気透過度が上記数値範囲を満たせば、好適な水蒸気バリア性を有しているため、レトルト包装製品であっても包装材料の内容物に対する悪影響を抑制することができる。 The packaging material has a water vapor permeability measured in accordance with JIS K7129 under an environment of a temperature of 40° C. and a humidity of 100% RH after moist heat sterilization at 135° C. for 40 minutes of preferably 1.20 g/m 2 ·day or less, more preferably 1.00 g/m 2 ·day or less, even more preferably 0.70 g/m 2 ·day or less, even more preferably 0.50 g/m 2 ·day or less, and particularly preferably 0.40 g/m 2 ·day or less. If the water vapor permeability after moist heat sterilization satisfies the above numerical range, the packaging material has suitable water vapor barrier properties, and therefore adverse effects on the contents of the packaging material can be suppressed even in retort packaged products.
包装材料は、135℃で40分間の湿熱殺菌処理後に、JIS K6854-2に準拠して測定された基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜との常態剥離強度が、好ましくは1.0N以上であり、より好ましくは2.0N以上である。本発明における常態剥離強度は、以下の方法によって測定されたものである。 After the packaging material is subjected to moist heat sterilization at 135°C for 40 minutes, the normal peel strength between the base film and the aluminum oxide vapor deposition film measured in accordance with JIS K6854-2 is preferably 1.0 N or more, more preferably 2.0 N or more. The normal peel strength in the present invention is measured by the following method.
引張試験機としては、株式会社オリエンテック社製のテンシロン万能材料試験機を用いる。まず、図12に示すように、例えば、基材フィルム52側と、ヒートシール層56側(例えば、無機酸化物蒸着層53、バリアコート層54、接着層55、中間層57、接着層55およびヒートシール層56)とを長辺方向において15mm剥離させた状態の矩形状の試験片60を準備する。試験片60の幅(短辺の長さ)は15mmとする。その後、図13に示すように、基材フィルム52側およびヒートシール層56側のうち既に剥離されている部分をそれぞれ、測定器のつかみ具61およびつかみ具62で把持する。また、つかみ具61,62をそれぞれ、基材フィルム52側とヒートシール層56側とがまだ積層されている部分の面方向に対して直交する方向において互いに逆向きに(180°剥離:T字剥離法)、50mm/分の速度で引っ張り、安定領域(図11参照)における引張応力の平均値を測定する。引っ張りを開始する際の、つかみ具61,62間の間隔Sは30mmとし、引っ張りを終了する際の、つかみ具61,62間の間隔Sは60mmとする。図11は、つかみ具61,62間の間隔Sに対する引張応力の変化を示す図である。図11に示すように、間隔Sに対する引張応力の変化は、第1領域を経て、第1領域よりも変化率の小さい第2領域(安定領域)に入る。安定領域における引張応力の平均値を測定し、その値をバリアフィルムの基材フィルムと酸化アルミウム蒸着膜との剥離強度とする。 As a tensile tester, a Tensilon universal material testing machine manufactured by Orientec Co., Ltd. is used. First, as shown in FIG. 12, for example, a rectangular test piece 60 is prepared in a state in which the base film 52 side and the heat seal layer 56 side (for example, the inorganic oxide deposition layer 53, the barrier coat layer 54, the adhesive layer 55, the intermediate layer 57, the adhesive layer 55 and the heat seal layer 56) are peeled off by 15 mm in the long side direction. The width (length of the short side) of the test piece 60 is 15 mm. Then, as shown in FIG. 13, the already peeled parts of the base film 52 side and the heat seal layer 56 side are gripped by the gripper 61 and the gripper 62 of the measuring device, respectively. In addition, the grippers 61 and 62 are pulled at a speed of 50 mm/min in a direction perpendicular to the surface direction of the part where the base film 52 side and the heat seal layer 56 side are still laminated (180° peeling: T-shaped peeling method), and the average value of the tensile stress in the stable region (see FIG. 11) is measured. When tension is started, the distance S between the grippers 61 and 62 is 30 mm, and when tension is stopped, the distance S between the grippers 61 and 62 is 60 mm. Figure 11 is a diagram showing the change in tensile stress with respect to the distance S between the grippers 61 and 62. As shown in Figure 11, the change in tensile stress with respect to the distance S passes through a first region and enters a second region (stable region) where the rate of change is smaller than that of the first region. The average value of the tensile stress in the stable region is measured, and this value is taken as the peel strength between the substrate film of the barrier film and the aluminum oxide vapor deposition film.
包装材料は、135℃で40分間の湿熱殺菌処理後に、JIS K6854-2に準拠して測定された基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜との水付け剥離強度が、好ましくは1.0N以上であり、より好ましくは2.0N以上である。本発明における水付け剥離強度は、以下の方法によって測定されたものである。 After the packaging material is subjected to moist heat sterilization at 135°C for 40 minutes, the water-exfoliation peel strength between the base film and the aluminum oxide vapor deposition film, measured in accordance with JIS K6854-2, is preferably 1.0 N or more, and more preferably 2.0 N or more. The water-exfoliation peel strength in the present invention is measured by the following method.
135℃で40分間の湿熱殺菌処理後の水付け剥離強度は、以下に記載する点を除き、135℃で40分間の湿熱殺菌処理後の常態剥離強度を測定する方法と同様の方法によって測定する。水付け剥離強度の測定においては、試験片の基材フィルム側とヒートシール層側とを15mm引き剥がした上で、基材フィルム側とヒートシール層側との接着界面の剥離強度を測定する。また、水付け剥離強度の測定においては、剥離強度の測定を行う際に、試験片の長手方向にそってみた場合における、基材フィルム側とヒートシール層側とが接合を維持している部分と、基材フィルム側とヒートシール層側とが引き剥がされている部分との境界部分にスポイトで水を滴下した状態で、測定を行う。 The water-exposed peel strength after moist heat sterilization at 135°C for 40 minutes is measured in the same manner as the method for measuring the normal peel strength after moist heat sterilization at 135°C for 40 minutes, except for the points described below. In measuring the water-exposed peel strength, the base film side and the heat seal layer side of the test piece are peeled off by 15 mm, and the peel strength of the adhesive interface between the base film side and the heat seal layer side is measured. In measuring the water-exposed peel strength, when the test piece is viewed in the longitudinal direction, water is dropped with a dropper onto the boundary between the part where the base film side and the heat seal layer side remain bonded and the part where the base film side and the heat seal layer side have been peeled off.
以下、本発明の包装材料を構成する各層について説明する。なお、包装材料におけるバリア層は、既に詳述したバリアフィルムであるため、ここでの説明は省略する。 Each layer constituting the packaging material of the present invention will be described below. Note that the barrier layer in the packaging material is the barrier film already described in detail, so a detailed description of it will be omitted here.
(中間層)
本発明の包装材料において、包装材料としての耐久性や耐屈曲性等を付与するための中間層として各種の樹脂層や樹脂フィルムを用いることができる。例えば、中間層としては、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、または、ポリアミド系樹脂を用いることができ、ポリアミド系樹脂を用いることが好ましい。ポリアミド系樹脂としては、ポリカプロアミド(ナイロン6)、ポリ-ω-アミノヘプタン酸(ナイロン7)、ポリ-9-アミノノナン酸(ナイロン9)、ポリウンデカンアミド(ナイロン11)、ポリラウリンラクタム(ナイロン12)、ポリエチレンジアミンアジパミド(ナイロン2,6)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン4,6)、ポリヘキサメチレンジアジパミド(ナイロン6,6)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン6,10)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン6,12)、ポリオクタメチレンアジパミド(ナイロン8,6)、ポリデカメチレンアジパミド(ナイロン10,6)、ポリデカメチレンセバカミド(ナイロン10,10)、ポリドデカメチレンドデカミド(ナイロン12,12)、メタキシレンジアミン-6ナイロン(MXD6)等のナイロン類を挙げることができる。また、ナイロン6とナイロン6,6 との共重合体であるナイロン6-6,6、ナイロン6とナイロン6-12との共重合体であるナイロン6-12等も用いることができる。これらのナイロン類を用いることで、包装材料に耐屈曲性を付与することができる。中間層の形成方法は、特に限定されず、従来公知の方法により形成することができる。例えば、中間層は、樹脂を押出成形により形成してもよいし、樹脂フィルムを用いてもよい。
(Middle class)
In the packaging material of the present invention, various resin layers or resin films can be used as an intermediate layer for imparting durability, flex resistance, etc. to the packaging material. For example, a polyester-based resin, a polyolefin-based resin, or a polyamide-based resin can be used as the intermediate layer, and it is preferable to use a polyamide-based resin. Examples of polyamide resins include nylons such as polycaproamide (nylon 6), poly-ω-aminoheptanoic acid (nylon 7), poly-9-aminononanoic acid (nylon 9), polyundecaneamide (nylon 11), polylaurinlactam (nylon 12), polyethylenediamineadipamide (nylon 2,6), polytetramethyleneadipamide (nylon 4,6), polyhexamethylenediadipamide (nylon 6,6), polyhexamethylenesebacamide (nylon 6,10), polyhexamethylenedodecamamide (nylon 6,12), polyoctamethyleneadipamide (nylon 8,6), polydecamethyleneadipamide (nylon 10,6), polydecamethylenesebacamide (nylon 10,10), polydodecamethylenedodecamamide (nylon 12,12), and metaxylenediamine-6 nylon (MXD6). In addition, nylon 6-6,6, which is a copolymer of nylon 6 and nylon 6,6, nylon 6-12, which is a copolymer of nylon 6 and nylon 6-12, and the like can also be used. By using these nylons, it is possible to impart flex resistance to the packaging material. The method for forming the intermediate layer is not particularly limited, and it can be formed by a conventionally known method. For example, the intermediate layer may be formed by extrusion molding of a resin, or a resin film may be used.
中間層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは5μm~100μm程度であり、より好ましくは10μm~50μm程度である。 The thickness of the intermediate layer is not particularly limited, but is preferably about 5 μm to 100 μm, and more preferably about 10 μm to 50 μm.
(ヒートシール層)
本発明の包装材料において、ヒートシール層としては熱可塑性樹脂を用いることができる。具体的には、熱可塑性樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状(線状)低密度ポリエチレン、メタロセン触媒を使用して重合したエチレン-α・オレフィン共重合体、ポリプロピレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン-アクリル酸共重合体、エチレン-アクリル酸エチル共重合体、エチレン-メタクリル酸共重合体、エチレン-メタクリル酸メチル共重合体、エチレン-プロピレン共重合体、メチルペンテンポリマー、ポリブテンポリマー、ポリエチレンまたはポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、これらのポリオレフィン系樹脂をアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレフィン樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂等を使用することができる。
(Heat seal layer)
In the packaging material of the present invention, a thermoplastic resin can be used as the heat seal layer. Specifically, examples of the thermoplastic resin include low-density polyethylene, medium-density polyethylene, high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, ethylene-α-olefin copolymers polymerized using a metallocene catalyst, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymers, ionomer resins, ethylene-acrylic acid copolymers, ethylene-ethyl acrylate copolymers, ethylene-methacrylic acid copolymers, ethylene-methyl methacrylate copolymers, ethylene-propylene copolymers, methylpentene polymers, polybutene polymers, polyolefin resins such as polyethylene or polypropylene, acid-modified polyolefin resins obtained by modifying these polyolefin resins with unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, and itaconic acid, polyvinyl acetate resins, poly(meth)acrylic resins, and polyvinyl chloride resins.
上記の1種ないし2種以上の熱可塑性樹脂を使用して、これを押出機等を用いて、所望によりアンカーコート層等を介して中間層上に溶融押出して、ヒートシール層を形成することができる。あるいは、上記の1種ないし2種以上の熱可塑性樹脂を使用して、予め該樹脂のフィルムないしシートを製造し、製造したフィルムないしシートを、ラミネート用接着剤層等を介して中間層上にドライラミネート積層して、ヒートシール層を形成することもできる。 The heat seal layer can be formed by melt-extruding one or more of the above-mentioned thermoplastic resins using an extruder or the like onto the intermediate layer, optionally via an anchor coat layer or the like. Alternatively, the heat seal layer can be formed by previously producing a film or sheet of the above-mentioned thermoplastic resin using one or more of the above-mentioned thermoplastic resins, and then dry laminating the produced film or sheet onto the intermediate layer via a lamination adhesive layer or the like.
所望の性質を得るために、上記の樹脂に、他の樹脂をブレンドして用いることもできる。また、種々の添加剤、例えば酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、滑剤(脂肪酸アミド等)、難燃化剤、無機ないし有機充填剤、染料、顔料等を任意に添加して使用することができる。 To obtain desired properties, the above resins can be blended with other resins. In addition, various additives, such as antioxidants, UV absorbers, antistatic agents, antiblocking agents, lubricants (fatty acid amides, etc.), flame retardants, inorganic or organic fillers, dyes, pigments, etc., can be added as desired.
ヒートシール層の厚さは、特に限定されないが、シール不良を防ぐために、好ましくは10μm~300μm程度であり、より好ましくは20μm~100μm程度である。 The thickness of the heat seal layer is not particularly limited, but to prevent poor sealing, it is preferably about 10 μm to 300 μm, and more preferably about 20 μm to 100 μm.
(接着層)
本発明の包装材料において、包装材料は、バリア層と中間層の間、および/または中間層とヒートシール層の間に、接着層をさらに備えてもよい。接着層としては、接着性樹脂層や接着剤層等が挙げられる。包装材料は接着層を備えることにより、各層の界面のラミネート強度を向上させることができる。
(Adhesive Layer)
In the packaging material of the present invention, the packaging material may further include an adhesive layer between the barrier layer and the intermediate layer and/or between the intermediate layer and the heat seal layer. Examples of the adhesive layer include an adhesive resin layer and an adhesive layer. By including the adhesive layer in the packaging material, the laminate strength at the interface between each layer can be improved.
接着性樹脂層に使用できる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、または環状ポリオレフィン系樹脂、またはこれら樹脂を主成分とする共重合樹脂、変性樹脂、または、混合体(アロイでを含む)を用いることができる。ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、直鎖状(線状)低密度ポリエチレン(LLDPE)、ポリプロピレン(PP)、メタロセン触媒を利用して重合したエチレン-α・オレフィン共重合体、エチレン・ポリプロピレンのランダムもしくはブロック共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン-アクリル酸共重合体(EAA)、エチレン・アクリル酸エチル共重合体(EEA)、エチレン-メタクリル酸共重合体(EMAA)、エチレン-メタクリル酸メチル共重合体(EMMA)、エチレン・マレイン酸共重合体、アイオノマー樹脂、また、層間の密着性を向上させるために、上記したポリオレフィン系樹脂を、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレフィン系樹脂等を用いることができる。また、ポリオレフィン樹脂に、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物、エステル単量体をグラフト重合、または、共重合した樹脂等を用いることができる。これらの材料は、一種単独または二種以上を組み合わせて使用することができる。環状ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、エチレン-プロピレン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリブテン、ポリノルボネン等の環状ポリオレフィン等を用いることができる。これらの樹脂は、単独または複数を組み合せて使用できる。 Thermoplastic resins that can be used for the adhesive resin layer include polyethylene-based resins, polypropylene-based resins, or cyclic polyolefin-based resins, or copolymer resins, modified resins, or mixtures (including alloys) that contain these resins as the main components. Examples of polyolefin resins include low density polyethylene (LDPE), medium density polyethylene (MDPE), high density polyethylene (HDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), polypropylene (PP), ethylene-α-olefin copolymers polymerized using a metallocene catalyst, random or block copolymers of ethylene and polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene-acrylic acid copolymer (EAA), ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA), ethylene-methacrylic acid copolymer (EMAA), ethylene-methyl methacrylate copolymer (EMMA), ethylene-maleic acid copolymer, ionomer resins, and acid-modified polyolefin resins obtained by modifying the above-mentioned polyolefin resins with unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, and itaconic acid in order to improve adhesion between layers. In addition, resins obtained by graft-polymerizing or copolymerizing unsaturated carboxylic acids, unsaturated carboxylic anhydrides, and ester monomers with polyolefin resins can be used. These materials can be used alone or in combination of two or more. Examples of cyclic polyolefin resins that can be used include cyclic polyolefins such as ethylene-propylene copolymers, polymethylpentene, polybutene, and polynorbornene. These resins can be used alone or in combination of two or more.
接着剤としては、例えば、1液型あるいは2液型の硬化ないし非硬化タイプのビニル系、(メタ)アクリル系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリウレタン系、エポキシ系、ゴム系、その他等の溶剤型、水性型、あるいは、エマルジョン型等の接着剤を用いることができる。上記のラミネート用接着剤のコーティング方法としては、例えば、ダイレクトグラビアロールコート法、グラビアロールコート法、キスコート法、リバースロールコート法、フォンテン法、トランスファーロールコート法、その他の方法でバリア性積層体を構成する層の塗布面に塗布することができる。塗布量としては、0.1g/m2以上10g/m2以下(乾燥状態)が好ましく、1g/m2以上5g/m2以下(乾燥状態)がより好ましい。 The adhesive may be, for example, a one-component or two-component curable or non-curable vinyl, (meth)acrylic, polyamide, polyester, polyether, polyurethane, epoxy, rubber, or other solvent, water-based, or emulsion adhesive. The above-mentioned laminating adhesive may be applied to the coating surface of the layer constituting the barrier laminate by, for example, a direct gravure roll coating method, a gravure roll coating method, a kiss coating method, a reverse roll coating method, a Fontaine method, a transfer roll coating method, or other methods. The amount of application is preferably 0.1 g/ m2 or more and 10 g/ m2 or less (dry state), and more preferably 1 g/ m2 or more and 5 g/ m2 or less (dry state).
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
<<実験I>>
[実施例1-1~1-4]、[比較例1-1~1-5]
<バリアフィルムの製造>
厚さ12μmの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(以下、「フィルムI」という)を準備した。なお、フィルムIは、フィルム延伸倍率、延伸後の熱固定温度、熱弛緩温度、PETフィルムの含水率や重合度を調節して、熱収縮率が異なるものを9種類用意した。
<<Experiment I>>
[Examples 1-1 to 1-4], [Comparative Examples 1-1 to 1-5]
<Production of Barrier Film>
A biaxially stretched polyethylene terephthalate film having a thickness of 12 μm (hereinafter referred to as “Film I”) was prepared. Nine types of Film I were prepared with different heat shrinkage rates by adjusting the film stretch ratio, heat setting temperature after stretching, heat relaxation temperature, water content and degree of polymerization of the PET film.
(無機酸化物蒸着層の形成)
各フィルムIの無機酸化物蒸着層を形成する面にプラズマ前処理を施し、連続してプラズマ処理面上に下記条件において真空蒸着法の加熱手段として反応性抵抗加熱方式により、厚さ12nmの酸化アルミニウム蒸着膜(無機酸化物蒸着層)を形成したPETフィルム(以下、「フィルムII」という)を得た。
(酸化アルミニウム成膜条件)
・真空度:8.1×10-2Pa
(Formation of inorganic oxide vapor deposition layer)
The surface of each film I on which the inorganic oxide vapor deposition layer was to be formed was subjected to plasma pretreatment, and then a 12 nm-thick aluminum oxide vapor deposition film (inorganic oxide vapor deposition layer) was formed on the plasma-treated surface using a reactive resistance heating method as the heating means for the vacuum vapor deposition method under the following conditions to obtain a PET film (hereinafter referred to as "film II").
(Aluminum oxide film formation conditions)
Degree of vacuum: 8.1×10 −2 Pa
(バリアコート層の形成)
また、表1に示す組成に従って、調製した組成Aの混合液に、予め調製した組成Bの加水分解液を加えて攪拌し、無色透明のバリアコート組成物を得た。
Further, a hydrolysis solution of composition B previously prepared was added to a mixed solution of composition A prepared according to the formulation shown in Table 1, and the mixture was stirred to obtain a colorless and transparent barrier coat composition.
次に、各フィルムIIの酸化アルミニウム蒸着膜上に、上記で調製したバリアコート組成物をダイレクトグラビア法によりコーティングした。その後、150℃で60秒間、加熱処理して、厚さ300nm(乾操状態)のバリアコート層を形成し、バリアフィルム(以下、「フィルムIII」という)を得た。 Next, the barrier coat composition prepared above was coated onto the aluminum oxide vapor deposition film of each film II by the direct gravure method. After that, it was heated at 150°C for 60 seconds to form a barrier coat layer with a thickness of 300 nm (in a dry state), and a barrier film (hereinafter referred to as "film III") was obtained.
(熱収縮率の測定)
上記で製造した各フィルムI~IIIについて、縦20mm、横5mmの大きさで、PETフィルムのMD方向が縦方向となるように試験片を作製した。作製した試験片について、熱機械分析装置(TMA、セイコーインスツル株式会社、機種名:EXSTAR6000)を用いて、フィルムに単位断面積当たり荷重2.92×106N/m2を負荷しながら、温度20℃で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で150℃まで昇温し、温度150℃で10分間保持した後、降温速度10℃/分で20℃まで降温させた。その後、PETフィルムのMD方向の熱収縮率(%)を測定した。測定結果を表2に示した。
(Measurement of Heat Shrinkage Rate)
For each of the films I to III produced above, a test piece was prepared with a length of 20 mm and a width of 5 mm, with the MD direction of the PET film being the lengthwise direction. The prepared test piece was subjected to a thermomechanical analysis using a thermomechanical analyzer (TMA, Seiko Instruments Inc., model name: EXSTAR6000) with a load of 2.92×10 6 N/m 2 per unit cross-sectional area, and then held at a temperature of 20° C. for 5 minutes, then heated to 150° C. at a heating rate of 10° C./min, held at 150° C. for 10 minutes, and then cooled to 20° C. at a heating rate of 10° C./min. The heat shrinkage rate (%) of the PET film in the MD direction was then measured. The measurement results are shown in Table 2.
(水蒸気透過度の測定)
上記で製造した各フィルムII~IIIについて、水蒸気透過度測定装置(モコン(MOCON)社製の測定機〔機種名、パーマトラン(PERMATRAN)3/33〕)を用いて、センサー側がバリアフィルムの基材フィルム面となるようにセットし、40℃、100%RH雰囲気下の測定条件で、JIS K7129法に準拠して、水蒸気透過度(g/m2・day)を測定した。測定結果を表2に示した。
(Measurement of water vapor permeability)
For each of the films II to III produced above, the water vapor permeability (g/m2·day) was measured in accordance with JIS K7129 under the measurement conditions of 40° C. and 100% RH using a water vapor permeability measuring device (a measuring device manufactured by MOCON [model name: PERMATRAN 3/33 ]) with the sensor side set to be the base film side of the barrier film. The measurement results are shown in Table 2.
(酸素透過度の測定)
上記で製造した各フィルムII~IIIについて、酸素透過度測定装置(モダンコントロール(MOCON)社製〔機種名:オクストラン(OX-TRAN)2/21〕)を用いて、酸素供給側がバリアフィルムの基材フィルム面となるようにセットし、23℃、90%RH雰囲気下の測定条件で、JIS K7126法に準拠して、酸素透過度(cc/m2・atm・day)を測定した。測定結果を表2に示した。
(Oxygen permeability measurement)
For each of the films II to III produced above, the oxygen permeability (cc/m2·atm·day) was measured using an oxygen permeability measuring device (manufactured by Modern Control (MOCON) [model name: OX-TRAN 2/21 ]) in accordance with JIS K7126 under the measurement conditions of 23°C and 90% RH atmosphere, with the film set so that the oxygen supply side was the substrate film surface of the barrier film. The measurement results are shown in Table 2.
表2の結果から、延伸ポリエステルフィルム単体のフィルムIやバリアコート層形成前のフィルムIIの熱収縮率の値に関わらず、バリアコート層形成後のフィルムIIIは、バリアコート層形成前のフィルムIIに比べて酸素透過度を向上できていた。
また、フィルムIIの熱収縮率の値が0.75%以下のものでは、バリアコート層形成後のフィルムIIIは、フィルムIIに比べて水蒸気透過度を向上できていたが、一方で、フィルムIIの熱収縮率の値が0.75%を超えるものでは、フィルムIIIは、フィルムIIに比べて水蒸気透過度が劣化していた。この理由は、フィルムIIの熱収縮率の値が0.75%を超えるものでは、バリアコート層の150℃での乾燥時に、基材フィルムの熱収縮に無機酸化物蒸着層やバリアコート層が追従できず、基材フィルムと無機酸化物蒸着層の界面で僅かな剥がれが発生したり、無機酸化物蒸着層やバリアコート層に微細なクラックが発生したりすることで、酸素に比べて分子の小さい水に対するバリア機能が低下するものと考えられる。
From the results in Table 2, regardless of the thermal shrinkage rate values of Film I, which is the stretched polyester film alone, and Film II before the formation of the barrier coat layer, Film III after the formation of the barrier coat layer had improved oxygen permeability compared to Film II before the formation of the barrier coat layer.
Furthermore, in films II having a heat shrinkage rate of 0.75% or less, film III after the formation of the barrier coat layer had an improved water vapor permeability compared to film II, but in films II having a heat shrinkage rate of more than 0.75%, film III had a deteriorated water vapor permeability compared to film II. The reason for this is that in films II having a heat shrinkage rate of more than 0.75%, the inorganic oxide vapor deposition layer and the barrier coat layer cannot follow the thermal shrinkage of the base film when the barrier coat layer is dried at 150° C., causing slight peeling at the interface between the base film and the inorganic oxide vapor deposition layer and causing fine cracks in the inorganic oxide vapor deposition layer and the barrier coat layer, which is thought to result in a decrease in the barrier function against water, whose molecules are smaller than oxygen.
<包装材料の製造>
上記で得られた実施例1-1~1-4のバリアフィルム(フィルムIII)のバリアコート層上に、接着剤を介して、無軸延伸ポリプロピレンフィルム(CPP、厚さ70μm)を積層して、包装材料(層構成:基材フィルム/酸化アルミニウム蒸着膜/バリアコート層/接着層/CPPフィルム(ヒートシール層))を得た。
<Production of packaging materials>
A non-axially oriented polypropylene film (CPP, thickness 70 μm) was laminated, via an adhesive, on the barrier coat layer of each of the barrier films (film III) of Examples 1-1 to 1-4 obtained above to obtain a packaging material (layer structure: base film/aluminum oxide vapor-deposited film/barrier coat layer/adhesive layer/CPP film (heat seal layer)).
得られた実施例1-1~1-4の包装材料について、バリアフィルムの測定と同様にして水蒸気透過度および酸素透過度を測定したところ、いずれも、水蒸気透過度は0.5g/m2・day以下であり、酸素透過度は0.5cc/m2・atm・day以下であった。 The water vapor permeability and oxygen permeability of the obtained packaging materials of Examples 1-1 to 1-4 were measured in the same manner as the measurement of the barrier film. In all cases, the water vapor permeability was 0.5 g/ m2 ·day or less, and the oxygen permeability was 0.5 cc/ m2 ·atm·day or less.
<<実験II>>
[実施例2-1]
<酸化アルミニウム蒸着膜の形成>
まず、基材フィルムである厚さ12μmの化石燃料由来の二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(フィルムI)を巻き取ったロールを準備した。
次に、このフィルムIの無機酸化物蒸着層を設ける面に、酸素プラズマ前処理装置を配置した前処理区画と成膜区画を隔離した連続蒸着膜成膜装置を用いて、前処理区画において下記条件下でプラズマ供給ノズルからプラズマを導入し、搬送速度400m/minで酸素プラズマ前処理を施し、連続搬送した成膜区画内で、酸素プラズマ処理面上に、下記条件において真空蒸着法の加熱手段として反応性抵抗加熱方式により、厚さ12nmの酸化アルミニウム蒸着膜(無機酸化物蒸着層)をフィルムI上に形成した(フィルムII)。
(酸素プラズマ前処理条件)
・プラズマ強度:200W・sec/m2
・プラズマ形成ガス比:酸素/アルゴン=2/1
・前処理ドラム-プラズマ供給ノズル間印加電圧:340V
・前処理圧力:3.8Pa
(酸化アルミニウム成膜条件)
・真空度:8.1×10-2Pa
・搬送速度:400m/min
・酸素ガス供給量:20000sccm
<<Experiment II>>
[Example 2-1]
<Formation of Aluminum Oxide Vapor Deposition Film>
First, a roll of a 12 μm-thick biaxially oriented polyethylene terephthalate film (film I) derived from fossil fuels was prepared as a base film.
Next, a continuous vapor deposition film formation apparatus in which a pretreatment section equipped with an oxygen plasma pretreatment device was placed and a film formation section were separated was used on the surface of this film I on which the inorganic oxide vapor deposition layer was to be formed. In the pretreatment section, plasma was introduced from a plasma supply nozzle under the conditions described below, and oxygen plasma pretreatment was performed at a transport speed of 400 m/min. In the film formation section, which was continuously transported, a 12 nm-thick aluminum oxide vapor deposition film (inorganic oxide vapor deposition layer) was formed on the oxygen plasma-treated surface on film I (film II) using a reactive resistance heating method as the heating means for the vacuum vapor deposition method under the conditions described below.
(Oxygen plasma pretreatment conditions)
Plasma intensity: 200 W·sec/ m2
Plasma formation gas ratio: oxygen/argon = 2/1
Voltage applied between pretreatment drum and plasma supply nozzle: 340 V
Pretreatment pressure: 3.8 Pa
(Aluminum oxide film formation conditions)
Degree of vacuum: 8.1×10 −2 Pa
Conveying speed: 400 m/min
Oxygen gas supply amount: 20,000 sccm
<バリアコート層の形成>
水385g、イソプロピルアルコール67gおよび0.5N塩酸9.1gを混合し、pH2.2に調整した溶液に、金属アルコキシドとしてテトラエトキシシラン175gと、シランカップリング剤として3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン9.2gを10℃となるよう冷却しながら混合させて溶液Cを調製した。
水溶性高分子として、ケン価度99%以上の重合度2400のポリビニルアルコール14.7g、水324g、イソプロピルアルコール17gを混合した溶液Dを調製した。
C液とD液を重量比6.5:3.5となるよう混合して得られた溶液をバリアコート組成物とした。
上記のフィルムIIの酸化アルミニウム蒸着膜上に、上記で調製したバリアコート組成物をスピンコート法によりコーティングした。
その後、180℃で60秒間、オーブンにて加熱処理して、厚さ約400nmのバリアコート層を酸化アルミニウム蒸着膜上に形成して、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
<Formation of Barrier Coat Layer>
385 g of water, 67 g of isopropyl alcohol, and 9.1 g of 0.5N hydrochloric acid were mixed and adjusted to a pH of 2.2. 175 g of tetraethoxysilane as a metal alkoxide and 9.2 g of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane as a silane coupling agent were mixed into the solution while cooling to 10° C., to prepare solution C.
Solution D was prepared by mixing 14.7 g of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 2,400 and a saponification degree of 99% or more as a water-soluble polymer, 324 g of water, and 17 g of isopropyl alcohol.
The solution obtained by mixing the solutions C and D in a weight ratio of 6.5:3.5 was used as a barrier coat composition.
The above prepared barrier coat composition was coated on the aluminum oxide vapor deposition film of Film II by spin coating.
Thereafter, the film was heated in an oven at 180° C. for 60 seconds to form a barrier coat layer having a thickness of about 400 nm on the aluminum oxide vapor-deposited film, thereby obtaining a barrier film (Film III).
[実施例2-2]
酸素プラズマ前処理において、プラズマ強度を100W・sec/m2に変更したこと以外は、実施例2-1と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Example 2-2]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that in the oxygen plasma pretreatment, the plasma intensity was changed to 100 W·sec/ m2 .
[実施例2-3]
基材フィルムとして厚さ12μmのバイオマス由来のPETフィルムを使用したこと、および酸素プラズマ前処理において、プラズマ強度を150W・sec/m2に変更したこと以外は、実施例2-1と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
なお、バイオマス由来のPETフィルムは以下の方法により得られたものである。
[Example 2-3]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that a 12 μm-thick biomass-derived PET film was used as the base film and that the plasma intensity in the oxygen plasma pretreatment was changed to 150 W·sec/ m2 .
The biomass-derived PET film was obtained by the following method.
テレフタル酸83質量部とバイオマスエチレングリコール(インディアグライコール社製)62質量部とをスラリーとして反応槽に供給し、常法の直重方法で、エステル化反応を240℃で5時間行った。その後、トリメチルフォスフェート(アルドリッチ社製)を0.013質量部添加(酸成分に対して15mmol%)してから高温真空条件下の重合反応に移行させた。まず、40分間で、真空度を4000Pa、重合温度280℃にまで昇温し、ついでその重合温度280℃のまま、真空度を200Paまで下げて溶融重合反応を行った。反応時間は3時間であった。合成したポリマーは、ストランドの形で流水中に吐出し、ペレタイザによってペレット化した。そのペレットを160℃において5時間乾燥後、窒素雰囲気下50Paの真空下205℃で固相重合して固有粘度0.8dl/gのポリマーを得た。なお、固有粘度はフェノール/テトラクロロエタン(成分比:3/2)溶媒を用い、35℃で測定した溶融粘度から算出した。得られたポリマーの示差熱分析(装置:島津製作所DSC-60、測定条件:ヘリウムガス中、6℃/分で昇温)を行ったところ、ガラス転移温度は69℃を示し、化石燃料由来の原料から得られる既知のポリエチレンテレフタレートと同等であった。また、得られたバイオマス由来のポリエチレンテレフタレートの放射製炭素測定を行ったところ、放射性炭素(C14)測定によるバイオマス度は31.25%であった。
次いで得られたポリエチレンテレフタレートを60質量部と、リサイクルPET(フィルム製膜時の耳ロス等の製造工程内ロス部分をリペレットしたもの)30質量部と、滑剤として平均粒子径0.9μmの多孔性シリカを200ppm含む化石燃料由来のポリエチレンテレフタレートマスターバッチ10質量部とを乾燥した後押出機に供給し、285℃で溶融し、Tダイよりシート状に押し出し、冷却ロールにて冷却固化させて未延伸シートを得た。次いでこの未延伸シートを、低速側駆動ロールの速度を6.5m/min、高速側駆動ロールの速度を22m/minとして、縦方向に3.5倍の倍率で延伸し、さらに、テンターにて横方向に3.5倍の倍率で延伸して厚みが12μmである二軸延伸PETフィルム(バイオマス度:18.8%)を得た。
83 parts by mass of terephthalic acid and 62 parts by mass of biomass ethylene glycol (manufactured by India Glycol) were fed as a slurry to a reaction vessel, and an esterification reaction was carried out at 240°C for 5 hours by a conventional direct polymerization method. Then, 0.013 parts by mass of trimethyl phosphate (manufactured by Aldrich) was added (15 mmol% relative to the acid component), and the mixture was then transferred to a polymerization reaction under high-temperature vacuum conditions. First, the vacuum degree was raised to 4000 Pa and the polymerization temperature to 280°C in 40 minutes, and then the vacuum degree was lowered to 200 Pa while maintaining the polymerization temperature at 280°C to carry out a melt polymerization reaction. The reaction time was 3 hours. The synthesized polymer was discharged in the form of a strand into running water and pelletized by a pelletizer. The pellets were dried at 160°C for 5 hours, and then solid-phase polymerized at 205°C under a nitrogen atmosphere and a vacuum of 50 Pa to obtain a polymer with an intrinsic viscosity of 0.8 dl/g. The intrinsic viscosity was calculated from the melt viscosity measured at 35°C using a phenol/tetrachloroethane (component ratio: 3/2) solvent. Differential thermal analysis of the obtained polymer (apparatus: Shimadzu DSC-60, measurement conditions: in helium gas, heating at 6°C/min) showed a glass transition temperature of 69°C, which was equivalent to that of known polyethylene terephthalate obtained from raw materials derived from fossil fuels. Radiocarbon measurement of the obtained biomass-derived polyethylene terephthalate was also performed, and the biomass degree as measured by radiocarbon (C14) was 31.25%.
Then, 60 parts by mass of the obtained polyethylene terephthalate, 30 parts by mass of recycled PET (lost parts during the manufacturing process such as ear loss during film formation were repelletized), and 10 parts by mass of a fossil fuel-derived polyethylene terephthalate master batch containing 200 ppm of porous silica having an average particle size of 0.9 μm as a lubricant were dried and fed to an extruder, melted at 285 ° C., extruded into a sheet from a T-die, and cooled and solidified with a cooling roll to obtain an unstretched sheet. Then, this unstretched sheet was stretched at a ratio of 3.5 times in the longitudinal direction with a low-speed driving roll speed of 6.5 m / min and a high-speed driving roll speed of 22 m / min, and further stretched at a ratio of 3.5 times in the transverse direction with a tenter to obtain a biaxially stretched PET film (biomass degree: 18.8%) having a thickness of 12 μm.
[実施例2-4]
基材フィルムとして厚さ12μmの化石燃料由来のポリブチレンテレフタレートフィルム(以下、PBTフィルム)を使用したこと、酸化アルミニウム蒸着膜の厚さを10nmに変更したこと、および酸素プラズマ前処理において、プラズマ強度を150W・sec/m2に変更したこと以外は、実施例2-1と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Example 2-4]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that a 12 μm-thick polybutylene terephthalate film (hereinafter, PBT film) derived from fossil fuels was used as the substrate film, the thickness of the aluminum oxide vapor deposition film was changed to 10 nm, and the plasma intensity in the oxygen plasma pretreatment was changed to 150 W·sec/ m2 .
[実施例2-5]
高湿度下で長期保管することで含水率の高まった、厚さ12μmの化石燃料由来のPETフィルムを用いたこと、および酸化アルミニウム蒸着膜の厚さを14nm変更したこと以外は、実施例2-1と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Example 2-5]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that a 12 μm-thick PET film derived from fossil fuels, which had an increased moisture content due to long-term storage under high humidity, was used, and the thickness of the aluminum oxide vapor-deposited film was changed by 14 nm.
[実施例2-6]
酸化アルミニウム蒸着膜の厚さを10nm変更したこと以外は、実施例2-1と同様にして、バリアフィルムを得た。
[Example 2-6]
A barrier film was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that the thickness of the aluminum oxide vapor-deposited film was changed by 10 nm.
[実施例2-7]
酸化アルミニウム蒸着膜の厚さを14nm変更したこと以外は、実施例2-1と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Example 2-7]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that the thickness of the aluminum oxide vapor-deposited film was changed by 14 nm.
[実施例2-8]
酸化アルミニウム蒸着膜の厚さを10nm変更したこと以外は、実施例2-3と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Example 2-8]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 2-3, except that the thickness of the aluminum oxide vapor deposition film was changed by 10 nm.
[実施例2-9]
酸化アルミニウム蒸着膜の厚さを14nm変更したこと以外は、実施例2-3と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Example 2-9]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 2-3, except that the thickness of the aluminum oxide vapor deposition film was changed by 14 nm.
[実施例2-10]
酸素プラズマ前処理を行わなかった以外は、実施例2-1と同様にしてバリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Example 2-10]
A barrier film (Film III) was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that the oxygen plasma pretreatment was not performed.
[比較例2-1]
酸素プラズマ前処理において、プラズマ形成ガス比を、酸素/アルゴン=4/1にしたこと以外は、実施例2-1と同様にして酸素プラズマ前処理を行った。プラズマ放電が安定せず、酸素プラズマ前処理ができなかった。
[Comparative Example 2-1]
In the oxygen plasma pretreatment, the oxygen plasma pretreatment was performed in the same manner as in Example 2-1, except that the plasma formation gas ratio was oxygen/argon = 4/1. The plasma discharge was not stable, and the oxygen plasma pretreatment could not be performed.
[比較例2-2]
酸素プラズマ前処理において、前処理圧力を50Paにしたこと以外は、実施例2-1と同様にして酸素プラズマ前処理を行った。プラズマ放電が安定せず、酸素プラズマ前処理ができなかった。
[Comparative Example 2-2]
In the oxygen plasma pretreatment, the oxygen plasma pretreatment was performed in the same manner as in Example 2-1, except that the pretreatment pressure was set to 50 Pa. The plasma discharge was not stable, and the oxygen plasma pretreatment could not be performed.
[参考例2-1]
酸素プラズマ前処理において、プラズマ強度を1200W・sec/m2にしたこと以外は、実施例2-1と同様にして酸素プラズマ前処理を行った。PETフォルムが着色した。
[Reference Example 2-1]
In the oxygen plasma pretreatment, the oxygen plasma pretreatment was performed in the same manner as in Example 2-1, except that the plasma intensity was set to 1200 W·sec/m 2. The PET foam became discolored.
実施例2-1~2-10、比較例2-1~2-2、および参考例2-1の各条件を表3に示す。 The conditions for Examples 2-1 to 2-10, Comparative Examples 2-1 to 2-2, and Reference Example 2-1 are shown in Table 3.
<評価項目の測定方法>
上記の実施例2-1~2-10に示した条件下で製造したバリアコート層を備えるバリアフィルム(フィルムIII)を測定用のサンプルとし、熱収縮率の測定、蒸着膜の遷移領域の変成率、酸素透過度、水蒸気透過度、および密着性について、下記の方法を用いて測定した。評価結果を表4に示す。
また、上記の実施例2-1と、PETフィルムが着色した上記参考例2-1については、色味の測定を行った。評価結果を表5に示す。
なお、比較例2-1および2-2については、酸素プラズマ前処理ができなかったため、上記評価項目の測定は行わなかった。
<Measurement method for evaluation items>
The barrier films (films III) having the barrier coat layers produced under the conditions shown in the above Examples 2-1 to 2-10 were used as samples for measurement, and the thermal shrinkage rate, the transformation rate of the transition region of the deposition film, the oxygen permeability, the water vapor permeability, and the adhesion were measured using the following methods. The evaluation results are shown in Table 4.
In addition, the color of Example 2-1 and Reference Example 2-1 in which the PET film was colored were measured. The evaluation results are shown in Table 5.
For Comparative Examples 2-1 and 2-2, the oxygen plasma pretreatment could not be performed, and therefore the above evaluation items were not measured.
(熱収縮率の測定)
上記バリアフィルム(フィルムIII)について、縦20mm、横5mmの大きさで、PETフィルムのMD方向が縦方向となるように試験片を作製した。作製した試験片について、熱機械分析装置(TMA、セイコーインスツル株式会社、機種名:EXSTAR6000)を用いて、フィルムに単位断面積当たり荷重2.92×106N/m2を負荷しながら、温度20℃で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で150℃まで昇温し、温度150℃で10分間保持した後、降温速度10℃/分で20℃まで降温させた。その後、PETフィルムのMD方向の熱収縮率(%)を測定した。
(Measurement of Heat Shrinkage Rate)
A test piece was prepared for the barrier film (film III) with a length of 20 mm and a width of 5 mm, with the MD direction of the PET film being the lengthwise direction. The prepared test piece was subjected to a thermomechanical analysis using a thermomechanical analyzer (TMA, Seiko Instruments Inc., model name: EXSTAR6000) with a load of 2.92×10 6 N/m 2 per unit cross-sectional area, and then held at 20° C. for 5 minutes, heated to 150° C. at a heating rate of 10° C./min, held at 150° C. for 10 minutes, and then cooled to 20° C. at a heating rate of 10° C./min. The heat shrinkage rate (%) of the PET film in the MD direction was then measured.
(遷移領域の変成率)
蒸着膜の遷移領域の変成率は、バリアフィルム(フィルムIII)のバリアコート層表面にCs(セシウム)イオン銃により一定の速度でソフトエッチングを繰り返しながら、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いて、バリアコート層由来のイオンと、無機酸化物蒸着層由来のイオンと、基材フィルムに由来するイオンを測定することにより図2のグラフ解析図が得られる。ここで、グラフの縦軸の単位(intensity)は、測定されたイオンの強度、横軸の単位(cycle)は、エッチングの回数である。
上記TOF-SIMSに用いられる飛行時間型二次イオン質量分析計としてはION TOF社製、TOF.SIMS5を用い、下記測定条件で測定を行なった。
(Metamorphic rate in the transition region)
The transformation rate of the transition region of the vapor-deposited film was measured by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) while repeatedly soft-etching the barrier coat layer surface of the barrier film (film III) at a constant rate with a Cs (cesium) ion gun, and measuring ions derived from the barrier coat layer, inorganic oxide vapor-deposited layer, and base film, to obtain the graph analysis diagram shown in Figure 2. Here, the unit of the vertical axis of the graph (intensity) is the intensity of the measured ions, and the unit of the horizontal axis (cycle) is the number of etching cycles.
The time-of-flight secondary ion mass spectrometer used in the TOF-SIMS was a TOF.SIMS5 manufactured by ION TOF, Inc., and the measurements were performed under the following measurement conditions.
(TOF-SIMS測定条件)
・一次イオン種類:Bi3
++(0.2pA,100μs)
・測定面積:150×150μm2
・エッチング銃種類:Cs(1keV、60nA)
・エッチング面積:600×600μm2
・エッチングレート:3sec/Cycle
なお、測定対象となる酸化アルミニウム由来のイオンを測定するためにイオン銃としては、通常、複数ある酸化アルミニウム由来のイオンの中から他の成分由来のイオンとの切り分けが必要であり、且つ十分な強度を有するものを選択する必要があることおよび、特に元素結合Al2O4Hの濃度分布に近似換算できる深さ分布を得る目的から、Csイオンを選択することとした。
(TOF-SIMS measurement conditions)
Primary ion type: Bi3 ++ (0.2 pA, 100 μs)
Measurement area: 150 x 150 μm2
Etching gun type: Cs (1 keV, 60 nA)
Etching area: 600 x 600 μm2
Etching rate: 3 sec/Cycle
In addition, in order to measure the ions derived from aluminum oxide, which is the target of measurement, it is necessary to select an ion gun that has sufficient strength to distinguish between the ions derived from aluminum oxide and ions derived from other components, and in particular to obtain a depth distribution that can be approximately converted into the concentration distribution of the elemental bond Al2O4H . Therefore, Cs ions were selected.
Csを用いて、バリアコート層の最表面からエッチングを行い、バリアコート層と酸化アルミウム蒸着膜とポリエステルフィルム等の基材フィルムとの界面の元素結合および蒸着膜の元素結合の分析を実施し、測定された元素および元素結合の各グラフを得た。グラフにおいて、バリアコート層の構成元素であるSiO2(質量数59.96)の強度が、先ず、バリアコート層の半分になる位置をバリアコート層と酸化アルミニウム蒸着膜の界面として、次いで、基材フィルムの構成材料であるC6(質量数72.00)の層部分の半分になる位置を、基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜の界面として、最初の界面から2番目の界面までを酸化アルミニウム蒸着膜とした。
次に、測定された元素結合Al2O4H(質量数118.93)を表すグラフにおけるピークを求め、そのピークから界面までを遷移領域とし、求めることができる。
ただし、バリアコート層の成分がAl2O4H(質量数118.93)と同じ質量数の材料で構成させる場合、118.93の波形を分離する必要がある。
今回のケースでは、バリアコート層と酸化アルミニウム蒸着膜の界面に、バリアコート層との界面に生じる反応物AlSiO4と、水酸化物Al2O4Hが生じるため、それらとフィルム界面に存在するAl2O4Hを分離する。これはバリアコート層の材料によって適宜対応する。
波形分離の方法例を以下に示す。TOF-SIMSで得られた、質量数118.93のプロファイルを、Gaussian関数を用いて非線形のカーブフィッティングを行い最小二乗法Levenberg Marquardt アルゴリズムを使用して重複ピークの分離を行う。
以上の操作を行い、酸化アルミニウム蒸着膜の遷移領域の変成率を(元素結合Al2O4Hのピークから界面までの遷移領域厚/酸化アルミニウム蒸着膜厚)×100(%)として求めた。
Using Cs, etching is performed from the top surface of the barrier coat layer, and analysis is performed on elemental bonds at the interface between the barrier coat layer, the aluminum oxide vapor deposition film, and the base film such as polyester film, and elemental bonds of the vapor deposition film, and graphs of the measured elements and elemental bonds are obtained.In the graph, the position where the strength of SiO2 (mass number 59.96), which is a constituent element of the barrier coat layer, is half that of the barrier coat layer is taken as the interface between the barrier coat layer and the aluminum oxide vapor deposition film, and the position where the strength of the layer part of C6 (mass number 72.00), which is a constituent material of the base film, is half that of the base film is taken as the interface between the barrier coat layer and the aluminum oxide vapor deposition film, and the portion from the first interface to the second interface is taken as the aluminum oxide vapor deposition film.
Next, a peak is obtained in a graph representing the measured element bond Al 2 O 4 H (mass number 118.93), and the region from the peak to the interface is defined as a transition region, which can be obtained.
However, when the barrier coat layer is made of a material having the same mass number as Al 2 O 4 H (mass number 118.93), it is necessary to separate the waveform of 118.93.
In this case, the reactants AlSiO4 and hydroxide Al2O4H are generated at the interface between the barrier coat layer and the aluminum oxide vapor deposition film, so they are separated from the Al2O4H present at the film interface. This is done appropriately depending on the material of the barrier coat layer.
An example of a method for waveform separation is shown below: A profile of mass number 118.93 obtained by TOF-SIMS is subjected to nonlinear curve fitting using a Gaussian function, and overlapping peaks are separated using the least squares Levenberg Marquardt algorithm.
By carrying out the above operations, the transformation rate of the transition region of the aluminum oxide vapor-deposited film was calculated as (transition region thickness from the peak of elemental bond Al 2 O 4 H to the interface/aluminum oxide vapor-deposited film thickness)×100(%).
(酸素透過度の測定)
酸素透過度測定装置(モダンコントロール(MOCON)社製〔機種名:オクストラン(OX-TRAN)2/21〕)を用いて、測定のために作製したバリアフィルム/接着剤/ナイロンフィルム15μm/接着剤/CPP70μmの包装材料とし、酸素供給側がバリアフィルムの基材フィルム面となるように上記試験用サンプルをセットし、23℃、90%RH雰囲気下の測定条件で、JIS K7126 B法に準拠して測定した。
測定サンプルとして、
1)レトルト処理前の複合積層フィルム
2)ハイレトルト処理条件:135℃、40分間の処理をした袋の状態にした包装材料の袋片面の包装材料
3)セミレトルト処理条件:121℃、40分間の処理をした袋の状態にした包装材料の袋片面の包装材料
を用いた。
(Oxygen permeability measurement)
Using an oxygen permeability measuring device (manufactured by Modern Control (MOCON) [model name: OX-TRAN 2/21]), a packaging material prepared for the measurement was prepared as barrier film/adhesive/nylon film 15 μm/adhesive/CPP 70 μm, and the above test sample was set so that the oxygen supply side was the base film surface of the barrier film, and measurement was performed in accordance with JIS K7126 Method B under measurement conditions of an atmosphere of 23° C. and 90% RH.
As a measurement sample,
1) Composite laminate film before retort treatment; 2) High retort treatment conditions: packaging material on one side of a bag of packaging material treated at 135°C for 40 minutes in a bag state; 3) Semi-retort treatment conditions: packaging material on one side of a bag of packaging material treated at 121°C for 40 minutes in a bag state was used.
(水蒸気透過度の測定)
水蒸気透過度測定装置(モコン(MOCON)社製の測定機〔機種名、パーマトラン(PERMATRAN)3/33〕)を用いて、センサー側がバリアフィルムの基材フィルム面となるように上記試験用サンプルをセットし、40℃、100%RH雰囲気下の測定条件で、JIS K7126 B法に準拠し、測定した。
測定サンプルとして、
1)レトルト処理前の包装材料
2)ハイレトルト処理条件:135℃、40分間の処理をした袋の状態にした包装材料の袋片面の包装材料
3)セミレトルト処理条件:121℃、40分間の処理をした袋の状態にした包装材料の袋片面の包装材料
を用いた。
(Measurement of water vapor permeability)
Using a water vapor permeability measuring device (a measuring device manufactured by MOCON [model name: PERMATRAN 3/33]), the above test sample was set so that the sensor side faced the substrate film side of the barrier film, and measurement was performed in accordance with JIS K7126 Method B under measurement conditions of 40°C and 100% RH atmosphere.
As a measurement sample,
1) Packaging material before retort treatment; 2) High retort treatment conditions: Packaging material on one side of a bag of packaging material that has been treated at 135°C for 40 minutes in a bag state; 3) Semi-retort treatment conditions: The packaging material on one side of a bag of packaging material that has been treated at 121°C for 40 minutes in a bag state was used.
(基材と酸化アルミニウム蒸着膜間の密着性の評価)
[剥離強度の測定(1);レトルト処理後の常態剥離強度]
バリアフィルム(フィルムIII)のバリアコート層側に2液硬化型ポリウレタン系接着剤を塗工し、乾燥処理したものと、厚さ70μmの無延伸ポリプロピレンフィルムに2液硬化型ポリウレタン系接着剤と厚さ15μmの延伸ナイロンフィルムと貼り合わせたフィルムとをドライラミネートし、包装材料を作製した。
上記包装材料を用いてB5サイズに作製した四方パウチに水100mLを注入し、135℃、40分間で熱水式レトルト処理(ハイレトルト処理)を行った。該レトルト処理後、中身の水を抜いた四方パウチから15mm幅の短冊状にカットしたサンプルを作成した。このサンプルについて、引張試験機(株式会社オリエンテック社製[機種名:テンシロン万能材料試験機])を用いてJIS K6854-2に準拠し、バリアフィルムの基材フィルムと酸化アルミウム蒸着膜との剥離強度を測定した。なお、実施例2-4については、121℃、40分間で熱水式レトルト処理(セミレトルト処理)を行った。
測定は、まず、基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側とを長辺方向において15mm剥離させた状態の矩形状の試験片を準備した。その後、基材フィルム側および無延伸ポリプロピレンフィルム側のうち既に剥離されている部分をそれぞれ、測定器のつかみ具およびつかみ具で把持した。また、つかみ具をそれぞれ、基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側とがまだ積層されている部分の面方向に対して直交する方向において互いに逆向きに(180°剥離:T字剥離法)、50mm/分の速度で引っ張り、安定領域における引張応力の平均値を測定した。引っ張りを開始する際の、つかみ具間の間隔は30mmとし、引っ張りを終了する際の、つかみ具間の間隔は60mmとした。間隔に対する引張応力の変化は、第1領域を経て、第1領域よりも変化率の小さい第2領域(安定領域)に入る。安定領域における引張応力の平均値を測定し、その値をバリアフィルムの基材フィルムと酸化アルミウム蒸着膜との剥離強度とした。
(Evaluation of adhesion between substrate and aluminum oxide vapor deposition film)
[Measurement of peel strength (1): Normal peel strength after retort treatment]
A two-component curing polyurethane adhesive was applied to the barrier coat layer side of the barrier film (Film III) and dried, and this was dry laminated with a 70 μm thick unstretched polypropylene film, to which the two-component curing polyurethane adhesive and a 15 μm thick stretched nylon film were attached, to produce a packaging material.
100 mL of water was poured into a square pouch made to B5 size using the above packaging material, and hot water retort treatment (high retort treatment) was performed at 135°C for 40 minutes. After the retort treatment, the water in the contents of the square pouch was removed and cut into a 15 mm wide strip to prepare a sample. The peel strength between the substrate film of the barrier film and the aluminum oxide vapor deposition film was measured for this sample using a tensile tester (manufactured by Orientec Co., Ltd. [model name: Tensilon universal material testing machine]) in accordance with JIS K6854-2. Note that, for Example 2-4, hot water retort treatment (semi-retort treatment) was performed at 121°C for 40 minutes.
For the measurement, a rectangular test piece was prepared in a state in which the base film side and the non-stretched polypropylene film side were peeled off by 15 mm in the long side direction. Then, the already peeled parts of the base film side and the non-stretched polypropylene film side were gripped by the gripper and gripper of the measuring device, respectively. In addition, the grippers were pulled at a speed of 50 mm/min in opposite directions (180° peeling: T-shaped peeling method) in a direction perpendicular to the surface direction of the part where the base film side and the non-stretched polypropylene film side are still laminated, and the average value of the tensile stress in the stable region was measured. The distance between the grippers when the pulling started was 30 mm, and the distance between the grippers when the pulling ended was 60 mm. The change in the tensile stress with respect to the distance passed through the first region and entered the second region (stable region) where the rate of change was smaller than that of the first region. The average value of the tensile stress in the stable region was measured, and the value was taken as the peel strength between the base film of the barrier film and the aluminum oxide vapor deposition film.
[剥離強度の測定(2);レトルト処理後の水付け剥離強度]
水付け剥離強度は、以下に記載する点を除き、常態剥離強度を測定する方法と同様の方法によって測定した。水付け剥離強度の測定においては、試験片の基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側とを15mm引き剥がした上で、基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側との接着界面の剥離強度を測定した。また、水付け剥離強度の測定においては、剥離強度の測定を行う際に、試験片の長手方向にそってみた場合における、基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側とが接合を維持している部分と、基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側とが引き剥がされている部分との境界部分にスポイトで水を滴下した状態で、測定を行った。
[Measurement of peel strength (2): Water-soaked peel strength after retort treatment]
The water-exposed peel strength was measured in the same manner as the method for measuring the normal peel strength, except for the following points. In the measurement of the water-exposed peel strength, the base film side and the non-stretched polypropylene film side of the test piece were peeled off by 15 mm, and the peel strength of the adhesive interface between the base film side and the non-stretched polypropylene film side was measured. In the measurement of the water-exposed peel strength, when the peel strength was measured, water was dropped with a dropper onto the boundary between the part where the base film side and the non-stretched polypropylene film side maintained their bonding and the part where the base film side and the non-stretched polypropylene film side were peeled off when viewed along the longitudinal direction of the test piece.
(色味の測定)
分光測色計(コニカミノルタ株式会社製〔機種名:CM-700d〕)を用いて、測定用のサンプル1枚(基材フィルム/酸化アルミニウム蒸着膜/バリアコート層)のL*a*b*表色系におけるL*値、a*値およびb*値を測定した。
(Color measurement)
Using a spectrophotometer (manufactured by Konica Minolta, Inc. [model name: CM-700d]), the L* value, a * value, and b * value in the L * a * b * color system of one measurement sample (substrate film/aluminum oxide vapor deposition film /barrier coat layer) were measured.
上記表4において、実施例2-1~2-9に示されているように、酸化アルミニウム蒸着膜の遷移領域の変成率が5%以上60%以下のバリアフィルムは、レトルト処理後も良好な酸素透過度と水蒸気透過度を示し、良好な常態密着性および耐水密着性を示した。
上記表4において、実施例2-10では、元素結合Al2O4Hピークが、ピークが小さすぎて基材フィルム界面側に隠れ、分離できなかった為に、該遷移領域の変成率が計算できない結果(0%以下の数値)となった。実施例2-10は、実施例2-1~2-9よりもレトルト後の常態密着性および耐水密着性は劣るものの、レトルト処理の前後において、バリア性の劣化は見られなかった。
また、上記表5において、実施例2-1は、b*値が参考例2-1よりも低い数値であることより、実施例2-1の方が参考例2-1よりも透明性に優れていることが分かる。
As shown in Examples 2-1 to 2-9 in Table 4 above, the barrier films in which the conversion rate in the transition region of the aluminum oxide vapor-deposited film was 5% or more and 60% or less exhibited good oxygen permeability and water vapor permeability even after retort treatment, and also showed good normal adhesion and water-resistant adhesion.
In the above Table 4, in Example 2-10, the peak of the elemental bond Al 2 O 4 H was too small to be separated and was hidden on the interface side of the base film, so that the conversion rate of the transition region could not be calculated (a value of 0% or less). Although Example 2-10 was inferior to Examples 2-1 to 2-9 in normal adhesion and water-resistant adhesion after retort, no deterioration in barrier property was observed before and after retort treatment.
Furthermore, in Table 5 above, since the b * value of Example 2-1 is lower than that of Reference Example 2-1, it is understood that Example 2-1 is more excellent in transparency than Reference Example 2-1.
<<実験III>>
[実施例3-1]
まず、基材フィルムである厚さ12μmの化石燃料由来の二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(フィルムI)を巻き取ったロールを準備した。
次に、このフィルムIの無機酸化物蒸着層を設ける面に、酸素プラズマ前処理装置を配置した前処理区画と成膜区画を隔離した連続蒸着膜成膜装置を用いて、前処理区画において下記条件下でプラズマ供給ノズルからプラズマを導入し、搬送速度400m/minで酸素プラズマ前処理を施し、連続搬送した成膜区画内で、酸素プラズマ処理面上に、下記条件において真空蒸着法の加熱手段として反応性抵抗加熱方式により、厚さ12nmの酸化アルミニウム蒸着膜(無機酸化物蒸着層)をフィルムI上に形成した(フィルムII)。
(酸素プラズマ前処理条件)
・プラズマ強度:150W・sec/m2
・プラズマ形成ガス比:酸素/アルゴン=2/1
・前処理ドラム-プラズマ供給ノズル間印加電圧:340V
・前処理圧力:3.8Pa
(酸化アルミニウム成膜条件)
・真空度:8.1×10-2Pa
・搬送速度:400m/min
・酸素ガス供給量:8000sccm
<<Experiment III>>
[Example 3-1]
First, a roll of a 12 μm-thick biaxially oriented polyethylene terephthalate film (film I) derived from fossil fuels was prepared as a base film.
Next, a continuous vapor deposition film formation apparatus in which a pretreatment section equipped with an oxygen plasma pretreatment device was placed and a film formation section were separated was used on the surface of this film I on which the inorganic oxide vapor deposition layer was to be formed. In the pretreatment section, plasma was introduced from a plasma supply nozzle under the conditions described below, and oxygen plasma pretreatment was performed at a transport speed of 400 m/min. In the film formation section, which was continuously transported, a 12 nm-thick aluminum oxide vapor deposition film (inorganic oxide vapor deposition layer) was formed on the oxygen plasma-treated surface on film I (film II) using a reactive resistance heating method as the heating means for the vacuum vapor deposition method under the conditions described below.
(Oxygen plasma pretreatment conditions)
Plasma intensity: 150 W·sec/ m2
Plasma formation gas ratio: oxygen/argon = 2/1
Voltage applied between pretreatment drum and plasma supply nozzle: 340 V
Pretreatment pressure: 3.8 Pa
(Aluminum oxide film formation conditions)
Degree of vacuum: 8.1×10 −2 Pa
Conveying speed: 400 m/min
Oxygen gas supply amount: 8000 sccm
<バリアコート層の形成>
水226g、イソプロピルアルコール39gおよび0.5N塩酸5.3gを混合し、pH2.2に調整した溶液に、テトラエトキシシラン167gを10℃となるよう冷却しながら混合させて溶液Eを調製した。
ケン価度99%以上の重合度2400のポリビニルアルコール23.3g、水513g、イソプロピルアルコール27gを混合した溶液Fを調製した。
E液とF液を重量比4.4:5.6となるよう混合して得られた溶液をバリアコート組成物とした。
上記のフィルムIIの酸化アルミニウム蒸着膜上に、上記で調製したバリアコート組成物をスピンコート法によりコーティングした。
その後、180℃で60秒間、オーブンにて加熱処理して、厚さ約400nmのバリアコート層を酸化アルミニウム蒸着膜上に形成して、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
<Formation of Barrier Coat Layer>
Solution E was prepared by mixing 226 g of water, 39 g of isopropyl alcohol, and 5.3 g of 0.5N hydrochloric acid and adjusting the pH of the solution to 2.2, and then mixing 167 g of tetraethoxysilane into the solution while cooling the solution to 10°C.
Solution F was prepared by mixing 23.3 g of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 2,400 and a saponification degree of 99% or more, 513 g of water, and 27 g of isopropyl alcohol.
The E and F solutions were mixed in a weight ratio of 4.4:5.6 to obtain a solution which was used as a barrier coat composition.
The above prepared barrier coat composition was coated on the aluminum oxide vapor deposition film of Film II by spin coating.
Thereafter, the film was heated in an oven at 180° C. for 60 seconds to form a barrier coat layer having a thickness of about 400 nm on the aluminum oxide vapor-deposited film, thereby obtaining a barrier film (Film III).
[実施例3-2]
酸化アルミニウムの成膜において、酸素供給量を10000sccmに変更したこと以外は、実施例3-1と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Example 3-2]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that in the deposition of aluminum oxide, the oxygen supply amount was changed to 10,000 sccm.
[実施例3-3]
酸素プラズマ前処理を行わなかった以外は、実施例3-1と同様にしてバリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Example 3-3]
A barrier film (Film III) was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that the oxygen plasma pretreatment was not performed.
[実施例3-4]
基材フィルムとして厚さ12μmの上記バイオマス由来のPETフィルムを使用したこと、および酸素プラズマ前処理において、プラズマ強度を250W・sec/m2に変更したこと以外は、実施例3-1と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Examples 3-4]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that the above biomass-derived PET film having a thickness of 12 μm was used as the base film and that the plasma intensity in the oxygen plasma pretreatment was changed to 250 W·sec/ m2 .
[比較例3-1]
酸素プラズマ前処理において、プラズマ形成ガス比を、酸素/アルゴン=5/1にしたこと以外は、実施例3-1と同様にして酸素プラズマ前処理を行った。プラズマ放電が安定せず、酸素プラズマ前処理ができなかった。
[Comparative Example 3-1]
In the oxygen plasma pretreatment, the oxygen plasma pretreatment was performed in the same manner as in Example 3-1, except that the plasma formation gas ratio was oxygen/argon = 5/1. The plasma discharge was not stable, and the oxygen plasma pretreatment could not be performed.
[参考例3-1]
酸化アルミニウムの成膜において、酸素供給量を20000sccmに変更したこと以外は、実施例3-1と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。
[Reference Example 3-1]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that in the deposition of aluminum oxide, the oxygen supply amount was changed to 20,000 sccm.
[参考例3-2]
酸化アルミニウムの成膜において、酸素供給量を6000sccmに変更したこと以外は、実施例3-1と同様にして、バリアフィルム(フィルムIII)を得た。酸化アルミニウム蒸着膜が着色した。
[Reference Example 3-2]
A barrier film (film III) was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that the oxygen supply amount in the deposition of aluminum oxide was changed to 6000 sccm. The aluminum oxide vapor-deposited film was colored.
実施例3-1~3-4、比較例3-1、および参考例3-1~3-2の各条件を表6に示す。 The conditions for Examples 3-1 to 3-4, Comparative Example 3-1, and Reference Examples 3-1 to 3-2 are shown in Table 6.
上記の実施例3-1~3-4に示した条件下で製造したバリアコート層を備えるバリアフィルム(フィルムIII)を測定用のサンプルとし、熱収縮率の測定、TOF-SIMSにおける強度比率Al3/Al2O3、酸素透過度、水蒸気透過度、および密着性について、下記の方法を用いて測定した。評価結果を表7に示す。
また、上記実施例3-1および参考例3-1のバリアフィルム(フィルムIII)においては、全光線透過率およびヘイズを下記の方法を用いて測定した。評価結果を表7に示す。
さらに、上記の実施例3-1、実施例3-4、およびPETフィルムが着色した上記参考例3-2については、色味の測定を行った。評価結果を表8に示す。
なお、比較例3-1については、酸素プラズマ前処理ができなかったため、上記評価項目の測定は行わなかった。
The barrier films (films III) having the barrier coat layers produced under the conditions shown in the above Examples 3-1 to 3-4 were used as samples for measurement, and the thermal shrinkage rate, the strength ratio Al3 / Al2O3 in TOF- SIMS , the oxygen permeability, the water vapor permeability, and the adhesion were measured by the following methods. The evaluation results are shown in Table 7.
Furthermore, for the barrier films (film III) of Example 3-1 and Reference Example 3-1, the total light transmittance and haze were measured by the following methods. The evaluation results are shown in Table 7.
Furthermore, the color of the above-mentioned Examples 3-1 and 3-4, and the above-mentioned Reference Example 3-2 in which the PET film was colored, was measured. The evaluation results are shown in Table 8.
For Comparative Example 3-1, the above evaluation items were not measured because oxygen plasma pretreatment could not be performed.
(熱収縮率の測定)
上記バリアフィルム(フィルムIII)について、縦20mm、横5mmの大きさで、PETフィルムのMD方向が縦方向となるように試験片を作製した。作製した試験片について、熱機械分析装置(TMA、セイコーインスツル株式会社、機種名:EXSTAR6000)を用いて、フィルムに単位断面積当たり荷重2.92×106N/m2を負荷しながら、温度20℃で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で150℃まで昇温し、温度150℃で10分間保持した後、降温速度10℃/分で20℃まで降温させた。その後、PETフィルムのMD方向の熱収縮率(%)を測定した。
(Measurement of Heat Shrinkage Rate)
A test piece was prepared for the barrier film (film III) with a length of 20 mm and a width of 5 mm, with the MD direction of the PET film being the lengthwise direction. The prepared test piece was subjected to a thermomechanical analysis using a thermomechanical analyzer (TMA, Seiko Instruments Inc., model name: EXSTAR6000) with a load of 2.92×10 6 N/m 2 per unit cross-sectional area, and then held at 20° C. for 5 minutes, heated to 150° C. at a heating rate of 10° C./min, held at 150° C. for 10 minutes, and then cooled to 20° C. at a heating rate of 10° C./min. The heat shrinkage rate (%) of the PET film in the MD direction was then measured.
(TOF-SIMSにおける強度比率Al3/Al2O3)
上記バリアフィルム(フィルムIII)について、飛行時間型二次イオン質量分析計(ION TOF社製、TOF.SIMS5)を用いて、下記測定条件で、バリアフィルムのバリアコート層側から、Cs(セシウム)イオン銃により一定の速度でソフトエッチングを繰り返しながら、基材フィルム由来のC6(質量数72.00)、酸化アルミニウム蒸着膜由来のAl3(質量数80.94)、Al2O3(質量数101.94)、バリアコート層由来のSiO2(質量数59.96)イオンの質量分析を行った。
バリアコート層の構成元素であるSiO2の強度が、先ず、バリアコート層の半分になる位置をバリアコート層と酸化アルミニウム蒸着膜の界面として、次いで、基材フィルムの構成材料であるC6の層部分の半分になる位置を、基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜の界面として、最初の界面から2番目の界面までを酸化アルミニウム蒸着膜とした。
そして、酸化アルミニウム蒸着膜内でAl3の強度が最も高い位置を求め、その位置でのAl3の強度とAl2O3との強度比率Al3/Al2O3から、Al3の強度が最大を示した時の強度比率Al3/Al2O3と、該深さの酸化アルミニウム蒸着膜層厚に対する割合を算出した。
(Intensity ratio Al 3 /Al 2 O 3 in TOF-SIMS)
For the above barrier film (Film III), mass analysis was performed using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (ION TOF, TOF.SIMS5) under the following measurement conditions from the barrier coat layer side of the barrier film while repeatedly soft etching at a constant rate with a Cs (cesium) ion gun to measure C 6 (mass number 72.00) derived from the base film, Al 3 (mass number 80.94) and Al 2 O 3 (mass number 101.94) derived from the aluminum oxide vapor deposition film, and SiO 2 (mass number 59.96) ions derived from the barrier coat layer.
First, the position where the strength of SiO2 , a constituent element of the barrier coat layer, is half that of the barrier coat layer was defined as the interface between the barrier coat layer and the aluminum oxide vapor-deposited film, and then the position where the strength of the layer portion of C6 , a constituent material of the base film, is half that of the barrier coat layer was defined as the interface between the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film, and the area from the first interface to the second interface was defined as the aluminum oxide vapor-deposited film.
Then, the position where the strength of Al3 was the highest in the aluminum oxide vapor-deposited film was determined, and from the strength ratio Al3 / Al2O3 of the strength of Al3 to Al2O3 at that position, the strength ratio Al3/Al2O3 at which the strength of Al3 was maximum and the proportion of that depth to the thickness of the aluminum oxide vapor - deposited film were calculated.
(TOF-SIMS測定条件)
・一次イオン種類:Bi3
++(0.2pA,100μs)
・測定面積:150×150μm2
・エッチング銃種類:Cs(1keV、60nA)
・エッチング面積:600×600μm2
・エッチングレート:10sec/Cycle
(TOF-SIMS measurement conditions)
Primary ion type: Bi3 ++ (0.2 pA, 100 μs)
Measurement area: 150 x 150 μm2
Etching gun type: Cs (1 keV, 60 nA)
Etching area: 600 x 600 μm2
Etching rate: 10 sec/Cycle
(酸素透過度の測定)
酸素透過度測定装置(モダンコントロール(MOCON)社製〔機種名:オクストラン(OX-TRAN)2/21〕)を用いて、バリアフィルム(フィルムIII)の基材フィルム側が酸素供給側になるようにセットして、JIS K 7126 B法に準拠して、23℃、90%RH雰囲気下における酸素透過度を測定した。
(Oxygen permeability measurement)
Using an oxygen permeability measuring device (manufactured by Modern Control (MOCON) [model name: OX-TRAN 2/21]), the substrate film side of the barrier film (Film III) was set to be the oxygen supply side, and the oxygen permeability was measured in an atmosphere of 23°C and 90% RH in accordance with JIS K 7126 Method B.
(水蒸気透過度の測定)
水蒸気透過度測定装置(モコン(MOCON)社製の測定機〔機種名、パーマトラン(PERMATRAN)3/33〕)を用いて、バリアフィルム(フィルムIII)の基材フィルム層側がセンサー側になるようにセットして、JIS K 7126 B法に準拠して、40℃、100%RH雰囲気下における水蒸気透過度を測定した。
(Measurement of water vapor permeability)
Using a water vapor transmission rate measuring device (a measuring device manufactured by MOCON [model name: PERMATRAN 3/33]), the base film layer side of the barrier film (Film III) was set to face the sensor side, and the water vapor transmission rate was measured in an atmosphere of 40° C. and 100% RH in accordance with JIS K 7126 Method B.
(全光線透過率の測定)
光学計測装置(須賀試験機株式会社製の測定器〔機種名:ヘーズメータ〕)を用いて、バリアコート層を備えるバリアフィルム(フィルムIII)の基材フィルム側が光源側を向くようにセットして、JIS K7136に準拠して測定した。
(Measurement of total light transmittance)
Using an optical measuring device (a measuring device manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. [model name: haze meter]), the barrier film having a barrier coat layer (Film III) was set so that the base film side faced the light source side, and measurement was performed in accordance with JIS K7136.
(ヘイズの測定)
光学計測装置(須賀試験機株式会社製の測定器〔機種名:ヘーズメータ〕)を用いて、バリアコート層を備えるバリアフィルム(フィルムIII)の基材フィルム側が光源側を向くようにセットして、JIS K7136に準拠して測定した。
(Haze Measurement)
Using an optical measuring device (a measuring device manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. [model name: haze meter]), the barrier film having a barrier coat layer (Film III) was set so that the base film side faced the light source side, and measurement was performed in accordance with JIS K7136.
(基材フィルムと酸化アルミニウム蒸着膜間の密着性の評価)
[剥離強度の測定;水付け剥離強度]
バリアフィルム(フィルムIII)のバリアコート層側に2液硬化型ポリウレタン系接着剤を塗工し、乾燥処理したものと、厚さ70μmの無延伸ポリプロピレンフィルム貼とをドライラミネートし、包装材料を作製した。
測定は、まず、基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側とを長辺方向において15mm剥離させた状態の矩形状の試験片を準備した。
次に、試験片の長手方向にそってみた場合における、基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側とが接合を維持している部分と、基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側とが引き剥がされている部分との境界部分にスポイトで水を滴下した。
その後、基材フィルム側および無延伸ポリプロピレンフィルム側のうち既に剥離されている部分をそれぞれ、測定器のつかみ具およびつかみ具で把持した。また、つかみ具をそれぞれ、基材フィルム側と無延伸ポリプロピレンフィルム側とがまだ積層されている部分の面方向に対して直交する方向において互いに逆向きに(180°剥離:T字剥離法)、50mm/分の速度で引っ張り、安定領域における引張応力の平均値を測定した。引っ張りを開始する際の、つかみ具間の間隔は30mmとし、引っ張りを終了する際の、つかみ具間の間隔は60mmとした。間隔に対する引張応力の変化は、第1領域を経て、第1領域よりも変化率の小さい第2領域(安定領域)に入る。安定領域における引張応力の平均値を測定し、その値をバリアフィルムの基材フィルムと酸化アルミウム蒸着膜との剥離強度とした。
(Evaluation of adhesion between substrate film and aluminum oxide vapor deposition film)
[Measurement of peel strength: Water-soaked peel strength]
A two-component curing polyurethane adhesive was applied to the barrier coat layer side of the barrier film (Film III), which was then dried and dry laminated with a 70 μm-thick unstretched polypropylene film to prepare a packaging material.
For the measurement, first, a rectangular test piece was prepared in which the base film side and the unstretched polypropylene film side were peeled off by 15 mm in the long side direction.
Next, when viewed along the longitudinal direction of the test piece, water was dropped using a dropper onto the boundary between the area where the base film side and the unstretched polypropylene film side remained bonded and the area where the base film side and the unstretched polypropylene film side had been peeled away.
Thereafter, the already peeled portions of the base film side and the non-stretched polypropylene film side were gripped by the gripper and gripper of the measuring device, respectively. The grippers were pulled in opposite directions (180° peeling: T-shaped peeling method) perpendicular to the surface direction of the portion where the base film side and the non-stretched polypropylene film side are still laminated, at a speed of 50 mm/min, and the average value of the tensile stress in the stable region was measured. The distance between the grippers when the pulling started was 30 mm, and the distance between the grippers when the pulling ended was 60 mm. The change in the tensile stress with respect to the distance passed through the first region and entered a second region (stable region) where the rate of change was smaller than that in the first region. The average value of the tensile stress in the stable region was measured, and the value was taken as the peel strength between the base film of the barrier film and the aluminum oxide vapor deposition film.
(色味の測定)
分光測色計(コニカミノルタ株式会社製〔機種名:CM-700d〕)を用いて、測定用のサンプル1枚(基材フィルム/酸化アルミニウム蒸着膜/バリアコート層)のL*a*b*表色系におけるL*値、a*値およびb*値を測定した。
(Color measurement)
Using a spectrophotometer (manufactured by Konica Minolta, Inc. [model name: CM-700d]), the L* value, a * value, and b * value in the L * a * b * color system of one measurement sample (substrate film/aluminum oxide vapor deposition film /barrier coat layer) were measured.
上記表7において、実施例3-1~3-4に示されているように、最大Al3濃度元素結合構造部分における強度比率Al3/Al2O3×100が1以上20以下であり、該最大Al3濃度元素結合構造部分は酸化アルミニウム蒸着膜の膜厚の4%以上45%以下の深さ位置に存在し、酸素透過度及び水蒸気透過度が低く、良好なガスバリア性を示した。また、酸素プラズマ前処理を行わなかった実施例3-3よりも、酸素プラズマ前処理を行った実施例3-1、3-2、および3-4の方が、強い酸化アルミニウム蒸着膜/基材フィルム間の耐水密着性を示した。
実施例3-1~3-4のバリアフィルムは、最大Al3濃度元素結合構造部分における強度比率Al3/Al2O3×100が1未満である参考例3-1よりもガスバリア性に優れるものであった。
また、上記表8において、実施例3-1および3-4は、L*値が参考例3-2よりも高い数値であり、かつb*値が参考例3-2よりも低い数値であることより、実施例3-1および3-4の方が参考例3-2よりも透明性に優れていることがわかる。
さらに、酸化アルミニウムの着色が確認されなかったことより、実施例3-1~3-4のバリアフィルムは、参考例3-2のバリアフィルムよりも印刷適性の優れるものである。
As shown in Table 7, the strength ratio Al3 / Al2O3x100 at the maximum Al3 concentration element bond structure portion was 1 to 20 for Examples 3-1 to 3-4, the maximum Al3 concentration element bond structure portion was present at a depth position of 4 to 45% of the thickness of the aluminum oxide vapor deposition film, and the oxygen permeability and water vapor permeability were low, showing good gas barrier properties. Moreover, Examples 3-1, 3-2, and 3-4, which were subjected to oxygen plasma pretreatment, showed stronger water-resistant adhesion between the aluminum oxide vapor deposition film and the substrate film than Example 3-3, which was not subjected to oxygen plasma pretreatment.
The barrier films of Examples 3-1 to 3-4 had better gas barrier properties than Reference Example 3-1 in which the strength ratio Al 3 /Al 2 O 3 ×100 in the maximum Al 3 concentration element bond structure portion was less than 1.
In addition, in Table 8 above, the L * values of Examples 3-1 and 3-4 are higher than that of Reference Example 3-2, and the b * values are lower than that of Reference Example 3-2. This shows that Examples 3-1 and 3-4 are more transparent than Reference Example 3-2.
Furthermore, since no coloring of aluminum oxide was confirmed, the barrier films of Examples 3-1 to 3-4 have better printability than the barrier film of Reference Example 3-2.
11 バリアフィルム
12 基材フィルム
13 無機酸化物蒸着層
14 バリアコート層
S 基材フィルム
P プラズマ
20 ローラー式連続蒸着膜成膜装置
22 減圧チャンバ
22A 基材搬送室
22B プラズマ前処理室
22C 成膜室
24a~d ガイドロール
28 原料ガス揮発供給装置
30 前処理ローラー
31 マグネット
32a~d プラズマ供給ノズル
33 成膜ローラー
34 蒸着膜成膜手段
41 電力供給配線
42 電源
45a~45c 隔壁
50 包装材料
51 バリア層(バリアフィルム)
52 基材フィルム
53 無機酸化物蒸着層
54 バリアコート層
55 接着層
56 ヒートシール層
57 中間層
60 試験片
61,62 つかみ具
11 Barrier film 12 Substrate film 13 Inorganic oxide deposition layer 14 Barrier coat layer S Substrate film P Plasma 20 Roller type continuous deposition film forming apparatus 22 Decompression chamber 22A Substrate transport chamber 22B Plasma pretreatment chamber 22C Film formation chamber 24a-d Guide roll 28 Raw material gas volatilization supply device 30 Pretreatment roller 31 Magnet 32a-d Plasma supply nozzle 33 Film formation roller 34 Deposition film formation means 41 Power supply wiring 42 Power sources 45a-45c Partition wall 50 Packaging material 51 Barrier layer (barrier film)
52 Base film 53 Inorganic oxide deposition layer 54 Barrier coat layer 55 Adhesive layer 56 Heat seal layer 57 Intermediate layer 60 Test piece 61, 62 Grip
Claims (12)
前記基材フィルムが、化石燃料由来の延伸ポリエステルフィルムであり、
前記無機酸化物蒸着層が、酸化アルミニウム蒸着膜であり、
前記酸化アルミニウム蒸着膜中には、Al 3 で表される元素結合構造部が分布し、
前記バリアフィルムを、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)で分析した際の、酸化アルミニウム蒸着膜中の最大Al 3 濃度元素結合構造部分の強度比率Al 3 /Al 2 O 3 ×100が、1以上20以下であり、
前記最大Al 3 濃度元素結合構造部分が、前記酸化アルミニウム蒸着膜の基材フィルムとは、反対側の表面から、前記酸化アルミニウム蒸着膜の膜厚の4%以上45%以下の深さ位置に存在し、
前記バリアフィルムに単位断面積当たり荷重2.92×106N/m2を負荷しながら、温度20℃で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で150℃まで昇温し、温度150℃で10分間保持した後、降温速度10℃/分で20℃まで降温させた後に測定したバリアフィルムのMD方向の熱収縮率が、0%以上0.70%以下であることを特徴とするバリアフィルム。 A barrier film comprising an inorganic oxide vapor deposition layer having a barrier coat layer laminated thereon and a substrate film,
The base film is a fossil fuel-derived stretched polyester film,
the inorganic oxide vapor-deposited layer is an aluminum oxide vapor-deposited film,
In the aluminum oxide vapor deposition film, an elemental bonding structure represented by Al3 is distributed ,
when the barrier film is analyzed by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), the intensity ratio Al 3 /Al 2 O 3 ×100 of a maximum Al 3 concentration element bond structure portion in an aluminum oxide vapor deposition film is 1 or more and 20 or less;
the maximum Al3 concentration element bond structure portion is present at a depth position of 4% to 45% of the thickness of the aluminum oxide vapor-deposited film from the surface of the aluminum oxide vapor-deposited film opposite to the substrate film,
The barrier film is subjected to a load of 2.92 x 106 N/ m2 per unit cross-sectional area while being held at a temperature of 20°C for 5 minutes, then heated to 150°C at a heating rate of 10°C/min, held at 150°C for 10 minutes, and then cooled to 20°C at a heating rate of 10°C/min, and the heat shrinkage rate of the barrier film in the MD direction measured after the temperature is increased is 0% or more and 0.70% or less.
前記遷移領域は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いてエッチングを行うことで検出される、水酸化アルミニウムに変成する元素結合Al2O4Hを含み、
前記バリアコート層と前記酸化アルミニウム蒸着膜とをTOF-SIMSを用いてエッチングを行うことで規定される前記酸化アルミニウム蒸着膜に対する、TOF-SIMSを用いて規定される前記変成される前記遷移領域の割合により定義される遷移領域の変成率が、5%以上60%以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載のバリアフィルム。 a transition region is formed in the aluminum oxide vapor-deposited film, the transition region defining the peel strength between the surface of the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film;
the transition region contains elementally bound Al 2 O 4 H which transforms into aluminum hydroxide, as detected by etching using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS);
6. The barrier film according to claim 1 , wherein a transformation rate of a transition region, which is defined as a ratio of the transformed transition region to the aluminum oxide vapor-deposited film, determined by etching the barrier coat layer and the aluminum oxide vapor-deposited film using TOF-SIMS, is 5 % or more and 60% or less.
135℃で40分間の湿熱殺菌処理後に、JIS K6854-2に準拠して測定された前記基材フィルムと前記酸化アルミニウム蒸着膜との常態剥離強度が1.0N以上である、包装材料。 A packaging material comprising the barrier film according to claim 6 ,
The packaging material has a normal peel strength of 1.0 N or more between the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film, measured in accordance with JIS K6854-2, after moist heat sterilization at 135° C. for 40 minutes.
135℃で40分間の湿熱殺菌処理後に、JIS K6854-2に準拠して測定された前記基材フィルムと前記酸化アルミニウム蒸着膜との水付け剥離強度が1.0N以上である、包装材料。 A packaging material comprising the barrier film according to claim 6 ,
The packaging material has a water peel strength of 1.0 N or more between the base film and the aluminum oxide vapor-deposited film, measured in accordance with JIS K6854-2, after moist heat sterilization at 135° C. for 40 minutes.
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