JP2000185364A

JP2000185364A - 透明ガスバリア―性フィルム

Info

Publication number: JP2000185364A
Application number: JP37631598A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Teranishi; 正芳寺西; Hideo Watanabe; 英男渡辺
Original assignee: Toyo Metallizing Co Ltd
Current assignee: Toyo Metallizing Co Ltd
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】従来相反していた酸化アルミニウム蒸着層の透
明性とガスバリアー性を両立した、性能・品位に優れた
透明ガスバリアー性フィルムを提供すること。【解決手段】ベースプラスチックフィルムの全光線透過
率を１００％としたとき、酸化アルミニウム蒸着後の全
光線透過率をを９５〜９８％の範囲でベースプラスチッ
クフィルムに酸化アルミニウム蒸着層を形成した蒸着フ
ィルムの蒸着層上に、１０μｍの膜にした場合、酸素透
過率（単位ｃｃ／ｍ²／ｄａｙ）および水蒸気透過率
（単位ｇ／ｍ²／ｄａｙ）の少なくとも一方が１００以
下のガスバリアー性樹脂の水溶液もしくは水分散液のコ
ーティングにより保護層を形成してなる、全光線透過率
がベースプラスチックフィルムのそれを１００％とした
とき１００％以上である透明ガスバリアー性フィルム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は透明性およびガスバ
リアー性に優れた透明ガスバリアー性フィルムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】食品、工業材料、医薬品における包装材
料に求められる様々な機能の中でも、内容物の品質保持
の観点から酸素、水蒸気遮断性いわゆるガスバリアー性
は、重要な特性の一つになっており、アルミニウム箔、
アルミニウム蒸着フィルム、塩化ビニリデンコートフィ
ルム、酸化珪素蒸着フィルム、酸化アルミニウム蒸着フ
ィルムなどがガスバリアー性の優れた素材として使用さ
れてきた。しかしながら、昨今の環境対応性や製造物責
任法に対する対応の中で、内容物確認・視認可能でか
つ、燃焼時に塩素等の有害ガスを発生しない酸化珪素、
酸化アルミニウム等の金属酸化物を形成した透明蒸着フ
ィルムが新素材として脚光をあびるようになってきた。

【０００３】透明蒸着フィルムは、酸化アルミニウム、
酸化珪素、酸化マグネシウムなどの無機化合物の薄膜お
よびその混合膜を反応蒸着法などの手法によってプラス
チックフィルム基材上に形成したものであり、中でも生
産性およびコスト面で有利な酸化アルミニウム蒸着フィ
ルムが注目されている。

【０００４】しかし、今後さらに酸化アルミニウム蒸着
フィルムが市場で有効に用いられるためには、解決すべ
き課題があった。

【０００５】それは、酸化アルミニウム蒸着フィルム
は、現在主として反応性蒸着法によって行われている
が、重要特性である外観透明性とガスバリアー性には次
のような理由で相反する関係があり、品位と性能を兼ね
備えることが困難という問題である。

【０００６】つまり、酸化アルミニウム蒸着層の形成は
反応性蒸着における導入酸素は４Ａｌ＋３Ｏ²＝２Ａｌ₂
Ｏ₃の反応式から、アルミニウム４モルに対し酸素３モ
ルが理論量となる。透明蒸着膜の重要な特性の一つであ
るその透明性は、導入酸素量が理論値以上にあった方が
良好であり、ベース基材フィルムと同等の透明な外観か
得られやすい。しかし、その一方で重要な特性であるガ
スバリアー性は、導入酸素量が理論量を上回ることによ
り低下してしまう現象があった。これは、酸化アルミニ
ウムの薄膜生成時に余剰酸素が存在することにより生成
膜に欠陥部分やボイドが発生することに起因していると
考えられる。すなわち、ガスバリアー性能を考えた場合
は、酸素量が理論量よりも少ない反応で得られた膜、い
いかえれば多少透明度の劣る薄膜が良好であるわけであ
るが、しかし透明度が劣った場合は、最終製品外観や次
工程における印刷後の外観とりわけ白印刷部分の色調不
良の問題になり、導入酸素量が理論量を下回った条件で
の酸化アルミニウム蒸着膜形成は好ましくない。このた
め、従来、最も重要である製品外観を重視し、多少ガス
バリアー性を犠牲にし、高透明性を得ていたのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は従来相反していた酸化アルミニウム蒸着フィルムの透
明性とガスバリアー性を両立した、性能・品位に優れた
透明ガスバリアー性フィルムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らが鋭意検討し
た結果、本発明の課題は次の手段によって工業的に有利
に達成された。

【０００９】［１］ベースプラスチックフィルムの全光
線透過率を１００％としたとき、酸化アルミニウム蒸着
後の全光線透過率をを９０〜９５％の範囲でベースプラ
スチックフィルムに酸化アルミニウム蒸着層を形成した
蒸着フィルムの蒸着層上に、１０μｍの膜にした場合、
酸素透過率（単位ｃｃ／ｍ²／ｄａｙ）および水蒸気透
過率（単位ｇ／ｍ²／ｄａｙ）の少なくとも一方が１０
０以下のガスバリアー性樹脂の水溶液もしくは水分散液
のコーティングにより保護層を形成してなる、全光線透
過率がベースプラスチックフィルムのそれを１００％と
したとき１００％以上である透明ガスバリアー性フィル
ム。

【００１０】［２］酸素透過率（単位ｃｃ／ｍ²／ｄａ
ｙ）および水蒸気透過率（単位ｇ／ｍ²／ｄａｙ）が共
に１以下であることを特徴とする上記［１］記載の透明
ガスバリアー性フィルム。

【００１１】［３］保護層の厚みが１μｍ以下であるこ
とを特徴とする上記［１］または［２］に記載の透明ガ
スバリアー性フィルム。

【００１２】本発明の最大の特徴は、ベースプラスチッ
クフィルムに特定の酸化アルミニウム蒸着層を形成し、
その上にガスバリアー性樹脂からなる特定の保護層を形
成しすることにより、透明性とガスバリアー性とを兼備
する性能・品位が共に良好な透明ガスバリアー性フィル
ムを提供した点にある。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明で用いられるプラスチック
フィルムとしては、とくに限定を受けないが、代表的な
ものとして次のポリマーからなるフィルムが挙げられ
る。

【００１４】ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテ
ン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンー２，６ナ
フタレートなどのポリエステル、ナイロン６、ナイロン
１２等のポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリ
デン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、ポ
リカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリサルフォ
ン、ポリフェニレンオキサイド、芳香族ポリアミド、ポ
リイミド、セルロース、および酢酸セルロース等が挙げ
られる。これらのポリマーは、共重合体であつてもポリ
マーブレンドであってもよい。これらのプラスチックフ
ィルムは、未延伸フィルム、一軸延伸フィルム、二軸延
伸フィルムのいずれでも良いが、寸法安定性や機械特性
およびガスバリアー性の安定性の点から二軸延伸フィル
ムが望ましい。

【００１５】また、プラスチックフィルム中に公知の添
加剤、例えば帯電防止剤、酸化防止剤、滑剤、着色防止
剤、紫外線吸収剤、可塑剤などが添加されていてもよ
い。

【００１６】本発明のプラスチックフィルムは、透明で
あることが好ましく、全光線透過率が少なくとも６０％
以上、さらに好ましくは７０％以上、最も好ましくは８
０％以上であることが望ましい。また、酸化アルミニウ
ムの形成に先立ち、プラスチックフィルムは公知の表面
処理、例えばコロナ処理、プラズマ処理、グロー放電処
理、粗面化処理や有機物、無機物あるいはこれらの混合
物のアンカーコート処理が施されても良い。

【００１７】蒸着層としてはアルミニウム、錫、亜鉛、
銅などの酸化物または珪素酸化物等が考えられるが、本
発明による透明性向上効果およびガスバリアー性を考慮
した場合、酸化アルミニウムで形成することが必要であ
る。真空蒸着法としては、加熱蒸着法、スパッタリン
グ、イオンプレーティング法等の公知の手法において可
能である。工業的には、通常、連続巻取式が採用される
が、枚葉式でも可能である。蒸着厚みは必要特性におい
て任意に設定可能であるが、蒸着膜厚は５〜２００ｎｍ
の範囲に設定することが望ましい。５ｎｍ未満では、ガ
スバリアー性が不十分となる恐れがあり、２００ｎｍを
超えると内部歪みが増加する恐れがある。

【００１８】酸化アルミニウム形成後の全光線透過率
は、蒸着加工前のベースプラスチックフィルムのそれを
１００％とした場合、９０〜９５％の範囲で形成するこ
とが不可欠である。これが９０％未満の場合、後工程に
おいてガスバリアー性樹脂の水溶液または水分散液から
なるコーティング剤を用いて保護膜を形成しても蒸着膜
の透明性向上が不十分であり、蒸着加工前のベースプラ
スチックフィルムと同等の全光線透過率に至らない。ま
た、９５％を超えると、同様に保護膜を形成しても顕著
なガスバリアー性向上効果が得られない。この要因とし
ては、蒸着膜質の絶対量に対し不完全酸化部分が少ない
ため、保護層を形成する過程において不完全酸化部分の
水酸化あるいは酸化を促進させ体積膨張をさせても生成
膜の欠陥部分を充分に充填できないためと考えられる。

【００１９】保護層を形成するコーティング剤はガスバ
リアー性樹脂の水溶液もしくは水分散液である必要があ
る。これは蒸着生成膜に存在する不完全酸化部分を蒸着
加工前のプラスチックフィルムと同等の全光線透過率に
向上させるためには、溶液が水系であることが不可欠で
あることによる。仮にコーティング剤の溶媒にメチルエ
チルケトン、酢酸エチル、トルエン等の有機溶剤を使用
した場合は、保護層の形成後の全光線透過率は蒸着加工
前のベースプラスチックフィルムのレベルには回復しな
い。

【００２０】本発明において、保護層を構成するガスバ
リアー性樹脂は、１０μｍの膜にした場合、酸素透過率
（単位ｃｃ／ｍ²／ｄａｙ）および水蒸気透過率（単位
ｇ／ｍ²／ｄａｙ）の少なくとも一方が１００以下の樹
脂であることが必要である。ガスバリアー性樹脂の代表
的なものとしてはポリビニルアルコール、ＥＶＯＨ、及
びポリ塩化ビニリデン樹脂等が挙げられる。

【００２１】本発明で蒸着生成膜を形成した酸化アルミ
ニウム蒸着フィルムに上記のような保護膜を形成するこ
とにより、透明性およびガスバリアー性は向上する。し
かしながら蒸着生成膜に存在する不完全酸化部分を透明
化し体積膨張させてもすべての生成膜欠点部分の充填が
可能な訳ではない。従って、この欠陥をさらにコーティ
ング樹脂により充填もしくは覆うことにより理論値以上
のガスバリアー性が得られる。一般的には保護層を形成
する樹脂層固有のガスバリアー性に大きく依存するが、
本発明のガスバリアー性を有する保護層を形成すること
により、理論値に比べて遥か薄膜の保護層でも飛躍的に
ガスバリアー性が向上することを見出した。

【００２２】本発明にあっては、全光線透過率がベース
プラスチックフィルムのそれを１００％としたとき１０
０％以上である透明ガスバリアー性フィルムとする必要
がある。これにより、透明性の高い品位のよい透明ガス
バリアー性フィルムが提供される。

【００２３】保護層厚みは０．１μｍ以上であれば、ガ
スバリアー性向上効果はみられる。ただし、印刷時の高
次加工における耐擦過性を考慮した場合、０．５μｍ以
上の厚みで形成することが望ましい。保護層の形成方法
は、制限を受けないが、通常のロールコーティング法が
好ましく用いられる。

【００２４】本発明によれば、酸素透過率（単位ｃｃ／
ｍ²／ｄａｙ）および水蒸気透過率（単位ｇ／ｍ²／ｄａ
ｙ）が共に１以下であり、且つ透明性に優れた透明ガス
バリアー性フィルムが得られる。

【００２５】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明は、これらの実施例に限定されるものではな
い。なお、実施例および比較例における各特性はつぎの
測定機器を用いて測定した。（１）酸素透過率ＪＩＳＫ７１２６Ｂ法に準じて、酸素透過率測定装置
ＭＯＣＯＮ社製ＯＸ−ＴＲＡＮＳＭを用いて測定し
た。（２）水蒸気透過率ＪＩＳＫ７１２９Ｂ法に準じて、水蒸気透過率測定装
置ＭＯＣＯＮ社製ＰＥＲＭＡＴＲＡＮＴＷＩＮを用い
て測定した。（３）全光線透過率積分球式ヘイズメーター（日本精密光学社製ＳＥＰーＨ
ーＳ）を使用市、白色光線（ＪＩＳＺ８７０１で規定
されるＡ光）での透過率を測定した。（４）蒸着層・保護層厚み日立製作所社製透過型電子顕微鏡Ｈ−６００型にて厚み
測定を行った。

【００２６】［実施例１］東レ株式会社製１２μｍの二
軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に連
続式真空蒸着装置を用いて反応蒸着にて３００ｍ／分の
加工速度で厚み２０ｎｍの酸化アルミニウム膜を単位時
間当たりの平均アルミニウム蒸発量Ａ［モル／分］と酸
素ガス導入量［モル／分］の比において、Ｂ／Ａ＝０．
５とし、８ｌ／分の酸素導入量条件で形成した。すなわ
ち機外から導入する酸素量を理論量より下回ったレベル
とし、蒸着後の外観の外観において若干褐色が残る蒸着
膜をベースプラスチックフィルム全光線透過率比９１％
で形成した。しかる後に蒸着生成膜上にユニチカ株式会
社製水分散型ポリエステル樹脂ＫＺＡ６０３４を０．２
μｍの乾燥厚みで積層した。［実施例２］実施例１と同様にして酸化アルミニウム膜
を形成後、蒸着生成膜上に日本合成化学工業株式会社製
水溶性ＥＶＯＨ樹脂ソアノール１６Ｄを０．２μｍの乾
燥厚みで積層した。［実施例３］実施例１と同様にして酸化アルミニウム膜
を形成後、蒸着生成膜上に呉羽化学工業株式会社製水分
散型塩化ビニリデン共重合体Ｄ８１８を０．２μｍの乾
燥厚みで積層した。

【００２７】［実施例４］東レ株式会社製１２μｍの二
軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に連
続式真空蒸着装置を用いて反応蒸着にて３００ｍ／分の
加工速度で厚み２０ｎｍの酸化アルミニウム膜を単位時
間当たりの平均アルミニウム蒸発量Ａ［モル／分］と酸
素ガス導入量［モル／分］の比において、Ｂ／Ａ＝０．
６とし、８ｌ／分の酸素導入量条件で形成した。すなわ
ち機外から導入する酸素量を理論量より下回ったレベル
とし、蒸着後の外観の外観において若干褐色が残る蒸着
膜をベースプラスチックフィルム全光線透過率比９４％
で形成した。しかる後に蒸着生成膜上に実施例１と同様
にして保護層を積層した。

【００２８】［比較例１］実施例１と同様にして酸化ア
ルミニウム膜を形成後、蒸着生成膜上に東洋紡績株式会
社製有機溶剤型ポリエステル樹脂バイロン２００を０．
２μｍの乾燥厚みで積層した。

【００２９】［比較例２］東レ株式会社製１２μｍの二
軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に連
続式真空蒸着装置を用いて反応蒸着にて３００ｍ／分の
加工速度で厚み２０ｎｍの酸化アルミニウム膜を形成し
た。この時機外から導入する酸素量を理論量より下回っ
たレベルとし、蒸着後の外観の外観において若干褐色が
残る蒸着膜をベースプラスチックフィルム全光線透過率
比８５％で形成した。しかる後に蒸着生成膜上に実施例
１と同様にして保護層を積層した。

【００３０】［比較例３］東レ株式会社製１２μｍの二
軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に連
続式真空蒸着装置を用いて反応蒸着にて３００ｍ／分の
加工速度で厚み２０ｎｍの酸化アルミニウム膜を形成し
た。この時機外から導入する酸素量をほぼ理論量とし、
蒸着後の外観の外観においてほぼ無色透明の蒸着膜をベ
ースプラスチックフィルム全光線透過率比９９％で形成
した。しかる後に蒸着生成膜上に実施例１と同様にして
保護層を積層した。

【００３１】実施例１〜４および比較例１〜３で得られ
た積層フィルムについての特性値を表１に示した。

【００３２】

【表１】表１において比較例１は、水系溶媒ではなく、有機溶剤
を溶媒とするコーティング剤により形成された保護層で
あるため、保護層形成後の透明性及びガスバリアー性の
向上効果が小さい。比較例２では蒸着生成後の全光線透
過率が本発明の規定範囲を下回るため、保護膜形成後で
あっても全光線透過率がスプラスチックフィルム以上に
回復しない。比較例３では蒸着生成後の全光線透過率が
本発明の規定範囲を上回るため保護層形成後においても
ガスバリアー性の向上効果は見られない。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、特定の酸
化アルミニウム蒸着膜を形成後、同蒸着生成膜上にガス
バリアー性樹脂の水溶液もしくは水分散液のコーティン
グにより保護層を形成することにより、蒸着前プラスチ
ックフィルムと同等以上の全光線透過率を有すると共に
優れたガスバリアー性を有する透明ガスバリアー性フィ
ルムを製造することが可能になった。

フロントページの続きＦターム(参考） 4F100 AA19B AK01C AK42 AT00A BA03 BA07 BA10A BA10C EH66B GB15 JA20C JD02 JD02C JM02B JN01 JN08B YY00 YY00B YY00C

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースプラスチックフィルムの全光線透過
率を１００％としたとき、酸化アルミニウム蒸着後の全
光線透過率をを９０〜９５％の範囲でベースプラスチッ
クフィルムに酸化アルミニウム蒸着層を形成した蒸着フ
ィルムの蒸着層上に、１０μｍの膜にした場合、酸素透
過率（単位ｃｃ／ｍ²／ｄａｙ）および水蒸気透過率
（単位ｇ／ｍ²／ｄａｙ）の少なくとも一方が１００以
下のガスバリアー性樹脂の水溶液もしくは水分散液のコ
ーティングにより保護層を形成してなる、全光線透過率
がベースプラスチックフィルムのそれを１００％とした
とき１００％以上である透明ガスバリアー性フィルム。
【請求項２】酸素透過率（単位ｃｃ／ｍ²／ｄａｙ）お
よび水蒸気透過率（単位ｇ／ｍ²／ｄａｙ）が共に１以
下であることを特徴とする請求項１記載の透明ガスバリ
アー性フィルム。
【請求項３】保護層の厚みが１μｍ以下であることを特
徴とする請求項１または２に記載の透明ガスバリアー性
フィルム。