JP2003285844A

JP2003285844A - プラスチック容器

Info

Publication number: JP2003285844A
Application number: JP2002090777A
Authority: JP
Inventors: Manabu Tsujino; 学辻野; Toshiaki Kakemura; 敏明掛村; Hiroto Kashima; 浩人鹿島; Takekuni Seki; 関　　武邦; Takeyuki Matsuoka; 建之松岡
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、簡単な構成で、酸素や水蒸気等に
対する優れたバリア性やリサイクル性が確保できると共
に、低コストでも得られるようにしたプラスチック容器
の提供を目的とする。【解決手段】プラスチック容器を構成するプラスチック
製容器本体の内表面または外表面の少なくとも一方にセ
ラミック薄膜が形成してある。このセラミック薄膜は１
ｍｍ以上３０ｍｍ以下の間隙を設けた電極間に発生させ
た大気圧低温プラズマを用いてプラスチック製容器本体
の内表面または外表面の少なくとも一方に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリエステルやポ
リオレフィン等のプラスチックからなる容器本体の内表
面または外表面の少なくとも一方にセラミック薄膜を設
けてなり、特にその酸素や水蒸気等に対するガスバリア
性を向上させたプラスチック容器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】包装容器としては、金属缶、ガラスビ
ン、各種プラスチック容器等が使用されているが、その
中で軽量性や耐衝撃性、さらにはコストの点からプラス
チック容器が各種の用途に広く使用されてきている。し
かしながら、金属缶やガラスビンでは容器壁を通しての
酸素透過がほぼゼロであるのに対して、プラスチック容
器の場合には器壁を通しての酸素透過が無視できないオ
ーダーで生じ、内容物の保存性の点で問題となってい
る。そこで、プラスチック容器においては、例えば、容
器壁を多層構造とし、その内の少なくとも一層を構成す
るプラスチックとして、エチレン−ビニルアルコール共
重合体等の耐酸素透過性を有するプラスチックが用いら
れている。また、容器内の酸素を除去するための脱酸素
剤も古くから使用されているが、これを容器の壁材中に
適用して酸素の透過を防止した例として、特公昭６２−
１８２４号公報に記載の発明がある。すなわち、包装用
構造物を、酸素透過性を有するプラスチックに還元性物
質を主剤とする脱酸素剤を配合して成る層と、酸素ガス
遮断性を有する層との積層した構成とすることにより、
容器内部が高度な無酸素状態に保たれるようにしたもの
である。しかしながら、これらの方法を用いると製造工
程が複雑になり、材料コストが上がり、さらには得られ
たプラスチック容器のリサイクル性も劣るという問題点
があった。そこで、これに対して、生産性が高く、材料
コストも安価で、さらにはリサイクル性に障害を与えな
い、バリア性に優れるプラスチック容器やバリア性薄膜
コートの開発が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
状況に鑑みなされたものであり、簡単な構成で、酸素や
水蒸気等に対するバリア性やリサイクル性に優れ、かつ
低コストで得られるプラスチック容器の提供を目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような目的
を達成するためになされたものであり、請求項１に記載
の発明は、プラスチック製容器本体の内表面または外表
面の少なくとも一方にセラミック薄膜が形成してあり、
このセラミック薄膜は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の間隙を
設けた電極間に発生させた大気圧低温プラズマを用いて
コーティングしたものであることを特徴とするプラスチ
ック容器である。

【０００５】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
記載のプラスチック容器において、セラミック薄膜が酸
化珪素、ダイアモンドライクカーボンまたはアルミナの
いずれかを主成分とすることを特徴とする。

【０００６】さらにまた、請求項３に記載の発明は、請
求項１または請求項２に記載のプラスチック容器におい
て、セラミック薄膜の膜厚が、１０ｎｍ以上１００ｎｍ
以下であることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す一実施
形態により説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
プラスチック容器の概略の断面構成を一部を拡大して示
したものである。このプラスチック容器は、プラスチッ
クをカップの形状に成形してなる容器本体２の内表面に
セラミック薄膜１がコーティングされた積層構成となっ
ている。本発明においては、セラミック薄膜は容器本体
の内表面のみに限定して設ける必要はなく、容器の使用
形態等を考慮して、その外表面に設けても、あるいは内
表面と外表面の両方に設けてもよい。

【０００８】従来の一般的なカップ状プラスチック容器
では、容器全体としてのバリア性を向上させるため、ガ
スバリア層を含む多層構造を用いたり、容器内の酸素除
去のための脱酸素剤を使用したりと、複雑な構造をとっ
ているが、本発明のプラスチック容器においては、その
内表面または外表面の少なくとも一方にセラミック薄膜
をコーティングするだけの簡単な構造で容器全体のバリ
ア性を向上することができる。また、内表面にセラミッ
ク薄膜をコーティングした場合には、内容物の低吸着性
をも向上させることが可能となる。

【０００９】容器本体２を構成するプラスチックとして
は、本発明のプラスチック容器の骨格を形作れるもので
あればよく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リエチレンナフタレートなどのポリエステル、ポリエチ
レンやポリプロピレンなどのポリオレフィンなどを用い
ることができる。これらのプラスチックを使用してプラ
スチック製の容器本体を形成するに当たっては、射出成
形、中空成形、圧空成形等の一般的な成型方法を用いれ
ばよい。

【００１０】一方、容器状に成形されたプラスチックか
らなる容器本体２の内表面や外表面に設けるセラミック
薄膜のコーティング方法としては、３次元形態の容器本
体表面に均一に、しかも低コストでセラミック薄膜をコ
ーティングすることができることから、低温プラズマを
利用したプラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ
リング法、イオンプレーティング法などが挙げられる。

【００１１】これらのコーティング方法において必要と
される低温プラズマ状態は、従来、低圧下での安定的な
グロー放電を利用した低圧グロー放電プラズマ装置が用
いられていた。この低圧グロー放電プラズマ装置は、高
真空装置が必要で、装置も大がかりで、複雑な周辺機器
が必要になってくる。また、工業的な製造設備を考える
場合、高真空度の必要は装置コストが高くなるだけでは
なく、生産速度にも重大な欠点を有している。そのた
め、工業化においてはこの様な低圧グロー放電プラズマ
装置を利用したコーティングはその使用面が極端に限定
されているのが現状である。

【００１２】これに対して、大気圧下で安定したプラズ
マ状態を生じさせることは従来は困難であった。つま
り、大気圧状態でグロー放電を安定に生じさせることは
従来は出来なかった。それらは以下の理由によることが
知られている。すなわち、大気圧状態は低電界では絶縁
体であるが、直流、交流、インパルス等の高電界を印加
すると絶縁破壊を起こし電流が流れるようになる（自続
放電）。このときの自続放電はコロナ放電、グロー放
電、アーク放電に分けられ、平等電界のときには自続放
電に移ると直ちに全路破壊し、グロー放電もしくはアー
ク放電に移行するが、不平等電界のときには、まず、電
界の強い局部のみ絶縁破壊がおこり、コロナ放電が起こ
る。そしてその後に電界をさらに強くすると全路破壊に
発展していくことになる。大気圧空気中では通常この全
路破壊に移行するとき、グロー放電を経ずに速やかにア
ーク放電に移行してしまうことが多い。これは、アーク
放電は入射イオンに起因する電極加熱による熱電子放出
（陰極起点の存在）であるが、高圧力では電極に入射す
るイオン数が低圧力時に比べて多いため、非常に短い時
間で電極が加熱され、熱電子放出されるようになるため
と考えられている。また、電流が２Ａ以下の場合には大
気圧下でグロー放電する場合も知られているが、制御性
が良くなく実用的ではない。従って、一般に溶接加工、
切断等の応用に用いられているのはアーク放電である。

【００１３】そのような中、大気圧でのグロー放電を安
定的に生じさせる試みが種々行われている。大気圧で安
定的にグロー放電させるためには、１．放電空間をＨｅで充満すること、２．電極間に（放電経路に）絶縁体を挿入すること、３．少なくとも一方の電極は針状もしくはブラシ状とす
ること、４．印加電界の周波数は３ｋＨｚ以上とすること、が必要条件として知られ、これを行うことにより比較的
安定に放電を行わせることが可能となっている。上記の
条件において、絶縁体を挿入することは放電がアーク放
電に移行しないようにするためであり、印加電界周波数
を３ｋＨｚ以上とすることは絶縁体を通して電流を流す
ためであり、また電極形状を針状もしくはブラシ状とす
ることは、電界を不均一電界とすることにより放電を開
始しやすいようにするためである。

【００１４】この様な知見に基づき大気圧状態において
安定的なグロー放電が可能になり、種々の分野でその活
発な応用研究開発が進められている。本発明も、上記の
如くに可能となった大気圧状態における安定的なグロー
放電による大気圧低温プラズマを利用したものであり、
三次元形態のプラスチック製容器本体表面のセラミック
薄膜を均一なものとし、しかも低コストでそれらを有す
るプラスチック容器が得られるようにした。

【００１５】以下、図２を参照して、大気圧低温プラズ
マ成膜装置の概略とそれを使用したカップ状プラスチッ
ク容器の内表面へのセラミック薄膜のコーティング方法
の一例を説明する。まず、カップ状に成形したプラスチ
ック容器本体３を高周波電源４に接続された下部電極５
上に載置した絶縁体６と上部電極８の下方に備え付けた
絶縁体９との間に挟んでセットする。このとき電極間に
できる間隙は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とする。これは、
この間隙が狭いほど放電開始の電圧を低く抑えることが
できるが、１ｍｍ未満では導入したガスが電極間で均一
に分散しないためプラズマの生成が不均一となり、１０
ｍｍを越えると放電開始の電圧が高くなってしまうため
である。次にガス供給ノズル７からヘリウム、アルゴン
などの不活性ガスと原料ガスを導入する。さらに、高周
波電源４から下部電極５に高周波を流して、上部電極８
と下部電極５の間にプラズマを発生させ、容器３の内表
面にセラミック薄膜をコーティングする。

【００１６】コーティングされるセラミック薄膜の材質
および厚みに制限はないが、高いバリア性が得られるこ
と、内容物の低吸着性が得られること、およびコーティ
ングが比較的容易にできることから酸化珪素薄膜、ダイ
ヤモンドライクカーボン薄膜、アルミナ薄膜またはアル
ミニウム薄膜とすることが特に望ましい。また、その厚
みは１０ｎｍ未満では酸素や水蒸気等のバリア性が低下
し、１００ｎｍを越えるとクラックが形成されるため、
１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下に設定することが好まし
い。また、不活性ガスとしては周期律表第０族元素から
なるガスが適用でき、具体的にはヘリウム、アルゴン、
ネオン及びキセノンなどが挙げられる。これらは単独で
あってもまた２種類以上混合して用いても良い。なおこ
の場合、同時に窒素あるいはアンモニアを共存させて処
理をしても構わない。上記混合ガス中における水素ガス
の混合量は、使用される混合ガスの組成や成膜圧力など
によって適宜決定すれば良く、特に限定されるものでは
ない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明のバリア性に優れるカップ状プ
ラスチック容器を具体的な実施例を挙げてさらに説明す
る。〈実施例１〉射出成形により、内容量２１０ｃｍ³、肉
厚０．８ｍｍのカップ状ポリプロピレン製容器本体を得
た。次に、容器本体を大気圧低温プラズマ成膜装置の高
周波電源の接続された下部電極および、アース電位の上
部電極に絶縁体をセットし、これらの絶縁体の間にカッ
プ状ポリプロピレン製容器本体を挟んでセットした。こ
のとき、電極間にできた間隙は５ｍｍであり、不活性ガ
スとしてはヘリウムを、原料ガスとしてはテトラエトキ
シシランを使用した。このような状態でグロー放電させ
ることにより発生させた大気圧プラズマを用いてカップ
状ポリプロピレン製容器本体の内表面に膜厚約８０ｎｍ
の酸化珪素薄膜をコーティングし、実施例１に係るカッ
プ状プラスチック容器を得た。続いて、得られたカップ
状プラスチック容器のフランジ部に蓋材をヒートシール
により熱接着した。この蓋材の構成はポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）／ポリエチレン／アルミニウム／
ポリプロピレンであり、各々の厚みは外表面のＰＥＴか
ら１２μｍ、３０μｍ、９μｍ、４０μｍであった。得
られたカップ状プラスチック容器の酸素バリア性をＭＯ
ＣＯＮ社製ＯＸＴＲＡＮにより測定したときの結果を表
１に示す。

【００１８】〈実施例２〉カップ状ポリプロピレン製容
器本体の内表面のセラミック薄膜をダイアモンドライク
カーボンにより膜厚を８０μｍで設けた以外は、実施例
１と同様の条件で実施例２に係るカップ状プラスチック
容器を作成した。得られた容器の酸素バリア性をＭＯＣ
ＯＮ社製ＯＸＴＲＡＮにより測定したときの結果を表１
に示す。

【００１９】〈実施例３〉カップ状ポリプロピレン製容
器本体の内表面のセラミック薄膜をアルミナにより膜厚
を８０μｍで設けた以外は、実施例１と同様の条件で実
施例３に係るカップ状プラスチック容器を作成した。得
られた容器の酸素バリア性をＭＯＣＯＮ社製ＯＸＴＲＡ
Ｎにより測定したときの結果を表１に示す。

【００２０】〈比較例１〉実施例１で使用したのと同様
のカップ状ポリプロピレン製容器本体になんら処理しな
いものをサンプルとし、酸素バリア性をＭＯＣＯＮ社製
ＯＸＴＲＡＮにより測定した。結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のプラス
チック容器は、大気圧低温プラズマを用いてコーティン
グしたセラミック薄膜をその内表面または外表面の少な
くともどちらかに有するという簡単な構造のもので、酸
素や水蒸気等に対するバリア性ならびにリサイクル性に
優れ、かつ低コストのものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施形態のカップ状プラスチック容器
の一部拡大断面構成図である。

【図２】本発明のカップ状プラスチック容器を製造する
ための大気圧低温プラズマ成膜装置の概略とその使用状
態の説明図である。

【符号の説明】

１・・・・・セラミック薄膜２・・・・・容器本体４・・・・・高周波電源５・・・・・下部電極６・・・・・絶縁体７・・・・・ガス供給管８・・・・・上部電極９・・・・・絶縁体１０・・・・排気口１１・・・・チャンバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関武邦東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内 (72)発明者松岡建之東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内Ｆターム(参考） 3E062 AA10 AC02 JA01 JA07 JA08 JB22 JB24 JC01 JD01 4F100 AA19A AA20A AA37A AD00A AK01B AK07 BA02 BA07 EJ61A GB16 JD02 JM02A 4K030 AA06 BA02 BA28 BA29 BA43 BA44 CA07 CA15 FA03 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチック製容器本体の内表面または外
表面の少なくとも一方にセラミック薄膜が形成してあ
り、このセラミック薄膜は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の間
隙を設けた電極間に発生させた大気圧低温プラズマを用
いてコーティングしたものであることを特徴とするプラ
スチック容器。
【請求項２】セラミック薄膜が、酸化珪素、ダイアモン
ドライクカーボンまたはアルミナのいずれかを主成分と
することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック容
器。
【請求項３】セラミック薄膜の膜厚が、１０ｎｍ以上１
００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載のプラスチック容器。