JP2004068159A - 多層バリヤ層を作製するための高速処理法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 化学的気相蒸着によって交互の層を堆積させる方法であって、基材の上に接着促進層を堆積させる処理ステップとバリヤ層を堆積させる処理ステップを含み、交互の層は交互に堆積される有機と無機の材料を含み、この方法では接着促進層を堆積させるコーティング時間が0.05秒と4.0秒の間であり、かつ/または無機のバリヤ層を堆積させるコーティング時間が0.1秒と6.0秒の間であり、複合材料もやはりこの方法を使用して作製される。
【選択図】図1
Description
コーティング処理に対する改善は処理パラメータの電力、圧力および時間を使用する慣例的な方式で実行される。
1.ストレッチ式ブロー成形
2.コーティング
3.充填
都合のよい改良点はそれぞれに付随する従属請求項で与えられる。
極めて平滑な無機層と極めて平滑な有機層の両方は共に、適切に選択された処理パラメータによって堆積されることが可能となる。同じ日付で本出願人によって「Process for producing smooth barrier layers and composite material with smooth barrier layer」というタイトルで出され、出願人の参照番号02SGL0184DEP(出願番号は正式の参考資料が入手された後に加えられるであろう)を有する出願で、出願人は極めて平滑なバリヤの交互の層を作成する装置と方法を提案している。ここでその全文を本出願に参考資料で取り入れる。
本発明による方法では、マイクロ波によって発生するプラズマが層の堆積に使用されることが好都合である。この背景で、2.45GHzの周波数を備えたマイクロ波を使用することが好ましい。さらに、マイクロ波によって発生するプラズマがパルス化される用意もある。
他方で、パルス間周期が長すぎる場合、未消費の処理ガスの比率が上昇する。本発明によると、全体的な流量が増大するにつれてランス長は短くなる。ランス長はコーティング対象の中空体の高さの5%から80%、好ましくは10%から50%である。
特に、第1の有機接着促進層の堆積のための前駆体濃度が全体流の5%から80%の範囲にあり、かつ/または第2の無機バリヤ層の堆積のための前駆体濃度が全体流の0.5%から4%の範囲、好ましくは0.8%と3%の間にあるように用意される。
このケースでは、特に優れたコーティング特性は、多重層として知られている多重交互層で達成されることが可能である。
処理の制御のための可能な選択肢を広げるため、および相乗効果を活用するのを可能にするために、処理パラメータの組合せを変えるさらなる用意がある。
本方法に加えて、本発明はまた、単一の前駆体ガスから堆積された有機材料と無機材料で交互に構成された交互の層を有する複合材料も含む。
さらに、コーティングした基材上で書き込まれた表示または他のそのような構成をカバー層が有することもあり得る。
以下に、範例となる実施形態を基に、添付の図面を参照して本発明を説明する。
ポリエチレンテレフタレート(PET)で作製され、充填容積0.4Lを備えたボトルが外側を50mbarの圧力まで排気され、同時に内側を初期的に0.1mbarを下回る基底圧力までポンプ排気される。
その後、酸素とヘキサメチルジシラザン(HMDSN)の混合物が0.3mbarの圧力でボトルの内部に入る。
最初に、1秒未満のコーティング時間、40%のHMDSN濃度、および全体流量40sccmで第1の10nmの厚さの有機バリヤ層が堆積される。
これに続いて低い方のHMDSN濃度1.2%へと急速なガス変更が為される。同じ所定の圧力で第2の無機バリヤ層が堆積される。
酸素流量が増すにつれて、第2の無機層の堆積速度は大幅に改善されることが可能である。
表1は第2の無機層について試験した処理パラメータの選択を示しており、そこで第1の層と第2の層を含む複合材料は高いバリヤ作用に結びつく。
データから、酸素流量が100sccmであり、パルス間周期が50msであり、かつランス長が102mmである処理1で86nm/minの堆積速度が達成されることを理解することができる。
したがって、コーティング時間は有意に削減されることが可能である。
未コーティングボトルの透過率は0.1955cm3/(パッケージ・日・bar)である。コーティングしたボトルの透過率は使用した測定装置Mocon−Oxtranの分解能限界に到達しないほど低い。
これらの層は、以下のクリープ試験によって示されるように、極めて優れた接着性と引っ張りに対する耐性を有する。
有機層と無機層を交互に有する交互層を堆積させるために第1の範例実施形態の処理が数度繰り返される。
有機のバリヤ層が堆積された後、急速なガス交換が行われ、無機のバリヤ層が堆積され、さらなるガス変更が行われ、その間で有機層のコーティングパラメータが確立される。
結晶PETから作製され、0.5Lの容積を有するHOT−FILLボトルが実施例1の処理2で使用したのと同じ処理パラメータを使用してコーティングされる。このケースでは、HOT−FILLボトルという用語は慣習的であり、高温の液体で充填されることが可能であって、85℃と95℃の間の液体で充填されるときに実質的にサイズ変化を受けないボトルを意味する。
しかしながら、変化したボトル形状のせいで堆積速度は変わる。
このケースの結果は、負荷試験の後のO2−BIFで9である。この試験は層の剥離が観察されず、高温充填の後も優れたバリヤ作用が保たれるので、本コーティングが高温充填に耐えられることを示す。
実施例1の処理2と同じ処理パラメータを使用してポリプロピレン(PP)で作製され、充填容積0.6Lを有するボトルをコーティングする。変化したボトル形状のせいで堆積速度は変わった。
Claims (39)
- 化学的気相蒸着によって交互の層を堆積させるための方法であって、基材上に有機の接着促進層を堆積させ、かつ無機のバリヤ層を堆積させる処理ステップを含み、有機材料と無機材料の交互の
層が交互に堆積され、有機の接着促進層が第1の層として堆積されてかつ無機のバリヤ層が第2の層として堆積され、有機の接着促進層の堆積のためのコーティング時間が0.05秒と4.0秒の間にあり、かつ/または無機のバリヤ層の堆積のためのコーティング時間が0.1秒と6.0秒の間にある方法。 - 交互の層が、少なくとも1つ、好ましくは少なくとも2つの処理パラメータを変えることによって堆積される、請求項1に記載の方法。
- 好ましくは2.45GHzの周波数を有するマイクロ波によって発生するプラズマが層の堆積のために使用される、請求項1または2のいずれか1項に記載の方法。
- マイクロ波によって発生するプラズマがパルス化される、請求項3に記載の方法。
- 交互の層がPECVD(プラズマ励起式化学的気相蒸着)法によって堆積される、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
- 変更される処理パラメータが、前駆体濃度、平均マイクロ波電力、圧力、合計流量、パルス電力、パルス長およびパルス間周期の持続時間で構成されるグループから選択される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
- 有機の接着促進層の堆積のための前駆体濃度が合計流の5%から80%の範囲にあり、かつ/またはバリヤ層の堆積のための前駆体濃度が全体流の0.5%から4%の範囲、好ましくは0.8%と3%の間にある、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。
- 有機層のためのパルス間周期が2msから100msの範囲、好ましくは5msと60msの間にあり、無機層については5msと200msの間、好ましくは20msと50msの間にある、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
- 有機層のためのパルス電力が100Wから5000Wの範囲、好ましくは400Wから1500Wの範囲にあり、かつ/または第2の無機層のためのパルス電力が100Wから5000Wの範囲、好ましくは400Wから1500Wの範囲にある、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
- 有機層のための平均マイクロ波電力が10Wから5000Wの範囲、好ましくは10Wから500Wの範囲にあり、かつ/または無機層のための平均マイクロ波電力が10Wから5000Wの範囲、好ましくは30Wから2000Wの範囲にある、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
- 基材が、好ましくは同時に、外側で圧力P1まで排気され、内側で基底圧力P2<P1までポンプ排気される中空体であって、圧力P1が特に10から50mbarの範囲にあり、基底圧力P2が特に1mbar未満、好ましくは0.5mbar未満にある、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
- 前駆体を含むガス混合物が、P2<P3<P1であり、圧力P3が特に0.2mbarから1.0mbarの範囲にある場合に圧力P3で基材の内部に入る、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。
- 無機バリヤ層の堆積の間の全体流および/または基材の内部の圧力P3が、有機の接着促進層の堆積の間の全体流および/または基材の内部の圧力P3と少なくとも等しく、かつ特定するとそれらよりも高い、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の方法。
- 第1の有機層のための圧力P3が0.1mbarから1.0mbarの範囲、好ましくは0.2mbarから0.5mbarの範囲にあり、かつ第2の無機層については0.1mbarから1.0mbarの範囲、好ましくは0.25mbarから0.6mbarの範囲にある、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の方法。
- ランス長が、コーティング対象の基材の高さの5%から80%の範囲、好ましくは10%から50%の範囲にある、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の方法。
- 有機の接着促進層のための全体流量が10sccmから250sccmの範囲、好ましくは40sccmから100sccmの範囲にあり、かつ無機層のための全体流量が200sccmから1000sccmの範囲、好ましくは250sccmから400sccmの範囲にある、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の方法。
- 層のための処理ガスが各々のケースで、プラズマの着火直前の圧力P5よりも高い圧力P4にあることを許容される、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の方法。
- 処理圧力が、層の堆積の間で次の層の堆積を開始するまで下がり続ける、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の方法。
- コーティングの堆積の間で温度が上昇し続ける、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の方法。
- 2つのコーティング工程の移行時に処理パラメータが変化している間でラズマが灯り続ける、請求項1乃至19のいずれか1項に記載の方法。
- 移行時にプラズマが中断され、それが特に0から1.0秒の範囲、好ましくは0.005秒と0.5秒の間であり、2つのコーティング工程の間の移行時に処理パラメータが変更されている、請求項1乃至19のいずれか1項に記載の方法。
- パルス化されたプラズマについて、移行時間がパルス間周期よりも長い、請求項1乃至21のいずれか1項に記載の方法。
- コーティングを堆積させる前に、持続時間が5秒を下回る、好ましくは1秒を下回るプラズマ前処理が実行される、請求項1乃至22のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの処理パラメータが連続的に変えられる、請求項1乃至23のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの処理パラメータが不連続的に変えられる、請求項1乃至24のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの処理パラメータが、一部は連続的に、かつ一部は不連続的に変えられる、請求項1乃至25のいずれか1項に記載の方法。
- バリヤ作用が拡散径路を長くすることによって達成される、請求項1乃至26のいずれか1項に記載の方法。
- ガス混合物が、酸素と、少なくとも1種類のシリコン含有有機化合物、好ましくはヘキサメチルジシラザン(HMDSN)および/またはヘキサメチルジソロキサン(HMDSO)を含む、請求項1乃至27のいずれか1項に記載の方法。
- 第1の層と第2の層を堆積させる処理工程が繰り返される、請求項1乃至28のいずれか1項に記載の方法。
- 交互の層が誘電性材料の上に堆積される、請求項1乃至29のいずれか1項に記載の方法。
- 交互の層がプラスティックの上に堆積される、請求項30に記載の方法。
- 有機層については堆積速度が120nm/minから5000nm/minの範囲、好ましくは500nm/minから2000nm/minの範囲であり、かつ/または無機層については堆積速度が60nm/minから2000nm/minの範囲、好ましくは100nm/minから1000nm/minの範囲である、請求項1乃至31のいずれか1項に記載の方法。
- 基材と、有機と無機のコーティングを含む少なくとも1つの交互層を含む複合材料であって、請求項1乃至32のいずれか1項に記載の方法を使用して堆積される複合材料。
- コーティングされていないがそれ以外は同一である材料と比較すると、増大したバリヤ作用および/または増大した接着性、増大した伸縮性、圧縮負荷条件下の層‐基材複合体の増大した機械的安定性および/または引き伸ばし負荷条件下の増大した機械的安定性および/または負荷時とその後の塑性変形によって見分けられる、請求項33に記載の複合材料。
- 4%を超える長さ変化を伴う引っ張りおよび/または塑性変形の後に、バリヤの向上は維持され、酸素バリヤの向上は1.5を超える因数、好ましくは2.0を超える因数である、請求項34に記載の複合材料。
- 有機の接着促進層が1nmから200nmの厚さ、好ましくは2nmから50nmの厚さを有し、かつ/または無機のバリヤ層が5nmから200nmの厚さ、好ましくは5nmから50nmの厚さを有する、請求項33または35のいずれか1項に記載の複合材料。
- 特に、高温充填によって引き起こされる温度負荷が加わるときに熱的に安定な、請求項33乃至36のいずれか1項に記載の複合材料。
- 有機と無機のコーティングを有する少なくとも1つの交互層に加えてカバー層を含む、請求項33乃至37のいずれか1項に記載の複合材料。
- 実質的に透明である、請求項33乃至37のいずれか1項に記載の複合材料。
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