JP2009248557A - Gas barrier laminated film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラスチックフィルムからなる基材上に蒸着膜を設けたガスバリア性積層フィルムにおいて、ガスバリア性が一層向上された積層フィルムに関する。 The present invention relates to a laminated film in which a gas barrier property is further improved in a gas barrier laminated film in which a vapor deposition film is provided on a substrate made of a plastic film.
ガスバリア性積層フィルムは、主に、内容物の品質を変化させる原因となる酸素や水蒸気等の影響を防ぐために、食品や医薬品等の包装材料として用いられたり、液晶表示パネルやEL表示パネル等に形成されている素子が、酸素や水蒸気に触れて性能劣化するのを避けるために、電子デバイス等のパッケージ材料として用いられている。
このようなガスバリア性積層フィルムのうち、化学気相成長法(CVD)により形成された酸化ケイ素(SiOx)蒸着膜又は炭素含有酸化ケイ素(SiOxCz)蒸着膜を有するものが知られているが(特許文献1〜3)、要求されるガスバリアレベルの高まりに伴い、一層高いガスバリア性を示し得る積層フィルムが求められている。
Gas barrier laminated films are mainly used as packaging materials for foods and pharmaceuticals in order to prevent the influence of oxygen and water vapor, which cause changes in the quality of contents, and are used in liquid crystal display panels and EL display panels. In order to prevent the formed element from deteriorating performance due to contact with oxygen or water vapor, it is used as a packaging material for electronic devices and the like.
Among such gas barrier laminate films, those having a silicon oxide (SiO x ) vapor deposition film or a carbon-containing silicon oxide (SiO x C z ) vapor deposition film formed by chemical vapor deposition (CVD) are known. However, as the required gas barrier level increases, a laminated film that can exhibit higher gas barrier properties is demanded.
上記要求に対し、ケイ素を主成分とする蒸着膜中に窒素を含ませることによって、窒素を含有しない酸化ケイ素蒸着膜又は炭素含有酸化ケイ素蒸着膜に比べて、より緻密な膜が得られ、酸素ガス及び水蒸気に対するバリア性が向上することが見出された。しかしながら、酸素に比べ、窒素を蒸着膜中に混入させることは技術的に困難であり、製造面で種々の問題が発生する。例えば、特許文献4には、窒化ケイ素(SiNy)からなる蒸着膜を形成するために、アンモニアガスと共にシランガスのような有毒性の原料を用いることが記載されているが、このような製造方法は、安全対策の問題から、ロールトゥロール方式によるような大型蒸着機に適用することはできなかった。
本発明は、酸素ガス及び水蒸気に対して高いバリア性を示し、且つ危険な原料を使用せずに効率よく大量生産することができるガスバリア性積層フィルムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a gas barrier laminate film that exhibits high barrier properties against oxygen gas and water vapor and can be efficiently mass-produced without using dangerous raw materials.
本発明者らは、種々のガスバリア性積層フィルムの構成を模索し、鋭意研究の結果、上記課題を達成するために必要な条件を見出した。
具体的には、プラスチックフィルムからなる基材の一方の面に、ケイ素化合物蒸着膜を積層したガスバリア性積層フィルムであって、該ケイ素化合物蒸着膜の上にさらにガスバリア性塗布膜を設け、且つ、該ケイ素化合物蒸着膜の組成が、SiOxNyCz{0.4<x<1.0、0.3<y<1.5、1.0<z<2.0、0.1<y/(x+y+z)<0.5}であることを特徴とするガスバリア性積層フィルムは、極めて高いガスバリア性を示し、且つロールトゥロール方式で効率よく製造することができた。
また、上記ガスバリア性積層フィルムを構成するケイ素化合物蒸着膜を、プラズマ化学気相成長法により基材上に積層することにより、緻密な膜質が得られ、極めて高いガスバリア性を示すことができる。
The present inventors have sought the structure of various gas barrier laminate films and, as a result of intensive studies, have found the conditions necessary to achieve the above-mentioned problems.
Specifically, a gas barrier laminated film in which a silicon compound vapor-deposited film is laminated on one surface of a substrate made of a plastic film, and further provided with a gas barrier coating film on the silicon compound vapor-deposited film, and The composition of the silicon compound vapor-deposited film is SiO x N y C z {0.4 <x <1.0, 0.3 <y <1.5, 1.0 <z <2.0, 0.1 <y / (x + y + z) <0.5} The gas barrier laminate film exhibited an extremely high gas barrier property and could be efficiently manufactured by a roll-to-roll method.
Further, by laminating the silicon compound vapor deposition film constituting the gas barrier laminated film on the substrate by the plasma chemical vapor deposition method, a dense film quality can be obtained and an extremely high gas barrier property can be exhibited.
また、一般式R1 nM(OR2)m(式中、R1、R2は炭素数1〜8の有機基であり、Mは金属原子であり、nは0以上の整数であり、mは1以上の整数であり、n+mはMの原子価である)で表される1種又はそれ以上のアルコキシドと、ポリビニルアルコール及び/又はエチレン・ビニルアルコールとをゾルゲル法によって加水分解し、重縮合して得られるガスバリア性組成物を塗布し乾燥させてなるガスバリア性塗布膜は、本発明のガスバリア性積層フィルムを構成するケイ素化合物蒸着膜の膜質との相性がよく、該ケイ素化合物蒸着膜上で優れたガスバリア性を発揮する。 Further, in the general formula R 1 n M (OR 2) m ( wherein, R 1, R 2 is an organic group having 1 to 8 carbon atoms, M is a metal atom, n is an integer of 0 or more, m is an integer of 1 or more, and n + m is a valence of M), and polyvinyl alcohol and / or ethylene / vinyl alcohol are hydrolyzed by a sol-gel method. The gas barrier coating film obtained by applying and drying the gas barrier composition obtained by condensation has good compatibility with the film quality of the silicon compound deposited film constituting the gas barrier laminated film of the present invention. Exhibits excellent gas barrier properties.
さらに、本発明は、上記ガスバリア性積層フィルムの製造方法を提供する。具体的には、プラスチックフィルムからなる基材の一方の面にケイ素化合物蒸着膜を積層する工程、及び該ケイ素化合物蒸着膜上にガスバリア性塗布膜を形成する工程からなるガスバリア性積層フィルムの製造方法であって、前記ケイ素化合物蒸着膜を積層する工程において、少なくとも1種の有機ケイ素化合物からなる成膜用モノマーガス、該成膜用モノマーガスと反応する窒素含有ガス、及び不活性ガス、を含有する成膜用混合ガス組成物を使用し、前記ケイ素化合物蒸着膜の組成がSiOxNyCz{0.4<x<1.0、0.3<y<1.5、1.0<z<2.0、0.1<y/(x+y+z)<0.5}となるように、該成膜用混合ガス組成物の組成比を調整することを特徴とする、上記製造方法を提供する。
さらに、本発明において、上記製造方法は、ロールトゥロール方式で行うことができる。
Furthermore, this invention provides the manufacturing method of the said gas-barrier laminated | multilayer film. Specifically, a method for producing a gas barrier laminated film comprising a step of laminating a silicon compound vapor-deposited film on one surface of a substrate made of a plastic film, and a step of forming a gas barrier coating film on the silicon compound vapor-deposited film In the step of laminating the silicon compound vapor deposition film, a film forming monomer gas composed of at least one organic silicon compound, a nitrogen-containing gas that reacts with the film forming monomer gas, and an inert gas are contained. The composition of the silicon compound deposition film is SiO x N y C z {0.4 <x <1.0, 0.3 <y <1.5, 1.0 <z <2.0, 0.1 <y / ( (x + y + z) <0.5} The composition method of the mixed gas composition for film formation is adjusted to provide the above production method.
Furthermore, in this invention, the said manufacturing method can be performed by a roll toe roll system.
本発明のガスバリア性積層フィルムは、極めて高いレベルのガスバリア性に対応することができる透明ガスバリア性フィルムである。
本発明のガスバリア性積層フィルムを構成するケイ素化合物蒸着膜は、酸素及び炭素と共に、これらに対して好適な重量比で窒素を含有するため、緻密であり、したがって、優れたガスバリア性を示すことができる。
The gas barrier laminate film of the present invention is a transparent gas barrier film that can cope with an extremely high level of gas barrier properties.
The silicon compound vapor-deposited film constituting the gas barrier laminate film of the present invention contains nitrogen in a suitable weight ratio with oxygen and carbon, and is therefore dense, and therefore exhibits excellent gas barrier properties. it can.
さらに、本発明において、ケイ素化合物蒸着膜中に、好適な重量比で炭素が存在するため、膜の疎水性が高まり、水蒸気に対して高いガスバリア性を示すことができる。また、炭素を含有しない蒸着膜と比べて膜に柔軟性が付与されるため、加工時のストレスによるクラックの発生等を防ぐことができ、ガスバリア能の低下を抑制することができる。
また、本発明のガスバリア性積層フィルムを構成するガスバリア性塗布膜は、極めて高いガスバリア能を可能にし、さらに、ガスバリア性塗布膜が最外層となることによって、別のフィルムをラミネートした場合に生じ得る密着強度の不足に起因する層間剥離やガスバリア性の劣化を最小限に抑えることができる。
また、本発明において、ケイ素化合物蒸着膜は、シランガスを使用せずに形成されるため、安全性の面で好ましいものである。さらに、ロールトゥロール方式による大型蒸着機の使用が可能であるため、本発明のガスバリア性積層フィルムは、生産性に優れ、コスト面において好ましいものである。
Furthermore, in this invention, since carbon exists in a suitable weight ratio in a silicon compound vapor deposition film | membrane, the hydrophobicity of a film | membrane increases and it can show high gas barrier property with respect to water vapor | steam. Moreover, since flexibility is imparted to the film as compared with a vapor deposition film not containing carbon, generation of cracks due to stress during processing can be prevented, and a decrease in gas barrier ability can be suppressed.
In addition, the gas barrier coating film constituting the gas barrier laminated film of the present invention enables extremely high gas barrier performance, and can be generated when another film is laminated by the gas barrier coating film being the outermost layer. It is possible to minimize delamination and deterioration of gas barrier properties due to insufficient adhesion strength.
Moreover, in this invention, since a silicon compound vapor deposition film is formed without using silane gas, it is preferable in terms of safety. Furthermore, since it is possible to use a large-scale vapor deposition apparatus by a roll-to-roll system, the gas barrier laminate film of the present invention is excellent in productivity and preferable in terms of cost.
本発明について、図面を参照しながら以下に詳しく説明する。また、本発明において使用される樹脂名は、業界において慣用のものが用いられる。
図1は、本発明のガスバリア性積層フィルムの層構成の一例を示す概略的断面図である。
本発明のガスバリア性積層フィルムは、図1に示すように、プラスチックフィルムからなる基材1、並びにその上に順に積層されたケイ素化合物蒸着膜2及びガスバリア性塗布膜3からなる構成を基本構造とするものである。
上記ケイ素化合物蒸着膜は、単層であっても、2層以上からなる多層であってもよい。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Moreover, the resin names used in the present invention are those commonly used in the industry.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the layer structure of the gas barrier laminate film of the present invention.
As shown in FIG. 1, the gas barrier laminate film of the present invention has a basic structure composed of a base material 1 made of a plastic film, and a silicon compound vapor deposited film 2 and a gas
The silicon compound vapor deposition film may be a single layer or a multilayer composed of two or more layers.
次に、本発明のガスバリア性積層フィルムを構成する材料、その製造方法等について説明する。
<1>プラスチックフィルムからなる基材
本発明において、プラスチックフィルムからなる基材として、化学的ないし物理的強度に優れ、ケイ素化合物蒸着膜を形成する条件等に耐え、かつケイ素化合物蒸着膜の特性を損なうことなく良好に保持することができる任意のプラスチックフィルムを使用することができる。
Next, the material which comprises the gas barrier laminated film of this invention, its manufacturing method, etc. are demonstrated.
<1> Substrate made of plastic film In the present invention, the substrate made of plastic film is excellent in chemical or physical strength, withstands the conditions for forming a silicon compound vapor-deposited film, and has the characteristics of the silicon compound vapor-deposited film. Any plastic film that can be held well without loss can be used.
このようなプラスチックフィルムとしては、具体的には、例えば、ポリエチレン系樹脂あるいはポリプロピレン系樹脂等のポリオレフィン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、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等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等の各種のプラスチック材料からなるフィルムを使用することができる。 Specific examples of such plastic films include, for example, polyolefin resins such as polyethylene resins or polypropylene resins, cyclic polyolefin resins, polystyrene resins, acrylonitrile-styrene copolymers (AS resins), acrylonitrile- Butadiene-styrene copolymer (ABS resin), poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyamide resin such as various nylons, polyurethane resin, acetal Films made of various plastic materials such as resins and cellulose resins can be used.
本発明において、上記の各種フィルムとしては、例えば、上記の各種の樹脂1種又はそれ以上を使用し、押し出し法、キャスト成形法、Tダイ法、切削法、インフレーション法等の成膜化法を用いて、上記の各種の樹脂を単独で成膜化する方法、あるいは、2種以上の各種の樹脂を使用して多層共押し出し成膜化する方法、さらには、2種以上の樹脂を使用し、成膜化する前に混合して成膜化する方法等により、各種のフィルムを製造し、さらに、所望により、例えば、テンター方式、あるいは、チューブラー方式等を利用して1軸ないし2軸方向に延伸した各種のフィルムを使用することができる。 In the present invention, as the various films, for example, one or more of the various resins described above are used, and film forming methods such as an extrusion method, a cast molding method, a T-die method, a cutting method, and an inflation method are used. Using the above-mentioned various resins alone, forming a multilayer co-extrusion film using two or more kinds of resins, and using two or more kinds of resins. Various films are manufactured by a method of mixing and forming a film before forming a film, and further, for example, using a tenter method, a tubular method, etc. Various films stretched in the direction can be used.
なお、上記の各種の樹脂1種又はそれ以上を使用し、その成膜化に際して、例えば、フィルムの加工性、耐熱性、耐候性、機械的性質、寸法安定性、抗酸化性、滑り性、離形性、難燃性、抗カビ性、電気的特性、強度等を改良、改質する目的で、種々のプラスチック配合剤や添加剤等を添加することができ、その添加量としては、極く微量から数十%まで、その目的に応じて、任意に添加することができる。
上記において、一般的な添加剤としては、例えば、滑剤、架橋剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、充填剤、補強剤、帯電防止剤、顔料等を使用することができ、さらには、改質用樹脂等も使用することができる。
また、上記の基材は、必要ならば、その表面に、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理等の表面活性処理を任意に施すことができる。
In addition, when using one or more of the above-mentioned various resins and forming the film, for example, film processability, heat resistance, weather resistance, mechanical properties, dimensional stability, antioxidant properties, slipperiness, Various plastic compounding agents and additives can be added for the purpose of improving and modifying mold release properties, flame retardancy, antifungal properties, electrical properties, strength, etc. From a very small amount to several tens of percent, it can be arbitrarily added depending on the purpose.
In the above, as a general additive, for example, a lubricant, a crosslinking agent, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a filler, a reinforcing agent, an antistatic agent, a pigment, and the like can be used. In this case, a modifying resin or the like can also be used.
In addition, if necessary, the surface of the substrate can be optionally subjected to surface activation treatment such as corona treatment, plasma treatment, flame treatment, and the like.
<2>ケイ素化合物蒸着膜
本発明において、ケイ素化合物蒸着膜は、少なくとも1種の有機ケイ素化合物からなる成膜用モノマーガス、窒素含有ガス、並びに蒸着機のチャンバー内に残留する酸素ガス及び水が、プラズマ雰囲気下で化学反応を起こし、その反応生成物が、プラスチックフィルムからなる基材の一方の面に密接着し、緻密な、柔軟性に富む連続状の薄膜を形成したものである。
<2> Silicon Compound Vapor Deposition Film In the present invention, the silicon compound vapor deposition film comprises a film forming monomer gas composed of at least one organic silicon compound, a nitrogen-containing gas, and oxygen gas and water remaining in the chamber of the vapor deposition machine. A chemical reaction is caused in a plasma atmosphere, and the reaction product is closely adhered to one surface of a substrate made of a plastic film to form a dense, flexible continuous thin film.
そして、その組成式はSiOxNyCzで表され、ここで0.4<x<1.0、0.3<y<1.5、1.0<z<2.0、0.1<y/(x+y+z)<0.5である。本発明者らは、様々な条件下でケイ素化合物蒸着膜を形成した結果、上記パラメーターx、y及びzを適当な範囲のものとすることにより、優れた酸素ガスバリア性、及び、純水な窒化ケイ素(SiNy)膜に匹敵する優れた水蒸気バリア性が得られることを見出した。具体的には、酸素ガスバリア性及び水蒸気バリア性を高めるためには、ケイ素化合物蒸着膜中の酸素含有率を下げ、窒素含有率を上げ、且つ炭素含有率を1.0<z<2.0の範囲内にすることが好ましい。酸素含有率が高すぎる場合、及び/又は窒素含有率が低すぎる場合、ケイ素化合物蒸着膜の水蒸気バリア性が低下する。また、炭素含有率が低すぎると、ケイ素化合物蒸着膜が脆くなり、バリア劣化が発生し得、逆に炭素含有率が高すぎると、水蒸気バリア性が低下する。しかしながら、大型蒸着機を用いて実用的な製品を得るために各元素間のバランスを考慮すると、上述の数値範囲、0.4<x<1.0、0.3<y<1.5、1.0<z<2.0、0.1<y/(x+y+z)<0.5であることが好ましい。 The composition formula is represented by SiO x N y C z , where 0.4 <x <1.0, 0.3 <y <1.5, 1.0 <z <2.0, 0.1 <y / (x + y + z) <0.5. As a result of forming a silicon compound vapor-deposited film under various conditions, the inventors of the present invention have excellent oxygen gas barrier properties and pure water nitridation by setting the parameters x, y, and z within an appropriate range. It was found that an excellent water vapor barrier property comparable to a silicon (SiN y ) film can be obtained. Specifically, in order to increase the oxygen gas barrier property and the water vapor barrier property, the oxygen content in the silicon compound deposition film is decreased, the nitrogen content is increased, and the carbon content is within the range of 1.0 <z <2.0. It is preferable to do. When the oxygen content is too high and / or when the nitrogen content is too low, the water vapor barrier property of the silicon compound deposited film is lowered. On the other hand, if the carbon content is too low, the silicon compound vapor-deposited film becomes brittle and barrier deterioration can occur. Conversely, if the carbon content is too high, the water vapor barrier property is lowered. However, considering the balance between each element in order to obtain a practical product using a large-sized vapor deposition apparatus, the above numerical ranges, 0.4 <x <1.0, 0.3 <y <1.5, 1.0 <z <2.0, 0.1 < It is preferable that y / (x + y + z) <0.5.
ここで、x、y及びzの値は主に、用いる有機ケイ素化合物の種類や、成膜用モノマーガス:窒素含有ガス:不活性ガス:チャンバー内に残留する酸素ガス:チャンバー内に残留する水のモル比、プラズマのエネルギー等により変化する。 Here, the values of x, y, and z are mainly the kind of the organic silicon compound to be used and the film forming monomer gas: nitrogen-containing gas: inert gas: oxygen gas remaining in the chamber: water remaining in the chamber. It varies depending on the molar ratio of the plasma and the energy of the plasma.
本発明のケイ素化合物蒸着膜は、ケイ素、酸素、窒素及び炭素に加えて、さらに水素を含有することができ、例えばC−H結合含有部位、例えばCH3基、又はSi−H結合含有部位、例えばSiH3基、又は水酸基OH等を含有することができる。
本発明において、ケイ素化合物蒸着膜について、例えばX線光電子分光装置(Xray Photoelectron Spectroscopy、XPS)等の表面分析装置を用いて元素分析を行うことにより、上記のような物性を確認することができる。
また、本発明において、ケイ素化合物蒸着膜の膜厚は、例えば5〜1000Å、好ましくは50〜500Åの範囲内で任意に選択することができる。
The silicon compound vapor deposition film of the present invention can further contain hydrogen in addition to silicon, oxygen, nitrogen and carbon, such as a C—H bond-containing site, such as a CH 3 group, or a Si—H bond-containing site, For example, SiH 3 group or hydroxyl group OH can be contained.
In the present invention, the above physical properties can be confirmed by conducting elemental analysis of the silicon compound vapor-deposited film using a surface analyzer such as an X-ray photoelectron spectrometer (XPS).
Moreover, in this invention, the film thickness of a silicon compound vapor deposition film can be arbitrarily selected, for example in the range of 5-1000cm, Preferably it is 50-500cm.
<3>蒸着方法
本発明において、上記ケイ素化合物蒸着膜は、化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition法、CVD法)、好ましくはプラズマ化学気相成長法により形成される。
本発明においては、具体的には、少なくとも1種の有機ケイ素化合物からなる成膜用モノマーガスを原料とし、該成膜用モノマーガスと反応する窒素含有ガスを使用し、さらに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て、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、プラスチックフィルムからなる基材の表面に上記ケイ素化合物蒸着膜を形成することができる。
<3> Vapor Deposition Method In the present invention, the silicon compound vapor deposition film is formed by a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition method, CVD method), preferably a plasma chemical vapor deposition method.
In the present invention, specifically, a film-forming monomer gas comprising at least one organosilicon compound is used as a raw material, a nitrogen-containing gas that reacts with the film-forming monomer gas is used, and an argon gas is used as a carrier gas. Forming the above silicon compound vapor-deposited film on the surface of a substrate made of a plastic film by using a low-temperature plasma chemical vapor deposition method using a low-temperature plasma generator using an inert gas such as helium gas Can do.
上記において、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が、本発明においては、高活性の安定したプラズマを得るために、高周波プラズマ方式による発生装置を使用することが望ましい。
本発明における、低温プラズマ化学気相成長法によるケイ素化合物蒸着膜の形成法について、その一例を挙げて説明する。図2は、上記のプラズマ化学気相成長法において使用されるロールトゥロール方式による低温プラズマ化学気相成長装置の概略的構成図である。
本発明において、ロールトゥロール方式とは、ロール状に巻いた基材に層構造を構築し、再びロールに巻き取る製造方式を指す。バッチ式に比べて、生産効率が極めてよいが、大型装置により行われるため、特定の製造方法にのみ適用可能である。
In the above, as the low-temperature plasma generator, for example, generators such as high-frequency plasma, pulse wave plasma, microwave plasma can be used, but in the present invention, in order to obtain a highly active stable plasma, It is desirable to use a high frequency plasma generator.
An example of the method for forming a silicon compound deposited film by low temperature plasma chemical vapor deposition in the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a roll-to-roll low temperature plasma chemical vapor deposition apparatus used in the above plasma chemical vapor deposition method.
In the present invention, the roll-to-roll method refers to a production method in which a layer structure is constructed on a base material wound in a roll shape and is wound around a roll again. Compared with the batch method, the production efficiency is extremely good, but since it is performed by a large-sized apparatus, it can be applied only to a specific manufacturing method.
本発明においては、図2に示すように、低温プラズマ化学気相成長装置21の真空チャンバー22内に配置された巻き出しロール23から基材1を繰り出し、更に、該基材1を、補助ロール24を介して所定のライン速度で、蒸着チャンバー36内の冷却・電極ドラム25周面上に搬送する。ガス供給装置26、27及び、原料揮発供給装置28から窒素含有ガス、不活性ガス、成膜用モノマーガス等を供給し、それらからなる成膜用混合ガス組成物を調整しながら原料供給ノズル29を通して蒸着チャンバー36内に該成膜用混合ガス組成物を導入し、そして、上記の冷却・電極ドラム25周面上に搬送された、基材1の上に、グロー放電プラズマ30によってプラズマを発生させ、これを照射して、ケイ素化合物蒸着膜を形成する。その際に、冷却・電極ドラム25は、真空チャンバー22の外に配置されている電源31から所定の電力が印加されており、また、冷却・電極ドラム25の近傍には、マグネット32を配置してプラズマの発生が促進されている。次いで、基材1は、その一方の面に、ケイ素化合物蒸着膜を形成した後、補助ロール33を介して巻き取りロール34に巻き取られる。なお、図中、35は真空ポンプを表す。
In the present invention, as shown in FIG. 2, the base material 1 is unwound from an unwinding roll 23 disposed in a
また、原料揮発供給装置においては、原料である有機ケイ素化合物を揮発させ、ガス供給装置から供給される窒素含有ガス、不活性ガス等と混合させ、この混合ガスを、原料供給ノズルを介して蒸着チャンバー内に導入する。
本発明においては、有機ケイ素化合物を揮発させて得られる成膜用モノマーガスと、窒素含有ガスと、不活性ガスとの混合比を調整することにより、得られるケイ素化合物蒸着膜の組成をSiOxNyCz{0.4<x<1.0、0.3<y<1.5、1.0<z<2.0、0.1<y/(x+y+z)<0.5}とする。該混合比は、成膜用混合ガス組成物中の含有量として、例えば、成膜用モノマーガスが1〜40体積%、窒素含有ガスが10〜70体積%、及び不活性ガスが10〜60体積%程度とすることができるが、用いる有機ケイ素化合物の種類、チャンバー内に残留する酸素ガス及び水、プラズマのエネルギー等種々の条件に応じて変化する。
In the raw material volatilization supply device, the organosilicon compound as the raw material is volatilized and mixed with a nitrogen-containing gas, an inert gas, etc. supplied from the gas supply device, and this mixed gas is vapor-deposited through the raw material supply nozzle. Introduce into the chamber.
In the present invention, the composition of the resulting silicon compound vapor-deposited film is adjusted to SiO x by adjusting the mixing ratio of the monomer gas for film formation obtained by volatilizing the organosilicon compound, the nitrogen-containing gas, and the inert gas. N y C z {0.4 <x <1.0, 0.3 <y <1.5, 1.0 <z <2.0, 0.1 <y / (x + y + z) <0.5}. The mixing ratio is, for example, 1 to 40% by volume of the film forming monomer gas, 10 to 70% by volume of the nitrogen-containing gas, and 10 to 60% of the inert gas. Although it can be about volume%, it changes according to various conditions, such as the kind of organosilicon compound to be used, oxygen gas and water remaining in the chamber, and the energy of plasma.
一方、冷却・電極ドラムには、電極から所定の電圧が印加されているため、蒸着チャンバー内の原料供給ノズルの開口部と冷却・電極ドラムとの近傍でグロー放電プラズマが生成される。この状態において、冷却・電極ドラム周面上の基材面にケイ素化合物蒸着膜が形成される。ここで、該基材を一定のライン速度で搬送させて、均質な膜厚を有するケイ素化合物蒸着膜を備えたガスバリア性積層フィルムが得られる。
なお、基材を搬送するライン速度は、10〜300m/分程度、好ましくは50〜150m/分程度とすることができる。
On the other hand, since a predetermined voltage is applied to the cooling / electrode drum from the electrode, glow discharge plasma is generated in the vicinity of the opening of the raw material supply nozzle in the vapor deposition chamber and the cooling / electrode drum. In this state, a silicon compound vapor deposition film is formed on the substrate surface on the circumferential surface of the cooling / electrode drum. Here, the base material is conveyed at a constant line speed to obtain a gas barrier laminated film including a silicon compound vapor deposition film having a uniform film thickness.
In addition, the line speed which conveys a base material can be about 10-300 m / min, Preferably it is about 50-150 m / min.
上記の低温プラズマ化学気相成長装置において、ケイ素化合物蒸着膜は、プラズマ化した原料ガスを用いて、基材上に薄膜状に形成されるので、緻密で、隙間の少ない、可撓性に富む連続層となる。
従って、フィルムの変形や屈曲に伴うケイ素化合物蒸着膜の破断を防ぐことができ、長期にわたり高いガスバリア性を示すことができるガスバリア性積層フィルムを得ることができる。
In the low temperature plasma chemical vapor deposition apparatus described above, the silicon compound vapor deposition film is formed into a thin film on the substrate by using the plasmaized source gas, so that it is dense, has few gaps, and is highly flexible. It becomes a continuous layer.
Therefore, it is possible to prevent a silicon compound vapor-deposited film from being broken due to deformation or bending of the film, and to obtain a gas barrier laminated film that can exhibit high gas barrier properties over a long period of time.
本発明において、成膜用モノマーガスとしては、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、テトラメチルジシロキサン(TMDSO)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン等の有機ケイ素化合物を単独で、又は2種若しくはそれ以上の混合物として用いることができる。
また、成膜用モノマーガスと反応する窒素含有ガスとしては、窒素ガスを単独で用いても、又は他の反応性ガスとの混合物、例えば酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いることもできる。
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。
In the present invention, as the monomer gas for film formation, an organic silicon compound such as hexamethyldisiloxane (HMDSO), tetramethyldisiloxane (TMDSO), hexamethyldisilazane (HMDS), octamethylcyclotetrasiloxane, etc. Or it can be used as a mixture of two or more.
Further, as the nitrogen-containing gas that reacts with the monomer gas for film formation, nitrogen gas can be used alone, or a mixture with other reactive gas, for example, a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas can be used. .
As the inert gas, for example, argon gas, helium gas or the like can be used.
<4>ケイ素化合物蒸着膜の表面処理
本発明において、ガスバリア性塗布膜を積層する前に、ケイ素化合物蒸着膜の表面に対し、予めプラズマ処理を行ってプラズマ処理面を設けることにより、ケイ素化合物蒸着膜とガスバリア性塗布膜との密着性を高めることができる。該プラズマ処理面は、気体のアーク放電により生じるプラズマガスを利用して表面改質を行うプラズマ表面処理法等を用いて形成することができる。
本発明において、プラズマガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス、又は酸素ガス、又は該不活性ガスと酸素ガスとの混合物を用いることができる。プラズマ処理面は、ケイ素化合物蒸着膜を形成した直後に、インラインでプラズマ処理を行うことにより形成することができる。
<4> Surface treatment of silicon compound vapor deposition film In the present invention, before laminating the gas barrier coating film, the surface of the silicon compound vapor deposition film is preliminarily subjected to plasma treatment to provide a plasma treatment surface. The adhesion between the film and the gas barrier coating film can be improved. The plasma-treated surface can be formed using a plasma surface treatment method in which surface modification is performed using a plasma gas generated by a gas arc discharge.
In the present invention, as the plasma gas, an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, or helium gas, oxygen gas, or a mixture of the inert gas and oxygen gas can be used. The plasma-treated surface can be formed by performing in-line plasma treatment immediately after forming the silicon compound deposition film.
また、本発明において、上記の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、処理時間等の条件を考慮してプラズマ放電処理をおこなうことが好ましいものである。プラズマを発生させる方法としては、例えば、直流グロー放電、高周波放電、マイクロ波放電等の装置を利用して行うことができる。
本発明のガスバリア性積層フィルムを構成するケイ素化合物蒸着膜の表面にプラズマ処理面を設けることにより、膜の表面張力を高めることができる。
In the present invention, the plasma treatment is preferably performed in consideration of conditions such as plasma output, plasma gas type, plasma gas supply amount, treatment time, and the like. As a method for generating plasma, for example, a direct current glow discharge, a high frequency discharge, a microwave discharge, or the like can be used.
By providing the plasma treatment surface on the surface of the silicon compound vapor deposition film constituting the gas barrier laminate film of the present invention, the surface tension of the film can be increased.
<5>ガスバリア性塗布膜
本発明においては、上記ケイ素化合物蒸着膜上に、さらに、アルコキシドと水溶性高分子とをゾルゲル法によって加水分解し、重縮合して得られるガスバリア性組成物を塗布し乾燥させてなるガスバリア性塗布膜を設ける。これにより、ガスバリア性をさらに向上させることができる。
該ガスバリア性組成物において用いることができるアルコキシドとしては、一般式R1 nM(OR2)m(式中、R1、R2は炭素数1〜8の有機基であり、Mは金属原子であり、nは0以上の整数であり、mは1以上の整数であり、n+mはMの原子価である)で表される1種又はそれ以上のアルコキシドを好ましく用いることができる。
また、水溶性高分子としては、ポリビニルアルコール系樹脂若しくはエチレン・ビニルアルコール共重合体のいずれか又はその両方を好ましく用いることができる。
本発明において、一般式R1 nM(OR2)mで表されるアルコキシドとしては、金属原子Mとして、ケイ素、ジルコニウム、チタン、アルミニウムその他を使用することができる。また、本発明において、単独又は2種以上の異なる金属原子のアルコキシドを同一溶液中に混合して使うことができる。
<5> Gas barrier coating film In the present invention, a gas barrier composition obtained by hydrolyzing and polycondensing an alkoxide and a water-soluble polymer by a sol-gel method is further coated on the silicon compound deposition film. A dried gas barrier coating film is provided. Thereby, gas barrier property can further be improved.
As the alkoxide that can be used in the gas barrier composition, the general formula R 1 n M (OR 2 ) m (wherein R 1 and R 2 are organic groups having 1 to 8 carbon atoms, and M is a metal atom) And n is an integer of 0 or more, m is an integer of 1 or more, and n + m is a valence of M).
As the water-soluble polymer, either a polyvinyl alcohol resin or an ethylene / vinyl alcohol copolymer or both can be preferably used.
In the present invention, as the alkoxide represented by the general formula R 1 n M (OR 2 ) m , silicon, zirconium, titanium, aluminum or the like can be used as the metal atom M. Moreover, in this invention, the alkoxide of 2 or more types of different metal atoms can be mixed and used in the same solution.
また、上記の一般式R1 nM(OR2)mで表されるアルコキシドにおいて、R1で表される有機基の具体例としては、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−オクチル基その他のアルキル基を挙げることができる。
また、上記の一般式R1 nM(OR2)mで表されるアルコキシドにおいて、R2で表される有機基の具体例としては、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−ブチル基その他を挙げることができる。
尚、本発明において、同一分子中において、これらのアルキル基は同一であっても、異なってもよい。
本発明において、上記の一般式R1 nM(OR2)m で表されるアルコキシドとしては、例えば、MがSiであるアルコキシシランを使用することができ、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等が挙げられる。
In the alkoxide represented by the general formula R 1 n M (OR 2 ) m , specific examples of the organic group represented by R 1 include, for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, i Examples include -propyl group, n-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, n-hexyl group, n-octyl group and other alkyl groups.
In the alkoxide represented by the general formula R 1 n M (OR 2 ) m , specific examples of the organic group represented by R 2 include, for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, i -Propyl group, n-butyl group, sec-butyl group and the like.
In the present invention, these alkyl groups may be the same or different in the same molecule.
In the present invention, as the alkoxide represented by the general formula R 1 n M (OR 2 ) m , for example, an alkoxysilane in which M is Si can be used. As the alkoxysilane, for example, tetramethoxy Examples thereof include silane 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 and the like.
また、本発明において、ポリビニルアルコール系樹脂及び/又はエチレン・ビニルアルコール共重合体の含有量は、上記のアルコキシドの合計量100重量部に対して5〜500重量部の範囲であることが好ましい。上記において、500重量部を越えると、形成されるガスバリア性塗布膜の脆性が大きくなり、その耐侯性等も低下することから好ましくない。
本発明において、ポリビニルアルコール系樹脂として、一般にポリ酢酸ビニルを鹸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の具体例としては、株式会社クラレ製PVA110(ケン化度=98〜99%、重合度=1100)、PVA117(ケン化度=98〜99%、重合度=1700)、PVA124(ケン化度=98〜99%、重合度=2400)、PVA135H(ケン化度=99.7%以上、重合度=3500)、同社製のRSポリマーであるRS−110(ケン化度=99%、重合度=1,000)、同社製のクラレポバールLM−20SO(ケン化度=40%、重合度=2,000)、日本合成化学工業株式会社製のゴーセノールNM−14(ケン化度=99%、重合度=1,400)及びゴーセノールNH−18(ケン化度=98〜99%、重合度=1700)等を使用することができる。
Moreover, in this invention, it is preferable that content of a polyvinyl alcohol-type resin and / or an ethylene vinyl alcohol copolymer is the range of 5-500 weight part with respect to 100 weight part of total amounts of said alkoxide. In the above, if it exceeds 500 parts by weight, the formed gas barrier coating film becomes more brittle and its weather resistance and the like are also unfavorable.
In the present invention, as the polyvinyl alcohol-based resin, generally obtained by saponifying polyvinyl acetate can be used. Specific examples of the polyvinyl alcohol resin include PVA110 (degree of saponification = 98 to 99%, degree of polymerization = 1100), PVA117 (degree of saponification = 98 to 99%, degree of polymerization = 1700), PVA124 (made by Kuraray Co., Ltd.) Degree of saponification = 98-99%, degree of polymerization = 2400), PVA135H (degree of saponification = 99.7% or more, degree of polymerization = 3500), RS-110 (degree of saponification = 99%) manufactured by the same company , Degree of polymerization = 1,000), Kuraray Poval LM-20SO (degree of saponification = 40%, degree of polymerization = 2,000) manufactured by the same company, Gohsenol NM-14 (degree of saponification = 99%, degree of polymerization = 1,400) and gohsenol NH-18 (degree of saponification = 98 to 99%, degree of polymerization = 1700) and the like can be used.
また、本発明において、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。このようなケン化物には、酢酸基が数十モル%残存す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又は酢酸基が全く残存していない完全ケン化物までが包含される。特に限定されるものではないが、ガスバリア性の観点から、ケン化度が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望ましい。また、上記のエチレン・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%であるものを使用することが好ましい。上記のエチレン・ビニルアルコール共重合体の具体例としては、株式会社クラレ製、エバールEP−F101(エチレン含量;32モル%)、日本合成化学工業株式会社製、ソアノールD2908(エチレン含量;29モル%)等を使用することができる。 In the present invention, as the ethylene-vinyl alcohol copolymer, a saponified product of a copolymer of ethylene and vinyl acetate, that is, a product obtained by saponifying an ethylene-vinyl acetate random copolymer should be used. Can do. Such saponification products include partial saponification products in which several tens mol% of acetic acid groups remain to complete saponification products in which only several mol% of acetic acid groups remain or no acetic acid groups remain. The Although not particularly limited, it is desirable to use a saponification degree of 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, and still more preferably 95 mol% or more from the viewpoint of gas barrier properties. 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%. Is preferably used. Specific examples of the ethylene / vinyl alcohol copolymer include Kuraray Co., Ltd., Eval EP-F101 (ethylene content: 32 mol%), Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., Soarnol D2908 (ethylene content: 29 mol%). ) Etc. can be used.
本発明において、本発明に係るガスバリア性塗布膜を形成するガスバリア性組成物を調製するには、シランカップリング剤等も添加することができる。好適に用いられるシランカップリング剤としては、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ基含有シランカップリング剤、2−(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、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのエポキシ基含有シランカップリング剤、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプト基含有シランカップリング剤、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリメトキシシランなどのイソシアネート基含有シランカップリング剤等が挙げられる。 In the present invention, a silane coupling agent or the like can also be added to prepare a gas barrier composition for forming a gas barrier coating film according to the present invention. Suitable silane coupling agents include N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2- Amino group-containing silane coupling agents such as aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, 2 -Epoxy group-containing silanes such as (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane Coupling agent, 3-mercaptopropi Examples include mercapto group-containing silane coupling agents such as rumethyldimethoxysilane and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, and isocyanate group-containing silane coupling agents such as 3-isocyanatopropyltriethoxysilane and 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane. .
<6>ガスバリア性塗布膜の形成方法
本発明において用いられるガスバリア性組成物は、アルコキシドと水溶性高分子とを、酸、水及び有機溶媒の存在下で、ゾルゲル法によって加水分解及び、重縮合することにより調製することができる。
該ガスバリア性組成物を、ケイ素化合物蒸着膜の上に塗布し、20〜200℃、好ましくは140℃以上、且つ基材を構成するプラスチックフィルムの融点以下の温度で10秒〜10分間加熱処理することにより、ガスバリア性塗布膜を形成することができる。
また、上記のガスバリア性組成物の調製において用いられる酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸等の鉱酸、並びに酢酸、酒石酸等の有機酸その他を使用することができる。更に、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、イソプロピルアルコール、n−プロピルアルコール等を用いることができる。
更に、上記のガスバリア性組成物に関して、ポリビニルアルコール系樹脂及び/又はエチレン・ビニルアルコール共重合体は、上記の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にあることが好ましく、そのため上記の有機溶媒の種類が適宜選択される。本発明において、溶媒中に可溶化されたエチレン・ビニルアルコール共重合体は、例えば、ソアノール(日本合成化学社製)として市販されているものを使用することができる。
上記のガスバリア性組成物を、ケイ素化合物蒸着膜の上に塗布し、加熱して溶媒及び重縮合反応により生成したアルコールを除去すると、重縮合反応が完結し、透明なガスバリア性塗布膜が形成される。
<6> Method for Forming Gas Barrier Coating Film The gas barrier composition used in the present invention comprises hydrolysis and polycondensation of alkoxide and water-soluble polymer by sol-gel method in the presence of acid, water and organic solvent. Can be prepared.
The gas barrier composition is applied on a silicon compound vapor-deposited film, and is heat-treated for 10 seconds to 10 minutes at a temperature of 20 to 200 ° C., preferably 140 ° C. or higher and below the melting point of the plastic film constituting the substrate. Thus, a gas barrier coating film can be formed.
Moreover, as an acid used in preparation of said gas-barrier composition, organic acids, such as mineral acids, such as a sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and an acetic acid, tartaric acid, etc. can be used, for example. Furthermore, as an organic solvent, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, etc. can be used, for example.
Further, regarding the gas barrier composition, the polyvinyl alcohol resin and / or the ethylene / vinyl alcohol copolymer is preferably in a state of being dissolved in a coating solution containing the alkoxide, the silane coupling agent, or the like. Therefore, the type of the organic solvent is appropriately selected. In the present invention, as the ethylene / vinyl alcohol copolymer solubilized in a solvent, for example, one commercially available as Soarnol (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd.) can be used.
When the above gas barrier composition is applied onto a silicon compound vapor-deposited film and heated to remove the solvent and the alcohol produced by the polycondensation reaction, the polycondensation reaction is completed and a transparent gas barrier coating film is formed. The
更に、加水分解によって生じた水酸基や、シランカップリング剤由来のシラノール基がケイ素化合物蒸着膜の表面の水酸基と結合する為、該ケイ素化合物蒸着膜とガスバリア性塗布膜との密接着性等が良好なものとなる。
上述のように形成されることにより、本発明のガスバリア性塗布膜は、結晶性を有する直鎖状ポリマーを含み、非晶質部分の中に多数の微小の結晶が埋包された構造を取る。このような結晶構造は、結晶性有機ポリマー(例えば、塩化ビニリデンやポリビニルアルコール)と同様であり、さらに極性基(OH基)が部分的に分子内に存在し、分子の凝集エネルギーが高いため、良好なガスバリア性を示す。
本発明においては、ケイ素化合物蒸着膜とガスバリア性塗布膜とが、例えば、加水分解・共縮合による化学結合、水素結合、或いは、配位結合等を形成し、これら2層間の密着性が向上し、相乗効果により、より良好なバリア性の効果を発揮し得るものである。
本発明において、上記のガスバリア性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、ディッピング、刷毛、バーコート、アプリケータ等の塗布手段により、1回或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のガスバリア性塗布膜を形成することができる。
次に本発明について、実施例を挙げて具体的に説明する。
Furthermore, since the hydroxyl group generated by hydrolysis and the silanol group derived from the silane coupling agent are bonded to the hydroxyl group on the surface of the silicon compound deposition film, the close adhesion between the silicon compound deposition film and the gas barrier coating film is good. It will be something.
By being formed as described above, the gas barrier coating film of the present invention includes a linear polymer having crystallinity and has a structure in which a large number of minute crystals are embedded in an amorphous portion. . Such a crystal structure is the same as that of a crystalline organic polymer (for example, vinylidene chloride or polyvinyl alcohol), and a polar group (OH group) is partially present in the molecule, and the cohesive energy of the molecule is high. Good gas barrier properties.
In the present invention, the silicon compound vapor-deposited film and the gas barrier coating film form, for example, a chemical bond, a hydrogen bond, or a coordinate bond by hydrolysis / co-condensation, and the adhesion between these two layers is improved. The synergistic effect can exert a better barrier effect.
In the present invention, the gas barrier composition may be applied by one or more times by a coating means such as a roll coat such as a gravure roll coater, a spray coat, dipping, a brush, a bar coat, or an applicator. With this coating, a gas barrier coating film having a dry film thickness of 0.01 to 30 μm, preferably 0.1 to 10 μm can be formed.
Next, the present invention will be specifically described with reference to examples.
[実施例1]
基材として、片面がコロナ処理された2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ12μm)を用いた。また、成膜用モノマーガスとしてヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)を用い、不活性ガスとしてアルゴンガスを用い、窒素含有ガスとして窒素ガス(N2)を用いた。低温プラズマ化学気相成長装置で、下記に示す条件で、上記の2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムのコロナ処理面に、厚さ200Åのケイ素化合物(SiOxNyCz)蒸着膜を形成した。
[Example 1]
As the substrate, a biaxially stretched polyethylene terephthalate film (thickness: 12 μm) having a corona treatment on one side was used. Further, hexamethyldisiloxane (HMDSO) was used as the monomer gas for film formation, argon gas was used as the inert gas, and nitrogen gas (N 2 ) was used as the nitrogen-containing gas. A silicon compound (SiO x N y C z ) vapor-deposited film having a thickness of 200 mm was formed on the corona-treated surface of the above biaxially stretched polyethylene terephthalate film using a low temperature plasma chemical vapor deposition apparatus under the following conditions.
(蒸着条件)
導入ガス量 ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO):窒素ガス:アルゴンガス=1.0:1.5:3.0(単位:slm、スタンダードリッターミニット)
真空チャンバー内の真空度 2〜6×10-4Pa
蒸着チャンバー内の真空度 2〜5×10-1Pa
冷却・電極ドラム供給電力 15kW
ライン速度 80m/分
(Deposition conditions)
Introduction gas amount Hexamethyldisiloxane (HMDSO): Nitrogen gas: Argon gas = 1.0: 1.5: 3.0 (unit: slm, standard liter minute)
Degree of vacuum in vacuum chamber 2-6 × 10 -4 Pa
Degree of vacuum in the deposition chamber 2-5 × 10 −1 Pa
Cooling / electrode drum supply power 15kW
Line speed 80m / min
次に、上記で厚さ200Åのケイ素化合物蒸着膜を形成した直後に、そのケイ素化合物蒸着膜表面に、グロー放電プラズマ発生装置を使用し、パワー9kw、窒素ガス(N2):アルゴンガス(Ar)=7.0:2.5(単位:slm)からなる混合ガスを使用し、混合ガス圧8×10-3Paで窒素/アルゴン混合ガスプラズマ処理を行って、該ケイ素化合物蒸着膜表面の表面張力を54mN/m以上向上させたプラズマ処理面を形成した。 Next, immediately after forming the silicon compound vapor deposition film having a thickness of 200 mm as described above, a glow discharge plasma generator is used on the surface of the silicon compound vapor deposition film, and the power is 9 kw, nitrogen gas (N 2 ): argon gas (Ar ) = 7.0: 2.5 (unit: slm) is used, and nitrogen / argon mixed gas plasma treatment is performed at a mixed gas pressure of 8 × 10 −3 Pa. A plasma-treated surface having a surface tension improved by 54 mN / m or more was formed.
次に、形成したケイ素化合物蒸着膜の表面に、ガスバリア性塗布膜として、以下の組成からなるガスバリア性組成物を、グラビアロールコート法により塗布し、次いで、180℃で60秒間、加熱処理して、厚さ0.3μm(乾燥状態)のガスバリア性塗布膜を形成し、本発明に係るガスバリア性積層フィルムを得た。 Next, a gas barrier composition having the following composition is applied to the surface of the formed silicon compound vapor-deposited film as a gas barrier coating film by a gravure roll coating method, followed by heat treatment at 180 ° C. for 60 seconds. A gas barrier coating film having a thickness of 0.3 μm (dry state) was formed to obtain a gas barrier laminated film according to the present invention.
<ガスバリア性組成物の調製>
調製した組成aのポリビニルアルコールと、イソプロピルアルコール及びイオン交換水からなる混合液に、予め調製した組成bのエチルシリケート、シランカップリング剤、塩酸、イソプロピルアルコール、イオン交換水からなる加水分解液を加えて撹拌し、無色透明のガスバリア性組成物を得た。 To the prepared mixture of polyvinyl alcohol of composition a, isopropyl alcohol and ion-exchanged water, add a hydrolyzed solution of ethyl silicate, silane coupling agent, hydrochloric acid, isopropyl alcohol and ion-exchanged water of composition b prepared in advance. And stirred to obtain a colorless and transparent gas barrier composition.
[実施例2]
導入ガス量をヘキサメチルジシロキサン(HMDSO):窒素ガス:アルゴンガス=1.0:3.0:3.0(単位:slm)とした以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Example 2]
Gas barrier laminate film as in Example 1 except that the amount of introduced gas was hexamethyldisiloxane (HMDSO): nitrogen gas: argon gas = 1.0: 3.0: 3.0 (unit: slm) Got.
[実施例3]
導入ガス量をヘキサメチルジシロキサン(HMDSO):窒素ガス:アルゴンガス=1.0:4.5:3.0(単位:slm)とした以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Example 3]
Gas barrier laminate film as in Example 1 except that the amount of introduced gas was hexamethyldisiloxane (HMDSO): nitrogen gas: argon gas = 1.0: 4.5: 3.0 (unit: slm) Got.
[実施例4]
導入ガス量をヘキサメチルジシロキサン(HMDSO):窒素ガス:アルゴンガス=1.0:6.0:3.0(単位:slm)とした以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Example 4]
Gas barrier laminate film as in Example 1 except that the amount of introduced gas was hexamethyldisiloxane (HMDSO): nitrogen gas: argon gas = 1.0: 6.0: 3.0 (unit: slm) Got.
[実施例5]
窒素含有ガスとして、窒素ガスの代わりに酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用い、導入ガス量を、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO):窒素ガス:酸素ガス:アルゴンガス=1.0:1.5:0.3:3.0(単位:slm)とした以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Example 5]
As the nitrogen-containing gas, a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas is used instead of nitrogen gas, and the amount of introduced gas is hexamethyldisiloxane (HMDSO): nitrogen gas: oxygen gas: argon gas = 1.0: 1. A gas barrier laminate film was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5: 0.3: 3.0 (unit: slm) was used.
[実施例6]
成膜用モノマーガスとして、ヘキサメチルジシロキサンの代わりにヘキサメチルジシラザン(HMDS)を用い、導入ガス流量を、ヘキサメチルジシラザン:窒素ガス:アルゴンガス=0.8:4.5:3.0(単位:slm)とした以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Example 6]
As the monomer gas for film formation, hexamethyldisilazane (HMDS) is used instead of hexamethyldisiloxane, and the flow rate of introduced gas is hexamethyldisilazane: nitrogen gas: argon gas = 0.8: 4.5: 3. A gas barrier laminate film was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0 (unit: slm) was used.
[実施例7]
成膜用モノマーガスとして、ヘキサメチルジシロキサンの代わりにヘキサメチルジシラザン(HMDS)を用い、導入ガス流量を、ヘキサメチルジシラザン:窒素ガス:アルゴンガス=0.8:6.0:3.0(単位:slm)とした以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Example 7]
As the monomer gas for film formation, hexamethyldisilazane (HMDS) is used instead of hexamethyldisiloxane, and the flow rate of introduced gas is hexamethyldisilazane: nitrogen gas: argon gas = 0.8: 6.0: 3. A gas barrier laminate film was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0 (unit: slm) was used.
[実施例8]
実施例6において、冷却・電極ドラム供給電力を25kWにした以外は同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Example 8]
A gas barrier laminate film was obtained in the same manner as in Example 6 except that the cooling / electrode drum supply power was 25 kW.
[比較例1]
導入ガス量を、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO):窒素ガス:アルゴンガス=1.0:1.0:3.0(単位:slm)とした以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Comparative Example 1]
Gas barrier laminate as in Example 1 except that the amount of introduced gas was hexamethyldisiloxane (HMDSO): nitrogen gas: argon gas = 1.0: 1.0: 3.0 (unit: slm) A film was obtained.
[比較例2]
窒素含有ガスとして、窒素ガスの代わりに酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用い、導入ガス量を、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO):窒素ガス:酸素ガス:アルゴンガス=1.0:1.5:0.9:3.0(単位:slm)とした以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Comparative Example 2]
As the nitrogen-containing gas, a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas is used instead of nitrogen gas, and the amount of introduced gas is hexamethyldisiloxane (HMDSO): nitrogen gas: oxygen gas: argon gas = 1.0: 1. A gas barrier laminate film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed to 5: 0.9: 3.0 (unit: slm).
[比較例3]
成膜用モノマーガスと反応する窒素含有ガスとして用いた窒素ガスの代わりに、酸素ガス(O2)を用い、導入ガス量を、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO):酸素ガス:アルゴンガス=1.0:1.5:3.0(単位:slm)とした以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性積層フィルムを得た。
[Comparative Example 3]
Instead of the nitrogen gas used as the nitrogen-containing gas that reacts with the monomer gas for film formation, oxygen gas (O 2 ) is used, and the amount of introduced gas is hexamethyldisiloxane (HMDSO): oxygen gas: argon gas = 1. A gas barrier laminate film was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0: 1.5: 3.0 (unit: slm).
[比較例4]
ガスバリア性塗布膜の形成工程を省略した以外は実施例2と同様にして、基材とケイ素化合物蒸着膜とからなり、該ケイ素化合物蒸着膜の表面がプラズマ処理されたガスバリア性積層フィルムを得た。
[Comparative Example 4]
Except for omitting the gas barrier coating film forming step, a gas barrier laminated film comprising a base material and a silicon compound vapor deposition film, the surface of the silicon compound vapor deposition film being plasma-treated was obtained in the same manner as in Example 2. .
[結果]
上記実施例1〜8及び比較例1〜4で得られたガスバリア性積層フィルムについて、XPS表面解析装置ESCA(英国、VG Scientific社製ESCA LAB220I-XL)を用いて、形成されたケイ素化合物蒸着膜の元素分析を行った。
また、該ガスバリア性積層フィルムの酸素透過度を、米国、MOCON社製OXTRAN2/20を用いて、23℃、湿度90%RHの条件で測定した。
さらに、該ガスバリア性積層フィルムの水蒸気透過度を、米国、MOCON社製PERMATRANを用いて、40℃、湿度90%RHの条件で測定した。
測定結果は下記の表1に示されるとおりであった。
[result]
About the gas barrier laminated films obtained in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4, a silicon compound deposited film was formed using an XPS surface analyzer ESCA (ESCA LAB220I-XL manufactured by VG Scientific, UK). Elemental analysis was performed.
Further, the oxygen permeability of the gas barrier laminate film was measured under the conditions of 23 ° C. and humidity 90% RH using OXTRAN 2/20 manufactured by MOCON, USA.
Furthermore, the water vapor permeability of the gas barrier laminate film was measured under the conditions of 40 ° C. and humidity 90% RH using PERMATRAN manufactured by MOCON, USA.
The measurement results were as shown in Table 1 below.
上記の表1から明らかなように、実施例1〜8のガスバリア性積層フィルムはいずれも、比較例1〜4と比較して、低い酸素透過度及び水蒸気透過度を示した。
次いで、実施例1〜8及び比較例1〜3のガスバリア性積層フィルムについてはガスバリア性塗布膜の表面に、また比較例4のガスバリア性積層フィルムについてはプラズマ処理面に、ポリエチレンフィルム(厚さ50μm)をドライラミネートして、ガスバリア性積層材を得た。各ガスバリア性積層材について、15mm幅のサンプルを切り出し、テンシロンを用いてT字剥離方式(測定速度50mm/分)によりラミ強度を測定した。
結果は下記の表2に示されるとおりであった。
As apparent from Table 1 above, all of the gas barrier laminated films of Examples 1 to 8 exhibited lower oxygen permeability and water vapor permeability than Comparative Examples 1 to 4.
Next, for the gas barrier laminated films of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, a polyethylene film (thickness 50 μm) was formed on the surface of the gas barrier coated film, and for the gas barrier laminated film of Comparative Example 4 on the plasma treated surface. ) Was dry laminated to obtain a gas barrier laminate. About each gas-barrier laminated material, the sample of 15 mm width was cut out, and the laminated strength was measured with the T character peeling method (measurement speed 50mm / min) using Tensilon.
The results were as shown in Table 2 below.
上記の表2から明らかなように、実施例1〜8のガスバリア性積層フィルムを用いたガスバリア性積層材サンプルでは、高いラミ強度が得られた。これに対し、比較例4のガスバリア性積層フィルムを用いたサンプルでは、弱い力で簡単に層間剥離が起きた。 As can be seen from Table 2 above, in the gas barrier laminate sample using the gas barrier laminate films of Examples 1 to 8, high laminar strength was obtained. On the other hand, in the sample using the gas barrier laminate film of Comparative Example 4, delamination easily occurred with a weak force.
1 基材
2 ケイ素化合物蒸着膜
3 ガスバリア性塗布膜
21 低温プラズマ化学気相成長装置
22 真空チャンバー
23 巻き出しロール
24、33 補助ロール
25 冷却・電極ドラム
26、27 ガス供給装置
28 原料揮発供給装置
29 原料供給ノズル
30 グロー放電プラズマ
31 電源
32 マグネット
34 巻き取りロール
35 真空ポンプ
36 蒸着チャンバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2 Silicon compound
Claims (5)
前記ケイ素化合物蒸着膜を積層する工程において、少なくとも1種の有機ケイ素化合物からなる成膜用モノマーガス、該成膜用モノマーガスと反応する窒素含有ガス、及び不活性ガス、を含有する成膜用混合ガス組成物を使用し、
前記ケイ素化合物蒸着膜の組成がSiOxNyCz{0.4<x<1.0、0.3<y<1.5、1.0<z<2.0、0.1<y/(x+y+z)<0.5}となるように、該成膜用混合ガス組成物の組成比を調整する
ことを特徴とする、上記製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, comprising a step of laminating a silicon compound deposition film on one surface of a base material made of a plastic film, and a step of forming a gas barrier coating film on the silicon compound deposition film. It is a manufacturing method of the gas barrier laminate film according to the description,
In the step of laminating the silicon compound vapor-deposited film, a film-forming monomer gas comprising at least one organic silicon compound, a nitrogen-containing gas that reacts with the film-forming monomer gas, and an inert gas Using a mixed gas composition,
The composition of the silicon compound deposition film is SiO x N y C z {0.4 <x <1.0, 0.3 <y <1.5, 1.0 <z <2.0, 0.1 <y / (x + y + z) <0.5}. The said manufacturing method characterized by adjusting the composition ratio of the mixed gas composition for films | membranes.
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