JP2015042487A - Transparent barrier film - Google Patents

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清司 伊関
Seiji Izeki
清司 伊関
稲垣 京子
Kyoko Inagaki
京子 稲垣
上殿 明良
Akira Joden
明良 上殿
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Toyobo Co Ltd
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Toyobo Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of evaluating a transparent barrier film having an inorganic thin-film layer and a transparent barrier film determined by the evaluation method to be preferable.SOLUTION: A transparent barrier film has an inorganic thin-film layer on at least one side of a plastic film, and the inorganic thin layer has a maximum value of the S parameter of 0.51 or smaller, determined by the positron annihilation method for the inorganic layer.

Description

本発明は、ガスバリア性に優れた食品、医薬品、電子部品等の気密性を要求される包装材料、または、ガス遮断材料として使用される透明バリアフィルムに関するものである。   The present invention relates to a transparent barrier film used as a packaging material that requires airtightness such as foods, pharmaceuticals, and electronic parts having excellent gas barrier properties, or a gas barrier material.

ガスバリア性のすぐれたフィルムとしては、プラスチックフィルム上にアルミニウムを積層したもの、塩化ビニリデンやエチレンビニールアルコール共重合体をコーティングしたものが知られている。また、無機薄膜を利用したものとしては、酸化珪素、酸化アルミニウム薄膜等を積層したものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
これら、無機薄膜を利用した透明バリアフィルムは、酸素透過量、水蒸気透過量を測定することで評価されてきた。
無機薄膜を利用した透明バリアフィルムを透過してくる気体は基板フィルムの自由体積(空孔)を通過し、無機薄膜の割れ目等の欠陥部分あるいは無機薄膜層にある空孔を透過してくる。
無機層の割れ目などの欠陥は透明バリアフィルムを扱う時に発生したり、基板となるプラスチックフィルム上の突起、ゴミにより発生したりする。
一方、無機薄膜層にある空孔は、物質自身の性質や膜形成条件に起因する。
バリアの向上を検討するに当たり透過量のみで評価しても対策がうまく取れない。
また、有機層と無機層とを積層することによりバリア性能を向上させる方法が知られているが、無機層に空孔が多い膜では積層による効果がない。
As a film having an excellent gas barrier property, a film obtained by laminating aluminum on a plastic film or a film coated with vinylidene chloride or an ethylene vinyl alcohol copolymer is known. In addition, as a material using an inorganic thin film, a material in which a silicon oxide, an aluminum oxide thin film, or the like is laminated is known (for example, see Patent Document 1).
These transparent barrier films using inorganic thin films have been evaluated by measuring the amount of oxygen permeation and the amount of water vapor permeation.
The gas that permeates through the transparent barrier film using the inorganic thin film passes through the free volume (holes) of the substrate film, and permeates through a defect portion such as a crack in the inorganic thin film or a hole in the inorganic thin film layer.
Defects such as cracks in the inorganic layer may be generated when handling the transparent barrier film, or may be generated by protrusions or dust on the plastic film serving as the substrate.
On the other hand, the pores in the inorganic thin film layer are caused by the properties of the substance itself and the film forming conditions.
In considering the improvement of the barrier, even if only the permeation amount is evaluated, the countermeasure cannot be taken well.
In addition, a method for improving the barrier performance by laminating an organic layer and an inorganic layer is known, but a film having many voids in the inorganic layer has no effect by laminating.

高分子フィルムの自由体積を測定する方法として対象となるフィルム内に打ち込んだ陽電子が空孔内で消滅するまでの時間により評価する陽電子消滅寿命測定法が知られている。(たとえば、非特許文献1参照)
無機材料内の欠陥を評価する方法としても陽電子消滅法が使われる。陽電子消滅を利用した評価法としては寿命を測定する方法以外にも、陽電子の消滅時に発生するγ線のエネルギー分布を評価するドップラー広がり評価法がある。(たとえば、非特許文献2参照)
As a method for measuring the free volume of a polymer film, there is known a positron annihilation lifetime measurement method in which evaluation is made based on the time until a positron implanted in a target film disappears in a vacancy. (For example, see Non-Patent Document 1)
The positron annihilation method is also used as a method for evaluating defects in inorganic materials. As an evaluation method using positron annihilation, there is a Doppler broadening evaluation method for evaluating the energy distribution of γ rays generated at the time of positron annihilation, in addition to the method of measuring lifetime. (For example, see Non-Patent Document 2)

特許第2700019号Patent No. 2700019

陽電子消滅及び気体拡散測定による高分子の自由体積の評価 荻原原子力基盤技術データベース データ番号110014Evaluation of free volume of polymer by positron annihilation and gas diffusion measurement EBARA Nuclear Power Technology Database Data No. 110014 陽電子による先端半導体材料の評価 上殿 鈴木 大平 石橋 応用物理 第74巻 第9号(2005)Evaluation of advanced semiconductor materials with positrons Ueda Suzuki Ohira Ishibashi Applied Physics Vol. 74 No. 9 (2005)

本発明は、優れたバリア性をもつ無機薄膜層をもつ透明バリアフィルムを提供するものである。   The present invention provides a transparent barrier film having an inorganic thin film layer having excellent barrier properties.

すなわち、本発明は、少なくともプラスチックフィルムの片面に無機薄膜層を有した透明バリアフィルムに関して陽電子消滅法で求めたSパラメータの無機薄膜層の極大値が0.51以下であることを特徴とする透明バリアフィルムである。   That is, the present invention is characterized in that the maximum value of the inorganic thin film layer of the S parameter obtained by the positron annihilation method for a transparent barrier film having an inorganic thin film layer on at least one side of the plastic film is 0.51 or less. It is a barrier film.

この場合において、前記透明バリアフィルムの陽電子消滅法で求めるSパラメータの無機薄膜層の極大値が0.505以下であることが好適である。   In this case, it is preferable that the maximum value of the inorganic thin film layer of the S parameter obtained by the positron annihilation method of the transparent barrier film is 0.505 or less.

また、この場合において、前記無機層が主としてアルミナおよびシリカよりなることが好適である。   In this case, it is preferable that the inorganic layer is mainly made of alumina and silica.

本発明により、高性能なバリアフィルムが得られ、電子部品等の気密性を要求される包装材料、または、ガス遮断材料として使用されることができる。さらに有機層、無機層を交互に重ねることにより、より優れたバリアフィルムが得られる。   According to the present invention, a high-performance barrier film can be obtained, and can be used as a packaging material that requires airtightness such as an electronic component or a gas barrier material. Furthermore, a better barrier film can be obtained by alternately stacking organic layers and inorganic layers.

γ線のエネルギー分布γ-ray energy distribution 低速陽電子ビーム装置概念図Conceptual diagram of low-speed positron beam equipment 陽電子消滅法で求めるSパラメータ測定例S parameter measurement example obtained by positron annihilation method 実施例記載の透明バリアフィルムの測定結果Measurement results of transparent barrier film described in Examples

1:エネルギー分布
2:Sパラメータ領域
3:陽電子源(22Na)
4:減速材
5:フィルター
6:陽電子ビーム
7:加速器
8:ヘルムホルツコイル
9:試料
10:γ線
11:検出器
12:プラスチックフィルムの固有値
1: Energy Distribution 2: S Parameter area 3: positron source (22 Na)
4: Moderator 5: Filter 6: Positron beam 7: Accelerator 8: Helmholtz coil 9: Sample 10: γ-ray 11: Detector 12: Eigenvalue of plastic film

本発明の透明バリアフィルムは陽電子消滅法によりもとめるSパラメータの無機薄膜層の極大値が0.51以下であることを特徴を有する。   The transparent barrier film of the present invention is characterized in that the maximum value of the S parameter inorganic thin film layer determined by the positron annihilation method is 0.51 or less.

本発明で言う陽電子消滅法は、対象の中に打ち込んだ陽電子が消滅する際に発生するγ線のエネルギー分布を評価する方法である。先に上げた非特許文献2にも説明がある。
陽電子消滅法において得られるγ線のエネルギー分布の概念図を図1に示す。電子と対消滅する際に発生するγ線のエネルギーは電子の運動状態によって異なり、511keVを中心に拡がるエネルギー分布(概念図1の(1))をもつ。
本発明においては陽電子が空孔の大きさにより、その周りの原子の異なる軌道の電子に陽電子が衝突することでγ線が広がりを持つことに注目した。
本願発明では、511keVを中心とした511±0.76keVの領域(概念図1の領域(2))のカウント数を全カウント数で除した値を陽電子消滅法によりもとめるSパラメータとして定義する。
本願では、無機層表面より打ち込む陽電子のエネルギーを順次変えていき無機層表面からプラスチックへの深さ方向の各層でのSパラメータを求めた時、無機層での極大値を薄膜の評価に使用している。
The positron annihilation method referred to in the present invention is a method for evaluating the energy distribution of γ-rays generated when the positrons implanted in the object disappear. There is also an explanation in Non-Patent Document 2 mentioned above.
A conceptual diagram of the energy distribution of γ rays obtained by the positron annihilation method is shown in FIG. The energy of γ-rays generated when electrons annihilate with electrons varies depending on the motion state of the electrons, and has an energy distribution ((1) in the conceptual diagram 1) that spreads around 511 keV.
In the present invention, attention is paid to the fact that the γ-rays are broadened by the collision of positrons with electrons in different orbits of atoms around the positron due to the size of the holes.
In the present invention, a value obtained by dividing the count number of the region of 511 ± 0.76 keV (region (2) in the conceptual diagram 1) centered on 511 keV by the total count number is defined as the S parameter obtained by the positron annihilation method.
In this application, when the S parameter in each layer in the depth direction from the surface of the inorganic layer to the plastic is obtained by sequentially changing the energy of the positrons injected from the surface of the inorganic layer, the maximum value in the inorganic layer is used for the evaluation of the thin film. ing.

本発明で用いる装置の一例として装置の構成を以下に述べる。
図2においては陽電子源(3)としてナトリウム22を使った例である。ナトリウム22の原子核のβ崩壊により高エネルギーの陽電子が発生する。得られた陽電子を減速材により速度を落とし、電磁界を使ったフィルター(5)により、高速陽電子を取り除き速度を一定範囲にそろえて陽電子ビーム(6)を取り出す。
陽電子ビームは所望の速度に加速器(7)により加速し打ち込みエネルギーを調整し試料[9]に打ち込む。ヘルムホルツコイル(8)でビームの発散防止と軌道の安定を図る。
打ち込まれた陽電子は試料内でポジトロンを形成しある寿命で崩壊する。崩壊したときに発生するγ線のエネルギーを半導体検出器(11)で計測する。
計測されたγ線は、エネルギー別に計数する。なお、実施例では、図2に示す装置を使用し、陽電子消滅法によりもとめるSパラメータ値を測定した。
The configuration of the apparatus will be described below as an example of the apparatus used in the present invention.
FIG. 2 shows an example in which sodium 22 is used as the positron source (3). High energy positrons are generated by β decay of the sodium 22 nucleus. The speed of the obtained positron is reduced by a moderator, and the positron beam (6) is taken out by removing the high-speed positron by a filter (5) using an electromagnetic field so that the speed is kept within a certain range.
The positron beam is accelerated to a desired speed by the accelerator (7), the implantation energy is adjusted, and the sample is implanted into the sample [9]. A Helmholtz coil (8) prevents beam divergence and stabilizes the orbit.
The injected positron forms a positron in the sample and decays with a certain lifetime. The energy of the γ-ray generated when it collapses is measured by the semiconductor detector (11).
The measured gamma rays are counted by energy. In the examples, the S parameter value obtained by the positron annihilation method was measured using the apparatus shown in FIG.

少なくともプラスチックフィルムの片面に無機薄膜層を有した透明バリアフィルムにおいては、例えばSパラメータは図3に示すような形態をしめす。図3は横軸に陽電子エネルギー、縦軸に得られたSパラメータをプロットしたものであるが、陽電子のエネルギーが0keVより増すにつれて無機薄膜層表面より無機薄膜層内部、フィルムとの界面、プラスチック内部といった深さ方向に異なる位置のSパラメータ値を示している。
Sパラメータは表層の影響、界面の影響を受けるので、無機薄膜層、プラスチックフィルムのSパラメータの評価は下記のように行う。陽電子が十分内部に陽電子が入ったところでのSパラメータはプラスチックフィルムの固有値(12)を示す。
本発明にけるSパラメータは、無機薄膜層において得られたSパラメータの極大値を言うが、具体的な決定方法としては、プラスチック固有値を示すところから表面に向かい、陽電子エネルギーが小さくなるにしたがって上昇する場合はその極大値をさし、無機薄膜層との界面においていったん下降した後、極小値を経て、上昇した後に極大値を示す場合はその極小値を過ぎた後の極大値を言う。
In a transparent barrier film having an inorganic thin film layer on at least one side of a plastic film, for example, the S parameter takes a form as shown in FIG. FIG. 3 is a plot of the positron energy on the horizontal axis and the S parameter obtained on the vertical axis. As the positron energy increases from 0 keV, the inorganic thin film layer inside, the interface with the film, and the plastic inside as the positron energy increases from 0 keV. The S parameter values at different positions in the depth direction are shown.
Since the S parameter is affected by the surface layer and the interface, the S parameter of the inorganic thin film layer and the plastic film is evaluated as follows. The S parameter where the positron has sufficiently entered the positron shows the eigenvalue (12) of the plastic film.
The S parameter in the present invention refers to the maximum value of the S parameter obtained in the inorganic thin film layer. As a specific determination method, the plastic characteristic eigenvalue is directed to the surface, and increases as the positron energy decreases. In this case, the maximum value is indicated, and when it reaches a minimum value after descending at the interface with the inorganic thin film layer, and shows a maximum value after rising, it indicates the maximum value after the minimum value has passed.

陽電子消滅法によりもとめるSパラメータにより、無機薄膜層自体に存在する空孔の大きさが評価でき、透明バリアフィルムの無機薄膜層の割れや基板への汚れなどに起因するピンホールなどによるバリア性の低下があっても、無機薄膜自体のバリア性を評価することができる。   The S-parameters determined by the positron annihilation method can be used to evaluate the size of the vacancies in the inorganic thin film layer itself. Even if there is a decrease, the barrier property of the inorganic thin film itself can be evaluated.

無機薄膜層の割れなどの欠陥の場合、無機薄膜層に有機層を積層し、さらに無機層を積層すると無機欠陥を透過し有機層を透過して2層目の無機層欠陥を通過する場合、有機層ないで膜厚方向でなく欠陥と欠陥を結ぶ長い距離を透過しないといけなくなりガス透過が大きく減少する。
陽電子消滅法によりもとめるSパラメータの無機薄膜層の極大値が0.51以下の場合、無機薄膜層の空孔が小さく積層による改善が見込める。さらに、0.505以下では割れ、酸素透過量、水蒸気透過量に低いフィルムが得られる。
In the case of a defect such as a crack in the inorganic thin film layer, when an organic layer is laminated on the inorganic thin film layer, and further laminated with an inorganic layer, the inorganic defect is transmitted through the organic layer and passes through the second inorganic layer defect. Without an organic layer, gas permeation is greatly reduced because it must pass through a long distance connecting defects, not in the film thickness direction.
When the maximum value of the inorganic thin film layer of the S parameter determined by the positron annihilation method is 0.51 or less, the inorganic thin film layer has small vacancies and can be improved by lamination. Furthermore, if it is 0.505 or less, a film having low cracking, oxygen permeation amount, and water vapor permeation amount can be obtained.

本発明でいうプラスチックフィルムとは、有機高分子を溶融押出しをして、必要に応じ、長手方向、および、または、幅方向に延伸、冷却、熱固定を施したフィルムであり、有機高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレート、ナイロン6、ナイロン4、ナイロン66、ナイロン12、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニールアルコール、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキサイドなどがあげられる。また、これらの有機高分子は他の有機重合体を少量共重合したり、ブレンドしたりしてもよい。   The plastic film as used in the present invention is a film obtained by melt-extrusion of an organic polymer and stretching, cooling, and heat setting in the longitudinal direction and / or the width direction as necessary. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene-2,6-naphthalate, nylon 6, nylon 4, nylon 66, nylon 12, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, wholly aromatic polyamide, polyamideimide, polyimide , Polyetherimide, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide and the like. These organic polymers may be copolymerized or blended with a small amount of other organic polymers.

さらにこの有機高分子には、公知の添加剤、例えば、紫外線吸収剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤などが添加されていてもよく、その透明度は特に限定するものではないが、透明ガスバリアフィルムとして使用する場合には、50%以上の透過率をもつものが好ましい。
本発明のプラスチックフィルムは、本発明の目的を損なわない限りにおいて、薄膜層を積層するに先行して、該フィルムをコロナ放電処理、グロー放電処理、その他の表面粗面化処理を施してもよく、また、公知のアンカーコート処理、印刷、装飾が施されていてもよい。
Furthermore, known additives such as ultraviolet absorbers, antistatic agents, plasticizers, lubricants, colorants and the like may be added to the organic polymer, and the transparency thereof is not particularly limited. When used as a transparent gas barrier film, those having a transmittance of 50% or more are preferred.
The plastic film of the present invention may be subjected to corona discharge treatment, glow discharge treatment and other surface roughening treatment prior to laminating the thin film layer, as long as the object of the present invention is not impaired. Further, known anchor coating treatment, printing, and decoration may be applied.

本発明におけるプラスチックフィルムは、その厚さが1μm以上300μm以下の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは5μm以上100μm以下の範囲である。   The plastic film in the present invention preferably has a thickness in the range of 1 μm to 300 μm, more preferably in the range of 5 μm to 100 μm.

本発明でいう無機薄膜層は、物質としては、Al、Si、Ti、Zn、Zr、Mg、Sn、Cu、Fe等の金属や、これら金属の酸化物、窒化物、フッ素物、硫化物等が挙げられ、具体的には、SiOx(x=1.0〜2.0)、アルミナ、マグネシア、硫化亜鉛、チタニア、ジルコニア、酸化セリウム、あるいはこれらの混合物が例示される。無機薄膜層は1層でもあるいは2層以上の積層体であってもよい。   The inorganic thin film layer referred to in the present invention includes, as materials, metals such as Al, Si, Ti, Zn, Zr, Mg, Sn, Cu, and Fe, and oxides, nitrides, fluorides, sulfides, and the like of these metals. Specifically, SiOx (x = 1.0 to 2.0), alumina, magnesia, zinc sulfide, titania, zirconia, cerium oxide, or a mixture thereof is exemplified. The inorganic thin film layer may be a single layer or a laminate of two or more layers.

酸化アルミニウムと酸化ケイ素とを蒸着して作成した複合酸化物層の場合、無機化合物薄膜中に含まれる酸化アルミニウムの質量比率は特に限定されないが、無機化合物薄膜中に含まれる酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素(酸化マグシウム)の合計100質量%に対し、酸化アルミニウムの比率が10質量%以上が好ましく、20質量%以上がさらに好ましく、30質量%以上よりさらに好ましく、40質量%以上が特に好ましい。酸化アルミニウムの比率は65質量%以下であることが好ましく、55%以下がさらに好ましく、50%以下が特に好ましい。
酸化アルミニウムの比率が質量%を超えると、柔軟性が乏しくなる傾向があるためハンドリングによる割れが生じ易く、安定したバリア性が得られ難くなる場合がある。一方、酸化アルミニウムの比率が10質量%未満であるとバリア性がよくなくなる。
In the case of a composite oxide layer prepared by vapor-depositing aluminum oxide and silicon oxide, the mass ratio of aluminum oxide contained in the inorganic compound thin film is not particularly limited, but aluminum oxide and silicon oxide contained in the inorganic compound thin film ( The ratio of aluminum oxide is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, still more preferably 30% by mass or more, and particularly preferably 40% by mass or more with respect to 100% by mass of the total of (magnesium oxide). The proportion of aluminum oxide is preferably 65% by mass or less, more preferably 55% or less, and particularly preferably 50% or less.
If the ratio of aluminum oxide exceeds mass%, the flexibility tends to be poor, so that cracking due to handling is likely to occur, and stable barrier properties may be difficult to obtain. On the other hand, if the ratio of aluminum oxide is less than 10% by mass, the barrier property is not good.

前記無機化合物薄膜の膜厚は、特に限定されないが、5〜500nmが好ましく、さらに好ましくは8nm以上、100nm以下であり、無機化合物薄膜の膜厚が5nm未満では、満足のいくガスバリア性が得られ難くなる場合があり、一方、500nmを超えて過度に厚くしても、それに相当するガスバリア性の向上の効果は得られず、耐屈曲性や製造コストの点でかえって不利となる。   The film thickness of the inorganic compound thin film is not particularly limited, but is preferably 5 to 500 nm, more preferably 8 nm to 100 nm. When the film thickness of the inorganic compound thin film is less than 5 nm, satisfactory gas barrier properties can be obtained. On the other hand, even if the thickness exceeds 500 nm, the corresponding effect of improving the gas barrier property cannot be obtained, which is disadvantageous in terms of bending resistance and manufacturing cost.

上記無機薄膜層の形成方法としては、公知の方法、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等の物理蒸着法(PVD)や、プラズマ化学気相成長法(PECVD)等の化学蒸着法等が採用される。   As a method for forming the inorganic thin film layer, a known method, for example, chemical vapor deposition such as physical vapor deposition (PVD) such as vacuum vapor deposition, sputtering, ion plating, or plasma chemical vapor deposition (PECVD) is used. Laws are adopted.

真空蒸着法においては、蒸着材料としてアルミニウム、珪素、チタン、マグネシウム、ジルコニウム、セリウム、亜鉛等の金属、また、SiOx(x=1.0〜2.0)、アルミナ、マグネシア、硫化亜鉛、チタニア、ジルコニア等の化合物およびそれらの混合物が用いられる。加熱方法としては抵抗加熱、誘導加熱、電子線加熱等が採用される。また、反応ガスとして、酸素等を導入したり、オゾン添加、イオンアシスト等の手段を用いたりした反応性蒸着法を採用してもよい。
無機層の空孔は無機層の組成、基板フィルムの表面状態、製造条件により制御することができる。
酸化アルミニウム−酸化珪素の蒸着法による無機層では以下の条件が好ましい。
蒸着時のプラスチックフィルムの温度は15〜30℃とするのが好ましく、20〜25℃とするのがより好ましい。
蒸着時の圧力は10−5〜10−3Paとするのが好ましく、10−5〜2×10−4Paとするのが好ましい。
さらに、作成した無機薄膜層に加湿処理を施すのが重要である。加湿処理は40〜60℃、湿度60RH%の大気中で5〜10日間行うのが好ましい。
蒸着時のプラスチックフィルムの温度は15〜30℃とするのが好ましく、20〜25℃とするのがより好ましい。
蒸着時の圧力は10−5〜10−3Paとするのが好ましく、10−5〜2×10−4Paとするのが好ましい。
さらに、作成した無機薄膜層に加湿処理を施すのが重要である。加湿処理は40〜60℃、湿度60RH%の大気中で5〜10日間行うのが好ましい。
In the vacuum deposition method, the deposition material is a metal such as aluminum, silicon, titanium, magnesium, zirconium, cerium, or zinc, SiOx (x = 1.0 to 2.0), alumina, magnesia, zinc sulfide, titania, Compounds such as zirconia and mixtures thereof are used. As the heating method, resistance heating, induction heating, electron beam heating or the like is employed. Moreover, you may employ | adopt the reactive vapor deposition method which introduce | transduced oxygen etc. as a reactive gas, or used means, such as ozone addition and ion assist.
The pores of the inorganic layer can be controlled by the composition of the inorganic layer, the surface state of the substrate film, and the production conditions.
The following conditions are preferable for an inorganic layer formed by an aluminum oxide-silicon oxide vapor deposition method.
The temperature of the plastic film during vapor deposition is preferably 15 to 30 ° C, and more preferably 20 to 25 ° C.
The pressure at the time of vapor deposition is preferably 10 −5 to 10 −3 Pa, and preferably 10 −5 to 2 × 10 −4 Pa.
Furthermore, it is important to apply a humidification treatment to the prepared inorganic thin film layer. The humidification treatment is preferably performed in an atmosphere of 40 to 60 ° C. and a humidity of 60 RH% for 5 to 10 days.
The temperature of the plastic film during vapor deposition is preferably 15 to 30 ° C, and more preferably 20 to 25 ° C.
The pressure at the time of vapor deposition is preferably 10 −5 to 10 −3 Pa, and more preferably 10 −5 to 2 × 10 −4 Pa.
Furthermore, it is important to apply a humidification treatment to the prepared inorganic thin film layer. The humidification treatment is preferably performed in an atmosphere of 40 to 60 ° C. and a humidity of 60 RH% for 5 to 10 days.

本発明では、特に好ましい無機薄膜層としては酸化アルミニウムと酸化ケイ素とを蒸着して作成した複合酸化物層や酸化アルミニウムと酸化マグネシウムとを蒸着して作成した複合酸化物層が好ましい。   In the present invention, a particularly preferable inorganic thin film layer is preferably a composite oxide layer prepared by vapor deposition of aluminum oxide and silicon oxide or a composite oxide layer prepared by vapor deposition of aluminum oxide and magnesium oxide.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
なお、各実施例で得られたフィルム特性は以下の方法により測定、評価した。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
The film properties obtained in each example were measured and evaluated by the following methods.

1)陽電子消滅法によるSパラメータの測定
陽電子源としてナトリウム22を使用する。減速材(タングステン)を通過して減速した陽電子を電磁場により、高速度陽電子を振り分け加速器で電界をかけ、必要な速度(eV)まで加速する。陽電子ビームは約10mmに絞られセットした透明バリアフィルムに照射される。
計測されたγ線はルマニウム半導体検出器でエネルギー別に計数し、511±0.76keVの領域でカウント数をγ線の511keVを中心とするエネルギー分布全域での全カウントで除した値をSパラメータとした。一定時間経過後、加速電圧を上げて次の深さの測定を行う。
1) Measurement of S parameter by positron annihilation method Sodium 22 is used as a positron source. The positrons that have passed through the moderator (tungsten) are decelerated by the electromagnetic field, the high-speed positrons are distributed, and an electric field is applied by the accelerator to accelerate to the required speed (eV). The positron beam is irradiated to the transparent barrier film set to about 10 mm.
The measured γ-rays are counted by energy with a rumanium semiconductor detector, and the value obtained by dividing the count number in the region of 511 ± 0.76 keV by the total count over the entire energy distribution centering on 511 keV of γ-rays is taken as the S parameter. did. After a certain period of time, the acceleration voltage is increased and the next depth is measured.

2)無機化合物薄膜の組成・膜厚
無機化合物の組成膜厚は蛍光X線分析装置((株)リガク製「ZSX100e」)を用いて、予め作成した検量線により膜厚組成を測定した。なお、励起X線管の条件として50kV、70mAとした。
検量線は以下の手順で求めたものである。
酸化アルミニウムと酸化ケイ素からなる無機薄膜の場合を例に説明する。
酸化アルミニウムと酸化ケイ素とからなる無機化合物薄膜を持つフィルムを数種類作成し、誘導結合プラズマ発光法(ICP法)で酸化アルミニウムと酸化ケイ素それぞれの付着量を求める。
次いで、付着量を求めた各フィルムを蛍光X線分析装置((株)リガク製「ZSX100e」、励起X線管の条件:50kv、70mA)で分析することにより各サンプルの酸化アルミニウムと酸化ケイ素との蛍光X線強度を求める。
蛍光X線強度とICPで求めた付着量の関係を求めて検量線を作成する。
ICPで求めた付着量は基本的に重量であるのでこれを膜厚組成とするため以下のように変換した。
膜厚は、無機酸化薄膜の密度がバルク密度の8割であるとし、かつ 酸化アルミニウムと酸化ケイ素とが混合された状態であってもそれぞれ体積を保つとして算出した。
酸化アルミニウムの膜中の含有率wa(質量%)、酸化ケイ素の膜中の含有量ws(質量%)は、酸化アルミニウムの単位面積当たりの付着量をMa(g/cm)、酸化ケイ素の単位面積当たりの付着量をMs(g/cm)とすると、各々下記式(1)、(2)で求められる。
wa=100×[Ma/(Ma+Ms)] (1)
ws=100−wa (2)
すなわち、酸化アルミニウムの単位面積当たりの付着量をMa(g/cm)、そのバルクの密度をρa(3.97g/cm)とし、酸化ケイ素の単位面積当たりの付着量をMs(g/cm)、そのバルクの密度をρs(2.65g/cm)とすると、膜厚t(nm)は下記式(3)で求められる。
t=((Ma/(ρa×0.8)+Ms/(ρs×0.8))×10・・・式(3)

蛍光X線で測定した膜厚の値は、TEMで実際に計測した膜厚と近いものであった。
酸化アルミニウムと酸化マグネシウムからなる無機薄膜の場合も同様に行なうが、酸化マグネシウムのバルクの密度をρmは3.65g/cmとする。
2) Composition and film thickness of inorganic compound thin film The film thickness composition of the inorganic compound was measured with a calibration curve prepared in advance using a fluorescent X-ray analyzer ("ZSX100e" manufactured by Rigaku Corporation). The conditions for the excitation X-ray tube were 50 kV and 70 mA.
The calibration curve was obtained by the following procedure.
A case of an inorganic thin film made of aluminum oxide and silicon oxide will be described as an example.
Several kinds of films having an inorganic compound thin film composed of aluminum oxide and silicon oxide are prepared, and the amounts of adhesion of aluminum oxide and silicon oxide are determined by inductively coupled plasma emission method (ICP method).
Next, each film for which the adhesion amount was determined was analyzed with a fluorescent X-ray analyzer (“ZSX100e” manufactured by Rigaku Corporation, excitation X-ray tube conditions: 50 kv, 70 mA). Fluorescent X-ray intensity is obtained.
A calibration curve is created by obtaining the relationship between the fluorescent X-ray intensity and the adhesion amount obtained by ICP.
Since the adhesion amount obtained by ICP is basically weight, it was converted as follows in order to make it a film thickness composition.
The film thickness was calculated on the assumption that the density of the inorganic oxide thin film was 80% of the bulk density, and that the volume was maintained even when aluminum oxide and silicon oxide were mixed.
The content ratio wa (mass%) in the aluminum oxide film and the content ws (mass%) in the silicon oxide film are the adhesion amount per unit area of aluminum oxide Ma (g / cm 2 ), When the adhesion amount per unit area is Ms (g / cm 2 ), the following formulas (1) and (2) are obtained, respectively.
wa = 100 × [Ma / (Ma + Ms)] (1)
ws = 100−wa (2)
That is, the adhesion amount per unit area of aluminum oxide is Ma (g / cm 2 ), the bulk density thereof is ρa (3.97 g / cm 3 ), and the adhesion amount of silicon oxide per unit area is Ms (g / g cm 2 ), and the bulk density is ρs (2.65 g / cm 3 ), the film thickness t (nm) is obtained by the following formula (3).
t = ((Ma / (ρa × 0.8) + Ms / (ρs × 0.8)) × 10 7 Formula (3)

The film thickness value measured by fluorescent X-ray was close to the film thickness actually measured by TEM.
The same applies to the case of an inorganic thin film made of aluminum oxide and magnesium oxide, but the bulk density of magnesium oxide is ρm of 3.65 g / cm 3 .

3)酸素透過度、水蒸気透過度の測定
酸素透過度はJIS K7126−2 A法に準じて、酸素透過度測定装置(OXTRAN 2/21 MOCOM社製)を用意、温度23℃、湿度65%RHの雰囲気下で測定した。
水蒸気透過度はJIS K7129 B法に準じて、水蒸気透過度測定装置(PERMATRAN−W 3/31 MOCOM社製)を用い、温度40℃、湿度90%RHの雰囲気下で水蒸気透過度を測定した。
3) Measurement of oxygen permeability and water vapor permeability As for oxygen permeability, an oxygen permeability measuring device (manufactured by OXTRAN 2/21 MOCOM) is prepared according to JIS K7126-2 A method, temperature 23 ° C, humidity 65% RH Measured under the atmosphere of
The water vapor permeability was measured according to JIS K7129 B method using a water vapor permeability measuring device (manufactured by PERMATRAN-W 3/31 MOCOM) in an atmosphere of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 90% RH.

(実施例1)
蒸着源として、3〜5mm程度の大きさの粒子状のAl(酸化アルミニウム、純度99.5%)とSiO(酸化硅素、純度99.9%)を用い、電子ビーム蒸着法で、50μm厚のPETフィルム(東洋紡績(株):E4100)の非コート面側に酸化アルミニウムと酸化硅素を同時に蒸着し酸化アルミニウム・酸化硅素系薄膜の形成を行った。
蒸着材料は、直径40mmの円形の坩堝をカーボン板で2つに仕切り、それぞれに粒状の酸化アルミニウム、粒状の酸化珪素を混合せずに投入した。また、上記PETフィルムを支持板に設置した。
加熱源として一台の電子銃を用い、AlとSiOのそれぞれを時分割で電子ビームを照射して加熱し、PETフィルム表面に加熱気化し混合した酸化アルミニウム、粒状の酸化珪素を蒸着した。
その時の電子銃のエミッション電流は205mA 加速電圧は6kV、坩堝に投入された酸化アルミニウムには160mA×6kV相当の、酸化硅素アルミナには45mA×6kV相当の電力投入がされた。
蒸着時の真空圧は1.1×10−4Paとし、フィルムの支持体の温度を23℃とした。
無機薄膜層の厚みは水晶振動子式膜厚計を使い60nmを目標に蒸着した。
作成した蒸着フィルムを40℃、60%RHの大気中に7日間放置した。
得られた蒸着フィルムのSパラメータ、膜厚、組成、酸素透過度、水蒸気透過度を測定した。結果を表1に示す。Sパラメータの蒸着フィルムの無機薄膜層表面からPETフィルムへの厚み方向の変化を図4に示す。
Example 1
As an evaporation source, particulate Al 2 O 3 (aluminum oxide, purity 99.5%) and SiO 2 (silicon oxide, purity 99.9%) having a size of about 3 to 5 mm are used. An aluminum oxide / silicon oxide thin film was formed by simultaneously depositing aluminum oxide and silicon oxide on the non-coated surface side of a 50 μm thick PET film (Toyobo Co., Ltd .: E4100).
As the vapor deposition material, a circular crucible having a diameter of 40 mm was divided into two by a carbon plate, and granular aluminum oxide and granular silicon oxide were added to each without mixing. The PET film was placed on a support plate.
Using a single electron gun as a heating source, each of Al 2 O 3 and SiO 2 is heated by irradiating an electron beam in a time-sharing manner, and the PET film surface is heated and vaporized to mix aluminum oxide and granular silicon oxide. Vapor deposited.
At that time, the emission current of the electron gun was 205 mA, the acceleration voltage was 6 kV, the aluminum oxide charged in the crucible was equivalent to 160 mA × 6 kV, and the silicon oxide alumina was equivalent to 45 mA × 6 kV.
The vacuum pressure during the deposition was 1.1 × 10 −4 Pa, and the temperature of the film support was 23 ° C.
The thickness of the inorganic thin film layer was vapor-deposited with a target of 60 nm using a crystal oscillator type film thickness meter.
The prepared deposited film was left in an atmosphere of 40 ° C. and 60% RH for 7 days.
The S parameter, film thickness, composition, oxygen permeability, and water vapor permeability of the obtained deposited film were measured. The results are shown in Table 1. FIG. 4 shows changes in the thickness direction from the surface of the inorganic thin film layer of the S parameter vapor deposition film to the PET film.

(実施例2)
実施例1と、シリカに45mA、アルミナに180mA相当を投入した以外は同様にして、透明バリアフィルムを作成し、各項目を測定した。
(Example 2)
A transparent barrier film was prepared in the same manner as in Example 1 except that 45 mA was added to silica and 180 mA was added to alumina, and each item was measured.

(実施例3)
実施例1と、シリカに40mA、アルミナに175mA相当を投入した以外は同様にして、透明バリアフィルムを作成し、各項目を測定した。
Example 3
A transparent barrier film was prepared in the same manner as in Example 1 except that 40 mA was added to silica and 175 mA equivalent to alumina, and each item was measured.

(実施例4)
実施例1と、シリカに35mA、アルミナに190mA相当を投入した以外は同様にして、透明バリアフィルムを作成し、各項目を測定した。
Example 4
A transparent barrier film was prepared in the same manner as in Example 1, except that 35 mA was added to silica and 190 mA was added to alumina, and each item was measured.

(比較例1)
実施例1と、シリカにのみ45mA相当を投入した以外は同様にして、透明バリアフィルムを作成し、各項目を測定した。
(Comparative Example 1)
A transparent barrier film was prepared in the same manner as in Example 1 except that 45 mA equivalent was added only to silica, and each item was measured.

(比較例2)
実施例1と、アルミナにのみ190mA相当を投入した以外は同様にして、透明バリアフィルムを作成し、各項目を測定した。
(Comparative Example 2)
A transparent barrier film was prepared in the same manner as in Example 1 except that only 190 mA was added to alumina, and each item was measured.

本発明により、透明バリアフィルムの良否が判断できる。また、本発明の評価により良と判断した透明バリアフィルムは優れたバリア性を発揮でき酸素、水蒸気により劣化するものを保護するのに役立つフィルムを提供できる。   According to the present invention, the quality of the transparent barrier film can be determined. Moreover, the transparent barrier film judged as good by evaluation of this invention can exhibit the outstanding barrier property, and can provide the film useful for protecting what deteriorates with oxygen and water vapor | steam.

Claims (3)

少なくともプラスチックフィルムの片面に無機薄膜層を有した透明バリアフィルムに関して無機層を陽電子消滅法で求めるSパラメータの無機薄膜における極大値が0.51以下であることを特徴とする透明バリアフィルム。   A transparent barrier film having a maximum value in an inorganic thin film of S parameter obtained by positron annihilation with respect to a transparent barrier film having an inorganic thin film layer on at least one surface of a plastic film is 0.51 or less. 請求項1の評価法においてSパラメータが0.505以下であることを特徴とする透明バリアフィルム。   2. The transparent barrier film according to claim 1, wherein the S parameter is 0.505 or less. 請求項2および3において無機層が主としてアルミナおよびシリカよりなることを特徴とする透明バリアフィルム。   4. The transparent barrier film according to claim 2, wherein the inorganic layer is mainly composed of alumina and silica.
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