JP2016074165A - Gas barrier laminated film and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池関連部材や電子機器関連部材などの分野において、特に高いガスバリア性が必要とされる場合に好適に用いられる透明なガスバリア性積層フィルムに関する。 The present invention relates to a transparent gas barrier laminate film that is suitably used when high gas barrier properties are particularly required in the fields of solar cell-related members and electronic device-related members.
近年、太陽電池関連部材や電子機器関連部材において、重くて割れやすいガラス基板に代わり、軽くて柔軟性に優れた透明プラスチックフィルムを基板に用いることが検討されている。更にプラスチックフィルムを基板に用いた場合にはRoll−to−Rollの生産方式を適用することができるため、ガラスを基板に比べて生産コストを削減することも期待できる。 In recent years, in solar cell-related members and electronic device-related members, it has been studied to use a light and flexible transparent plastic film as a substrate instead of a heavy and easily broken glass substrate. Further, when a plastic film is used for the substrate, a roll-to-roll production method can be applied, so that it can be expected to reduce the production cost of glass compared to the substrate.
一方で、プラスチックフィルムはガラスに比べてガスバリア性に劣るという問題があり、プラスチックフィルム上に、透明な酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなどの無機酸化物の蒸着薄膜層をガスバリア層とし、その上に適宜のガスバリア性被膜層とを積層してなる積層フィルムが開示されている。しかしながら、これらの積層フィルムは、高湿度下に長時間置かれているとガスバリア性能が低下するという問題があり、太陽電池関連部材や電子機器関連部材として用いるためには、高いガスバリア性だけでなく、耐候性を兼ね備えたガスバリア性フィルムが求められている。 On the other hand, the plastic film has a problem that the gas barrier property is inferior to that of glass. On the plastic film, a vapor-deposited thin film layer of an inorganic oxide such as silicon oxide, aluminum oxide or magnesium oxide is used as a gas barrier layer. Discloses a laminated film obtained by laminating an appropriate gas barrier coating layer. However, these laminated films have a problem that the gas barrier performance is lowered when they are placed under high humidity for a long time, and not only have a high gas barrier property in order to be used as a solar cell related member or an electronic device related member. There is a need for a gas barrier film having weather resistance.
この要求に応えるため、特許文献1ではプラスチックフィルムの少なくとも片面に無機層と有機層を積層したガスバリア性フィルムを積層後に加熱処理を行うことにより、耐久性に優れたガスバリア性積層フィルムを提供する技術が提案されている。しかし、無機層と有機層とを積層したガスバリア性積層フィルムに対して積層後に行う加熱処理工程自体がガスバリア性の低下を招いてしまうという問題があり、十分なガスバリア性能は達成できていなかった。これに対して、特許文献2ではガラス転移温度が高いプラスチック基材を用いることで加熱処理工程におけるガスバリア性能の低下を抑制する技術が提案されているが、そのレベルは十分とは言えず、更なる改良が望まれていた。
In order to meet this demand,
本発明者が検討したところ、従来のガスバリアフィルムの製造方法のようにプラスチック基材上に有機層と無機層を積層した後に加熱処理を行った場合、有機層中に残っている溶剤が揮発し、有機層と無機層の密着性を低下させていることが判明した。このため、高湿度下に長期間置かれるとガスバリア性の低下を招き、実用性に課題があった。 When the present inventors examined, when the heat treatment was performed after laminating the organic layer and the inorganic layer on the plastic substrate as in the conventional method for producing a gas barrier film, the solvent remaining in the organic layer was volatilized. It was found that the adhesion between the organic layer and the inorganic layer was lowered. For this reason, when it was left for a long time under high humidity, the gas barrier property was lowered, and there was a problem in practicality.
そこで、本発明では、このような従来技術の課題を解決するために、高湿度下に長期間おかれた場合であっても優れたガスバリア性を維持することのできるガスバリア性フィルムを提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems of the prior art, the present invention provides a gas barrier film capable of maintaining excellent gas barrier properties even when kept for a long time under high humidity. With the goal.
本発明者は、ガスバリア性フィルムの有機層に残っている溶剤を揮発させることができる方法や条件について検討を行った結果、高湿度下に長期間置かれた場合であっても優れたガスバリア性を維持することのできるガスバリア性フィルムの製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of studying methods and conditions that can volatilize the solvent remaining in the organic layer of the gas barrier film, the present inventor has demonstrated excellent gas barrier properties even when placed under high humidity for a long period of time. The inventors have found a method for producing a gas barrier film capable of maintaining the above, and have completed the present invention.
すなわち、請求項1に記載の発明は、プラスチックフィルム上の少なくとも一方の面に有機層と無機層を含む層を有するガスバリア性積層フィルムの製造方法であって、
前記プラスチックフィルム上の少なくとも一方の面に前記有機層を製膜する工程と、
製膜した前記有機層を、前記有機層を構成するポリマーのガラス転移温度未満の温度で加熱処理する工程と、
前記加熱処理を施した有機層上に前記無機層を製膜する工程、
を少なくとも含むことを特徴とするガスバリア性積層フィルムの製造方法を提供するものである。
That is, the invention according to
Forming the organic layer on at least one surface of the plastic film;
Heat-treating the formed organic layer at a temperature lower than the glass transition temperature of the polymer constituting the organic layer;
Forming the inorganic layer on the heat-treated organic layer;
Is provided. The manufacturing method of the gas-barrier laminated | multilayer film characterized by including at least is provided.
請求項2に記載の発明は、前記ポリマーのガラス転移温度Tgに対し下記式(1)を満たす条件で前記加熱処理を行うことを特徴とする請求項1に記載のガスバリア性積層フィルムの製造方法を提供するものである。
式(1) (Tg−20)≦ 加熱処理温度T ≦(Tg−5)
Invention of Claim 2 performs the said heat processing on the conditions which satisfy | fill following formula (1) with respect to the glass transition temperature Tg of the said polymer, The manufacturing method of the gas barrier laminated film of
Formula (1) (Tg-20) <= Heat processing temperature T <= (Tg-5)
請求項3に記載の発明は、前記加熱処理をする工程を減圧条件下で行うことを特徴とする請求項1または2に記載のガスバリア性積層フィルムの製造方法を提供するものである。
Invention of Claim 3 provides the manufacturing method of the gas-barrier laminated | multilayer film of
請求項4に記載の発明は、前記減圧条件が100Pa以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のガスバリア性積層フィルムの製造方法を提供するものである。
Invention of Claim 4 provides the manufacturing method of the gas-barrier laminated film in any one of
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれかに記載の製造方法により作製したガスバリア性積層フィルムを提供するものである。
The invention according to claim 5 provides a gas barrier laminate film produced by the production method according to any one of
本発明の製造方法で作製されたガスバリア性積層フィルムは、ガスバリア性が高く、高湿度下に長期間おかれた場合であっても優れたガスバリア性を維持することができる。 The gas barrier laminate film produced by the production method of the present invention has high gas barrier properties, and can maintain excellent gas barrier properties even when placed under high humidity for a long period of time.
以下、本発明のガスバリア性積層フィルムとその製造方法について図面に沿って説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされるものであるが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the gas barrier laminate film of the present invention and the production method thereof will be described with reference to the drawings. The description of the constituent elements described below is made based on typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to the following embodiments.
図1は本発明におけるガスバリア性積層フィルムの一例の断面図である。ガスバリア性積層フィルム10は、基材層1の一方の表面上に、大気中の水や酸素を遮断する機能を有するガスバリア層2を設けている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a gas barrier laminate film in the present invention. The gas barrier laminated
本発明におけるガスバリア層2は、少なくとも有機層21と無機層22とを順次積層した構造を有する。好ましくは、複数の有機層と無機層とを交互に積層したガスバリア層である。ガスバリア層を構成する有機層と無機層の層数に関しては特に制限を受けるものでは無いが、2〜20層が好ましく、3〜10層がさらに好ましい。尚、ガスバリア層はプラスチックフィルムの両方の面に設けられていても良い。
The gas barrier layer 2 in the present invention has a structure in which at least an
ガスバリア性積層フィルム10の基材層1は透明なプラスチックフィルムからなっている。この透明なプラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステルフィルム、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンフィルム、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリスチレンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリルニトリルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリ乳酸などの生分解性プラスチックフィルム、などが用いられる。
The
これらの透明なプラスチックフィルムは、延伸、未延伸のどちらでも良いが、機械的強度や寸法安定性などが優れたものが好ましい。特に、耐熱性や寸法安定性などの面から、二軸方向に延伸したポリエチレンテレフタレートが好ましく用いられる。また、透明なプラスチックフィルムは、帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤などの添加剤を含有しても良い。さらに、透明なプラスチックフィルムにおいて、他の層を積層する側の表面には、密着性を良くするために、コロナ処理、低温プラズマ処理、イオンボンバード処理、薬品処理、溶剤処理などを施しても良い。 These transparent plastic films may be stretched or unstretched, but those having excellent mechanical strength and dimensional stability are preferred. In particular, polyethylene terephthalate stretched in the biaxial direction is preferably used from the viewpoints of heat resistance and dimensional stability. Further, the transparent plastic film may contain additives such as an antistatic agent, an ultraviolet absorber, a plasticizer, and a lubricant. Further, in the transparent plastic film, the surface on the side where other layers are laminated may be subjected to corona treatment, low temperature plasma treatment, ion bombardment treatment, chemical treatment, solvent treatment, etc. in order to improve adhesion. .
これらの透明なプラスチックフィルムからなる基材層1の厚さは特に制限を受けるものではないが、太陽電池関連部材や電子機器関連部材としての適性や、他の層を積層する場合の加工適性などを考慮すると、実用的には3〜250μmの範囲であることが好ましい。
Although the thickness of the
ガスバリア性積層フィルム10の有機層21はポリマーの層からなっている。ポリマーとしてはポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリスチレン、フェノキシ樹脂などであり、これらは2種以上併用しても良い。
The
有機層21の形成方法としては、通常のコーティング方法を用いることができる。例えば、ディッピング法、ロールコート、グラビアコート、リバースコート、ナイフコート、コンマコート、ダイコート、メイヤーバーコート等が使用できる。また、コーティング後の溶媒の乾燥には、熱風乾燥、熱ロール乾燥、赤外線乾燥など公知の乾燥方法が使用できる。
As a method for forming the
有機層21の厚みとしては0.05〜3μmが好ましい。ここで、厚みが0.05μm未満の場合は、均一な層を形成することが難しく、十分な保護機能及びガスバリア性が発現しない恐れがある。また、厚みが3μmを超えると、有機層を積層して形成する際に、硬化収縮による内部応力が過度に働き、下の層にクラックが生じる恐れがある。
The thickness of the
本発明のガスバリア性積層フィルムの製造方法は、有機層を形成後、その有機層上に無機層を形成する前に有機層を構成するポリマーのガラス転移温度未満の温度で加熱処理する工程を含む。加熱処理を行うことで有機層中に残っている溶剤が揮発し、高湿度環境下における有機層と無機層との密着性の低下を抑えることができ、その結果、ガスバリア性の低下も抑制することができる。 The method for producing a gas barrier laminate film of the present invention includes a step of heat treatment at a temperature lower than the glass transition temperature of the polymer constituting the organic layer after forming the organic layer and before forming the inorganic layer on the organic layer. . By performing the heat treatment, the solvent remaining in the organic layer volatilizes, and it is possible to suppress a decrease in the adhesion between the organic layer and the inorganic layer in a high-humidity environment. As a result, a decrease in gas barrier properties is also suppressed. be able to.
加熱処理の温度は、有機層を構成するポリマーのガラス転移温度以上であると、有機層を構成するポリマーの結晶化が進行し、他の層を積層する際にクラックなどの欠陥が発生する恐れがあるため、ポリマーのガラス転移温度未満が好ましく、ポリマーのガラス転移温度をTgとすると、(Tg−5)〜(Tg−20)が好ましい。加熱処理温度を前記温度範囲とすることで、有機層に残る溶剤を効率よく揮発させることができるので、有機層と無機層の密着性が低下することなく、ガスバリア性能を維持することができる。 If the temperature of the heat treatment is equal to or higher than the glass transition temperature of the polymer constituting the organic layer, crystallization of the polymer constituting the organic layer proceeds, and defects such as cracks may occur when other layers are laminated. Therefore, when the glass transition temperature of the polymer is Tg, (Tg-5) to (Tg-20) are preferable. By setting the heat treatment temperature within the above temperature range, the solvent remaining in the organic layer can be efficiently volatilized, and thus the gas barrier performance can be maintained without lowering the adhesion between the organic layer and the inorganic layer.
加熱時間は、ポリマーの種類や加熱温度などに応じて適切に選択すれば良いが、通常は0.5〜48時間であり、好ましくは0.5〜12時間である。 The heating time may be appropriately selected according to the kind of polymer and the heating temperature, but is usually 0.5 to 48 hours, preferably 0.5 to 12 hours.
加熱方法は、特に限定されないが、恒温室に保管する方法、熱風を吹き付ける方法、赤外線を照射する方法、熱ロールに接触させる方法などが使用できる。これらの方法は、2つ以上を組み合せて実施しても良い。 Although the heating method is not particularly limited, a method of storing in a temperature-controlled room, a method of blowing hot air, a method of irradiating infrared rays, a method of contacting a hot roll, and the like can be used. These methods may be performed in combination of two or more.
また、前記加熱方法は、減圧条件下で行うことが好ましい。減圧条件下で加熱処理を行うと、溶剤の揮発効果が増し、有機層中の溶剤量を効率よく減らすことができる。減圧条件としては特に制限は無いが、真空チャンバー内において100Pa以下の減圧条件下で加熱処理を行い、その後、真空チャンバーを大気開放せずに100Pa以下の減圧条件下のままで無機層の形成を実施することが、生産効率的に好ましい。 The heating method is preferably performed under reduced pressure conditions. When the heat treatment is performed under reduced pressure conditions, the volatilization effect of the solvent increases, and the amount of solvent in the organic layer can be reduced efficiently. There is no particular limitation on the decompression condition, but heat treatment is performed in a vacuum chamber under a decompression condition of 100 Pa or less, and then an inorganic layer is formed under a decompression condition of 100 Pa or less without opening the vacuum chamber to the atmosphere. Implementation is preferable in terms of production efficiency.
ガスバリア性積層フィルム10の無機層22は金属化合物からなる薄膜の層である。例えば、珪素、アルミニウム、マグネシウム、チタン、亜鉛、錫、ニッケル、ならびに、これらの酸化物、窒化物などが用いられる。特に酸化アルミニウム及び酸化珪素は透明性が良好で、ガスバリア性の安定性に優れることから好適に用いることができる。
The
無機層22の形成方法としては、特に制限は無く、真空蒸着法やスパッタリング法などの物理的蒸着法やプラズマCVDなどの化学的蒸着法を用いることができる。
There is no restriction | limiting in particular as a formation method of the
無機層22の厚みとしては0.005〜1μmが好ましい。ここで厚さが0.005μm未満であると均一な蒸着薄膜層が得られないことがあり、ガスバリア材としての機能を十分に果たすことができない。また、厚さが1μmを超えると、蒸着薄膜層にフレキシビリティを保持させることが難しく、折り曲げや引張りなどの外部応力が加わると、蒸着薄膜層にクラックを生じる恐れがある。
The thickness of the
本発明のガスバリア性積層フィルムは、更に易接着層や印刷層などの機能層を積層しても良い。また、他のフィルムと積層して、食品、日用品、医薬品などの包装分野などにおいて用いることもできる。 In the gas barrier laminate film of the present invention, functional layers such as an easy adhesion layer and a print layer may be further laminated. Moreover, it can also be laminated | stacked with another film and used in the field | areas, such as a packaging of foodstuffs, daily necessities, and a pharmaceutical.
以下、本発明を実施例及び比較例により更に説明するが、本発明は下記例に制限されない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example further demonstrate this invention, this invention is not restrict | limited to the following example.
<実施例1>
基材層1として厚さ100μmの二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用意し、基材層1の一方の表面上にポリエステル(Tg:90℃)をメチルエチルケトン(MEK)に溶解して作製した固形分30%の溶液を塗布、乾燥させ、厚み0.5μmの有機層21を形成した。
次に、有機層21を形成したPETフィルムを恒温槽内に設置し、設定温度80℃で8時間加熱処理を行った。
次に、加熱処理を行ったPETフィルムを真空チャンバー内に設置し、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)5sccm/酸素100sccmの混合ガスを電極間に導入し、13.56MHzの高周波を0.5kW印加してプラズマ化し、有機層21の表面上に厚み0.05μmの酸化珪素からなる無機層22を形成した。こうして実施例1のガスバリア性積層フィルムを作製した。
<Example 1>
A biaxially stretched polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 100 μm was prepared as the
Next, the PET film on which the
Next, the heat-treated PET film was placed in a vacuum chamber, a mixed gas of 5 sccm of hexamethyldisiloxane (HMDSO) / 100 sccm of oxygen was introduced between the electrodes, and a high frequency of 13.56 MHz was applied at 0.5 kW. The
<実施例2>
実施例1のガスバリア性積層フィルムにおいて、有機層21を形成したPETフィルムを恒温槽内に設置し、設定温度80℃で7.5時間加熱処理を行った後、更に真空チャンバー内で100Pa以下の減圧条件のもと、80℃で0.5時間の加熱処理を行った。その他の条件は実施例1と同様であった。こうして実施例2のガスバリア性積層フィルムを作製した。
<Example 2>
In the gas barrier laminate film of Example 1, the PET film on which the
<実施例3>
実施例1において設定温度を70℃で加熱処理を行った以外は、実施例1と同様にガスバリア性積層フィルムを作製した。
<Example 3>
A gas barrier laminate film was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed at 70 ° C. in Example 1.
<実施例4>
実施例1において設定温度を85℃で加熱処理を行った以外は、実施例1と同様にガスバリア性積層フィルムを作製した。
<Example 4>
A gas barrier laminate film was produced in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 85 ° C. in Example 1.
<比較例1>
実施例1のガスバリア性積層フィルムにおいて、有機層21の形成後、加熱処理を行わずに無機層22を積層した。その他の条件は実施例1と同様であった。こうして比較例1のガスバリア性積層フィルムを作製した。
<Comparative Example 1>
In the gas barrier laminate film of Example 1, after the formation of the
<比較例2>
実施例1のガスバリア性積層フィルムにおいて、有機層21を形成したPETフィルムを恒温槽内に設置し、設定温度90℃で8時間加熱処理を行った。その他の条件は実施例1と同様であった。こうして比較例2のガスバリア性積層フィルムを作製した。
<Comparative Example 2>
In the gas barrier laminate film of Example 1, the PET film on which the
<比較評価>
実施例1から4及び比較例1、2のガスバリア性積層フィルムについて、モダンコントロール社製の水蒸気透過度計(MOCON PERMATRAN−W 3/31)により、40℃−90%RH雰囲気下での水蒸気透過度(g/m2・24h)を測定した。測定結果を表1に示す。
<Comparison evaluation>
About the gas-barrier laminated films of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, water vapor permeation in a 40 ° C.-90% RH atmosphere was measured with a water vapor permeability meter (MOCON PERMATRAN-W 3/31) manufactured by Modern Control. The degree (g / m 2 · 24 h) was measured. The measurement results are shown in Table 1.
表1から、有機層を形成後、無機層を積層する前に有機層を構成するポリマーのガラス転移温度以下で加熱処理を行うことにより、ガスバリア性積層フィルムの水蒸気透過率が向上することが確認された。特に、減圧条件下で加熱処理を行うと、ガスバリア性積層フィルムの水蒸気透過率が更に向上することが確認された。 From Table 1, after forming the organic layer and before laminating the inorganic layer, it is confirmed that the water vapor permeability of the gas barrier laminate film is improved by performing the heat treatment at a temperature below the glass transition temperature of the polymer constituting the organic layer. It was done. In particular, it was confirmed that when the heat treatment was performed under reduced pressure conditions, the water vapor transmission rate of the gas barrier laminate film was further improved.
本発明のガスバリア性積層フィルムは太陽電池関連部材や電子機器関連部材などの分野において、特に高湿度下に長期間置かれた場合でも高いガスバリア性を維持することが必要とされる場合に好適に用いられる。 The gas barrier laminate film of the present invention is suitable in the fields of solar cell related members and electronic device related members, particularly when it is necessary to maintain a high gas barrier property even when left for a long period of time under high humidity. Used.
1・・・基材層
2・・・ガスバリア層
10・・・ガスバリア性積層フィルム
21・・・有機層
22・・・無機層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記プラスチックフィルム上の少なくとも一方の面に前記有機層を製膜する工程と、
製膜した前記有機層を、前記有機層を構成するポリマーのガラス転移温度未満の温度で加熱処理する工程と、
前記加熱処理を施した有機層上に前記無機層を製膜する工程、
を少なくとも含むことを特徴とするガスバリア性積層フィルムの製造方法。 A method for producing a gas barrier laminate film having a layer containing an organic layer and an inorganic layer on at least one surface on a plastic film,
Forming the organic layer on at least one surface of the plastic film;
Heat-treating the formed organic layer at a temperature lower than the glass transition temperature of the polymer constituting the organic layer;
Forming the inorganic layer on the heat-treated organic layer;
A method for producing a gas barrier laminate film, comprising:
式(1) (Tg−20)≦ 加熱処理温度T ≦(Tg−5) The method for producing a gas barrier laminate film according to claim 1, wherein the heat treatment is performed under a condition satisfying the following formula (1) with respect to the glass transition temperature Tg of the polymer.
Formula (1) (Tg-20) <= Heat processing temperature T <= (Tg-5)
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