JP2023028747A - gas barrier film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスバリアフィルムに関する。本発明のガスバリアフィルムは、食品、医薬品、精密電子部品等の包装に適している。 The present invention relates to gas barrier films. The gas barrier film of the present invention is suitable for packaging foods, pharmaceuticals, precision electronic parts, and the like.
食品や医薬品等の包装に用いられる包装材料において、内容物の変質を抑制し、それらの機能や性質を保持する観点から、包装材料を透過する酸素、水蒸気、その他内容物を変質させる気体を遮断するガスバリア性が求められている。ガスバリア性を有する包装材料として、温度、湿度などの影響が少ないアルミ等の金属箔をガスバリア層として用いたガスバリアフィルムが知られている。 In packaging materials used for packaging food, pharmaceuticals, etc., from the viewpoint of suppressing deterioration of the contents and maintaining their functions and properties, blocking oxygen, water vapor, and other gases that deteriorate the contents that permeate the packaging materials. gas barrier properties that As a packaging material having gas barrier properties, there is known a gas barrier film using a metal foil such as aluminum, which is less affected by temperature and humidity, as a gas barrier layer.
ガスバリアフィルムの他の構成として、高分子材料で形成された基材フィルム上に、酸化珪素、酸化アルミニウム等の無機酸化物膜を真空蒸着法やスパッタリング法等により形成したフィルムが知られている。これらのガスバリアフィルムは、透明性及び酸素、水蒸気等のガス遮断性を有する。また、基材フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)製のものがよく用いられている。 As another structure of the gas barrier film, a film is known in which an inorganic oxide film such as silicon oxide or aluminum oxide is formed on a substrate film made of a polymeric material by vacuum deposition, sputtering, or the like. These gas barrier films have transparency and barrier properties against gases such as oxygen and water vapor. Moreover, as the base film, one made of polyethylene terephthalate (PET) is often used.
また近年、海洋プラスチックごみ問題等に端を発する環境意識の高まりから、プラスチックごみの分別回収、再資源化に対して更なる高効率化が求められるようになってきている。このため、ポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)製の基材フィルムを使用したガスバリアフィルムの要請が高まっている。 In recent years, due to the heightened environmental awareness stemming from the problem of marine plastic litter and the like, there has been a demand for further efficiency improvements in sorted collection and recycling of plastic litter. Therefore, there is an increasing demand for gas barrier films using base films made of polypropylene (PP) or polyethylene (PE).
特許文献1にもポリエチレンを使用したリサイクル性に優れた積層体が提供されている。しかし、発明者の検討により、ポリエチレン製の基材フィルムに単に酸化珪素(SiOx)をバリア層として形成しただけのガスバリアフィルムでは、ガスバリア性能が十分でないことが明らかになった。
上記事情を踏まえ、環境負荷が小さく、包装材料として優れたガスバリア性能を有するガスバリアフィルムを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a gas barrier film that has a low environmental load and excellent gas barrier performance as a packaging material.
本発明に係るガスバリアフィルムは、ポリエチレンを主成分とする基材と、基材の第一面上に形成された第一ガスバリア層とを備え、基材の第一面における10μm×10μmの範囲での原子間力顕微鏡測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が8.0nm3以下であることを特徴とする。 The gas barrier film according to the present invention comprises a base material containing polyethylene as a main component, and a first gas barrier layer formed on the first surface of the base material. The maximum value of the power spectrum density is 8.0 nm 3 or less in the spatial frequency range of 1 μm −1 or more and 10 μm −1 or less obtained from atomic force microscope measurement of .
本発明によれば、環境負荷が小さく、包装材料として優れたガスバリア性能を有するガスバリアフィルムを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a gas barrier film that has a low environmental load and excellent gas barrier performance as a packaging material.
以下、本発明の一実施形態について、図1~図3を参照して説明する。図1~図3は、本実施形態に係るガスバリアフィルム1の模式断面図である。ガスバリアフィルム1は、基材10と、基材10の第一面10aに形成された第一ガスバリア層30とを備えている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 to 3 are schematic cross-sectional views of a
基材10は、ポリエチレンを主成分とする樹脂を有するフィルムである。基材10の厚さに特に制限はない。基材10は、包装材料の用途等を考慮して単層フィルムや、異なる性質のフィルムを積層した多層フィルムとできる。第一ガスバリア層30や、後述する第二ガスバリア層40などを形成する場合の加工性を考慮すると、基材10の厚さは、実用的には3~200μmの範囲が好ましく、特に6~80μmが好ましい。
The
基材10の第一面10aの表面形状のパワースペクトル密度は原子間力顕微鏡(AFM)による測定から求めることができ、AFMによって得た断面プロファイルをフーリエ変換し、周波数分析を行うことで、各空間周波数におけるパワースペクトル密度を算出することができる。基材10の第一面10aにおける10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が8.0nm3以下であることが好ましい。第一面10aの表面形状を上記の範囲とすることで、第一ガスバリア層30を設けた際に緻密な膜を形成でき、良好なガスバリア性能を得ることができる。
The power spectrum density of the surface shape of the
基材10を単層フィルムとする場合や多層フィルムとする場合の何れであっても、第一面10aを構成するポリエチレン樹脂は高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、直鎖状低密度ポリエチレンLLDPE、超低密度ポリエチレンのいずれかもしくは複数から選択することができる。
Regardless of whether the
基材10は、無延伸フィルム、延伸フィルムのいずれでもよい。延伸フィルムを用いる場合、延伸倍率に特に制限はない。また、第一面10aにおいて、X線回折法の平行ビーム法により回折角度10°から30°の範囲で測定し、全ピーク面積に対する結晶ピーク面積の比により算出される結晶化度が20%以上であってもよい。
The
基材10は、樹脂成分でない添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、公知の各種の添加剤から適宜選定できる。添加剤の例としては、アンチブロッキング剤(AB剤)、耐熱安定剤、耐候安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、スリップ剤、核剤、帯電防止剤、防曇剤、顔料、染料が挙げられる。AB剤は、有機、無機のいずれでもよいが、ガスバリア層の形成に悪影響を及ぼす可能性があることから、基材10の第一面10aには添加していないことが好ましい。これらの添加剤はいずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。上記のうち滑剤、スリップ剤は、加工適性の観点から好ましい。基材10における添加剤の含有量は、本実施形態の効果を妨げない範囲で適宜調整できる。
The
第一ガスバリア層30は、酸化珪素、炭素を含む酸化珪素、窒化珪素、金属アルミニウム、酸化アルミニウムもしくはいずれかを主成分とする層であり、酸素、水蒸気等の、所定の気体に対してバリア性を発揮する層である。第一ガスバリア層30は、透明でも、不透明でもいずれでもよく、基材10の第一面10a側に設けられる。
The first
第一ガスバリア層30の厚さは、用いられる成分の種類・構成・成膜方法により異なるが、一般的には3~300nmの範囲内で適宜設定できる。第一ガスバリア層30の厚さが3nm未満であると、均一な膜が得られないことや膜厚が十分ではないことがあり、ガスバリア層としての機能を十分に発揮しない場合がある。第一ガスバリア層30の厚さが300nmを越えると、成膜後に折り曲げ、引っ張りなどの外的要因により、第一ガスバリア層30に亀裂を生じてバリア性を失う可能性がある。第一ガスバリア層30の厚さは、6~150nmの範囲内がより好ましい。
The thickness of the first
第一ガスバリア層30の形成方法に制限はなく、例えば真空蒸着法、プラズマ活性化蒸着法、イオンビーム蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、プラズマ化学気相成長法(PECVD)などを使用できる。プラズマアシスト法やイオンビームアシスト法などを組み合わせると、第一ガスバリア層30を緻密に形成してバリア性を向上できる。
The method for forming the first
基材10の第一面10aに第一ガスバリア層30を形成する前に、前処理層20を設けてもよい(図2)。前処理層20を設けることで、第一ガスバリア層30の成膜性や密着強度を向上させることができる。前処理層20の成分や形成方法に制限はなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂またはプラズマ処理などから選択できるが、基材10の第一面10aの表面形状と同様に、10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が8.0nm3以下であることが好ましい。
A
前処理層20に樹脂層を用いる場合、前処理層20における有機高分子の含有量は、例えば70質量%以上であってもよく、80質量%以上であってもよい。有機高分子としては、ポリアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂などが挙げられ、基材10と第一ガスバリア層30との密着強度を考慮すると、ポリアクリル系樹脂、ポリオール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、またはこれら有機高分子の反応生成物の少なくとも1つを含むことが好ましい。また前処理層20は、シランカップリング剤や有機チタネートまたは変性シリコーンオイルを含んでいてもよい。
When a resin layer is used for the
前処理層20に用いられる有機高分子としてさらに好ましくは、高分子末端に2つ以上のヒドロキシル基を有するポリオール類とイソシアネート化合物との反応により生成したウレタン結合を有する有機高分子、および/または高分子末端に2つ以上のヒドロキシル基を有するポリオール類とシランカップリング剤またはその加水分解物のような有機シラン化合物との反応生成物を含む有機高分子が挙げられる。
More preferably, the organic polymer used in the
ポリオール類としては、例えば、アクリルポリオール、ポリビニルアセタール、ポリスチルポリオール、及びポリウレタンポリオール等から選択される少なくとも一種が挙げられる。アクリルポリオールは、アクリル酸誘導体モノマーを重合させて得られるものであってもよく、アクリル酸誘導体モノマーとその他のモノマーとを共重合させて得られるものであってもよい。アクリル酸誘導体モノマーとしては、エチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、及びヒドロキシブチルメタクリレート等が挙げられる。アクリル酸誘導体モノマーと共重合させるモノマーとしては、スチレン等が挙げられる。 Examples of polyols include at least one selected from acrylic polyols, polyvinyl acetals, polystyrene polyols, polyurethane polyols, and the like. The acrylic polyol may be obtained by polymerizing an acrylic acid derivative monomer, or may be obtained by copolymerizing an acrylic acid derivative monomer and another monomer. Acrylic acid derivative monomers include ethyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, and hydroxybutyl methacrylate. Examples of monomers to be copolymerized with acrylic acid derivative monomers include styrene.
イソシアネート化合物は、ポリオールと反応して生じるウレタン結合により基材10と第一ガスバリア層30との密着性を高める作用を有する。すなわち、イソシアネート化合物は、架橋剤又は硬化剤として機能する。イソシアネート化合物としては、例えば、芳香族系のトリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、脂肪族系のキシレンジイソシアネート(XDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、及びイソホロンジイソシアネート(IPDI)などのモノマー類、これらの重合体、及びこれらの誘導体が挙げられる。上述のイソシアネート化合物は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The isocyanate compound has the effect of increasing the adhesion between the
シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、及びγ-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。有機シラン化合物は、これらのシランカップリング剤の加水分解物であってもよい。有機シラン化合物は、上述のシランカップリング剤及びその加水分解物の1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて含んでいてもよい。 Silane coupling agents include, for example, vinyltrimethoxysilane, γ-chloropropylmethyldimethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, and γ- methacryloxypropylmethyldimethoxysilane and the like. The organosilane compound may be a hydrolyzate of these silane coupling agents. The organic silane compound may contain one of the above-mentioned silane coupling agents and hydrolysates thereof alone or in combination of two or more thereof.
前処理層20として設ける樹脂層は、有機溶媒中に上述の成分を任意の割合で配合して混合液を調製し、基材10の第一面10a上に調製した混合液を用いて形成することができる。混合液は、例えば、3級アミン、イミダゾール誘導体、カルボン酸の金属塩化合物、4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩等の硬化促進剤;フェノール系、硫黄系、ホスファイト系等の酸化防止剤;レベリング剤;流動調整剤;触媒;架橋反応促進剤;充填剤等を含有してもよい。
The resin layer provided as the
混合液は、オフセット印刷法、グラビア印刷法、又はシルクスクリーン印刷法等の周知の印刷方式、或いは、ロールコート、ナイフエッジコート、又はグラビアコートなどの周知の塗布方式を用いて基材10の第一面10a上にコーティングすることができる。コーティング後、例えば50~200℃に加熱し、乾燥及び/又は硬化することによって、前処理層20を形成することができる。
The mixture is applied to the
前処理層20として樹脂層を形成する場合の厚さは、用途又は求められる特性に応じて調整してもよいが、0.01~1μmが好ましく、0.01~0.5μmがより好ましい。前処理層20の厚みが0.01μm以上であれば、基材10と第一ガスバリア層30との十分な密着強度が得られ、ガスバリア性も良好となる。前処理層20の厚みが1μm以下であれば、均一な塗工面を形成することが容易であり、また、乾燥負荷や製造コストを抑制できる。
When a resin layer is formed as the
前処理層20をプラズマ処理により形成する場合には、生産性の観点からインラインで行うことが可能なプラズマ処理が好ましい。プラズマ処理の方法としてはグロー放電など特に限定されず、プラズマ密度を高めるために磁石を用いても良い。またプラズマ処理を行う際に使用するガスは酸素、窒素、アルゴンのいずれかもしくは複数から選択することができる。
When the
第一ガスバリア層30上(第一面10a側)に、第二ガスバリア層40をさらに設けてもよい(図3)。第二ガスバリア層40は、第一ガスバリア層30を保護するとともに、ガスバリアフィルム1のバリア性をさらに高める。第二ガスバリア層40は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂、金属アルコキシド、水溶性高分子、ポリカルボン酸系重合体、多価金属化合物、ポリカルボン酸系重合体と多価金属化合物との反応生成物であるカルボン酸の多価金属塩などのコーティング層を用いることができる。特に酸素バリア性に優れる金属アルコキシドと水溶性高分子が好ましい。これは水溶性高分子と1種以上の金属アルコキシドまたはその加水分解物を含む水溶液或いは水/アルコール混合溶液を主剤とするコーティング剤を用いて形成される。例えば、水溶性高分子を水系(水或いは水/アルコール混合)溶媒で溶解させたものに金属アルコキシドを直接、或いは予め加水分解させるなど処理を行ったものを混合してコーティング剤を調製する。このコーティング剤を第一ガスバリア層30上に塗布した後、乾燥することで、第二ガスバリア層40を形成できる。
A second
第二ガスバリア層40を形成するためのコーティング剤に含まれる各成分について更に詳細に説明する。コーティング剤に用いられる水溶性高分子として、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン、デンプン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム等を例示できる。特に、PVAを用いると、優れたガスバリア性が得られるため好ましい。PVAは、一般にポリ酢酸ビニルをけん化することで得られる。PVAとして、酢酸基が数十%残存している、いわゆる部分けん化PVA、酢酸基が数%しか残存していない完全PVAのいずれも用いることができる。両者の中間のPVAを用いてもよい。
Each component contained in the coating agent for forming the second
コーティング剤に用いられる金属アルコキシドは、一般式、M(OR)n(M:Si、Alの金属、R:CH3、C2H5等のアルキル基)で表せる化合物である。具体的にはテトラエトキシシラン〔Si(OC2H5)4〕、トリイソプロポキシアルミニウムAl[OCH(CH3)2]3などを例示できる。シランカップリング剤としては、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのエポキシ基を有するもの、3-アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ基を有するもの、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を有するもの、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどのイソシアネート基を有するもの、トリス-(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートなどを例示できる。 The metal alkoxide used in the coating agent is a compound represented by the general formula M(OR) n (M: metal of Si and Al, R: alkyl group such as CH 3 and C 2 H 5 ). Specific examples include tetraethoxysilane [Si(OC 2 H 5 ) 4 ], triisopropoxyaluminum Al[OCH(CH 3 ) 2 ] 3 and the like. Silane coupling agents include those having an epoxy group such as 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, those having an amino group such as 3-aminopropyltrimethoxysilane, and mercapto groups such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane. , those having an isocyanate group such as 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, and tris-(3-trimethoxysilylpropyl)isocyanurate.
ポリカルボン酸系重合体は、分子内に2個以上のカルボキシ基を有する重合体である。ポリカルボン酸系重合体としては、たとえば、エチレン性不飽和カルボン酸の(共)重合体;エチレン性不飽和カルボン酸と他のエチレン性不飽和単量体との共重合体;アルギン酸、カルボキシメチルセルロース、ペクチン等の分子内にカルボキシル基を有する酸性多糖類が挙げられる。エチレン性不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸等が挙げられる。エチレン性不飽和カルボン酸と共重合可能なエチレン性不飽和単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、酢酸ビニル等の飽和カルボン酸ビニルエステル類、アルキルアクリレート類、アルキルメタクリレート類、アルキルイタコネート類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、アクリルアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらのポリカルボン酸系重合体は1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。 A polycarboxylic acid-based polymer is a polymer having two or more carboxy groups in its molecule. Examples of polycarboxylic acid-based polymers include (co)polymers of ethylenically unsaturated carboxylic acids; copolymers of ethylenically unsaturated carboxylic acids and other ethylenically unsaturated monomers; alginic acid, carboxymethyl cellulose and acidic polysaccharides having a carboxyl group in the molecule such as pectin. Examples of ethylenically unsaturated carboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, crotonic acid and the like. Ethylenically unsaturated monomers copolymerizable with ethylenically unsaturated carboxylic acids include, for example, ethylene, propylene, saturated carboxylic acid vinyl esters such as vinyl acetate, alkyl acrylates, alkyl methacrylates, and alkyl itaconates. , vinyl chloride, vinylidene chloride, styrene, acrylamide, acrylonitrile and the like. These polycarboxylic acid-based polymers may be used singly or in combination of two or more.
ガスバリア性の観点からは、上述した成分のうち、アクリル酸、マレイン酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸及びクロトン酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合性単量体から誘導される構成単位を含む重合体が好ましく、アクリル酸、マレイン酸、メタクリル酸及びイタコン酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合性単量体から誘導される構成単位を含む重合体が特に好ましい。上記重合体において、アクリル酸、マレイン酸、メタクリル酸及びイタコン酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合性単量体から誘導される構成単位の割合は、80mol%以上であることが好ましく、90mol%以上であることがより好ましい(ただし重合体を構成する全構成単位の合計を100mol%とする)。この重合体は、単独重合体でも、共重合体でもよい。重合体が、上記構成単位以外の他の構成単位を含む共重合体である場合、他の構成単位としては、例えば前述のエチレン性不飽和カルボン酸と共重合可能なエチレン性不飽和単量体から誘導される構成単位などが挙げられる。 From the viewpoint of gas barrier properties, a structure derived from at least one polymerizable monomer selected from the group consisting of acrylic acid, maleic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid and crotonic acid among the above components. Polymers containing units are preferred, and polymers containing structural units derived from at least one polymerizable monomer selected from the group consisting of acrylic acid, maleic acid, methacrylic acid and itaconic acid are particularly preferred. In the above polymer, the proportion of structural units derived from at least one polymerizable monomer selected from the group consisting of acrylic acid, maleic acid, methacrylic acid and itaconic acid is preferably 80 mol% or more, It is more preferably 90 mol % or more (provided that the total of all structural units constituting the polymer is 100 mol %). This polymer may be a homopolymer or a copolymer. When the polymer is a copolymer containing structural units other than the above structural units, the other structural units include, for example, ethylenically unsaturated monomers copolymerizable with the aforementioned ethylenically unsaturated carboxylic acids. Structural units derived from and the like.
ポリカルボン酸系重合体の数平均分子量は、2,000~10,000,000の範囲内が好ましく、5,000~1,000,000がより好ましい。数平均分子量が2,000未満では、用途によってはガスバリアフィルムの耐水性が充分でなく、水分によってガスバリア性や透明性が悪化する場合や、白化の発生が起こる場合がある。他方、数平均分子量が10,000,000を超えると、コーティング剤の粘度が高くなり、塗工性が損なわれる場合がある。本実施形態において、数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めた、ポリスチレン換算の数平均分子量である。 The number average molecular weight of the polycarboxylic acid polymer is preferably in the range of 2,000 to 10,000,000, more preferably 5,000 to 1,000,000. If the number average molecular weight is less than 2,000, the water resistance of the gas barrier film may be insufficient depending on the application, and moisture may deteriorate the gas barrier properties and transparency, or cause whitening. On the other hand, if the number-average molecular weight exceeds 10,000,000, the viscosity of the coating agent increases, which may impair the coatability. In the present embodiment, the number average molecular weight is the polystyrene-equivalent number average molecular weight determined by gel permeation chromatography (GPC).
ポリカルボン酸系重合体を主成分とするコーティング剤には各種添加剤を加えることができ、バリア性能を損なわない範囲で架橋剤、硬化剤、レベリング剤、消泡剤、アンチブロッキング剤、静電防止剤、分散剤、界面活性剤、柔軟剤、安定剤、膜形成剤、増粘剤などが挙げられる。 Various additives can be added to the coating agent mainly composed of polycarboxylic acid polymer. Inhibitors, dispersants, surfactants, softeners, stabilizers, film formers, thickeners, and the like.
ポリカルボン酸系重合体を主成分とするコーティング剤に用いる溶媒は水性媒体が好ましい。水性媒体としては、水、水溶性または親水性有機溶剤、またはこれらの混合物が挙げられる。水性媒体は通常、水または水を主成分として含むものである。水性媒体中の水の含有量は、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。水溶性または親水性有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、セロソルブ類、カルビトール類、アセトニトリル類の二トリル類等が挙げられる。 An aqueous medium is preferable as the solvent used for the coating agent containing a polycarboxylic acid-based polymer as a main component. Aqueous media include water, water-soluble or hydrophilic organic solvents, or mixtures thereof. The aqueous medium usually contains water or water as a main component. The content of water in the aqueous medium is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more. Examples of water-soluble or hydrophilic organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran, cellosolves, carbitols, and nitriles such as acetonitriles. is mentioned.
多価金属化合物は、ポリカルボン酸系重合体のカルボキシル基と反応してポリカルボン酸の多価金属塩を形成する化合物であれば特に限定されず、酸化亜鉛粒子、酸化マグネシウム粒子、マグネシウムメトキシド、酸化銅、炭酸カルシウム等が挙げられる。これらを単独或いは複数を混合して用いてもよい。酸素バリア性皮膜の酸素バリア性の観点からは、上記のうち酸化亜鉛粒子が好ましい。酸化亜鉛は紫外線吸収能を有する無機材料である。酸化亜鉛粒子の平均粒子径は特に限定されないが、ガスバリア性、透明性、コーティング適性の観点から、平均粒子径が5μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましく、0.1μm以下であることが特に好ましい。 The polyvalent metal compound is not particularly limited as long as it is a compound that reacts with the carboxyl groups of the polycarboxylic acid-based polymer to form a polyvalent metal salt of polycarboxylic acid, such as zinc oxide particles, magnesium oxide particles, magnesium methoxide. , copper oxide, calcium carbonate, and the like. These may be used singly or in combination. From the viewpoint of the oxygen barrier properties of the oxygen barrier coating, zinc oxide particles are preferred among the above. Zinc oxide is an inorganic material that has the ability to absorb ultraviolet light. Although the average particle size of the zinc oxide particles is not particularly limited, the average particle size is preferably 5 μm or less, more preferably 1 μm or less, and 0.1 μm or less from the viewpoint of gas barrier properties, transparency, and coatability. is particularly preferred.
多価金属化合物を主成分とするコーティング剤を塗布、乾燥して皮膜を形成する場合は、必要に応じて、本実施形態の効果を損なわない範囲で、酸化亜鉛粒子のほかに、各種添加剤を含有してもよい。該添加剤としては、コーティング剤に用いる溶媒に可溶又は分散可能な樹脂、該溶媒に可溶又は分散可能な分散剤、界面活性剤、柔軟剤、安定剤、膜形成剤、増粘剤等を含有してもよい。上記の中でも、コーティング剤に用いる溶媒に可溶または分散可能な樹脂を含有することが好ましい。これにより、コーティング剤の塗工性、製膜性が向上する。このような樹脂としては、例えば、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂等が挙げられる。また、コーティング剤に用いる溶媒に可溶又は分散可能な分散剤を含有することが好ましい。これにより、多価金属化合物の分散性が向上する。該分散剤としては、アニオン系界面活性剤や、ノニオン系界面活性剤を用いることができる。該界面活性剤としては、(ポリ)カルボン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルスルフォコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、芳香族リン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、アルキルアリル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ソルビタンアルキルエステル、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、蔗糖脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシ脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等の各種界面活性剤が挙げられる。これらの界面活性剤は単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。多価金属化合物を主成分とするコーティング剤に添加剤が含まれている場合には、多価金属化合物と添加剤との質量比(多価金属化合物:添加剤)は、30:70~99:1の範囲内であることが好ましく、50:50~98:2の範囲内であることが好ましい。 When a coating agent containing a polyvalent metal compound as a main component is applied and dried to form a film, various additives may be added in addition to zinc oxide particles, if necessary, as long as the effects of the present embodiment are not impaired. may contain. Examples of the additive include a resin soluble or dispersible in the solvent used for the coating agent, a dispersant soluble or dispersible in the solvent, a surfactant, a softening agent, a stabilizer, a film-forming agent, a thickener, and the like. may contain. Among the above, it is preferable to contain a resin that is soluble or dispersible in the solvent used for the coating agent. This improves the coatability and film formability of the coating agent. Examples of such resins include alkyd resins, melamine resins, acrylic resins, urethane resins, polyester resins, phenol resins, amino resins, fluorine resins, epoxy resins, and isocyanate resins. Moreover, it is preferable to contain a dispersant that is soluble or dispersible in the solvent used for the coating agent. This improves the dispersibility of the polyvalent metal compound. As the dispersant, an anionic surfactant or a nonionic surfactant can be used. The surfactants include (poly)carboxylates, alkyl sulfates, alkylbenzenesulfonates, alkylnaphthalenesulfonates, alkylsulfosuccinates, alkyldiphenyletherdisulfonates, alkylphosphates, aromatic Phosphate ester, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylphenol ether, polyoxyethylene alkyl ester, alkylallyl sulfate, polyoxyethylene alkyl phosphate, sorbitan alkyl ester, glycerin fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, sucrose fatty acid various surfactants such as esters, polyethylene glycol fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan alkyl esters, polyoxyethylene alkyl allyl ethers, polyoxyethylene derivatives, polyoxyethylene sorbitol fatty acid esters, polyoxy fatty acid esters, polyoxyethylene alkylamines, etc. be done. These surfactants may be used alone or in combination of two or more. When the additive is contained in the coating agent containing the polyvalent metal compound as the main component, the mass ratio of the polyvalent metal compound and the additive (polyvalent metal compound: additive) is 30:70 to 99. :1, preferably 50:50 to 98:2.
多価金属化合物を主成分とするコーティング剤に用いる溶媒としては、例えば、水、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、n-ブチルアルコール、n-ペンチルアルコール、ジメチルスルフォキシド、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、トルエン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、酢酸ブチルが挙げられる。また、これらの溶媒は1種単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、塗工性の観点から、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、トルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、水が好ましい。また製造性の観点から、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、水が好ましい。 Solvents used in coating agents containing polyvalent metal compounds as main components include, for example, water, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, n-butyl alcohol, n-pentyl alcohol, dimethylsulfoxide, Dimethylformamide, dimethylacetamide, toluene, hexane, heptane, cyclohexane, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, ethyl acetate, butyl acetate. Moreover, these solvents may be used individually by 1 type, or may be used in mixture of 2 or more types. Among these, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, toluene, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, and water are preferred from the viewpoint of coatability. Moreover, from the viewpoint of manufacturability, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, and water are preferred.
ポリカルボン酸系重合体を主成分とするコーティング剤を塗布、乾燥して皮膜を形成した後に多価金属化合物の皮膜を形成する場合、ポリカルボン酸系重合体は、カルボキシ基の一部が予め塩基性化合物で中和されていてもよい。ポリカルボン酸系重合体の有するカルボキシ基の一部を予め中和することにより、ポリカルボン酸系重合体からなる皮膜の耐水性や耐熱性をさらに向上させることができる。塩基性化合物としては、上述した多価金属化合物、一価金属化合物およびアンモニアからなる群から選択される少なくとも1種の塩基性化合物が好ましい。一価金属化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。 When forming a film of a polyvalent metal compound after applying and drying a coating agent containing a polycarboxylic acid-based polymer as a main component, the polycarboxylic acid-based polymer has a part of the carboxy group in advance. It may be neutralized with a basic compound. By partially neutralizing the carboxyl groups of the polycarboxylic acid polymer in advance, the water resistance and heat resistance of the film made of the polycarboxylic acid polymer can be further improved. As the basic compound, at least one basic compound selected from the group consisting of the above-described polyvalent metal compounds, monovalent metal compounds and ammonia is preferred. Examples of monovalent metal compounds include sodium hydroxide and potassium hydroxide.
ポリカルボン酸系重合体と多価金属化合物を混合したコーティング剤を塗布、乾燥して皮膜を形成する場合には、ポリカルボン酸系重合体と、多価金属化合物と、水またはアルコール類を溶媒として、溶媒に溶解或いは分散可能な樹脂や分散剤、および必要に応じて添加剤を混合してコーティング剤を調整する。このようなコーティング剤を公知のコーティング方法にて塗布、乾燥することでも、第二ガスバリア層40を形成することができる。
When applying and drying a coating agent in which a polycarboxylic acid-based polymer and a polyvalent metal compound are mixed to form a film, the polycarboxylic acid-based polymer, the polyvalent metal compound, and water or an alcohol are used as a solvent. , a resin or dispersant that can be dissolved or dispersed in a solvent and, if necessary, additives are mixed to prepare a coating agent. The second
第二ガスバリア層40のコート法としては、例えばキャスト法、ディッピング法、ロールコート法、グラビアコート法、スクリーン印刷法、リバースコート法、スプレーコート法、キットコート法、ダイコート法、メタリングバーコート法、チャンバードクター併用コート法、カーテンコート法等が挙げられる。
Examples of coating methods for the second
第二ガスバリア層40の厚さは、使用するコーティング剤の組成や塗工条件等によって異なり、特に制限はない。ただし、第二ガスバリア層40の乾燥後膜厚が0.01μm未満の場合は、均一な塗膜にならず十分なガスバリア性を得られない場合がある。乾燥後膜厚が50μmを超える場合は第二ガスバリア層40にクラックが生じ易くなる。したがって、第二ガスバリア層40の好適な厚さは、例えば0.01~50μmの範囲である。第二ガスバリア層40の最適な厚さは、例えば0.1~10μmの範囲である。
The thickness of the second
上記の構成を有する本実施形態のガスバリアフィルム1は、高いガスバリア性を発揮する一方、主な樹脂成分がポリエチレンであり、ガスバリアフィルム1に占める主な樹脂成分の比率を90質量%以上とすることも容易である。すなわち、ガスバリアフィルム1は、リサイクル性の高いモノマテリアルとして構成できる。
The
ガスバリアフィルム1を用いて包装袋などの包装材料を作製する場合は、第一ガスバリア層30上に熱融着可能なヒートシール層60をさらに設けると、ヒートシール層同士を熱融着することにより、包装材料を簡便に作製できる。この場合もヒートシール層60の主な樹脂成分を基材10の主な樹脂成分と同一にすることにより、包装材料をモノマテリアルとすることができる。第二ガスバリア層40を設ける場合は、第二ガスバリア層40上にヒートシール層60を設ければよい。なお、ヒートシール層60と第一ガスバリア層30または第二ガスバリア層40との間には、適宜他の層を設けてもよい。
When a packaging material such as a packaging bag is produced using the
ヒートシール層60の材質としては基材10と同じポリエチレンを使用することでリサイクルが可能となる。ヒートシール層60に用いるポリエチレン樹脂としては、熱融着が容易であることから、低密度ポリエチレンまたは直鎖状低密度ポリエチレンを使用することが好ましい。ヒートシール層60の厚さは目的に応じて決められるが、例えば50~200μm程度とできる。ヒートシール層60は、接着剤からなる接着剤層50を介して第一ガスバリア層30または第二ガスバリア層40上に積層される。
By using the same polyethylene as the
接着剤層50には、公知のドライラミネート用接着剤を使用することができる。ドライラミネート用接着剤としては、特に限定されるものではないが、具体的には、2液硬化型のエステル系接着剤やエーテル系接着剤、ウレタン系接着剤等が挙げられる。また、ヒートシール層60は、流体状の樹脂を用いた押出ラミネーションにより積層されてもよい。
A known dry lamination adhesive can be used for the
接着剤層50は、ガスバリア接着剤を用いることができる。ガスバリア性接着剤を接着剤層50に適用することで、ガスバリアフィルムのガスバリア性を向上させることができる。ガスバリア性接着剤の酸素透過度は、150cc/m2・day・atm以下であることが好ましく、100cc/m2・day・atm以下であることがより好ましく、80cc/m2・day・atm以下であることが更に好ましく、50cc/m2・day・atm以下であることが特に好ましい。酸素透過度が上記範囲内であることで、積層体のガスバリア性を十分に向上させることができると共に、仮に第一ガスバリア層30または第二ガスバリア層40に軽微な割れが生じた場合であっても、その隙間にガスバリア性接着剤が入り込んで補完することができ、ガスバリア性の低下を抑制することができる。
A gas barrier adhesive can be used for the
ガスバリア性接着剤は、硬化後にガスバリア性を発現し得る接着剤であればよく、例えば、エポキシ系接着剤、ポリエステル・ポリウレタン系接着剤等が挙げられる。具体例としては、三菱ガス化学社製の「マクシーブ」、DIC社製の「Paslim」等を用いることができる。 The gas-barrier adhesive may be any adhesive that exhibits gas-barrier properties after curing, and examples thereof include epoxy-based adhesives and polyester/polyurethane-based adhesives. As specific examples, "Maxieve" manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Ltd., "Paslim" manufactured by DIC Corporation, and the like can be used.
接着剤層50の厚さは、0.1~20μmであることが好ましく、0.5~10μmであることがより好ましく、1~5μmであることが更に好ましい。ガスバリア性接着剤の厚さが上記下限値以上であることで、無機酸化物11の割れをより十分に抑制することができ、かつ、積層体のガスバリア性をより向上させることができる。また、ガスバリア性接着剤の厚さが上記下限値以上であることで、外部からの衝撃を緩和するクッション性を得ることができ、衝撃により第一ガスバリア層30が割れることを防ぐことができる。一方、ガスバリア性接着剤の厚さが上記上限値以下であることで、ガスバリア積層体の柔軟性を十分に保持できる傾向がある。
The thickness of the
上記の条件に加えて、特に、接着剤層50の厚さは、第一ガスバリア層30の厚さの50倍以上であることが好ましい。接着剤層50の厚さが上記条件を満たすことで、第一ガスバリア層30および第二ガスバリア層40の割れをより十分に抑制することができ、かつ、接着剤層50にガスバリア性接着剤を用いる場合はガスバリアフィルム1のガスバリア性をより向上させることができる。また、接着剤層50の厚さが上記条件を満たすことで、外部からの衝撃を緩和するクッション性をさらに高めることができ、衝撃により第一ガスバリア層30および第二ガスバリア層40が割れることを防ぐことができる。一方、ガスバリアフィルム1の柔軟性の保持、加工適性、及びコストの観点から、接着剤層50の厚さは、第一ガスバリア層30の厚さの300倍以下であることが好ましい。
In addition to the above conditions, it is particularly preferable that the thickness of the
接着剤層50を形成するための接着剤は、例えば、バーコート法、ディッピング法、ロールコート法、グラビアコート法、リバースコート法、エアナイフコート法、コンマコート法、ダイコート法、スクリーン印刷法、スプレーコート法、グラビアオフセット法等により塗布することができる。この接着剤を塗布してなる塗膜を乾燥させる際の温度は、例えば、30~200℃とすることができ、50~180℃とすることが好ましい。また、上記塗膜を硬化させる際の温度は、例えば、室温(27℃)~70℃とすることができ、30~60℃とすることが好ましい。乾燥及び硬化時の温度を上記範囲内とすることで、第一ガスバリア層30や接着剤層50にクラックが発生することをより一層抑制でき、優れたガスバリア性を発現することができる。
Adhesives for forming the
接着剤層50と第一ガスバリア層30とは、第一ガスバリア層30の割れ防止の観点から、直接接していることがより好ましい。そのため、接着剤は、上記接着剤を第一ガスバリア層30上に塗布し、乾燥及び硬化させて形成することが好ましい。
From the viewpoint of preventing the first
基材10またはヒートシール層60には印刷層を設けることができる。一般に、印刷層は内容物に関する情報の表示、内容物の識別、あるいは包装袋の意匠性向上を目的として、ガスバリアフィルムの外側から見える位置に設けられる。印刷方法及び印刷インキは特に制限されず、既知の印刷方法及び印刷インキの中からフィルムへの印刷適性、色調などの意匠性、密着性、食品容器としての安全性などを考慮して適宜選択される。印刷方法としては、例えば、グラビア印刷法、オフセット印刷法、グラビアオフセット印刷法、フレキソ印刷法、インクジェット印刷法などを用いることができる。中でもグラビア印刷法は生産性や絵柄の高精細度の観点から、好ましく用いることができる。なお、印刷層は、使用用途に応じて適宜設けても良いし、設けなくても良い。
A printed layer can be provided on the
印刷層の密着性を高めるため、印刷層を形成する層の表面には、コロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理などの各種前処理や、易接着層などのコート層を設けても構わない。 In order to improve the adhesion of the printed layer, the surface of the layer forming the printed layer may be subjected to various pretreatments such as corona treatment, plasma treatment and flame treatment, or may be provided with a coating layer such as an easy adhesion layer.
基材10の第一面10aと反対側の面である第二面10b側に、第二の基材70として印刷基材を貼り合わせても良い。第二の基材70の材質としては基材10と同じポリエチレンを使用することでリサイクルが可能となる。基材の第二面10bには、第二の基材70との密着性を高めるため、コロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理などの各種前処理や、易接着層などのコート層を設けても構わない。公知のドライラミネート用接着剤を使用したドライラミネーションや押出ラミネーションが使用できる。具体的には、基材10と第二の基材70とは、前述の接着剤層50を介して接着することができる。
A printing base material may be attached as the
本実施形態のガスバリアフィルムについて、実施例および比較例を用いてさらに説明する。本発明は実施例および比較例の具体的内容により、何ら限定されない。 The gas barrier film of this embodiment will be further described using examples and comparative examples. The present invention is not limited in any way by the specific contents of Examples and Comparative Examples.
(実施例1)
基材10として、第一面10aにおける10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が1.4nm3のポリエチレンフィルム(厚み25μm)を用いた。真空装置内においてSiOを昇華させ、基材10の第一面上に電子ビーム蒸着法により酸化珪素(SiOx)からなる第一ガスバリア層30(膜厚30nm)を形成した。
(Example 1)
As the
続いて、第一ガスバリア層30上に、接着剤層50として酢酸エチルとメタノールとを質量比1:1で混合した溶媒23質量部に、三菱ガス化学社製のマクシーブC93Tを16質量部と、三菱ガス化学社製のマクシーブM-100を5質量部とを混合して、エポキシ系接着剤である接着剤Aを調製した。接着剤Aを介して、ヒートシール層60として東セロ社のLLDPEフィルムMC-S(厚み60μm)を貼り合わせた。
以上により、実施例1に係るガスバリアフィルム1を作製した。
Subsequently, on the first
As described above, the
(実施例2)
酸化珪素(SiOx)からなる第一ガスバリア層30の膜厚を14nmとした点を除き、実施例1と同様にして実施例2のガスバリアフィルム1を作製した。
(Example 2)
A
(実施例3)
基材10として、第一面10aにおける10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が4.2nm3のポリエチレンフィルム(厚み35μm)を用いた点を除き、実施例1と同様にして実施例3のガスバリアフィルム1を作製した。
(Example 3)
As the
(実施例4)
酸化珪素(SiOx)からなる第一ガスバリア層30の膜厚を40nmとした点を除き、実施例3と同様にして実施例4のガスバリアフィルム1を作製した。
(Example 4)
A
(実施例5)
基材10の第一面10aに、Arガスでのプラズマ処理を100W・sec/m2の処理強度で実施し、表面の10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が3.8nm3の前処理層20を形成した。
処理強度の算出は以下の通りである。
電力密度 [W/m2] = 投入電力 [W] / カソード面積 [m2]
処理時間 [sec] = 電極MD幅 [m] / 処理速度 [m/sec]
処理強度 = 電力密度 [W/m2] ・ 処理時間 [sec]
(Example 5)
Plasma treatment with Ar gas is performed on the
The calculation of the treatment intensity is as follows.
Power density [W/m 2 ] = input power [W] / cathode area [m 2 ]
Processing time [sec] = Electrode MD width [m] / Processing speed [m/sec]
Processing intensity = Power density [W/m 2 ] ・Processing time [sec]
以上の条件で前処理層20を設けた後、実施例1と同様に第一ガスバリア層30(厚さ25nm)を設け、実施例1に記載の接着剤A(接着剤層50)を介してヒートシール層60と貼り合わせることにより、実施例5のガスバリアフィルム1を作製した。
After providing the
(実施例6)
基材10の第一面10aに前処理層20として、表面の10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が2.1nm3の熱硬化性樹脂層を設けた。
(Example 6)
As the
熱硬化性樹脂層は、アクリルポリオールとトリレンジイソシアネートとを、アクリルポリオールのOH基の数に対してトリレンジイソシアネートのNCO基の数が等量となるように混合し、全固形分(アクリルポリオール及びトリレンジイソシアネートの合計量)が5質量%になるよう酢酸エチルで希釈した。希釈後の混合液に、さらにβ-(3,4エポキシシクロヘキシル)トリメトキシシランを、アクリルポリオール及びトリレンジイソシアネートの合計量100質量部に対して5質量部となるように添加し、これらを混合することで調製した。第一面10aに、上記熱硬化性樹脂をグラビアコート法により塗布して乾燥及び硬化させ、熱硬化性樹脂層を形成した。上記熱硬化性樹脂層を設けた点と第一ガスバリア層30の膜厚を28nmとした点を除き、実施例5と同様にして実施例6のガスバリアフィルム1を作製した。
The thermosetting resin layer is formed by mixing acrylic polyol and tolylene diisocyanate so that the number of NCO groups of tolylene diisocyanate is equal to the number of OH groups of acrylic polyol, and the total solid content (acrylic polyol and tolylene diisocyanate) was diluted with ethyl acetate to 5% by mass. β-(3,4 Epoxycyclohexyl)trimethoxysilane was further added to the mixed solution after dilution so as to be 5 parts by mass with respect to the total amount of 100 parts by mass of acrylic polyol and tolylene diisocyanate, and these were mixed. It was prepared by The thermosetting resin was applied to the
(実施例7)
第一ガスバリア層30上に、下記(1)液と(2)液とを重量比6:4で混合したコーティング剤をグラビアコート法により塗布、乾燥し、厚さ0.4μmの第二ガスバリア層40を形成し、二液硬化型ポリウレタン系接着剤を用いて、ドライラミネートにより、厚み60μmのLLDPEフィルム(ヒートシール層60として)を貼り合わせた点と第一ガスバリア層30の膜厚を30nmとした点を除き、実施例6と同様にして実施例7のガスバリアフィルム1を作製した。
(1)液:テトラエトキシシラン10.4gに塩酸(0.1N)89.6gを加え、30分間撹拌し加水分解させた固形分3wt%(SiO2換算)の加水分解溶液
(2)液:ポリビニルアルコールの3wt%水/イソプロピルアルコール溶液(水:イソプロピルアルコール重量比 90:10)
(Example 7)
On the first
(1) Liquid: 89.6 g of hydrochloric acid (0.1N) was added to 10.4 g of tetraethoxysilane and stirred for 30 minutes to hydrolyze. 3 wt% water/isopropyl alcohol solution of alcohol (water: isopropyl alcohol weight ratio 90:10)
(実施例8)
酸化アルミニウム(AlOx)を電子ビーム蒸着して膜厚3nmの第一ガスバリア層30を形成した点を除き、実施例1と同様にして実施例8のガスバリアフィルム1を作製した。
(Example 8)
A
(実施例9)
酸化アルミニウム(AlOx)からなる第一ガスバリア層30の膜厚を6nmとした点を除き、実施例8と同様にして実施例9のガスバリアフィルム1を作製した。
(Example 9)
A
(実施例10)
、酸化アルミニウム(AlOx)を電子ビーム蒸着して膜厚10nmの第一ガスバリア層30を形成した点を除き、実施例3と同様にして実施例10のガスバリアフィルム1を作製した。
(Example 10)
A
(実施例11)
酸化アルミニウム(AlOx)を電子ビーム蒸着して膜厚20nmの第一ガスバリア層30を形成した点を除き、実施例6と同様にして実施例11のガスバリアフィルム1を作製した。
(Example 11)
A
(実施例12)
金属アルミニウム(Al)を電子ビーム蒸着して膜厚10nmの第一ガスバリア層30を形成した点を除き、実施例1と同様にして実施例12のガスバリアフィルム1を作製した。
(Example 12)
A
(実施例13)
真空装置内にヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)を導入し、プラズマCVD法により炭素を含む酸化珪素(SiOxCy)からなる第一ガスバリア層30(膜厚30nm)を形成した点を除き、実施例3と同様にして実施例13のガスバリアフィルムを作製した。
(Example 13)
Example 3 except that hexamethyldisiloxane (HMDSO) was introduced into the vacuum chamber and the first gas barrier layer 30 (thickness: 30 nm) made of carbon-containing silicon oxide (SiOxCy) was formed by plasma CVD. A gas barrier film of Example 13 was produced in the same manner.
(実施例14)
第一ガスバリア層30として、真空装置内にモノシラン(SiH4)、アンモニア(NH3)、および窒素(N2)を導入し、プラズマCVD法により窒化珪素(SiNx)からなるガスバリア層(膜厚30nm)を形成した点を除き、実施例3と同様にして実施例14のガスバリアフィルムを作製した。
(Example 14)
As the first
(比較例1)
基材として、第一面における10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が8.2nm3のポリエチレンフィルム(厚み32μm)を用いた点を除き、実施例1と同様にして比較例1のガスバリアフィルムを作製した。
(Comparative example 1)
As a substrate , a polyethylene film (thickness 32 μm ) was used to prepare a gas barrier film of Comparative Example 1 in the same manner as in Example 1.
(比較例2)
基材として、第一面における10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が10.1nm3のポリエチレンフィルム(厚み30μm)を用いた点を除き、実施例1と同様にして比較例2のガスバリアフィルムを作製した。
(Comparative example 2)
As a base material, a polyethylene film ( thickness 30 μm ) was used to prepare a gas barrier film of Comparative Example 2 in the same manner as in Example 1.
(比較例3)
酸化アルミニウム(AlOx)を電子ビーム蒸着法して膜厚10nmの第一ガスバリア層を形成した点を除き、比較例1と同様にして比較例3のガスバリアフィルムを作製した。
(Comparative Example 3)
A gas barrier film of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that aluminum oxide (AlOx) was deposited by electron beam evaporation to form a first gas barrier layer having a thickness of 10 nm.
各実施例、比較例における評価項目および測定方法に関して、以下に示す。 Evaluation items and measurement methods in each example and comparative example are shown below.
(基材および前処理層表面形状のパワースペクトル解析)
基材および前処理層表面形状のパワースペクトル解析は、日立ハイテクサイエンス社製の原子間力顕微鏡(AFM5400L)を使用し、10μm×10μmの範囲で断面プロファイルデータ(単位はnm)を取得した。得られた断面の凹凸波形を空間周波数領域へ変換するため、フーリエ変換で各空間周波数成分に分解し、単位空間周波数幅ごとに、各範囲に含まれる空間周波数でのパワースペクトル強度を積算した。そして、得られたパワースペクトル強度をデータの個数で割り、単位空間周波数当たりのパワースペクトルであるパワースペクトル密度を算出した。パワースペクトル密度算出の式を以下に示す。
(Power spectrum analysis of base material and pretreatment layer surface shape)
For the power spectrum analysis of the surface shape of the substrate and the pretreatment layer, an atomic force microscope (AFM5400L) manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd. was used, and cross-sectional profile data (unit: nm) was obtained in the range of 10 μm×10 μm. In order to convert the obtained uneven waveform of the cross section into the spatial frequency domain, the spatial frequency component was decomposed by Fourier transform, and the power spectrum intensity at the spatial frequency included in each range was integrated for each unit spatial frequency width. Then, the obtained power spectrum intensity was divided by the number of data to calculate the power spectrum density, which is the power spectrum per unit spatial frequency. The formula for calculating the power spectral density is shown below.
断面プロファイルの凹凸波形は不規則変動であり、様々な空間周波数の波の重ね合わせであるため、以下のフーリエ積分(1)式で表すことができる。フーリエ成分X(f)は周波数fの波ei2πftの振幅(単位はnm)を表している。 Since the uneven waveform of the cross-sectional profile is an irregular variation and is a superimposition of waves of various spatial frequencies, it can be expressed by the following Fourier integral formula (1). The Fourier component X(f) represents the amplitude (in nm) of the wave e i2πft of frequency f.
得られたフーリエ成分は各周波数成分の複素数成分の大きさと位相を表しており、フーリエ変換の周波数分解能Δfに依存しないように単位空間周波数幅(1μm-1幅)当たりのパワー値として表現するため、フーリエ成分をエネルギー(パワー)に変換して比較する。周波数分解能Δfは以下の(2)式で表される。
Δf=1/T=fs/N・・・(2)
周波数分解能を高くする(Δfを小さくする)ためにはサンプリング周波数fsを低くするか、サンプリング点数Nを大きくするかのいずれかとなる。
フーリエ変換から求めた複素数Zは実数成分をa、虚数成分をb、実数Aをすると以下の(3)式で表される。
Z=a+bi=Aeiθ ・・・(3)
したがって、パワースペクトルは複素数の絶対値|Z|で表すことができ、
パワースペクトル A=|Z|=√a2+b2 ・・・(4)
そして、このパワースペクトルを単位空間周波数当たりの値にするため、パワースペクトルをデータの個数で割り、単位空間周波数当たりのパワースペクトルであるパワースペクトル密度を得た。
The obtained Fourier component represents the magnitude and phase of the complex number component of each frequency component, and is expressed as a power value per unit spatial frequency width (1 μm −1 width) so as not to depend on the frequency resolution Δf of the Fourier transform. , the Fourier components are converted to energy (power) and compared. The frequency resolution Δf is represented by the following equation (2).
Δf=1/T=f s /N (2)
In order to increase the frequency resolution (reduce Δf), either the sampling frequency fs is decreased or the number of sampling points N is increased.
A complex number Z obtained from the Fourier transform is expressed by the following equation (3) where a is a real number component, b is an imaginary number component, and A is a real number.
Z=a+bi=Ae iθ (3)
Therefore, the power spectrum can be represented by the absolute value of the complex number |Z|
Power spectrum A=|Z|=√a 2 +b 2 (4)
Then, in order to make this power spectrum a value per unit spatial frequency, the power spectrum was divided by the number of data to obtain a power spectrum density, which is a power spectrum per unit spatial frequency.
(被覆層形成後のガスバリア性能評価)
上記手順で作製したガスバリアフィルムの酸素透過度(OTR)(単位:cc/m2・day・atm、測定条件:30℃-70%RH)、および水蒸気透過度(WVTR)(単位:g/m2・day、測定条件:40℃-90%RH)を評価した。OTRはmocon社製OX-TRAN2/22を用いて、WVTRはmocon社製PERMATRAN-W3/34を用いて、それぞれ測定した。
(Evaluation of gas barrier performance after coating layer formation)
Oxygen transmission rate (OTR) (unit: cc/m 2 · day · atm, measurement conditions: 30 ° C.-70% RH) and water vapor transmission rate (WVTR) (unit: g / m 2 ·day, measurement conditions: 40° C.-90% RH) were evaluated. OTR was measured using OX-TRAN2/22 manufactured by mocon, and WVTR was measured using PERMATRAN-W3/34 manufactured by mocon.
パワースペクトル解析及びガスバリア性能の測定、評価結果を表1に示す。 Table 1 shows the results of power spectrum analysis, gas barrier performance measurement, and evaluation.
実施例1から14において、基材10および前処理層20の表面における10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が8.0nm3以下であったため、OTRは0.8cc/m2・day・atm以下、WVTRは0.9g/m2・day以下の十分なガスバリア性が確認できた。
In Examples 1 to 14, the maximum value of the power spectral density in the spatial frequency range of 1 μm −1 or more and 10 μm −1 or less obtained from AFM measurement in the range of 10 μm × 10 μm on the surface of the
比較例1から3おいて、基材および前処理層の表面における10μm×10μmの範囲でのAFM測定から得られる空間周波数1μm-1以上10μm-1以下の範囲におけるパワースペクトル密度の最大値が8.0nm3を超えていたため、実施例1から14に比べ、酸素バリア性および/または水蒸気バリア性が劣っていた。 In Comparative Examples 1 to 3, the maximum value of the power spectral density in the spatial frequency range of 1 μm −1 to 10 μm −1 obtained from AFM measurement in the range of 10 μm × 10 μm on the surface of the base material and the pretreatment layer is 8. 0 nm 3 , the oxygen barrier properties and/or water vapor barrier properties were inferior to those of Examples 1 to 14.
実施例1と比較例1におけるパワースペクトル密度の比較を図4に示す。 A comparison of power spectrum densities in Example 1 and Comparative Example 1 is shown in FIG.
以上、本発明の一実施形態、および実施例について説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。 An embodiment and an example of the present invention have been described above, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and modifications and combinations of configurations without departing from the gist of the present invention are also included. .
本発明のガスバリアフィルムは、ポリエチレン材料としてリサイクル適性が高く、優れたガスバリア性を示すため、主に包装用材料として好適に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The gas barrier film of the present invention is highly recyclable as a polyethylene material and exhibits excellent gas barrier properties, so it can be suitably used mainly as a packaging material.
1 ガスバリアフィルム
10 基材
10a 第一面
10b 第二面
20 前処理層
30 第一ガスバリア層
40 第二ガスバリア層
50 接着剤
60 ヒートシール層
70 第二の基材
1
Claims (11)
The gas barrier film according to any one of claims 1 to 10, wherein a second substrate containing polyethylene as a main component is laminated on the second surface of the substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021134624A JP2023028747A (en) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | gas barrier film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021134624A JP2023028747A (en) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | gas barrier film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023028747A true JP2023028747A (en) | 2023-03-03 |
Family
ID=85331732
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021134624A Pending JP2023028747A (en) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | gas barrier film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023028747A (en) |
-
2021
- 2021-08-20 JP JP2021134624A patent/JP2023028747A/en active Pending
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