JP3244134B2 - ガスバリアフィルム - Google Patents

ガスバリアフィルム

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JP3244134B2 JP25656492A JP25656492A JP3244134B2 JP 3244134 B2 JP3244134 B2 JP 3244134B2 JP 25656492 A JP25656492 A JP 25656492A JP 25656492 A JP25656492 A JP 25656492A JP 3244134 B2 JP3244134 B2 JP 3244134B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスバリア性、機械特
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優れた特性
を持つフィルムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のガス
バリアフィルムは、次のような課題を有していた。アル
ミニウム積層品は、経済性、ガスバリア性の優れたもの
ではあるが、不透明なため、包装時の内容物が見えず、
また、マイクロ波を透過しないため電子レンジの使用が
できない等の不便さがあった。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
は、酸素、水蒸気等のガスバリア性が十分でなく、特に
高温処理においてその低下が著しい。また、この塩化ビ
ニリデン系については、焼却時の塩素ガスの発生等があ
り、地球環境への影響も懸念されている。一方、内容物
が見え、電子レンジの使用が可能な透明ガスバリアフィ
ルムとして、特公昭51−48511号に、合成樹脂体
表面にSix Oy (例えばSiO 2 )を蒸着したガスバ
リアフィルムが提案されているが、ガスバリア性の良好
なSiOx 系(x=1.3〜1.8)は、やや褐色を有
しており、透明ガスバリアフィルムとしては、不十分な
ものである。
【0004】無色透明なガスバリアフィルムとしては、
酸化アルミニウム薄膜を主体としたもの(特開昭62−
101428)が提案されているが、SiOx 系にくら
べて、酸素及び水蒸気バリア性が不十分であり、更に、
ラミネ−トや印刷等の後工程やラミネ−ト前の取扱いに
よるガスバリア性劣化が大きいことが問題になってい
る。このように、充分な酸素バリア性と水蒸気バリア性
を兼ね備え、かつ、後工程や取扱い等による機械的変形
に対するバリア特性劣化の少ない透明ガスバリアフィル
ムはないのが現状である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガスバリア性
に優れ、かつ、ラミネ−ト前の状態においても機械的変
形に対するバリア特性の安定性の高い酸化アルミニウム
系ガスバリアフィルムを提供せんとするものである。す
なわち本発明は、プラスチック基材と該プラスチック基
材の少なくとも片面に設けられた非晶質酸化アルミニウ
ム系薄膜層とからなるガスバリアフィルムにおいて、該
薄膜の屈折率が1.64〜1.70であることを特徴と
するガスバリアフィルムであり、また、薄膜層上に、さ
らにヒ−ト層が設けられている請求項1記載のガスバリ
アフィルムであり、また、請求項1または請求項2記載
のガスバリアフィルムを用いた包装用あるいはガス遮断
性フィルムである。
【0006】本発明でいうプラスチック基材とは、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、熱固定を施したプ
ラスチックフィルムであり、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、ポリッフ
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(有機重合体)有機高分子
は他の有機重合体を少量共重合をしたり、ブレンドした
りしてもよい。
【0007】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、その透明度に
ついて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。本発明におけるプラスチック基
材は、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。本発明におけるプラスチック基材
は、その厚さとして5〜500μmの範囲が好ましく、
さらに好ましくは8〜300μmの範囲である。また、
本発明品は、そのままの形で使用されてもよいが、他の
有機高分子のフィルム、または薄層をラミネート、また
はコーティングして使用してもよい。
【0008】本発明における酸化アルミニウム薄膜とは
Al、AlO、Al2 3 等から成り立っていると考え
られ、これらの比率も作成条件で異なる。この成分中
に、特性が損なわれない範囲で微量(全成分に対して高
々3%まで)の他成分を含んでもよい。該薄膜の厚さと
しては、特にこれを限定するものではないが、ガスバリ
ア性及び可尭性の点からは、30〜5000Åが好まし
く、さらに好ましくは、50〜3000Åである。
【0009】かかる酸化アルミニウム系薄膜の作成に
は、真空蒸着法、スパッタ−法、イオンプレ−テイング
などのPVD法(物理蒸着法)、あるいは、CVD法
(化学蒸着法)などが適宜用いられる。例えば、真空蒸
着法においては、蒸着源材料としてAlやAl2 3
が用いられ、また、加熱方式としては、抵抗加熱、高周
波誘導加熱、電子ビ−ム加熱(EB加熱)等を用いるこ
とができる。また、反応性ガスとして、酸素、窒素、水
蒸気等を導入したり、オゾン添加、イオンアシスト等の
手段を用いた反応性蒸着を用いてもよい。また、基板に
バイアス等を加えたり、基板温度を上昇、あるいは、冷
却したり等、本発明の目的を損なわない限りに於て、作
成条件を変更してもよいが、本発明のように屈折率を高
くするには、イオン照射や付加バイアスを高くしたり、
EB加熱のパワ−を大きくすること等が有効である。ス
パッタ−法やCVD法等のほかの作成法でも同様であ
る。
【0010】本発明における非晶質とは、通常のX線回
折法によっては特定の回折ピ−クが観測されない状態を
いい、ガスバリア性を有し、かつ可撓性を発揮するため
には、非晶質である必要がある。結晶質あるいは非結晶
性の判定は、CuのKα線を用いた通常のX線回折装置
で容易に測定することができる。例えば、結晶性のα−
Al2 3 が含まれていると、回折角2θが43.39
度や57.56度などの位置に明瞭な回折ピークが現
れ、またβ−Al2 3 の場合は、回折角2θが66.
65度や33.43度などの位置に回折ピークが見られ
る。この他γ−Al2 3 、δ−Al2 3 など他の結
晶質酸化アルミニウムについても同様に固有の回 折ピ
ークが観測できる。このような結晶質酸化アルミニウム
がある程度以上含まれるとガスバリア性を有するのに必
要な薄膜の厚みが厚くなる。そのため、引っ張りや折り
曲げ等の機械的変形の際に亀裂などが生じやすく、バリ
ア性が劣化しやすい。
【0011】本発明における屈折率とは、He−Neレ
−ザ−(6328Å)の波長に対する屈折率をいい、
1.64〜1.70の範囲にあるものが望ましい。すな
わち、該薄膜の屈折率の値が1.64よりも小さい場
合、非晶質酸化アルミニウム系薄膜の構造が粗雑にな
り、充分なガスバリア性が得られない。また、該薄膜の
屈折率が1.70よりも大きい場合、膜質が結晶質アル
ミナに近くなり、ガスバリア特性はある程度優れている
ものの機械特性が劣り、引っ張りや折り曲げ等の機械的
変形に対し、ガスバリア性の劣化が大きく、包装用材料
としての使用に適さない。以上の理由からガスバリアフ
ィルムとして好ましい非晶質酸化アルミニウム系薄膜の
屈折率は、1.64〜1.70であり、さらに好ましく
は1.65〜1.70である。
【0012】本発明のガスバリアフィルムは透明である
と共に高度なバリア性を有する。すなわち、PETフィ
ルムを基材とした場合で酸素透過率が3.0cc/m2
・24hrs・atm 以下で、かつ水蒸気バリア性も
良好である。したがって、本発明の包装材料で包装した
食品は長期保存が可能である。
【0013】本発明のガスバリアフィルムを用いた包装
用あるいはガス遮断性フィルムの使用形態としては、
袋、フタ材、カップ、チューブ、スタンディングバッ
グ、トレイなどがある。ヒートシール層は袋、チュー
ブ、スタンディングバッグなどの用途の場合には必要で
あるが、カップ、フタ材、トレイ等の用途の場合には必
ずしも必要ではない。更に、機械的変形に対するバリア
特性の安定性が優れているため、ラミ工程、印刷工程で
の劣下が少なく、工程の処理速度を大きくすることがで
きる。又、製袋化したのちも、その取扱いに対して必要
以上の注意を要しない。次に実施例をあげて本発明を説
明する。
【0014】
【実施例】蒸着源として、3〜5mm程度の大きさの粒
子状のAl2 3 (純度99.9%)を用い、電子ビ−
ム蒸着法で、12μm厚のPETフィルム(東洋紡績
(株):E5007)上に酸化アルミニウム系ガスバリ
ア薄膜の形成を行った。加熱源として、電子銃(以下E
B銃)を用い、EB銃のエミッション電流を1.8〜
2.5Aとした。更に、チルロ−ルに−500Vのバイ
アスを加えた。フィルム送り速度を40〜200m/m
inと変化させ、50〜2000Å厚の膜を作った。
(実施例1〜5)又、蒸気圧は、酸素ガスの供給量を変
え、1×10-4〜1×10-3Torrまで条件を変え
た。 ロール温度は−5℃とした。このようにして得ら
れた膜の屈折率をエリプソメーターで、また結晶性をX
線回折装置で測定した。
【0015】次に測定方法及び処理方法を示す。 ・酸素透過率の測定方法 作成したガスバリアフィルムの酸素透過率を酸素透過率
測定装置(モダンコントロールズ社製 OX−TRAN
100)を用いて測定した。 ・水蒸気透過率の測定方法 作成したガスバリアフィルムの水蒸気透過率を水蒸気透
過度テスタ−(リッシ−社製 L80−4000型)を
用いて測定した。 ・屈折率の測定方法 エリプソメ−タ−(溝尻光学工業所 DV−36S)を
用いて、He−Neレ−ザ−光(波長 6328Å)に
対する屈折率を求めた。
【0016】・引っ張りテスト方法 酸化アルミニウムを蒸着した200mm角のフィルムの両
端部の全端にそれぞれアルミニウム板を固着し、アルミ
ニウム板の一方を固定し、他方に10kgの荷重をかけ
て、十分間つり下げ、その後、アルミニウム板を取り除
いて酸素、水蒸気透過率を測定した。 ・折り曲げテスト方法 100mm角の酸化アルミニウム蒸着フィルムを2つに折
りたたんだのちにもとにもどすと、フィルム表面に折り
跡がつく。同じようにして、折り跡をたて、横に25mm
毎に計8本入れたのちに、酸素、水蒸気透過率を測定し
た。このようにして測定した酸素透過率は、1〜3cc前
後と非常に優秀であった。さらに引っ張り、折り曲げテ
スト後の結果も、2cc前後の上昇に留まり、総合特性の
優れたガスバリアフィルムが得られた。
【0017】
【比較例】実施例と同様にEB加熱蒸着法で酸化アルミ
ニウム系透明ガスバリア薄膜の形成を行った。この時の
EB銃のエミッション電流は1.0Aとしチルロ−ルに
は特にバイアスは加えなかった。得られたサンプル(比
較例2〜6)と原反フィルム(比較例1)に対して、酸
素、水蒸気透過率の測定、および、折り曲げ、引っ張り
処理後の酸素、水蒸気透過率を測った。その結果、酸素
バリア性、あるいは、機械的変形に対する安定性のいず
れかが不十分なものになった。
【0018】
【実施例】蒸着源として、3〜5mm程度の大きさの粒
子状のAl2 3 (純度99.5%)を用い、EB加熱
蒸着法で、20μm厚の2軸延伸ポリプロピレンフィル
ム(OPPフィルム:東洋紡績(株):P2601)上
に酸化アルミニウム系ガスバリア薄膜の形成を行った。
その時のEB銃のエミッション電流を1.8〜2.5A
とし、フィルム送り速度を50〜200m/minと変
化させ、50〜2000A厚の膜(実施例6〜10)を
作った。蒸気圧は、酸素ガスの供給量を変えることで、
1.0×10-4〜1×10-3Torrまで条件を変え
た。このようにして得られた膜の屈折率と結晶性を調
べ、以下(実施例1〜5)と同様にして、酸素、水蒸気
透過率を測定した。
【0019】
【比較例】実施例と同様にEB加熱蒸着法で、2軸延伸
ポリプロピレンフィルム(20μm厚)上に酸化アルミ
ニウム系ガスバリア薄膜の形成を行なった。得られたサ
ンプル(比較例8〜12)に対して、屈折率と結晶性を
しらべ、実施例と同様に酸素、水蒸気透過率を測った。
また、原反フィルム(比較例7)についても同様にバリ
ア性を測った。その結果、いずれかの酸素あるいは水蒸
気バリア性が不十分なものになった。
【0020】次に、折り曲げテストを施した実施例1〜
5、比較例2〜6の代表的なサンプルに対し、厚さ40
μmの未延伸ポリプロピレンフィルム(CPPフィル
ム)を二液硬化型ポリウレタン系接着剤(厚さ2μm)
を用いて、ドライラミネ−トして、本発明応用の包装用
プラスチックフィルムを得た。この包装用プラスチック
フィルムを用い、ヒ−トシ−ルをしながら、200×1
80mmのサイズの袋を成形した。この袋の中にポテト
チップス100gを窒素ガスとともに封入し、40×9
0%RHの部屋に6カ月間放置したのちに、開封、試食
し、味、風味、歯ごたえを調べた。その結果、本発明の
実施例は正常であるが、比較例ではポテトチップスがや
や湿っており、歯ごたえがなく、食味が劣ると判断され
た。
【0021】
【発明の効果】プラスチック基材と該プラスチック基材
の少なくとも片面に設けられた非晶質酸化アルミニウム
系薄膜層とからなるガスバリア性を有する包装用材料に
おいて、該薄膜の屈折率を1.64〜1.70とするこ
とによって、ガスバリア性に優れ、又、機械的変形に強
い総合的に実用特性のすぐれたガスバリアフィルムを提
供することができる。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
フロントページの続き (72)発明者 宇野 利夫 滋賀県大津市堅田二丁目1番1号 東洋 紡績株式会社 総合研究所内 (72)発明者 山田 陽三 滋賀県大津市堅田二丁目1番1号 東洋 紡績株式会社 総合研究所内 審査官 平井 裕彰 (56)参考文献 特開 昭62−179935(JP,A) 特開 昭62−196140(JP,A) 特開 昭62−101428(JP,A) 特開 昭60−219042(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B32B 1/00 - 35/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスチック基材と該プラスチック基材
    の少なくとも片面に設けられた非晶質酸化アルミニウム
    系薄膜層とからなるガスバリアフィルムにおいて、該薄
    膜の屈折率が1.65〜1.70であることを特徴とす
    るガスバリアフィルム。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の薄膜上に、さらにヒート
    シール層が設けられていることを特徴とするガスバリア
    フィルム。
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