JP3331631B2 - 金属蒸着フィルムの製造方法 - Google Patents

金属蒸着フィルムの製造方法

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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、金属蒸着フィルムの製
造方法に関する。更に詳しくは、酸素などの気体の遮断
性に優れ、特に、食品包装等に適した金属蒸着フィルム
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまで、アルミニウム等の金属あるい
は、金属化合物のプラスチックフィルムへの真空蒸着は
金銀糸、コンデンサ、食品などに幅広く用いられてき
た。しかし、一般にこれらの蒸着膜は単に基体であるプ
ラスチックフィルムなどにそのまま真空蒸着されるた
め、基体との接着力が弱いなどの問題があり、種々改良
方法が検討されている。
【0003】例えば、プラスチックフィルムを低温プラ
ズマ雰囲気中で処理した後、金属を蒸着する蒸着フィル
ムの製造方法として、特公昭52−25868、特開昭
63−242534、特開昭63−270455、特開
平3−247750などの提案がある。
【0004】しかしながら、かかる従来の、低温プラズ
マ雰囲気中で処理した後、金属を蒸着した蒸着フィルム
の主たる目的は、蒸着膜と基体との接着力を高めること
にあり、ガスバリア性の向上についてはまったく考慮さ
れていなかった。またこれらの提案には、次のような問
題点があった。
【0005】特公昭52−25868、特開昭63−2
42534に述べられているスパッタリングによる方法
や低温プラズマ雰囲気中での処理では、スパッタリング
や低温プラズマ処理の圧力と金属蒸着時の圧力に隔たり
があり、同一槽内でスパッタリング、低温プラズマ処理
と蒸着を同時に行うことができない。特開昭63−27
0455のフィルム表面温度をガラス転移温度以下に保
つ方法はポリプロピレンフィルム等のようなガラス転移
温度が氷点下のものでは実現にコストがかかり、ガスバ
リア性の改良効果も小さい。また、特開平3−2477
50に述べられている方法では、放電処理時の圧力が高
く、緻密な金属蒸着膜の形成ができず、十分なガスバリ
ア性が得られない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年、食生活が豊かと
なり、いろいろな食品や菓子類が市場に登場するに従
い、品質の向上や、品質の長期保存性がより一層重視さ
れるようになってきた。特にスナック菓子等の包装にお
いては、内容物の酸化を防止し、できたての品質をより
長期間確保するため、これまで以上のガスバリア性が要
望されはじめた。
【0007】本発明は、かかる蒸着膜の酸素等のガスバ
リア性に対する格段の向上を目的として、汎用用途のプ
ラスチックフィルム上に長時間安定して低温プラズマ処
理と蒸着ができ、かつ酸素などのガスバリア性に優れた
金属蒸着フィルムを製造することを目的とするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラスチック
フィルムからなる基体の表面を、マグネトロン電極を使
用し、6×10-1パスカル以下の圧力で実質的に炭酸ガ
スのみからなるガスを導入することにより炭酸ガスの低
温プラズマ雰囲気中で前処理し、該処理面に連続して金
属蒸着膜を設けることにより、本発明の目的が達成され
ることを見出したのである。
【0009】本発明でいうプラスチックフィルムとは、
有機重合体を溶融または溶解押出しし、必要に応じて長
手方向および幅方向に延伸したものである。有機重合体
としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなど
のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ
エチレン−2,6−ナフタレートなどのポリエステル、
ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12などのポリア
ミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリビニルアルコ
ール、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、ポリサルフォン、ポリエーテ
ルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリ
レート、ポリフェニレンサルファィド、ポリフェニレン
オキサイド、テトラフルオロエチレン、1塩化3弗化エ
チレン、弗素化エチレンプロピレン共重合体などがあげ
られる。
【0010】また、これらの共重合体や、他の有機重合
体との共重合体であっても良く、他の有機重合体を含有
するものであっても良い。これらの有機重合体に公知の
添加剤、例えば、帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、
滑剤、着色剤などが添加されていても良い。特に、ポリ
エチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、中で
も長手方向および幅方向に延伸された二軸延伸ポリプロ
ピレンフィルムに最も有効な手段として用いることがで
きる。
【0011】本発明のプラスチックフィルムの厚さは、
特に制限を受けないが、包装材料としての適性から3〜
200μmの範囲が望ましい。機械的特性や可撓性の点
では、好ましくは、5〜100μmの範囲であり、より
好ましくは、8〜30μmである。
【0012】かかるプラスチックフィルムの少なくとも
一方の面に、真空蒸着法により、金属を原料として、金
属膜が形成される。原料の金属としては、Al、Zn、
Mg、Sn等の金属が好ましいが、Ti、In、Cr、
Ni、Cu、Pb、Fe等も使用できる。これらの金属
は不純物が少なく、純度が99%以上、望ましくは9
9.5%以上の粒状、ロッド状、タブレット状、ワイヤ
ー状あるいはルツボの形状に加工したものが好ましい。
【0013】また、金属の真空蒸着に用いられるルツボ
は、アルミナ製が望ましく、通常のアルミニウムなどの
金属の蒸着に用いられるカーボン製やマグネシア製のル
ツボでもよい。
【0014】このアルミナ製ルツボに金属を入れて行う
真空蒸着方法における、真空装置内の圧力は、金属膜の
光沢、金属膜の緻密性、表面電気抵抗値、ガスバリア性
に大きく影響することが、本発明により明らかとなって
おり、優れたガスバリア性を有する金属蒸着膜を得るた
めには、6×10−1 パスカル以下の圧力で行う必要が
ある。好ましくは、4×10−1 パスカル以下の圧力が
望ましい。
【0015】かかる圧力で真空蒸着を行うためには、同
一真空層内で行う前処理の低温プラズマ処理は、プラズ
マ放電の安定性、処理強度などの点で放電電極として、
プレーナーマグネトロン電極、または、同軸円柱型マグ
ネトロン電極を選択することが必要である。
【0016】かかる電極を使用して行う低温プラズマ処
理時に導入する炭酸ガスの流量は、蒸着槽の圧力の上昇
を極力少なくするため、プラズマ放電を開始する最低の
流量にすることが重要である。望ましくは、プラズマ処
理を行う領域に図1の9に示したようなカバーを設け、
プラズマ処理の領域のみ、蒸着層より圧力を高くするこ
とでより安定したプラズマ放電処理が可能となる。
【0017】低温プラズマ処理の処理強度は、単位面積
(1m2 )当たりの、電力(W)×単位時間(1分)す
なわち、E値であらわし、処理強度が大きくなるほど、
ガスバリア性は向上する。優れたガスバリア性を得るた
めには、20W・分/m2 以上の処理強度が望ましい。
かかる本発明の低温プラズマ処理は、被処理基体である
プラスチックフィルムに金属が蒸着される直前の冷却ド
ラム上に接する位置において処理するのが基体フィルム
の熱負けが少なく、またガスバリア性に及ぼす処理効果
が大きく好ましい。
【0018】蒸着金属膜の膜厚としては、ガスバリア性
および可撓性などの点で、10〜200nmの範囲が好
ましい。膜厚が薄いと、ガスバリア性が悪くなり、10
nm未満では、ガスバリア性、特に、酸素バリア性が十
分でなく、膜厚が厚いと、蒸着時の熱負けの発生や金属
膜の可撓性が悪くなり、特に、200nmを越えると折
曲げなどにより、割れや、剥離が生じやすくなる。より
好ましくは、20〜100nmである。
【0019】通常、プラスチックフィルムは蒸着時にル
ツボからの輻射熱や、金属蒸気の凝縮熱を受けて熱収縮
を起こすため、冷却が行われる。しかしながら、発明者
らは、過度の冷却がガスバリア性を損なうことを見出し
た。すなわち、プラスチックフィルムが熱収縮などの変
形を起こすぎりぎりの温度までプラスチックフィルムを
加熱しながら、金属膜を形成することでガスバリア性に
優れた金属蒸着フィルムが得られることを新たに見出し
た。従って、金属膜が形成されるプラスチックフィルム
を冷却するドラムの温度は、使用されるプラスチックフ
ィルムの熱変形温度によって異なるが、通常−30℃〜
60℃が好ましく、30℃〜60℃の範囲がより好まし
い。
【0020】以下、本発明を図面を用いて詳細に説明す
る。
【0021】本発明の金属蒸着フィルムの製造方法の一
例を図1を用いて説明する。
【0022】1の真空容器内に設置された2のフィルム
巻出し軸より巻き出された5のプラスチックフィルム
は、−30℃〜60℃に温度調節された3の加熱・冷却
ドラムに沿って、走行しながら4のフィルム巻取り軸に
巻き取られる。同時に、6の蒸発器内の7のルツボから
金属が蒸発され、走行フィルムに積層される。金属が積
層される前部分に8のマグネトロン電極を設け、9の電
極カバー内に炭酸ガスを導入しながら低温プラズマ処理
を行う。
【0023】
【物性の測定方法ならびに効果の評価方法】本発明の特
性値は以下の測定法による。
【0024】(1)OD値 マクベス社製マクベス濃度計TR−927を用いて、透
過法で測定した。
【0025】(2)酸素透過率 ASTM D−3985に準じて、モダンコントロール
社製酸素透過率測定装置OX−TRAN100を用い
て、20℃、0%RHの条件にて測定した。
【0026】
【実施例】以下実施例について説明する。
【0027】実施例1 包装用タイプの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフ
ィルム(東レ(株)製“ルミラー”タイプP60、厚さ
12μm)を基体として、この上に真空蒸着法により、
アルミニウム膜を形成した。
【0028】電子ビーム加熱型真空蒸着機を2×10
−3 パスカルまで真空排気した後、圧力4×10−1
スカルまで炭酸ガスを導入し、同軸円柱型マグネトロン
電極を使用し、E値200W・分/m2 の強度で低温プ
ラズマ処理を行い、続いて、アルミニウムの真空蒸着を
行った。真空蒸着はアルミナルツボ(日本カーボンセラ
ム(株)製)に粒状アルミニウム(真空冶金(株)製、
純度99.99%)を充填して、アルミニウムを電子ビ
ームで加熱溶融しながら蒸発せしめ、膜厚30nmのア
ルミニウム膜を形成した。この時のフィルム冷却ドラム
の温度は30℃であった。このアルミニウム蒸着フィル
ムを実施例1とした。
【0029】実施例2、実施例3、実施例4 実施例1の低温プラズマ処理強度を50W・分/m2
100W・分/m2 、300W・分/m2 としたときの
アルミニウム蒸着フィルムをそれぞれ実施例2、実施例
3、実施例4とした。
【0030】実施例5 実施例1の包装用タイプの二軸延伸ポリエチレンテレフ
タレートフィルムの替わりに、包装用タイプの二軸延伸
ポリプロピレンフィルム(東レ(株)製“トレファン”
タイプY746、厚さ18μm)を基体としたアルミニ
ウム蒸着フィルムを実施例5とした。
【0031】実施例6、実施例7、実施例8 実施例5の低温プラズマ処理強度を50W・分/m2
100W・分/m2 、300W・分/m2 としたときの
アルミニウム蒸着フィルムをそれぞれ実施例6、実施例
7、実施例8とした。
【0032】実施例9、実施例10 実施例5のフィルム冷却ドラムの温度を−20℃、50
℃としたときのアルミニウム蒸着フィルムをそれぞれ実
施例9、実施例10とした。
【0033】比較例1 実施例1で低温プラズマ処理を行わないアルミニウム蒸
着フィルムを比較例1とした。
【0034】比較例2 実施例1の真空槽へ導入する炭酸ガスの替わりに、アル
ゴンガスを使用して低温プラズマ処理を行ったアルミニ
ウム蒸着フィルムを比較例2とした。
【0035】比較例3 実施例5で低温プラズマ処理を行わないアルミニウム蒸
着フィルムを比較例3とした。
【0036】比較例4 実施例5の真空槽へ導入する炭酸ガスの替わりに、アル
ゴンガスを使用して低温プラズマ処理を行ったアルミニ
ウム蒸着フィルムを比較例4とした。
【0037】比較例5 実施例5の炭酸ガス導入量を増加し、圧力1×100
スカルで低温プラズマ処理を行ったときのアルミニウム
蒸着フィルムを比較例5とした。この場合、マグネトロ
ン電極周辺での異常放電が頻繁に発生し、かつアルミニ
ウム蒸着フィルムのガスバリア性も劣ったものであっ
た。
【0038】実施例1〜10、比較例1〜5の特性を表
1に示す。
【0039】
【表1】
【0040】
【発明の効果】本発明の金属蒸着フィルムの製造方法に
よれば、ガスバリア性の優れたフィルムを安定して、か
つ廉価に製造できる効果があり、本発明で得られる金属
蒸着フィルムは、その優れたガスバリア性を活用して、
食品、医薬品、電子部品、機械部品などの包装材料とし
て広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法を実施するための低温プラズ
マ処理用マグネトロン電極を備えた真空蒸着装置の一例
を示した概略図である。
【符号の説明】
1:真空容器 2:フィルム巻出し軸 3:加熱・冷却ドラム 4:フィルム巻取り軸 5:プラスチックフィルム 6:蒸発器 7:ルツボ 8:マグネトロン電極 9:電極カバー 10:ガス流量制御装置 11:炭酸ガスボンベ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−247750(JP,A) 特開 昭63−270455(JP,A) 特開 平1−255661(JP,A) 堂山昌男 外1名編,材料テクノロジ ー9材料のプロセス技術[1],日本, 東京大学出版会,1987年11月30日,初 版,P.136 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスチックフィルムからなる基体の表
    面を、マグネトロン電極を使用し、6×10-1パスカル
    以下の圧力で実質的に炭酸ガスのみからなるガスを導入
    することにより炭酸ガスの低温プラズマ雰囲気中で前処
    理し、該処理面に連続して金属蒸着膜を設けることを特
    徴とする金属蒸着フィルムの製造方法。
  2. 【請求項2】 低温プラズマ処理の処理強度がE値で2
    0W・分/m2 以上である請求項1記載の金属蒸着フィ
    ルムの製造方法。
  3. 【請求項3】 金属蒸着膜を形成する際の基体冷却ドラ
    ムの温度を30〜60℃の範囲に高め、プラスチックフ
    ィルムを加熱しながら金属薄膜を形成することを特徴と
    する請求項1または2に記載の金属蒸着フィルムの製造
    方法。
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堂山昌男 外1名編,材料テクノロジー9材料のプロセス技術[1],日本,東京大学出版会,1987年11月30日,初版,P.136

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