JP3401807B2 - ガスバリア材 - Google Patents

ガスバリア材

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俊昭 吉原
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  • Paints Or Removers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は食品、医薬品等の包装分
野に用いられるガスバリア材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プラスチック基材表面にガスバリア被膜
を設けてなるガスバリア材としてポリ塩化ビニリデン樹
脂(PVDC)等のガスバリア性に優れた樹脂をラミネ
ートしたりコーティングしたものが知られており、食品
などの内容物の品質を長期保存するために包装材料とし
て用いられている。
【0003】しかし、これらの樹脂系のバリア材では酸
素バリア性が1cc/m2 ・day・atm以下のハイ
ガスバリア材を実現するのは困難であり、また焼却処理
やリサイクリングなどの廃棄物処理に難点が多い。
【0004】一方、真空蒸着法、スパッタリング法、あ
るいはプラズマ化学気相成長(CVD)法などの真空プ
ロセスによってSiO2 等の無機化合物の被膜を設けた
バリア材が開発されている。
【0005】これらのバリア材は樹脂系のバリア材では
実現できないハイバリア性能を有しており、焼却処理さ
れても有毒ガスの発生することなく、また無機物の被膜
もその厚みが数百オングストロームと非常に薄く、樹脂
基材としてのリサイクリングも可能である。
【0006】しかし、これらの無機系のバリア材はバリ
ア層である無機の被膜が可とう性に欠ける、基材との密
着性が悪い、などから取扱いに注意を要する。また、こ
れらの真空プロセスでは装置が高価であったり、生産性
が悪かったりコスト的にかなり高価であるなどの欠点が
残されている。
【0007】この様な課題を解決する技術として、基材
に金属アルコキシドの被膜を設けたガスバリア材が提案
されている(特開昭62−295931号公報等)。
【0008】このガスバリア材は、乱雑な取扱いにも耐
え得る可とう性を有し、金属アルコキシドは無害なもの
であるので環境に優しく、また被膜は薄いので廃棄処理
あるいはリサイクリングが可能でコスト的にも安価であ
る。
【0009】しかし、この金属アルコキシドの被膜を設
けたガスバリア材は、基材単体の場合と較べ、酸素バリ
ア性の向上は見られるものの、絶対的なガスバリア性の
点で満足がいくものではなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑みてなされたもので、乱雑な取扱いにも耐え得る
可とう性を有し、環境に優しい廃棄処理あるいはリサイ
クリングが可能でコスト的にも安価であることは無論の
こと、ガスバリア性が遙に優れたガスバリア材を提供す
ることを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
プラスチックからなる基材の少なくとも片面に、M(O
R)nで表される金属アルコキシドあるいは金属アルコ
キシドの加水分解物と、ポリビニルアルコールとの複合
物からなる被膜を有することを特徴とするガスバリア材
であって、該被膜中の金属アルコキシドあるいは金属ア
ルコキシドの加水分解物を金属酸化物に換算したときの
金属酸化物とポリビニルアルコールとの重量比率が、2
0:80〜95:5であり、かつ該被膜の膜厚が0.2
〜1.0μmの範囲内であることを特徴とするガスバリ
ア材である。
【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明を前提とし、該金属アルコキシドあるいは金属アルコ
キシドの加水分解物中の金属が、Si、Alであること
を特徴とするガスバリア材である。
【0013】
【0014】
【0015】
【作用】本発明に係わるガスバリア材は、プラスチック
からなる基材の少なくとも片面に、金属アルコキシドあ
るいはその加水分解物とポリビニルアルコールなどの水
溶性樹脂との複合被膜を設けたものであり、ハイレベル
のガスバリア性を有する。
【0016】本発明において用いられるプラスチック基
材とは、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等)、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレー
ト等)、ポリアミド(ナイロン−6、ナイロン−66
等)、ポリ塩化ビニル、ポリイミド等、あるいはこれら
の高分子の共重合体などの通常の包装材料として用いら
れるものである。
【0017】また、これらの高分子に公知の添加剤、例
えば帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤
などを含んだものであっても良い。
【0018】次に、基材上に形成される複合被膜につい
て詳細に説明する。本発明において用いられる金属アル
コキシドとは、テトラエチルオルソシリケート(Si
(OC2 5 4 )、トリイソプロピルアルミニウム
(Al(OC37 3 ).など一般式M(OR)
n (MはSi,Ti,Al,Zrなどの金属、RはCH
3 ,C2 5 などのアルキル基)で表せるものである。
その中でもMがSi,Alである金属アルコキシドの特
性が優れている。
【0019】水酸基を有する水溶性樹脂とは、ポリビニ
ルアルコール、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
酸ナトリウムなどである。その中でもポリビニルアルコ
ールのバリア特性が優れている。
【0020】被膜はこのような金属アルコキシドを直接
あるいはあらかじめ加水分解反応させたものを水溶性樹
脂と混合して複合物溶液を作成し、基材にコーティング
して形成させるものである。
【0021】とりわけ複合物の割合は金属アルコキシド
あるいはその加水分解物を金属酸化物に換算したときに
金属酸化物と水溶性樹脂との重量比率が20:80〜9
9:1の範囲がバリア性、可とう性ともに優れている。
【0022】コーティングの方法は通常用いられるディ
ッピング法、ロールコティング法、スクリーン印刷法、
スプレー法、などいずれの方法を用いても良い。
【0023】被膜の厚さは、用いる複合物の種類によっ
ても異なるが、約0.01〜1000μmの範囲内であ
れば良い。しかし、50μm以上では膜にクラックが入
り易くなるため、0.01〜50μmの範囲内にあるこ
とがより望ましい。
【0024】このような複合被膜を設けたガスバリア材
上に、必要に応じてヒートシール可能な熱可塑性樹脂層
を積層したり、印刷層を設けたり、また複数の樹脂を接
着層を介して積層して使用することも出来る。
【0025】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
は実施例に記載の材料に限定されるものではない。
【0026】<実施例1>テトラエチルオルソシリケー
ト(Si(OC2 5 4 :TEOSと略記)8.3g
に塩酸でPHを1に調整した水3.6gを加え30分撹
拌し加水分解溶液を作成した後、水約36gを加えSi
2 分として固形分濃度が5%になるように調整した。
これにポリビニルアルコール(重合度約2000,鹸化
度88%)(以下PVAと略記),可溶性デンプン,カ
ルボキシメチルセルロース(Na塩)(以下CMCと略
記),ゼラチンの5%水溶液を重量比で1/1(アルコ
キシドはSiO2 換算)になるように混合して、4種の
複合溶液を作成した。これらの溶液を基材のポリエチレ
ンテレフタレート(PET)フィルム(25μm,コロ
ナ処理)の片面にバーコーターでコーティング後、乾燥
機で100℃−10min乾燥して膜厚1.0μmの被
膜を形成し、試験体を得た。
【0027】これらのガスバリア性を酸素透過度測定装
置(モダンコントロール社製MOCON OXTRAN
10/50A)を用い25℃−100%RH雰囲気の
条件で測定した。比較例として未処理のPETフィルム
と同様の条件で作成したアルコキシドおよび樹脂単体の
被膜を施したものについても測定を行ったので合わせて
その結果を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】いずれの樹脂もアルコキシドと複合化する
ことでガスバリア性が著しく向上し、アルコキシド単体
のものよりも優れている。なかでもPVAについては酸
素透過度が1cc/m2 ・day・atm以下のハイバ
リアのものが得られた。
【0030】<実施例2>テトラメチルオルソシリケー
ト(Si(OCH3 4 :TMOSと略記),テトラプ
ロピルチタネート(Ti(OC3 7 4 :TPTと略
記),テトラブチルジルコニウム(Zr(OC
4 9 ):TBZと略記)これら各々0.1molに水
9gとエタノール79gとジエチレングリコール20g
の混合溶媒を加え、10分撹拌した加水分解溶液とトリ
プロピルアルミニウム(Al(O(C3 73 :TP
Aと略記)を80℃の熱水中で溶解した後、塩酸を添加
して解膠させた透明加水分解溶液、TPAの加水分解溶
液と実施例1で作成したTEOSの加水分解溶液との1
/1の混合加水分解溶液の5種類の加水分解溶液を作成
した。
【0031】これらにPVA水溶液を重量比で1/1
(アルコキシドは酸化物換算)、固形分濃度が1%にな
るように混合して、3種類の複合溶液を作成した。実施
例1と同様にPETにコーティングして膜厚0.5μm
の被膜を形成し酸素透過度の測定を行った。その結果を
表2に示す。
【0032】
【表2】
【0033】いずれのアルコキシドを用いてもPVAと
複合化したものは著しくバリア性が向上した。なかでも
Si,Alのアルコキシドあるいは両者の混合系のもの
が特に優れたものが得られた。
【0034】<実施例3>実施例1と同様の方法で作成
したTEOS(SiO2 換算 2.5%)加水分解水溶
液とPVAの2.5%水溶液の混合比を重量比で10/
0から0/10まで変えた複合溶液を作成して、実施例
1と同様にPET(フィルム厚50μm)に約0.5μ
m被膜を形成して、酸素透過度の測定を行った。また、
曲げによる変形(曲率半径:1mm、PET表面の伸び
が約5%)を加えて、被膜の状態を光学顕微鏡あるいは
走査型電子顕微鏡で観察して評価を行った。比較例とし
てSiO(純度3N、大阪チタニウム製)を蒸着源とし
て電子線加熱方式による真空蒸着法によって膜厚0.2
μmの被膜を作成して同様の評価を行ったので合わせて
結果を表3に示す。
【0035】
【表3】
【0036】可とう性の評価、◎:異常無し、○:僅か
にクラック発生、×:著しくクラック発生。
【0037】SiのアルコキシドとPVAの組成比、す
なわちSiのアルコキシド(SiO 2 換算)/PVAの
比率が2/8から9/1の被膜がバリア性が良好で可と
う性にも優れている。Siのアルコキシド単体では可と
う性、バリア性ともに悪く、蒸着被膜ではバリア性は優
れているが、可とう性が著しく劣っている。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるガ
スバリア材は、プラスチックからなる基材の少なくとも
片面に、金属アルコキシドあるいはその加水分解物とポ
リビニルアルコールなどの水溶性樹脂との複合被膜を設
けたものであり、ハイレベルのガスバリア性を有すると
ともに、可とう性に優れるので、乱雑な取扱いにもバリ
ア性を損なうことなく、食品など内容物の長期保存を可
能にするものである。また、焼却されたとしても有毒ガ
ス、有害物質を発生することなく廃棄処理も可能であ
り、製造方法も簡単で特殊な装置も必要としないので生
産性も高く安価に製造することができるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C09D 129/04 C09D 129/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラスチックからなる基材の少なくとも片
    面に、M(OR)nで表される金属アルコキシドあるい
    は金属アルコキシドの加水分解物と、ポリビニルアルコ
    ールとの複合物からなる被膜を有することを特徴とする
    ガスバリア材であって、該被膜中の金属アルコキシドあ
    るいは金属アルコキシドの加水分解物を金属酸化物に換
    算したときの金属酸化物とポリビニルアルコールとの重
    量比率が、20:80〜95:5であり、かつ該被膜の
    膜厚が0.2〜1.0μmの範囲内であることを特徴と
    するガスバリア材。
  2. 【請求項2】該金属アルコキシドあるいは金属アルコキ
    シドの加水分解物中の金属が、Si、Alであることを
    特徴とする請求項1記載のガスバリア材。
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