JP3794841B2 - ガスおよび芳香バリア特性を有する包装容器用のシ―リングストリップ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はガスおよび芳香バリア特性を有する包装容器用のシーリングストリップに関するものであり、より具体的には食料品を包装するためのガスおよび芳香バリア特性を有する包装容器用のシーリングストリップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
柔軟性に富んだ包装ラミネート材およびシーリングストリップは多年にわたって食料品を包装するために用いられてきた。例えば、牛乳はラミネート板紙にして両側にポリエチレンのコーティングを有するラミネート部材から作られたカートンにより包装されているが、この場合カートンの表面は互いに熱シールされて所望の形状のカートンが形成される。オレンジジュースのような幾つかの食品はカートンの壁を通しての酸素の貫通のためにそれらの栄養学的価値を失ってしまう。カートンへの酸素の侵入を減じて、ビタミンＣのような栄養素の劣化を最小にするため、ラミネート材にはアルミニウムフォイル（箔）の一層を添加してやることが普通である。アルミニウムフォイルはバリア材料としては有効であるが、それを使用するという事は環境上の問題を誘起せしめる。アルミニウムフォイルにかわる実際的な代替物にしてすぐれた酸素、ガスおよび芳香バリア特性を備えつつ、しかも使用後に容易に廃棄可能なものを開発する種々の試みがなされてきた。
【０００３】
食品を包装するプロセスにおいて、カートンブランク（素材）およびシーリングストリップは１つまたはそれ以上の折り曲げ線に沿って折り曲げることにより同カートンが適正な形状にされ、包装材からなる重なり合い部分が形成され、適当な接着剤を添加するかまたは熱可塑性層を互いに熱シーリングすることによりシール部を形成させることが可能である。ラミネート材に折り目をつけるという事はラミネート材に応力を誘起させるが同応力は漏洩を誘起せしめるか、または少なくともラミネート材を十分に弱化させ、その後の取扱い中にカートンの漏洩をもたらす可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバリアラミネート材の欠陥に鑑みて、本発明の１つの目的はすぐれたバリア特性を有する包装ラミネート材のシーリングストリップを提供することである。
本発明の別の目的は包装ラミネート材にして、可撓性にすぐれ、通常の包装機械を用いてパッケージへと容易に形成可能なラミネート材のシーリングストリップを提供することである。
別の目的は環境に害を与えること無く容易に廃棄可能な包装ラミネート材のシーリングストリップを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
これらの目的はラミネート材のシーリングストリップの基材の上に化学的プラズマ蒸着によりシリコン酸化物の層を添加したラミネート材によって達成される。堆積されるシリコン酸化物は一般組成がＳｉＯ_x であらわされるものであり、ｘは１．５から２．２の間の範囲内にある。
【０００６】
プラズマ励起化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ法）は既知の手法であり、同手本は本発明にかかり適用される時には、例えばテトラメチル・ジシロキサン（ＴＭＤＳＯ）またはヘキサメチル・ジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）のような気化された有機シリコン化合物と、不活性ガス（例えばヘリウム）および酸素ガスの混合物が真空チャンバ内に送給され、そこでプラズマが点火されると、前記気化したシリコン化合物が酸素と反応し、関連するシリコン酸化物化合物が形成され、該化合物が真空チャンバ内の冷却された基板すなわち芯層へと堆積または化学的に結合される。
【０００７】
真空チャンバ内に送給されるガス混合物内の酸素の量を規制することにより、真空チャンバ内の化学反応をコントロールして、このようにして形成されたシリコン酸化物がＳｉＯ_x なる化学式（ただしｘは１．５より小さな値から２．５を大幅に上回る値迄変化する）を占めるようにしてやることが可能である。本発明によれば、前記化学反応はｘが１．５と２．２の間にくるようにコントロールされているが、この範囲のｘにおいては形成されたシリコン酸化物化合物が酸素ガスおよび芳香バリア並びに包装ラミネート材のシーリングストリップにとって価値のある他の特性値に関して最適な特性を示すことが証明されている。
【０００８】
上記化学プラズマ蒸着プロセスのコントロールは、シリコン酸化物化合物が直接基板の表面上に形成され、その際の化学反応の収量が例えば４５％のごとく高くなるように、かつまたかくして形成された基板または芯層上のシリコン酸化物層の緊密性がバリアの観点からして十分高くなり、シリコン酸化物層を極めて薄く作っても所望のバリア特性が失われないようにすることが出来るように行われている。好ましい基板ないし基材はポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）のような可撓性に富んだ熱可塑性材料である。
【０００９】
ＰＥＣＶＤ法によって形成されたシリコン酸化物層は破壊する迄にかなりの伸びに耐えることが出来る。このことはシリコン酸化物層をラミネート材内に組込んで液体食品を封入包装する時には特に重要な特性である。典型的には、前記包装ラミネート材はパッケージを形成するための曲げ、折り返しを容易にするためラミネートの表面内に形成された折り曲げ線を備えている。破壊せずに変形出来るシリコン酸化物層の能力によりこれら折り曲げ線に沿っての漏洩は発生しない。プラズマ励起化学蒸着によって形成された薄膜のシリコン酸化物層は液体食品を封入包装するのに特に有用である。
【００１０】
【好ましい実施例の説明】
ＰＥＣＶＤ法を利用して基材上に薄膜を形成する種々のプロセスが知られている。米国特許第４，８８８，１９９号は制御条件下にあるプラズマを利用して基材の表面上に薄膜を堆積するプロセスを記述している。プラズマは囲まれた反応チャンバ内において形成されており、該チャンバ内には基材が配置され、薄膜がその表面上に堆積される。前記基材は金属、ガラスまたはある種のプラスチックスから形成させることが可能である。空気は高真空度が得られる迄チャンバからポンプで吸出される。例えば、ヘキサメチルジシロキサンのような有機シリコン化合物が酸素およびヘリウムとともにチャンバ内に導入され、かくしてシリコン分子および酸素分子が基材の表面上に堆積される。得られる膜は前記特許第４，８８８，１９９号によれば極めて硬質であり、ひっかき傷がつきにくく、光学的に透明であり、可撓性に富んた基材に良好に付着する薄膜であるとされている。この特許の開示事項はその全容がここで組入れられている。米国特許第５，２２４，４４１号には改良されたＰＥＣＶＤ法プロセスが記述されており、この特許もまたその全容が本発明に組入れられている。この特許に記載されたプロセスにおいては、シリコン酸化物が堆積される基材は約２０℃の温度に保持されており、基材はポリエチレンテレフタレータ（ＰＥＴ）またはポリカーボネート樹脂から形成することが出来る。上記特許には、シリコン酸化物膜をして厚味が１００Å（オングストローム）〜約４００Å（０．０００４ｍｉｌｓ乃至約０．００１６ｍｉｌｓ）であり、基材は厚味が１．２５×１０⁵ Å〜２．５×１０⁵ Å（約０．５乃至１ｍｉｌ）の食品包装用途のものであると記載されている。
【００１１】
牛乳およびジュースのような液体状食品は現在ラミネート化された包装材料から形成されたカートンによりパッケージされている。このようなパッケージは、ゲーブルトップ（切妻）カートンまたはブリク状パッケージのような直方体状パッケージの形態のものとすることが出来る。ゲーブルトップのカートンは予め切れ目を入れたブランクから形成されており、このブランクは充填機械へと供給され、該機械はブランクを折り曲げるとともに、折り目をシールしてカートンを形成し、同カートンをして液体状食品を充満し、同カートンのトップを閉じてシールする。ブリック形状のパッケージは包装状からなるロール材を徐々にチューブへと形成し、液体状食品で充満し、熱シーリングにより閉じることで形成してやることが出来る。両方の場合において、包装容器の継ぎ目部分をシーリングストリップが保護し、包装材料にはそれを予めえがかれた線に沿って折り曲げ易くするために折り曲げ線が提供されている。
【００１２】
ＳｉＯ_x の薄肉コーティングはプラズ励起化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ法）によって熱可塑性基材上にコーティングされた時に有効な酸素バリアを提供するということが見出されている。このＳｉＯ_x コーティングは慣用の化学蒸着法によって形成されるシリコン酸化物コーティングよりも高い延性を備えている。本発明に係るＳｉＯ_x の層を含んだ包装ラミネート材はバリア層内にクラックや孔を生ずることなく、通常の包装機械上で折り曲げ、熱シールしてやることが可能である。
【００１３】
図１に示すように、ＰＥＣＶＤ法で作成されるシリコン酸化物コーティングは該シリコン酸化物コーティング内にクラックが生じて漏洩を生じさせる迄に実質的な量の伸びに耐えることが出来る。図１のデータを提供するために試験された特定のラミネート材はプラズマ励起化学蒸着法により堆積されたシリコン酸化物のラミネート材であり、平均厚味は２００Åであった。基材は１２μｍの厚味を有するポリエステルのシートであった。図１に示すように、これと実質的に同一の厚味を有し蒸着法で作成されたコーティングは実質的に酸素透過率を増大させることなく耐えられる伸び量はより小さくなっている。これはプラズマ励起化学蒸着法においてはコーティングと基材の間には化学結合が生じているのに対して、慣用の蒸着法においてはそれが生じていないためであると説明できるように思われる。
【００１４】
薄肉のシリコン酸化物を作成することが望ましい。何故ならば、薄肉の範囲ではコーティングプロセスをより迅速に進めることが出来るからである。また、基材上のコーティングの厚味が大きいと、ラミネート材がカーリングを起し易く、これは後で製造をより困難にするからである。
【００１５】
図２はラミネート材の酸素透過率とシリコン酸化物層の厚味との関係をグラフにあらわした図である。約５０Å以下ではシリコン酸化物は十分に基材を被覆していないので酸素に対する実質的なバリアの作用を果たしていない。１０００Åを超えると透過率が増大しているのは内部応力が形成された結果のためと考えられる。好ましくは、上記ＳｉＯ_x 層は５０Åから５００Åの間の厚味を備えている。
【００１６】
プラズマ励起化学蒸着法により製造されたＳｉＯ_x バリア層を液体状食品のための包装ラミネート材のシーリングストリップとして利用するためにはある種の付加的層が含まれるべきである。
【００１７】
図３は包装容器内で用いられるシーリングストリップを製造するための本発明に係る包装ラミネート材のシーリングストリップを図式的に例示している。包装ラミネート材６０は第１のラミネート材ユニット６０ａと第２のラミネート材ユニット６０ｂを有しており、これらのユニットは互いに中間の接着剤層６１を介して永久的に接合されている。
【００１８】
第１のラミネート材ユニット６０ａはポリエチレンから形成されている。第２のラミネート材ユニット６０ｂは例えばポリエステル、２軸配向したポリエステルまたはポリプロピレンのようなプラスチックスからなる基材またはキャリア層６２を有しており、該層は第１のラミネート材ユニット６０ａから遠去かるほうの側において、一般的化学式がｘを１．５〜２．２としてＳｉＯ_x であらわされるシリコン酸化物からなり、酸素ガスおよび芳香バリアとして作用するバリア層６３を担持している。シリコン酸化物層６３は例えばポリプロピレンのような熱可塑性プラスチック６４の外側層にして中間の接着剤層６５によってシリコン酸化物層６３に接合される外側層によって被覆されている。
【００１９】
シリコン酸化物の層６３はＰＥＣＶＤ法によって作成されており、包装ラミネート材６０に所望の酸素ガスおよび芳香バリア特性を付与している５０〜５００Åの厚味を有している。包装ラミネート材６０は第１のユニット６０ａの熱可塑性プラスチック層と第２のラミネート層ユニット６０ｂをこれらユニット間に適用される接着剤層５１を介して互いに接合させることにより製造される。
【００２０】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、例えば欧州特許第０，３７８，９９０号に示されるような従来技術に特有な種類の付随的問題点および欠点を生ずることなく、すぐれた酸素ガスおよび芳香バリア特性を示す、導入部で説明したタイプの包装ラミネート材が実現される。特に、プラズマ化学蒸着法によって製造されるシリコン酸化物を含んだ包装ラミネート材にして、該酸化物は５０〜５００Åとわずかな厚味しかなくとも、折り曲げ成形によりすぐれた酸素ガスおよび芳香バリア特性を有する包装容器の製造を可能としている包装ラミネート材のシーリングストリップが実現される。
【００２１】
本発明は特定のラミネート構造と関連して説明されてきたが、同発明は当然のことながらそのような構造にのみ限定されるものではない。付記された特許請求の範囲に規定された本発明の概念の精神および範囲から離脱することなく、基材またはキャリア層および芯層の両者に関してここに述べた以外の他の材質を選定することは可能であり、当業者にとっては自明のことである。例えば、ここに開示した発明概念の範囲内において、基材またはキャリア層のための材質として所望に応じ耐脂性の紙からなる層を採用することが可能である。
【００２２】
本発明のラミネート材のシーリングストリップは５０Åのごとく小さな厚味でも有効であり、好ましくは２００Åの厚みにおいて有効なガスバリア層を備えている。薄肉コーティングの利点は主としてそれらの内部応力を低く出来ることに関連するすぐれた機械的特性に存する。このことは薄肉コーティングがこの明細書において説明したように、折り曲げにより成形される容器の場合にはとくに重要となってくるクラック発生に対する良好な抵抗を備えているということを意味している。そのような容器のコーナーおよび折り曲げられたエッジは特に鋭敏な領域であり、より厚肉のコーティングを備えた材質を用いるとパッケージのこれらの部分においてクラックが生じ、その結果バリア特性が失われることになる。これと対比して、本明細書において開示したような薄肉コーティングは十分に柔軟性および伸延性に富んでいるので、材料を包装容器へと転換しても、最も露出する領域においてさえクラッキングまたは破損を生ずる危険が無い。薄肉コーティングの内部応力が低いということはまたこれらの材料がそらないという特性に反映されている。プラスチックフィルム上に厚肉コーティングを適用すると、以後のラミネート材製造プロセス中に種々の問題点を誘起せしめる可能性がある。
【００２３】
最後に、本発明に係る包装ラミネート材はすぐれた酸素ガスおよび芳香バリア特性を有することに加えて、同ラミネート材はまたそれが非攻撃タイプのものであるという利点を有している。すなわち包装ラミネート材のシリコン酸化物層は果物ジュースのような特に貯蔵に敏感なパッケージの中身と直接接触しても、その芳香の中身や基本的オイルというものを、この種の中身ではかなり発生しがちであるが、「攻撃」するすなわち劣化させるということが無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は通常のＳｉＯ_x とポリエチレンのラミネート材並びに本発明のＳｉＯ_x ラミネート材に対する伸び率と酸素透過率の関係を示すグラフである。
【図２】図２は本発明に係るＳｉＯ_x バリア層厚味と酸素透過率の関係を示すグラフである。
【図３】図３は本発明の実施例に係る包装ラミネート材を図式的に例示する図である。

Claims (2)

1. ガスおよび芳香バリア特性を有する包装容器の継ぎ目部分を保護するためのシーリングストリップであって、
   該シーリングストリップは、プラズマ励起化学蒸着法により形成されたシリコン酸化物であるバリア性の第１の層と、第１の層が担持される可撓性に富む熱可塑性プラスチック材からなる第２の層と、
   前記シーリングストリップの外側の少なくとも１の層に、熱シール可能な熱可塑性プラスチック層とを備え、
   前記シーリングストリップが、７．５％の伸びに対して３０［ｃｃ・ｍ ² ・２４ｈｒ・１．０気圧］以下の酸素透過率を有し、
   前記第１の層が５０Åを超えかつ２００Å未満の厚みを有することを特徴とするシーリングストリップ。
2. 請求項１に記載されたシーリングストリップにおいて、前記第１の層は、真空中で気化されたヘキサメルジシロキサン又はテトラメチルジシロキサンの有機シリコン化合物と酸素の混合物からプラズマ励起化学蒸着法により形成されていることを特徴とするシーリングストリップ。

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