JP3872669B2 - ガスバリアフィルム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に食品や医薬品等の包装材料や電子デバイス等のパッケージ材料として用いられるガスバリアフィルムに関し、更に詳しくは、エッチングレートが小さな基材を用い、イオンプレーティング法により積層体が形成されるガスバリアフィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスバリアフィルムは、主に、（イ）内容物の品質を変化させる原因となる酸素や水蒸気等の影響を防ぐために、食品や医薬品等の包装材料として用いられたり、（ロ）液晶表示パネルやＥＬ表示パネル等に形成されている素子が、酸素、水蒸気に触れて性能劣化するの避けるために、電子デバイス等のパッケージ材料として用いられている。ガスバリアフィルムには、ガスバリア性を有するフィルムを貼り合わせるものや、ガスバリア性を有する層を含む積層体を湿式成層または乾式成層するものが従来より知られている。
【０００３】
中でも、乾式成層する方法の一種であるイオンプレーティング法は、高エネルギーのプラズマを利用するので、緻密なガスバリア層を形成することが可能であることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、イオンプレーティング法によってガスバリアフィルムの積層体を形成した場合、当該ガスバリアフィルムの基材は、高エネルギーのプラズマに長時間曝されることとなるため、いわゆるプラズマダメージをうけることがあり、基材表面がエッチングされることがあった。このように、基材表面がエッチングされた場合には、フィルム全体のガスバリア性にムラが生じる原因となったり、当該基材上に形成される積層体との密着性が低下する原因となる。
【０００５】
また、イオンプレーティング法により積層体を形成する場合には、基材が高温となるため、積層体形成時に基材が変形してしまう場合があった。したがって、従来のイオンプレーティング法においては、耐熱性を有する基材を選定する必要があり、これは製造コストの削減等の障害となっていた。
【０００６】
さらに、イオンプレーティング法で形成した積層体を有する従来のガスバリアフィルムは、２ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ程度の酸素透過率（ＯＴＲ）や、２ｇ／ｍ2／ｄａｙ程度の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有するにすぎず、より高いガスバリア性を有する用途、例えば有機ＥＬの包装用に使用される場合には、未だ不十分なものであった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、イオンプレーティング法により積層体を形成した場合であっても、基材がエッチングされたり、熱により変形することがなく、ガスバリア性にムラが生じたり、基材と積層体との密着性が低下することがなく、さらに、従来のガスバリアフィルムと比べて極めて優れたガスバリア性を有するガスバリアフィルムを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に記載するように、基材と、基材の片面または両面にイオンプレーティング法によって形成された積層体と、を有するガスバリアフィルムであって、前記基材は、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎであり、ガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であることを特徴とするガスバリアフィルムを提供する。
【０００９】
この発明によれば、基材と、基材の片面または両面にイオンプレーティング法によって形成された積層体と、を有するガスバリアフィルムにおいて、当該基材は、前記基材は、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎである高分子樹脂であるため、積層体を形成する際に当該基材が高エネルギーを有するプラズマに曝されても、基材表面がエッチングされることがない。その結果、従来のエッチングされやすい基材に比べて、基材の厚さを薄くすることができるので、よりフレキシブルなガスバリアフィルムとすることができる。また、エッチングされないので、ガスバリア性にムラがなく、基材と積層体との密着性が低下することもない。
【００１０】
さらに本発明のガスバリアフィルムにおける基材は、ガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であるので、イオンプレーティング法によりガスバリア層を形成する際に、基材が高温に曝された場合であっても、基材が変形したり、劣化することがない。したがって、高エネルギーのプラズマを利用して緻密なガスバリア層を形成することが可能なイオンプレーティング法を用いて形成したガスバリア層を有していても、積層体を構成する層同士の密着性が低下することはなく、ガスバリア性に優れたガスバリアフィルムとすることができる。
【００１１】
また、本発明は、上記課題を解決するために、請求項２に記載するように、請求項１に記載のガスバリアフィルムにおいて、前記基材が、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、又はベースとなる任意に選択された樹脂上の少なくとも一方に、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、のうちから任意に選択される１又は２以上の樹脂が接着されてなる複合樹脂、のいずれかであることを特徴とするガスバリアフィルムを提供する。
【００１２】
この発明によれば、ガスバリアフィルムの基材が、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、又はベースとなる任意に選択された樹脂上の少なくとも一方に、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、のうちから任意に選択される１又は２以上の樹脂が接着されてなる複合樹脂、のいずれかであるので、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎの範囲内であり、さらにガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であるので、上記請求項１と同様の作用効果を有するガスバリアフィルムを提供することができる。
【００１３】
さらに、本発明は、請求項３に記載するように、請求項１又は請求項２に記載のガスバリアフィルムにおいて、前記積層体が、ガスバリア層と、撥水性を有する撥水層により構成されていることを特徴とするガスバリアフィルムを提供する。
【００１４】
この発明によれば、ガスバリアフィルムの積層体がガスバリア層と、撥水性を有する撥水層により構成されているので、積層体の表面の水等に対する吸着性を低下させることができ、これにより全体としてガスバリア性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のガスバリアフィルムの層構成の一例を示す断面図である。
【００１６】
本発明のガスバリアフィルム１は、基材２の片面または両面に、イオンプレーティング法によって形成された積層体３を有するものである。
【００１７】
以下、本発明のガスバリアフィルム１を構成する基材２および積層体３についてそれぞれ説明する。
【００１８】
［１］基材
本発明のガスバリアフィルム１における基材２は、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎの高分子樹脂であることに特徴を有している。このように、基材２としての高分子樹脂のエッチングレートが上記範囲内であることによって、イオンプレーティング法によりガスバリア層４を形成した場合、つまり高エネルギーのプラズマに基材２の表面が曝された場合であっても、エッチングされることがなく、その結果、当該基材２の厚さを従来のそれよりも薄くすることができる。また、エッチングされないので、ガスバリア性にムラがなく、基材とガスバリア層４を有する積層体３との密着性が低下することもない。さらに、基材自体のガスバリア性が低下することもない。
【００１９】
ここで、本発明におけるエッチングレートとは、基材を、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力にした密閉容器に載置し、当該容器内に酸素ガス、又は酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入した場合において、当該基材が導入されたガスによって単位時間当たりにエッチングされる層厚を測定した際の値である。したがって、例えば、エッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎの基材とは、上記条件下において１分間に０．００１μｍ（層厚）エッチングされる基材のことを意味する。当該エッチングレートを測定する際に用いられるガスとしては、酸素ガスや酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを挙げることができ、不活性ガスとしては、例えばヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなどを挙げることができる。なお、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスを混合して不活性ガスとして用いることもできる。
【００２０】
なお、本発明におけるエッチングレートの下限（０．００１μｍ／ｍｉｎ）については、基材がほとんどエッチングされないことを意味し、必ずしも０．００１μｍ／ｍｉｎ以上のエッチングレートが要求されるものではなく、それ以下で合ってもよい。しかしながら、通常の測定機器を用いた場合においては、その検出限界が０．００１μｍ／ｍｉｎ程度であるため、本発明においては、エッチングレートの下限をこのように規定している。
【００２１】
さらに、本発明のガスバリアフィルム１における基材２は、ガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であることに特徴を有している。このように、基材２としての高分子樹脂のガラス転移温度が９０℃以上であることにより、当該高分子樹脂は、耐熱性に優れており、ガスバリア層をイオンプレーティング法によって形成する際の熱の影響を受けることがない。
【００２２】
本発明のガスバリアフィルム１における基材２に好適に用いられる高分子樹脂としては、具体的には、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、又はベースとなる任意に選択された樹脂上の少なくとも一方に、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、のうちから任意に選択される１又は２以上の樹脂が接着されてなる複合樹脂、を挙げることができる。
【００２３】
ここで、複合樹脂におけるベースとなる任意に選択された樹脂とは、従来公知の樹脂全てを意味し、本発明において特に限定されるものではない。また、ベースとなる任意に選択された樹脂と、上述のエッチングレートを有する高分子樹脂（具体的には、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂）との接着方法については、本発明は特に限定することはなく、従来公知のいかなる接着方法であってもよい。
本発明においては、前記基材の中でも特にポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、又はベースとなる樹脂としてポリエチレンテレフタレート樹脂を用いこれにポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂を接着せしめた複合樹脂は、透明性を有しており、比較的に入手が容易であることから好ましい。
【００２４】
上述してきた基材２の厚さは特に限定するものではないが、本発明における基材２は、エッチングレートが上記範囲内であり、ガラス転移温度が９０℃以上であることから、高エネルギーのプラズマに曝された場合であってもエッチングされることがなく、高熱により基材が変形することもないため、従来のガスバリアフィルムにおける基材に比べ、基材２の厚さを薄くすることが可能であり、具体的には６〜１００μｍとすることが可能である。
【００２５】
［２］積層体
本発明のガスバリアフィルム１における積層体３とは、前述した基材２の片面又は両面にイオンプレーティング法により形成されなり、当該ガスバリアフィルムにガスバリア性を付与するためのものである。したがって、積層体３は、少なくともガスバリア層を有していることが必要であるが、その具体的な層構成については特に限定されることはない。したがって、例えば、ガスバリア層やその他の作用を奏する薄層などを複数に積層したものであってもよく、一層のガスバリア層のみを積層体３としてもよい。
【００２６】
図1は、本発明のガスバリアフィルム１における積層体３の層構成の一例を示す概略断面図でもある。
【００２７】
図1のガスバリアフィルム１における積層体３は、ガスバリア層４と、このガスバリア層４上に形成された撥水層５とから構成されている。以下、このガスバリア層４および撥水層５、さらには、このガスバリアフィルム１の製造方法に分けて、それぞれ説明する。
【００２８】
［２−１］ガスバリア層
本発明のガスバリアフィルム１の積層体３を構成するガスバリア層４は、ガスバリア性を付与するためにイオンプレーティング法によって基材上に形成された薄層であり、積層体３に必須の構成である。このガスバリア層４は、ガスバリア性を有していれば特に限定されるものはなく、透明なものであっても不透明なものであってもよい。
【００２９】
ガスバリア層４を透明なものとする場合の層の種類としては、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化カドミウム、酸化銀、酸化金、酸化クロム、酸化珪素、酸化コバルト、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化白金、酸化パラジウム・酸化ビスマス、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化バリウム、等を挙げることができる。また、ＩＴＯ層なども本発明のガスバリア層として用いることができる。本発明のガスバリアフィルムにおけるガスバリア層としては、前記酸化物を２種類以上から構成される層でもよい。
【００３０】
一方、不透明なものとする場合の層の種類としては、アルミニウム、シリコン等を挙げることができ、また金属の薄層は全て、本発明のガスバリア層として用いることができる。さらに、前記透明なガスバリア層としての酸化物と、不透明なガスバリア層としての金属薄膜とを合わせて用いてもよい。
【００３１】
本発明においては、例えば包装材として用いる場合等のようにガスバリアフィルムに透明性が要求される用途が多い。したがって、本発明においてはガスバリア層が透明なものであることが好ましく、具体的には上述したような金属酸化物の薄層であることが好ましい。
【００３２】
このようなガスバリア層４を後述するイオンプレーティング法（装置）で形成する場合の原料としては、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ、ＩＴＯ等を挙げることができ、形成するガスバリア層に合わせて任意に選択することができる。
【００３３】
本発明においては、中でも酸化珪素層をガスバリア層４として用いることが好ましい。酸化珪素層は、層を構成する珪素原子の数や酸素原子の数をコントロールすることによりガスバリア性を向上することができるとともに、酸化珪素層中に炭素原子やＣ−Ｈ結合を有する有機物などを含有せしめることにより、さらにガスバリア性を向上することができるからである。
【００３４】
［２−２］撥水層
次に、前記ガスバリア層４上に形成される撥水層５について説明する。本発明に用いられる撥水層は、ガスバリア層４上に形成され、かつ撥水性を有する層であれば特に限定されるものではなく、積層体に必ずしも必要な層でははい。撥水層５を設けることにより、表面に吸着する水や酸素の量を低下させることができ、その結果、ガスバリア性を向上させることができる。
【００３５】
本発明に用いられる撥水層５は、その表面の撥水性が、撥水層５表面における水との接触角が測定温度２３℃において、６０°以上、特に８０°以上となるような撥水性であることが好ましい。水との接触角がこの程度以上あれば、表面に水等が吸着することによるガスバリア性の低下を防止することができるからである。
【００３６】
ここで、この水との接触角の測定方法は、協和界面化学社の接触角測定装置(型番ＣＡ−Ｚ)を用いて求めた値である。すなわち、被測定対象物の表面上に、純水を一滴(一定量)滴下させ、一定時間経過後、顕微鏡やＣＣＤカメラを用い水滴形状を観察し、物理的に接触角を求める方法を用い、この方法により測定された水との接触角を本発明における水との接触角とすることとする。
【００３７】
このような撥水層５は、上述したような撥水性を有する層であればどのような方法により形成されたものであってもよい。具体的には、蒸着法により形成されたものであってもよいし、撥水層形成材料を溶媒に溶解もしくは懸濁させた撥水層形成用塗工液を塗布することにより形成したものであってもよい。また熱可塑性樹脂を用い、この樹脂を溶融させて塗布することにより形成したものや、ドライフィルムを貼り合せる方法等により形成されたものであってもよい。
【００３８】
しかしながら、本発明においては、上述したガスバリア層４はイオンプレーティング法により形成されるものであり、したがって、同一の真空装置内で連続してガスバリア層４と撥水層５とを形成することが好ましい。同一の真空装置内で上述したガスバリア層４と連続して撥水層５を形成する方法としては、プラズマＣＶＤ法（プラズマ重合法）が特に好ましい。なお、撥水層５は、イオンプレーティング法により形成することも可能である。
【００３９】
なお、従来の撥水性材料をそのまま用いることができる点などを考慮すると、上述したような撥水層形成用塗工液を塗布する方法、もしくは熱可塑性樹脂を溶融塗布する方法により形成された撥水層であってもよい。
【００４０】
このような撥水層を構成する物質としては、上述したような撥水層の形成方法により大きく異なるものである。具体的には、イオンプレーティング法により撥水層を形成する場合の撥水層を構成する材料としては、ＰＴＦＥやＣＴＦＥのようなフッ素系樹脂を用いることができる。
【００４１】
さらに、熱可塑性樹脂を溶融させて塗布することにより撥水層を形成する場合の材料としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等のオレフィン系樹脂等を挙げることができる。
【００４２】
その他、例えばフッ素樹脂フィルムやポリエチレンフィルム等ポリオレフィンフィルムを接着剤を用いたドライラミネーション法による貼り合わせることもできる。
【００４３】
このような撥水層における好適な層厚は、その製造方法により大きく異なる。具体的には、イオンプレーティング法により撥水層を形成した場合における好ましい層厚としては、１〜１０００ｎｍの範囲内、特に５〜１００ｎｍの範囲内が好ましい。一方、他の方法、すなわち撥水層形成用塗工液を塗布することにより形成する方法や、熱可塑性樹脂を溶融させて塗布する方法等における好ましい層厚は、１〜１００μｍの範囲内であり、特に１μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００４４】
撥水層の厚さが、上記範囲より薄い場合は、例えば撥水層が形成されない部分が生じる等の撥水層としての機能を発揮できない可能性が生じることから好ましくなく、上記範囲より層厚を厚くしても、撥水性に影響を与えないことからコスト面で問題となる可能性があるため好ましくない。
【００４５】
また、本発明のガスバリアフィルムは、用途によって透明性を要求される場合がある。したがって、上述した撥水層も透明であることが好ましい。
【００４６】
図２は、本発明のガスバリアフィルムの別の実施形態を示す図である。図２に示す本発明のガスバリアフィルム１は、基材２と、この基材２上に形成された積層体３とからなり、当該積層体３は、ガスバリア層４および撥水層５がこの順序にそれぞれ４層づつ積層されて形成されて構成されているものである。このようにガスバリア層４と撥水層とを複数層積層することにより、さらにガスバリア性を向上させることができる。
【００４７】
本発明においては、このようなガスバリア層４および撥水層５の積層が、それぞれ少なくとも２層以上２０層以下であることが好ましく、特に２層以上１０層以下であることがガスバリア性および製造効率等の観点から好ましいといえる。
【００４８】
このような本発明のガスバリアフィルムは、酸素透過率が０．５ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ以下で水蒸気透過率が０．５ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、より好ましくは酸素透過率が０．１ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ以下で水蒸気透過率が０．１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下の極めて優れたガスバリア性を発揮する。本発明のガスバリアフィルムは、内容物の品質を変化させる原因となる酸素と水蒸気をほとんど透過させないので、高いガスバリア性が要求される用途、例えば食品や医薬品等の包装材料や電子デバイス等のパッケージ材料用に好ましく用いることができる。また、その高度なガスバリア性および耐衝撃性を共に有する点から、例えば各種ディスプレイ用の基材として用いることが可能である。また、太陽電池のカバーフィルム等にも用いることができる。
【００４９】
次に本発明のガスバリアフィルム１の製造方法について説明する。本発明のガスバリアフィルム１は、上述した基材２の片面または両面にイオンプレーティング法により積層体３を形成することにより製造される。
【００５０】
イオンプレーティング法は、以下の図３に示すようなイオンプレーティング装置を用いることにより行われる。
【００５１】
図３に示すイオンプレーティング装置１０は、圧力勾配型プラズマガン１１(以下、プラズマガンという)により真空チャンバー１２内にプラズマを発生させて真空チャンバー１２内の基材ホルダー１３上に配置した基材４０上に蒸着により薄層を形成するものである。
【００５２】
プラズマガン１１は、放電電源１４のマイナス側に接続された環状の陰極１５と放電電源１４のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１６、第２中間電極１７を備え、陰極１５側から放電ガスの供給を受け、前記放電ガスをプラズマ状態にして第２中間電極１７から真空チャンバー１２内に向けて流出させるように配置されている。真空チャンバー１２は、図示しない真空ポンプに接続され、その内部は所定の減圧状態に保たれている。また、真空チャンバー１２の第２中間電極１７に向けて突出した短管部１２Ａの外側には、この短管部１２Ａを包囲するように収束コイル１８が設けられている。
【００５３】
真空チャンバー１２内の下部には、放電電源１４のプラス側に接続された導電性材料からなるハース１９が蔵置されており、このハース１９上の凹所に薄層の材料となる導電性あるいは絶縁性の蒸着原料２０が収められている。さらに、ハース１９の内部にはハース用磁石２１が設けられている。
【００５４】
そして、第２中間電極１７から蒸着原料２０に向けてプラズマビーム２２が形成され、蒸着原料２０が蒸発させられ、基材４０の下面に付着し、薄層が形成される。なお、収束コイル１８はプラズマビーム２２の横断面を収縮させる作用を、またハース用磁石２１はプラズマビーム２２をハース１９に導く作用をしている。
【００５５】
このようなイオンプレーティング装置１０を用いることにより、基材４０上に緻密なガスバリア層を形成することができる。また、プラズマガン１１から発生されるプラズマは非常に高エネルギーであるため、従来の基材を用いた場合には、基材がプラズマダメージを受ける場合があったが、本発明のガスバリアフィルムにおける基材は、エッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎであり、ガラス転移温度が９０℃以上であるため、プラズマダメージをうけることはなく、また熱により変形することもない。
【００５６】
積層体３を構成するガスバリア層４として酸化珪素層を用いる場合においては、イオンプレーティング装置のハース１９上の凹所に蒸着原料２０としては、上述した各原料の中でも、特に、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ2、を載置するのが好ましい。
【００５７】
以下に参考例および比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
【００５８】
［１］エッチングレート試験
まず、参考例および比較例をより明確にするために、参考例および比較例とは別に、エッチングレート試験を行った。
【００５９】
エッチングレート試験は、以下の表１に示す樹脂をそれぞれ試料として用い、これらの試料（試料Ｎｏ．１〜９）について、図３に示すイオンプレーティング装置１０を用いて以下のような手順で行った。
【００６０】
【表１】
【００６１】
試料４０（厚さ１００μｍ、サイズ３０ｃｍ×３０ｃｍ）を装置１０の真空チャンバー１２内に装着した。次に装置１０の真空チャンバー１２内を、真空排気ポンプ３０（油回転ポンプおよび油拡散ポンプ）により、到達真空度１．０×１０-3Ｐａ以下まで減圧した。真空チャンバー１２内に酸素ガス（太陽東洋酸素(株)、純度９９．９９９９％以上）２０ｓｃｃｍを導入し、真空ポンプ３０と真空チャンバー１２との間にあるバルブ３１の開閉度を制御することで圧力を６．７×１０-2Ｐａに保ち、アルゴンガス（太陽東洋酸素(株)、純度９９．９９９％以上）２０ｓｃｃｍを導入した。この状態で、プラズマガン１１にプラズマ生成のための電力９ｋＷを投入し、陽極（ハース）１９上にプラズマ流を収束させて、高密度プラズマにより真空チャンバー１２内のガス分子をイオン化させて、試料４０に照射した。なお、これはエッチングレート試験であるため、陽極（ハース）１９上には原料は載置しなかった。一定時間試料４０をこの状態で放置し、エッチング処理をした。
【００６２】
エッチング処理後にチャンバー１０２内にガスの供給と真空排気を停止し、大気開放し、エッチング処理された試料２０を取り出した。一定時間にエッチングされた試料の厚みをデジタルマイクロメーター（ソニー株式会社製：μ−ｍａｔｅ Ｍ−３０）によって測定し、処理前後の厚みを差し引きすることにより、以下の式でエッチングレートを算出した。
（エッチングレート）＝（（処理前の基材厚み）−（処理後の基材厚み））／（基材処理時間）
【００６３】
［２］ガラス転移温度試験
さらに、参考例および比較例をより明確にするために、参考例および比較例とは別に、ガラス転移温度試験を行った。なお、ガラス転移温度試験は、従来公知の示差走査型熱量計（ＤＳＣ）で測定した。
【００６４】
表２に上記エッチングレート試験、及びガラス転移温度試験の結果を示す。
【００６５】
【表２】
【００６６】
表２からも明らかなように、試料Ｎｏ．１〜４についてはエッチングレートがいずれも０．００１〜０．１５μｍ／ｍｉｎの間であって、ガラス転移温度も９０℃以上であるので、優れた耐エッチング性、耐熱性を有していることがわかる。一方、試料Ｎｏ．５については、エッチングレートは０．１５μｍ／ｍｉｎ以下であり、優れた耐エッチング性を有しているが、ガラス転移温度が７０℃と低く、したがって耐熱性に問題があることが分かる。さらに、試料Ｎｏ．６〜７については、ガラス転移温度は９０℃以上であるので、優れた耐熱性を有しているが、エッチングレートは０．１５μｍ／ｍｉｎより大きく、試料の表面がエッチングされていることが分かった。さらにまた、試料Ｎｏ．８については、エッチングレートが０．１５μｍ／ｍｉｎより大きく、ガラス転移温度も９０℃以下であり、耐エッチング性、耐熱性ともに劣っていることが分かった。
【００６７】
［３］ガスバリア性試験
以下に参考例および比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
【００６８】
（参考例１）
図３に示すイオンプレーティング装置１０を用い、基材として上記試料Ｎｏ．１の樹脂を準備し、イオンプレーティング装置１０の真空チャンバー１２内に装着した。次に、ガスバリア層の原料となる蒸発源として二酸化珪素（メルクジャパン株式会社製：純度９９％、粒径２．５〜４ｍｍ）を準備し、陽極（ハース）１９上に載置した。次に、イオンプレーティング装置１０の真空チャンバー１２内を、油回転ポンプおよび油拡散ポンプにより、到達真空度１．０×１０−３Ｐａ以下まで減圧した。
【００６９】
次に、酸素ガス（太陽東洋酸素(株)、純度９９．９９９９％以上）２０ｓｃｃｍを導入し、真空ポンプ３０と真空チャンバー１２との間にあるバルブ３１の開閉度を制御することで圧力を６．７×１０−２Ｐａに保ち、アルゴンガス（太陽東洋酸素(株)、純度９９．９９９％以上）２０ｓｃｃｍを導入した。この状態で、プラズマガン１１にプラズマ生成のための電力９ｋＷを投入し、陽極（ハース）１９上にプラズマ流を収束させて照射することによりガスバリア層の原料である二酸化珪素を蒸発させ、高密度プラズマにより真空チャンバー１２内のガス分子をイオン化させて、基材としての試料Ｎｏ．１の樹脂上にガスバリア層（酸化珪素層）を１００ｎｍの厚みで形成し、参考例１のガスバリアフィルムを得た。
【００７０】
（参考例２）
基材として上記試料Ｎｏ．２の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして参考例２のガスバリアフィルムを得た。
【００７１】
（参考例３）
基材として上記試料Ｎｏ．３の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして参考例３のガスバリアフィルムを得た。
【００７２】
（参考例４）
基材として上記試料Ｎｏ．４の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして参考例４のガスバリアフィルムを得た。
【００７３】
（比較例１）
基材として上記試料Ｎｏ．５の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして比較例１のガスバリアフィルムを得た。
【００７４】
（比較例２）
基材として上記試料Ｎｏ．６の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして比較例２のガスバリアフィルムを得た。
【００７５】
（比較例３）
基材として上記試料Ｎｏ．７の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして比較例３のガスバリアフィルムを得た。
【００７６】
（比較例４）
基材として上記試料Ｎｏ．８の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして比較例４のガスバリアフィルムを得た。
【００７７】
（ガスバリア性試験の結果）
以下の表３は、上記参考例１〜４及び比較例１〜４のガスバリアフィルムについて酸素透過率（ＯＴＲ）試験と水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）試験の結果を示したものである。
【００７８】
なお、酸素透過率は、酸素ガス透過率測定装置（ＭＯＣＯＮ社製：ＯＸ−ＴＲＡＮ ２／２０）を用い、２３℃、９０％Ｒｈの条件で測定した値である。また、水蒸気透過率は、水蒸気透過率測定装置（ＭＯＣＯＮ社製：ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ ３／３１）を用い、３７．８℃、１００％Ｒｈの条件で測定した値である。
【００７９】
【表３】
【００８０】
通常、ガスバリアフィルムの性能の良否を判断する場合には、酸素透過率が０．５ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ、水蒸気透過率が０．５ｇ／ｍ２／ｄａｙを基準とし、これらの基準以下の場合には、ガスバリア性が優れていると判断される。そうすると、表３からも明らかなように、参考例１〜４のガスバリアフィルムは共に酸素透過率が０．５ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ以下であり、水蒸気透過率が０．５ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であるのでいずれも優れたガスバリア性を有していることが分かった。
【００８１】
一方、比較例１、及び比較例４のガスバリアフィルムは、水蒸気透過率も０．５ｇ／ｍ２／ｄａｙより大きいことが明らかとなった。また、比較例２及び比較例３のガスバリアフィルムは、酸素透過率が０．５ｃｃ／ｍ２／ｄａｙより大きく、水蒸気透過率も０．５ｇ／ｍ２／ｄａｙより大きく、いずれの比較例も参考例に比べガスバリア性が劣っていることが分かった。
【００８２】
【発明の効果】
本発明のガスバリアフィルムにおける基材は、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎの高分子樹脂であるので、イオンプレーティング法によりガスバリア層を形成した場合、つまり高エネルギーのプラズマに基材の表面が曝された場合であっても、エッチングされることがなく、その結果、当該基材の厚さを従来のそれよりも薄くすることができる。また、エッチングされないので、ガスバリア性にムラがなく、基材とガスバリア層４を有する積層体との密着性が低下することもない。さらに、基材自体のガスバリア性が低下することもない。
【００８３】
さらに、本発明のガスバリアフィルム１における基材２は、ガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であることに特徴を有している。このように、基材２としての高分子樹脂のガラス転移温度が９０℃以上であることにより、当該高分子樹脂は、耐熱性に優れており、ガスバリア層をイオンプレーティング法によって形成する際の熱の影響を受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスバリアフィルムの一例を示す断面構成図である。
【図２】本発明のガスバリアフィルムの他の一例を示す断面構成図である。
【図３】イオンプレーティング装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１ ガスバリアフィルム
２ 基材
３ 積層体
４ ガスバリア層
５ 撥水層
１０ イオンプレーティング装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に食品や医薬品等の包装材料や電子デバイス等のパッケージ材料として用いられるガスバリアフィルムに関し、更に詳しくは、エッチングレートが小さな基材を用い、イオンプレーティング法により積層体が形成されるガスバリアフィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスバリアフィルムは、主に、（イ）内容物の品質を変化させる原因となる酸素や水蒸気等の影響を防ぐために、食品や医薬品等の包装材料として用いられたり、（ロ）液晶表示パネルやＥＬ表示パネル等に形成されている素子が、酸素、水蒸気に触れて性能劣化するの避けるために、電子デバイス等のパッケージ材料として用いられている。ガスバリアフィルムには、ガスバリア性を有するフィルムを貼り合わせるものや、ガスバリア性を有する層を含む積層体を湿式成層または乾式成層するものが従来より知られている。
【０００３】
中でも、乾式成層する方法の一種であるイオンプレーティング法は、高エネルギーのプラズマを利用するので、緻密なガスバリア層を形成することが可能であることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、イオンプレーティング法によってガスバリアフィルムの積層体を形成した場合、当該ガスバリアフィルムの基材は、高エネルギーのプラズマに長時間曝されることとなるため、いわゆるプラズマダメージをうけることがあり、基材表面がエッチングされることがあった。このように、基材表面がエッチングされた場合には、フィルム全体のガスバリア性にムラが生じる原因となったり、当該基材上に形成される積層体との密着性が低下する原因となる。
【０００５】
また、イオンプレーティング法により積層体を形成する場合には、基材が高温となるため、積層体形成時に基材が変形してしまう場合があった。したがって、従来のイオンプレーティング法においては、耐熱性を有する基材を選定する必要があり、これは製造コストの削減等の障害となっていた。
【０００６】
さらに、イオンプレーティング法で形成した積層体を有する従来のガスバリアフィルムは、２ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ程度の酸素透過率（ＯＴＲ）や、２ｇ／ｍ2／ｄａｙ程度の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有するにすぎず、より高いガスバリア性を有する用途、例えば有機ＥＬの包装用に使用される場合には、未だ不十分なものであった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、イオンプレーティング法により積層体を形成した場合であっても、基材がエッチングされたり、熱により変形することがなく、ガスバリア性にムラが生じたり、基材と積層体との密着性が低下することがなく、さらに、従来のガスバリアフィルムと比べて極めて優れたガスバリア性を有するガスバリアフィルムを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に記載するように、基材と、基材の片面または両面にイオンプレーティング法によって形成された積層体と、を有するガスバリアフィルムであって、前記基材は、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎであり、ガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であることを特徴とするガスバリアフィルムを提供する。
【０００９】
この発明によれば、基材と、基材の片面または両面にイオンプレーティング法によって形成された積層体と、を有するガスバリアフィルムにおいて、当該基材は、前記基材は、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎである高分子樹脂であるため、積層体を形成する際に当該基材が高エネルギーを有するプラズマに曝されても、基材表面がエッチングされることがない。その結果、従来のエッチングされやすい基材に比べて、基材の厚さを薄くすることができるので、よりフレキシブルなガスバリアフィルムとすることができる。また、エッチングされないので、ガスバリア性にムラがなく、基材と積層体との密着性が低下することもない。
【００１０】
さらに本発明のガスバリアフィルムにおける基材は、ガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であるので、イオンプレーティング法によりガスバリア層を形成する際に、基材が高温に曝された場合であっても、基材が変形したり、劣化することがない。したがって、高エネルギーのプラズマを利用して緻密なガスバリア層を形成することが可能なイオンプレーティング法を用いて形成したガスバリア層を有していても、積層体を構成する層同士の密着性が低下することはなく、ガスバリア性に優れたガスバリアフィルムとすることができる。
【００１１】
また、本発明は、上記課題を解決するために、請求項２に記載するように、請求項１に記載のガスバリアフィルムにおいて、前記基材が、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、又はベースとなる任意に選択された樹脂上の少なくとも一方に、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、のうちから任意に選択される１又は２以上の樹脂が接着されてなる複合樹脂、のいずれかであることを特徴とするガスバリアフィルムを提供する。
【００１２】
この発明によれば、ガスバリアフィルムの基材が、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、又はベースとなる任意に選択された樹脂上の少なくとも一方に、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、のうちから任意に選択される１又は２以上の樹脂が接着されてなる複合樹脂、のいずれかであるので、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎの範囲内であり、さらにガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であるので、上記請求項１と同様の作用効果を有するガスバリアフィルムを提供することができる。
【００１３】
さらに、本発明は、請求項３に記載するように、請求項１又は請求項２に記載のガスバリアフィルムにおいて、前記積層体が、ガスバリア層と、撥水性を有する撥水層により構成されていることを特徴とするガスバリアフィルムを提供する。
【００１４】
この発明によれば、ガスバリアフィルムの積層体がガスバリア層と、撥水性を有する撥水層により構成されているので、積層体の表面の水等に対する吸着性を低下させることができ、これにより全体としてガスバリア性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のガスバリアフィルムの層構成の一例を示す断面図である。
【００１６】
本発明のガスバリアフィルム１は、基材２の片面または両面に、イオンプレーティング法によって形成された積層体３を有するものである。
【００１７】
以下、本発明のガスバリアフィルム１を構成する基材２および積層体３についてそれぞれ説明する。
【００１８】
［１］基材
本発明のガスバリアフィルム１における基材２は、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎの高分子樹脂であることに特徴を有している。このように、基材２としての高分子樹脂のエッチングレートが上記範囲内であることによって、イオンプレーティング法によりガスバリア層４を形成した場合、つまり高エネルギーのプラズマに基材２の表面が曝された場合であっても、エッチングされることがなく、その結果、当該基材２の厚さを従来のそれよりも薄くすることができる。また、エッチングされないので、ガスバリア性にムラがなく、基材とガスバリア層４を有する積層体３との密着性が低下することもない。さらに、基材自体のガスバリア性が低下することもない。
【００１９】
ここで、本発明におけるエッチングレートとは、基材を、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力にした密閉容器に載置し、当該容器内に酸素ガス、又は酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入した場合において、当該基材が導入されたガスによって単位時間当たりにエッチングされる層厚を測定した際の値である。したがって、例えば、エッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎの基材とは、上記条件下において１分間に０．００１μｍ（層厚）エッチングされる基材のことを意味する。当該エッチングレートを測定する際に用いられるガスとしては、酸素ガスや酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを挙げることができ、不活性ガスとしては、例えばヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなどを挙げることができる。なお、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスを混合して不活性ガスとして用いることもできる。
【００２０】
なお、本発明におけるエッチングレートの下限（０．００１μｍ／ｍｉｎ）については、基材がほとんどエッチングされないことを意味し、必ずしも０．００１μｍ／ｍｉｎ以上のエッチングレートが要求されるものではなく、それ以下で合ってもよい。しかしながら、通常の測定機器を用いた場合においては、その検出限界が０．００１μｍ／ｍｉｎ程度であるため、本発明においては、エッチングレートの下限をこのように規定している。
【００２１】
さらに、本発明のガスバリアフィルム１における基材２は、ガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であることに特徴を有している。このように、基材２としての高分子樹脂のガラス転移温度が９０℃以上であることにより、当該高分子樹脂は、耐熱性に優れており、ガスバリア層をイオンプレーティング法によって形成する際の熱の影響を受けることがない。
【００２２】
本発明のガスバリアフィルム１における基材２に好適に用いられる高分子樹脂としては、具体的には、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、又はベースとなる任意に選択された樹脂上の少なくとも一方に、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、のうちから任意に選択される１又は２以上の樹脂が接着されてなる複合樹脂、を挙げることができる。
【００２３】
ここで、複合樹脂におけるベースとなる任意に選択された樹脂とは、従来公知の樹脂全てを意味し、本発明において特に限定されるものではない。また、ベースとなる任意に選択された樹脂と、上述のエッチングレートを有する高分子樹脂（具体的には、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂）との接着方法については、本発明は特に限定することはなく、従来公知のいかなる接着方法であってもよい。
本発明においては、前記基材の中でも特にポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、又はベースとなる樹脂としてポリエチレンテレフタレート樹脂を用いこれにポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂を接着せしめた複合樹脂は、透明性を有しており、比較的に入手が容易であることから好ましい。
【００２４】
上述してきた基材２の厚さは特に限定するものではないが、本発明における基材２は、エッチングレートが上記範囲内であり、ガラス転移温度が９０℃以上であることから、高エネルギーのプラズマに曝された場合であってもエッチングされることがなく、高熱により基材が変形することもないため、従来のガスバリアフィルムにおける基材に比べ、基材２の厚さを薄くすることが可能であり、具体的には６〜１００μｍとすることが可能である。
【００２５】
［２］積層体
本発明のガスバリアフィルム１における積層体３とは、前述した基材２の片面又は両面にイオンプレーティング法により形成されなり、当該ガスバリアフィルムにガスバリア性を付与するためのものである。したがって、積層体３は、少なくともガスバリア層を有していることが必要であるが、その具体的な層構成については特に限定されることはない。したがって、例えば、ガスバリア層やその他の作用を奏する薄層などを複数に積層したものであってもよく、一層のガスバリア層のみを積層体３としてもよい。
【００２６】
図1は、本発明のガスバリアフィルム１における積層体３の層構成の一例を示す概略断面図でもある。
【００２７】
図1のガスバリアフィルム１における積層体３は、ガスバリア層４と、このガスバリア層４上に形成された撥水層５とから構成されている。以下、このガスバリア層４および撥水層５、さらには、このガスバリアフィルム１の製造方法に分けて、それぞれ説明する。
【００２８】
［２−１］ガスバリア層
本発明のガスバリアフィルム１の積層体３を構成するガスバリア層４は、ガスバリア性を付与するためにイオンプレーティング法によって基材上に形成された薄層であり、積層体３に必須の構成である。このガスバリア層４は、ガスバリア性を有していれば特に限定されるものはなく、透明なものであっても不透明なものであってもよい。
【００２９】
ガスバリア層４を透明なものとする場合の層の種類としては、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化カドミウム、酸化銀、酸化金、酸化クロム、酸化珪素、酸化コバルト、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化白金、酸化パラジウム・酸化ビスマス、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化バリウム、等を挙げることができる。また、ＩＴＯ層なども本発明のガスバリア層として用いることができる。本発明のガスバリアフィルムにおけるガスバリア層としては、前記酸化物を２種類以上から構成される層でもよい。
【００３０】
一方、不透明なものとする場合の層の種類としては、アルミニウム、シリコン等を挙げることができ、また金属の薄層は全て、本発明のガスバリア層として用いることができる。さらに、前記透明なガスバリア層としての酸化物と、不透明なガスバリア層としての金属薄膜とを合わせて用いてもよい。
【００３１】
本発明においては、例えば包装材として用いる場合等のようにガスバリアフィルムに透明性が要求される用途が多い。したがって、本発明においてはガスバリア層が透明なものであることが好ましく、具体的には上述したような金属酸化物の薄層であることが好ましい。
【００３２】
このようなガスバリア層４を後述するイオンプレーティング法（装置）で形成する場合の原料としては、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ、ＩＴＯ等を挙げることができ、形成するガスバリア層に合わせて任意に選択することができる。
【００３３】
本発明においては、中でも酸化珪素層をガスバリア層４として用いることが好ましい。酸化珪素層は、層を構成する珪素原子の数や酸素原子の数をコントロールすることによりガスバリア性を向上することができるとともに、酸化珪素層中に炭素原子やＣ−Ｈ結合を有する有機物などを含有せしめることにより、さらにガスバリア性を向上することができるからである。
【００３４】
［２−２］撥水層
次に、前記ガスバリア層４上に形成される撥水層５について説明する。本発明に用いられる撥水層は、ガスバリア層４上に形成され、かつ撥水性を有する層であれば特に限定されるものではなく、積層体に必ずしも必要な層でははい。撥水層５を設けることにより、表面に吸着する水や酸素の量を低下させることができ、その結果、ガスバリア性を向上させることができる。
【００３５】
本発明に用いられる撥水層５は、その表面の撥水性が、撥水層５表面における水との接触角が測定温度２３℃において、６０°以上、特に８０°以上となるような撥水性であることが好ましい。水との接触角がこの程度以上あれば、表面に水等が吸着することによるガスバリア性の低下を防止することができるからである。
【００３６】
ここで、この水との接触角の測定方法は、協和界面化学社の接触角測定装置(型番ＣＡ−Ｚ)を用いて求めた値である。すなわち、被測定対象物の表面上に、純水を一滴(一定量)滴下させ、一定時間経過後、顕微鏡やＣＣＤカメラを用い水滴形状を観察し、物理的に接触角を求める方法を用い、この方法により測定された水との接触角を本発明における水との接触角とすることとする。
【００３７】
このような撥水層５は、上述したような撥水性を有する層であればどのような方法により形成されたものであってもよい。具体的には、蒸着法により形成されたものであってもよいし、撥水層形成材料を溶媒に溶解もしくは懸濁させた撥水層形成用塗工液を塗布することにより形成したものであってもよい。また熱可塑性樹脂を用い、この樹脂を溶融させて塗布することにより形成したものや、ドライフィルムを貼り合せる方法等により形成されたものであってもよい。
【００３８】
しかしながら、本発明においては、上述したガスバリア層４はイオンプレーティング法により形成されるものであり、したがって、同一の真空装置内で連続してガスバリア層４と撥水層５とを形成することが好ましい。同一の真空装置内で上述したガスバリア層４と連続して撥水層５を形成する方法としては、プラズマＣＶＤ法（プラズマ重合法）が特に好ましい。なお、撥水層５は、イオンプレーティング法により形成することも可能である。
【００３９】
なお、従来の撥水性材料をそのまま用いることができる点などを考慮すると、上述したような撥水層形成用塗工液を塗布する方法、もしくは熱可塑性樹脂を溶融塗布する方法により形成された撥水層であってもよい。
【００４０】
このような撥水層を構成する物質としては、上述したような撥水層の形成方法により大きく異なるものである。具体的には、イオンプレーティング法により撥水層を形成する場合の撥水層を構成する材料としては、ＰＴＦＥやＣＴＦＥのようなフッ素系樹脂を用いることができる。
【００４１】
さらに、熱可塑性樹脂を溶融させて塗布することにより撥水層を形成する場合の材料としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等のオレフィン系樹脂等を挙げることができる。
【００４２】
その他、例えばフッ素樹脂フィルムやポリエチレンフィルム等ポリオレフィンフィルムを接着剤を用いたドライラミネーション法による貼り合わせることもできる。
【００４３】
このような撥水層における好適な層厚は、その製造方法により大きく異なる。具体的には、イオンプレーティング法により撥水層を形成した場合における好ましい層厚としては、１〜１０００ｎｍの範囲内、特に５〜１００ｎｍの範囲内が好ましい。一方、他の方法、すなわち撥水層形成用塗工液を塗布することにより形成する方法や、熱可塑性樹脂を溶融させて塗布する方法等における好ましい層厚は、１〜１００μｍの範囲内であり、特に１μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００４４】
撥水層の厚さが、上記範囲より薄い場合は、例えば撥水層が形成されない部分が生じる等の撥水層としての機能を発揮できない可能性が生じることから好ましくなく、上記範囲より層厚を厚くしても、撥水性に影響を与えないことからコスト面で問題となる可能性があるため好ましくない。
【００４５】
また、本発明のガスバリアフィルムは、用途によって透明性を要求される場合がある。したがって、上述した撥水層も透明であることが好ましい。
【００４６】
図２は、本発明のガスバリアフィルムの別の実施形態を示す図である。図２に示す本発明のガスバリアフィルム１は、基材２と、この基材２上に形成された積層体３とからなり、当該積層体３は、ガスバリア層４および撥水層５がこの順序にそれぞれ４層づつ積層されて形成されて構成されているものである。このようにガスバリア層４と撥水層とを複数層積層することにより、さらにガスバリア性を向上させることができる。
【００４７】
本発明においては、このようなガスバリア層４および撥水層５の積層が、それぞれ少なくとも２層以上２０層以下であることが好ましく、特に２層以上１０層以下であることがガスバリア性および製造効率等の観点から好ましいといえる。
【００４８】
このような本発明のガスバリアフィルムは、酸素透過率が０．５ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ以下で水蒸気透過率が０．５ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、より好ましくは酸素透過率が０．１ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ以下で水蒸気透過率が０．１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下の極めて優れたガスバリア性を発揮する。本発明のガスバリアフィルムは、内容物の品質を変化させる原因となる酸素と水蒸気をほとんど透過させないので、高いガスバリア性が要求される用途、例えば食品や医薬品等の包装材料や電子デバイス等のパッケージ材料用に好ましく用いることができる。また、その高度なガスバリア性および耐衝撃性を共に有する点から、例えば各種ディスプレイ用の基材として用いることが可能である。また、太陽電池のカバーフィルム等にも用いることができる。
【００４９】
次に本発明のガスバリアフィルム１の製造方法について説明する。本発明のガスバリアフィルム１は、上述した基材２の片面または両面にイオンプレーティング法により積層体３を形成することにより製造される。
【００５０】
イオンプレーティング法は、以下の図３に示すようなイオンプレーティング装置を用いることにより行われる。
【００５１】
図３に示すイオンプレーティング装置１０は、圧力勾配型プラズマガン１１(以下、プラズマガンという)により真空チャンバー１２内にプラズマを発生させて真空チャンバー１２内の基材ホルダー１３上に配置した基材４０上に蒸着により薄層を形成するものである。
【００５２】
プラズマガン１１は、放電電源１４のマイナス側に接続された環状の陰極１５と放電電源１４のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１６、第２中間電極１７を備え、陰極１５側から放電ガスの供給を受け、前記放電ガスをプラズマ状態にして第２中間電極１７から真空チャンバー１２内に向けて流出させるように配置されている。真空チャンバー１２は、図示しない真空ポンプに接続され、その内部は所定の減圧状態に保たれている。また、真空チャンバー１２の第２中間電極１７に向けて突出した短管部１２Ａの外側には、この短管部１２Ａを包囲するように収束コイル１８が設けられている。
【００５３】
真空チャンバー１２内の下部には、放電電源１４のプラス側に接続された導電性材料からなるハース１９が蔵置されており、このハース１９上の凹所に薄層の材料となる導電性あるいは絶縁性の蒸着原料２０が収められている。さらに、ハース１９の内部にはハース用磁石２１が設けられている。
【００５４】
そして、第２中間電極１７から蒸着原料２０に向けてプラズマビーム２２が形成され、蒸着原料２０が蒸発させられ、基材４０の下面に付着し、薄層が形成される。なお、収束コイル１８はプラズマビーム２２の横断面を収縮させる作用を、またハース用磁石２１はプラズマビーム２２をハース１９に導く作用をしている。
【００５５】
このようなイオンプレーティング装置１０を用いることにより、基材４０上に緻密なガスバリア層を形成することができる。また、プラズマガン１１から発生されるプラズマは非常に高エネルギーであるため、従来の基材を用いた場合には、基材がプラズマダメージを受ける場合があったが、本発明のガスバリアフィルムにおける基材は、エッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎであり、ガラス転移温度が９０℃以上であるため、プラズマダメージをうけることはなく、また熱により変形することもない。
【００５６】
積層体３を構成するガスバリア層４として酸化珪素層を用いる場合においては、イオンプレーティング装置のハース１９上の凹所に蒸着原料２０としては、上述した各原料の中でも、特に、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ2、を載置するのが好ましい。
【００５７】
以下に参考例および比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
【００５８】
［１］エッチングレート試験
まず、参考例および比較例をより明確にするために、参考例および比較例とは別に、エッチングレート試験を行った。
【００５９】
エッチングレート試験は、以下の表１に示す樹脂をそれぞれ試料として用い、これらの試料（試料Ｎｏ．１〜９）について、図３に示すイオンプレーティング装置１０を用いて以下のような手順で行った。
【００６０】
【表１】
試料４０（厚さ１００μｍ、サイズ３０ｃｍ×３０ｃｍ）を装置１０の真空チャンバー１２内に装着した。次に装置１０の真空チャンバー１２内を、真空排気ポンプ３０（油回転ポンプおよび油拡散ポンプ）により、到達真空度１．０×１０-3Ｐａ以下まで減圧した。真空チャンバー１２内に酸素ガス（太陽東洋酸素(株)、純度９９．９９９９％以上）２０ｓｃｃｍを導入し、真空ポンプ３０と真空チャンバー１２との間にあるバルブ３１の開閉度を制御することで圧力を６．７×１０-2Ｐａに保ち、アルゴンガス（太陽東洋酸素(株)、純度９９．９９９％以上）２０ｓｃｃｍを導入した。この状態で、プラズマガン１１にプラズマ生成のための電力９ｋＷを投入し、陽極（ハース）１９上にプラズマ流を収束させて、高密度プラズマにより真空チャンバー１２内のガス分子をイオン化させて、試料４０に照射した。なお、これはエッチングレート試験であるため、陽極（ハース）１９上には原料は載置しなかった。一定時間試料４０をこの状態で放置し、エッチング処理をした。
【００６２】
エッチング処理後にチャンバー１０２内にガスの供給と真空排気を停止し、大気開放し、エッチング処理された試料２０を取り出した。一定時間にエッチングされた試料の厚みをデジタルマイクロメーター（ソニー株式会社製：μ−ｍａｔｅ Ｍ−３０）によって測定し、処理前後の厚みを差し引きすることにより、以下の式でエッチングレートを算出した。
（エッチングレート）＝（（処理前の基材厚み）−（処理後の基材厚み））／（基材処理時間）
【００６３】
［２］ガラス転移温度試験
さらに、参考例および比較例をより明確にするために、参考例および比較例とは別に、ガラス転移温度試験を行った。なお、ガラス転移温度試験は、従来公知の示差走査型熱量計（ＤＳＣ）で測定した。
【００６４】
表２に上記エッチングレート試験、及びガラス転移温度試験の結果を示す。
【００６５】
【表２】
表２からも明らかなように、試料Ｎｏ．１〜４についてはエッチングレートがいずれも０．００１〜０．１５μｍ／ｍｉｎの間であって、ガラス転移温度も９０℃以上であるので、優れた耐エッチング性、耐熱性を有していることがわかる。一方、試料Ｎｏ．５については、エッチングレートは０．１５μｍ／ｍｉｎ以下であり、優れた耐エッチング性を有しているが、ガラス転移温度が７０℃と低く、したがって耐熱性に問題があることが分かる。さらに、試料Ｎｏ．６〜７については、ガラス転移温度は９０℃以上であるので、優れた耐熱性を有しているが、エッチングレートは０．１５μｍ／ｍｉｎより大きく、試料の表面がエッチングされていることが分かった。さらにまた、試料Ｎｏ．８については、エッチングレートが０．１５μｍ／ｍｉｎより大きく、ガラス転移温度も９０℃以下であり、耐エッチング性、耐熱性ともに劣っていることが分かった。
【００６７】
［３］ガスバリア性試験
以下に参考例および比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
【００６８】
（参考例１）
図３に示すイオンプレーティング装置１０を用い、基材として上記試料Ｎｏ．１の樹脂を準備し、イオンプレーティング装置１０の真空チャンバー１２内に装着した。次に、ガスバリア層の原料となる蒸発源として二酸化珪素（メルクジャパン株式会社製：純度９９％、粒径２．５〜４ｍｍ）を準備し、陽極（ハース）１９上に載置した。次に、イオンプレーティング装置１０の真空チャンバー１２内を、油回転ポンプおよび油拡散ポンプにより、到達真空度１．０×１０−３Ｐａ以下まで減圧した。
【００６９】
次に、酸素ガス（太陽東洋酸素(株)、純度９９．９９９９％以上）２０ｓｃｃｍを導入し、真空ポンプ３０と真空チャンバー１２との間にあるバルブ３１の開閉度を制御することで圧力を６．７×１０−２Ｐａに保ち、アルゴンガス（太陽東洋酸素(株)、純度９９．９９９％以上）２０ｓｃｃｍを導入した。この状態で、プラズマガン１１にプラズマ生成のための電力９ｋＷを投入し、陽極（ハース）１９上にプラズマ流を収束させて照射することによりガスバリア層の原料である二酸化珪素を蒸発させ、高密度プラズマにより真空チャンバー１２内のガス分子をイオン化させて、基材としての試料Ｎｏ．１の樹脂上にガスバリア層（酸化珪素層）を１００ｎｍの厚みで形成し、参考例１のガスバリアフィルムを得た。
【００７０】
（参考例２）
基材として上記試料Ｎｏ．２の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして参考例２のガスバリアフィルムを得た。
【００７１】
（参考例３）
基材として上記試料Ｎｏ．３の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして参考例３のガスバリアフィルムを得た。
【００７２】
（参考例４）
基材として上記試料Ｎｏ．４の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして参考例４のガスバリアフィルムを得た。
【００７３】
（比較例１）
基材として上記試料Ｎｏ．５の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして比較例１のガスバリアフィルムを得た。
【００７４】
（比較例２）
基材として上記試料Ｎｏ．６の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして比較例２のガスバリアフィルムを得た。
【００７５】
（比較例３）
基材として上記試料Ｎｏ．７の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして比較例３のガスバリアフィルムを得た。
【００７６】
（比較例４）
基材として上記試料Ｎｏ．８の樹脂を用いた以外は、上記参考例１と同様にして比較例４のガスバリアフィルムを得た。
【００７７】
（ガスバリア性試験の結果）
以下の表３は、上記参考例１〜４及び比較例１〜４のガスバリアフィルムについて酸素透過率（ＯＴＲ）試験と水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）試験の結果を示したものである。
【００７８】
なお、酸素透過率は、酸素ガス透過率測定装置（ＭＯＣＯＮ社製：ＯＸ−ＴＲＡＮ ２／２０）を用い、２３℃、９０％Ｒｈの条件で測定した値である。また、水蒸気透過率は、水蒸気透過率測定装置（ＭＯＣＯＮ社製：ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ ３／３１）を用い、３７．８℃、１００％Ｒｈの条件で測定した値である。
【００７９】
【表３】
通常、ガスバリアフィルムの性能の良否を判断する場合には、酸素透過率が０．５ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ、水蒸気透過率が０．５ｇ／ｍ２／ｄａｙを基準とし、これらの基準以下の場合には、ガスバリア性が優れていると判断される。そうすると、表３からも明らかなように、参考例１〜４のガスバリアフィルムは共に酸素透過率が０．５ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ以下であり、水蒸気透過率が０．５ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であるのでいずれも優れたガスバリア性を有していることが分かった。
【００８１】
一方、比較例１、及び比較例４のガスバリアフィルムは、水蒸気透過率も０．５ｇ／ｍ２／ｄａｙより大きいことが明らかとなった。また、比較例２及び比較例３のガスバリアフィルムは、酸素透過率が０．５ｃｃ／ｍ２／ｄａｙより大きく、水蒸気透過率も０．５ｇ／ｍ２／ｄａｙより大きく、いずれの比較例も参考例に比べガスバリア性が劣っていることが分かった。
【００８２】
【発明の効果】
本発明のガスバリアフィルムにおける基材は、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎの高分子樹脂であるので、イオンプレーティング法によりガスバリア層を形成した場合、つまり高エネルギーのプラズマに基材の表面が曝された場合であっても、エッチングされることがなく、その結果、当該基材の厚さを従来のそれよりも薄くすることができる。また、エッチングされないので、ガスバリア性にムラがなく、基材とガスバリア層４を有する積層体との密着性が低下することもない。さらに、基材自体のガスバリア性が低下することもない。
【００８３】
さらに、本発明のガスバリアフィルム１における基材２は、ガラス転移温度が９０℃以上の高分子樹脂であることに特徴を有している。このように、基材２としての高分子樹脂のガラス転移温度が９０℃以上であることにより、当該高分子樹脂は、耐熱性に優れており、ガスバリア層をイオンプレーティング法によって形成する際の熱の影響を受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスバリアフィルムの一例を示す断面構成図である。
【図２】本発明のガスバリアフィルムの他の一例を示す断面構成図である。
【図３】イオンプレーティング装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１ ガスバリアフィルム
２ 基材
３ 積層体
４ ガスバリア層
５ 撥水層
１０ イオンプレーティング装置
Claims (2)
- 基材と、
当該基材の片面または両面に位置し、少なくとも、ガスバリア層と撥水層とを有する積層体と、からなるガスバリアフィルムであって、
前記基材は、１Ｐａ〜９０Ｐａの圧力下において酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し、当該ガスにより基材をエッチングした場合のエッチングレートが０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．１５μｍ／ｍｉｎの高分子樹脂であり、
前記積層体を構成するガスバリア層は、酸化珪素層であり、一方で撥水層は、フッ素系樹脂層であって、
前記積層体を構成するガスバリア層と撥水層は、いずれもイオンプレーティング法によって形成されていることを特徴とするガスバリアフィルム。 - 前記基材が、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、結晶化ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、又はベースとなる任意に選択された樹脂上の少なくとも一方に、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、結晶化ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、のうちから任意に選択される１又は２以上の樹脂が接着されてなる複合樹脂、のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のガスバリアフィルム。
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