JP3956627B2

JP3956627B2 - 高水蒸気バリアフイルム及びその製造方法

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Publication number: JP3956627B2
Application number: JP2001042945A
Authority: JP
Inventors: 浩鈴木
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: JP2002240183A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品、医薬品、精密電子部品等の包装分野に用いられる透明なガスバリア材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、食品、医薬品、精密電子部品等の包装に用いられる包装材料は、内容物の変質、特に食品分野においては蛋白質や油脂等の酸化、変質を抑制し、味覚や鮮度を保持するために、又医薬品分野においては有効成分の変質を抑制し、効能を維持するために、さらに、精密電子部品分野においては金属部分の腐食、絶縁不良等を防止するために、包装材料を透過する酸素、水蒸気、その他内容物を変質させる気体による影響を防止する必要があり、これら気体を遮断するガスバリア性を備えることが求められている。そのため、従来から温度、湿度などに影響されないアルミニウムなどの金属箔やアルミニウム蒸着フイルムあるいはポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリルなどの樹脂フイルムやこれらの樹脂を表面にコーティングしたフイルムなどがガスバリア材として一般的に包装材料に用いられてきた。
【０００３】
ところが、アルミニウムなどの金属箔やアルミニウム蒸着フイルムを用いた包装材料は、ガスバリア性に優れるが、包装材料を透視して内容物を確認することができないだけではなく、使用後の廃棄の際は不燃物として処理しなければならない点や包装後の内容物などの検査の際に金属探知器が使用できない点などの欠点を有していた。また、ガスバリア性樹脂フイルムやガスバリア性樹脂をコーティングしたフイルムは、温湿度依存性が大きく、高いガスバリア性を常時維持できない。さらに、塩素を含む樹脂は廃棄や焼却の際に有害物質生成の原因となる可能性などの問題があった。
【０００４】
そこで、これらの欠点を克服した包装用材料として、最近では酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化珪素などの無機酸化物を透明な基材フイルム上に蒸着した蒸着フィルムが上市されている。これらの蒸着フイルムは透明性及び酸素、水蒸気等のガス遮断性を有していることが知られ、金属箔などでは得る事が出来ない透明性、ガスバリア性の両方を有する包装材料として好適とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した無機酸化物の内、酸化マグネシウム、酸化カルシウムの蒸着原材料は、例えば酸化マグネシウムの沸点が３６００℃、酸化カルシウムの沸点が２８５０℃等と昇華温度が高く、そのために蒸着工程における蒸発速度が遅くなる。そのためガスバリア性を発現させるのに十分な２００Å程度の厚さの蒸着薄膜を付着させようとすると、製膜時間が長時間になり、製造効率が悪く、高コストに繋がるため商業的採算が合わない。また、酸化マグネシウムあるいは酸化カルシウムを単層で透明な基材フイルム上に蒸着すると、経時で空気中の水分を吸湿してガスバリア性が劣化し、ガスバリア材料としては不適当であった。
【０００６】
上記の理由などにより、現在上市されている無機酸化物の蒸着フイルムは、酸化アルミニウムあるいは酸化珪素などの無機酸化物を基材フイルムに蒸着したものが主流であるが、これらの既存の蒸着フイルムは酸素ガスバリア性は優れているが、水蒸気バリア性は酸素ガスバリア性に比し、約１０，０００倍程度の透過性があり、包装材料に使用するには不満足であった。
【０００７】
本発明の課題は、透明で、酸素ガスバリア性に優れ、かつ、温湿度に影響されない水蒸気バリア性を有する高水蒸気バリアフイルムを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、透明な基材フィルムの少なくとも一方の面に蒸着薄膜層を積層してなる高水蒸気バリアフィルムにおいて、該蒸着薄膜層がアルミニウムの酸化物（ＡｌｘＯｙ）で、かつ、酸化物（ＡｌｘＯｙ）の基材フィルムに近い側のｘとｙの比が膜厚方向にｘ＝２：２〜２：２．５に連続的に変化し、さらに、膜厚の外側方向に向かってｘとｙの比がｘ：ｙ＝２：２．５〜２：４に連続的に変化したものからなることを特徴とする高水蒸気バリアフィルムである。
【０００９】
次に、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明において、前記蒸着薄膜層の厚さが５０〜３０００Åの範囲であることを特徴とする高水蒸気バリアフイルムである。
【００１０】
次に、請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２記載の高水蒸気バリアフィルムの製造時に、基材フィルム１を真空蒸着装置１０の巻き出し部１２に装着し、真空にした後、基材フィルム１を巻き出し部１２からガイドロール１４を経て巻き取り部１３に搬送しながら、るつぼ１９中の蒸着用のアルミニウム金属原材料を加熱蒸発させ、同時に巻き出し部１２側の酸素ガス供給パイプ１７ａから酸素ガスを供給し、さらに、巻き取り部１３側の酸素ガス供給パイプ１７ｂから前記酸素ガス供給パイプ１７ａよりも２〜１０倍量の酸素ガスを供給し、反応させながら、基材フィルム１を巻き出し部１２から巻き取り部１３方向へ搬送させて、基材フィルム１に近い側に酸素元素の比率が小さいアルミニウムの酸化物を蒸着し、さらにその上に連続的に酸素元素の比率が大きいアルミニウムの酸化物を積層して蒸着加工し、基材フィルム１の近い側から膜厚方向にアルミニウムの酸化物のアルミニウム元素と酸素元素の比を連続的に変化させたアルミニウムの酸化物の蒸着薄膜層を形成させることを特徴とする高水蒸気バリアフィルムの製造方法である。
【００１１】
【作用】
本発明によれば、基材フイルムのフイルムに近い側に酸素元素の比率の小さい無機酸化物を形成させ、膜厚の外側方向に連続的に酸素元素の比率の大きい無機酸化物からなる蒸着薄膜層を設けているので、フイルムに近い側の無機酸化物がフイルムに由来する水分や各種放出ガス成分を遮断し、その上に積層される無機酸化物の蒸着薄膜が非常に緻密に形成されることにより、透明で、かつ、高い水蒸気バリア性を保持できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の高水蒸気バリアフイルム３を、実施の形態に沿って以下に説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態を示す側断面図であり、基材フイルム１にアルミニウムの酸化物の蒸着薄膜層２が形成されている。
【００１４】
前記基材フイルム１は透明性を有する高分子材料であり、とくに無色透明であればよく、通常、包装材料として用いられるものが好ましい。例えば、二軸延伸ポリプロピレンフイルム（ＯＰＰ）、二軸延伸ナイロンフイルム（ＯＮｙ）、二軸延伸ポリエステルフイルム（ＰＥＴ）などが機械的強度、寸法安定性を有しているので好ましい。さらに、平滑性が優れ、かつ添加剤の量が少ないフィルムが好ましい。また、前記基材フイルム１と蒸着薄膜層２の密着性を良くするために、基材フイルム１の蒸着面に前処理としてコロナ処理、低温プラズマ処理、イオンボンバード処理を施しておいてもよく、さらに薬品処理、溶剤処理などを施してもよい。
【００１５】
前記基材フイルム１は、厚さはとくに制限を受けるものではないが、包装材料としての適性、他の層を積層する場合の加工性を考慮すると、５〜１００μｍの範囲が好ましい。
【００１６】
前記蒸着薄膜層２に形成したアルミニウムの酸化物（ＡｌｘＯｙ）のｘとｙの比を基材フイルム側から膜厚方向に、ｘ：ｙ＝２：２〜２：４に連続的に変化させていることを特徴としている。一般的にアルミニウムの酸化物（ＡｌｘＯｙ）のｙの値が小さくなればなるほど金属的な性質に近くなり、ガスバリア性はよくなるが透明性は悪くなる。本発明では基材フイルム１に近い側のアルミニウムの酸化物のｘとｙの比が膜厚方向にｘ：ｙ＝２：２〜２：２．５に連続的に変化させた薄膜を形成させており、さらに膜厚の外側方向に酸化物のｘとｙの比が連続的にｘ：ｙ＝２：２．５〜２：４に変化させた蒸着薄膜を積層する形で形成させているので、蒸着薄膜層２の加工時に基材フイルムに近い側の無機酸化物がフイルムに由来する水分や各種ガス成分を遮断する役目を果たし、その上に積層されるアルミニウムの酸化物の蒸着薄膜が非常に緻密な状態で形成されることになり、透明で、ガスバリアー性に優れ、かつ、温湿度に影響されない高い水蒸気ガスバリアー性を有することが出来る。
【００１７】
前記蒸着薄膜層２の厚さは５０〜３０００Åの範囲である必要がある。膜厚が５０Å以下であると基材フイルム１の全面が膜にならないことがあり、ガスバリア材としての機能を十分に果たすことができない場合がある。また、膜厚を３０００Å以上にした場合は薄膜にフレキシビリティを保持させることができず、成膜後に折り曲げ、引っ張りなどの外的要因により、薄膜に亀裂を生じるおそれがある。
【００１８】
図２は本発明の高水蒸気バリアフイルム３の製造装置の概略図である。基材フイルム１を真空蒸着装置１０の巻き出し部１２に装着し、蒸着金属原材料２０を、るつぼ１９に装填後、真空ポンプ１８にて真空チャンバー１１内を真空度１．３×１０^-2〜１３×１０^-2Ｐａの範囲で真空にした後、基材フイルム１を巻き出し部１２からガイドロール１４を経て巻き取り部１３に搬送しながら、るつぼ１９中の蒸着金属原材料２０を電子線加熱方式（図示せず）により加熱蒸発させ、同時に酸素ガス供給パイプ１７ａから酸素ガスを供給し、更に酸素ガス供給パイプ１７ｂから前記供給パイプ１７ａよりも多い量の酸素ガスを供給する。その量は特に限定されないが、例えば酸素ガス供給パイプ１７ａからの酸素ガス供給量の２〜１０倍量の酸素ガスを供給パイプ１７ｂから供給し反応させながら、基材フイルム１を巻き出し部１２から巻き取り部１３方向へ搬送させて、基材フイルム１に近い側は酸素元素の比率が小さい無機酸化物を蒸着し、さらにその上に連続的に酸素元素の比率が大きい無機酸化物を積層して蒸着加工することになり、基材フイルム１の近い側から膜厚方向に無機酸化物の無機元素と酸素元素の比が連続的に変化した蒸着薄膜層２を形成させた高水蒸気バリアフイルム３を得ることができる。
【００１９】
【実施例】
本発明の高水蒸気バリアフイルムを実施例を挙げて説明する。
【００２０】
〈実施例１〉
基材フイルム１として厚さ１２μｍの二軸延伸ポリエステルフイルムを使用し、その基材フイルム１を図２の真空蒸着装置の巻き出し部１２に装着した後に、るつぼ１９に装填した蒸着金属原材料２０のアルミニウムを電子線加熱方式で加熱蒸発させ、酸素ガス供給パイプ１７ａから酸素ガスを供給し、更に酸素ガス供給パイプ１７ｂから酸素ガス供給パイプ１７ａ供給量の５倍量の酸素ガスを供給し反応させながら、基材フイルム１を巻き出し部１２から巻き取り部１３方向へ１２０ｍ／ｍｉｎのスピードで搬送することにより、アルミニウムの酸化物（ＡｌｘＯｙ）のｘとｙの比を基材フイルム１側から膜厚方向にｘ：ｙ＝２：２〜２：４に連続的に変化させた厚さ２００Åの蒸着薄膜層２を基材フイルム１の上に形成し、巻き取り部１３で巻き取って本発明の高水蒸気バリアフイルム３を得た。
【００２１】
〈比較例１〉
基材フイルム１として厚さ１２μｍの二軸延伸ポリエステルフイルムを使用し、その基材フイルム１を図２の真空蒸着装置の巻き出し部１２に装着した後に、るつぼ１９に装填した蒸着金属原材料２０のアルミニウムを電子線加熱方式で加熱蒸発させ、酸素ガス供給パイプ１７ａと１７ｂから同量の酸素ガスを供給し反応させながら、基材フイルム１を巻き出し部１２から巻き取り部１３方向へ１２０ｍ／ｍｉｎのスピードで搬送させ、アルミニウムの酸化物（ＡｌｘＯｙ）のｘとｙの比がｘ：ｙ＝２：４．５で、その膜厚が２００Åの蒸着薄膜層を基材フイルム１の上に形成した比較用の水蒸気バリアフイルムを得た。
【００２２】
〈評価〉
実施例１及び比較例１の蒸着フィルムの光線透過率、酸素透過率及び水蒸気透過率を以下に示す測定方法で測定し、透明性及びガスバリア性を評価した。その結果を表１に示す。
（１）光線透過率：分光光度計（島津製作所社製ＵＶ−３１００）を用いて、波長４００ｎｍの光の透過率を測定した。
（２）酸素透過率：モダンコントロール社製（ＭＯＣＯＮＯＸＴＲＡＮ１０／５０Ａ）を用いて、２５℃−１００％ＲＨ雰囲気下で測定した。
（３）水蒸気透過率（初期）：モダンコントロール社製（ＭＯＣＯＮＰＥＲＭＡＴＲＡＮＷ６）を用いて、４０℃−９０％ＲＨ雰囲気下で各フィルムを蒸着直後に測定した。
（４）水蒸気透過率（暴露後）：各フィルムを蒸着後に２５℃、５０％ＲＨの雰囲気中に５日間保持した後にモダンコントロール社製（ＭＯＣＯＮＰＥＲＭＡＴＲＡＮＷ６）を用いて、４０℃−９０％ＲＨ雰囲気下で測定した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１の結果より、実施例１は透明性もよく、蒸着直後及び２５℃、５０％ＲＨで５日間保持後も、高温、高湿度条件（４０℃、９０％ＲＨ）での水蒸気バリア性が低下しないで、良好な水蒸気バリア性を保持している。なお、酸素ガスバリア性も良好ある。比較例１は透明性、酸素ガスバリア性は良いが、２５℃、５０％ＲＨで５日間保持後の高温、高湿度条件下での水蒸気バリア性の低下が大きい。これらのことから、本発明の実施例１の高水蒸気バリアフイルムは初期ばかりでなく、経時でも良好な水蒸気バリア性を保持できることがわかった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の高水蒸気バリアフイルムは、透明な基材フイルムの上に、基材フイルムに近い側から膜厚方向にアルミニウムの酸化物（Ａｌｘ０ｙ）のｘとｙの比をｘ：ｙ＝２：２〜２：４に連続的に変化させた蒸着薄膜層を形成させているので、内容物を透視できる透明性を有すると共に、包装分野で要求される各種ガスバリア性にも優れ、特に温湿度に影響されない優れた水蒸気バリア性を保持できるので、他の材質との貼り合わせ、製袋及び成形加工などの各種加工後も、内容物の品質保存性に優れ、包装分野に於いて広く使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高水蒸気バリアフイルムの側断面図である。
【図２】本発明の高水蒸気バリアフイルムの製造装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１…基材フイルム
２…蒸着薄膜層
３…高水蒸気バリアフイルム
１０…真空蒸着装置
１１…真空チャンバー
１２…巻き出し部
１３…巻き取り部
１４…ガイドロール
１５…冷却・電極ドラム
１６…酸素供給部
１７ａ，１７ｂ…酸素ガス供給パイプ
１８…真空ポンプ
１９…るつぼ
２０…蒸着金属原材料

Claims

透明な基材フィルムの少なくとも一方の面に蒸着薄膜層を積層してなる高水蒸気バリアフィルムにおいて、該蒸着薄膜層がアルミニウムの酸化物（ＡｌｘＯｙ）で、かつ、酸化物（ＡｌｘＯｙ）の基材フィルムに近い側のｘとｙの比が膜厚方向にｘ＝２：２〜２：２．５に連続的に変化し、さらに、膜厚の外側方向に向かってｘとｙの比がｘ：ｙ＝２：２．５〜２：４に連続的に変化したものからなることを特徴とする高水蒸気バリアフィルム。
前記蒸着薄膜層の厚さが５０〜３０００Åの範囲であることを特徴とする請求項１記載の高水蒸気バリアフィルム。
前記請求項１又は請求項２記載の高水蒸気バリアフィルムの製造時に、基材フィルム１を真空蒸着装置１０の巻き出し部１２に装着し、真空にした後、基材フィルム１を巻き出し部１２からガイドロール１４を経て巻き取り部１３に搬送しながら、るつぼ１９中の蒸着用のアルミニウム金属原材料を加熱蒸発させ、同時に巻き出し部１２側の酸素ガス供給パイプ１７ａから酸素ガスを供給し、さらに、巻き取り部１３側の酸素ガス供給パイプ１７ｂから前記酸素ガス供給パイプ１７ａよりも２〜１０倍量の酸素ガスを供給し、反応させながら、基材フィルム１を巻き出し部１２から巻き取り部１３方向へ搬送させて、基材フィルム１に近い側に酸素元素の比率が小さいアルミニウムの酸化物を蒸着し、さらにその上に連続的に酸素元素の比率が大きいアルミニウムの酸化物を積層して蒸着加工し、基材フィルム１の近い側から膜厚方向にアルミニウムの酸化物のアルミニウム元素と酸素元素の比を連続的に変化させたアルミニウムの酸化物の蒸着薄膜層を形成させることを特徴とする高水蒸気バリアフィルムの製造方法。