JP4050649B2 - How to use bottles for carbon film coating beverages - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、再充填可能な飲料用ボトルの使用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、プラスチック容器は、その成形の容易性や軽量性、さらには低コストである点等の種々の特性から、食品分野や医薬品分野等の様々な分野において、包装容器として広く使用されている。
【0003】
しかしながら、プラスチックは、よく知られているように、酸素や二酸化炭素のような低分子ガスを透過する性質を有し、さらに低分子有機化合物が内部に収着してしまうという性質を有しているため、プラスチック容器はガラス等の他の容器に比べて、その使用対象や使用形態が様々な制約を受ける。
【0004】
ここで、収着とは、プラスチックの組成中に低分子有機化合物が浸透し拡散してプラスチック中に吸収されている現象をいう。
【0005】
例えば、ビール等の炭酸飲料をプラスチック容器に充填した場合、プラスチックを透過して容器の内部に浸透する酸素によって、内容物である飲料が経時的に酸化を起こし劣化してしまったり、また炭酸飲料の炭酸ガスがプラスチックを透過し容器の外部に放出されてしまうため、炭酸飲料が気の抜けた飲料になってしまう。
【0006】
また、オレンジジュース等の香気成分を有する飲料をプラスチック容器に充填した場合、飲料に含まれる低分子有機化合物である香気成分(例えばオレンジジュースのリモネン等)がプラスチックに収着されるため、飲料の香気成分の組成がバランスを崩して、飲料の品質が劣化してしまう虞が有る。
【0007】
また、プラスチック容器については、その組成中に含まれる低分子化合物の溶出が問題になる場合が有る。すなわち、プラスチック容器に純度を要求される内容物(特に液体)を充填した場合、プラスチック組成中に含まれている可塑剤や残留モノマ、その他の添加剤が内容物中に溶出し、内容物の純度を損なったりする可能性が有る。
【0008】
一方、使用済み容器の回収が、現在、社会問題化しており、資源のリサイクル化が進められているが、プラスチック容器を再充填容器として使用しようとしても、ガラス容器の場合と異なり、使用後回収までの間、環境中に放置されていると、その間にカビ臭など種々の低分子有機化合物がプラスチック容器に収着する。この収着した低分子有機化合物は、洗浄後もプラスチック内に残存するため、プラスチック容器を再充填容器として使用する場合、収着された低分子有機化合物が異成分として充填された内容物中に徐々に溶け出してしまい、内容物の品質低下や衛生上の問題が生じる。このため、プラスチック容器は、リターナブル容器として使用されている例はほとんどない。
【0009】
上記のようなプラスチック容器の低分子ガスを透過する性質や低分子有機化合物が内部に収着してしまうという性質を抑制するために、プラスチックを配向させ結晶化度を向上させたり、より収着性の低いプラスチックやアルミの薄膜等を積層する方法も使用されているが、何れもプラスチック容器の特質を維持したままで、ガスバリア性や収着の問題を完全に解決することは出来ていない。
【0010】
ここで、近年、DLC(Diamond Like Carbon )膜の薄膜形成技術が知られてきており、従来、ビーカやフラスコ等の実験器具をDLC膜によりコーティングしたものが知られている。このDLC膜は、炭素間のSP3 結合を主体としたアモルファスな炭素で、非常に硬く、絶縁性に優れ、高屈折率で非常に滑らかなモルフォロジを有する硬質炭素膜である。
【0011】
従来、このようなDLC膜の形成技術をビーカやフラスコ等の実験器具のコーティングに使用したものとしては、特開平2−70059号公報に記載されたものがある。
【0012】
この特開平2−70059号公報に記載されたDLC膜の形成装置は、次のようなものである。すなわち、図16に示すように、炭素源ガスの導入口1Aと排気孔1Bを有する反応室1内に陰極2が配置され、この陰極2に形成された空所2A内にビーカ等の実験器具3が収容される。そして、この実験器具3の内側にアースされた陽極4が挿入された後、反応室1内が排気孔1Bからの排気によって減圧される。そして、導入口1Aから炭素源ガスが導入された後、陰極3に高周波電源5から高周波が印加され、炭素源ガスが励起されて発生するプラズマにより、実験器具3の表面にDLC膜が形成される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したDLC膜の形成装置は、反応室1内に陰極2および陽極4が収容され、反応室1の容積がコーティング対象である実験器具3の大きさに比べて非常に大きいため、真空操作にかかる時間とエネルギの無駄が多く、さらに、このDLC膜の形成装置は形成速度が10〜1000Å/分であり、その生成速度が遅いため、安価に連続生産することは困難であるという問題を有している。
【0014】
この従来のDLC膜の形成装置は、ビーカやフラスコ等の実験器具を対象としこれに付加価値をつけることを目的にしているため、製造コストや製造時間をあまり問題にしていないが、ビールやオレンジジュース等の飲料用の充填容器は、安価なものが大量に必要とされるため、このDLC膜形成装置を飲料用容器の製造に使用することは出来ない。
【0015】
また、上記したDLC膜の形成装置によれば、炭素源ガスが陰極2とコーティング対象である実験器具3との間の隙間にも回り込むため、器具3の内面に限定してコーティングを行うことが出来ない。
【0016】
飲料用の充填容器は、ビーカやフラスコ等の実験器具の場合と違って、工場内の製造工程においてまた販売ルートにおいて、充填容器同士がぶつかったり擦れあったりする機会が多い。このため、飲料用の充填容器の外面にDLC膜を形成した場合、このDLC膜は薄く硬いものであるので、DLC膜自体が損傷して、充填容器の商品価値を損なうことが考えられる。したがって、飲料用の充填容器については、容器の内壁面にのみDLC膜を形成するようにすることが要求される。
【0017】
この発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものである。すなわち、この発明は、プラスチック容器の特質を維持したままでプラスチックの有するガスバリア性および収着の問題を解消し、リターナブルな使用を可能にしてプラスチック容器の使用範囲と使用形態の拡大を図ることが出来るとともに、安価で連続生産することができ、しかも取扱いにおいて損傷の虞のない炭素膜コーティング飲料用ボトルの使用方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による炭素膜コーティング飲料用ボトルの使用方法は、再充填可能な炭素膜コーティング飲料用ボトルの使用方法であって、回収された前記飲料用ボトルを洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程により洗浄された前記飲料用ボトルに内容物を充填する充填工程と、を備え、前記飲料用ボトルは、一体的に成形されたプラスチックボトルの内壁面に、原料ガスの低温プラズマをボトル内壁側にのみ発生させることで均一に、硬質炭素膜が形成されてなり、前記硬質炭素膜は、容積700ml当たり200W以上1000W以下の高周波電力が投入されて得られた、低分子有機化合物である香気成分のボトルにおける収着性が実質的に0の緻密な硬質炭素膜であり、前記硬質炭素膜の密度が1.54g/cm 以上であり、前記硬質炭素膜の膜厚が0.05〜5μmの範囲にあることを特徴とする。
【0019】
【作用】
上記の炭素膜コーティング飲料用ボトルによれば、プラスチック容器の内壁面に均一にコーティングされた緻密な硬質炭素膜によって、酸素や二酸化炭素のような低分子無機ガスの透過度を著しく減少させることが出来るだけでなく、臭いを有する各種の低分子有機化合物の収着を、完全に抑制することが出来る。また、この硬質炭素膜の形成によって、プラスチック容器の有する透明性が損なわれることもない。なお、硬質炭素膜としては、ダイヤモンド状炭素膜が好ましい。このダイヤモンド状炭素膜とは、iカーボン膜または水素化アモルファスカーボン膜とも呼ばれる硬質炭素膜のことで、SP3 結合を主体にしたアモルファスな炭素膜のことである。
【0020】
また、上記炭素膜コーティング飲料用ボトルは、従来の飲料用ガラス容器の代りに、リターナブル容器として使用することが出来る。
【0021】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0022】
図1は、この発明に使用する炭素膜コーティング飲料用ボトルを製造するための製造装置を示している。この製造装置は、基台10上にセラミック製の絶縁板11が取り付けられ、この絶縁板11上に外部電極12が取り付けられている。この外部電極12は、DLC膜形成のための真空チャンバを兼ねているものであり、その内部にコーティング対象の容器20を収容するための空間が形成されている。この外部電極12内の空間はそこに収容される容器20の外形よりも僅かに大きくなるように形成されている。この容器20は、飲料用ボトルであるが、他の用途に使用される容器であってもよい。
【0023】
外部電極12は、本体部12Aと、この本体部12Aの上部に着脱自在に取り付けられて本体部12Aの内部を密閉するようになっている蓋体12Bとから構成されている。この外部電極12には、整合器13を介して高周波電源14が接続されている。また、外部電極12内の空間には、排気管15が連通されており、図示しない真空ポンプによって空間内の空気が排気されるようになっている。
【0024】
外部電極12の空間内には、内部電極16が挿入され、空間の中心部に位置するように配置されている。この内部電極16は、その外形が容器20の口部20Aから挿入可能でかつ容器20の内部形状とほぼ相似形になるように形成されている。外部電極12と内部電極16との間隔は、あらゆる位置において、10〜150mmの範囲でほぼ均一に保たれるようにするのが好ましい。
【0025】
この内部電極16には、原料ガス供給管17が接続されていて、図示しないガス流量制御器を介してこの原料ガス供給管17に原料ガスが流入され、内部電極16に形成された吹出し孔16Aから吹き出されるようになっている。この吹出し孔16Aは、吹き出した原料ガスを均一に拡散させるために、図示のように内部電極16の側部に複数個形成されることが好ましいが、原料ガスが直ぐに均一に拡散されるような場合は、内部電極16の頂部に1個形成するようにしても良い。内部電極16は、原料ガス供給管17を介してアースされている。
【0026】
絶縁板11には、図2および3に拡大して示すように、複数個(この実施例では4個)の溝11Aが形成されており、図2から分かるように、外部電極12内に容器20が収容され容器20の口部20Aが絶縁板11に当接された状態で、外部電極12の内壁面と容器20の外壁面との間に形成される容器の外部空間21Aと排気管15とが、溝11Aを介して連通されるようになっている。
【0027】
次に、上記製造装置によるDLC膜の形成の方法について説明する。
【0028】
外部電極12内には、蓋体12Bを外した状態で、本体部12Aの上部開口部からプラスチック製の容器20が差し込まれて、収容される。このとき、内部電極16は、容器20の口部20Aから容器20内に挿入される。そして、口部20Aが絶縁板11上に当接されて容器20が外部電極12内に位置決めされた後、蓋体12Bが閉められて、外部電極12内が密閉される。このとき、外部電極12の内壁面と容器20の外壁面との間の間隔は、ほぼ均一に保たれており、かつ容器20の内壁面と内部電極16の外壁面との間の間隔も、ほぼ均一に保たれている。
【0029】
この後、外部電極12内の空気を真空ポンプにより排気して、外部電極12内を真空にする。このとき、絶縁板11に形成された溝11Aによって、容器20の内部空間21Bのみならず容器20の外壁面と外部電極12の内壁面との間の外部空間21Aも排気されて、真空にされる。これは、外部空間21Aも真空にしておかないと、後述するプラズマ発生の際に、この外部空間21A内が高温になり、容器20のプラスチック材質に悪影響を与えるためである。
【0030】
この時の真空度は、10-2〜10-5torrが望ましい。これは、10-1以上の真空度で良いとすると容器内に不純物が多くなり過ぎ、10-5未満の真空度にしようとすると、排気するのに時間とエネルギがかかり過ぎるためである。
【0031】
この後、図示されていないガス流量制御器から原料ガス供給管17に炭素源の原料ガスが供給され、内部電極16に形成された吹出し孔16Aから真空状態の内部空間21B内に吹き出される。この原料ガスの供給量は、1〜100ml/minが好ましく、この原料ガスの供給によって、内部空間21B内の圧力が0.5〜0.001torr以内に調整される。
【0032】
ここで、外部空間21A内は溝11Aを介して排気されるため、外部空間21A内の圧力は内部空間21B内の圧力よりも少し遅れて低下する。このため、排気直後は外部空間21A内の圧力が内部空間21Bよりも僅かに高くなっている。したがって、排気直後に原料ガスを供給するようにすれば、内部空間21B内に吹き出された原料ガスが外部空間21A内に入り込むことはない。
【0033】
原料ガスとしては、常温で気体または液体の脂肪族炭化水素類,芳香族炭化水素類,含酸素炭化水素類,含窒素炭化水素類などが使用される。そして、特に、炭素数が6以上のベンゼン,トルエン,o-キシレン,m-キシレン,p-キシレン,シクロヘキサン等が望ましい。これらの原料は、単独で用いても良いが、2種以上の混合ガスとして使用するようにしても良い。さらに、これらのガスをアルゴンやヘリウムの様な希ガスで希釈して用いる様にしても良い。
【0034】
この原料ガスの供給後、外部電極12に整合器13を介して高周波電源14から電力が投入される。この電力の投入によって、外部電極12と内部電極16間にプラズマが発生される。このとき、内部電極16はアースされているが、外部電極12は絶縁板11により絶縁されているため、、外部電極12に負の自己バイアスが発生し、これによって外部電極12に沿った容器20の内壁面にDLC膜が均一に形成される。
【0035】
すなわち、容器20の内壁面におけるDLC膜の形成は、改良されたプラズマCVD法により行われる。このプラズマCVD法によれば、低温プラズマを利用することで、DLC膜の形成時の温度が比較的低い温度に設定できるため、プラスチックのような耐熱性の悪い物品を基盤とする場合に好適であり、しかも比較的安価で広い面積のDLC膜の形成を行うことが出来る。
【0036】
ここで、低温プラズマとは、反応器内部が低圧に維持されている場合、プラズマ中の電子温度が高く、イオンや中性分子の温度がそれに比べて著しく低い状態のプラズマ、すなわち、いわゆる非平衡状態のプラズマのことをいう。
【0037】
外部電極12と内部電極16の間にプラズマが発生すると、絶縁されている外部電極12の内壁面に電子が蓄積するため、この外部電極12が負電位に自己バイアスされる。外部電極12側には、この蓄積電子のために500〜1000V程度の電位降下が生じる。このとき、プラズマ中に炭素源となる炭酸ガスが存在することによって、プラスにイオン化された炭素源が外部電極12に沿うように位置されている容器20の内壁面に選択的に衝突し、ついで近接する炭素同士が結合することによって、容器20の内壁面に極めて緻密なDLC膜からなる硬質炭素膜が形成される。
【0038】
なお、DLC膜からなる硬質炭素膜とは、iカーボン膜または水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H)とも呼ばれる硬質炭素膜のことで、SP3 結合を主体にしたアモルファスな炭素膜のことである。
【0039】
DLC膜の膜厚は、高周波の出力,容器20内の原料ガスの圧力,供給ガス流量,プラズマ発生時間,自己バイアスおよび原料の種類等に依存するが、低分子有機化合物の収着抑制効果およびガスバリア性の向上効果と、プラスチックとの密着性,耐久性および透明性等との両立を図るため、0.05〜5μmとなるようにするのが好ましい。
【0040】
また、DLC膜の膜質も、同様に、高周波の出力,容器20内の原料ガスの圧力,供給ガス流量,プラズマ発生時間,自己バイアスおよび原料の種類等に依存する。高周波出力の増加,容器20内の原料ガスの圧力減少,供給ガスの流量減少,自己バイアスの増加および原料の炭素数の低下等は、何れもDLC膜の硬化,緻密さの向上,圧縮応力の増大および脆さの増大の原因になる。このため、プラスチックとの密着性および膜の耐久性を維持しつつ低分子有機化合物の収着抑制効果やガスバリア効果を最大限に発揮させるには、高周波出力が50〜1000W,容器20内の原料ガス圧が0.2〜0.01torr,供給ガスの流量が10〜50ml/min,自己バイアスが−200〜−1000V,原料ガスの炭素数が1〜8個程度になるように設定されるのが好ましい。
【0041】
なお、DLC膜とプラスチックとの密着性をさらに向上させるために、DLC膜を形成する前に、アルゴンや酸素などの無機ガスによってプラズマ処理を行い、容器20の内壁面を活性化させる様にしても良い。
【0042】
図4は、以上のようにしてDLC膜が形成されたプラスチック容器の側断面を示している。図中、20Aはプラスチック材を、20Bはプラスチック材20Aの内壁面に形成されたDLC膜をそれぞれ示している。このように、内壁面をDLC膜20Bによってコーティングされたプラスチック容器は、酸素や二酸化炭素のような低分子無機ガスの透過度を著しく減少させることが出来るだけでなく、臭いを有する各種の低分子有機化合物の収着を、完全に抑制することが出来る。また、このDLC膜の形成によって、プラスチック容器の有する透明性を損なうこともない。
【0043】
なお、容器20を形成するプラスチック材としては、ポリエチレン樹脂,ポリプロピレン樹脂,ポリスチレン樹脂,シクロオレフィンコポリマ樹脂,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,エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂,ポリ−4−メチルペンテン−1樹脂,ポリメタクリル酸メチル樹脂,アクリロニトリル樹脂,ポリ塩化ビニル樹脂,ポリ塩化ビニリデン樹脂,アクリロニトリル・スチレン樹脂,アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂,ポリアミド樹脂,ポリアミドイミド樹脂,ポリアセタール樹脂,ポリカーボネート樹脂,ポリブチレンテレフタレート樹脂,アイオノマ樹脂,ポリスルホン樹脂および4フッ化エチレン樹脂などが挙げられる。
【0044】
上記製造装置および製造方法によって製造された炭素膜コーティングプラスチック容器について行った(1) DLCの膜厚、(2) DLCの密度、(3) 密着性1、(4) 密着性2、(5) 耐アルカリ性、(6) 炭酸ガスバリア性、(7) 酸素ガスバリア性、(8) 低分子有機化合物(香気成分)の収着性の各評価の結果は、下記の通りである。
【0045】
なお、各評価は、以下の方法により行った。
【0046】
(1) DLCの膜厚
予め容器の内面にマジックインキ等でマスキングを行って、DLCを被覆した後、ジエチルエーテル等でマスキングを除去し、Vecco社製、表面形状測定器DECTACK3によって膜厚を測定した。
【0047】
(2) DLCの密度
成膜前と成膜後の重量差を測定し、(1) で求めた膜厚から密度を算出した。
【0048】
(3) 密着性1
容器の側壁部について、JISK5400の碁盤目テープ法に準じて、以下の条件で行った。
【0049】
▲1▼切り傷のすきま間隔:1mm
▲2▼ます目の数 :100
(4) 密着性2
容器の側壁部について、新東科学製、連続加重式引掻試験機HEIDON22を使用して、以下の条件で行った。密着の程度は、膜が剥がれ始めたときの引掻針にかかる垂直加重で表した。
【0050】
▲1▼引掻針の素材、形状:ダイヤ、50μR
▲2▼加重速度 :100g/min
▲3▼テーブル速度 :1000mm/min
(5) 耐アルカリ性
水酸化ナトリウムを10wt%となるように添加したアルカリ溶液を容器内部に充填し、75℃の湯浴中に24時間浸漬し、DLCの形状変化、剥離の有無を確認した。結果は24時間以上の浸漬で変化のないものを優、12時間以上の浸漬で変化のないものを良として表した。
【0051】
(6) 炭酸ガスバリア性
MODERN CONTROL社製PERMATRANC−4型を使用して、炭酸ガスの透過量を25℃で測定した。
【0052】
(7) 酸素ガスバリア性
MODERN CONTROL社製OX−TRANTWINを使用して、酸素の透過量を40℃で測定した。
【0053】
(8) 低分子有機化合物(香気成分)の収着性
環境材の一種として臭いを有する低分子有機化合物(香気成分)を使用し、松井らの方法(J.Agic.Food.Chem.,1992,40,1902−1905)を参考にして試験を行った。
【0054】
手順は以下の通りである。
【0055】
▲1▼各種香気成分(n−オクタン、n−オクタナール、n−オクタノール、ヘキサン酸エチル、d−リモネン)をそれぞれ100ppm添加した0.3%シュガーエステル溶液を作り、モデルフレーバ溶液とする。
【0056】
▲2▼モデルフレーバ溶液を容器に700ml充填し、蓋をした後、20℃で1カ月間保管する。
【0057】
▲3▼1カ月後、モデルフレーバ溶液を廃棄し、60℃の蒸留水で容器の内部を洗浄した後乾燥させる。
【0058】
▲4▼ジエチルエーテルを充填し、容器に収着した香気成分を抽出する。
【0059】
▲5▼ジエチルエーテルを容器から取りだし、無水硫酸ナトリウムを添加して脱水する。
【0060】
▲6▼アミルベンゼンを内標準としてガスクロマトグラフによって定量分析を行う。結果は、1ppmの香気成分が存在する水溶液が容器中にある場合、容器に収着する香気成分の量をμgで表示する。従って、単位はμg/ppm/bottleとなる。
【0061】
[試験1]
プラスチック容器として容量700mlのポリエチレンテレフタレート樹脂製容器(三井ペット樹脂(株)製PET樹脂、タイプL125)を図1の外部電極12内に収納し、固定した。
【0062】
次に、真空ポンプを作動させ、外部電極12内を10-4torr以下まで真空(背圧)にした後、前処理としてアルゴンを30ml/minの流速で圧力が0.04torrとなるようにプラスチック容器内部に導入し、300WのRf電力を投入して容器内面をプラズマ処理した。その後、補助ガスにアルゴンを用い、原料ガスとしてトルエン,シクロヘキサン,ベンゼンまたはp−キシレンを容器内部に導入し、図5に示した条件で容器の内面にDLCを均一に被覆した。
【0063】
試験結果
膜厚、成膜速度、密度、密着性1、密着性2、耐アルカリ性の各評価の結果は図6に示す通りである。密度はいずれも2.00g/cm3 を越えており、膜は極めて緻密であった。
【0064】
碁盤目試験の結果、ポリエチレンテレフタレート樹脂との密着性は良好で、実際の使用に十分耐えられることが明らかになった。また、耐アルカリ性は問題なく、DLCの膜がきわめて安定しており、ポリエチレンテレフタレート樹脂を完全に保護していることが判明した。
【0065】
酸素透過度、二酸化炭素透過度及び各種香気成分の収着の程度に関しては、その結果が図7に示されている。緻密なDLCの膜は香気成分の収着を完全に抑制するだけでなく、酸素及び二酸化炭素の透過を効果的に抑制した。
【0066】
また、DLCを内面に被覆したプラスチック容器の胴部の紫外可視領域における透過スペクトルが、図8に示されている。
【0067】
約500nm前後から紫外部にかけて透過率が急激に減少しており、DLC膜のコーティングは、内容物の紫外線による劣化をも抑制するのに有効であることが示唆された。
【0068】
図9は、試験1の条件でプラスチック容器の胴部に被覆された薄膜のラマン・スペクトルである。
【0069】
[試験2]
プラスチック容器として容量700mlのポリアクリロニトリル・スチレンコポリマ樹脂製容器(三菱モンサント化成製:PAN樹脂、タイプL700)が使用される以外は、試験1と同様の方法により容器内面にDLC膜を形成した。DLC膜の形成の条件は図10に示される通りである。また、試験1と同様にして、膜厚,密度,密着性1,密着性2,耐アルカリ性,炭酸ガスバリア性,酸素ガスバリア性および低分子有機化合物の収着性について各試験を行った。
【0070】
試験結果
膜厚,膜形成速度,密度,密着性1,密着性2および耐アルカリ性についての試験結果は、図11に示される通りである。膜厚および密度については、試験1の場合と同様に、良好であった。また、密着性1および密着性2については、試験1の場合と同様に問題がなく、DLCとアクリロニトリル・スチレンコポリマ樹脂との密着性はポリエチレンテレフタレート樹脂と同様で、実用上問題のないことが判明した。
【0071】
酸素透過度、二酸化炭素透過度及び各種香気成分の収着の程度については、その結果が図12に示されている。すなわち、アクリロニトリル・スチレンコポリマ樹脂は本来ガスバリア性に優れており、さらに、DLCを被覆したことで、酸素及び二酸化炭素の透過量が極めて低いレベルに達することが明らかになった。各種香気成分の収着量は、試験1と同様に、検出限界以下であり、官能評価においても問題なかった。
【0072】
[試験3]
プラスチック容器として容量700mlのシクロオレフィンコポリマ樹脂製容器(三井石油化学製:COC樹脂タイプAPL6015)を使用した以外は、試験1と同様の方法により、DLCを容器内部に被覆した。DLC膜の形成の条件は図13に示されている。また、試験1と同様に、膜厚、密度、密着性1、密着性2、耐アルカリ性、炭酸ガスバリア性、酸素ガスバリア性及び低分子有機化合物の収着性のそれぞれの試験を行った。
【0073】
試験結果
膜厚、成膜速度、密度、密着性1、密着性2、耐アルカリ性の各試験の結果は図14に示されている。試験1及び試験2と同様に、いずれの試験項目についても問題はなく、特にプラスチック容器とDLCとの密着性は極めて良好であった。
【0074】
酸素透過度、二酸化炭素透過度及び各種香気成分の収着性については、その結果が図15に示されている。シクロオレフィンコポリマ樹脂はオレフィン系樹脂であるため、酸素透過度、二酸化炭素透過度および香気成分収着量が比較的大きいが、DLCにより被覆することにより、かなりのレベルまで抑制できることが判明した。
【0075】
【発明の効果】
以上のように、本発明に使用する炭素膜コーティング飲料用ボトルは、ガスバリア性に優れているとともに、臭い成分等の低有機化合物の収着を完全に抑制することが出来、広い分野の包装容器として利用することを可能にし、しかも再充填可能なリターナブル容器として使用することが出来る。しかも、この炭素膜コーティング飲料用ボトルは、硬質炭素膜が容器の内壁面に形成されているので、容器の取扱いにおいて、形成された硬質炭素膜が損傷する虞はない。
【0076】
容器の内壁面に形成される硬質炭素膜がダイヤモンド状炭素膜の場合には、上記効果が、一層顕著になる。
【0077】
また、この炭素膜コーティング飲料用ボトルは、従来の飲料用ガラス容器の代りにリターナブル容器として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に用いる炭素膜コーティング飲料用ボトルの製造に用いる製造装置の一実施例を示す側断面図である。
【図2】同実施例の一部を拡大して示す断面図である。
【図3】同実施例の絶縁板を示す平面図である。
【図4】炭素膜コーティング飲料用ボトルの一実施例を示す側断面図である。
【図5】硬質炭素膜の形成条件を示す表である。
【図6】図5の条件により形成された硬質炭素膜の膜厚等の評価結果を示す表である。
【図7】図5の条件により形成された硬質炭素膜の酸素透過度等の評価結果を示す表である。
【図8】図5の条件により硬質炭素膜が形成されたプラスチック容器の紫外可視領域における透過スペクトルを示すグラフである。
【図9】図5の条件により形成された硬質炭素膜のラマン・スペクトルを示すグラフである。
【図10】硬質炭素膜の他の形成条件を示す表である。
【図11】図10の条件により形成された硬質炭素膜の膜厚等の評価結果を示す表である。
【図12】図10の条件により形成された硬質炭素膜の酸素透過度等の評価結果を示す表である。
【図13】硬質炭素膜のさらに他の形成条件を示す表である。
【図14】図13の条件により形成された硬質炭素膜の膜厚等の評価結果を示す表である。
【図15】図13の条件により形成された硬質炭素膜の酸素透過度等の評価結果を示す表である。
【図16】従来技術を示す断面図である。
【符号の説明】
20 容器(プラスチックボトル)
20B DLC膜(硬質炭素膜)
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for using a refillable beverage bottle.
[0002]
[Prior art]
In general, plastic containers are widely used as packaging containers in various fields such as the food field and the pharmaceutical field because of their various characteristics such as easy molding, light weight, and low cost.
[0003]
However, as is well known, plastics have the property of permeating low-molecular gases such as oxygen and carbon dioxide, and further have the property of sorbing low-molecular organic compounds inside. Therefore, compared with other containers such as glass, plastic containers are subject to various restrictions in terms of usage and usage.
[0004]
Here, sorption refers to a phenomenon in which a low molecular organic compound permeates and diffuses into a plastic composition and is absorbed in the plastic.
[0005]
For example, when a carbonated beverage such as beer is filled in a plastic container, the beverage, which is the content, deteriorates over time due to oxygen that permeates the plastic and penetrates into the container. The carbon dioxide gas permeates through the plastic and is released to the outside of the container, so that the carbonated beverage becomes an unintentional beverage.
[0006]
In addition, when a beverage having a fragrance component such as orange juice is filled in a plastic container, a fragrance component (eg, limonene of orange juice) contained in the beverage is sorbed onto the plastic, There is a possibility that the composition of the fragrance component is out of balance and the quality of the beverage is deteriorated.
[0007]
In addition, for plastic containers, elution of low-molecular compounds contained in the composition may be a problem. In other words, when a plastic container is filled with contents (especially liquids) that require purity, the plasticizer, residual monomers, and other additives contained in the plastic composition are eluted into the contents. There is a possibility of impairing purity.
[0008]
On the other hand, the collection of used containers is now a social problem, and the recycling of resources is being promoted. However, even if you try to use plastic containers as refill containers, unlike glass containers, collection after use In the meantime, if left in the environment, various low molecular weight organic compounds such as musty odor will sorb into the plastic container. Since this sorbed low molecular organic compound remains in the plastic after washing, when the plastic container is used as a refill container, the sorbed low molecular organic compound is contained in the contents filled as a different component. It gradually melts, resulting in deterioration of the quality of the contents and sanitary problems. For this reason, plastic containers are rarely used as returnable containers.
[0009]
In order to suppress the low-molecular gas permeation property of the plastic container and the low-molecular organic compound sorption property inside the plastic container as described above, the plastic is oriented to improve the crystallinity, or more Although a method of laminating a low-performance plastic or aluminum thin film is also used, none of them has completely solved the problems of gas barrier properties and sorption while maintaining the characteristics of the plastic container.
[0010]
Here, in recent years, a DLC (Diamond Like Carbon) film thin film forming technique has been known, and conventionally, a laboratory apparatus such as a beaker or a flask coated with a DLC film is known. This DLC film is made of carbon-carbon SP.Three It is an amorphous carbon mainly composed of bonds, and is a hard carbon film that is very hard, excellent in insulation, has a high refractive index, and has a very smooth morphology.
[0011]
Conventionally, such a DLC film forming technique used for coating a laboratory instrument such as a beaker or a flask is disclosed in JP-A-2-70059.
[0012]
The apparatus for forming a DLC film described in Japanese Patent Laid-Open No. 2-70059 is as follows. That is, as shown in FIG. 16, a cathode 2 is arranged in a reaction chamber 1 having a carbon source gas inlet 1A and an exhaust hole 1B, and a laboratory instrument such as a beaker is placed in a space 2A formed in the cathode 2. 3 is accommodated. After the grounded anode 4 is inserted inside the experimental instrument 3, the inside of the reaction chamber 1 is depressurized by the exhaust from the exhaust hole 1B. Then, after the carbon source gas is introduced from the introduction port 1A, a high frequency is applied from the high frequency power source 5 to the cathode 3, and the DLC film is formed on the surface of the experimental instrument 3 by the plasma generated by exciting the carbon source gas. The
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the cathode 2 and the anode 4 are accommodated in the reaction chamber 1 and the volume of the reaction chamber 1 is very large compared to the size of the experimental instrument 3 to be coated, the DLC film forming apparatus described above is vacuum The operation takes a lot of time and energy, and the DLC film forming apparatus has a forming speed of 10 to 1000 m / min, and its generation speed is slow, so that it is difficult to continuously produce at low cost. have.
[0014]
This conventional DLC film forming apparatus is intended for adding experimental value to laboratory equipment such as beakers and flasks, so that it does not matter production cost and production time. Since a large amount of inexpensive filling containers for beverages such as juice are required, this DLC film forming apparatus cannot be used for manufacturing beverage containers.
[0015]
Further, according to the DLC film forming apparatus described above, since the carbon source gas also enters the gap between the cathode 2 and the experimental instrument 3 to be coated, the coating can be performed only on the inner surface of the instrument 3. I can't.
[0016]
Unlike the case of a laboratory instrument such as a beaker or a flask, the filling container for beverages often has a chance of colliding or rubbing with each other in the manufacturing process in the factory or in the sales route. For this reason, when a DLC film is formed on the outer surface of a beverage filling container, the DLC film is thin and hard, and therefore, the DLC film itself may be damaged to impair the commercial value of the filling container. Therefore, for a filling container for beverages, it is required to form a DLC film only on the inner wall surface of the container.
[0017]
The present invention has been made to solve the above conventional problems. That is, the present invention eliminates the gas barrier properties and sorption problems of plastic while maintaining the characteristics of the plastic container, and enables returnable use, thereby expanding the range and form of use of the plastic container. An object of the present invention is to provide a method for using a bottle for a carbon film-coated beverage that can be produced at low cost and can be continuously produced at a low cost without causing any damage in handling.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a method for using a carbon film-coated beverage bottle according to the present invention is a method for using a refillable carbon film-coated beverage bottle, wherein the recovered beverage bottle is washed. And a filling step of filling the beverage bottle washed by the washing step with a content, wherein the beverage bottle is formed on the inner wall surface of the integrally formed plastic bottle.By generating low temperature plasma of source gas only on the inner wall side of the bottle,A hard carbon film is formed, and the hard carbon film isObtained by applying high frequency power of 200 W or more and 1000 W or less per 700 ml volume,It is a dense hard carbon film with substantially zero sorption in a bottle of aroma components that are low molecular organic compounds.The density of the hard carbon film is 1.54 g / cm 3 The thickness of the hard carbon film is in the range of 0.05 to 5 μm.It is characterized by that.
[0019]
[Action]
  According to the carbon film-coated beverage bottle, the inner wall surface of the plastic containerUniformlyCoatedPreciseThe hard carbon film not only can significantly reduce the permeability of low-molecular inorganic gases such as oxygen and carbon dioxide, but also completely suppresses the sorption of various odorous low-molecular organic compounds. I can do it. Further, the transparency of the plastic container is not impaired by the formation of the hard carbon film. The hard carbon film is preferably a diamond-like carbon film. The diamond-like carbon film is a hard carbon film called an i-carbon film or a hydrogenated amorphous carbon film, and is an amorphous carbon film mainly composed of SP3 bonds.
[0020]
In addition, the carbon film-coated beverage bottle can be used as a returnable container instead of the conventional beverage glass container.
[0021]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows a production apparatus for producing a carbon film-coated beverage bottle used in the present invention. In this manufacturing apparatus, a ceramic insulating plate 11 is attached on a base 10, and an external electrode 12 is attached on the insulating plate 11. The external electrode 12 also serves as a vacuum chamber for forming a DLC film, and a space for accommodating the container 20 to be coated is formed therein. The space in the external electrode 12 is formed to be slightly larger than the outer shape of the container 20 accommodated therein. The container 20 is a beverage bottle, but may be a container used for other purposes.
[0023]
The external electrode 12 includes a main body portion 12A and a lid 12B that is detachably attached to the upper portion of the main body portion 12A so as to seal the inside of the main body portion 12A. A high frequency power supply 14 is connected to the external electrode 12 via a matching unit 13. Further, an exhaust pipe 15 is communicated with the space in the external electrode 12, and air in the space is exhausted by a vacuum pump (not shown).
[0024]
The internal electrode 16 is inserted into the space of the external electrode 12 and is disposed so as to be positioned at the center of the space. The internal electrode 16 is formed so that its outer shape can be inserted from the mouth 20A of the container 20 and is substantially similar to the internal shape of the container 20. It is preferable that the distance between the external electrode 12 and the internal electrode 16 be kept substantially uniform within a range of 10 to 150 mm at any position.
[0025]
A raw material gas supply pipe 17 is connected to the internal electrode 16, and a raw material gas flows into the raw material gas supply pipe 17 via a gas flow rate controller (not shown), and a blowout hole 16 </ b> A formed in the internal electrode 16. It comes to be blown out from. In order to uniformly diffuse the blown-out source gas, it is preferable that a plurality of these blowout holes 16A be formed on the side portion of the internal electrode 16 as shown in the drawing. However, the source gas is immediately and uniformly diffused. In this case, one may be formed on the top of the internal electrode 16. The internal electrode 16 is grounded via the source gas supply pipe 17.
[0026]
2 and 3, a plurality of (four in this embodiment) grooves 11A are formed in the insulating plate 11, and as can be seen from FIG. In the state where the container 20 is accommodated and the opening 20A of the container 20 is in contact with the insulating plate 11, the outer space 21A of the container and the exhaust pipe 15 formed between the inner wall surface of the external electrode 12 and the outer wall surface of the container 20 are disposed. Are communicated through the groove 11A.
[0027]
Next, a method for forming a DLC film by the manufacturing apparatus will be described.
[0028]
A plastic container 20 is inserted into and accommodated in the external electrode 12 from the upper opening of the main body 12A with the lid 12B removed. At this time, the internal electrode 16 is inserted into the container 20 from the mouth portion 20 </ b> A of the container 20. Then, after the mouth 20A is brought into contact with the insulating plate 11 and the container 20 is positioned in the external electrode 12, the lid 12B is closed, and the inside of the external electrode 12 is sealed. At this time, the distance between the inner wall surface of the external electrode 12 and the outer wall surface of the container 20 is kept substantially uniform, and the distance between the inner wall surface of the container 20 and the outer wall surface of the internal electrode 16 is also It is kept almost uniform.
[0029]
Thereafter, the air inside the external electrode 12 is exhausted by a vacuum pump, and the inside of the external electrode 12 is evacuated. At this time, not only the inner space 21B of the container 20 but also the outer space 21A between the outer wall surface of the container 20 and the inner wall surface of the external electrode 12 is exhausted and evacuated by the groove 11A formed in the insulating plate 11. The This is because, unless the external space 21A is also evacuated, the inside of the external space 21A becomes hot during plasma generation described later, which adversely affects the plastic material of the container 20.
[0030]
The degree of vacuum at this time is 10-2-10-Fivetorr is desirable. This is 10-1If the above degree of vacuum is sufficient, the container has too many impurities and 10-FiveThis is because it takes too much time and energy to evacuate if the degree of vacuum is less than that.
[0031]
Thereafter, a raw material gas of the carbon source is supplied from a gas flow rate controller (not shown) to the raw material gas supply pipe 17 and blown out from the blowout hole 16A formed in the internal electrode 16 into the vacuum internal space 21B. The supply amount of the source gas is preferably 1 to 100 ml / min, and the pressure in the internal space 21B is adjusted within 0.5 to 0.001 torr by supplying the source gas.
[0032]
Here, since the inside of the external space 21A is exhausted through the groove 11A, the pressure in the external space 21A decreases slightly later than the pressure in the internal space 21B. For this reason, immediately after exhaust, the pressure in the external space 21A is slightly higher than that in the internal space 21B. Therefore, if the source gas is supplied immediately after exhaust, the source gas blown into the internal space 21B will not enter the outer space 21A.
[0033]
As the raw material gas, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, oxygen-containing hydrocarbons, nitrogen-containing hydrocarbons, etc. that are gaseous or liquid at room temperature are used. In particular, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, cyclohexane and the like having 6 or more carbon atoms are desirable. These raw materials may be used alone, or may be used as a mixed gas of two or more. Furthermore, these gases may be diluted with a rare gas such as argon or helium.
[0034]
After the supply of the source gas, electric power is supplied to the external electrode 12 from the high frequency power supply 14 via the matching unit 13. By applying this electric power, plasma is generated between the external electrode 12 and the internal electrode 16. At this time, the internal electrode 16 is grounded, but since the external electrode 12 is insulated by the insulating plate 11, a negative self-bias is generated in the external electrode 12, thereby the container 20 along the external electrode 12. A DLC film is uniformly formed on the inner wall surface.
[0035]
That is, the formation of the DLC film on the inner wall surface of the container 20 is performed by an improved plasma CVD method. According to this plasma CVD method, since the temperature at the time of forming the DLC film can be set to a relatively low temperature by using low temperature plasma, it is suitable for a case where an article having poor heat resistance such as plastic is used as a base. In addition, it is possible to form a DLC film having a relatively low cost and a large area.
[0036]
Here, the low temperature plasma is a plasma in which the electron temperature in the plasma is high and the temperature of ions and neutral molecules is significantly lower than that when the inside of the reactor is maintained at a low pressure, that is, so-called non-equilibrium. It means plasma in a state.
[0037]
When plasma is generated between the external electrode 12 and the internal electrode 16, electrons accumulate on the inner wall surface of the insulated external electrode 12, and the external electrode 12 is self-biased to a negative potential. On the external electrode 12 side, a potential drop of about 500 to 1000 V occurs due to the stored electrons. At this time, the presence of carbon dioxide gas as a carbon source in the plasma causes the positively ionized carbon source to selectively collide with the inner wall surface of the container 20 positioned along the external electrode 12. By bonding adjacent carbons, a hard carbon film made of a very dense DLC film is formed on the inner wall surface of the container 20.
[0038]
The hard carbon film made of a DLC film is a hard carbon film also called i-carbon film or hydrogenated amorphous carbon film (a-C: H), and SP.Three An amorphous carbon film mainly composed of bonds.
[0039]
The thickness of the DLC film depends on the output of the high frequency, the pressure of the raw material gas in the container 20, the supply gas flow rate, the plasma generation time, the self-bias, the kind of the raw material, etc. In order to achieve both the improvement effect of the gas barrier property and the adhesion, durability, transparency and the like with the plastic, it is preferable to set the thickness to 0.05 to 5 μm.
[0040]
Similarly, the quality of the DLC film depends on the output of the high frequency, the pressure of the source gas in the container 20, the flow rate of the supply gas, the plasma generation time, the self-bias, the type of the source, and the like. Increasing the high frequency output, decreasing the pressure of the raw material gas in the container 20, decreasing the flow rate of the supply gas, increasing the self-bias and decreasing the carbon number of the raw material are all in the hardening of the DLC film, improvement of the denseness, compression stress Causes growth and increased brittleness. For this reason, in order to maximize the sorption suppression effect and gas barrier effect of low molecular weight organic compounds while maintaining the adhesion to the plastic and the durability of the film, the high frequency output is 50 to 1000 W, the raw material in the container 20 The gas pressure is set to 0.2 to 0.01 torr, the supply gas flow rate is 10 to 50 ml / min, the self-bias is -200 to -1000 V, and the source gas has about 1 to 8 carbon atoms. Is preferred.
[0041]
In order to further improve the adhesion between the DLC film and the plastic, before the DLC film is formed, plasma treatment is performed with an inorganic gas such as argon or oxygen so that the inner wall surface of the container 20 is activated. Also good.
[0042]
FIG. 4 shows a side cross section of a plastic container having a DLC film formed as described above. In the figure, 20A indicates a plastic material, and 20B indicates a DLC film formed on the inner wall surface of the plastic material 20A. Thus, the plastic container whose inner wall surface is coated with the DLC film 20B not only can remarkably reduce the permeability of low-molecular inorganic gases such as oxygen and carbon dioxide, but also various low-molecular substances having an odor. Sorption of organic compounds can be completely suppressed. Further, the formation of the DLC film does not impair the transparency of the plastic container.
[0043]
The plastic material forming the container 20 is polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, cycloolefin copolymer resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, ethylene-vinyl alcohol copolymer resin, poly-4-methylpentene- 1 resin, polymethyl methacrylate resin, acrylonitrile resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, acrylonitrile / styrene resin, acrylonitrile / butadiene / styrene resin, polyamide resin, polyamideimide resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polybutylene terephthalate Examples thereof include resins, ionomer resins, polysulfone resins, and tetrafluoroethylene resins.
[0044]
(1) DLC film thickness, (2) DLC density, (3) Adhesion 1, (4) Adhesion 2, (5) The results of each evaluation of alkali resistance, (6) carbon dioxide gas barrier property, (7) oxygen gas barrier property, and (8) sorption property of low molecular organic compounds (aroma components) are as follows.
[0045]
In addition, each evaluation was performed with the following method.
[0046]
(1) DLC film thickness
The inner surface of the container was previously masked with magic ink or the like and coated with DLC, then the masking was removed with diethyl ether or the like, and the film thickness was measured with a surface shape measuring device DECTACK3 manufactured by Vecco.
[0047]
(2) DLC density
The weight difference before and after the film formation was measured, and the density was calculated from the film thickness obtained in (1).
[0048]
(3) Adhesion 1
About the side wall part of the container, it carried out on condition of the following according to the cross-cut tape method of JISK5400.
[0049]
(1) Clearance gap between cuts: 1mm
▲ 2 ▼ Number of eyes: 100
(4) Adhesion 2
About the side wall part of the container, it carried out on condition of the following using the Shinto Kagaku make and continuous load type scratch test machine HEIDON22. The degree of adhesion was expressed by the vertical load applied to the scratching needle when the film began to peel off.
[0050]
(1) Scratch needle material, shape: diamond, 50μR
(2) Weighted speed: 100 g / min
(3) Table speed: 1000 mm / min
(5) Alkali resistance
The inside of the container was filled with an alkali solution added with sodium hydroxide so as to be 10 wt%, and immersed in a 75 ° C. hot water bath for 24 hours, and the shape change of DLC and the presence or absence of peeling were confirmed. As a result, a sample that did not change after immersion for 24 hours or more was shown as excellent, and a sample that did not change after immersion for 12 hours or more was shown as good.
[0051]
(6) Carbon dioxide barrier properties
Carbon dioxide gas permeation was measured at 25 ° C. using a PERMATRANC-4 model manufactured by MODERN CONTROL.
[0052]
(7) Oxygen gas barrier properties
The oxygen permeation amount was measured at 40 ° C. using OX-TRANTWIN manufactured by MODERN CONTROL.
[0053]
(8) Sorption of low molecular weight organic compounds (aroma components)
Using a low molecular weight organic compound (aroma component) having an odor as a kind of environmental material, a test was conducted with reference to the method of Matsui et al. (J. Agic. Food. Chem., 1992, 40, 1902-1905). .
[0054]
The procedure is as follows.
[0055]
(1) A 0.3% sugar ester solution to which 100 ppm of various aroma components (n-octane, n-octanal, n-octanol, ethyl hexanoate, d-limonene) is added is prepared to obtain a model flavor solution.
[0056]
(2) Fill the container with 700 ml of model flavor solution, cover the container, and store at 20 ° C for 1 month.
[0057]
(3) After 1 month, the model flavor solution is discarded, and the inside of the container is washed with distilled water at 60 ° C. and then dried.
[0058]
{Circle around (4)} Fill with diethyl ether and extract the aromatic components sorbed in the container.
[0059]
(5) Remove diethyl ether from the container and add anhydrous sodium sulfate to dehydrate.
[0060]
(6) Perform quantitative analysis by gas chromatography using amylbenzene as an internal standard. As a result, when an aqueous solution containing 1 ppm of a fragrance component is present in the container, the amount of the fragrance component sorbed in the container is displayed in μg. Therefore, the unit is μg / ppm / bottle.
[0061]
[Test 1]
A 700-ml polyethylene terephthalate resin container (Mitsui PET Resin Co., Ltd. PET resin, type L125) was accommodated in the external electrode 12 of FIG. 1 and fixed as a plastic container.
[0062]
Next, the vacuum pump is operated, and the inside of the external electrode 12 is set to 10-FourAfter vacuuming (back pressure) to torr or less, as a pretreatment, argon is introduced into the plastic container at a flow rate of 30 ml / min so that the pressure becomes 0.04 torr, and 300 W of Rf power is applied to inject the inner surface of the container. Plasma treatment was performed. Thereafter, argon was used as an auxiliary gas, and toluene, cyclohexane, benzene or p-xylene was introduced into the container as a source gas, and DLC was uniformly coated on the inner surface of the container under the conditions shown in FIG.
[0063]
Test results
The results of each evaluation of film thickness, film formation rate, density, adhesion 1, adhesion 2, and alkali resistance are as shown in FIG. The density is 2.00 g / cm for bothThree The film was extremely dense.
[0064]
As a result of the cross-cut test, it was revealed that the adhesion with the polyethylene terephthalate resin was good and could withstand actual use. Further, it was found that the alkali resistance was not a problem, the DLC film was very stable, and the polyethylene terephthalate resin was completely protected.
[0065]
The results of oxygen permeability, carbon dioxide permeability and the degree of sorption of various aroma components are shown in FIG. The dense DLC film not only completely suppressed the sorption of aroma components, but also effectively suppressed the permeation of oxygen and carbon dioxide.
[0066]
Moreover, the transmission spectrum in the ultraviolet visible region of the trunk | drum of the plastic container which coat | covered DLC on the inner surface is shown by FIG.
[0067]
The transmittance decreased rapidly from about 500 nm to the ultraviolet region, suggesting that the coating of the DLC film is effective in suppressing deterioration of the contents due to ultraviolet rays.
[0068]
FIG. 9 is a Raman spectrum of a thin film coated on the body of a plastic container under the conditions of Test 1.
[0069]
[Test 2]
A DLC film was formed on the inner surface of the container by the same method as in Test 1, except that a polyacrylonitrile / styrene copolymer resin container (manufactured by Mitsubishi Monsanto Kasei: PAN resin, type L700) having a capacity of 700 ml was used as the plastic container. The conditions for forming the DLC film are as shown in FIG. Further, in the same manner as in Test 1, each test was conducted with respect to film thickness, density, adhesion 1, adhesion 2, alkali resistance, carbon dioxide gas barrier property, oxygen gas barrier property, and low molecular organic compound sorption.
[0070]
Test results
The test results for film thickness, film formation speed, density, adhesion 1, adhesion 2 and alkali resistance are as shown in FIG. The film thickness and density were good as in Test 1. As for Adhesion 1 and Adhesion 2, there was no problem as in Test 1, and the adhesion between DLC and acrylonitrile / styrene copolymer resin was the same as that of polyethylene terephthalate resin, and it was found that there was no practical problem. did.
[0071]
The results of oxygen permeability, carbon dioxide permeability, and the degree of sorption of various aroma components are shown in FIG. That is, it has been clarified that acrylonitrile / styrene copolymer resin is inherently excellent in gas barrier properties, and further, the permeation amount of oxygen and carbon dioxide reaches a very low level by coating DLC. The sorption amount of various fragrance components was below the detection limit as in Test 1, and there was no problem in sensory evaluation.
[0072]
[Test 3]
The container was coated with DLC in the same manner as in Test 1 except that a 700 ml cycloolefin copolymer resin container (Mitsui Petrochemical Co., Ltd .: COC resin type APL6015) was used as the plastic container. The conditions for forming the DLC film are shown in FIG. Further, in the same manner as in Test 1, film thickness, density, adhesiveness 1, adhesiveness 2, alkali resistance, carbon dioxide gas barrier property, oxygen gas barrier property, and low molecular organic compound sorption properties were tested.
[0073]
Test results
The results of each test of film thickness, film formation speed, density, adhesion 1, adhesion 2, and alkali resistance are shown in FIG. Similar to Test 1 and Test 2, there was no problem with any of the test items, and in particular, the adhesion between the plastic container and DLC was very good.
[0074]
The results of oxygen permeability, carbon dioxide permeability, and sorption of various aroma components are shown in FIG. Since cycloolefin copolymer resin is an olefin resin, it has been found that oxygen permeability, carbon dioxide permeability, and aroma component sorption amount are relatively large, but can be suppressed to a considerable level by coating with DLC.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, the carbon film-coated beverage bottle used in the present invention has excellent gas barrier properties and can completely suppress the sorption of low organic compounds such as odor components, and can be used in a wide range of packaging containers. And can be used as a refillable returnable container. Moreover, since the hard carbon film is formed on the inner wall surface of the container in this carbon film-coated beverage bottle, there is no possibility that the formed hard carbon film is damaged during the handling of the container.
[0076]
In the case where the hard carbon film formed on the inner wall surface of the container is a diamond-like carbon film, the above effect becomes more remarkable.
[0077]
Further, the carbon film-coated beverage bottle can be used as a returnable container instead of the conventional beverage glass container.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing one embodiment of a production apparatus used for producing a carbon film-coated beverage bottle used in the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing an insulating plate of the same example;
FIG. 4 is a side sectional view showing one embodiment of a carbon film-coated beverage bottle.
FIG. 5 is a table showing conditions for forming a hard carbon film.
6 is a table showing evaluation results such as a film thickness of a hard carbon film formed under the conditions of FIG.
7 is a table showing evaluation results such as oxygen permeability of a hard carbon film formed under the conditions of FIG.
8 is a graph showing a transmission spectrum in an ultraviolet-visible region of a plastic container in which a hard carbon film is formed under the conditions of FIG.
9 is a graph showing a Raman spectrum of a hard carbon film formed under the conditions of FIG.
FIG. 10 is a table showing other conditions for forming a hard carbon film.
11 is a table showing evaluation results such as a film thickness of a hard carbon film formed under the conditions of FIG.
12 is a table showing evaluation results such as oxygen permeability of a hard carbon film formed under the conditions of FIG.
FIG. 13 is a table showing still other conditions for forming a hard carbon film.
14 is a table showing evaluation results such as a film thickness of a hard carbon film formed under the conditions of FIG.
15 is a table showing evaluation results such as oxygen permeability of a hard carbon film formed under the conditions of FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a conventional technique.
[Explanation of symbols]
20 Container (plastic bottle)
20B DLC film (hard carbon film)

Claims (3)

再充填可能な炭素膜コーティング飲料用ボトルの使用方法であって、回収された前記飲料用ボトルを洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程により洗浄された前記飲料用ボトルに内容物を充填する充填工程と、を備え、前記飲料用ボトルは、一体的に成形されたプラスチックボトルの内壁面に、原料ガスの低温プラズマをボトル内壁側にのみ発生させることで均一に、硬質炭素膜が形成されてなり、前記硬質炭素膜は、容積700ml当たり200W以上1000W以下の高周波電力が投入されて得られた、低分子有機化合物である香気成分のボトルにおける収着性が実質的に0の緻密な硬質炭素膜であり、前記硬質炭素膜の密度が1.54g/cm 以上であり、前記硬質炭素膜の膜厚が0.05〜5μmの範囲にあることを特徴とする炭素膜コーティング飲料用ボトルの使用方法。A method of using a refillable carbon film-coated beverage bottle, a washing step for washing the collected beverage bottle, and a filling step for filling the beverage bottle washed by the washing step with contents The beverage bottle has a uniform hard carbon film formed on the inner wall surface of the integrally formed plastic bottle by generating low temperature plasma of the raw material gas only on the inner wall side of the bottle. The hard carbon film is a dense hard carbon film obtained by applying high-frequency power of 200 W or more and 1000 W or less per 700 ml volume and having substantially zero sorption in a bottle of a fragrance component which is a low molecular organic compound. der is, the density of the carbon film is at 1.54 g / cm 3 or more, carbon film thickness of the hard carbon film is characterized in that in the range of 0.05~5μm How to use the bottle for computing drinks. 前記硬質炭素膜は、前記香気成分としてのd−リモネンの収着性が実質的に0の緻密な硬質炭素膜であることを特徴とする請求項1に記載の炭素膜コーティング飲料用ボトルの使用方法。  The use of the carbon film-coated beverage bottle according to claim 1, wherein the hard carbon film is a dense hard carbon film having substantially zero sorption of d-limonene as the aroma component. Method. 前記硬質炭素膜は前記プラスチックボトルの内壁面のみに形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の炭素膜コーティング飲料用ボトルの使用方法。  The said hard carbon film is formed only in the inner wall surface of the said plastic bottle, The usage method of the bottle for carbon film coating drinks of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
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