JP4094247B2 - 複層シートの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複層シートの製造方法に関し、特に、基材層と基材層上に一体化された純マグネシウムフィルム層を備える複層シートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基材層である樹脂製フィルム層と、樹脂製フィルム層上にラミネート等により一体化された金属フィルム層による複層シートは公知であり、従来より金属フィルム層としてアルミニウムやアルミニウム合金製のフィルムが用いられている。一般にアルミニウムフィルムは、圧延機で極薄のフォイル状に延ばされ、樹脂フィルムの表面に接合される。かかる複層シートは、食品や医薬品及び器具の包装用に広く用いられる。アルミニウムフィルムが備えるガス遮断性により、封入物の劣化を防止できるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年アルミニウム自体の人体に対する有害性に関して、徐々に医学的データが明らかになってきており、また省資源の観点からもアルミニウムフィルムに代わる金属フィルム層の出現が望まれていた。しかし、アルミニウムフィルムと同等又はそれ以上のガス遮断性を備え、かつ安価で人体に対して安全な金属フィルムを備えた複層シートは、今日まで提供されていない。
【０００４】
そこで本発明は人体に無害であり、一定のガス遮断性を備え、かつ製造の容易な純マグネシウムフィルム層を備えた複層シートの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【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は、基材層と、該基材層上に一体化された純マグネシウムフィルム層を備える複層シートの製造方法において、該純マグネシウムフィルム層を、不純物を含むマグネシウム又はマグネシウム合金を用いて蒸着法により成膜し、該不純物を含むマグネシウム又はマグネシウム合金は、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎのいずれかを含むものであることを特徴とする複層シートの製造方法を提供している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による複層シートについて説明する。複層シートは、基材層である樹脂フィルム層と、樹脂フィルム層上に形成されたマグネシウムフィルム層とにより構成される。ここで樹脂フィルム層は、厚さ０．１μｍ乃至２ｍｍの公知のプラスチック材料からなり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアアミド、塩酸ゴム、イオノマー、ポリイミド、ポリウレタン、耐熱エンジニアリングフィルム、ポリエチレンテレフタレート、１,４−シクロヘキシレンジメチルテレフタレート、ポリビニルフロライド、ポリテトラフロロエチレン、セロハン、セルロースーソジウムグリユレート、ゼラチン、セルローストリアセテート、ポリメチルメタクリレート、セルローズジアセテート、硬質塩化ビニルがある。耐熱エンジニアリングフィルムとしては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイシド（ＰＥＩ）等である。
【００１０】
マグネシウムフィルム層は、厚さ５Å乃至１０００Åのマグネシウム単体、又はマグネシウムと他の金属や元素との合金製であり、他の金属としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｇｅ、Ｈ、Ｈｆ、Ｈｇ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｋ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｏ、Ｏｓ、Ｐ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｐｕ、Ｒｈ、Ｓ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｌ，Ｕ、Ｗ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、ＲＥ等がある。例えば２元合金としては、Ｍｇ−Ａｇ、Ｍｇ−Ａｌ、Ｍｇ−Ａｕ、Ｍｇ−Ｂａ、Ｍｇ−Ｂｉ、Ｍｇ−Ｃａ、Ｍｇ−Ｃｅ、Ｍｇ−Ｃｏ、Ｍｇ−Ｃｒ、Ｍｇ−Ｃｕ、Ｍｇ−Ｆｅ、Ｍｇ−Ｇｄ、Ｍｇ−Ｇｅ、Ｍｇ−Ｈ、Ｍｇ−Ｈｆ、Ｍｇ−Ｈｇ、Ｍｇ−Ｉｎ、Ｍｇ−Ｉｒ、Ｍｇ−Ｋ、Ｍｇ−Ｌａ、Ｍｇ−Ｌｉ、Ｍｇ−Ｍｎ、Ｍｇ−Ｍｏ、Ｍｇ−Ｎ、Ｍｇ−Ｎａ、Ｍｇ−Ｎｉ、Ｍｇ−Ｏ、Ｍｇ−Ｏｓ、Ｍｇ−Ｐ、Ｍｇ−Ｐｂ、Ｍｇ−Ｐｄ、Ｍｇ−Ｐｒ、Ｍｇ−Ｐｔ、Ｍｇ−Ｐｕ、Ｍｇ−Ｒｈ、Ｍｇ−Ｓ、Ｍｇ−Ｓｂ、Ｍｇ−Ｓｅ、Ｍｇ−Ｓｉ、Ｍｇ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｓｒ、Ｍｇ−Ｔｅ、Ｍｇ−Ｔｈ、Ｍｇ−Ｔｉ、Ｍｇ−Ｔｌ、Ｍｇ−Ｕ、Ｍｇ−Ｗ、Ｍｇ−Ｙ、Ｍｇ−Ｚｎ、Ｍｇ−Ｚｒ等がある。また３元以上のマグネシウム合金としては、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ―Ｚｎ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ−ＲＥ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ｍｇ−Ｍｎ−Ｚｎ、Ｍｇ−Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｕ、Ｍｇ−Ｔｈ―Ｚｒ、Ｍｇ−Ｔｈ−Ｚｎ−Ｚｒ、Ｍｇ−Ｚｎ−ＲＥ、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ−ＲＥ、Ｍｇ−Ｚｒ−Ｙ−ＲＥ等がある。その他５元以上のマグネシウム合金であってもよい。
【００１１】
マグネシウムは人体に対して無害であり、むしろ人体の代謝作用にとって必須の元素である。また本発明者等は、マグネシウムの純度を高めると腐食しにくいことを見いだした。そこで、マグネシウムフィルムを備えた複層シートを食品包装用の袋体や、医薬品の包装材料、注射器などの医療機器の包装材料として用いることは極めて有益である。
【００１２】
次にマグネシウムフィルムの成膜方法について説明する。本実施の形態では、蒸着法によって、ベースフィルムとなる樹脂フィルム上にマグネシウムフィルムを形成する。一般に蒸着は、高真空に排気した容器内で、成膜しようとする材料を加熱して蒸発させ、対向する基板面上に積もらせて膜を堆積する方法である。ここで、マグネシウムを成膜材料とした場合に、ロータリーポンプ等の真空ポンプを用いて容器を１０^−３ｍｍＨｇ程度に真空引きしたとき、マグネシウムの融点である６５０度℃よりもはるかに低い３００℃程度の加熱温度で、マグネシウムが瞬時にガス化し、そのことにより膜が強固となると共にベースフィルムに対して高い接着力が得られる。そして不純物を含むマグネシウムや、マグネシウム合金を用いてこのような蒸着を行うと、マグネシウムが優先的にガス化して、成膜された材料は、マグネシウムの純度が極めて高いことがわかった。したがって、マグネシウム本来の性質を期待する場合には、蒸着法による成膜が有効であることがわかった。
【００１３】
また、蒸着法での成膜材料としてマグネシウム合金を用いる場合には、合金の融点を低下させることができる。従って、容器内の真空度を適切に設定することによって、上述した加熱温度（３００℃）よりも更に低い温度でも、マグネシウムがガス化できる。よって必要に応じ、例えば、被蒸着材である樹脂フィルムの融点等を勘案して、所望のマグネシウム合金を選択すればよい。
【００１４】
また容器の真空度の範囲が、数ｍｍＨｇ乃至１０^―８ｍｍＨｇと広範囲にわたって、マグネシウムやマグネシウム合金の蒸着が可能であり、成膜条件の自由度を増すことができる。
【００１５】
次にスパッタ法（イオンプレーティング法）によるマグネシウム又はマグネシウム合金フィルムの成膜について説明する。スパッタ法は一対の電極間でプラズマを発生し、陰極上に置いたターゲット（マグネシウム材料）をプラズマ中のイオンではじき飛ばし、対向する陽極上に置いた基板である樹脂フィルム上に膜を堆積する方法である。放電ガスとしては、アルゴンが一般に用いられる。この方法では、上述した蒸着法のように、マグネシウムが優先的に樹脂フィルムに付着することはなく、ターゲットの原材料がそのまま樹脂フィルムに付着する。よって、マグネシウム合金の組成をそのままフィルム材料とするときは、スパッタ法を採用するのが好ましい。またスパッタ法によれば、上述した蒸着法よりも基板である樹脂フィルムに対する剥離強度が高くなる点で有利である。
【００１６】
電子ビーム法によるマグネシウム又はマグネシウム合金フィルムの成膜は、タングステンフィラメントから発生した電子を数ＫＶの電圧で加速して蒸着材料であるマグネシウム又はマグネシウム合金に照射して加熱し、マグネシウム等をガス化させる方法である。電子ビーム法によれば、マグネシウム合金となりにくいものでも成膜が可能となる。また、蒸発する割合が向上するとともに、成膜強度を高めることができるという利点がある。
【００１７】
次に、マグネシウム合金を用い、樹脂フィルムに蒸着した具体例について説明する。ベースフィルムは、厚さ１２μｍのポリエステルであり、用いた合金の組成は以下のとおりであった。
純マグネシウム （９８％）
純マグネシウム （９９．６％）
ＣＭ１０合金 Ｍｇ＋Ｃｕ（１．５％）＋Ｍｎ（０．５％）＋Ａｌ，Ｓｉ
ＣＭ３１合金 Ｍｇ＋Ｃｕ（３％）＋Ｍｎ（１％）＋Ａｌ，Ｓｉ
ＡＺ９１Ｒ合金 Ｍｇ＋Ａｌ（９％）＋Ｚｎ（０．６％）＋Ｍｎ、Ｓｉ
ＡＭ６０Ｒ合金 Ｍｇ＋Aｌ（６％）＋Ｍｎ（０．３％）＋Ｚｎ、Ｓｉ
【００１８】
上記の合金を被膜材料として用い、以下の蒸着の条件でベースフィルム上に約４００Åのマグネシウム蒸着被膜を形成した。得られた被膜の表面金属のほとんどがＭｇであることが判明した。また同様な条件で酸化アルミニウムや酸化ケイ素の蒸着も行った。なお以下の条件は、アルミニウム被膜の蒸着の条件でもあるため、温度はやや高めであり、真空度はやや低めとなっている。
温度： ５００〜６００℃
真空度：２，５Ｘ１０^―４Ｔｏｒｒ
速度： １００ｍ／分
【００１９】
得られた複層シートについてバリア性の評価を行った。ＭＯＣＯＮ法により、雰囲気温度４０℃、相対湿度９０％ＲＨのときの水蒸気透過率（ｇ／ｍ^２・ｄａｙ）と、同様にＭＯＣＯＮ法による雰囲気温度２０℃、相対湿度０％ＲＨのときの酸素透過率（ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ）を測定した。その結果を以下の表に示す。
【００２０】

【００２１】
上記の表から明らかなように、本実施の形態による複層シートは、酸化アルミや酸化ケイ素蒸着による複層シートと比較しても、極めて良好な水蒸気透過率と酸素透過率を具備していることが判った。
【００２２】
本発明による複層シートや、複層シートにより構成される包材は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、上述した複層シートの一面側に樹脂フィルム、紙等のフィルムを更にラミネートして、３層以上の多層構造のシートとしてもよい。また、基材層は、樹脂製フィルムに限定されず、紙等であってもよい。
【００２３】
また成膜法として、マグネシウム又はマグネシウム合金を固体から昇華させる蒸発法を用いてもよい。
【００２４】
また、純マグネシウムは衝撃の吸収性が極めて高いという特性がある。よって、被包装材料が極めて繊細で、外部からの衝撃をきらうものであるとき、包材を適切な厚さとすれば、本発明による包装用シートは極めて有効となる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の複層シートの製造方法によれば、金属フィルム層が純マグネシウム製であるため、人体に無害であるとともに、アルミニウムの代替え資源としての目的にかない、かつ水蒸気透過率や酸素透過率を低く抑え、衝撃吸収性の高い包装材料を提供することができる。そして蒸着法を採用したことにより、容器の真空度を数ｍｍＨｇ乃至１０ ^―８ ｍｍＨｇと広範囲に設定でき、成膜条件の自由度を増すことができる。更に原材料に不純物を含むマグネシウムやマグネシウム合金を用いた場合でも、蒸着法における真空条件の設定により、非常に純度の高い純マグネシウム（９９．９９〜９９．９９９％）フィルム層を形成することができる。

Claims (1)

1. 基材層と、該基材層上に一体化された純マグネシウムフィルム層を備える複層シートの製造方法において、該純マグネシウムフィルム層を、不純物を含むマグネシウム又はマグネシウム合金を用いて蒸着法により成膜し、該不純物を含むマグネシウム又はマグネシウム合金は、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎのいずれかを含むものであることを特徴とする複層シートの製造方法。