JP4593213B2 - Gas barrier plastic container and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、プラスチック容器に関し、更に詳しくは容器本体の内面全面にガスバリア性薄膜を有し、酸素ガス、炭酸ガス、水蒸気等の透過を遮断するガスバリア性に優れたプラスチック容器及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a plastic container. More specifically, the present invention relates to a plastic container having a gas barrier thin film on the entire inner surface of a container body and excellent in gas barrier properties for blocking permeation of oxygen gas, carbon dioxide gas, water vapor, and the like, and a method for manufacturing the same.
プラスチック容器は、酸素ガス、炭酸ガス、水蒸気等のガス透過性が高いために、大気中の酸素ガスが容器内部に浸入し、更に内容物の炭酸ガスや水分が容器外に放出され、内容物の品質が悪化する。ガスバリア無声容器として、容器の内面に、グラファイト、燐酸塩系誘導体型化合物、カルコゲン化物、粘土鉱物等の無機層状化合物を有する樹脂組成物からなるガスバリア層が積層されたガスバリア性容器が知られている(特許文献1参照)。又、ポリビニルアルコール系コーティング剤、塩化ビニリデン系コーティング剤、或いはエチレンビニル共重合体系コーティング剤の何れかの単体或いはこれらの複合体からなる樹脂被膜、或いはアルコキシド又はアルコキシド加水分解物を含有する樹脂被膜を表面に有する容器が知られている(特許文献2参照)。更に、プラスチックボトルの内壁面に硬質炭素膜(DLC)を形成したボトルが知られている(特許文献3)。更に表面にCVD法により形成した、珪素化合物を主体とする薄膜を一層設けたプラスチック容器が知られている(特許文献4、特許文献5及び特許文献6参照)。
特許文献1及び特許文献2に記載の容器には、無機層状化合物を有する樹脂組成物からなるガスバリア層が水に直接暴露されるため、ガスバリア層が崩壊し、ガスバリア性が急激に悪化するという問題がある。又、特許文献2に見られるように塩化ビニリデン系コーティング剤を設けたプラスチック容器の場合には、使用後、これをゴミとして廃棄処理する場合、例えば、焼却処理等により廃棄すると、塩素原子を含んでいることから、焼却廃棄時に、ダイオキシン等の有毒ガス等を発生することによる人体への影響が懸念される。更に特許文献3に記載の容器には、所定のバリア性を得るために、硬質炭素膜の膜厚を厚くせざるを得ず、又、膜厚を厚くすると、容器が黄褐色を帯び、商品の意匠性が損なわれるという問題がある。更に特許文献4、特許文献5及び特許文献6に記載の容器には、珪素化合物を主体とする薄膜が単層であり、単サイクルのCVD加工ではプラズマ化学反応時に生成する副生成物が珪素化合物を主体とする薄膜内に取り込まれ、本来発現すべき高度なガスバリア性を得ることができないという問題がある。又、所定の膜厚を得るために、過剰の材料ガスを導入するため、プラスチック容器の変形や着色が起き、材料ガスの酸化反応が十分に進行せず、又、材料ガスの無機質化が起きないために、十分なガスバリア性を得ることができないという問題がある。
本発明の課題は、従来の単層の珪素化合物を主体とする薄膜からなるバリア層を有するプラスチック容器では得られない高度のガスバリア性を奏する、特に高度な水蒸気ガスバリア性を有するプラスチック容器及びそのの製造方法を提供することである。
In the containers described in
An object of the present invention is to provide a plastic container having a high gas barrier property that cannot be obtained by a conventional plastic container having a barrier layer composed of a thin film mainly composed of a single-layer silicon compound, and particularly a plastic container having a high water vapor gas barrier property. It is to provide a manufacturing method.
請求項1に記載の発明は、上記のプラスチック容器に関する課題を解決するもので、プラスチック容器本体の内面に、プラズマ化学気相成長法によって形成した、複数層の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜からなり、第1層から最上層にかけて各層の酸化度が順次減少した、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を設けたことを特徴とするガスバリア性プラスチック容器を要旨とする。このガスバリア性プラスチック容器はガスバリア性に優れ、特に高度の水蒸気バリア性を有する。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、上記の製造方法に関する課題を解決するもので、プラスチック容器本体の内面に、酸化珪素SiOxnCynを主体とするガスバリア性薄膜を備えるガスバリア性プラスチック容器の製造方法において、プラスチック容器本体の内面に有機珪素化合物を含む原料ガスを用いてプラズマ化学気相成長法によって複数層の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を製膜し、その場合、各層の製膜時にプラズマ放電出力を第1層から最上層にかけて段階的に減少させて各層の酸化度を順次減少させ、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を形成することを特徴とするガスバリア性プラスチック容器の製造方法を要旨とする。 A second aspect of the present invention is intended to solve the problems related to the manufacturing method described above, the inner surface of the plastic container body, method of manufacturing a gas barrier plastic container comprising a gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide SiO xn C yn In this method, a gas barrier thin film mainly composed of a plurality of layers of silicon oxide is formed by a plasma chemical vapor deposition method using a source gas containing an organosilicon compound on the inner surface of the plastic container body. A gas barrier plastic container characterized by forming a multi-layer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide by gradually reducing the plasma discharge output from the first layer to the uppermost layer to sequentially reduce the degree of oxidation of each layer. The manufacturing method is summarized.
請求項2に記載の発明において、各層の製膜時にプラズマ放電出力を第1層から最上層にかけて段階的に減少させると共に反応槽内への有機珪素化合物の導入量及び酸素ガスの導入量を第1層から最上層にかけて段階的に減少させてもよい。 According to the second aspect of the present invention, the plasma discharge output is gradually reduced from the first layer to the uppermost layer when forming each layer, and the introduction amount of the organosilicon compound and the introduction amount of oxygen gas into the reaction vessel are reduced. You may reduce in steps from 1 layer to the top layer.
請求項2に記載の発明により、プラスチック容器本体の内面に、酸化珪素SiOxnCynを主体とするガスバリア性薄膜を備えるガスバリア性プラスチック容器の製造方法において、プラスチック容器本体の内面に有機珪素化合物を含む原料ガスを用いてプラズマ化学気相成長法によって複数層の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を製膜し、その場合、各層の製膜時にプラズマ放電出力を第1層から最上層にかけて段階的に減少させて各層の酸化度を順次減少させ、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を形成することにより、プラスチック容器本体の内面に酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を堆積、成長させ、従来の単層の珪素化合物を主体とする薄膜からなるバリア層を有するプラスチック容器においては得られない高いガスバリア性、特に水蒸気バリア性において優れたプラスチックを提供することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a gas barrier plastic container comprising a gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide SiO xn C yn on the inner surface of the plastic container body, an organosilicon compound is applied to the inner surface of the plastic container body. A gas barrier thin film mainly composed of a plurality of layers of silicon oxide is formed by a plasma chemical vapor deposition method using a source gas containing, and in that case, a plasma discharge output is applied from the first layer to the uppermost layer during the formation of each layer. By gradually reducing the degree of oxidation of each layer and forming a multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide, a multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is deposited on the inner surface of the plastic container body. It cannot be obtained in a conventional plastic container having a barrier layer made of a thin film mainly composed of a single-layer silicon compound. It is possible to provide a plastic having excellent gas barrier properties, particularly water vapor barrier properties.
本発明において、有機珪素化合物の導入量は6sccm以下、酸素ガスの導入量は100sccm以下とするのが望ましい。 In the present invention, the introduction amount of the organosilicon compound is desirably 6 sccm or less, and the introduction amount of the oxygen gas is desirably 100 sccm or less.
本発明において、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を構成する各層として、少なくとも珪素原子、酸素原子及び炭素原子が化学結合した、酸化珪素を主体とする一般式SiOxnCyn(但し、1.5<xn≦2.2、0.01≦yn≦0.5)であらわされる酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を用いることができる。この酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜は緻密で、隙間が少なく、可撓性に富み、高いガスバリア性を有するものである。 In the present invention, each layer constituting the multi-layer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide has a general formula SiO xn C yn (mainly silicon oxide mainly composed of silicon oxide in which at least silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms are chemically bonded). A gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide represented by 1.5 <xn ≦ 2.2, 0.01 ≦ yn ≦ 0.5) can be used. This gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is dense, has few gaps, is highly flexible, and has high gas barrier properties.
本発明において、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜として、プラスチック容器の内面に積層する第1の酸化珪素SiOx1Cy1を主体とするガスバリア性薄膜乃至第nの酸化珪素SiOxnCynを主体とするガスバリア性薄膜の各層のxn値を、x1>x2>x3>・・・>xnと不連続に減少させて積層してなる、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を用いることができる。この酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜は、1〜50g/m2・dayの水蒸気透過係数を有し、高い酸素バリア性をプラスチック容器本体に高度な酸素バリア性を付与するものである。 In the present invention, as a multi-layer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide, the gas barrier thin film mainly composed of the first silicon oxide SiO x1 C y1 laminated on the inner surface of the plastic container to the nth silicon oxide SiO xn C yn A multi-layer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is used, in which the xn value of each layer of the gas barrier thin film mainly composed of is reduced and reduced discontinuously with x1>x2>x3>. be able to. This multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide has a water vapor transmission coefficient of 1 to 50 g / m 2 · day and imparts a high oxygen barrier property to a plastic container body with a high oxygen barrier property. .
本発明において、プラスチック容器本体としてポリエステル樹脂のブロー成形容器、又はポリオレフィン樹脂のブロー成形容器を用いることができる。 In the present invention, a polyester resin blow-molded container or a polyolefin resin blow-molded container can be used as the plastic container body.
本発明において、各層の製膜時のプラズマ放電出力範囲を150W〜600Wとするのが望ましい。 In the present invention, it is desirable that the plasma discharge output range at the time of forming each layer be 150 W to 600 W.
本発明において、有機珪素化合物対酸素ガス流量比を1:5〜1:20の範囲とするのが望ましい。 In the present invention, it is desirable that the ratio of the flow rate of the organosilicon compound to the oxygen gas is in the range of 1: 5 to 1:20.
本発明において、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜の全体の膜厚は20〜100nmの範囲とするのが望ましい。20nmよりも小さな膜厚のときは十分なガスバリア性が得られない。一方100nmよりも膜厚が大きくなるとその膜にクラック等が発生し易くなるので好ましくない。 In the present invention, the total thickness of the multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is preferably in the range of 20 to 100 nm. When the film thickness is smaller than 20 nm, sufficient gas barrier properties cannot be obtained. On the other hand, if the film thickness is larger than 100 nm, cracks or the like are likely to occur in the film, which is not preferable.
請求項1に記載のガスバリア性プラスチック容器はガスバリア性に優れ、特に高度の水蒸気バリア性を有するので、水分等の揮発成分を含む内容物、例えば飲料、食品、医薬品、電子材料の包装に好適に用いることができる。
The gas barrier plastic container according to
又は請求項2に記載の発明の製造方法によれば、プラスチック容器本体の内面に、プラズマ化学気相成長法によって形成した、複数層の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜からなり、第1層から最上層にかけて各層の酸化度が順次減少した、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を設けることにより、プラスチック容器の本体の内面に高度に低い水蒸気透過係数を有する酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を堆積、成長させ、従来の単層の珪素化合物を主体とする薄膜からなるバリア層を有するプラスチック容器においては得られない高いガスバリア性を有するプラスチック容器を製造することができる。特に酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜として、プラスチック容器の内面に積層する第1の酸化珪素層SiOx1Cy1乃至第n番目の酸化珪素層SiOxnCynの各層のxn値を、x1>x2>x3>・・・>xnと不連続に減少させて積層してなる酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を備えるガスバリア性プラスチック容器は、極めて高い水蒸気バリア性を有するという特色を有する。又、本発明によれば、従来の単層の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜における、所定の膜厚を得るために過剰の材料ガスを反応層内に導入するために、プラスチック容器本体の変形や着色が起き、材料ガスの酸化反応が十分に進行せず、又、有機化合物等の材料ガスの無機質化が起きないために、十分なガスバリア性が得られないという問題が解消される。
Alternatively, according to the manufacturing method of the invention described in
次に図面を用いて本発明につき詳細に説明する。図1は、本発明のガスバリア性プラスチック容器の製造方法を実施するための横型低温プラズマ化学気相成長装置の略図である。又、図2は本発明のガスバリア性プラスチック容器を示す。又、図3は後述する本発明の方法により、プラスチック容器の内面に形成した酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜の略断面図である。 Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a horizontal low temperature plasma chemical vapor deposition apparatus for carrying out the method for producing a gas barrier plastic container of the present invention. FIG. 2 shows a gas barrier plastic container of the present invention. FIG. 3 is a schematic sectional view of a multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide formed on the inner surface of a plastic container by the method of the present invention described later.
図1に示す横型低温プラズマ化学気相成長装置は、基盤10と、それに絶縁板11を介して取り付けられた外部電極12からなる。外部電極12は、ガスバリア性薄膜を形成するための真空チャンバーとしての役目を果たすものであり、プラスチック容器本体20を収容するための、プラスチック容器本体1よりやや大きめの相似形の空間部20を有する。又、外部電極は12は本体部12aと蓋体12bからなる。蓋体12bは本体部に着脱自在に取り付けられ、本体部12aを密閉する働きをするものである。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。又、外部電源12には、その空間部20に通じる排気管15が設けられている。この排気管1は、真空ポンプ(図示せず)につなげられ、矢印P1で示す方向に、真空ポンプによって外部電極12の空間部20内に配置したプラスチック容器本体1の内部の空気が、排気管15を通して排気されるように構成されている。
The horizontal low temperature plasma chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 includes a base 10 and an external electrode 12 attached to the base 10 via an insulating plate 11. The external electrode 12 serves as a vacuum chamber for forming a gas barrier thin film, and has a
外部電極12に対向して、内部電極16が、外部電極の空間部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、外部電極12の空間部20内に取り付けられるプラスチック容器本体1の口部1aから挿入可能な、且つプラスチック容器本体1の内部形状に対応した外形を有する。この内部電極16と外部電極12の間隔は、ガスバリア性薄膜をプラスチック性容器本体1の内面の全面に均一に形成させるために、あらゆる位置において、ほぼ等間隔に保たれるのが望ましい。
Opposite to the external electrode 12, the
内部電極16は原料ガス供給管17が連結され、この原料ガス供給管17を通して、矢印Pで示すように、内部電極16に、有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガス、酸素ガス、不活性ガス、その他を用いて調製した蒸着用原料ガス組成物が供給されるように構成されている。又、内部電極16には、複数の原料ガス吹き出し16aが設けられ、原料ガス供給孔16aから蒸着用原料ガス組成物がプラスチック容器本体1の内部空間に吹き出されるように構成されている。又、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。
The
次に、図1に示す横型低温プラズマ化学気相成長装置を用いた本発明のガスバリア性プラスチック容器の製造方法について説明する。先ず、外部電極12の蓋体12bを本体部12から取外し、空間部20内にプラスチック容器本体1を挿入し、次いで蓋体12bを本体部12aに取付け、空間部20を密閉する。
Next, the manufacturing method of the gas barrier plastic container of this invention using the horizontal type low temperature plasma chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 is demonstrated. First, the lid body 12b of the external electrode 12 is removed from the main body portion 12, the
次に、真空ポンプによって、排気管15を通して空間部20及びプラスチック容器本体1の内部をプラズマ発生可能になるまで排気し、真空度を上昇させる。次いで、プラスチック容器本体1内に、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)等の不活性ガスを原料ガス供給管17を通して供給する。それと共に、外部電極12と内部電極16との間に高周波電圧を印加し、プラズマを発生させる。このプラズマによりプラズマ化した不活性ガスを原料ガス吹き出し孔16aからプラスチック容器本体1の内部空間に吹き出させることにより、プラスチック容器本体1の内面の全面に前処理としてのプラズマエッチングを行い、プラスチック容器本体1の内面の全面にプラズマ処理による微細な凹凸を形成し、表面積を多くしたプラズマ処理面を形成する。
Next, the
次に、再度、真空ポンプにより、排気管15を通して空間部20内をプラズマ発生可能な圧力になるまで排気して空間部20内の真空度を上昇させる。次いで、プラスチック容器本体1内に、原料ガス供給管17を通して、有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガス、酸素ガス、不活性ガス、その他を用いて調製した蒸着用原料ガス組成物を供給し、それと共に、外部電極12と内部電極16の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、プラズマ化した上記の蒸着用原料ガス組成物を原料吹き出し孔16aからプラスチック容器本体1の内部に吹き出させてプラスチック容器本体1の内面に第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成する。
Next, the degree of vacuum in the
第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の形成後、再度、外部電極12の空間部20及びプラスチック容器本体1の内部を真空ポンプにより真空にする。そして、有機珪素化合物等の蒸着用原料ガスの流量、酸素ガスの流量、真空度、放電時間を第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の形成時と同様にして、但しプラズマ放電出力は第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の形成時よりも低くして、プラスチック容器本体1内に、有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガス、酸素ガス、不活性ガス、その他を用いて調製した蒸着用原料ガス組成物を供給し、それと共に、外部電極12と内部電極16の間に、第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の形成時の高周波電圧よりも低い高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、プラズマ化した上記の蒸着用原料ガス組成物を原料吹き出し孔16aからプラスチック容器本体1の内部に吹き出させて第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜上に第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜膜を形成する。
After the formation of the gas barrier thin film mainly composed of the first silicon oxide, the
次いで、第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の形成後、再度、外部電極12の空間部20及びプラスチック容器本体1の内部を真空ポンプにより真空にする。そして、有機化合物等の蒸着用原料ガスの流量、酸素ガスの流量、真空度、放電時間を第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の形成時と同様にして、但しプラズマ放電出力は第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の形成時よりも低くして、プラスチック容器本体1内に、有機化合物等の蒸着用モノマーガス、酸素ガス、その他を用いて調製した蒸着用原料ガス組成物を供給し、それと共に、外部電極12と内部電極16の間に、第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の形成時よりも低いプラズマ放電電圧を印加してプラズマを発生させ、プラズマ化した上記の蒸着用原料ガス組成物を原料吹き出し孔16aからプラスチック容器本体1の内部に吹き出させて第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜上に第3の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成する。
Next, after forming the gas barrier thin film mainly composed of the second silicon oxide, the
以後、同様にして、有機化合物等の蒸着用モノマーガスの流量、酸素ガスの流量、真空度、放電時間は変えずに、但しプラズマ放電出力は順次減少させて、第3、第4・・・第nの酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成して、図2に略図示するようにプラスチック容器本体1の内面に第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜2a、第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜・・・最上層の第nの酸化珪素を主体とする酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜2nからなる複層ガスバリア性薄膜2を形成し、最後の第nの酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の形成に十分な時間の経過後に、原料ガス供給管17からの蒸着用原料ガス組成物の供給を停止し、次いで外部電極12の空間部20内に大気を導入し、図2に示すような酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜2をプラスチック容器の内面に形成し、本発明のガスバリア性プラスチック容器Aを得ることができる。
Thereafter, in the same manner, the flow rate of the vapor deposition monomer gas such as an organic compound, the flow rate of the oxygen gas, the degree of vacuum, and the discharge time are not changed, but the plasma discharge output is sequentially decreased, and the third, fourth,... A gas barrier thin film mainly composed of nth silicon oxide is formed, and a gas barrier
上記のようにして、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を構成する各酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を製膜するとき、有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガスの流量、酸素ガスの流量、真空度、及び放電時間を一定にして、プラズマ放電出力を順次減少させ、各酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の酸化度を順次減少させることにより、プラスチック容器の内面に積層する第1の酸化珪素層SiOx1Cy1乃至第n番目の酸化珪素層SiOxnCynの各層のxn値を、x1>x2>x3>・・・>xnと不連続に減少させて積層してなる酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を形成することができる。この酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜は、プラスチック容器本体1の内面に極めて高い酸素バリア性を付与するものであり、1〜50g/m2・day(40℃/100%RH)の水蒸気透過係数及び0.1〜10cc・nm/m2・day・atm(23℃/90%RH)の酸素透過係数を有する。
When the gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide constituting the multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is formed as described above, the flow rate of the monomer gas for vapor deposition such as an organosilicon compound, the oxygen gas The flow rate, the degree of vacuum, and the discharge time are kept constant, the plasma discharge output is sequentially decreased, and the degree of oxidation of the gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is sequentially decreased, thereby stacking on the inner surface of the plastic container. The xn value of each of the first silicon oxide layer SiO x1 C y1 to the nth silicon oxide layer SiO xn C yn is laminated by decreasing discontinuously as x1>x2>x3>. A multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide can be formed. This multi-layer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide imparts an extremely high oxygen barrier property to the inner surface of the
上記の製造方法において、各層の製膜時にプラズマ放電出力を第一層から最上層にかけて段階的に減少させると共に反応層への有機珪素化合物の導入量及び酸素ガスの導入量を第1層から最上層にかけて段階的に減少させ、各酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の酸化度を順次減少させることにより、プラスチック容器の内面に積層する第1の酸化珪素層SiOx1Cy1乃至第n番目の酸化珪素層SiOxnCynの各層のxn値を、x1>x2>x3>・・・>xnと不連続に減少させて積層してなる酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を形成することができる。 In the above manufacturing method, the plasma discharge output is gradually decreased from the first layer to the uppermost layer during the formation of each layer, and the introduction amount of the organosilicon compound and the introduction amount of oxygen gas into the reaction layer are reduced from the first layer to the highest layer. The first silicon oxide layer SiO x1 C y1 to the n th layer to be laminated on the inner surface of the plastic container is reduced stepwise over the upper layer and the degree of oxidation of the gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is sequentially reduced. The xn value of each layer of the silicon oxide layer SiO xn C yn is reduced discontinuously with x1>x2>x3>. be able to.
又、原料である有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガスは、原料揮発装置等を用いて揮発させ、又他のガス供給装置から供給される酸素ガス、不活性ガス等と混合して蒸着用原料ガスが調製され、この蒸着用原料ガス組成物は、原料ガス供給管17を通して外部電極12の空間部20内に導入される。この場合、蒸着用原料ガス組成物中の有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガスの含有量は1〜40%位、酸素ガスの含有量は10〜70%位、不活性ガスの含有量は、10〜60%位の範囲とすることが望ましい。例えば、有機珪素化合物等の蒸着量モノマーガス:酸素ガス:不活性ガスの混合比を1:6:5〜1:17:14程度とすることが望ましい。この場合、不活性ガスは必ずしも必要と限らず、有機原料ガスと酸素ガスの二種類からなる反応ガスを使用して蒸着を行って良い、又、有機珪素化合物と酸素ガスの流量比は1:5〜1:20の範囲とすることが望ましい。この場合、ガス導入量は、有機珪素化合物は1〜50sccm、酸素ガスは5〜500sccm、より好ましくは有機珪素化合物は2〜6sccm、酸素ガスは20〜100sccmが望ましい。
In addition, vapor deposition monomer gas such as organic silicon compound as a raw material is volatilized using a raw material volatilization device, etc., and is mixed with oxygen gas, inert gas, etc. supplied from other gas supply devices. A gas is prepared, and this source gas composition for vapor deposition is introduced into the
又、上記したように、外部電極12と内部電極16の間に電源から所定の電圧が印加されるため、内部電極16の原料ガス吹き出し孔16aの近傍でグロー放電プラズマが生成される。このグロー放電プラズマは蒸着用原料ガス組成物中の1つ以上のガス成分から導出されるものであり、このグロー放電プラズマによって、プラズマ容器本体1の内面の全面に酸化珪素等の無機酸化物を主体とするガスバリア性薄膜を形成することができる。このときの外部電極12の中空部20内の真空度は1〜100Pa位、好ましくは真空度10〜70Pa位に調整することが望ましい。又、蒸着膜を形成する処理時間としては、1〜300秒間、好ましくは5〜30秒間位に調整することが望ましい。
Further, as described above, since a predetermined voltage is applied from the power source between the external electrode 12 and the
又、酸化珪素等の無機酸化物を主体とするガスバリア性薄膜は、プラスチック容器本体の内面の全面に、プラズマ化した原料ガスを酸素ガスで酸化しながらSiOxnCynの形で薄膜状に形成される。この酸化珪素等の無機酸化物を主体とするガスバリア性薄膜は、緻密で、隙間の少ない、可撓性に富む連続層となるものである。従って、この酸化珪素等の無機酸化物を主体とするガスバリア性薄膜のバリア性は、従来の真空蒸着法によって形成されるガスバリア性薄膜と比較してはるかに高いものとなり、薄い膜厚で十分なバリア性を得ることができる。又、従来の珪素と酸素からなるSiOXと異なり、膜中に炭素成分が含まれるため柔軟性のある膜質が得られる。 A gas barrier thin film mainly composed of inorganic oxides such as silicon oxide is formed on the entire inner surface of the plastic container body in the form of a thin film in the form of SiO xn C yn while oxidizing the plasma source gas with oxygen gas. Is done. This gas barrier thin film mainly composed of an inorganic oxide such as silicon oxide is a dense, flexible continuous layer having few gaps. Therefore, the barrier property of the gas barrier thin film mainly composed of an inorganic oxide such as silicon oxide is much higher than that of a gas barrier thin film formed by a conventional vacuum deposition method, and a thin film thickness is sufficient. Barrier properties can be obtained. Further, unlike the conventional SiO x composed of silicon and oxygen, the film contains a carbon component, so that a flexible film quality can be obtained.
又、本発明において、SiOXプラズマによりプラスチック容器本体1の内面の表面が、清浄化され、プラスチック容器本体1の内面の表面に極性基やフリーラジカル等が発生するのでガスバリア性薄膜のプラスチック容器本体1の内面の表面との密着性が高い。更に、上記のように酸化珪素等の無機酸化物を主体とするガスバリア性薄膜形成時の外部電極12の空間部20内の真空度が1〜100Pa位、好ましくは10〜70Pa位に調整されることから、従来の真空蒸着法による酸化珪素武藤の無機酸化物を主体とするガスバリア性薄膜を形成するときの真空度(0.1Pa以下)に比較して低真空度であることから、プラスチック性容器本体の交換時の真空状態設定時間を短くすることができ、真空度を安定させ易いので、製膜プロセスが安定する。
Further, in the present invention, the inner surface of the
本発明において、有機珪素化合物等の蒸着モノマーガスを用いて形成される酸化珪素等の無機酸化物を主体とするガスバリア性薄膜は、有機珪素化合物等の蒸着モノマーガスと酸素ガスが化学反応し、その反応生成物が、プラスチック容器本体1の内面の表面に密着し、緻密な、柔軟性に富む薄膜が形成されるものである。この薄膜は、一般式SiOXCY(但し1.5<X≦2.2、0.1≦Y≦0.5)で表される酸化珪素を主体とする薄膜である。xの値は、蒸着モノマーガス:酸素ガスのモル比、プラズマのエネルギー等により変化するが、一般的にxの値が小さくなればなるほどガス透過度は小さくなり、膜自身は黄色味を帯び、透明性が悪くなる。それ故xは1.5より大であることが望まれる。
In the present invention, the gas barrier thin film mainly composed of an inorganic oxide such as silicon oxide formed using a vapor deposition monomer gas such as an organosilicon compound, chemically reacts with the vapor deposition monomer gas such as an organosilicon compound and oxygen gas, The reaction product adheres to the surface of the inner surface of the
又、酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜は、少なくとも珪素原子、酸素原子、及び炭素原子が化学結合した酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜である。更には、詳しくは、このガスバリア性薄膜は、酸化珪素を主体とし、これに更に炭素、水素、珪素又は酸素の1種類、又は2種類以上の元素の化合物を少なくとも1種類を含有するものである。例えば、酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜として、C−H結合を有する化合物、Si−H結合を有する化合物、又はグラファイト状、ダイヤモンド状又はフラーレン状の炭素を含むもの、更には原料の有機珪素化合物やそれらの誘導体を含むもの等がある。具体的に挙げると、CH3部位を持つハイドロカーボン、SiH3シリル、SiH2シリレン等のハイドロシリカ、SiH2OHシラノール等の水酸基誘導体等を挙げることができる。又、蒸着過程の条件を変化させることにより、酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜中に含まれる化合物の種類、含有量等を変化させることができる。而して、酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜に含まれる酸化珪素以外の化合物の含有量は、0.1〜50%位、好ましくは、5〜30%位が望ましい。酸化珪素以外の化合物の含有量が0.1%未満であると、酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の耐衝撃性、延展性、柔軟性等が不十分となり、曲げ等により、擦り傷、クラック等が発生し易く、高いガスバリア性を安定して維持することが困難になる。又、50%を越えると、ガスバリア性が低下して好ましくない。従って一般式SiOXCYで表される酸化珪素のY値は0.01〜0.5、より好ましくは0.05〜0.3の範囲が望ましい。 The gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is a gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide in which at least silicon atoms, oxygen atoms, and carbon atoms are chemically bonded. More specifically, this gas barrier thin film is mainly composed of silicon oxide, and further contains at least one compound of one kind of carbon, hydrogen, silicon or oxygen, or two or more kinds of elements. . For example, as a gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide, a compound having a C—H bond, a compound having a Si—H bond, or a graphite, diamond, or fullerene-like carbon, and further organic silicon as a raw material Some include compounds and their derivatives. Specific examples include hydrocarbons having a CH 3 site, hydrosilica such as SiH 3 silyl, SiH 2 silylene, and hydroxyl derivatives such as SiH 2 OH silanol. Also, by changing the conditions of the vapor deposition process, the type, content, etc. of the compound contained in the gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide can be changed. Thus, the content of the compound other than silicon oxide contained in the gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is about 0.1 to 50%, preferably about 5 to 30%. If the content of the compound other than silicon oxide is less than 0.1%, the gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide has insufficient impact resistance, spreadability, flexibility, etc., and scratches, cracks, etc. due to bending or the like. Etc. are likely to occur, and it becomes difficult to stably maintain a high gas barrier property. On the other hand, if it exceeds 50%, the gas barrier property is lowered, which is not preferable. Therefore, the Y value of silicon oxide represented by the general formula SiO x C y is preferably in the range of 0.01 to 0.5, more preferably 0.05 to 0.3.
又、本発明において、酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜は、少なくとも珪素原子、酸素原子及び炭素原子が化学結合し、更に炭素原子量が珪素原子量100部に対し100〜190%、好ましくは130〜180%の割合で含有し、且つプラスチック容器本体の成形直後の表面積の収縮率3%から、プラスチック容器本体内に内容物を充填した直後のプラスチック容器本体の膨張率5%まで収縮及び膨張に追随し得るものである。 Further, in the present invention, the gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide has at least silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms chemically bonded, and further has a carbon atom weight of 100 to 190%, preferably 130 to 100 parts per 100 parts of silicon atoms. Containing 180%, and following shrinkage and expansion from 3% of the surface area shrinkage immediately after molding the plastic container body to 5% of the plastic container body just after filling the contents in the plastic container body It is possible.
而して、本発明において、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜について、例えば、X線光電子分光装置(Xray Photoelectron Spectroscopy、XPS)、二次イオン質量分光装置(Secondary Ion Mass Spectroscopy、SIMS)等の表面分析装置を用い、深さ方向にイオンエッチングして分析する方法を利用して、酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の元素分析を行うことにより、その物性を確認することができる。 Thus, in the present invention, for a multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide, for example, an X-ray photoelectron spectrometer (Xray Photoelectron Spectroscopy, XPS), a secondary ion mass spectrometer (Secondary Ion Mass Spectroscopy, SIMS) The physical properties can be confirmed by performing elemental analysis of a gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide using a method of analyzing by performing ion etching in the depth direction using a surface analyzer such as the above.
又、本発明において、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜の膜厚は、5〜400nm、望ましくは20〜100nm位が望ましい。膜厚が100nmを越え、更には400nmより厚くなると、その膜にクラック性が発生し易くなるので好ましくない。又、20nmより小さくなり、更には5nm未満であると、バリア性の効果を奏することが著しく困難になることから好ましくない。 In the present invention, the thickness of the multi-layer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is 5 to 400 nm, preferably about 20 to 100 nm. If the film thickness exceeds 100 nm, and more than 400 nm, it is not preferable because the film is likely to be cracked. On the other hand, if it is smaller than 20 nm, and if it is smaller than 5 nm, it is not preferable because it becomes extremely difficult to achieve the effect of barrier properties.
本発明において、プラズマ放電出力は、通常は100〜800Wの範囲で自由に選択できるが、150〜600Wが望ましい範囲である。100W以下では有機珪素化合物の無機質への変換が十分でなく、ガスバリア性を付与することができない他、未反応の有機珪素化合物が薄膜内部に残留するという問題がある。800W以上では、無機質への変換が加速され高度のガスバリア性薄膜を製膜することができるが、プラズマ放電出力が高いために、内部電極の表面温度が過剰に高温になり、これによって容器の変形が引き起こされるという問題がある。又、過剰なプラズマ放電出力により、製膜された酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜のエッチングが起こり易くなり、そのためにピンホールが発生し、ガスバリア性が損なわれるという問題がある。 In the present invention, the plasma discharge output can usually be freely selected in the range of 100 to 800 W, but 150 to 600 W is a desirable range. If it is 100 W or less, there is a problem that the organic silicon compound is not sufficiently converted to an inorganic substance and gas barrier properties cannot be imparted, and an unreacted organosilicon compound remains in the thin film. Above 800W, conversion to inorganic materials can be accelerated and a highly gas barrier thin film can be formed. However, because the plasma discharge output is high, the surface temperature of the internal electrode becomes excessively high, which causes deformation of the container. There is a problem that is caused. In addition, due to excessive plasma discharge output, the formed gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is likely to be etched, which causes a problem that pinholes are generated and the gas barrier property is impaired.
本発明において、蒸着用モノマーガスとして、例えば、1.1.3.3−テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチルトリメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジメチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサンその他の有機珪素化合物を利用することができる。その中でも、1.1.3.3−テトラメチルジシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンが、その取り扱い易さ及び形成された連続膜の特性等の点から、特に好ましい材料である。又、不活性ガスとしてはアルゴンガス、ヘリウムガス等を適用し得る。更に、有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガス、酸素ガス、不活性ガス等を使用して調製した蒸着用原料ガス組成物における、炭素原子供給源として、メタンガス、プロパンガス、二酸化炭素、アセチレンガスその他のガスを添加することもできる。 In the present invention, as the monomer gas for vapor deposition, for example, 1.1.3.3-tetramethyldisiloxane, hexamethyldisiloxane, vinyltrimethylsilane, methyltrimethylsilane, hexamethyldisilane, methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, Uses dimethylsilane, propylsilane, phenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, octamethylcyclotetrasiloxane and other organosilicon compounds be able to. Among them, 1.1.3.3-tetramethyldisiloxane and hexamethyldisiloxane are particularly preferable materials from the viewpoints of easy handling and characteristics of the formed continuous film. Moreover, argon gas, helium gas, etc. can be applied as the inert gas. Furthermore, as a carbon atom supply source in a vapor deposition source gas composition prepared using vapor deposition monomer gas such as an organosilicon compound, oxygen gas, inert gas, etc., methane gas, propane gas, carbon dioxide, acetylene gas, etc. The gas can also be added.
本発明において、プラスチック容器本体として、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアクリル系趣旨、ポリメタクリル系樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリスチレン系樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂又はリサイクルポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂その他の樹脂の一種乃至二種以上を成形樹脂材料として使用し、これを、例えば、押出成形、射出成形、ブロー成形、キャスト成形、熱成形その他の成形法によって成形してなる、カップ、ボトル、碗その他の形態の成形容器を適用することができる。而して、本発明において、プラスチック容器本体として、液体飲料、調味料、酒。ビールその他の液体を充填包装するのに適したポリエステル系樹脂或いはポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂からなるブロー成形容器が特に望ましい。 In the present invention, as a plastic container body, polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polyacrylic intent, polymethacrylic resin, polyacrylonitrile resin, polystyrene resin, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene- One or more types of butadiene-acrylonitrile copolymer, polycarbonate resin, polyester resin or recycled polyester resin, polyamide resin, polyacetal resin, and other resins are used as a molding resin material, Cups, bottles, bottles and other forms of molding containers formed by molding, injection molding, blow molding, cast molding, thermoforming and other molding methods can be applied. Thus, in the present invention, as the plastic container body, liquid drinks, seasonings, and sake. A blow molded container made of a polyester resin suitable for filling and packaging beer or other liquid or a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene is particularly desirable.
本発明において、酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の層数は、2〜10層、好ましくは3〜5層である。1層では高度なガスバリア性をプラスチック容器に付与することが困難であり、又、10層より多層になると、ガスバリア性が優れる反面、プロセスサイクル時間が長くなるという問題がある。 In the present invention, the gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide has 2 to 10 layers, preferably 3 to 5 layers. With one layer, it is difficult to impart a high gas barrier property to a plastic container, and when there are multiple layers than ten layers, the gas barrier property is excellent, but the process cycle time is long.
次に実施例及び比較例を挙げて本発明につき詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in detail with reference to examples and comparative examples.
プラスチック容器本体として、容量が220mlのポリエチレンテレフタレート(PET)製ブロー成形ボトルを用意した。このプラスチック容器本体の平均肉厚は550μm、ガス透過有効面積は230cm2であり、酸素透過度は0.080cc/pkg・day(0.21atm)であり、水蒸気透過度は0.0130g/pkg・dayであった。 As a plastic container body, a polyethylene terephthalate (PET) blow molded bottle having a capacity of 220 ml was prepared. The plastic container body has an average wall thickness of 550 μm, an effective gas permeation area of 230 cm 2 , an oxygen permeability of 0.080 cc / pg / day (0.21 atm), and a water vapor permeability of 0.0130 g / kg / kg. It was a day.
図1に示す横型低温プラズマ化学気相成長装置の外部電極12の空間部20にプラスチック本体を装着し、蓋体12bで空間部20を密閉した。次いでプラスチック容器本体内の気圧を30Paまで下げた。
A plastic body was attached to the
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、400Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン2sccmと酸素ガス20sccmからなる原料組成物を、ガス流量を22ml/minを維持しながら、内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら15秒間保持し、プラスチック容器本体の内面に第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。このガスバリア性薄膜の膜厚は15nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 400 W was applied between the
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度30Paまで下げた。 Again, the internal pressure of the plastic container body was lowered to a vacuum degree of 30 Pa by a vacuum pump.
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、350Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン2sccmと酸素ガス20sccmからなる原料ガス組成物を、ガス流量を22ml/minに維持しながら内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら、15秒間保持し、第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。第1のガスバリア性薄膜と第2のガスバリア性薄膜の総膜厚は22nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 350 W was applied between the
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度30Paまで下げた。 Again, the internal pressure of the plastic container body was lowered to a vacuum degree of 30 Pa by a vacuum pump.
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、300Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン2sccmと酸素ガス20sccmからなる原料ガス組成物を、ガス流量を22ml/minに維持しながら内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら、15秒間保持し、第3の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成し、第1のガスバリア性薄膜、第2のガスバリア性薄膜及び第3のガスバリア性薄膜の積層体を得た。この積層体の総膜厚は30nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 300 W was applied between the
実施例1と同様のプラスチック容器本体を用いた。このプラスチック容器本体を、図3に示す横型低温プラズマ化学気相成長装置の外部電極12の空間部20に装着し、蓋体12bで空間部20を密閉した。次いでプラスチック容器本体内の気圧を30Paまで下げた。
The same plastic container body as in Example 1 was used. This plastic container main body was attached to the
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、500Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン3sccmと酸素ガス30sccmからなる原料組成物を、ガス流量を33ml/minを維持しながら、内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら15秒間保持し、プラスチック容器本体の内面に第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。このガスバリア性薄膜の膜厚は20nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 500 W was applied between the
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度30Paまで下げた。 Again, the internal pressure of the plastic container body was lowered to a vacuum degree of 30 Pa by a vacuum pump.
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、400Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン2sccmと酸素ガス20sccmからなる原料ガス組成物を、ガス流量を22ml/minに維持しながら内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら、15秒間保持し、第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。第1のガスバリア性薄膜と第2のガスバリア性薄膜の総膜厚は30nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 400 W is applied between the
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度30Paまで下げた。 Again, the internal pressure of the plastic container body was lowered to a vacuum degree of 30 Pa by a vacuum pump.
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、300Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン1sccmと酸素ガス10sccmからなる原料ガス組成物を、ガス流量を11ml/minに維持しながら内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら、15秒間保持し、第3の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成し、第1のガスバリア性薄膜、第2のガスバリア性薄膜及び第3のガスバリア性薄膜の積層体を得た。この積層体の総膜厚は42nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 300 W is applied between the
実施例1と同様のプラスチック容器本体を用いた。このプラスチック容器本体を、図3に示す横型低温プラズマ化学気相成長装置の外部電極12の空間部20に装着し、蓋体12bで空間部20を密閉した。次いでプラスチック容器本体内の気圧を20Paまで下げた。
The same plastic container body as in Example 1 was used. This plastic container main body was attached to the
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、550Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン4sccmと酸素ガス50sccmからなる原料組成物を、ガス流量を54ml/minを維持しながら、内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら10秒間保持し、プラスチック容器本体の内面に第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。このガスバリア性薄膜の膜厚は15nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 550 W was applied between the
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度20Paまで下げた。 The internal pressure of the plastic container body was again lowered to a vacuum degree of 20 Pa by a vacuum pump.
内部電極167外部電極12の間に13.56MHz、300Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン3sccmと酸素ガス40sccmからなる原料ガス組成物を、ガス流量を43ml/minに維持しながら内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら、10秒間保持し、第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。第1のガスバリア性薄膜と第2のガスバリア性薄膜の総膜厚は25nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 300 W was applied between the internal electrode 167 and the external electrode 12, and then a raw material gas composition consisting of 3 sccm of hexamethyldisiloxane and 40 sccm of oxygen gas was applied to the inside while maintaining the gas flow rate at 43 ml / min. Plasma was supplied to the inside of the plastic container body from the blowing
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度20Paまで下げた。 The internal pressure of the plastic container body was again lowered to a vacuum degree of 20 Pa by a vacuum pump.
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、200Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン2sccmと酸素ガス30sccmからなる原料ガス組成物を、ガス流量を32ml/minに維持しながら内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら、10秒間保持し、第3の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。第1のガスバリア性薄膜、第2のガスバリア性薄膜及び第3のガスバリア性薄膜の総膜厚は32nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 200 W was applied between the
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度20Paまで下げた。 The internal pressure of the plastic container body was again lowered to a vacuum degree of 20 Pa by a vacuum pump.
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、180Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン1sccmと酸素ガス15sccmからなる原料ガス組成物を、ガス流量を16ml/minに維持しながら内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら、10秒間保持し、第4の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成し、第1のガスバリア性薄膜、第2のガスバリア性薄膜、第3のガスバリア性薄膜及び第4のガスバリア性薄膜の積層体を得た。この積層体の総膜厚は48nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 180 W is applied between the
[比較例1]
実施例1と同様のプラスチック容器本体を用いた。このプラスチック容器本体を、図3に示す横型低温プラズマ化学気相成長装置の外部電極12の空間部20に装着し、蓋体12bで空間部20を密閉した。次いでプラスチック容器本体内の気圧を30Paまで下げた。
[Comparative Example 1]
The same plastic container body as in Example 1 was used. This plastic container main body was attached to the
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、200Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン3sccmと酸素ガス30sccmからなる原料組成物を、ガス流量を22ml/minを維持しながら、内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら45秒間保持し、プラスチック容器本体の内面に酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。このガスバリア性薄膜の膜厚は60nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 200 W was applied between the
[比較例2]
比較例1と同様にして、但し印加電圧を400Wに変更してプラスチック容器本体の内面に酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。このガスバリア性薄膜の膜厚は70nmであった。
[Comparative Example 2]
In the same manner as in Comparative Example 1, except that the applied voltage was changed to 400 W, and a gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide was formed on the inner surface of the plastic container body. The thickness of this gas barrier thin film was 70 nm.
[比較例3]
実施例1と同様のプラスチック容器本体を用いた。このプラスチック容器本体を、図3に示す横型低温プラズマ化学気相成長装置の外部電極12の空間部20に装着し、蓋体12bで空間部20を密閉した。次いでプラスチック容器本体内の気圧を30Paまで下げた。
[Comparative Example 3]
The same plastic container body as in Example 1 was used. This plastic container main body was attached to the
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、200Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン2sccmと酸素ガス20sccmからなる原料組成物を、ガス流量を22ml/minを維持しながら、内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら15秒間保持し、プラスチック容器本体の内面に第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。このガスバリア性薄膜の膜厚は15nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 200 W was applied between the
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度30Paまで下げた。 Again, the internal pressure of the plastic container body was lowered to a vacuum degree of 30 Pa by a vacuum pump.
第1のガスバリア性薄膜の製造条件と同条件で第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の上に第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜と第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜の総膜厚は30nmであった。 A gas barrier thin film mainly composed of the second silicon oxide was formed on the gas barrier thin film mainly composed of the first silicon oxide under the same conditions as the production conditions of the first gas barrier thin film. The total film thickness of the gas barrier thin film mainly composed of the first silicon oxide and the gas barrier thin film mainly composed of the second silicon oxide was 30 nm.
[比較例4]
実施例1と同様のプラスチック容器本体を用いた。このプラスチック容器本体を、図3に示す横型低温プラズマ化学気相成長装置の外部電極12の空間部20に装着し、蓋体12bで空間部20を密閉した。次いでプラスチック容器本体内の気圧を30Paまで下げた。
[Comparative Example 4]
The same plastic container body as in Example 1 was used. This plastic container main body was attached to the
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、400Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン1sccmと酸素ガス10sccmからなる原料組成物を、ガス流量を11ml/minを維持しながら、内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら15秒間保持し、プラスチック容器本体の内面に第1の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。このガスバリア性薄膜の膜厚は10nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 400 W was applied between the
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度30Paまで下げた。 Again, the internal pressure of the plastic container body was lowered to a vacuum degree of 30 Pa by a vacuum pump.
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、400Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン2sccmと酸素ガス20sccmからなる原料ガス組成物を、ガス流量を22ml/minに維持しながら内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら、15秒間保持し、第2の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成した。第1のガスバリア性薄膜と第2のガスバリア性薄膜の総膜厚は22nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 400 W is applied between the
再度プラスチック容器本体の内部圧力を真空ポンプにより真空度30Paまで下げた。 Again, the internal pressure of the plastic container body was lowered to a vacuum degree of 30 Pa by a vacuum pump.
内部電極16と外部電極12の間に13.56MHz、400Wの高周波電圧を印加し、次いでヘキサメチルジシロキサン3sccmと酸素ガス30sccmからなる原料ガス組成物を、ガス流量を33ml/minに維持しながら内部電極16の吹き出し孔16aからプラスチック容器本体の内部に供給して、プラスチック容器本体の内部に原料ガスのプラズマを発生させた。そして原料ガスのプラズマを発生させながら、15秒間保持し、第3の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜を形成し、第1のガスバリア性薄膜、第2のガスバリア性薄膜及び第3のガスバリア性薄膜の積層体を得た。この積層体の総膜厚は38nmであった。
A high frequency voltage of 13.56 MHz and 400 W is applied between the
上記の実施例1〜3及び比較例1〜4で製造した、ガスバリア性薄膜を製膜したプラスチック容器本体について酸素透過度を測定した。酸素透過度の測定は、温度23℃、湿度90%Rhの条件下で、米国、モコン(MOCON)社製測定機[機種名、オクストラン(OXTRAN、2/20)]を用いて行った。 The oxygen permeability was measured for the plastic container body produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 and formed with a gas barrier thin film. The measurement of oxygen permeability was carried out using a measuring instrument manufactured by MOCON (model name, OXTRAN, 2/20) under the conditions of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 90% Rh.
水蒸気透過度の測定は、温度40℃、湿度90%RHの条件下で、米国、モコン(MOCON)社製測定機[機種名、パーマトラン(Permtran、C−200)]を用いて行った。そして得られた水蒸気透過度の値に基づいて複層ガスバリア性薄膜の水蒸気透過係数Hcを算出した。尚、式において、Ybはブランクのプラスチック容器本体の水蒸気透過度(g/pkg・day)、Ysは複層ガスバリア薄膜を製膜したプラスチック容器本体の酸素透過度(cc/pkg・day)、Aはプラスチック容器本体の表面積(m2)、tは単層のガスバリア性薄膜及び複層ガスバリア性薄膜(mm)を示す。尚、複層ガスバリア性薄膜の膜厚はリガク製蛍光X線分光装置(RIX2000)を用いて行い、既知の40nmの酸化酸化珪素量を基準として酸化珪素を主体とするガスバリア製薄膜の膜厚に換算して求めた。 The measurement of water vapor permeability was performed using a measuring instrument manufactured by MOCON (model name, Permtran, C-200) under the conditions of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 90% RH. Then, the water vapor permeability coefficient Hc of the multilayer gas barrier thin film was calculated based on the obtained water vapor permeability value. In the equation, Yb is the water vapor permeability (g / pk · day) of the blank plastic container body, Ys is the oxygen permeability (cc / pk · day) of the plastic container body formed with the multilayer gas barrier thin film, A Represents the surface area (m 2 ) of the plastic container body, and t represents a single-layer gas barrier thin film and a multi-layer gas barrier thin film (mm). The thickness of the multi-layer gas barrier thin film is measured using a Rigaku X-ray fluorescence spectrometer (RIX2000), and the film thickness of the gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide is based on the known 40 nm silicon oxide amount. Obtained by conversion.
[数1]
Hc=t×1/(Xs/A−Xb/A)
[Equation 1]
Hc = t × 1 / (Xs / A−Xb / A)
表1に酸素及び水蒸気の透過度及び透過係数を示す。 Table 1 shows the permeability and permeability of oxygen and water vapor.
ガスバリア性薄膜の酸化度の測定はESCA(Electron Spectroscopy For Chemical Analysis)法に基づく表面分析を行うことにより行った。具体的には、株式会社島津製作所製、X線光電子分析装置(機種名、ESCA850型)を用いて測定を行った。その結果を表2に示す。 The degree of oxidation of the gas barrier thin film was measured by performing surface analysis based on ESCA (Electron Spectroscopy For Chemical Analysis) method. Specifically, the measurement was performed using an X-ray photoelectron analyzer (model name, ESCA850 type) manufactured by Shimadzu Corporation. The results are shown in Table 2.
表1に示すように実施例1〜3は、水蒸気透過係数は2.2〜2.4g・nm/m2・day・atmと極めて低く、又、酸素透過度も0.0013〜0.0022cc/pkg・0.21atm・dayと極めて低く、ガスバリア性が極めて高いことが分かった。此れに対し比較例1〜4においては水蒸気透過係数は57〜203g・nm/m2・day・atmと高く、実施例1〜3のようには優れた水蒸気バリア性は見られなかった。 As shown in Table 1, Examples 1 to 3 have an extremely low water vapor transmission coefficient of 2.2 to 2.4 g · nm / m 2 · day · atm, and oxygen permeability of 0.0013 to 0.0022 cc. /Pkg·0.21 atm · day was extremely low, and the gas barrier property was found to be extremely high. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, the water vapor transmission coefficient was as high as 57 to 203 g · nm / m 2 · day · atm, and excellent water vapor barrier properties were not seen as in Examples 1 to 3.
又、実施例1〜3の複層ガスバリア性薄膜を構成する第1層の酸化度は高く、1.82〜1.89あり、又最上層の酸化度も1.60〜1.65も高い。此れに対し比較例1、2については酸化度は1.34、1.38と低い。比較例3については第1層及び第2層の酸化度は低い。又比較例4については第1層の酸化度は1.65と比較的高いが最上層に行くにつれて各層の酸化度が段階的に低くなっており、最上層の酸化度は1.44となっている。これにより本発明の複層ガスガスバリア性薄膜の各層は比較例1を4に比べて単位酸化度を有することが実証された。 Moreover, the oxidation degree of the 1st layer which comprises the multilayer gas-barrier thin film of Examples 1-3 is high, it is 1.82-1.89, and the oxidation degree of the uppermost layer is also high 1.60-1.65. . In contrast, Comparative Examples 1 and 2 have low oxidation degrees of 1.34 and 1.38. In Comparative Example 3, the oxidation degree of the first layer and the second layer is low. In Comparative Example 4, the oxidation degree of the first layer is relatively high at 1.65, but the oxidation degree of each layer gradually decreases as it goes to the uppermost layer, and the oxidation degree of the uppermost layer becomes 1.44. ing. Thus, it was proved that each layer of the multilayer gas gas barrier thin film of the present invention has a unit oxidation degree as compared with 4 in Comparative Example 1.
本発明のガスバリア性プラスチック容器は、液体飲料、調味料、酒、ビールその他の液体等の内容物の包装容器として有効に活用することができる。 The gas barrier plastic container of the present invention can be effectively used as a packaging container for contents such as liquid beverages, seasonings, liquor, beer and other liquids.
1 プラスチック容器本体
1a プラスチック容器本体の口部
2 酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜
10 基盤
11 絶縁板
12 外部電極
12a 外部電極の本体部
12b 外部電極の蓋体
13 整合器
14 高周波電源
15 排気管
16 内部電極
16a 原料ガス供給管
17 原料ガス供給管
20 外部電源の空間部
P1 矢印
P2 矢印
DESCRIPTION OF
Claims (8)
かつ、上記の複数層の酸化珪素を主体とするガスバリア性薄膜が、各層の製膜時にプラズマ放電出力を第1層から最上層にかけて段階的に減少させると共に反応槽内への有機珪素化合物の導入量及び酸素ガスの導入量を第1層から最上層にかけて段階的に減少させることにより、
第1層から最上層にかけて各層の酸化度が順次減少した、酸化珪素を主体とする複層ガスバリア性薄膜を設けたこと
を特徴とするガスバリア性プラスチック容器。 A gas barrier thin film mainly composed of a plurality of layers of silicon oxide formed on the inner surface of the plastic container body by plasma chemical vapor deposition,
In addition, the gas barrier thin film mainly composed of a plurality of layers of silicon oxide described above gradually reduces the plasma discharge output from the first layer to the uppermost layer when forming each layer, and introduces the organosilicon compound into the reaction vessel. By gradually reducing the amount and the amount of oxygen gas introduced from the first layer to the top layer,
A gas barrier plastic container comprising a multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide in which the oxidation degree of each layer is sequentially decreased from the first layer to the uppermost layer.
プラスチック容器本体の内面に、各層の製膜時にプラズマ放電出力を第1層から最上層にかけて段階的に減少させると共に反応槽内への有機珪素化合物の導入量及び酸素ガスの導入量を第1層から最上層にかけて段階的に減少させて、
有機珪素化合物を含む原料ガスを用いてプラズマ化学気相成長法によって複数層の酸化珪素を主体とし、かつ、各層の酸化度を順次減少させてなる複層ガスバリア性薄膜を形成すること
を特徴とするガスバリア性プラスチック容器の製造方法。 In the method for producing a gas barrier plastic container comprising a multilayer gas barrier thin film mainly composed of silicon oxide SiOxnCyn on the inner surface of the plastic container main body,
On the inner surface of the plastic container body , the plasma discharge output is gradually reduced from the first layer to the uppermost layer when forming each layer, and the introduction amount of the organosilicon compound and the introduction amount of oxygen gas into the reaction vessel are reduced to the first layer. Gradually decrease from top to bottom
Using a source gas containing an organosilicon compound to form a multi-layer gas barrier thin film consisting mainly of multiple layers of silicon oxide and successively reducing the degree of oxidation of each layer by plasma enhanced chemical vapor deposition A method for producing a gas barrier plastic container.
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