JP4677692B2 - 透明ガスバリア材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明性に優れ酸素および水蒸気の透過に対して高度なガスバリア性を持つガスバリア材およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高分子樹脂基材上に金属酸化物などからなる無機化合物を形成した透明ガスバリア材は、酸素や水蒸気に対するガスバリア性を有し透明性に優れている利点を備えている。
【０００３】
透明ガスバリア材の用途は、食品や医療品などの包装材料のほか、液晶表示素子のプラスチック基板や有機エレクトロルミネッセンス素子のパッケージフィルムへも拡大し、さらに高度なガスバリア性能が要求されている。
【０００４】
高度なガスバリア性を達成する手法として、ラミネートやプライマーコート、オーバーコートなどが行われている。プライマーコートやオーバーコートは主として有機樹脂からなり、塗布液体には溶剤が含まれるものが大部分であり、乾燥工程および大型乾燥設備が必要とされる。
【０００５】
また、無機化合物の形成にはガスバリア性能や生産性を考慮すると、巻き取り式真空成膜が適しているため、溶剤を含むプライマーコートやオーバーコートとは別装置にて成膜する必要である。
【０００６】
有機樹脂に溶剤を含まない有機樹脂モノマーやオリゴマーを使用することによって、真空中で高分子樹脂基材上に有機樹脂層を形成することが可能となる。
【０００７】
この技術では、乾燥工程および設備が不要である、有機樹脂層と無機化合物層を同一装置内で形成することができ生産性が向上する、無機化合物と有機樹脂層を連続的に形成することで膜の損傷によるガスバリア性の劣化を防止できる、等の利点がある。
【０００８】
有機樹脂の硬化方法としては、硬化速度が速く生産性に優れた放射線硬化が最適であり、使用される樹脂は放射線硬化型のアクリレートやメタクリレートのモノマーやオリゴマーが用いられる。
【０００９】
例えば、特表平８−５１２２５６号では、高分子支持体上に蒸発したアクリレートモノマーをモノマーフィルムとして凝縮、放射線重合させ有機樹脂層を形成し、次いで同じ側に無機酸化物層を蒸着させることによって、酸素に対するガスバリア性に優れた透明ガスバリア材を提案している。
【００１０】
しかし、用途によっては酸素に対するガスバリア性だけでは不十分であり、酸素、水蒸気ともに高度なガスバリア性を有する透明ガスバリア材が望まれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、プラスチック樹脂基材上にある特徴を有するアクリレートとメタクリレート、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの混合樹脂溶液からなるポリマー層、無機薄膜層を交互に積層させることにより、酸素および水蒸気に対する高度なガスバリア性を有する透明ガスバリア材およびその製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記の問題を解決するために、無機酸化物のプライマーコートおよびオーバーコートとして最適なアクリレートやメタクリレートの調査・検討を行った結果、アクリレートとメタクリレートおよび／またはウレタン系アクリレートの混合系をプライマーコートおよびオーバーコートとして用いることにより、酸素および水蒸気バリア性に優れたガスバリア材を得ることを可能としたものである。
【００１３】
特に請求項４ならびにこれらの請求項を引用する請求項に係る本発明においては、上記の問題を解決するために、無機酸化物のプライマーコートおよびオーバーコートとして最適なアクリレートやメタクリレートの調査・検討を行った結果、アクリレートとメタクリレートおよび／またはウレタン系アクリレートの混合系をプライマーコートおよびオーバーコートとして用いることにより、酸素および水蒸気バリア性に優れたガスバリア材を得ることを可能とするものである。
【００１４】
なお、本発明では、ウレタン系アクリレートとはウレタン結合を主鎖に持つアクリレートを指している。
【００１５】
この中でも特に請求項１および３、かつ請求項４、ならびにこれらの請求項を引用する請求項に係る本発明においては、上記の問題を解決するために、無機酸化物のプライマーコートおよびオーバーコートとして最適なアクリレートやメタクリレートの調査・検討を行った結果、アクリレートとメタクリレートの混合系、アクリレート、メタクリレートおよびウレタン系アクリレートの混合系をプライマーコートおよびオーバーコートとして用いることにより、酸素および水蒸気バリア性に優れたガスバリア材を得ることを可能とするものである。なお、本発明では、ウレタン系アクリレートとはウレタン結合を主鎖に持つアクリレートを指している。
【００１６】
特に請求項２および３、かつ請求項４、ならびにこれらの請求項を引用する請求項に係る本発明においては、上記の問題を解決するために、無機酸化物のプライマーコートおよびオーバーコートとして最適なアクリレートやメタクリレートの調査・検討を行った結果、アクリレートとウレタン系アクリレートの混合系、アクリレート、ウレタン系アクリレートおよびメタクリレートの混合系をプライマーコートおよびオーバーコートとして用いることにより、酸素および水蒸気バリア性に優れたガスバリア材を得ることができた。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、プラスチック樹脂基材上に、２官能以上のアクリレートとメタクリレートの混合物からなる電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーが重合したポリマー層、および無機薄膜層を積層してなり、前記ポリマー層が、２官能以上のアクリレートとメタクリレートの混合比率が、モル比で９５：５から３０：７０の範囲内であることを特徴とする透明ガスバリア材を提供するものである。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、プラスチック樹脂基材上に、２官能以上のアクリレートとウレタン系アクリレートの混合物からなる電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーが重合したポリマー層、および無機薄膜層を積層してなり、前記ポリマー層が、２官能以上のアクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率が、モル比で９５：５から５０：５０の範囲内であることを特徴とする透明ガスバリア材を提供するものである。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、プラスチック樹脂基材上に、アクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの混合物からなる電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーが重合したポリマー層、および無機薄膜層を積層してなり、前記ポリマー層が、アクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率が、モル比で９５：５から５０：５０の範囲内であり、かつそれにさらにメタクリレートをモル比０．１〜２０％の範囲内で添加されていることを特徴とする透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層、無機薄膜層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、無機薄膜層、ポリマー層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層、無機薄膜層、ポリマー層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、無機薄膜層、ポリマー層、無機薄膜層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層と無機薄膜層の順に交互に複数層設けたことを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２５】
請求項９に記載の発明は前記プラスチック樹脂基材上に、無機薄膜層とポリマー層の順に交互に複数層設けたことを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、最上層がポリマー層からなることを特徴とする請求項８または９記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、最上層が無機薄膜層からなることを特徴とする請求項８または９記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、前記ポリマー層が、アクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率が、三成分系三角図においてモル比９４．９：５．０：０．１、７９．１：４．２：１６．７、２５：５８．３：１６．７および３０：６９．９：０．１で囲まれる範囲内である請求項３記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００３２】
請求項１３に記載の発明は、前記ポリマー層を構成する混合樹脂溶液が２５℃において６００ｍＰａ・ｓ以下の粘度を示である請求項１〜１２何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００３３】
請求項１４に記載の発明は、前記無機薄膜層が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、インジウムと錫の酸化物およびインジウムとセリウムの酸化物からなることを特徴とする請求項１〜１３いずれかに記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００３４】
請求項１５に記載の発明は、ポリマー層が、電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーのみを重合させて形成されることを特徴とする請求項１〜１４いずれかに記載の透明ガスバリア材の製造方法を提供するものである。
【００３５】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１４いずれかに記載されているポリマー層および無機薄膜層が、巻き取り式によって連続的に形成されることを特徴とする透明ガスバリア材の製造方法を提供するものである。
【００３６】
請求項１７に記載の発明は、請求項１〜１４いずれかに記載されているポリマー層および無機薄膜層が、同一真空装置内で大気に曝されることなく連続的に形成されることを特徴とする透明ガスバリア材の製造方法を提供するものである。
【００３７】
図１は、本発明によって得られるガスバリア材の断面図の例を示したものである。透明ガスバリア材１は、透明なプラスチック樹脂基材２、ポリマー層３、無機薄膜層４から成るものである。
【００３８】
プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層、無機薄膜層どちらを先に形成してもよい。但し、ポリマー層、無機薄膜層各々先に形成する事により別個の利点があり、適宜用途等を比較検討して決定すべきであるので下に述べる。
【００３９】
ポリマー層、無機薄膜層は複数積層させてもよい。これも、単層複数層各々別個の利点があり、適宜用途等を比較検討して決定すべきであるので下に述べる。
【００４０】
最上層はポリマー層、無機薄膜層のどちらでもよい。これも、ポリマー層、無機薄膜層各々最上層をポリマー層、無機薄膜層とした場合に別個の利点があり、適宜用途等を比較検討して決定すべきであるので下に述べる。
【００４１】
ポリマー層は、緻密な無機薄膜層を得るために必要な無機薄膜層の核生成サイトを与えるほか、表面を平滑にしプラスチック樹脂基材に含まれる滑剤などの突起上で無機薄膜層が割れることを防ぐ効果がある場合がある。
【００４２】
特に、プラスチック樹脂基材上にポリマー層を形成すると、緻密な無機薄膜層を得るために必要な無機薄膜層の核生成サイトを与えるほか、表面を平滑にしプラスチック樹脂基材に含まれる滑剤などの突起上で無機薄膜層が割れることを防ぐ効果がある場合がある。
【００４３】
しかし、ポリマー層を形成するアクリレートやメタクリレートは、場合によっては、プラスチック樹脂基材によっては密着力や塗れ性に問題が生じることが懸念される場合がある。
【００４４】
そのような場合は、プラスチック樹脂基材表面にコロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理、薬品処理、アンカーコート処理などを施してもよい。また、プラスチック樹脂基材に先に無機薄膜層を形成することにより、基材との密着性を改善する方法もある。
【００４５】
最上面をポリマー層とすると、擦れなどによって無機薄膜層が機械的損傷を受けることを防止する効果がある場合があるが、湿潤な環境においてはポリマー層の変質などにより、フィルム全体のバリア性が劣化しやすくなる場合がある。
【００４６】
他方、無機薄膜層が最上面となると、機械的損傷は受けるが、水蒸気の透過を防ぎポリマー層の変質によって起こるフィルムのバリア性劣化を防ぐことができる場合がある。
【００４７】
この様に、ポリマー層と無機薄膜層の積層順序、最上層の選択は、プラスチック樹脂基材の種類、使用環境などによって適宜選択することができる。
【００４８】
本発明において使用される透明なプラスチック樹脂基材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルフォン、アイオノマー、セロハン、ナイロンなどの延伸または未延伸のフィルムであり、ガスバリア材の使用環境、要求性能、内容物の種類、加工性および経済性などを考慮し適宜選択することができる。基材の厚さは、包装適性、可撓性などを考慮し１０〜２００μｍ程度のものが用いられる。
【００４９】
ポリマー層は、アクリレートとメタクリレートもしくはウレタン系アクリレートの２成分、もしくはアクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの３成分のモノマーおよび／またはオリゴマーを混合した樹脂溶液から成り、各成分は１種類のモノマーおよびオリゴマーに限らず、複数のモノマーおよび／またはオリゴマーの混合物であってもよい。
【００５０】
特に、請求項１および３、かつ請求項４、ならびにこれらの請求項を引用する請求項に関するポリマー層は、アクリレートとメタクリレートの２成分、もしくはアクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの３成分のモノマーおよび／またはオリゴマーを混合した樹脂溶液から成り、各成分は１種類のモノマーおよびオリゴマーに限らず、複数のモノマーおよび／またはオリゴマーの混合物であってもよい。
【００５１】
特に、請求項２および３、かつ請求項４、ならびにこれらの請求項を引用する請求項に関するポリマー層は、アクリレートとウレタン系アクリレートの２成分、もしくはアクリレートとウレタン系アクリレートとメタクリレートの３成分のモノマーおよび／またはオリゴマーを混合した樹脂溶液から成り、各成分は１種類のモノマーおよびオリゴマーに限らず、複数のモノマーおよび／またはオリゴマーの混合物であってもよい。
複数積層させた場合、すべてのポリマー層が同じ組成でなくても構わない。
【００５２】
混合樹脂溶液をプラスチック樹脂基材上に塗工する方法は、大気プロセスでも真空プロセスであってもよい。混合樹脂溶液の塗工前に、塗工面となるプラスチック樹脂基材もしくは無機薄膜層との密着力工場を目的として、塗工面にプラズマやイオン処理など前処理を施してもよい。大気プロセスとして、グラビアコート、スロットコート、カーテンコート、スピンコート、スキージコート、スクリーン印刷など各種の塗布方法があげられる。
ただし、混合樹脂溶液の塗工を大気プロセスで行う場合、成膜中もしくは後に大気中の塵埃など異物が巻き込まれる恐れがある。
【００５３】
ポリマー層上に無機薄膜層を形成する場合、異物は無機薄膜層にキズなどを与える原因となり、良好なバリア性を有するフィルムを得ることができない可能性がある。また、液晶表示素子のプラスチック基板や有機エレクトロルミネッセンス素子のパッケージフィルムへの用途の場合、視覚的欠陥となる。
【００５４】
より高度なガスバリア性や視覚的欠陥がないことが要求される場合、ポリマー層の形成は真空プロセスで行うのが望ましい。
真空プロセスには有機蒸着などがあげられるが、そのほか真空装置内で混合樹脂溶液を蒸発させずに直接プラスチック樹脂基材上に塗工する方法でも良い。真空プロセスでは、ポリマー層を無機薄膜層と同一装置内で形成する事ができる。
【００５５】
この方法では、ポリマー層もしくは無機薄膜層を形成した後、一度も大気に曝すことなく、その上の無機薄膜層もしくはポリマー層を積層することが可能となり、より異物の混入を防ぐことができ、結果として高度なバリア性を有し視覚的欠陥が無いバリアフィルムを得られるほか、ポリマー層と無機薄膜層の形成を別装置で行う場合に比べ製造コストを削減できるという効果がある。
【００５６】
混合樹脂溶液を塗工した後、電子線もしくは紫外線によって硬化させ、ポリマー層を形成する。電子線もしくは紫外線による硬化方法は、熱による硬化に比べ硬化速度が非常に速いという利点を有する。紫外線による硬化を行う場合には、混合樹脂溶液に光重合開始剤を添加する。光重合開始剤としては、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等がある。
【００５７】
電子線もしくは紫外線による硬化方法では、溶剤は不要であるため、モノマーおよび／またはオリゴマーの混合樹脂溶液は平滑な塗膜が得られるよう溶剤で希釈し粘度を調節せず、ポリマー層を構成するモノマーおよびオリゴマーのみを用いて溶液の粘度を調整する必要がある。平滑な塗膜を得るためには、混合樹脂溶液の粘度は２５℃において６００ｍＰａ・ｓ以下であることが望ましい。
【００５８】
ポリマー層を構成するアクリレートには、十分な電子線もしくは紫外線硬化速度が得られ、硬化後の塗膜にタックが残留しないことが必要であり、アクリル基を２つ以上含有するモノマーやオリゴマーもしくはこれらの混合物が望ましい。
【００５９】
ただし、混合樹脂溶液のアクリレート成分は２官能以上のものに限られるわけではなく、塗工する混合樹脂溶液が２５℃で６００ｍＰａ・ｓ以下になるようにするために、硬化速度やタックの影響が出ない範囲で希釈性の高い単官能アクリレートを添加しても構わない。
【００６０】
本発明で用いられる２官能以上のアクリレートモノマーおよびオリゴマーの例として、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、１．６‐ヘキサジオールジアクリレート、１．９‐ノナンジオールジアクリレート、ジメチロール‐トリシクロデカンジアクリレート、ＥＯ変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ＰＯ変性トリメチロールプロパントリアクリレートなどが挙げられる。
【００６１】
メタクリレートは、一般にポリマーのガラス転移点が類似構造のアクリレートポリマーよりも高く耐熱性に優れている。無機薄膜層形成時にポリマー層表面は熱的ダメージを受けるが、耐熱性に優れたメタクリレートを用いたポリマー層は熱膨張変化などのダメージの影響が小さく、優れたガスバリア材を得ることができる。また、メタクリレートはアクリレートに比べ電子線もしくは紫外線硬化性に劣り、未硬化モノマーの残留やタックの残留が懸念されるため、メタクリル基を２つ以上含むメタクリレートを使用することが望ましいが、硬化性や残留タック、最終的なガスバリア性に影響がない限り単官能メタクリレートを含んでいても問題はなく、アクリレートとメタクリレートの混合比率はモル比９５：５から３０：７０の範囲内であればよい。
【００６２】
本発明で使用できるメタクリレートの具体例として、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、１．４−ブタンジオールジメタクリレート、１．９−ノナンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどが挙げられる。さらに、メタクリレート構造中に水酸基やカルボキシル基を含有すると、無機薄膜層の核生成剤として作用し無機薄膜層が緻密化することによって、より高度な酸素および水蒸気バリア性を有するガスバリア材を得ることができる。
【００６３】
上記の条件に適するメタクリレートには、グリセリンジメタクリレート、エチレングリコールジエポキシメタクリレートなどである。しかし、水酸基含有メタクリレートの混合比率が多くなると、水蒸気バリア性が逆に悪くなる傾向が見られるため、上記混合比率の範囲内で使用することが好ましい。
【００６４】
ウレタン系アクリレートは、塗膜の硬化性を向上させるとともに、酸素、水蒸気ともによりガスバリア性に優れたガスバリア材を得られるという効果がある。
ウレタン系アクリレートは粘度が高いため、高比率でアクリレートに混合させることができない。ウレタン系アクリレートの溶解性、溶液の塗工性および無機薄膜層形成後のガスバリア性を考慮し、混合比率はモル比９５：５から５０：５０の範囲内であることが好ましい。
【００６５】
アクリレートとメタクリレートの２成分混合樹脂溶液に、ウレタン系アクリレートを混ぜても良い。ウレタン系アクリレートを添加することによって、塗膜の硬化性が向上するとともに、酸素、水蒸気ともによりバリア性に優れたガスバリア材を得ることができる。ウレタン系アクリレートは粘度が高いため、高比率でアクリレートとメタクリレートに混合させることができない。
【００６６】
ウレタン系アクリレートの溶解性、溶液の塗工性および無機薄膜層形成後のガスバリア性を考慮し、３成分の混合比は図２に示す３成分系三角図における斜線部分に相当する範囲内であることが必要である。
【００６７】
逆に、アクリレートとウレタン系アクリレートの２成分混合樹脂溶液に、メタクリレートを混ぜても良い。メタクリレートは、一般にポリマーのガラス転移点が類似構造のアクリレートポリマーよりも高く耐熱性に優れているからである。
【００６８】
無機薄膜層形成時にポリマー層表面は熱的ダメージを受けるが、耐熱性に優れたメタクリレートを用いたポリマー層は熱膨張変化などのダメージの影響が小さく、優れたガスバリア材を得ることができる。
【００６９】
また、メタクリレートはアクリレートに比べ電子線もしくは紫外線硬化性に劣り、未硬化モノマーの残留やタックの残留が懸念されるため、メタクリル基を２つ以上含むメタクリレートを使用することが望ましいが、硬化性や残留タック、最終的なガスバリア性に影響がない限り単官能メタクリレートを含んでいても問題はない。
【００７０】
また、ガスバリア材においてポリマー層を形成する混合樹脂溶液が２５℃において６００ｍＰａ・ｓ以下の粘度を示しかつアクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率がモル比９５：５から５０：５０の範囲内であるものとした場合のガスバリア材である場合、アクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率に対し、メタクリレートをモル比０．１から２０％の範囲内であればよい。
【００７１】
本発明で使用できるメタクリレートの具体例として、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、１．４−ブタンジオールジメタクリレート、１．９−ノナンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどが挙げられる。
【００７２】
さらに、メタクリレート構造中に水酸基やカルボキシル基を含有すると、無機薄膜層の核生成剤として作用し無機薄膜層が緻密化することによって、より高度な酸素および水蒸気バリア性を有するガスバリア材を得ることができる。
【００７３】
上記の条件に適するメタクリレートには、グリセリンジメタクリレート、エチレングリコールジエポキシメタクリレートなどである。
【００７４】
しかし、水酸基含有メタクリレートの混合比率が多くなると、水蒸気バリア性が逆に悪くなる傾向が見られるため、上記混合比率の範囲内で使用することが好ましい。
【００７５】
無機薄膜層は、酸素および水蒸気に対するバリア性に寄与している。本研究では、無機薄膜層として酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、インジウムと錫の酸化物およびインジウムとセリウムの酸化物のいずれかから選択できる。これらの無機酸化物はガスバリア性に優れるだけでなく、高い透明性を示すことから透明ガスバリア材のガスバリア層に適用される。透明性、着色およびバリア性能は金属と酸素の組成比により調節する。無機薄膜層の形成方法は、電子線加熱や誘導加熱、抵抗加熱を蒸発手段とした真空蒸着法、スパッタリング法、化学気相法、イオンプレーティング法などを用いることができる。
【００７６】
無機薄膜層の形成前に、プラスチック樹脂基材もしくはポリマー層表面に対しプラズマやイオン処理などの前処理を施しても良い。無機薄膜層の厚さは１０ｎｍから１００ｎｍの範囲内が好ましい。
【００７７】
１０ｎｍ以下では無機薄膜層でポリマー層を完全に覆うことができず十分なガスバリア性能を得ることができない。１００ｎｍ以上では巻取り時にかかる曲げ応力によって無機薄膜層が破損しガスバリア性が低下する恐れがある。透明性や生産コストを考慮すると、２０ｎｍから４０ｎｍの範囲内が最適である。
【００７８】
以下で本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
本発明のガスバリア材およびその製造を実施している真空蒸着装置５の一例を図３に示す。この例では、ポリマー層の硬化方法として電子線を、無機薄膜層の形成方法として電子線加熱による真空蒸着法を適用している。
【００７９】
真空ポンプ６を接続した真空蒸着装置５の内部に、冷却ロール７、巻出しロール８、巻取りロール９を設置する。冷却ロール７の周辺にポリマー層有機物蒸着装置１０、ポリマー層電子線照射装置１１、遮蔽板１２、無機薄膜層蒸着用電子銃１３、坩堝１４、偏向コイル１５、ポリマー層有機物供給装置１６、無機薄膜層酸素供給装置１７を配置する。さらに、ポリマー層有機物蒸着装置１０、ポリマー層電子線照射装置１１、無機薄膜層蒸着用電子銃１３それぞれに真空ポンプ等圧調節装置を接続し、各プロセスに適した真空度に調節することが望ましい。
【００８０】
巻出しロール８にプラスチック樹脂基材の原反を装着し、冷却ロール７を介して巻き取りロール９に至る原反搬送パスを形成する。真空成膜装置５内を真空ポンプ６にて排気し、真空度を１Ｐａ以下とする。
【００８１】
真空到達後、プラスチック樹脂基材上にポリマー層を形成する。ポリマー層有機物供給装置１６からアクリレートとメタクリレート、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレート、メタクリレート、ウレタンアクリレートの混合樹脂溶液を供給し、ポリマー層有機物蒸着装置１０で混合樹脂溶液を蒸発させ、冷却ロール７に接し冷却されたプラスチック樹脂基材上に凝縮させる。ポリマー層は、ポリマー層有機物供給装置１６で混合樹脂溶液の蒸発速度を制御することにより、所定の厚さに形成できる。
【００８２】
この後、ポリマー層電子線照射装置１１にて硬化処理が行われる。本発明では、電子線硬化、紫外線硬化ともに適用できるが、特に電子線硬化による方法は、紫外線硬化による方法に比べ硬化速度が速く、重合開始剤を必要としないという点で優れている。
【００８３】
真空到達後これと前後して、もしくはこの工程を挟んでポリマー層上、もしくは事前に無機薄膜層を形成する。
【００８４】
無機薄膜層蒸着用電子銃１３から電子線を坩堝１４内の蒸着原料に照射し、蒸着原料を蒸気化させる。本発明では、無機薄膜層として酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、インジウムと錫の酸化物およびインジウムとセリウムの酸化物を用いることができるが、特に酸化アルミニウムの真空蒸着による成膜は、成膜速度が速く生産性に優れている。
【００８５】
酸化アルミニウムの場合、真空蒸着の蒸着原料として、金属アルミニウム、酸化アルミニウムのいずれかを選択することが可能である。金属アルミニウムを蒸着原料とした場合、無機薄膜層酸素供給装置１７から酸素を供給し反応蒸着によって酸化アルミニウム層を形成する。
【００８６】
供給する酸素の量は、酸化アルミニウム層の厚さ、酸化度、巻取り速度、真空成膜装置の大きさなどの成膜条件によって異なる。着色、ガスバリア性を考慮し、金属アルミニウムの単位時間あたりの蒸発量に対し酸素供給速度が、酸素／アルミニウムモル換算比で０．１５〜０．７５になるように設定する。
【００８７】
【実施例】
次に詳細な実施例を記載する。
（実施例１）
厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを真空成膜装置５の巻き出しロール８に装着し、真空成膜装置５内を１×１０-1Ｐａまで減圧した。
【００８８】
ポリエチレンテレフタレートフィルムを速度０．５ｍ／秒で冷却ロール７に密着させて走行させた。続いて、トリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）と、エチレングリコールジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ４０ＥＭ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂を、ポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
【００８９】
ポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。無機薄膜層蒸着用電子銃１３に１５ｋＷの電力を供給して電子線を発生させ、蒸着材料であるアルミニウムに照射して蒸発させた。この時アルミニウムの酸化剤として酸素をアルミニウム蒸発速度に対してモル比で０．４の割合で無機薄膜層酸素供給装置１７から導入してアルミニウムと反応させ、厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【００９０】
（実施例２１）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー（共栄社化学株式会社製 ＵＡ−３０６Ｈ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂を、ポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
ポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。実施例１と同様の方法で厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【００９１】
（実施例２）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とエチレングリコールジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ４０ＥＭ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー（共栄社化学株式会社製 ＵＡ−３０６Ｈ）をモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂に置換した。混合樹脂溶液をポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
次いでポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。実施例１と同様の方法で厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【００９２】
（実施例３）
実施例１のガスバリア層を酸化ケイ素に置換した。トリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とエチレングリコールジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ４０ＥＭ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂を、ポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
次いでポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。無機薄膜層蒸着用電子銃１３に１５ｋＷの電力を供給して電子線を発生させ、蒸着材料である一酸化ケイ素（ＳｉＯ）に照射して蒸発、厚さ４０ｎｍの酸化ケイ素層を形成した。
【００９３】
（実施例４）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とエチレングリコールジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ４０ＥＭ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー（共栄社化学株式会社製 ＵＡ−３０６Ｈ）をモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂に置換した。混合樹脂溶液をポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
次いでポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。実施例３と同様の方法で厚さ４０ｎｍの酸化ケイ素層を形成した。
【００９４】
（実施例２２）
実施例２１のガスバリア層を酸化ケイ素に置換した。トリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー（共栄社化学株式会社製 ＵＡ−３０６Ｈ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂を、ポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。
【００９５】
さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
次いでポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。無機薄膜層蒸着用電子銃１３に１５ｋＷの電力を供給して電子線を発生させ、蒸着材料である一酸化ケイ素（ＳｉＯ）に照射して蒸発、厚さ４０ｎｍの酸化ケイ素層を形成した。
【００９６】
（比較例１）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。
【００９７】
（比較例２）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比２０対８０の割合で混合した樹脂に置換した。
【００９８】
（比較例３）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比２０対３０対５０の割合で混合した樹脂に置換した。
【００９９】
（比較例４）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比５０対２０対３０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１００】
（比較例５）
実施例１の樹脂をラウリルアクリレート（共栄社化学株式会社製 Ｌ−Ａ）とエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０１】
（比較例６）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとポリエチレングリコール＃２００ジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ２００ＥＡ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
比較例１から６では、電子線照射によりポリマー層が硬化した場合のみに、実施例１と同様の方法で厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【０１０２】
（比較例７）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。
【０１０３】
（比較例８）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比２０対８０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０４】
（比較例９）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比２０対３０対５０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０５】
（比較例１０）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比５０対２０対３０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０６】
（比較例１１）
実施例３の樹脂をラウリルアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０７】
（比較例１２）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとポリエチレングリコール＃２００ジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
比較例７から１２では、電子線照射によりポリマー層が硬化した場合のみに、実施例３と同様の方法で厚さ４０ｎｍの酸化ケイ素層を形成した。
【０１０８】
〔混合性の評価方法〕
アクリレート、メタクリレートおよびウレタン系アクリレートの混合性を目視にて判断した。
【０１０９】
〔塗工性の評価方法〕
混合樹脂溶液のプラスチック樹脂基材上への塗工性を目視で判断した。
【０１１０】
〔硬化性の評価方法〕
電子線照射によるポリマー層の硬化の可否、タック残留性を、巻取りによってポリマー層に接触するプラスチック樹脂基材への混合樹脂溶液の付着、粘着性で判断した。
【０１１１】
〔ガスバリア性の評価方法〕
酸素および水蒸気のガス透過度を用い、ポリマー層または無機薄膜層形成後のガスバリア性の評価を行った。
温度３０℃、湿度７０％ＲＨの雰囲気下でＯｘ−ｔｒａｎ １０／５０Ａ酸素透過度測定装置（Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ社製）によって測定し、酸素透過度とした。温度４０℃、湿度９０％ＲＨの雰囲気下でＰｅｒｍａｔｒａｎ ６Ｗ水蒸気透過度測定装置（Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ社製）によって測定し、水蒸気透過度とした。
【０１１２】
表１に混合性、塗工性、硬化性の評価結果、および酸素透過度および水蒸気透過度の測定結果を示す。なお、表中の酸素透過度の単位はｃｃ／ｍ2／ｄａｙ／ａｔｍ、水蒸気透過度の単位はｇ／ｍ2／ｄａｙである。
【０１１３】
【表１】
【０１１４】
比較例１および７は、ポリマー層の塗工性、硬化性いずれも良好であったが、アクリレートのみからなるポリマー層を形成しても十分な酸素および水蒸気バリア性を得ることができない。
【０１１５】
比較例２および８に示すように、メタクリレートの混合比率が多くなると樹脂の硬化性がやや低下するが、その後の無機薄膜層の形成には差し支えなかった。ガスバリア性はメタクリレートの比率が少ない樹脂をポリマー層とした場合に比べ悪くなっている。特に水蒸気バリア性は、ポリマー層の１成分である４０ＥＭが構造中に２つ水酸基を含有するメタクリレートを用いた場合には大幅に悪化している。
【０１１６】
比較例３および９は、範囲外の混合比率では、継続して攪拌を行っても白濁し混合できなかった。
【０１１７】
比較例４および１０は、範囲外の混合比率では、混合可能ではあったが混合樹脂溶液の粘度が非常に高く、プラスチック樹脂基材を完全に覆うように塗工することができなかった。
【０１１８】
比較例５および１１に示すように、アクリレート成分として単官能アクリレートのみを使用した場合、混合性、塗工性は非常に良好であるが、硬化後のポリマー層表面にタックが残留し使用に十分な硬度を得ることができなかった。
【０１１９】
比較例６および１２に示すように、実施例１および３のメタクリレート成分を構造類似のアクリレートに置換した場合、混合性、塗工性、硬化性は良好であったが十分なガスバリア性をもつガスバリア材を得ることができなかった。
【０１２０】
実施例１から４に示すように、アクリレートとメタクリレート、あるいはアクリレート、メタクリレート、ウレタン系アクリレートの混合性、混合樹脂溶液の塗工性、硬化性は非常に良好であった。また、これらの混合樹脂溶液からなるポリマー層を形成することによって、高度なガスバリア性を有する透明ガスバリア材を得ることができる。
【０１２１】
（比較例２１）
実施例２１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比３０対７０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２２】
（比較例２２）
実施例２の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比２０対３０対５０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２３】
（比較例２３）
実施例２１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比５０対２０対３０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２４】
（比較例２４）
実施例２１の樹脂をラウリルアクリレート（共栄社化学株式会社製 Ｌ−Ａ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
比較例１および２１から２４では、電子線照射によりポリマー層が硬化した場合のみに、実験例１と同様の方法で厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【０１２５】
（比較例２５）
実施例２１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比３０対７０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２６】
（比較例２６）
実施例２３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比２０対３０対５０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２７】
（比較例２７）
実施例２２の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートトとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーとエチレングリコールジエポキシメタクリレーをモル比５０対２０対３０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２８】
（比較例２８）
実施例２３の樹脂をラウリルアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
また、比較例１および２２から２７に示すように、アクリレートは塗工性、硬化性いずれも良好であったが、アクリレートのみからなるポリマー層を形成しても十分な酸素および水蒸気バリア性を得ることができない。
【０１２９】
比較例２１および２５に示すように、ウレタン系アクリレートの混合比率が多くなると長時間攪拌しても混合できなかった。
【０１３０】
比較例２２および２６に示すように、範囲外の混合比率では、長時間攪拌しても混合できなかった。
【０１３１】
比較例２３および２７に示すように、範囲外の混合比率では、混合可能ではあったが混合樹脂溶液の粘度が非常に高く、プラスチック樹脂基材を完全に覆うように塗工することができなかった。
【０１３２】
比較例２４および２８に示すように、アクリレート成分として単官能アクリレートのみを使用した場合、混合性、塗工性は非常に良好であるが、硬化後のポリマー層表面にタックが残留し使用に十分な硬度を得ることができなかった。
【０１３３】
実施例２、４、２１、２２に示すように、範囲では、アクリレートとウレタン系アクリレート、あるいはアクリレート、ウレタン系アクリレート、メタクリレートの混合性、混合樹脂溶液の塗工性、硬化性は非常に良好であった。
【０１３４】
また、これらの混合樹脂溶液からなるポリマー層を形成することによって、高度なガスバリア性を有する透明ガスバリア材を得ることができる。
【０１３５】
（実施例５）
実施例１と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１３６】
（実施例６）
実施例５と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１３７】
（実施例２３）
実施例２１と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層を形成した。
次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例２１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１３８】
（実施例２４）
実施例２３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例２１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１３９】
（実施例７）
実施例２と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例５と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１４０】
（実施例８）
実施例７と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１４１】
（実施例９）
実施例３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１４２】
（実施例１０）
実施例９と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１４３】
（実施例２５）
実施例２２と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。
【０１４４】
次いで酸化ケイ素層の上に、実施例２１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１４５】
（実施例２６）
実施例２５と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例２１と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１４６】
（実施例１１）
実施例４と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、実施例５と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１４７】
（実施例１２）
実施例１１と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１４８】
（比較例１３）
実施例５の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例５と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、トリエチレングリコールジアクリレートからなるポリマー層を設けた。
【０１４９】
（比較例１４）
実施例６の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例６と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１５０】
（比較例１５）
実施例７の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、トリエチレングリコールジアクリレートからなるポリマー層を設けた。
【０１５１】
（比較例１６）
実施例１０の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例９と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１５２】
各積層体の酸素および水蒸気透過速度を表２に示す。ポリマー層と無機薄膜層を複数積層させることによりガスバリア性は向上するが、実施例５から１２に示すように、アクリレートとメタクリレート、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレートとメタクリレート、ウレタン系アクリレートの混合物からなるポリマー層を形成したとき、非常に高いガスバリア性を示すガスバリア材を得ることができる。
【０１５３】
【表２】
【０１５４】
（実施例１３）
実施例１と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートと、エチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１５５】
（実施例１４）
実施例１３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１５６】
（実施例２７）
実施例２１と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例２１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１５７】
（実施例２８）
実施例２７と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例２１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１５８】
（実施例１５）
実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。次いで、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１５９】
（実施例１６）
実施例１５と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１６０】
（実施例１７）
実施例３と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートと、エチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１６１】
（実施例１８）
実施例１７と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例３と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１６２】
（実施例２９）
実施例２２と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１６３】
（実施例３０）
実施例２９と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例２２と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１６４】
（実施例１９）
実施例３と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１６５】
（実施例２０）
実施例１９と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例３と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１６６】
（比較例１７）
実施例１３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例１と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、トリエチレングリコールジアクリレートからなるポリマー層を設けた。
【０１６７】
（比較例１８）
実施例１４の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例１４と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いでポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を形成した。
【０１６８】
（比較例１９）
実施例１７の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、トリエチレングリコールジアクリレートからなるポリマー層を設けた。
【０１６９】
（比較例２０）
実施例１８の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例１８と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いでポリマー層の上に、実施例３と同様の方法で酸化ケイ素層を形成した。
【０１７０】
【表３】
【０１７１】
各積層体の酸素および水蒸気透過速度を表３に示す。プラスチック樹脂基材上に、表２と同様に、無機薄膜層、ポリマー層の順序で複数積層させることによりガスバリア性は向上する。特に、実施例１３から２０に示すように、アクリレートとメタクリレート、もしくはアクリレートとメタクリレート、ウレタン系アクリレートの混合物からなるポリマー層を形成したとき、非常に高いガスバリア性を示すガスバリア材を得ることができる。
【０１７２】
また、実施例７、８、１１、１２、１５、１６、２２から３０に示すように、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレートとウレタン系アクリレート、メタクリレートの混合物からなるポリマー層を形成したとき、非常に高いガスバリア性を示すガスバリア材を得ることができる。
【０１７３】
【発明の効果】
本発明の透明ガスバリア材は、ある特徴を有するアクリレートとメタクリレート、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレート、メタクリレートおよびウレタン系アクリレートの混合樹脂から成るポリマー層を設けることにより、酸素、水蒸気ともに高度なガスバリア性を有することができる。ポリマー層と無機薄膜層を複数積層させることによりさらに高度なガスバリア性を持たせることが可能である。また、ポリマー層と無機薄膜層の形成を同一真空装置内で連続的に行うことにより、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により得られるガスバリア材の構成を説明する模式図である。
【図２】アクリレート、メタクリレートおよびウレタンアクリレートの三成分系三角図である。図中斜線部が本発明で適用される混合比率の範囲である。
【図３】本発明のガスバリア材の作製に関わる真空成膜装置を説明する模式図である。
【符号の説明】
１…透明ガスバリア材
２…プラスチック樹脂基材
３…ポリマー層
４…無機薄膜層
５…真空成膜装置
６…真空ポンプ
７…冷却ロール
８…巻出しロール
９…巻取りロール
１０…ポリマー層有機物蒸着装置
１１…ポリマー層電子線照射装置
１２…遮蔽板
１３…無機薄膜層蒸着用電子銃
１４…坩堝
１５…偏向コイル
１６…ポリマー層有機物供給装置
１７…無機薄膜層酸素供給装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明性に優れ酸素および水蒸気の透過に対して高度なガスバリア性を持つガスバリア材およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高分子樹脂基材上に金属酸化物などからなる無機化合物を形成した透明ガスバリア材は、酸素や水蒸気に対するガスバリア性を有し透明性に優れている利点を備えている。
【０００３】
透明ガスバリア材の用途は、食品や医療品などの包装材料のほか、液晶表示素子のプラスチック基板や有機エレクトロルミネッセンス素子のパッケージフィルムへも拡大し、さらに高度なガスバリア性能が要求されている。
【０００４】
高度なガスバリア性を達成する手法として、ラミネートやプライマーコート、オーバーコートなどが行われている。プライマーコートやオーバーコートは主として有機樹脂からなり、塗布液体には溶剤が含まれるものが大部分であり、乾燥工程および大型乾燥設備が必要とされる。
【０００５】
また、無機化合物の形成にはガスバリア性能や生産性を考慮すると、巻き取り式真空成膜が適しているため、溶剤を含むプライマーコートやオーバーコートとは別装置にて成膜する必要である。
【０００６】
有機樹脂に溶剤を含まない有機樹脂モノマーやオリゴマーを使用することによって、真空中で高分子樹脂基材上に有機樹脂層を形成することが可能となる。
【０００７】
この技術では、乾燥工程および設備が不要である、有機樹脂層と無機化合物層を同一装置内で形成することができ生産性が向上する、無機化合物と有機樹脂層を連続的に形成することで膜の損傷によるガスバリア性の劣化を防止できる、等の利点がある。
【０００８】
有機樹脂の硬化方法としては、硬化速度が速く生産性に優れた放射線硬化が最適であり、使用される樹脂は放射線硬化型のアクリレートやメタクリレートのモノマーやオリゴマーが用いられる。
【０００９】
例えば、特表平８−５１２２５６号では、高分子支持体上に蒸発したアクリレートモノマーをモノマーフィルムとして凝縮、放射線重合させ有機樹脂層を形成し、次いで同じ側に無機酸化物層を蒸着させることによって、酸素に対するガスバリア性に優れた透明ガスバリア材を提案している。
【００１０】
しかし、用途によっては酸素に対するガスバリア性だけでは不十分であり、酸素、水蒸気ともに高度なガスバリア性を有する透明ガスバリア材が望まれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、プラスチック樹脂基材上にある特徴を有するアクリレートとメタクリレート、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの混合樹脂溶液からなるポリマー層、無機薄膜層を交互に積層させることにより、酸素および水蒸気に対する高度なガスバリア性を有する透明ガスバリア材およびその製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記の問題を解決するために、無機酸化物のプライマーコートおよびオーバーコートとして最適なアクリレートやメタクリレートの調査・検討を行った結果、アクリレートとメタクリレートおよび／またはウレタン系アクリレートの混合系をプライマーコートおよびオーバーコートとして用いることにより、酸素および水蒸気バリア性に優れたガスバリア材を得ることを可能としたものである。
【００１３】
特に請求項４ならびにこれらの請求項を引用する請求項に係る本発明においては、上記の問題を解決するために、無機酸化物のプライマーコートおよびオーバーコートとして最適なアクリレートやメタクリレートの調査・検討を行った結果、アクリレートとメタクリレートおよび／またはウレタン系アクリレートの混合系をプライマーコートおよびオーバーコートとして用いることにより、酸素および水蒸気バリア性に優れたガスバリア材を得ることを可能とするものである。
【００１４】
なお、本発明では、ウレタン系アクリレートとはウレタン結合を主鎖に持つアクリレートを指している。
【００１５】
この中でも特に請求項１および３、かつ請求項４、ならびにこれらの請求項を引用する請求項に係る本発明においては、上記の問題を解決するために、無機酸化物のプライマーコートおよびオーバーコートとして最適なアクリレートやメタクリレートの調査・検討を行った結果、アクリレートとメタクリレートの混合系、アクリレート、メタクリレートおよびウレタン系アクリレートの混合系をプライマーコートおよびオーバーコートとして用いることにより、酸素および水蒸気バリア性に優れたガスバリア材を得ることを可能とするものである。なお、本発明では、ウレタン系アクリレートとはウレタン結合を主鎖に持つアクリレートを指している。
【００１６】
特に請求項２および３、かつ請求項４、ならびにこれらの請求項を引用する請求項に係る本発明においては、上記の問題を解決するために、無機酸化物のプライマーコートおよびオーバーコートとして最適なアクリレートやメタクリレートの調査・検討を行った結果、アクリレートとウレタン系アクリレートの混合系、アクリレート、ウレタン系アクリレートおよびメタクリレートの混合系をプライマーコートおよびオーバーコートとして用いることにより、酸素および水蒸気バリア性に優れたガスバリア材を得ることができた。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、プラスチック樹脂基材上に、２官能以上のアクリレートとメタクリレートの混合物からなる電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーが重合したポリマー層、および無機薄膜層を積層してなり、前記ポリマー層が、２官能以上のアクリレートとメタクリレートの混合比率が、モル比で９５：５から３０：７０の範囲内であることを特徴とする透明ガスバリア材を提供するものである。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、プラスチック樹脂基材上に、２官能以上のアクリレートとウレタン系アクリレートの混合物からなる電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーが重合したポリマー層、および無機薄膜層を積層してなり、前記ポリマー層が、２官能以上のアクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率が、モル比で９５：５から５０：５０の範囲内であることを特徴とする透明ガスバリア材を提供するものである。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、プラスチック樹脂基材上に、アクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの混合物からなる電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーが重合したポリマー層、および無機薄膜層を積層してなり、前記ポリマー層が、アクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率が、モル比で９５：５から５０：５０の範囲内であり、かつそれにさらにメタクリレートをモル比０．１〜２０％の範囲内で添加されていることを特徴とする透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層、無機薄膜層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、無機薄膜層、ポリマー層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層、無機薄膜層、ポリマー層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、無機薄膜層、ポリマー層、無機薄膜層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、前記プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層と無機薄膜層の順に交互に複数層設けたことを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２５】
請求項９に記載の発明は前記プラスチック樹脂基材上に、無機薄膜層とポリマー層の順に交互に複数層設けたことを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、最上層がポリマー層からなることを特徴とする請求項８または９記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、最上層が無機薄膜層からなることを特徴とする請求項８または９記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、前記ポリマー層が、アクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率が、三成分系三角図においてモル比９４．９：５．０：０．１、７９．１：４．２：１６．７、２５：５８．３：１６．７および３０：６９．９：０．１で囲まれる範囲内である請求項３記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００３２】
請求項１３に記載の発明は、前記ポリマー層を構成する混合樹脂溶液が２５℃において６００ｍＰａ・ｓ以下の粘度を示である請求項１〜１２何れか記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００３３】
請求項１４に記載の発明は、前記無機薄膜層が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、インジウムと錫の酸化物およびインジウムとセリウムの酸化物からなることを特徴とする請求項１〜１３いずれかに記載の透明ガスバリア材を提供するものである。
【００３４】
請求項１５に記載の発明は、ポリマー層が、電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーのみを重合させて形成されることを特徴とする請求項１〜１４いずれかに記載の透明ガスバリア材の製造方法を提供するものである。
【００３５】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１４いずれかに記載されているポリマー層および無機薄膜層が、巻き取り式によって連続的に形成されることを特徴とする透明ガスバリア材の製造方法を提供するものである。
【００３６】
請求項１７に記載の発明は、請求項１〜１４いずれかに記載されているポリマー層および無機薄膜層が、同一真空装置内で大気に曝されることなく連続的に形成されることを特徴とする透明ガスバリア材の製造方法を提供するものである。
【００３７】
図１は、本発明によって得られるガスバリア材の断面図の例を示したものである。透明ガスバリア材１は、透明なプラスチック樹脂基材２、ポリマー層３、無機薄膜層４から成るものである。
【００３８】
プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層、無機薄膜層どちらを先に形成してもよい。但し、ポリマー層、無機薄膜層各々先に形成する事により別個の利点があり、適宜用途等を比較検討して決定すべきであるので下に述べる。
【００３９】
ポリマー層、無機薄膜層は複数積層させてもよい。これも、単層複数層各々別個の利点があり、適宜用途等を比較検討して決定すべきであるので下に述べる。
【００４０】
最上層はポリマー層、無機薄膜層のどちらでもよい。これも、ポリマー層、無機薄膜層各々最上層をポリマー層、無機薄膜層とした場合に別個の利点があり、適宜用途等を比較検討して決定すべきであるので下に述べる。
【００４１】
ポリマー層は、緻密な無機薄膜層を得るために必要な無機薄膜層の核生成サイトを与えるほか、表面を平滑にしプラスチック樹脂基材に含まれる滑剤などの突起上で無機薄膜層が割れることを防ぐ効果がある場合がある。
【００４２】
特に、プラスチック樹脂基材上にポリマー層を形成すると、緻密な無機薄膜層を得るために必要な無機薄膜層の核生成サイトを与えるほか、表面を平滑にしプラスチック樹脂基材に含まれる滑剤などの突起上で無機薄膜層が割れることを防ぐ効果がある場合がある。
【００４３】
しかし、ポリマー層を形成するアクリレートやメタクリレートは、場合によっては、プラスチック樹脂基材によっては密着力や塗れ性に問題が生じることが懸念される場合がある。
【００４４】
そのような場合は、プラスチック樹脂基材表面にコロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理、薬品処理、アンカーコート処理などを施してもよい。また、プラスチック樹脂基材に先に無機薄膜層を形成することにより、基材との密着性を改善する方法もある。
【００４５】
最上面をポリマー層とすると、擦れなどによって無機薄膜層が機械的損傷を受けることを防止する効果がある場合があるが、湿潤な環境においてはポリマー層の変質などにより、フィルム全体のバリア性が劣化しやすくなる場合がある。
【００４６】
他方、無機薄膜層が最上面となると、機械的損傷は受けるが、水蒸気の透過を防ぎポリマー層の変質によって起こるフィルムのバリア性劣化を防ぐことができる場合がある。
【００４７】
この様に、ポリマー層と無機薄膜層の積層順序、最上層の選択は、プラスチック樹脂基材の種類、使用環境などによって適宜選択することができる。
【００４８】
本発明において使用される透明なプラスチック樹脂基材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルフォン、アイオノマー、セロハン、ナイロンなどの延伸または未延伸のフィルムであり、ガスバリア材の使用環境、要求性能、内容物の種類、加工性および経済性などを考慮し適宜選択することができる。基材の厚さは、包装適性、可撓性などを考慮し１０〜２００μｍ程度のものが用いられる。
【００４９】
ポリマー層は、アクリレートとメタクリレートもしくはウレタン系アクリレートの２成分、もしくはアクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの３成分のモノマーおよび／またはオリゴマーを混合した樹脂溶液から成り、各成分は１種類のモノマーおよびオリゴマーに限らず、複数のモノマーおよび／またはオリゴマーの混合物であってもよい。
【００５０】
特に、請求項１および３、かつ請求項４、ならびにこれらの請求項を引用する請求項に関するポリマー層は、アクリレートとメタクリレートの２成分、もしくはアクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの３成分のモノマーおよび／またはオリゴマーを混合した樹脂溶液から成り、各成分は１種類のモノマーおよびオリゴマーに限らず、複数のモノマーおよび／またはオリゴマーの混合物であってもよい。
【００５１】
特に、請求項２および３、かつ請求項４、ならびにこれらの請求項を引用する請求項に関するポリマー層は、アクリレートとウレタン系アクリレートの２成分、もしくはアクリレートとウレタン系アクリレートとメタクリレートの３成分のモノマーおよび／またはオリゴマーを混合した樹脂溶液から成り、各成分は１種類のモノマーおよびオリゴマーに限らず、複数のモノマーおよび／またはオリゴマーの混合物であってもよい。
複数積層させた場合、すべてのポリマー層が同じ組成でなくても構わない。
【００５２】
混合樹脂溶液をプラスチック樹脂基材上に塗工する方法は、大気プロセスでも真空プロセスであってもよい。混合樹脂溶液の塗工前に、塗工面となるプラスチック樹脂基材もしくは無機薄膜層との密着力工場を目的として、塗工面にプラズマやイオン処理など前処理を施してもよい。大気プロセスとして、グラビアコート、スロットコート、カーテンコート、スピンコート、スキージコート、スクリーン印刷など各種の塗布方法があげられる。
ただし、混合樹脂溶液の塗工を大気プロセスで行う場合、成膜中もしくは後に大気中の塵埃など異物が巻き込まれる恐れがある。
【００５３】
ポリマー層上に無機薄膜層を形成する場合、異物は無機薄膜層にキズなどを与える原因となり、良好なバリア性を有するフィルムを得ることができない可能性がある。また、液晶表示素子のプラスチック基板や有機エレクトロルミネッセンス素子のパッケージフィルムへの用途の場合、視覚的欠陥となる。
【００５４】
より高度なガスバリア性や視覚的欠陥がないことが要求される場合、ポリマー層の形成は真空プロセスで行うのが望ましい。
真空プロセスには有機蒸着などがあげられるが、そのほか真空装置内で混合樹脂溶液を蒸発させずに直接プラスチック樹脂基材上に塗工する方法でも良い。真空プロセスでは、ポリマー層を無機薄膜層と同一装置内で形成する事ができる。
【００５５】
この方法では、ポリマー層もしくは無機薄膜層を形成した後、一度も大気に曝すことなく、その上の無機薄膜層もしくはポリマー層を積層することが可能となり、より異物の混入を防ぐことができ、結果として高度なバリア性を有し視覚的欠陥が無いバリアフィルムを得られるほか、ポリマー層と無機薄膜層の形成を別装置で行う場合に比べ製造コストを削減できるという効果がある。
【００５６】
混合樹脂溶液を塗工した後、電子線もしくは紫外線によって硬化させ、ポリマー層を形成する。電子線もしくは紫外線による硬化方法は、熱による硬化に比べ硬化速度が非常に速いという利点を有する。紫外線による硬化を行う場合には、混合樹脂溶液に光重合開始剤を添加する。光重合開始剤としては、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等がある。
【００５７】
電子線もしくは紫外線による硬化方法では、溶剤は不要であるため、モノマーおよび／またはオリゴマーの混合樹脂溶液は平滑な塗膜が得られるよう溶剤で希釈し粘度を調節せず、ポリマー層を構成するモノマーおよびオリゴマーのみを用いて溶液の粘度を調整する必要がある。平滑な塗膜を得るためには、混合樹脂溶液の粘度は２５℃において６００ｍＰａ・ｓ以下であることが望ましい。
【００５８】
ポリマー層を構成するアクリレートには、十分な電子線もしくは紫外線硬化速度が得られ、硬化後の塗膜にタックが残留しないことが必要であり、アクリル基を２つ以上含有するモノマーやオリゴマーもしくはこれらの混合物が望ましい。
【００５９】
ただし、混合樹脂溶液のアクリレート成分は２官能以上のものに限られるわけではなく、塗工する混合樹脂溶液が２５℃で６００ｍＰａ・ｓ以下になるようにするために、硬化速度やタックの影響が出ない範囲で希釈性の高い単官能アクリレートを添加しても構わない。
【００６０】
本発明で用いられる２官能以上のアクリレートモノマーおよびオリゴマーの例として、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、１．６‐ヘキサジオールジアクリレート、１．９‐ノナンジオールジアクリレート、ジメチロール‐トリシクロデカンジアクリレート、ＥＯ変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ＰＯ変性トリメチロールプロパントリアクリレートなどが挙げられる。
【００６１】
メタクリレートは、一般にポリマーのガラス転移点が類似構造のアクリレートポリマーよりも高く耐熱性に優れている。無機薄膜層形成時にポリマー層表面は熱的ダメージを受けるが、耐熱性に優れたメタクリレートを用いたポリマー層は熱膨張変化などのダメージの影響が小さく、優れたガスバリア材を得ることができる。また、メタクリレートはアクリレートに比べ電子線もしくは紫外線硬化性に劣り、未硬化モノマーの残留やタックの残留が懸念されるため、メタクリル基を２つ以上含むメタクリレートを使用することが望ましいが、硬化性や残留タック、最終的なガスバリア性に影響がない限り単官能メタクリレートを含んでいても問題はなく、アクリレートとメタクリレートの混合比率はモル比９５：５から３０：７０の範囲内であればよい。
【００６２】
本発明で使用できるメタクリレートの具体例として、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、１．４−ブタンジオールジメタクリレート、１．９−ノナンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどが挙げられる。さらに、メタクリレート構造中に水酸基やカルボキシル基を含有すると、無機薄膜層の核生成剤として作用し無機薄膜層が緻密化することによって、より高度な酸素および水蒸気バリア性を有するガスバリア材を得ることができる。
【００６３】
上記の条件に適するメタクリレートには、グリセリンジメタクリレート、エチレングリコールジエポキシメタクリレートなどである。しかし、水酸基含有メタクリレートの混合比率が多くなると、水蒸気バリア性が逆に悪くなる傾向が見られるため、上記混合比率の範囲内で使用することが好ましい。
【００６４】
ウレタン系アクリレートは、塗膜の硬化性を向上させるとともに、酸素、水蒸気ともによりガスバリア性に優れたガスバリア材を得られるという効果がある。
ウレタン系アクリレートは粘度が高いため、高比率でアクリレートに混合させることができない。ウレタン系アクリレートの溶解性、溶液の塗工性および無機薄膜層形成後のガスバリア性を考慮し、混合比率はモル比９５：５から５０：５０の範囲内であることが好ましい。
【００６５】
アクリレートとメタクリレートの２成分混合樹脂溶液に、ウレタン系アクリレートを混ぜても良い。ウレタン系アクリレートを添加することによって、塗膜の硬化性が向上するとともに、酸素、水蒸気ともによりバリア性に優れたガスバリア材を得ることができる。ウレタン系アクリレートは粘度が高いため、高比率でアクリレートとメタクリレートに混合させることができない。
【００６６】
ウレタン系アクリレートの溶解性、溶液の塗工性および無機薄膜層形成後のガスバリア性を考慮し、３成分の混合比は図２に示す３成分系三角図における斜線部分に相当する範囲内であることが必要である。
【００６７】
逆に、アクリレートとウレタン系アクリレートの２成分混合樹脂溶液に、メタクリレートを混ぜても良い。メタクリレートは、一般にポリマーのガラス転移点が類似構造のアクリレートポリマーよりも高く耐熱性に優れているからである。
【００６８】
無機薄膜層形成時にポリマー層表面は熱的ダメージを受けるが、耐熱性に優れたメタクリレートを用いたポリマー層は熱膨張変化などのダメージの影響が小さく、優れたガスバリア材を得ることができる。
【００６９】
また、メタクリレートはアクリレートに比べ電子線もしくは紫外線硬化性に劣り、未硬化モノマーの残留やタックの残留が懸念されるため、メタクリル基を２つ以上含むメタクリレートを使用することが望ましいが、硬化性や残留タック、最終的なガスバリア性に影響がない限り単官能メタクリレートを含んでいても問題はない。
【００７０】
また、ガスバリア材においてポリマー層を形成する混合樹脂溶液が２５℃において６００ｍＰａ・ｓ以下の粘度を示しかつアクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率がモル比９５：５から５０：５０の範囲内であるものとした場合のガスバリア材である場合、アクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率に対し、メタクリレートをモル比０．１から２０％の範囲内であればよい。
【００７１】
本発明で使用できるメタクリレートの具体例として、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、１．４−ブタンジオールジメタクリレート、１．９−ノナンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどが挙げられる。
【００７２】
さらに、メタクリレート構造中に水酸基やカルボキシル基を含有すると、無機薄膜層の核生成剤として作用し無機薄膜層が緻密化することによって、より高度な酸素および水蒸気バリア性を有するガスバリア材を得ることができる。
【００７３】
上記の条件に適するメタクリレートには、グリセリンジメタクリレート、エチレングリコールジエポキシメタクリレートなどである。
【００７４】
しかし、水酸基含有メタクリレートの混合比率が多くなると、水蒸気バリア性が逆に悪くなる傾向が見られるため、上記混合比率の範囲内で使用することが好ましい。
【００７５】
無機薄膜層は、酸素および水蒸気に対するバリア性に寄与している。本研究では、無機薄膜層として酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、インジウムと錫の酸化物およびインジウムとセリウムの酸化物のいずれかから選択できる。これらの無機酸化物はガスバリア性に優れるだけでなく、高い透明性を示すことから透明ガスバリア材のガスバリア層に適用される。透明性、着色およびバリア性能は金属と酸素の組成比により調節する。無機薄膜層の形成方法は、電子線加熱や誘導加熱、抵抗加熱を蒸発手段とした真空蒸着法、スパッタリング法、化学気相法、イオンプレーティング法などを用いることができる。
【００７６】
無機薄膜層の形成前に、プラスチック樹脂基材もしくはポリマー層表面に対しプラズマやイオン処理などの前処理を施しても良い。無機薄膜層の厚さは１０ｎｍから１００ｎｍの範囲内が好ましい。
【００７７】
１０ｎｍ以下では無機薄膜層でポリマー層を完全に覆うことができず十分なガスバリア性能を得ることができない。１００ｎｍ以上では巻取り時にかかる曲げ応力によって無機薄膜層が破損しガスバリア性が低下する恐れがある。透明性や生産コストを考慮すると、２０ｎｍから４０ｎｍの範囲内が最適である。
【００７８】
以下で本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
本発明のガスバリア材およびその製造を実施している真空蒸着装置５の一例を図３に示す。この例では、ポリマー層の硬化方法として電子線を、無機薄膜層の形成方法として電子線加熱による真空蒸着法を適用している。
【００７９】
真空ポンプ６を接続した真空蒸着装置５の内部に、冷却ロール７、巻出しロール８、巻取りロール９を設置する。冷却ロール７の周辺にポリマー層有機物蒸着装置１０、ポリマー層電子線照射装置１１、遮蔽板１２、無機薄膜層蒸着用電子銃１３、坩堝１４、偏向コイル１５、ポリマー層有機物供給装置１６、無機薄膜層酸素供給装置１７を配置する。さらに、ポリマー層有機物蒸着装置１０、ポリマー層電子線照射装置１１、無機薄膜層蒸着用電子銃１３それぞれに真空ポンプ等圧調節装置を接続し、各プロセスに適した真空度に調節することが望ましい。
【００８０】
巻出しロール８にプラスチック樹脂基材の原反を装着し、冷却ロール７を介して巻き取りロール９に至る原反搬送パスを形成する。真空成膜装置５内を真空ポンプ６にて排気し、真空度を１Ｐａ以下とする。
【００８１】
真空到達後、プラスチック樹脂基材上にポリマー層を形成する。ポリマー層有機物供給装置１６からアクリレートとメタクリレート、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレート、メタクリレート、ウレタンアクリレートの混合樹脂溶液を供給し、ポリマー層有機物蒸着装置１０で混合樹脂溶液を蒸発させ、冷却ロール７に接し冷却されたプラスチック樹脂基材上に凝縮させる。ポリマー層は、ポリマー層有機物供給装置１６で混合樹脂溶液の蒸発速度を制御することにより、所定の厚さに形成できる。
【００８２】
この後、ポリマー層電子線照射装置１１にて硬化処理が行われる。本発明では、電子線硬化、紫外線硬化ともに適用できるが、特に電子線硬化による方法は、紫外線硬化による方法に比べ硬化速度が速く、重合開始剤を必要としないという点で優れている。
【００８３】
真空到達後これと前後して、もしくはこの工程を挟んでポリマー層上、もしくは事前に無機薄膜層を形成する。
【００８４】
無機薄膜層蒸着用電子銃１３から電子線を坩堝１４内の蒸着原料に照射し、蒸着原料を蒸気化させる。本発明では、無機薄膜層として酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、インジウムと錫の酸化物およびインジウムとセリウムの酸化物を用いることができるが、特に酸化アルミニウムの真空蒸着による成膜は、成膜速度が速く生産性に優れている。
【００８５】
酸化アルミニウムの場合、真空蒸着の蒸着原料として、金属アルミニウム、酸化アルミニウムのいずれかを選択することが可能である。金属アルミニウムを蒸着原料とした場合、無機薄膜層酸素供給装置１７から酸素を供給し反応蒸着によって酸化アルミニウム層を形成する。
【００８６】
供給する酸素の量は、酸化アルミニウム層の厚さ、酸化度、巻取り速度、真空成膜装置の大きさなどの成膜条件によって異なる。着色、ガスバリア性を考慮し、金属アルミニウムの単位時間あたりの蒸発量に対し酸素供給速度が、酸素／アルミニウムモル換算比で０．１５〜０．７５になるように設定する。
【００８７】
【実施例】
次に詳細な実施例を記載する。
（実施例１）
厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを真空成膜装置５の巻き出しロール８に装着し、真空成膜装置５内を１×１０-1Ｐａまで減圧した。
【００８８】
ポリエチレンテレフタレートフィルムを速度０．５ｍ／秒で冷却ロール７に密着させて走行させた。続いて、トリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）と、エチレングリコールジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ４０ＥＭ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂を、ポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
【００８９】
ポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。無機薄膜層蒸着用電子銃１３に１５ｋＷの電力を供給して電子線を発生させ、蒸着材料であるアルミニウムに照射して蒸発させた。この時アルミニウムの酸化剤として酸素をアルミニウム蒸発速度に対してモル比で０．４の割合で無機薄膜層酸素供給装置１７から導入してアルミニウムと反応させ、厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【００９０】
（実施例２１）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー（共栄社化学株式会社製 ＵＡ−３０６Ｈ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂を、ポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
ポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。実施例１と同様の方法で厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【００９１】
（実施例２）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とエチレングリコールジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ４０ＥＭ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー（共栄社化学株式会社製 ＵＡ−３０６Ｈ）をモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂に置換した。混合樹脂溶液をポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
次いでポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。実施例１と同様の方法で厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【００９２】
（実施例３）
実施例１のガスバリア層を酸化ケイ素に置換した。トリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とエチレングリコールジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ４０ＥＭ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂を、ポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
次いでポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。無機薄膜層蒸着用電子銃１３に１５ｋＷの電力を供給して電子線を発生させ、蒸着材料である一酸化ケイ素（ＳｉＯ）に照射して蒸発、厚さ４０ｎｍの酸化ケイ素層を形成した。
【００９３】
（実施例４）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とエチレングリコールジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ４０ＥＭ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー（共栄社化学株式会社製 ＵＡ−３０６Ｈ）をモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂に置換した。混合樹脂溶液をポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
次いでポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。実施例３と同様の方法で厚さ４０ｎｍの酸化ケイ素層を形成した。
【００９４】
（実施例２２）
実施例２１のガスバリア層を酸化ケイ素に置換した。トリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製 ３ＥＧ−Ａ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー（共栄社化学株式会社製 ＵＡ−３０６Ｈ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂を、ポリマー層有機物供給装置１６、ポリマー層有機物蒸着装置１０を用いて蒸着した。
【００９５】
さらに、ポリマー層電子線照射装置１１を用いて電子線を照射しポリマー層を硬化させた。
次いでポリマー層の上に無機薄膜層を設けた。無機薄膜層蒸着用電子銃１３に１５ｋＷの電力を供給して電子線を発生させ、蒸着材料である一酸化ケイ素（ＳｉＯ）に照射して蒸発、厚さ４０ｎｍの酸化ケイ素層を形成した。
【００９６】
（比較例１）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。
【００９７】
（比較例２）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比２０対８０の割合で混合した樹脂に置換した。
【００９８】
（比較例３）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比２０対３０対５０の割合で混合した樹脂に置換した。
【００９９】
（比較例４）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比５０対２０対３０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１００】
（比較例５）
実施例１の樹脂をラウリルアクリレート（共栄社化学株式会社製 Ｌ−Ａ）とエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０１】
（比較例６）
実施例１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとポリエチレングリコール＃２００ジエポキシメタクリレート（共栄社化学株式会社製 ２００ＥＡ）をモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
比較例１から６では、電子線照射によりポリマー層が硬化した場合のみに、実施例１と同様の方法で厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【０１０２】
（比較例７）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。
【０１０３】
（比較例８）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比２０対８０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０４】
（比較例９）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比２０対３０対５０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０５】
（比較例１０）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比５０対２０対３０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０６】
（比較例１１）
実施例３の樹脂をラウリルアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１０７】
（比較例１２）
実施例３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとポリエチレングリコール＃２００ジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
比較例７から１２では、電子線照射によりポリマー層が硬化した場合のみに、実施例３と同様の方法で厚さ４０ｎｍの酸化ケイ素層を形成した。
【０１０８】
〔混合性の評価方法〕
アクリレート、メタクリレートおよびウレタン系アクリレートの混合性を目視にて判断した。
【０１０９】
〔塗工性の評価方法〕
混合樹脂溶液のプラスチック樹脂基材上への塗工性を目視で判断した。
【０１１０】
〔硬化性の評価方法〕
電子線照射によるポリマー層の硬化の可否、タック残留性を、巻取りによってポリマー層に接触するプラスチック樹脂基材への混合樹脂溶液の付着、粘着性で判断した。
【０１１１】
〔ガスバリア性の評価方法〕
酸素および水蒸気のガス透過度を用い、ポリマー層または無機薄膜層形成後のガスバリア性の評価を行った。
温度３０℃、湿度７０％ＲＨの雰囲気下でＯｘ−ｔｒａｎ １０／５０Ａ酸素透過度測定装置（Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ社製）によって測定し、酸素透過度とした。温度４０℃、湿度９０％ＲＨの雰囲気下でＰｅｒｍａｔｒａｎ ６Ｗ水蒸気透過度測定装置（Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ社製）によって測定し、水蒸気透過度とした。
【０１１２】
表１に混合性、塗工性、硬化性の評価結果、および酸素透過度および水蒸気透過度の測定結果を示す。なお、表中の酸素透過度の単位はｃｃ／ｍ2／ｄａｙ／ａｔｍ、水蒸気透過度の単位はｇ／ｍ2／ｄａｙである。
【０１１３】
【表１】
比較例１および７は、ポリマー層の塗工性、硬化性いずれも良好であったが、アクリレートのみからなるポリマー層を形成しても十分な酸素および水蒸気バリア性を得ることができない。
【０１１５】
比較例２および８に示すように、メタクリレートの混合比率が多くなると樹脂の硬化性がやや低下するが、その後の無機薄膜層の形成には差し支えなかった。ガスバリア性はメタクリレートの比率が少ない樹脂をポリマー層とした場合に比べ悪くなっている。特に水蒸気バリア性は、ポリマー層の１成分である４０ＥＭが構造中に２つ水酸基を含有するメタクリレートを用いた場合には大幅に悪化している。
【０１１６】
比較例３および９は、範囲外の混合比率では、継続して攪拌を行っても白濁し混合できなかった。
【０１１７】
比較例４および１０は、範囲外の混合比率では、混合可能ではあったが混合樹脂溶液の粘度が非常に高く、プラスチック樹脂基材を完全に覆うように塗工することができなかった。
【０１１８】
比較例５および１１に示すように、アクリレート成分として単官能アクリレートのみを使用した場合、混合性、塗工性は非常に良好であるが、硬化後のポリマー層表面にタックが残留し使用に十分な硬度を得ることができなかった。
【０１１９】
比較例６および１２に示すように、実施例１および３のメタクリレート成分を構造類似のアクリレートに置換した場合、混合性、塗工性、硬化性は良好であったが十分なガスバリア性をもつガスバリア材を得ることができなかった。
【０１２０】
実施例１から４に示すように、アクリレートとメタクリレート、あるいはアクリレート、メタクリレート、ウレタン系アクリレートの混合性、混合樹脂溶液の塗工性、硬化性は非常に良好であった。また、これらの混合樹脂溶液からなるポリマー層を形成することによって、高度なガスバリア性を有する透明ガスバリア材を得ることができる。
【０１２１】
（比較例２１）
実施例２１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比３０対７０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２２】
（比較例２２）
実施例２の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比２０対３０対５０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２３】
（比較例２３）
実施例２１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比５０対２０対３０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２４】
（比較例２４）
実施例２１の樹脂をラウリルアクリレート（共栄社化学株式会社製 Ｌ−Ａ）とペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
比較例１および２１から２４では、電子線照射によりポリマー層が硬化した場合のみに、実験例１と同様の方法で厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム層を形成した。
【０１２５】
（比較例２５）
実施例２１の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比３０対７０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２６】
（比較例２６）
実施例２３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比２０対３０対５０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２７】
（比較例２７）
実施例２２の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートトとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーとエチレングリコールジエポキシメタクリレーをモル比５０対２０対３０の割合で混合した樹脂に置換した。
【０１２８】
（比較例２８）
実施例２３の樹脂をラウリルアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂に置換した。
また、比較例１および２２から２７に示すように、アクリレートは塗工性、硬化性いずれも良好であったが、アクリレートのみからなるポリマー層を形成しても十分な酸素および水蒸気バリア性を得ることができない。
【０１２９】
比較例２１および２５に示すように、ウレタン系アクリレートの混合比率が多くなると長時間攪拌しても混合できなかった。
【０１３０】
比較例２２および２６に示すように、範囲外の混合比率では、長時間攪拌しても混合できなかった。
【０１３１】
比較例２３および２７に示すように、範囲外の混合比率では、混合可能ではあったが混合樹脂溶液の粘度が非常に高く、プラスチック樹脂基材を完全に覆うように塗工することができなかった。
【０１３２】
比較例２４および２８に示すように、アクリレート成分として単官能アクリレートのみを使用した場合、混合性、塗工性は非常に良好であるが、硬化後のポリマー層表面にタックが残留し使用に十分な硬度を得ることができなかった。
【０１３３】
実施例２、４、２１、２２に示すように、範囲では、アクリレートとウレタン系アクリレート、あるいはアクリレート、ウレタン系アクリレート、メタクリレートの混合性、混合樹脂溶液の塗工性、硬化性は非常に良好であった。
【０１３４】
また、これらの混合樹脂溶液からなるポリマー層を形成することによって、高度なガスバリア性を有する透明ガスバリア材を得ることができる。
【０１３５】
（実施例５）
実施例１と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１３６】
（実施例６）
実施例５と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１３７】
（実施例２３）
実施例２１と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層を形成した。
次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例２１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１３８】
（実施例２４）
実施例２３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例２１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１３９】
（実施例７）
実施例２と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例５と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１４０】
（実施例８）
実施例７と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１４１】
（実施例９）
実施例３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１４２】
（実施例１０）
実施例９と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１４３】
（実施例２５）
実施例２２と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。
【０１４４】
次いで酸化ケイ素層の上に、実施例２１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１４５】
（実施例２６）
実施例２５と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例２１と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１４６】
（実施例１１）
実施例４と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、実施例５と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１４７】
（実施例１２）
実施例１１と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１４８】
（比較例１３）
実施例５の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例５と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、トリエチレングリコールジアクリレートからなるポリマー層を設けた。
【０１４９】
（比較例１４）
実施例６の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例６と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１５０】
（比較例１５）
実施例７の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、トリエチレングリコールジアクリレートからなるポリマー層を設けた。
【０１５１】
（比較例１６）
実施例１０の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例９と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１５２】
各積層体の酸素および水蒸気透過速度を表２に示す。ポリマー層と無機薄膜層を複数積層させることによりガスバリア性は向上するが、実施例５から１２に示すように、アクリレートとメタクリレート、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレートとメタクリレート、ウレタン系アクリレートの混合物からなるポリマー層を形成したとき、非常に高いガスバリア性を示すガスバリア材を得ることができる。
【０１５３】
【表２】
（実施例１３）
実施例１と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートと、エチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１５５】
（実施例１４）
実施例１３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１５６】
（実施例２７）
実施例２１と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、実施例２１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１５７】
（実施例２８）
実施例２７と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例２１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１５８】
（実施例１５）
実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。次いで、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１５９】
（実施例１６）
実施例１５と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を設けた。
【０１６０】
（実施例１７）
実施例３と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートと、エチレングリコールジエポキシメタクリレートをモル比８０対２０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１６１】
（実施例１８）
実施例１７と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例３と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１６２】
（実施例２９）
実施例２２と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対２０で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１６３】
（実施例３０）
実施例２９と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例２２と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１６４】
（実施例１９）
実施例３と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にポリマー層、酸化ケイ素層を形成した。次いで、実施例１と同様の方法でトリエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジエポキシメタクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーをモル比８０対１０対１０の割合で混合した樹脂からなるポリマー層を設けた。
【０１６５】
（実施例２０）
実施例１９と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いで、最上部のポリマー層の上に、実施例３と同様の方法で酸化ケイ素層を設けた。
【０１６６】
（比較例１７）
実施例１３の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例１と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層を形成した。次いで酸化アルミニウム層の上に、トリエチレングリコールジアクリレートからなるポリマー層を設けた。
【０１６７】
（比較例１８）
実施例１４の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例１４と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化アルミニウム層、ポリマー層の順で形成した。次いでポリマー層の上に、実施例１と同様の方法で酸化アルミニウム層を形成した。
【０１６８】
（比較例１９）
実施例１７の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例３と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層を形成した。次いで酸化ケイ素層の上に、トリエチレングリコールジアクリレートからなるポリマー層を設けた。
【０１６９】
（比較例２０）
実施例１８の樹脂をトリエチレングリコールジアクリレートに置換した。実施例１８と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に酸化ケイ素層、ポリマー層の順で形成した。次いでポリマー層の上に、実施例３と同様の方法で酸化ケイ素層を形成した。
【０１７０】
【表３】
各積層体の酸素および水蒸気透過速度を表３に示す。プラスチック樹脂基材上に、表２と同様に、無機薄膜層、ポリマー層の順序で複数積層させることによりガスバリア性は向上する。特に、実施例１３から２０に示すように、アクリレートとメタクリレート、もしくはアクリレートとメタクリレート、ウレタン系アクリレートの混合物からなるポリマー層を形成したとき、非常に高いガスバリア性を示すガスバリア材を得ることができる。
【０１７２】
また、実施例７、８、１１、１２、１５、１６、２２から３０に示すように、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレートとウレタン系アクリレート、メタクリレートの混合物からなるポリマー層を形成したとき、非常に高いガスバリア性を示すガスバリア材を得ることができる。
【０１７３】
【発明の効果】
本発明の透明ガスバリア材は、ある特徴を有するアクリレートとメタクリレート、アクリレートとウレタン系アクリレート、もしくはアクリレート、メタクリレートおよびウレタン系アクリレートの混合樹脂から成るポリマー層を設けることにより、酸素、水蒸気ともに高度なガスバリア性を有することができる。ポリマー層と無機薄膜層を複数積層させることによりさらに高度なガスバリア性を持たせることが可能である。また、ポリマー層と無機薄膜層の形成を同一真空装置内で連続的に行うことにより、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により得られるガスバリア材の構成を説明する模式図である。
【図２】アクリレート、メタクリレートおよびウレタンアクリレートの三成分系三角図である。図中斜線部が本発明で適用される混合比率の範囲である。
【図３】本発明のガスバリア材の作製に関わる真空成膜装置を説明する模式図である。
【符号の説明】
１…透明ガスバリア材
２…プラスチック樹脂基材
３…ポリマー層
４…無機薄膜層
５…真空成膜装置
６…真空ポンプ
７…冷却ロール
８…巻出しロール
９…巻取りロール
１０…ポリマー層有機物蒸着装置
１１…ポリマー層電子線照射装置
１２…遮蔽板
１３…無機薄膜層蒸着用電子銃
１４…坩堝
１５…偏向コイル
１６…ポリマー層有機物供給装置
１７…無機薄膜層酸素供給装置
Claims (17)
- プラスチック樹脂基材上に、２官能以上のアクリレートとメタクリレートの混合物からなる電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーが重合したポリマー層、および無機薄膜層を積層してなり、前記ポリマー層が、２官能以上のアクリレートとメタクリレートの混合比率が、モル比で９５：５から３０：７０の範囲内であることを特徴とする透明ガスバリア材。
- プラスチック樹脂基材上に、２官能以上のアクリレートとウレタン系アクリレートの混合物からなる電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーが重合したポリマー層、および無機薄膜層を積層してなり、前記ポリマー層が、２官能以上のアクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率が、モル比で９５：５から５０：５０の範囲内であることを特徴とする透明ガスバリア材。
- プラスチック樹脂基材上に、アクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの混合物からなる電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーが重合したポリマー層、および無機薄膜層を積層してなり、前記ポリマー層が、アクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率が、モル比で９５：５から５０：５０の範囲内であり、かつそれにさらにメタクリレートをモル比０．１〜２０％の範囲内で添加されていることを特徴とする透明ガスバリア材。
- 前記プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層、無機薄膜層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材。
- 前記プラスチック樹脂基材上に、無機薄膜層、ポリマー層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材。
- 前記プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層、無機薄膜層、ポリマー層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材。
- 前記プラスチック樹脂基材上に、無機薄膜層、ポリマー層、無機薄膜層の順に積層されていることを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材。
- 前記プラスチック樹脂基材上に、ポリマー層と無機薄膜層の順に交互に複数層設けたことを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材。
- 前記プラスチック樹脂基材上に、無機薄膜層とポリマー層の順に交互に複数層設けたことを特徴とする請求項１、２、３何れか記載の透明ガスバリア材。
- 最上層がポリマー層からなることを特徴とする請求項８または９記載の透明ガスバリア材。
- 最上層が無機薄膜層からなることを特徴とする請求項８または９記載の透明ガスバリア材。
- 前記ポリマー層が、アクリレートとメタクリレートとウレタン系アクリレートの混合比率が、三成分系三角図においてモル比９４．９：５．０：０．１、７９．１：４．２：１６．７、２５：５８．３：１６．７および３０：６９．９：０．１で囲まれる範囲内である請求項３記載の透明ガスバリア材。
- 前記ポリマー層を構成する混合樹脂溶液が２５℃において６００ｍＰａ・ｓ以下の粘度を示である請求項１〜１２何れか記載の透明ガスバリア材。
- 前記無機薄膜層が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、インジウムと錫の酸化物およびインジウムとセリウムの酸化物からなることを特徴とする請求項１〜１３いずれかに記載の透明ガスバリア材。
- ポリマー層が、電子線もしくは紫外線硬化性モノマーおよび／またはオリゴマーのみを重合させて形成されることを特徴とする請求項１〜１４いずれかに記載の透明ガスバリア材の製造方法。
- 請求項１〜１４いずれかに記載されているポリマー層および無機薄膜層が、巻き取り式によって連続的に形成されることを特徴とする透明ガスバリア材の製造方法。
- 請求項１〜１４いずれかに記載されているポリマー層および無機薄膜層が、同一真空装置内で大気に曝されることなく連続的に形成されることを特徴とする透明ガスバリア材の製造方法。
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