JP7377507B2 - ガスバリア性積層フィルム - Google Patents
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Description
外被材に使用される材質としては、成形性の観点から、樹脂、特に熱可塑性樹脂が好ましく、たとえば、ガスバリア性に優れる樹脂の代表例であるエチレン-ビニルアルコール共重合体やポリビニリデンクロライド等が挙げられる。
しかしながら、このような熱可塑性樹脂は、真空断熱材用の外被材に要求されるガスバリア性が不充分であり、得られる真空断熱材の断熱性を長期にわたって維持することが困難であった。このため、外被材のガスバリア性を改良する目的で、アルミニウム等の金属箔を上記熱可塑性樹脂からなるフィルムに積層した外被材が広く使用されている。たとえば、特許文献1には、真空断熱材の外被材として、エチレン-ビニルアルコール共重合体からなるフィルムにアルミニウムを蒸着することによって得られる積層体を含む外被材が記載されている。
しかしながら、エチレンビニルアルコール共重合体は、耐熱性に乏しいため、高温条件下において、酸素バリア性が大きく低下し、また、温度、湿度による寸法変化が大きいため、無機蒸着層の割れにより、水蒸気バリア性能が低下することがあった。
(1)ポリエステルフィルムの少なくとも一方の面に、厚み0.005~0.1μmの金属または酸化物の蒸着膜層を有し、該蒸着膜層上に、無機層状化合物としての粘土鉱物と樹脂としてのポリビニルアルコールまたは多糖類を体積比(無機層状化合物/樹脂)=5/95~90/10で含む厚み0.10~0.30μmのコート層を少なくとも1層有する積層フィルムであって、100℃×0%RH条件下における酸素透過度が0.1~15ml/(m2・day・MPa)であり、40℃×90%RH条件下における水蒸気透過度が0.4~2.0g/(m2・day)であることを特徴とするガスバリア性積層フィルム。
(2)上記(1)記載のガスバリア性積層フィルムを製造するための方法であって、ポリエステルフィルムの少なくとも一方の面に形成された、金属または酸化物の蒸着膜層上に、平均粒子径が800~3000nmの無機層状化合物と樹脂を含むコート層形成用塗工液を塗布し、90~130℃で乾燥熱処理して、コート層を積層することを特徴とするガスバリア性積層フィルムの製造方法。
(3)上記(1)記載のガスバリア性積層フィルムを含む真空断熱材。
本発明のガスバリア性積層フィルムにおいて、基材フィルムはポリエステルフィルムであることが必要である。
基材フィルムを構成するポリエステルとしては、例えば、ポリアルキレンテレフタレート(ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレートなど)、ポリアルキレンナフタレート(ポリエチレン-2,6-ナフタレートなど)などのホモまたはコポリアルキレンアリレート、液晶性ポリエステルなどが挙げられる。
ポリエステルフィルムは、未延伸フィルムであってもよいが、通常、延伸(一軸または二軸)されていることが好ましく、二軸延伸フィルムであることがより好ましい。延伸法としては、例えば、ロール延伸、圧延延伸、ベルト延伸、テンター延伸、チューブ延伸や、これらを組み合わせた延伸などの慣用の延伸法が適用できる。
ポリエステルフィルムの厚みは、実用的には、1~100μmであることが好ましく、5~50μmであることがより好ましく、7~30μmであることがさらに好ましい。
コート層中に含まれる無機層状化合物とは、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造を有している無機化合物をいう。換言すれば、「層状化合物」とは、層状構造を有する化合物ないし物質であり、「層状構造」とは、原子が共有結合等によって強く結合して密に配列した面が、ファンデルワールス力等の弱い結合力によって平行に積み重なった構造をいう。
本発明の積層フィルムのコート層に含まれる無機層状化合物は、粘土鉱物であることが好ましい。粘土鉱物は一般に、シリカの4面体層の上部に、アルミニウムやマグネシウム等を中心金属にした8面体層を有する2層構造よりなるタイプと、シリカの4面体層が、アルミニウムやマグネシウム等を中心金属にした8面体層を両側から挟んだ3層構造よりなるタイプに分類される。前者としてはカオリナイト族、アンチゴライト族等を挙げることができ、後者としては層間カチオンの数によってスメクタイト族、バーミキュライト族、マイカ族等を挙げることができる。具体的には、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト、アンチゴライト、クリソタイル、パイロフィライト、モンモリロナイト、ヘクトライト、テトラシリリックマイカ、ナトリウムテニオライト、白雲母、マーガライト、タルク、バーミキュライト、金雲母、ザンソフィライト、緑泥石等を挙げることができる。
コート層に含まれる樹脂の具体例としては、ポリビニルアルコール(PVA)、ビニルアルコール分率が41モル%以上のエチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アミロース、アミロペクチン、プルラン、カードラン、ザンタン、キチン、キトサン、セルロース、プルラン、キトサンなどのような多糖類、ポリアクリル酸およびそのエステル類、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリベンゼンスルホン酸、ポリベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、そのアンモニウム塩ポリビニルチオール、ポリグリセリンなどが挙げられる。この中でも、コート層に含まれる樹脂は、ポリビニルアルコールまたは多糖類であることが好ましい。
また、本発明のガスバリア性積層フィルムは、常温での酸素バリア性にも優れているものであり、20℃×0%RH条件下における酸素透過度が2.0ml/(m2・day・MPa)以下であることが好ましく、中でも1.5ml/(m2・day・MPa)以下であることが好ましく、さらには、0.8ml/(m2・day・MPa)以下であることが好ましい。
つまり、本発明は、コート層形成用塗工液中に含まれる無機層状化合物として、平均粒子径が比較的大きいものを使用し、かつ、後述する、塗膜を乾燥させる乾燥熱処理を比較的高温で行うことにより、高温条件下で優れた酸素バリア性を発現できるコート層が得られることを見出したものである。
コート層形成用塗工液中の無機層状化合物の平均粒子径が上記範囲であることにより、優れた酸素バリア性を発現する積層フィルムを得ることができる。
コート層形成用塗工液中の無機層状化合物の平均粒子径が上記範囲より小さい場合は、形成されたコート層は、酸素の侵入を十分に阻止できず(迷路効果が得られず)、得られる積層フィルムは、酸素バリア性に劣るものとなる。また、無機層状化合物の表面積が増加して無機層状化合物間の摩擦力が強まるため、コート層形成用塗工液は、粘度上昇を引き起こす。粘度が上昇したコート層形成用塗工液は、塗工斑が発生しやすく、得られる積層フィルムは、特に高温条件下において、優れた酸素バリア性を発現することができない。
一方、コート層形成用塗工液中の無機層状化合物の平均粒子径が上記範囲より大きい場合は、イオン交換処理によりへき開させた無機層状化合物は、コート層中に隙間なく積層することが困難になり、無機層状化合物が積層された隙間から酸素が侵入し、得られる積層フィルムは、酸素バリア性が低いものとなる。
なお、コート層形成用塗工液に含まれる無機層状化合物の平均粒子径を調整するには、無機層状化合物を膨潤・へき開させた分散液を作製する際に、分散器における回転数、時間等を、また高圧分散装置における圧力等を適宜調整することが好ましい。
また、薄膜層とコート層の両層の界面には、両層の接着性向上のため接着層の導入や、コロナ処理を実施してもよい。
得られたガスバリア性積層フィルムについて、モコン社製酸素バリア測定器(OX-TRAN 2/20;JIS K7126-2)を用いて、100℃×0%RH条件下で24時間調湿した後、この条件下において酸素透過度を測定した。また、20℃×0%RH条件下で24時間調湿した後、この条件下において酸素透過度を測定した。単位は、ml/(m2・day・MPa)である。
得られたガスバリア性積層フィルムについて、モコン社製水蒸気バリア測定器(PARMATRN 3/30;JIS K7126-2)を用いて、40℃×90%RH条件下で24時間調湿した後、この条件下において水蒸気透過度を測定した。単位は、g/(m2・day)である。
コート層形成用塗工液中の無機層状化合物について、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD―2200)を用いて測定し、メディアン径(d50)の値を平均粒子径とした。
得られたガスバリア性積層フィルムを23℃、50%RHの環境下に2時間放置してから、走査型電子顕微鏡(SEM)によりフィルム断面観察を行い、コート層の厚みを測定した。
分散器(浅田鉄工社製、デスパMH-2000、羽根径15インチ、回転数900rpm、容器容量3000L)に、イオン交換水(0.7μS/cm以下)と、ポリビニルアルコール(クラレ社製PVA105)とを投入し、攪拌してポリビニルアルコール水溶液を得た。このポリビニルアルコール水溶液に、イオン交換水と2-プロパノールの混合液を添加して攪拌し、ポリビニルアルコール溶液(イオン交換水/2-プロパノール=2/1(質量比))を得た。
得られたポリビニルアルコール溶液に、粒子径が2000nmの無機層状化合物(モンモリロナイト、クニミネ工業社製クニピアRG)を徐々に加え、回転数900rpmで90分間撹拌した。この後、高圧分散装置(スギノマシン社製、スターバースト、HJP-25080SB)を用い、150MPaの圧力で高圧分散処理を行い、平均粒子径が1200nmであり、濃度が2質量%の無機層状化合物と、濃度が3質量%のポリビニルアルコールとを含有するコート層形成用塗工液を調製した。
一方の面に金属の薄膜層を有するポリエステルフィルムとして、アルミニウムの蒸着膜層を有するPETフィルム(東レフィルム加工社製「BR-PET-1012」、12μm)を使用した。イオン交換フィルターを有するイオン交換筒を通してイオン交換処理を行った直後の上記塗工液を、PETフィルムの蒸着膜層上にグラビア塗工し、乾燥熱処理を、温度110℃で5秒間行い、厚み0.2μmのコート層が積層されたガスバリア性積層フィルムを得た。
一方の面に酸化物の薄膜層を有するポリエステルフィルムとして、酸化アルミニウムの蒸着膜層を有するPETフィルム(凸版印刷社製「GL-FILM」、12μm)を使用した以外は、実施例1と同様にして、ガスバリア性積層フィルムを得た。
一方の面に酸化物の薄膜層を有するポリエステルフィルムとして、酸化ケイ素の蒸着膜層を有するPETフィルム(東レフィルム加工社製「1011HG-CX」、12μm)を使用した以外は、実施例1と同様にして、ガスバリア性積層フィルムを得た。
コート層形成用塗工液を調整する際の、分散器における撹拌時間、回転数、高圧分散装置における圧力等を調整し、コート層形成用塗工液中の無機層状化合物の平均粒子径が表1に示すものとなるように変更した以外は、実施例1と同様にして、ガスバリア性積層フィルムを得た。なお、比較例7においては、塗工液塗布後の乾燥熱処理温度を表1に示すものとなるように変更した。また実施例6においては、無機層状化合物として、粒子径が3500nmの無機層状化合物(モンモリロナイト、クニミネ工業社製クニピアRG)を用い、比較例10においては、粒子径が4500nmの無機層状化合物(モンモリロナイト、クニミネ工業社製クニピアRG)を用い、それぞれ、分散器における撹拌時間を調整し、コート層形成用塗工液中の無機層状化合物の平均粒子径が表1に示すものとなるように変更した以外は、実施例1と同様にして、ガスバリア性積層フィルムを得た。
コート層形成用塗工液の塗工量を変更し、コート層の厚みが表1に示すものとなるように変更した以外は、実施例1と同様にして、ガスバリア性積層フィルムを得た。
塗工液塗布後の乾燥熱処理温度を表1に示すものとなるように変更した以外は、実施例1と同様にして、ガスバリア性積層フィルムを得た。
一方の面に金属の薄膜層を有するフィルムとして、エチレン-ビニルアルコール共重合体フィルム(クラレ社製「EF-XL」、12μm)の片面に、バッチ式蒸着設備(日本真空技術社製「EWA-105」)を用いてアルミニウムの蒸着膜層を形成したフィルムを使用し、これにコート層形成用塗工液を塗布することなく、ガスバリア性積層フィルムとして評価した。
一方の面に金属の薄膜層を有するポリエステルフィルムとして、アルミニウムの蒸着膜層を有するPETフィルム(東レフィルム加工社製「BR-PET-1012」、12μm)を使用し、これに、コート層形成用塗工液を塗布することなく、ガスバリア性積層フィルムとして評価した。
基材フィルムとして、いずれの面にも金属の薄膜層が形成されていないPETフィルム(ユニチカ社製エンブレット「PET」、厚み12μm)を使用し、塗工液塗布後の乾燥熱処理温度を表1に示すものに変更した以外は、実施例1と同様にして、ガスバリア性積層フィルムを得た。
一方、比較例1の積層フィルムは、薄膜層を有するが、基材フィルムがEVOHフィルムであり、コート層を有していないため、比較例2の積層フィルムは、基材フィルムがPETフィルムであり、薄膜層を有するが、コート層を有していないため、また比較例5~8および10の積層フィルムは、コート形成用塗工液中の無機層状化合物の平均粒子径が800~3000nmの範囲内にないか、または塗工液塗布後の乾燥熱処理温度が90℃未満であるため、いずれの積層フィルムも、高温条件下の酸素バリア性に劣るものであった。
比較例3~4の積層フィルムは、薄膜層を有していないため、また塗工液塗布後の乾燥熱処理温度が130℃を超えた比較例9の積層フィルムは、基材が寸法変化して蒸着割れが発生したとみられ、いずれの積層フィルムも水蒸気バリア性に劣るものであった。
Claims (3)
- ポリエステルフィルムの少なくとも一方の面に、厚み0.005~0.1μmの金属または酸化物の蒸着膜層を有し、該蒸着膜層上に、無機層状化合物としての粘土鉱物と樹脂としてのポリビニルアルコールまたは多糖類を体積比(無機層状化合物/樹脂)=5/95~90/10で含む厚み0.10~0.30μmのコート層を少なくとも1層有する積層フィルムであって、100℃×0%RH条件下における酸素透過度が0.1~15ml/(m2・day・MPa)であり、40℃×90%RH条件下における水蒸気透過度が0.4~2.0g/(m2・day)であることを特徴とするガスバリア性積層フィルム。
- 請求項1記載のガスバリア性積層フィルムを製造するための方法であって、ポリエステルフィルムの少なくとも一方の面に形成された、金属または酸化物の蒸着膜層上に、平均粒子径が800~3000nmの無機層状化合物と樹脂を含むコート層形成用塗工液を塗布し、90~130℃で乾燥熱処理して、コート層を積層することを特徴とするガスバリア性積層フィルムの製造方法。
- 請求項1記載のガスバリア性積層フィルムを含む真空断熱材。
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