JP7543690B2 - LAMINATE, MANUFACTURING METHOD FOR LAMINATE, AND ORGANIC ELEMENT - Google Patents
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Description
本発明は、高いガスバリア性が必要とされる材料などに使用される積層体に関する。 The present invention relates to a laminate that is used for materials that require high gas barrier properties.
フィルム基材の表面に、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理気相成長法(PVD法)、または、プラズマ化学気相成長法、熱化学気相成長法、光化学気相成長法等の化学気相成長法(CVD法)等を利用して、無機物(無機酸化物を含む)の蒸着層を形成してなるガスバリア性フィルムは、水蒸気や酸素などの各種ガスの遮断を必要とする食品や医薬品などの包装材および電子ペーパー、太陽電池などの電子デバイス部材として用いられており、それらの部材において、水蒸気透過度で5.0×10-3g/(m2・24hr・atm)以下の高いガスバリア性が求められている。 Gas barrier films obtained by forming a vapor-deposited layer of an inorganic substance (including an inorganic oxide) on the surface of a film substrate using a physical vapor deposition method (PVD method) such as vacuum deposition, sputtering or ion plating, or a chemical vapor deposition method (CVD method) such as plasma enhanced chemical vapor deposition, thermal chemical vapor deposition or photochemical vapor deposition, are used as packaging materials for foods, medicines and the like that require the blocking of various gases such as water vapor and oxygen, and as components for electronic devices such as electronic paper and solar cells, and these components are required to have high gas barrier properties with a water vapor transmission rate of 5.0 × 10 -3 g/( m2 ·24hr·atm) or less.
高いガスバリア性を満たす方法の1つとして、有機層と無機層を交互に多層積層させることで、穴埋め効果により欠陥の発生を防止したガスバリア性フィルム(特許文献1)や、ZnOとSiO2を主成分とするターゲットを用いてスパッタリングすることで、ZnO-SiO2系膜をフィルム基材上に形成したガスバリア性フィルム(特許文献2)が提案されている。 As one method for achieving high gas barrier properties, a gas barrier film in which organic and inorganic layers are alternately laminated to prevent the occurrence of defects by a hole-filling effect (Patent Document 1) and a gas barrier film in which a ZnO- SiO2- based film is formed on a film substrate by sputtering using a target mainly composed of ZnO and SiO2 (Patent Document 2) have been proposed.
しかしながら、特許文献1のように有機層と無機層を交互に多層積層させることにより、高いバリア性を発現させることは可能であるが、積層させることから工程数が多くなり高コストとなる問題点があった。また、特許文献2のようにZnOとSiO2を主成分としたガスバリア層を形成する積層体は、ZnOは耐薬品性に乏しくガスバリア層が耐薬品性に乏しくなったり、ガスバリア層の膜厚を薄くすると耐擦傷性に乏しくなり、フィルム搬送や後加工時にキズがつきやすくなったりする問題があった。
However, although it is possible to achieve high barrier properties by alternately laminating organic and inorganic layers in multiple layers as in
本発明の課題は、かかる従来技術の背景に鑑み、シンプルな構成でも高度なガスバリア性を有し、さらに、耐薬品性や耐擦傷性に優れる積層体を提供することである。 In view of the background of the conventional technology, the object of the present invention is to provide a laminate that has high gas barrier properties even with a simple structure, and further has excellent chemical resistance and scratch resistance.
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用する。すなわち、以下である。
(1)基材の少なくとも片面に、ケイ素Si、金属元素Mおよび酸素Oを含むA層を有し、A層の最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が0~0.40である積層体。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
(1) A laminate having a layer A containing silicon Si, a metal element M and oxygen O on at least one surface of a substrate, in which the average atomic concentration (atm %) ratio M/(M+Si) of layer A in a 10 nm thickness from the outermost surface thereof measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0 to 0.40.
本発明によれば、水蒸気に対する高度なガスバリア性と耐薬品性を有する積層体を提供することができる。 The present invention provides a laminate that has high gas barrier properties against water vapor and chemical resistance.
[積層体]
本発明の積層体の好ましい一態様は、基材の少なくとも片面に、ケイ素Si、金属元素Mおよび酸素Oを含むA層を有し、A層の最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が0~0.40である積層体、である。なお、本発明において~は以上、以下を示し、金属元素Mはケイ素Si以外の金属元素であることとする。
[Laminate]
A preferred embodiment of the laminate of the present invention is a laminate having an A layer containing silicon Si, a metal element M and oxygen O on at least one surface of a substrate, and an average atomic concentration (atm %) ratio M/(M+Si) of 0 to 0.40 as measured by X-ray photoelectron spectroscopy in a 10 nm thickness region from the outermost surface of the A layer. In the present invention, "above" to "below" indicate that the metal element M is a metal element other than silicon Si.
A層に含まれる金属元素Mは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、タンタル、亜鉛、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、スズ等が挙げられる。ガスバリア性の観点から、マグネシウム、カルシウム、および亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、蒸着性、光学特性の観点から、マグネシウムであることがさらに好ましい。 The metal element M contained in the A layer may be magnesium, calcium, strontium, scandium, titanium, zirconium, tantalum, zinc, aluminum, gallium, indium, germanium, tin, etc. From the viewpoint of gas barrier properties, it is preferable that it is at least one selected from the group consisting of magnesium, calcium, and zinc, and from the viewpoints of vapor deposition properties and optical properties, it is more preferable that it is magnesium.
A層が酸素を含むとは、X線光電子分光法(XPS)で評価を行った場合に、SiO2膜の換算厚みで、A層最表面から5nmアルゴンイオンエッチングにより層を除去した場所において、酸素原子の含有比率が10.0atm%以上であることを言う。透明性や緻密性などの観点より、酸素原子の含有比率は20.0atm%以上であることが好ましく、40.0atm%以上であることがより好ましい。A層最表面はA層が基材と最も近接する面と反対面のことを指す。 The A layer contains oxygen, and when evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the oxygen atom content is 10.0 atm% or more at a location where a layer is removed by argon ion etching 5 nm from the outermost surface of the A layer in terms of SiO2 film equivalent thickness. From the viewpoint of transparency, denseness, etc., the oxygen atom content is preferably 20.0 atm% or more, and more preferably 40.0 atm% or more. The outermost surface of the A layer refers to the surface opposite to the surface of the A layer closest to the substrate.
A層に含まれるケイ素および金属元素の形態は、酸化物、窒化物、酸化窒化物、炭化物などに限定されないが、非晶質膜を形成することやガスバリア性の観点から、酸化物、窒化物、酸化窒化物および炭化物からなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物として含有されていることが好ましく、酸化物、窒化物、および酸化窒化物からなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物として含有されていることがより好ましい。A層にケイ素、金属元素および酸素を含んでいれば、その他の無機化合物が含まれていても構わない。 The form of the silicon and metal elements contained in layer A is not limited to oxide, nitride, oxynitride, carbide, etc., but from the viewpoint of forming an amorphous film and gas barrier properties, it is preferable that they are contained as at least one compound selected from the group consisting of oxide, nitride, oxynitride, and carbide, and it is more preferable that they are contained as at least one compound selected from the group consisting of oxide, nitride, and oxynitride. As long as layer A contains silicon, metal elements, and oxygen, it does not matter if it contains other inorganic compounds.
なかでも、A層が、酸化マグネシウムおよび酸化ケイ素を含むことがさらに好ましい。酸化マグネシウムと酸化ケイ素を含むことで緻密な複合酸化物膜を形成することができ、ガスバリア性が良好となる。酸化マグネシウムとケイ素が含まれていれば、その他の元素を含んでいても構わない。 It is particularly preferable that layer A contains magnesium oxide and silicon oxide. By containing magnesium oxide and silicon oxide, a dense composite oxide film can be formed, and the gas barrier properties are improved. As long as it contains magnesium oxide and silicon, it may contain other elements.
最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が0~0.40であることが好ましい。なお、A層の最表面からの厚みは、XPSにより評価を行った場合の、SiO2膜のアルゴンイオンエッチングの換算厚みを指す。最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率を求める際は、最表面から厚み10nmの深さまでは5nmずつアルゴンイオンエッチングを行う。つまり、最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率は、最表面から厚み5nmおよび10nmの値の平均値のことである。最表面から厚み10nmの平均原子濃度比率M/(M+Si)が0.40以下であることにより、Si化合物の比率を十分なものとでき耐薬品性や耐擦傷性を向上できる。同様の観点より、最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)は0~0.20がより好ましく、さらに好ましくは0~0.10である。原子濃度比率M/(M+Si)が0~0.40を満足する厚みは表層から厚み10nmよりも厚くてもよい。なお平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)を求めるにあたり、複数の金属元素を含む場合は、各金属元素の平均原子濃度の総和を金属元素Mの平均原子濃度とし、以下同様である。 The average atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) measured by X-ray photoelectron spectroscopy at a thickness of 10 nm from the outermost surface is preferably 0 to 0.40. The thickness of the A layer from the outermost surface refers to the converted thickness of argon ion etching of the SiO 2 film when evaluated by XPS. When determining the average atomic concentration (atm%) ratio measured by X-ray photoelectron spectroscopy at a thickness of 10 nm from the outermost surface, argon ion etching is performed in increments of 5 nm from the outermost surface to a depth of 10 nm. In other words, the average atomic concentration (atm%) ratio measured by X-ray photoelectron spectroscopy at a thickness of 10 nm from the outermost surface is the average value of the values at thicknesses of 5 nm and 10 nm from the outermost surface. By having the average atomic concentration ratio M/(M+Si) at a thickness of 10 nm from the outermost surface be 0.40 or less, the ratio of Si compounds can be made sufficient, and chemical resistance and scratch resistance can be improved. From the same viewpoint, the average atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) measured by X-ray photoelectron spectroscopy in a thickness of 10 nm from the outermost surface is more preferably 0 to 0.20, and even more preferably 0 to 0.10. The thickness at which the atomic concentration ratio M/(M+Si) satisfies 0 to 0.40 may be thicker than 10 nm from the surface. When determining the average atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si), if a plurality of metal elements are included, the sum of the average atomic concentrations of the respective metal elements is taken as the average atomic concentration of the metal element M, and the same applies below.
また、最表面におけるSi化合物の比率を十分なものとし耐薬品性や耐擦傷性を向上させる観点から、前記最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)を求めるにあたり、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、タンタル、亜鉛、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、およびスズの平均原子濃度(atm%)の総和を金属元素Mの平均原子濃度としたときに、最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が0~0.40であることが好ましく、0~0.20であることがより好ましく、0~0.10であることがさらに好ましい。 In addition, from the viewpoint of ensuring a sufficient ratio of Si compounds in the outermost surface and improving chemical resistance and scratch resistance, when determining the average atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) measured by X-ray photoelectron spectroscopy at a thickness of 10 nm from the outermost surface, when the sum of the average atomic concentrations (atm%) of magnesium, calcium, strontium, scandium, titanium, zirconium, tantalum, zinc, aluminum, gallium, indium, germanium, and tin is taken as the average atomic concentration of the metal element M, the average atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) measured by X-ray photoelectron spectroscopy at a thickness of 10 nm from the outermost surface is preferably 0 to 0.40, more preferably 0 to 0.20, and even more preferably 0 to 0.10.
加えて、最表面におけるSi化合物の比率を十分なものとし耐薬品性や耐擦傷性を向上させる観点から、前記最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)を求めるにあたり、マグネシウム、カルシウム、および亜鉛の平均原子濃度(atm%)の総和を金属元素Mの平均原子濃度としたときに、最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が0~0.40であることが好ましく、0~0.20であることがより好ましく、0~0.10であることがさらに好ましい。 In addition, from the viewpoint of ensuring a sufficient ratio of Si compounds in the outermost surface and improving chemical resistance and scratch resistance, when determining the average atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) measured by X-ray photoelectron spectroscopy at a thickness of 10 nm from the outermost surface, when the sum of the average atomic concentrations (atm%) of magnesium, calcium, and zinc is taken as the average atomic concentration of the metal element M, the average atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) measured by X-ray photoelectron spectroscopy at a thickness of 10 nm from the outermost surface is preferably 0 to 0.40, more preferably 0 to 0.20, and even more preferably 0 to 0.10.
さらに、最表面におけるSi化合物の比率を十分なものとし耐薬品性や耐擦傷性を向上させる観点から、前記最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)を求めるにあたり、マグネシウムの平均原子濃度(atm%)の総和を金属元素Mの平均原子濃度としたときに、最表面から厚み10nmのX線光電子分光により測定される平均原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が0~0.40であることが好ましく、0~0.20であることがより好ましく、0~0.10であることがさらに好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of ensuring a sufficient ratio of Si compounds in the outermost surface and improving chemical resistance and scratch resistance, when determining the average atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) measured by X-ray photoelectron spectroscopy at a thickness of 10 nm from the outermost surface, when the sum of the average atomic concentrations (atm%) of magnesium is taken as the average atomic concentration of the metal element M, the average atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) measured by X-ray photoelectron spectroscopy at a thickness of 10 nm from the outermost surface is preferably 0 to 0.40, more preferably 0 to 0.20, and even more preferably 0 to 0.10.
本発明のA層中の厚み方向の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が連続的に傾斜する箇所を含むことが好ましい。連続的に傾斜するとは、A層において、XPSにより金属元素Mおよびケイ素Siの含有比率M/(M+Si)を深さ方向に10nm間隔で求めた値を、a0,a1,a2,a3・・・an(a0はAの最表面側の測定点での値、anは基材付近の値)としたとき、少なくとも連続する3点が下記の式を満たすことを言う。 It is preferable that the A layer of the present invention includes a portion where the atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) in the thickness direction of the A layer continuously slopes. Continuously sloped means that when the content ratio M/(M+Si) of the metal element M and silicon Si in the A layer is determined by XPS at 10 nm intervals in the depth direction, and the values are a0, a1, a2, a3, ... an (a0 is the value at the measurement point on the outermost surface side of A, and an is the value near the substrate), at least three consecutive points satisfy the following formula:
1.2>a(i+1)/ai>1.0
(式中iは、0以上n-1以下の整数を表す)
ここで、基材付近とは、A層最表面から基材方向にアルゴンイオンエッチングしながらXPS組成分析を行い、はじめて金属元素の含有比率が1.0atm%以下となった箇所を界面基準面としたとき、界面基準面からA層最表面側に30nmの箇所を言う。金属元素が複数存在した場合には、それらの原子濃度の合計が1.0atm%以下となった箇所を界面基準面とする。また、基材側にA層に含有する金属元素と同様の金属元素が含まれている場合には、A層中に存在しない元素の原子濃度比率が10atm%を超えた箇所を界面基準面とする。連続的に傾斜する箇所を含むことで欠陥を少なくすることができ、また薄いA層厚みであっても高いバリア性と耐薬品性を得られるため、屈曲性を向上させることができる。同様の観点から、A層中の厚み方向の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)を求めるにあたり、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、タンタル、亜鉛、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、およびスズの平均原子濃度(atm%)の総和を金属元素Mの平均原子濃度としたときにA層中の厚み方向の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が連続的に傾斜する箇所を含むことが好ましい。また、同様の観点から、A層中の厚み方向の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)を求めるにあたり、マグネシウム、カルシウム、および亜鉛の平均原子濃度(atm%)の総和を金属元素Mの平均原子濃度としたときにA層中の厚み方向の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が連続的に傾斜する箇所を含むことが好ましい。加えて、同様の観点から、A層中の厚み方向の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)を求めるにあたり、マグネシウムの平均原子濃度(atm%)の総和を金属元素Mの平均原子濃度としたときにA層中の厚み方向の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が連続的に傾斜する箇所を含むことが好ましい。
1.2>a(i+1)/ai>1.0
(wherein i represents an integer of 0 or more and n-1 or less).
Here, the vicinity of the substrate refers to a point where the content ratio of metal elements becomes 1.0 atm % or less for the first time when XPS composition analysis is performed while argon ion etching is performed from the outermost surface of the A layer toward the substrate, and the point is taken as the interface reference surface. When multiple metal elements are present, the interface reference plane is the point where the total atomic concentration of those elements is 1.0 atm% or less. In addition, when the base material side contains the same metal element as the metal element contained in the A layer, the portion where the atomic concentration ratio of the element not present in the A layer exceeds 10 atm % is set as the interface reference. By including a continuously inclined portion, defects can be reduced, and even with a thin A layer, high barrier properties and chemical resistance can be obtained, which improves flexibility. can. From the same viewpoint, when determining the atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) in the thickness direction of the A layer, the following elements are considered: magnesium, calcium, strontium, scandium, titanium, zirconium, tantalum, zinc, aluminum, gallium, indium, When the sum of the average atomic concentrations (atm %) of germanium and tin is taken as the average atomic concentration of the metal element M, the atomic concentration (atm %) ratio M/(M+Si) in the thickness direction in the A layer continuously slopes. From the same viewpoint, when determining the atomic concentration (atm %) ratio M/(M+Si) in the thickness direction of the A layer, it is preferable to include a portion where the average atomic concentrations (atm %) of magnesium, calcium, and zinc are included. %) is defined as the average atomic concentration of the metal element M, it is preferable that the A layer includes a portion where the atomic concentration (atm %) ratio M/(M+Si) in the thickness direction thereof continuously slopes. In addition, from the same viewpoint, when calculating the atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) in the thickness direction in the A layer, the sum of the average atomic concentrations (atm%) of magnesium is calculated as the average atomic concentration of the metal element M. It is preferable that the A layer includes a portion where the atomic concentration (atm %) ratio M/(M+Si) in the thickness direction of the A layer continuously slopes.
本発明のA層は単一層であることが好ましい。単一層であることで、シンプルな構成でも欠陥が少なくバリア性が高い、そして耐薬品性が良好な積層体を得ることが可能となる。ここで層とは、厚み方向に向かって、隣接する部位と区別可能な境界面を有し、かつ有限の厚みを有する部位を指す。それらは透過型電子顕微鏡(TEM)による断面観察により、区別することが出来る。より具体的には、前記積層体の断面をTEMにて断面観察した際、不連続な境界面の有無により区別されるものを指す。組成が変わっていても、その間に前述の境界面がない場合には、1つの層として取り扱う。また、シンプルな構成でも欠陥が少なくバリア性が高い、そして耐薬品性が良好な積層体を得る観点から、最表面から厚み10nmの箇所とA層中のそれ以外の箇所における構成元素が同一であることが好ましい。断面観察は例えば、以下のような方法を取ることができる。断面観察用サンプルをマイクロサンプリングシステム((株)日立製作所製 FB-2000A)を使用してFIB法により(具体的には「高分子表面加工学」(岩森暁著)p.118~119に記載の方法に基づいて)作製する。透過型電子顕微鏡((株)日立製作所製 H-9000UHRII)により、加速電圧300kVとして、20万倍で観察用サンプルの断面を観察する。
It is preferable that the A layer of the present invention is a single layer. By being a single layer, it is possible to obtain a laminate with few defects, high barrier properties, and good chemical resistance even with a simple structure. Here, the layer refers to a part that has a boundary surface that can be distinguished from adjacent parts in the thickness direction and has a finite thickness. They can be distinguished by cross-sectional observation with a transmission electron microscope (TEM). More specifically, when the cross section of the laminate is observed with a TEM, it refers to a part that is distinguished by the presence or absence of a discontinuous boundary surface. Even if the composition changes, if there is no boundary surface between them, it is treated as one layer. In addition, from the viewpoint of obtaining a laminate with few defects, high barrier properties, and good chemical resistance even with a simple structure, it is preferable that the constituent elements in the
本発明のA層中の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)について、最表面付近の原子濃度比率MAと基材付近の原子濃度比率MBがMA<MBの関係となることが好ましい。最表面付近とは、XPSにより評価を行った場合の、アルゴンイオンエッチングのSiO2換算厚みにおいて、最表面から5nmの箇所を言う。また、基材付近とは、前述のとおりである。最表面付近の原子濃度比率MAと基材付近の原子濃度比率MBがMA<MBであることにより、ガスバリア性や耐薬品性をともにより良いものとすることができる。同様の観点から、本発明のA層中の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)について、最表面付近の原子濃度比率MAと基材付近の原子濃度比率MBを求めるにあたり、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、タンタル、亜鉛、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、およびスズの平均原子濃度(atm%)の総和を金属元素Mの平均原子濃度としたときに、MA<MBの関係となることが好ましい。また、同様の観点から、本発明のA層中の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)について、最表面付近の原子濃度比率MAと基材付近の原子濃度比率MBを求めるにあたり、マグネシウム、カルシウム、および亜鉛の平均原子濃度(atm%)の総和を金属元素Mの平均原子濃度としたときに、MA<MBの関係となることが好ましい。加えて、本発明のA層中の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)について、最表面付近の原子濃度比率MAと基材付近の原子濃度比率MBを求めるにあたり、マグネシウムの平均原子濃度(atm%)の総和を金属元素Mの平均原子濃度としたときに、MA<MBの関係となることが好ましい。
Regarding the atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) in the A layer of the present invention, it is preferable that the atomic concentration ratio M A near the outermost surface and the atomic concentration ratio M B near the substrate satisfy the relationship M A < M B. The term "near the outermost surface" refers to a
本発明のA層は、陽電子ビーム法(薄膜対応陽電子消滅寿命測定法)(「陽電子計測の科学」(日本アイソトープ協会)I章1節,V章2節参照)により測定される平均寿命が0.935ns以下であることが好ましい。陽電子ビーム法は、陽電子消滅寿命測定法の一つであり、陽電子が試料に入射してから消滅するまでの時間(数百ps~数十nsオーダー)を測定し、その消滅寿命から約0.1~10nmの空孔の大きさ、数濃度、さらには大きさの分布に関する情報を非破壊的に評価する手法である。陽電子線源として放射性同位体(22Na)の代わりに陽電子ビームを用いる点が、通常の陽電子消滅法と大きく異なり、シリコンや石英基板上に製膜された数百nm厚程度の薄膜の測定を可能とした手法である。得られた測定値から非線形最小二乗プログラムPOSITRONFITにより、平均細孔半径や細孔の数濃度を求めることが出来る。サブnmオーダーの細孔や基本骨格に対応するものは、第3成分および第4成分の平均寿命を解析することで得られる。
The A layer of the present invention preferably has an average lifetime of 0.935 ns or less as measured by the positron beam method (thin film positron annihilation lifetime measurement method) (see Chapter I,
ここで、第3成分とは、陽電子ビーム法による平均寿命の測定条件として3成分に対する解析を選択することにより得られた平均寿命をいい、第4成分とは、陽電子ビーム法による平均寿命の測定条件として4成分に対する解析を選択することにより得られた平均寿命をいう。POSITRONFITにより解析をする際には、逆ラプラス変換法に基づく分布解析プログラムCONTINを用いて算出した細孔半径分布曲線で得られたピーク数から、POSITRONFITの成分数を決定する。POSITRONFITから算出した平均細孔半径とCONTINの細孔半径分布曲線のピーク位置が一致していることで、解析が妥当であることを判断する。本発明でいう平均寿命は、第3成分の平均寿命のことを指す。 Here, the third component refers to the average life obtained by selecting an analysis for three components as the measurement conditions for the average life by the positron beam method, and the fourth component refers to the average life obtained by selecting an analysis for four components as the measurement conditions for the average life by the positron beam method. When performing an analysis using POSITRONFIT, the number of components in POSITRONFIT is determined from the number of peaks obtained in the pore radius distribution curve calculated using the distribution analysis program CONTIN based on the inverse Laplace transform method. The validity of the analysis is determined by the agreement between the average pore radius calculated by POSITRONFIT and the peak position of the pore radius distribution curve of CONTIN. The average life in this invention refers to the average life of the third component.
平均寿命が0.935ns以下であることにより、A層が緻密であり、高いガスバリア性を発現することができる。ガスバリア性の観点から、陽電子ビーム法により測定される平均寿命は0.912ns以下であることが好ましく、0.863ns以下がより好ましい。また、平均寿命の下限は特に限定されないが、0.542ns以上であることが好ましい。平均寿命が0.542ns以上であることにより屈曲性を十分なものとすることができる。 By having an average lifespan of 0.935 ns or less, the A layer is dense and can exhibit high gas barrier properties. From the viewpoint of gas barrier properties, the average lifespan measured by the positron beam method is preferably 0.912 ns or less, and more preferably 0.863 ns or less. In addition, the lower limit of the average lifespan is not particularly limited, but it is preferably 0.542 ns or more. By having an average lifespan of 0.542 ns or more, sufficient flexibility can be achieved.
本発明で規定する、A層の陽電子ビーム法により測定される平均寿命が0.935ns以下とするためには、例えば算術平均粗さRaが3.0nm以下の基材上に、複合酸化物膜を適した組成比率で緻密に形成することにより達成される。ここでいう緻密に形成するとは、それぞれの酸化物が原子レベルで混ざり合い緻密なネットワークを形成している状態をいう。 In order to achieve the average lifetime of 0.935 ns or less of layer A measured by the positron beam method as specified in the present invention, this can be achieved by densely forming a complex oxide film with an appropriate composition ratio on a substrate having an arithmetic mean roughness Ra of 3.0 nm or less. "Densely formed" here refers to a state in which the oxides are mixed at the atomic level to form a dense network.
本発明のA層の厚み方向における平均組成について、マグネシウム(Mg)原子濃度が5~50(atm%)、ケイ素(Si)原子濃度が2~30(atm%)、酸素(O)原子濃度が45~70(atm%)の積層体であることが好ましい。A層の厚み方向における平均組成は、XPSにてA層最表面からSiO2換算厚みで5nmずつ基材方向にアルゴンイオンエッチングしながら組成分析を行った時に、最表面から基材付近の組成比率を平均したもののことを言う。 The average composition in the thickness direction of the A layer of the present invention is preferably a laminate having a magnesium (Mg) atomic concentration of 5 to 50 (atm%), a silicon (Si) atomic concentration of 2 to 30 (atm%), and an oxygen (O) atomic concentration of 45 to 70 (atm%). The average composition in the thickness direction of the A layer refers to the average composition ratio from the outermost surface to the vicinity of the substrate when a composition analysis is performed by XPS while argon ion etching in SiO2 equivalent thicknesses of 5 nm from the outermost surface of the A layer toward the substrate.
A層の厚み方向における平均組成について、結晶層になりクラックが入りやすくなることを抑制する観点からマグネシウム原子濃度が50atm%以下、および/またはケイ素原子濃度が2atm%以上であることが好ましい。 Regarding the average composition in the thickness direction of layer A, it is preferable that the magnesium atomic concentration is 50 atomic % or less and/or the silicon atomic concentration is 2 atomic % or more in order to prevent the layer from becoming a crystalline layer and being prone to cracking.
A層の厚み方向における平均組成について、A層中のシリケート結合の割合を十分なものとし、緻密性を向上させてガスバリア性を発現する観点からマグネシウム原子濃度が5atm%以上、および/またはケイ素原子濃度が30atm%以下であることが好ましい。シリケート結合とは、ケイ素(Si)と金属(M)の酸素(O)を介した結合であり、Si-O-Mと記載することができる。 With regard to the average composition in the thickness direction of layer A, in order to ensure a sufficient proportion of silicate bonds in layer A and to improve density and exhibit gas barrier properties, it is preferable that the magnesium atom concentration is 5 atm% or more and/or the silicon atom concentration is 30 atm% or less. A silicate bond is a bond between silicon (Si) and metal (M) via oxygen (O), and can be written as Si-O-M.
A層の厚み方向における平均組成について、マグネシウムやケイ素が酸化不足となり光線透過率が低下することを抑制する観点から、酸素原子濃度が45atm%以上であることが好ましい。また、酸素が過剰に取り込まれ空隙や欠陥が増加することを抑制し、ガスバリア性を発現する観点から、酸素原子濃度が70atm%以下であることが好ましい。 With regard to the average composition in the thickness direction of layer A, in order to prevent magnesium and silicon from being insufficiently oxidized, which would result in a decrease in light transmittance, it is preferable that the oxygen atomic concentration is 45 atm% or more. In addition, in order to prevent excessive oxygen from being taken in, which would result in an increase in voids and defects, and to exhibit gas barrier properties, it is preferable that the oxygen atomic concentration is 70 atm% or less.
上記観点から、本発明のA層の厚み方向における平均組成について、マグネシウム原子濃度が8~35(atm%)、ケイ素原子濃度が6~25(atm%)、酸素原子濃度が50~65(atm%)であることがより好ましく、マグネシウム原子濃度が15~30(atm%)、ケイ素原子濃度が8~20(atm%)、酸素原子濃度が50~65(atm%)であることがさらに好ましい。 From the above viewpoints, it is more preferable that the average composition in the thickness direction of Layer A of the present invention is such that the magnesium atomic concentration is 8 to 35 (atm%), the silicon atomic concentration is 6 to 25 (atm%), and the oxygen atomic concentration is 50 to 65 (atm%), and even more preferable that the magnesium atomic concentration is 15 to 30 (atm%), the silicon atomic concentration is 8 to 20 (atm%), and the oxygen atomic concentration is 50 to 65 (atm%).
本発明のA層の厚み方向における平均組成について、マグネシウム(Mg)原子とケイ素(Si)原子の原子濃度(atm%)比率Mg/(Mg+Si)が、0.30~0.75の積層体であることが好ましい。 The average composition in the thickness direction of Layer A of the present invention is preferably a laminate in which the atomic concentration (atm%) ratio Mg/(Mg+Si) of magnesium (Mg) atoms to silicon (Si) atoms is 0.30 to 0.75.
A層の厚み方向における平均組成について、原子濃度(atm%)比率が、Mg/(Mg+Si)≧0.30であることにより、A層中のシリケート結合の割合を十分なものとし、緻密性を向上させてガスバリア性を発現することができる。原子濃度(atm%)比率がMg/(Mg+Si)≦0.70であることにより、A層中に結晶部が存在することを抑制し、クラックが入りやすくなることを抑えることができる。同様の観点より、原子濃度(atm%)比率Mg/(Mg+Si)は0.35~0.70がより好ましく、0.40~0.65がさらに好ましい。 For the average composition in the thickness direction of the A layer, when the atomic concentration (atm%) ratio is Mg/(Mg+Si) ≧ 0.30, the proportion of silicate bonds in the A layer is sufficient, and the density is improved to exhibit gas barrier properties. When the atomic concentration (atm%) ratio is Mg/(Mg+Si) ≦ 0.70, the presence of crystal parts in the A layer is suppressed, and the tendency for cracks to occur is suppressed. From the same perspective, the atomic concentration (atm%) ratio Mg/(Mg+Si) is more preferably 0.35 to 0.70, and even more preferably 0.40 to 0.65.
[A層の製造方法]
A層の形成方法については、特に限定はなく、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、原子層堆積法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができる。製造コスト、環境負荷、ガスバリア性等の観点から、真空蒸着法を用いることが好ましい。化合物蒸着を行う観点より真空蒸着法の中でも電子線(EB)蒸着、イオンビームアシスト蒸着(IBAD)を用いることがさらに好ましい。
[Method of manufacturing A layer]
The method for forming the A layer is not particularly limited, and may be a vacuum deposition method, a sputtering method, a reactive sputtering method, a molecular beam epitaxy method, a cluster ion beam method, an ion plating method, an atomic layer deposition method, a plasma polymerization method, an atmospheric pressure plasma polymerization method, a plasma CVD method, a laser CVD method, a thermal CVD method, a coating method, or the like. From the viewpoint of manufacturing cost, environmental load, gas barrier properties, etc., it is preferable to use a vacuum deposition method. From the viewpoint of compound deposition, it is more preferable to use electron beam (EB) deposition or ion beam assisted deposition (IBAD) among the vacuum deposition methods.
A層中の厚み方向の原子濃度(atm%)比率M/(M+Si)が連続的に傾斜する構成を形成する方法として、本発明における積層体の製造方法として、真空蒸着法により蒸発材料の配置を基材の搬送方向に複数材料を配置する方法やスパッタリング法により基材の搬送方向に組成比率の異なる複数のスパッタ電極を配置する方法を好ましく挙げることができる。本方法を取ることで、効率よくかつ緻密なA層を形成することができる。 As a method for forming a structure in which the atomic concentration (atm%) ratio M/(M+Si) in the thickness direction in the A layer continuously grades, preferred examples of the manufacturing method for the laminate in the present invention include a method in which the evaporation materials are arranged in the transport direction of the substrate by a vacuum deposition method, and a method in which multiple sputter electrodes with different composition ratios are arranged in the transport direction of the substrate by a sputtering method. By using this method, an A layer can be formed efficiently and densely.
真空蒸着法を用いた場合の巻き取り式蒸着装置(図3)によるA層の形成方法の一例を示す。電子線(EB)蒸着法により、基材1の表面にA層として、材料BとCの化合物薄膜を設ける。まず、蒸着材料として、2~5mm程度の大きさの顆粒状の材料Bと材料Cを図4のように配置する。蒸着材料は顆粒に限らず、角形やタブレット型などの成形体などの形状のものを用いてもよい。また、蒸着源材料の配置として、A層が所望の膜構造となるように、材料Bと材料Cの配置比率や2材料を予め混合した材料を用いたりしても構わない。また、蒸着材料が吸湿していると材料中の水分がA層中に取り込まれ、所望の膜組成や物性が得られなくなる可能性があることから、材料を使用前に加熱による脱水処理を行うことが好ましい。巻き取り室5の中で、巻き出しロール6に前記基材1のA層を設ける側の面がハースライナー11に対向するようにセットし、巻き出し、ガイドロール7,8,9を介して、メインドラム10に通す。次に、真空ポンプにより、蒸着装置4内を減圧し、5.0×10-3Pa以下を得る。到達真空度は5.0×10-3Pa以下が好ましい。到達真空度は5.0×10-3Paより大きいと残留ガスがA層中に取り込まれ、所望の膜組成や物性が得られなくなる可能性がある。メインドラム10の温度は一例として、-10℃に設定する。基材の熱負けを防ぐ観点から、20℃以下が好ましく、より好ましくは0℃以下である。次に、加熱源として一台の電子銃(以下、EB銃)13を用い、EB銃は加速電圧10kVとし、形成するA層の厚みが200nm程度となるように、加速電流とフィルム搬送速度を調整し、前記基材1の表面上にA層を形成する。その後、ガイドロール15,16,17を介して巻き取りロール18に巻き取る。
An example of a method for forming the A layer by a winding type deposition apparatus (FIG. 3) using a vacuum deposition method is shown. A compound thin film of materials B and C is provided as the A layer on the surface of the
[A層の厚み]
本発明におけるA層の厚みは、XPSよる評価で求めることが出来る。具体的には、A層最表面からSiO2換算厚みで5nmずつ基材方向にアルゴンイオンエッチングしていき、はじめて金属元素の含有比率が1.0atm%以下となった箇所を界面基準面としたとき、界面基準面からA層最表面の厚みをA層の厚みとする。金属元素が複数存在した場合には、それらの原子濃度の合計が1.0atm%以下となった箇所を界面基準面とする。また、基材側にA層に含有する金属元素と同様の金属元素が含まれている場合には、A層中に存在しない元素の原子濃度比率が10atm%を超えた箇所を界面基準面とする。
[Thickness of layer A]
The thickness of the A layer in the present invention can be obtained by evaluation using XPS. Specifically, argon ion etching is performed from the top surface of the A layer in SiO2 equivalent thicknesses of 5 nm each toward the substrate, and the thickness of the A layer from the top surface of the A layer is taken as the thickness of the A layer when the first location where the content ratio of the metal element becomes 1.0 atm% or less is taken as the interface reference plane. When multiple metal elements are present, the interface reference plane is taken as the location where the total atomic concentration of the metal elements becomes 1.0 atm% or less. In addition, when the substrate side contains the same metal element as the metal element contained in the A layer, the interface reference plane is taken as the location where the atomic concentration ratio of the element not present in the A layer exceeds 10 atm%.
A層の厚みは20nm以上が好ましく、500nm以下が好ましい。厚みが20nm以上であることにより層として形成されない領域が発生してガスバリア性が確保できなくなることを抑制できる。また、A層の厚みが500nm以下であることによりクラックが入りやすくなったりすることを抑制でき、耐屈曲性や延伸性も向上することができる。上記観点から、A層の厚みは30nm以上300nm以下であることがより好ましい。 The thickness of layer A is preferably 20 nm or more, and preferably 500 nm or less. A thickness of 20 nm or more can prevent the generation of areas that are not formed as a layer, which can prevent the gas barrier properties from being lost. Furthermore, a thickness of layer A of 500 nm or less can prevent the layer from easily cracking, and can also improve flex resistance and stretchability. From the above viewpoints, it is more preferable that the thickness of layer A is 30 nm or more and 300 nm or less.
[基材]
本発明に用いられる基材は、柔軟性を確保する観点からフィルム形態を有することが好ましい。フィルムの構成としては、単層フィルム、または2層以上の、例えば、共押し出し法で製膜したフィルムであってもよい。フィルムの種類としては、無延伸、一軸延伸あるいは二軸延伸フィルム等を使用してもよい。
[Substrate]
The substrate used in the present invention is preferably in the form of a film in order to ensure flexibility. The film may be a single-layer film or a film having two or more layers, for example, a film formed by a co-extrusion method. The type of film may be a non-stretched film, a uniaxially stretched film, or a biaxially stretched film.
本発明に用いられる基材の素材は特に限定されないが、有機高分子を主たる構成成分とするものであることが好ましい。本発明に好適に用いることができる有機高分子としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の結晶性ポリオレフィン、環状構造を有する非晶性環状ポリオレフィン、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等のポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレン酢酸ビニル共重合体のケン化物、ポリアクリロニトリル、ポリアセタール等の各種ポリマーなどを挙げることができる。これらの中でも、透明性や汎用性、機械特性に優れた環状ポリオレフィンまたはポリエチレンテレフタレートを用いることが好ましい。また、前記有機高分子は、単独重合体、共重合体のいずれでもよいし、有機高分子として1種類のみを用いてもよいし、複数種類をブレンドして用いてもよい。 The material of the substrate used in the present invention is not particularly limited, but it is preferable that the substrate is mainly composed of an organic polymer. Examples of organic polymers that can be suitably used in the present invention include crystalline polyolefins such as polyethylene and polypropylene, amorphous cyclic polyolefins having a cyclic structure, polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyamides, polycarbonates, polystyrene, polyvinyl alcohol, saponified ethylene-vinyl acetate copolymers, polyacrylonitrile, polyacetal, and various other polymers. Among these, it is preferable to use cyclic polyolefins or polyethylene terephthalate, which have excellent transparency, versatility, and mechanical properties. In addition, the organic polymer may be either a homopolymer or a copolymer, and only one type of organic polymer may be used, or multiple types may be blended.
基材のA層を形成する側の表面には、密着性や平滑性を良くするためにコロナ処理、プラズマ処理、紫外線処理、イオンボンバード処理、溶剤処理、有機物もしくは無機物またはそれらの混合物で構成されるアンカーコート層の形成処理、等の前処理が施されていてもよい。また、A層を形成する側の反対側には、基材の巻き取り時の滑り性の向上や基材の耐擦傷性を目的として、有機物や無機物あるいはこれらの混合物のコーティング層が積層されていてもよい。 The surface of the substrate on which the A layer is formed may be pretreated to improve adhesion and smoothness by corona treatment, plasma treatment, ultraviolet treatment, ion bombardment treatment, solvent treatment, or treatment to form an anchor coat layer composed of an organic or inorganic substance or a mixture of these. In addition, a coating layer of an organic or inorganic substance or a mixture of these may be laminated on the side opposite to the side on which the A layer is formed, in order to improve the slipperiness of the substrate when it is wound up and to improve the scratch resistance of the substrate.
本発明に使用する基材の厚みは特に限定されないが、柔軟性を確保する観点から500μm以下が好ましく、引張りや衝撃に対する強度を確保する観点から5μm以上が好ましい。さらに、フィルムの加工やハンドリングの容易性から基材の厚みは10μm以上、150μm以下がより好ましい。 The thickness of the substrate used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 500 μm or less from the viewpoint of ensuring flexibility, and is preferably 5 μm or more from the viewpoint of ensuring strength against tension and impact. Furthermore, from the viewpoint of ease of processing and handling of the film, the thickness of the substrate is more preferably 10 μm or more and 150 μm or less.
[アンカーコート層]
本発明の積層体は、アンカーコート層を有していても良い。前記アンカーコート層は、一方の面が前記基材と接し、他方の面が前記A層と接していることが好ましい。さらにアンカーコート層は、芳香族環構造を有するポリウレタン化合物を架橋して得られる構造を含んでいることがより好ましい。基材上に突起や傷などの欠点が存在する場合、前記欠点を起点に基材上に積層するA層にもピンホールやクラックが発生してガスバリア性や耐屈曲性が損なわれる場合があるため、アンカーコート層を設けることが好ましい。また、基材とA層との熱寸法安定性差が大きい場合もガスバリア性や屈曲性が低下する場合があるため、アンカーコート層を設けることが好ましい。また、本発明に用いられるアンカーコート層は、熱寸法安定性、耐屈曲性の観点から芳香族環構造を有するポリウレタン化合物を架橋して得られる構造を含有することが好ましく、さらに、エチレン性不飽和化合物、光重合開始剤、有機ケイ素化合物および/または無機ケイ素化合物を含有することがより好ましい。
[Anchor coat layer]
The laminate of the present invention may have an anchor coat layer. It is preferable that one surface of the anchor coat layer is in contact with the substrate, and the other surface is in contact with the A layer. Furthermore, it is more preferable that the anchor coat layer contains a structure obtained by crosslinking a polyurethane compound having an aromatic ring structure. When defects such as protrusions or scratches exist on the substrate, pinholes or cracks may occur in the A layer laminated on the substrate starting from the defects, which may impair gas barrier properties and bending resistance, so it is preferable to provide an anchor coat layer. In addition, when the difference in thermal dimensional stability between the substrate and the A layer is large, gas barrier properties and bending resistance may also decrease, so it is preferable to provide an anchor coat layer. In addition, the anchor coat layer used in the present invention preferably contains a structure obtained by crosslinking a polyurethane compound having an aromatic ring structure from the viewpoint of thermal dimensional stability and bending resistance, and more preferably contains an ethylenically unsaturated compound, a photopolymerization initiator, an organic silicon compound and/or an inorganic silicon compound.
本発明の積層体のA層に用いられる芳香族環構造を有するポリウレタン化合物は、主鎖あるいは側鎖に芳香族環およびウレタン結合を有するものであり、例えば、分子内に水酸基と芳香族環とを有するエポキシ(メタ)アクリレート、ジオール化合物、ジイソシアネート化合物とを重合させて得ることができる。 The polyurethane compound having an aromatic ring structure used in layer A of the laminate of the present invention has an aromatic ring and a urethane bond in the main chain or side chain, and can be obtained, for example, by polymerizing an epoxy (meth)acrylate having a hydroxyl group and an aromatic ring in the molecule, a diol compound, or a diisocyanate compound.
分子内に水酸基と芳香族環とを有するエポキシ(メタ)アクリレートとしては、ビスフェノールA型、水添ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、水添ビスフェノールF型、レゾルシン、ヒドロキノン等の芳香族グリコールのジエポキシ化合物と(メタ)アクリル酸誘導体とを反応させて得ることができる。 Epoxy (meth)acrylates having a hydroxyl group and an aromatic ring in the molecule can be obtained by reacting a diepoxy compound of an aromatic glycol such as bisphenol A type, hydrogenated bisphenol A type, bisphenol F type, hydrogenated bisphenol F type, resorcin, or hydroquinone with a (meth)acrylic acid derivative.
ジオール化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、2,4-ジメチル-2-エチルヘキサン-1,3-ジオール、ネオペンチルグリコール、2-エチル-2-ブチル-1,3-プロパンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,2-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、2,2,4,4-テトラメチル-1,3-シクロブタンジオール、4,4’-チオジフェノール、ビスフェノールA、4,4’-メチレンジフェノール、4,4’-(2-ノルボルニリデン)ジフェノール、4,4’-ジヒドロキシビフェノール、o-,m-,およびp-ジヒドロキシベンゼン、4,4’-イソプロピリデンフェノール、4,4’-イソプロピリデンビンジオール、シクロペンタン-1,2-ジオール、シクロヘキサン-1,2-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、ビスフェノールAなどを用いることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用して用いることができる。 Examples of diol compounds include ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, 2,4-dimethyl-2-ethylhexane-1,3-diol, neopentyl glycol, 2-ethyl-2-butyl-1,3-propanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, and 1,2-cyclohexane. Dimethanol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 2,2,4,4-tetramethyl-1,3-cyclobutanediol, 4,4'-thiodiphenol, bisphenol A, 4,4'-methylenediphenol, 4,4'-(2-norbornylidene)diphenol, 4,4'-dihydroxybiphenol, o-, m-, and p-dihydroxybenzene, 4,4'-isopropylidenephenol, 4,4'-isopropylidenebindiol, cyclopentane-1,2-diol, cyclohexane-1,2-diol, cyclohexane-1,4-diol, bisphenol A, and the like can be used. These can be used alone or in combination of two or more.
ジイソシアネート化合物としては、例えば、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、2,4-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4-ジフェニルメタンジイソシアネート等の芳香族系ジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、リジントリイソシアネート等の脂肪族系ジイソシアネート化合物、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4-ジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート等の脂環族系イソシアネート化合物、キシレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香脂肪族系イソシアネート化合物等が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用して用いることができる。 Examples of diisocyanate compounds include aromatic diisocyanates such as 1,3-phenylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 2,4-diphenylmethane diisocyanate, and 4,4-diphenylmethane diisocyanate, ethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate. Examples of such compounds include aliphatic diisocyanate compounds such as 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, lysine diisocyanate, and lysine triisocyanate; alicyclic isocyanate compounds such as isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4-diisocyanate, and methylcyclohexylene diisocyanate; and aromatic aliphatic isocyanate compounds such as xylylene diisocyanate and tetramethylxylylene diisocyanate. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
前記分子内に水酸基と芳香族環とを有するエポキシ(メタ)アクリレート、ジオール化合物、ジイソシアネート化合物の成分比率は所望の重量平均分子量になる範囲であれば特に限定されない。本発明における芳香族環構造を有するポリウレタン化合物の重量平均分子量(Mw)は、5,000~100,000であることが好ましい。重量平均分子量(Mw)が5,000~100,000であれば、得られる硬化皮膜の熱寸法安定性、耐屈曲性が優れるため好ましい。なお、本発明における重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法を用いて測定され標準ポリスチレンで換算された値である。 The ratio of the components of the epoxy (meth)acrylate having a hydroxyl group and an aromatic ring in the molecule, the diol compound, and the diisocyanate compound is not particularly limited as long as it is within the range that results in the desired weight average molecular weight. The weight average molecular weight (Mw) of the polyurethane compound having an aromatic ring structure in the present invention is preferably 5,000 to 100,000. If the weight average molecular weight (Mw) is 5,000 to 100,000, the resulting cured film has excellent thermal dimensional stability and bending resistance, which is preferable. The weight average molecular weight (Mw) in the present invention is a value measured using gel permeation chromatography and converted into standard polystyrene.
エチレン性不飽和化合物としては、例えば、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート、ビスフェノールA型エポキシジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールF型エポキシジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールS型エポキシジ(メタ)アクリレート等のエポキシアクリレート等を挙げられる。これらの中でも、熱寸法安定性、表面保護性能に優れた多官能(メタ)アクリレートが好ましい。また、これらは単一の組成で用いてもよいし、二成分以上を混合して使用してもよい。 Examples of ethylenically unsaturated compounds include di(meth)acrylates such as 1,4-butanediol di(meth)acrylate and 1,6-hexanediol di(meth)acrylate, polyfunctional (meth)acrylates such as pentaerythritol tri(meth)acrylate, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol penta(meth)acrylate, and dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, and epoxy acrylates such as bisphenol A type epoxy di(meth)acrylate, bisphenol F type epoxy di(meth)acrylate, and bisphenol S type epoxy di(meth)acrylate. Among these, polyfunctional (meth)acrylates that have excellent thermal dimensional stability and surface protection performance are preferred. These may be used in a single composition or in a mixture of two or more components.
エチレン性不飽和化合物の含有量は特に限定されないが、熱寸法安定性、表面保護性能の観点から、芳香族環構造を有するポリウレタン化合物との合計量100質量%中、5~90質量%の範囲であることが好ましく、10~80質量%の範囲であることがより好ましい。 The amount of the ethylenically unsaturated compound is not particularly limited, but from the viewpoint of thermal dimensional stability and surface protection performance, it is preferably in the range of 5 to 90% by mass, and more preferably in the range of 10 to 80% by mass, out of a total amount of 100% by mass including the polyurethane compound having an aromatic ring structure.
光重合開始剤としては、本発明の積層体のガスバリア性および耐屈曲性を保持することができれば素材は特に限定されない。本発明に好適に用いることができる光重合開始剤としては、例えば、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、1-ヒドロキシ-シクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、2-ヒロドキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン-1、2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン等のアルキルフェノン系光重合開始剤、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキシド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシド等のアシルホスフィンオキシド系光重合開始剤、ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム等のチタノセン系光重合開始剤、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-,2-(O-ベンゾイルオキシム)]等オキシムエステル構造を持つ光重合開始剤等が挙げられる。 There are no particular limitations on the material of the photopolymerization initiator as long as it can maintain the gas barrier properties and flex resistance of the laminate of the present invention. Examples of photopolymerization initiators that can be suitably used in the present invention include 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 1-hydroxy-cyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one, 1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, 2-hydroxy-1-{4-[4-(2-hydroxy-2-methyl-propionyl)-benzyl]phenyl}-2-methyl-propan-1-one, phenyl glyoxylic acid methyl ester, 2-methyl-1-(4-methylthiophenyl)-2-morpholinopropan-1-one, and 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl). Examples of such photopolymerization initiators include alkylphenone-based photopolymerization initiators such as -butanone-1,2-(dimethylamino)-2-[(4-methylphenyl)methyl]-1-[4-(4-morpholinyl)phenyl]-1-butanone, acylphosphine oxide-based photopolymerization initiators such as 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide and bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphine oxide, titanocene-based photopolymerization initiators such as bis(η5-2,4-cyclopentadiene-1-yl)-bis(2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)-phenyl)titanium, and photopolymerization initiators having an oxime ester structure such as 1,2-octanedione, 1-[4-(phenylthio)-, 2-(O-benzoyloxime)], etc.
これらの中でも、硬化性、表面保護性能の観点から、1-ヒドロキシ-シクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキシド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシドから選ばれる光重合開始剤が好ましい。また、これらは単一の組成で用いてもよいし、二成分以上を混合して使用してもよい。 Among these, from the viewpoint of curability and surface protection performance, photopolymerization initiators selected from 1-hydroxy-cyclohexyl phenyl ketone, 2-methyl-1-(4-methylthiophenyl)-2-morpholinopropan-1-one, 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide, and bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphine oxide are preferred. These may be used in a single composition or in a mixture of two or more components.
光重合開始剤の含有量は特に限定されないが、硬化性、表面保護性能の観点から、重合性成分の合計量中、0.01~10質量%の範囲であることが好ましく、0.1~5質量%の範囲であることがより好ましい。 The amount of the photopolymerization initiator is not particularly limited, but from the viewpoint of curability and surface protection performance, it is preferably in the range of 0.01 to 10 mass% of the total amount of polymerizable components, and more preferably in the range of 0.1 to 5 mass%.
有機ケイ素化合物としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。 Examples of organosilicon compounds include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, and 3-isocyanatopropyltriethoxysilane.
これらの中でも、硬化性、活性エネルギー線照射による重合活性の観点から、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランおよびビニルトリエトキシシランからなる群より選ばれる少なくとも1つの有機ケイ素化合物が好ましい。また、これらは単一の組成で用いてもよいし、二成分以上を混合して使用してもよい。 Among these, from the viewpoint of curability and polymerization activity by irradiation with active energy rays, at least one organosilicon compound selected from the group consisting of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, and vinyltriethoxysilane is preferred. These may be used in a single composition or in a mixture of two or more components.
有機ケイ素化合物の含有量は特に限定されないが、硬化性、表面保護性能の観点から、重合性成分の合計量中、0.01~10質量%の範囲であることが好ましく、0.1~5質量%の範囲であることがより好ましい。 The amount of the organosilicon compound is not particularly limited, but from the viewpoint of curability and surface protection performance, it is preferably in the range of 0.01 to 10 mass % of the total amount of polymerizable components, and more preferably in the range of 0.1 to 5 mass %.
無機ケイ素化合物としては、表面保護性能、透明性の観点からシリカ粒子が好ましく、さらにシリカ粒子の一次粒子径が1~300nmの範囲であることが好ましく、5~80nmの範囲であることがより好ましい。なお、ここでいう一次粒子径とは、ガス吸着法により求めた比表面積sを下記の式(1)に適用することで求められる粒子直径dを指す。
d=6/ρs ・・・ (1)
ρ:密度。
As the inorganic silicon compound, silica particles are preferred from the viewpoints of surface protection performance and transparency, and the primary particle size of the silica particles is preferably in the range of 1 to 300 nm, and more preferably in the range of 5 to 80 nm. Note that the primary particle size here refers to the particle diameter d calculated by applying the specific surface area s calculated by a gas adsorption method to the following formula (1):
d=6/ρs... (1)
ρ: density.
アンカーコート層の厚みは、200nm以上、4,000nm以下が好ましく、300nm以上、2,000nm以下がより好ましく、500nm以上、1,000nm以下がさらに好ましい。アンカーコート層の厚みが200nmより薄くなると、基材上に存在する突起や傷などの欠点の悪影響を抑制できない場合がある。アンカーコート層の厚みが4,000nmより厚くなると、アンカーコート層の平滑性が低下して前記アンカーコート層上に積層するA層表面の凹凸形状も大きくなり、積層される蒸着膜が緻密になりにくく、ガスバリア性の向上効果が得られにくくなる場合がある。ここでアンカーコート層の厚みは、透過型電子顕微鏡(TEM)による断面観察画像から測定することが可能である。 The thickness of the anchor coat layer is preferably 200 nm or more and 4,000 nm or less, more preferably 300 nm or more and 2,000 nm or less, and even more preferably 500 nm or more and 1,000 nm or less. If the thickness of the anchor coat layer is thinner than 200 nm, the adverse effects of defects such as protrusions and scratches present on the substrate may not be suppressed. If the thickness of the anchor coat layer is thicker than 4,000 nm, the smoothness of the anchor coat layer decreases and the uneven shape of the surface of the A layer laminated on the anchor coat layer also becomes large, making it difficult for the laminated vapor deposition film to become dense, and the effect of improving the gas barrier property may be difficult to obtain. Here, the thickness of the anchor coat layer can be measured from a cross-sectional observation image obtained by a transmission electron microscope (TEM).
アンカーコート層の算術平均粗さRaは、10nm以下であることが好ましい。Raを10nm以下にすると、アンカーコート層上に均質なA層を形成しやすくなり、ガスバリア性の繰り返し再現性が向上するため好ましい。アンカーコート層の表面のRaが10nmより大きくなると、アンカーコート層上のA層表面の凹凸形状も大きくなり、蒸着膜が緻密になりにくく、ガスバリア性の向上効果が得られにくくなる場合があり、また、凹凸が多い部分で応力集中によるクラックが発生し易いため、ガスバリア性の繰り返し再現性が低下する原因となる場合がある。従って、本発明においては、アンカーコート層のRaを10nm以下にすることが好ましく、より好ましくは5nm以下である。本発明におけるアンカーコート層のRaは、原子間力顕微鏡(AFM)などを用いて測定することができる。 The arithmetic mean roughness Ra of the anchor coat layer is preferably 10 nm or less. When the Ra is 10 nm or less, it is preferable because it is easy to form a homogeneous A layer on the anchor coat layer, and the repeatability and reproducibility of the gas barrier properties is improved. When the Ra of the surface of the anchor coat layer is greater than 10 nm, the uneven shape of the A layer surface on the anchor coat layer also becomes large, making it difficult for the vapor deposition film to become dense, and it may be difficult to obtain the effect of improving the gas barrier properties. In addition, cracks due to stress concentration are likely to occur in parts with many unevenness, which may cause a decrease in the repeatability and reproducibility of the gas barrier properties. Therefore, in the present invention, it is preferable to set the Ra of the anchor coat layer to 10 nm or less, and more preferably 5 nm or less. The Ra of the anchor coat layer in the present invention can be measured using an atomic force microscope (AFM) or the like.
本発明の積層体にアンカーコート層を適用する場合、アンカーコート層を形成する樹脂を含む塗液の塗布手段としては、まず基材上に芳香族環構造を有するポリウレタン化合物を含む塗料を乾燥後の厚みが所望の厚みになるよう固形分濃度を調整し、例えばリバースコート法、グラビアコート法、ロッドコート法、バーコート法、ダイコート法、スプレーコート法、スピンコート法などにより塗布することが好ましい。また、本発明においては、塗工適性の観点から有機溶剤を用いて芳香族環構造を有するポリウレタン化合物を含む塗料を希釈することが好ましい。 When applying an anchor coat layer to the laminate of the present invention, the coating liquid containing the resin that forms the anchor coat layer is preferably applied by first adjusting the solids concentration of a coating material containing a polyurethane compound having an aromatic ring structure on a substrate so that the thickness after drying is the desired thickness, and then applying the coating material by, for example, a reverse coating method, a gravure coating method, a rod coating method, a bar coating method, a die coating method, a spray coating method, a spin coating method, or the like. In addition, in the present invention, it is preferable to dilute the coating material containing a polyurethane compound having an aromatic ring structure with an organic solvent from the viewpoint of coating suitability.
具体的には、キシレン、トルエン、メチルシクロヘキサン、ペンタン、ヘキサンなどの炭化水素系溶剤、ジブチルエーテル、エチルブチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶剤などを用いて、固形分濃度が10質量%以下に希釈して使用することが好ましい。これらの溶剤は、単独あるいは2種以上を混合して用いてもよい。また、アンカーコート層を形成する塗料には、各種の添加剤を必要に応じて配合することができる。例えば、触媒、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤などの安定剤、界面活性剤、レベリング剤、帯電防止剤などを用いることができる。 Specifically, it is preferable to dilute the coating material to a solids concentration of 10% by mass or less using a hydrocarbon solvent such as xylene, toluene, methylcyclohexane, pentane, or hexane, or an ether solvent such as dibutyl ether, ethyl butyl ether, or tetrahydrofuran. These solvents may be used alone or in combination of two or more. In addition, various additives may be blended into the coating material that forms the anchor coat layer as necessary. For example, catalysts, antioxidants, light stabilizers, stabilizers such as ultraviolet absorbers, surfactants, leveling agents, antistatic agents, etc. may be used.
次いで、塗布後の塗膜を乾燥させて希釈溶剤を除去することが好ましい。ここで、乾燥に用いられる熱源としては特に制限は無く、スチームヒーター、電気ヒーター、赤外線ヒーターなど任意の熱源を用いることができる。なお、ガスバリア性向上のため、加熱温度は50~150℃で行うことが好ましい。また、加熱処理時間は数秒~1時間行うことが好ましい。さらに、加熱処理中は温度が一定であってもよく、徐々に温度を変化させてもよい。また、乾燥処理中は湿度を相対湿度で20~90%RHの範囲で調整しながら加熱処理してもよい。前記加熱処理は、大気中もしくは不活性ガスを封入しながら行ってもよい。 Then, it is preferable to dry the coating film after application to remove the diluting solvent. Here, there is no particular restriction on the heat source used for drying, and any heat source such as a steam heater, an electric heater, or an infrared heater can be used. In order to improve gas barrier properties, it is preferable to perform the heating at a temperature of 50 to 150°C. In addition, it is preferable to perform the heating treatment for a period of several seconds to 1 hour. Furthermore, the temperature may be constant during the heating treatment, or the temperature may be gradually changed. In addition, the heating treatment may be performed while adjusting the humidity in the range of 20 to 90% RH in terms of relative humidity during the drying treatment. The heating treatment may be performed in the air or while an inert gas is enclosed.
次に、乾燥後の芳香族環構造を有するポリウレタン化合物を含む塗膜に活性エネルギー線照射処理を施して前記塗膜を架橋させて、アンカーコート層を形成することが好ましい。 Next, it is preferable to perform an active energy ray irradiation treatment on the coating film containing the polyurethane compound having an aromatic ring structure after drying to crosslink the coating film and form an anchor coat layer.
かかる場合に適用する活性エネルギー線としては、アンカーコート層を硬化させることができれば特に制限はないが、汎用性、効率の観点から紫外線処理を用いることが好ましい。紫外線発生源としては、高圧水銀ランプメタルハライドランプ、マイクロ波方式無電極ランプ、低圧水銀ランプ、キセノンランプ等、既知のものを用いることができる。また、活性エネルギー線は、硬化効率の観点から窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で用いることが好ましい。紫外線処理としては、大気圧下または減圧下のどちらでも構わないが、汎用性、生産効率の観点から本発明では大気圧下にて紫外線処理を行うことが好ましい。前記紫外線処理を行う際の酸素濃度は、アンカーコート層の架橋度制御の観点から酸素ガス分圧は1.0%以下が好ましく、0.5%以下がより好ましい。相対湿度は任意でよい。 The active energy rays to be applied in such a case are not particularly limited as long as they can cure the anchor coat layer, but from the viewpoint of versatility and efficiency, it is preferable to use ultraviolet treatment. As the ultraviolet source, known sources such as high-pressure mercury lamps, metal halide lamps, microwave-type electrodeless lamps, low-pressure mercury lamps, xenon lamps, etc. can be used. In addition, from the viewpoint of curing efficiency, it is preferable to use active energy rays under an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. The ultraviolet treatment may be performed either under atmospheric pressure or under reduced pressure, but from the viewpoint of versatility and production efficiency, it is preferable to perform the ultraviolet treatment under atmospheric pressure in the present invention. Regarding the oxygen concentration during the ultraviolet treatment, from the viewpoint of controlling the degree of crosslinking of the anchor coat layer, the oxygen gas partial pressure is preferably 1.0% or less, and more preferably 0.5% or less. The relative humidity may be arbitrary.
紫外線発生源としては、高圧水銀ランプメタルハライドランプ、マイクロ波方式無電極ランプ、低圧水銀ランプ、キセノンランプ等、既知のものを用いることができる。 As a source of ultraviolet light, known sources such as high-pressure mercury lamps, metal halide lamps, microwave electrodeless lamps, low-pressure mercury lamps, xenon lamps, etc. can be used.
紫外線照射の積算光量は0.1~1.0J/cm2であることが好ましく、0.2~0.6J/cm2がより好ましい。前記積算光量が0.1J/cm2以上であれば所望のアンカーコート層の架橋度が得られるため好ましい。また、前記積算光量が1.0J/cm2以下であれば基材へのダメージを少なくすることができるため好ましい。 The cumulative light amount of the ultraviolet irradiation is preferably 0.1 to 1.0 J/ cm2 , and more preferably 0.2 to 0.6 J/ cm2 . If the cumulative light amount is 0.1 J/ cm2 or more, the desired degree of crosslinking of the anchor coat layer can be obtained, which is preferable. Also, if the cumulative light amount is 1.0 J/ cm2 or less, damage to the substrate can be reduced, which is preferable.
[その他の層]
本発明の積層体の最表面の上、つまりA層の上には、ガスバリア性が低下しない範囲で印刷性や粘着層等との密着性の向上等を目的としたオーバーコート層を形成してもよいし、素子等に貼合するための有機高分子化合物からなる粘着層やフィルムをラミネートした積層構成としてもよい。また、光学特性を向上させるための低屈折率層を形成してもよい。なお、ここでいう最表面とは、基材上にA層が積層された後の、A層の表面をいう。
[Other layers]
On the outermost surface of the laminate of the present invention, that is, on the A layer, an overcoat layer may be formed for the purpose of improving printability and adhesion with an adhesive layer, etc., within a range in which the gas barrier property is not reduced, or a laminated structure may be formed in which an adhesive layer or film made of an organic polymer compound is laminated for bonding to an element, etc. Also, a low refractive index layer may be formed to improve optical properties. The outermost surface here refers to the surface of the A layer after the A layer is laminated on the substrate.
[積層体の用途]
本発明の積層体は高いガスバリア性を有するため、ガスバリア性フィルムとして好適に用いることができる。また、本発明の積層体は、様々な有機素子に用いることができる。例えば、太陽電池やフレキシブル回路基材、有機EL照明、フレキシブル有機ELディスプレイのような有機素子に好適に用いることができる。また、高いバリア性を活かして、リチウムイオン電池の外装材や医薬品の包装材料としても好適に用いることができる。
[Applications of the laminate]
The laminate of the present invention has high gas barrier properties and can be suitably used as a gas barrier film. The laminate of the present invention can also be used in various organic elements. For example, the laminate can be suitably used in organic elements such as solar cells, flexible circuit substrates, organic EL lighting, and flexible organic EL displays. In addition, by taking advantage of the high barrier properties, the laminate can also be suitably used as an exterior material for lithium ion batteries and a packaging material for pharmaceuticals.
[有機素子]
本発明の有機素子の好ましい一態様は、上記積層体で封止された有機素子である。本態様とすることで、素子の耐久性が高く、また外観品位に優れる素子とすることができる。
[Organic elements]
A preferred embodiment of the organic element of the present invention is an organic element sealed with the laminate described above. This embodiment makes it possible to provide an element with high durability and excellent appearance quality.
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されるものではない。なお、以下において、実施例1,6は、参考例1,6と読み替えるものとする。
The present invention will be specifically described below based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples. In the following, Examples 1 and 6 should be read as Reference Examples 1 and 6.
[評価方法]
(1)A層の組成、厚み
積層体のA層の組成分析は、X線光電子分光法(XPS)により行った。A層最表面から深さ10nmまでは、アルゴンイオンエッチングによりSiO2換算厚みで5nmずつエッチングおよび組成分析を繰り返し、それ以降は金属元素Mの原子濃度が1.0atm%以下になるまでSiO2換算厚みで5nmずつエッチングおよび組成分析を繰り返した。
分析で使用するピークは、マグネシウムは2s、ケイ素は2p、酸素は1sとした。
[Evaluation method]
(1) Composition and thickness of A layer The composition of A layer of the laminate was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). From the outermost surface of A layer to a depth of 10 nm, etching and composition analysis were repeated in increments of 5 nm in SiO2 equivalent thickness by argon ion etching, and thereafter, etching and composition analysis were repeated in increments of 5 nm in SiO2 equivalent thickness until the atomic concentration of the metal element M became 1.0 atm% or less.
The peaks used in the analysis were 2s for magnesium, 2p for silicon, and 1s for oxygen.
XPSの測定条件は下記の通りとした。
・装置 :PHI5000VersaProbeII(アルバックファイ社製)
・励起X線 :monochromatic AlKα
・分析範囲 :φ100μm
・光電子脱出角度 :45°
・Arイオンエッチング :2.0kV、ラスターサイズ 2×2。
The XPS measurement conditions were as follows.
Apparatus: PHI5000VersaProbeII (ULVAC-PHI, Inc.)
・Excitation X-ray: monochromatic AlKα
Analysis range: φ100μm
・Photoelectron escape angle: 45°
Ar ion etching: 2.0 kV,
(2)水蒸気透過度(g/(m2・24hr・atm))
積層体の水蒸気透過度は、温度40℃、湿度90%RH、測定面積50cm2の条件で、英国、テクノロックス(Technolox)社製の水蒸気透過率測定装置(機種名:“DELTAPERM”(登録商標))を使用して測定した。サンプル数は水準当たり2サンプル行った。2サンプルの測定を行い得たデータを平均し、有効数字2桁とし、当該水準における平均値を求め、その値を水蒸気透過度(g/(m2・24hr・atm))とした。
(2) Water vapor permeability (g/( m2 ·24hr·atm))
The water vapor transmission rate of the laminate was measured using a water vapor transmission rate measuring device (model name: "DELTAPERM" (registered trademark)) manufactured by Technolox, UK, under the conditions of a temperature of 40°C, a
(3)耐薬品性試験
100×100mmの積層体のA層表面に、25℃の環境下でエッチング液(塩化鉄II:27質量%、塩酸:10質量%)を5mL滴下し、10分後にエッチング液を拭き取った後に水蒸気透過度を測定し、以下の基準により評価した。なお、耐薬品性試験前の水蒸気透過度が、測定不可(0.5g/(m2・24hr・atm))以上)のものについては、「評価外」とした。
(3)
○:耐薬品性試験前の水蒸気透過度対比、10倍未満。 ○: Less than 10 times the water vapor permeability before chemical resistance testing.
×:耐薬品性試験前の水蒸気透過度対比、10倍以上。もしくは、耐薬品性試験後の水蒸気透過度が測定不可(0.5g/(m2・24hr・atm))以上)。 ×: 10 times or more the water vapor permeability before the chemical resistance test, or the water vapor permeability after the chemical resistance test is unmeasurable (0.5 g/( m2 ·24 hr·atm)) or more).
(4)陽電子寿命および細孔半径分布
陽電子寿命および細孔半径分布は、陽電子ビーム法(薄膜対応陽電子消滅寿命測定法)により測定を行った。測定するサンプルを15mm×15mm角のSiウェハに貼り付けて室温で真空脱気した後、測定を行った。測定条件は下記のとおりである。
・装置 :フジ・インバック製小型陽電子ビーム発生装置PALS200A
・陽電子線源 :22Naベースの陽電子ビーム
・γ線検出器 :BaF2製シンチレータ+光電子増倍管
・装置定数 :255~278ps,24.55ps/ch
・ビーム強度 :1keV
・測定深さ :0~100nm付近(推定)
・測定温度 :室温
・測定雰囲気 :真空
・測定カウント数 :約5,000,000カウント。
(4) Positron lifetime and pore radius distribution The positron lifetime and pore radius distribution were measured by the positron beam method (thin film positron annihilation lifetime measurement method). The sample to be measured was attached to a 15 mm x 15 mm square Si wafer and degassed in vacuum at room temperature, and then the measurement was performed. The measurement conditions were as follows.
Equipment: Fuji Invac small positron beam generator PALS200A
Positron source: 22Na -based positron beam Gamma ray detector: BaF2 scintillator + photomultiplier tube Instrument constant: 255-278ps, 24.55ps/ch
Beam intensity: 1 keV
Measurement depth: 0 to 100 nm (estimated)
Measurement temperature: room temperature Measurement atmosphere: vacuum Measurement count number: approximately 5,000,000 counts.
測定結果について、非線形最小二乗プログラムPOSITRONFITにより、3成分あるいは4成分解析を行った。 The measurement results were analyzed using the nonlinear least squares program POSITRONFIT for three- or four-component analysis.
(実施例1)
基材として、厚み50μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ株式会社製“ルミラー”(登録商標)U48)を用いた。
(A層の形成)
図3に示す巻き取り式蒸着装置を使用し、電子線(EB)蒸着法により、基材表面に、A層としてMgO+SiO2層を厚み200nm狙いで設けた。
Example 1
As the substrate, a polyethylene terephthalate film having a thickness of 50 μm ("Lumirror" (registered trademark) U48 manufactured by Toray Industries, Inc.) was used.
(Formation of Layer A)
Using the winding type deposition apparatus shown in FIG. 3, a MgO+ SiO bilayer was formed as layer A on the surface of the substrate by electron beam (EB) deposition to a target thickness of 200 nm.
具体的な操作は以下の通りである。まず、蒸着材料として、2~5mm程度の大きさの顆粒状の酸化マグネシウムMgO(純度99.9%)と二酸化ケイ素SiO2(純度99.99%)を事前にそれぞれ100℃、8時間加熱を行った。続いて、それぞれの材料(蒸着材料B:MgO、蒸着材料C:SiO2)を図4のようにカーボン製ハースライナー11にセットした。MgOとSiO2の材料面積比率はMgO:SiO2=2:1となるようにした。巻き取り室5の中で、巻き出しロール6に前記基材1のA層を設ける側の面がハースライナー11に対向するようにセットし、巻き出し、ガイドロール7,8,9を介してメインドラム10に通した。このとき、メインドラムは温度-15℃に制御した。次に、真空ポンプにより、蒸着装置4内を減圧し、5.0×10-3Pa以下を得た。次に、加熱源として一台の電子銃(以下、EB銃)13を用い、MgOとSiO2を均一に加熱した。EB条件は加速電圧10kVなるようにし、前記基材表面上にA層を形成した。また、形成するA層の厚みは、印加電流、フィルム搬送速度により調整した。その後、ガイドロール15,16,17を介して巻き取りロール18に巻き取った。
The specific operation is as follows. First, as the deposition material, granular magnesium oxide MgO (purity 99.9%) and silicon dioxide SiO 2 (purity 99.99%) having a size of about 2 to 5 mm were heated at 100° C. for 8 hours in advance. Then, each material (deposition material B: MgO, deposition material C: SiO 2 ) was set in a
続いて、得られた積層体から試験片を切り出し、各種評価を実施した。結果を表1および2に示す。 Test pieces were then cut from the resulting laminate and various evaluations were carried out. The results are shown in Tables 1 and 2.
(実施例2)
基材として、以下の手順よりアンカーコート層を形成した基材を用いた以外は、実施例1と同様にして積層体を得た。結果を表1および2に示す。
Example 2
A laminate was obtained in the same manner as in Example 1, except that a substrate on which an anchor coat layer was formed by the following procedure was used as the substrate. The results are shown in Tables 1 and 2.
(芳香族環構造を有するポリウレタン化合物の合成)
5リットルの4つ口フラスコに、ビスフェノールAジグリシジルエーテルアクリル酸付加物(共栄社化学社製、商品名:エポキシエステル3000A)を300質量部、酢酸エチル710質量部を入れ、内温60℃になるよう加温した。合成触媒としてジラウリン酸ジ-n-ブチル錫0.2質量部を添加し、攪拌しながらジシクロヘキシルメタン4,4’-ジイソシアネート(東京化成工業社製)200質量部を1時間かけて滴下した。滴下終了後2時間反応を続行し、続いてジエチレングリコール(和光純薬工業社製)25質量部を1時間かけて滴下した。滴下後5時間反応を続行し、重量平均分子量20,000の芳香族環構造を有するポリウレタン化合物を得た。
(Synthesis of Polyurethane Compound Having Aromatic Ring Structure)
In a 5-liter four-neck flask, 300 parts by mass of bisphenol A diglycidyl ether acrylic acid adduct (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd., product name: Epoxy Ester 3000A) and 710 parts by mass of ethyl acetate were placed and heated to an internal temperature of 60°C. 0.2 parts by mass of di-n-butyltin dilaurate was added as a synthesis catalyst, and 200 parts by mass of
(アンカーコート層の形成)
基材として、厚み50μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ株式会社製“ルミラー”(登録商標)U48)を用いた。
(Formation of anchor coat layer)
As the substrate, a polyethylene terephthalate film having a thickness of 50 μm ("Lumirror" (registered trademark) U48 manufactured by Toray Industries, Inc.) was used.
アンカーコート層形成用の塗液として、前記ポリウレタン化合物を150質量部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(共栄社化学社製、商品名:“ライトアクリレート”(登録商標)DPE-6A)を20質量部、1-ヒドロキシ-シクロヘキシルフェニルケトン(BASFジャパン社製、商品名:“IRGACURE”(登録商標)184)を5質量部、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン(信越シリコーン社製、商品名:KBM-503)を3質量部、酢酸エチルを170質量部、トルエンを350質量部、シクロヘキサノンを170質量部配合して塗液を調整した。次いで、塗液を基材上にマイクログラビアコーター(グラビア線番150UR、グラビア回転比100%)で塗布、100℃で1分間乾燥し、乾燥後、下記条件にて紫外線処理を施して厚み1μmのアンカーコート層を設けた。 The coating liquid for forming the anchor coat layer was prepared by mixing 150 parts by weight of the polyurethane compound, 20 parts by weight of dipentaerythritol hexaacrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd., product name: "Light Acrylate" (registered trademark) DPE-6A), 5 parts by weight of 1-hydroxy-cyclohexyl phenyl ketone (manufactured by BASF Japan, product name: "IRGACURE" (registered trademark) 184), 3 parts by weight of 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Silicones, product name: KBM-503), 170 parts by weight of ethyl acetate, 350 parts by weight of toluene, and 170 parts by weight of cyclohexanone. The coating liquid was then applied to the substrate using a microgravure coater (gravure line number 150UR, gravure rotation ratio 100%), dried at 100°C for 1 minute, and after drying, ultraviolet treatment was performed under the following conditions to provide an anchor coat layer with a thickness of 1 μm.
紫外線処理装置:LH10-10Q-G(フュージョンUVシステムズ・ジャパン社製)
導入ガス:N2(窒素イナートBOX)
紫外線発生源:マイクロ波方式無電極ランプ
積算光量:400mJ/cm2
試料温調:室温。
Ultraviolet treatment equipment: LH10-10Q-G (manufactured by Fusion UV Systems Japan)
Introduced gas: N2 (nitrogen inert box)
Ultraviolet light source: Microwave type electrodeless lamp Accumulated light quantity: 400 mJ/ cm2
Sample temperature control: room temperature.
(実施例3)
MgOとSiO2の材料面積比率をMgO:SiO2=3:1とした以外は、実施例2と同様にして積層体を得た。結果を表1および2に示す。
Example 3
A laminate was obtained in the same manner as in Example 2, except that the material area ratio of MgO to SiO2 was set to MgO: SiO2 = 3: 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
(実施例4)
ハースライナー11とメインドラム10間の距離を実施例2の1.5倍とした以外は、実施例2と同様にして積層体を得た。結果を表1および2に示す。
Example 4
A laminate was obtained in the same manner as in Example 2, except that the distance between the
(実施例5)
MgOとSiO2へのEB照射を2:1の時分割比率で照射した以外は、実施例4と同様にして積層体を得た。結果を表1および2に示す。
Example 5
A laminate was obtained in the same manner as in Example 4, except that the EB irradiation to MgO and SiO2 was performed at a time-sharing ratio of 2:1. The results are shown in Tables 1 and 2.
(実施例6)
蒸着材料B,Cを図5のように配置し、MgOとSiO2の材料面積比率をMgO:SiO2=1:2となるようにした以外は、実施例2と同様にして積層体を得た。結果を表1および2に示す。
Example 6
A laminate was obtained in the same manner as in Example 2, except that the deposition materials B and C were arranged as shown in Figure 5 and the material area ratio of MgO to SiO2 was MgO: SiO2 = 1:2. The results are shown in Tables 1 and 2.
(比較例1)
蒸着材料B,Cを図5のように配置し、MgOとSiO2の材料面積比率をMgO:SiO2=2:1となるようにした以外は、実施例2と同様にして積層体を得た。結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 1)
A laminate was obtained in the same manner as in Example 2, except that the deposition materials B and C were arranged as shown in Figure 5 and the material area ratio of MgO to SiO2 was MgO: SiO2 = 2: 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
(比較例2)
MgOとSiO2の材料面積比率をMgO:SiO2=5:1となるようにした以外は、比較例1と同様にして積層体を得た。結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 2)
A laminate was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the material area ratio of MgO to SiO 2 was set to MgO:SiO 2 = 5:1. The results are shown in Tables 1 and 2.
(比較例3)
蒸着材料として、2~5mm程度の大きさの顆粒状の酸化マグネシウムMgO(純度99.9%)を用い、仕切りの無いカーボン製ハースライナー11にセットした以外は、実施例2と同様にして積層体を得た。結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 3)
A laminate was obtained in the same manner as in Example 2, except that granular magnesium oxide (MgO) (purity 99.9%) having a size of about 2 to 5 mm was used as the deposition material and set in a
(比較例4)
蒸着材料として、2~5mm程度の大きさの顆粒状の二酸化ケイ素SiO2(純度99.99%)を用いた以外は、比較例4と同様にして積層体を得た。結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 4)
A laminate was obtained in the same manner as in Comparative Example 4, except that granular silicon dioxide SiO 2 (purity 99.99%) having a size of about 2 to 5 mm was used as the deposition material. The results are shown in Tables 1 and 2.
実施例1~6はガスバリア性が良好でありかつ耐薬品性が良好である。その中でも表面10nmの平均組成M/(M+Si)の値が小さい(Siの比率が大きい)実施例1,2,4,6は耐薬品性による水蒸気バリア性の劣化が小さい。これは表面付近のSiO2濃度が高いことにより耐薬品性に優れた層になっているためである。
Examples 1 to 6 have good gas barrier properties and good chemical resistance. Among them, Examples 1, 2, 4, and 6, which have small average composition M/(M+Si) values in the
一方、比較例1,2,4はA層全体についてMg比率が高いことにより、耐薬品性試験によりA層が消失してしまい水蒸気バリア性は劣化する。また、比較例4はA層全体についてSi比率が高く耐薬品性に優れるため、耐薬品性試験によるA層の消失はないものの緻密性に欠けるため、耐薬品性試験前後のいずれにおいても水蒸気バリア性は発現しない。 On the other hand, in Comparative Examples 1, 2, and 4, the Mg ratio is high throughout the A layer, so that the A layer disappears during the chemical resistance test, and the water vapor barrier properties deteriorate. In Comparative Example 4, the Si ratio is high throughout the A layer, so that the chemical resistance is excellent, and although the A layer does not disappear during the chemical resistance test, the density is lacking, so the water vapor barrier properties are not expressed either before or after the chemical resistance test.
本発明の積層体は、酸素ガス、水蒸気等に対するガスバリア性に優れているため、例えば、食品、医薬品などの包装材および薄型テレビ、太陽電池などの電子デバイス用部材として有用に用いることができるが、用途がこれらに限定されるものではない。 The laminate of the present invention has excellent gas barrier properties against oxygen gas, water vapor, etc., and can be usefully used, for example, as packaging materials for food, medicines, etc., and as components for electronic devices such as flat-screen televisions and solar cells, but its uses are not limited to these.
1 基材
2 A層
3 アンカーコート層
4 巻き取り式電子線(EB)蒸着装置
5 巻き取り室
6 巻き出しロール
7,8,9 巻き出し側ガイドロール
10 メインドラム
11 ハースライナー
12 蒸着材料
13 電子銃
14 電子線
15,16,17 巻き取り側ガイドロール
18 巻き取りロール
19 蒸着材料B
20 蒸着材料C
Reference Signs List 1: Substrate 2: A layer 3: Anchor coat layer 4: Wind-up type electron beam (EB) deposition device 5: Wind-up chamber 6: Unwinding rolls 7, 8, 9: Unwinding side guide roll 10: Main drum 11: Hearth liner 12: Deposition material 13: Electron gun 14:
20 Evaporation material C
Claims (8)
An organic element encapsulated with the laminate according to any one of claims 1 to 6 .
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