JPH0420383B2

JPH0420383B2 -

Info

Publication number: JPH0420383B2
Application number: JP24207085A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hayashi; Keijiro Inoe
Original assignee: Toyo Metallizing Co Ltd
Current assignee: Toyo Metallizing Co Ltd
Priority date: 1985-10-29
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1992-04-02
Also published as: JPS62101428A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は包装用フイルムに関する。更に詳しくは、ガス遮断性と透明性に優れた包
装用フイルムに関する。［従来の技術］従来、ガス遮断性の優れた包装用フイルムとし
て、プラスチツクフイルムの少なくとも片面に酸
化硅素を蒸着したものが知られている（特公昭53
−12953）。酸化硅素の蒸着フイルムは、ガス遮断
性において、塩化ビニリデン系やポリビニルアル
コール系のコーテイング層を設けたプラスチツク
フイルムより優れたガス遮断性を有している。［発明が解決しようとする問題点］しかし、このような酸化硅素を蒸着した従来の
ガス遮断性包装用フイルムには、次のような問題
があつた。すなわち、ガス遮断性を向上させるた
め蒸着膜厚を厚くしたり、蒸着フイルムが吸湿に
より寸法変化すると酸化硅素層に亀裂やひび割れ
が発生しガス遮断性が著しく低下する。また、可
撓性が十分でなく、蒸着フイルムを折り曲げた
り、延ばしたり、成型したりすると亀裂が発生し
ガス遮断性が低下する問題があつた。本発明の目的は、上記欠点のないもの、すなわ
ち、可撓性があり、吸湿や折り曲げ等によるフイ
ルムの寸法変化によつてもガス遮断性が低下しな
いガス遮断性と透明性に優れた包装用フイルムを
提供することにある。［問題点を解決するための手段］すなわち本発明は、二軸延伸した透明プラスチ
ツクフイルム基体上に、非結晶性の酸化アルミニ
ウム薄層を設けたことを特徴とする包装用フイル
ムである。本発明で用いる二軸延伸した透明プラスチツク
フイルムとは、次の代表的有機重合体を溶液また
は溶融押出後、逐次または同時に、長手方向およ
び幅方向に延伸したものである。代表的有機重合
体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リブテンなどのポリオレフイン、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポ
リエチレン−２，６−ナフタレートなどのポリエ
ステル、ナイロン６、ナイロン12などのポリアミ
ド、芳香族ポリアミド、ポリイミドなどである。
また、これらの共重合体や、他の有機重合体との
共重合体であつても良く、他の有機重合体を含有
するものであつても良い。これらの有機重合体に
公知の添加剤、例えば、帯電防止剤、紫外線吸収
剤、可塑剤、滑剤、着色剤などが添加されていて
も良い。プラスチツクフイルムの延伸倍率は、
個々の有機重合体の機械特性、熱特性などが最適
となるよう、公知の範囲で適宜選択されて良い。
いずれにしても、強度、伸度、熱特性、寸法安定
性などの点で幅方向および、長手方向に延伸され
ることが必要であり、幅方向および長手方向の機
械特性や熱特性が酸化アルミニウムの形成と包装
材料としての適性を備えていることが必要であ
る。本発明のプラスチツクフイルムの光線透過率
は、包装内容物の視認性と美観のため重要であ
り、白色光線での全光線透過率が少なくとも40％
以上、好ましくは60％以上、更に好ましくは70％
以上、最も好ましくは80％以上であることが望ま
しい。着色剤など公知の添加剤は、この範囲内で
添加されるのが良い。本発明の二軸延伸した透明
プラスチツクフイルムは、酸化アルミニウム薄層
の形成に先だち、コロナ放電処理、火炎処理、プ
ラズマ処理、グロー放電処理、粗面化処理などの
表面処理や、公知のアンカーコート処理が施され
ても良く、また、ポリエチレンやポリプロピレン
などの未延伸あるいは一軸延伸された他のプラス
チツクフイルムと積層されていても良い。本発明の透明プラスチツクフイルムの厚さは、
特に制限を受けないが、包装材料としての適性か
ら３〜400μｍの範囲が望ましい。機械強度と可
撓性の点では、更に好ましくは５〜200μｍの範
囲であることが望ましい。かかる二軸延伸された透明プラスチツクフイル
ム基体上に、酸化アルミニウム薄層が形成され
る。本発明でいう酸化アルミニウムとは、AlO、
AI₂O₂、Al₂O₃などのアルミニウムの酸化物であ
り、中でも透明性とガス遮断性の点でAl₂O₃であ
ることが最も望ましい。また、酸化アルミニウム
薄層中に、透明性とガスバリア性を損わない範囲
で10重量％以下程度のアルミニウム、銅、鉄、タ
ングステン、モリブデンなどの金属や、水酸化ア
ルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウ
ム、酸化タングステン、酸化モリブデン、窒化硼
素などの不純物が微量含まれることは許容され
る。また、本発明の酸化アルミニウムは、可撓性
や成型性を発揮するため、非結晶性である必要が
ある。結晶性の酸化アルミニウムが含まれると、
膜厚が厚くなつたり、引つ張りや折り曲げの際、
亀裂が発生する。本発明でいう非結晶性の酸化ア
ルミニウムとは、結晶性の酸化アルミニウムを含
まない酸化アルミニウムをいう。結晶性または非
結晶性の判定は、CuのKα線を用いた通常のＸ線
回折装置で容易に測定できる。たとえば、結晶性
のα−Al₂O₃が含まれていると、回折角2θが43.39
度や57.56度などの位置に明瞭な回折ピークがあ
らわれる。β−Al₂O₃の場合は、回折角2θが66.65
度や33.43度などの位置に回折ピークがあらわれ
る。これらの回折ピークの半価幅から結晶の粒子
サイズを測定することもできる。この他γ−
Al₂O₃、δ−Al₂O₃など他の結晶性酸化アルミニ
ウムについても同様に固有の回折ピークが測定で
きる。非結晶性の酸化アルミニウムの場合は、Ｘ
線回折装置では、特定の回折ピークは測定されな
い。本発明でいう、非結晶性の酸化アルミニウム
とは、Ｘ線回折によつて特定の回折が観測されな
いものである。酸化アルミニウム薄層の厚みは、使用する基体
と目的に合わせて選定されるが、本発明において
は30Å〜5000Åの範囲が望ましく、好ましくは50
Å〜2000Å、更に好ましくは100Å〜1000Åが望
ましい。30Å未満では、特に水蒸気に対する遮断
性が十分でない。5000Å以上では、基体フイルム
が15μｍ以下のように極めて薄い場合にカールが
発生するなど平面性を損う。本発明の酸化アルミニウム薄層としては、光学
的吸収率が小さく、He−Neレザー光（6328Å）
の波長に対する屈折率が1.50〜1.64の範囲にある
ものが好ましい。光学的吸収率は、酸化アルミニウム薄層内の
Al₂O₃の量と対応があり、Al₂O₃が96％以上100
％、更に好ましくは98％以上100％であると極め
て吸収率が低く、透明性の高いものになる。また、Al₂O₃結晶の屈折率は約1.76と高いため、
二軸延伸ポリプロピレン（約1.47）、二軸延伸ポ
リエチレンテレフタレート（約1.64）などのよう
に一般に屈折率の低いプラスチツクフイルムと積
層すると、境界層での反射が生ずるため、透過率
が減少したり、干渉による虹模様が発生する。こ
のため、酸化アルミニウム薄層の屈折率は、プラ
スチツクフイルムとの積層によつても虹模様の発
生がみられない、1.50〜1.64の範囲にあることが
好ましい。酸化アルミニウム薄層の形成方法としては、酸
化アルミニウムの粉末や固形物を真空蒸着、スパ
ツタリング、イオンプレーテイングなど真空析出
法で行なう方法や、アルミニウム金属を酸素ガス
を導入した中でスパツタリング、真空蒸着、イオ
ンプレーテイングにより形成する方法が採用でき
る。中でも、本発明のように非結晶性で、可撓性
があり、屈折率が低く虹模様の発生しにくい酸化
アルミニウム薄層を形成するには、アルミニウム
金属を抵効加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱によ
り溶融蒸発させ、酸素ガスを導入しながら基体に
酸化アルミニウム薄層を形成する、反応性真空蒸
着法が最も適している。第１図に、本発明の包装用フイルムを作成する
ための反応性真空蒸着装置の一例を模式的に示
す。真空容器１内に設置された巻出し軸２より、プ
ラスチツクフイルム５が送り出され、−30〜−５
℃に冷却された冷却ドラム３を経由して、巻き取
り軸４に巻き取られる。この間、冷却ドラム上に
て、高周波誘導加熱電源に接続された蒸発器６内
のアルミニウムが蒸発し、酸素ボンベ１０から、
ガス流量制御装置９を通してマスク７で囲まれた
ガス吹出口８から供給される酸素ガスと反応し
て、プラスチツクフイルム基体５の上に酸化アル
ミニウム薄層が形成される。真空容器内の圧力
は、１×10^-5〜１×10^-2トール、酸素ガスの供給
量は、蒸発器６からのアルミニウムの蒸発量に応
じて調整される。酸化アルミニウムの膜厚はフイ
ルム走行速度により調整される。非結晶性の酸化アルミニウムを形成するには、
基板温度、蒸発速度が重要であり、基板温度が低
く、かつ蒸発速度が大きいほど非結晶性の膜が得
られやすい。非結晶の膜を得るためには、基板温
度を−５℃以下にすることが好ましい。また、酸
化アルミニウム薄層の屈折率は、基板温度、蒸発
速度の他に蒸着中の酸素圧力にも大きく依存す
る。蒸発速度が小さくかつ、酸素圧力が高いほど
屈折率が低い膜が得られる。このため屈折率の調
整は、主として基板温度、蒸発速度、酸素圧力を
調整することによつて行なうことができる。本発明の包装用フイルムは、酸化アルミニウム
薄層を設ける前、あるいは後にプラスチツクフイ
ルム面および／または酸化アルミニウム薄層面
に、ヒートシール性や耐摩耗性を与えるためのコ
ーテイング、押出しラミネーシヨン、他のフイル
ムの積層や、文字、図柄などの印刷を適宜行なう
ことができる。本発明による包装用フイルムは、酸素や水蒸気
に対する遮断性が優れ、かつ透明性が高いため、
内容物の変質を防ぐことができ、かつ透視性の良
い包装材料として、食品、電気部品、繊維製品、
プラスチツク部品等の包装に用いることができ
る。［作用］本発明の包装用フイルムは、ガス遮断性の良い
酸化アルミニウム薄層が非結晶性であるため、基
体の吸湿等による寸法安定性や、引つ張り、折り
曲げや成型による寸法変化に対しても、亀裂の発
生がなく、ガス遮断性が低下しない。また、酸化
アルミニウム層の屈折率が1.50〜1.64と低いた
め、透明プラスチツク基体と積層した場合に、界
面での屈折率の差による反射や干渉が妨げられる
ため、透明性が高くかつ虹模様の発生がない。以下、実施例を用いて説明する。本発明における特性の測定には、次の方法を用
いた。 (イ) 酸素透過率 ASTM Ｄ−3985に準じて、酸素透過率測定
装置（モダンコントロールズ社製、OX−
TRAN100）を用いて測定した。 (ロ) 水蒸気透過率水蒸気透過率測定装置（ハネウエル(株)製、
W825型）を用いて、40℃、100％R.H.の条件
にて測定した。 (ハ) 酸化アルミニウム薄層の組成 ESCAスペクトロメータ（島津製作所(株)製、
ESCA750）を用いて、蒸着膜表面のAl_2pスペ
クトルを測定し、結合エネルギーに対応するピ
ークの積分強度より、金属アルミニウムと酸化
アルミニウムの組成比を算出した。 (ニ) 酸化アルミニウム薄層の結晶性Ｘ線回折装置（理学電機(株)製）を用いて、
CuKα線（Niフイルタ使用）を蒸着膜表面に入
射させ、ゴニオメータで試料とＸ線源を回転さ
せながら、シンチレーシヨンカウンター（理学
電機(株)製）で回折強度を測定した。 (ホ) 酸化アルミニウム薄層の屈折率エリプソメータ（溝尻光学工業(株)、DVA−
36L）を用いて、He−Neレーザ光（波長6328
Å）に対する屈折率を測定した。 (ヘ) 酸化アルミニウム薄層の厚さ酸化アルミニウム薄層の厚さは、予め基板フ
イルムにポリエステル粘着テープ（日東電工
(株)、N031B）を貼り、蒸着した後、この粘着
テープをはがし、蒸着部分と未蒸着部分の段差
をつくる。この段差部を高精度段差測定機（小
坂研究所(株)製、ET−10）にて測定した。 (ト) 引つ張りテスト酸化アルミニウムを蒸着した200mm角のフイ
ルムの両端部の全幅にそれぞれアルミニウム板
を固着し、アルミニウム板の一方を固定し、他
方に10Kgの荷重をかけて、十分間つり下げ、そ
の後、アルミニウム板をとり除いて酸素透過率
および水蒸気透過率を測定した。 (チ) 光線透過率分光光度計（日立製作所(株)製、自記分光光度
計323型）にて、分光透過率を測定し、波長
550nｍでの透過率を光線透過率とした。［実施例］実施例１〜５、比較例１二軸延伸ポリエチレンレフタレートフイルム
（厚さ12μｍ）を幅200nｍ、長さ500ｍのロール状
とし、第１図に示す反応性蒸着装置に装着した。
純度99.9％のアルミニウムを高周波誘導加熱蒸発
器に１Kg充填した後、真空蒸着容器を１×10^-4ト
ールに排気した。冷却ドラムは−20℃に冷却し
た。次いで、まず高周波誘導加熱蒸発器を加熱
し、アルミニウムが毎分5μｍの速度で蒸発する
よう投入電力を設定したのち、ガス流量制御装置
によりガス吹出口から酸素ガスを供給した。酸素
ガスの供給量は真空容器の圧力を見ながら調整し
た。圧力が３×10^-4トール以上では透明な酸化ア
ルミニウムが得られたため、圧力を４×10^-4トー
ルに保つて、フイルムの巻取速度を変え、厚さが
50Å、100Å、500Å、1000Å、5000Åの酸化アル
ミニウム薄層を蒸着した。それぞれを実施例１〜
５とする。未蒸着フイルム（比較例１）と実施例１〜５の
酸素透過率、水蒸気透過率および引つ張りテスト
後の酸素透過率、水蒸気透過率を表１に示す。実施例１〜５は、ESCAによる組成分析の結
果、いずれもAl₂O₃が形成されており、Ｘ線回折
の結果、回折ピークはみられず、全て非結晶性で
あつた。また、それぞれのAl₂O₃膜の屈折率は、表１に
示す。実施例１〜５のいずれのフイルムも干渉による
虹模様の発生もなく、光線透過率は87％を示し
た。実施例６〜10、比較例２ベースフイルムとして二軸延伸ポリプロピレン
フイルム（厚さ20μ）を幅200mm、長さ1000ｍの
ロールとした以外は実施例１と同一の方法で、厚
さが50Å、100Å、500Å、1000Å、5000Åの酸化
アルミニウム薄層を蒸着した。それぞれを実施例
６〜10、未蒸着フイルムを比較例２とする。それぞれの酸素透過率、水蒸気透過率および引
つ張りテスト後の測定結果を表１に示す。いずれのフイルムも干渉による虹模様の発生も
なく光線透過率は90％を示した。比較例３実施例で用いたのと同一の二軸延伸ポリエチレ
ンテレフタレートフイルム（厚さ12μｍ）を幅
200mm、長さ1.2ｍのシート状とし、第１図に示す
反応性蒸着装置の冷却ドラム上に一周分だけ巻
き、端部を耐熱性の接着テープで固定した。つい
で、アルミニウム金属を蒸着器に充填し、１×
10^-4トールまで真空排気した。その後、冷却ドラムに80℃の温水を通水した
後、アルミニウムが毎分0.1μｍの速度で蒸発する
よう投入電力を設定し、1.5×10^-4トールの酸素
分圧下で冷却ドラムを回転させながら基板フイル
ム上に厚さ5000Åの酸化アルミニウム膜を蒸着し
た。光線透過率は、85％であつた。酸化アルミニウム膜の組成はAl₂O₃であり、Ｘ
線回折の結果、回折角2θ＝43.4度において明瞭な
回折ピークがみられ、半価幅より約200Åの粒子
サイズの微結晶であることがわかつた。このフイルムの屈折率、酸素透過率、水蒸気透
過率および引つ張りテスト後のガス遮断性を表１
に示す。引つ張りテスト後は、ほぼ全面に白化が生じて
おり、顕微鏡観察の結果、細かい亀裂が無数に発
生していた。比較例４〜５実施例１で用いたのと同じ二軸延伸ポリエチレ
ンテレフタレートフイルム（厚さ15μｍ）の幅
300mm、長さ300mmのシートを小型真空蒸着機（日
本真空技術(株)、EBH−６型）に設置し、純度
99.9％の一酸化硅素をタングステンボートを用い
て抵抗加熱蒸着法で、１×10^-5トールの圧力下で
蒸着し、フイルム基板上に酸化硅素から成る、厚
さ1000Åと3000Åの膜を形成した。いずれの場合
も、真空槽内に酸素ガスを導入しなかつたが、得
られた膜は光線透過率が86％の吸収の少ない透明
な酸化硅素膜が得られた。厚さ1000Åの蒸着フイルムを比較例４、3000Å
のものを比較例５とする。比較例４と５の酸素透過率、水蒸気透過率およ
び引つ張りテスト後のガス遮断性を表１に示す。
いずれも引つ張りテストにより著しく性能が低下
した。

【表】［発明の効果］本発明の包装用フイルムは、透明性が高く、干
渉模様等が発生しないため内容物の視認性と美感
に優れ、かつ寸法変化に対しても、酸素ガスや水
蒸気の遮断性に優れていため内容物の変色、変質
がなく、長期保存に適した包装用フイルムであ
る。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明を実施する反応性真空蒸着装置の
例の説明図である。１：真空容器、２：巻出軸、３：冷却ドラム、
４：巻取軸、５：プラスチツクフイルム、６：蒸
発器、７：マスク、８：ガス吹出口、９：ガス流
量制御装置、１０：酸素ボンベ。

Claims

【特許請求の範囲】１二軸延伸した透明プラスチツクフイルム基体
上に、非結晶性の酸化アルミニウム薄層を設けた
ことを特徴とする包装用フイルム。２酸化アルミニウム層の屈折率が1.50〜1.64で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の包装用フイルム。