JPH0699798B2 - 透明ガス遮断性フイルムの製造方法 - Google Patents

透明ガス遮断性フイルムの製造方法

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JPH0699798B2
JPH0699798B2 JP60242071A JP24207185A JPH0699798B2 JP H0699798 B2 JPH0699798 B2 JP H0699798B2 JP 60242071 A JP60242071 A JP 60242071A JP 24207185 A JP24207185 A JP 24207185A JP H0699798 B2 JPH0699798 B2 JP H0699798B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は透明ガス遮断性フィルムの製造方法に関する。
更に詳しくは、プラスチックフィルム上に酸化アルミニ
ウム層を形成して成る透明ガス遮断性フィルムの製造方
法に関する。
[従来の技術] 従来、透明ガス遮断性フィルムとして、プラスチックフ
ィルム上に酸化硅素を蒸着したもの(特公昭53−1295
3)や酸化アルミニウムを蒸着したもの(特開昭58−217
344)が知られている。
酸化硅素や酸化アルミニウムなど金属酸化物の蒸着に
は、前述の特公昭53−12953や特開昭58−217344のよう
に金属酸化物自体を加勢蒸発させる方法が最も一般的で
あるが、金属酸化物は一般に蒸気圧が低く蒸発には高温
を必要とすることや蒸発速度が小さいという欠点があ
る。
これを改善する方法として、金属アルミニウムを酸素ガ
スを過剰に導入した雰囲気中で加熱蒸発させ、基板上に
酸化アルミニウムとして形成する反応性真空蒸着法が知
られている。この場合、4Al+3O2→2Al2O3の反応式で示
されるように、蒸発した金属アルミニウムが全量酸化し
て、全量酸化アルミニウムを形成するように、モル比で
0.75倍以上の過剰の酸素ガスが供給されるのが通例であ
った。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、このような従来の反応性蒸着法による酸化アル
ミニウムの蒸着には、次のような問題があった。すなわ
ち、アルミニウムの蒸発速度が変化すると蒸着中の圧力
が大幅に変化し、付着速度や膜のガス遮断性、光学特性
が変化する問題があった。しかも、この現象は、アルミ
ニウムの蒸発速度が速く、プラスチックフィルムの蒸着
幅が広くなるほど顕著となり、工業的規模で透明ガス遮
断性フィルムを製造する上で極めて重大な障害となって
いた。
本発明の目的は、上記欠点のないもの、すなわち、アル
ミニウムの蒸発速度が変化しても、蒸着雰囲気の圧力変
動が殆どなく、したがつて、膜の付着速度やガス遮断性
が幅方向、長手方向に均一であり、かつ、透明性の高い
透明ガス遮断性フィルムの製造方法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、真空槽内に酸素を導入しながらアル
ミニウムを加熱蒸発させ、プラスチックフィルム基体上
に酸化アルミニウムから成る層を形成し、透明ガス遮断
性フィルムを製造する方法において、単位時間当りの平
均のアルミニウム蒸発量A[モル/分]と単位時間当り
の酸素ガス導入量B[モル/分]との比(B/A)を 0.2≦B/A<0.75 に保持しながら蒸着を行なうことを特徴とする透明ガス
遮断性フィルムの製造方法である。
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す反応性真空蒸着装置
の模式図である。
真空容器1内に設置されたフィルム巻出軸2に巻かれた
プラスチックフィルム5は、−30℃〜10℃に冷却された
冷却ドラム3に沿って走行しながらフィルム巻取軸4に
巻き取られる。
同時に、加熱電源に接続された蒸発器6内のルツボか
ら、アルミニウムが蒸発され、酸素ボンベ10から、ガス
流量制御装置9を通してガス吹出口8から、マスク7で
囲まれた領域に酸素ガスが供給される。蒸発したアルミ
ニウムと酸素ガスが反応し、プラスチックフィルム5の
表面に酸化アルミニウムが作製される。本発明でいう酸
化アルミニウムとはAlO、Al2O2およびAl2O3を示すが、
好ましくはAl2O3が良い。酸化アルミニウム中に微量の
水酸化アルミニウム、金属や他の金属酸化物を含んでい
ても良い。
アルミニウムを加熱蒸発する方法としては、抵抗加熱、
高周波誘導加熱、電子ビーム加熱、レザービーム加熱等
の方法が用いられる。不純物の混入が少なく、かつ、大
面積にわたって高速蒸着ができる点では、高周波誘導加
熱および電子ビーム加熱が好ましい。
アルミニウムとしては、不純物が少なく純度が99%以
上、望ましくは99.5%以上のものが好ましい。
蒸着中のアルミニウムの蒸発量は、水晶振動式膜厚計
や、原子吸光式膜厚計によって測定することもできる
が、最も簡便には、ルツボ内へのアルミニウムの充填量
(モル)と蒸発後のアルミニウムの残量(モル)の差
を、蒸着時間(分)で除した単位時間当りの平均アルミ
ニウム蒸発量A[モル/分]であらわすことができ、本
発明ではこの値で規定される。アルミニウム1モルは、
重量で26.9815gである。
酸素ガスの導入量は、ガス流量制御装置により制御され
る。単位時間当りの酸素ガス導入量は、アルミニウムの
蒸着中に導入した総酸素ガス量(モル)を蒸着時間
(分)で除した、単位時間当りの酸素ガス導入量B[モ
ル/分]で与えられる。酸素ガス1モルとは、標準状態
(1気圧、0℃)の体積で22.42lである。
酸化アルミニウムの付着量や膜のガス遮断性を長手方向
にわたって均一化するには、蒸着中のガス圧力を長時間
にわたって一定にすることが重要であり、このために
は、単位時間当りの平均アルミニウム蒸発量A[モル/
分]と単位時間当りの酸素ガス導入量B[モル/分]と
の比(B/A)を 0.2≦B/A<0.75 に保持しながら蒸着を行なうことが必要である。
蒸発したアルミニウムを全量酸化アルミニウム(Al
2O3)に反応させるためには反応式4Al+3O2→2Al2O3
示されるように、モル比で、アルミニウムの少なくとも
0.75倍以上の酸素ガスを導入することが必要であるが、
0.75倍以上の酸素ガスを導入すると、微小なアルミニウ
ムの蒸発速度変動に対しても、未反応の酸素ガスのため
大きな圧力変動が生じ、このため、付着膜厚や、ガス遮
断性に大幅な変動が生ずる。
B/Aが0.2未満では透明性の不足した膜となりやすく、酸
素ガスの導入量がわずかに変動した場合に、透明性の低
下した酸化アルミニウム層が形成されることになり、包
装材料の製造方法としては好ましくない。
B/Aが0.2以上で0.75未満の場合に透明性が高く、長手方
向にもガス遮断性が均一な透明ガス遮断性フィルムが製
造できる。更に好ましい範囲は0.3以上0.7以下である。
酸素導入量(B)がアルミニウムの蒸発量(A)の0.75
倍未満であっても、透明性の良い、酸化アルミニウム膜
が形成できる理由としては、次のことが挙げられる。蒸
発器から蒸発したアルミニウムは、蒸発器の形状に依存
して、上方向に一定の膜厚分布をもって付着する。一般
に、蒸発したアルミニウムの10〜60%がプラスチックフ
ィルムに付着し、残りはマスク7や真空容器1の内壁等
に付着する。一方、導入される酸素ガスは、マスク7に
囲まれる基体近傍に供給されるため、大部分はこの周辺
でアルミニウムと反応し、酸化アルミニウムとなり、マ
スク7の範囲外には少量しか拡散しない。このため、基
体上にのみ酸化アルミニウム膜を形成するためには、モ
ル比でアルミニウム蒸発量の0.2倍以上の酸素ガスの供
給で十分であり、仮にこの状態でアルミニウムの蒸発速
度が減少しても、未反応の酸素ガスはマスク周辺や真空
容器内壁に蒸着されるアルミニウムと反応し、真空系内
の圧力変動が制御される。この結果、真空槽内の圧力変
化は少なく、このため酸化アルミニウム層のガス遮断性
はフィルムの長手方向にわたって均一となる。
本発明で用いられるプラスチックフィルムとしては、特
に限定を受けないが、代表的なものとしては次のものが
挙げられる。
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどのポリ
オレフィン、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、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エチレ
ン酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネー
ト、ポリアクリロニトリル、ポリサルフォン、ポリフェ
ニレンオキサイド、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポ
リアミドイミド、セルロース、酢酸セルロースなどおよ
び、これらの共重合体や、他の有機物との共重合体であ
っても良い。これらのプラスチックフィルムは未延伸、
一軸延伸、二軸延伸のいずれでも良いが、寸法安定性や
機械特性およびガス遮断性の安定性の点から二軸延伸さ
れたものが好ましい。また、プラスチックフィルム中に
公知の添加剤、例えば帯電防止剤、酸化防止剤、滑剤、
着色防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、着色剤などが添加
されていても良い。
本発明のプラスチックは、透明であることが好ましく、
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、この範囲を損わない程度に添加されるのが望
ましい。また、酸化アルミニウムの形成に先立ち、プラ
スチックフィルムに公知の表面処理、例えばコロナ放電
処理、火炎処理、プラズマ処理、グロー放電処理、粗面
化処理や、有機物や無機物およびこれらの混合物のアン
カーコート処理が施されても良い。
本発明による透明ガス遮断性フィルムは、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透視性が良いため、食品、薬
品、電気部品、繊維製品、プラスチック部品等の包装材
料に用いることができる。
[作用] 本発明に基づく透明ガス遮断性フィルムの製造方法によ
れば、広幅、高速蒸着の要求される工業的規模で、ガス
遮断性が高く、かつ、長手方向に均一性の良い透明ガス
遮断性フィルムが得られる。また、酸素ガス導入量が少
ないため、蒸着中の圧力が低く、アルミニウムの平均自
由工程が長くなり付着収率も向上する。
以下、実施例を用いて説明する。
[特性の測定方法] 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)光線透過率 積分球式ヘイズメータ(日本精密光学製、SEP−H−
S)を使用し、白色光源(JIS Z−8701で規定される
A光)での透過率を測定した。
[実施例] 実施例1 二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ12
μm)を幅200mm、長さ6000mのロール状とし、第1図に
示す反応性蒸着装置の巻出軸に装着した。純度99.9%の
アルミニウムを高周波誘導加熱電源に接続した蒸発器に
1kg(37.06モル)充填し、真空容器を1×10-4トールに
排気したあと、冷却ドラムに冷媒を通し、−20℃に冷却
した。
次いで、まず高周波誘導加熱電源により、蒸発器を加熱
し、アルミニウムの蒸発量が毎分約10.8g(0.40モル)
になるように調整し、続いてフィルムを100m/分の速度
で走行させ、次いで、ガス流量制御装置(エステック
(株)、マスフローコントローラSEC510)により、ガス
吹出口から純度99.9%の酸素ガスを、標準状態の体積に
換算して毎分4.0l(0.18モル)導入しながら、フィルム
上に酸化アルミニウム膜を形成した。電離真空計(アネ
ルバ(株)NI−10)により測定した圧力は約3×10-4
ールであった。
アルミニウムの蒸発量を、酸素ガス流量を制御し、圧力
を記録しながら50分間蒸着を続けた後、装置をとめ、巻
きとったフィルムを取り出した。
蒸発器内のアルミニウムの残量を測定したところ、460g
(17.05モル)であった。アルミニウムの全蒸着量は540
g(20.01モル)であり、単位時間当りの平均アルミニウ
ム蒸発量(A)は0.4モル/分であった。
一方、単位時間当りの酸素ガスの導入量(B)は、±1.
0%の精度で4l/分(0.18モル/分)に維持されていた。
B/Aの値は0.45である。
この後、巻きとったフィルムを100mおきにサンプリング
し、酸素透過率と光線透過率を測定した。光線透過率は
全て85〜88%であった。
酸素透過率の測定結果を、蒸着中の圧力測定値とともに
第2図に示す。
なお、使用したベースフィルム単体の酸素透過率は158c
c/m2・24hr、光線透過率は88%であった。
また、蒸着膜をESCAスペクトロメータ(島津製作所
(株)製、ESCA750)で分析し、Al2pのスペクトルの結
合エネルギーから酸化アルミニウムはAl2O3であること
を確めた。
実施例2 実施例1において、酸素ガス流量を5.6l/分(0.25モル
/分)とした以外は、実施例1と同一の方法で、二軸延
伸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(Al2O3)を形成し、透明ガス遮断性フィルムを
形成した。蒸着中の圧力は3×10-4〜4×10-4トールの
範囲であった。50分間蒸着後の蒸発器内のアルミニウム
残量は480gであった。
この結果、蒸着時間中の全アルミニウム蒸着量は520g
(19.27モル)であり、単位時間当りの平均アルミニウ
ム蒸発量(A)は0.39モル/分であった。
一方、単位時間当りの酸素ガスの導入量(B)は±1.0
%の精度で5.6l/分(0.25モル/分)に維持されてい
た。B/Aの値は0.64である。
この後、実施例1と同様にして100m毎に酸素透過率と光
線透過率を測定した。光線透過率は全て87〜88%であっ
た。酸素透過率の測定結果を蒸着中の圧力測定値ととも
に第3図に示す。
比較例1 実施例1において、酸素ガスの流量を7l/分(0.31モル
/分)とした以外は実施例1と同一の方法で二軸延伸ポ
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(Al2O3)を形成した。
蒸着中の圧力は、4×10-4〜12×10-4トールの間で大き
く変動した。
50分間蒸着後の蒸発器内のアルミニウム残量は470gであ
った。この結果、蒸着時間中の全アルミニウム蒸発量は
530g(19.6モル)であり、単位時間当りの平均アルミニ
ウム蒸発量(A)は0.39モル/分であった。
一方、単位時間当りの酸素ガス導入量(B)は±1.0%
の精度で7l/分(0.31モル/分)に維持されていた。B/A
の値は0.79である。
ひき続き、実施例1と同様にして100m毎に酸素透過率と
光線透過率を測定した。光線透過率は全て87〜88%であ
った。酸素透過率の測定結果を蒸着中の圧力測定値とと
もに第4図に示す。
[発明の効果] 本発明の透明ガス遮断性フィルムの製造方法によれば、
透明でガス遮断性の良いフィルムを、均一性良く、高速
で、かつ安価に製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施する反応性蒸着装置の一例を示
す説明図で、第2図〜第4図はそれぞれフィルムの長さ
方向一定間隔ごとの酸素透過率と、蒸着中の圧力測定値
を示す図で、第2,3図は、本発明方法によるもの、第4
図は従来技術によるものである。 1:真空容器、2:フィルム巻出軸 3:冷却ドラム、4:フィルム巻取軸 5:プラスチックフィルム 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 (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空槽内に酸素を導入しながらアルミニウ
    ムを加熱蒸発させ、プラスチックフィルム基体上に酸化
    アルミニウムから成る層を形成し、透明ガス遮断性フィ
    ルムを製造する方法において、単位時間当りの平均アル
    ミニウム蒸発量A[モル/分]と単位時間当りの酸素ガ
    ス導入量B[モル/分]との比(B/A)を 0.2≦B/A<0.75 に保持しながら蒸着を行なうことを特徴とする透明ガス
    遮断性フィルムの製造方法。
JP60242071A 1985-10-29 1985-10-29 透明ガス遮断性フイルムの製造方法 Expired - Lifetime JPH0699798B2 (ja)

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