JPH09123338A - ガスバリア性フィルム - Google Patents

ガスバリア性フィルム

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JPH09123338A
JPH09123338A JP8211288A JP21128896A JPH09123338A JP H09123338 A JPH09123338 A JP H09123338A JP 8211288 A JP8211288 A JP 8211288A JP 21128896 A JP21128896 A JP 21128896A JP H09123338 A JPH09123338 A JP H09123338A
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film
gas barrier
polyester
thin film
refractive index
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JP8211288A
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Kozo Takahashi
弘造 高橋
Masahiro Kimura
将弘 木村
Koichi Abe
晃一 阿部
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素および水蒸気の遮断性に優れた透明蒸着
フィルムを得るに好適なガスバリア性フィルムを提供す
る。 【解決手段】 ポリエステルフィルムの少なくとも片面
に、無機酸化物からなる薄膜を有し、該薄膜の屈折率が
1.51〜1.65であることを特徴とするガスバリア
性フィルム。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスバリア性フィル
ム、特に、酸素および水蒸気の遮断性に優れた透明蒸着
フィルムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】食品や薬品を長期間保存するためには、
腐敗や変質を促進する外気からの酸素や水蒸気の浸入を
遮断する効果を持った、いわゆるガスバリア性に優れた
包装を行う必要がある。この目的に使用されるガスバリ
ア性に優れたフィルム包装に、近年特に内容物の状態を
確認できる透明性が要求される傾向が強くなっている。
【0003】透明なガスバリア性フィルムとしてポリ塩
化ビニリデンやエチレンビニルアルコール共重合体を積
層したものが知られている。また、金属酸化物を高分子
フィルム上に形成したものがガスバリア性と透明性が良
好であることは従来よりよく知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の透明ガス
バリア性フィルムは以下のような課題を有していた。ポ
リ塩化ビニリデンやエチレンビニルアルコール積層フィ
ルムは酸素、水蒸気のガスバリア性が十分ではなく、特
に高温での殺菌処理においてその低下が著しい。さらに
ポリ塩化ビニリデンは焼却時の塩素ガスの発生があり地
球環境への影響が懸念されている。
【0005】一方、蒸着により酸素珪素膜や酸化アルミ
ニウム膜を形成したポリエステルフィルムは良好なバリ
ア性を示すが、近年、食生活が豊かとなり、様々な食品
や菓子類が市場に登場するに従い、品質の向上や、品質
の長期保存性がより一層重視されるようになってきた。
特にスナック菓子等の包装においては、内容物の酸化や
湿りを防止し、できたての品質をより長期間確保するた
め、これまで以上のガスバリア性が要求されはじめた。
【0006】本発明は、かかる要求に対応して、透明ガ
スバリア性フィルムの酸素および水蒸気のガスバリア性
に対する格段の向上を目的とし、優れたガスバリア性を
発現させるガスバリア性フィルムを提供せんとするもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に鋭意検討した結果、本発明はポリエステルフィルムの
少なくとも片面に、無機酸化物からなる薄膜を有し、該
薄膜の屈折率が1.50〜1.65であることを特徴と
するガスバリア性フィルムを提供するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明でいうポリエステルフィル
ムのポリエステルとはエステル結合を主鎖の主要な結合
鎖とする高分子の総称であるが、耐熱性、製膜性等の点
からエチレンテレフタレート単位が70モル%以上で構
成されるポリエステルが好ましい。エチレンテレフタレ
ート単位が70モル%未満であると耐熱性、製膜性等が
悪化する。該ポリエステルには特性を損ねない範囲で他
の共重合成分を含有しても良く、ジカルボン酸成分とし
ては、例えば、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジ
カルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェ
ノキシエタンジカルボン酸、5−ナトリウムスルホイソ
フタル酸、フタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボ
ン酸、シュウ酸、コハク酸、エイコ酸、アジピン酸、セ
バシン酸、ダイマ−酸、ドデカンジオン酸、マレイン
酸、フマル酸等の脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキシン
ジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸、p−オキシ安息
香酸等のオキシカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリ
ット酸等の多官能酸等を挙げることができる。一方、グ
リコ−ル成分としては例えばプロパンジオ−ル、ブタン
ジオ−ル、ペンタンジオ−ル、ヘキサンジオ−ル、ネオ
ペンチルグリコ−ル、トリエチレングリコール等の脂肪
族グリコ−ル、シクロヘキサンジメタノ−ル等の脂環族
グリコール、ビスフェノールA、ビスフェノールS等の
芳香族グリコール、ジエチレングリコール、ポリアルキ
レングリコール等が挙げられる。さらにポリエチレング
リコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリエー
テルを共重合しても良い。
【0009】なお、これらのジカルボン酸成分、グリコ
−ル成分は2種以上を併用してもよく、2種以上のポリ
エステルをブレンドして使用しても良い。さらに2層以
上に共押出し積層フィルムとして使用しても良い。
【0010】本発明におけるポリエスエルの融点は好ま
しくは180℃以上、さらに好ましくは200℃以上、
さらに一層好ましくは220℃以上である。融点が18
0℃未満であると耐熱性が低下し好ましくない。
【0011】上述したポリエステルフィルムの極限粘度
(25℃オルソクロロフェノール中で測定)は0.40
〜1.20dl/g、好ましくは0.50〜0.85d
l/gの範囲にあるものが本発明の内容に適したもので
ある。
【0012】さらに蒸着層との接着性を向上させる点か
ら、基材となるポリエステルフィルムのカルボキシル末
端基量が30当量/トン以上が好ましく、さらに好まし
くは35当量/トン以上であることが望ましい。
【0013】本発明のガスバリア性フィルムにおいて、
ポリエステルは、融点が好ましくは180℃以上、さら
に好ましくは200℃以上、さらに好ましくは220℃
以上である。またポリエステルフィルムを構成するポリ
エステルの50重量%以上は、芳香族ジカルボン酸残基
および脂肪族グリコール残基を主たる構成成分とする熱
可塑性ポリエステルであって、具体的にはエチレンテレ
フタレート、エチレンナフタレートを主たる構成成分と
するポリエステルが好ましく、本発明では特にその構成
成分の70モル%以上、好ましくは80モル%以上、特
に好ましくは90モル%以上がエチレンテレフタレート
単位であるポリエステルが加工時の熱負荷に対する耐久
性の観点から好ましい。
【0014】またポリエステル中に本発明の効果を阻害
しない範囲で公知の添加剤、例えば耐熱安定剤、耐酸化
安定剤、耐候安定剤、紫外線吸収剤、有機の易滑剤、顔
料、染料、有機または無機の微粒子、充填剤、核剤など
を配合しても良い。
【0015】さらに本発明のフィルムは各種コーティン
グを施こしても良く、特に限定するものではないが、製
造面、環境面を考慮すると水系または水分散系塗剤をフ
ィルム製膜中に塗布したものが好ましい。
【0016】本発明のポリエステルフィルムは2軸配向
されたものが好ましく、2軸配向ポリエスエルフィルム
とは、無延伸状態のPETシートまたはフィルムを長手
方向および幅方向に各々2.5〜5倍程度延伸されて作
られるものであり、広角X線回折で二軸配向のパターン
を示すものをいう。
【0017】本発明のポリエステルフィルムの厚みは特
に限定されるものではなく、用途に応じて任意に選べば
良いが、0.1〜1000μm、好ましくは0.5〜5
00μmである。
【0018】フィルム構成としては、単層、A/Bの2
層、B/A/BあるいはA/B/Cの3層、さらには3
層より多層の積層構成であってもよく、積層厚み比も任
意に設定してよい。さらに、これら以外の層を積層して
もよく、具体的には、帯電防止層、マット層、ハードコ
ート層、易滑コート層、易接着層、粘着層などが例示さ
れる。
【0019】本発明のポリエスエルフィルムにおいて、
優れたガスバリア性を発現させる点から、少なくとも片
面の表面粗さパラメータRaが30nm以下であること
が好ましく、より優れたガスバリア性と加工性を両立さ
せる点から、より好ましくは表面粗さパラメータRaが
1nm以上25nm以下が好ましく、さらに好ましくは
表面粗さパラメータRaが5nm以上25nm以下であ
る。表面粗さパラメータRaが30nmを超えると、フ
ィルム表面が粗くなるため蒸着が不安定となり、場合に
よってはピンホール欠点を生じさせ、ガスバリア性が低
下する。また、表面粗さパラメータRaが1nm未満で
あると、蒸着時、あるいは蒸着後の他素材とのラミネー
ト等の加工性、特に高速の加工に対しては滑り性の悪化
等のため不利となる。本発明の表面粗さパラメータRa
を達成する方法としては、フィルムに添加する粒子の粒
子種、平均粒子径、添加量を制御するのみならず、フィ
ルムの延伸条件、熱処理条件、あるいは積層条件を制御
することにより達成でき、中でも熱処理温度は蒸着面を
構成するポリステルの融点(Tm)−50℃以上、Tm
+10℃以下が好ましい。
【0020】本発明のフイルムに含有される粒子として
は、平均粒子径0.001〜5μmの公知の内部粒子、
無機粒子および/または有機粒子などの外部粒子の中か
ら任意に選定される粒子が0.01〜1重量%含有され
ていることが好ましく、さらには平均粒子径0.01〜
2.5μmの内部粒子、無機粒子および/または有機粒
子が0.01〜0.5重量%含有されていることが好ま
しい。内部粒子の析出方法としては公知の技術を採用で
きるが、例えば特開昭48−61556号公報、特開昭
51−12860号公報、特開昭53−41355号公
報、特開昭54−90397号公報などに記載の技術が
挙げられる。さらに特開昭55−20496号公報、特
開昭59−204617号公報などの他の粒子との併用
も行うことができる。5μmを越える平均粒子径を有す
る粒子を使用するとフィルムの欠陥が生じ易くなるので
好ましくない。無機粒子および/または有機粒子として
は、例えば湿式および乾式シリカ、コロイド状シリカ、
酸化チタン、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸
バリウム、アルミナ、マイカ、カオリン、クレ−等の無
機粒子およびスチレン、シリコ−ン、アクリル酸類等を
構成成分とする有機粒子等を挙げることができる。なか
でも乾式シリカ、湿式および乾式コロイド状シリカ、ア
ルミナ等の無機粒子およびスチレン、シリコーン、アク
リル酸、メタクリル酸、ポリエステル、ジビニルベンゼ
ン等を構成成分とする有機粒子等を挙げることができ
る。これらの内部粒子、無機粒子および/または有機粒
子は二種以上を併用してもよい。
【0021】本発明のポリエステルフィルムにおいて、
優れたガスバリア性を発現させる点から、190℃の熱
収縮率はフィルム長手方向で4.0%未満であることが
好ましく、さらには3.5%未満であることがより好ま
しい。フィルムの収縮率が長手方向で4.0%以上であ
ると、蒸着時の収縮により安定蒸着界面が形成されず、
その結果、ガスバリア性が低下すると考えられる。ここ
で190℃での熱収縮率は、被測定サンプルを巾10m
m、フィルム標線間長さを200mmとして、1gの荷
重を加え、保持時間20分間前後での標線間の長さの減
少の割合を求めたものである。また、標線間の長さが増
加する場合(フィルムが伸びる場合)は、熱収縮率の値
の前にをプラス(+)で表示する。このフィルムの伸び
は本発明で規定する収縮率範囲内である。
【0022】本発明のフィルム表面には蒸着に先立ち蒸
着面に公知の表面処理、すなわち低温プラズマ処理やコ
ロナ放電処理等が行われても良い。
【0023】本発明における無機酸化物は、無機物質の
酸化物であれば特に制限はないが、透明性、ガスバリア
性の点からSiOx 、Al2 x が好ましく、特にSi
xが好ましい。
【0024】本発明にいう屈折率とは、ハロゲンランプ
を光源としたエリプソメトリーにより、無機酸化物がポ
リエステルフィルムに設けられた状態から測定されるも
のである。
【0025】本発明においては、該測定により得られる
無機酸化物からなる薄膜の屈折率が1.51〜1.65
であることが必要であり、好ましくは1.515〜1.
63である。薄膜の屈折率が1.51未満である場合や
1.65を越える場合、ガスバリア性が低下し、ガスバ
リア性フィルムとしての使用に適しない。また、屈折率
を該範囲とするには、無機物質の純度、無機酸化物の酸
化数、蒸着後のエージング等により達成される。
【0026】本発明において、二次イオン質量測定によ
る無機酸化物からなる薄膜中のナトリウムイオン強度
(X)が薄膜の主構成無機物質イオン強度(Y)に対し
て、X/Y<1/5000であることが好ましく、さら
に好ましくはX/Y<1/10000である。X/Yが
1/5000を越えると、薄膜中の不純物が増加し、薄
膜が不完全となるため好ましくない。ここで主構成無機
物質とは、例えばSiOx を蒸着層(薄膜)とする場合
であればSiである。該要件達成のためには、無機物質
の高純度化、蒸着の高真空度化、フィルム表面の低オリ
ゴマ化等が有効である。
【0027】本発明においては、ポリエステルフィルム
の少なくとも片面に、無機酸化物からなる薄膜を設け、
該薄膜とポリエステルフィルムの界面厚さが10nm以
下であると、安定した薄膜層が達成され良好なガスバリ
ア性を発現させることができ、好ましい。
【0028】本発明でいう界面厚さは、X線光電子分光
法によるデプスプロファイリング測定において、薄膜層
の主構成成分の無機物質について、薄膜のデプスプロフ
ァイリング測定中最も安定した該無機物質の濃度に対し
て86%以下になる点から16%以上になる点までの厚
みをいう。
【0029】本発明のポリエステルのヘイズは、2.0
%未満であることが透明性の発現、ガズバリア性の向上
の点から好ましい。ここでヘイズ測定は、JIS−K6
714に従う。
【0030】次に本発明の製造方法について説明するが
必ずしもこれに限定されるものではない。
【0031】重合工程で析出した、いわゆる析出粒子と
無機粒子(例えば平均粒子径1μmのシリカ粒子)を含
有する極限粘度0.63dl/gのポリエチレンテレフ
タレート(PET)を常法に従って乾燥後、溶融押出
し、押出されたシート状溶融体を冷却ドラム上で冷却固
化せしめて無配向PETフィルムを作成する。このフィ
ルムを80℃〜120℃に加熱しつつ長手方向に2.0
〜5.0倍に延伸して1軸配向PETフィルムを得る。
さらにこのフィルムをクリップで把持しつ90℃〜14
0℃に加熱されたテンター内に導き、幅方向に2.5〜
5.0倍に延伸し、連続的に160℃〜250℃の熱処
理ゾーン中で1〜10秒間の熱処理を施す。この熱処理
中に必要に応じて0〜12%の弛緩処理を施しても良
い。
【0032】得られたフィルムに連続式真空蒸着機によ
り蒸着を行い、酸化アルミニウムまたは酸化珪素蒸着層
が形成された透明ガスバリア性フィルム得た。
【0033】
【物性の測定方法および効果の評価方法】本発明におけ
る物性の測定方法および効果の評価方法は次のとおりで
ある。
【0034】(1)酸素透過率 ASTMD−3985に準じて、モダンコントロール社
製酸素透過率測定装置OX−TRAN100を用いて、
20℃、0%RHの条件にて測定した。
【0035】(2)水蒸気透過率 モダンコントロール社製水蒸気透過率計PERMATR
AN−W1Aを用いて、40℃、90%RHの条件で測
定した。
【0036】(3)屈折率 ニコン製の位相差測定装置NPDM−1000を用い
て、無機酸化物が設けられた状態で下記条件で測定を行
い、フィッティング計算を行い薄膜の屈折率を求めた。
【0037】光源:ハロゲンランプ 測定波長:675
nm 入射角:45〜80゜
【0038】(4)X線光電子分光測定 X線源として単結晶分光AlKαを用い、X線スポット
300μm、出力10kV、5mAの条件でX線光電子
分光測定を行った。またイオンエッチングはArガスを
用い、加速電圧3kVで行った。
【0039】界面厚さは、X線光電子分光法によるデプ
スプロファイリング測定において、薄膜層の主構成成分
の無機物質(本実施例ではAlやSi)について、薄膜
のデプスプロファイリング測定中最も安定した該無機物
質の濃度に対して86%以下になる点から16%以上に
なる点までの厚みを界面厚さとして算出した。
【0040】(5)表面粗さパラメータ 小坂研究所製の高精度薄膜段差測定器ET−10を用い
て測定した。Raは中心線平均粗さである。測定条件は
下記のとおりであり、20回の測定の平均値をもって値
とした。
【0041】・触針先端半径:0.5μm ・触針荷重 :5mg ・測定長 :1mm ・カットオフ :0.08mm なお、各パラメータの定義の詳細は、たとえば、奈良治
朗著「表面粗さの測定法・評価法」(総合技術センタ
ー、1983)に示されている。
【0042】(6)二次イオン質量分析 ATOMIKA社製A−DIDA3000を用いて、一
次イオンエネルギーが12keVで測定を行った。
【0043】(7)熱収縮率 フイルムサンプル標線間を200mmにとり、フイルム
を10mmに切断し、フィルムサンプルを長さ方向に吊
るし、1gの荷重を長さ方向に加えて、190℃の熱風
を用い20分間加熱した後、標線間の長さを測定し、フ
イルムの収縮量を原寸法に対する割合として百分率で表
した。
【0044】
【実施例】次に本発明を実施例に基づいて説明するが必
ずしもこれに限定されるものではない。
【0045】実施例1 粒子径1.1μmのシリカ粒子を0.05重量%含有す
るポリエチレンテレフタレート(PET:融点256
℃)ペレット(極限粘度0.65dl/g)を充分に真
空乾燥した後、押出機に供給して285℃で溶融押出
し、これを表面温度25℃の冷却ドラムに巻き付けて冷
却固化せしめた。この間のシートと冷却ドラム表面との
密着性を向上させるため、シート側にワイヤ電極を配置
して6000Vの直流電圧を引加した。かくして得られ
た未延伸PETフィルム(カルボキシル末端基:35当
量/トン)を95℃に加熱して長手方向に3.5倍延伸
し、1軸延伸フィルムとした。該PETフィルムをフリ
ップを把持して110℃に加熱されたテンター内に導
き、連続的に105℃に加熱されたゾーンで幅方向に
3.5倍延伸し、更に238℃の雰囲気下で5秒間の熱
処理を施し、フィルム厚み12μm、表面粗さRaが2
0nmのポリエステルフィルムを得た。さらに該フィル
ムに蒸着を施し、SiOX 層の屈折率が1.53、二次
イオン質量分析によるX/Yが1/12000の透明蒸
着フィルムを得た。該フィルムのガスバリア性は表1に
示すとおり、優れたものであった。
【0046】実施例2 ポリエステルAとして極限粘度0.64dl/gのPE
T、ポリエステルBとして極限粘度0.72dl/gの
PETを公知の方法により得た。A、Bのポリエステル
は粒子径1.0μmのシリカ粒子を0.06重量%含有
する。次に、押出機I(平均滞留時間約40分)により
ポリエステルAを285℃で溶融し、押出機IIよりポリ
エステルBを285℃で溶融して、口金内でA層/B層
(積層比:9/1)に積層後、25℃に保ったキャステ
ィングドラムに静電荷を印加しながら密着冷却固化し、
ついで延伸温度90℃で3.7倍の縦延伸、テンター内
で100℃で3.6倍の横延伸を行い、230℃で熱処
理し、5%リラックスして、室温付近で急冷し、フィル
ム厚み12μmのポリエステルフィルムを得た。実施例
1と同様に蒸着を施し、SiOX 層の屈折率が1.5
2、二次イオン質量分析によるX/Yが1/4800の
透明蒸着フィルムを得た。該フィルムのガスバリア性は
表1に示すとおり、優れたものであった。
【0047】実施例3 実施例1と同様にして表1の特性を有する厚さ12μ
m、表面粗さRaが32nmの二軸延伸ポリエステルフ
ィルムを得て、該フィルムに蒸着を施し、SiOX 層の
屈折率が1.55、二次イオン質量分析によるX/Yが
1/10000の透明蒸着フィルムを得た。該フィルム
のガスバリア性は表1に示すとおり、優れたものであっ
た。
【0048】実施例4 実施例1と同様にして表1の特性を有する厚さ12μ
m、表面粗さRaが16nmの二軸延伸ポリエステルフ
ィルムを得て、該フィルムに蒸着を施し、SiOX 層の
屈折率が1.53、二次イオン質量分析によるX/Yが
1/9000の透明蒸着フィルムを得た。該フィルムの
ガスバリア性は表1に示すとおり、優れたものであっ
た。
【0049】実施例5 ポリエステルAとして粒子径0.6〜1.4μmの重合
工程中で析出した粒子を0.14重量%、および粒子径
1.0μmのシリカ粒子を0.07重量%含有するポリ
エチレンテレフタレート(PET:融点269℃)ペレ
ット(極限粘度0.65dl/g)を、ポリエステルB
として平均粒径0.3μmのコロイダルシリカを0.1
重量%添加し、実施例1と同様にして表面粗さRa6.
7nmの表1に示す特性を有する二軸延伸PETフィル
ムを得て、SiOX 層の屈折率が1.52、二次イオン
質量分析によるX/Yが7000の透明蒸着フィルムを
得た透明蒸着フィルムを得た。表1のとおり良好なガス
バリア性を示すことが分かったが、ハンドリング性はや
や劣るものであった。
【0050】実施例6 実施例1と同様にして表1の特性を有する厚さ12μ
m、表面粗さRaが21nmの二軸延伸ポリエステルフ
ィルムを得て、該フィルムに蒸着を施し、SiOX 層の
屈折率が1.54、二次イオン質量分析によるX/Yが
1/8000の透明蒸着フィルムを得た。該フィルムの
ガスバリア性は表1に示すとおり、良好なものであっ
た。
【0051】比較例1 実施例1と同様にして厚さ12μm、表面粗さRaが4
2nmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得て、該フィ
ルムに蒸着を施し、SiOX 層の屈折率が1.48、二
次イオン質量分析によるX/Yが700の透明蒸着フィ
ルムを得た。該フィルムのガスバリア性は表1に示すと
おり、劣るものであった。
【0052】比較例2 実施例1と同様にして厚さ12μmの二軸延伸ポリエス
テルフィルムを得て、該フィルムに蒸着を施し、Al2
X 層の屈折率が1.68、二次イオン質量分析による
X/Yが3800の透明蒸着フィルムを得た。該フィル
ムのガスバリア性は表1に示すとおり、劣るものであっ
た。
【0053】
【表1】
【0054】
【発明の効果】本発明のポリエステルフィルムの少なく
とも片面に、無機酸化物からなる薄膜を有し、該薄膜の
屈折率が1.51〜1.65であることを特徴とするガ
スバリア性フィルムは、優れたガスバリア性を発現し、
食品包装用途などを中心として広く用いることができ
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリエステルフィルムの少なくとも片面
    に、無機酸化物からなる薄膜を有し、該薄膜の屈折率が
    1.51〜1.65であることを特徴とするガスバリア
    性フィルム。
  2. 【請求項2】該薄膜とポリエステルフィルムのX線光電
    子分光測定により求められる界面厚さが10nm以下で
    あることを特徴とする請求項1に記載のガスバリア性フ
    ィルム。
  3. 【請求項3】該薄膜において、二次イオン質量測定によ
    る無機酸化物からなる薄膜中のナトリウムイオン強度
    (X)が薄膜の主構成無機物質イオン強度(Y)に対し
    て、X/Y<1/5000であることを特徴とする請求
    項1又は2に記載のガスバリア性フィルム。
  4. 【請求項4】190℃での熱収縮率が、フィルム長手方
    向で4.0%未満であることを特徴とする請求項1乃至
    3のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
JP8211288A 1995-08-29 1996-08-09 ガスバリア性フィルム Pending JPH09123338A (ja)

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