JPWO2014007277A1 - 積層体 - Google Patents

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Abstract

本発明に係る積層体は、基材(A)と、基材(A)の少なくとも一方の面に順に積層された、シリコン含有層(B)と、重合性基を有する有機酸金属塩から得られる重合体層(C)と、からなり、シリコン含有層(B)は、珪素原子と窒素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子と炭素原子とからなる窒素高濃度領域を有し、前記窒素高濃度領域は、基材(A)上に形成されたポリシラザン膜に酸素濃度5%以下および/または室温23℃における相対湿度30%以下でエネルギー線照射を行い、当該膜の少なくとも一部を変性することにより形成される。

Description

酸素、水蒸気バリア性に優れた積層体を提供する。
近年、酸素や水蒸気などのガスを遮断する透明ガスバリア材料は、従来からの主たる用途である食品、医薬品などの包装材料用途だけでなく、液晶ディスプレイのようなフラットパネルディスプレイ(FPD)や太陽電池用の部材(基板、バックシートなど)、有機エレクトロルミネッセント(有機EL)素子用のフレキシブル基板や封止膜などの電子部材にも用いられるようになってきている。これらの用途においては、非常に高いガスバリア性が求められている。
現在、一部の用途において採用されている透明ガスバリア材料は、蒸着法、プラズマCVD法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、触媒CVD法といったドライプロセスによって、ガスバリア性を示す珪素やアルミニウムの酸化物、窒化物、およびこれらの混合物をプラスチック基材に堆積させる手法がある。しかし、ドライプロセスでは、部分的に堆積しない部分(ピンホール)という微小欠陥が形成され、ガスバリア性が損なわれることがある。
この解決策として、ドライプロセスで作製した珪素やアルミニウムの酸化物、窒化物、およびこれらの混合物層の上に水溶性高分子と、(a)1種以上のアルコキシドまたは/及びその加水分解物または(b)塩化錫の少なくともいずれか1つを含む水溶液、或いは水/アルコール混合溶液を主剤とするコーティング剤を塗布した積層フィルム(特許文献1)、または不飽和カルボン酸金属塩の重合体層をコーティングする(特許文献2)といった有機層との積層化が提案されており、1桁程度のバリア性向上が報告されている。しかしながら、高度なガスバリア性能が要求される電子部材用途には、バリア性能が依然不十分であった。
特開平6−316025号公報 特開2010−42574号公報 国際公開2011/7543号パンフレット
本発明は、電子部材に使用できる十分なガスバリア性能を有する積層体の提供を目的とする。
本発明者らは鋭意検討の結果、ポリシラザン膜に、所定の条件でプラズマ等のエネルギー線を照射して得られるシリコン含有層と、有機酸金属塩から得られる重合体層を積層することで、ピンホール等の欠陥が少なく十分な酸素ガスバリア性能および水蒸気バリア性能を有し、しかも耐屈曲性に優れた積層体が得られることを見出した。
すなわち本発明は、以下に示すことができる。
[1]基材(A)と、前記基材(A)の少なくとも一方の面に順に積層された、シリコン含有層(B)と、重合性基を有する有機酸金属塩から得られる重合体層(C)と、からなり、
前記シリコン含有層(B)は、珪素原子と窒素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子と炭素原子とからなる窒素高濃度領域を有し、
前記窒素高濃度領域は、前記基材(A)上に形成されたポリシラザン膜に酸素濃度5%以下および/または室温23℃における相対湿度30%以下でエネルギー線照射を行い、当該膜の少なくとも一部を変性することにより形成される、積層体。
[2]前記窒素高濃度領域は、X線光電子分光法により測定した下記式(1)で表される窒素原子の組成比が、0.01以上、1以下の範囲である、[1]に記載の積層体。
式(1):窒素原子の組成比/(酸素原子の組成比+窒素原子の組成比)
[3]前記ポリシラザン膜は、ポリシラザン含有溶液を、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、スピンコート法、ディップコート法、から選ばれる方法で前記基材(A)上に塗布することにより形成される、[1]または[2]に記載の積層体。
[4]前記重合体層(C)は、前記基材(A)上に形成された、窒素高濃度領域を有する前記シリコン含有層(B)上に、前記重合性基を有する有機酸金属塩膜を形成し、前記有機酸金属塩膜を紫外線、電子線または熱により重合して得られる、[1]乃至[3]のいずれかに記載の積層体。
[5]前記エネルギー線照射は、プラズマ照射により行われる、[1]乃至[4]のいずれかに記載の積層体。
[6]前記プラズマ照射は、不活性ガス、希ガスまたは還元ガスから選ばれる雰囲気にて行われる、[5]に記載の積層体。
[7]前記プラズマ照射は、酸素濃度5000ppm以下、かつ水蒸気濃度8400ppm以下で行われる、[5]または[6]に記載の積層体。
[8]前記ポリシラザン膜は、ペルヒドロポリシラザン、オルガノポリシラザン、およびこれらの誘導体よりなる群から選択される1種以上である、[1]乃至[7]のいずれかに記載の積層体。
[9]前記有機酸金属塩は、カルボン酸、スルホン酸、メルカプト酸から選択される1種以上の有機酸の金属塩である、[1]乃至[8]のいずれかに記載の積層体。
[10]前記重合性基が、ビニル基、エポキシ基、メルカプト基、ウレイド基、スルフィド基、イソシアネート基、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子、オキサゾリン基、カルボジイミド基またはそれらの誘導体から選択される1種以上の重合性基である、[1]乃至[9]のいずれかに記載の積層体。
[11]前記有機酸金属塩を形成する金属が、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛及びバリウムから選ばれる少なくとも1種以上の金属であることを特徴とする、[1]乃至[10]のいずれかに記載の積層体。
[12] 前記有機酸金属塩は、重合性基としてビニル基を有するカルボン酸化合物の金属塩である、[1]乃至[11]のいずれかに記載の積層体。
[13]前記有機酸金属塩は、アクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸、イタコン酸から選ばれる有機酸の金属塩である、[12]に記載の積層体。
[14]前記有機酸金属塩は、重合性基としてビニル基を有するスルホン酸化合物の金属塩である、[1]乃至[11]のいずれかに記載の積層体。
[15]前記スルホン酸化合物は、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、スルホン酸アクリレート、スルホン酸アクリルアミド、スルホン酸メタアクリレート、スチレンスルホン酸、イソプレンスルホン酸から選ばれる、[14]に記載の積層体。
[16]前記重合体層(C)は、更にシランカップリング剤を含んでなる、[1]乃至[15]のいずれかに記載の積層体。
[17]有機エレクトロルミネッセンス素子、電子ペーパー表示素子、液晶表示素子から選ばれる素子を含む部材と、重合体層(C)が該部材側となるように配設された[1]乃至[16]のいずれかに記載の積層体とからなる、電子部材。
[18]基材(A)の少なくとも一方の面にポリシラザン膜を形成する工程と、
前記ポリシラザン膜に酸素濃度5%以下および/または室温23℃における相対湿度30%以下でエネルギー線照射を行い当該膜の少なくとも一部を変性し、珪素原子と窒素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子とからなる窒素高濃度領域を含むシリコン含有層(B)を形成する工程と、
前記シリコン含有層(B)上に重合性基を有する有機酸金属塩から得られる重合体層(C)を形成する工程と、
を含む積層体の製造方法。
[19]前記窒素高濃度領域は、X線光電子分光法により測定した下記式(1)で表される窒素原子の組成比が、0.01以上、1以下の範囲である、[18]に記載の積層体の製造方法。
式(1):窒素原子の組成比/(酸素原子の組成比+窒素原子の組成比)[20]前記エネルギー線照射は、プラズマ照射により行われる、[18]または[19]に記載の積層体の製造方法。
[21]前記プラズマ照射は、不活性ガス、希ガスまたは還元ガスから選ばれる雰囲気ガス中にて行われる[20]に記載の積層体の製造方法。
本発明の積層体は、基材(A)上にエネルギー線照射により変性したシリコン含有層(B)及び、重合性基を有する有機酸金属塩から得られる重合体層(C)が順に積層された構成とすることにより、従来の無機層/有機層との積層体よりも耐屈曲性に優れ、ピンホールのない緻密なシリコン含有層が得られ、電子部材用途に足る高い酸素ガスバリア性および水蒸気バリア性を提供することができる。
図1は、本発明の積層体を用いた電子部材の概略断面図である。 図2は、実施例1において、低圧プラズマ処理を施すことで得られたシリコン含有層(B)のXPS測定結果を示す図である。
本発明の積層体は、基材(A)と、基材(A)の少なくとも一方の面に順に積層された、シリコン含有層(B)と、重合性基を有する有機酸金属塩から得られる重合体層(C)と、からなり、シリコン含有層(B)は、珪素原子と窒素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子と炭素原子とからなる窒素高濃度領域を有する積層体である。
以下、基材(A)、シリコン含有層(B)、重合体層(C)、および任意に用いられるその他の層について順番に詳説する。
[基材(A)]
本発明における基材(A)は、樹脂であれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ4−メチル−1−ペンテン、ポリブテン等のポリオレフィン;環状オレフィンポリマー;ポリイミド;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、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル;ナイロン−6、ナイロン−66、ポリメタキシレンアジパミド等のポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、あるいはこれらの混合物等を例示することができる。これらのうちでは、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド等が延伸性、透明性、剛性が良好なフィルムが得られるので好ましい。
なお、本発明における基材(A)には、本発明の効果を損ねない範囲で紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤、界面活性剤、顔料、蛍光増白剤等、さらにシリカ、炭酸カルシウム、酸化チタン等の無機粒子、アクリル、スチレン等を構成成分とする有機粒子を必要に応じて適宜含有してもよい。
[シリコン含有層(B)]
シリコン含有層(B)は、ポリシラザン膜にエネルギー線照射を行い、このポリシラザンの少なくとも一部を変性することにより得られる窒素高濃度領域を有する。エネルギー線照射で変性された領域以外のポリシラザン膜は、エネルギー線照射後、前記基材(A)側から透過してきた水蒸気と反応し、酸化珪素(SiO)に変化し得る。
シリコン含有層(B)は、窒素高濃度領域と酸化珪素領域とから構成される。この窒素高濃度領域/酸化珪素/樹脂基材の構成により、シリコン含有層(B)の、酸素バリア性、水蒸気バリア性等のガスバリア性は、SiOやSi34などの単層膜に比べ優れる。
シリコン含有層(B)は、好ましくは、0.01μm以上4.0μm以下、より好ましくは0.02μm以上2.0μm以下、より好ましくは0.05μm以上1.0μm以下の厚みを有する。
本発明のシリコン含有層(B)は、低酸素および/または低水蒸気の雰囲気下で、好ましくは、低酸素および低水蒸気の雰囲気下で、特定のエネルギー線照射を行い、ポリシラザン膜を変性することで得られる窒素高濃度領域を有する。窒素高濃度領域は、特定の条件を満たせば、ポリシラザン膜を加熱したりすることなく低温で形成することができ、シリコン含有層(B)の良好な水蒸気バリア性を担う。耐熱性の低い基材(A)に好適である。
本明細書中において、「低酸素および/または低水蒸気の雰囲気」とは、酸素および/または水蒸気が全く存在しないか、あるいは酸素濃度5%以下、好ましくは0.5%(5000ppm)以下、さらに好ましくは、酸素濃度0.05%(500ppm)以下、さらに好ましくは、酸素濃度0.005%(50ppm)以下、さらに好ましくは、酸素濃度0.002%(20ppm)以下、室温23℃における相対湿度30%以下、好ましくは相対湿度10%以下、さらに好ましくは0.5%以下、好ましくは相対湿度0.2%以下、さらに好ましくは、相対湿度0.1%以下である雰囲気をいう。また、水蒸気濃度(室温23℃における水蒸気分圧/大気圧)では、8400ppm以下、好ましくは2800ppm以下、さらに好ましくは140ppm以下、さらに好ましくは56ppm以下、さらに好ましくは28ppm以下である雰囲気をいう。
エネルギー照射は、0.1Pa以上の低圧〜大気圧の圧力範囲で行うことができる。
なお、本実施形態においてはシリコン含有層(B)の層厚さが0.1〜0.2μmであり、窒素高濃度領域がシリコン含有層(B)の上面の近傍全体に亘って形成された例によって説明するが、窒素高濃度領域がシリコン含有層(B)の上面近傍の一部に形成されていてもよい。
また、シリコン含有層(B)の層全体に亘って窒素高濃度領域が形成されていてもよい。この場合、シリコン含有層(B)の組成は窒素高濃度領域と同様なものとなる。
窒素高濃度領域は、少なくとも珪素原子と窒素原子からなるか、または少なくとも珪素原子と窒素原子と酸素原子、または少なくとも珪素原子と窒素原子と酸素原子と炭素原子からなる。本実施形態において、窒素高濃度領域は、Si、SiO等から構成される。
また、窒素高濃度領域の、X線光電子分光法により測定した窒素原子の組成比は、下記式(1)において0.01以上、1以下、好ましくは0.1以上、1以下の範囲にある。
式(1):窒素原子の組成比/(酸素原子の組成比+窒素原子の組成比)
このような組成の窒素高濃度領域を有する、ポリシラザン膜のエネルギー照射により形成されたシリコン含有層(B)は、酸素バリア性、水蒸気バリア性等のガスバリア性、耐擦傷性等の機械特性に特に優れる。つまり、このような組成の窒素高濃度領域を有することにより、積層体はバリア性向上と機械特性向上のバランスに優れる。
また、ガスバリア性を向上させる観点から、シリコン含有層(B)における、X線光電子分光法により測定した全原子に対する窒素原子の組成比は、前記シリコン含有層(B)の重合体層(C)側が他方の面側よりも高いことが好ましい。
なお、シリコン含有層(B)と窒素高濃度領域との間において徐々に原子組成が変化している。このように連続的に組成が変化しているので、バリア性が向上するとともに機械特性も向上する。
窒素高濃度領域は、0.001μm以上0.2μm以下、好ましくは、0.005μm以上0.1μm以下、より好ましくは、0.01μm以上0.1μm以下の厚みを有することが積層体のガスバリア性および機械的特性発現の観点から好ましい。
窒素高濃度領域は、シリコン含有層(B)の上面の一部において上記範囲の厚みを有していればよいが、上記効果の観点から、シリコン含有層(B)の上面全体に亘って上記範囲の厚みを有していることが好ましい。
基材(A)へのシリコン含有層(B)の作製においては、基材(A)上にポリシラザンを含む塗膜を形成する。塗膜を形成する方法としては、湿式法で形成することが好ましく、具体的にはポリシラザン含有液を塗布する方法が挙げられる。
ポリシラザンとしては、ペルヒドロポリシラザン、オルガノポリシラザン、およびこれらの誘導体より選択される一種または二種以上組み合わせて用いることができる。誘導体としては、水素の一部又は全部がアルキル基等の有機基または酸素原子等で置換されたペルヒドロポリシラザンまたはオルガノポリシラザンを挙げることができる。
本実施形態においては、HSi(NHSiHNHSiHで示されるペルヒドロポリシラザンを用いることが好ましいが、水素の一部又は全部がアルキル基等の有機基で置換されたオルガノポリシラザンでもよい。また、単一の組成で用いても良いし、二成分以上を混合して使用してもかまわない。
ポリシラザン含有液には、ポリシラザンをセラミックス化する触媒として、金属カルボン酸塩を含んでいてよい。金属カルボン酸塩は、下記一般式で表される化合物である。
(RCOO)nM
式中、Rは炭素原子数1〜22個の脂肪族基又は脂環式基であり、Mは下記金属群から選択される少なくとも1種の金属を表し、nは金属Mの原子価である。
Mは、ニッケル、チタン、白金、ロジウム、コバルト、鉄、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、イリジウム、アルミニウムの群から選択され、パラジウム(Pd)であることが特に好ましい。上記金属カルボン酸塩は無水物であっても水和物であってもよい。また、金属カルボン酸塩/ポリシラザン重量比は好ましくは0.001〜1.0、より好ましくは0.01〜0.5である。
また、別の触媒として、アセチルアセトナト錯体が挙げられる。金属を含むアセチルアセトナト錯体は、アセチルアセトン(2,4−ペンタジオン)から酸解離により生じた陰イオンacac−が金属原子に配位した錯体であり、下記一般式で表される。
(CHCOCHCOCH
式中、Mはn価の金属を表す。
Mは、ニッケル、チタン、白金、ロジウム、コバルト、鉄、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、イリジウム、アルミニウムの群から選択され、パラジウム(Pd)であることが特に好ましい。アセチルアセトナト錯体/ポリシラザン重量比は、好ましくは0.001〜1.0、より好ましくは0.01〜0.5である。
さらに、別の触媒として、アミン化合物や、ピリジン類、DBU、DBN等及び/又は有機酸や無機酸などの酸化合物が挙げられる。
アミン化合物の代表例として、下記一般式で表されるものが挙げられる。
N 式中、R〜Rは、それぞれ水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基又はアルコキシ基を表す。アミン化合物の具体例として、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ペンチルアミン、ジペンチルアミン、トリペンチルアミン、ヘキシルアミン、ジヘキシルアミン、トリヘキシルアミン、ヘプチルアミン、ジヘプチルアミン、トリヘプチルアミン、オクチルアミン、ジオクチルアミン、トリオクチルアミン、フェニルアミン、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、等が挙げられる。なお、これらアミン化合物に含まれる炭化水素鎖は、直鎖であっても分枝鎖であってもよい。特に好ましいアミン化合物は、トリエチルアミン、トリペンチルアミン、トリブチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン及びトリオクチルアミンである。
ピリジン類の具体例としては、ピリジン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、ピペリジン、ルチジン、ピリミジン、ピリダジン、DBU(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン)、DBN(1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン)、等が挙げられる。
酸化合物の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、マレイン酸、ステアリン酸、等の有機酸、塩酸、硝酸、硫酸、過酸化水素、等の無機酸、等が挙げられる。特に好ましい酸化合物は、プロピオン酸、塩酸及び過酸化水素である。
前記のアミン化合物や、ピリジン類、DBU、DBN等、及び/又は有機酸や無機酸などの酸化合物のポリシラザンに対する添加量は、ポリシラザン重量に対して0.1ppm以上であり、好ましくは10ppm〜10%である。
ポリシラザンのSi−H結合に作用し、同結合状態を活性にすることで、ポリシラザンのエネルギー線照射による反応を容易にするために遷移金属化合物を添加しても良い。結果的に、遷移金属化合物の添加によって、短時間の照射で高い効果が期待できる。
以上の遷移金属化合物の遷移金属種としては、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、鉄(Fe)、オスミニウム(Os)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、レニウム(Re)を含む化合物またはこれらの混合物である。
前記遷移金属化合物としては、ハロゲン化遷移金属もしくは錯体もしくは遷移金属塩もしくは遷移金属酸化物が用いられる。
ハロゲン化物は、前記遷移金属と塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、フッ素(F)が結合した化合物のことである。
以上の遷移金属のハロゲン化物すべて有効に用いることができるが、より好ましくは、クロロ白金酸(HPtCl.nHO )、PtCl、PtCl、PtCl(NH、Na(PtCl).nHO、[PtCl(cyclohexene)2](μ−Cl)、RhCl3、Tris(dibutylsulfide)RhCl、(NH[RhCl] 、RhI、(NHRhCl 、RuCl3、[Ru(p−cymeme)Cl2、[Ru(benzene) Cl、(NH2RuCl、(NH34[RuCl4(HO)](μ−N)、Ni(triphenylphosphine)Br、Mn(CO)Br、IrCl3、(NH2IrCl、FeCl3、PdCl2・2H2O、NiCl2、TiCl4 、OsCl、(NHOsCl、W(cyclopentadiene)Cl、これらの混合物が挙げられる。
前記錯体としては、オレフィン錯体、環状オレフィン錯体、ビニルシロキサン錯体、ホスフィン錯体、ホスファイト錯体、一酸化炭素錯体(CO)、アミン錯体、ニトリル錯体である。従来、主としてSiH基とビニル基などを持つ有機物との反応の触媒などとして使用されるものであり、Si-H結合の解離を容易にすることが知られている。本発明の技術において、添加により、ポリシラザンのエネルギー線照射による反応を容易にできる。以上に類する遷移金属錯体であれば用いることができるが、より好ましくは、Pt−1,3−divinyl−1,1,3,3−tetramethyldisiloxane(Pt[CH=CH(metyl)Si]O)、Pt(CO)(CH=CH(metyl)SiO)、Pt[CH=CH(metyl)SiO]、Pt(triphenylphosphine)Cl 、Rh(cyclooctadiene)Cl、[Rh(cyclooctadiene)](μ−Cl)、Rh(acethylacetonato)(CO)2、Rh(triphenylphosphine)3Cl、Rh(triphenylphosphine)Cl、[(Bicyclo[2.2.1]hepta−2,5−diene)RhCl]、Rh(acethylacetonato)(CO)(triphenylphosphine)、Rh(acethylacetonato)(cyclooctadiene)、Rh(CO)(triphenylphosphine)Cl、RhH(CO)(triphenylphosphine)3、[RhCl(pentametylcyclopentadienyl)](μ−Cl)、Rh(CO)16、Ru(triphenylphosphine)3Cl、 [RuCl(CO)]、[Benzylidene−bis(tricyclophosophine)]RuCl、Ru(CO)12、[(2−Methylallyl)PdCl]、NaHRu(CO)11、(Triphenylphosphine)RuH(CO)、Ru(cyclooctadiene)Cl]n、(Acenaphthylene)Ru(CO)、[RuCl(p−cymeme)](μ−Cl)、(Pentametylcyclopentadiene)Ru(cyclooctadiene)Cl、Cr(CO)、Zr(cyclopentadiene)Cl、Zr(cyclopentadiene)Cl、Zr(cyclopentadiene)HCl、(Pentametylcyclopentadiene)ZrCl、Mo(CO)、Mo(cyclopentadiene)ClMo(cyclopentadiene)Cl4、[(Pentametylcyclopentadiene)Mo(CO)]、Nb(cyclopentadiene)Cl4、Nb(cyclopentadiene)Cl、Nb(triphenylphosphine)、Pd(triphenylphosphine)Cl、Pd(triphenylphosphine)4、(Pentametylcyclopentadiene)HfCl、Hf(cyclopentadiene)Cl、(Pentametylcyclopentadiene)HfCl3、Ir(CO)(triphenylphosphine)Cl、Ir4(CO)12、IrH(triphenylphosphine)Cl、[IrCl(pentametylcyclopentadiene)](μ−Cl)、[Ir(cyclooctadiene)](μ−Cl)、(Pentametylcyclopentadiene)TaCl、(Pentametylcyclopentadiene)Co、[(Pentametylcyclopentadiene)Co(CO)、La(cyclooctadiene)、Ni(triphenylphosphine)Cl、Ni(triphenylphosphine)(CO)、Ni(cyclopentadien)、Mn(CO)10、Mn(cyclopentadien)(CO)、Mn(cyclopentadien)、Mn(pentametylcyclopentadiene)、Ti(benzene)Cl、Fe(CO)、Fe(CO)、[Fe(cyclopentadien)(CO)、Os(CO)12、Re(CO)10、Re(CO)Cl、Re(CO)Br、Re(cyclopentadien)(CO)、W(CO)、W(cyclopentadien)(CO)3、Sc(cyclopentadien)、V(CO)、V(cyclopentadien)(CO)4、Y[N,N−bis(trimetylsilyl)amide]、Y(cyclopentadien)、これらの混合物などが挙げられる。
前記遷移金属塩は、テトラフルオロホウ酸(BF)塩、ヘキサフルオロリン酸(PF)塩、ヘキサフルオロアンチモン酸塩、テトラキス(ペルフルオルフェニル)ホウ酸塩、過塩素酸塩及びトリフルオルメチルスルホン酸(CFSO)塩である。以上に類する遷移金属塩であれば用いることができるが、より好ましくは、Rh(cyclooctadiene)2BF4、Pentametylcyclopentadienyltris(acetonitrile)RuPF、(Pentametylcyclopentadiene)CoPF、La(CFSO、Sc(CFSO、これらの混合物などが挙げられる。
前記遷移金属酸化物は、上記遷移金属に酸素原子が一つ以上結合した化合物のことである。
遷移金属化合物/ポリシラザン重量比は好ましくは0.0001〜1.0、より好ましくは0.001〜0.5、更により好ましくは0.01〜0.2である。
ポリシラザン含有液は、金属の微粒子を含むことができる。好ましい金属はAgである。金属微粒子の粒径は0.5μm以下が好ましく、0.1μm以下がより好ましく、さらには0.05μm以下が好ましい。特に、粒径0.005〜0.01μmの独立分散超微粒子を高沸点アルコールに分散させたポリシラザン含有液が好ましい。金属微粒子の添加量はポリシラザン100重量部に対して0.01〜10重量部、好ましくは0.05〜5重量部である。
ポリシラザン含有液は、溶媒に、ポリシラザンおよび必要に応じて用いられる触媒や金属微粒子等が溶解または分散している。
溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、トリエチルベンゼン等の芳香族化合物;n−ペンタン、i−ペンタン、n−ヘキサン、i−ヘキサン、n−ヘプタン、i−ヘプタン、n−オクタン、i−オクタン、n−ノナン、i−ノナン、n−デカン、i−デカン等の飽和炭化水素化合物;エチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、p−メンタン、デカヒドロナフタレン、ジペンテン;ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、MTBE(メチルターシャリーブチルエーテル)、テトラヒドロキシフラン等のエーテル類;MIBK(メチルイソブチルケトン)等のケトン類、塩化メチレン、四塩化炭素等が挙げられ、これらは単独で用いてもよいし混合して用いてもよい。
ポリシラザン含有液を基材(A)へ塗布する方法としては、公知の塗布方法が適用でき、特に限定されるものではないが、例えば、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、スプレーコート法、エアーナイフコート法、スピンコート法、ディップコート法等が挙げられる。
また、本実施形態のようにウェット塗布により形成されることで、特許文献2に記載の方法のように、必ずしもアンダーコート層を設ける必要がなく、層数が少なく済むためコストやプロセスの簡略化の点で利点がある。
ポリシラザン膜に低酸素および/または低水蒸気の雰囲気にてエネルギー線照射を行い、ポリシラザン膜の少なくとも一部を変性し、窒素高濃度領域を含むシリコン含有層(B)を形成する。エネルギー線照射としては、プラズマ処理を挙げることができ、これらを組み合わせて処理することもできる。
プラズマ処理を行うと、他のエネルギー線照射に比べて、窒素高濃度領域を均一に形成することが出来るため、シリコン含有層(B)のバリア性、特に水蒸気バリア性が優れる点で好ましい。
(プラズマ処理)
本発明で用いるプラズマ処理について以下に説明する。プラズマ処理は、低圧、大気圧近傍プラズマがある。より好ましくは低圧プラズマが好ましい処理方法である。
(プラズマガス種)
プラズマ処理に用いるガスとしては、シリコン含有層の窒素高濃度領域を形成する観点から、不活性ガスである窒素ガス、希ガスであるアルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガス等、還元ガスである水素ガス、アンモニアガス等が挙げられる。さらに好ましいガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス、水素ガス、またはこれらの混合ガスが挙げられる。
(低圧プラズマ処理)
低圧プラズマには、真空の密閉系内に公知の電極または導波管を配置し、直流、交流、ラジオ波あるいはマイクロ波等の電力を、電極または導波管を介して印加することにより任意のプラズマを発生させることができる。プラズマ処理時に印加する電力(W)は、電極の単位面積(cm)あたり、好ましくは0.0001W/cm〜100W/cm、より好ましくは0.001W/cm〜50W/cmである。
プラズマ処理は、低酸素および/または低水蒸気の雰囲気に相当する低圧下で実施することができる。低圧とは、100Pa以下の圧力、好ましくは、10Pa以下の圧力をいう。装置内の低圧状態は、装置内の圧力を、油圧式ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを用いて大気圧(101325Pa)から圧力100Pa以下、好ましくは10Pa以下まで減圧した後、前記のプラズマガスを100Pa以下の圧力まで導入することにより得られる。
低圧下における酸素濃度および水蒸気濃度は、一般的に、酸素分圧および水蒸気分圧で評価される。
上記条件を満たさない雰囲気でプラズマ処理を行った場合、本実施形態の窒素高濃度領域は形成されず、シラノール基(Si−OH)が生成するので、十分な水蒸気バリア性が得られない場合がある。
(低圧プラズマ圧力範囲)
低圧プラズマ処理では、前記のプラズマガス種を導入し、ガス分圧500Pa〜0.1Paの低圧で行う。より好ましくは、100Pa〜0.1Paで行うとプラズマ発生効率が良い。
(低圧プラズマ生成方式)
本発明で用いるプラズマの生成方式は、従来から知られた方式を用いる事ができる。好ましくは、幅広の基材(A)に形成したポリシラザン膜の処理に対応できる方式が良く、例えば、次に示す(A)〜(E)の方式が挙げられる。
(A)容量結合プラズマ(CCP)
高周波電力を印加した側の電極と接地側の電極との間にプラズマを生成する方式で、対向した平板電極が代表的な電極構造である。高周波電力を印加した側の電極は、平板状だけでなく、凹凸形状であっても良い。
(B)誘導結合プラズマ(ICP)
アンテナコイルに高周波電流を流し、コイルが作る磁場による誘導電界でプラズマを生成する方式で、一般に容量結合プラズマに比べ高い電子密度(プラズマ密度)が得られるとされる。誘電体層を介してアンテナコイルをチャンバの外に置く外部アンテナ型、アンテナコイルをチャンバ内に設置する内部アンテナ型のどちらを採用してもよい。また、幅広の基材に対応するため、アンテナコイルをアレイ状に配置する等の工夫をしても良い。
上記のような装置構成では、投入電力を上昇させていくと、コイルアンテナとの静電的な結合による放電(Eモードと呼ばれる)から誘導結合による放電(Hモードと呼ばれる)に移行する。場合によっては、モードジャンプ現象としてプラズマ密度が急激に増加する現象が観測される事がある。ポリシラザン膜を処理する際には、Hモードのプラズマになるように、十分な電力を投入する必要がある。
(C)表面波プラズマ
(D)電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ
(E)ヘリコン波プラズマ
(大気圧近傍のプラズマ処理)
大気圧近傍プラズマ処理としては、二つの電極間にガスを通し、このガスをプラズマ化してから基材(A)に照射する方式や、二つの電極間に照射するポリシラザン膜付き基材を配置し、そこへガスを通してプラズマ化する方式などが挙げられる。
大気圧プラズマ処理を行う際、前記の低酸素および/または低水蒸気の雰囲気で行う必要がある。プラズマガス流量は前記の低酸素・低水蒸気濃度雰囲気にするために、流量が多いほど好ましく、好ましくは0.01〜1000L/min、より好ましくは0.1〜500L/minである。
(大気圧近傍プラズマ圧力範囲)
大気圧近傍プラズマ処理において、印加する電力(W)は、電極の単位面積(cm)あたり、好ましくは0.0001W/cm〜100W/cm、より好ましくは0.001W/cm〜50W/cmである。大気圧プラズマ処理における、ポリシラザン膜付き基材の移動速度は、好ましくは0.001〜1000m/minであり、より好ましくは0.001〜500m/minである。
以上の工程を行うことにより、本発明におけるシリコン含有層(B)を製造することができる。なお、シリコン含有層(B)に対しさらに以下の処理を行ってもよい。
基材(A)とシリコン含有層(B)の間に、基材(A)中のオリゴマー及び添加剤析出の抑制のために、アンダーコート層を設けても良い。アンダーコート層としては、分子内にビニル基を少なくとも1つ以上有する重合性モノマー、オリゴマーをコートして、加熱や紫外線や電子線等による架橋反応によりコート層を形成させるものが好適である。特に、紫外線や電子線等を用いることが、反応性が良く好ましい。重合性モノマーとしては、エポキシ(メタ)アクリレート系、ウレタン(メタ)アクリレート系、ポリエステル(メタ)アクリレート系、ポリエーテル(メタ)アクリレート系、ビニル系、不飽和ポリエステル系のオリゴマーや各種単官能、多官能のアクリレート、メタクリレート、ビニルエステル等のモノマーが挙げられる。中でも、エポキシ(メタ)アクリレート系、ウレタン(メタ)アクリレート系のアンダーコート層を設けることが好ましく、特にウレタン(メタ)アクリレート系のアンダーコート層を設けることが望ましい。
エポキシ(メタ)アクリレート系化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物、脂肪族エポキシ化合物等のエポキシ化合物とアクリル酸またはメタクリル酸を反応させて得られる化合物、更にはこれらの化合物をカルボン酸またはその無水物と反応させて得られる酸変性エポキシ(メタ)アクリレートが例示される。これらのエポキシ(メタ)アクリレート系の化合物は、光重合開始剤及び必要に応じて他の光重合あるいは熱反応性モノマーからなる希釈剤と共に、基材(A)の表面に塗布され、その後紫外線等を照射して架橋反応によりアンダーコート層が形成される。
ウレタン(メタ)アクリレート系化合物は、ポリオール化合物とジイソシアネート化合物からなるオリゴマーをアクリレート化したものから構成される。
ポリウレタン系オリゴマーは、ポリイソシアネートとポリオールとの縮合生成物から得ることができる。具体的なポリイソシアネートとしては、メチレン・ビス(p−フェニ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・ヘキサントリオールの付加体、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネートトリメチロールプロパンのアダクト体、1,5−ナフチレンジイソシアネート、チオプロピルジイソシアネート、エチルベンゼン−2,4−ジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート二量体、水添キシリレンジイソシアネート、トリス(4−フェニルイソシアネート)チオフォスフェートなどが例示でき、また、具体的なポリオールとしては、ポリオキシテトラメチレングリコールなどのポリエーテル系ポリオール、ポリアジペートポリオール、ポリカーボネートポリオールなどのポリエステル系ポリオール、アクリル酸エステル類とヒドロキシエチルメタアクリレートとのコポリマーなどがある。アクリレートを構成する単量体としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2エチルヘキシル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレートなどがある。
これらのエポキシ(メタ)アクリレート系化合物、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物は、必要に応じて、併用される。また、これらを重合させる方法としては、公知の種々の方法、具体的には電離性放射線の照射又は加熱などによる方法があげられる。
これらを紫外線で硬化して使用する場合は、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミフィラベンゾイルベンゾエート、α−アミロキシムエステルまたはチオキサントン類などを光重合開始剤として、また、n−ブチルアミン、トリエチルアミン、トリn−ブチルホスフィンなどを光増感剤として混合して使用するのが好ましい。本発明では、エポキシ(メタ)アクリレート系化合物とウレタン(メタ)アクリレート系化合物は、併用することも行われる。
また、これらのエポキシ(メタ)アクリレート系化合物やウレタン(メタ)アクリレート系化合物は、(メタ)アクリル系モノマーで希釈することが行われる。このような(メタ)アクリル系モノマーとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、多官能モノマーとしてトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオール(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(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、ジペンタエリスリトールヘキサ(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、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレートなどが例示される。
中でもアンダーコート層としてウレタン(メタ)アクリレート系化合物を用いた場合は、得られるガスバリア性フィルムの酸素ガスバリア性の改良に寄与する。
これらのアンダーコート層は、通常0.05〜5.0グラム/mが通常であり、中でも0.1〜3.0グラム/mが好適である。
また、シリコン含有層(B)の表面は金属塩の重合体層(C)を設ける前に、コロナ処理、グロー放電処理、大気圧プラズマ処理、真空プラズマ放電処理などの前処理をすることが望ましい。中でもコロナ処理が好適である。コロナ処理の条件は、特に限定されないが、例えば放電周波数は、5〜40kHz、中でも10〜30kHz程度を用いることもでき、波形として例えば交流正弦波がある。電極と誘電体ロールとのギャップのクリアランスを0.1〜10ミリメートル、中でも1.0〜2.0ミリメートル程度とし、処理量として0.3〜0.4KV・A・分/m程度とすることもできる。空気中常圧で処理できる点で好適である。
(基材加熱)
また、プラズマ処理と同時に、ポリシラザン膜が塗工された基材の加熱処理を行うことで、より短時間で処理することができる。加熱処理温度としては、高ければ高いほど良いが、基材の特性を考慮すると、好ましくは25℃〜1000℃、より好ましくは30℃〜500℃、更に好ましくは60℃〜300℃の範囲である。
(追加処理)
プラズマ処理により変性されたシリコン含有層(B)に対し、さらに活性エネルギー線の照射または加熱処理を施すことで、シリコン含有層(B)における窒素高濃度領域を増加させることができる。
活性エネルギー線としては、マイクロ波、赤外線、紫外線、電子線などが挙げられ、好ましくは赤外線、紫外線、電子線である。
紫外線の発生方法としては、前記と同様、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、エキシマランプ、Ar−FレーザーなどのUV光レーザー、等を使用する方法が挙げられる。
赤外線の発生方法としては、例えば、赤外線ラジエタや赤外線セラミクスヒータを使用する方法が挙げられる。また、赤外線ラジエタを使用する場合には、赤外線の使用波長に応じて、波長1.3μmに強度ピークを有する近赤外線ラジエタ、波長2.5μmに強度ピークを有する中赤外線ラジエタ、波長4.5μmに強度ピークを有する遠赤外線ラジエタを使用することができる。
活性エネルギー線の照射には、スペクトルが単一である赤外レーザーを使用することが好ましい。赤外レーザーの具体例として、HF、DF、HCl、DCl、HBr、DBrなどの気体化学レーザー、CO気体レーザー、NO気体レーザー、CO気体レーザー励起遠赤外レーザー(NH、CF、等)、Pb(Cd)S、PbS(Se)、Pb(Sn)Te、Pb(Sn)Se、等の化合物半導体レーザー(照射波長2.5〜20μm)、が挙げられる。
[重合体層(C)]
重合体層(C)を構成する重合性基を有する有機酸金属塩は、分子内に重合性基および酸性官能基を有する。
重合性基は、ビニル基、エポキシ基、メルカプト基、ウレイド基、スルフィド基、イソシアネート基、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子、オキサゾリン基、カルボジイミド基またはこれらの誘導体といった連鎖反応により重合する官能基であり、特に好ましくは、ビニル基またはこれらの誘導体である。
有機酸金属塩における金属塩とカウンターアニオンになる酸性官能基としては、カルボン酸、スルホン酸、フェノール等の酸性水酸基、メルカプト酸であり、好ましくはカルボン酸、スルホン酸、メルカプト酸であり、さらに好ましくはカルボン酸、スルホン酸である。
重合性基を有する有機酸金属塩は、単量体として膜を形成した後に、紫外線、電子線あるいは熱により重合させて重合体層(C)を得ることができる。また、重合性基を有する有機酸金属塩は、低重合体すなわち低重合度の重合体として膜を形成した後に紫外線、電子線あるいは熱により重合させて重合体層(C)としてもよい。
このような低分子重合体の重合度は、好ましくは重合度が20未満、さらに好ましくは単量体もしくは10以下の重合体である。
重合性基を有する有機酸金属塩、ないしその低分子重合体は、後述のように膜状に塗工した後に熱やエネルギー照射により硬化し、重合体層(C)とすることができる。
さらには、重合性基を有する有機酸金属塩を予め熱やエネルギー照射により重合し、得られた重合体の溶液を塗布して膜を形成した後に、溶媒を乾燥して重合体層(C)としてもよい。
前記の重合性基を有する有機酸金属塩のうち、特に限定されないが、好ましく用いることができる重合性カルボン酸化合物の例として、アクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸、イタコン酸およびこれらの誘導体等の重合性のビニル基を有するカルボン酸化合物である。これらカルボン酸化合物は、一種でも二種以上の混合物であってもよい。
前記の重合性基を有する有機酸金属塩のうち、特に限定されないが、好ましく用いることができる重合性スルホン酸化合物の例として、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、スルホン酸アクリレート、スルホン酸アクリルアミド、スルホン酸メタアクリレート、スチレンスルホン酸、イソプレンスルホン酸およびこれらの誘導体等の重合性のビニル基を有するスルホン酸化合物である。これらスルホン酸化合物は、一種でも二種以上の混合物であってもよい。
前記の重合性基を有する有機酸金属塩は、重合性基を有するカルボン酸化合物及びスルホン酸化合物の二種以上の混合物であってもよい。
本発明に用いられる金属塩を形成する金属化合物は、二価以上の金属化合物、もしくは一価の金属化合物、もしくはこれらの混合物から構成される。
(二価以上の金属化合物)
二価以上の金属化合物は、周期表の2A〜7A族、1B〜3B族及び8族に属する金属及び金属化合物であり、具体的には、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)等の二価以上の金属、これら金属の酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、リン酸塩、亜リン酸塩、次亜リン酸塩、硫酸塩若しくは亜硫酸塩等である。これら金属化合物の中でも、二価の金属化合物が好ましく、特には酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化亜鉛、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化亜鉛等が好ましい。これら二価の金属化合物を用いた場合は、前記不飽和カルボン酸化合物との塩を重合して得られる膜の高湿度下でのガスバリア性が特に優れている。これら二価以上の金属化合物は、少なくとも一種が使用され、一種のみの使用であっても、二種以上を併用してもよい。これら二価以上の金属化合物の中でもMg、Ca、Zn及びBaが好ましく、中でも、特にZnが好ましい。
(一価の金属化合物)
一価の金属化合物は、周期表の1A族、即ち、アルカリ金属及びその金属化合物であり、具体的には、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)等の一価金属、これら金属の酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、リン酸塩、亜リン酸塩、次亜リン酸塩、硫酸塩若しくは亜硫酸塩等であり、具体的には酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を挙げることができる。
金属化合物として、2価以上の金属化合物と共にこれら一価の金属化合物を併用した場合は、前記不飽和カルボン酸化合物の金属塩として重合して得られる膜は、低湿度下でのガスバリア性が良好であるばかりではなく、高湿度下でのガスバリア性が特に優れている。これら一価の金属化合物は、少なくとも一種が使用され、一種のみの使用であっても、二種以上を併用してもよい。これら一価の金属化合物の中でもリチウム(Li)またはナトリウム(Na)が特に好ましい。
なお、前記の重合基および有機酸金属塩で構成される化合物より形成される重合体層(C)には、本発明の目的を損わない範囲で、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチルなどの不飽和カルボン酸エステル化合物、酢酸ビニルなどのビニルエステル化合物等の単量体あるいは低分子量の化合物、ポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエチルエーテル、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、澱粉、アラビアガム、メチルセルロース等の水溶性重合体、アクリル酸エステル重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂等の高分子量の化合物等が含まれていてもよい。
また、シリコン含有層(B)の表面は金属塩の重合体層(C)を設ける前に、コロナ処理、グロー放電処理、大気圧近傍プラズマ処理、低圧プラズマ処理、水銀ランプまたはエキシマーランプ等を使用した紫外線オゾン処理などの前処理を行ってもよい。中でもコロナ処理、紫外線オゾン処理が好適である。コロナ処理の条件は、特に限定されないが、例えば放電周波数は、5〜40kHz、中でも10〜30kHz程度を用いることもでき、波形として例えば交流正弦波がある。電極と誘電体ロールとのギャップのクリアランスを0.1〜10ミリメートル、中でも1.0〜2.0ミリメートル程度とし、処理量として0.3〜0.4KV・A・分/m程度とすることもできる。コロナ処理、紫外線オゾン処理は、空気中常圧で処理できる点で好適である。
重合性基を有する有機酸金属塩、もしくはそれを含む重合体から得られる重合体層(C)は、例えば、重合基および有機酸金属塩で構成される化合物を溶媒に溶解した後、当該混合物の溶液を塗布する方法、若しくは重合基および有機酸で構成される化合物を溶媒に溶かした溶液に前記の金属化合物を添加することで一価の金属塩と二価以上の金属塩とを形成させた溶液を作製した後に塗布し、紫外線、電子線あるいは熱により重合させて重合体層(C)とする方法等を例示できるが、これらの方法には限定されない。
積層体のシリコン含有層(B)上に重合基および有機酸金属塩で構成される化合物、もしくはそれを含む重合体から得られる重合体層(C)を塗布する方法としては、例えば、エアーナイフコーター、ダイレクトグラビアコーター、グラビアオフセット、アークグラビアコーター、グラビアリバース及びジェットノズル方式等のグラビアコーター、トップフィードリバースコーター、ボトムフィードリバースコーター及びノズルフィードリバースコーター等のリバースロールコーター、5本ロールコーター、リップコーター、バーコーター、バーリバースコーター、ダイコーター等種々公知の塗工機を用いて塗布する方法が挙げられる。
前記の重合性基を有する有機酸金属塩を溶解させる際には、本発明の目的を損なわない範囲で、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチルなどの不飽和カルボン酸エステル化合物、酢酸ビニルなどのビニルエステル化合物等の単量体あるいは低分子量の化合物、ポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエチルエーテル、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、澱粉、アラビアガム、メチルセルロース等の水溶性重合体、アクリル酸エステル重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリエステル、ポリウレタン等の高分子量の化合物等を添加してもよい。
また、前記の重合性基を有する有機酸金属塩を溶解させる際には、本発明の目的を損わない範囲で、滑剤、スリップ剤、アンチ・ブロッキング剤、帯電防止剤、防曇剤、顔料、染料、無機また有機の充填剤等の各種添加剤を添加しておいてもよいし、シリコン含有層(B)との濡れ性を改良するために、各種界面活性剤等を添加しておいてもよい。
また前記の重合性基を有する有機酸金属塩を溶解させる際には、ポリシラザン膜との密着性を向上させるために、シランカップリング剤を添加してもよい。
シランカップリング剤は、(メタ)アクリル系シランカップリング剤が好ましい。(メタ)アクリル系シランカップリング剤の具体例としては、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、及び、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
(メタ)アクリル系シランカップリング剤は、当該カップリング剤を加水分解した溶液にして用いてもよい。加水分解の際に酸性条件下にして加水分解を促進させてもよい。また、(メタ)アクリル系シランカップリング剤を加水分解した溶液を希釈して用いてもよい。希釈溶媒としては、水、メタノール、エタノール、2−プロパノール等のアルコールが挙げられる。
添加量は、重合性基を有する有機酸金属塩に対し0.1〜20質量%が好ましい。
前記の重合性基を有する有機酸金属塩を重合させるには、種々公知の方法、具体的には例えば、電離性放射線等のエネルギー線の照射または加熱等による方法が挙げられる。
エネルギー線を使用する場合は、波長領域が0.0001〜800nmの範囲のエネルギー線であれば特に限定されないが、かかるエネルギー線としては、α線、β線、γ線、X線、可視光線、紫外線、電子線等が挙げられる。これらのエネルギー線の中でも、波長領域が400〜800nmの範囲の可視光線、50〜400nmの範囲の紫外線及び0.01〜0.002nmの範囲の電子線が、取り扱いが容易で、装置も普及しているので好ましい。
エネルギー線として可視光線及び紫外線を用いる場合は、光重合開始剤を添加してもよい。光重合開始剤としては、公知のものを使用することができ、例えば、2−ヒドロキシ−2メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 商品名;ダロキュアー 1173)、1−ヒドロキシーシクロヘキシルーフェニルケトン(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 商品名;イルガキュアー 184)、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 商品名;イルガキュアー819)、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(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 商品名;イルガキュアー 2959)、α―ヒドロキシケトン、アシルホスフィンオキサイド、4−メチルベンゾフェノン及び2,4,6−トリメチルベンゾフェノンの混合物(ランベルティ・ケミカル・スペシャルティ社製 商品名;エサキュアー KT046)、エサキュアー KT55(ランベルティー・ケミカル・スペシャルティ社製)、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド(ラムソン・ファイア・ケミカル社製 商品名;スピードキュアTPO)、イルガキュアー651(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ダロキュアー1173(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ベンゾフェノン、4−フェニルベンゾフェノン、イルガキュアー500(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー127(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー907(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー369(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー1300(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー1800(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ダロキュアーTPO(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ダロキュアー4265(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアーOXE01(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアーOXE02(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、エサキュアーKIP150(ランベルティー社製)、エサキュアーKIP100F(ランベルティー社製)、エサキュアーKT37(ランベルティー社製)、エサキュアーKTO46(ランベルティー社製)、エサキュアー1001M(ランベルティー社製)、エサキュアーKIP/EM(ランベルティー社製)、エサキュアーDP250(ランベルティー社製)、エサキュアーKB1(ランベルティー社製)、2,4−ジエチルチオキサントンなどの商品名で製造・販売されているラジカル重合開始剤を挙げることができる。さらに、重合度または重合速度を向上させるため重合促進剤を添加することができ、例えば、N,N-ジメチルアミノ-エチル-(メタ)アクリレート、N-(メタ)アクリロイル-モルフォリン、2,2−ビス(2−クロロフェニル)−4,4',5,5'−テトラフェニル−1,2'−ビイミダゾール、トリス(4−ジメチルアミノフェニル)メタン、4,4'−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、2−エチルアントラキノン、カンファーキノン等が挙げられる。
熱により重合を進めるために熱処理する場合は、熱重合開始剤を使用してもよい。
熱重合開始剤としては、例えば過硫酸塩、アゾ系重合開始剤、過酸化物、過酸化水素水が含まれる。熱重合開始剤を使用する場合には、重合性組成物中に、通常0.001〜10重量%、好ましくは0.01〜5重量%の割合で添加する。
また、本発明の積層体は、前記の工程の後、更に追加でエネルギー線照射または熱処理をすることで更にガスバリア性を向上させることができる。
エネルギー線を使用する場合は、波長領域が0.0001〜800nmの範囲のエネルギー線であれば特に限定されないが、かかるエネルギー線としては、α線、β線、γ線、X線、可視光線、紫外線、電子線等が上げられる。これらの電離性放射線の中でも、50〜400nmの範囲の紫外線及び0.01〜0.002nmの範囲の電子線が好ましい。
熱により重合を進めるための熱処理としては、対流伝熱によるもの(例えばドライヤー、オーブン)、伝導伝熱によるもの(例えば加熱ロール)、輻射伝熱によるもの(例えば赤外線、遠赤外線、近赤外線のヒータ等の電磁波を用いるもの)、内部発熱によるもの(例えばマイクロ波)があげられる。オーブンによる熱処理の場合、フィルム基材の種類にもよるが、通常60℃〜350℃程度で、1分〜5時間程度が通常であり、特に100℃〜200℃、5分〜2時間が望ましい。連続で加熱する場合は、加熱ロール及び遠赤外線炉による処理が処理速度速く有効である。また、これらのエネルギー線照射または熱処理は、減圧下で行ってもよい。
本発明の積層体は、その少なくとも片面に、目的の用途に合わせて以下のような熱硬化樹脂層、紫外線硬化樹脂層、ハードコート樹脂層、易滑層、導電層、熱融着層、機能素子封止樹脂層を更に積層しても良く、単一でも組み合わせても、何層か積層させても良い。
[熱硬化樹脂層、紫外線硬化樹脂層、ハードコート樹脂層]
一般的な熱硬化樹脂層や紫外線硬化樹脂、ハードコート樹脂をコートし、加熱や紫外線や電子線等により架橋させて形成することができる。具体的には、(メタ)アクリル樹脂や、エポキシ樹脂などである。また、これらの樹脂は、それぞれ単独で用いてもよいし、必要に応じて、併用してもよい。
紫外線で硬化して使用する場合は、光ラジカル開始剤、光カチオン開始剤、光酸発生剤を、また、光増感剤を混合して使用するのが好ましい。
また、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂層、ハードコート樹脂層には、滑剤、スリップ剤、アンチ・ブロッキング剤、帯電防止剤、防曇剤、顔料、染料、無機また有機の充填剤等の各種添加剤を添加してもよい。
[導電層]
導電性を有する金属、セラミックス、カーボン材料を積層することで、電子部材として好適な積層フィルムが得られる。金属としては、特に限定されないが、金、銀、白金、銅、鉛などの金属が好適である。セラミックスでは、インジウムスズ酸化物、酸化亜鉛、酸化チタンなどが使用できる。
カーボン材料では、グラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェンなどが使用できる。
導電層は、上記金属又はセラミックス又はカーボン材料の微粒子を水や有機溶媒に分散したペースト状の塗工液をコーティングしたり、蒸着やスパッタといった気相堆積法を用いて金属又はセラミックス又はカーボン材料の薄膜を作製することができる。
[熱融着層]
熱融着層を積層することで、熱ヒートシール可能な包装用フィルムとして好適な積層フィルムが得られる。このような熱融着層としては、通常熱融着層として公知のエチレン、プロピレン、ブテン−1、ヘキセン−1、4−メチル・ペンテン−1、オクテン−1等のα−オレフィンの単独若しくは共重合体、高圧法低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン(所謂LLDPE)、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレンランダム共重合体、ポリブテン、ポリ4−メチル・ペンテン−1、低結晶性あるいは非晶性のエチレン・プロピレンランダム共重合体、エチレン・ブテン−1ランダム共重合体、プロピレン・ブテン−1ランダム共重合体等のポリオレフィンを単独若しくは2種以上の組成物、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン・(メタ)アクリル酸共重合体あるいはその金属塩、EVAとポリオレフィンとの組成物等から得られる層である。
中でも、高圧法低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン(所謂LLDPE)、高密度ポリエチレン等のエチレン系重合体から得られる熱融着層が低温ヒートシール性、ヒートシール強度に優れるので好ましい。
このような熱融着層の厚さは通常1〜50μm程度である。
<電子部材>
本発明の電子部材10は、図1に示すように、ガラスや樹脂からなる基材12と、基材12上に搭載された素子14と、基材12上および素子14を覆う機能素子封止樹脂層16とからなる部材上に、基材(A)22とシリコン含有層(B)20と重合体層(C)18とからなる本発明の積層体を重合体層(C)18が部材側となるように配設して形成される。
[素子]
素子14としては、液晶表示素子、有機EL等の素子、面状発光体、光デバイス等の有機機能素子、無機EL等の無機機能素子を挙げることができる。本発明の積層体は、特に、高度な水分・酸素バリアを要求される有機ELに対し、有効に用いることができる。
[機能素子封止樹脂層]
機能素子封止樹脂層16は、素子14を封止する樹脂層である。機能素子封止樹脂層16には、特に限定されないが、ヒートシール性熱可塑性樹脂や、または前記の熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂(以下、両者を「硬化樹脂」と表記することがある)が用いられる。
機能素子封止樹脂層16は、本発明の積層体における重合体層(C)18と、接着積層することができる。重合体層(C)18と封止樹脂層16の間に、必要に応じて接着層として硬化樹脂を用いることができる。
本発明の積層体は、有機ELに対し有効に用いることができる。機能素子封止樹脂層16は、有機EL封止樹脂層として用いることができる。有機EL封止樹脂層としては、アクリレートやエポキシ樹脂など、公知の熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂、もしくはヒートシール性熱可塑性樹脂が用いられる。
ヒートシール性熱可塑性樹脂層に用いられる熱可塑性樹脂は、特に限定されないが、中でも低密度ポリエチレン、エチレンと炭素数4ないし8のα−オレフィンとのランダム共重合体であるLLDPE、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・1−ブテン共重合体、エチレン−1−ヘキセン共重合体、1−オクテン共重合体などのエチレン・α−オレフィン共重合体エラストマー、プロピレン・エチレン共重合体、プロピレン・エチレン・1−ブテン共重合体などのプロピレン系エラストマー、ブテン・エチレン共重合体などのブテン系エラストマー、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体などのエチレンと極性モノマーとの共重合体が好適例として例示される。
これらは、さらに、アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸やエポキシ基含有モノマーなどの極性基含有モノマーで変性されたものでもよい。これらのヒートシール性熱可塑性樹脂は、ラミネートにより積層される方法、コーティングによりコート層として形成される方法がある。
このような層の中でも、コート剤としては、エチレン−ビニル酢酸共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸ナトリウム塩共重合体などのアイオノマーが例示される。
このように、ヒートシール性熱可塑性樹脂層には、加熱溶融により、他の材料に溶融固着するものであれば、特に限定することなく利用することができる。このような材料として、上記の中でも、アクリル酸、無水マレイン酸、これらの誘導体がグラフトされたポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好適である。
重合体層(C)18と、封止樹脂層16を、必要に応じて更に接着層として硬化樹脂を用い、有機EL封止樹脂層と接着することができる。すなわち、基材(A)/シリコン含有層(B)/重合体層(C)/(接着層)/有機EL封止樹脂の構成が得られる。このような構成であると高度な水分・酸素バリア性ならびにEL素子保護性能が得られて好ましい。
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何等限定されるものではない。
実施例及び比較例における物性値等は、以下の評価方法により求めた。
<評価方法>
(1)酸素透過率[ml/(m・day・atm)]:積層体を、モコン社製OX−TRAN2/20を用いて、JIS K 7126に準じ、温度23℃、湿度90%R.H.の条件で測定した。
(2)水蒸気透過率[g/(m・day)]:積層体を(株)センテック社製Ca腐食法水蒸気透過試験装置US710を用いて測定した。積層体片面にカルシウムを真空蒸着した後、更に続いてカルシウムを完全にカバーするようにアルミニウムを1000nmの厚さで真空蒸着し、蒸着面に耐温熱性のある接着材を用いてガラス板と貼り合わせてサンプルを作製した。サンプルは温度60℃、湿度90%R.H.の雰囲気に置き、積層体のカルシウム/アルミ二ウム被覆面の反対側から透過してきた水蒸気とカルシウムとの反応によって形成される水酸化カルシウムの腐食スポットを試験装置で観察し、腐食スポットの面積の経時での増加率から水蒸気透過量を計算した。
(3)膜構造解析・元素組成比の測定
X線光電子分光(XPS)装置(「ESCALAB220iXL」,VG社製)を用い、膜深さ方向のシリコン含有層(B)の構成元素の組成比を測定した。(X線源 Al−Kα、アルゴンスパッタ SiO換算0.05nm/スパッタ秒)
(4)折り曲げ試験(耐屈曲性試験)
実施例および比較例にある積層体のフィルム(10cm角)の中央に、半径5mmの円柱を置き、円柱側面を支点にフィルムを135°折り曲げた。この操作を100回繰り返した後、フィルムの外観を目視で観察した。続いて、前記評価方法にて酸素透過率を測定した。
実施例1〜10、比較例3、5および6のシリコン含有層(B)作製時に用いたプラズマ処理装置の概略は下記の通りである。
(1)低圧容量結合プラズマ処理装置(ユーテック株式会社製)
SUS製の真空容器を用いた平行平板電極タイプの低圧容量結合プラズマ処理装置。一方は整合器を介して高周波電源に接続され、もう一方は接地されている。電極間隔は70mmとした。ポリシラザン膜は、接地されている電極側に設置して処理を行った。また、高周波電源側の対向している電極面の面積をプラズマ源の面積として投入電力密度を求めた。尚、電極は液体を流して温調する事ができ、ポリシラザン膜の基材を加熱する事ができる。
(2)低圧誘導結合プラズマ処理装置(ICP方式)
SUS製の筒型の真空容器に石英製の誘電体窓を介してシングルループのアンテナコイル設置した外部アンテナ方式の低圧誘導結合プラズマ処理装置。真空容器の上面全部が、誘導結合プラズマ源となっている。そのため、真空容器の内径からプラズマ源の面積を算出し、投入電力密度を求めた。アンテナコイルの一方は、整合器を介して高周波電源に接続され、もう一方は接地されている。ポリシラザン膜は、誘電体窓より200mm離した試料台上に設置した。
(3)誘電体バリア放電型プラズマ処理装置
ガラス製の真空容器に、ガラスで被覆された平行平板電極タイプの誘電体バリア放電型プラズマ処理装置。一方はインパルス型の高圧電源に接続され、もう一方は接地されている。電極間隔は5mmとした。ポリシラザン膜は、接地されている電極側に設置して処理を行った。また、高圧電源側の対向している電極面の面積をプラズマ源の面積として投入電力密度を求めた。
<重合体層(C)調製用の塗工液の作製>
<溶液(W)作製>
アクリル酸亜鉛(アクリル酸のZn塩)水溶液(浅田化学社製、濃度30重量%(アクリル酸成分:20重量%、Zn成分10重量%))に、メチルアルコールで25重量%に希釈した光重合開始剤〔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(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 商品名;イルガキュアー 2959)〕及び界面活性剤(花王社製 商品名;エマルゲン120)をアクリル酸に対して固形分比率でそれぞれ2%及び0.4%添加し、不飽和カルボン酸化合物Zn塩溶液(W)を作製した。
<溶液(X)作製>
アクリル酸(単量体)(共栄社化学社製)を水で希釈して25%水溶液を作成した。この水溶液中のアクリル酸のカルボキシル基に対して等モルの水酸化リチウム一水和物(関東化学社製)を添加して、アクリル酸リチウム(アクリル酸のLi塩)水溶液を作製した。次に、作製したアクリル酸リチウム水溶液に、メチルアルコールで25重量%に希釈した光重合開始剤〔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(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 商品名;イルガキュアー 2959)〕及び界面活性剤(花王社製 商品名;エマルゲン120)をアクリル酸に対して固形分比率でそれぞれ2%及び0.4%添加し、不飽和カルボン酸化合物のリチウム塩の溶液(X)を作製した。
<溶液(Y)の作製>
アクリル酸(単量体)(共栄社化学社製)を水で希釈して25%水溶液を作成した。この水溶液中のアクリル酸のカルボキシル基に対して等モルの水酸化ナトリウム(関東化学社製)を添加して、アクリル酸ナトリウム(アクリル酸のNa塩)水溶液を作製した。次に、作製したアクリル酸ナトリウム水溶液に、メチルアルコールで25重量%に希釈した光重合開始剤〔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(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 商品名;イルガキュアー 2959)〕及び界面活性剤(花王社製 商品名;エマルゲン120)をアクリル酸に対して固形分比率でそれぞれ2%及び0.4%添加し、不飽和カルボン酸化合物のナトリウム塩の溶液(Y)を作製した。
<溶液(Z):3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランの加水分解液の作製>
3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製 商品名KBM5103)10gに精製水34.46gを加え、酢酸0.25gを加えて20分攪拌し、その後、イソプロピルアルコール34.46gを加えて3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランの加水分解液である溶液(Z)を得た。
<溶液(A)の作製>
上記の不飽和カルボン酸化合物亜鉛塩溶液(W)及び不飽和カルボン酸化合物リチウム塩溶液(X)を75:25(モル比)の割合で混合し、溶液(A)を得た。
<溶液(B)の作製>
上記の不飽和カルボン酸化合物亜鉛塩溶液(W)及び不飽和カルボン酸化合物ナトリウム塩溶液(Y)を75:25(モル比)の割合で混合し、溶液(B)を得た。
<溶液(C)の作製>
2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム水溶液(ATBS 東亜合成(株)製)を水で希釈して25%水溶液を作成した。次に、メチルアルコールで25重量%に希釈した光重合開始剤〔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(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 商品名;イルガキュアー 2959)〕を固形分比率でそれぞれ2%添加し、重合性スルホン酸化合物のナトリウム塩の溶液(C)を作製した。
<溶液(D)の作製>
上記の溶液(A)及び3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(Z)を98:2(重量比)の割合で混合し、溶液(D)を得た。
<実施例1>
基材(A)としてポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚さ50μm、「A4100」、東洋紡績株式会社製)上に、ポリシラザン(NL110A、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)の4.5wt%キシレン(脱水)溶液をバーコートし、150℃で90秒間乾燥して、厚さ0.15μmのポリシラザン膜を作製した。
このポリシラザン膜に下記条件にて低圧プラズマ処理を施し、シリコン含有層(B)を作製した。
真空プラズマ処理装置:低圧容量結合プラズマ処理装置(ユーテック株式会社製)
ガス:He
ガス流量:50mL/min
圧力:19Pa
電極単位面積あたりの印加電力:1.3W/cm
周波数:13.56MHz
処理時間:30秒
酸素濃度:1ppm以下
水蒸気濃度:1ppm以下
その後、作製したシリコン含有層(B)に前記の溶液(A)を2.8g/mになるように塗布し、熱風乾燥器を使用して温度;60%、時間;30秒の条件で乾燥した。この後速やかに塗布面を上にしてステンレス板に固定し、UV照射装置(アイグラフィック社製 EYE GRANDAGE 型式ECS 301G1)を用いて、UV強度190mW/cm、積算光量250mJ/cmの条件で紫外線を照射して重合を行った後、得られたガスバリア性積層フィルムを熱板の上に載置して加熱処理し、積層体を得た。加熱処理の条件は、熱板の温度200℃、保持時間60分である。
低圧プラズマ処理を施すことで得られたシリコン含有層(B)のXPS測定結果を図2に、また、得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。シリコン含有層(B)のXPSチャートをもとに、窒素含量が最も高くなる深さにおけるN/(N+O)を算出した。
なお、任意に複数箇所を選び、XPS測定を行ったところ、いずれの箇所においても図2の測定値と同様の結果が得られたことから、シリコン含有層(B)の表面全体に亘って窒素高濃度領域が形成されていることが確認された。
<実施例2>
基材(A)としてポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚さ50μm、「A4100」、東洋紡績株式会社製)上に、ウレタンアクリレート(ウレタンアクリレート系UV硬化塗材(新中村化学社製 商品名 UA−100)を酢酸エチルで希釈し、メイヤーバーを用いて1.2g/m(固形分)になるように塗布し、100℃、15秒間乾燥した。続いて、コート面にUV照射装置(アイグラフィック社製 EYE GRANDAGE 型式ECS 301G1)を用いて、UV強度:250mW/cm、積算光量:117mJ/cmの条件で光硬化し、アンダーコート層を設けた。さらにこの上にポリシラザン(NL110A、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)の4.5wt%キシレン(脱水)溶液をバーコートし、150℃で90秒間乾燥して、厚さ0.15μmのポリシラザン膜を作製した。その後、実施例1と同様の操作を行い、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<実施例3>
実施例2で使用した溶液Aを溶液Bに変更し、その他実施例2と同様の操作を行い、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<実施例4>
実施例2で使用した溶液Aを溶液Cに変更し、その他実施例2と同様の操作を行い、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<実施例5>
実施例2で使用した溶液Aを溶液Dに変更し、その他実施例2と同様の操作を行い、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<実施例6>
実施例2と同様に塗工・乾燥してポリシラザン膜を調製し、実施例2のプラズマ処理を下記条件に変更して低圧プラズマ処理を施した。
真空プラズマ処理装置:低圧容量結合プラズマ処理装置(ユーテック株式会社製)
ガス:Ar
ガス流量:50mL/min
圧力:19Pa
電極単位面積あたりの印加電力:1.3W/cm
周波数:13.56MHz
処理時間:5分
酸素濃度:1ppm以下
水蒸気濃度:1ppm以下
その後、実施例2と同様にシリコン含有層(B)の上に重合体層(C)を作製し、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<実施例7>
実施例2と同様に塗工・乾燥してポリシラザン膜を調製し、実施例2のプラズマ処理を下記条件に変更して低圧プラズマ処理を施した。
プラズマ処理装置:低圧容量結合プラズマ処理装置(ユーテック株式会社製)
ガス:He+H(H濃度:6vol%)
全圧力:19Pa
投入電力密度:1.3W/cm
周波数:13.56MHz
処理時間: 60秒
酸素濃度:1ppm以下
水蒸気濃度:1ppm以下
その後、実施例2と同様にシリコン含有層(B)の上に重合体層(C)を作製し、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<実施例8>
実施例2と同様に塗工・乾燥してポリシラザン膜を調製し、実施例2のプラズマ処理を下記条件に変更して低圧プラズマ処理を施した。
プラズマ処理装置:低圧容量結合プラズマ処理装置(ユーテック株式会社製)
ガス:Ar+H(H濃度:6vol%)
全圧力:19Pa
投入電力密度:1.3W/cm
周波数:13.56MHz
処理時間: 30秒
酸素濃度:1ppm以下
水蒸気濃度:1ppm以下
その後、実施例2と同様にシリコン含有層(B)の上に重合体層(C)を作製し、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<実施例9>
実施例2と同様に塗工・乾燥してポリシラザン膜を調製し、実施例2のプラズマ処理を下記条件に変更して低圧プラズマ処理を施した。
プラズマ処理装置:低圧誘導結合プラズマ処理装置(自作):ICP方式
ガス:He+H(H濃度:6vol%)
圧力:20Pa
投入電力密度: 2W/cm (4000W、プラズマ源の面積Φ250mm)
周波数: 13.56MHz
処理時間: 20秒
酸素濃度:1ppm以下
水蒸気濃度:1ppm以下
その後、実施例2と同様にシリコン含有層(B)の上に重合体層(C)を作製し、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<実施例10>
実施例2と同様に塗工・乾燥してポリシラザン膜を調製し、実施例2のプラズマ処理を下記条件に変更して大気圧近傍プラズマ処理を施した。
プラズマ処理装置:誘電体バリア放電型プラズマ処理装置(自作)
ガス:Ar
圧力:50kPa
基材加熱温度:室温
投入電力密度:0.4W/cm
周波数:10kHz
処理時間: 600秒
酸素濃度:1ppm以下
水蒸気濃度:1ppm以下
その後、実施例2と同様にシリコン含有層(B)の上に重合体層(C)を作製し、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<比較例1>
基材(A)としてポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚さ50μm、「A4300」、東洋紡績株式会社製)上に、触媒−CVD装置により厚さ50ナノメータ(nm)の窒素酸化珪素膜を形成させた。
その後、前記の溶液(A)を2.8g/mになるように塗布し、熱風乾燥器を使用して温度;60%、時間;30秒の条件で乾燥した。この後速やかに塗布面を上にしてステンレス板に固定し、UV照射装置(アイグラフィック社製 EYE GRANDAGE 型式ECS 301G1)を用いて、UV強度190mW/cm、積算光量250mJ/cmの条件で紫外線を照射して重合を行った後、得られたガスバリア性積層フィルムを熱板の上に載置して加熱処理し、積層体を得た。加熱処理の条件は、熱板の温度200℃、保持時間60分である。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<比較例2>
基材(A)として、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚さ50μm、「A4300」、東洋紡績株式会社製)上に、ウレタンアクリレート(ウレタンアクリレート系UV硬化塗材(新中村化学社製 商品名 UA−100))を酢酸エチルで希釈し、メイヤーバーを用いて1.2g/m(固形分)になるように塗布し、100℃、15秒間乾燥した。続いて、コート面にUV照射装置(アイグラフィック社製 EYE GRANDAGE 型式ECS 301G1)を用いて、UV強度:250mW/cm、積算光量:117mJ/cmの条件で光硬化し、アンダーコート層を設けた。
その後、比較例1と同様の操作を行ない、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
<比較例3>
基材(A)として、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚さ50μm、「A4300」、東洋紡績株式会社製)上に、ウレタンアクリレート(ウレタンアクリレート系UV硬化塗材(新中村化学社製 商品名 UA−100))を酢酸エチルで希釈し、メイヤーバーを用いて1.2g/m(固形分)になるように塗布し、100℃、15秒間乾燥した。
このポリシラザン(NL110A、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)の4.5wt%キシレン(脱水)溶液をバーコートし、150℃で90秒間乾燥して、厚さ0.15μmのポリシラザン膜を作製した。このポリシラザン膜に実施例2と同様の方法で低圧プラズマ処理を実施した。物性測定結果を表1に示す。
<比較例4>
基材(A)として、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚さ50μm、「A4300」、東洋紡績株式会社製)上に、ウレタンアクリレート(ウレタンアクリレート系UV硬化塗材(新中村化学社製 商品名 UA−100))を酢酸エチルで希釈し、メイヤーバーを用いて1.2g/m(固形分)になるように塗布し、100℃、15秒間乾燥した。
シリコン含有層(B)を介さず、前記の溶液(A)を2.8g/mになるように塗布し、熱風乾燥器を使用して温度;60℃、時間;30秒の条件で乾燥した。この後速やかに塗布面を上にしてステンレス板に固定し、UV照射装置(アイグラフィック社製 EYE GRANDAGE 型式ECS 301G1)を用いて、UV強度190mW/cm、積算光量250mJ/cm2の条件で紫外線を照射して重合を行った後、得られたガスバリア性積層フィルムを熱板の上に載置して加熱処理し、重合体層(C)を得た。加熱処理の条件は、熱板の温度200℃、保持時間60分である。物性測定結果を表1に示す。
<比較例5>
基材(A)として、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚さ50μm、「A4300」、東洋紡績株式会社製)上に、ウレタンアクリレート(ウレタンアクリレート系UV硬化塗材(新中村化学社製 商品名 UA−100)を酢酸エチルで希釈し、メイヤーバーを用いて1.2g/m2(固形分)になるように塗布し、100℃、15秒間乾燥した。
このポリシラザン(NL110A、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)の4.5wt%キシレン(脱水)溶液をバーコートし、150℃で90秒間乾燥して、厚さ1.15μmのポリシラザン膜を作製した。 このポリシラザン膜に実施例2と同様の方法で低圧プラズマ処理を実施した。物性測定結果を表1に示す。
<比較例6>
実施例2と同様に塗工・乾燥してポリシラザン膜を調製し、実施例2のプラズマ処理を下記条件に変更して大気圧近傍プラズマ処理を施した。
プラズマ処理装置: 大気圧プラズマ処理装置(APT−02、積水化学株式会社製)
ガス:Ar
圧力:大気圧
基材加熱温度:室温(23℃)
投入電力密度:1.3W/cm
周波数:30kHz
処理時間: 600秒
酸素濃度: 20%(200,000ppm) at 23℃
水蒸気濃度: 50%RH at 23℃
その後、実施例2と同様にシリコン含有層(B)の上に重合体層(C)を作製し、積層体を得た。得られた積層体の物性測定結果を表1に示す。
Figure 2014007277
Figure 2014007277
表1から分かるように、本発明の積層体は、比較例1、2にあるドライ法無機膜を下地層とした場合より、水蒸気ガスバリア性が特に優れていた。また、実施例1と比較例1を比較した場合、実施例では基材(A)の上にアンダーコート層を用いなくても高いガスバリア性が発現していた。
また、実施例2と、比較例3、4および5との比較から、実施例2のように、基材(A)とシリコン含有層(B)と重合体層(C)の三つをこの順番で積層することによって初めて、それぞれ単層では発現しえない、非常に高い酸素または水蒸気バリア性が相乗的に発現するとともに良好な耐屈曲性を示すことが分かった。また、比較例5のようにシリコン含有層の膜厚が大きい場合、折り曲げ試験後、目視でクラックが発生しており、酸素バリア性が低下していた。一方、実施例1〜10の積層体は、同じ膜厚でも、折り曲げ試験後もクラック発生なく、酸素バリア性は維持しており、フレキシブルであることが分かった。さらに、比較例6のように、高い酸素及び水蒸気雰囲気でプラズマ処理した場合、すなわち、N/(N+O)=0となる窒素不含のシリコン含有層(B)を使用した場合、実施例のような高い酸素及び水蒸気バリア性が発現しないことも確認された。
本発明の積層体は、酸素ガスバリア性のみならず、耐水蒸気透過性に優れており、各種包装材料、医療用途、工業用途の様々な用途の利用が可能であり、特に、電子ペーパーや液晶ディスプレイの封止材、及び有機ELのパネル・封止材、基板の封止材など電気、電子材料へ利用することができる。また、適用される有機ELは、特に限定されるものではなく低分子材料、高分子材料からなるパッシブ型、アクティブ型のいずれの有機ELにも使用することができ、各種ディスプレイ、車載モバイル関連、フレキシブルディスプレイ、照明用、広告表示用、サイドボード用その他の用途に用いることができる。本発明の積層体は、基材がプラスチック材料であっても優れた酸素ガスバリア性や耐水蒸気透過性を有し、かつ曲面状に曲げてもバリア性を維持することが可能なため、フレキシブルディスプレイとして好適に用いることができる。
この出願は、2012年7月6日に出願された日本出願特願2012−152907を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (21)

  1. 基材(A)と、前記基材(A)の少なくとも一方の面に順に積層された、シリコン含有層(B)と、重合性基を有する有機酸金属塩から得られる重合体層(C)と、からなり、
    前記シリコン含有層(B)は、珪素原子と窒素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子と炭素原子とからなる窒素高濃度領域を有し、
    前記窒素高濃度領域は、前記基材(A)上に形成されたポリシラザン膜に酸素濃度5%以下および/または室温23℃における相対湿度30%以下でエネルギー線照射を行い、当該膜の少なくとも一部を変性することにより形成される、積層体。
  2. 前記窒素高濃度領域は、X線光電子分光法により測定した下記式(1)で表される窒素原子の組成比が、0.01以上、1以下の範囲である、請求項1に記載の積層体。
    式(1):窒素原子の組成比/(酸素原子の組成比+窒素原子の組成比)
  3. 前記ポリシラザン膜は、ポリシラザン含有溶液を、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、スピンコート法、ディップコート法、から選ばれる方法で前記基材(A)上に塗布することにより形成される、請求項1または2に記載の積層体。
  4. 前記重合体層(C)は、前記基材(A)上に形成された、前記窒素高濃度領域を有する前記シリコン含有層(B)上に、前記重合性基を有する有機酸金属塩膜を形成し、前記有機酸金属塩膜を紫外線、電子線または熱により重合して得られる、請求項1乃至3のいずれかに記載の積層体。
  5. 前記エネルギー線照射は、プラズマ照射により行われる、請求項1乃至4のいずれかに記載の積層体。
  6. 前記プラズマ照射は、不活性ガス、希ガスまたは還元ガスから選ばれる雰囲気にて行われる、請求項5に記載の積層体。
  7. 前記プラズマ照射は、酸素濃度5000ppm以下、かつ水蒸気濃度(室温23℃における水蒸気分圧/大気圧)8400ppm以下で行われる、請求項5または6に記載の積層体。
  8. 前記ポリシラザン膜は、ペルヒドロポリシラザン、オルガノポリシラザン、およびこれらの誘導体よりなる群から選択される1種以上である、請求項1乃至7のいずれかに記載の積層体。
  9. 前記有機酸金属塩は、カルボン酸、スルホン酸、メルカプト酸から選択される1種以上の有機酸の金属塩である、請求項1乃至8のいずれかに記載の積層体。
  10. 前記重合性基が、ビニル基、エポキシ基、メルカプト基、ウレイド基、スルフィド基、イソシアネート基、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子、オキサゾリン基、カルボジイミド基またはそれらの誘導体から選択される1種以上の重合性基である、請求項1乃至9のいずれかに記載の積層体。
  11. 前記有機酸金属塩を形成する金属が、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛及びバリウムから選ばれる少なくとも1種以上の金属であることを特徴とする、請求項1乃至10のいずれかに記載の積層体。
  12. 前記有機酸金属塩は、重合性基としてビニル基を有するカルボン酸化合物の金属塩である、請求項1乃至11のいずれかに記載の積層体。
  13. 前記有機酸金属塩は、アクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸、イタコン酸から選ばれる有機酸の金属塩である、請求項12に記載の積層体。
  14. 前記有機酸金属塩は、重合性基としてビニル基を有するスルホン酸化合物の金属塩である、請求項1乃至11のいずれかに記載の積層体。
  15. 前記スルホン酸化合物は、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、スルホン酸アクリレート、スルホン酸アクリルアミド、スルホン酸メタアクリレート、スチレンスルホン酸、イソプレンスルホン酸から選ばれる、請求項14に記載の積層体。
  16. 前記重合体層(C)は、更にシランカップリング剤を含んでなる、請求項1乃至15のいずれかに記載の積層体。
  17. 有機エレクトロルミネッセンス素子、電子ペーパー表示素子、液晶表示素子から選ばれる素子を含む部材と、重合体層(C)が該部材側となるように配設された請求項1乃至16のいずれかに記載の積層体とからなる、電子部材。
  18. 基材(A)の少なくとも一方の面にポリシラザン膜を形成する工程と、
    前記ポリシラザン膜に酸素濃度5%以下および/または室温23℃における相対湿度30%以下でエネルギー線照射を行い当該膜の少なくとも一部を変性し、珪素原子と窒素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子、または珪素原子と窒素原子と酸素原子と炭素原子とからなる窒素高濃度領域を含むシリコン含有層(B)を形成する工程と、
    前記シリコン含有層(B)上に重合性基を有する有機酸金属塩から得られる重合体層(C)を形成する工程と、
    を含む積層体の製造方法。
  19. 前記窒素高濃度領域は、X線光電子分光法により測定した下記式(1)で表される窒素原子の組成比が、0.01以上、1以下の範囲である、請求項18に記載の積層体の製造方法。
    式(1):窒素原子の組成比/(酸素原子の組成比+窒素原子の組成比)
  20. 前記エネルギー線照射は、プラズマ照射により行われる、請求項18または19に記載の積層体の製造方法。
  21. 前記プラズマ照射は、不活性ガス、希ガスまたは還元ガスから選ばれる雰囲気ガス中にて行われる請求項20に記載の積層体の製造方法。
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