KR20190123722A - 가스 배리어성 평가 장치 및 가스 배리어성 평가 방법 - Google Patents
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Abstract
고분자를 가지는 지지체와 투과측 챔버와 검출부를 구비하고, 상기 지지체가 시료를 지지하고 있고 또한 상기 투과측 챔버의 개구부와 결합하고 있는 가스 배리어성 평가 장치로서, 상기 지지체와 상기 시료 사이에 고분자 필름을 가지고, 상기 시료에 밀착가능하게, 또한 승강가능하게 배치한 공급측 챔버와, 상기 고분자 필름과 상기 지지체 사이에 끼인 영역을 덮는 외측 챔버를 가지는 가스 배리어성 평가 장치 및 그것을 이용한 가스 배리어성 평가 방법이다.
Description
본 기술은 필름의 가스 배리어성 평가 장치 및 가스 배리어성 평가 방법에 관한 것이다.
근래 유기 일렉트로닉스 분야나 식품 포장 분야에 있어서, 지금까지 이상으로 수증기 투과성이나 산소 투과성이 낮은, 즉 가스 배리어성이 높은 필름이나 봉지재라고 한 재료가 요구되고 있다. 그 재료 개발이나 제품 출하전 검사를 위해, 가스 배리어성의 고감도 평가 기술이 필요하게 되고 있다.
필름모양 시료의 가스 배리어성 평가 방법은, 등압법과 차압법으로 대별되고 있다. 등압법은, 시료의 한쪽 표면(이하, 공급측이라고도 부른다)에 평가 가스를 포함하는 가스를 도입하고, 또다른 한쪽의 표면(이하, 투과측이라고도 부른다)에 질소 등의 캐리어 가스를 도입한다. 그리고, 배출되는 캐리어 가스에 포함되는 투과한 평가 가스의 농도를 적외선 센서 등으로 이루어지는 검출부에 의해서 측정한다고 하는 방법이다(예를 들면, 비특허 문헌 1, 2를 참조). 고감도 평가를 위해서 수정 진동자 수분계나 질량 분석 장치를 이용하는 방법이나, 투과측을 일시적으로 폐쇄해서 투과한 평가 가스를 농축하고 나서 검출부에 도입하는 방식이 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2를 참조).
차압법은, 투과측을 진공 펌프에 의해서 감압하고, 공급측에 평가 가스를 포함하는 가스를 도입한 후, 시료를 투과한 평가 가스를 투과측에 마련한 압력계 등으로 이루어지는 검출부에 의해서 측정하는 방법이다(예를 들면, 비특허 문헌 3을 참조). 가스 배리어성이 높은 필름의 수증기 배리어성을 평가하기 위해 질량 분석 장치를 이용하는 방법도 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 3, 4, 5 참조). 차압법에 있어서는, 공급측과 투과측의 압력차에 저항하여 시료를 지지할 필요가 있고, 다공질 스테인리스 기재(基材)(예를 들면, 특허 문헌 3, 5 참조), 고분자체·투수성 유리(예를 들면, 특허 문헌 4 참조) 등을 이용하는 것이 개시되어 있다.
또, 검출기로서 질량 분석 장치를 이용하는 방법에 있어서, 질량 분석 장치를 가스 배리어성 평가 장치로부터 떼어내는 일없이 교정하는 것에 의해서, 정확하게 가스 배리어성을 측정가능하게 하는 가스 배리어성 평가 장치(특허 문헌 6)가 개시되어 있다.
등압법은, 대량의 캐리어 가스중의 평가 대상 성분을 ppb 레벨에 있어서 분석하지 않으면 안 되지만, 이 레벨의 고감도 가스 분석 기술은 한정되어 있다. 게다가 캐리어 가스에는 평가 장치 도입 전부터 수증기나 산소가 불순물로서 포함되어 있기 때문에, 이것이 평가 감도의 한계를 초래하고 있었다.
차압법은, 지지체를 필요로 하지만, 평가하는 시료가 지지체 표면의 요철에 따라서 변형되고, 그 결과, 가스 배리어성을 부여하고 있는 가스 배리어층에 균열이 생기는 등 해서 필름모양 시료의 가스 배리어성이 손상될 염려가 있었다.
어느 방법이나 시료를 장치에 장착(取付)할 때에 대기가 장치 내로 휩쓸려들어가고, 그 영향(특히 수증기)을 제거하기 위한 진공 배기나 가열 탈(脫)가스 처리 등에 수일부터 수주 간에 걸치는 장시간이 필요했다. 이것이 재료 개발이나 출하전 검사에 있어서 큰 장해로 되고 있었다.
이러한 과제에 대해, 하기의 가스 배리어성 평가 장치가 개시되어 있다. 이 가스 배리어성 평가 장치는, 시료를 지지하는 지지체와 투과측 챔버와 검출부를 구비하고 있고 상기 지지체가 투과측 챔버의 개구부와 결합하고 있다. 또한 상기 지지체의 수증기 투과도가 1×10－10㏖/㎡sPa∼1×10－14㏖/㎡sPa이다. 이 가스 배리어성 평가 장치에 의해, 시료 교환시의 투과측 챔버내로의 대기 유입을 저지하고, 결과로서 평가의 고감도화나 신속화 등의 효능이 얻어진다고 되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 7을 참조).
또, 시료를 지지하고 고분자를 함유하는 지지체와 투과측 챔버와 검출부를 구비하고, 상기 지지체가 투과측 챔버의 개구부와 결합하고 있고, 또한 상기 지지체에 포함되는 고분자의 유리 전이점이 100℃ 이상인 가스 배리어성 평가 장치가 개시되어 있다. 이 가스 배리어성 평가 장치에서는, 투과측 챔버의 가열 탈가스 처리가 가능해지며, 그 효과를 시료 교환 후에도 유지할 수 있는 것으로 인해, 역시 평가의 고감도화나 신속화 등의 효능이 얻어진다고 되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 8을 참조).
JIS K7126－1987(B법)
JIS K7126－1992
JIS K7126－1987(A법)
그러나, 이들 지지체가 투과측 챔버의 개구부와 결합한 가스 배리어성 평가 장치이더라도, 시료 교환시에 지지체 표면이 대기에 노출된다. 이 때, 대기중의 수증기가 지지체 표면으로부터 침입하고, 일정 시간이 경과한 후에 투과측 챔버내로 방출되는 것에 의해서 투과측 챔버내로 유입한다. WVTR이 10-4g/㎡day 이상인 시료를 측정하는 것이라면 지장은 없다. WVTR(Water Vapour Transmission Rate)이란, 수증기 배리어성에서 널리 이용되고 있는 수증기 투과성을 나타내는 지표이고, 규정 온도 및 습도 조건에 있어서의 단위 시간중에 시험편을 투과하는 단위 면적당의 수증기 양이다. 그러나, 더욱더 WVTR이 낮은, 즉 가스 배리어성이 현저하게 높은 시료의 측정시에는, 이 대기중 수증기의 유입이 측정 종료의 판단이나 WVTR값 그 자체에 심각한 영향을 초래한다. 이 때문에, 가스 배리어성이 높은 시료를 측정할 때에는, 시료 교환 후 1일 가까이의 배기나 가열 탈가스 처리를 필요로 하고 있었다.
본 발명은, 시료 교환시의 대기중 수증기 등의 유입을 억제하여, 투과측 챔버내의 환경을 양호하게 유지하면서 시료 교환을 가능하게 하는 가스 배리어성 평가 장치 및 가스 배리어성 평가 방법에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 이하의 가스 배리어성 평가 장치 및 가스 배리어성 평가 방법을 개시한다.
(1) 고분자를 가지는 지지체와 투과측 챔버와 검출부를 구비하고, 상기 지지체가 시료를 지지하고 있고 또한 상기 투과측 챔버의 개구부와 결합하고 있는 가스 배리어성 평가 장치로서, 상기 지지체와 상기 시료 사이에 고분자 필름을 가지고, 상기 시료에 밀착가능하게, 또한 승강가능하게 배치한 공급측 챔버와, 상기 고분자 필름과 상기 지지체 사이에 끼인 영역을 덮는 외측 챔버를 가지는 가스 배리어성 평가 장치.
(2) 상기 외측 챔버에 건조 가스원이 접속되어 있는 (1)에 기재된 가스 배리어성 평가 장치.
(3) 상기 지지체가 폴리이미드인 (1) 또는 (2)에 기재된 가스 배리어성 평가 장치.
(4) 상기 고분자 필름이, 중앙에 개구부를 가지는 고분자 필름 지지 링의 상기 개구부를 막고, 상기 고분자 필름 지지 링에 고착되어 있는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 가스 배리어성 평가 장치.
(5) 고분자를 가지는 지지체와 투과측 챔버와 검출부를 구비하고, 상기 지지체의 표면측이 시료를 지지하고 있고, 상기 지지체의 이면측이 상기 투과측 챔버의 개구부와 결합하고 있는 가스 배리어성 평가 장치를 이용한 가스 배리어성 평가 방법으로서, 상기 지지체와 상기 시료 사이에 고분자 필름을 배치하고, 상기 시료의 교환시에, 상기 지지체와 상기 고분자 필름 사이에 건조 가스로 이루어지는 보호 영역을 마련하는 가스 배리어성 평가 방법.
(6) 상기 고분자 필름과 상기 지지체 사이에 끼인 영역을 대기로부터 격리하는 외측 챔버를 가지고, 상기 시료의 교환시에 상기 외측 챔버에 건조 가스를 도입해서 상기 보호 영역을 마련하는 (5)에 기재된 가스 배리어성 평가 방법.
(7) 상기 지지체가 폴리이미드인 (5) 또는 (6)에 기재된 가스 배리어성 평가 방법.
상기 지지체는 투과측 챔버의 개구부를 폐색하도록 결합한다. 여기서 말하는 「결합」이란 시료 교환시라도 지지체와 투과측 챔버가 일체화되어 있고, 지지체를 투과해서 투과측 챔버내로 유입하는 가스에 비해, 지지체와 투과측 챔버의 경계를 통해 유입하는 가스가 적다는 것을 말한다. 상기 결합은 접착제를 이용해서 지지체와 투과측 챔버를 고착시키면 좋다. 또는 개스킷을 이용해서 지지체를 투과측 챔버에 장착해도 좋다. 또한, 장치 보수 등을 위해서, 지지체를 투과측 챔버로부터 떼어낼 수 있는 구조로 되어 있어도 상관없다. 예를 들면, 시료를 장착하기 위한 O링 및 볼트 등과는 별도의 O링 및 볼트 등을 이용해서 지지체를 투과측 챔버와 결합시켜 둘 수가 있다. 이 구성에서는 시료 교환시마다 지지체가 벗겨지는(분리되는) 일은 없고, 게다가, 보수 등의 시에 지지체를 용이하게 교환할 수 있게 된다.
공간을 두 개로 나누는 재료(통상은 판, 필름 혹은 관)의 가스 투과도 P[㏖/㎡sPa]는 다음 식(A)로 정의되는 지표이다.
J=P(p1－p2) (A)
p1[Pa] 및 p2[Pa]는 재료를 사이에 두고 양측의 주목하고 있는 가스(평가 가스)의 분압, J[㏖/㎡s]는 p1에 접한 측면으로부터 p2에 접한 측면으로 투과하는 이 가스의 투과 유속(流束)이다.
본 발명에 적합한 지지체의 수증기에 대한 투과도(수증기 투과도)는 1×10－8㏖/㎡sPa∼1×10－14㏖/㎡sPa, 바람직하게는 8×10－9㏖/㎡sPa∼1×10－13㏖/㎡sPa, 보다 바람직하게는 5×10－9㏖/㎡sPa∼1×10－12㏖/㎡sPa이다. 1×10－10㏖/㎡sPa는 40℃, 90% RH(수증기압 6.6kPa)에 접한 측면으로부터 수증기 분압 0kPa에 접한 측면으로의 WVTR로 환산해서 1g/㎡day에 상당한다. 또, 다공질 지지체는 일반적으로 1×10－7㏖/㎡sPa보다 큰 수증기 투과도를 가진다. 수증기 투과도가 1×10－8㏖/㎡sPa보다 큰 지지체를 이용한 경우는 시료 교환시의 투과측 챔버내로의 대기 성분의 유입이 커지고, 본 발명의 장점이 일부 손상된다. 한편, 수증기 투과도가 1×10－14㏖/㎡sPa보다 작은 지지체를 이용한 경우는 수증기 투과도가 1×10－14㏖/㎡sPa(10－4g/㎡day) 레벨의 시료 평가가 용이하지는 않다.
수증기 이외의 가스에 대한 평가에 있어서도, 상술한 바와 같이 수증기 투과도를 기준으로 해서 지지체 재료를 선택하는 것이 좋다. 왜냐하면, 수증기 이외의 가스에 대한 평가에 있어서도 시료 교환시의 투과측 챔버내로의 수증기 유입을 억제하는 것이 고감도화, 신속화 등이라고 한 본 발명의 효과를 가져오기 때문이다. 이에 더하여, 평가하는 가스종에 따른 투과도를 가지는 지지체를 적당히 선택하면 좋다. 또한, 수증기 투과도가 높은 지지체는, 일반적으로, 산소, 질소, 이산화 탄소 등에 대해서도 대략 높은 투과도를 나타낸다. 이 때문에, 수증기 투과도를 기준으로 해서 지지체 재료를 선택하면 충분한 경우가 많다.
전술한 수증기 투과도를 실현하기 위해, 지지체로는 다공질체를 이용할 필요는 없다. 오히려 치밀한 소재를 이용하는 것이 좋다. 이 치밀이란, 지지체의 시료측 면으로부터 다른 면으로 관통하는 구멍지름(孔徑) 1㎚를 넘는 세공이 없는 것을 의미한다. 이것은 주사형 전자 현미경이나 원자간력 현미경 등 표면 관찰 수단을 이용해서 지지체 표면을 관찰하고, 구멍지름 1㎚의 세공이 발견되지 않으면 충분하다. 이들 표면 관찰 수단에서는 관통하지 않는 세공(예를 들면, 표면의 오목부)과 관통하는 세공을 구별할 수가 없지만, 표면에 세공이 없는 것을 확인할 수 있으면 관통하는 세공도 없는 것을 확인한 것으로 된다. 또한, 고분자 재료에 있어서 고분자 사슬의 원자 레벨의 틈새를 가리켜 「세공」이라고 부르는 예도 보이지만, 본 명세서에 있어서는 고분자 사슬 사이에 형성되는 원자 레벨(즉 ㎚ 이하)의 틈새는 세공으로 간주하지 않는다.
지지체를 상기 구성으로 하는 것에 의해서, 투과측 챔버내의 환경(진공도나 가스 농도 등)을 양호하게 유지할 수 있기 때문에, 시료 장착 후에 투과측 챔버 내벽의 수증기를 말릴 필요가 없어진다. 그만큼, 신속하게 가스 배리어성을 평가하는 것이 가능하게 된다. 종래의 장치에서는 시료 교환시, 투과측 챔버내를 일단 대기 개방할 필요가 있다. 그 결과, 대기중의 수증기가 투과측 챔버내로 들어가서 투과측 챔버 내벽에 부착한다. 그래서, 시료를 장착하고 나서 투과측 챔버내를 배기하거나, 투과측 챔버내에 캐리어 가스를 도입해서 투과측 챔버 내벽에 흡착한 수증기가 마르는 것을 기다릴 필요가 있지만, 그것을 위해서 수일을 필요로 하고 있었다.
본 발명의 가스 배리어성 평가 장치는, 상기에 더하여 지지체와 시료 사이에 고분자 필름을 가짐과 동시에, 고분자 필름과 지지체 사이에 끼인 영역을 덮어 대기의 침입을 억제하는 외측 챔버를 가지고 있다. 이 구조에 의해서, 시료 교환시의 투과측 챔버로의 수증기의 침입을 현격하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 즉, 시료 교환 전에 외측 챔버에 건조 가스를 도입함으로써, 시료 교환시에 상기 지지체의 시료측 표면에 보호 영역이 마련되고, 대기중의 수증기가 상기 지지체 표면에 도달할 수 없게 된다. 여기서 보호 영역이란 건조 가스로 채워진 공간을 말한다. 건조 가스란, 이슬점이 0℃(수증기 분압이 40℃, 90% RH의 약 1/10) 이하의 가스를 말한다. 구체적으로는, 건조제 컬럼을 통과시킨 가스, 얼음을 이용한 콜드 트랩을 통과시킨 가스, 순(純)가스로서 구입한 봄베의 가스, 액체 질소를 기화시킨 질소 가스 등을 건조 가스로서 사용할 수가 있다. 시료 교환중에는 건조 가스를 계속 도입해도 좋지만, 보호 영역이 유지되는 것이라면, 반드시 건조 가스를 계속 도입할 필요는 없다.
지지체와 시료 사이에 고분자 필름을 삽입하는 구성은 비교적 간편함에도 불구하고, 현저한 효과를 발휘한다. 여기서 말하는 고분자란 수평균 분자량이 1000 이상인 것을 말한다. 가스 배리어성 평가의 작업 순서는 이하와 같이 하면 좋다.
즉, 고분자 필름과 지지체 사이에 건조 가스를 도입하고, 외측 챔버를 열고 시료를 교환한다. 그 후 외측 챔버를 닫고 외측 챔버내 공간을 배기함으로써 고분자 필름과 지지체 사이의 가스를 제거하고, 공급측 챔버에 의해서 시료를 누른다. 그리고, 공급측 챔버내에 평가 가스를 포함하는 가스를 도입하고, 시료, 고분자 필름 및 지지체를 투과한 평가 가스를 투과측 챔버에 마련한 검출부에 의해서 측정한다. 이와 같이 해서, 시료의 가스 배리어성을 평가한다.
다음에, 각 작업 순서의 효과를 작업의 일예와 함께 설명한다.
시료 교환 전에 외측 챔버내 및 공급측 챔버내에 건조 가스, 예를 들면 건조 질소를 도입하고, 시료를 누르고 있던 공급측 챔버를 벗겨낸다. 그 결과, 고분자 필름과 지지체의 틈새는 건조 가스에 의해서 채워지고, 건조 가스에 의한 보호 영역이 자연스럽게 형성된다. 계속해서, 외측 챔버를 열고, 시료를 교환한다(혹은 시료를 장착한다). 고분자 필름과 지지체의 간격이 충분히 좁으면, 즉, 보호 영역이 충분히 얇으면, 대기 성분이 보호 영역 단(端)으로부터 침입하기 전에 시료 교환을 끝마칠 수가 있다.
게다가, 시료 교환시에 지지체와 투과측 챔버의 결합이 만일 풀어졌다고 해도 대기가 투과측 챔버에 직접 유입해서 검출기나 전리 진공계를 손상시키는 일이 없다. 검출기로서 이용하는 질량 분석 장치나 투과측 챔버의 진공도를 확인하기 위한 전리 진공계는, 대기에 포함되는 산소나 대량의 수증기에 노출되면 필라멘트가 손상되고, 그 기능을 잃는 일이 있다. 그 때문에, 고분자 필름을 갖지 않는 종래의 장치에서는 지지체와 투과측 챔버의 결합이 손상되었을 때의 안전 대책도 생각할 필요가 있었다.
시료 교환후, 외측 챔버를 닫고 외측 챔버내를 배기한다. 이 때, 시료 교환시에 대기에 접촉해서 고분자 필름중에 침입한 수증기 등의 대기 성분은 고분자 필름과 시료의 틈새 및 고분자 필름과 지지체의 틈새를 통해 배기된다. 고분자 필름이 얇고, 수증기 등의 가스를 용이하게 방출하는 소재라면, 비교적 단시간 동안에 고분자 필름중에 침입한 대기 성분을 제거할 수가 있다. 그 후, 공급측 챔버에 의해서 시료를 누르고, 공급측 챔버내에 평가 가스로서 예를 들면 수증기를 도입하고, 이 수증기를, 시료, 고분자 필름, 지지체를 차례로 투과시키고, 투과측 챔버내의 수증기 분압을 검출기로 측정하고, 그 값으로부터 수증기 투과도를 평가하면 좋다.
고분자 필름의 두께는 1㎛∼100㎛이고, 바람직하게는 5㎛∼50㎛이고, 보다 바람직하게는 10㎛∼25㎛이다. 두께는 상기 고분자중의 수증기 확산 계수나 측정 순서 등에 따라 적절히 선택된다. 수증기가 고분자 필름의 한면으로부터 침입하고, 다른 면으로부터 방출될 때까지의 시간은 일반적으로 수증기 확산 계수에 반비례하고, 고분자 필름의 두께의 제곱에 비례한다. 시료 교환을 단시간 동안에 행할 수 있는 가스 배리어성 평가 장치라면, 그에 따른 얇기의 고분자 필름을 이용하는 것이 바람직하다. 그와 같은 고분자 필름을 이용하는 것에 의해, 그 후의 배기 시간을 짧게 할 수가 있다. 다른 한편, 시료 교환에 시간이 걸리는 가스 배리어성 평가 장치의 경우는, 두꺼운 고분자 필름을 이용하는 것에 의해서, 시료 교환시에 침입하는 수증기의 영향을 억제하면서, 배기 시간을 짧게 할 수가 있다.
또, 상기 지지체가 폴리이미드인 것이 바람직하다. 폴리이미드는 수증기를 포함하는 대기에 대한 질소 투과 속도보다 건조 질소에 대한 질소 투과 속도가 낮다. 이 때문에, 건조 질소중에서 시료 교환하는 것에 의해, 투과측 챔버내의 환경을 한층 양호하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 이에 더하여, 폴리이미드는 내열성이 우수하기 때문에, 85℃, 85% RH에 대한 가스 배리어성 평가나, 장치 기동(立上)시에 자주 행해지는 100℃ 정도의 가열 탈가스 열처리에도 견딜 수가 있다.
상기 검출부에는 압력계를 이용할 수가 있다. 압력계를 이용한 경우, 다음과 같이 시료의 가스 투과성, 즉 가스 배리어성을 평가할 수가 있다.
투과측 챔버의 용적이 V[㎥]이고, 시료의 가스 투과 영역의 면적이 S[㎡]라고 한다. 평가 가스의 공급측 분압이 pf[Pa], 투과측 분압이 pp[Pa]라고 한다. 투과측 챔버내로 연통되어 있는 밸브를 닫고 투과측 챔버내를 외계로부터 격리하면, 시료를 투과하는 가스로 인해 투과측 챔버내의 분자의 총수 n[㏖]이 Δt[s] 동안에 Δn[㏖] 증가한다. 그 결과, 투과측 챔버내에 Δpp[Pa]의 압력 증가가 나타난다. 이 때, 투과측 챔버내의 온도를 T[K], 가스 정수(定數)를 R(=8.314J/㏖K)로 하면, 기체의 상태 방정식으로부터 식(1)로 된다.
[수 1]
평가 가스의 투과 유속 J[㏖/㎡s]는 다음 식(2)에 의해서 주어진다.
[수 2]
시료와 지지체와 고분자 필름을 합친 가스 투과도 Ptot[㏖/㎡sPa]는 다음의 식(3)에 의해서 정의할 수 있다.
[수 3]
식(2)를 식(3)에 대입해서, 다음의 식(4)를 얻는다.
[수 4]
시료의 가스 투과도 Pf 및 지지체와 고분자 필름을 합친 가스 투과도 Ps는 시료와 고분자 필름의 계면의 평가 가스의 분압을 pb[Pa]를 이용해서 식(5), 식(6)에 의해서 표현할 수 있다.
[수 5]
[수 6]
안정된 상태에 있어서 평가 가스는 시료와 고분자 필름의 계면에 체류하지 않기 때문에, 그들의 투과 유속은 동일하다. 즉, 식(7)의 관계이다.
[수 7]
식(5), 식(6) 및 식(7)로부터 식(8)을 얻는다.
[수 8]
식(3)과 비교해서, 지지체와 고분자 필름을 합친 가스 투과도 및 전체 가스 투과도의 관계로서 다음 식(9)를 얻는다.
[수 9]
지지체와 고분자 필름을 합친 가스 투과도 Ps를 미리 조사해 두면, 식(4)를 이용하고, 실험으로부터 얻어진 Ptot를 이용해서, 시료의 가스 투과도 Pf는 다음 식(10)에 의해서 얻을 수가 있다.
[수 10]
또, 시료의 가스 투과도가 낮고 Ps＞＞Pf인 경우, 예를 들면 2자릿수 이상 다른 경우, 식(10)은 다음 식(11)과 같이 근사할 수 있다.
[수 11]
즉, 시료의 가스 투과도는 식(12)에 의해서 주어진다.
[수 12]
평가 가스가 수증기(분자량 18g/㏖)인 경우, WVTR[g/㎡day]의 단위에 의해서 표시하면 다음과 같이 구해진다.
[수 13]
반대로, 지지체와 고분자 필름을 합친 가스 투과도 Ps가 시료의 가스 투과도 Pf보다 낮고 Ps＜＜Pf인 경우는 시료의 가스 투과도 Pf의 평가가 현저하게 곤란해진다. 즉, 지지체와 고분자 필름을 합친 가스 투과도 Ps는 시료의 가스 투과도 Pf보다 높거나, 기껏해야 동등하지 않으면 안 되는 것에 주의해야 한다.
또 가스 배리어성이 높은 시료를 평가하기 위해서는, 투과측 챔버내로 연통되는 밸브를 닫지 않고, 배기하면서 투과측 분압을 측정하는 것이 좋다. 그 경우는 다음과 같이 시료의 가스 투과성, 즉 가스 배리어성을 평가할 수가 있다.
배기계의 실효 배기 속도가 Seff[㎥/s], 측정하는 시료를 장착하고 공급측에 분압 pf[Pa]의 평가 가스를 도입한 후, 안정될 때까지 투과측을 배기했을 때의 투과측 분압을 pp[Pa], 가스가 투과하지 않는 시료(예를 들면 금속판)를 장착했을 때에 상정되는 투과측 분압을 pb[Pa]로 한다. 이 때, 평가 가스의 투과 유속 J[㏖/㎡s]은, 평가 가스의 투과에 의해서 생기는 투과측 분압의 증가 △ppb[Pa](=pp－pb)를 이용해서, 다음 식(14)에 의해서 주어진다.
[수 14]
시료와 지지체와 고분자 필름을 합친 가스 투과도 Ptot[㏖/㎡sPa]는 식(3)에 의해서 정의되는 것에 의해, 식(14)를 식(3)에 대입해서, 다음의 식(15)를 얻는다.
[수 15]
시료의 가스 투과도 Pf[㏖/㎡sPa]는, 투과측 챔버내로 연통되는 밸브를 닫은 경우와 마찬가지로, 이 Ptot를 이용해서, 식(10)에 의해서 얻을 수가 있다. 마찬가지로, 시료의 가스 투과도가 낮고 Ps＞＞Pf인 경우, 예를 들면 2자릿수 이상 다른 경우, 식(10)은 다음 식(11)과 같이 근사할 수 있다. 즉, 시료의 가스 투과도는 식(16)에 의해서 주어진다.
[수 16]
평가 가스가 수증기(분자량 18g/㏖)인 경우, WVTR[g/㎡day]의 단위에 의해서 표시하면 다음과 같이 구해진다.
[수 17]
또, 상기 검출부가 질량 분석 장치인 가스 배리어성 평가 장치로 하는 것이 좋다.
질량 분석 장치를 이용하는 것에 의해서, 투과측 챔버내의 가스 분압을 직접 평가하는 것이 가능하게 된다. 공급 가스로서 가습한 질소를 이용하는 경우, 수증기 뿐만 아니라 질소도 얼마간 투과한다. 이와 같은 경우에 질량 분석 장치를 이용하는 것에 의해서, 수증기의 분압을 평가할 수 있기 때문에, 가스 배리어성의 정확한 평가가 가능하게 된다. 또한, 수증기의 투과도는 다른 가스에 비해 일반적으로 큰 것으로 인해, 질량 분석 장치가 아니라 압력계를 이용한 경우는, 투과측 챔버내의 전압을 수증기 분압으로 간주해서 근사할 수가 있다.
이와 같이 투과측 챔버내의 분압 증가로부터 시료의 가스 배리어성을 평가하는 본 발명에 의하면, 고순도 캐리어 가스가 필요없는 것으로 인해, 등압법의 결점을 해결할 수 있다. 게다가, 요철이 없는 지지체를 사용할 수 있기 때문에, 통상의 차압법에서 염려되고 있는 시료 변형의 결점도 해결할 수 있다. 더구나, 시료 장착 시에 대기가 투과측 챔버내로 휩쓸려들어가는 일도 없어, 신속하게 가스 배리어성을 평가하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명은 투과측 챔버내로 캐리어 가스를 흘리는 방법이더라도 이용할 수가 있다. 그 경우도, 시료 장착시에 대기가 투과측 챔버내로 휩쓸려들어가는 일이 없어 신속하게 가스 배리어성을 평가할 수가 있다. 장치의 조작도 구조도 간단하게 되어, 고감도의 검출부를 용이하게 사용가능하게 되는 등의 효과도 동시에 얻어진다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 시료 교환시에 대기중의 수증기 등의 투과측 챔버내로의 침입을 억제해서 투과측 챔버내의 환경을 양호하게 유지하면서 시료 교환이 가능하게 된다. 그 결과, 현저하게 높은 가스 배리어성을 가지는 시료의 가스 배리어성을 평가할 때에, 시료 교환으로부터 측정 종료에 이르는 일련의 순서에 필요로 하는 시간을 짧게 하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 상기 및 다른 특징과 이점은, 적당히 첨부 도면을 참조해서, 하기의 기재로부터 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제1 실시형태의 측정시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제1 실시형태의 시료 교환 직전의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제1 실시형태의 시료 교환시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1의 가스 배리어성 측정시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1의 시료 교환 직전의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1의 시료 교환시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제2 실시형태의 측정시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제2 실시형태의 시료 교환 직전의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제2 실시형태의 시료 교환시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제3 실시형태의 시료 교환 직전의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 1에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 1에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 WVTR값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 1에 있어서, 지지체와 투과측 챔버 사이의 결합이 일부 손상되었을 때의, 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 WVTR값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 2에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 2에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 WVTR값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 3에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 19는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 2에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 20은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 3에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제1 실시형태의 시료 교환 직전의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제1 실시형태의 시료 교환시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1의 가스 배리어성 측정시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1의 시료 교환 직전의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1의 시료 교환시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제2 실시형태의 측정시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제2 실시형태의 시료 교환 직전의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제2 실시형태의 시료 교환시의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 제3 실시형태의 시료 교환 직전의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 1에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 1에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 WVTR값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 1에 있어서, 지지체와 투과측 챔버 사이의 결합이 일부 손상되었을 때의, 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 1에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 WVTR값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 2에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 2에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 WVTR값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 3에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 19는 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 비교예 2에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 20은 본 발명의 가스 배리어성 평가 장치에 관계된 실시예 3에 있어서의, 외측 챔버내 배기 개시 후의 검출기(질량 분석 장치)의 이온 전류값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 실시형태의 가스 배리어성 평가 장치(10)((10a))는, 투과측 챔버(41)를 가지고, 그 개구부(41a)에 시료(1)를 지지하는 지지체(2)가 결합되어 있다. 「결합」이란 시료(1)를 교환할 때이더라도, 지지체(2)와 투과측 챔버(41)가 일체화되어 있고, 지지체(2)를 투과해서 투과측 챔버내로 유입하는 가스에 비해, 지지체(2)와 투과측 챔버(41)의 경계를 통해 유입하는 가스가 적은 상태를 유지하는 것을 말한다. 결합 수단은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 접착제에 의한 고착을 들 수 있다. 예를 들면, 투과측 챔버(41)의 개구부(41a)에 접착제를 거쳐 고분자를 포함하는 지지체(2)가 고착되어 있다.
지지체(2)는, 평가하는 시료(1)를 지지하기 위해, 시료(1)의 형상에 맞춘 형상으로 하는 것이 바람직하고, 시료(1)가 평평한 필름인 경우가 많은 것으로 인해, 평판모양으로 하는 것이 바람직하다.
지지체(2)가 가지는 고분자는, 예를 들면 수평균 분자량이 1000 이상인 것을 말한다. 예를 들면, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리아미드 이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리염화 비닐, 폴리염화 비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스티렌, 폴리페닐렌술피드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 나일론 66 등이 바람직하다. 상기 중에서 폴리이미드는, 수증기를 포함하는 대기에 대한 질소 투과 속도보다 건조 질소에 대한 질소 투과 속도 쪽이 낮은 것으로 인해, 건조 질소중에서 시료 교환하는 것에 의해, 투과측 챔버내의 환경을 한층 양호하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 이와 같은 관점으로부터, 폴리이미드가 보다 바람직하다.
지지체(2)의 두께는, 0.1㎜∼20㎜이고, 바람직하게는 0.2㎜∼10㎜이고, 보다 바람직하게는 0.5㎜∼2㎜이다. 이 두께가 있는 것에 의해서 지지체의 강도가 유지되고, 장치의 취급이 용이하게 된다. 너무 얇으면 공급측과 투과측의 압력차에 의해서 파손되거나 휘거나 하는 것으로 인해 바람직하지 않다. 너무 두꺼우면 지지체 주위의 단면으로부터의 가스 투과를 무시할 수 없게 되고, 그 해결을 위해 장치가 복잡화된다. 또한, 여기서 말하는 두께란 외관상의 전체 두께를 의미한다. 예를 들면, 다수의 구멍을 뚫은 금속판과 고분자판의 2매를 겹쳐서 사용하는 경우는 그 합계 두께로 된다. 시료(1)는, 지지체(2) 상에 지지되고, 지지체(2)와 시료(1) 사이에 고분자 필름(3)이 삽입되어 있다.
또 투과측 챔버(41) 상에는, 그의 개구부(41a)에 공급측 챔버(42)의 개구부(42a)가 대향하도록 공급측 챔버(42)가 배치되어 있다. 공급측 챔버(42)는, 투과측 챔버(41)에 대해서 지지체(2), 고분자 필름(3) 및 시료(1)를 사이에 두고 밀폐 공간을 이루도록, 시료(1)에 대해서 밀착가능하게, 또한 승강가능하게 배치되어 있다. 시료(1)와 고분자 필름(3)은, 공급측 챔버(42)의 개구부(42a)에 의해서 지지체(2)측으로 눌려서 고정되어 있다. 공급측 챔버(42)의 승강은, 도시하고 있지 않은 승강 수단에 의한다. 또한, 시료(1)와 공급측 챔버(42)의 개구부(42a) 사이에, 기밀성을 높이기 위해서 도시하고 있지 않은 개스킷을 마련해도 좋다.
상기 고분자 필름(3)의 소재는, 폴리이미드, 폴리이미드 아미드, 폴리에테르 설폰, 폴리카보네이트, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리스티렌, 폴리염화 비닐, 나일론 66, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 등이 바람직하다. 그리고, 열적 안정성이나 용해한 가스를 신속하게 방출하는 높은 가스 확산성이라고 하는 관점으로부터, 폴리이미드가 보다 바람직하다. 고분자 필름(3)의 두께는, 1㎛ 이상 100㎛ 이하이고, 바람직하게는 5㎛ 이상 60㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이상 30㎛ 이하이다. 고분자 필름(3)의 두께가 너무 얇으면 시료 교환시에 시료(1)측 표면으로부터 침입한 수증기가 시료 교환 동안에 지지체(2)측으로부터 방출되고, 보호 영역(4)에 대기중의 수증기가 도달하고, 그 수증기가 지지체를 거쳐 투과측 챔버로 유입되어 버린다. 고분자 필름(3)의 두께가 너무 두꺼우면 시료(1)측 표면으로부터 침입한 수증기가 지지체(2)측으로부터 충분히 방출될 때까지 시간이 걸려 버린다.
공급측 챔버(42)에는 공급측 가스 배관(73)이 접속되고, 도시하고 있지 않은 밸브를 거쳐, 배기 계통의 배관과 평가 가스 도입 계통의 배관이 접속되어 있다.
투과측 챔버(41)에는 투과측 공간(51)으로 통하는 투과측 가스 배관(72)이 접속되고, 이 투과측 가스 배관(72)에는 밸브(62)를 거쳐 도시하고 있지 않은 진공 펌프가 접속되어 있다. 또 투과측 챔버(41)에는 투과측 공간(51)으로 통하는 검출부(질량 분석 장치)(32)가 접속되어 있다. 이 검출부(32)는 진공계이더라도 좋지만, 질량 분석 장치인 것이 바람직하다. 투과측 공간의 가스는 대부분이 수증기이지만, 수소 등도 포함되어 있다. 질량 분석 장치를 이용하는 것에 의해서, 투과측 공간의 수증기의 농도를 다른 가스종과 구별해서 측정할 수 있기 때문에, 진공계를 이용한 경우에 비해 신뢰성이 향상한다. 게다가, 진공중의 가스를 분석하는 이 가스 배리어성 평가 방법은, 측정하는 가스의 주성분인 수증기를 측정하는 것으로 인해 측정이 용이하다. 한편, 종래 기술의 등압법에 있어서는, 캐리어 가스중의 미량인 수증기를 ppm 혹은 그 이상의 감도로 해서 측정할 필요가 있는 것으로 인해, 고도의 기술이 필요했다.
또, 고분자 필름(3)과 지지체(2) 사이에 끼인 영역을 덮는 투과측 외측 챔버(81)와 공급측 외측 챔버(82)를 가진다. 투과측 외측 챔버(81)와 공급측 외측 챔버(82)에 의해서, 고분자 필름(3)과 지지체(2) 사이에 끼인 영역이 포함되는 투과측 챔버(41)의 외측 상측부와 공급측 챔버(42)의 외측에 배치되는 외측 챔버내 공간(53)을 덮고, 밀봉을 가능하게 하고 있다. 또한, 투과측 외측 챔버(81)의 투과측 챔버(41)측 주위는, 투과측 챔버(41)의 외측면에 O링 등에 의해 봉지(封止)되어 있다. 그것에 의해서, 외측 챔버내 공간(53)의 밀폐를 보다 확실하게 하고 있다. 또 투과측 외측 챔버(81)의 개구부(81a)와 공급측 외측 챔버(82)의 개구부(82a)는 대향하고 있고, 예를 들면 도시하고 있지 않은 개스킷을 거쳐 봉지되어 있다. 또, 도시하고 있지 않은 승강 수단에 의해서 공급측 외측 챔버(82)가 승강가능하게 되어 있다. 또, 투과측 외측 챔버(81)에는, 외측 챔버내 공간(53)으로 통하는 외측 챔버 가스 배관(75)이 접속되어 있다. 이 외측 챔버 가스 배관(75)에는 배기 계통의 배관과 가스 도입 계통의 배관이 접속되어 있고, 도시하고 있지 않은 개폐 밸브에 의해서 두 개의 계통이 전환되도록 되어 있다. 배기 계통의 배관에는 진공 펌프가 접속되어 있다. 한편, 가스 도입 계통의 배관에는 도시하고 있지 않은 건조 가스원이 접속되어 있다. 건조 가스원의 건조 가스로서는, 건조 공기, 헬륨, 질소, 산소, 아르곤 등을 들 수 있고, 질소, 아르곤이 보다 바람직하고, 분자가 크기 때문에 일반적으로 지지체의 가스 투과도가 낮다고 하는 관점으로부터 질소가 더욱더 바람직하다.
도 1∼도 3에 도시하는 바와 같이, 상기의 가스 배리어성 평가 장치(10)((10a))에 의한 가스 배리어성 평가 방법에 대해서, 이하에 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 지지체(2)는 투과측 챔버(41)의 개구부(41a)측에 접착제에 의해서 고착해서 결합되어 있다. 지지체(2)와 시료(1) 사이에 고분자 필름(3)이 삽입되고, 시료(1)와 고분자 필름(3)은 공급측 챔버(42)의 개구부(42a)에 의해서 눌려서 지지체(2)측에 고정되어 있다.
측정중, 공급측 챔버(42)내의 공급측 공간(52)에, 공급측 가스 배관(73)으로부터 수증기를 도입하고 있다. 수증기는, 시료(1), 고분자 필름(3)((3A)) 및 지지체(2)를 투과하고, 투과측 공간(51)에 도달한다. 투과측 공간(51)은 투과측 가스 배관(72)을 통해 진공 펌프(도시하지 않음)를 이용해서 배기하고 있다. 투과측 공간(51)의 가스 분압은 검출부(질량 분석 장치)(32)를 이용해서 측정되고, 그 거동으로부터 시료(1)의 WVTR값을 얻는다. 그 사이, 외측 챔버내 공간(53)은 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 진공 펌프(도시하지 않음)를 이용해서 배기하고 있다.
가스 배리어성 측정이 종료한 후는 공급측 가스 배관(73)을 통해 공급측 공간(52)을 배기하고, 충분히 배기한 후, 공급측 가스 배관(73)의 배기 계통의 배관을 닫고, 공급측 챔버(42)를 끌어올린다. 계속해서, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 건조 가스를 도입한다. 그 상태를 도 2에 도시한다. 공급측 챔버(42)를 끌어올렸을 때, 위로부터의 누름이 없어지기 때문에, 고분자 필름(3)과 지지체(2) 사이에 자그마한 공간이 자연스럽게 형성된다. 이 공간으로는 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 도입한 건조 가스가 유입해서, 보호 영역(4)이 형성된다.
계속해서, 공급측 외측 챔버(82)를 끌어올리고, 공급측 외측 챔버(82)와 투과측 외측 챔버(81) 사이로부터 시료(1)를 꺼낸다. 그 상태를 도 3에 도시한다. 그 후, 다음에 측정할 시료(1)를 고분자 필름(3) 위에 배치한다. 이 시료(1)의 교환 작업에서는, 보호 영역(4)은, 거의 건조 가스로 채워진 상태이기 때문에, 지지체 표면으로의 수증기를 포함하는 대기 성분의 침입이 거의 없다. 또, 외측 챔버내 공간(53)이나 공급측 공간(52)에 건조 가스를 도입할 때, 외측 챔버내 공간(53)이나 공급측 공간(52)을 대기압보다 높은 기압 상태로 되도록, 건조 가스를 도입하는 것이 바람직하다. 이렇게 하는 것에 의해서, 공급측 외측 챔버(82)를 끌어올렸을 때에, 대기가 외측 챔버내 공간(53)으로 들어가기 어렵게 되어, 보호 영역(4)의 환경을 장시간에 걸쳐서 유지할 수 있다.
시료(1)의 교환이 종료한 후, 공급측 외측 챔버(82)를 내려서 외측 챔버내 공간(53)을 닫는다. 이들 시료(1)의 교환 작업은 재빠르게 행하는 것이 바람직하지만, 교환 작업에 시간이 걸리는 것이라면, 보다 두꺼운 고분자 필름(3)을 이용하는 등, 장치의 설계를 궁리하면 좋다. 다음에 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 외측 챔버내 공간(53)을 배기한다. 이 때, 연통하는 공급측 공간(52)도 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 배기된다. 또, 시료 교환시에 고분자 필름(3)의 시료(1)측으로부터 침입한 대기중의 가스 성분은, 이 때, 고분자 필름(3)의 시료(1)측과 지지체(2)측의 쌍방으로부터 방출되고, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 배기된다. 그 결과, 대기중의 가스 성분이 투과측 공간(51)으로 유입하는 것을 방지할 수가 있다. 충분한 배기를 한 후, 공급측 챔버(42)를 강하시켜 공급측 공간(52)을 닫는다. 그 후, 공급측 가스 배관(73)을 통해 공급측 공간(52)에 수증기를 도입한다. 이와 같이 해서 도 1의 측정 상태로 다시 된다. 검출부(질량 분석 장치)(32)를 이용해서 투과측 공간(51)의 가스 분압을 측정하고, 그 값으로부터 WVTR값을 얻을 수가 있다.
상기 가스 배리어성 평가 장치(10a) 및 그것을 이용한 가스 배리어성 평가 방법에서는, 시료(1)의 교환시에 지지체(2)의 시료측 표면(5)에 건조 가스로 이루어지는 보호 영역(4)이 마련되고, 대기중의 수증기가 지지체 표면(5)에 도달할 수 없게 된다. 따라서, 시료(1)의 교환시에 대기중의 수증기 등의 투과측 공간(51)으로의 유입을 억제할 수가 있다. 그 결과, 투과측 공간(51)의 환경을 양호하게 유지하면서 시료(1)의 교환이 가능하게 된다.
다음에, 종래의 가스 배리어성 평가 장치(10b)를 비교예로서 도 4∼도 6을 참조해서 설명한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 비교예의 가스 배리어성 평가 장치(10b)는, 고분자 필름(3)이 없는 것 이외는, 도 1에 도시한 제1 실시형태의 가스 배리어성 평가 장치(10a)와 마찬가지 구성이다.
가스 배리어성 측정이 종료한 후는 공급측 가스 배관(73)을 통해 공급측 공간(52)을 배기하고, 충분히 배기한 후, 공급측 가스 배관(73)의 배기 계통의 배관을 닫고, 공급측 챔버(42)를 끌어올린다. 계속해서, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 건조 가스를 도입한다. 그 상태를 도 5에 도시한다. 공급측 챔버(42)를 끌어올렸을 때, 위로부터의 누름이 없어지기 때문에, 시료(1)와 지지체(2) 사이에는 자그마한 공간이 자연스럽게 형성된다. 이 공간으로는 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 도입한 주위의 건조 가스가 유입해서, 보호 영역(4)이 형성된다.
계속해서, 공급측 외측 챔버(82)를 끌어올리고, 공급측 외측 챔버(82)와 투과측 외측 챔버(81) 사이로부터 시료(1)를 꺼낸다. 그 상태를 도 6에 도시한다. 이 때, 대기가 외측 챔버(53)내로 유입하고, 지지체 표면의 영역(5)에 도달하고, 보호 영역(4)이 없어진다. 대기중의 수증기 등의 가스 성분은 지지체(2) 표면으로부터 지지체(2)내로 침입한다. 이와 같은 상태에 있어서, 다음에 측정할 시료(1)를 지지체(2) 위에 배치한다. 그리고, 공급측 외측 챔버(82)를 내려서 외측 챔버내 공간(53)을 닫은 후, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 외측 챔버내 공간(53)을 배기한다.
이 때, 연통하는 공급측 공간(52)내도 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 배기하지만, 지지체(2)에 침입한 가스 성분은 지지체(2)내를 확산하고, 지지체(2)의 투과측 공간(51)측의 표면으로부터 방출된다. 지지체(2)의 투과측 공간(51)측의 표면으로부터 방출되지 않게 될 때까지, 투과측 공간(51)의 배기를 계속한 후, 공급측 챔버(42)를 강하시켜 공급측 공간(52)을 닫는다.
그 후, 공급측 가스 배관(73)을 통해 공급측 공간(52)에 수증기를 도입한다. 이와 같이 해서 도 4의 측정 상태로 다시 된다. 그리고, 검출부(질량 분석 장치)(32)를 이용해서 투과측 공간(51)의 가스 분압을 측정하고, 그 값으로부터 WVTR값을 얻는다.
이 방법에서는, 지지체(2)에 대기중의 수증기 등의 가스 성분이 침입해 버리기 때문에, 그들이 투과측 공간(51)측으로부터 방출되지 않게 될 때까지 기다릴 필요가 있다. 그 때문에, 시료의 교환부터 측정 종료에 이르는 일련의 순서에 필요로 하는 시간이 길어져, 평가의 효율이 낮아진다.
다음에, 제2 실시형태의 가스 배리어성 평가 장치(10)((10c))에 대해서, 도 7∼도 9를 참조해서 설명한다. 가스 배리어성 평가 장치(10c)는, 상기 가스 배리어성 평가 장치(10a)에 있어서, 고분자 필름(3)((3B))의 형상 및 설치 위치가 다른 것 이외는, 가스 배리어성 평가 장치(10a)의 구성과 마찬가지이다.
우선 도 7은, 가스 배리어성 평가 장치(10c)의 가스 배리어성 측정시의 상태를 도시한다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 고분자 필름(3)((3B))은 투과측 외측 챔버(81)의 개구부에 접착제를 이용해서 고착하여 결합되어 있다. 이 고분자 필름(3B)에는 두께 방향으로 관통하는 구멍(6)이 뚫려 있고, 고분자 필름의 두께 방향으로 가스가 빠져나갈 수 있도록 되어 있다. 구멍(6)의 지름은, 0.1㎜ 이상 10㎜ 이하이고, 바람직하게는 0.5㎜ 이상 5㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 1㎜ 이상 3㎜ 이하이다. 구멍(6)의 수는 1개이더라도 좋지만, 다수 있어도 상관없다. 구멍(6)의 크기, 수, 배치 등은 외측 챔버내 공간(53)내의 가스 흐름의 관점으로부터, 적절히 설계된다. 이 고분자 필름(3B)은, 지지체(2) 상에 접촉하도록 배치되고, 그 위에 시료(1)가 배치된다. 그리고, 시료(1)와 고분자 필름(3B)은 공급측 챔버(42)의 개구부(42a)에 의해서 지지체(2)측으로 눌려서 고정되어 있다. 또, 외측 챔버내 공간(53)은 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 배기되고 있다. 이와 같이, 고분자 필름(3B) 이외는, 제1 실시형태의 가스 배리어성 평가 장치(10a)와 동일한 구성을 가진다.
가스 배리어성 측정이 종료한 후는 공급측 가스 배관(73)을 통해 공급측 공간(52)을 배기하고, 충분히 배기한 후, 공급측 가스 배관(73)의 배기 계통의 배관을 닫고, 공급측 챔버(42)를 끌어올린다. 계속해서, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 건조 가스를 도입한다. 건조 가스는 고분자 필름(3B)의 구멍(6)을 통해, 외측 챔버내 공간(53) 중에서 고분자 필름(3B)의 양측 모두에 유입한다.
그 상태를 도 8에 도시한다. 공급측 챔버(42)를 끌어올렸을 때, 위로부터의 누름이 없어지기 때문에, 고분자 필름(3B)과 지지체(2) 사이에는 자그마한 공간이 자연스럽게 형성된다. 이 공간으로는 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 도입한 건조 가스가 유입해서, 보호 영역(4)이 형성된다.
계속해서, 공급측 외측 챔버(82)를 끌어올리고, 공급측 외측 챔버(82)와 투과측 외측 챔버(81) 사이로부터 시료(1)를 꺼낸다. 그 상태를 도 9에 도시한다. 그 후, 다음에 측정할 시료(1)를 고분자 필름(3B) 위에 배치하고, 공급측 외측 챔버(82)를 내려서 외측 챔버내 공간(53)을 닫는다. 그 후, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 외측 챔버내 공간(53)을 배기한다. 그 때, 연통하는 공급측 공간(52)도 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 배기된다. 시료 교환시에 고분자 필름(3B)의 시료(1)측으로부터 침입한 대기중의 가스 성분은, 이 때, 고분자 필름(3B)의 시료(1)측과 지지체(2)측의 쌍방으로부터 방출되고, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 배기된다. 그 결과, 대기중의 가스 성분이 투과측 공간(51)으로 유입하는 것을 방지할 수가 있다. 충분한 배기를 한 후, 공급측 챔버(42)를 강하시켜 공급측 공간(52)을 닫는다. 그 후, 공급측 가스 배관(73)을 통해 공급측 공간(52)에 수증기를 도입한다. 이와 같이 해서 도 7의 측정 상태로 다시 된다. 검출부(질량 분석 장치)(32)를 이용해서 투과측 공간(51)의 가스 분압을 측정하고, 그 값으로부터 WVTR값을 얻을 수가 있다.
이 가스 배리어성 평가 장치(10c)는, 상기 가스 배리어성 평가 장치(10a)와 마찬가지 작용 효과를 얻을 수가 있다. 그것과 함께, 가스 배리어성 평가 장치(10c)에서는, 이하의 작용 효과를 가진다. 즉, 고분자 필름(3B)이 투과측 외측 챔버(81)의 개구부(81a)에 고착되어 있기 때문에, 고분자 필름(3B)에 구멍(6)이 있지만, 투과측 외측 챔버(81)는 고분자 필름(3B)에 의해서 폐쇄공간에 가까운 상태로 되어 있다. 이와 같은 상태에 있어서, 투과측 외측 챔버(81)측의 외측 챔버 가스 배관(75)으로부터 건조 가스를 도입하면, 대기압보다도 높아지고, 구멍(6)으로부터 고분자 필름(3B)의 지지체(2)측으로의 수증기를 포함하는 대기의 유입을 억제할 수가 있다. 그 결과, 시료 교환에 긴 시간이 걸려도 보호 공간(4)이 유지되고, 투과측 공간(51)의 환경을 양호하게 유지하는 것이 가능하게 된다.
또, 고분자 필름(3B)에 구멍(6)이 배치되어 있는 것으로 인해, 측정 후에 있어서, 외측 챔버 가스 배관(75)으로부터 건조 가스를 도입하는 것에 의해서, 구멍(6)을 통해 공급측 외측 챔버(82)의 외측 챔버내 공간(53)으로도 건조 가스를 들여보내는 것이 가능하게 된다. 그 때, 공급측 챔버(42)를 상승시키는 것에 의해서, 상승분의 틈새로부터 건조 가스가 공급측 공간(52)으로 유입한다. 따라서, 별도로, 공급측 가스 배관(73)으로부터 건조 가스를 도입할 필요는 없지만, 공급측 공간(52)에 건조 가스를 보다 빠르게 도입하고 싶은 경우 등, 공급측 가스 배관(73)으로부터 건조 가스를 도입해도 좋다.
다음에, 제3 실시형태의 가스 배리어성 평가 장치(10))((10d))에 대해서, 도 10을 참조해서 설명한다. 가스 배리어성 평가 장치(10d)는, 상기 가스 배리어성 평가 장치(10a)에 있어서, 고분자 필름(3)((3C))이 고분자 필름 지지 링으로 지지되어 있는 것 이외는, 가스 배리어성 평가 장치(10a)의 구성과 마찬가지이다.
고분자 필름 지지 링(7)은 치밀하고 중앙에 개구를 가지는 판모양 재료(알루미늄이나 폴리프로필렌 등)에 의해서 구성되어 있고, 이 개구부를 막도록 고분자 필름(3)((3C))이 접착제 등을 이용해서 고착되고, 일체화되어 있다. 또, 고분자 필름(3C)이 지지체(2)와 접하도록, 고분자 필름 지지 링(7)은 도시하고 있지 않은 고정구를 이용해서 투과측 챔버(41)에 고정되어 있다. 고분자 필름 지지 링(7)과 투과측 외측 챔버(81) 사이에는 틈새가 마련되어 있다.
시료 교환을 위해서 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 건조 가스를 도입하면, 건조 가스의 압력으로 고분자 필름(3)이 조금 휘고, 지지체(2)와의 사이에 보호 영역(4)이 형성된다. 또, 투과측 외측 챔버(81)와의 사이의 틈새로부터 고분자 필름 지지 링(7)의 위쪽으로 건조 가스가 유출해서, 대기의 침입을 방지하고 있다. 시료 교환 후, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 외측 챔버내 공간(53)을 배기할 때는, 이 틈새를 통해 연통하는 공급측 공간(52)도 배기된다.
이와 같이 함으로써, 얇은 고분자 필름(3)을 이용해서 대기의 침입을 확실하게 방지할 수가 있다.
[실시예]
이하에 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱더 상세하게 설명한다. 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
상기 도 1∼도 3에 의해서 설명한 가스 배리어성 평가 장치(10)((10a))를 이용해서 필름모양 시료(시료(1))의 측정을 행했다.
시료(1)로는, 두께가 0.1㎜이고, 표면에 배리어층을 형성한 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름을 이용했다. 지지체(2)로서 두께 125㎛의 폴리이미드제 판모양체와 2㎜φ의 구멍을 다수 가지는 두께 1㎜의 스테인리스 금속판을 겹쳐서 이용했다. 판모양 폴리이미드 필름은 접착제를 이용해서 투과측 챔버에 고착하여 결합했다. 고분자 필름(3)으로서 두께 13㎛의 폴리이미드 필름을 이용했다. 2분 정도 걸려서 시료(1)를 교환하고, 공급측 외측 챔버(82)를 내려서 외측 챔버내 공간(53)을 닫고, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 외측 챔버내 공간(53)을 배기했다(도 2의 상태). 외측 챔버내 공간(53)의 배기를 개시하고 나서의 시간과 검출부(질량 분석 장치)(32)의 지시값(각 가스종의 증감에 따라 증감하는 이온 전류)의 관계를 도 11에 도시한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 수증기, 질소, 산소에 대한 이온 전류는 1시간에 걸쳐서 변화가 보이지 않고, 투과측 공간(51)으로 그들 가스 성분의 유입이 없음을 알 수 있다. 그 후, 공급측 챔버(42)를 내려서 공급측 공간(52)을 닫고, 공급측 가스 배관(73)을 통해 수증기를 도입했다. 그 후의 WVTR값의 변화는 도 12에 도시하는 대로이며, 1일이 경과하면 거의 안정되고, 4×10-4g/㎡day의 값이 얻어졌다.
이 후, 반복해서 가스 배리어성을 평가했더니, 어느 때는, 도 13에 도시하는 바와 같이 시료 교환시에 검출부(질량 분석 장치)(32)의 질소를 표시하는 지시값이 크게 증가했다. 가스 배리어성 평가 장치를 정지하고 조사했더니, 지지체(2)와 투과측 챔버(41) 사이의 접착제에 의한 결합이 일부 손상되어 있는 것이 판명되었다. 그래서, 지지체(2)를 교환하고, 접착제를 이용해서 투과측 챔버(41)에 결합하여 배리어성 평가 장치를 다시 기동했다. 검출부(질량 분석 장치)(32)는 손상을 받고 있지 않고, 그 후에도 지금까지와 변함없이 가스 배리어성의 평가가 가능했다. 즉, 본 발명의 구조로 함으로써, 지지체와 투과측 챔버의 결합이 손상되었을 때의 특단의 안전 대책이 필요없음을 알 수 있다.
[비교예 1]
상기 도 4∼도 6에 의해서 설명한 가스 배리어성 평가 장치(10)((10b))를 이용해서 실시예 1과 마찬가지의 필름모양 시료(시료(1))의 측정을 행했다. 가스 배리어성 평가 장치(10b)는 상기 가스 배리어성 평가 장치(10a)에 있어서 고분자 필름(3)을 이용하고 있지 않은 것 이외는 가스 배리어성 평가 장치(10a)와 마찬가지의 것이다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 외측 챔버내 공간(53)의 배기를 개시하고 나서의 시간과 검출부(질량 분석 장치)(32)의 이온 전류의 관계는, 10분쯤부터 수증기 및 산소에 대한 이온 전류가 증대하고, 투과측 공간(51)으로 그들 가스 성분이 유입하고 있음을 알 수 있다. 그 후 원래의 레벨로 안정되기까지 약 1일을 필요로 했다.
실시예 1과 비교예 1의 비교로부터, 실시예 1과 같이 고분자 필름(3)을 이용하는 것에 의해서, 시료 교환시의 대기중의 가스 성분의 투과측 공간(51)으로의 유입이 억제되고, 신속하게 수증기를 도입해서 측정을 시작할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 그 후, 공급측 챔버(42)를 움직여서 공급측 공간(52)을 닫고, 공급측 가스 배관(73)을 통해 수증기를 도입했다. 그 결과, WVTR값의 변화는 도 15에 도시한 대로이며, 5일 정도 경과해서 거의 안정되고, 실시예 1과 동일한 4×10-4g/㎡day의 값이 얻어졌다.
또 지지체(2)를 갖지 않는 것 이외는 비교예 1과 동일한 구조의 장치에 있어서, 필름모양 시료(1)로서 두께 40㎛의 셀로판을 이용했더니, 수증기를 공급측 공간(52)에 도입했을 때에, 시료(1)가 파손되어 투과측 공간(51)으로 수증기가 침입했다. 그 결과, 검출기(질량 분석 장치)(32)의 필라멘트가 단선하여, 교환이 필요했다. 즉, 종래의 장치에서는 시료(1)의 파손이나 지지체(2)와 투과측 챔버(41)의 결합이 손상되었을 때의 안전 대책이 필요하다는 것을 알 수 있다.
[실시예 2]
시료(1)로서 실시예 1과는 다른 필름모양 시료로서 두께가 0.1㎜이고, 표면에 배리어층을 형성한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 이용한 것 이외는 실시예 1과 동일한 장치, 동일한 순서에 의해서 평가를 행했다.
외측 챔버내 공간(53)의 배기를 개시하고 나서의 시간과 검출부(질량 분석 장치)(32)의 이온 전류값의 관계를 도 16에 도시한다. 수증기, 질소, 산소에 대한 이온 전류값은 1시간 가까이에 걸쳐서 변화가 보이지 않고, 투과측 공간(51)으로 그들 가스 성분의 유입이 없음을 알 수 있었다.
이 결과로부터, 실시예 1과는 다른 시료에 대해서도 마찬가지로 대기중의 가스 성분의 투과측 공간(51)으로의 유입을 억제할 수 있음을 알 수 있었다.
그 후, 공급측 챔버(42)를 내려서 공급측 공간(52)을 닫고, 공급측 가스 배관(73)을 통해 수증기를 도입했다. 그 결과, WVTR값의 변화는 도 17에 도시한 대로이며, 5일 정도 경과해서 안정되고, 2×10－5g/㎡day의 값이 얻어졌다.
[실시예 3]
본 발명의 효과의 본질을 파악하기 위해, 시료(1)를 이용하지 않고, 실시예 1과 동일한 장치, 동일한 순서에 의해서 시험을 행했다.
우선 도 1에 도시한 바와 같이, 가스 배리어성 측정이 종료했다고 해서, 공급측 가스 배관(73)을 통해 공급측 공간(52)을 배기하고, 충분히 배기한 후, 공급측 가스 배관(73)의 배기 계통의 배관을 닫고, 공급측 챔버(42)를 끌어올렸다. 그 후, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 건조 가스를 도입했다. 공급측 챔버(42)를 끌어올렸을 때, 위로부터의 누름이 없어지기 때문에 고분자 필름(3)과 지지체(2) 사이에는 자그마한 공간이 자연스럽게 형성되고, 그곳으로 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 도입한 주위의 건조 가스가 유입해서, 보호 영역(4)이 형성되어 있다. 이 상태는 도 2에 도시한 장치 상태에 대응하고 있다.
계속해서 공급측 외측 챔버(82)를 끌어올렸다. 그 상태는 도 3에 대응하고 있다. 시료의 교환을 모의(模擬)하고, 90초간 보존유지한 후, 공급측 외측 챔버(82)를 내려서 외측 챔버내 공간(53)을 닫고, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 외측 챔버내 공간(53)을 배기했다. 이것은 도 2에 도시한 상태에 대응하고 있다. 외측 챔버내 공간(53)의 배기를 개시하고 나서의 시간과 검출부(질량 분석 장치)(32)의 이온 전류값의 관계를 도 18에 도시한다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 수증기, 질소, 산소에 대한 이온 전류값은 24시간에 걸쳐서 변화가 보이지 않고, 투과측 공간(51)으로 그들 가스 성분의 침입이 없는 것이 명확해졌다. 질소가 조금 보이지만 그 변화는 크지 않았다.
[비교예 2]
시료(1)를 이용하지 않고, 상기 도 4∼도 6에 의해서 설명한 고분자 필름(3)을 이용하지 않는 가스 배리어성 평가 장치(10b)를 이용해서, 전술한 실시예 3과 마찬가지 순서에 의해서 시험을 행했다.
외측 챔버내 공간(53)의 배기를 개시하고 나서의 시간과 검출부(질량 분석 장치)(32)의 이온 전류값의 관계를 도 19에 도시한다. 배기 개시 후 10분 정도부터 수증기, 질소, 산소에 대한 이온 전류값이 상승하고, 이들 가스가 투과측 공간(51)으로 유입하고 있음을 알 수 있었다. 8시간 배기를 계속하고, 산소의 이온 전류값은 배기 전의 수준까지 되돌아왔지만, 수증기나 질소에 대해서는 원래의 수준으로 되돌아오지 않았다. 이 시험과 실시예 3의 비교로부터, 고분자 필름(3)을 이용하는 것에 의해서 대기중의 가스 성분의 투과측 공간(51)으로의 침입을 방지할 수 있는 것이 명확해졌다.
[실시예 4]
본 발명의 효과의 본질을 파악하기 위해, 상기 도 10에 의해서 설명한 가스 배리어성 평가 장치(10)((10d))를 이용해서 시험을 행했다.
우선 시료 교환을 위해서 공급측 가스 배관(73)을 공급측 공간(52)을 배기하고, 충분히 배기한 후, 공급측 가스 배관(73)의 배기 계통의 배관을 닫고, 공급측 챔버(42)를 끌어올렸다. 그 후, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 건조 가스를 도입했다. 공급측 챔버(42)를 끌어올렸을 때, 위로부터의 누름이 없어지기 때문에 고분자 필름(3)과 지지체(2) 사이에는 자그마한 공간이 자연스럽게 형성되고, 그곳으로 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 도입한 건조 가스가 유입해서, 보호 영역(4)이 형성되어 있다. 이 상태는 도 10에 도시한 장치 상태에 대응하고 있다.
계속해서 공급측 외측 챔버(82)를 끌어올렸다. 약 30초만에 시료를 교환한 후, 공급측 외측 챔버(82)를 내려서 외측 챔버내 공간(53)을 닫고, 외측 챔버 가스 배관(75)을 통해 외측 챔버내 공간(53)을 배기했다. 외측 챔버내 공간(53)의 배기를 개시하고 나서의 시간과 검출부(질량 분석 장치)(32)의 이온 전류값의 관계를 도 20에 도시한다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 수증기에 대한 이온 전류값은 24시간에 걸쳐서 변화가 보이지 않고, 투과측 공간(51)으로 그들 가스 성분의 침입이 없는 것이 명확해졌다. 즉, 가스 배리어성 평가 장치(10)((10d))의 장치에 있어서도 본 발명의 효과가 얻어지는 것이 명확해졌다.
본 발명을 그 실시형태 및 실시예와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 한정하려고 하는 것은 아니며, 첨부하는 청구범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하는 일없이 폭넓게 해석되어야 할 것이라 생각한다.
본원은, 2017년 2월 27일에 일본에서 특허 출원된 특원2017－035207에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 이들은 여기에 참조해서 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 포함시킨다.
1: 시료
2: 지지체
3, 3A, 3B, 3C: 고분자 필름
4: 보호 영역
5: 지지체 표면의 영역
6: 구멍
7: 고분자 필름 지지 링
10: 가스 배리어성 평가 장치
32: 검출부(질량 분석 장치)
41: 투과측 챔버
41a: 투과측 챔버의 개구부
42: 공급측 챔버
42a: 공급측 챔버의 개구부
51: 투과측 공간
52: 공급측 공간
53: 외측 챔버내 공간
62: 밸브
72: 투과측 가스 배관
73: 공급측 가스 배관
75: 외측 챔버 가스 배관
81: 투과측 외측 챔버
81a: 투과측 외측 챔버의 개구부
82: 공급측 외측 챔버
82a: 공급측 외측 챔버의 개구부
2: 지지체
3, 3A, 3B, 3C: 고분자 필름
4: 보호 영역
5: 지지체 표면의 영역
6: 구멍
7: 고분자 필름 지지 링
10: 가스 배리어성 평가 장치
32: 검출부(질량 분석 장치)
41: 투과측 챔버
41a: 투과측 챔버의 개구부
42: 공급측 챔버
42a: 공급측 챔버의 개구부
51: 투과측 공간
52: 공급측 공간
53: 외측 챔버내 공간
62: 밸브
72: 투과측 가스 배관
73: 공급측 가스 배관
75: 외측 챔버 가스 배관
81: 투과측 외측 챔버
81a: 투과측 외측 챔버의 개구부
82: 공급측 외측 챔버
82a: 공급측 외측 챔버의 개구부
Claims (7)
- 고분자를 가지는 지지체와 투과측 챔버와 검출부를 구비하고,
상기 지지체가 시료를 지지하고 있고 또한 상기 투과측 챔버의 개구부와 결합하고 있는 가스 배리어성 평가 장치로서,
상기 지지체와 상기 시료 사이에 고분자 필름을 가지고,
상기 시료에 밀착가능하게, 또한 승강가능하게 배치한 공급측 챔버와,
상기 고분자 필름과 상기 지지체 사이에 끼인 영역을 덮는 외측 챔버를 가지는 가스 배리어성 평가 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 외측 챔버에 건조 가스원이 접속되어 있는 가스 배리어성 평가 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 지지체가 폴리이미드인 가스 배리어성 평가 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고분자 필름이, 중앙에 개구부를 가지는 고분자 필름 지지 링의 상기 개구부를 막고, 상기 고분자 필름 지지 링에 고착되어 있는 가스 배리어성 평가 장치. - 고분자를 가지는 지지체와 투과측 챔버와 검출부를 구비하고,
상기 지지체의 표면측이 시료를 지지하고 있고, 상기 지지체의 이면측이 상기 투과측 챔버의 개구부와 결합하고 있는 가스 배리어성 평가 장치를 이용한 가스 배리어성 평가 방법으로서,
상기 지지체와 상기 시료 사이에 고분자 필름을 배치하고,
상기 시료의 교환시에, 상기 지지체와 상기 고분자 필름 사이에 건조 가스로 이루어지는 보호 영역을 마련하는 가스 배리어성 평가 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 고분자 필름과 상기 지지체 사이에 끼인 영역을 대기로부터 격리하는 외측 챔버를 가지고,
상기 시료의 교환시에 상기 외측 챔버에 건조 가스를 도입해서 상기 보호 영역을 마련하는 가스 배리어성 평가 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 지지체가 폴리이미드인 가스 배리어성 평가 방법.
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