JP7115501B2 - 積層バリアフィルム。 - Google Patents
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Description
しかし、プラスチックフィルム上に形成した無機層は非常に薄いため無機薄膜層に印刷加工を行うなど、後加工を行うと劣化することがある。たとえば印刷工程ではグラビアロールとの擦れやインクに含まれる顔料粒子のため、無機層が傷付きバリア性が低下することがある。この改良のために、有機層を無機層上にコーティングする方法がある。溶剤にコーティング剤を溶かしたものを塗布し乾燥し有機層を形成するものである。また、真空プロセスを利用した方法もある(例えば、特許文献2参照)。
しかし、この方法では架橋する前にそれぞれの層が液相のまま積層されるため、2層の混ざり合いなど常に一定にすることは難しい。また、二種類のモノマーを蒸発させる機構が必要になり装置が複雑になる。
本発明でいうプラスチックフィルム(1)とは、有機高分子を溶融押出して、必要に応じ、長手方向、および、または、幅方向に延伸、冷却、熱固定を施したフィルムであり、有機高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン-2,6-ナフタレート、ナイロン6、ナイロン4、ナイロン66、ナイロン12、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニールアルコール、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキサイドなどがあげられる。また、これらの(有機重合体)有機高分子は他の有機重合体を少量共重合したり、ブレンドしたりしてもよい。
本発明のプラスチックフィルム(1)は、本発明の目的を損なわない限りにおいて、薄膜層を積層するに先行して、該フィルムをコロナ放電処理、グロー放電処理、その他の表面粗面化処理を施してもよく、また、公知のアンカーコート処理、印刷、装飾が施されていてもよい。
本発明でいう無機層(2)は、物質としては、Al、Si、Ti、Zn、Zr、Mg、Sn、Cu、Fe等の金属や、これら金属の酸化物、窒化物、フッ素物、硫化物等が挙げられ、具体的には、SiOx(x=1.0~2.0)、アルミナ、マグネシア、硫化亜鉛、チタニア、ジルコニア、酸化セリウム、あるいはこれらの混合物が例示される。無機層(2)は1層でもあるいは2層以上の積層体であってもよい。
酸化アルミニウムと酸化ケイ素とを蒸着して作成した複合酸化物の場合、無機化合物薄膜中に含まれる酸化アルミニウムの重量比率は特に限定されないが、無機化合物薄膜中に含まれる酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素(酸化マグシウム)の合計100重量%に対し、酸化アルミニウムの比率が10重量%以上が好ましく、さらに20重量%以上が好ましく、さらに30重量%以上が好ましい。また酸化アルミニウムの比率が90重量%以下が好ましく、さらに75重量%以下が好ましく、さらに65重量%以下であることが好ましい。
酸化アルミニウムの比率が75重量%を超えると、柔軟性が乏しくなる傾向があるためハンドリングによる割れが生じ易く、安定したバリア性が得られ難くなる場合がある。一方、酸化アルミニウムの比率が30重量%未満であるとバリア性が低下する傾向にある。
本発明で言う有機層(3)は、アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤ではない化合物(A)とアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)とが架橋共重合して得られる構造からなる。
このとき、アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を1分子あたり2個以上を有するものが好ましい。
電子線源としては公知の線源が使える。例えば電子銃タイプの線源では、電子ビームを走査して一定範囲の面積を照射することができる。また、線状の電子源を走行するフィルムに上に設置して照射することもできる。
ヒートシール性樹脂層の積層は、通常押出しラミネート法あるいはドライラミネート法によりなされる。ヒートシール性樹脂層を形成するための熱可塑性重合体としては、シーラント接着性が十分に発現できるものであればよく、HDPE、LDPE、LLDPE等のポリエチレン樹脂類、ポリプロピレン樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-α-オレフィンランダム共重合体、アイオノマー樹脂等を使用できる。
なお、各実施例で得られたフィルム特性は以下の方法により測定、評価した。
40μm厚のポリエチレンフィルム(東洋紡株式会社 L4102)をドライラミネート用接着剤( 東洋モートン株式会社製 TM590、CAT56 )を用いて、透明蒸着バリアフィルムと接着し、ラミネートフィルムを作成した。
ラミネートの接着強度はラミネートフィルムを15mm幅に切断して、ラミネートフィルムの一部を剥がし、万能材料試験機(テンシロン)を使用して300mm/minの速度で剥離片を引っ張り180°剥離を行い測定した。
酸素透過量はJIS K7126-2 A法に準じて、酸素透過量測定装置(OXTRAN 2/21 MOCOM社製)を用意、温度23度、湿度65%RHの雰囲気下で測定した。
水蒸気透過量はJIS K7129 B法に準じて、水蒸気透過度測定装置(PERMATRAN-W 3/31 MOCOM社製)を用い、温度40℃、湿度90%RHの雰囲気下で水蒸気透過度を測定した。
無機膜の酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素のそれぞれの含有量の組成の測定方法を下記に説明する。
まず、酸化アルミニウムと酸化ケイ素とからなる無機化合物薄膜を持つフィルムを作成し、誘導結合プラズマ発光法(ICP法)で酸化アルミニウムと酸化ケイ素それぞれの付着量を求めた。求めた酸化アルミニウムと酸化ケイ素との付着量より、作成した無機酸化物薄膜の組成を算出した。
膜厚は、無機酸化薄膜の密度がバルク密度の8割であるとし、かつ 酸化アルミニウムと酸化ケイ素とが混合された状態であってもそれぞれ体積を保つとして算出した。
酸化アルミニウムの膜中の含有率wa(%)、酸化ケイ素の膜中の含有量ws(%)は、酸化アルミニウムの単位面積当たりの付着量をMa(g/cm2)、酸化ケイ素の単位面積当たりの付着量をMm(g/cm2)とすると、各々下記式(1)、(2)で求められる。
wa=100×[Ma/(Ma+Mm)] (1)
ws=100-wa (2)
酸化アルミニウムの単位面積当たりの付着量をMa(g/cm2)、そのバルクの密度をρa(3.97g/cm3)とし、酸化ケイ素の単位面積当たりの付着量をMs(g/cm2)、そのバルクの密度をρs(2.65g/cm3)とすると、膜厚t(nm)は下記式(3)で求められる。
t=((Ma/(ρa×0.8)+Ms/(ρs×0.8))×10-7・・・式(3)
膜厚、組成を規定した無機酸化薄膜を数種類作成し、蛍光X線装置で測定することにより検量線を作成した。
蛍光X線分析装置((株)リガク製「ZSX100e」)を用いて、予め作成した検量線により膜厚組成を測定した。なお、励起X線管の条件として50kV、70mAとした。
アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤ではない化合物(A)とアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)の合計重量に対するアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)の重量割合は、有機層に含まれる珪素原子の量を測定することにより、算出した。
アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)単独からなる電子線照射による硬化有機層を予め色々な厚みで形成する。この有機層を蛍光X線分析装置にて測定し、珪素原子の蛍光X線強度とシランカップリング剤である化合物(B)単独からなる有機層厚みから検量線を作成した。
アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤ではない化合物(A)とアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)とを架橋共重合した有機層の膜厚を測定した。さらに蛍光X線強度を測定し、その値を用いて上記検量線からアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)の相当膜厚を算出した。
有機層の膜厚の測定方法としては、断面を透過型電子顕微鏡(TEM)により直接測定する方法がある。他にエリプソメーター、反射分光膜厚計により干渉を利用して測定する方法も使用できるが、この場合TEMで求めた値と相関をとっておき、その値に換算する。
蛍光X線の結果より算出したアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)の相当膜厚を有機層の全体膜厚で除することにより、含有率を計算した。
このとき、アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)単独からなる有機層とアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤ではない化合物(A)とアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)とが架橋共重合した有機層の密度は同じとして計算した。
プラスチックフィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルム(東洋紡株式会社製 E5100 厚み12μm)を使った。坩堝の中に酸化アルミニウムと酸化シリコンとを別々に投入して電子銃にて個々に加熱し蒸着した。形成した無機層の厚みは15nm、酸化アルミニウム含有量38重量%であった。
続けて無機層の上にPEG200#ジアクリレート(共栄社化学株式会社製 ライトエステル4EG)9部とシランカップリング剤 3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製 KBM-503)1部とを混合した化合物をフラッシュ蒸着で蒸着し電子線により硬化した。有機層のシランカップリング剤の含有量は10重量%であった。このフィルムをラミネートして接着強度を測定した。結果を表1に示す。
実施例1において、混合化合物中のシランカップリング剤を50重量%とした以外は、実施例1と同様に実施した。
実施例1において、混合化合物中のシランカップリング剤を70重量%とした以外は、実施例1と同様に実施した。
実施例1において、混合化合物中のシランカップリング剤を90重量%とした以外は、実施例1と同様に実施した。
実施例1において、シランカップリング剤を混合しないで、PEG200#ジアクリレート化合物のみを使用した以外は、実施例1と同様に実施した。
プラスチックフィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルム(東洋紡株式会社製 E5100厚み 12μm)を使った。坩堝の中に酸化アルミニウムと酸化シリコンとを別々に投入して電子銃にて個々に加熱し蒸着した。形成した無機層の厚みは19nm、酸化アルミニウム含有量37重量%であった。
無機層の上にPEG200#ジアクリレート 9部とシランカップリング剤 3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン 1部とを混合した化合物をフラッシュ蒸着で蒸着し電子線により硬化して50μの膜厚。有機層のシランカップリング剤の含有量は10重量%であった。このフィルムをラミネートして接着強度を測定した。
また、有機層上に印刷を行いラミネートした。上記ラミネートフィルムと印刷したラミネートフィルムの酸素透過量と水蒸気透過量を測定した。結果を表2に示す。
実施例5において、有機層の膜厚を75nmとした以外は、実施例5と同様とした。
実施例5において、有機層の膜厚を100nmとした以外は、実施例5と同様とした。
実施例5において、有機層の膜厚を150nmとした以外は、実施例5と同様とした。
実施例5において、有機層の膜厚を30nmとした以外は、実施例5と同様とした。
実施例5において、有機層の膜厚を300nmとした以外は、実施例5と同様とした。
2:無機層
3:有機層
4:巻出しロール
5:プラズマ処理器
6:電子銃
7:坩堝
8:無機コーティングロール
9:有機ノズル
10:有機コーティングロール
11:電子線照射装置
12:巻取ロール
13:混合化合物
14:液体容器
15:液体ポンプ
16:有機蒸着源
17:電熱線
18:加熱板
Claims (1)
- 厚さが25μm以下のポリエチレンテレフタレートフィルムの少なくとも片面に厚さが8nm以上、100nm以下の無機層と厚さ50nm以上、150nm以下の有機層とがこの順に積層された構造を有する透明バリアフィルムと、ヒートシール性樹脂層とが積層されてなる積層バリアフィルムで、前記有機層は、アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤ではない化合物(A)とアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤である化合物(B)とを架橋共重合して得られる構造からなり、光重合開始剤を含有せず、
前記アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持ちシランカップリング剤ではない化合物(A)は、フェノキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシブチルメタクリレート、メタクリル酸、グリシジルメタクリレート、2-メタクリロイロキシエチルアシッドホスフェート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、1.4-ブタンジオールジメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-アクリロイロキシプロピルメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、PEG#200ジメタクリレート、PEG#400ジメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、エトキシ-ジエチレングリコールアクリレート、メトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、メトキシジプロピレングリコールアクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート、2-ヒドロキシ-3フェノキシプロピルアクリレート、2-アクリロイロキシエチルコハク酸、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-アクリロイロキシエチル-フタル酸、2-アクリロイルオキシエチルアシッドフォスフェート、トリエチレングリコールジアクリレート、PEG200#ジアクリレート、PEG400#ジアクリレート、PEG600#ジアクリレート、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールアクリル酸付加物、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、及びペンタエリスリトールトリアクリレートからなる群より選択されてなる少なくとも1種以上の化合物であり、
アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を持つシランカップリング剤である化合物(B)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らなる群より選択されてなる少なくとも1種以上の化合物であり、(B)の重量がアクリロイル基またはメタクリロイル基を持つ化合物(A)及び(B)の合計重量に対して、5重量%以上であることを特徴とする積層バリアフィルム。
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