JP6908079B2 - バリアフィルム及び包装材料 - Google Patents
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Description
前記バリアコート層が、1.10GPa以上1.55GPa以下の硬度を有し、かつ21.0%以上の塑性変形率を有する、バリアフィルムである。
本発明によるバリアフィルムは、バリアコート層と、無機酸化物蒸着層と、基材層とをこの順に備える。このような層構成の本発明のバリアフィルムを包装材料に用いることで、レトルト処理後でもガスバリア性が劣化し難いものとなる。また、包装材料の耐屈曲性が向上するため、ゲルボフレックス試験後でもガスバリア性が劣化し難いものとなる。このようなバリアフィルムは、レトルト処理後及びゲルボフレックス試験後でもガスバリア性を要求される包装製品用のバリア層として好適に使用することができる。
本発明のバリアフィルムにおいて使用される基材層としては、特に限定されないが、化学的ないし物理的強度に優れ、無機酸化物の蒸着膜を製膜化する条件等に耐え、また、その膜特性を損なうことなく良好に保持し得ることができる樹脂フィルムを使用することができる。具体的には、例えば、ポリエチレン系樹脂あるいはポリプロピレン系樹脂等のポリオレフィン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エチレン−ビニルエステル共重合体ケン化物、ポリエ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系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等の各種の樹脂のフィルムを使用することができる。本発明においては、上記の樹脂のフィルムの中でも、特に、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、又は、ポリアミド系樹脂のフィルムを使用することが好ましい。なお、基材層は、上記樹脂の未延伸フィルムや一軸方向又は二軸方向に延伸した樹脂のフィルムなどのいずれのものでも使用することができる。
ポリブチレンテレフタレートフィルムは、熱変形温度が高く、機械的強度、電気的特性にすぐれ、成型加工性も良いことなどから、食品などの内容物を収容する包装袋に用いると、レトルト処理を施す際に包装袋が変形したり、その強度が低下したりすることを抑制することができる。ポリブチレンテレフタレートフィルムは、主成分としてポリブチレンテレフタレート(以下、PBTとも記す)を含むフィルムであり、好ましく、60質量%以上のPBTを含む樹脂フィルムである。
バイオマス由来のポリエステルフィルムは、ジオール単位とジカルボン酸単位とからなるポリエステルを主成分として含んでなる樹脂組成物からなり、前記樹脂組成物が、ジオール単位がバイオマス由来のエチレングリコールであり、ジカルボン酸単位が化石燃料由来のジカルボン酸であるポリエステルを、樹脂組成物全体に対して、50〜95質量%、好ましくは50〜90質量%含んでなるものである。
メカニカルリサイクルによりリサイクルされたポリエチレンテレフタレートを含むポリエチレンテレフタレートフィルムで、具体的には、PETボトルをメカニカルリサイクルによりリサイクルしたPETを含み、このPETは、ジオール成分がエチレングリコールであり、ジカルボン酸成分がテレフタル酸及びイソフタル酸を含む。イソフタル酸成分の含有量は、PETを構成する全ジカルボン酸成分中に、0.5モル%以上5モル%以下であることが好ましく、1.0モル%以上2.5モル%以下であることがより好ましい。
本発明によるバリアフィルムを構成する無機酸化物蒸着層は、化学気相成長法(CVD法)又は物理気相成長法(PVD法)により形成される無機酸化物の蒸着膜である。無機酸化物蒸着層は、1層の蒸着膜から形成されたものであっても、2層以上の蒸着膜から形成されたものであってもよい。
本発明によるバリアフィルムを構成するバリアコート層は、ガスバリア性を有する層であり、塗布膜であることが好ましい。さらに、バリアコート層は、金属アルコキシドの加水分解生成物と水溶性高分子との硬化膜であることが好ましい。バリアコート層は、例えば、下記のガスバリア性塗布膜により形成することができる。ガスバリア性塗布膜は、高温多湿環境下でのガスバリア性を保持する塗膜であり、一般式R1 nM(OR2)m(ただし、式中、R1、R2は、炭素数1〜8の有機基を表し、Mは、金属原子を表し、nは、0以上の整数を表し、mは、1以上の整数を表し、n+mは、Mの原子価を表す。)で表される少なくとも1種以上の金属アルコキシドと、水溶性高分子とを含有し、更に、ゾルゲル法触媒、酸、水、および、有機溶剤の存在下に、ゾルゲル法によって重縮合してなるガスバリア性組成物からなる塗布膜である。
硬度=Pmax /A ・・・(1)
塑性変形率=Wplast/Wtotal×100 ・・・(2)
Pmax:最大荷重(単位:μN)
A:最大深さ時の接触投影面積(単位:μm2)
Wplast:荷重−変位曲線から算出される塑性仕事量
Wtotal:荷重−変位曲線から算出される最大仕事量
まず、測定用サンプル(バリアフィルム、バリアフィルムを備える包装材料等)を約20mm×20mmにカットし、試験片を準備する。続いて、試験片を専用の型に入れ、その中にエポキシ系樹脂等の硬化性樹脂を入れる。続いて、硬化性樹脂を硬化させ、固まった硬化物を取り出す。続いて、硬化物中の測定用サンプルの中心部を通るように、測定用サンプルの厚み方向に硬化物を切断する。これにより、測定用サンプルの断面(バリアコート層が露出している面であり、各層の積層方向とは垂直方向)が硬化物の表面に露出した状態となる。切断は、市販品の回転式ミクロトーム等を用いて行うことができる。
次に、ナノインデンテーション法により、バリアコート層の断面を測定する。装置としては、ナノインデンター(HYSITRON(ハイジトロン)社製の「TI950 TriboIndenter」)を用いる。ナノインデンターの圧子としては、Berkovich圧子(三角錐)を用いる。測定は、相対湿度50%、23℃の環境下にて行う。
まず、当該圧子を、バリアコート層の断面に当て、10秒間かけて、当該断面から荷重15μNまで圧子をバリアコート層に押し込み、その状態で5秒間保持する。続いて、10秒間かけて除荷する。これにより、最大荷重Pmax、最大深さ時の接触投影面積A及び荷重−変位曲線を得ることができ、得られた荷重−変位曲線から塑性仕事量Wplast及び最大仕事量Wtotalを算出することができる。最大荷重Pmax、最大深さ時の接触投影面積A、塑性仕事量Wplast及び最大仕事量Wtotalの数値は、異なる場所において測定した5回の平均値である。
本発明による包装材料は、少なくとも本発明のバリアフィルムを備える。本発明による包装材料は、本発明のバリアフィルムを備えるため、レトルト処理後でもガスバリア性が劣化し難い。また、耐屈曲性に優れるため、ゲルボフレックス試験後でもガスバリア性が劣化し難い。そのため、本発明の包装材料は、レトルト処理が行われ、かつ耐屈曲性が要求される包装製品用の包装材料として好適に用いることができる。本発明による包装材料は、ヒートシール層と、本発明のバリアフィルムからなるバリア層と、外層とをこの順に備えてもよい。
バリア層は、外側から順に、バリアコート層、無機酸化物蒸着膜及び基材層を備えても、基材層、無機酸化物蒸着膜及びバリアコート層を備えてもよいが、ガスバリア性の観点から、外側から順に、バリアコート層、無機酸化物蒸着膜及び基材層を備えることが好ましい。
以下、本発明の包装材料を構成する各層について説明する。なお、包装材料におけるバリア層は、既に詳述したバリアフィルムであるため、ここでの説明は省略する。
本発明の包装材料において、包装材料としての耐久性や耐屈曲性等を付与するための外層として各種の樹脂層や樹脂フィルムを用いることができる。例えば、外層としては、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、又は、ポリアミド系樹脂を用いることができ、ポリアミド系樹脂を用いることが好ましい。ポリアミド系樹脂としては、ポリカプロアミド(ナイロン6)、ポリ−ω−アミノヘプタン酸(ナイロン7)、ポリ−9−アミノノナン酸(ナイロン9)、ポリウンデカンアミド(ナイロン11)、ポリラウリンラクタム(ナイロン12)、ポリエチレンジアミンアジパミド(ナイロン2,6)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン4,6)、ポリヘキサメチレンジアジパミド(ナイロン6,6)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン6,10)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン6,12)、ポリオクタメチレンアジパミド(ナイロン8,6)、ポリデカメチレンアジパミド(ナイロン10,6)、ポリデカメチレンセバカミド(ナイロン10,10)、ポリドデカメチレンドデカミド(ナイロン12,12)、メタキシレンジアミン−6ナイロン(MXD6)等のナイロン類を挙げることができる。また、ナイロン6とナイロン6,6との共重合体であるナイロン6−6,6、ナイロン6とナイロン6−12との共重合体であるナイロン6−12等も用いることができる。これらのナイロン類を用いることで、包装材料に耐屈曲性を付与することができる。外層の形成方法は、特に限定されず、従来公知の方法により形成することができる。例えば、外層は、樹脂を押出成形により形成してもよいし、樹脂フィルムを用いてもよい。
本発明の包装材料において、ヒートシール層としては熱可塑性樹脂を用いることができる。具体的に、熱可塑性樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状(線状)低密度ポリエチレン、メタロセン触媒を使用して重合したエチレン−α・オレフィン共重合体、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、メチルペンテンポリマー、ポリブテンポリマー、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、これらのポリオレフィン系樹脂をアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレフィン樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂等を使用することができる。
本発明の包装材料は、外層とバリア層との間、バリア層とヒートシール層との間に、それぞれ接着層を更に備えてもよい。接着層としては、接着性樹脂層や接着剤層等が挙げられる。包装材料は接着層を備えることにより、各層の界面のラミネート強度を向上させることができる。
基材層として、厚さ12μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(以下、PETフィルム)を準備した。該PETフィルムの無機酸化物蒸着層を形成する面にプラズマ前処理を施し、連続してプラズマ処理面上に下記条件において真空蒸着法の加熱手段として反応性抵抗加熱方式により、厚さ12nmの酸化アルミニウム蒸着膜(無機酸化物蒸着層)を形成した。
(酸化アルミニウム成膜条件)
・真空度:8.1×10−2Pa
A液及びB液の混合比を変更して、バリアコート組成物のIO値を2.6にしたこと以外は、実施例1と同様にして、バリアフィルムを得た。
A液及びB液の混合比を変更して、バリアコート組成物のIO値を3.0にしたこと以外は、実施例1と同様にして、バリアフィルムを得た。
シランカップリング剤として、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いたこと以外は、実施例2と同様にして、バリアフィルムを得た。
A液及びB液の混合比を変更して、バリアコート組成物のIO値を2.0にしたこと以外は、実施例1と同様にして、バリアフィルムを得た。
A液及びB液の混合比を変更して、バリアコート組成物のIO値を3.4にしたこと以外は、実施例1と同様にして、バリアフィルムを得た。
シランカップリング剤として、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いたこと以外は、比較例2と同様にして、バリアフィルムを得た。
バリアコート組成物の乾燥条件において、温度を120℃に変更した以外は、実施例2と同様にして、バリアフィルムを得た。
バリアコート組成物の乾燥条件において、温度を100℃に変更した以外は、実施例2と同様にして、バリアフィルムを得た。
バリアコート組成物の乾燥条件において、温度を80℃に変更した以外は、実施例2と同様にして、バリアフィルムを得た。
上記実施例及び比較例で得られた包装材料を約20mm×20mmにカットし、試験片を準備した。続いて、試験片を専用の型に入れ、その中に硬化性樹脂としてエポキシ系樹脂を入れた。続いて、硬化性樹脂を硬化させ、固まった硬化物を取り出し、該包装材料の中心部を通るように、測定用サンプルの厚み方向に硬化物を切断した。これにより、包装材料の断面(バリアコート層が露出している面であり、各層の積層方向とは垂直方向)が硬化物の表面に露出した状態となった。切断は、回転式ミクロトームを用いて行った。
次に、ナノインデンテーション法によりバリアコート層の断面を測定した。装置としては、ナノインデンター(HYSITRON(ハイジトロン)社製の「TI950 TriboIndenter」)を用いた。ナノインデンターの圧子としては、Berkovich圧子(三角錐)を用いた。測定は、相対湿度50%、23℃の環境下にて行った。まず、当該圧子を、バリアコート層の断面に当て、10秒間かけて、当該断面から荷重15μNまで圧子をバリアコート層に押し込み、その状態で5秒間保持した。次に10秒間かけて除荷した。これにより、最大荷重Pmax、最大深さ時の接触投影面積A及び荷重−変位曲線を得られた。また、得られた荷重−変位曲線から塑性仕事量Wplast及び最大仕事量Wtotalを算出した。各数値を表2に示す。なお、各数値は、これを異なる場所において5回測定した平均値である。
上記の実施例および比較例で製造したバリアフィルムについて、酸素透過度測定装置(モダンコントロール(MOCON)社製〔機種名:オクストラン(OX−TRAN)2/21〕)を用いて、酸素供給側がバリアフィルムの基材層面となるようにセットし、23℃、90%RH雰囲気下の測定条件で、JIS K7126法に準拠して、酸素透過度(cc/m2・atm・day)を測定した。測定結果を表2に示す。
上記の実施例および比較例で製造した包装材料を、135℃において40分間レトルト処理を行った。その後、当該包装材料の一部を切り出した試験サンプルについて、酸素透過度測定装置(モダンコントロール(MOCON)社製〔機種名:オクストラン(OX−TRAN)2/21〕)を用いて、酸素供給側がバリアフィルムの基材層面となるようにセットし、23℃、90%RH雰囲気下の測定条件で、JIS K7126法に準拠して、酸素透過度(cc/m2・atm・day)を測定した。測定結果を表2に示す。
上記の実施例および比較例で製造した包装材料を筒状にして、ASTM F392に準拠したゲルボフレックス試験を10回繰り返した。その後、当該包装材料の一部を切り出した試験サンプルについて、酸素透過度測定装置(モダンコントロール(MOCON)社製〔機種名:オクストラン(OX−TRAN)2/21〕)を用いて、酸素供給側がバリアフィルムの基材層面となるようにセットし、23℃、90%RH雰囲気下の測定条件で、JIS K7126法に準拠して、酸素透過度(cc/m2・atm・day)を測定した。測定結果を表2に示す。
11:基材層
12:無機酸化物蒸着層
13:バリアコート層
20:包装材料
21:ヒートシール層
22:バリア層(バリアフィルム)
23:外層
Claims (9)
- バリアコート層と、無機酸化物蒸着膜と、基材層とをこの順に備える、バリアフィルムであって、
前記バリアコート層が、金属アルコキシドと水溶性高分子とを含む樹脂硬化膜であり、且つ、1.10GPa以上1.55GPa以下の硬度を有し、かつ21.0%以上の塑性変形率を有する、バリアフィルム。 - 前記無機酸化物蒸着膜が、酸化アルミニウム蒸着膜又は酸化珪素蒸着膜である、請求項1に記載のバリアフィルム。
- 前記バリアコート層が、金属アルコキシドと水溶性高分子との樹脂硬化膜である、請求項1又は2に記載のバリアフィルム。
- 温度23℃及び湿度90%RHの環境下でJIS K7126法に準拠して測定した酸素透過度が、1.0cc/m2・atm・day以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のバリアフィルム。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のバリアフィルムを備える包装材料。
- ヒートシール層と、前記バリアフィルムからなるバリア層と、外層とをこの順に備える、請求項5に記載の包装材料。
- 前記ヒートシール層が、ポリオレフィン系樹脂を含む、請求項6に記載の包装材料。
- 前記外層が、ポリエステル系樹脂を含む、請求項6又は7に記載の包装材料。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のバリアフィルムの製造方法であって、
前記バリアコート層が、
金属アルコキシドと、水溶性高分子とを含むガスバリア性組成物を調整する工程と、
前記無機酸化物蒸着膜上に前記ガスバリア性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を乾燥する工程と、
により形成され、
前記ガスバリア性組成物における前記水溶性高分子に対する金属アルコキシドの固形分比率(IO値)が、2.2〜3であり、
前記乾燥の温度が、140℃〜200℃である、バリアフィルムの製造方法。
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