JPH09324137A - 非理想障壁被覆シークエンス組成物 - Google Patents

非理想障壁被覆シークエンス組成物

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JPH09324137A
JPH09324137A JP9012548A JP1254897A JPH09324137A JP H09324137 A JPH09324137 A JP H09324137A JP 9012548 A JP9012548 A JP 9012548A JP 1254897 A JP1254897 A JP 1254897A JP H09324137 A JPH09324137 A JP H09324137A
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barrier coating
coating sequence
ideal barrier
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Noel G Harvey
ジー. ハーヴェイ ノエル
Yelena G Tropsha
ジー. トロプシャ イェレナ
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Becton Dickinson and Co
Original Assignee
Becton Dickinson and Co
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【解決手段】本発明は、酸化物および有機ポリマーを含
む非理想障壁被覆シークエンス組成物である。 【効果】この非理想障壁被覆シークエンス組成物は、容
器のガス透過性に対して有効な障壁を提供するのに有益
であり、また容器、特に真空採血装置の包装寿命を延ば
すのに有益である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容器、特に採血管
に対して気体および水の透過性に有効な障壁を与える非
理想障壁被覆シークエンス組成物に関する。特に、本発
明の障壁被覆組成物は、無機酸化物からなる膜と高度に
架橋形成された有機熱硬化性プラスチック等の有機酸化
物からなる膜との組み合わせを含む。本発明の組成物で
は、個々の酸化物および有機ポリマー膜のいずれかの障
壁特性から予測されるものよりも、酸素および水蒸気輸
送に対する障壁が改善されている。
【0002】
【従来の技術】プラスチック製医療用製品の需要が増大
するのに伴って、ポリマー製品の障壁特性を改善すると
いう格別な必要性が存在する。
【0003】障壁特性を改善することによって顕著な利
益が与えられるであろう医療用製品として、採取管、特
に採血に用いられる採血管が挙げられるが、それに限定
されるものではない。
【0004】医療用途で用いる場合、ある種の性能基準
が採血管に求められる。そのような性能基準としては、
例えば1年以上にわたって当初の吸引容量の約90%以
上が保持されること、放射線によって滅菌されること、
試験および分析の際に干渉がないことが挙げられる。
【0005】したがって、ポリマー製品の障壁特性を改
善する必要性が存在する。特に、プラスチック製真空採
血管は医療用途に適合するある種の性能基準を有し、さ
らに効果的かつ有用であることからそのような特性の改
善が求められている。
【0006】化学蒸着方法で合成されるガラス様または
金属酸化物膜をポリプロピレン膜上の薄いパリヤー・コ
ーティング(障壁被膜)として使われている。しかし、
合成されたガラス様薄膜は、実質的に連続してガラス様
であるよりはむしろ形態論的にみて実施的に表面がざら
ざらしているので、真に連続したガラス様物質が持つ酸
素および水蒸気障壁特性を持つものではない。
【0007】ガラス様薄膜の形態学的欠点を克服するた
めに、各層間に介在する連続有機ポリマー膜とともにガ
ラス様薄膜を“積み重ねた”層が示されている。そのよ
うな積層多層被膜は、ポリプロピレン膜の酸素障壁性能
を改善するが、ガラス様障壁を作るものではなく、また
積み重ねることは単に金属酸化物とアクリレート・ポリ
マー被膜との積層にすぎない。
【0008】したがって、ガラスに類似した気体および
水障壁性能を達成するのに用いることが可能な複合材料
を作ることが求められている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、非理想障壁被
覆シークエンス組成物(non-ideal barrier coatingseq
uence compostion )を含むプラスチック複合容器であ
る。非理想障壁被覆シークエンス組成物は、望ましくは
事前に形成された複合容器の外面および(または)内面
に配置された有機材料および無機材料を有する。それに
よって、全体として障壁被覆組成物の障壁性能は、組成
物全体に含まれる個々の材料の積層よりも優れている。
【0010】好ましくは、非理想障壁被覆シークエンス
組成物は、事前に形成された複合容器の外面に設けられ
た有機および無機材料を含む複数の材料からなるシーク
エンス(a sequence of materials )を有する。
【0011】もっとも好ましくは、複数の材料からなる
シークエンスは以下の式であらわすことができる。
【0012】
【数3】
【0013】望ましくは、有機材料は好ましくは高度に
架橋形成されたアクリレートまたはアクリル・ポリマー
である。
【0014】好ましくは、有機材料はモノアクリレート
(すなわち、イソボルニルアクリレート)とジアクリレ
ートモノマー(すなわち、エポキシジアクリレートまた
はウレタン・ジアクリレート)との配合物であり、該配
合物は米国特許第4,490,774号、第4,696,719 号、第4,6
47,818 号、第4842,893号、第4,954,371 号、および第
5,032,461 号に開示されている。本明細書では、これら
の引例の内容を本明細書の一部として援用する。有機材
料は電子線または紫外線照射源によって硬化する。
【0015】もっとも好ましくは、有機材料は実施的に
架橋形成成分から形成される。この架橋形成成分は、ポ
リアクリレートとポリアクリレートおよびモノアクリレ
ートからなる混合物からなる群から選択されるもので、
平均分子量が150から1,000の間、また蒸気圧が
1×10-6から1×10-1Torrの範囲内である。も
っとも好ましくは、このような物質はジアクリレートで
ある。
【0016】有機材料は、無機材料を設けるためのプラ
ットホームを提供する。好ましくは、好ましくは、アク
リレート材料の厚さは、約1.0ないし約10μmであ
り、もっとも好ましくは約0.5ミクロンから約3ミク
ロンである。
【0017】望ましくは、無機材料は、金属酸化物であ
り、例えばSiOx (Xは約1.0〜約2.5)のよう
な酸化珪素を主成分とする組成物、あるいは酸化アルミ
ニウムを種生物んとする組成物である。もっとも好まし
くは、有機材料は高度に架橋形成されたアクリレート・
ポリマーである。
【0018】酸化珪素を主成分とする組成物は、実質的
に濃密、かつ蒸気−不透過性であり、揮発性有機珪素化
合物およびアクリレートから誘導される。好ましくは、
酸化珪素を主成分とする材料の厚さは、約100ないし
約2,000オングストローム(Å)であり、もっとも
好ましくは500から約1,000Åである。5,00
0Åを越える被膜だと亀裂が生ずる場合があり、それに
よって障壁としての有効性が損なわれる。
【0019】任意に、有機材料を非理想障壁被覆シーク
エンス上に設けてもよく、好ましくは塩化ビニリデン−
メチルメタクリレート−メタクリレートアクリル酸ポリ
マー(PVDC)、熱硬化性被膜、パリレン・ポリマ
ー、またはポリエステルからなる。
【0020】好ましくは、PVDC層の厚さは、約2な
いし約15μm、もっとも好ましくは約3ないし約5μ
mである。
【0021】上記シークエンスの有機材料を設けるプロ
セスは、好ましくは減圧チャンバーで行われる。この減
圧チャンバー(真空チャンバー)内で、硬化性モノマー
成分を加熱蒸発器に計量しながら供給する。ここで、こ
の材料を噴霧(アトマイズ)し、蒸発(バポライズ)さ
せ、さらに容器の表面に縮合(コンデンス)させる。容
器表面へのモノマーの蒸着につづいて、電子線硬化等の
適当な手段を用いてそれを硬化させる。蒸着および硬化
工程を、所望の数の層が達成されるまで繰り返してもよ
い。
【0022】酸化珪素を主成分とした材料を蒸着する方
法は、以下の通りである。すなわち、(a)酸素からな
る第1のプラズマ材料を用いて容器上に有機材料を前処
理し、(b)プラズマへ有機珪素化合物を含む気体流を
制御しながら流し、(c)蒸着中圧力を500mTor
r未満に保ちながら有機材料上に酸化珪素を蒸着する。
【0023】有機珪素化合物は、好ましくは酸素および
オプションとしてヘリウムや他の不活性気体、例えばア
ルゴンあるいは窒素と化合する。また、蒸着中、好まし
くは有機材料の表面近傍に少なくともプラズマの一部分
を閉じ込める。
【0024】前処理工程は任意であるけれども、前処理
を施すことによって層間の接着特性を改善することがで
きると考えられている。
【0025】ディップ・コーティングあるいはスプレイ
・コーティングによってPVDC材料を任意に非理想障
壁被覆シークエンス化合物上に設けて、約50℃で空気
乾燥する。
【0026】もっとも好ましくは、非理想障壁被覆シー
クエンス組成物を基板、例えばプラスチック採取管に蒸
着する方法は以下の工程を含む。すなわち、(a)
(i)多官能アクリレート、または(ii)モノアクリ
レートと多官能アクリレートとの混合物を含む硬化性成
分を選択する工程と、(b)前記成分をチャンバー内に
フラッシュ気化(flash vaporizing)する工程と、
(c)前記容器の外面上に気化した成分のアクリレート
材料を縮合させる工程と、(d)前記アクリレートを硬
化させる工程と、(e)有機珪素化成分を気化させ、気
化した有機珪素成分と酸化剤成分および任意に不活性気
体成分とを混合し、前記チャンバーの外部に気体蒸気を
形成する工程と、(f)1種類以上の気体流成分から前
記チャンバー内にグロー放電プラズマを確立する工程
と、(g)前記プラズマに気体流を制御しながら流す一
方で、前記プラズマの少なくとも一部分をその中に閉じ
込める工程と、(h)前記アクリレート材料に隣接して
酸化珪素の材料を蒸着する工程と、(i)前記(a)か
ら(d)の工程を繰り返して、前記酸化珪素材料の上に
アクリレート材料を蒸着する工程と、(j)前記(e)
から(h)の工程を繰り返して、前記アクリレート材料
の上に酸化珪素材料を蒸着する工程とを有する。
【0027】上記方法は、オプションとして以下の工程
を含む。すなわち、(k)前記非理想障壁被覆シークエ
ンス組成物上にPVDCをディップ・コーティングする
工程である。
【0028】また、オプションとして、酸化珪素材料上
にPVDCをディップ・コーティングするのに先立っ
て、前記(i)から(j)の工程を、約2から約20回
繰り返してもよい。
【0029】オプションとして、無機材料を設けるのに
先立って、容器および(または)有機材料に対して火炎
またはプラズマ酸素処理あたはコロナ放電処理を施して
もよい。
【0030】非理想障壁被覆シークエンス組成物が被膜
されたプラスチック管は、真空状態の維持、真空吸引、
および機械的結合保持が実質的に従来の管よりもかなり
優れている。この従来の管は、非理想障壁被覆シークエ
ンス組成物を持たないポリマー組成物およびその混合物
を含むもの、あるは酸化物被膜のみを有するものであ
る。さらに、衝撃に対する管の抵抗性はガラスよりもか
なり優れている。もっとも注目すべきことは、本発明の
非理想障壁被覆シークエンスの透明度と、衝撃および摩
耗に対して実質的に抵抗する耐久性とを備えていること
である。
【0031】もっとも好ましくは、本発明の容器は採血
装置である。採血装置は、真空採血管あるいは非真空採
血管のいずれか一方である。採血管は、望ましくはポリ
エチレンテレフタレート(PT)、ポリプロピレン(P
P)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカー
ボネート(PC)、またはそれらの共重合体である。
【0032】採血装置に加えて、本発明の非理想障壁被
覆シークエンス組成物は、両端に本発明の非理想障壁被
覆シークエンス組成物が含まれるポリマー膜とともに利
用してもよい。そのような膜の厚さは、約0.002''
またはそれ以下である。 本発明の非理想障壁被覆シー
クエンス組成物上に印刷を施してもよい。例えば、製品
識別、バーコード、ブランド名、会社のロゴ、ロット番
号、有効期限、および他の日付や情報のすべてを非理想
障壁被覆シークエンス組成物上に含ませてもよい。さら
に、艶消仕上あるいはコロナ放電処理した面を非理想障
壁被覆シークエンス組成物上に設け、それによってラベ
ル上に追加の情報を書込みするのに適当な面としてもよ
い。さらに、感圧接着ラベルを非理想障壁被覆シークエ
ンス組成物上に設けて、例えば種々の病院用重ねラベル
に適応するものとしてもよい。
【0033】好ましくは、本発明の非理想障壁被覆シー
クエンス組成物は、透明または無色の外観を呈し、その
上に印刷物を持つものであってもよい。
【0034】さらに別の利点は、本発明の非理想障壁被
覆シークエンス組成物は3 次元物体の気体透過性を減少
させるもので、このことは一般に薄膜を用いた従来の組
成物または理想組成物では達成されない。
【0035】本発明の非理想障壁被覆シークエンス組成
物は、標準的な透過性理論から予測される透過性の減少
よりも顕著に透過性を減少させる。透過性の熱力学が示
すことは、本発明の非理想障壁被覆シークエンス組成物
は単一層SiOx 組成物よりもかなり“ガラス様(glas
s-like)”に違い特性を示す。したがって、本発明の非
理想障壁被覆シークエンス組成物は、いままで予測もさ
れなかったような障壁系を提供する。
【0036】アクリレートからなる高度に架橋された層
は、プラスチック面とSiOx との接着を改善し、全体
的に非理想障壁被覆シークエンス組成物の熱化学的安定
性を改善するという知見が得られた。また、アクリレー
ト材料はポリマーの表面にある粒子や欠損を覆い、非理
想障壁被覆シークエンス組成物の欠損密度を減少させ
る。アクリレートの良好な結合特性もまた、アクリレー
トが極性を持つこと、極性によってSiOx とアクリレ
ートとを良好に結合させるための手段が与えられるとい
う事実にもとづく。したがって、本発明は、ポリプロピ
レン管の障壁特性を実質的に改善する手段を提供する。
【0037】本発明の非理想障壁被覆シークエンス組成
物で覆われたプラスチック採血管は、該管内の血液に対
して通常なされる試験および分析を妨害するものではな
い。そのような試験としては、もちろん限定されるもの
ではないが、生物学的不活性、血液学、血液化学、血液
型決定、毒性学分析、または治療薬モニタリング、およ
び体液等を含む他の臨床試験が挙げられる。さらに、非
理想障壁被覆シークエンス組成物を被覆したプラスチッ
ク採血管は、遠心器等の自動機器に供することができ
る。さらに、光学的または機械的および機能的特性に何
ら変化を実質的に引き起こすことなく、滅菌プロセスで
あるレベルの放射線に曝してもよい。
【0038】本発明の非理想障壁被覆シークエンス組成
物は、積層等式(lamination equation )にもとづく真
の積層特性を示さないという知見が得られた。
【0039】図1に示すように、2種類以上の異なる障
壁膜が積み重ねられた場合、多層積層体に対する小さな
分子の透過は、一般に以下の積層等式によって表され
る。
【0040】
【数4】(Π12)=(Π1 -1 +Π2 -1-1 式中、Π1 は構成層1を通り抜ける透過率、Π2 は構成
層2を通り抜ける透過率、さらにΠ12は構成層1および
2からなる積層体を通り抜ける透過率である。個々の構
成層の透過性が既知の場合、これらの構成層からなる全
体の積層体の透過性を計算し、かつ予測することができ
る。
【0041】しかし、本発明の非理想障壁被覆シークエ
ンス組成物を介した浸透物(permeant)の輸送速度は、
上記積層等式で予測される透過率よりも低い。したがっ
て、本発明の非理想障壁被覆シークエンス組成物の性質
は予測された積層体のものと異なる。なぜなら、本発明
の非理想障壁被覆シークエンス組成物に対する気体の透
過は積層等式から予測されるものよりも多くの熱エネル
ギー消費を必要とする。
【0042】本発明の非理想障壁被覆シークエンス組成
物の性能は、予測された積層体とは異なる。なぜなら
ば、本発明の非理想障壁被覆シークエンス組成物を浸透
する気体は、積層等式によって予測される熱エネルギー
よりも多くの熱エネルギーを消費する。
【0043】したがって、積層等式は本発明の非理想障
壁被覆シークエンス組成物について以下のように修正す
る。
【0044】
【数5】Πoi<(Πo -1 +Πi -1-1 式中、Π0 は有機材料からなるシークエンスを浸透する
透過率、Πi は無機材料からなるシークエンスを浸透す
る透過率、さらにΠoiは有機材料と無機材料とからなる
積層体を浸透する透過率である。したがって、浸透物の
透過率は理想的加算から期待されるものよりも小さい。
したがって、本発明にもとづく非理想障壁被覆シークエ
ンス組成物または非理想複合組成物における浸透物の輸
送速度は相加効果ではないと結論することができる。し
たがって、最大透過効率または性能を得るために、非理
想複合複合材料が予測されるのではなく発見されなけれ
ばならない。
【0045】酸素または水等の浸透物が障壁構造を通り
抜ける際の透過率をいくつかの異なる温度下で得た場
合、障壁構造を浸透物が完全に透過するのに必要とされ
る熱力学的エネルギーを以下のアレーニウス式によって
得た。
【0046】
【数6】InQ=InQo −△G/RT 式中、△Gは、1モル(mole)の浸透物分子が障壁構造
を通過するのに必要なエネルギー(cal/mol
e)、Rは気体定数(cal/mol・度)、Tは温度
(ケルビン)、Qは浸透透過率、およびQoは構造特有
の定数である。実際上、障壁構造を通過する酸素の透過
率Qをいくつかの温度で得る。つぎに各温度の逆数に対
して各温度で得られた透過率の自然対数をプロットす
る。得られた直線状のプロットの勾配から−△G/Rが
求まり、さらに△Gが求まる。
【0047】また、本発明の非理想障壁被覆シークエン
ス組成物は、組成物のいずれの成分のものよりもより多
くの熱エネルギー(△G)を消費する。別の言い方をす
ると、△GT >△GA 、△GB であり、ここでTは非理
想障壁被覆シークエンス組成物、またAおよびBは非理
想障壁被覆シークエンス組成物の有機成分および無機成
分である。それとは対照的に、積層体または理想複合組
成物の場合は、どの成分(AまたはB)がもっとも低い
透過性を有するとしても、△GT =△GA または△GB
となる。
【0048】
【発明の実施の形態】本発明は、他の実施形態で具体化
することも可能であり、詳細に説明する実施形態例はい
ずれも本発明の一例にすぎない。当業者は本発明の範囲
および精神から逸脱することなく種々の変形例を容易に
想到し、かつ実施することができよう。本発明の範囲
は、特許請求の範囲およびそれに相当するものによって
判断することができよう。
【0049】図面を参照しながら説明する。この際、同
一の参照符号は同一の構成要素を表わす。まず、図1お
よび図2は、典型的な採血管10を示すもので、この採
血管10は、開口端部16から閉端部18に達する側壁
11と、下位円環状部またはスカート15が設けられた
栓部14とを備える。また、上記円環状部15は側壁1
1の内面12に向けて伸び、かつ該内面12を圧するこ
とによって上記栓部14をその場に保持する。
【0050】図2は、採血管内の真空状態を変える3通
りのメカニズムを説明するための模式的断面図である。
この3通りのメカニズムとは、(A)栓部を構成する材
料を気体が透過すること;(B)管本体を気体が透過す
ること:(C)栓部と管本体との境界部分から気体が漏
れること、である。したがって、実質的に気体の透過お
よび漏れがまったく生じないとすると、良好な真空状態
が保持され、良好な吸引量が保たれる。
【0051】図3は、本発明の好ましい実施形態例であ
る少なくとも2層の障壁材料によって被覆されたプラス
チック管を示すものである。この好ましい実施形態例に
はいくつかの構成要素が含まれる。これらの構成要素は
実質的に図1および図2に示した採血管のものと同一で
ある。したがって、同様の機能を持つ同一構成要素に対
しては、図3の構成要素であることを示す“a”を用い
ていること以外は図1および図2の構成要素と同一の参
照符号を付けた。
【0052】図3によれば、本発明の好ましい実施形態
例は、採血管アセンブリ20は、開口端部16aから閉
端部18aに達する側壁11aを持つプラスチック製試
験管10aを有する。非理想障壁被覆シークエンス組成
物25は、開口端部16aを除く試験管の外面の実質的
部分に広がる。この非理想障壁被覆シークエンス組成物
25には、一連の有機および無機材料とPVDCが含ま
れる。シークエンス組成物は、好ましくは以下のように
表される複合材料を含む。
【0053】
【数7】
【0054】図4は、本発明の別の実施形態例を示すも
のである。採血管アセンブリ40は、管42の開口端部
41を閉じる栓部48を有する。図示したように、側壁
43は開口端部41から閉端部44に至る。また、栓部
48は管42の先端縁部を覆う円環状上部50を有す
る。さらに、栓部48は円環状下部またはスカート部4
9を有し、この円環状下部は側壁43の内面46に向け
て伸び、かつ該内面46を圧することによって上記栓部
48をその場に保持する。また、栓部はカニューレを受
け、かつ該カニューレが貫通するための隔壁部52を有
する。
【0055】したがって、ユーザは、図4に示すような
容器を試料が入った状態で受け取り、隔壁部52にカニ
ューレを貫通させ、管42の内容物の一部または全部を
採取して試料を試験に供することができる。管の長手方
向の実質的物分を覆っているのは非理想障壁被覆シーク
エンス組成物25である。非理想障壁被覆シークエンス
組成物25は、開口端部41を除く実質的に管の大部分
を覆う。図4に示す実施形態例は図3に示すものと異な
り、図4に示すものでは管に非理想障壁被覆シークエン
ス組成物25を塗布した後に、栓部48を管に嵌めると
同時に排気してもよい。あるいは、排気した後に管に非
理想障壁被覆シークエンス組成物25を施してもよい。
【0056】図5は、非理想障壁被覆シークエンス組成
物および管の別の実施形態例を示すものである。この実
施形態例では、図4に示したものと同様の機能を呈す
る。したがって、図4の実施形態例と同一の構成要素に
対しては同一の符号を付けるようにした。この際、図5
のものであることを明らかにするために、“a”を添え
た。
【0057】図5に示す本発明の実施形態例60におい
て、非理想障壁被覆シークエンス組成物25aは、管4
2aの外面全体と同様に、上部50aおよび栓部48a
を有する。非理想障壁被覆シークエンス組成物25a
は、管と栓部との境界部分に平目刻み62が形成されて
いる。この平目刻み62によって、密閉された容器が不
正に開けられたかどうかを判断することができる。その
ような実施形態例は、例えば栓部が所定の位置にある容
器を密閉するのに適用することができよう。試料が管に
入れられると、この試料は栓部を取り除くことによって
不正にいたずらされることができなくなる。また、平目
刻みによって、密閉された容器が不正に開けられたかど
うかを判断することができる。そのような構成は、例え
ば薬物乱用試験、試料同定、および品質管理等に最適で
あろう。
【0058】当業者は、そのような管の内壁に添加剤ま
たは被膜のかたちで試薬を含ませてもよい。
【0059】非理想障壁被覆シークエンス組成物は、実
質的に透明な、あるいは半透明な障壁を形成する。した
がって、非理想障壁被覆シークエンス組成物が施された
プラスチック製試験管の含有物の状態を観察者が見るこ
とが可能であり、それと同時に非理想障壁被覆シークエ
ンス組成物をプラスチック製試験管に塗布した後に該多
非理想障壁被覆シークエンス組成物上に識別情報を表示
することができよう。
【0060】非理想障壁被覆シークエンス組成物は、ア
クリレート・モノマーまたはモノマー配合物を浸漬被覆
(ディップ・コーティング)、ロール塗布(ロール・コ
ーティング)、または溶射被覆(スプレイ・コーティン
グ)によって塗布し、続いて紫外線(UV)硬化処理を
施すことによって形成される。
【0061】また、米国特許第5,032,461 号の記載にし
たがってアクリレート・ポリマー材を試験管に蒸着して
硬化処理を施してもよい。なお、本明細書ではこの文献
の開示内容を援用する。
【0062】アクリレートの蒸着および硬化処理では、
まずはじめにアクリレート・モノマーを噴霧(アトマイ
ズ)して約50ミクロンの液滴にし、それを加熱した面に
すばやく処理する。これによって、原料モノマーと同様
の化学的性質を有するアクリレート・モノマー蒸気が作
られる。
【0063】アクリレートを入手する際、所望する化学
的性質を持つものを入手することが可能である。一般に
一分子あたり1ないし3のアクリレート基を有する。モ
ノアクリレート、ジアクリレート、およびトリアクリレ
ートからなる種々の混合物が本発明で有用である。もっ
とも好ましいものはモノアクリレートおよびジアクリレ
ートである。
【0064】アクリレートは、化学薬品のなかでもっと
も反応性の高いクラスの一つである。アクリレートは紫
外線の照射を受けると急激に硬化し、あるいは電子ビー
ム照射によって架橋形成する。これによって、耐高温特
性や耐摩耗特性が被膜に付与される。
【0065】用いられるモノマー材料としては、相対的
に分子量が低いもので、分子量150ないし1,00
0、好ましくは200から300の範囲内であり、また
標準温度および圧力下で約1×10-6Torrから1×
10-1Torrまでの範囲の蒸気圧を呈するものである
(すなわち、相対的に沸点が低い物質)。蒸気圧は約1
×10-2Torrであることが好ましい。多官能アクリ
レートが特に好ましい。用いられたモノマーは少なくと
も2つの二重結合(すなわち、複数のオレフィン基)を
持つ。本発明に適用される高蒸気圧モノマーは、低温で
蒸発するので加熱工程によって劣化(熱分解)すること
はない。未反応の劣化産物が存在しないということは、
そのような低分子量かつ高蒸気圧のモノマーから形成さ
れた膜では成分の揮発の度合いが少なくなっている。そ
の結果、実質的に蒸着したモノマーのすべてが反応性を
有し、かつ放射線源に曝されることによって硬化し、完
全な膜を形成する。膜が薄いにも関わらず、そのような
特性によって実質的に連続した被膜を設けることが可能
となる。硬化した膜は、優れた粘着性を示し、また有機
溶媒や無機塩による化学的侵食に対して抵抗性を示す。
【0066】反応性、物理的特性、およびそのような成
分から形成された硬化膜の特性からいって、多官能アク
リレートが特に好適なモノマー材料である。そのような
多官能アクリレートの一般式は、
【0067】
【化1】
【0068】式中、R1 は脂肪族、脂環式、または混合
脂肪族−脂環式ラジカル;およびR2 は水素、メチル、
エチル、プロピル、ブチル、またはペンチルそのような
多官能アクリレートは、種々のモノアクリレート、例え
ば以下の式を有するものと組み合わせてもよい。
【0069】
【化2】
【0070】式中、R2 は上記した通り;X1 はH,エ
ポキシ、1,6−ヘキサンジオール、トリプロピレング
リコール、またはウレタン;r、sは1〜18;および
3 はCNまたはCOOR3以下の式のジアクリレート
は特に好ましい。
【0071】
【化3】
【0072】式中、X1 、rおよびsは上記した通り。
【0073】硬化は反応分子の二重結合を開くことによ
って達成される。このことは、赤外線、電子線、または
紫外線照射を行う装置等のエネルギー源からなる手段に
よって達成される。
【0074】図6は、アクリレートによる被覆方法を図
示したものである。誘電性エバポレータ102を通過
し、続いて超音波アトマイザ104を通過することによ
って、アクリレート・モノマー100が真空チェンバー
106に供給される。モノマーの液滴を超音波によって
アトマイズし、ドラム108に組み込まれた回転する管
またはフィルム上に縮合(コンデンス)させる。
【0075】縮合モノマー液を続いて電子ビーム銃11
0によって放射線硬化させる。
【0076】無機材料は酸化物材料である。この酸化物
材料は、米国特許第4,698,256 号、第4,809,876 号、第
4,992,298 号、および第5,055,318 号に開示されている
ように、無線周波放電、直接または二重ビーム蒸着、ス
パッタリング、またはプラズマ化学真空蒸着によって合
成されてもよい。なお、これらの引例の開示内容を本明
細書で援用する。
【0077】例えば、酸化物を蒸着する方法は、事前に
真空となったチェンバー内でグロー放電プラズマを発生
させることによって提供される。このプラズマは一種類
以上のガス流成分から誘導され、また好ましくはガス流
そのものから誘導される。試料をプラズマ中に配置す
る。好ましくは、閉じ込められたプラズマ近傍に置き、
ガス流を制御自在にプラズマ内に流す。酸化物を主成分
とする膜は、所望の厚さにする。この酸化物材料の厚さ
は、約100オングストローム(Å)から約10,00
0Åでありる。厚さが500Åを下回ると、十分な障壁
を提供することができないと思われ、また厚さが5,0
00Åを上回ると割れが生じたり、障壁としての有効性
が減少すると思われる。もっとも好ましくは、酸化物材
料の厚さは約1,000Åないし約3,000Åであ
る。
【0078】酸化物材料を蒸着する他の方法は、マグネ
ットによってプラズマを閉じ込めることである。好まし
くは、酸化珪素を主成分とする膜を基板に蒸着するため
に、マグネットによって強化された方法は、好ましく
は、ガス流からのグロー放電の事前に真空となったチェ
ンバー内で実施される。ガス流は、好ましくは、少なく
とも2種類の成分:揮発有機珪素成分と、酸素、酸化窒
素、二酸化炭素、または空気等の酸化剤成分と、任意に
不活性ガス成分とを含む。
【0079】プラズマ蒸着方法のガス流に使用される適
当な有機珪素化合物の例は、ほぼ周囲温度で液体または
気体であり、揮発した場合、沸点が約0℃ないし約15
0℃であるもので、ジメチルシラン、トリメチルシラ
ン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラ
ン、ヘキサメチルジシラン、1,1,2,2−テトラメ
チルジシラン、ビス(トリメチルシラン)メタン、ビス
(ジメチルシリル)メタン、ヘキサメチルジシロキサ
ン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエチオキシ
シラン、エチルメトキシシラン、エチルメトキシシラ
ン、ジビニルテトラメチルジシロキサン、ヘキサメチル
ドシラザン ジビニルヘキサメチルトリシロキサン、ト
リビニルペンタメチルトリシロキサザン、テトラエトキ
シシラン、およびテトラメトキシシランである。
【0080】特に好ましい有機珪素は、1,1,3,3
−テトラメチルジシロキサン、トリメチルシラン、ヘキ
サメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチ
ルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、お
よびヘキサメチルジシラザンである。これらの好ましい
有機珪素化合物は、それぞれの沸点が71℃、55.5
℃、102℃、123℃、および127℃である。
【0081】ガス流の任意の不活性ガスは、好ましくは
ヘリウム、アルゴン、または窒素である。
【0082】揮発した有機珪素成分は、またチャンバー
へ流れていく前に好ましくは酸素成分および希ガス成分
と混合される。そのように混合されるこれらの気体の量
は、ガス流成分の流量比が調整制御されるように流量調
整器によって制御される。
【0083】当業者に既知の種々の方法を任意に用いて
蒸着チャンバー内の蒸着膜の厚さを測定してもよく、あ
るいは蒸着チャンバーから製品を取り出してから膜の厚
さを測定してもよい。
【0084】当業者に既知の方法は、好ましくは、相対
的に高電圧および低圧下で実行される。蒸着中、圧力は
約500ミリトル(mTorr)未満に維持されていな
ければならなず、好ましくは上記チャンバーの圧力は約
43から約490ミリトルの間に維持する。低システム
圧だと蒸着速度が遅くなり、高システム圧だと蒸着速度
が速くなる。被覆すべきプラスチック製品が熱におかさ
れやすい場合、ポリプロピレンおよびPETのTg値は
低い(すなわち、それぞれのTg値は−10℃および6
8℃)ので、高システム圧を適用して基板が蒸着の際に
加熱される度合いを低くする。
【0085】基板は、蒸着システムから電気的に隔離さ
れている(プラズマとの電気的接触を除く)。また、基
板は蒸着の間、温度が約80℃未満である。すなわち、
基板を故意に加熱してしまうことはない。
【0086】図7を参照する。酸化珪素を蒸着するため
のシステムは、プラズマが形成される密閉反応チャンバ
ー170を備えており、該密閉反応チャンバー1 170
内の試料支持体172上に薄膜状の材料が蒸着される基
板または管171が置かれている。この基板は任意の真
空適合材料、例えばプラスチックである。一種類以上の
気体が気体供給システム174によって反応チャンバー
に供給される。また、電力供給174によって電場が形
成される。
【0087】反応チャンバーは、プラズマ強化化学蒸着
法(PECVD)またはプラズマ重合法のいずれかを実
行するのに適当なタイプである。さらに、反応チャンバ
ー内で一種類以上の製品に対して同時に酸化物層の被覆
が行われるようにしてもよい。
【0088】チャンバー内の圧力は、バルブ190を介
してチャンバー170に接続されたメカニカル・ポンプ
188によって制御される。
【0089】被覆がなされる管を、まずチャンバー17
0に充填し、かつ試料支持体172によって保持する。
つぎに、チャンバーの圧力を、メカニカル・ポンプ18
8によって約5mTorrにまで減少させる。チャンバ
ーの作業圧力は、PECVDまたはプラズマ重合に対し
ては約90から約140mTorrであり、またそのよ
うな圧力はプロセス・ガス、酸素およびトリメチルスラ
ンをモノマー導入口176を介してチャンバーに流すこ
とによって達成される。
【0090】薄膜を管の外面に蒸着し、所望の均一的な
厚さを有するものものとする。あるいは、蒸着プロセス
を周期的に中断し、基板および(または)の加熱を最小
限度にし、さらに(あるいは)製品から特定のものを物
理的に除去してもよい。
【0091】磁石196および198を電極200の裏
側に配置し、管周辺のプラズマ領域に磁場と電場との適
当な組み合わせを作る。
【0092】上記システムは、低周波数での操作に適し
ている。周波数の一例としては、40kHzである。し
かし、かなり高い周波数、例えば数メガメルツの無線周
波数範囲での操作からいくつかの利点が得られる。
【0093】本開示にもとづいて使用される酸化物材料
またはそれらの配合物は、それらから製造される製品に
対して悪影響を及ぼさない従来の添加材または成分を含
むものであってもよい。
【0094】ディップ・コーティング、ロール・コーテ
ィング、あるいはスプレー・コーティングによって任意
に追加の材料を非理想障壁被覆シークエンス組成物上に
設けてもよい。
【0095】任意に追加の材料は、好ましくは塩化ビニ
リデン−アクリロニトリルメチルメタクリレート−メチ
ル アクリレート−アクリル酸共重合体、熱硬化性エポ
キシ被膜、パリレン(parylene)・ポリマー、またはポ
リエステルである。
【0096】好ましくは、任意に追加の材料はパリレン
・ポリマーである。パリレンはユニオン・カーバイト・
コーポレーション(Union Carbide Corporation )によ
って開発されたポリマー・シリーズの仲間の総称であ
る。このシリーズの主な仲間は、直鎖状でかつ結晶質で
あるパリレンNと呼ばれるポリ−p−エキシリレンであ
る。すなわち、
【0097】
【化4】
【0098】パリレン・シリーズの第2の仲間であるパ
リレンCは、パリレンNと同一のモノマーから生産され
るもので、芳香族水素の一つが塩素原子と置換すること
によって修飾されている。
【0099】
【化5】
【0100】パリレン・シリーズの第3の仲間であるパ
リレンDは、パリレンNと同一のモノマーから生産され
るもので、芳香族水素の二つが塩素原子と置換すること
によって修飾されている。
【0101】
【化6】
【0102】もっとも好ましくは、ポリマー層は塩化ビ
ニリデン−メチル メタクリレート−メタクリレート
アリル酸ポリマー(PCDC)である。このポリマー
は、米国マサチューセッツ州レキシントンのグレース
(GRACE )有機化学部からダラン(DARAN)860
0−C(W.R.グレース・アンド・カンパニー(W.C.
Grace and Co.)の商標)として入手可能である。
【0103】上記任意の追加の材料は、パリレン・ポリ
マーであってもよい。任意の追加の材料は、米国特許第
3,342,754 号および第3,300,332 号に開示されたような
真空金属被覆法によって処理されてもよい。本明細書で
はこれらの文献の開示内容を援用する。あるいは、任意
の追加の材料は塩化ビニリデン−アクリロニトリル−メ
チル メタクリレート−メチル アクリレート酸アクリ
ルポリマーであってもよい。この材料を、米国第5,093,
194 号および第4,497,859 号に記載されているように、
ディップ・コーティング、ロール・コーティング、ある
いはスプレー・コーティングによって塗布し、被膜を空
気乾燥することによって形成してもよい。本明細書では
それらの文献の開示内容を援用する。
【0104】種々の基板に対して本発明の非理想障壁被
覆シークエンス組成物を被覆することができる。そのよ
うな基板としては、もちろん限定されるものではない
が、パッケージング、容器、びん、ジャー、管、および
医療機器等が挙げられる。
【0105】非理想障壁被覆シークエンス組成物によっ
て被覆されたプラスチック製採血管は、採血管内の血液
に対して一般に行われる試験および分析に対して影響を
及ぼすものではない。そのような試験としては、生物学
的不活性、血液学、血液化学、血液型決定、毒性学分
析、または治療薬モニタリング、および体液等を含む他
の臨床試験が挙げられる。さらに、障壁層を被覆したプ
ラスチック製採血管は、遠心器等の自動機器に供するこ
とができる。さらに、光学的または機械的および機能的
特性に何ら変化を実質的に引き起こすことなく、滅菌プ
ロセスであるレベルの放射線に曝してもよい。
【0106】非理想障壁被覆シークエンス組成物によっ
て被覆されたプラスチック製採血管は、1年以上にわた
って当初の吸引容量(draw volume )の約90%以上を
保持することが可能である。吸引容量保持は、管内の粒
子真空(particle vacuum )の存在、または減圧に依存
している。したがって、吸引容量は優れた真空保持に依
存している。非理想障壁被覆シークエンス組成物によっ
て被覆されたプラスチック製採血管は、真空保持および
吸引容量保持を維持し、かつ強化するように、実質的に
管材料からのガス透過が防がれている。本発明の非理想
障壁被覆シークエンス組成物を持たないプラスチック製
採血管は、約2年にわたって約90%の吸引容量を保持
するであろう。
【0107】プラスチック複合容器が真空にされている
か、あるいは真空にされていないかどうかは本発明では
何等違いがないことが理解されよう。容器の外面に非理
想障壁被覆シークエンス組成物が存在するということ
は、試料を保持する容器の一般的な完全性が維持される
という効果を持つ。そのため、使用者に対して何等汚染
が生ずることなしに試料の廃棄処分を行うことができ
る。注目すべきことは、容器に被覆または塗布された非
理想障壁被覆シークエンス組成物の透明度、その耐磨耗
性、 および耐引掻性である。
【0108】本開示内容にもとづいて使用される非理想
障壁被覆シークエンス組成物は、製品の特性に悪影響を
及ぼさない従来の添加剤または成分を含むものであって
もよい。
【0109】以下の実施例は本発明のいかなる特定の実
施形態を限定するものではなく、単に例としてあげたに
すぎない。
【0110】実施例1 アクリレートを基板に塗布する方法 アクリレート被膜をチャンバー内で管および種々の厚さ
の膜(基板)に塗布した。チャンバー内で、トリプロピ
レングリコールジアクリレート(TPGDA)をエバポ
レータに導入し、チャンバー内で約343℃で基板上に
フラッシュ蒸発せ、縮合させた。縮合モノマー膜をつぎ
に電子線ビーム銃による電子線ビームによって硬化させ
た。
【0111】実施例2 基板にSiO x を塗布する方法 実施例1の基板をホルダーに取り付けた。このホルダー
は真空チャンバーの電極と電極との中間にしっくり収ま
っている。チャンバーを閉じ、メカニカル・ポンプを用
いて約50mTorrのベース圧力にした。
【0112】電極の構成は、裏側に永久磁石が設けられ
たチタニウム電極同士が内側方向にキャパシティブリに
結合している。このような構成によって、電極間のグロ
ー放電を確認することができる。なぜなら、電極間の衝
突確率が増大し、ガス分子が反応するからである。電場
を与えた場合の正味の結果は、電極に付与する電圧を増
加させた場合と類似する。しかし、よりいっそう高いボ
ンバードメント・エネルギーの不都合がなく、また基板
の加熱が高まることもない。マグネトロン放電によって
低圧領域およびポリマー蒸着速度の実質的増加下での操
作が可能となる。
【0113】トリメチルシラン(TMS)および酸素の
混合物からなるモノマーを電極近傍のステンレス・スチ
ール製管状材料を介して導入した。チャンバーに導入す
る前に、気体をモノマー注入口ラインで混合した。ま
た、流速はステンレス・スチール製の計量バルブを用い
て手動制御した。可聴周波数40kHzで動作する電源
供給源を用いて電極に電力を供給した。基板上にプラズ
マ重合TMS/O2 の薄膜蒸着に用いるシステム・パラ
メータは以下の通りとした。
【0114】 表面前処理 TMSフロー = 0 sccm ベース圧力 = 50 mTorr 酸素フロー = 10 sccm システム圧力 = 140 mTorr 電力 = 50 ワット 時間 = 2 分 酸化物蒸着 TMSフロー = 0.75−1.0 sccm 酸素フロー = 2.5−3.0 mTorr システム圧力 = 90−100 mTorr 電力 = 30 ワット 蒸着時間 = 5 分 薄膜を蒸着した後、反応器を冷却した。つぎに、この反
応器を開き、基板を取り出した。
【0115】実施例3 基板に非理想障壁被覆シークエンス組成物を塗布する方
実施例1および2を約1ないし20回繰り返することに
よって、基板上に非理想障壁被覆シークエンス組成物を
塗布した。
【0116】実施例4 基板にアクリレートを塗布する方法 アクリレート被膜をチャンバー内で管および種々の厚さ
の膜(基板)に塗布した。チャンバー内で、イソボニル
アクリレート:エポキシジアクリレート(IBA:EDA )の
60:40混合物をエバポレータに導入し、チャンバー
内で約343℃で基板上にフラッシュ蒸発せ、縮合させ
た。縮合モノマー膜をつぎに365nmの化学線源によ
ってUV硬化させた。
【0117】実施例5 基板にSiO x を塗布する方法 実施例4の基板をホルダーに取り付けた。このホルダー
は真空チャンバーの電極と電極との中間にしっくり収ま
っている。チャンバーを閉じ、メカニカル・ポンプを用
いて約50mTorrのベース圧力にした。
【0118】電極の構成は、裏側に永久磁石が設けられ
たチタニウム電極同士が内側方向にキャパシティブリに
結合している。このような構成によって、電極間のグロ
ー放電を確認することができる。なぜなら、電極間の衝
突確率が増大し、ガス分子が反応するからである。電場
を与えた場合の正味の結果は、電極に付与する電圧を増
加させた場合と類似する。しかし、よりいっそう高いボ
ンバードメント・エネルギーの不都合がなく、また基板
の加熱が高まることもない。マグネトロン放電によって
低圧領域およびポリマー蒸着速度の実質的増加下での操
作が可能となる。
【0119】トリメチルシラン(TMS)および酸素の
混合物からなるモノマーを電極近傍のステンレス・スチ
ール製管状材料を介して導入した。チャンバーに導入す
る前に、気体をモノマー注入口ラインで混合した。ま
た、流速はステンレス・スチール製の計量バルブを用い
て手動制御した。可聴周波数40kHzで動作する電源
供給源を用いて電極に電力を供給した。基板上にプラズ
マ重合TMS/O2 の薄膜蒸着に用いるシステム・パラ
メータは以下の通りとした。
【0120】 表面前処理 TMSフロー = 0 sccm ベース圧力 = 50 mTorr 酸素フロー = 10 sccm システム圧力 = 140 mTorr 電力 = 50 ワット 時間 = 2 分 酸化物蒸着 TMSフロー = 0.75−1.0 sccm 酸素フロー = 2.5−3.0 mTorr システム圧力 = 90−100 mTorr 電力 = 30 ワット 蒸着時間 = 5 分 薄膜を蒸着した後、反応器を冷却した。つぎに、この反
応器を開き、基板を取り出した。
【0121】実施例6 基板に非理想障壁被覆シークエンス組成物を塗布する方
実施例4および5を約1ないし20回繰り返することに
よって、基板上に非理想障壁被覆シークエンス組成物を
塗布した。
【0122】実施例7 非理想障壁被覆シークエンス組成物の動作特性 種々の異なる基板を上記実施例1〜6にもとづいて調製
し、以下の特性および性質について評価し、さらに結果
を表1、表2、および表3と図8および図9とにまとめ
た。
【0123】
【表1】
【0124】
【表2】
【0125】
【表3】
【0126】(i)積層等式分析:2種類以上の異なる
障壁層を積層した場合、多層積層体に対する小さな分子
の透過は一般に積層等式:
【0127】
【数8】
【0128】式中、nは上記実施例6にあるように蒸着
された異なる材料からなる層の数、Π1 は構成層1を通
り抜ける透過率、Π2 は構成層2を通り抜ける透過率、
さらにΠ12は構成層1および2からなる積層体を通り抜
ける透過率である。したがって、積層障壁系を通り抜け
る浸透物の透過率は、積層体を構成する各成分を通り抜
ける浸透物の透過率に依存している。個々の成分の透過
性が既知の場合、これらの構成層からなる全体の積層体
の透過性を計算し、かつ予測することができる。
【0129】そのような系を通り抜ける酸素または水の
透過性を、所定の温度および圧力下で、MOCON O
x −TRAN 2,000、MOCON T−1000
またはMOCONパーマトラン(Permatran )・デバイ
ス)を用いて試験した。
【0130】(ii)アレーニウス相関分析:障壁構造
を通り抜ける酸素または水等の浸透物の透過率(transm
ission rateをいくつかの異なる温度下で得た場合に障
壁構造を浸透物が完全に透過するのに必要とされる熱力
学的エネルギーを以下のアレーニウス式によって得た。
【0131】
【数9】InQ=InQo −△G/RT 式中、△Gは、1モル(mole)の浸透物分子が障壁構造
を通過するのに必要なエネルギー(cal/mol
e)、Rは気体定数(cal/mol・度)、Tは温度
(ケルビン)、Qは浸透透過率、およびQoは構造特有
の定数である。実際上、障壁構造を通過する酸素の透過
率Qをいくつかの温度で得る。つぎに各温度の逆数に対
して各温度で得られた透過率の自然対数をプロットす
る。得られた直線状のプロットの勾配は△G/Rであ
り、これから△Gが求まる。
【0132】上記した装置と同様のものを用いて、いく
つかの異なる温度でデータを得た。得られた透過性デー
タ(Π)をアレーニウス式によって処理し、積層体の△
F値を積層体の成分について得られた△G値と比較し
た。理想積層系は最善の障壁特性を持つ成分の△Gに等
しい△Gを有する。非理想障壁被覆シークエンス組成物
はどの成分のものよりも大きい△Gを有する。
【0133】(iii)酸素透過性(OTR) 膜またはプラーク試料の酸素透過性についてMOCON
x −TRAN 2/20(販売元:モーダン・コン
トローズ社(Modern Controls, Inc., 7500 Boone Aven
ue N., Minneapolis, MN 55428))を用いて試験した。
膜試料の一面を1atmの100%酸素雰囲気に曝し
た。試料の膜を透過する酸素を、膜の反対側にある窒素
キャリア・ガス流に閉じ込めた。試料を透過する酸素の
量に比例して電気信号を発生させた。試料を30、3
5、40℃で、かつ0%の相対湿度(R.H.)でもっ
て試験した。酸素透過性を測定するのに先立って、試料
を1ないし20時間にわたってコンディショニングし
た。ポリカーボネート(PC)およびポリエチレンテレ
フタレート(PET)について得られた結果を表1およ
び3に報告する。
【0134】管試料の酸素透過性(OTR)を、MOC
ON Ox −TRAN 1,000(販売元:モーダン
・コントローズ社(Modern Controls, Inc., 7500 Boon
e Avenue N., Minneapolis, MN 55428))を用いて試験
した。管の取り付けをパッケージ・アダプタを用いて行
い、管の外側を100%O2 雰囲気に浸し、一方管の内
側を窒素キャリア・ガスでフラッシュするようにした。
つぎに、管を30℃、50%R.Hで試験した。定常状
態の透過性を決定する前に、管を2ないし14日間にわ
たって平衡させた。ポリエステルを主成分とする採血管
についての結果を表4に示し、またポリプロピレンを主
成分とする採血管についての結果を表5に示した。
【0135】(iv)水蒸気透過率(WVTR) a. 管: 管に2mlの蒸留水を満たし、ゴム製の栓
で閉じ、40℃、50%R.H.でオーブン内に置い
た。この管の重さを4ヶ月間にわったって週1回測定し
た。水蒸気透過率を1日あたりの平衡水損失(equilbri
um water loss per day )にもとづいて計算した。PE
Tを主成分とする採血管の例を表1に示す。
【0136】b. 膜: 膜を40℃でパーミアトラン
(Permeatran)W−600装置内に置いた。膜の一面を
100%相対湿度(R.H)に曝した。試料膜を透過す
る水蒸気を窒素キャリア・ガスによってIRセンサに誘
導した。試料を透過する水蒸気の量に比例して電気信号
を発生させた。アレーニウス式、InQ = InQ−
△G/RTで用いるデータを、25、30、および35
℃で得た。
【0137】A. 膜上の非理想障壁被覆シークエンス
組成物 表1および図8の試料1−4は、PET膜の両面への被
覆が積層等式では予測できなかったほどの予想外の酸素
透過率の減少をもたらした。SiOx によって被覆され
た膜の酸素透過率の測定値および予測値を別々に測定さ
れたPETおよびSiOx の酸素透過率と比較した。そ
の結果を図8および表1に示す。PET/SiOx 試料
が予測可能な積層体としてふるまうという事実に関わら
ず、このことが起こる。
【0138】図8は、試料1、3、および4について各
測定がなされた温度の逆数に対する透過率の自然対数の
アレーニウス等式プロットである。図8から、△G、ま
たはSiOx /PET/SiOx (試料4)を一モルの
酸素が透過するのに必要とされるエネルギーは、PET
(試料1)およびPET/SiOx (試料3)に対する
△Gの7±2kcal/moleと比較して20±1k
cal/moleである。
【0139】この結果は、SiOx /PET/SiOx
からなる非理想障壁被覆シークエンス組成物は、組成物
の個々の成分よりも大きい熱エネルギー△Gの消費をも
たらす。このことは、本発明の非理想障壁被覆シークエ
ンス組成物の関係、△GT >△GA ,△GB によって成
り立つ。ここで、Tは試料4、AおよびBはそれぞれ試
料1および2である。
【0140】予測できるように、試料1、2、および3
は、PET/SiOx (試料3)がPETおよびSiO
x の積層体としてのみふるまうことを示しており、Si
x/PET/SiOx (試料4)が示す結果は非理想
透過性である。したがって、このことは酸素透過性に関
して、全体として試料4の障壁特性はその構成の特性と
は独立した障壁性能であることを示す。
【0141】さらに、表2には試料9(SiOx /PE
T/SiOx )の水蒸気障壁性能で予想外の増加が示さ
れている。この構造を透過する水蒸気透過率の測定値
は、試料5(PET膜)、試料6(SiOx )、および
試料7(PET/SiOx )を通過する透過率にもとづ
くと、積層体理論から予測される値よりも低い。
【0142】表3の試料10〜18は、PC/SiO/
アクリレート/SiOx (試料16)の酸素透過性は、
積層等式によって予測された16.4×10-10 mol
e/m2・sec・atm(試料18)と比較して1.
1×10-10 mole/m2・sec・atmであるこ
とを示している。
【0143】さらに、試料10〜16もまた、PC/S
iO/アクリレート/SiOx (試料16)の酸素透過
性は、積層等式によって予測された4.9×10-10
ole/m2・sec・atm(試料18)と比較して
0.9×10-10 mole/m2・sec・atmであ
ることを示している。試料16の結果は、PC/SiO
x /アクリレート/SiOx からなる非理想障壁被覆シ
ークエンス組成物の障壁性能は、全体として、酸素およ
び水の両方に関して、組成物全体の個々の材料の合計よ
りも大きいことを示している。
【0144】注目すべきことは、単一積層としてふるま
う試料15(PC/アクリレート/SiOx )(測定)
である。これは、試料16(PC/SiOx /アクリレ
ート/SiOx )はまた単一積層特性を示さなければな
らないこと示している。しかし、表3に示すように、試
料16(PC/SiOx /アクリレート/SiOx )は
試料積層特性を示さなかった。したがって、試料16は
以下の組成からなる非理想障壁被覆シークエンス組成物
に関する修飾積層等式に従う。
【0145】
【数10】
【0146】試料16(PC/SiOx /アクリレート
/SiOx )の積層特性に一致するのは、この試料につ
いて測定された△G値(試料が酸素または水が透過する
のに必要なエネルギー)である。試料16(PC/Si
x /アクリレート/SiOx )を透過する酸素の△G
値は、PC,PC/SiOx 、またはPC/アクリレー
ト/SiOx 系(試料10,14、および15)を1 モ
ルの酸素が透過するのに必要とされるエネルギーよりも
高い9kcal/moleである。この結果は、非理想
障壁被覆シークエンス組成物が組成物の成分のいずれの
ものよりも大きい熱エネルギー△Gを消費することを示
す。このことは、△GT >△GA ,△GB 、△GC(式
中、Tは試料16、A,B、およびCはそれぞれ試料1
0、14、または15)の関係に一致する。
【0147】試料16を水が透過するための△G値は、
酸素透過性について報告したものと同様の非理想特性に
従う。PC/SiOx およびPC/アクリレート/Si
xを透過するための△G値は、PCのみを透過する場
合の△Gよりも3〜4kcal/mole高い。しか
し、PC/SiOx /アクリレート/SiOx 構造を通
過する水の透過率は、試料18と比較して積層等式によ
って予測することはできない。これらの非理想結果は、
水蒸気障壁の予想外の強化と、△GT >△GA ,△G
B 、△GC(式中、Tは試料16、A,B、およびCは
それぞれ試料10、14、および15)。
【0148】B. 管上の非理想障壁被覆シークエンス
組成物 さらに、管に被覆されたPETおよびPPの障壁特性に
おける予想外の改善が観察された。表4および表5は、
(アクリレート/SiOx )nが被覆されたPETおよ
びPP管の障壁特性をまとめたものである。
【0149】
【表4】
【0150】
【表5】
【0151】試料19〜27(表5)は、1シークエン
スを上回るアクリレート/SiOxが被覆されたPET
管は、酸素および水透過性に関して非理想的ふるまいを
示す。ここで、水蒸気および酸素透過率の実験値は、積
層等式にもとづいて理論的に予測された値よりも顕著に
低かった。
【0152】試料25〜27は、非理想障壁被覆シーク
エンス組成物に関する以下の修正積層等式に従う。
【0153】
【数11】
【0154】式中、PET(アクリレート/SiOx
nは試料22〜25、PETは試料19、アクリレート
は試料23、さらにSiOx は試料22である。
【0155】アクリレート/SiO4 の単一シークエン
スからなる蒸着は、PET管の水障壁特性を改善しない
ことが認められた。しかし、アクリレート/SiOx
(試料25)の2シークエンスは、PET対照群(試料
19)と比較して水蒸気透過率を17.5分の一減少さ
せる。非理想障壁のふるまいの結果から、アクリレート
/SiOx が4および6シークエンス被覆された管が顕
著に低い酸素および水蒸気透過性を有する。このこと
は、表6に示す文献に報告されているプラスチック基板
に被覆された透過障壁のどれよりも優れている。
【0156】
【表6】
【0157】さらに、試料28〜33(表5)は、アク
リレート/SiOx を2シークエンス被覆されたPP管
の非理想的なふるまいを示している。PP(アクリレー
ト/SiOx )2シークエンス(試料33)の測定され
た酸素透過性は、積層等式によって予測された496×
10-10 mole/m2 ・sec・atmと比較して、
11.5×10-10 mole/m2 ・sec・atmで
ある。したがって、試料31は、非理想障壁被覆シーク
エンス組成物についての以下の修正積層等式に従うと結
論することができる。
【0158】
【数12】
【0159】式中、PET(アクリレート/SiOx
2は試料33、PPは試料28、アクリレートは試料3
2、さらにSiOx は試料30である。
【図面の簡単な説明】
【図1】栓部を持つ典型的な採血管の斜視図である。
【図2】図1の管の2−2線に沿う長手方向断面図であ
る。
【図3】栓部を持たず、多層障壁被膜を持つ図1の管と
類似の管形状容器の長手方向断面図である。
【図4】栓部を持ち、多層障壁被膜を持つ図1の管と類
似の管形状容器の長手方向断面図である。
【図5】図1と同様の栓部を持ち、管および栓部に多層
障壁被膜が施されている管を説明するための本発明の別
の実施形態の長手方向断面図である。
【図6】フラッシュ・エバポレータの部分断面拡大図で
ある。
【図7】プラズマ蒸着装置を説明するための模式図であ
る。
【図8】実施例1、3、および4と表1の測定につい
て、温度の逆数に対する透過率の自然対数のアレーニウ
ス等式プロット図である。
【図9】表1に報告したデータにもとづいて40℃、1
atmで、PET[Ac/SiOx ]n管に関する吸引
容量損失を説明するための図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年7月29日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 非理想障壁被覆シークエンス組成物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 595117091 1 BECTON DRIVE, FRA NKLIN LAKES, NEW JE RSEY 07417−1880, UNITED STATES OF AMERICA (72)発明者 イェレナ ジー. トロプシャ アメリカ合衆国 27514 ノース カロラ イナ州 チャペル ヒル セラノ ウエイ 113

Claims (59)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機材料および無機材料とを含む非理想
    障壁被覆シークエンス組成物であって、 前記組成物の障壁性能は全体として、前記組成物の前記
    有機材料と前記無機材料との積層よりも優れていること
    を特徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の組成物であって、 前記有機材料と前記無機材料との積層の透過率(Πoi
    は、前記シークエンスの前記無機材料を通る透過率の逆
    数(Πi )と前記シークエンスの前記有機材料を通る透
    過率の逆数(Πo )との合計の逆数よりも小さいことを
    特徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の組成物であって、 前記無機材料と前記有機材料との積層の前記透過率は、
    相加効果を持たないことを特徴とする非理想障壁被覆シ
    ークエンス組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の組成物であって、 前記非理想障壁被覆シークエンス組成物の熱エネルギー
    (△GT )は、前記有機成分の熱エネルギー(△GA
    および前記無機成分の熱エネルギー(△GB )よりも大
    きいことを特徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成
    物。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の組成物であって、 前記有機材料は、高度に架橋されたアクリレートまたは
    アクリル・ポリマーであることを特徴とする非理想障壁
    被覆シークエンス組成物。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の組成物であって、 前記無機材料は、金属酸化物であることを特徴とする非
    理想障壁被覆シークエンス組成物。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載の組成物であって、 前記金属酸化物は酸化珪素を主成分とする組成物または
    酸化アルミニウムを主成分とする組成物であることを特
    徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の組成物であって、 前記酸化珪素を主成分とする組成物は、酸化珪素、Si
    x 、式中xは約1.0から約2.5であることを特徴
    とする非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  9. 【請求項9】 請求項5に記載の組成物であって、 前記有機材料の厚さは、約0.1ミクロンから約10ミ
    クロンであることを特徴とする非理想障壁被覆シークエ
    ンス組成物。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載の組成物であって、 前記有機材料の厚さは、約0.5ミクロンから約3ミク
    ロンであることを特徴とする非理想障壁被覆シークエン
    ス組成物。
  11. 【請求項11】 請求項6に記載の組成物であって、 前記金属酸化物の厚さは、約100オングストロームか
    ら約2,000オングストロームであることを特徴とす
    る非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  12. 【請求項12】 請求項11に記載の組成物であって、 前記金属酸化物の厚さは、約500オングストロームか
    ら約1,000オングストロームであることを特徴とす
    る非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  13. 【請求項13】 請求項1に記載の組成物であって、 ポリ(ビニリデンクロライド)、熱硬化材料、パリレン
    ・ポリマーまたはポリエステルを、さらに含むことを特
    徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載の組成物であって、 前記ポリ(ビニリデンクロライド)の厚さは、約3ない
    し約5ミクロンであることを特徴とする非理想障壁被覆
    シークエンス組成物。
  15. 【請求項15】 請求項14に記載の組成物であって、 前記ポリ(ビニリデンクロライド)の厚さは、約3ない
    し約5ミクロンであることを特徴とする非理想障壁被覆
    シークエンス組成物。
  16. 【請求項16】 非理想障壁被覆シークエンス組成物で
    あって、 シークエンス: 【数1】 を有することを特徴とする非理想障壁被覆シークエンス
    組成物。
  17. 【請求項17】 請求項16に記載の組成物であって、 前記有機材料と前記無機材料との積層の透過率(Πoi
    は、 前記シークエンスの前記無機材料を通る透過率の逆数
    (Πi )と前記シークエンスの前記有機材料を通る透過
    率の逆数(Πo )との合計の逆数よりも小さいことを特
    徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  18. 【請求項18】 請求項17に記載の組成物であって、 前記無機材料と前記有機材料との積層の前記透過率は、
    相加効果を持たないことを特徴とする非理想障壁被覆シ
    ークエンス組成物。
  19. 【請求項19】 請求項16に記載の組成物であって、 前記非理想障壁被覆シークエンス組成物の熱エネルギー
    (△GT )は、前記有機成分の熱エネルギー(△GA
    および前記無機成分の熱エネルギー(△GB )よりも大
    きいことを特徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成
    物。
  20. 【請求項20】 請求項16に記載の組成物でって、 前記有機材料は、高度に架橋されたアクリレートまたは
    アクリル・ポリマーであることを特徴とする非理想障壁
    被覆シークエンス組成物。
  21. 【請求項21】 請求項16に記載の組成物であって、 前記無機材料は、金属酸化物であることを特徴とする非
    理想障壁被覆シークエンス組成物。
  22. 【請求項22】 請求項21に記載の組成物であって、 前記金属酸化物は酸化珪素を主成分とする組成物または
    酸化アルミニウムを主成分とする組成物であることを特
    徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  23. 【請求項23】 請求項22に記載の組成物であって、 前記酸化珪素を主成分とする組成物は、酸化珪素、Si
    x 、式中xは約1.0から約2.5であることを特徴
    とする非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  24. 【請求項24】 請求項20に記載の組成物であって、 前記有機材料の厚さは、約0.1ミクロンから約10ミ
    クロンであることを特徴とする非理想障壁被覆シークエ
    ンス組成物。
  25. 【請求項25】 請求項24に記載の組成物であって、 前記有機材料の厚さは、約0.5ミクロンから約3ミク
    ロンであることを特徴とする非理想障壁被覆シークエン
    ス組成物。
  26. 【請求項26】 請求項21に記載の組成物であって、 前記金属酸化物の厚さは、約100オングストロームか
    ら約2,000オングストロームであることを特徴とす
    る非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  27. 【請求項27】 請求項26に記載の組成物であって、 前記金属酸化物の厚さは、約500オングストロームか
    ら約1,000オングストロームであることを特徴とす
    る非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  28. 【請求項28】 請求項16に記載の組成物であって、 ポリ(ビニリデンクロライド)、熱硬化材料、パリレン
    ・ポリマーまたはポリエステルを、さらに含むことを特
    徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成物。
  29. 【請求項29】 請求項28に記載の組成物であって、 前記ポリ(ビニリデンクロライド)の厚さは、約2ない
    し約15ミクロンであることを特徴とする非理想障壁被
    覆シークエンス組成物。
  30. 【請求項30】 請求項29に記載の組成物であって、 前記ポリ(ビニリデンクロライド)の厚さは、約3ない
    し約5ミクロンであることを特徴とする非理想障壁被覆
    シークエンス組成物。
  31. 【請求項31】 試料アセンブリであって、 開口端部、閉端部、内面、および外面を有するプラスチ
    ック容器と、 前記容器組成物の前記外面に対応した非理想障壁被覆シ
    ークエンスとを有し、該シークエンスは、 【数2】 からなることを特徴とする試料アセンブリ。
  32. 【請求項32】 請求項31に記載のアセンブリであっ
    て、 前記有機材料と前記無機材料との積層の透過率(Πoi
    は、 前記シークエンスの前記無機材料を通る透過率の逆数
    (Πi )と前記シークエンスの前記有機材料を通る透過
    率の逆数(Πo )との合計の逆数よりも小さいことを特
    徴とする試料アセンブリ。
  33. 【請求項33】 請求項32に記載のアセンブリであっ
    て、 前記無機材料と前記有機材料との積層の前記透過率は、
    相加効果を持たないことを特徴とする試料アセンブリ。
  34. 【請求項34】 請求項31に記載のアセンブリであっ
    て、 前記有機材料はモノアクリレートおよびジアクリレート
    の重合配合物であることを特徴とする試料アセンブリ。
  35. 【請求項35】 請求項31に記載のアセンブリであっ
    て、 前記無機材料はアルミニウム酸化物または酸化珪素主成
    分とした組成物であることを特徴とする試料アセンブ
    リ。
  36. 【請求項36】 請求項31に記載のアセンブリであっ
    て、 前記有機材料は重合アクリレートを含み、また前記無機
    材料は酸化珪素を含むことを特徴とする試料アセンブ
    リ。
  37. 【請求項37】 請求項31に記載のアセンブリであっ
    て、 前記有機材料の前記アクリレートは、 (a)硬化性モノマー成分を加熱蒸気システムに計量し
    ながら供給する工程と、 (b)前記チャンバー内の前記成分をフラッシュ気化さ
    せる工程と、 (c)前記成分からなる膜を前記容器の前記外面に縮
    合、蒸発、または霧吹きする工程と、 (d)前記膜を硬化する工程と、 を有する事前に排気されたチャンバー内で前記容器の前
    記外面に蒸着されることを特徴とする試料アセンブリ。
  38. 【請求項38】 請求項37に記載のアセンブリであっ
    て、 (a)有機珪素成分を蒸発させ、かつ蒸発した有機珪素
    成分を酸化剤成分および任意に不活性気体と混合して、
    前記チャンバーの外側に気体蒸気を形成する工程と、 (b)前記チャンバー内で1以上の気体流成分からグロ
    ー放電プラズマを発生させる工程と、 (c)前記気体流を前記プラズマへ制御しながら流す一
    方で、前記プラズマの少なくとも一部分をその中に閉じ
    込める工程と、 (d)前記第1の層に隣接する酸化珪素からなる層を蒸
    着する工程とによって、 事前に排気されたチャンバー内で前記無機材料を前記有
    機材料上に蒸着することを特徴とする試料アセンブリ。
  39. 【請求項39】 請求項38に記載のアセンブリであっ
    て、 前記酸化剤成分は、酸素、酸化窒素、二酸化炭素、空
    気、または不活性気体であることを特徴とする試料アセ
    ンブリ。
  40. 【請求項40】 請求項39のアセンブリであって、 前記プラスチック基板は、前記閉じ込められたプラズマ
    を除き、前記チャンバーから電気的に隔離されているこ
    とを特徴とする試料アセンブリ。
  41. 【請求項41】 請求項40に記載のアセンブリであっ
    て、 前記シークエンスは、さらにパリレン・ポリマー材料を
    含むことを特徴とする試料アセンブリ。
  42. 【請求項42】 請求項41に記載のアセンブリであっ
    て、 前記パリレン・ポリマーは、パリレンN、パリレンC、
    またはパリレンDであることを特徴とする試料アセンブ
    リ。
  43. 【請求項43】 請求項31に記載のアセンブリであっ
    て、 前記非理想障壁被覆シークエンス組成物の熱エネルギー
    (△GT )は、前記有機成分の熱エネルギー(△GA
    および前記無機成分の熱エネルギー(△GB )よりも大
    きいことを特徴とする試料アセンブリ。
  44. 【請求項44】 請求項31に記載のアセンブリであっ
    て、 前記有機材料は、高度に架橋されたアクリレートまたは
    アクリル・ポリマーであることを特徴とする試料アセン
    ブリ。
  45. 【請求項45】 請求項31に記載のアセンブリであっ
    て、 前記無機材料は、金属酸化物であることを特徴とする試
    料アセンブリ。
  46. 【請求項46】 請求項45に記載のアセンブリであっ
    て、 前記金属酸化物は酸化珪素を主成分とする組成物または
    酸化アルミニウムを主成分とする組成物であることを特
    徴とする試料アセンブリ。
  47. 【請求項47】 請求項46に記載のアセンブリであっ
    て、 前記酸化珪素を主成分とする組成物は、酸化珪素、Si
    x 、式中xは約1.0から約2.5であることを特徴
    とする試料アセンブリ。
  48. 【請求項48】 請求項45に記載のアセンブリであっ
    て、 前記有機材料の厚さは、約0.1ミクロンから約10ミ
    クロンであることを特徴とする試料アセンブリ。
  49. 【請求項49】 請求項48に記載のアセンブリであっ
    て、 前記有機材料の厚さは、約0.5ミクロンから約3ミク
    ロンであることを特徴とする試料アセンブリ。
  50. 【請求項50】 請求項45に記載のアセンブリであっ
    て、 前記金属酸化物の厚さは、約100オングストロームか
    ら約2,000オングストロームであることを特徴とす
    る試料アセンブリ。
  51. 【請求項51】 請求項50に記載のアセンブリであっ
    て、 前記金属酸化物の厚さは、約500オングストロームか
    ら約1,000オングストロームであることを特徴とす
    る試料アセンブリ。
  52. 【請求項52】 請求項31に記載のアセンブリであっ
    て、 ポリ(ビニリデンクロライド)、熱硬化材料、パリレン
    ・ポリマーまたはポリエステルを、さらに含むことを特
    徴とする試料アセンブリ。
  53. 【請求項53】 請求項52に記載のアセンブリであっ
    て、 前記ポリ(ビニリデンクロライド)の厚さは、約2ない
    し約15ミクロンであることを特徴とする試料アセンブ
    リ。
  54. 【請求項54】 請求項53に記載のアセンブリであっ
    て、 前記ポリ(ビニリデンクロライド)の厚さは、約3ない
    し約5ミクロンであることを特徴と試料アセンブリ。
  55. 【請求項55】 基板上に非理想障壁被覆シークエンス
    組成物を蒸着する方法であって、 (a)(i)多官能アクリレート、または(ii)モノ
    アクリレートと多官能アクリレートとの混合物を含む硬
    化性成分を選択する工程と、 (b)前記成分をチャンバー内にフラッシュ気化する工
    程と、 (c)前記容器の外面上に気化した成分のアクリレート
    材料を縮合させる工程と、 (d)前記アクリレートを硬化させる工程と、 (e)有機珪素化成分を気化させ、気化した有機珪素成
    分と酸化剤成分および任意に不活性気体成分とを混合
    し、前記チャンバーの外部に気体蒸気を形成する工程
    と、 (f)1種類以上の気体流成分から前記チャンバー内に
    グロー放電プラズマを確立する工程と、 (g)前記プラズマに気体流を制御しながら流す一方
    で、前記プラズマの少なくとも一部分をその中に閉じ込
    める工程と、 (h)前記アクリレート材料に隣接して酸化珪素の材料
    を蒸着する工程と、 (i)前記(a)から(d)の工程を繰り返して、前記
    酸化珪素材料の上にアクリレート材料を蒸着する工程
    と、 (j)前記(e)から(h)の工程を繰り返して、前記
    アクリレート材料の上に酸化珪素材料を蒸着する工程
    と、 を有することを特徴とする非理想障壁被覆シークエンス
    組成物を蒸着する方法。
  56. 【請求項56】 請求項55に記載の方法であって、 (k)前記非理想障壁被覆シークエンス組成物上にPV
    DCをディップ・コーティングする工程を、 さらに有することを特徴とする非理想障壁被覆シークエ
    ンス組成物を蒸着する方法。
  57. 【請求項57】 請求項55に記載の方法であって、 (l)前記(i)から(j)の工程を、約2から約20
    回繰り返す工程を、 さらに有することを特徴とする非理想障壁被覆シークエ
    ンス組成物を蒸着する方法。
  58. 【請求項58】 請求項57に記載の方法であって、 (m)前記非理想障壁被覆シークエンス組成物上にPV
    DCをディップ・コーティングする工程を、 さらに有することを特徴とする非理想障壁被覆シークエ
    ンス組成物を蒸着する方法。
  59. 【請求項59】 請求項55に記載の方法であって、 前記アクリレート材料は酸素プラズマによって前処理さ
    れることを特徴とする非理想障壁被覆シークエンス組成
    物を蒸着する方法。
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