JPH0939166A - ガスバリアフィルムおよびその製造方法 - Google Patents

ガスバリアフィルムおよびその製造方法

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JPH0939166A
JPH0939166A JP21660395A JP21660395A JPH0939166A JP H0939166 A JPH0939166 A JP H0939166A JP 21660395 A JP21660395 A JP 21660395A JP 21660395 A JP21660395 A JP 21660395A JP H0939166 A JPH0939166 A JP H0939166A
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JP
Japan
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gas barrier
film
thermoplastic resin
coating film
resin substrate
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JP21660395A
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English (en)
Inventor
Yutaka Harada
裕 原田
Masahiro Kimura
将弘 木村
Katsunori Oshima
桂典 大島
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高湿度下でも高いガスバリア性を有するガス
バリアフィルムを提供する。 【解決手段】 熱可塑性樹脂基材の少なくとも片面上に
水溶性高分子及び金属微粒子を含んでなる被膜を形成し
たフィルムであり、該被膜が、該被膜の形成過程におい
て、140℃以上、熱可塑性樹脂基材の融点以下の温度
で乾燥または熱処理を行った被膜であることを特徴とす
るガスバリアフィルム、およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスバリアフィル
ムおよびその製造方法に関するものであり、さらに詳し
くは、高湿度下でも高いガスバリア性を維持することが
できるガスバリアフィルムおよびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】食品や薬品などの包装分野では、外気か
ら酸素などの侵入があると内容物の変質によって長期保
存ができないことから、外気の混入を防ぐことができる
ガスバリア性をもったフィルムの開発が行われている。
【0003】ポリマーエンジアニアリングアンドサイエ
ンス、20巻、22号、1543〜1546頁(198
6年、12月)によると、従来より開発されたガスバリ
ア性フィルムとしては、ポリ塩化ビニリデン、ポリアク
リロニトリル、ポリビニルアルコールなどからなるフィ
ルムがある。しかし、ポリ塩化ビニリデンは塩素原子、
ポリアクリロニトリルは−CN基を含有しているため、
廃棄の際に環境に対する問題が近年持ち上がっている。
また、ポリビニルアルコールは−OH基を含有している
ため、ガスバリア性の湿度依存性が大きく、高湿度では
ガスバリア性が著しく低下してしまう。ポリビニルアル
コールの湿度依存性を改良したエチレン−ビニルアルコ
ール共重合体においても、高湿度でのガスバリア性はま
だ十分とは言えない。
【0004】一方、酸化珪素(特公昭53−12953
号公報等)や酸化アルミニウム(特開昭62−1799
35号公報等)などの無機物を基材の表面に蒸着したフ
ィルムが開発されている。しかし、これらのフィルムの
形成には蒸着過程が加わるのでコストが非常に高くなる
欠点や、無機被膜の可とう性の無さ、基材との接着性が
悪いこと等によるフィルムとしての取り扱いにくさの問
題が生じている。
【0005】これらの問題を解決する手段として、基材
に金属酸化物及びポリビニルアルコールからなる被膜を
設けたフィルム(特開昭56−4563号公報等)が開
発されているが、高湿度下でのガスバリア性に関しては
まだ満足のいくレベルではない。また、金属アルコキシ
ド、ポリビニルアルコールおよび官能基含有化合物、例
えばシランカップリング剤(特開平4−345841号
公報)、イソシアネート化合物(特開平6−32982
0号公報)等からなる組成物を重縮合した複合ポリマー
層を設けたフィルムが開発されているが、長鎖のアルキ
ル基を持った官能基含有化合物を用いているために本来
のガスバリア性能が低下している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、以上
述べた従来のガスバリアフィルムの問題点を解決し、か
つ、高湿度下でも高いガスバリア性を有するガスバリア
フィルムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のガスバリアフィ
ルムは、上記の目的を達成するために、熱可塑性樹脂基
材の少なくとも片面上に水溶性高分子及び金属微粒子を
含んでなる被膜を形成したフィルムであり、該被膜が、
該被膜の形成過程において、140℃以上、熱可塑性樹
脂基材の融点以下の温度で乾燥または熱処理を行った被
膜であることを特徴とするものからなる。
【0008】また、本発明に係るガスバリアフィルムの
製造方法は、熱可塑性樹脂基材の少なくとも片面上に水
溶性高分子及び金属微粒子を含んでなる被膜を形成する
に際し、該被膜の形成過程において、140℃以上、熱
可塑性樹脂基材の融点以下の温度で乾燥または熱処理を
行うことを特徴とする方法からなる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明では、バリア性を有する膜
を形成する過程で特定の熱エネルギーを与えることによ
り、膜を形成する成分間の凝集性が高まり、高湿度下で
も良好なガスバリア性を有する材料が得られることを見
い出したものであり、その効果は非常に大きいものであ
る。
【0010】本発明において用いられる熱可塑性樹脂基
材は、主として機械的性質やフィルムの加工性等を付与
するために必要であり、一般に市販されている各種の熱
可塑性樹脂フィルムが含まれる。特に限定されないが、
基材材質の代表的なものとして、ポリエチレン、ポリプ
ロピレンなどのポリオレフィン、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−
2,6−ナフタレート等のポリエステル、ナイロン6、
ナイロン12などのポリアミド、ポリ塩化ビニル、エチ
レン酢酸ビニル共重合体またはそのけん化物、ポリスチ
レン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリフェニレ
ンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、芳香族ポ
リアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、セルロー
ス、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリ
ロニトリル、ポリビニルアルコールなど、およびこれら
の共重合体を用いることができる。コストパフォーマン
ス、透明性、ガスバリア性等の観点から、ポリエチレン
テレフタレートなどのポリエステル、ポリエチレン、ポ
リプロピレンなどのポリオレフィンが好ましい。
【0011】これらの熱可塑性樹脂基材は、未延伸、一
軸延伸、二軸延伸のいずれでもよいが、寸法安定性およ
び機械特性の観点から、二軸延伸されたものが特に好ま
しい。また、熱可塑性樹脂基材には、各種の添加剤が含
まれていてもよい。例えば、酸化防止剤、耐候剤、熱安
定剤、滑剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、着色剤等であ
る。また、透明性を損なわない程度であれば、無機また
は有機の粒子を含んでいてもよい。例えば、タルク、カ
オリン、炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化珪素、フッ
化カルシウム、フッ化リチウム、アルミナ、硫酸バリウ
ム、ジルコニア、マイカ、リン酸カルシウム、架橋ポリ
スチレン系粒子などである。
【0012】さらに、これらの熱可塑性樹脂基材は、透
明であることが好ましい。光線透過率が、40%以上が
好ましく、60%以上がさらに好ましい。また熱可塑性
樹脂基材は、その表面が平滑であることが好ましい。中
心線平均粗さで、0.5μm以下が好ましく、0.2μ
m以下がさらに好ましい。熱可塑性樹脂基材の厚さは、
特に限定されないが2〜1000μmが好ましい。
【0013】本発明における水溶性高分子とは、常温で
水に可溶な高分子であれば特に限定されず、例えば、ポ
リビニルアルコールおよびその誘導体、カルボチシメチ
ルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセル
ロース誘導体、酸化でんぷん、エーテル化でんぷん、デ
キストリンなどのでんぷん類、ポリビニルピロリドン、
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、またはそのエステ
ル、塩類およびそれらの共重合体、ポリヒドロキシエチ
ルメタクリレートおよびその共重合体などのビニル系重
合体、あるいはこれらの各種重合体のカルボキシル基な
ど官能基変性重合体などを用いることができる。好まし
くはポリビニルアルコールおよびその誘導体であり、特
に好ましくはけん化度75モル%以上のポリビニルア
ルコール、全水酸基の40モル%以下がアセタール化
しているポリビニルアルコール、ビニルアルコール単
位が60モル%以上である共重合ポリビニルアルコール
である。ポリビニルアルコールおよびその誘導体の重合
度は、100〜5000が好ましく、500〜3000
がさらに好ましい。
【0014】本発明における金属微粒子としては、シリ
カ、アルミニウムおよびチタン等の酸化物もしくはこれ
ら金属アルコキシドの加水分解物を用いることができ
る。その中でもシリカの酸化物もしくはアルコキシシラ
ンの加水分解物がもっとも好ましく、本発明には市販の
シリカゾルやテトラアルキルシリケートの加水分解物等
が有効に利用できる。市販のシリカゾルは水および/ま
たはアルコール性水酸基を有する低級アルコールに微分
散しているゾルであり、通常シリカとアルカリ金属酸化
物を含有するが、溶媒中におけるSiO2 /M2 O(M
はK、Na、Li)の重量比が40以上のものが好まし
い。必要に応じてNH4 + で安定化したゾルやAl3+
で変性したゾルでもよい。シリカの粒径は特に限定され
ないが1μm以下が好ましく、特に好ましくは1〜50
0nmである。
【0015】本発明では、熱可塑性樹脂基材上に水溶性
高分子および金属微粒子を含んでなる被膜(ガスバリア
性被膜)を形成させる上で、140℃以上、熱可塑性樹
脂基材の融点以下の温度での乾燥または熱処理過程を与
えることが、高湿度下でのガスバリア性、膜の機械的特
性を向上させるために必要である。ガスバリア性能の点
で、好ましくは145℃以上、(熱可塑性樹脂基材の融
点−20℃)以下の温度である。140℃未満では高湿
度下におけるガスバリア性の低下が大きく、熱可塑性樹
脂基材の融点を超える温度ではフィルムの熱劣化が起こ
る。
【0016】さらに、上記のガスバリア被膜を形成させ
る上で粒子−ポリマ間、ポリマ間または粒子間等の相互
作用を高めるために、2価以上の金属塩、触媒成分など
を添加してもよい。カルシウム、マグネシウム、アルミ
ニウム元素などを有する酢酸塩、硫酸塩または硝酸塩な
どを用いると、耐湿性が向上するので望ましい。その量
としては、被膜に対して1〜10000ppm程度であ
る。
【0017】熱可塑性樹脂基材上に被膜を形成する方法
は特に限定されず、押出ラミネート法、メルトコーティ
ング法を用いてもよいが、高速で薄膜コートすることが
可能である点で、被膜の構成成分を各種溶媒に分散させ
た分散溶液をグラビアコート、リバースコート、スプレ
ーコート、キッスコート、ダイコートあるいはメタリン
グバーコートするのが好適である。熱可塑性樹脂基材は
塗布前に各種の接着促進処理、例えば空気中やその他の
雰囲気下でのコロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理等
を施していてもよい。また、ウレタン樹脂、エポキシ樹
脂などのアンカー処理剤を用いてアンカー処理を施して
おいてもよい。また、熱可塑性樹脂基材として、ポリエ
チレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリプロピ
レンなどのポリオレフィンの二軸延伸フィルムを用いる
場合には、オフラインコート、インラインコートのどち
らの方法でもよい。
【0018】本発明における該被膜の厚さは特に限定さ
れないが、ガスバリア性フィルムの観点から、0.1〜
10μmが好ましく、0.3〜6μmが特に好ましい。
【0019】被膜の構成成分を分散させた分散溶液は、
溶媒として水または水と低級アルコールの混合溶媒を含
み、水溶性高分子が均一に溶解もしくは分散しかつ金属
微粒子が均一に分散した溶液のことである。低級アルコ
ールとは炭素数1〜3の直鎖または分岐鎖の脂肪族基を
有するアルコール性化合物である。例えば、メタノー
ル、エタノール、n−またはイソ−プロパノールを用い
ることができる。混合溶媒中の水/アルコール性化合物
の重量比は、100/0〜40/60が好ましい。フィ
ルムへの塗布性を付与するために、分散溶液の安定性が
維持される範囲内であれば、混合溶媒中に第3成分とし
て他の水溶性有機化合物が含まれていてもよい。この水
溶性有機化合物としては、例えば、メタノール、エタノ
ール、n−またはイソ−プロパノール等のアルコール
類、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグ
リコール類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、n
−ブチルセルソルブ等のグリコール誘導体、グリセリ
ン、ワックス類等の多価アルコール類、ジオキサン等の
エーテル類、酢酸エチル等のエステル類、メチルエチル
ケトン等のケトン類が使用できる。また、分散溶液のp
Hは溶液の安定性の面から2〜11が好ましい。
【0020】本発明における水溶性高分子/金属微粒子
の混合比率は、重量比で10/90〜85/15の範囲
内が好ましい。10/90より小さいときは被膜の強度
(伸度、屈曲性やピンホール性)が劣り、85/15よ
り大きいときは高湿度でのガスバリア性の低下が大き
い。
【0021】上記分散溶液の調整方法は特に限定されな
いが、水溶性高分子を溶媒に均一に溶解させた後に金属
微粒子を均一に分散させた溶液と混合する方法、水溶性
高分子と金属アルコキシドの均一な混合溶液とした後に
金属アルコキシドを加水分解する方法等が有効に用いら
れる。
【0022】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ガスバリア性の評価はASTM−D−3985に準
じて、酸素透過率測定装置(モダンコントロール社製、
OX−TRAN100)を用いて、温度23℃、相対湿
度0%、65%、80%で行った。なお、得られたフィ
ルムの物性値は表1にまとめて示した。
【0023】実施例1 けん化度98.5%以上、重合度2400のポリビニル
アルコール(以下PVAと略す)、シリカ(日産化学工
業(株)製、スノーテックスO、平均粒径20nm)を
重量比で50/50になるように調整した5重量%水溶
液(全溶液に対してイソ−プロピルアルコール10%含
有)を塗剤とした。該塗剤をコロナ放電表面処理したポ
リエステル(ポリエチレンテレフタレート:PET)フ
ィルム(厚さ12μm)に塗布し、低張力下で200
℃、30秒間乾燥し、厚さ13μmのフィルムを得た。
得られたフィルムのガスバリア性を表1に示す。
【0024】実施例2、3 塗剤の組成、乾燥温度、基材フィルム(実施例3ではポ
リプロピレン(PP)フィルムとした)を変更したこと
以外は実施例1と同様にしてフィルムを得た。得られた
フィルムのガスバリア性を表1に示す。
【0025】実施例4 実施例1の塗剤に第3成分としてAl元素50ppm
(塗剤中の固形分比)を加えたこと以外は実施例1と同
様にしてフィルムを得た。得られたフィルムのガスバリ
ア性を表1に示す。
【0026】比較例1〜5 塗剤を使用しないか、塗剤の組成及び乾燥温度を変更し
たこと以外は実施例1と同様にしてフィルムを得た。得
られたフィルムは高湿度下でのガスバリア性が劣ってい
ることがわかった。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】本発明で得られたフィルムは、高湿度下
においても非常に優れたガスバリア性を示すことから、
あらゆる包装材料として使用することができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱可塑性樹脂基材の少なくとも片面上に
    水溶性高分子及び金属微粒子を含んでなる被膜を形成し
    たフィルムであり、該被膜が、該被膜の形成過程におい
    て、140℃以上、熱可塑性樹脂基材の融点以下の温度
    で乾燥または熱処理を行った被膜であることを特徴とす
    るガスバリアフィルム。
  2. 【請求項2】 前記金属微粒子がSiの酸化物もしくは
    アルコキシシランの加水分解物である、請求項1に記載
    のガスバリアフィルム。
  3. 【請求項3】 前記被膜中における水溶性高分子/金属
    微粒子の重量比が10/90〜85/15である、請求
    項1または2に記載のガスバリアフィルム。
  4. 【請求項4】 熱可塑性樹脂基材の少なくとも片面上に
    水溶性高分子及び金属微粒子を含んでなる被膜を形成す
    るに際し、該被膜の形成過程において、140℃以上、
    熱可塑性樹脂基材の融点以下の温度で乾燥または熱処理
    を行うことを特徴とするガスバリアフィルムの製造方
    法。
JP21660395A 1995-08-02 1995-08-02 ガスバリアフィルムおよびその製造方法 Pending JPH0939166A (ja)

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Legal Events

Date Code Title Description
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Effective date: 20040217

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