JPH09124807A - 高ガスバリア性高分子物品及びその製造方法 - Google Patents
高ガスバリア性高分子物品及びその製造方法Info
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Abstract
リア性の劣化が生じない高ガスバリア性高分子物品及び
その製造方法を提供する。 【構成】 高分子材料からなる物品Sの表面部分に、不
活性ガス、窒素ガス、酸素ガス、水素ガスから選ばれた
少なくとも一種のガスのイオンを照射することで形成さ
れた改質層S1を有する高ガスバリア性高分子物品、及
びその製造方法。
Description
療用器具等の包装材、包装容器等や、これらに利用でき
る基材等の物品であって、高分子材料からなり、ガスバ
リア性を有する物品及びその製造方法に関する。
装するために広く用いられているポリプロピレン樹脂、
ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポ
リエステル樹脂等からなる包装材は、ガスバリア性が比
較的低い。例えば酸素(O2 )ガスや水蒸気(H2 O)
が包装材を透過する場合、包装内容物が酸化したり、湿
ったりする恐れがあり、例えば二酸化炭素(CO2 )ガ
スが包装材を透過する場合、炭酸飲料等が封入された包
装容器から飲料中の二酸化炭素ガスが外部へ抜ける恐れ
がある。
で、ある程度ガスバリア性を高めることができるが、包
装材や包装容器の用途、コスト低減化の要請等により厚
みを小さくせざるを得ない場合もある。そこで、包装
材、包装容器等のガスバリア性を高めるため、包装材、
包装容器等表面にアルミニウム(Al)等の金属膜やシ
リコン酸化物、アルミニウム酸化物等のセラミック膜等
を蒸着形成することが行われている。
を形成した包装用物品は、透明性が失われるため、包装
用物品としての商品価値が下がる。また、包装用物品に
て包装した状態のまま電子レンジ加熱できないという欠
点も有する。そこで、現在主流となっているのは前記の
透明性を有するシリコン酸化物、アルミニウム酸化物等
のセラミック膜を形成した包装用物品であるが、この包
装用物品は、例えばフィルム状等のものの場合、該包装
用物品が屈曲するとセラミック膜にクラックが入り易
く、これによりバリア性が著しく低下する。
に、屈曲してもガスバリア性の劣化が生じない高ガスバ
リア性高分子物品及びその製造方法を提供することを課
題とする。
に本発明は、高分子材料からなる物品の表面部分に、不
活性ガス(ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガ
ス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、
キセノン(Xe)ガス等)、窒素(N2 )ガス、酸素
(O2 )ガス、水素(H2 )ガスから選ばれた少なくと
も一種のガスのイオンを照射することで形成された改質
層を有することを特徴とする高ガスバリア性高分子物
品、及びその製造方法であって、高分子材料からなる物
品の表面部分に、不活性ガス、窒素ガス、酸素ガス、水
素ガスから選ばれた少なくとも一種のガスのイオンを照
射して改質層を形成することを特徴とする高ガスバリア
性高分子物品の製造方法を提供する。
装材、包装容器等や、これらに利用できる基材等を例示
できる。前記高分子物品の材質は、包装材として一般に
用いられているポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹
脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル
樹脂等を挙げることができ、特に限定されない。また、
物品形状も、フィルム状、袋状、各種容器の形状等を挙
げることができ、特に限定されない。
ギは、イオン種及び物品材質等によって異なるが、20
0eV〜100keV程度、好ましくは200eV〜1
0keV程度とすることが考えられる。また、イオン照
射量も、イオン種及び物品材質等によって異なるが、1
×1013ions/cm2 〜1×1020ions/cm
2 程度、好ましくは1×1014ions/cm2 〜1×
1017ions/cm 2 程度とすることが考えられる。
合わせとしては、イオン加速エネルギが200eV〜1
00keV程度でイオン照射量が1×1013ions/
cm 2 〜1×1020ions/cm2 程度、より好まし
くは、イオン加速エネルギが200eV〜10keV程
度で、イオン照射量が1×1014ions/cm2 〜1
×1017ions/cm2 程度を例示できる。
いてこのような下限値を設けたのは、これより小さい値
ではイオン照射による効果が十分に得られないからであ
り、このような上限値を設けたのは、これより大きい値
では物品に与える熱的損傷が大きくなり、基体が黒変す
る等、損傷し易いからである。本発明の高ガスバリア性
高分子物品及びその製造方法によると、前記改質層が酸
素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気等のガスを透過させ難
いため、全体としてこれらのガスを通過させ難い高分子
物品が得られる。これは、前記改質層は、イオン照射に
より物品材質の化学結合状態、結晶性及び配向性が変化
して緻密な構造を有するためと考えられる。なお、ガス
バリア性の程度は、物品材質とその厚み、イオン種、イ
オン照射エネルギ及びイオン照射量を適宜、選択、調整
して所望のものにすればよい。
を参照して説明する。図1は、本発明に係る高ガスバリ
ア性高分子物品の1例の拡大断面図である。この高分子
物品Sは、ここではシート状基材であり、表面部分に、
不活性ガス、窒素ガス、酸素ガス、水素ガスから選ばれ
た少なくとも一種のガスのイオンを照射して形成された
改質層S1を有している。そして改質層S1が高ガスバ
リア性を有するため、全体として高ガスバリア性を有す
る。
分子物品の製造に用いることができるイオン照射装置で
ある。この装置は、真空容器1を有し、容器1内には被
処理高分子物品Sを支持するホルダ2が設置され、ホル
ダ2に対向する位置にはイオン源3が設置されている。
また、ホルダ2付近にはイオン電流測定器4が設置さ
れ、ホルダ2前方にはシャッター5が設置されている。
さらに、容器1には排気装置11が付設されて、容器1
内を所定の真空度にすることができる。
あたっては、まず被処理物品Sを図示しない搬送装置を
用いて容器1内に搬入し、ホルダ2に支持させた後、排
気装置11の運転にて容器1内を所定の真空度にする。
また、当初シャッター5は閉じた状態にしておく。次い
で、イオン源3に不活性ガス、窒素ガス、酸素ガス、水
素ガスから選ばれた少なくとも一種のガスを導入してイ
オン化させ、該イオンをホルダ2に向けて照射し、この
間イオン電流測定器4により照射イオン数を測定する。
そして、所定の照射イオン数が得られた時点でシャッタ
ー5を開けて物品Sへの該イオンの照射を開始し、所定
時間照射後、さらにシャッター5を閉じてイオン源3を
停止することでイオン照射を終了する。
V〜100keV、好ましくは200eV〜10keV
とし、イオン照射量は1×1013ions/cm2 〜1
×1020ions/cm2 、好ましくは1×1014io
ns/cm2 〜1×1017ions/cm2 とする。こ
のようにして、図1に示すように、表面部分にイオン照
射による改質層S1を有する高分子物品Sが得られる。
スバリア性高分子物品を製造した具体的実施例について
説明する。厚さ12μmのポリエチレンテレフタレート
(PET)からなるフィルム状被処理物品Sを容器1内
に搬入し、ホルダ2に支持させた後、容器1内を1×1
0 -4Pa以下の真空度にした。またシャッター5は閉じ
た状態とした。次いで、イオン源3にアルゴン(Ar)
ガスを導入し、イオン化させ、該イオンを1000eV
の加速エネルギでホルダ2に向けて照射した。そして、
イオン電流測定器4により測定されるイオン照射量が、
1×1014ions/cm2 となった時点でシャッター
5を開けて物品SへのArイオン照射を開始し、これを
10秒間継続した。このようにして表面部分にArイオ
ン照射による改質層S1を有する高ガスバリア性高分子
物品Sを得た。また、イオン照射量を1×1015ion
s/cm2 、1×1016ions/cm2 又は5×10
16ions/cm2 とした点を除き、他は同様にして、
さらに3個の物品を得た。
高ガスバリア性高分子物品及びイオン照射を行う前の未
処理の高分子物品について、酸素ガス及び水蒸気の透過
量をそれぞれJIS K7126B法及びJIS K7
129B法により測定した。結果を表1に示す。
オン照射時のイオン照射量を1×1016ions/cm
2 とし、イオン加速エネルギを200eV〜20keV
に変化させて得られた高ガスバリア性高分子物品につい
ても、それぞれ同様にして酸素ガス透過量及び水蒸気透
過量を測定した。結果を表2に示す。
速エネルギについては、前記範囲内でこれらの値を大き
くするほど、得られる高ガスバリア性高分子物品の酸素
ガス及び水蒸気に対するバリア性が高くなったことが分
かる。次に、前記本発明実施例において、イオン加速エ
ネルギを1000eV、イオン照射量を5×1016io
ns/cm2 として得られた高ガスバリア性高分子物
品、及び同じPETからなる物品上に膜厚50nmの3
酸化2シリコン(Si2O3 )膜を真空蒸着法により形
成したものの両者について、屈曲試験(ゲルボ試験(A
STM−E−392−74))により50回屈曲させ、
その前後の酸素ガス及び水蒸気の透過量をそれぞれ前記
と同様の方法で測定した。
ア性高分子物品では、50回屈曲後も酸素ガス及び水蒸
気に対する高いバリア性を維持したが、表面に3酸化2
シリコン膜を形成した高分子物品では、50回屈曲によ
りガスバリア性が著しく低下したことが分かる。
ともに、屈曲してもガスバリア性の劣化が生じない高ガ
スバリア性高分子物品及びその製造方法を提供すること
ができる。
の一部の拡大断面図である。
に用いることができるイオン照射装置の概略構成を示す
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 高分子材料からなる物品の表面部分に、
不活性ガス、窒素ガス、酸素ガス、水素ガスから選ばれ
た少なくとも一種のガスのイオンを照射することで形成
された改質層を有することを特徴とする高ガスバリア性
高分子物品。 - 【請求項2】 前記イオン照射におけるイオン加速エネ
ルギを200eV〜100keVとし、イオン照射量を
1×1013ions/cm2 〜1×1020ions/c
m2 とする請求項1記載の高ガスバリア性高分子物品。 - 【請求項3】 高分子材料からなる物品の表面部分に、
不活性ガス、窒素ガス、酸素ガス、水素ガスから選ばれ
た少なくとも一種のガスのイオンを照射して改質層を形
成することを特徴とする高ガスバリア性高分子物品の製
造方法。 - 【請求項4】 前記イオン照射におけるイオン加速エネ
ルギを200eV〜100keVとし、イオン照射量を
1×1013ions/cm2 〜1×1020ions/c
m2 とする請求項3記載の高ガスバリア性高分子物品の
製造方法。
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