JP7663311B2 - バリア性フィルムおよびバリア性包装体 - Google Patents
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Description
このようなバリア性フィルムに関する技術としては、例えば、特許文献1(特開平08-39718号公報)に記載のものが挙げられる。
特許文献1には、このような複合蒸着フィルムはガスバリア性および耐屈曲疲労性が優れると記載されている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、とりわけ水蒸気バリア性に優れたバリア性フィルムを提供するものである。
ポリ塩化ビニリデン系樹脂を主成分として含むポリ塩化ビニリデン系樹脂層を少なくとも備えるバリア性フィルムであって、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層の赤外線吸収スペクトルにおいて、1070cm-1の近傍の波数における吸収ピーク高さA(1070)に対する1046cm-1の近傍の波数における吸収ピーク高さA(1046)のピーク比(A(1046)/A(1070))が2.10以上であるバリア性フィルム。
[2]
[1]に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層の少なくとも一方の面に基材フィルム層を有するバリア性フィルム。
[3]
[2]に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層と前記基材フィルム層との間に無機物層を有するバリア性フィルム。
[4]
[3]に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記無機物層が、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、およびアルミニウムからなる群から選択される一種または二種以上の無機物を含むバリア性フィルム。
[5]
[1]乃至[4]いずれか一項に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記基材フィルム層と前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層との間にポリエステル系接着剤層を有するバリア性フィルム。
[6]
[1]乃至[5]いずれか一項に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層が、シランカップリング剤、ウレタン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、およびアルキッド系樹脂からなる群から選択される一種または二種以上の接着性成分を含むバリア性フィルム。
[7]
[1]乃至[6]に記載のバリア性フィルムから構成されているバリア性包装体。
図1は、本発明に係る実施形態のバリア性フィルム100の構造の一例を模式的に示した断面図である。
本実施形態に係るバリア性フィルム100はポリ塩化ビニリデン系樹脂を主成分として含む第1バリア性樹脂層(A1)と樹脂フィルム層を少なくとも備える。そして、第1バリア性樹脂層(A1)の赤外線吸収スペクトルにおいて、1070cm-1の近傍の波数における吸収ピーク高さA(1070)に対する1046cm-1の近傍の波数における吸収ピーク高さA(1046)のピーク比(A(1046)/A(1070))(以下、「ピーク比」とのみ表記することがある。)が2.10以上である。上記ピーク比が2.10以上であるとバリア性フィルム100の水蒸気バリア性を良好なものとすることができる。
上記ピーク比は2.20以上が好ましく、2.30以上がさらに好ましい。上限は特に限定されないが、例えば8.0以下、ないしは6.0以下である。
赤外線スペクトルの測定(赤外線全反射測定:ATR法)は、日本分光社製FT-IR350装置を用い、KRS-5(ThalliumBromide-Iodide)結晶を装着して、入射角45度、室温、分解能4cm-1、積算回数150回の条件で行う。
上記条件で測定することにより得られた赤外線スペクトルのチャートにおいて、1085cm-1近傍の吸光度の最小値A(1085)と1060cm-1近傍の吸光度の最小値A(1060)とを直線(N)で結び、1070cm-1近傍の吸光度の最大値から直線(N)へ垂直に下した直線を直線(O)とし、直線(O)と直線(N)との交点と、1070cm-1近傍の吸光度の最大値との距離を吸収ピーク高さA(1070)とする。
また、1010cm-1近傍の吸光度の最小値A(1010)と1060cm-1近傍の吸光度の最小値A(1060)とを直線(M)で結び、1046cm-1近傍の吸光度の最大値から直線(M)へ垂直に下した直線を直線(P)とし、直線(P)と直線(M)との交点と、1046cm-1近傍の吸光度の最大値との距離を吸収ピーク高さA(1046)とする。
ポリ塩化ビニリデン系樹脂を溶解させる有機溶媒としては、使用するポリ塩化ビニリデン系樹脂の種類に応じて適宜選択されるため特に限定されないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ジオキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;これらの混合溶媒;等が挙げられる。特に芳香族溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤から選ばれる少なくとも2種の混合物を含むことが好ましく、中でもテトラヒドロフランとトルエンとの混合溶媒、メチルエチルケトンとトルエンとの混合溶媒またはテトラヒドロフランとトルエンとメチルエチルケトンとの混合溶媒が好ましい。
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂溶液は、溶媒に完溶させた後、溶液を調整後24時間から168時間、好ましくは72時間から120時間放置したものを用いることが望ましい。保管後の液は不透明化していることが好ましい。
理由は不明であるが、上記時間溶液を一定時間保管・養生することにより、析出した樹脂の結晶化が進行してバリア性に寄与するものと推定される。
すなわち、本実施形態によれば、第1バリア性樹脂層(A1)のピーク比を上記下限値以上とすることにより、バリア性に優れたポリ塩化ビニリデン系のバリア性フィルム100を実現することができる。
この理由は明らかではないが、溶媒の組成及び保管・養生により不透明化した液においては、析出した樹脂が板状のラメラを形成し、ピーク比が上記下限値以上、すなわち結晶化度が一定値以上であるとより密な結晶構造を有する領域が大きくなるとともに被膜を形成する際に、析出した樹脂が板状結晶となりやすく、それらが基材面に対して平行に配列しガス透過機構におけるいわゆる迷路効果を発現しているためと推定している。酸素等のガスや水蒸気が透過しにくくなりバリア性も同時に向上させることができると考えられる。
本実施形態に係るバリア性フィルム100は、優れたバリア性能を得る観点から、ポリ塩化ビニリデン系樹脂を主成分として含む第1バリア性樹脂層(A1)を少なくとも備える。第1バリア性樹脂層(A1)はポリ塩化ビニリデン系樹脂を主成分として含む層である。
また、第1バリア性樹脂層(A1)は1層のポリ塩化ビニリデン系樹脂層により構成されていてもよいし、2層以上のポリ塩化ビニリデン系樹脂層により構成されていてもよい。このとき、2層以上のポリ塩化ビニリデン系樹脂層はそれぞれ同じ種類のポリ塩化ビニリデン系樹脂層であってもよいし、異なる種類のポリ塩化ビニリデン系樹脂層であってもよい。
第1バリア性樹脂層(A1)のポリ塩化ビニリデン系樹脂の含有量が上記範囲内であると、耐ブロッキング性やバリア性の性能バランスがより一層優れることとなるためである。
塩化ビニリデンと共重合可能な単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸-n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸-tert-ブチル、(メタ)アクリル酸-2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸-n-オクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル等の(メタ)アクリル酸の炭素数1~18のアルキルエステルまたはシクロアルキルエステル、(メタ)アクリル酸メトキシブチル、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシブチル等の(メタ)アクリル酸の炭素数2~18のアルコキシアルキルエステルのような(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸等のカルボキシル基を有するエチレン系α,β-不飽和カルボン酸およびその塩;(メタ)アクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等の不飽和アミド化合物;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル基含有単量体;(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸-3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル等のアクリル酸または(メタ)アクリル酸の炭素数2~8のヒドロキシアルキルエステル;ポリオキシエチレンモノアクリレート、ポリオキシエチレンモノメタアクリレート、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、アリルアルコール等の水酸基含有単量体;スチレン、α-メチルスチレン、塩化ビニル、ブタジエン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、イタコン酸アルキルエステル、エチレン、プロピレン、イソブチレン等のその他の重合性不飽和単量体等から選択される一種または二種以上を挙げることができる。
これらの中でもテトラヒドロフランとトルエンとの混合溶媒、メチルエチルケトンとトルエンとの混合溶媒およびテトラヒドロフランとトルエンとメチルエチルケトンとの混合溶媒が好ましい。
上記接着性成分としては、シランカップリング剤;ウレタン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、アルキッド系樹脂等の接着性樹脂;からなる群から選択される一種または二種以上を用いることが好ましい。
このような酸素透過度は、第1バリア性樹脂層(A1)の厚みの調整、無機物層の付加や厚みの調整等の手段に加えて、第1バリア性樹脂層(A1)の結晶化度を制御することにより適宜調整することができる。
このような水蒸気透過度は、第1バリア性樹脂層(A1)の厚みの調整、無機物層の付加や厚みの調整等の手段に加えて、第1バリア性樹脂層(A1)の結晶化度を制御することにより適宜調整することができる。
樹脂フィルム層/無機物層/第一バリア性樹脂層(A1)/バリア性樹脂層(A2)
という層構成が好ましい。
前記第二バリア性フィルムA2は、ポリ塩化ビニリデン系樹脂の微粒子を含むラテックスにより形成された層であることが好ましい。
第二バリア性フィルムA2の形成方法としては、例えば、ポリ塩化ビニリデン系樹脂の微粒子を含むラテックスにより形成されたポリ塩化ビニリデン系樹脂フィルムを基材フィルム層103、無機物層105、またはその他の基材上に積層させることによりポリ塩化ビニリデン系樹脂層101を形成する方法、ポリ塩化ビニリデン系樹脂の微粒子を含むラテックスを基材フィルム層103、無機物層105、またはその他の基材上に塗布し、乾燥させることによりポリ塩化ビニリデン系樹脂層101を形成する方法等が挙げられる。これらの中でも、バリア性、密着性、生産性の観点から、ポリ塩化ビニリデン系樹脂の微粒子を含むラテックスを基材フィルム層103、無機物層105、またはその他の基材上に塗布し、乾燥させることによりポリ塩化ビニリデン系樹脂層101を形成する方法が好ましい。
また、上記のポリ塩化ビニリデン系樹脂溶液やポリ塩化ビニリデン系樹脂の微粒子を含むラテックスを用いるポリ塩化ビニリデン系樹脂層の形成方法を2回以上繰り返す、または組み合わせることにより、2層以上のポリ塩化ビニリデン系樹脂層により構成されたポリ塩化ビニリデン系樹脂層101を形成することができる。
図1に示すように、本実施形態に係るバリア性フィルム100において、第1バリア性樹脂層(A1)の少なくとも一方の面に基材フィルム層103がさらに積層されてもよい。
これらの中でも、延伸性、透明性が良好な点から、ポリプロピレン、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、ポリエチレンナフタレート、ポリアミドが好ましい。
また、基材フィルム層103の片面または両面に、無機物層105または第1バリア性樹脂層(A1)との接着性を改良するために、例えば、コロナ処理、火炎処理、プラズマ処理、プライマーコート処理等の表面活性化処理を行っておいてもよい。
基材フィルム層103の厚さは、通常1μm以上200μm以下、好ましくは5μm以上150μm以下である。
また、図3に示すように、バリア性フィルム100において、第1バリア性樹脂層(A1)と基材フィルム層103との間に、無機物層105がさらに積層されていてもよい。これにより、良好な耐ブロッキング性を維持しながら、酸素バリア性や水蒸気バリア性等のバリア性能をさらに向上させることができる。
本実施形態の無機物層105を構成する無機物は、例えば、バリア性を有する薄膜を形成できる金属、金属酸化物等が挙げられる。
無機物層105を構成する無機物としては、例えば、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の周期表2A族元素;チタン、ジルコニウム、ルテニウム、ハフニウム、タンタル等の周期表遷移元素;亜鉛等の周期表2B族元素;アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム等の周期表3A族元素;ケイ素、ゲルマニウム、錫等の周期表4A族元素;セレン、テルル等の周期表6A族元素等の単体または酸化物等から選択される一種または二種以上を挙げることができる。
なお、本実施形態では、周期表の族名は旧CAS式で示している。
なお、酸化ケイ素には、二酸化ケイ素の他、一酸化ケイ素、亜酸化ケイ素が含有されていてもよい。
本実施形態において、無機物層105の厚さは、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡による観察画像により求めることができる。
さらに、層間剥離強度を向上させるために基材フィルム層103と第1バリア性樹脂層(A1)の間にポリエステル系接着剤層を設けることもできる。特にポリ塩化ビニリデン系樹脂の微粒子を含むラテックスにより形成された第1バリア性樹脂層(A1)を基材フィルム層103上に、または基材フィルム層103表面上に設けられた無機物層105上に形成する場合には層間剥離強度の向上と安定の観点からポリエステル系接着剤層を介して第1バリア性樹脂層(A1)を形成することが好ましい。
本実施形態のバリア性フィルム100は、ヒートシール性を付与するために、少なくとも片面に熱融着層を設けてもよい。
上記熱融着層としては、熱融着層として公知のものが使用できる。例えば、エチレン、プロピレン、ブテン-1、ヘキセン-1、4-メチル-ペンテン-1、オクテン-1等のα-オレフィンの単独重合体若しくは共重合体、高圧法低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン(所謂LLDPE)、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレンランダム共重合体、低結晶性あるいは非晶性のエチレン・プロピレンランダム共重合体、エチレン・ブテン-1ランダム共重合体、プロピレン・ブテン-1ランダム共重合体等から選択される一種または二種以上のポリオレフィンを含む樹脂組成物により形成される層、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)を含む樹脂組成物により形成される層、EVAおよびポリオレフィンを含む樹脂組成物により形成される層等が挙げられる。
本実施形態のバリア性フィルム100には、例えば、滑性層、帯電防止層等の種々のコーティング層やラミネート層をさらに設けてもよい。
本実施形態のバリア性フィルム100は、例えば、バリア性能が要求される、食品、医薬品、日常雑貨等を包装するための包装用フィルム;真空断熱パネル用フィルム;エレクトロルミネセンス素子、太陽電池等を封止するための封止用フィルム;等として好適に使用することができる。
また、本実施形態のバリア性フィルム100はバリア性包装体を構成するバリア性フィルムとして好適に用いることもできる。本実施形態に係るバリア性包装体は、例えば、内容物を充填することを目的として使用される本実施形態のバリア性フィルム100により構成されたバリア性包装袋自体または当該袋に内容物を充填したものである。また、本実施形態に係るバリア性包装袋は用途に応じその一部にバリア性フィルム100を使用してもよいし、バリア性包装袋全体にバリア性フィルム100を使用してもよい。
本実施形態に係るバリア性フィルム100の製造方法は、例えば、以下の工程を含んでいる。
(1)ポリ塩化ビニリデン系樹脂を有機溶媒に溶解し、当該ポリ塩化ビニリデン系樹脂溶液を、24時間から168時間、好ましくは72時間から120時間、常温付近で保管し、結晶化を促進する工程
有機溶媒としては、良溶媒(例えばTHF)と貧溶媒(例えばトルエン)の混合物を用いることができる。また、良溶媒で完全に溶解した後に、貧溶媒を添加してもよい。
前記溶液をガラス瓶などの透明な容器に入れ、白濁の程度を観察することで、結晶化の程度を確認することができる。
(2)基材フィルム層103、無機物層105、またはその他の基材上にポリ塩化ビニリデン系樹脂を有機溶媒に溶解してなるポリ塩化ビニリデン系樹脂溶液を塗布し、乾燥することにより第1バリア性樹脂層(A1)を形成する工程、
乾燥温度は、基材フィルムの耐熱性により異なるが通常50℃以上200℃以下、好ましくは70℃以上150℃以下、より好ましくは100℃以上130℃以下であり、乾燥時間は、通常5秒以上10分間以下、好ましくは5秒以上3分間以下、より好ましくは5秒以上1分間以下である。
バリア性フィルムを構成するポリ塩化ビニリデン系樹脂層のピーク比(A(1046)/A(1070))は、以下の方法により測定した。
実施例・比較例で得られたバリア性フィルムから1cm×3cmの測定用サンプルを切り出し、その表面(ポリ塩化ビニリデン系樹脂層)の赤外線吸収スペクトルを赤外線全反射測定(ATR法)により得ることにより、ピーク比(A(1046)/A(1070))を求めた。
赤外線スペクトルの測定(赤外線全反射測定:ATR法)は日本分光社製FT-IR350装置を用い、KRS-5(ThalliumBromide-Iodide)結晶を装着して、入射角45度、室温、分解能4cm-1、積算回数150回の条件で行った。
酸素透過度はJIS K7126-2:2006に準拠して測定した。
実施例・比較例で得られたバリア性フィルムに対して、厚さ50μmのLLDPEフィルム(三井化学東セロ社製、商品名:T.U.XFCS)に接着剤(三井化学社製、タケラックA-310(商品名)/タケネートA-3(商品名)=12/1(重量比))を3.0g/m2塗布し、バリア性フィルムの基材フィルム層とは反対側の表面とLLDPEフィルムの接着剤塗布面が接するように積層した。
次いで、酸素透過率測定機(MOCON社製:OXTRAN2/21)を使用して、得られたバリア性フィルムの酸素透過度を温度20℃、湿度90%RHの条件で測定した。
作製したコートフィルムを、内表面積が0.01m2になるように製袋し、得られた袋内に内容物として塩化カルシウムを10g入れ、袋の入り口をヒートシールした。
次いで得られた袋を温度40℃、湿度90%RHの環境下に72時間保管した。
保管前後の塩化カルシウムの重量を測定し、その差から水蒸気透過度を算出した[単位g/(m2・d)]。
白地に黒色で文字が印刷された紙を垂直に立てた。濃度5%液を直径4cmの円筒形の透明なガラスビンに入れ、ビンを文字に押し当て手前から目視した時、文字が読める場合をA、文字が読めないレベルをB、文字の存在すら認識できないレベルをCとした。
旭化成社製ポリ塩化ビニリデン樹脂(サランTMレジンR204)を50℃に加温したトルエン:テトラヒドロフラン=2:1の混合溶媒中で溶解し、5%溶液を作製した。その後、常温に冷却し3日間放置してA液とした。
(B液の作製)
旭化成社製ポリ塩化ビニリデン樹脂(サランTMレジンR204)を50℃に加温したトルエン:テトラヒドロフラン=1:2の混合溶媒中で溶解し、5%溶液を作製した。その後、常温に冷却し3日間放置してB液とした。
A液とB液は作液後、常温下で3日間放置後に使用した。また、A液とB液を混合して用いる際は、上記3日間放置後のA液およびB液を混合後直ちに使用した。
基材フィルムに12μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(ユニチカ社製、商品名エンプレットPET#12)を用いた。そのコロナ処理面に、コート液としてA液をメイヤーバーで塗布し、100℃のオーブン中で30秒間乾燥して塗布量1.1g/m2(固形分)のポリ塩化ビニリデン積層フィルムを得た。その後、40℃のオーブン中で3日間エージングを行い、そのサンプルのIRピーク比と水蒸気透過度を測定した。コート時の液の濁度レベルは、Cであった。
コート液をA液とB液の混合液(A液:B液=75:25)とした以外は、実施例を同様にしてサンプルを作製し、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。コート時の液の濁度レベルは、Cであった。
コート液をA液とB液の混合液(A液:B液=50:50)とした以外は、実施例1を同様にしてサンプルを作製し、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。コート時の液の濁度レベルは、Cであった。
コート液をA液とB液の混合液(A液:B液=25:75)とした以外は、実施例1を同様にしてサンプルを作製し、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。コート時の液の濁度レベルは、Bであった。
コート液をB液100%とした以外は、実施例1を同様にしてサンプルを作製し、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。コート液の濁度レベルは、Aであった。
結果を表1に示す。また、表1に示すB液の比率と水蒸気透過度の関係、表1に示すB液の比率とIRピーク比の変化をそれぞれ図4および図5に示す。
101 ポリ塩化ビニリデン系樹脂層
103 基材フィルム層
105 無機物層
Claims (7)
- ポリ塩化ビニリデン系樹脂を主成分として含むポリ塩化ビニリデン系樹脂層を少なくとも備えるバリア性フィルムであって、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層の赤外線吸収スペクトルにおいて、1070cm-1の近傍の波数における吸収ピーク高さA(1070)に対する1046cm-1の近傍の波数における吸収ピーク高さA(1046)のピーク比(A(1046)/A(1070))が2.10以上であるバリア性フィルム(ただし、片面に印刷した基材フィルムの印刷面と、片面にポリ塩化ビニリデン樹脂塗布層を設けたヒートシール性フィルムのポリ塩化ビニリデン樹脂塗布面とを接着層を介して貼合わせた印刷仕上がりが優れた気体遮断性積層フィルムを除く)。 - 請求項1に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層の少なくとも一方の面に基材フィルム層を有するバリア性フィルム。 - 請求項2に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層と前記基材フィルム層との間に無機物層を有するバリア性フィルム。 - 請求項3に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記無機物層が、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、およびアルミニウムからなる群から選択される一種または二種以上の無機物を含むバリア性フィルム。 - 請求項2乃至4いずれか一項に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記基材フィルム層と前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層との間にポリエステル系接着剤層を有するバリア性フィルム。 - 請求項1乃至5いずれか一項に記載のバリア性フィルムにおいて、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層が、シランカップリング剤、ウレタン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、およびアルキッド系樹脂からなる群から選択される一種または二種以上の接着性成分を含むバリア性フィルム。 - 請求項1乃至6いずれか一項に記載のバリア性フィルムから構成されているバリア性包装体。
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| JP2020105468A (ja) | 2020-07-09 |
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