持続可能な柔軟な包装材料のための次世代の明確なバリアプロセス
背景と紹介
酸化アルミニウム（AlOx）や酸化シリコン（SiOx）などの透明な無機バリア層は数十年前から存在しており、スーパーマーケットの棚には、そのような真空蒸着コーティングを主な機能として含む製品が増えています。層。ニュートラシューティカルおよびシリアルバー（種類バーなど）のフローラッパー、蓋材（ドールフルーツポットに使用されるもの）から、アンクルベンなどの電子レンジ可能なライスポーチまで、さまざまな用途で、これらのバリア層への関心が高まっています。また、AlOx / SiOx市場は年間7〜8％の推定速度で成長を続けています。それにもかかわらず、明確なバリアのフレキシブルパッケージ市場は、ポリ塩化ビニリデン（PVDC）コーティングフィルムとエチレンビニルアルコールコポリマー（EVOH）共押出フィルムであるポリマーベースの透明バリアフィルムが依然として支配的です。ただし、セラミック無機バリア層は、優れたバリア性能、湿度の影響を受けない、塩素を含まない性質、nm範囲の厚さなど、これらのフィルムよりも重要な利点を提供します。不透明な金属化ポリマーフィルムと比較した場合、AlOxおよびSiOxコーティングフィルムは、製品の視認性、マイクロ波および金属検出器への適合性の点で独特です。
近年、透明な無機バリア層をスポットライトに戻す新たな要因が浮上しています。それらの1つは遅延傾向（図1に示されている）であり、構造を単純化してコストを削減する目的で、トリプレックスを二重構造に置き換えることが目標です。 AlOxとSiOxのバリア層の透明な性質により、これらは反転印刷でき、バリアと印刷層がラミネートに埋め込まれた状態で層を減らすことができます。金属化フィルムの場合、二重構造は、シーラントウェブが金属化されているか、ラミネート構造が表面印刷されている場合にのみ可能です（両方のオプションで追加の課題が設定されます）。
もう1つの要因は持続可能性であり、1つはリサイクル可能性のための単一材料の柔軟なパッケージソリューションの開発に重点を置いています。これにより、透明なバリア層は、リサイクル材料の物理的特性をテストする際に（REFLEXプロジェクトレポート[1]に示されているように）有望なリサイクル可能性を示し、さらに廃棄物選別段階で潜在的な問題を引き起こしません。
ボブストマンチェスターは、2007年に元のAlOx（GEN I）プロセスの開発作業を開始し、2年後にようやく完全に生産され、2010年に工業用AlOx生産用の最初の機械がリリースされました。この元の作業は主にポリエチレンテレフタレート（PET ）基板として。その極性の性質と優れた機械的および耐熱性により、当時は最適な材料でした。それにもかかわらず、上記の持続可能性への取り組みにより、焦点は二軸延伸ポリプロピレン（BOPP）などのポリオレフィンベースのフィルムにますます移行し、透明性とバリア性能の観点から持続可能なモノマテリアルパッケージングへの高まる需要を満たすために、ボブストマンチェスターは、新しいAlOx GEN II堆積プロセスを開発しています。
スローバック– BOBST AlOx GEN Iプロセス
BOBST AlOx GEN Iプロセスは、PETフィルム基板用に最適化された酸素注入ジオメトリを備えた標準ボートタイプロールツーロールメタライザーでの反応熱蒸発を使用します。酸素透過率（OTR）と水蒸気透過率（WVTR）の観点から、このプロセスで通常達成できるバリアレベルを表1にまとめます。PETで得られたバリアレベルは、食品包装用途の要件を簡単に満たします。 、標準的なパッケージンググレードのBOPPフィルム（通常、3層共押出フィルムで、共重合体またはターポリマーのスキン層とホモポリマーのコア）は、AlOxを適用するのがより難しいベース材料であることが証明されています。 AlOxコーティングされたPETに匹敵するバリアレベルは、表1で参照されているUHB（超高バリア）BOPPフィルムなどの「特別な」BOPPフィルムを使用してのみ達成できます。これについては、次のセクションで詳しく説明します。
最先端技術– AlOx BOPPバリアソリューション
透明またはメタライズされたバリアコーティングPETフィルムに匹敵するバリア性能を備えた高バリアAlOxコーティングBOPPフィルムのオプションを検討する場合、これらの要件に対処し、1cm³/未満のターゲットOTRおよびWVTRを達成する2つのソリューションが現在利用可能です（m²d）および1 g /（m²d）。これらのオプションは両方とも、柔軟な梱包材のバリューチェーン全体で業界の緊密なコラボレーションに取り組んでいるボブストマンチェスターによって検討されています。
最初の解決策は、インラインコーティング（ILC）BOPPフィルムの使用です。このトピックについて、ボブストマンチェスターは、二軸配向用フィルムラインのメーカーであるブリュックナーマシネンバウGmbH＆Co. KG（ドイツのジークスドルフ）およびMitsui Chemical Europe GmbH（ドイツのデュッセルドルフ、三井化学の東京の一部である東京）と協力しています。日本）ポリマーコーティングおよび樹脂のメーカー。フィルムの製造プロセスと構造を図2に概略的に示します。BOPPベースフィルムは、Mitsui ADMERTMスキン層（接着促進層）が付いた3層の共押出フィルムであり、Mitsui TAKELACTMコーティングが機械と横方向の配向の間にインラインで適用されます（MDO＆TDO）フィルムライン。
上記のILC BOPPフィルムと組み合わせてBOBST AlOx GEN Iクリアバリアプロセスを使用して得られた結果を表2にまとめます。TAKELACTMコーティングには固有の酸素バリア特性がありますが、真空蒸着されたAlOxバリア層との組み合わせのみです。平均OTRは1cm³/（m²d）、WVTRは1 g /（m²d）未満です。
2番目のオプションは、特殊なスキン層ポリマーと共押出（通常は5層）BOPPフィルムを使用することです。これにより、表面エネルギーが高くなり、優れたバリア性能を持つ高密度のAlOx層の核生成と成長が促進されます。 2011年以来、ボブストマンチェスターは、BrücknerMaschinenbau GmbH＆Co. KGと協力して、透明なAlOxと不透明なAlメタライゼーションバリア層を組み合わせたさまざまなスキン層を備えたBOPPフィルムのテストを行っています。このようなBOPPフィルムソリューションは、2019 K-show展覧会のために、PPBベースの単一材料の柔軟な梱包材と構造に関してBOBSTとフィルムサプライヤーとして協力したIndopoly（PT Indopoly Swakarsa Industry Tbk、インドネシア、ジャカルタ）から市販されています。 。このフィルムを使用して達成できるバリア性能の詳細については、次のセクションで説明します。
最新のイノベーション– BOBST AlOx GEN II
この記事の冒頭で示したように、新しいBOBST AlOx GEN IIプロセスは、2018年に始まった最近のプロセス開発です。AlOxGEN IIは、特別に開発された新しい酸素注入ジオメトリを使用した、AlOxクリアバリア蒸着の最新の進歩です。また、光学密度を下げてもAlOxコーティングフィルムのバリア性能が向上するように最適化されているため、AlOxバリア層の透明性が向上します。これは、BOPPフィルムなどのポリオレフィンベースの基板に特に有益です。 AlOx GEN Iプロセスは、開発中に主にPETフィルムを対象としており、透明性と防湿性を高めるオフラインエージングプロセスを伴います。 AlOx GEN IIを使用すると、ある程度のオフラインエージングがまだ関与していますが、機械から離れて、より高い透明性とより優れたバリアAlOxコーティング（BOPP）フィルムを実現できます。
ここで説明した作業では、BOBST EXPERT K5で3つの試行が行われ（Indopolyによって製造された5層の共押出BOPPフィルムを使用）、マシン上のAlOx透明度設定が変更されました。バリアと光学的透明度/密度の結果を図3にまとめます。ご覧のように、マシン上での透明度の設定は、バリアのパフォーマンスに影響を与えます。 OTRへの影響はわずかですが、WVTRへの影響ははるかに顕著です。それにもかかわらず、すべての場合において、平均OTRおよびWVTRは、メタライズドPETフィルムの代替の目標バリア性能を下回っています（OTR <1cm³/（m²d）およびWVTR <1 g /（m²d））。達成されたOTRレベルは卓越しており、すべての設定で約0.2cm³/（m²d）以下の値です。平均WVTRは、設定1の場合は0.33 g /（m²d）、中程度の設定2の場合は0.54 g /（m²d）、設定3の場合は0.98 g /（m²d）です。設定2の光透過性とエージングパフォーマンスを見ると（図3の右のグラフに示す）、0.02のベースフィルムODがたった1日で達成され、その時間枠の間に0.01のOD低下を示していることがわかります。
2013年から2016年にかけて実行されたAlOx変換プロジェクト[2]からの学習に基づいて、生成されたAlOx UHB BOPPフィルムをさらに変換するために、トップコートを適用して、薄いAlOxバリア層を保護する必要があることがわかっています。印刷などのさらなる変換プロセス。 BOBST固有のMFB 5770バリアトップコートをAlOxに最適化されたBOBST CO 750に適用し、トップコーティング前後の結果をUHB BOPPベースフィルムのバリア性能とともに表3に示します。見られるように、このトップコート（酸素バリア配合物であるにも関わらず）は、0.1cm³/（m²d）および0.1 g /（m²d）の箔タイプのバリアレベルに近いOVTRおよびWVTRをさらに向上させます。
まとめと結論
持続可能性の現在の市場推進力で、透明バリア単一材料ベースの柔軟なパッケージソリューションは、完全にリサイクル可能な（またはより良い「リサイクル可能な」）柔軟なパッケージ材料のニーズを満たすために市場で対処された1つのオプションです。しかし、これらのソリューションを既存の主にPETベースの柔軟な包装材料に取って代わる潜在的な候補にするためには、同等のバリアレベルが必要です。新しく開発されたBOBST AlOx GEN IIプロセスは、これらの要件に対するソリューションを提供し、適切なBOPPフィルム基板と組み合わせることで、完全にリサイクル可能な透明バリアPP単一材料パッケージソリューションに大きな可能性を示します。
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