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ガスバリア入門講座　中級編2

多層フィルムの気体透過性

包装容器に使われる高分子フィルムは1種類(単層)で使われることは滅多にありません。通常、共押出やラミネーションによって多層化(積層)されて使用されています。
例えば、スーパーマーケットやコンビニエンスストアなどで購入できるチーズのパッケージの一部に は[外側] PA (6) /EVOH-32 (3) /PA (6) /Tie/LLDPE (50) [内側] の5層の積層フィルムが使用されています。上述の構成中、カッコ内はμmで表した厚みを意味し(ただし、Tie/LLDPEは2層で50μm)、それぞれの略語は以下のような樹脂を示しています。

PA： ポリアミド樹脂(ナイロン6)
EVOH-32： エチレン組成32mol%のエチレンビニルアルコール共重合体
Tie： 接着樹脂
LLDPE： 線状低密度ポリエチレン

このような多層フィルムの酸素透過係数は(1)式を用いる事により計算できます。 (1)但し、 (2)Pは多層フィルム全体の透過係数，Ｌは多層フィルムの全厚み，は番目の層の厚みと気体透過係数です。

では、(1)式を使ってチーズの包装容器の酸素透過係数を計算してみましょう。使用されている各フィルムの酸素透過係数を表2-1に示します。接着樹脂はLLDPEとして扱いました。表2-1には慣習的に使用されている単位[cc 20µm / m2 day atm]と今までのバリアー入門で示してきた単位[cm3(STP) cm / cm2 s Pa]の酸素透過係数が併記してあります。今回は計算がしやすい[cc 20µm / m2 day atm]の単位系で計算しました。

表2-1　計算に使用した各フィルムの酸素透過係数
  酸素透過係数
[cc 20µm / m2 day atm] [cm3(STP) cm / cm2 s Pa]
PA 501) 1.04×10-15
EVOH-32 0.272) 5.74×10-18
LLDPE 31703). 0.662×10-13

1） Global Packaging News No.28, August, 2 (2004) (25℃, 65%RH)
2） 日本合成化学測定値 (20℃, 65%RH)
3） Polymer gandbook 4th edition, Page VI/546 (25℃, 65%RH)

(1) 式に各樹脂の酸素透過係数と厚みを代入して、

　　　L/P = 12/50 + 3/0.27 + 50/3170
　　　　　　= 11.37　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)

全厚みは65µmなので、

　　　P =65/11.37
　　　　 = 5.72 [cc 20µm / m2 day atm]　　　　　(4)

となります。
表2-2　各フィルムおよび多層フィルムの酸素透過度
  酸素透過度
cc /(m2 day atm)
PA 83
EVOH-32 1.8
LLDPE 1270
多層フィルム 1.76

フィルムの厚みで換算していない酸素透過度で比べると、表2-2のようになります。 多層フィルムの酸素透過度は1.76 [cc /(m2 day atm)]となり、ほとんどEVOH層が有する性能と同じであることが解ります。このことは、多層フィルムのバリアー性は大部分EVOH等のバリア層で決まり、ポリエチレンのバリアー性への寄与はほとんど無いことを意味しています。


中級編ではポリマーや多層フィルムのバリアー性の計算方法を述べました。次回からの上級編では、拡散などについて数学的な取り扱いを入れて述べたいと思います。

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