ハイバリア ソリューションのエンジニアリング: PET フィルム材料のバリア特性と複合構造の分析

I. 重要な用途におけるバリア機能

PETフィルム素材（ポリエチレンテレフタレート） は、ハイエンド印刷、電子絶縁、軟包装など、多くの B2B 分野の基盤となっています。その固有の機械的強度、熱安定性、透明度により、最高の選択肢となります。しかし、食品や医療用包装など、長期保存期間が求められる用途では、ガス (酸素透過率、OTR) と水蒸気 (水蒸気透過率、WVTR) に対する固有のバリア性能が最も重要な品質パラメーターです。エンジニアは、この材料のバリア機能を指定および強化する方法を正確に理解する必要があります。

PET フィルム材料、PET 剥離フィルム、保護フィルムを専門とする大手メーカーである Anhui Hengbo New Materials Co., Ltd. は、特定の顧客のバリア要件に合わせてカスタマイズされたソリューションを提供することで、このニーズに応えています。 2017 年に設立され、ISO9001 国際規格に基づいて運営されている当社は技術的な厳格さに重点を置き、レーザー偽造防止から医療包装用の高バリア PET フィルムまで、当社のフィルムがアプリケーションの厳しい仕様を確実に満たしていることを保証します。

II. PET の固有バリア特性: 厚さと透過性

単層 PET フィルム材料のバリア特性は、ガスまたは蒸気分子が二軸配向ポリマーの緻密な構造を通って拡散する速度によって決まります。本質的に、PET は中程度の OTR および WVTR 値を提供し、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンより優れていますが、真の高バリアポリマーには劣ります。

膜厚 (L) と透過率 (T) の関係はほぼ反比例しており、線形です。T は $1/L$ に比例します。フィルムの密度と配向が一定のままであると仮定すると、厚さを 2 倍にすると、OTR と WVTR の値が約半分になります。したがって、酸素透過率と WVTR に対する PET フィルムの厚さの影響を制御することが、基本的なバリア調整の最も簡単な方法です。

A. 酸素透過率と WVTR に対する PET フィルムの厚さの影響

この関係は設計のベースラインを提供しますが、他の要因 (ピンホールや表面の傷など) による厚さの増加の利点に注意することが重要です。

B. PETフィルムのWVTRおよびOTR測定基準

パフォーマンスを保証するために、B2B トランザクションは標準化されたテスト プロトコルに依存します。 OTR は通常、ASTM D3985 (電量センサー) などの規格を使用して測定され、WVTR は ASTM F1249 (赤外線センサー) または ISO 15106-2 を使用して測定されます。これらのプロトコルは、制御された条件 (例: 摂氏 23 度、相対湿度 0 パーセントまたは 90 パーセント) でのテストを指定し、さまざまなサプライヤー間で同等の技術データを保証します。

Ⅲ．複合バリア強化: メタライゼーションと酸化物コーティング

単層 PET フィルム材料がハイエンドのバリア要件 (たとえば、1 立方センチメートル/平方メートル/日未満の OTR) を満たせない場合、複合技術を使用してその構造を設計する必要があります。

金属化 PET フィルムのバリア強化メカニズムには、フィルム表面へのアルミニウムの薄層 (通常は 300 ～ 500 オングストローム) の真空蒸着が含まれます。この高密度の非多孔質層は透過経路を物理的に遮断し、OTR を 50 ～ 100 分の 1 に低減し、WVTR を大幅に低減して、医療用包装やスナック食品用の高バリア PET フィルムを実現します。

あるいは、酸化物コーティング (酸化ケイ素や酸化アルミニウムなど) は、透明な高いバリアを提供します。これらのセラミック層はプラズマ蒸着法で蒸着され、製品内容を表示するための重要な要件である透明度を維持しながら、メタライゼーションに匹敵する OTR 値を提供します。

A. 金属化 PET (MPET) と透明な酸化物コーティングされた PET

どちらの方法も通常の PET よりもバリアを大幅に向上させますが、選択は美的要件と機能的要件によって異なります。

IV.性能の比較: PET複合材料と専用の高バリア材料

本質的に最大限のバリアを目指して設計されたフィルム、特にポリ塩化ビニリデンやエチレンビニルアルコール (EVOH) に対して強化 PET をベンチマークすることが重要です。技術的な選択は、多くの場合、特定の湿度レベルでの PET と EVOH のバリア性能の比較に集約されます。

EVOH は利用可能な中で最も低い OTR 値の 1 つを提供し、多くの場合 0.01 立方センチメートル/平方メートル/日未満です。ただし、その性能は湿気に非常に敏感です。高湿度 (相対湿度 70% 以上) では、EVOH のバリア特性は著しく低下します。対照的に、金属化 PET フィルムのバリア強化メカニズムのバリアは、相対湿度 0% では EVOH よりも低いですが、その性能は湿度の影響をほとんど受けないため、多くの熱帯または高湿度の用途にとってより安定した選択肢となります。

A. バリア性能のトレードオフ

V. バリア包装向けにカスタマイズされたソリューション

要求の厳しい用途向けに PET フィルム材料を効果的に仕様するには、酸素透過率に対する PET フィルムの厚さの影響、金属化 PET フィルムのバリア強化メカニズムの可能性、および状況に応じた PET と EVOH のバリア性能比較を詳細に理解する必要があります。 PET フィルムの厳格な WVTR および OTR 測定基準を遵守することで、メーカーは食品、医療、エレクトロニクス業界で必要とされる確実性を提供できます。 Anhui Hengbo New Materials Co., Ltd. は、顧客と協力して、医療用包装やその他の特殊な用途向けにカスタムの高性能ハイバリア PET フィルムを開発することに専念し、選択されたフィルム構造がコスト、加工性、重要なバリアの完全性のバランスを完全に満たしていることを保証します。

VI.よくある質問 (FAQ)

Q1: PET フィルム素材の厚さを 2 倍にすると、常に OTR がちょうど半分になりますか?

• A: 逆線形関係により、理論的にはそうです。ただし、実際には、厚さに依存しない表面の欠陥やピンホールがガス透過の制限要因になる可能性があるため、減少は半分よりわずかに少ない可能性があります。酸素透過率に対する PET フィルムの厚さの影響は、厚さの中間範囲で最も強くなります。

Q2: 厚い PET を使用する場合と比べて、金属化 PET フィルムのバリア強化メカニズムの主な利点は何ですか?

• A: メタライゼーションにより、膜厚や重量の増加を最小限に抑えながら、バリア特性が大幅に指数関数的に向上します (多くの場合、50 倍から 100 倍の向上)。これは、材料の使用量とコストを最小限に抑え、医療用包装の効率を最大化する高バリア PET フィルムにとって重要です。

Q3: PET と EVOH のバリア性能比較がさまざまな湿度レベルで分析されることが多いのはなぜですか?

• A: EVOH は親水性が非常に高いです。相対湿度が上昇すると、OTR 性能は劇的に低下します。 PET (および MPET などのその強化版) は疎水性であるため、湿度に関係なくバリア性能が安定しています。これは、高湿度用途の B2B バイヤーにとって重要な要素です。

Q4: PET フィルムの WVTR および OTR 測定規格はどれが国際的に最も一般的に受け入れられていますか?

• A: 最も一般的に受け入れられている技術規格は、WVTR の場合は ASTM F1249、OTR の場合は ASTM D3985 です。これらは、異なるサプライヤーや地域間で製品を比較するために必要な一貫した条件と方法論を提供します。

Q5: エンジニアは、不透明な MPET ではなく、透明な酸化ケイ素コーティングされた PET を指定する必要があるのはどのような場合ですか?

• A: 透明酸化物コーティング PET は、医療包装または食品用の高バリア PET フィルムで内容物が見える必要があると同時に、1 立方センチメートル / 平方メートル / 日未満の OTR レベルを要求する場合に指定されます。 MPET は、通常、より低い生産コストでわずかに優れたより安定したバリア性能を提供するため、透明性が必要ない場合に選択されます。