特許 6645562 分解性樹脂成形体および分解性樹脂成形体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6645562

(24)【登録日】2020年1月14日

(45)【発行日】2020年2月14日

(54)【発明の名称】分解性樹脂成形体および分解性樹脂成形体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B32B 27/30 20060101AFI20200203BHJP

   B32B 9/00 20060101ALI20200203BHJP

   C08J 7/06 20060101ALI20200203BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20200203BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20200203BHJP

【ＦＩ】

   B32B27/30 102

   B32B9/00 A

   C08J7/06 ZCER

   C23C16/42

   C23C16/44 F

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-225082(P2018-225082)

(22)【出願日】2018年11月30日

【審査請求日】2019年8月23日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】三浦 敏徳

(72)【発明者】

【氏名】花倉 満

(72)【発明者】

【氏名】亀田 直人

【審査官】 大村 博一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２８４８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９８／０４６４２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２０８９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１８６０９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 亀田 直人、他，高純度オゾン由来の活性種を用いた室温ＣＶＤ−ＳｉＯ２膜の特性，２０１８年 第７９回 応用物理学会秋季学術講演会［講演予稿集］，日本，公益社団法人応用物理学会，２０１８年 ９月 ５日

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

Ｃ０８Ｊ ７／００− ７／１８

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５；２１／３１−２１／３２

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９；２１／４７−２１／４７５

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンを含む水溶性高分子層の表面にバリア層を具備する分解性樹脂成形体の製造方法であって、
前記水溶性高分子層を真空チャンバに配置し、
前記真空チャンバに配置した前記水溶性高分子層に、２０体積％以上のオゾンガスと、前記バリア層であるケイ素酸化膜またはケイ素酸窒化膜を形成する物質の前駆体を含む原料ガスと、不飽和炭化水素ガスと、を供給し、前記水溶性高分子層に前記バリア層を形成する、ことを特徴とする分解性樹脂成形体の製造方法。

【請求項2】

前記前駆体は、シラン、オルトケイ酸テトラエチル、トリメトキシシラン、トリエトキシシランまたはトリス・ジメチルアミノシランから選択される化合物である、ことを特徴とする請求項１に記載の分解性樹脂成形体の製造方法。

【請求項3】

前記バリア層の厚みは、１ｎｍ以上、１０μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分解性樹脂成形体の製造方法。

【請求項4】

前記真空チャンバ内に、前記水溶性高分子層が予め巻回される第１ロールと、前記第１ロールに巻回された前記水溶性高分子層を巻き取る第２ロールと、前記水溶性高分子層に対して前記オゾンガス、前記原料ガスおよび前記不飽和炭化水素ガスを供給するシャワーヘッドと、を配置し、
前記第１ロールから前記第２ロールに前記水溶性高分子層を巻き取り、
前記シャワーヘッドから、前記第１ロールと前記第２ロールの間を移動する前記水溶性高分子層に、前記オゾンガス、前記原料ガスおよび前記不飽和炭化水素ガスを供給して、前記水溶性高分子層に前記バリア層を形成する、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の分解性樹脂成形体の製造方法。

【請求項5】

前記真空チャンバ内に、前記シャワーヘッドを、当該シャワーヘッドのガス供給面が向かい合うように１対配置し、
前記水溶性高分子層を、向かい合って備えられるシャワーヘッド間を通るように移動させ、
前記一対のシャワーヘッドから、前記第１ロールと前記第２ロールの間を移動する前記水溶性高分子層に、前記オゾンガス、前記原料ガスおよび前記不飽和炭化水素ガスを供給して、前記水溶性高分子層の両面に前記バリア層を形成する、ことを特徴とする請求項４に記載の分解性樹脂成形体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分解性樹脂成形体および分解性樹脂成形体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、海洋等に投棄されたプラスチック製品の自然環境や生態系への影響が問題となっている。プラスチック製品は、投棄されたプラスチック製品そのものだけでなく、投棄されたプラスチック製品が環境中で分解されてできる細かい粒子（マイクロプラスチック）が、海洋とそこに住む生態系に多く影響していることも問題視されている。

【0003】

例えば、経済協力開発機構（ＯＥＣＤ）が２０１８年８月４日までにまとめた報告書では、世界におけるプラスチックごみの発生量が年間３億トンを超え、このプラスチックごみが環境中に流出して観光や漁業にもたらす損害が年間約１３０億ドル（約１兆４千億円）に上るとされている。また、投棄や埋め立てで環境中に貯まる量も増えており、２０２５年には、その量は、約１２０億トンに達すると予測されている。

【0004】

この課題に対して、例えば、米国大手コーヒーチェーンは、２０２０年までにプラスチック製の使い捨てストローの使用を世界中の店舗で全廃すると発表し、他の企業も同様の対策を行いつつある。

【0005】

また、高湿度条件下でも酸素透過性および水蒸気透過性を低く維持することができるガスバリア性フィルムとして、ポリビニルアルコール（ＰＶＡという。以下同じ。）からなる基材フィルムにケイ素蒸着膜を形成したフィルムがある（例えば、特許文献１−３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−２２１５９５号公報

【特許文献2】特公平０８−２２５８０号公報

【特許文献3】特開平０８−２２５８３号公報

【特許文献4】特開２０１３−２０７００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

プラスチック製の製品の代替品として、紙製や生分解性のプラスチック製の製品が提案されている。しかし、紙製の製品は水に対する耐久性に課題が残る。また、生分解性のプラスチック製の製品は、特殊な環境下でしか分解せず、海洋投棄ではほとんど分解しない。

【0008】

また、通常、ＰＶＡフィルム等の表面にＳｉＯ₂膜を形成する方法としては、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ）等の方法がある。しかし、これらの方法では、バリア性のあるＳｉＯ₂膜質を保持するために、基板となるフィルム（例えば、ＰＶＡフィルム）を１００℃以上に加熱する必要がある。ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の耐熱性の高いフィルムではこれらの方法が適用可能であるが、ＰＶＡは耐熱性が低いため、これらの方法を用いてＳｉＯ₂膜を形成することは困難であった。

【0009】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、万が一海洋投棄されたとしても環境への負荷が少なく、且つ大量生産可能な分解性樹脂成形体および分解性樹脂成形体の製造方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成する本発明の分解性樹脂成形体の一態様は、
ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンを含む水溶性高分子層と、
前記水溶性高分子層の表面に備えられるバリア層と、を備え、
前記バリア層は、ケイ素酸化膜またはケイ素酸窒化膜であり、
前記バリア層は、前記水溶性高分子層を挟んで少なくとも１対備えられた、ことを特徴としている。

【0011】

また、上記目的を達成する本発明の分解性樹脂成形体の他の態様は、上記分解性樹脂成形体において、
前記水溶性高分子層は、平均重合度が１０００以下で、ケン化度が１００モル％以下のポリビニルアルコールを含む、ことを特徴としている。

【0012】

また、上記目的を達成する本発明の分解性樹脂成形体の製造方法の一態様は、
ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンを含む水溶性高分子層と、前記水溶性高分子層の表面に備えられるバリア層と、を備えた分解性樹脂成形体の製造方法であって、
前記水溶性高分子層を真空チャンバに備え、
前記真空チャンバに備えられた前記水溶性高分子層に、２０体積％以上のオゾンガスと、前記バリア層であるケイ素酸化膜またはケイ素酸窒化膜を形成する物質の前駆体を含む原料ガスと、不飽和炭化水素ガスと、を供給し、前記水溶性高分子層に前記バリア層を形成する、ことを特徴としている。

【0013】

また、上記目的を達成する本発明の分解性樹脂成形体の製造方法の他の態様は、上記分解性樹脂成形体の製造方法において、
前記前駆体は、シラン、オルトケイ酸テトラエチル、トリメトキシシラン、トリエトキシシランまたはトリス・ジメチルアミノシランから選択される化合物である、ことを特徴としている。

【0014】

また、上記目的を達成する本発明の分解性樹脂成形体の製造方法の他の態様は、上記分解性樹脂成形体の製造方法において、
前記バリア層の厚みは、１ｎｍ以上、１０μｍ以下である、ことを特徴としている。

【0015】

また、上記目的を達成する本発明の分解性樹脂成形体の製造方法の他の態様は、上記分解性樹脂成形体の製造方法において、
前記真空チャンバに前記水溶性高分子層が予め巻回される第１ロールと、前記第１ロールに巻回された前記水溶性高分子層を巻き取る第２ロールと、前記水溶性高分子層に対して前記オゾンガス、前記原料ガスおよび前記不飽和炭化水素ガスを供給するシャワーヘッドと、を備え、
前記第１ロールから第２ロールに前記水溶性高分子層を巻き取り、
前記シャワーヘッドから、前記第１ロールと前記第２ロールの間を移動する前記水溶性高分子層に、前記オゾンガス、前記原料ガスおよび前記不飽和炭化水素ガスを供給して、前記水溶性高分子層に前記バリア層を形成する、ことを特徴としている。

【0016】

また、上記目的を達成する本発明の分解性樹脂成形体の製造方法の他の態様は、上記分解性樹脂成形体の製造方法において、
前記シャワーヘッドを、当該シャワーヘッドのガス供給面が向かい合うように１対備え、
前記水溶性高分子層を、向かい合って備えられたシャワーヘッド間を通るように移動させ、
前記一対のシャワーヘッドから、前記第１ロールと前記第２ロールの間を移動する前記水溶性高分子層に、前記オゾンガス、前記原料ガスおよび前記不飽和炭化水素ガスを供給して、前記水溶性高分子層の両面に前記バリア層を形成する、ことを特徴としている。

【発明の効果】

【0017】

以上の発明によれば、万が一海洋投棄されたとしても環境への負荷が少なく、且つ大量生産可能な分解性樹脂成形体および分解性樹脂成形体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係る分解性フィルムの断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る成膜装置の概略を示す断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る成膜装置の概略を示す断面図である。

【図4】本発明の第３実施形態に係る成膜装置の概略を示す断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る分解性フィルムの分解性を説明する説明図であり、（ａ）分解前の図、（ｂ）海水中に浸漬された時の図、（ｃ）水溶性高分子層が膨潤した状態を示す図、（ｄ）分解した状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施形態に係る分解性樹脂成形体および分解性樹脂成形体の製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。

【0020】

図１に示すように、本発明の実施形態に係る分解性フィルム１は、水溶性高分子層２と、バリア層３を備える。

【0021】

水溶性高分子層２は、例えば、ＰＶＡやポリビニルピロリドン等の水溶性高分子で形成される。ＰＶＡは、例えば、酢酸ビニルモノマーを重合し、得られたポリ酢酸ビニル樹脂をケン化することにより得られる。ＰＶＡは、ポバールとも呼ばれ、工業用途に用いられている。水溶性高分子層２を構成するＰＶＡの平均重合度やケン化度およびポリビニルピロリドンの平均重合度は、水溶性高分子層２の可溶性を損なわない範囲で選択される。例えば、水溶性の観点から、ＰＶＡやポリビニルピロリドンの平均重合度は、１０００以下が好ましく、ＰＶＡのケン化度は、１００モル％以下が好ましく、９０モル％以下がより好ましい。平均重合度およびケン化度は、例えば、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ ６７２６：１９９４に定められたポリビニルアルコール試験方法により求められる。重合度やケン化度は、高いほど水溶性は低く、耐久性が高くなる性質がある。したがって、使用用途に応じて水溶性高分子の平均重合度やケン化度が選択される。例えば、飲料容器では、比較的、平均重合度やケン化度の高い水溶性高分子が用いられる。なお、上記水溶性高分子の平均重合度やケン化度を極めて高くすると、水溶性高分子層２が難溶性のプラスチック製品となり、水溶性高分子層２をプラスチック製品として使用できる可能性があるものの、本発明の目的を損なうおそれがある。

【0022】

水溶性高分子層２の成膜化に際して、例えば、フィルムの加工性、耐熱性、耐候性、機械的性質、寸法安定性等を改良する目的で、種々の配合剤や添加剤等を目的に応じて水溶性高分子層２に添加してもよい。具体的には、滑剤、架橋剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、充填剤、補強剤、顔料等の添加剤が使用される。

【0023】

バリア層３は、少なくとも、水蒸気バリア性を備える層であり、水溶性高分子層２にＣＶＤにより形成される。バリア層３は、例えば、ケイ素酸化物（例えば、ＳｉＯ₂）またはケイ素酸窒化物（例えば、ＳｉＯＮ）により形成されることが好ましい。特に、バリア層３を、ＳｉＯ₂膜またはＳｉＯＮ膜で形成すると、分解性フィルム１の透明性（または、半透明性）が良好で、分解後の分解性フィルム１の環境への影響が少なく、無害であり好ましい。バリア層３の厚さは、水蒸気バリア性と分解性フィルム１の生産性等に基づいて選択される。例えば、バリア層３の厚さは、１ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１０ｎｍ〜１μｍがより好ましい。

【0024】

次に、図２に示す本発明の第１実施形態に係る成膜装置４を参照して、分解性フィルム１の製造方法について詳細に説明する。

【0025】

バリア層３は、バリア層３を形成する物質の前駆体（プリカーサ）を含む原料ガス、オゾンガス、および不飽和炭化水素ガスの反応を利用した化学気相成長法（ＣＶＤ法）で形成される。バリア層３は、例えば、特願２０１８−０６０９８３号公報に記載されたＣＶＤ法により形成される。

【0026】

成膜装置４は、真空チャンバ５と、支持台６を備える。支持台６は、真空チャンバ５内に備えられる。支持台６上には、分解性フィルム１’が備えられる。分解性フィルム１’は、バリア層３が形成される前の水溶性高分子層２を有するフィルムである。

【0027】

真空チャンバ５の支持台６（すなわち、分解性フィルム１’のバリア層３が形成される面）と向かい合うようにシャワーヘッド７が備えられており、シャワーヘッド７からオゾンガス、原料ガスおよび不飽和炭化水素ガスが供給される。シャワーヘッド７から供給されたガスは、分解性フィルム１’に供された後、排気口５ａから真空排気される。なお、シャワーヘッド７から供給されるガスは、シャワーヘッド７の個別の穴からそれぞれ供給しても、２以上のガスを混合した後にシャワーヘッド７から供給してもよい。

【0028】

オゾンガスは、オゾン濃度が高いほど好ましい。例えば、オゾンガスのオゾン濃度（体積％濃度）は、２０〜１００ｖｏｌ％が好ましく、８０〜１００ｖｏｌ％がより好ましく、９０〜１００ｖｏｌ％がより好ましい。これは、オゾン濃度が１００ｖｏｌ％に近いほど、オゾンから生成される反応活性種（ＯＨ）をより高密度で分解性フィルム１’表面に到達させることができるためである。この反応活性種（ＯＨ）は、化学気相成長に必要な反応に加え、バリア層３のカーボン（Ｃ）と反応し、このカーボン（Ｃ）をガスとして除去することができる。したがって、より多くの反応活性種（ＯＨ）を分解性フィルム１’表面に供給することで、不純物の少ないバリア層３の形成が可能となる。また、オゾン濃度が高いほど（すなわち、酸素濃度が低いほど）、オゾンが分離して発生する原子状酸素（Ｏ）の寿命が長くなる傾向があることからも、高濃度のオゾンガスを用いることが好ましい。すなわち、オゾン濃度を高くすることで、酸素濃度が低くなり、原子状酸素（Ｏ）が酸素分子との衝突によって失活することが抑制される。また、オゾン濃度を高くすることで、バリア層３を形成するプロセス圧力を減圧にできるため、ガス流制御性・ガス流向上の観点からも、高濃度のオゾンガスを用いることが好ましい。

【0029】

オゾンガスの流量は、例えば、０．２ｓｃｃｍ以上が好ましく、０．２〜１０００ｓｃｃｍがより好ましい。ｓｃｃｍは、１ａｔｍ（１０１３ｈＰａ）、２５℃におけるｃｃｍ（ｃｍ³／ｍｉｎ）である。

【0030】

高濃度のオゾンガスは、オゾン含有ガスから蒸気圧の差に基づいてオゾンのみを液化分離した後、再び液化したオゾンを気化させて得ることができる。高濃度のオゾンガスを得るための装置は、例えば、特開２００１−３０４７５６号公報や特開２００３−２０２０９号公報の特許文献に開示されている。これらの高濃度のオゾンガスを生成する装置は、オゾンと他のガス（例えば、酸素）の蒸気圧の差に基づきオゾンのみを液化分離して高濃度のオゾン（オゾン濃度≒１００ｖｏｌ％）を生成している。特に、オゾンのみを液化および気化させるチャンバを複数備えると、これらのチャンバを個別に温度制御することにより、連続的に高濃度のオゾンガスを供給することができる。なお、高濃度のオゾンガスを生成する市販の装置として、例えば、明電舎製のピュアオゾンジェネレータ（ＭＰＯＧ−ＨＭ１Ａ１）がある。

【0031】

原料ガスは、バリア層３を形成する元素（例えば、ケイ素酸化物（ＳｉＯ₂）、ケイ素酸窒化物（ＳｉＯＮ）を形成する元素）を構成元素として含む原料ガスが用いられる。具体的には、原料ガスには、シラン（ケイ化水素の総称）、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）、ＴＭＳ（ＴｒｉＭｅｔｈｏｘｙＳｉｌａｎｅ）、ＴＥＳ（ＴｒｉＥｔｈｏｘｙＳｉｌａｎｅ）、３ＤＭＡＳ（トリス・ジメチルアミノシラン：ＳｉＨ（ＮＭｅ₂）₃）等が含まれることが好ましい。

【0032】

不飽和炭化水素は、エチレンに例示される２重結合を有する炭化水素（アルケン）やアセチレンに例示される３重結合を有する炭化水素（アルキン）が用いられる。不飽和炭化水素としては、エチレンやアセチレンの他に、ブチレン等の低分子量の不飽和炭化水素（例えば、炭素数ｎが４以下の不飽和炭化水素）が好ましく用いられる。

【0033】

バリア層３を形成する際には、真空チャンバ５の支持台６に置かれた分解性フィルム１’に、シャワーヘッド７からオゾンガス（例えば、濃度９０％以上のオゾンガス）と原料ガス（例えば、ＴＥＯＳを含むガス）と不飽和炭化水素ガス（例えば、エチレンガス）の混合ガスを同時に吹き付けた。なお、ＴＥＯＳは液体のため、そのままではガス供給できないので、ＴＥＯＳの液体を窒素ガス等の不活性ガスをバブリングさせたキャリアガスとして供給した。

【0034】

この方法では、分解性フィルム１’を加熱することなしに、分解性フィルム１’表面にＳｉＯ₂膜を均一に堆積させることができた。反応に寄与する各ガスの比率は、オゾン流量１に対して、エチレン流量０．１〜２、ＴＥＯＳ流量０．００１〜０．１、成膜圧力は、１Ｐａ〜１０００Ｐａの処理条件で、良好なＳｉＯ₂膜が形成された。オゾン流量１に対してエチレン流量を０．１〜１とすることで、オゾンとエチレンの反応におけるオゾンの酸化の効果をより強めることができる。また、オゾン流量１に対してエチレン流量を１〜２とすることで、カーボンをより多く含む膜が形成される。また、ＴＥＯＳは、室温で液体のため、オゾン流量１に対してＴＥＯＳ流量を０．００１〜０．１とすることで、液体のＴＥＯＳが分解性フィルム１’に付くことが抑制され、少ない原料で確実にバリア層３を形成することができる。オゾン流量および原料ガス流量（ｓｃｃｍ）は、オゾンガスまたは原料ガスを供給する配管に設けられるバルブ（流量を制御するバルブ）の１次圧と２次圧の差圧と、オゾンまたはＴＥＯＳを供給する配管の断面積に基づいて算出される。また、エチレン流量は、エチレンを供給する配管に備えられるマスフローメータにより計測される。なお、他の濃度のオゾンガス、他の不飽和炭化水素または他の原料ガスを用いた場合も同様の条件であることが好ましい。

【0035】

図３に本発明の第２実施形態に係る成膜装置８を示す。成膜装置８は、真空チャンバ５内にロール９、１０を備える。ロール９は、予め分解性フィルム１’が巻回されるロールである。また、ロール１０は、ロール９に巻回された分解性フィルム１’を巻き取るロールである。

【0036】

真空チャンバ５にはシャワーヘッド７が備えられ、ロール９、１０間を移動する分解性フィルム１’にオゾンガス、原料ガス（例えば、ＴＥＯＳ）、不飽和炭化水素ガス（例えば、エチレン）が供給される。供給されたガスは、分解性フィルム１’上で反応した後、真空ポンプ１１より真空チャンバ５から真空排気される。なお、真空チャンバ５内には、送りロール１２が設けられる。

【0037】

成膜装置８では、一方のロール９に巻回された分解性フィルム１’を、他方のロール１０に巻き取るように移動させ、移動させた分解性フィルム１’上に、ＣＶＤ法によりバリア層３が形成される。成膜装置８の成膜条件は、第１実施形態に係る成膜装置４の成膜条件と同じである。この処理は、所謂ロール・ツー・ロール処理といわれ、ロール・ツー・ロール処理でバリア層３の成膜を行うことで分解性フィルム１を大量生産することができる。

【0038】

図４に本発明の第３実施形態に係る成膜装置１３を示す。成膜装置１３は、第２実施形態に係る成膜装置８に一対のシャワーヘッド７を備えたものである。シャワーヘッド７は、ガスを供給する穴が形成された面が向かい合うように配置され、対向配置されたシャワーヘッド７間を分解性フィルム１’が移動する。成膜装置１３の成膜条件は、第１実施形態に係る成膜装置４の成膜条件と同じである。

【0039】

成膜装置１３では、分解性フィルム１’の両面に同時にバリア層３を形成することができるので、分解性フィルム１’の片面にそれぞれバリア層３を形成する成膜装置８と比較して、分解性フィルム１をより大量に生産することが可能となる。

【0040】

次に、図５を参照して、海水中における分解性フィルム１の分解過程について説明する。

【0041】

まず、図５（ａ）に示すように、分解性フィルム１の水溶性高分子層２は水溶性であるが、表面がバリア層３で覆われているため、通常のプラスチック製品と同様にレジ袋やストロー等に使用することができる。

【0042】

図５（ｂ）に示すように、分解性フィルム１が海洋に投棄されると、時間の経過によりバリア層３が海水の水分を透過し始める。なお、バリア層３は耐水性があるが、バリア層３が備える水蒸気バリア性は水蒸気に対するものなので、水に浸漬した場合のバリア性は水中に無い場合よりも低下する。

【0043】

さらに時間が経過すると、バリア層３を透過した水分が水溶性高分子層２に達する（図５（ｃ）参照）。これにより、水溶性高分子層２が水分に溶解し始め、膨潤する。水溶性高分子層２の膨潤の応力で、バリア層３には無数のクラックが生じ、バリア層３が粉々に形状分解し始める。バリア層３の形状分解によりバリア層３の耐水性はほぼ消失し、水溶性高分子層２の分解が加速される。

【0044】

最終的には、図５（ｄ）に示すように、水溶性高分子層２は、完全に海洋に溶解し、分散する。また、バリア層３は、砂状になり分散する。バリア層３は、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍとごく薄いため、砂状になり海洋に分散される。これにより、分解性フィルム１は、万が一海洋に投棄された場合でも、分解後にマイクロプラスチックを生じることがなく、従来のプラスチック容器と比較して、著しく環境負荷が低減できるものと考えられる。

【0045】

つまり、分解性フィルム１に形成されたバリア層３の防水性は、半永久的なものではなく、一定時間経過すると、水溶性高分子層２を溶解するに十分な水分を透過する。これにより、万が一分解性フィルム１が海洋に投棄された場合でも、一定時間経過することで、バリア層３（例えば、ＳｉＯ₂）を浸透した水分により水溶性高分子（例えば、ＰＶＡ）が溶解される。

【0046】

以上のような、本発明の実施形態に係る分解性フィルム１および分解性フィルム１の製造方法によれば、分解性フィルム１が、万が一海洋投棄されたとしても環境への負荷が少なく、分解性フィルム１を大量生産することが可能となる。つまり、本発明の実施形態に係る分解性フィルム１は、機械強度および水溶性を備えた水溶性高分子層２と、環境負荷が少なく半永久的でない防水性を備えたバリア層３を備える。その結果、実用的に使用が可能であり、万が一、環境中に投棄された場合にも環境負荷が少なくなる。

【0047】

特に、分解性フィルム１を構成する水溶性高分子層２をＰＶＡにより形成することで、環境負荷の少ない分解性フィルム１を形成することができる。ＰＶＡは、安全データシート（ＳＤＳ）でも有害性は指摘されておらず、医薬品の添加物としても用いられていることから、海洋に溶解しても、特に生態系に悪影響を及ぼすことはないものと思われる。

【0048】

また、分解性フィルム１を構成するバリア層３をＳｉＯ₂により形成することで、環境負荷の少ない分解性フィルム１を形成することができる。ＳｉＯ₂は、自然界にある石（砂）やガラスの主成分であり、砂状になり分散してしまえば、特に生態系に悪影響を及ぼすことはないものと考えられる。

【0049】

また、バリア層３を、原料ガス、オゾンガス、不飽和炭化水素ガスを反応ガスとするＣＶＤで形成することで、概ね、１ｍｇ〜１０ｇ／ｍ²／ｄａｙの水蒸気透過性を有するバリア層３を形成することができる。バリア層３の水蒸気透過性は、バリア層３の膜厚を制御することで調整できる。バリア層３の厚さを薄くすることで、バリア層３を形成する処理時間を短くすることができ、分解性フィルム１の生産性が向上する。また、万が一海洋に投棄された場合の分解時間を短縮する観点からも、バリア層３の水蒸気透過性は、実用上要求されるぎりぎりの値まで下げることが好ましい。

【0050】

例えば、レジ袋のように使用時に水に触れない用途のプラスチック製品の場合は、ＳｉＯ₂膜の膜厚を薄くして、数ｇ／ｍ²／ｄａｙに制御して、製造コストを下げることができる。また、使用時に水に触れる飲料容器のようなプラスチック製品の場合は、ＳｉＯ₂膜の膜厚を厚くして１０ｍｇ〜１ｇ／ｍ²／ｄａｙに制御して、使用中は水溶性高分子層２が水溶しないように制御することができる。そして、バリア層３の成膜における処理時間は、大量生産の観点から、１０分以下が好ましく、１０秒以下がさらに好ましい。

【0051】

なお、バリア層３の水蒸気透過率を表す単位であるｇ／ｍ²／ｄａｙは、１日あたり１ｍ²の面積のフィルムが何グラムの水蒸気を透過させるかを表している。食品、電子部品、医薬品等の包装に求められる水蒸気バリア性は、１００ｍｇ〜１００ｇ／ｍ²／ｄａｙである。したがって、バリア層３の水蒸気透過率を１ｍｇ〜１０ｇ／ｍ²／ｄａｙとすることで、実用性としては充分な耐水性を備えた分解性フィルム１を得ることができる。

【0052】

従来、ＰＶＡは、プラスチックとしての機械強度はあるものの、水溶性のため特殊な用途でしか使用できなかった。これに対して、本発明の実施形態に係る分解性フィルム１は、水溶性高分子層２の表面をＳｉＯ₂膜で保護して、防水性を付加することで、分解性フィルム１をレジ袋、包装袋、梱包資材、飲料容器、ストロー、マドラー、食器等の日用品や使い捨て製品に使用することができる。そして、分解性フィルム１を、レジ袋、ペットボトル、ストロー等の使い捨てプラスチックの代替製品として用いることで、プラスチックごみの問題を抜本的に解決することができる。

【0053】

また、本発明の実施形態に係る分解性フィルム１の製造方法は、常温の成膜プロセスのため、基板である分解性フィルム１に熱的または化学的ダメージを与えることなく、バリア層３を均一に堆積することができる。この方法で堆積したバリア層３は、一例として、２分で１００ｎｍ厚みの成膜が可能であり、その水蒸気バリア性は５００ｍｇ／ｍ²／ｄａｙであった。この水蒸気バリア性は、食品、電子部品、医薬品等の包装に求められる水蒸気バリア性（１００ｍｇ〜１００ｇ／ｍ²／ｄａｙ）の範囲内にあり、実用性としては充分である。

【0054】

また、バリア層３の形成に、オゾンと不飽和炭化水素の反応により生じるＯＨラジカルを用いることで、バリア層３の低温での成膜速度を向上させるとともに、水溶性高分子層２とバリア層３の密着性が向上する。成膜速度の向上は、ＯＨラジカルが、Ｏラジカルよりも有機化合物に対する反応速度が桁違いに早いことによる。また、水溶性高分子層２とバリア層３の密着性の向上は、水溶性高分子層２にＯＨラジカルを作用させることで、水溶性高分子層２の表面や酸化膜の表面にＯＨ基が形成されることに起因する。

【0055】

また、分解性フィルム１を水に溶解して水溶性高分子層２を抽出することで、分解性フィルム１の再利用が容易となる。分解性フィルム１のリサイクル性が向上する。

【0056】

以上、具体的な実施形態を示して本発明の分解性樹脂成形体および分解性樹脂成形体の製造方法について説明したが、本発明の分解性樹脂成形体および分解性樹脂成形体の製造方法は、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更されたものも、本発明の技術的範囲に属する。

【0057】

例えば、実施形態の説明では、分解性フィルム１を例示して説明したが、本発明の分解性樹脂成形体は、フィルム状の他、板状をはじめとする様々な形状の成型品（水溶性高分子層）に対してバリア層を形成した態様も含まれる。

【符号の説明】

【0058】

１…分解性フィルム（分解性樹脂成形体）
１’…バリア層形成前の分解性フィルム
２…水溶性高分子層
３…バリア層
４、８、１３…成膜装置
５…真空チャンバ
６…支持台
７…シャワーヘッド
９、１０…ロール
１１…真空ポンプ
１２…送りロール

【要約】

【課題】万が一海洋投棄されたとしても環境への負荷が少なく、且つ大量生産可能な分解性樹脂成形体および分解性樹脂成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】水溶性高分子層２上にバリア層３を備えた分解性フィルム１である。水溶性高分子層２は、ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドン等の水溶性高分子で形成する。バリア層３は、ケイ素酸化物またはケイ素酸窒化物で形成する。水溶性高分子層２に、バリア層３を形成する物質の前駆体を含む原料ガス、２０体積％以上のオゾンガスおよび不飽和炭化水素ガスを供給して、ＣＶＤにより水溶性高分子層２上にバリア層３を形成する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】