(57)【要約】【課題】高い水蒸気バリア性を有するフィルムでも測定が可能な水蒸気透過度を高精度に測定する装置を提供すること。【解決手段】  カルシウム腐食法によるフィルムの水蒸気透過度測定装置であって、試験片を格納するための格納手段と、格納手段の内部を所定の温度と湿度に保つ恒温恒湿手段と、格納手段内の試験片の腐食状態を撮影する撮影手段と、撮影手段で撮影された試験片の画像から水蒸気透過度を算出する水蒸気透過度算出手段とを備えたことを特徴とする水蒸気透過度測定装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウム腐食法によるフィルムの水蒸気透過度測定装置であって、試験片を格納するための格納手段と、格納手段の内部を所定の温度と湿度に保つ恒温恒湿手段と、格納手段内の試験片の腐食状態を撮影する撮影手段と、撮影手段で撮影された試験片の画像から水蒸気透過度を算出する水蒸気透過度算出手段とを備えたことを特徴とする水蒸気透過度測定装置。
【請求項２】
水蒸気透過度算出手段が水蒸気透過度の定常状態への到達時刻を判定する定常状態到達判定手段を備えたものである請求項１記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項３】
定常状態到達判定手段が、撮影手段で一回の測定で複数回撮影された試験片の画像から水蒸気透過度の定常状態への到達時刻を判定するものである請求項２記載の水蒸気透過度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気透過度を精度良く測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水分が透過することで材料の特性が低下する現象が昔から確認されている。例えば、鉄表面に亜鉛やアルミ等のメッキを施したメッキ鋼板や表面処理鋼板では、メッキ材の欠陥を通して水分が浸透しサビを発生させる。また、プラスチック表面に酸化ケイ素、酸化アルミまたはアルミ金属箔を蒸着した食品や薬品の包装材料では蒸着膜の欠陥を通して水蒸気が拡散し、食品または薬品に吸湿する等の問題が発生する。更に最近では、電子・電気装置の包装材料や液晶表示素子、有機ＥＬ表示素子のようなハイレベルな防湿性が要求されるプラスチックフィルムの開発がなされているため、吸湿を防止するためのバリア膜の開発が非常に活発に行なわれている。
【０００３】
従来から検討されている水蒸気透過度の評価は、カップ法（非特許文献１）、モコン法(非特許文献２)等であるが、ハイレベルな防湿性を評価することは不可能であった。モコン法の測定限界値は0.01g/m2/day程度であり、液晶基板や有機ＥＬ基板等に要求される10-3g/m2/day以下の水蒸気透過量は評価できない。
【０００４】
近年、カルシウムの腐食により、バリア膜付きプラスチックフィルムの防湿性を評価する方法が開発されている(例えば、非特許文献３、４)。この方法はバリア膜付きプラスチックフィルムのバリア欠陥を通して侵入した水分とカルシウムの反応を利用した測定方法である。内側に金属カルシウム膜を成膜したフィルム試験片を恒温恒湿環境下に置き、フィルムを透過した水蒸気と反応して腐食したカルシウムの量を画像処理等で測定することにより、フィルムの水蒸気透過量を測定する。このカルシウム腐食法による水蒸気透過量測定は従来のモコン法等と比べ非常に高感度な水蒸気透過量測定が可能である。
【０００５】
現在、カルシウム腐食法によるフィルムの水蒸気透過度測定は、専用の測定装置が無いため、フィルム試験片を恒温恒湿槽にて高温度、高湿度環境に曝露し、一定期間ごとに大気環境に取り出して、顕微鏡などで腐食状態の変化を観察する方法が一般的である。しかしながら、このような方法では、恒温恒湿処理時と観察時ではフィルム試験片がおかれる環境が異なるため、恒温恒湿処理と観察を繰り返すうちに測定値に誤差が生じる可能性があるという問題があった。
【０００６】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｚ  ０２０８
【非特許文献２】ＪＩＳ  Ｋ  ７１２９  Ｂ法
【非特許文献３】Asia  Display/IDW'01  pp.1435〜1438
【非特許文献４】藤本ら、第１２回ポリマー材料フォーラム、ｐ．２００、２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高精度な水蒸気透過度測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、
（１）カルシウム腐食法による水蒸気透過度測定装置であって、試験片を格納するための格納手段と、格納手段の内部を所定の温度と湿度に保つ恒温恒湿手段と、格納手段内の試験片の腐食状態を撮影する撮影手段と、撮影手段で撮影された試験片の画像から水蒸気透過度を算出する水蒸気透過度算出手段とを備えたことを特徴とする水蒸気透過度測定装置、
（２）水蒸気透過度算出手段が水蒸気透過度の定常状態への到達時刻を判定する定常状態到達判定手段を備えたものである（１）記載の水蒸気透過度測定装置、
（３）定常状態到達判定手段が、撮影手段で一回の測定で複数回撮影された試験片の画像から水蒸気透過度の定常状態への到達時刻を判定するものである（２）記載の水蒸気透過度測定装置、
である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、カルシウム腐食法による水蒸気透過度測定装置において、試験片を恒温恒湿環境に保ったまま水蒸気透過度の測定をするため、精度の高い水蒸気透過度測定装置が提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、カルシウム腐食法による水蒸気透過度測定装置において、試験片の腐食状態の観察及び測定時の環境の変化による誤差を生じさせずに高精度に水蒸気透過度を算出する水蒸気透過度測定装置である。
【００１１】
図１は本発明の水蒸気透過度測定装置の構成図である。格納手段２は内部に試験片１を格納できるよう内部が空洞となっている。水蒸気透過度測定中は、試験片１が格納されている格納手段２の内部を所定の温度及び湿度に保つため、格納手段２と恒温恒湿手段３が接続される。水蒸気透過度測定中は、試験片１を格納手段２の内部に格納したままの状態で試験片１の腐食状態を撮影手段４にて撮影する。撮影手段４による試験片１の撮影は、水蒸気透過度測定開始から所定の時間経過後に１度だけ行ってもよいし、適当な間隔をあけて複数回撮影しても良い。また、勿論連続的に撮影しても良い。撮影手段４で撮影された試験片１の画像は水蒸気透過度算出手段５に送られる。水蒸気透過度算出手段５では、試験片１の画像から腐食したカルシウムの量を画像処理により算出し、腐食に要した水の量を逆算することで水蒸気透過度を算出する。
【００１２】
図２はカルシウム腐食法で用いる試験片の一例である。水蒸気バリアフィルム６の片面の一部にカルシウム層７を成膜し、カルシウム層７のうち水蒸気バリアフィルム６に接していない面を封止層８で覆う。カルシウム腐食法では試験片を恒温恒湿処理し、水蒸気バリアフィルムを透過した水蒸気により腐食したカルシウムの量を算出することにより水蒸気の透過量を測定する。カルシウム層７の腐食状態を光学的に観測するために、水蒸気バリアフィルム６と封止層８のうち、少なくともどちらか一方は透明である必要がある。水蒸気バリアフィルム６が透明な場合は、封止層８には金属、ガラス、樹脂などを複数組み合わせて使用することが好ましい。また、封止層８が透明であれば、透明フィルムやガラス等の透明な材料ばかりではなく、例えば金属やセラミック等、不透明な材料でも水蒸気透過度を測定することができる。
【００１３】
格納手段２は、水蒸気透過度測定中に内部の環境を一定に保ちやすいように断熱・密閉構造とすることが望ましい。ただし、フィルム試験片の出し入れを可能にするため扉を設ける必要がある。
【００１４】
撮影手段４は、水蒸気透過度算出手段５での処理のし易さから、フィルムを用いたカメラではなく、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラなどの撮像電子機器を用いるとよい。撮影手段４は特に動画を撮影できる必要はないが、測定精度の面から解像度は高いことが望ましい。撮影手段４には、さらに、レンズ、照明が付属することが好ましい。
水蒸気透過度測定中の格納手段２の内部は高温度、高湿度に保たれることが多いため、撮影手段４の電子機器に腐食などの悪影響を及ぼす可能性があり、撮影手段４のうち少なくとも電子機器部分は格納手段２の外部に設置することが望ましい。その際、格納手段２の一部にガラスのような透明な素材で窓を設けることにより、格納手段２の外部から内部のフィルム試験片１を撮影することが可能となる。撮影手段４のレンズを、格納手段２の内外を遮断する手段として使用してもよい。また、格納手段２の内外を遮断する窓に、内外の温度差が原因で結露を生じるのを防ぐため、窓を二重にして断熱構造としたり、窓に温風などにより加熱する機構を設けたりしても良い。格納手段２の内外を遮断する手段としてレンズを使用する場合にも同様の機構で結露を防ぐことが可能である。
【００１５】
撮影手段４の視野が狭く、試験片１の一部しか撮影できない場合、もしくは、ひとつの格納手段２に複数の試験片１を格納して同時に試験を行えるようにする場合、試験片１もしくは撮影手段４を移動する手段を設け、試験片１と撮影手段４の相対的な位置を移動させながら複数回撮影するとよい。
【００１６】
撮影手段４で撮影した試験片１の画像の一例を図３に示す。水蒸気透過度算出手段５は、図３のような画像から、カルシウムが腐食している領域を画像処理により抽出し、その全領域が腐食するのに要した水蒸気の量を計算することにより、水蒸気バリアフィルムの水蒸気透過度を算出する。式１に示すように、カルシウム１ｍｏｌは２ｍｏｌの水分と反応し、１ｍｏｌの水酸化カルシウムを生成する。
Ｃａ  ＋  ２Ｈ2Ｏ  →  Ｃａ（ＯＨ）2  ＋  Ｈ2  （式１）
よって、試験片１の腐食に要した水蒸気の量は、恒温恒湿処理時間、試験片のカルシウム面積と腐食面積、カルシウム層の厚み、カルシウムの腐食後の厚み補正係数（式３）、腐食後の水酸化カルシウムの密度から求めることができる。
恒温恒湿処理後の水酸化カルシウムのモル量（Ｘ）：
Ｘ＝（δ×ｔ×α×ｄ2）/Ｍ2            （式２）
１<α≦（Ｍ2/ｄ2）/（Ｍ1/ｄ1）            （式３）
水蒸気透過度（g/m2/day）＝Ｘ×１８×２×（１０4／Ａ）*（２４／Ｔ）
（式４）
恒温恒湿処理時間            ：  Ｔ（hour）
腐食性金属の面積            ：  Ａ（ｃｍ2）
腐食性金属の厚み            ：  ｔ（ｃｍ）
腐食性金属の腐食後の厚み補正係数  ：α
腐食された金属面積          ：  δ（ｃｍ2）
腐食性金属の分子量          ：  Ｍ1
腐食後の金属水酸化物分子量  ：  Ｍ2
腐食性金属の密度            ：  ｄ1（ｇ／ｃｍ3）
腐食後の金属水酸化物密度    ：  ｄ2（ｇ／ｃｍ3）
【００１７】
水蒸気透過度算出手段５は、画像処理と画像処理で算出した腐食面積から水蒸気透過度を算出する演算を専用のハードウェアで構成してもよく、コンピュータでソフトウェア的に実現しても良い。
【００１８】
水蒸気透過度測定を行う際、初期の段階においては水蒸気バリアフィルムの水蒸気透過だけはなく、水蒸気バリアフィルムへの吸水も起こるため、見かけの水蒸気透過度が低下する。カルシウム腐食法測定で対象とする水蒸気バリアフィルムは吸水率に比べ水蒸気透過度が非常に小さいため、その傾向が顕著となる。吸水による水蒸気透過度測定誤差を抑えるため、本発明の水蒸気透過度測定装置においては、水蒸気透過度算出手段５が水蒸気透過度の定常状態への到達時刻を判定する定常状態到達判定手段を備えることが好ましい。更に定常状態到達判定手段が、撮影手段で一回の測定で複数回撮影された試験片の画像から水蒸気透過度の定常状態への到達時刻を判定するものであることが好ましい。
【００１９】
見かけの水蒸気透過度への水蒸気バリアフィルムの吸水の影響が十分に小さくなったかどうかを判定するには、試験片の腐食状態を複数回撮影し、各撮影時刻間の腐食面積の変化から水蒸気透過度の平均値を算出し、その値が定常状態に達した、つまり、変化がなくなったことを判定することが好ましい。図４は定常状態到達判定手段の判定方法の一例の説明図である。適当な時間間隔をあけて試験片１の腐食状態を撮影手段４が撮影する。ある撮影時刻での試験片１の腐食面積と前回の撮影時刻で試験片１の腐食面積の差からその時間の平均水蒸気透過度を算出する。そのようにして得られた値が図４中の各点である。定常状態到達判定手段は、平均水蒸気透過度が所定の回数以上連続して所定の範囲１０に収まったとき、水蒸気透過度は定常状態に到達していると判断し、定常状態の水蒸気透過度を真の水蒸気透過度とする。水蒸気透過が定常状態に達しているかどうかを判定するための所定の回数としては、少なすぎると定常状態の判定に誤りが生じる可能性があり、多すぎると測定に時間がかかるため、５〜１０回が好ましいが、測定間隔などの条件に合わせて適切に設定する必要がある。所定の範囲１０としては、経験的に固定値を設定してもよく、また、平均水蒸気透過度に定数をかけるなどしても良い。例えば、所定の回数を５回とした時、連続した５個の平均水蒸気透過度の平均値の１０％、つまり、定数０．１をかけた値を所定の範囲とすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明により、カルシウム腐食法による水蒸気透過度測定において、試験片を恒温恒湿環境に保ったまま水蒸気透過度の測定をするため、腐食面積計測時に外界の影響を受けることのない高精度な水蒸気透過度測定装置が提供可能となる。したがって、従来水蒸気透過度が測定できないような高い水蒸気バリア性を持つ材料でも、そのバリア性の優劣を評価することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の水蒸気透過度測定装置の構成図である。
【図２】カルシウム腐食法で用いる試験片の一例である。
【図３】試験片の画像の一例である。
【図４】定常状態判定手段の判定方法の一例の説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  試験片
２  格納手段
３  恒温恒湿手段
４  撮影手段
５  水蒸気透過度算出手段
６  水蒸気バリアフィルム
７  カルシウム層
８  封止層
９  腐食領域
１０  水蒸気透過度の所定の範囲
１１  所定の回数以上連続して所定の範囲に収まっている平均
水蒸気透過度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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