説明

校正用標準試料および水蒸気透過度測定装置の校正方法

【課題】 水蒸気透過度を測定する高感度な水蒸気透過度測定装置を校正するための校正用標準試料、およびこの校正用標準試料を用いた水蒸気透過度測定装置の校正方法を提供する。
【解決手段】 水蒸気透過度測定装置の校正に用いる標準試料であって、ステンレス製の管体11と、この管体の内部に充填された樹脂12と、前記管体の両端部に水蒸気透過度測定装置に接続するための継手13とを有することを特徴とする校正用標準試料である。また、上記の校正用標準試料10を水蒸気透過度測定装置の水蒸気導入ラインまたは水蒸気検出ラインに取り付けて水蒸気透過度測定装置を校正することを特徴とする水蒸気透過度測定装置の校正方法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水蒸気透過度を測定する装置を校正するための校正用標準試料、および水蒸気透過度測定装置の校正方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
水蒸気透過度(Water Vapor Transmission Rate:WVTR)は、透湿度とも呼ばれ、例えば食品包装などに用いられるプラスチックフィルムやプラスチックシートの性能を決定する重要な特性値である。そして、水蒸気透過度の代表的な試験方法としては、カップ法(非特許文献1)と、感湿センサ法、赤外線センサ法、およびガスクロマトグラフ法の機器測定法(非特許文献2)が、日本工業規格により規定されている。
【0003】
一方、プラスチックフィルム表面に金属酸化物の蒸着膜などのガスバリア膜を設けたガスバリア性の材料は、飲食品、医薬品、工業部品などの包装材としての利用のほかに、特に、現在では、液晶表示素子、有機EL表示素子、太陽電池、タッチパネル、電子ペーパー、カラーフィルタ等の電子機器の部品への利用など、その用途は拡大している。これら電子機器の部品の用途では、高い水蒸気ガスバリア性、すなわち極めて小さな水蒸気透過度、例えば0.01g/m/day以下、更には10−3〜10−5g/m/day程度の水蒸気ガスバリア性が求められている。
【0004】
そして、プラスチックフィルムなどのガスバリア性材料に対する高い水蒸気ガスバリア性の要求とともに、高い水蒸気ガスバリア性を有する材料の評価方法、すなわち極めて小さな水蒸気透過度の測定技術が求められる。しかしながら、上記の従来の試験方法は、赤外線センサ法の測定限界値は、0.01g/m/day程度であり、液晶表示素子、有機EL表示素子等の電子機器の部品の保護膜などに要求される10−3〜10−5g/m/dayの水蒸気透過度の評価には適用することができない。
【0005】
このため、近年は、高いガスバリア性を有する材料を評価する高感度な水蒸気透過度の評価方法について、数多くの技術開発がなされており、差圧法(圧力センサ法、ガスクロマトグラフ法)、等圧法(ガスクロマトグラフ法)、カルシウム腐食法(例えば特許文献1)、静電容量法(例えば特許文献2)などが提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】JIS Z0208「防湿包装材料の透湿度試験方法(カップ法)」
【非特許文献2】JIS K7129「プラスチック−フィルム及びシート−水蒸気透過度の求め方(機器測定法)」
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2006−119069号公報
【特許文献2】特開2007−139447号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
一般的な各種測定装置においては、測定値が不変である標準試料を測定することで、装置の検定や校正を行っている。上記の日本工業規格JIS K7129「プラスチック−フィルム及びシート−水蒸気透過度の求め方(機器測定法)」においても、標準試験片について規定されている。しかし、この従来の水蒸気透過度の機器測定法に規定されている測定装置における校正の限界値は、0.1g/m/day程度である。また、測定装置を販売するメーカーは、装置校正用の標準試験片を提供しているが、その測定装置専用のものであり、各種測定法のトレーサビリティを確認できるものではないのが現状である。
【0009】
一方、近年技術開発が進み、高感度の測定が可能になったものの、10−3〜10−5g/m/dayの水蒸気透過度を評価する高感度な測定においては、その値が微量すぎて、従来のような既知な材料で構成されたシート状の標準試験片では、微量な値を確認する事が出来ない。そして、標準となる校正用の試料が無く校正方法が未確立であるため、各種測定方法および各種測定装置の水蒸気透過度の測定値に関して、測定値の信頼性およびトレーサビリティが確保されていないという課題がある。
【0010】
本発明は、上記課題を解決するもので、極めて僅かな水蒸気透過度を測定する高感度な水蒸気透過度測定装置を校正するための校正用標準試料、およびこの校正用標準試料を用いた水蒸気透過度測定装置の校正方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、本発明の校正用標準試料は、水蒸気透過度測定装置の校正に用いる標準試料であって、ステンレス製の管体と、この管体の内部に充填された樹脂と、前記管体の両端部に水蒸気透過度測定装置に接続するための継手とを有することを特徴とする。
【0012】
また、本発明の水蒸気透過度測定装置の校正方法は、上記の校正用標準試料を水蒸気透過度測定装置の水蒸気導入ラインまたは水蒸気検出ラインに取り付けて水蒸気透過度測定装置を校正することを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明の校正用標準試料、およびこれを用いた水蒸気透過度測定装置の校正方法によれば、極めて僅かな水蒸気透過度を測定する高感度な測定装置においても、校正が可能になり、各種測定装置の測定値のトレーサビリティが得られ、測定値の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本実施の形態における校正用標準試料の概略断面図である。
【図2】本実施の形態における校正用標準試料を用いた校正方法を説明するための差圧法の水蒸気透過度測定装置の概略構成図である。
【図3】本実施の形態における校正用標準試料を用いた校正方法を説明するためのガスクロマトグラフ法の水蒸気透過度測定装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の校正用標準試料およびこれを用いた水蒸気透過度測定装置の校正方法について、説明する。
【0016】
本発明の一実施の形態における校正用標準試料について、以下に説明する。本発明の校正用標準試料は、管体の内部に樹脂を充填してなる構成である。図1は本実施の形態における校正用標準試料の概略断面図である。本実施の形態における校正用標準試料について、図1を用いて以下に詳細に説明する。
【0017】
図1に示すように、本実施の形態における校正用標準試料10は、管体11の内部に充填した樹脂12を有し、管体11の両端部には、水蒸気透過度測定装置に接続するための継手13を有する。
【0018】
管体11の材質としては、一般的に流通しているステンレス鋼(SUS)が好ましい、特に、SUS316が耐食性に優れるため、水蒸気を取り扱う管体11に適している。また、管体11の形状や寸法は、水蒸気透過度測定装置との接続性や寸法公差等の品質、入手しやすさなどの面から、JIS規格に適合したステンレス鋼管が好ましく、その寸法は、外径が1/8〜1インチ、内径は1.76〜21.2mm、内部断面積は2.43〜352.99mm、長さは10〜2000mmの範囲であることが好ましい。特に、長さはなるべく短くした方が、レイアウト上の都合が良いため、長さは10〜400mmの範囲であることがより好ましい。
【0019】
水蒸気透過度測定装置に接続するための継手13としては、メタルガスケット型の継手(VCR継手など)が好ましい。特に、極めて僅かな0.1g/m/day以下の水蒸気透過度を測定する装置の場合には、Oリング型継手やスウェージロック型継手では、継手からのリークが測定装置の精度要求に対して多すぎる場合がある。
【0020】
次に、樹脂12について説明する。樹脂12は、水蒸気透過度の標準試料となる部分であるので特に重要である。樹脂12の材質としては、特に材料の水蒸気透過度が既知であること、なおかつ、管体11に充填することが可能であることが必要であり、ポリエチレンテレフタレート(PET)、低密度ポリエチレン(LDPE)、キャストポリプロピレン(CPP)、2液硬化型樹脂等が使用できる。特に、低密度ポリエチレン(LDPE)、キャストポリプロピレン(CPP)などは、樹脂の吸水率が低いため、校正に際して樹脂の乾燥にかかる時間が少なくて済むので、樹脂12の材質として好ましい。
【0021】
樹脂12の寸法は、径および断面積は、管体11の内径および内部断面積によって決定されるが、径は1.76〜21.2mm、断面積は2.43〜352.99mm、長さは10〜400mmの範囲であることが好ましい。この寸法範囲において、低密度ポリエチレン(LDPE)やキャストポリプロピレン(CPP)の樹脂を用いて校正用標準試料10を作製した場合、仮に有効透過面積が12.6cm(円形の試料フランジの内径が4cm)の測定装置の場合、水蒸気透過度で1.3×10−2〜2.2×10−7g/m/dayの透過度に対応可能であり、2010年10月の段階でプレスリリース又は販売されている水蒸気透過率測定装置の概ね全ての測定レンジに対応可能である。
【0022】
続いて、樹脂12の材質および形状寸法と水蒸気透過度の関係について、以下に詳細に説明する。
【0023】
低密度ポリエチレン(LDPE)およびキャストポリプロピレン(CPP)は、包装材料として一般的に使用されているため、水蒸気透過度は良く知られており、厚さ50μmの低密度ポリエチレン(LDPE)は9g/m/dayであり、厚さ50μmのキャストポリプロピレン(CPP)は7g/m/dayである。また、これら低密度ポリエチレン(LDPE)やキャストポリプロピレン(CPP)は、延伸されたプラスチックではないため、溶融押し出しによって管体11の内部に充填した場合でも、樹脂12の材質のもつ透過係数は変わらないと考えられる。
【0024】
具体的には、例えば、樹脂12の材質として、低密度ポリエチレン(LDPE)を用いた場合の樹脂12の寸法と水蒸気透過度の関係は、次のようになる。樹脂12の径を1mm(断面積は0.785mm)とした場合、長さ0.035mmで水蒸気透過度が1×10−5g/dayの校正用標準試料10が得られ、長さ3.5mmで水蒸気透過度が1×10−7g/dayの校正用標準試料10が得られ、長さ35mmで水蒸気透過度が1×10−8g/dayの校正用標準試料10が得られる。また、管体11として一般的な1/4インチ管を使用する場合は、樹脂12の径が4.2mm(断面積は13.895mm)となり断面積が17.7倍となるので、長さを17.7倍とした場合、すなわち、長さ0.62mmで水蒸気透過度が1×10−5g/dayの校正用標準試料10が得られ、長さ62mmで水蒸気透過度が1×10−7g/dayの校正用標準試料10が得られ、長さ620mmで水蒸気透過度が1×10−8g/dayの校正用標準試料10が得られる。
【0025】
また、樹脂12の材質として、キャストポリプロピレン(CPP)を用いた場合には、樹脂12の寸法と水蒸気透過度の関係は、上記の低密度ポリエチレン(LDPE)を用いた場合の樹脂12の寸法に対して9分の7の長さにすることにより、同一の径寸法で同じ水蒸気透過度の校正用標準試料10が得られる。以上説明したように、樹脂12の材質と寸法とを規定することにより、水蒸気透過度が一定値として決定され、水蒸気透過度の校正用標準試料10とすることが出来る。
【0026】
次に、本実施の形態における校正用標準試料10の製造方法について、説明する。まず、校正用標準試料10の所望の水蒸気透過度の値を決定する。次に、所望の水蒸気透過度の値に合わせて、上記で詳細に説明したように、樹脂12の材質および寸法を決定し、樹脂12の寸法に合わせて、管体11を準備する。この管体11の両端部に継手13を接続して取り付ける。そして、続いて、管体11内に、上記の決定内容に応じた材質および寸法で、溶融押し出しのインジェクション法等により樹脂12を管体11内に充填する。また、2液硬化型樹脂の場合には、樹脂12を管体11内に注入した後、硬化させる方法などにより充填する。以上により、本実施の形態における校正用標準試料10が作製できる。
【0027】
次に、本実施の形態における校正用標準試料10を用いた水蒸気透過度測定装置の校正方法について、図2〜図3を用いて以下に詳細に説明する。図2は、本実施の形態における校正用標準試料を用いた校正方法を説明するための差圧法の水蒸気透過度測定装置の概略構成図である。図3は、本実施の形態における校正用標準試料を用いた校正方法を説明するためのガスクロマトグラフ法の水蒸気透過度測定装置の概略構成図である。
【0028】
まず、図2を用いて、差圧法の水蒸気透過度測定装置の構成の概要と、その測定原理について説明する。差圧法の水蒸気透過度測定装置としては、Technolox社のDELTAPERMが対応する。この装置は、プラスチックフィルムなどの測定試料26を挟む上流フランジ20および下流フランジ21、上流フランジ20および下流フランジ21の両側を真空に排気する真空ポンプ24と配管(直線で図示)、上流フランジ20に水蒸気を導入するための加湿器25と配管(直線で図示)、これらの配管を遮断するバルブ27、上流フランジの圧力を測定する上流真空計22、下流フランジの圧力を測定する下流真空計23、および、システム全体を加熱するユニットで構成されている。なお、図2に図示した校正用標準試料10は、通常、装置としては備えておらず、配管で結ばれている。
【0029】
測定原理は以下のとおりである。上流フランジ20および下流フランジ21を真空にしたのちに、配管を遮断して、上流フランジ20に規定の圧力になるよう加湿器25から水蒸気を導入する。この時生じる上流フランジ20と下流フランジ21との差圧によって、測定試料26を透過し下流フランジ21へ透過した水蒸気によって下流フランジ21の圧力が上昇する。この圧力変化のデータを気体の状態方程式を用いて算出ことにより、測定試料26の水蒸気透過度を求めることができる。
【0030】
続いて、図2を用いて、本実施の形態における校正用標準試料10を用いた差圧法の水蒸気透過度測定装置の校正方法について説明する。差圧法の測定原理は、透過した水蒸気による下流フランジ21の圧力変化を測定することであるから、装置の校正時には、測定試料26をセットせずに、図2に示すように、水蒸気導入ラインである上流フランジ20の手前の配管に、水蒸気透過度が既知の校正用標準試料10を組み込むことにより、差圧法の水蒸気透過度測定装置の校正を行うことができる。
【0031】
すなわち、上流フランジ20および下流フランジ21を真空にしたのちに、配管を遮断して、加湿器25から規定の圧力の水蒸気を校正用標準試料10に導入する。この時生じる校正用標準試料10の前後の差圧によって、校正用標準試料10を透過し下流フランジ21へ透過した水蒸気によって下流フランジ21の圧力が上昇する。この圧力変化のデータから求めた水蒸気透過度の測定値と校正用標準試料10の値とを比較し、測定値を校正用標準試料10の値に修正することにより、測定装置を校正することができる。
【0032】
次に、図3を用いて、ガスクロマトグラフ法の水蒸気透過度測定装置の構成の概要と、その測定原理について説明する。なお、図3に図示した校正用標準試料10は、通常、装置としては備えておらず、配管で結ばれている。ガスクロマトグラフ法の水蒸気透過度測定装置としては、GTRテック社のGTRシリーズが該当する。
【0033】
ガスクロマトグラフ法も基本的な構造は差圧法と似ており、プラスチックフィルムなどの測定試料32を挟む上流フランジ30および下流フランジ31を、真空ポンプ35で減圧して乾燥状態を作り出す。差圧法との相違点は、上流フランジ30側および下流フランジ31側にそれぞれキャリアガス39およびキャリアガス37の乾燥ガスを循環させて、上流フランジ30と下流フランジ31の圧力が同じになる様にしておき、上流フランジ30に加湿器38より規定の量の水蒸気を導入して、測定試料32を介して上流フランジ30と下流フランジ31との間に水蒸気圧差を作り出す。水蒸気圧勾配によって、測定試料32を透過し下流フランジ31に透過してきた水蒸気を、計量管34およびガスクロマトグラフ36で検出する。ガスクロマトグラフの校正はあらかじめ任意に水を含ませたメタノール等の溶媒を使って検出強度を計測し検量線を作成しておき、実測の際はこれを参照して水蒸気透過度の測定値を算出する。
【0034】
続いて、図3を用いて、本実施の形態における校正用標準試料10を用いたガスクロマトグラフ法の水蒸気透過度測定装置の校正方法について説明する。ガスクロマトグラフ法の測定原理は、下流フランジ31側に透過した水蒸気の量を計量管34およびガスクロマトグラフ36で検出し測定することであるから、装置の校正時には、測定試料32をセットせずに、図3に示すように、水蒸気検出ラインである下流フランジ31と計量管34との間の配管に、水蒸気透過度が既知の校正用標準試料10を組み込むことにより、ガスクロマトグラフ法の水蒸気透過度測定装置の校正を行うことができる。
【0035】
すなわち、上流フランジ30および計量管34を、それぞれ真空ポンプ40および真空ポンプ35で減圧して乾燥状態を作り出す。次に、上流フランジ30側および計量管34側にそれぞれキャリアガス39およびキャリアガス37の乾燥ガスを循環させて、圧力が同じになる様にしておき、上流フランジ30に加湿器38より規定の量の水蒸気を導入して、校正用標準試料10を介して上流フランジ30と計量管34との間に水蒸気圧差を作り出す。水蒸気圧勾配によって、校正用標準試料10を透過し計量管34に透過してきた水蒸気を計量管34およびガスクロマトグラフ36で検出し、水蒸気透過度を測定する。この水蒸気透過度の測定値と校正用標準試料10の値とを比較し、測定値を校正用標準試料10の値に修正することにより、測定装置を校正することができる。
【0036】
なお、上記のガスクロマトグラフ法のほかに、等圧法としては、感湿センサ法や赤外センサ法があり、MOCON社のPermatran等も該当する。これらの装置においても、上記のガスクロマトグラフ法と同様に、水蒸気検出ラインであるセンサ手前の配管に水蒸気透過度が既知の校正用標準試料10を組み込むことにより、測定装置の校正を行うことができる。すなわち、JIS K7129に規定の方法の測定装置は、いずれもこの方法により校正することができる。
【0037】
以上、具体的に説明したように、本発明の校正用標準試料は、ステンレス製の管体と、この管体の内部に充填された樹脂と、前記管体の両端部に水蒸気透過度測定装置に接続するための継手とを有する構成である。そして、本発明の水蒸気透過度測定装置の校正方法は、上記の校正用標準試料を各種の水蒸気透過度測定装置の水蒸気導入ラインまたは水蒸気検出ラインに取り付けて水蒸気透過度測定装置を校正する方法である。
【0038】
そして、以上のように、本発明の校正用標準試料およびこれを用いた水蒸気透過度測定装置の校正方法によれば、極めて僅かな水蒸気透過度を測定する高感度な測定装置においても、校正が可能になり、各種測定装置の測定値のトレーサビリティが得られ、測定値の信頼性が確保できるという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【0039】
本発明に係る校正用標準試料およびこれを用いた水蒸気透過度測定装置の校正方法は、極めて僅かな水蒸気透過度を測定する高感度な測定装置においても、校正が可能になり、各種測定装置の測定値のトレーサビリティが得られ、測定値の信頼性が確保でき、高感度な水蒸気透過度測定装置の校正方法として、特に有用である。
【符号の説明】
【0040】
10 校正用標準試料
11 管体
12 樹脂
13 継手
20 上流フランジ
21 下流フランジ
22 上流圧力計
23 下流圧力計
24 真空ポンプ
25 加湿器
26 測定試料
27 バルブ
30 上流フランジ
31 下流フランジ
32 測定試料
33 バルブ
34 計量管
35 真空ポンプ
36 ガスクロマトグラフ
37 キャリアガス
38 加湿器
39 キャリアガス



【特許請求の範囲】
【請求項1】
水蒸気透過度測定装置の校正に用いる標準試料であって、ステンレス製の管体と、この管体の内部に充填された樹脂と、前記管体の両端部に水蒸気透過度測定装置に接続するための継手とを有することを特徴とする校正用標準試料。
【請求項2】
樹脂は、低密度ポリエチレンまたはキャストポリプロピレンであり、前記樹脂の寸法は、断面積が2.43〜352.99mmで長さが10〜400mmの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の校正用標準試料。
【請求項3】
水蒸気透過度測定装置の校正方法であって、請求項1または請求項2に記載の校正用標準試料を水蒸気透過度測定装置の水蒸気導入ラインまたは水蒸気検出ラインに取り付けて水蒸気透過度測定装置を校正することを特徴とする水蒸気透過度測定装置の校正方法。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2012−103151(P2012−103151A)
【公開日】平成24年5月31日(2012.5.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−252576(P2010−252576)
【出願日】平成22年11月11日(2010.11.11)
【出願人】(000235783)尾池工業株式会社 (97)