高阻隔包裝薄膜中低裂紋的作用

楊翰林 劉壯

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的提高，人們的生活水平也在不斷的提高，人們在對產(chǎn)品進(jìn)行選擇的時候，不僅僅注重產(chǎn)品的質(zhì)量，同時也受到外包裝的吸引。因此包裝技術(shù)和材料也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步，本文從高阻隔包裝薄膜出發(fā)，對其發(fā)展歷程進(jìn)行介紹，并分析幾種常見的高阻隔包裝薄膜制造技術(shù)，同時分析低裂紋在各類技術(shù)中的影響，旨在為相關(guān)人員提供參考意見。

【關(guān)鍵詞】高阻隔包裝薄膜；薄膜制造；低裂紋；改進(jìn)方法

一、高阻隔包裝薄膜的發(fā)展歷程

根據(jù)相關(guān)資料顯示，在2016年我國包裝產(chǎn)業(yè)的市場價值已經(jīng)達(dá)到了2萬億，并且還在不斷的增長。人們在進(jìn)行產(chǎn)品消費的時候不僅僅注重產(chǎn)品的質(zhì)量，是否具有精美的包裝也成了影響人們購買意愿的因素之一。產(chǎn)品的包裝需求大大的推動了市場的發(fā)展，也促進(jìn)了包裝行業(yè)對于新技術(shù)、新材料、新工藝的研發(fā)水平，在這種發(fā)展模式下，高阻隔包裝薄膜技術(shù)得到了穩(wěn)步的發(fā)展與進(jìn)步。

（一）有機(jī)薄膜

有機(jī)薄膜為第一代的阻隔包裝材料，例如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）等。這類材料的成本比較低、使用十分方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用，但是隨著使用率的升高，其弊端也隨之出現(xiàn)，即阻隔性太低；尤其是隨著人們安全意識的提高，開始意識到這類材料的危害性，因為這類材料在進(jìn)行食品的包裝時，材料內(nèi)的一些有害助劑和小分子會遷移到食品當(dāng)中，極大的破壞了食品的安全性，因此逐漸的被市場所淘汰了。

（二）加阻隔層的包裝材料

隨著有機(jī)薄膜的弊端日益顯現(xiàn)，第二代阻隔包裝材料開始被廣泛的應(yīng)用，這類材料采用了蒸鍍薄膜鋁和鋁箔作為阻隔層。其制造工藝較為簡單，并且提高了對水分和空氣的阻隔性能，例如在BOPP（雙向拉伸聚丙烯薄膜）、PET等材料上鍍一層鋁膜，能夠使水蒸氣的透過率降低6到8倍，氧氣的透過率降低10倍左右。雖然該材料有著較好的優(yōu)勢，但是因為對阻隔層材料的厚度要求比較高，使得制造成本大大的增加；并且該類材料不具備透明性，也無法用金屬探測器來檢查，使得應(yīng)用范圍受到限制；并且阻隔層的鋁材料在生產(chǎn)的過程中會消耗較多的能源，也會造成環(huán)境的污染，因此該材料也無法滿足人們的需求。

（三）氧化硅膜

隨著第二代阻隔包裝材料的弊端不斷的出現(xiàn)，人們加大了對第三代阻隔包裝材料的研發(fā)，提出了在有機(jī)薄膜的表面通過化學(xué)氣相沉積或者蒸鍍來覆蓋氧化硅，形成一層氧化硅膜。當(dāng)有機(jī)薄膜的表面鍍上50-60納米的氧化硅膜時，不會影響材料的透明度，同時還能極大的降低水蒸氣和氧氣的透過率；并且該材料的穩(wěn)定性很好，氧化硅層與有機(jī)材料的粘合性比較高，使得材料的抗彎性、抗消毒性、耐蒸煮性等到了提高，能夠應(yīng)用于微波加工的包裝物；其潤濕性比較好，便于覆合與印刷；同時也具備無污染、成本低、資源消耗小、生產(chǎn)速度快等優(yōu)勢。

二、高阻隔包裝薄膜制備技術(shù)

（一）低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體技術(shù)多用于氧化物高阻隔薄膜中，電子溫度能夠達(dá)到一萬度，中性基團(tuán)和離子的溫度為環(huán)境溫度，這種溫度的差別能夠?qū)崿F(xiàn)普通化學(xué)反應(yīng)無法完成的薄膜制備。該技術(shù)的原理是通過各類活性基團(tuán)發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞使得體系之間發(fā)生反應(yīng)，同時這些活性基團(tuán)在低溫等離子固體上會發(fā)生不同的化學(xué)物理作用。低溫等離子體技術(shù)具有反應(yīng)粒子活性高、電離率高、薄膜的沉積溫度低等優(yōu)點，

（二）真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)

真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)是在真空的環(huán)境下，對蒸發(fā)物質(zhì)施加相應(yīng)的能量，使得蒸發(fā)離子能夠凝結(jié)形成薄膜。蒸發(fā)裝置包括蒸發(fā)源、基片托、真空室三部分組成，其中基片托帶有加熱裝置，根據(jù)其加熱方式可以分為激光蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、、電弧蒸發(fā)、電阻加熱蒸發(fā)等。其中電子束蒸發(fā)對被轟擊材料進(jìn)行聚焦電子束加熱，將電子束的動能轉(zhuǎn)化為熱能，完成靶材的蒸發(fā)工作。電子束蒸發(fā)在物料表面轟擊的電流密度非常大，因此可以作為高熔點材料的蒸發(fā)源；同時該方法操作簡單方便、成膜的速度比較快，使得該方法的效率很高，但是成膜時的溫度比較高，膜會出現(xiàn)熱變形，穩(wěn)定性不是特別好。

（三）磁控濺射鍍膜技術(shù)

磁控濺射鍍膜技術(shù)目前已經(jīng)成為工業(yè)沉積鍍膜的關(guān)鍵技術(shù)之一，該技術(shù)通過輝光放電所產(chǎn)生的等離子體來完成磁控濺射鍍膜。同真空蒸鍍法相比，磁控濺射鍍膜技術(shù)制備的薄膜具有更好的質(zhì)量，鍍膜層分布均勻致密，與基材的結(jié)合力比較好，成分較容易控制，因此應(yīng)用的范圍也比較廣。根據(jù)所使用離子源的不同，該技術(shù)可以分為脈沖磁控濺射、微波-ECR等離子體增強磁控濺射、射頻磁控濺射、交流反應(yīng)磁控濺射、直流反應(yīng)磁控濺射等。

（四）脈沖激光沉積鍍膜技術(shù)

脈沖激光沉積技術(shù)通過準(zhǔn)分子脈沖激光器產(chǎn)生的高功率脈沖激光束在靶材表面進(jìn)行聚焦作用，使得靶材受到高溫作用發(fā)生熔蝕現(xiàn)象，從而產(chǎn)生高溫高壓的等離子體，等離子體發(fā)生定向的局域膨脹而發(fā)射到襯底上面，形成沉積薄膜。該技術(shù)是業(yè)內(nèi)人士最為看好的技術(shù)之一，因為它的優(yōu)點比較多，定向性強、反應(yīng)迅速、化學(xué)計量穩(wěn)定、薄膜分辨率高、能夠?qū)崿F(xiàn)微區(qū)沉積等，同時該技術(shù)的靶材、多層膜、異質(zhì)膜容易制備，不需要加熱，有利于原味生長。但是也存在或多或少的缺點，例如鍍層的厚度很難實現(xiàn)均勻，無法形成大面積的膜，因此仍舊需要不斷的發(fā)展和完善。

三、高阻隔包裝薄膜中低裂紋的影響

（一）對基材表面性能的影響

薄膜中的低裂紋對基材表面性能有著較大的影響，因為低裂紋能夠破壞基材的整體性和穩(wěn)定性。對薄膜表面粗糙度、表面能、表面含氧量、表面能、氮原子的百分比有著破壞性的作用，而這些因素恰好決定著薄膜的整體性能。尤其是表面極性決定著材料的結(jié)合強度，材料的極性受分子結(jié)構(gòu)的影響，間接地影響了表面張力。

（二）對薄膜均勻性的影響

材料阻隔性的好壞直接受到薄膜均勻性的影響，薄膜的均勻性好，其阻隔性便好。而薄膜中的低裂紋能夠?qū)Ρ∧さ木鶆蛐援a(chǎn)生很大的影響，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致出現(xiàn)針孔結(jié)構(gòu)缺陷，氣體和水分子通過這些裂紋和針孔穿過薄膜，造成薄膜阻隔性差。同時低裂紋也會使得薄膜的表面不光滑，降低了材料的平滑度，使得薄膜變得粗糙，因此會加大薄膜層的厚度，也會使得薄膜和薄膜之間的吸附力加大。但這種粗糙度也有一定的好處，粗糙度加大有利于鍍層和基層進(jìn)行吸附結(jié)合，能夠提高整體的強度。

（三）對基材表面預(yù)濺射的影響

預(yù)濺射是通過正離子的加速來對基材表面進(jìn)行撞擊，去除表面的附著物質(zhì)和污染物，高能量的離子能夠分解為微塵，附著在基材表面以后會產(chǎn)生凹坑，濺射出的粒子能夠彌補這些凹坑，保證了材料的整體性。但是低裂紋又破壞了這種由預(yù)濺射形成的整體性，使得預(yù)濺射的效果不強，作用不明顯。

（四）對真空度的影響

真空度在陶瓷薄膜中具有較為重要的作用，它能夠保證陶瓷粒子不發(fā)生碰撞就能夠到達(dá)基材的表面，使得陶瓷粒子保持了完整的活化能，能夠促進(jìn)基材和陶瓷粒子、陶瓷粒子和陶瓷粒子之間牢固的相互作用，提高穩(wěn)定性。但是低裂紋能夠破壞真空度，使得真空度下降，造成陶瓷粒子在未到基層之前多次的與空氣分子發(fā)生碰撞，嚴(yán)重的影響了陶瓷粒子的活化能，影響了薄膜的質(zhì)量，嚴(yán)重者甚至?xí)淖兲沾闪Ｗ拥男羞M(jìn)方向，使得薄膜的厚度不均勻。

（五）對基材溫度的影響

鍍膜過程比較復(fù)雜，其影響因素也比較多，尤其是溫度的影響更為重要，合理的溫度是鍍膜工作順利完成的前提保障。但是低裂紋會影響基材的溫度，間接地影響了薄膜的質(zhì)量。以蒸鍍薄膜技術(shù)來說，蒸汽流離開蒸發(fā)源的時候溫度比較高，能量相對較大，在蒸發(fā)區(qū)上升過程中，由于受到低裂紋的影響，使得溫度會逐漸的下降，在到達(dá)基材表面的時候，其溫度和能量已經(jīng)受損很多，導(dǎo)致沉積粒子難以在基材上擴(kuò)散和相互作用，使得鍍膜過程變成了粒子的堆積而非均勻分布，影響了鍍膜的質(zhì)量。

四、結(jié)束語

文章對高阻隔包裝薄膜的發(fā)展歷程和制造技術(shù)進(jìn)行了闡述，并分析了低裂紋對高阻隔包裝薄膜的影響，為相關(guān)從業(yè)人員提供參考意見。但是在實際應(yīng)用的過程中，仍舊需要科研人員不斷的摸索新的辦法，推動包裝技術(shù)、材料的進(jìn)步和發(fā)展。

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作者簡介：楊翰林（1981.01—），男，漢族，山東萊州人，碩士，講師，研究方向：印刷包裝技術(shù)與設(shè)備 ；劉壯（1979.03—），男，漢族，吉林長春人，博士，副教授，研究方向：印刷與包裝材料。