蒸鍍氧化鋁、氧化硅型高阻隔性包裝薄膜

潘健 葉青松 胡國利

（黃山永新股份有限公司，黃山 242700）

近年來，高阻隔膜材料因阻隔性能優(yōu)異，且成本低廉、使用方便、透明度好、印刷適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，在市場上廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化學(xué)品等產(chǎn)品包裝，得到飛速發(fā)展，全球高阻隔包裝薄膜市場規(guī)模高達(dá)113.2億美元[1]。

高阻隔膜材料具有良好的阻氣性、阻濕性、阻油性、保香性等重要特性。第一代阻隔膜材料以聚乙烯（PE）、聚酯（PET）、聚偏二氯乙烯（PVDC）等有機(jī)薄膜為代表，但這些材料自身的結(jié)構(gòu)特性決定了其對氣體和液體分子的阻隔能力有限[2-3]。隨著食品飲料、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域產(chǎn)品強(qiáng)勁的需求推動(dòng)，對包裝阻隔性的要求也越來越嚴(yán)格，現(xiàn)已實(shí)際規(guī)模生產(chǎn)出以下多種性能優(yōu)異的高阻隔膜包裝薄膜。

共擠出復(fù)合膜材料取得新的研究進(jìn)展，黃山永新股份有限公司將EVOH與PE、PA共混改性已經(jīng)生產(chǎn)出 PE/PA/EVOH/PA強(qiáng)韌性高阻隔復(fù)合膜，綜合性能優(yōu)異，具有良好的應(yīng)用前景。

涂布復(fù)合膜是將阻隔性聚合物溶解在溶劑中形成涂布液，利用涂布設(shè)備將涂布液涂布于基膜表面，干燥熟化后形成的多層復(fù)合膜。目前涂布復(fù)合膜研究取得了很多新進(jìn)展，桑利軍等[4]在PP、PE、CPP（流延聚丙烯）、PET（聚酯）薄膜上涂布 2-4μm PVDC的復(fù)合薄膜，其透氣性和透濕性顯著降低，應(yīng)用于制造藥品復(fù)合包裝袋復(fù)合膜材料。

以鋁箔、鍍鋁膜為阻隔層的阻隔包裝材料制備工藝簡單，阻隔性能優(yōu)異、使用方便，廣泛應(yīng)用于食品藥品包裝，甚至電子產(chǎn)品封裝領(lǐng)域。目前黃山永新股份有限公司已經(jīng)研發(fā)生產(chǎn)出鋁層高附著力VMCPP和高阻隔性VMCPP，主要通過改良CPP基膜鍍鋁面特性（合理的極性與非極性樹脂材料配比）和鋁層致密性的鍍鋁工藝（氣流量的控制），實(shí)現(xiàn) VMCPP鋁層附著力一級和WVTR ≤ 0.6gm/(m2.day)、OTR ≤18cc/(m2.day)這兩大優(yōu)勢，并且已經(jīng)應(yīng)用于知名跨國企業(yè)的膨化餅干食品包裝和藥物包裝。但是鋁箔需要具有一定的厚度，這增加了包裝材料的成本。此外，鋁箔制袋時(shí)，折痕處易出現(xiàn)裂紋，影響其阻隔性。鋁箔和鍍鋁膜不透明，包裝的產(chǎn)品不能進(jìn)行微波加熱，限制了其應(yīng)用的范圍，開發(fā)蒸鍍新型包裝薄膜成為必然。

20世紀(jì)80年代中期，日本三菱樹脂先后以PVA、PET、PA為基材，開始研究將蒸鍍無機(jī)氧化硅用作阻隔層，開啟新一代高阻隔薄膜研究的熱潮，但由于技術(shù)及成本等原因，沒有形成一定的市場規(guī)模[5]。

直到2001年，德國研發(fā)的100 kW大功率電子槍成功應(yīng)用于氧化硅阻隔層的蒸發(fā)，使氧化物阻隔膜的應(yīng)用得到了發(fā)展。近年來，英國BOSTCH公司推出熱蒸發(fā)鋁直接制備阻隔層的技術(shù)，使阻隔膜的生產(chǎn)速度大大提高。

其中物理蒸鍍法真空蒸鍍SiOx和AlOx阻隔薄膜，途徑主要通過物理氣相沉積法（PVD）結(jié)合等離子體輔助化學(xué)氣相沉積（PCVD）方法制備[6]。生產(chǎn)速率高，能達(dá)到350-600 m/min，在國際上已經(jīng)廣泛使用。主要原理是電阻式蒸發(fā)源以電阻絲方式加熱，溫度可達(dá)1500℃，電子束加熱能量較高，達(dá)20 kW/cm2，溫度最高可達(dá)3000℃-6000℃，通入的等離子氣體（氬氣）和反應(yīng)氣體（氧氣）的體積比為100：20時(shí)薄膜的成分接近于Al2O3，如圖1。

圖1 AlOx鍍膜原理-反應(yīng)蒸發(fā)鍍

圖2 不同材質(zhì)阻隔性對比

AlOx包裝薄膜不僅具有賦予高透明性、可微波爐加工、實(shí)現(xiàn)水煮或蒸煮殺菌，可直接印刷、安全環(huán)保等特性，而且擁有保香性和優(yōu)越的高阻隔性，如圖2。AlOx包裝薄膜具有優(yōu)良的阻隔特性原因[7-8]在于：（1）不飽和的AlOx與基膜表面游離O形成飽和AlOx，形成對稱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；（2）AlOx與基膜表面未飽和H形成H…O鍵，形成致密結(jié)構(gòu)；（3）非極性的H2O、O2等分子不易與極性的AlOx薄膜吸附，△H＜0。而SiOx阻隔薄膜阻隔性基本原理亦是如此。

黃山永新股份有限公司目前致力于開發(fā)AlOx包裝薄膜，實(shí)現(xiàn)了高附著力和高阻隔兩大特性，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用食品、藥品、電子等包裝。如PET/12鍍AlOx/CPP、BOPP/12鍍AlOx/PE等材質(zhì)應(yīng)用于薄膜包裝中。

當(dāng)前，在食品、藥品、化學(xué)品產(chǎn)品的強(qiáng)勁市場需求推動(dòng)下，包裝膜材料持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)品對膜材料的要求更高，要求開發(fā)高阻隔性、保鮮性、耐熱性、抗菌性等多功能性膜材料，其中高阻隔膜材料發(fā)展迅速。同時(shí)隨著資源越來越緊缺和人們環(huán)保意識增強(qiáng)，開發(fā)環(huán)境友好高阻隔膜材料也成為熱點(diǎn)。黃山永新有限公司都在根據(jù)人們的生活習(xí)慣和各類阻隔性包裝的實(shí)際要求，認(rèn)真研究相關(guān)的包裝市場，找準(zhǔn)切人點(diǎn)，以期有所收獲。根據(jù)國家科技部“十三·五”期間提出的包裝材料的發(fā)展方針，高阻隔、高透明、多功能型、輕量化包裝材料將是我國今后發(fā)展的重點(diǎn)。

[1]Smithers Pira.全球高阻隔包裝薄膜市場規(guī)模高達(dá)113.2億美元[J].行業(yè)動(dòng)態(tài), 2017, 5(12)： 80.

[2]周超進(jìn),孫運(yùn)金,仝其根.高阻隔薄膜的制備技術(shù)[C]// 中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)年會(huì), 2014.

[3]孔凡真.塑料軟包裝材料的發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國包裝, 2012, 32(1)： 18-21.

[4]桑利軍,王敏,陳強(qiáng),等.聚乙烯薄膜表面沉積納米SiOx涂層的阻隔性能[J].中國表面工程,2015,28(3)： 6-41.

[5]LIN Jing, DONG Wen-li, SUN Zhi-hui, et al.Development of New Type High Barrier Ceramic Thin Film Materials and Technologies[J].Packaging Engineering,2007, 28(10)： 99-102.

[6]楊維剛.真空蒸鍍SiOx膜的特性及加工應(yīng)用[J].包裝工程, 1999, 20(5)： 14-16.

[7]筏義人.高分子表面的基礎(chǔ)和應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社, 1990.6.

[8]Kunioki Kato Structural study of SiOx Amorphous Thin Fihns by the Grazing Incidence X-ray Scarttering(GIXS) Method Sci.REP.RITU A42 (1996) No.I 45-50.