高阻隔包裝薄膜中低裂紋的作用

楊翰林 劉壯

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

【關鍵詞】高阻隔包裝薄膜；薄膜制造；低裂紋；改進方法

一、高阻隔包裝薄膜的發展歷程

根據相關資料顯示，在2016年我國包裝產業的市場價值已經達到了2萬億，并且還在不斷的增長。人們在進行產品消費的時候不僅僅注重產品的質量，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。產品的包裝需求大大的推動了市場的發展，也促進了包裝行業對于新技術、新材料、新工藝的研發水平，在這種發展模式下，高阻隔包裝薄膜技術得到了穩步的發展與進步。

（一）有機薄膜

有機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用，但是隨著使用率的升高，其弊端也隨之出現，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，因為這類材料在進行食品的包裝時，材料內的一些有害助劑和小分子會遷移到食品當中，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

隨著有機薄膜的弊端日益顯現，第二代阻隔包裝材料開始被廣泛的應用，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，使得應用范圍受到限制；并且阻隔層的鋁材料在生產的過程中會消耗較多的能源，也會造成環境的污染，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，人們加大了對第三代阻隔包裝材料的研發，提出了在有機薄膜的表面通過化學氣相沉積或者蒸鍍來覆蓋氧化硅，形成一層氧化硅膜。當有機薄膜的表面鍍上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；并且該材料的穩定性很好，氧化硅層與有機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、生產速度快等優勢。

二、高阻隔包裝薄膜制備技術

（一）低溫等離子體技術

低溫等離子體技術多用于氧化物高阻隔薄膜中，電子溫度能夠達到一萬度，中性基團和離子的溫度為環境溫度，這種溫度的差別能夠實現普通化學反應無法完成的薄膜制備。該技術的原理是通過各類活性基團發生彈性碰撞和非彈性碰撞使得體系之間發生反應，同時這些活性基團在低溫等離子固體上會發生不同的化學物理作用。低溫等離子體技術具有反應粒子活性高、電離率高、薄膜的沉積溫度低等優點，

（二）真空蒸發鍍膜技術

真空蒸發鍍膜技術是在真空的環境下，對蒸發物質施加相應的能量，使得蒸發離子能夠凝結形成薄膜。蒸發裝置包括蒸發源、基片托、真空室三部分組成，其中基片托帶有加熱裝置，根據其加熱方式可以分為激光蒸發、電子束蒸發、、電弧蒸發、電阻加熱蒸發等。其中電子束蒸發對被轟擊材料進行聚焦電子束加熱，將電子束的動能轉化為熱能，完成靶材的蒸發工作。電子束蒸發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，膜會出現熱變形，穩定性不是特別好。

（三）磁控濺射鍍膜技術

磁控濺射鍍膜技術目前已經成為工業沉積鍍膜的關鍵技術之一，該技術通過輝光放電所產生的等離子體來完成磁控濺射鍍膜。同真空蒸鍍法相比，磁控濺射鍍膜技術制備的薄膜具有更好的質量，鍍膜層分布均勻致密，與基材的結合力比較好，成分較容易控制，因此應用的范圍也比較廣。根據所使用離子源的不同，該技術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、交流反應磁控濺射、直流反應磁控濺射等。

（四）脈沖激光沉積鍍膜技術

脈沖激光沉積技術通過準分子脈沖激光器產生的高功率脈沖激光束在靶材表面進行聚焦作用，使得靶材受到高溫作用發生熔蝕現象，從而產生高溫高壓的等離子體，等離子體發生定向的局域膨脹而發射到襯底上面，形成沉積薄膜。該技術是業內人士最為看好的技術之一，因為它的優點比較多，定向性強、反應迅速、化學計量穩定、薄膜分辨率高、能夠實現微區沉積等，同時該技術的靶材、多層膜、異質膜容易制備，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均勻，無法形成大面積的膜，因此仍舊需要不斷的發展和完善。

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合強度，材料的極性受分子結構的影響，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對薄膜的均勻性產生很大的影響，嚴重的還會導致出現針孔結構缺陷，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行吸附結合，能夠提高整體的強度。

（三）對基材表面預濺射的影響

預濺射是通過正離子的加速來對基材表面進行撞擊，去除表面的附著物質和污染物，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濺射形成的整體性，使得預濺射的效果不強，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生碰撞就能夠到達基材的表面，使得陶瓷粒子保持了完整的活化能，能夠促進基材和陶瓷粒子、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生碰撞，嚴重的影響了陶瓷粒子的活化能，影響了薄膜的質量，嚴重者甚至會改變陶瓷粒子的行進方向，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量。以蒸鍍薄膜技術來說，蒸汽流離開蒸發源的時候溫度比較高，能量相對較大，在蒸發區上升過程中，由于受到低裂紋的影響，使得溫度會逐漸的下降，在到達基材表面的時候，其溫度和能量已經受損很多，導致沉積粒子難以在基材上擴散和相互作用，使得鍍膜過程變成了粒子的堆積而非均勻分布，影響了鍍膜的質量。

四、結束語

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

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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：印刷包裝技術與設備 ；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。