真空蒸鍍阻隔包裝薄膜的主要制備方法和應(yīng)用

       近年來，迅速發(fā)展的微波加熱技術(shù)給微波食品的包裝及需經(jīng)微波殺菌消毒的一類商品的包裝提出更高的要求，即包裝材料不僅要有優(yōu)良的阻隔性能，而且還要耐高溫、微波透過性良好等性能，傳統(tǒng)的包裝薄膜很難全面具備這些特點(diǎn)。因而日本、意大利、德國、英國、美國、加拿大等工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入大量的人力物力研究開發(fā)新型的高阻隔性包裝材料：SiOX和其他非金屬氧化物鍍膜包裝材料，爭取在未來這一技術(shù)、材料市場上占據(jù)有利地位。這類材料除了阻隔性能可以與鋁塑復(fù)合材料相媲美外，同時還具有微波透過性好、耐高溫、透明、受環(huán)境溫度影響小等特點(diǎn)，特別在商品保香方面，效果如同玻璃瓶包裝一樣，長期儲存或經(jīng)高溫處理后，不會產(chǎn)生異味。能廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化妝品、醫(yī)療器械等包裝安全衛(wèi)生性能要求高、貨架壽命較長的一類商品的包裝，尤其適合作為微波加熱技術(shù)應(yīng)用的一類商品包裝材料。

        真空蒸鍍阻隔包裝薄膜的主要制備方法主要可分為物理氣相沉積和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。

 一、物理氣相沉積

        物理氣相沉積法可分為蒸鍍法和濺射法。其中電阻式蒸發(fā)源以電阻絲方式加熱，溫度可達(dá)1700℃；電子束加熱能量較高，達(dá)20kW/cm2 ，溫度更可達(dá)3000～6000℃；而濺射沉積具有沉積溫度低，沉積速率高，靶材不受限制，鍍膜質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。

 (一)電阻絲蒸鍍和電子束蒸鍍沉積SiOx薄膜

        電阻絲蒸發(fā)鍍法是在真空室中，用電阻絲加熱SiO2 ，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流，在基材表面沉積SiOx薄膜的方法。電子束蒸發(fā)鍍膜法是將SiO2放入水冷銅坩鍋中，直接利用電子束加熱，使蒸發(fā)材料氣化蒸發(fā)后凝結(jié)在基板表面形成SiOx薄膜。電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠(yuǎn)比電阻加熱源更大的能量密度，蒸發(fā)溫度高，特別適合制作高熔點(diǎn)薄膜材料和高純薄膜材料，并且能有較高的蒸發(fā)速度，熱量可直接加到蒸鍍材料的表面，因而熱效率高，熱傳導(dǎo)和熱輻射的損失少，所沉積的SiOx薄膜阻隔性有顯著提高。

(二)磁控濺射沉積SiOx薄膜

        磁控濺射法又叫高速低溫濺射法，已在電學(xué)膜、光學(xué)膜和塑料金屬化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。磁控濺射法與蒸發(fā)法相比，具有鍍膜層與基材的結(jié)合力強(qiáng)，鍍膜層致密、均勻等優(yōu)點(diǎn)。磁控濺射還有其它優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)備簡單，操作方便，控制也不太難。在濺射鍍膜過程中，只要保持工作氣壓和濺射功率恒定，基本上即可獲得穩(wěn)定的沉積速率，沉積速率相對較低是其最大缺點(diǎn)。用單元素靶材濺射并倒入反應(yīng)氣體，進(jìn)行的反應(yīng)稱為反應(yīng)濺射，反應(yīng)磁控濺射中調(diào)節(jié)沉積工藝參數(shù)，可以制備化學(xué)配比或非化學(xué)配比的化合物薄膜，從而達(dá)到通過調(diào)節(jié)薄膜的組成來調(diào)控薄膜特性的目的。但是反應(yīng)磁控濺射在上世紀(jì)90年代前，通常使用直流濺射電源，因此帶來了一些問題，主要是靶中毒引起的打火和濺射過程不穩(wěn)定，膜的缺陷密度較高，這些都限制了它的應(yīng)用發(fā)展。

二、 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積

        PVDC是利用等離子體手段產(chǎn)生電子、離子、活性基團(tuán)，在氣態(tài)或基體表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以薄膜或粉末的形式沉積于基材表面，是等離子體化學(xué)的一個重要研究方向。其應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，如紡織、納米材料的制備、醫(yī)用高分子材料、功能薄膜等。采用有機(jī)硅化合物作為單體，用等離子體手段先進(jìn)行離解，然后聚合沉積在基材表面，是一種新的SiOx薄膜制備手段。

        SiOx包裝阻隔薄膜具有明顯的優(yōu)異性能，逐漸成為新一代的包裝阻隔材料。

三、SiOx鍍膜包裝材料的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

        SiOx鍍膜包裝材料以優(yōu)良的阻隔性能、微波加工適應(yīng)性能被廣泛應(yīng)用于各種商品包裝，尤其對芳香型商品包裝如食品、藥品、化妝品等更具優(yōu)勢。日本用來包裝食品、調(diào)味品、酒類、飲料、果汁、洗滌劑及作為軟管、蓋膜(快餐食品、微波食品容器)、蒸煮袋等使用。歐洲廣泛應(yīng)用于餅干、巧克力、脫水湯料、藥品、肉制品等包裝。德國市場上銷售的Buss牌帶有湯和熟食的可蒸煮、微波加熱的快餐是用PET/SiOx/PET封蓋包裝的，瑞士某公司用鍍膜材料制成立式袋包裝巴氏消毒處理后的冷凍肉制品，另外在歐洲市場上有大量的用PE/SiOx-PET/Paper/PE制成的利樂包裝盒，用于果汁、飲料、牛奶等包裝，獲得玻璃瓶一樣的保鮮、保香效果。美國主要用SiOx-PE/PE/Paper/PE制成屋脊形包裝盒包裝檸檬汁、混合果汁等飲料和用作快餐盒型材、包裝藥品。

四、結(jié)語

        SiOx鍍膜包裝材料的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，隨著新產(chǎn)品(如微波食品、微波殺菌消毒技術(shù)的應(yīng)用)不斷開發(fā)，包裝功能的不斷強(qiáng)化，這種既具有高阻隔性能、耐高溫、透明、微波透過性能良好，又有類似玻璃容器的保鮮保香作用的包裝材料，將在與傳統(tǒng)的高阻隔性復(fù)合材料、多層共擠材料、鋁塑復(fù)合材料競爭中占有獨(dú)特的優(yōu)勢，獲得較大的市場份額。目前我國在SiOx鍍膜包裝材料的生產(chǎn)開發(fā)應(yīng)用上與發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距�？梢灶A(yù)測，這種新型產(chǎn)業(yè)技術(shù)的開發(fā)和推廣，將對我國包裝材料工業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品升級換代起到巨大的推動作用，尤其對于滿足逐漸發(fā)展的微波食品包裝及商品微波殺菌消毒技術(shù)處理要求，意義更為重大。