高阻隔包装薄膜中低裂纹的作用

杨翰林 刘壮

【摘要】随着经济的发展和科学技术的提高，人们的生活水平也在不断的提高，人们在对产品进行选择的时候，不仅仅注重产品的质量，同时也受到外包装的吸引。因此包装技术和材料也在不断的发展和进步，本文从高阻隔包装薄膜出发，对其发展历程进行介绍，并分析几种常见的高阻隔包装薄膜制造技术，同时分析低裂纹在各类技术中的影响，旨在为相关人员提供参考意见。

【关键词】高阻隔包装薄膜；薄膜制造；低裂纹；改进方法

一、高阻隔包装薄膜的发展历程

根据相关资料显示，在2016年我国包装产业的市场价值已经达到了2万亿，并且还在不断的增长。人们在进行产品消费的时候不仅仅注重产品的质量，是否具有精美的包装也成了影响人们购买意愿的因素之一。产品的包装需求大大的推动了市场的发展，也促进了包装行业对于新技术、新材料、新工艺的研发水平，在这种发展模式下，高阻隔包装薄膜技术得到了稳步的发展与进步。

（一）有机薄膜

有机薄膜为第一代的阻隔包装材料，例如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）等。这类材料的成本比较低、使用十分方便，因此得到了广泛的应用，但是随着使用率的升高，其弊端也随之出现，即阻隔性太低；尤其是随着人们安全意识的提高，开始意识到这类材料的危害性，因为这类材料在进行食品的包装时，材料内的一些有害助剂和小分子会迁移到食品当中，极大的破坏了食品的安全性，因此逐渐的被市场所淘汰了。

（二）加阻隔层的包装材料

随着有机薄膜的弊端日益显现，第二代阻隔包装材料开始被广泛的应用，这类材料采用了蒸镀薄膜铝和铝箔作为阻隔层。其制造工艺较为简单，并且提高了对水分和空气的阻隔性能，例如在BOPP（双向拉伸聚丙烯薄膜）、PET等材料上镀一层铝膜，能够使水蒸气的透过率降低6到8倍，氧气的透过率降低10倍左右。虽然该材料有着较好的优势，但是因为对阻隔层材料的厚度要求比较高，使得制造成本大大的增加；并且该类材料不具备透明性，也无法用金属探测器来检查，使得应用范围受到限制；并且阻隔层的铝材料在生产的过程中会消耗较多的能源，也会造成环境的污染，因此该材料也无法滿足人们的需求。

（三）氧化硅膜

随着第二代阻隔包装材料的弊端不断的出现，人们加大了对第三代阻隔包装材料的研发，提出了在有机薄膜的表面通过化学气相沉积或者蒸镀来覆盖氧化硅，形成一层氧化硅膜。当有机薄膜的表面鍍上50-60纳米的氧化硅膜时，不会影响材料的透明度，同时还能极大的降低水蒸气和氧气的透过率；并且该材料的稳定性很好，氧化硅层与有机材料的粘合性比较高，使得材料的抗弯性、抗消毒性、耐蒸煮性等到了提高，能够应用于微波加工的包装物；其润湿性比较好，便于覆合与印刷；同时也具备无污染、成本低、资源消耗小、生产速度快等优势。

二、高阻隔包装薄膜制备技术

（一）低温等离子体技术

低温等离子体技术多用于氧化物高阻隔薄膜中，电子温度能够达到一万度，中性基团和离子的温度为环境温度，这种温度的差别能够实现普通化学反应无法完成的薄膜制备。该技术的原理是通过各类活性基团发生弹性碰撞和非弹性碰撞使得体系之间发生反应，同时这些活性基团在低温等离子固体上会发生不同的化学物理作用。低温等离子体技术具有反应粒子活性高、电离率高、薄膜的沉积温度低等优点，

（二）真空蒸发镀膜技术

真空蒸发镀膜技术是在真空的环境下，对蒸发物质施加相应的能量，使得蒸发离子能够凝结形成薄膜。蒸发装置包括蒸发源、基片托、真空室三部分组成，其中基片托带有加热装置，根据其加热方式可以分为激光蒸发、电子束蒸发、、电弧蒸发、电阻加热蒸发等。其中电子束蒸发对被轰击材料进行聚焦电子束加热，将电子束的动能转化为热能，完成靶材的蒸发工作。电子束蒸发在物料表面轰击的电流密度非常大，因此可以作为高熔点材料的蒸发源；同时该方法操作简单方便、成膜的速度比较快，使得该方法的效率很高，但是成膜时的温度比较高，膜会出现热变形，稳定性不是特别好。

（三）磁控溅射镀膜技术

磁控溅射镀膜技术目前已经成为工业沉积镀膜的关键技术之一，该技术通过辉光放电所产生的等离子体来完成磁控溅射镀膜。同真空蒸镀法相比，磁控溅射镀膜技术制备的薄膜具有更好的质量，镀膜层分布均匀致密，与基材的结合力比较好，成分较容易控制，因此应用的范围也比较广。根据所使用离子源的不同，该技术可以分为脉冲磁控溅射、微波-ECR等离子体增强磁控溅射、射频磁控溅射、交流反应磁控溅射、直流反应磁控溅射等。

（四）脉冲激光沉积镀膜技术

脉冲激光沉积技术通过准分子脉冲激光器产生的高功率脉冲激光束在靶材表面进行聚焦作用，使得靶材受到高温作用发生熔蚀现象，从而产生高温高压的等离子体，等离子体发生定向的局域膨胀而发射到衬底上面，形成沉积薄膜。该技术是业内人士最为看好的技术之一，因为它的优点比较多，定向性强、反应迅速、化学计量稳定、薄膜分辨率高、能够实现微区沉积等，同时该技术的靶材、多层膜、异质膜容易制备，不需要加热，有利于原味生长。但是也存在或多或少的缺点，例如镀层的厚度很难实现均匀，无法形成大面积的膜，因此仍旧需要不断的发展和完善。

三、高阻隔包装薄膜中低裂纹的影响

（一）对基材表面性能的影响

薄膜中的低裂纹对基材表面性能有着较大的影响，因为低裂纹能够破坏基材的整体性和稳定性。对薄膜表面粗糙度、表面能、表面含氧量、表面能、氮原子的百分比有着破坏性的作用，而这些因素恰好决定着薄膜的整体性能。尤其是表面极性决定着材料的结合强度，材料的极性受分子结构的影响，间接地影响了表面张力。

（二）对薄膜均匀性的影响

材料阻隔性的好坏直接受到薄膜均匀性的影响，薄膜的均匀性好，其阻隔性便好。而薄膜中的低裂纹能够对薄膜的均匀性产生很大的影响，严重的还会导致出现针孔结构缺陷，气体和水分子通过这些裂纹和针孔穿过薄膜，造成薄膜阻隔性差。同时低裂纹也会使得薄膜的表面不光滑，降低了材料的平滑度，使得薄膜变得粗糙，因此会加大薄膜层的厚度，也会使得薄膜和薄膜之间的吸附力加大。但这种粗糙度也有一定的好处，粗糙度加大有利于镀层和基层进行吸附结合，能够提高整体的强度。

（三）对基材表面预溅射的影响

预溅射是通过正离子的加速来对基材表面进行撞击，去除表面的附着物质和污染物，高能量的离子能够分解为微尘，附着在基材表面以后会产生凹坑，溅射出的粒子能够弥补这些凹坑，保证了材料的整体性。但是低裂纹又破坏了这种由预溅射形成的整体性，使得预溅射的效果不强，作用不明显。

（四）对真空度的影响

真空度在陶瓷薄膜中具有较为重要的作用，它能够保证陶瓷粒子不发生碰撞就能够到达基材的表面，使得陶瓷粒子保持了完整的活化能，能够促进基材和陶瓷粒子、陶瓷粒子和陶瓷粒子之间牢固的相互作用，提高稳定性。但是低裂纹能够破坏真空度，使得真空度下降，造成陶瓷粒子在未到基層之前多次的与空气分子发生碰撞，严重的影响了陶瓷粒子的活化能，影响了薄膜的质量，严重者甚至会改变陶瓷粒子的行进方向，使得薄膜的厚度不均匀。

（五）对基材温度的影响

镀膜过程比较复杂，其影响因素也比较多，尤其是温度的影响更为重要，合理的温度是镀膜工作顺利完成的前提保障。但是低裂紋会影响基材的温度，间接地影响了薄膜的质量。以蒸镀薄膜技术来说，蒸汽流离开蒸发源的时候温度比较高，能量相对较大，在蒸发区上升过程中，由于受到低裂纹的影响，使得温度会逐渐的下降，在到达基材表面的时候，其温度和能量已经受损很多，导致沉积粒子难以在基材上扩散和相互作用，使得镀膜过程变成了粒子的堆积而非均匀分布，影响了镀膜的质量。

四、结束语

文章对高阻隔包装薄膜的发展历程和制造技术进行了阐述，并分析了低裂纹对高阻隔包装薄膜的影响，为相关从业人员提供参考意见。但是在实际应用的过程中，仍旧需要科研人员不断的摸索新的办法，推动包装技术、材料的进步和发展。

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作者简介：杨翰林（1981.01—），男，汉族，山东莱州人，硕士，讲师，研究方向：印刷包装技术与设备 ；刘壮（1979.03—），男，汉族，吉林长春人，博士，副教授，研究方向：印刷与包装材料。