近年來(lái),，國(guó)際上出現(xiàn)了一種新型高阻隔性包裝材料鍍膜材料,，它是以PET膜為基材，在其表面沉積SiOx蒸汽而形成的一種高阻隔性透明包裝薄膜,，簡(jiǎn)稱GT薄膜,。由于使用了SiOx這種制造玻璃的成分，所以GT薄膜也被稱為“軟玻璃”,。目前,，這種包裝材料在美國(guó)、日本及歐洲等國(guó)家和地區(qū)的商品包裝中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,。
    
    1.GT薄膜的阻隔性能及其應(yīng)用
    
    GT薄膜不僅可以達(dá)到鋁塑復(fù)合材料的阻隔性能,，而且還有許多顯著的特點(diǎn)，如阻隔性能不會(huì)因溫度和濕度的變化而改變,；保香性能優(yōu)于PVDC,，能阻止外界的異味滲入；透明性,、微波穿透性能優(yōu)良,，適合微波食品包裝等；同時(shí)其包裝廢棄物有較好的環(huán)境適應(yīng)性,。目前,，這種包裝材料在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛應(yīng)用。如日本已用其包裝方便食品,、酒類,、飲料、果汁,、洗滌劑以及作為軟管,、蓋膜（如快餐食品,、微波食品容器）、蒸煮袋等使用,；美國(guó)則主要用SiOx/PE/Paper/PE屋脊形包裝盒包裝檸檬汁,、混合果汁等飲料和用作快餐盒蓋材及藥品包裝等；歐洲用于餅干,、巧克力,、脫水湯料、肉制品,、藥品等包裝（如德國(guó)市場(chǎng)上銷售的Buss牌帶有湯和熟食的可蒸煮,、微波加熱的快餐即是用PET/SiOx/PET封蓋包裝的）；另外,，在歐洲市場(chǎng)上還有大量的用PE/SiOx/PET/Paper/PE制成的利樂(lè)包裝盒,，用于果汁、飲料,、牛奶等包裝,，獲得與玻璃瓶一樣的保鮮、保香效果,。目前,，國(guó)內(nèi)SiOx鍍膜材料的開(kāi)發(fā)研究也已取得了一定成果。
    
    2.SiOx鍍膜材料的生產(chǎn)工藝和方法
    
    SiOx鍍膜材料的生產(chǎn)工藝和方法主要有物理蒸鍍法（PVD）和化學(xué)蒸鍍法（CVD）兩種,。
    
    2.1 物理蒸鍍法
    
    物理蒸鍍法是在高真空下以一氧化硅（SiO）作原材料，通過(guò)高溫加熱使之升華,，并通過(guò)控制氧氣的導(dǎo)入量,，在塑料基材（PET、OPPL,、LDPE,、BON等）表面形成x值不同的SiOx薄層。
    
    物理蒸鍍加熱有多種方式,。一種是用電阻絲加熱方式,，一般用片狀的一氧化硅原料；另一種方法是采用大功率電子槍發(fā)射強(qiáng)電子束,，電子束集中轟擊一氧化硅某一點(diǎn),，瞬間產(chǎn)生高溫，使之升華,，進(jìn)而沉積在基材上,。日本的尾池工業(yè)公司、瑞士的Flex product公司,、德國(guó)的Van-leer公司,、意大利的CeTev公司等都采用此種加熱方式,。
    
    2.2 化學(xué)蒸鍍法
    
    化學(xué)蒸鍍法是以液態(tài)的六甲苯二醚（HMDSO）、四甲基二硅烷（TMDSO）等有機(jī)硅化合物或氣態(tài)的硅烷為原料,，在真空室內(nèi)通入作為載體的氦氣和起氧化作用的氧氣或氧化二氮（N₂O）,，用高頻電磁波（一般采用13.56MHz）或微波（一般采用2.45GHz）使粒子離化、活化,，然后以SiOx的形態(tài)沉積于塑料薄膜基材表面,。因?yàn)槔�用等離子氣體的激活作用，所以此種方法也稱為等離子氣體強(qiáng)化蒸鍍法（PECVD）或者等離子體化學(xué)氣相沉積法,。美國(guó)的AircoCoating公司是最早開(kāi)發(fā)這種方法的公司,，它以六甲苯二硅醚為原料，采用最高頻電磁波高溫等離子法,；而美國(guó)的ECD公司采用的是微波低溫等離子氣體法,。
    
    為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的阻隔性能，還有一種兩步化學(xué)法,，此法以六甲苯二醚等有機(jī)硅化合物為原料,，用低溫等離子法使蒸發(fā)粒子等離子化，在塑料基材上形成有機(jī)硅化合物的薄膜,，然后再將其氧化成為硅氧化物,。硅氧化物層表面更為光潔，可使阻隔性能提高1倍左右,。
    
    在這兩種方法中,，物理蒸鍍法所需的真空度較高，溫度較高,，涂層厚度可達(dá)到40-50nm,顏色淺黃,，原材料利用率在25%左右，目前這種工藝的速度可達(dá)到500m/min,；化學(xué)蒸鍍法所需真空度為2 Pa左右,，涂層厚度15-30nm，明亮透明,，原材料利用率大于或等于5%,，阻隔性能高于物理蒸鍍法，生產(chǎn)速度較慢,，只能達(dá)到90-300m/min,。
    
    近年來(lái)，國(guó)外對(duì)等離子氣體強(qiáng)化化學(xué)蒸鍍法進(jìn)行了較為深入的研究,，雖然這種生產(chǎn)工藝設(shè)備投資較大,，但原材料利用率高，產(chǎn)品性能好,，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看應(yīng)該是發(fā)展趨勢(shì),。
    
    3 影響SiOx鍍膜材料阻隔性能的因素
    
    阻隔性能是食品,、藥品等包裝材料最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，它直接影響商品的品質(zhì),、質(zhì)量與貨架壽命,。因此，在生產(chǎn)中必須采取各種措施來(lái)提高SiOx鍍膜材料的阻隔性能,。影響SiOx鍍膜材料阻隔性能的因素主要有鍍膜基材及其表面性能,、基材與膜層之間的連接方式和工藝條件等。
    
    3.1 塑料基材及其表面性能
    
    ①基材,。不同的塑料自身阻隔性能差距很大,，如果鍍膜過(guò)程中基材未受到破壞的話，它仍能影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量,。目前所采用的材料大多數(shù)為PET,、PA、BOPP,、LDPE等,。

    ②表面性能。塑料表面性能決定著SiOx鍍膜材料的粘接強(qiáng)度,、阻隔性能,。塑料薄膜表面能是很小的，表面張力只有31-46mN/cm,，要想達(dá)到較強(qiáng)的粘接強(qiáng)度,，這種表面能是不夠的。而表面極性對(duì)粘接強(qiáng)度的影響也很大,，一般而言,，不同極性材料與SiOx薄層之間的剝離強(qiáng)度有下列規(guī)律：BOPP/SiOx＜PET/SiOx與PVC/SiOx，通常極性較強(qiáng)的PET,、PVC與SiOx薄層的粘接強(qiáng)度超過(guò)了塑料薄層本身的強(qiáng)度。
    
    SiOx鍍膜材料的阻隔性能除了受膜層厚度的影響外,，更大程度上取決于膜層的均一性,。據(jù)國(guó)外研究報(bào)道，SiOx鍍膜材料的阻隔性下降主要是由于薄層中的缺陷所造成的,。這些缺陷包括裂痕,、針孔等結(jié)構(gòu)性缺陷，氣體主要是通過(guò)這些缺陷滲透而造成阻隔性能的下降,。這種結(jié)構(gòu)的缺陷除了是由薄層在形成條件的不均一和薄層本身化學(xué)成分,、結(jié)構(gòu)造成以外，基材表面的平滑度也是一個(gè)主要原因,，基材表面粗糙度越大,，薄層越不均勻,，越容易造成缺陷。

    ③表面活性原子的含量,�,；�材與SiOx膜層之間的化學(xué)作用，通常是在膜層與基材的界面處形成-Si-O-C-與-Si-N-C-,，從而形成穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合,。故塑料基材表面的活性原子氧、氮的含量決定了這種化學(xué)鍵形成的密度,，影響到基材與SiOx膜層材料之間的粘接強(qiáng)度,，改變了材料的阻隔性能。

    ④塑料薄膜基材表面的預(yù)處理,。SiOx鍍膜材料阻隔性能的提高有賴于基材表面性能的改善,，所以薄膜在蒸鍍生產(chǎn)前必須進(jìn)行預(yù)處理，即對(duì)高分子材料表面改性,。在生產(chǎn)中一般采用電暈放電,、火花放電、低壓直流輝光放電,、微波等離子氣體等,。電暈放電中的電子能量可達(dá)到10eV,在不到0.1s的時(shí)間內(nèi)，在薄膜表面會(huì)形成一層極薄的氧化層,，即經(jīng)交聯(lián),、臭氧化、羥基化,、羧基化,、硝基化等多種復(fù)雜的反應(yīng)，將氧,、氮原子及其官能團(tuán)引入薄膜表面,。表面的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的改變會(huì)使膜層與基材之間的結(jié)合力大大增強(qiáng)。
    
    預(yù)處理時(shí)需掌握恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間,，處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短都達(dá)不到預(yù)期的效果,。過(guò)短表面的改性不夠充分，過(guò)長(zhǎng)則引起了較深層次的界面弱化,，導(dǎo)致基材本身產(chǎn)生弱界面層,，從而引起材料整體的結(jié)合力下降，降低阻隔性能,。
    
    3.2 基材與膜層之間的連接方式 
    
    基材與SiOx膜層之間一般以兩種方式粘接,，即吸附作用和化學(xué)結(jié)合作用。

    吸附作用源于物體表面能,，兩種物體的表面相互粘接,，其趨勢(shì)是減小二者的總表面能,，從而產(chǎn)生吸附作用。吸附作用有兩種,，即物理吸附和化學(xué)吸附,。物理吸附是不可逆的，在一定條件下會(huì)脫附,，即解吸附作用,；化學(xué)吸附是不可逆的，其吸附強(qiáng)度較大,�,；瘜W(xué)結(jié)合作用是通過(guò)分子、原子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生強(qiáng)大的結(jié)合強(qiáng)度,。
    
    SiOx鍍膜材料與塑料薄膜基材之間的粘接包含有上述兩種結(jié)合作用,，但隨著工藝條件、基材表面性能的不同,，其主要粘接方式也隨之發(fā)生變化,。對(duì)于同一種材料來(lái)說(shuō)，在物理蒸鍍法中一般物理吸附作用占主導(dǎo)地位,，隨著材料的表面性能的差異,，化學(xué)結(jié)合作用也有不同程度的變化。對(duì)于等離子氣體強(qiáng)化化學(xué)蒸鍍法,，配之以適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚�,，可以使化學(xué)結(jié)合作用占主導(dǎo)地位，從而大大提高其粘接強(qiáng)度和阻隔性能,。
    
    3.3 工藝條件 
    
    在生產(chǎn)中選定了生產(chǎn)工藝,、基材、預(yù)處理方法以后,，生產(chǎn)過(guò)程中的具體控制條件參數(shù)對(duì)產(chǎn)品性能也有著直接的影響,。
    
    在物理蒸鍍工藝中真空度的高低、基材的溫度,、電子槍的功率,、原材料（SiO）的形狀、真空室中氧氣通入速率,、蒸鍍時(shí)間與功率所控制的膜層度都會(huì)影響最終產(chǎn)品的性能。電子槍工作需要盡可能的真空度,，真空度越高越利于電子槍工作,；基材的溫度控制越高，越利于蒸發(fā)沉積成致密的膜,，提高粘接強(qiáng)度,；電子槍轟擊時(shí)宜采用塊狀SiO材料,，粉末狀的材料可應(yīng)用于電阻絲蒸鍍工藝，因?yàn)殡娮訕尩霓Z擊將會(huì)使粉末材料濺射,；氧氣的通入速率可控制 SiOx膜層中的氧元素的含量,，通常SiOx中x的值控制在1.5-1.8，阻隔性能隨著x值的增大而減小,，同時(shí)膜層的顏色隨著x的增大而變得更加無(wú)色透明,，當(dāng)x值達(dá)到2時(shí)阻隔性能最差，但膜層完全無(wú)色,。蒸鍍膜層的厚度低于50nm時(shí),，隨著厚度的增加，鍍膜材料的阻隔性能顯著增加,，超過(guò)50nm后薄膜的阻隔性能基本保持不變,。
    
    在化學(xué)蒸鍍中，高頻電磁波或微波頻率的選擇是根據(jù)等離子氣體中粒子能量與蒸鍍材料離子化所需要的能量匹配原理,，高頻電磁波一般為13.56MHz,，微波的頻率為2.45GHz，真空度在2Pa左右,，即可獲得優(yōu)良效果,。
    
    4 產(chǎn)品復(fù)合過(guò)程中需注意的問(wèn)題
    
    由于經(jīng)過(guò)SiOx處理的膜，表面具有極好的潤(rùn)濕性,，因此在制取GT薄膜過(guò)程中要仔細(xì)處理表面層,，不使鍍層受到損傷是非常重要的。一般而言,，同普通PET膜40-45dym/cm相比較,，它可達(dá)70-72dyn/cm。因此,，在油墨或膠黏劑的選擇上也比較廣,，幾乎同任何油墨或膠黏劑都能親和。其中膠黏劑以聚氨酯類膠黏劑最可取,，而油墨可按用途任意選擇,。
    
    然而，鍍SiOx膜不像鍍鋁膜那樣容易同聚乙烯擠出復(fù)合,，因?yàn)橐訮ET膜作為基材的這種膜,，當(dāng)其SiOx表面直接用聚乙烯高溫涂布或復(fù)合時(shí)，易趨向于伸長(zhǎng),，從而破壞SiOx表面層,，導(dǎo)致阻隔性能下降。同時(shí)，在目前的條件下,，由于技術(shù)工藝上的問(wèn)題,，PET膜在鍍SiOx過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生蜷曲，從而影響該膜的質(zhì)量,。但是PECVD技術(shù)制造SiOx涂覆包裝材料技術(shù)的先進(jìn)性是顯而易見(jiàn)的,。如涂覆厚度為40nm的SiOx/PET復(fù)合膜的阻氧性能比未涂SiOx的PET膜高100倍，阻濕性能高40-50倍,，而且可以根據(jù)客戶要求任意選擇材料的阻隔性能,；由于可以連續(xù)涂覆，其線速度可以在90-300m/min的范圍內(nèi)變化,；低溫,、低真空操作等因素使涂覆成本大大下降，因而有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,；同時(shí),，鍍層非常薄，且與PET材料結(jié)合得非常牢固,，有利于進(jìn)一步加工復(fù)合,；使用的原料及副產(chǎn)物均無(wú)毒無(wú)害，包裝廢氣物易于揮發(fā),，因而符合節(jié)能,、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，值得大力推廣應(yīng)用,。 (peter)