隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們生活水平的提高，對(duì)食品、藥品等產(chǎn)品安全以及產(chǎn)品包裝的裝飾美化效果提出了更高的要求。為了提高商品的流通周期與貨架壽命，商品包裝的作用日益重要。包裝在提供防止內(nèi)容物受外界微生物或其它物質(zhì)的污染，防止或減少內(nèi)容物氧化等方面有著不可替代的作用。為滿足食品、藥品等保質(zhì)、保鮮、保香等要求，高阻隔包裝材料的應(yīng)用越來(lái)越普遍。

高阻隔包裝材料除了必須有良好的阻氧（如油脂食品）、阻濕（如干燥食品）或 氣味阻隔性能（如芳香食品）以外，還要有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐適合食品的高溫消毒和低 溫儲(chǔ)藏等特點(diǎn)。

近年來(lái)，隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，提高了對(duì)包裝材料的環(huán)境保護(hù)要求，出現(xiàn)了控制使用諸如在焚燒時(shí)有處理殘滓的鋁箔，在焚燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生二噁英的聚偏二氯乙 烯（PVDC）等有污染環(huán)境問(wèn)題的包裝材料。同時(shí)，為確認(rèn)包裝內(nèi)容物安全性，從不使用鋁箔 后可采用金屬探測(cè)儀檢查包裝內(nèi)是否存在外來(lái)雜質(zhì)金屬混入物，以及從可以透過(guò)微波能夠利 用微波爐來(lái)加熱和調(diào)理包裝食品的觀點(diǎn)出發(fā)，真空沉積透明阻隔薄膜將會(huì)愈來(lái)愈廣泛地替代環(huán)保性差的聚偏二氯乙烯涂布PET薄膜。?

本文簡(jiǎn)要介紹各種真空沉積透明阻隔薄膜的主要性能、用途及其生產(chǎn)方法。

一、概述

對(duì)于透明阻隔包裝，通常必須考慮五個(gè)方面的性能：

1.高的光學(xué)透明性

2. 卓越的水汽和氧氣阻隔性能

3. 好的后道加工抗拉伸性和耐久性

4. 香味阻隔性

5. 可微波加熱

為了拓寬軟包裝應(yīng)用領(lǐng)域，滿足產(chǎn)品包裝多樣化需求，人們相繼開發(fā)出了具有阻隔性能的透明薄膜材料如含EVOH樹脂共擠薄膜、涂覆PVDC薄膜、涂布PVA薄膜等。這些薄膜各有優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些不足，如PVDC涂布膜的環(huán)保性、EVOH共擠膜的環(huán)境適應(yīng)性等等，在一定程度上影響到它們的使用范圍。

上個(gè)世紀(jì)九十年代，歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家和亞洲的日本開始對(duì)非金屬（氧化物）鍍膜如氧化鋁或氧化硅鍍膜技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)。鍍氧化鋁或氧化硅的透明阻隔薄膜不但具有和鍍鋁膜一樣的阻隔性能，還可透過(guò)可見光，具有高的微波穿透性，可直接用于微波爐加熱和進(jìn)行金屬檢測(cè)，大氣環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)保性優(yōu)良。可廣泛應(yīng)用于食品、飲料、肉制品、調(diào)味品、乳品、電子零件、精密儀器配件、微波制品、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域的包裝。

PET 和 BOPP 原膜（舉例）的水汽和氧氣阻隔性能如表 1 所示。各種阻隔薄膜材料的水汽和氧氣阻隔性能如圖 1 所示。

表 1. PET 和 BOPP 原膜的水汽和氧氣阻隔性能

圖1. 各種阻隔薄膜材料的水汽和氧氣阻隔性能

注：CERAMIS?是瑞士 Alcan Packaging 公司鍍氧化硅透明阻隔薄膜的品牌。

由表1和圖1可見原膜和各種透明阻隔薄膜材料的水汽和氧氣阻隔性能。據(jù)有關(guān)專業(yè)公司調(diào)查統(tǒng)計(jì)，對(duì)各種用途阻隔包裝的需求量和對(duì)水汽和氧氣阻隔性能的要求如表2所示。

表 2 各種用途阻隔包裝的需求量和對(duì)水汽和氧氣阻隔性能的要求

二、真空沉積透明阻隔薄膜的制備

（一）真空沉積透明阻隔薄膜的性能特點(diǎn)

1、高透明

2、很好的阻隔氣體、水汽和香味性能，并且不受溫濕度影響。

3、可用于微波爐加熱。

4、適用于氣調(diào)，防腐，熱灌充，巴氏消毒，蒸煮和殺菌等包裝。

5、無(wú)蒸煮沖擊。

6、允許金屬檢測(cè)。

7、高的抗折曲開裂性。

8、鍍層和基膜間高的結(jié)合力。

9、可用常規(guī)的印刷工藝印刷。

10、可適用于各種加工設(shè)備。

（二）真空沉積透明阻隔薄膜的制備方法

真空沉積透明阻隔薄膜的制備方法可以分為物理氣相沉積（PVD）法和化學(xué)氣相沉積（CVD）法兩大類。物理氣相沉積透明阻隔薄膜主要有鍍氧化鋁和鍍氧化硅透明阻隔薄膜，化學(xué)氣相沉積透明阻隔薄膜主要是氧化硅透明阻隔薄膜。這里對(duì)物理氣相沉積（PVD）法作簡(jiǎn)要敘述。

1.用電子束卷繞鍍膜設(shè)備鍍氧化鋁和氧化硅透明阻隔薄膜

圖 2.鍍透明阻隔薄膜用的電子束卷繞鍍膜設(shè)備

圖2 展示了一臺(tái)鍍透明阻隔薄膜用的電子束卷繞鍍膜設(shè)備，這是一種萬(wàn)能鍍膜設(shè)備，能鍍金屬、介質(zhì)及金屬氧化物等多種薄膜。圖3是設(shè)備打開時(shí)的照片。

圖3.電子束卷繞鍍膜設(shè)備打開時(shí)的照片

電子束卷繞鍍膜設(shè)備的工作原理如圖 4所示，電子束卷繞鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖 5所示。

圖 4.電子束卷繞鍍膜設(shè)備的工作原理

圖 5.電子束卷繞鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)

1-卷繞室2-預(yù)處理室3-鍍膜室4-放卷器5-預(yù)處理輥6-帶冷卻的鍍膜鼓

7-收卷器8-第一級(jí)預(yù)處理器9-第二級(jí)預(yù)處理器10-鍍膜窗口11-坩堝

12-電子束槍13-冷阱14-后處理15-鍍層檢測(cè)系統(tǒng)16-擴(kuò)散泵

電子束卷繞鍍膜設(shè)備的電子束槍由電子束發(fā)生器和電子束引導(dǎo)系統(tǒng)組成。由陰極表面 發(fā)射電子并朝陽(yáng)極方向加速，接著由磁場(chǎng)聚焦電子束并把電子束向坩堝引導(dǎo)。在運(yùn)行過(guò)程中電子束槍發(fā)射的高能電子束功率密度超過(guò) 20KW/cm2。在沉積氧化鋁薄膜時(shí)，電子束在裝有鋁材料的坩堝上掃描直至鋁完全熔化。

通過(guò)進(jìn)一步加熱在熔化的鋁材料液池上進(jìn)行鋁的蒸發(fā)，同時(shí)注入一定量的氧氣。在此過(guò)程中一個(gè)微波強(qiáng)等離子體和蒸汽云團(tuán)反應(yīng)，鋁和氧氣在薄膜基材表面反應(yīng)并形成氧化鋁鍍層，并確保鍍氧化鋁薄膜工藝過(guò)程的穩(wěn)定性和薄膜特性。采用閉環(huán)控制系統(tǒng)控制電子束的掃描路徑，以確保薄膜基材上縱向和橫向均勻的鍍層。

在鍍氧化硅過(guò)程中電子束沿著坩堝里的氧化硅材料掃描，沒(méi)有產(chǎn)生液池而直接蒸發(fā)沉積， 在薄膜基材表面形成一個(gè)均勻的氧化硅（SiOx, X=1.4 至 1.7）鍍層，薄膜基材以每分鐘幾 百米的速度運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)蒸發(fā)區(qū)域。

2. 用空心陰極等離子體活化反應(yīng)蒸發(fā)鋁

沉積氧化鋁薄膜除了可以用電子束卷繞鍍膜設(shè)備鍍制氧化鋁薄膜以外，用空心陰極等離子體活化反應(yīng)蒸發(fā)鋁沉積氧化鋁薄膜也是國(guó)外多年來(lái)一直研究開發(fā)的一種鍍膜技術(shù)?，F(xiàn)在已可以用此技術(shù)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，并已有商用設(shè)備供應(yīng)?？招年帢O等離子體活化鍍膜的原理如圖 6所示。用空心陰極等離子體活化反應(yīng)蒸發(fā)鋁沉積氧化鋁薄膜的工藝過(guò)程如圖 7和圖 8所示。

圖6. 空心陰極等離子體活化鍍膜原理

圖7. 用空心陰極等離子體活化反應(yīng)蒸發(fā)鋁沉積氧化鋁薄膜的工藝過(guò)程示意圖

圖8. 空心陰極等離子體活化反應(yīng)蒸發(fā)鋁沉積氧化鋁薄膜工藝過(guò)程說(shuō)明

從圖7和圖8可見，從蒸發(fā)舟蒸發(fā)出來(lái)的鋁蒸汽被空心陰極槍的等離子體激活，送入真空室的氧氣同時(shí)被激活，兩者反應(yīng)生成氧化鋁并沉積在薄膜基材上。

圖9是一臺(tái)空心陰極等離子體活化反應(yīng)蒸發(fā)鋁沉積氧化鋁薄膜設(shè)備的局部。

圖9. 空心陰極等離子體活化反應(yīng)蒸發(fā)鋁沉積氧化鋁薄膜設(shè)備局部

三、真空沉積透明阻隔薄膜的應(yīng)用舉例

（一）非蒸煮應(yīng)用

1、氣調(diào)包裝蓋膜

2、袋類包裝

（二）蒸煮應(yīng)用

1、蓋膜類

2、袋類

（三）生物降解薄膜類應(yīng)用—熱成形或硬質(zhì)淺盤用蓋箔

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)各種真空沉積透明阻隔薄膜的阻隔性能，制備方法及其應(yīng)用做了簡(jiǎn)單敘述。旨在大家對(duì)真空沉積透明阻隔薄膜的性能有所了解。

在我國(guó)，透明阻隔薄膜前幾年已經(jīng)得到薄膜加工企業(yè)的重視，已有多家企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)了多臺(tái)用來(lái)加工氧化鋁透明阻隔膜的設(shè)備。透明阻隔薄膜已在食品、醫(yī)藥等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。消費(fèi)市場(chǎng)巨大，仍然有很大的發(fā)展空間。