近年來，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、日本及歐洲等國家和地區(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薄膜不僅可以達到鋁塑復(fù)合材料的阻隔性能，而且還有許多顯著的特點，如阻隔性能不會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)達國家已得到廣泛應(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、微波加熱的快餐即是用PET/SiOx/PET封蓋包裝的）；另外，在歐洲市場上還有大量的用PE/SiOx/PET/Paper/PE制成的利樂包裝盒，用于果汁、飲料、牛奶等包裝，獲得與玻璃瓶一樣的保鮮、保香效果。目前，國內(nèi)SiOx鍍膜材料的開發(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，通過高溫加熱使之升華，并通過控制氧氣的導(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)射強電子束，電子束集中轟擊一氧化硅某一點，瞬間產(chǎn)生高溫，使之升華，進而沉積在基材上。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化學蒸鍍法

化學蒸鍍法是以液態(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。因為利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化蒸鍍法（PECVD）或者等離子體化學氣相沉積法。美國的AircoCoating公司是zui早開發(fā)這種方法的公司，它以六甲苯二硅醚為原料，采用zui高頻電磁波高溫等離子法；而美國的ECD公司采用的是微波低溫等離子氣體法。

為了進一步提高產(chǎn)品的阻隔性能，還有一種兩步化學法，此法以六甲苯二醚等有機硅化合物為原料，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，為10-2~ 10-3 Pa，溫度較高，涂層厚度可達到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到500m/min；化學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，只能達到90~300m/min。

近年來，國外對等離子氣體強化化學蒸鍍法進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，從長遠來看應(yīng)該是發(fā)展趨勢。

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zui重要的技術(shù)指標之一，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，如果鍍膜過程中基材未受到破壞的話，它仍能影響到產(chǎn)品的zui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，要想達到較強的粘接強度，這種表面能是不夠的。而表面極性對粘接強度的影響也很大，一般而言，不同極性材料與SiOx薄層之間的剝離強度有下列規(guī)律：BOPP/SiOx＜PET/SiOx與PVC/SiOx，通常極性較強的PET、PVC與SiOx薄層的粘接強度超過了塑料薄層本身的強度。

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)國外研究報道，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成分、結(jié)構(gòu)造成以外，基材表面的平滑度也是一個主要原因，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?；呐cSiOx膜層之間的化學作用，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鍵形成的密度，影響到基材與SiOx膜層材料之間的粘接強度，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)前必須進行預(yù)處理，即對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到10eV,在不到0.1s的時間內(nèi)，在薄膜表面會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、氮原子及其官能團引入薄膜表面。表面的化學成分和結(jié)構(gòu)的改變會使膜層與基材之間的結(jié)合力大大增強。

預(yù)處理時需掌握恰當?shù)臅r間，處理時間過長或過短都達不到預(yù)期的效果。過短表面的改性不夠充分，過長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，即物理吸附和化學吸附。物理吸附是不可逆的，在一定條件下會脫附，即解吸附作用；化學吸附是不可逆的，其吸附強度較大?；瘜W結(jié)合作用是通過分子、原子之間發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生強大的結(jié)合強度。

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。對于同一種材料來說，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，化學結(jié)合作用也有不同程度的變化。對于等離子氣體強化化學蒸鍍法，配之以適當?shù)谋砻嫣幚?，可以使化學結(jié)合作用占主導(dǎo)地位，從而大大提高其粘接強度和阻隔性能。

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)過程中的具體控制條件參數(shù)對產(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、蒸鍍時間與功率所控制的膜層度都會影響zui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，提高粘接強度；電子槍轟擊時宜采用塊狀SiO材料，粉末狀的材料可應(yīng)用于電阻絲蒸鍍工藝，因為電子槍的轟擊將會使粉末材料濺射；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，同時膜層的顏色隨著x的增大而變得更加無色透明，當x值達到2時阻隔性能zui差，但膜層*無色。蒸鍍膜層的厚度低于50nm時，隨著厚度的增加，鍍膜材料的阻隔性能顯著增加，超過50nm后薄膜的阻隔性能基本保持不變。

在化學蒸鍍中，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)合過程中需注意的問題

由于經(jīng)過SiOx處理的膜，表面具有*的潤濕性，因此在制取GT薄膜過程中要仔細處理表面層，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zui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，因為以PET膜作為基材的這種膜，當其SiOx表面直接用聚乙烯高溫涂布或復(fù)合時，易趨向于伸長，從而破壞SiOx表面層，導(dǎo)致阻隔性能下降。同時，在目前的條件下，由于技術(shù)工藝上的問題，PET膜在鍍SiOx過程中有時會發(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*性是顯而易見的。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，因而有很強的市場競爭力；同時，鍍層非常薄，且與PET材料結(jié)合得非常牢固，有利于進一步加工復(fù)合；使用的原料及副產(chǎn)物均無毒無害，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，值得大力推廣應(yīng)用。