功能性包装薄膜论略（三）

2015-09-16陈昌杰

塑料包装 2015年3期

关键词：阻隔性氧化硅基膜

陈昌杰

（上海市包装技术协会）

行业发展概况

功能性包装薄膜论略（三）

陈昌杰

（上海市包装技术协会）

（上接《塑料包装》2015年第2期）

4 、蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜的一般特性

我们可以列举蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜的众多具有实际应用价值的特性，首先是对氧气和水蒸气的特别优良的阻隔性，虽然由于各公司生产方法或生产条件不同，不同蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜工业化品牌，阻隔性方面有一定的差异，但总体上均接近于铝箔而明显地高于普通阻隔性塑料包装薄膜，而且当蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜与PE、CPP等热封性薄膜复合之后，阻隔效果更佳，见3、表4。除了优良的阻氧防潮性之外，蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜还可具有良好的保香性，耐油性，适合于各种食品的包装。蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜透明性好，对商品具有良好的展示效果，用于销售包装，促销效果显著。蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜微波透过性好，适用于微波加热食品包装。蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜耐高、低温性好，使用温度范围宽，可用于蒸煮包装与冷藏包装。蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜具有优秀的耐药品性，可用于耐酸碱的包装；蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜环境友好，易于回收利用，燃烧时不会产生有毒有害物质，对环境不会造成污染等等。

表3 一些蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜的阻隔性

表4 SiOx阻隔性包装薄膜复合后的透氧及透湿性能

在应用蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜时，我们需要特别注意的有如下几点

（1）阻隔性与涂层膜厚间的关系

蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜，当SiOx蒸镀层的厚度低于50nm时，阻隔性随着涂层厚度的增加而增加，当SiOx蒸镀层的厚超过50nm后，薄膜的阻隔性能基本保持不变，趋于一个定值，SiOx阻隔性包装薄膜的阻隔性与镀SiOx涂层厚度间的关系的示意图，见图1。

m l／m2·24h

图1 阻隔性包装薄膜的阻隔性与蒸镀层厚度间的关系示意图

（2）阻隔性与蒸镀涂层的组成及构造间的关系

蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜的蒸镀涂层，是Si3O4、S2O3和SiO2等物质的混合物，可用SiOx表示，通常SiOx中x的值控制在1．5～1．8之间。SiOx阻隔性包装薄膜的阻隔性能，随着SiOx的x值的增大而减小，同时膜层的颜色随着x的增大而变得更加无色透明，当x值达到2时，阻隔性能最差，镀SiOx层完全无色透明。

（3）阻隔性与环境温度间的关系

通常有机聚合物的物质透过率对温度的依赖关系较大，随着温度的上升，其阻隔性显著下降，与此相反，无机物的透过率对温度的依赖关系较小，阻隔性的变化比较小。图2、图3中，给出了蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜（PET／GT）复合后的阻隔性以及PVDC类复合阻隔性与温度间的关系。由图可知，即使在高温情况下，氧化硅蒸镀膜也表现出极优良的阻隔性，因此作为蒸煮包装薄膜的基材使用具有独到的优势。

图2 复合薄膜的气体阻隔性与温度间的关系

图3 复合薄膜的水蒸气阻隔性与温度间的关系

（4）蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜的蒸煮性

蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜镀层具有良好的耐高温性能，而且镀层与基膜间的结合牢度高（特别是化学蒸镀产品），PET等耐高温基材的蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜，可以用于蒸煮薄膜的基材使用，但要获得好的使用效果，必须注意与之配伍的热封层基膜和粘合剂的选择。

首先由于在蒸煮过程中，氧化硅镀膜会受到与之配伍的其它材料（粘接剂，热封薄膜等）热膨胀所产生的应力作用，这种应力绝对不能超过镀膜的强度，否则会引起涂层的破坏，因此与之配伍的基材，应当具有和它的相当的热膨胀系数。在基材具有相当的膨胀收缩量时，刚性的大小也应该作为主要因素加以考虑，应当选择杨氏模量小的基材。表5列出了蒸煮条件下，膨胀收缩及杨氏模量不同的几种市售的蒸煮用CPP热封膜，与蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜（GT薄膜——基膜为聚酯薄膜的蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜）配伍，制得的蒸煮薄膜，蒸煮后薄膜阻隔性的变化。表中CPP薄膜的膨胀收缩量数据，是GT薄膜膨胀量为100时的相对值。从表3中所列的、蒸煮后的氧气透过性可以看出，B型CPP薄膜与GT薄膜的膨胀收缩量相近，杨氏模量也比较小，使用它作为热封层时，蒸煮时薄膜的阻隔性下降较小，作为蒸煮薄膜的热封层，是比较适合的。

表5由于热封层不同而对CT薄膜蒸煮性影响的测定实例

除了注意选用配伍的热封层基材外，我们还需要注意粘合剂的影响。蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜与热封层经干法复合制造蒸煮薄膜时，希望粘合剂在蒸煮过程时比较柔软，以便在其它材料的变形传到蒸镀膜时，起到一个缓冲的作用，常用的聚氨酯系列的蒸煮型粘合剂，对氧化硅蒸镀膜也可以表现出极优良的阻隔性，可在小样试验认证之后应用。

日本东洋摩通和东洋油墨制造（株）合作，所开发的、用于蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜干法复合用蒸煮型粘合剂见表6。

表6 日本东洋摩通的蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜用蒸煮型专用粘合剂

5 、蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜典型产品示例

（1）BOC公司的QLF

美国BOC公司所开发的化学蒸镀型涂布技术，叫做PECVD法，该法生产的薄膜叫QLF即石英玻璃状薄膜（quartz like film）。QLF薄膜的性能如下：

QLF薄膜的阻隔性见表7

表7 QLF薄膜的阻隔性

由表可以看出，经过PECVD蒸镀加工以后，薄膜的阻隔性能明显改善，但阻隔性随蒸镀的线速度的升高而降低（蒸镀的线速度升高，镀层的厚度降低），当蒸镀速度为100m／min时，以PET为基膜的QLF薄膜的透氧量为1．1cm3·（m2·24h ·0．1MPa）-1。当蒸镀速度为150m／min时，以PET为基膜的QLF薄膜的透氧量为1．6cm3·（m2·24h·0．1MPa）-1；而当蒸镀速度为200m／min时，以PET为基膜的QLF薄膜的透氧量增加到2．0 cm3·（m2·24h·0．1MPa）-1。对于水蒸气的透过性也有类似的情况，但即使蒸镀速度增加到200m／min，以PET为基膜的QLF薄膜的透水蒸气量亦仅2．2g·（m2·24h）-1，保持高阻隔的水平。以BOPA为基膜进行蒸镀加工时，也有类似的情况，当蒸镀线速度增加时，成品薄膜的阻隔性略有下降。

采用PECVD法制得的蒸镀薄膜，蒸镀层SiOx和基材薄膜之间的结合，属于化学结合，涂层的牢度好，可采用挤出复合对其进行后加工，使熔融态的聚乙烯，直接与该蒸镀膜复合并得到很好的黏合牢度。此外，油墨亦和SiOx涂层间有良好的黏附力，印刷效果良好。

采用PECVD法生产的、含蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜，具有良好的卫生性能，已经获得FDA认可，可用于食品、医药品包装，此外它还有成本比较低廉的优势，综上所述，我们不难看出，QLF型薄膜，是一种性能突出的、具有实用性的阻隔性蒸镀薄膜。

（2）凸版印刷（日）公司的蒸镀薄膜产品GL—E

GL—E是GL系列产品中蒸镀氧化硅的品种，阻隔性能极高，基材为PET（厚12μm）的GL—E薄膜，与30μm厚的CPP薄膜的复合薄膜，透氧量仅0．5 cm3·（m2·24h·0．1MPa）-1，透水蒸气量仅0．5g·（m2·24h）-1。

GL—E不仅阻隔性能好，而且阻隔性能的稳定性好，在温度、湿度等外界环境参数发生变化时，其阻隔性能的变化不大，始终保持在高阻隔性的水平。

GL—E系列产品的后加工性能优良，可以采用凹版印刷、挤出涂敷（挤出复合）、干法复合等常规方法进行后加工。

GL—E系列产品的另一突出的优点是环境保护的适应性好，主要表现在：低燃烧值，燃烧时不会损坏焚烧炉。燃烧时不产生含氯化氢以及二恶英等有害于环境的物质。焚烧时几乎不产生残渣。

GL—E的缺点是在塑料薄膜蒸镀氧化硅以后微具黄色，用它包装商品会给人以陈旧的感觉，因此在部分商品的包装中的应用受到限制。为此凸版印刷公司开发了GL—AE等蒸镀氧化铝的品种；见图4。