蒸镀氧化铝、氧化硅型高阻隔性包装薄膜

潘健 叶青松 胡国利

（黄山永新股份有限公司，黄山 242700）

近年来，高阻隔膜材料因阻隔性能优异，且成本低廉、使用方便、透明度好、印刷适应性强、机械性能好等优点，在市场上广泛应用于食品、药品、化学品等产品包装，得到飞速发展，全球高阻隔包装薄膜市场规模高达113.2亿美元[1]。

高阻隔膜材料具有良好的阻气性、阻湿性、阻油性、保香性等重要特性。第一代阻隔膜材料以聚乙烯（PE）、聚酯（PET）、聚偏二氯乙烯（PVDC）等有机薄膜为代表，但这些材料自身的结构特性决定了其对气体和液体分子的阻隔能力有限[2-3]。随着食品饮料、医疗、电子等领域产品强劲的需求推动，对包装阻隔性的要求也越来越严格，现已实际规模生产出以下多种性能优异的高阻隔膜包装薄膜。

共挤出复合膜材料取得新的研究进展，黄山永新股份有限公司将EVOH与PE、PA共混改性已经生产出 PE/PA/EVOH/PA强韧性高阻隔复合膜，综合性能优异，具有良好的应用前景。

涂布复合膜是将阻隔性聚合物溶解在溶剂中形成涂布液，利用涂布设备将涂布液涂布于基膜表面，干燥熟化后形成的多层复合膜。目前涂布复合膜研究取得了很多新进展，桑利军等[4]在PP、PE、CPP（流延聚丙烯）、PET（聚酯）薄膜上涂布 2-4μm PVDC的复合薄膜，其透气性和透湿性显著降低，应用于制造药品复合包装袋复合膜材料。

以铝箔、镀铝膜为阻隔层的阻隔包装材料制备工艺简单，阻隔性能优异、使用方便，广泛应用于食品药品包装，甚至电子产品封装领域。目前黄山永新股份有限公司已经研发生产出铝层高附着力VMCPP和高阻隔性VMCPP，主要通过改良CPP基膜镀铝面特性（合理的极性与非极性树脂材料配比）和铝层致密性的镀铝工艺（气流量的控制），实现 VMCPP铝层附着力一级和WVTR ≤ 0.6gm/(m2.day)、OTR ≤18cc/(m2.day)这两大优势，并且已经应用于知名跨国企业的膨化饼干食品包装和药物包装。但是铝箔需要具有一定的厚度，这增加了包装材料的成本。此外，铝箔制袋时，折痕处易出现裂纹，影响其阻隔性。铝箔和镀铝膜不透明，包装的产品不能进行微波加热，限制了其应用的范围，开发蒸镀新型包装薄膜成为必然。

20世纪80年代中期，日本三菱树脂先后以PVA、PET、PA为基材，开始研究将蒸镀无机氧化硅用作阻隔层，开启新一代高阻隔薄膜研究的热潮，但由于技术及成本等原因，没有形成一定的市场规模[5]。

直到2001年，德国研发的100 kW大功率电子枪成功应用于氧化硅阻隔层的蒸发，使氧化物阻隔膜的应用得到了发展。近年来，英国BOSTCH公司推出热蒸发铝直接制备阻隔层的技术，使阻隔膜的生产速度大大提高。

其中物理蒸镀法真空蒸镀SiOx和AlOx阻隔薄膜，途径主要通过物理气相沉积法（PVD）结合等离子体辅助化学气相沉积（PCVD）方法制备[6]。生产速率高，能达到350-600 m/min，在国际上已经广泛使用。主要原理是电阻式蒸发源以电阻丝方式加热，温度可达1500℃，电子束加热能量较高，达20 kW/cm2，温度最高可达3000℃-6000℃，通入的等离子气体（氩气）和反应气体（氧气）的体积比为100：20时薄膜的成分接近于Al2O3，如图1。

图1 AlOx镀膜原理-反应蒸发镀

图2 不同材质阻隔性对比

AlOx包装薄膜不仅具有赋予高透明性、可微波炉加工、实现水煮或蒸煮杀菌，可直接印刷、安全环保等特性，而且拥有保香性和优越的高阻隔性，如图2。AlOx包装薄膜具有优良的阻隔特性原因[7-8]在于：（1）不饱和的AlOx与基膜表面游离O形成饱和AlOx，形成对称稳定结构；（2）AlOx与基膜表面未饱和H形成H…O键，形成致密结构；（3）非极性的H2O、O2等分子不易与极性的AlOx薄膜吸附，△H＜0。而SiOx阻隔薄膜阻隔性基本原理亦是如此。

黄山永新股份有限公司目前致力于开发AlOx包装薄膜，实现了高附着力和高阻隔两大特性，已经实现了规模生产，广泛应用食品、药品、电子等包装。如PET/12镀AlOx/CPP、BOPP/12镀AlOx/PE等材质应用于薄膜包装中。

当前，在食品、药品、化学品产品的强劲市场需求推动下，包装膜材料持续快速发展，产品对膜材料的要求更高，要求开发高阻隔性、保鲜性、耐热性、抗菌性等多功能性膜材料，其中高阻隔膜材料发展迅速。同时随着资源越来越紧缺和人们环保意识增强，开发环境友好高阻隔膜材料也成为热点。黄山永新有限公司都在根据人们的生活习惯和各类阻隔性包装的实际要求，认真研究相关的包装市场，找准切人点，以期有所收获。根据国家科技部“十三·五”期间提出的包装材料的发展方针，高阻隔、高透明、多功能型、轻量化包装材料将是我国今后发展的重点。

[1]Smithers Pira.全球高阻隔包装薄膜市场规模高达113.2亿美元[J].行业动态, 2017, 5(12)： 80.

[2]周超进,孙运金,仝其根.高阻隔薄膜的制备技术[C]// 中国食品科学技术学会年会, 2014.

[3]孔凡真.塑料软包装材料的发展现状[J].中国包装, 2012, 32(1)： 18-21.

[4]桑利军,王敏,陈强,等.聚乙烯薄膜表面沉积纳米SiOx涂层的阻隔性能[J].中国表面工程,2015,28(3)： 6-41.

[5]LIN Jing, DONG Wen-li, SUN Zhi-hui, et al.Development of New Type High Barrier Ceramic Thin Film Materials and Technologies[J].Packaging Engineering,2007, 28(10)： 99-102.

[6]杨维刚.真空蒸镀SiOx膜的特性及加工应用[J].包装工程, 1999, 20(5)： 14-16.

[7]筏义人.高分子表面的基础和应用.化学工业出版社, 1990.6.

[8]Kunioki Kato Structural study of SiOx Amorphous Thin Fihns by the Grazing Incidence X-ray Scarttering(GIXS) Method Sci.REP.RITU A42 (1996) No.I 45-50.