專利名稱：高阻隔真空鍍鋁薄膜的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所要保護的技術(shù)方案屬于塑料薄膜金屬化的生產(chǎn)工藝，具體地說是屬于制造高阻隔真空鍍鋁薄膜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高阻隔真空鍍鋁薄膜(HB-VMPET、HB-VMCPP)屬于新材料應(yīng)用領(lǐng)域，是一種具有高阻隔性能的包裝材料，被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、化妝品等的復(fù)合包裝上。它由柔性包裝材料經(jīng)過真空鍍鋁后加工而成，具有良好的金屬光澤，電磁屏蔽效果，抗靜電性和遮光性，尤其具有較好的阻氣、阻濕性，其阻隔性能比鍍鋁前提高了幾十倍甚至上百倍。同時，它加工成本低，復(fù)合適性好，除了自身可做包裝材料外，還可以與多種薄膜進行加工復(fù)合成新的，性能更好的復(fù)合材料。
目前，公開的真空鍍鋁薄膜生產(chǎn)工藝是以中國專利號為CN87103355公開的流延聚丙烯真空鍍鋁薄膜工藝為代表，該工藝是將基材塑料薄膜送入到真空環(huán)境下進行真空蒸鍍，即通過控制真空環(huán)境的真空度、溫度以及鋁的蒸發(fā)量來使塑料薄膜上鍍上一層鋁膜。按照這種方法要想提高鍍鋁薄膜的阻隔性，通常用提高鍍鋁層厚度的方法來解決。但在生產(chǎn)實踐中阻隔性并非與鍍層厚度成正比，當(dāng)鋁層厚度增加時，鋁層的致密度、鋁層附著力下降，鍍層微氣孔增加，導(dǎo)致阻隔性降低。所以一般來說以此為基礎(chǔ)的工藝方法所生產(chǎn)出的產(chǎn)品透氧率≥2.0cc/m2.day.1atm，透濕率≥1.0g/m2.day。隨著社會的進步，人們生活質(zhì)量的不斷提高，對商品衛(wèi)生、安全等非常重視，提高包裝的可靠性、延長商品的保質(zhì)期，成為國內(nèi)外包裝領(lǐng)域的開發(fā)重點。如果能夠使高阻隔真空鍍鋁薄膜具備更加優(yōu)異的阻隔性能，將大大延長了商品的保質(zhì)期和貨架期，并且將進一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域和市場需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種比現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生出的產(chǎn)品具有更高阻隔性能的生產(chǎn)真空鍍鋁薄膜的生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是高阻隔真空鍍鋁薄膜的生產(chǎn)工藝，在真空環(huán)境中先用等離子體濺射到薄膜基材的表面后，再對薄膜進行真空蒸鍍。
本發(fā)明是基于這樣的思路而提出的由于產(chǎn)品的阻隔性并非與鍍層厚度成正比，當(dāng)鋁層厚度增加時，鋁層的致密度鋁層附著力下降，鍍層微氣孔增加，導(dǎo)致阻隔性降低。通過等離子體對基材表面進行處理后可以(1)、清除鍍鋁基材表面的污染物和殘留氣體，有效避免在鍍鋁過程申發(fā)生氣體釋放而使鋁層產(chǎn)生微小針孔，增強了鋁層的致密性，提高鍍鋁薄膜的阻隔性能。(2)、可以使得塑料薄膜表面聚合物分子鏈上形成一定數(shù)量的極性基團，如-CO、-OH、-COOH、-NH等，能極大地改善基材表面性能。經(jīng)處理后的基材表面易與以范德華力、氫鍵或化學(xué)鍵形成牢固、致密的結(jié)合力，使得鋁層附著力顯著提高，從而顯著提高了鍍鋁薄膜的阻隔性能。
在薄膜鍍鋁過程中采用等離子體表面處理法技術(shù)，等離子體是在特定條件下，使氣體部分電離而產(chǎn)生的非凝聚體系，它由中性的原子或分子，激發(fā)態(tài)的原子或分子、自由基、電子或負離子，正離子或光子組成。在鍍鋁過程中，將薄膜置于等離子體表面處理設(shè)備的高能等離子體區(qū)域，即在薄膜被處理表面的一側(cè)，安裝一組在中頻交流電壓作用下的陰極管，以及靠近薄膜另一面設(shè)置的磁控管。氣體通過陰極產(chǎn)生大量的高能等離子體。由于薄膜另一方磁控管產(chǎn)生的磁場作用，等離子體朝向薄膜表面運動，通過濺射和沖擊對薄膜的表面進行處理。
通過多次實踐，制定以下適合鍍鋁基材的各項指標(biāo)及鍍鋁過程中的各項工藝參數(shù)。
等離子體的電場強度在7-9V/m之間。這里的等離子體電場強度是指等離子體在兩空心陰極間的磁場中所受的力的大小，它反映了等離子體的能量大小。研究結(jié)果表明，隨著產(chǎn)生等離子體設(shè)備輸入功率的增大，等離子體電場強度增加，阻隔性也隨著相應(yīng)提高。當(dāng)輸入功率增加到一定值時最終產(chǎn)品阻隔性反而有所降低，這是因為能量過高的等離子體處理薄膜時，會造成表面形成蝕刻，表面粗糙度增加，鍍層均勻度不好，因而電場強度最佳范圍在7-9V/m之間。
對非極性材料作為基材時使用空氣作為等離子體氣體類型進行表面處理較合適。這是因為N2是一種活潑氣體，用它來處理非極性材料，可以生成-NH等活性基團，而空氣中N2含量較高，原料來源廣泛。這種材料以聚丙烯薄膜為代表，并且其在包裝材料上使用的量也是較大的。而針對極性材料作為基材時使用O2和Ar按照體積比為1∶8-11的量混合后作為等離子體氣體類型進行表面處理較合適。這種材料以聚酯薄膜為代表，并且其在包裝材料上使用的量也是較大的。因為Ar只能清理基材表面的污染物、水汽和氣體等，避免鋁沉積時鋁層產(chǎn)生微孔，以增強阻隔性；與真空鍍鋁薄膜附著力、阻隔性等密切相關(guān)的是含氧基團的生成，因此體中混合一定比例的氧作為反應(yīng)氣休，其等離子體與材料表面反應(yīng)產(chǎn)生含氧基團，如-OH、-CO、-COOH等，經(jīng)處理后的鍍鋁薄膜其阻隔性能更高。
我們確定薄膜運行速度為200-500m/min時，等離子體的氣體流量在250-300ml/min；真空度在2.0×10-4～4.0×10-4Torr之間。該工藝參數(shù)可保證等離子體對薄膜基材的表面處理不會對后續(xù)真空鍍鋁不良的作用，真空鍍鋁層的厚度控制在合適的范圍內(nèi)，使生產(chǎn)具有最大的經(jīng)濟性和產(chǎn)品具有最大的阻隔性。
本發(fā)明運用了等離子體對鍍鋁薄膜基材的表面進行處理，有效提高了真空鍍鋁膜的阻隔性能，其阻隔性較同樣工藝條件下不經(jīng)過等離子體表面處理生產(chǎn)的真空鍍鋁膜提高3～5倍。具有效果顯著，成本低，無污染的優(yōu)點。
具體實施例方式各實施例選用以下原材料A組基材PET薄膜，厚度12μm；等離子體物質(zhì)O2(純度≥99.9％)和Ar(純度≥99.99％)，O2和Ar體積比為1∶9B組基材CPP薄膜，厚度25μm；等離子體物質(zhì)空氣。
各實施例均在大力科士登DYDP-5040F型連續(xù)式真空鍍鋁機設(shè)備上生產(chǎn)。在基材送往蒸發(fā)源之前的2-3米處上方安裝一組朝向基材表面的頻率為50Hz，電壓為380V中頻交流電壓作用下的空心陰極，薄膜另一面上方設(shè)置有接地磁控管，磁控管的參數(shù)操作頻率20-25KHZ，最大電流7A，電壓10-15KV，磁場強度為50-1000高斯。
測試方法和測試條件按照GB2918-82標(biāo)準(zhǔn)進行，水蒸氣透過量溫度38℃，濕度90％；氧氣透過量溫度23℃，濕度0％。拉伸強度、斷裂伸長率、熱收縮率、附著力按照QY/HNDP31-2001標(biāo)準(zhǔn)測試。
水蒸氣透過量測試儀美國Mocon 3/61型。氧氣透過量測試儀美國Mocon 2/61型。
表一為薄膜運行速度300m/min、真空度為3.0×10-4Torr時，電場強度為8V/m，等離子體的氣體流量不同情況下生產(chǎn)出的高阻隔真空鍍鋁薄膜的阻隔性。

上表中a、b均為同樣工藝條件下未經(jīng)過等離子體表面處理的對照實驗。上表表明，經(jīng)過等離子體處理后的產(chǎn)品阻隔性要大大超過對照樣的指標(biāo)。同時說明等離子體氣流量對產(chǎn)品鍍鋁層的厚度以及最終阻隔性是有影響的。在薄膜運行速度確定的條件下等離子體氣流量應(yīng)該控制在合理范圍內(nèi)。
表二為薄膜運行速度300m/min、等離子體的氣體流量為250ml/min；在不同真空度條件下生產(chǎn)出的高阻隔真空鍍鋁薄膜的阻隔性。

上表表明，真空度影響到鍍鋁層的厚度以及產(chǎn)品的阻隔性。因此需要對真空腔的真空度進行控制以求得合理經(jīng)濟的參數(shù)。
表三為表二中A3和B3其它條件相同而在不同電場強度下生產(chǎn)出的高阻隔真空鍍鋁薄膜的阻隔性。

上表表明，電場強度過高或過低都會降低等離子體對基材表面處理的效果。
表四為與表二中A2其它條件相同而選用不同類型等離子體生產(chǎn)出的高阻隔真空鍍鋁薄膜的阻隔性。

上表表明，單一類型的等離子體對基材表面處理的結(jié)果效果沒有A2處理效果好。
表五為與表二中A2其它條件相同而選用O2和Ar按照不同體積比混合后生產(chǎn)出的高阻隔真空鍍鋁薄膜的阻隔性。

上表表明，O2和Ar按照1∶8-11的不同體積比混合后生產(chǎn)出的高阻隔真空鍍鋁薄膜的阻隔性較好。
權(quán)利要求
1.高阻隔真空鍍鋁薄膜的生產(chǎn)工藝，其特征在于在真空環(huán)境中先用等離子體濺射到薄膜基材的表面后，再對薄膜進行真空蒸鍍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于在鍍鋁過程中，將薄膜置于等離子體表面處理設(shè)備的高能等離子體區(qū)域，即在薄膜被處理表面的一側(cè)，安裝一組在中頻交流電壓作用下的陰極管，以及靠近薄膜另一面設(shè)置的磁控管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于等離子體的電場強度在7-9V/m之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于對非極性材料作為基材時使用空氣作為等離子體氣體類型進行表面處理
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的材料為高阻隔鍍鋁薄膜的基材為聚丙烯材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于對極性材料作為基材時使用O2和Ar按照體積比為1∶8-11的量混合后作為等離子體氣體類型進行表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的材料為高阻隔鍍鋁薄膜的基材聚酯材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于薄膜運行速度為200-500m/min時，等離子體的氣體流量在250-300ml/min；真空度在2.0×10-4～4.0×10-4之間。
全文摘要
一種高阻隔真空鍍鋁薄膜的生產(chǎn)工藝，其特征在于真空環(huán)境中將等離子濺射到薄膜的表面后，再對薄膜進行真空蒸鍍。其阻隔性較同樣工藝條件下不經(jīng)過等離子體表面處理生產(chǎn)的真空鍍鋁膜提高了3～5倍。具有效果顯著，成本低，無污染的優(yōu)點。
文檔編號C23C14/22GK1552942SQ20031011266
公開日2004年12月8日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者章衛(wèi)東, 陳旭, 潘軍 申請人:黃山永新股份有限公司