近年來，國際上出現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的商品包裝中已經得到廣泛應用。
    
    1.GT薄膜的阻隔性能及其應用
    
    GT薄膜不僅可以達到鋁塑復合材料的阻隔性能，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；保香性能優于PVDC，能阻止外界的異味滲入；透明性、微波穿透性能優良，適合微波食品包裝等；同時其包裝廢棄物有較好的環境適應性。目前，這種包裝材料在一些發達國家已得到廣泛應用。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SiOx鍍膜材料的開發研究也已取得了一定成果。
    
    2.SiOx鍍膜材料的生產工藝和方法
    
    SiOx鍍膜材料的生產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射強電子束，電子束集中轟擊一氧化硅某一點，瞬間產生高溫，使之升華，進而沉積在基材上。日本的尾池工業公司、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的六甲苯二醚（HMDSO）、四甲基二硅烷（TMDSO）等有機硅化合物或氣態的硅烷為原料，在真空室內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公司是最早開發這種方法的公司，它以六甲苯二硅醚為原料，采用最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，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，雖然這種生產工藝設備投資較大，但原材料利用率高，產品性能好，從長遠來看應該是發展趨勢。
    
    3 影響SiOx鍍膜材料阻隔性能的因素
    
    阻隔性能是食品、藥品等包裝材料最重要的技術指標之一，它直接影響商品的品質、質量與貨架壽命。因此，在生產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，它仍能影響到產品的最終質量。目前所采用的材料大多數為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、針孔等結構性缺陷，氣體主要是通過這些缺陷滲透而造成阻隔性能的下降。這種結構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、結構造成以外，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�；�材與SiOx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-，從而形成穩定的化學結合。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前必須進行預處理，即對高分子材料表面改性。在生產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，在薄膜表面會形成一層極薄的氧化層，即經交聯、臭氧化、羥基化、羧基化、硝基化等多種復雜的反應，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構的改變會使膜層與基材之間的結合力大大增強。
    
    預處理時需掌握恰當的時間，處理時間過長或過短都達不到預期的效果。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，導致基材本身產生弱界面層，從而引起材料整體的結合力下降，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結合作用是通過分子、原子之間發生化學反應而產生強大的結合強度。
    
    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地位，隨著材料的表面性能的差異，化學結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，配之以適當的表面處理，可以使化學結合作用占主導地位，從而大大提高其粘接強度和阻隔性能。
    
    3.3 工藝條件 
    
    在生產中選定了生產工藝、基材、預處理方法以后，生產過程中的具體控制條件參數對產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最終產品的性能。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時阻隔性能最差，但膜層完全無色。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，即可獲得優良效果。
    
    4 產品復合過程中需注意的問題
    
    由于經過SiOx處理的膜，表面具有極好的潤濕性，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最可取，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合時，易趨向于伸長，從而破壞SiOx表面層，導致阻隔性能下降。同時，在目前的條件下，由于技術工藝上的問題，PET膜在鍍SiOx過程中有時會發生蜷曲，從而影響該膜的質量。但是PECVD技術制造SiOx涂覆包裝材料技術的先進性是顯而易見的。如涂覆厚度為40nm的SiOx/PET復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，而且可以根據客戶要求任意選擇材料的阻隔性能；由于可以連續涂覆，其線速度可以在90-300m/min的范圍內變化；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材料結合得非常牢固，有利于進一步加工復合；使用的原料及副產物均無毒無害，包裝廢氣物易于揮發，因而符合節能、環保的可持續發展的目標，值得大力推廣應用。 (peter)