解析高阻隔塑料瓶的开发技术。高阻隔塑料瓶可以确保内装物品的性质不变，高阻隔塑料瓶的作用在食品包装、仪器包装和医药包装行业，尤其突出。近几年来，由于塑料瓶容易加工，重量很轻，携带方便和价格低廉等原因，应用范围得到不断扩大。但是，塑料作为一种高分子聚合物材料，氧气和二氧化碳这类低分子气体不能阻隔潮气，这些问题一直是塑料包装容器及制品所面临的一个严重挑战。为解决此问题，国际包装界正在探索开发新的加工工艺及其材料，其中就有塑料薄膜涂层的制造技术，印在塑料瓶内表面蒸涂氧化硅(SiOx)薄膜。通过试验证明．这种塑料瓶具有很好的特性。例如，很强的气体阻隔性，极低的吸附性和极少的塑料析出物等。此外，由于涂层薄膜非常薄，在回收加工时不会影响到材料的再循环。因此，这类材料可以认为是一种有利于环保的包装材料。
一、开发技术介绍
1、传统技术及问题
目前．在市场上常见的气体阻隔性塑料瓶的结构形式主要有三类：①单层材料，例如，HDPE(高密度聚乙烯)、PVDC(聚偏二氯乙烯)、PET(聚酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)等；②共混材料，例如，HDPE和尼龙等；PET和尼龙等；③多层复合材料，例如PET／PE，PET／PVDC／PE．BOPWPE／AL／PE等等。虽然，像尼龙和PEN等聚合物材料具有很高的阻隔性，但这种材料在实际使用中存在着突出的问题。例如，材料价格很高，加工过程相当复杂以及工艺技术也很困难。当然，高阻隔材料可以应用共混技术方法制造或使用多层薄膜复合技术组成，但是这种方法带来了一些难以克服的缺陷。例如，加工技术难度增加，不利于再循环利用，材料的透明度变差．而且材料利用率降低等弊端。
2、容器开发条件
从国际市场上看,已经开发的对环境友好的高阻隔塑料瓶，都考虑到能控制O2和CO2等气体的渗透性，这是在普通塑料瓶中所不具有的特性。但是，由于上述传统的塑料材料结构上存在的系列缺陷，因此需要研究新的加工方法。人们知道，在软包装领域，早已应用陶瓷或金属材料的真空喷涂技术来提高塑料薄膜的阻隔性。而塑料薄膜上喷涂的陶瓷和金属，其数量与薄膜相比是非常少的，因此，这种陶瓷和金属的喷涂层不会影响到塑料薄膜的再循环利用。于是，有些塑料公司的研究人员就想到应用这种涂层沉积技术来开发具有环保性的高阻隔塑料瓶。这就是科技界所说的“技术移植法”。
3、涂层沉积方法
塑料薄膜上采用的蒸发沉积技术，一般可以分为两类。第一类称为PVD(物理蒸发沉积法)，即让基层薄膜通过由阻热装置或电子束枪产生的蒸发气体时获得涂层。这是一种用物理学原理把蒸发气体蒸涂到基层材料上的涂层方法。PVD法需要蒸发源．沉积区域只限于蒸发源的上部分。所以，在把塑料瓶作为基层材料的情况下．只有瓶子的上表面可以进行蒸涂。但是，难于在蒸涂时沉积到瓶底部分．即使让瓶子旋转起来也无法涂上。此外，经过试验说明，这种涂层在外界受冲击与振动等载荷作用下，很容易破裂损伤。
第二类称为CVD(化学蒸发沉积法)。在应用此方法时，基层材料上涂层是通过由于化学反应形成的气体而形成的，这种反应需要有加热装置，并且是处于等离子和辐射状态条件下进行的。由于涂层材料呈现气体状态，其沉积薄膜就能在三维方向上蒸涂到塑料瓶的表面上。此外，由于等离子体加强了CVD而处于一定的低温状态．因此这种瓶子的涂层是不易破损的。
二、瓶子制造方法
1、CVD法加工设备
如图所示为一种实用的CVD高阻隔塑料瓶的加工设备示意图。此类CVD瓶子的加工过程包括以下几个主要程序。
①把塑料瓶安装于真空室正确位置上：
②使真空室达到规定的真空状态：
③通过室内的内部电极引入单质主体：
④在内外电极之间输入电能：
⑤在塑料瓶内形成等离子体，同时，瓶子内表面沉积涂层；
⑥瓶子内的压力恢复到大气压，然后，取出瓶子。
2、涂层成分
塑料瓶涂层的成分是以达到并提高瓶子的阻隔性为主要目的。在CVD加工塑料瓶中，涂层的组成成分有氧化硅(SiOx)和类金刚石碳(DLC)等材料。氧化硅和氧化铝涂层薄膜是透明的和无色的，而DLC涂层则呈棕色。用于蒸涂材料时，氧化铝的熔点很高，它就难以应用在CVD加工过程中，因而氧化硅成为通常选用的阻隔层涂料的主要组成成分。
三、高阻隔瓶的特性
某工厂应用等离子加强的CVD加工方法生产了一种500ml塑料瓶，并对其氧化硅涂层进行了性能测试，测量结果是令人满意的。
1、涂层厚度
涂层薄膜的厚度分布，是在塑料瓶周向和高度(纵向)两个方向上进行测定的。根据日本一家公司实验室测试结果显示，在瓶子周向上，平均厚度约为37.5nm(纳米)，而在瓶子高度方向上，中部区段的涂层厚度约为37.0nm。这就清楚说明了瓶子表面各个区段上的涂层薄膜，厚度都是十分均匀的。
2、O2阻隔性
利用美国MOCON公司的测试装置，对瓶子氧化硅涂层的氧气阻隔性能进行测定，同时，也测量了无涂层塑料瓶及其他类型瓶子的氧气阻隔性。与100ml瓶子测出的氧气阻隔性数据对此，CVD氧化硅涂层塑料瓶的O2渗透率为0.002mol／m2·s·Pa，此数值只有一般PET瓶子渗透率的1／20，是多层复合材料PET／EVOH／PET的1／7，是PET与尼龙共混塑料瓶的1／10。是PET／吸氧齐mJ／PET塑料瓶的1／8。
3、CO2阻隔性
用气体色层谱仪测量了CVD氧化硅涂层塑料瓶的CO2阻隔性，作为比较，也测定无涂层塑料瓶的CO2阻隔性。根据测试结果发现，有涂层塑料瓶的CO2的渗透率为0.25ml／kg·day·atm，这表明其阻隔性强于无涂层塑料瓶的14倍。
4、再循环性
应用CVD方法蒸涂的塑料瓶可被压碎成为碎片，制成散粒。然后，再通过注射或吹塑成型，达到回收利用的目的。在此再循环试用过程中，对每一个加工步骤都进行过测试，以便检验这种瓶子的再循环性能．测试性能指标包括透明度、色泽度、拉伸强度和厚度分布等项目。在有涂层塑料瓶和无涂层塑料瓶的再循环利用试验中，结果表明这些项目的数据无多大差别。所以，这就证明CVD蒸涂氧化硅塑料瓶在再循环利用中不会发生任何其他问题。
四、结论
用普通塑料制成的塑料容器都存在着渗透O2和CO2那样低分子量气体的情况。但是，在塑料瓶的内表面经过涂上氧化硅薄层以后，就能显著提高这类包装容器对气体或湿气的阻隔性。
氧化硅薄膜层是透明和无色的，在外观上和回收再循环利用时，都不存在什么问题。此外，氧化硅薄膜和塑料瓶内壁之间的粘合强度也相当高。因此，这种容器可以替代多层复合塑料瓶和EVOH／尼龙共混塑料瓶。还由于氧化硅涂层的吸附性很低，所以，瓶子内所装食品和饮料等的味道或风味都可以保持很长时间。此外，涂于瓶子内表面的氧化硅薄膜极大地降低了塑料中可能析出的像添加剂或基层材料的低分子物质，因而提高了瓶子内装物品的安全性。总之,CVD蒸涂氧化硅的塑料瓶包装容器，其应用前景一片光明。
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