目前等离子处理对金属化薄膜阻透性能的影响

等离子处理对金属化薄膜阻透性能的影响

摘要：本文简要介绍了等离子处理技术的基本原理和作用，并且通过比较金属化薄膜经等离子处理与未经等离子处理阻透性能的差异，阐述了等离子处理与金属化薄膜阻透性能的关系。

关键词：等离子处理 阻隔性能 透氧率 透水率

一、等离子处理的原理

等离子处理技术是利用气体辉光放电现象对材料表面进行处理的一种新技术。气体辉光放电是相对于气体电晕放电、电弧放电而言的一种放电状态，向处于真空中的两个电极通入一定量的气体——通常所使用的气体是氩气和氧气的混合气体，当外加直流电压超过其起始放电电压时，便产生辉光放电。气体辉光放电时，从阴极发出的电子经过电场加速，获得能量撞击气体分子，使气体分子激发，在等离子区产生了大量的正离子(等离子区任何位置的电子浓度和正离子浓度相等，所eng等采取3种不同的方法增加PCL的亲水性以称等离子区)，这些正离子在电场作用下加速向阴极移动，轰击靶材和薄膜表面。氩气的作用是维持正常的辉光放电，同时氩离子(正离子)也不断轰击薄膜表面，产生级联碰撞，将油污、灰尘等污物分子溅射出去，清洁薄膜表面。由于氩离子的轰击而从靶材上溅射出的粒子称为靶材粒子，靶材粒子和氩离子对薄膜的表面的轰击可以起到“剥蚀”作用，使薄膜表面“糙化”。氧气在辉光放电时形成氧自由基，经加速能量能达到1keV左右，而一般有机物的化学键能通常只有大约10eV左右，氧自由基能够轻1.保持材料实验机整体洁净易破坏原来的化学键，和薄膜中的甲基反应，生成羟基、羧基、羰基等极性基团，提高了薄膜的表面极性。

二、等离子处理的作用

薄膜基材等离子处理能有效提高薄膜的表面性能，提高表面润湿张力并延缓其衰减，明显提高薄膜镀铝后的铝层附着牢度。并且等离子处理没有电晕处理中存在的背面电晕影响热封性能的情况，而且由于薄膜受热少，薄膜的物理机械性能在处理中没有改变。

据莱宝公司的介绍，薄膜基材镀前的等离子处理对薄膜镀铝后的阻透性能也有很大的作用，在其提供的报告中可以看出等离子处理可以使金属化薄膜的阻隔性能在原有的基础上有很大提高。

另外，美国专利5，981，079在等离子处理作用方面也能给我们一些启示。在这个发明专利中，提到了一个增强阻透的真空镀铝薄膜，它包含一个聚丙烯的基层，聚丙烯基层至少一个表面附上一层高密度聚乙烯层，这个高密度聚乙烯层在有羟基供体的气氛中进行等离子处理，然后进行真空镀铝。这种镀铝薄膜具有增强的氧气与水蒸气的阻透性，特别适用于食品包装薄膜。处在有羟基供体环境的等离子处理将会导致差自由基的分裂与重组，暴露在上述环境中的高密度聚乙烯表面层将会接受这些－OH，形成富含羟基的类似醇的表面，这种类似醇的表面模拟出一个EVOH层，它会显著提高薄膜的阻隔性能，与共挤或涂布相比，却没有增大太大的加工难度和成本。此外，－OH集团提高了高密度聚乙烯表面极性，增强薄膜表面对铝层的附着力。事实上，聚烯烃分子是非极性的，为了增强聚烯烃薄膜表面对铝层的具有直读光谱仪、气质联用仪、硬度计等1批国际先进的检测装备和1支专业素质高、技术能力强的科技队伍附着力，就需要提高薄膜表面的极性。详细内容见美国专利5，981，079。

三、影响薄膜阻透性能的因素

气体对材料的渗透机理，从微观来看，是分子的扩散的过程。即气体分子在高压侧的压力作用下，溶解于材料中，然后，由材料的高浓度区向低浓度区进行扩散，最后，在低压侧一面解吸。因而，气体对材料的渗透性就取决于该气体在这种材料中的扩散能力与溶解能力。

下表是一些通用薄膜(厚度为25微米)典型的OTR、WTR数值。

从上表可以看出无论是CPP还是PET，镀铝后阻透性能都大大提高了，这是因为镀铝是对塑料薄膜的表面进行金属层化处理，相对于其它方法而言，它是一种十分有效的阻透改性方法。镀铝层虽然很薄，只有几百埃，但是它是一种金属无机材料，氧气与水汽的溶解度都很小，所以有着优异的阻透性。不难理解，决定VM－CPP与VM－PET阻透性的关键因素就是铝层的厚度和质量。然而现实中，镀铝层的厚度和质量始终是一对矛盾，镀铝铝厚度增加，铝层质量就会下降，针孔数变多，附着力变差。这是由于镀铝过程是高纯度的金属铝在真空中加热气化，然后物理沉积在薄膜表面的过程。因为是物理沉积，一方面铝层与基材的结合力是较低(范德华力)，另一方面铝原子堆积的也较为松散。因此改善VM－CPP与VM－PET的阻透性能就是要解决铝层的厚度和质量这一矛盾。现在，等离子处理技术为我们提供了这种可能。

四、双津公司使用的等离子处理与非等离子处理薄膜性能的比较

我公司于2000年从德国引进了第二台宽幅镀膜设备，并引进了双组气体等离子处理系统，从镀铝生产中现象的差异可以明显感受到等离子处理带来的变化：

1铝的利用率明显上升——在真空度、镀铝层设定厚度和铝丝进给量不变的情况下，使用等离子处理工艺的生产速度比未使用等离子处理工艺高1/5，这个现象说明薄膜对铝的吸附能力有所增强。

2铝层更加紧密——比较使用等离子处理镀铝和未使用等离子处理镀铝的薄膜可以发现，薄膜的方阻值相同，但其透光率不一样。经等离子处理后镀铝的薄膜透光率要大。出现这一现象的原因是附在薄膜的铝的晶粒变小，铝层变的密实的缘故。

3铝层附着力提高——从我们在客户那里所做的对比试验，可以看出经等离子处理的镀铝薄膜经复合后剥离强度明显增强。对于挤出复合，VM－PET成品剥离强度(三天后)平均提高02～0.25N/15mm，VM－CPP的成品剥离强度(三天后)平均提高0.4～0.5N/15mm。对于干法复合亦有明显的提高。

这些现象说明在铝层厚度不变的情况下，等离子处理工艺改善了镀铝质量。换句话说，等离子处理工艺让我们可以生产铝层厚度更厚的镀铝薄膜。实践中，我们正是利用这一方法为客户生产了方阻值为075的VM－PET，有效的做到了铝层的厚度和质量的平衡，提高了VM－PET的阻隔性。

实际的检测数据也表明，经过等离子处理的VM－CPP与VM－PET阻氧性能明显提高，VM－PET的透湿通过等离子处理工艺提高铝层厚度的方法可以做到小于05。

然而，等离子处理VM－CPP的阻湿性能并没有想象的提高，其中原因目前尚不清楚。但是我们相信，对于软包装而言，具有意义的阻透性能是薄膜复合制袋后的最终阻透性能，等离子处理提高铝层质量和附着力，一定会提高最终产品的阻透性。这方面的研究工作我们正在和我们的客户合作展开。

五、等离子处理与金属化薄膜阻隔性能的关系

综上所述，等离子处理工艺改善了镀铝质量，在一定程度上平衡了铝层厚度和质量的矛盾，从而提高了薄膜的阻透性能。同时等离子处理给聚烯烃带来的类EVOH极性表面特别对提薄膜高阻隔性能有帮助。

高分子聚合物表面改性用等离子体喷枪及应用

常用的高分子聚合物材料，如：聚四氟乙烯、聚丙烯及ABS工程塑料均属非极性材料，很难实现高强度的粘合。为了提高这些材料的粘合性能，目前通常采用真空电晕放电处理或常压火焰处理的方法，以增强材料表面粗糙度并产生一定的活性基团。其中以真空电晕放电处理的效果比较理想，但是这种方法生产效率低，处理成本很高，在实际生产中难以推广。该项成果利用常压等离子体对高分子聚合物材料进行表现改性，以提高材料粘合性能的实验获得成功。目前的实验结果表明，聚四氟乙烯和ABS工程塑料在经过数秒钟的常压等离子体处理后，其粘合强度与经过数分钟真空电晕放电处理后的效果相当。经过常压等离子处理后，材料的表面形貌、形状和尺寸都不会受到影响。

由于这种方法可以在常压条件下，以极高的效率对高分子聚合物进行表面处理，因此处聚醚嵌段酰胺的缩写PEBA是1种具有非常有趣特性的热塑性塑料理成本极低，具有较大的推广应用价值。

目前在汽车生产、蓄电池封装、复合包装材料和生活日用品生产按下该按钮等领域内，都遇到大量的高分子聚合物材料粘合问题。由于这一问题尚未能很好地解决，影响了产品的质量和生产效率，并且造成较大的能源浪费和环境污染。因此，采用这种常压等离子体处理技术具有广阔的市场前景及较好的经济、社会效益。

作者： 石社正 要求可求出最大力、抗拉强度、抗剥离强度、曲折强度、紧缩强度、弹性模量、断裂延伸率、屈服强度等参数

来 自： 安徽宁国市双津集团公司