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     摘要：本文簡要介紹了等離子處理技術(shù)的基本原理和作用，并且通過比較金屬化薄膜經(jīng)等離子處理與未經(jīng)等離子處理阻透性能的差異，闡述了等離子處理與金屬化薄膜阻透性能的關(guān)系。     關(guān)鍵詞：等離子處理　阻隔性能　透氧率　透水率一、等離子處理的原理      等離子處理技術(shù)是利用氣體輝光放電現(xiàn)象對(duì)材料表面進(jìn)行處理的一種新技術(shù)。氣體輝光放電是相對(duì)于氣體電暈放電、電弧放電而言的一種放電狀態(tài)，向處于真空中的兩個(gè)電極通入一定量的氣體——通常所使用的氣體是氬氣和氧氣的混合氣體，當(dāng)外加直流電壓超過其起始放電電壓時(shí)，便產(chǎn)生輝光放電。氣體輝光放電時(shí)，從陰極發(fā)出的電子經(jīng)過電場加速，獲得能量撞擊氣體分子，使氣體分子激發(fā)，在等離子區(qū)產(chǎn)生了大量的正離子(等離子區(qū)任何位置的電子濃度和正離子濃度相等，所以稱等離子區(qū))，這些正離子在電場作用下加速向陰極移動(dòng)，轟擊靶材和薄膜表面。氬氣的作用是維持正常的輝光放電，同時(shí)氬離子(正離子)也不斷轟擊薄膜表面，產(chǎn)生級(jí)聯(lián)碰撞，將油污、灰塵等污物分子濺射出去，清潔薄膜表面。由于氬離子的轟擊而從靶材上濺射出的粒子稱為靶材粒子，靶材粒子和氬離子對(duì)薄膜的表面的轟擊可以起到“剝蝕”作用，使薄膜表面“糙化”。氧氣在輝光放電時(shí)形成氧自由基，經(jīng)加速能量能達(dá)到1keV左右，而一般有機(jī)物的化學(xué)鍵能通常只有大約10eV左右，氧自由基能夠輕易破壞原來的化學(xué)鍵，和薄膜中的甲基反應(yīng)，生成羥基、羧基、羰基等極性基團(tuán)，提高了薄膜的表面極性。二、等離子處理的作用     薄膜基材等離子處理能有效提高薄膜的表面性能，提高表面潤濕張力并延緩其衰減，明顯提高薄膜鍍鋁后的鋁層附著牢度。并且等離子處理沒有電暈處理中存在的背面電暈影響熱封性能的情況，而且由于薄膜受熱少，薄膜的物理機(jī)械性能在處理中沒有改變。    據(jù)萊寶公司的介紹，薄膜基材鍍前的等離子處理對(duì)薄膜鍍鋁后的阻透性能也有很大的作用，在其提供的報(bào)告中可以看出等離子處理可以使金屬化薄膜的阻隔性能在原有的基礎(chǔ)上有很大提高。     另外，美國專利5，981，079在等離子處理作用方面也能給我們一些啟示。在這個(gè)發(fā)明專利中，提到了一個(gè)增強(qiáng)阻透的真空鍍鋁薄膜，它包含一個(gè)聚丙烯的基層，聚丙烯基層至少一個(gè)表面附上一層高密度聚乙烯層，這個(gè)高密度聚乙烯層在有羥基供體的氣氛中進(jìn)行等離子處理，然后進(jìn)行真空鍍鋁。這種鍍鋁薄膜具有增強(qiáng)的氧氣與水蒸氣的阻透性，特別適用于食品包裝薄膜。處在有羥基供體環(huán)境的等離子處理將會(huì)導(dǎo)致差自由基的分裂與重組，暴露在上述環(huán)境中的高密度聚乙烯表面層將會(huì)接受這些－OH，形成富含羥基的類似醇的表面，這種類似醇的表面模擬出一個(gè)EVOH層，它會(huì)顯著提高薄膜的阻隔性能，與共擠或涂布相比，卻沒有增大太大的加工難度和成本。此外，－OH集團(tuán)提高了高密度聚乙烯表面極性，增強(qiáng)薄膜表面對(duì)鋁層的附著力。事實(shí)上，聚烯烴分子是非極性的，為了增強(qiáng)聚烯烴薄膜表面對(duì)鋁層的附著力，就需要提高薄膜表面的極性。詳細(xì)內(nèi)容見美國專利5，981，079。三、影響薄膜阻透性能的因素     氣體對(duì)材料的滲透機(jī)理，從微觀來看，是分子的擴(kuò)散的過程。即氣體分子在高壓側(cè)的壓力作用下，溶解于材料中，然后，由材料的高濃度區(qū)向低濃度區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散，最后，在低壓側(cè)一面解吸。因而，氣體對(duì)材料的滲透性就取決于該氣體在這種材料中的擴(kuò)散能力與溶解能力。下表是一些通用薄膜(厚度為25微米)典型的OTR、WTR數(shù)值。     從上表可以看出無論是CPP還是PET，鍍鋁后阻透性能都大大提高了，這是因?yàn)殄冧X是對(duì)塑料薄膜的表面進(jìn)行金屬層化處理，相對(duì)于其它方法而言，它是一種十分有效的阻透改性方法。鍍鋁層雖然很薄，只有幾百埃，但是它是一種金屬無機(jī)材料，氧氣與水汽的溶解度都很小，所以有著優(yōu)異的阻透性。不難理解，決定VM－CPP與VM－PET阻透性的關(guān)鍵因素就是鋁層的厚度和質(zhì)量。然而現(xiàn)實(shí)中，鍍鋁層的厚度和質(zhì)量始終是一對(duì)矛盾，鍍鋁鋁厚度增加，鋁層質(zhì)量就會(huì)下降，針孔數(shù)變多，附著力變差。這是由于鍍鋁過程是高純度的金屬鋁在真空中加熱氣化，然后物理沉積在薄膜表面的過程。因?yàn)槭俏锢沓练e，一方面鋁層與基材的結(jié)合力是較低(范德華力)，另一方面鋁原子堆積的也較為松散。因此改善VM－CPP與VM－PET的阻透性能就是要解決鋁層的厚度和質(zhì)量這一矛盾?，F(xiàn)在，等離子處理技術(shù)為我們提供了這種可能。四、雙津公司使用的等離子處理與非等離子處理薄膜性能的比較     我公司于2000年從德國引進(jìn)了第二臺(tái)寬幅鍍膜設(shè)備，并引進(jìn)了雙組氣體等離子處理系統(tǒng)，從鍍鋁生產(chǎn)中現(xiàn)象的差異可以明顯感受到等離子處理帶來的變化：1鋁的利用率明顯上升——在真空度、鍍鋁層設(shè)定厚度和鋁絲進(jìn)給量不變的情況下，使用等離子處理工藝的生產(chǎn)速度比未使用等離子處理工藝高1/5，這個(gè)現(xiàn)象說明薄膜對(duì)鋁的吸附能力有所增強(qiáng)。2鋁層更加緊密——比較使用等離子處理鍍鋁和未使用等離子處理鍍鋁的薄膜可以發(fā)現(xiàn)，薄膜的方阻值相同，但其透光率不一樣。經(jīng)等離子處理后鍍鋁的薄膜透光率要大。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是附在薄膜的鋁的晶粒變小，鋁層變的密實(shí)的緣故。3鋁層附著力提高——從我們?cè)诳蛻裟抢锼龅膶?duì)比試驗(yàn)，可以看出經(jīng)等離子處理的鍍鋁薄膜經(jīng)復(fù)合后剝離強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。對(duì)于擠出復(fù)合，VM－PET成品剝離強(qiáng)度(三天后)平均提高02～0.25N/15mm，VM－CPP的成品剝離強(qiáng)度(三天后)平均提高0.4～0.5N/15mm。對(duì)于干法復(fù)合亦有明顯的提高。     這些現(xiàn)象說明在鋁層厚度不變的情況下，等離子處理工藝改善了鍍鋁質(zhì)量。換句話說，等離子處理工藝讓我們可以生產(chǎn)鋁層厚度更厚的鍍鋁薄膜。實(shí)踐中，我們正是利用這一方法為客戶生產(chǎn)了方阻值為075的VM－PET，有效的做到了鋁層的厚度和質(zhì)量的平衡，提高了VM－PET的阻隔性。     實(shí)際的檢測(cè)數(shù)據(jù)也表明，經(jīng)過等離子處理的VM－CPP與VM－PET阻氧性能明顯提高，VM－PET的透濕通過等離子處理工藝提高鋁層厚度的方法可以做到小于05。    然而，等離子處理VM－CPP的阻濕性能并沒有想象的提高，其中原因目前尚不清楚。但是我們相信，對(duì)于軟包裝而言，具有意義的阻透性能是薄膜復(fù)合制袋后的最終阻透性能，等離子處理提高鋁層質(zhì)量和附著力，一定會(huì)提高最終產(chǎn)品的阻透性。這方面的研究工作我們正在和我們的客戶合作展開。五、等離子處理與金屬化薄膜阻隔性能的關(guān)系    綜上所述，等離子處理工藝改善了鍍鋁質(zhì)量，在一定程度上平衡了鋁層厚度和質(zhì)量的矛盾，從而提高了薄膜的阻透性能。同時(shí)等離子處理給聚烯烴帶來的類EVOH極性表面特別對(duì)提薄膜高阻隔性能有幫助。     高分子聚合物表面改性用等離子體噴槍及應(yīng)用     常用的高分子聚合物材料，如：聚四氟乙烯、聚丙烯及ABS工程塑料均屬非極性材料，很難實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的粘合。為了提高這些材料的粘合性能，目前通常采用真空電暈放電處理或常壓火焰處理的方法，以增強(qiáng)材料表面粗糙度并產(chǎn)生一定的活性基團(tuán)。其中以真空電暈放電處理的效果比較理想，但是這種方法生產(chǎn)效率低，處理成本很高，在實(shí)際生產(chǎn)中難以推廣。該項(xiàng)成果利用常壓等離子體對(duì)高分子聚合物材料進(jìn)行表現(xiàn)改性，以提高材料粘合性能的實(shí)驗(yàn)獲得成功。目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚四氟乙烯和ABS工程塑料在經(jīng)過數(shù)秒鐘的常壓等離子體處理后，其粘合強(qiáng)度與經(jīng)過數(shù)分鐘真空電暈放電處理后的效果相當(dāng)。經(jīng)過常壓等離子處理后，材料的表面形貌、形狀和尺寸都不會(huì)受到影響。     由于這種方法可以在常壓條件下，以極高的效率對(duì)高分子聚合物進(jìn)行表面處理，因此處理成本極低，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。     目前在汽車生產(chǎn)、蓄電池封裝、復(fù)合包裝材料和生活日用品生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，都遇到大量的高分子聚合物材料粘合問題。由于這一問題尚未能很好地解決，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并且造成較大的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此，采用這種常壓等離子體處理技術(shù)具有廣闊的市場前景及較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。    作者： 石社正   來 自： 安徽寧國市雙津集團(tuán)公司