一种耐折叠高阻隔复合包装薄膜的磁控溅射制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种耐折叠高阻隔复合包装薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于：包含如下步骤：(1)基材的准备；(2)将基材送入预溅射真空箱进行预溅射清洗，预溅射气体为99.95％‑99.99％氩气，预溅射功率加大速率为0.1‑6W小时/平方厘米，溅射时间为30‑500秒；(3)开启射频电源，在预溅射基体上进行多靶材同时沉积制备复合高阻膜，其中，经过预溅射的基材缠绕在滚筒表面固定，真空室的真空度控制在0.1‑10×10‑5Pa，工作气体为氩气或者氩氧混合气，氩气纯度为99.95％‑99.99％，气流量为10‑450sccm，氧气纯度为99.95％‑99.999％，气流量为0.5‑100sccm，工作气压控制为0.2‑2Pa，靶基距为4‑16cm，滚筒旋转速度控制为0.5‑10m/分，溅射时间为5‑300分钟。

A magnetron sputtering process for folding and high barrier composite packaging films

The present invention discloses a magnetron sputtering preparation process for high resistance and high barrier composite packaging film, which comprises the following steps: (1) preparation of a substrate; (2) pre sputtering of a substrate into a pre sputtering true empty box, a pre sputtering gas of 99.95%, 99.99% argon gas, and a pre sputtering power increase rate of 0.1 6W small When the sputtering time is 30, the sputtering time is 30 and 500 seconds; (3) the RF power is opened and the multi target is deposited on the pre sputtering substrate to prepare the composite high resistance film, in which the pre sputtered substrate is fixed on the surface of the roller and the vacuum degree of the vacuum chamber is controlled by 0.1 10 * 10 5Pa, the working gas is argon or argon oxygen mixing. The purity of gas is 99.95%, the gas flow is 99.99%, the gas flow is 10 450sccm, the oxygen purity is 99.95% 99.999%, the gas flow is 0.5, and the operating pressure is 0.2 2Pa, the target base distance is 4 16cm, the rotation speed of the drum is 0.5 10m/, and the sputtering time is 5 of 300 minutes.

【技术实现步骤摘要】
一种耐折叠高阻隔复合包装薄膜的磁控溅射制备工艺
本专利技术涉及阻隔包装的
，特别是涉及一种耐折叠磁控溅射高阻隔膜的生产工艺。
技术介绍
阻隔包装的发展源自于食品、药品、微电子产品等包装物易氧化变性变质而对包装薄膜提出的阻隔需求。通常是把气体阻隔性很强的材料与热缝合性、水分阻隔性很强的聚烯烃同时进行挤出而成，是多层结构的薄膜。磁控溅射技术自问世以来，由于其沉积速率快、衬底温度低、溅射阴极尺寸可以按比例扩大等优点。已应用于从微电子器件到数平方米玻璃镀膜的诸多领域，并逐渐发展成为大面积高速沉积的主流方法，并应用于阻隔包装材料的生产。1959年，真空沉积类的气体阻隔包装材料最先出现了镀铝薄膜，于1970年左右实现工业化，并在此后的几十年中科研工作者对镀铝膜的制备方法、Al膜厚度与阻隔性的关系、Al的结构特征、金属与PET基材的结合界面等等进行了研究。后来相继生产出了各种高阻隔薄膜包括：ZnO、SiOx、SiNyOx、ITO以及DLC等。目前，沉积阻隔薄膜的方法主要包括物理气相沉积(PVD)、等离子辅助化学气相沉积(PECVD)等。然而，由于薄膜生长应力以及膜层材料与基材的热胀系数差异，利用PVD方法制备的该类材料存在大量的细微裂纹和纳米裂纹，极大限制了该类材料的应用。尽管国内外研究者针对PVD法制备薄膜的裂纹问题给出了细致的研究，但依旧缺乏有效的解决途径。一般的阻隔性包装材料绝大部分是高分子塑料，大多是由高分子缠绕而成，塑料自身的阻隔性达不到要求。因此，提高塑料包装基材的阻隔性技术应运而生。目前，提高材料的阻隔性一般采用多元复合、多层复合、共混、真空蒸发、等离子蒸镀等技术。事实上，当前提高塑料阻隔性的技术无外乎是将有着更高阻隔性的材料与塑料结合。而结合方法可归结为两种：一是将阻隔性材料混入基材母料中再生成塑料；二是在已有的塑料片材表面制备高阻隔性材料。前者在共混之后形成多元材料，往往还需要多层共挤形成高阻隔塑料包装材料，制备技术不符合包装减量化的大趋势，且在制备工艺过程中常常使用挥发性的有机溶剂。后者是以市场广泛存在的塑料为基材，具备广阔的应用前景，但是现有常规的PVD法制备的阻隔薄膜存在大量裂纹、针孔等缺陷并且在使用过程中易脆裂。国际包装界顶级期刊PackagingTechnologyandScience主编DavidShires先生曾言，有效解决PVD法裂纹的相关技术具有重要的研究价值及广阔前景(2012国际包装大会大会报告，中国宁波)。据统计，全世界因缺少高阻隔性包装材料造成农产品和食品的损失约占总产量20％左右；我国每年水果蔬菜总产量的20％也因运输储存过程包装材料阻隔性不够而造成的损耗达4000亿元。另一方面，高阻隔性包装材料广泛应用于精密机械零配件、电子零件与太阳能组件的封装提高其使用寿命，用于食品、药物和医疗仪器设备等包装防止有害物质迁移。因此，高阻隔包装材料的研究具有重要意义。专利2015104585235提到采用溅射法将高分子柔性片段引入到沉积层内，但并没有付诸实施，也没有明确引入高分子柔性片段的具体方法与工艺。此外，该专利通过混合共挤出的方法在基材中引入高分子柔性片段，复合膜的整体柔韧性的提高主要源于基材柔性的提高，基材表面沉积阻隔层的微裂纹以及韧性问题并没有改善，折叠后，陶瓷阻隔层的脆性和易断裂问题并不能彻底解决。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对PVD法(溅射法)制备薄膜类气体阻隔薄膜易出现裂纹以及在此类材料使用过程中不耐折等问题进行改进，采用以高分子聚合物为靶材，将其与无机或者无机氧化物靶材同时在塑料表面进行磁控共溅射真空等离子沉积技术制备柔性好、耐折叠的复合高阻隔薄膜，开发出一种耐折叠复合高阻隔薄膜的磁控溅射制备工艺。本专利技术的技术方案是：一种耐折叠高阻隔复合包装薄膜的磁控溅射制备工艺，包含如下步骤：(1)基材的准备；(2)将基材送入预溅射真空箱进行预溅射清洗，预溅射气体为99.95％-99.99％氩气，预溅射功率加大速率为0.1-6W小时/平方厘米，溅射时间为30-500秒；(3)开启射频电源，在预溅射基体上进行多靶材同时沉积制备复合高阻膜，其中，经过预溅射的基材缠绕在滚筒表面固定，真空室的真空度控制在0.1-10×10-5Pa，工作气体为氩气或者氩氧混合气，氩气纯度为99.95％-99.99％，气流量为10-450sccm，氧气纯度为99.95％-99.999％，气流量为0.5-100sccm，工作气压控制为0.2-2Pa，靶基距为3-16cm，滚筒旋转速度控制为0.5-10m/分，溅射时间为5-300分钟；所述的多靶材共溅射为以高分子聚合物为靶材，将其与无机靶材、无机氧化物靶材中任意一种或者两种组成双靶材或者三靶材同时溅射。所述的基材为采用由聚对苯二甲酸乙二醇酯、PP、EVOA和PA单一组分或者一种以上组分多层共混塑料。所述的高分子靶材采用PI、PTFE、聚乙烯LLDPE、聚异戊二烯和环氧树脂单一或者一种以上共混的高分子聚合物。所述的无机材料为Si、Al、Ti、石墨中的一种或者一种以上；无机氧化物为SiOx、ZnO、Al2O3、SiNyOx、TiO2、ITO以及DLC等中一种或者一种以上。所述的高分子靶材的溅射功率密度为0.1-10W/平方厘米，优选0.3-5W/平方厘米，无机与无机氧化物靶材的溅射功率密度为0.1-15W/平方厘米，优选0.5-6W/平方厘米，调节高分子靶材与陶瓷靶材的功率密度比为0.1-10之间，优选0.5-2.5之间。所述的真空室的真空度控制在2-5×10-5Pa，工作气体为工作气体为氩气或者氩氧混合气，氩气纯度为99.95％-99.99％，气流量为40-150sccm，氧气纯度为99.95％-99.999％，气流量为5-45sccm，工作气压控制为0.55-0.9Pa，靶基距为4-10cm，滚筒旋转速度控制为1-3m/分，溅射功率控制为0.5-6W/平方厘米，溅射时间为15-90分钟。所述的基材单面或者双面沉积柔性阻隔层。所述的复合靶材原料为聚合物与无机材料，则工作气体为氩氧混合气，其中，氩气流量与氧气流量的比值为100:1-100:90之间，优选15:1-2:1之间；所述的复合靶材原料为聚合物与无机氧化物，则工作气体为氩气或者氩氧混合气，最好是单纯氩气。本专利技术的有益效果：本专利技术所制备的复合薄膜将高分子柔性片段引入了复合薄膜的无机阻隔层，对水蒸汽、氧气、阻隔能力强，降低了水、氧的透过性，延长了包装内容物的霉潮与变质的时间，提高了食品货架时间。此外，该制备工艺所制备的包装材料还能够有效延长食品的留香时间，降低运输过程中有毒气体的透过性与成本。本专利技术涉及的耐折高阻隔薄膜的磁控溅射制备工艺具有极高的经济价值。本专利技术的优势在于：经过预溅射步骤，清除了基材表面的吸附气体、污染物、氧化物，也将粘附力差的粒子去除，使得表面增加活性，基材的附着力得到增强。以高分子为靶材，采用射频磁控共溅射法在阻隔膜层中引入有机高分子柔性链碎片，提高了薄膜的耐折性。通过高分子聚合物为靶材，磁控共溅射技术沉积复合薄膜后的材料整体性能将得到提高。(1)沉积复合薄膜后拉伸性能将有较大变化，整体抗拉性能提高，且复合薄膜的耐折性能优异，高分子链段引入薄膜形成复合结构，可明显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐折叠高阻隔复合包装薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于：包含如下步骤：(1)基材的准备；(2)将基材送入预溅射真空箱进行预溅射清洗，预溅射气体为99.95％‑99.99％氩气，预溅射功率加大速率为0.1‑6W小时/平方厘米，溅射时间为30‑500秒；(3)开启射频电源，在预溅射基体上进行多靶材同时沉积制备复合高阻膜，其中，经过预溅射的基材缠绕在滚筒表面固定，真空室的真空度控制在0.1‑10×10‑5Pa，工作气体为氩气或者氩氧混合气，氩气纯度为99.95％‑99.99％，气流量为10‑450sccm，氧气纯度为99.95％‑99.999％，气流量为0.5‑100sccm，工作气压控制为0.2‑2Pa，靶基距为4‑16cm，滚筒旋转速度控制为0.5‑10m/分，溅射时间为5‑300分钟；所述的多靶材共溅射为以高分子聚合物为靶材，将其与无机靶材、无机氧化物靶材中一种或者两种组成双靶材或者三靶材同时溅射。

【技术特征摘要】
1.一种耐折叠高阻隔复合包装薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于：包含如下步骤：(1)基材的准备；(2)将基材送入预溅射真空箱进行预溅射清洗，预溅射气体为99.95％-99.99％氩气，预溅射功率加大速率为0.1-6W小时/平方厘米，溅射时间为30-500秒；(3)开启射频电源，在预溅射基体上进行多靶材同时沉积制备复合高阻膜，其中，经过预溅射的基材缠绕在滚筒表面固定，真空室的真空度控制在0.1-10×10-5Pa，工作气体为氩气或者氩氧混合气，氩气纯度为99.95％-99.99％，气流量为10-450sccm，氧气纯度为99.95％-99.999％，气流量为0.5-100sccm，工作气压控制为0.2-2Pa，靶基距为4-16cm，滚筒旋转速度控制为0.5-10m/分，溅射时间为5-300分钟；所述的多靶材共溅射为以高分子聚合物为靶材，将其与无机靶材、无机氧化物靶材中一种或者两种组成双靶材或者三靶材同时溅射。2.根据权利要求1所述的一种耐折叠高阻隔复合包装薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于：所述的基材为采用由聚对苯二甲酸乙二醇酯、PP、EVOA和PA单一组分或者一种以上组分多层共混塑料。3.根据权利要求1所述的一种耐折叠高阻隔复合包装薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于：所述的高分子靶材采用PI、PTFE、聚乙烯LLDPE、聚异戊二烯和环氧树脂单一或者一种以上共混的高分子聚合物。4.根据权利要求1所述的一种溅射耐折叠高阻隔复合薄膜的制备工艺，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超楠，任达森，张朝珍，罗笙芸，鲁听，杨吟野，黄宝进，
申请(专利权)人：贵州民族大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52