一种包装体表面的等离子镀膜方法技术

本发明专利技术属于等离子镀膜加工技术领域，特别涉及一种包装体表面的等离子镀膜方法，将包装体置于等离子处理室内，再向等离子处理室内供应包括有机硅化合物、能与有机硅化合物反应生成硅氧结构的第二反应物和短链聚合单体，并以化学等离子沉积的方式于包装体的壁上形成镀膜。不仅利用了有机硅化合物反应生成具有优良阻隔功能的硅氧结构，还利用短链聚合单体有效提高了沉积物与包装体基体之间的结合性，延长了包装体上等离子沉积层的使用寿命，有利于包装体的回收、清洗、再利用。再利用。

【技术实现步骤摘要】
一种包装体表面的等离子镀膜方法


[0001]本专利技术属于等离子镀膜加工
，特别涉及一种包装体表面的等离子镀膜方法。

技术介绍

[0002]塑料瓶广泛用于各种饮品的灌装，但是很多塑料材质的包装瓶对气体的阻隔性不是很理想，用这一类塑料瓶来包装含有香味的饮品(如咖啡等)时，不利于瓶内饮品的香味的保存，香味散失后大大影响饮用体验；此外，一些含有碳酸气体的饮料(如啤酒、可乐等)中的二氧化碳更是会渗透过该塑料瓶的瓶壁逐渐向外界散发。同时外部空气中的氧气也会少量渗透过该塑料瓶瓶壁进入瓶内与饮品发生相互反应，影响饮品的口感和保存时间。
[0003]通过在塑料瓶的瓶壁上附上一层阻隔膜可以大大抑制上述情况的发生，但是阻隔膜自身的阻隔密封性也有优劣之分，如果附上的膜层自身的密封阻隔性就不理想，那对瓶内饮品的保护作用也是有限，而对于密封阻隔性优异的膜层而言，很多时候其与塑料瓶基体之间的结合性又是一个问题，特别是当塑料瓶发生形变或热胀冷缩时，附在瓶壁上的阻隔膜容易破损、脱落。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种包装体表面的等离子镀膜方法，这里的包装体除了上述提到的塑料瓶、塑料罐、塑料盒等外，塑料材质的包装纸、包装膜也适用，
[0005]该方法为，将包装体置于等离子处理室内，再向等离子处理室内供应包括有机硅化合物、能与有机硅化合物反应生成硅氧结构的第二反应物和短链聚合单体作为等离子气源，并以化学等离子沉积的方式于包装体的壁上形成镀膜，
[0006]其中，有机硅化合物为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷等，第二反应物优选为氧气，
[0007]塑料材质为基于碳链的高分子聚合物，如聚丙烯塑料、聚乙烯塑料等，短链聚合单体为主链为碳链，且主链上碳原子数量在四个以内的、含碳碳双键的单体，如丙烯、正丁烯、异丁烯、异戊烯等，
[0008]在同样的温度、气压条件下，有机硅化合物的气体体积与氧气的气体体积之间的比例为100：40～70，有机硅化合物的气体体积与短链聚合单体的气体体积之间的比例为100：5～20，
[0009]向等离子处理室内供应的还包括惰性气体，惰性气体主要对其他几种气体起到载气作用，提高输气时的稳定性及安全性，在同样的温度、气压条件下，有机硅化合物的气体体积与惰性气体体积之间的比例为100：100～1500；
[0010]在向等离子处理室内供应包括有机硅化合物、第二反应物和短链聚合单体之前，先对等离子处理室内进行抽真空处理；化学等离子沉积中，用于产生等离子的辉光放电通过微波来引起，微波的输出功率为100W～1200W，辉光放电的持续时间为5s～20s。
[0011]本方案中，有机硅化合物在辉光放电条件下形成自由基发生交联同时也会与氧气发生反应从而于包装体表面生成含硅氧结构的沉积层，该沉积层具有很好的密封性和气体隔绝性，本方案主要基于此实现对包装体容腔中饮品的隔绝保护。
[0012]在此基础上，本方案希望能通过等离子镀膜的方式将上述沉积层牢固且稳定地沉积到包装体的表面上，这是因为考虑到通过辉光放电激发形成的等离子体自由基通常具有很高的能量，能够将该包装体塑料聚合物表面原有的化学键破坏掉并生成新的化学键连接。因此申请人利用了激发形成的高能的硅源和/或氧等离子体接触并作用至塑料包装体表面，以实现沉积层与包装体表面的化学键连接，
[0013]但是，在实践中申请人却发现上述思路下得到的沉积层在塑料包装体上的使用效果依然不是很理想，依然存在易失效、阻隔性不足的现象。
[0014]为了进一步提升结合稳定性，本方案在等离子前体中不仅包含了硅源和氧气用来反应生成含硅氧结构的隔绝层，还包含了含碳碳双键的短链单体。申请人这么设计的原因在于，申请人认为，激发所形成的硅源和/或氧等离子体键合到塑料聚合物瓶壁表面时，存在一个分布密度上的饱和，即在一定面积的聚合物瓶壁表面上直接键合分布了一定数量的等离子自由基后，剩下的等离子自由基就不太容易再直接键合到瓶壁表面，而只能接枝、叠加到之前已经键合在瓶壁表面的那些分子链上，
[0015]而在上述基础上引入含碳碳双键的短链单体后，相比于含有硅原子的有机硅化合物链段，该短链单体自由基与塑料聚合物瓶壁表面的碳链结构匹配度更高，同时考虑到短链单体自由基本身也有着较好的活泼性，因此塑料聚合物瓶壁表面对该短链单体的接受程度相比于有机硅化合物更大，即该短链单体自由基在瓶壁表面键合时所允许的饱和分布密度更大。因此综合来看，相比于单独的有机硅化合物，同时将有机硅化合物与短链单体混合并向聚合物瓶壁表面等离子沉积时，能够使沉积层与聚合物瓶壁表面之间形成更多的化学键合点(短链单体采用碳碳双键结构，是为了提高受激发后在同一短链单体上形成两个自由基的概率，使直接键合到塑料瓶壁表面的这部分短链单体自由基的另一活性端有机会与最终生成沉积层的硅氧结构化学键合连接)，从而使结合更为牢固稳定，延长了包装体上等离子沉积层的使用寿命，有利于这些包装体的回收、清洗、再利用。
[0016]还需要提到的是，申请人认为，短链单体及其所转化的自由基的活泼性或机动性对沉积效果也有着十分重要的影响，因为等离子沉积也是一个沉积膜增长的过程，一部分等离子体先行到达并布满基底表面后，其余等离子体再逐渐堆积上去，而如果其中一个等离子体粒子无法在第一时间段内直接到达基底的话，待基底表面被其他等离子体所键合挤占后，该等离子体粒子只能键合堆积在已沉积上去的等离子层上，而无法直接与基底表面形成键合。如本申请对比实施例2和对比实施例3中，含碳碳双键的碳链单体链长增加、整体活性下降，尽管其链结构与聚合物基底之间存在一定的匹配度，即长碳链单体在聚合物瓶壁表面沉积键合时所允许的饱和分布密度相比于有机硅化合物更大，但由于长碳链单体活泼性不足而难以在第一时间段内到达聚合物瓶壁表面形成键合，导致聚合物瓶壁表面依然是被硅氧结构所键合挤占，后沉积上去的长碳链单体被其阻挡而无法直接键合至聚合物瓶壁表面，最终导致收效甚微。
[0017]可见，等离子沉积是一个动态的过程，在对其进行研究分析时，不仅需要考虑成分与成分之间的兼容度、匹配度等宏观条件，还要充分考虑到不同类型单体所转化成的等离
子体自由基在沉积时的微观行为特点。
附图说明
[0018]图1为本方案中对塑料包装瓶的内表面进行等离子沉积镀膜所采用的装置的结构剖视图，
[0019]其中，1—罐体，11—密封圈安装槽，2—盖体，21—螺纹安装孔，3—塑料包装瓶，4—真空管道，5—供气管道，61—磁控管，62—矩形波导，63—耦合器，7—第二真空管道，8—密封圈。
具体实施方式
[0020]本方案中采用附图1所示的装置对塑料包装瓶3的内表面进行等离子沉积镀膜，该装置包括具有良好抗压强度、不易形变的罐体1，罐体1的开口通过盖体2配合盖紧实现对罐体1内腔的密封，盖体2居中处开设有连通罐体1内腔和外界的螺纹安装孔21，螺纹安装孔21与盖体2为同轴设置，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包装体表面的等离子镀膜方法，其特征在于：所述的包装体为塑料材质，所述方法为，将所述包装体置于等离子处理室内，再向所述等离子处理室内供应包括有机硅化合物、能与所述有机硅化合物反应生成硅氧结构的第二反应物和短链聚合单体作为等离子气源，并以化学等离子沉积的方式于所述包装体的壁上形成镀膜。2.如权利要求1所述的包装体表面的等离子镀膜方法，其特征在于：所述的有机硅化合物为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的一种或几种的组合。3.如权利要求1所述的包装体表面的等离子镀膜方法，其特征在于：所述的第二反应物为氧气。4.如权利要求1所述的包装体表面的等离子镀膜方法，其特征在于：所述的塑料材质为基于碳链的高分子聚合物，所述短链聚合单体为主链为碳链，且所述主链上碳原子数量在四个以内的、含碳碳双键的单体。5.如权利要求3所述的包装体表面的等离子镀膜方法，其特征在于：在同样的温度、气压条件下，所述有机硅化合物的气体体积与所述氧气的气体体积之间的比例为100：40～70。6.如权利要求1所述的包装体表面的等离子镀膜方法，其特征在于：在同样的温度、气压条件下，所述有机硅化合物的气体体积与所述短链聚合单体的气体体积之间的比例为100：5～20。7.如权利要求1所述的包装体表面的等离子镀膜方法，其特征在于：向所述的等离子处理室内供应的还包括惰性气体，在同样的温度、气压条件下，所述有机硅化合物的气体体积与所述惰性气体体积之间的比例为100：100～1500。8.如权利要求1所述的包装体表面的等离子镀膜方法，其特征在于：在向所述的等离子处理室内供应包括所述有机硅化合物、所述第二反应物和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜杰，
申请(专利权)人：常州柚盾实业投资有限公司，
类型：发明
国别省市：