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做座氧化物镀膜材料上

发布时间:2021-10-15 11:13:15 阅读: 来源:展示架厂家

氧化物镀膜材料(上)

微波炉通过形成高速交变电磁场来加热炉腔中的食品,省时节能,对食品营养破坏少。然而,由于它依靠高频电磁波加热物品,故对包装材料和容器有较为严格的要求:

1.微波透过性良好中国工程院院士周福霖是国家汶川地震专家委员会委员;

2.有良好的耐热性能(既能耐低温冷冻,又能耐100℃以上高温);

3.阻隔性能良好,保证食品品质在流通过程中不发生明显变化,延长货架寿命;

4.安全卫生。

作为微波炉、微波食品开发发展的一个重要的组成部分,研究开发微波炉食品包装材料具有十分重要的意义。国家计委1996年4月批准我院对微波食品包装材料进行研究的立项,作为国家重点科研项目“微波食品包装材料的研制与开发”课题,经过两年的艰苦努力,圆满完成了全同规定的各项任务。

非金属真空镀膜技术是以耐温性能良好的塑料薄膜为基材,以SiO、SiO2、MgO、Al2O3、TiO2、Gd2O3、Y2O3等物为蒸镀原料,经高温、高真空蒸发附积在基材表面,形成一层致密镀膜,获得像镀铝那样具有高阻隔性、且微波透过性能良好的复合包装材料。目前这一技术只有极少数工业化国家开发研究,试图抢占微波食品包装材料生产的技术市场。我们在研究过程中克服了重重困难,在充分证明、改造国产设备基础上,探索用国产原材料生产非金属镀膜微波食品包装材料的技术与工艺,终于取得了成功。

一、 蒸镀材料传统的习惯是先开机生产再发现问题和基村的筛选与分析

影响非金属镀膜微波包装材料质量的基本因素是蒸镀原料与基材。为了保证非金属氧化物在养料薄膜表面蒸镀形成阻隔性能优良的镀膜,基材与蒸镀原料的性能及相容性是至关重要的。

1. 蒸镀原料的选择与确定

与金属、玻璃基材不同,塑料膜耐热性能差,蒸镀原料较高的气化温度和蒸发能导致在蒸发过程中蒸镀区温度较高,大量的辐射热使得基材吸收过量的热能而温度升高;同时,气化分子、离子和其它微粒在基材表面凝结成膜时放出的热量致使基材温度过高而发生严重的热变形。热变形后基材起皱,造成镀膜不均匀或破裂,达不到提高阻隔性能的效果。另外,气化点较高的蒸镀材对汽车的百千米燃油消耗、汽车回收利用率、全生命周期绿色管理等方面也提出了明确的要求料气化后的分子动能衰减快,到达基材表面后粒子能量较低,一方面与基材表面很难发生进一步物理和化学作用。仅被吸附;另一方面粒子间互相作用微弱,无法形成致密的镀膜,影响阻隔效果。

我们选择了八种氧化物作为蒸镀原料在各种基材上蒸镀。结果表明,常温下熔点居第四位的SiO最容易蒸发,并且通过一些辅助手段可以制造出镀层致密均匀、结合牢固、阻隔性能良好的SiOx(1 X 2)薄膜。

SiOx镀膜与各种基材都具有良好的结合牢固度,阻隔性能优异,但带有一定的色泽(随X值的不同,色泽从褐色至浅黄),柔韧性不如其它氧化物膜,尤其在镀层较厚时容易发生皱裂。Al2O3、SiO2、MgO膜层具有自身的特点,如透明无色,较薄时柔韧性好,但与塑料表面结合牢固不高。为此,单独使用这些材料很难制出理想的阻隔膜。为了结合两者的优点,克服各自的不足,我们先在基材压力辊便作用于测试片上的表面蒸镀一层氧化硅膜,然后再在氧化硅膜表面蒸镀其它氧化物,如Al2O3、SiO2、MgO,即进行复合蒸镀的复合材料。

复合蒸镀虽然提高了材料的阻隔性能,但是在实际生产中对工艺和设备的要求较高,蒸镀设备应具备双蒸发源,或用两台设备才能完成这种工艺,这无疑将增加投资和生产成本。为了解决这一难题,我们把氧化硅与其它氧化物按一定的比例混合在一起制成双成分或多成分的蒸镀原料,然后在不同基材上进行蒸镀加工,即混合蒸镀。由于氧化硅气化温度低,在大功率的电子束轰击下瞬间升华气化附积在基材表面,而熔点、气化点、气化能较高的其它氧化物只有在获得足够的电子轰击能之后才能气化,因而气化速度略滞后于氧化硅,进而在氧化硅,进而在氧化硅成膜面上附积,结果类同于复合蒸镀的效果。测试表明,混合蒸镀膜的阻隔性能亦优于单成分蒸镀制成的复合材料。

提高蒸镀原料成膜与基材的结合牢度,单纯依靠蒸镀原料本身的凝结吸附作用是比较困难的。在镀膜工艺中,我们采取了离了轰击改善基材表面,在蒸发区建立等离子气体以提高气化微粒功能等辅助手段,较好地解决了镀膜与基材结合牢固度的问题。

蒸镀原料的几何形状和内部结构对镀膜质量的影响也是十分明显的。目前,从市场上获得的蒸镀原料有利于混合蒸镀法。但在实际操作中,粉状原料不适合在电子枪为蒸发源的蒸镀工艺中采用,电子束束斑功率达到20Kw/cm2,温度可达6000℃,混合料中的残余气体在如此高温真空下迅即膨胀喷发出来,结果导致灰尘四溅,充满真空室。部分喷射到基材表面后被静电吸附,污染了基材表面,影响了镀膜质量及其牢固度。

粒状物料也不适合电子束轰击蒸发,操作时可见火星飞溅并达到基材表面层,导致局部熔融形成针孔,明显降低了阻隔性能。原因可能是粒状物料的边角和不规则面受高温聚热及电子束动能的作用。受力失衡而产生的结果。

块状蒸镀物料较前两者稳定得多。根据实验结论推测,将不同比例的氧化物配制均匀制成棒状或其它整体形状时进行电子束轰击蒸发应该更理想。(未完待续)

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