ZnO薄膜包装材料溅射制备工艺与阻隔性能研究

目的为了解决普通聚合物包装塑料对水、氧的阻隔能力不足,以及包装内容物货架时间短等问题,研究氧化锌(ZnO)沉积复合薄膜制备工艺与阻隔性能之间的关系,探索其应用于包装材料的可行性。方法采用射频磁控溅射技术(RF),以ZnO为靶材,在PET塑料表面沉积制备氧化锌薄膜包装材料,并详细分析射频溅射功率、沉积时间与工作气压对ZnO复合薄膜微观形貌、沉积速率以及阻隔性能的影响。结果当溅射功率为150 W,沉积时间为30 min,工作气压为0.8 Pa时,ZnO薄膜均匀且致密,阻隔能力最强,其氧气透过率(OTR)降低为1.23 m L/(m2·d),水蒸汽透过率(WVTR)降低为0.382 g/(m2·d)。与相同厚度下的PET原膜相比,所制备的ZnO高阻隔薄膜的透氧率降低了49.5倍,透湿率降低了17.6倍。结论射频溅射参数通过影响复合薄膜的微观形貌、致密程度、沉积速率以及沉积层厚度等方面对其阻隔能力会产生较大影响。

柔性ZnO/PI/PET复合薄膜的制备工艺及其阻隔性能研究

目的解决物理溅射沉积法制备的无机氧化物类高阻隔包装材料柔韧性不足,使用过程中易脆裂的问题。方法采用射频磁控溅射技术(RF),以氧化锌(ZnO)、聚酰亚胺(PI)为靶材,在PET塑料表面同时沉积制备ZnO/PI/PET复合薄膜。详细分析PI的引入对ZnO阻隔层微观结构以及性能的影响,优化ZnO/PI/PET的溅射制备工艺。结果沉积层微观形貌及包装性能受溅射功率密度比(PZnO/PPI)的影响较大。随着PZnO/PPI的降低,沉积层PI含量增加,阻隔层纳米颗粒由燕麦形状向球形转变,球径呈降低趋势。沉积层柔韧性提升明显,经过100次折叠后,没有明显裂纹产生(PZnO/PPI≤2)。在PZnO/PPI为2,氩气流量为40 mL/min,沉积时间为30 min,工作气压为0.5 Pa的条件下,ZnO/PI/PET复合阻隔薄膜对水蒸气、氧气的阻隔能力最为理想,水蒸气透过率为0.342 g/(m^2∙d),氧气透过率为0.365 mL/(m^2∙d)。结论适量PI片段的引入可以有效提升无机氧化物阻隔层的柔韧性及耐折叠能力,还可进一步提升复合沉积膜对水蒸气、氧气等气体小分子的阻隔能力。

ZnO/SiO2复合薄膜的制备及其阻隔性能研究

目的为了进一步提高氧化锌(ZnO)沉积复合薄膜对氧气的阻隔能力,探索其应用于食品和药品包装材料的可行性。方法采用射频磁控溅射技术(RF),以ZnO和二氧化硅(SiO2)为靶材,在PET塑料表面同时沉积,制备ZnO/SiO2复合薄膜包装材料,并详细分析SiO2的引入对ZnO沉积膜微观结构和阻隔能力的影响,优化ZnO/SiO2的制备工艺。结果SiO2的引入,使ZnO纳米颗粒的形状由片状燕麦变成了球形,当功率密度比PSiO2/PZnO为0.67,氩气流量为20 mL/min,沉积时间为20 min,工作气压为0.5 Pa时,ZnO/SiO2复合薄膜的氧气透过率降低为0.462 mL/(m^2·d),水蒸气透过率有所增加,为0.367 g/(m^2·d)。结论引入合适比例的SiO2,可有效提升ZnO沉积层对氧气渗入的阻隔能力,但SiO2引入量过高时,会加剧纳米裂纹,对复合薄膜的阻隔能力不利。

气体流量对磁控溅射制备ZnO薄膜沉积速率以及阻隔能力的影响

采用射频磁控溅射技术,以氧化锌(ZnO)为靶材,在PET塑料表面沉积制备了氧化锌薄膜包装材料,研究了氩气(Ar)流量对所制备的ZnO薄膜结构、形貌、沉积速率、透氧率以及透湿率的影响。实验结果表明,当氩气流量为40 sccm时,ZnO薄膜表面均匀且致密,其氧气透过率可以达到1.14 cc/(m^2.d),水蒸汽透过率为0.43 g/(m^2.d)。