[發明專利]采用等離子體射流制備高阻隔薄膜的方法

有效

• 申請號: 201410140035.5
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103882412A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 劉忠偉;陳強;趙高;原建松;曹慶波
• 申請（專利權）人: 北京印刷學院;煙臺鴻慶包裝材料有限公司
• 主分類號: C23C16/505
• 分類號: C23C16/505;C23C16/40
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 曲顯榮

技術領域

本發明涉及一種采用等離子體射流制備高阻隔薄膜的方法，屬于阻隔薄膜制作技術領域。

背景技術

目前用于阻隔包裝領域的阻隔薄膜主要用復合加工、多層共擠、表面涂布、真空鍍鋁等方法制備而成，但是這些制備方法都存在工藝復雜、成本較高，并且在材料的回收利用及環保等方面存在缺陷。

上世紀八十年代末出現的氧化硅阻隔膜層，既具有阻透（阻濕隔氧）性能，還具有耐酸堿、耐腐蝕、防劃痕及絕緣性高等特點，在阻隔薄膜領域中應用廣泛。目前用于高阻隔領域的氧化硅薄膜制備主要基于真空蒸發鍍膜或等離子體化學增強化學氣相沉積技術（包括射頻、中頻、磁場輔助型等離子體化學氣相沉積技術），上述氧化硅制備技術都是在真空條件下實施的，需要價格高昂的真空設備；此外，這種真空設備絕大多數是批量間斷式的生產操作方式，膜卷在真空室里處理完畢后，需要重新換卷，涉及到的抽氣、放氣等工序，會降低生產效率。

發明內容

本發明的目的就在于，解決現有在真空條件下采用等離子體技術制備薄膜阻隔層成本高、效率低的不足，提供一種采用常壓等離子體射流技術制備具有阻隔及防護功能薄膜的方法，采用此方法制備的薄膜阻隔層可達到納米尺度，具有附著力強、不易脫落、結構致密、阻隔氣體分子性能好、設備成本低、生產效率高、無污染等特點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

采用等離子體射流制備高阻隔薄膜的方法，通過等離子體發生裝置產生的等離子體與放電氣體混合后沉積于基材上，其特別之處在于等離子體發生裝置為常壓射流式等離子體發生裝置，通過輸氣管路引入放電氣體，同時有機硅單體由載氣攜帶進入射流槍內，與放電氣體混合，在高壓電極與接地射流頭之間放電產生等離子體，形成納米級薄膜氣相成分，射流槍由高壓電源驅動，等離子體經射流槍射流頭噴出，在基材上沉積形成阻隔薄膜。

這種納米級阻隔薄膜對氣體分子具有良好的阻隔性能，同時該薄膜兼有耐酸堿、耐腐蝕、防劃痕、絕緣性高等優點，對基材有很好的保護作用。

所述常壓射流式等離子體發生裝置，包括射流搶4、驅動射流槍機械運動的電機1、與射流槍固定安裝的縱向傳動軌2、支持射流槍和縱向傳動軌做橫向傳動的橫向傳動軌3、安裝在射流槍下方的載物臺5、帶動載物臺移動的前后傳動軌6以及支撐整套裝置的底座7、與射流槍進口通過管路連通的有機硅單體發生器8和放電氣體供應源9、與有機硅單體發生器8連通的載氣供應源10，工作電源11與射流搶4電聯。

所述射流槍4包括筒形外殼4-1和同軸安裝的圓柱狀高壓電極4-2、夾在高壓電極4-2和筒形外殼4-1之間的絕緣介質層4-3、安裝在高壓電極4-2尾端的絕緣介質筒4-4、安裝在外殼4-1尾端的射流頭4-5。射流槍進口通過管路連通有機硅單體發生器7，工作電源11與射流槍的高壓電極4-2電聯，射流槍的外殼4-1通過導線與大地連接；高壓電極4-2和外殼4-1組成管形腔體，管形腔體的頭端設有絕緣蓋，絕緣蓋中心設有出氣口，出氣口與有機硅單體發生器7通過絕緣進氣管12連通，絕緣進氣管12與高壓電極4-2內腔連接，放電氣體經絕緣進氣管到達中空高壓電極4-2內，通過中空高壓電極的針狀尾端4-9后進入高壓電極與射流頭間的放電區。

所述高壓電極4-2由主體部分和針狀尾端4-9組成，其針狀尾端插入中空的耐高溫絕緣介質筒4-4中，主體部分材料選用銅或不銹鋼，針狀尾端采用耐高溫材質鎢。

所述外殼4-1采用金屬材料制作。

所述外殼4-1優先選用不銹鋼或鋁材料制作。

所述射流頭4-5優先選用銅或不銹鋼材料制作。

所述放電氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或任意兩種或三種的混合氣體。

常壓射流式等離子體發生裝置中氣體的流速均由質量流量控制器13控制。

所述的有機硅單體為六甲基二硅氧烷、八甲基四硅氧烷或四甲基二硅氧烷中的一種,均為液體狀態。由載氣攜帶有機硅單體與放電氣體混合后進入射流槍內腔，流經射流區的有機硅單體在等離子體中的高能電子、激發態的原子和分子作用下，形成硅氧活性物種，與空氣中的氧氣反應后生成氧化硅沉積在基材上。

被鍍阻隔薄膜的基材可為柔性基材，例如聚酰亞胺薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜；也可為形狀規則或不規則的金屬基材、礦石、功能器件等。