（本文为必胜网原创文章，禁止转载，转载必纠）

为什么某些的涂料和特定操作程序可以发挥作用，而某些则失去作用？即使是行业中有丰富经验的人员也在努力解释这种状况。这是一篇关于薄膜屏蔽涂布技术的评论文章，在近期举行的AIMCAL 秋季技术大会（AIMCAL Fall Technical Conference）上发表。

在包装薄膜领域，薄膜技术的任何应用都没有屏蔽涂布技术应用广泛。但人们对屏蔽涂布技术的真正工作原理还没有完全理解。事实上，即使最大的屏蔽涂布材料制造商似乎也在为解释某种涂布程序工作或失效的原因而不懈奋斗。此外，屏蔽涂布功能的最基本方面有时也似乎不太容易理解。这篇报告回顾评论了关于薄膜屏蔽涂布技术的一些基本原理。另外，该文章还强调了屏蔽涂布功能上需要引起科学团体组织关注的某些方面。

一、扩散

包装材料为气体和液体提供了阻隔层，以阻止二者进入此阻隔层的另一面。然而，气体是能够通过单一分子或原子的运动渗透穿过固体，即是扩散过程。扩散是依靠原子和分子的动力运动推动的物质运动。定向扩散指的是由自然平衡力引起的、在特定方向上的物质首选流动方式，它发生在特殊扩散类型集中倾斜的相反方向。

气体在气体中的扩散很好理解，也很容易用数学方程式加以表示，而气体在固体中的扩散仍旧是一个较热门的研究课题。气体在固体中的扩散受多方面因素影响，例如固体的结晶度、固体的缺陷、两者尺寸大小、气体与固体的极性，以及在气体和固体之间可能的化学反应程度。至今为止这些数据仍然以经验为主。

二、通过聚合物包装材料扩散

标准的包装材料是薄膜聚合物，常用的有三种聚合物是：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和多元酯(PET)。这些材料被加工成包装薄膜和金属箔，给气体渗透带来了不断变化的阻力。渗透性是指气体透过特定厚度材料的实际数值，即是指材料的特殊性能，也指特殊气体的渗透能力或者通过这种材料扩散的量度。

对于大多数包装应用程序来说，由于这些渗透性数值太高，而不能达到延长易腐食物储存周期的目的。为了改变这种情况，一般会在包装薄膜表面喷镀上一层有机或无机材料的薄层。此种涂布通常应用于真空涂布容器，目前最常用的是镀纯铝薄层。

三、渗透模式

比较一下承印材料和薄膜涂布材料的固有数值，人们会发现阻隔层的属性要比理论上低。事实上，涂层的显微检测可以揭示这些层面的缺陷，但要比涂料的阻隔特性更低。对这些缺陷的研究已经进行了数十年，对每一阻隔层的测算模式有三种：电子模拟、涂层覆盖和针孔模式。

四、电子模拟模式

电子模拟模式是假定阻隔结构的每一层面反应了气体通过的电阻，它不考虑缺陷，而是假设每一层都有一个平均电阻系数。然而，这种模式并不能确定全部阻隔结构的每一个阻隔层数值。

五、涂层覆盖模式

涂层覆盖模式重点在于考虑了阻隔层的缺点。它计算了沉积层的阻隔性能，假设屏蔽涂布有很好的阻隔特性，而且通过此阻隔层的扩散只是在产生故障的时候偶尔发生。同时还假定通过阻隔结构的扩散也是一维的，这样在较厚承印材料中的交叉扩散就可以忽略。对于考察非常薄的承印材料的故障系数来说，这是一种非常可靠的模式。

六、针孔模式

针孔模式是一种计算在屏蔽涂布中故障扩散的数学模式，重点在于考虑到承印材料中向各个方向的扩散情况。通过针孔进行扩散的三维微分方程式解决方案，对针孔大小、针孔密度和承印物厚度之间的关系有一个非常清晰的描述。

关于针孔模式有两个结论：一是对于阻隔层的降解作用，在同一个故障区域，大量的微小针孔要比少数几个大缺陷的影响力会更大；二是如果承印物厚度增加，针孔与故障区域的影响也会随之增加。

七、界面现象－涂布程序前物体表面的特性

另外一个决定真空沉积阻隔层质量的重要因素是涂布前承印物表面的条件。许多常用的聚合物总表现出较低的表面能量，抑制了在涂布过程中阻隔材料产生一个优质的层面。

不过，不同方式的预处理过程能够克服这个问题。目前最常用的技术之一是将承印物表面曝露在已电离的气体中，如等离子体。用电离气体处理能引起承印材料表面的物理与化学变化。如果选择合适的处理参数，粘附或阻隔性能数值能够得以明显提高。研究这些改进后的效果人们会发现，在涂料和承印物表面之间会有一个明显的化学反应。对这方面的研究仍在继续。

还有一个重要方面就是所选承印物的表面形态，据说表面平滑的承印材料会具有更好的阻隔能力（屏蔽）。

八、涂布程序

涂布程序自身对承印物性能也有较大的影响，毕竟承印物表面在沉积过程中会产生大量的能量冲击。根据所使用的涂布程序不同，在承印物表面会有不同的能源继续活动，这包括：

1.辐射

①来自蒸发皿或坩锅的热辐射；

②电子束蒸发过程中反射电子所引起的电子辐射；

③溅射或等离子体增强过程中来自等离子体的电子、离子和UV辐射。

2.热压缩和热熔解，还有来自材料沉积的特殊热量。

3.影响材料表面的冲击动能，特别是在溅射过程中。

由于高能量的冲击与碰撞，包含对外层的某种降解效果，改变了材料的表面，同时也降低了阻隔性和粘接性能。

九、纸制品加工

最后，加工过程中，在屏蔽涂布之后仍旧有可能改变涂布的特性。由于卷绕、裁切和层压过程中产生的划痕与针孔，而使阻隔层发生降解的情况非常明显。

不过，在实际层压过程中可能产生这种变化则更重要。是否采用冷密封粘合剂或热密封粘合剂、实际层压温度的高低和实际压区的程度与持续时间等都有很大的不同。同时也有证据表明，特定的粘合剂会与阻隔材料发生反应，从而形成一个新的表面，改变了阻隔层的结构与特性。

十、结论

屏蔽涂布的作用是非常复杂的，对此发表的文章和正在进行的研究都可以证明这一点。

然而，在本篇文章中所描述的基本原理保证加工商能够针对其产品特性，开发出较易于理解的工序。

与此同时，显然仍然存在很大的问题，特别是在后续加工过程中阻隔性能发生变化时。鉴于此，必须进行另外的研究工作，尤其是对于界面现象的研究工作，这也推动着许多科学家不断投身到此领域。

Wolfgang Decker博士于1997年获得了德国布拉斯威格技术大学（Technical University Braunschweig）机械工程博士学位，主要研究方向是透明屏蔽涂布。2001年，他加入了美国Toray Plastics (America)公司，目前是N.Kingstown, R.I.工厂的金属处理与加工技术项目经理。

Decker博士在薄膜涂布与表面功能化领域拥有五项专利，发表了30余篇论文。他是熔合技术与真空轮转涂布（Emerging Technologies and Vacuum Web Coatings）顾问董事会成员，同时也是AIMCAL Vacuum Web Coating Committee（真空轮转涂布委员会）成员。

　　Bernard Henry博士目前是英国牛津大学纳米材料研究室副主任，同时也获得了伦敦大学皇家学院材料科学博士学位。过去四年来他一直是Oxford-Toppan中心（牛津大学与日本Toppan印刷集团合作项目）的重要成员。他的研究重点在透明气体阻隔薄膜的微结构特征，尤其是聚合物网膜上金属氧化层的淀积。现在，他已经设计完成了一台工业标准真空卷筒纸涂布机，这是为研究在生产条件下多层薄膜的形成原理而设计的。

[时间：2003-09-15  作者：Bisenet  来源：Bisenet]