具有Si-DLC層的食品容器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有摻硅類金剛石碳(Si-DLC)層的食品容器及其制造方法。食品容器包括由塑料材料制成的容器、形成在容器的表面上的中間薄層以及形成在中間薄層上的Si-DLC層。因此，能夠提供具有Si-DLC層的多孔塑料容器及其制造方法，其中，通過在不破壞Si-DLC層的情況下將Si-DLC層牢固地沉積在表面能較低的食品容器上，能夠?qū)崿F(xiàn)高的氧阻隔性和優(yōu)異的機(jī)械性能。
【專利說明】具有S1-DLC層的食品容器及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的一方面涉及一種具有摻硅類金剛石碳(S1-DLC)層的食品容器及其制造方法。更具體地說，本發(fā)明的一方面涉及一種能夠在不破壞S1-DLC層的情況下通過將S1-DLC層牢固地沉積在表面能較低的多孔塑料容器上來實(shí)現(xiàn)高的氧阻隔性和優(yōu)異的機(jī)械性能的具有摻硅類金剛石碳(S1-DLC)層的食品容器及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為了使易腐食品保存很長時(shí)間，對食品容器提供氧阻隔性是非常重要的。
[0003]塑料食品容器具有生產(chǎn)成本低和容易大量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但是具有下述缺點(diǎn):氧阻隔性由于作為塑料的獨(dú)特特征的多孔結(jié)構(gòu)而顯著降低。
[0004]為了解決這樣的缺點(diǎn)，已經(jīng)研究了使用等離子體方法在塑料食品容器上涂覆薄層的技術(shù)。
[0005]類金剛石碳(DLC)層不僅具有高的氧阻隔性還具有優(yōu)異的機(jī)械性能(耐摩擦性和抗磨損性)。因此，關(guān)于DLC的研究已經(jīng)進(jìn)行了很長一段時(shí)間。
[0006]然而，DLC層的高應(yīng)力能使得其上涂覆有DLC層的材料僅局限于表面能相對高(0.031N/m至0.047N/m,Accu達(dá)因筆測試)的塑料，諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。換言之，DLC層無法牢固地粘著到表面能低(0.023N/m至0.038N/m, Accu達(dá)因筆測試)的塑料，諸如聚丙烯(PP)，因此無法獲得高的氧阻隔性。
[0007]從這一點(diǎn)看，知曉的是，比PET更為多孔的PP的性質(zhì)也對DLC層具有影響[參考文獻(xiàn):N.1nagaki 等，Journal of Applied Polymer Science 78(2000)2389-2397]。
[0008]因此，PET的性質(zhì)是隨著沉積在PET的表面上的薄層的厚度增大，氧阻隔性增大，而PP的性質(zhì)是盡管沉積在PP的表面上的薄層的厚度增大，但氧阻隔性得不到改善[參考文獻(xiàn):D.S.Finch 等，Packaging Technology and Science 9(1996)73-85]。
[0009]這是因?yàn)槌练e在PP的表面上的薄層由于PP的低表面能和多孔結(jié)構(gòu)而沒有良好地粘著到PP的表面，而是脫落或損壞。
[0010]由于這個(gè)原因，不能生產(chǎn)通過使用等離子體方法在PP上涂覆薄層來增加氧阻隔性的產(chǎn)品。然而，與其它塑料材料相比，PP具有諸如價(jià)格競爭力、耐熱性和抗內(nèi)分泌干擾化學(xué)物穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。因此，當(dāng)具有氧阻隔性的PP應(yīng)用于食品容器時(shí)，預(yù)計(jì)PP將具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術(shù)問題
[0012]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有摻硅類金剛石碳(S1-DLC)層的食品容器及其制造方法，所述食品容器及其制造方法能夠在不破壞S1-DLC層的情況下通過將S1-DLC層牢固地沉積在具有較低表面能的多孔塑料容器上來實(shí)現(xiàn)高的氧阻隔性和優(yōu)異的機(jī)械性能。
[0013]技術(shù)方案
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種具有摻硅類金剛石碳(S1-DLC)層的食品容器，所述食品容器包括由塑料材料制成的容器、形成在容器的表面上的中間薄層和形成在中間薄層上的S1-DLC層。
[0015]可以對容器的所述表面執(zhí)行等離子體處理，以便改善容器的所述表面與中間薄層之間的粘著力。
[0016]容器可以由聚丙烯(PP)形成。
[0017]中間薄層可以由硅(Si)形成。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種具有S1-DLC層的食品容器的制造方法，所述方法包括以下步驟:準(zhǔn)備由塑料材料制成的容器；對容器的表面執(zhí)行等離子體處理；在容器的表面上沉積中間薄層；在中間薄層上沉積S1-DLC層。
[0019]在執(zhí)行等離子體處理的步驟中，可以利用氬(Ar)來執(zhí)行等離子體處理。
[0020]可以由PP形成容器。
[0021]可以由Si形成中間薄層。
[0022]可以通過等離子體化學(xué)氣相沉積來執(zhí)行沉積中間薄層的步驟以及沉積S1-DLC層的步驟。
[0023]本發(fā)明的有益效果
[0024]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種具有摻硅類金剛石碳(S1-DLC)層的食品容器及其制造方法，所述食品容器及其制造方法能夠在不破壞S1-DLC層的情況下通過將S1-DLC層牢固地沉積在表面能較低的多孔塑料容器上來實(shí)現(xiàn)高的氧阻隔性和優(yōu)異的機(jī)械性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的食品容器的示圖。
[0026]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的食品容器的制造方法的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于實(shí)施例，而是可以被實(shí)施為不同的形式。提供這些實(shí)施例僅出于說明性的目的并為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員充分理解本發(fā)明的范圍。在全部附圖中，相似的標(biāo)號(hào)指示相似的元件。
[0028]在下文中，將參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有摻硅類金剛石碳(S1-DLC)層的食品容器及其制造方法。
[0029]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的食品容器的示圖。具體地，為便于描述，圖1示出了食品容器的剖視圖。
[0030]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有S1-DLC的食品容器I (在下文中稱作“食品容器”)包括容器10、中間薄層20和S1-DLC層30。
[0031]容器10可以具有在其中容納食品的預(yù)定的容納空間，并且由塑料材料形成。
[0032]容器10優(yōu)選地由表面能低且多孔的材料(諸如聚丙烯(PP))形成，但可以由表面能比PP的表面能低且比PP更為多孔的另一種塑料材料形成。容器10也可以由表面能高的塑料材料(諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))形成。
[0033]中間薄層20形成在容器10的表面上，使得S1-DLC層30牢固地粘著到容器10的表面12。因此，中間薄層20可以介于容器10與S1-DLC層30之間。
[0034]為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的氧阻隔性，S1-DLC層30直接地形成在由諸如PP的材料制成的容器10上是不可取的。這是因?yàn)橛捎赑P的低表面能和多孔結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致S1-DLC層30無法牢固地粘著到容器10，因此出現(xiàn)損壞掉落現(xiàn)象等。
[0035]優(yōu)選地，中間薄層20由良好地粘著到PP且具有與S1-DLC的優(yōu)異的化學(xué)相容性的娃(Si)形成。
[0036]在中間薄層20由諸如等離子體聚合的六甲基二硅醚(HMDSO) (pp-HMDSO)的另一種材料形成的情況下，中間薄層20與S1-DLC層30的化學(xué)相容性降低，因此，S1-DLC薄層30會(huì)很容易脫落或損壞。因此，會(huì)降低氧阻隔性。
[0037]優(yōu)選地，容器10的表面12發(fā)生化學(xué)改變，使得由Si制成的中間薄層20牢固地形成在由PP制成的容器10上。
[0038]S1-DLC薄層30形成在中間薄層20上。S1-DLC薄層30由具有高的氧阻隔性和強(qiáng)的機(jī)械性能(諸如摩擦磨損性能)的S1-DLC形成。
[0039]在這種情況下，Si的含量很重要，使得S1-DLC薄層30具有高的氧阻隔性能。
[0040]當(dāng)Si的含量適當(dāng)時(shí),Si起到連接S1-DLC層30中的碳(C)的作用，從而形成致密的薄層。然而，當(dāng)Si的含量太高時(shí)，并不出現(xiàn)這樣的效果，因此，無法獲得高的氧阻隔性。
[0041]當(dāng)僅利用不含Si的DLC時(shí)，薄層會(huì)由于DLC的高應(yīng)力能而容易脫落。
[0042]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的食品容器的制造方法的剖視圖。
[0043]參照圖2，根據(jù)本發(fā)明的食品容器I的制造方法包括容器準(zhǔn)備步驟(S100)、等離子體預(yù)處理步驟(S200)、中間薄層沉積步驟(S300)和S1-DLC層沉積步驟(S400)。
[0044]在容器準(zhǔn)備步驟(S100)中，準(zhǔn)備由塑料材料制成的容器10。
[0045]在這種情況下，容器10優(yōu)選地由具有低表面能和大孔隙率的PP形成。然而，薄層難以粘著到PP。
[0046]因此，在等離子體預(yù)處理步驟(S200)中，可以在將緩沖薄層20沉積在容器10的表面12上之前，對容器10的表面12執(zhí)行等離子體處理。
[0047]具體地，將描述等離子體預(yù)處理步驟(S200)。首先，將由PP材料制成的容器10置于射頻-化學(xué)氣相沉積(RF-CVD)設(shè)備(未示出)的室中，通過泵等在室中形成真空狀態(tài)。
[0048]然后，以特定的流率將氬(Ar)氣注入到室中，通過向室施加RF-功率形成等離子體態(tài)，從而執(zhí)行等離子體預(yù)處理工藝。
[0049]隨著等離子體態(tài)的形成，在室中產(chǎn)生了自偏電壓(self-bias voltage),因此,具有能量的Ar顆粒與容器10的表面12反應(yīng)。因此，Ar顆粒的高動(dòng)能被轉(zhuǎn)移到容器10的表面12。
[0050]由于容器10的表面12處于容器10的表面12的能量高于平衡能量的狀態(tài)，因此容器10的表面12與另一種材料結(jié)合，以處于容器10的表面12趨于使其能量降低的狀態(tài)(處于反應(yīng)性增加的狀態(tài))。
[0051]在等離子體預(yù)處理步驟(S200)中，在塑料表面預(yù)處理中使用的Ar氣優(yōu)選被注入到RF-CVD設(shè)備的室中。
[0052]優(yōu)選地，在容器10的表面12上形成由與S1-DLC層30具有優(yōu)異的化學(xué)相容性的Si材料制成的中間薄層20。這是因?yàn)榕c對其執(zhí)行O2等離子體處理相比，對其執(zhí)行Ar等離子體處理的由Si材料制成的中間薄層20更牢固地粘著到容器10的表面12。
[0053]因此，當(dāng)對由PP材料制成的容器10的表面12執(zhí)行Ar等離子體處理時(shí)，容器10的表面12具有高的氧阻隔性。另一方面，當(dāng)對由PP材料制成的容器10的表面12執(zhí)行O2等離子體處理時(shí)，中間薄層20容易脫落或損壞，因此，容器10的表面12具有低的氧阻隔性。
[0054]在中間薄層沉積步驟(S300)中，可以在容器10的執(zhí)行了等離子體處理的表面12上沉積中間薄層20。
[0055]中間薄層20不把容器10的機(jī)械變形直接提供到將要沉積在中間薄層20上的S1-DLC層30，而是吸收容器10的機(jī)械變形。
[0056]中間薄層20由于其楊氏模量低而相對良好地變形。優(yōu)選地，中間薄層20由具有與將要沉積在中間薄層20上的S1-DLC層30的高的化學(xué)相容性的Si形成。
[0057]當(dāng)中間薄層20由諸如pp-HMDSO的另一種材料形成時(shí)，中間薄層20與S1-DLC層30的化學(xué)相容性降低，因此，S1-DLC層30會(huì)很容易脫落或損壞。因此，中間薄層20的氧阻隔性降低。
[0058]具體地，將描述中間薄層沉積步驟(S300)。在執(zhí)行了等離子體預(yù)處理步驟(S200)之后，通過將反應(yīng)氣體(例如，SiH4等)注入到RF-CVD設(shè)備的室中來形成等離子體態(tài)。
[0059]可以借助于等離子體與諸如SiH4的反應(yīng)氣體之間的反應(yīng)而在容器10的表面12上形成由Si制成的中間薄層20。
[0060]在S1-DLC層沉積步驟(S400)中，可以在中間薄層沉積步驟(S300)中形成的中間薄層20上沉積執(zhí)行氧阻擋功能的S1-DLC層30。
[0061 ] 具體地，將描述S1-DLC層沉積步驟(S400)?？梢酝ㄟ^將C6H6和SiH4的混合氣體按照適當(dāng)?shù)牧魉僮⑷氲絉F-CVD設(shè)備的室中然后執(zhí)行等離子體反應(yīng)而在中間薄層20上形成執(zhí)行氧阻擋功能的S1-DLC層30。
[0062]這里，C6H6和SiH4的混合氣體用作反應(yīng)氣體的示例。然而，將清楚的是，可以使用能夠形成S1-DLC的其它反應(yīng)氣體。
[0063]在這種情況下，Si的含量對于S1-DLC層30具有高的氧阻隔性是重要的。
[0064]當(dāng)薄層中一點(diǎn)也不含Si時(shí),薄層會(huì)由于DLC的高應(yīng)力能而易于脫落。當(dāng)薄層中含有過量Si時(shí)，薄層的密度減小，因此，薄層無法具有高的氧阻隔性。
[0065]因此，通過上述步驟，難以涂覆在由PP材料制成的容器10上的由DLC制成的薄層能夠牢固地涂覆在容器10上，而不發(fā)生由DLC材料制成的薄層脫落或損壞的現(xiàn)象。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高的氧阻隔性。
[0066]另外，由于S1-DLC是這樣一種已知的材料，即S1-DLC具有非常優(yōu)異的諸如摩擦和磨損的機(jī)械性能，所以可以預(yù)期的是食品容器I的機(jī)械穩(wěn)定性將得到改善。
[0067]傳統(tǒng)上，使用的方法是通過使價(jià)格高的乙烯-乙烯醇(EVOH)與PP混合或粘著到PP來改善氧阻隔性。然而，在本發(fā)明中，沒有使用EV0H，從而能夠降低制造成本，由此確保價(jià)格競爭力。
[0068]在使用EVOH的方法中，除了 PP之外,在食品容器中還包含大量的物質(zhì)，因此難以使食品容器循環(huán)利用。然而，在使用等離子體方法的本發(fā)明中，食品容器能夠易于循環(huán)利用。
[0069]雖然已經(jīng)結(jié)合某些示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是本發(fā)明不限于公開的實(shí)施例，而是相反，本發(fā)明意圖覆蓋包括在權(quán)利要求及其等同物的精神和范圍內(nèi)的各種變形和等同布置。
【權(quán)利要求】
1.一種具有摻硅類金剛石碳(S1-DLC)層的食品容器，包括: 容器，由塑料材料制成； 中間薄層，形成在容器的表面上；以及 S1-DLC層，形成在中間薄層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品容器，其中，對容器的所述表面執(zhí)行等離子體處理，以改善容器的所述表面與中間薄層之間的粘著力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品容器，其中，容器由具有S1-DLC涂覆層的聚丙烯(PP)形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品容器，其中，中間薄層由硅(Si)形成。
5.一種具有S1-DLC層的食品容器的制造方法，所述方法包括以下步驟: 準(zhǔn)備由塑料材料制成的容器； 對容器的表面執(zhí)行等離子體處理； 在容器的表面上沉積中間薄層；以及 在中間薄層上沉積S1-DLC層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在執(zhí)行等離子體處理的步驟中，利用氬(Ar)來執(zhí)行等離子體處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，容器由PP形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，中間薄層由Si形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過等離子體化學(xué)氣相沉積來執(zhí)行沉積中間薄層的步驟和沉積S1-DLC層的步驟。
【文檔編號(hào)】B65D25/14GK104169183SQ201380013488
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
【發(fā)明者】李光烈, 文明云, 金成珍, 宋恩景, 趙京植, 尹泰景 申請人:Cj第一制糖株式會(huì)社, 韓國科學(xué)技術(shù)研究院