真空镀铝纸基材的湿气阻隔性能优化及其在食品包装中的应用研究

本研究针对不可回收包装的环境问题，通过物理气相沉积(PVD)技术制备两种镀铝纸结构，对比其在高湿度(85% RH)下的水蒸气透过率(WVTR)。发现金属层连续性差异导致WVTR从0.06±0.01 g/m2 /day到1.0±0.6 g/m2 /day的性能分化，为开发可回收高阻隔纸包装提供关键数据支撑。

　　

随着全球对不可回收包装环境影响的日益关注，纸质包装因其可回收特性成为替代塑料的重要选择。然而，纤维素材料固有的亲水性使其难以满足食品包装对高湿气阻隔的要求——理想性能需达到0.1 g/m²
/day（23°C，85% RH）。这一矛盾推动了对镀铝纸基材的深入研究，其中物理气相沉积(PVD)技术因其环保性和高效率成为金属化处理的首选。

由Nestlé Institute of Packaging Sciences资助的研究团队比较了两种工业级PVD镀铝纸的性能差异。这两种材料具有相同的多层结构：超压光基纸、预涂层、铝镀层和顶涂层，但分别采用不同型号的镀膜机（标记为A和B）制备。研究发现，在85% RH环境下，A型样品保持0.06±0.01 g/m²
/day的优异WVTR，而B型样品性能下降至1.0±0.6 g/m²
/day。这种差异源于金属层的微观结构特性，通过扫描电镜(SEM)和光学密度(OD)测试证实，B型样品的铝镀层在高湿环境下出现断裂，导致阻隔失效。

研究采用多尺度表征技术：通过X射线光电子能谱(XPS)分析金属层化学组成，原子力显微镜(AFM)观测纳米级形貌，X射线衍射(XRD)检测晶体结构。工业级卷对卷生产线制备的样本队列确保了结果的实用性。

WVTR性能对比
暴露于高湿环境后，B型裸金属样品(BM-B)的WVTR急剧上升，而A型(BM-A)保持稳定。完整结构(FS-A/FS-B)测试表明顶涂层可部分补偿金属层缺陷，但无法完全消除差异。

金属层表征
SEM显示BM-B表面存在微米级裂纹，EDX分析发现其铝层含有非晶态氧化铝区域。AFM三维形貌图揭示BM-A表面粗糙度(Ra)为12.3 nm，显著低于BM-B的28.7 nm，这种平滑表面有利于形成连续金属层。

结论与意义
该研究首次系统揭示了PVD工艺参数对镀铝纸湿气阻隔性能的影响机制：金属层的连续性、结晶度和表面形貌共同决定最终性能。尽管两种样品均符合CEPI 4Evergreen可回收标准，但A型镀膜机生产的材料更适合高湿环境下的食品包装应用。这项发表于《Food Packaging and Shelf Life》的成果为包装工业提供了明确的工艺选择依据，推动可回收高阻隔材料的发展。