本發(fā)明屬于鍍膜，具體涉及一種pet瓶內(nèi)制備類金剛膜的方法及其應用。

背景技術：

1、在當今食品行業(yè)蓬勃發(fā)展的大背景下，食品保鮮始終是保障食品質(zhì)量與安全的關鍵環(huán)節(jié)。就目前而言，食品保鮮領域主要依賴物理和化學這兩大類型的保鮮方法，它們各自發(fā)揮著重要作用，卻也都存在著難以忽視的弊端。

2、化學保鮮方法主要依靠化學保鮮劑來發(fā)揮作用。像亞硫酸鹽、抑霉唑、多菌靈等，這些保鮮劑能夠有效地抑制微生物的生長和繁殖，防止食品腐敗變質(zhì)，在食品工業(yè)中曾經(jīng)被廣泛應用。例如，在一些腌制食品中添加亞硫酸鹽，可以延長食品的保質(zhì)期，保持其色澤和風味。但隨著人們對食品安全和健康的關注度日益提升，化學保鮮劑的弊端也逐漸暴露出來。化學保鮮劑的使用不可避免地會帶來有毒有害化學物質(zhì)殘留的問題。這些殘留物質(zhì)可能會在人體內(nèi)逐漸積累，對人體健康造成潛在威脅，比如可能會影響人體的新陳代謝、損害肝臟和腎臟等器官的功能。也正因如此，化學保鮮劑的使用受到了越來越多的限制，許多地區(qū)都對其使用范圍和殘留量制定了嚴格的標準。

3、隨著材料科學的不斷進步，先進鍍膜技術制作的高水汽阻斷膜為食品保鮮領域帶來了新的曙光。高水汽阻斷膜具有卓越的性能，它能夠高效地防止水蒸氣和氧氣的傳播。從微觀層面來看，其特殊的分子結構就像是一道緊密的屏障，水分子和氧氣分子很難穿透過去。在食品保鮮過程中，水蒸氣和氧氣是導致食品氧化和變質(zhì)的重要因素，高水汽阻斷膜的出現(xiàn)有效地解決了這一難題，減緩了食品的氧化和變質(zhì)過程。這種薄膜的應用范圍極為廣泛，從半導體高級鍍膜領域，如有機薄膜太陽能電池、oled?顯示器，到食品保鮮領域都有涉及。在不同領域的應用，主要取決于對氧氣透過率及水蒸氣透過率的不同要求。在半導體領域，對薄膜的阻隔性能要求極高，以確保電子元件的性能穩(wěn)定；而在食品保鮮領域，雖然要求相對較低，但也需要根據(jù)不同食品的特性來精確控制薄膜的氧氣和水蒸氣透過率。

4、目前，針對?pet?瓶內(nèi)的保鮮處理，仍然缺乏一種高效、安全且環(huán)保的保鮮方式。pet?瓶由于其輕便、透明、成本低等優(yōu)點，在食品包裝領域得到了廣泛應用，像我們?nèi)粘ｏ嬘玫娘嬃稀⑹秤糜偷群芏喽疾捎?pet?瓶包裝。然而，pet?瓶在保鮮方面卻存在明顯的不足。其材料特性決定了在保鮮過程中水蒸氣和氧氣的透過率較高，外界的氧氣和水蒸氣容易進入瓶內(nèi)，加速食品的氧化和變質(zhì)，導致保鮮效果差。這不僅影響了食品的口感和品質(zhì)，還可能造成食品的浪費，給食品企業(yè)帶來經(jīng)濟損失。

5、目前，針對?pet?瓶內(nèi)的保鮮處理，尚缺乏一種高效、安全且環(huán)保的保鮮方式。pet瓶在保鮮的過程中水蒸氣和氧氣的透過率高，保鮮效果差。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種pet瓶內(nèi)制備類金剛膜的方法及其應用，以解決現(xiàn)有技術中pet瓶在存儲食品和飲料的過程中水蒸氣和氧氣的透過率高，保鮮效果差的問題。

2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種pet瓶內(nèi)制備類金剛膜的方法，包括以下步驟；

3、s1、將含碳氫氣體通入成膜腔體，再經(jīng)由氣體導管通入pet瓶內(nèi)；

4、s2、開啟微波發(fā)生器，微波功率為300-350w，在pet瓶內(nèi)壁上進行微波化學氣相沉積；

5、s3、開啟真空泵，將pet瓶內(nèi)殘余氣體抽掉后關閉真空泵，得到內(nèi)壁載有類金剛膜的pet瓶。

6、優(yōu)選的，s1中所述含碳氫氣體為c2h2和ch4的混合氣體。

7、優(yōu)選的，所述含碳氫氣體中c2h2和ch4的體積比為2-3：6-7。

8、合適的比例能在微波化學氣相沉積過程中提供合適的碳源和氫源比例，有利于形成結構均勻、性能良好的類金剛膜。

9、優(yōu)選的，s1中所述含碳氫氣的流量為100-200sccm。

10、優(yōu)選的，s1中所述成膜腔體內(nèi)氣體壓力為1-10pa。

11、優(yōu)選的，s2中所述微波化學氣相沉積的時間為2-5s。

12、優(yōu)選的，s3中所述類金剛膜的厚度為20-50nm。

13、本發(fā)明還提供一種基于前文所述方法制備的pet瓶。

14、優(yōu)選的，所述pet瓶在23°c下氧氣透過率為0.73?cc/m2/24h/atm。

15、在微波cvd中，微波用于產(chǎn)生等離子體，其機理是微波導致電子高頻振蕩，這些電子與氣體分子和原子碰撞。這些碰撞使氣體電離，產(chǎn)生高活性等離子體，這種等離子體可增強沉積所需的化學反應。等離子體提供了高能物質(zhì)源，其中包括離子、電子和自由基。與傳統(tǒng)?cvd?相比，它們能在更低的溫度下引發(fā)和維持化學反應。本發(fā)明中將含碳氫氣體通入成膜腔體，含碳氣體再經(jīng)由氣體導管通入pet瓶內(nèi)，然后在pet瓶內(nèi)壁上進行微波化學氣相沉積，完成pet瓶內(nèi)的鍍膜。本發(fā)明的成膜方法與另外一種等離子體即inductive?coupledplasma?（icp）是不同的，icp等離子體產(chǎn)生的原理是通過匹配網(wǎng)絡將13.56mhz射頻功率施加于螺旋線圈天線，產(chǎn)生射頻磁通，真空容器中的電子被感應電場加速，被電場加速的電子與氣體分子劇烈頻繁碰撞，使氣體分子被激發(fā)、電離、解離，形成icp等離子體，微波等離子加工面積大，是無極電源，無污染源。本發(fā)明中的可以通過將含碳氫氣體更換為其他氣體實現(xiàn)pet瓶內(nèi)sin或siox鍍膜。

16、金剛石碳膜（diamond-like-carbon?簡稱dlc）具有金剛石sp3和石墨sp2結構擁有優(yōu)異的機械（高硬度），具有1）光滑性；?2）絕緣性；?3）超強硬度；?4）耐腐蝕性；?5）良好的耐磨性（低摩擦和磨損）；6）防氧、水，紫外線；7)生物親和性等特性。在微波化學氣相沉積過程中，含碳氫氣體在微波作用下分解，碳原子等會以特定的方式沉積在?pet?瓶內(nèi)壁，形成一種幾乎沒有孔隙或缺陷的連續(xù)薄膜。氧氣和水分子要透過?pet?瓶，必須要穿過這層致密的類金剛膜，而其致密結構極大地阻礙了氧氣和水分子的通過。類金剛膜具有良好的化學穩(wěn)定性，其表面的化學活性較低，不易與氧氣、水等物質(zhì)發(fā)生化學反應，不會像?pet?材料本身那樣，可能因為與氧氣等的相互作用而產(chǎn)生一些有利于氣體或液體透過的通道或缺陷。類金剛膜通常具有一定的疏水性。水分子之間存在氫鍵作用，傾向于相互聚集。而疏水性的類金剛膜表面會使水分子難以在其表面附著和鋪展，從而減少了水分子在膜表面的吸附和擴散，降低了透水率。對于氧氣分子，疏水性表面也不利于其在膜表面的吸附和溶解，進而降低了氧氣的透過率。

17、本發(fā)明中將含碳氫氣體通入成膜腔體，再經(jīng)由氣體導管通入pet瓶內(nèi)。這里的含碳氫氣體優(yōu)選為c2h2和ch4的混合氣體，二者的混合比例經(jīng)過精心調(diào)配，能夠為后續(xù)的成膜反應提供合適的碳源和氫源。在控制氣體流量時，將含碳氫氣體的流量設定在10-200sccm。流量過小，可能導致反應原料不足，成膜速度緩慢甚至無法有效成膜；流量過大，則可能使得反應過于劇烈，難以控制膜的質(zhì)量。同時，將成膜腔體內(nèi)氣體壓力維持在1-10pa。此壓力范圍既保證了氣體分子在腔體內(nèi)有足夠的活動空間，又能讓氣體在通入pet瓶時保持合適的擴散速度，有利于后續(xù)在瓶內(nèi)壁均勻成膜。

18、開啟微波發(fā)生器，在?pet?瓶內(nèi)壁上進行微波化學氣相沉積。微波發(fā)生器能夠產(chǎn)生高頻微波，在微波的作用下，含碳氫氣體分子被激發(fā)，發(fā)生一系列復雜的化學反應。這些反應產(chǎn)生的活性基團在?pet?瓶內(nèi)壁上不斷沉積、聚合，逐漸形成類金剛膜。在這個過程中，微波的頻率和功率需要精確控制，以確?；瘜W反應的順利進行以及膜的質(zhì)量和性能。不同的微波參數(shù)會影響活性基團的產(chǎn)生速率和反應路徑，進而影響膜的結構和性能。

19、開啟真空泵將?pet?瓶內(nèi)殘余氣體抽掉后關閉真空泵，得到內(nèi)壁載有類金剛膜的pet?瓶。在抽氣過程中，要確保真空泵的工作效率和抽氣時間，將瓶內(nèi)殘余的未反應氣體以及反應副產(chǎn)物徹底清除，避免其對類金剛膜的性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。這里得到的類金剛膜厚度為20-50nm，該厚度既能保證類金剛膜具有良好的阻隔性能，有效阻擋水蒸氣和氧氣，又不會因為過厚而影響?pet?瓶的透明度和柔韌性，同時也兼顧了成本和制備工藝的可行性。

20、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果；

21、1.內(nèi)壁鍍膜技術，對物件的內(nèi)表面進行鍍膜，采用導氣管使微波等離子體在瓶內(nèi)部發(fā)生，dlc成膜于pet瓶內(nèi)壁。

22、2.類金剛石膜作為高水氣阻斷膜應用于食品/飲品包裝，能夠增強制品的隔絕氧氣和水蒸氣的能力，同時增強其抗紫外線的能力。

23、3.鍍膜的過程中嚴格控制c2h2和ch4的體積比、沉積時間和溫度，保證了鍍膜的均勻性，在pet瓶內(nèi)壁上形成一種幾乎沒有孔隙或缺陷的連續(xù)薄膜，增強薄膜隔絕氧氣和水蒸氣的效果。

24、3.采用微波cvd鍍膜技術提高產(chǎn)品生產(chǎn)率。