【“强省会·兰州绝技”系列报道】510所航天“软玻璃”为食品安全护航

“强省会·兰州绝技”系列报道

510所航天“软玻璃”为食品安全护航

中试线和量产一号线(510所供图)

高阻隔膜包装袋样品

团队交流

　　一次性灭菌之后采用航天“软玻璃”封装，无需任何添加剂，就能让食品长久保鲜；如果输液吊瓶不用玻璃瓶而是改用航天“软玻璃”制作，也能使其中的药液保质期长达一年……这是厚度仅为12微米、由中国航天科技集团有限公司五院510所自主研发的“柔性透明高阻隔膜”所能达到的效果。它被誉为“软玻璃”，是航天技术转民用的“经典之作”。作为食品包装时，好似为食品穿了一层透明盔甲，可以最大限度地阻隔空气进入，既能让食品“保鲜保香”，自身又是安全环保的。

　　航天“软玻璃”为什么这么神奇？它又有着怎样的前世今生？记者近日就此采访了该项技术成果的研制团队主要成员：中国航天科技集团有限公司韩仙虎、蔡宇宏、董茂进和秦丽丽。

　　航天“软玻璃”长什么样？

　　“在食品、药品包装领域，包装材料对阻水、阻气的要求越来越高。目前国内市场的高阻隔材料已经发展到第三代。”据蔡宇宏介绍，第一代用于食品药品包装的阻隔材料塑料膜（如PE、PET等）阻隔性较低；第二代主要是像薯片包装袋这样的铝箔和在各种塑料基底上的镀铝膜虽然制备技术成熟，阻水、阻氧较好，但有不透明、不易回收、柔韧性差等缺陷，这两代包装材料在使用中均有限制。“我们的‘柔性透明高阻隔膜’也就是‘软玻璃’属于第三代高阻隔材料。”蔡宇宏说。

　　记者看到，用航天“软玻璃”做成的包装膜，外观和普通的塑料薄膜一般无二。但蔡宇宏告诉记者，实际上，它是三层结构，里层是食品接触层，中间层是航天“软玻璃”，最外层是印刷层。该团队录制的一段视频足以证明“软玻璃”阻水、阻气的绝佳效果：将买来的一块豆腐一分为二，分别用普通塑料袋和“软玻璃”包装，一周后，普通塑料袋已出现胀袋，袋内的豆腐已发黄发灰变质了，而“软玻璃”包装的豆腐仍然新鲜如初。

　　宇航技术转民用，并且已经形成量产

　　“我们的这项技术最早是我所一项自主研发的宇航技术，用在包裹暴露于外太空的空间站板间电缆的防护涂层上，以防护原子氧。”韩仙虎说。

　　在国际上，高端食品、药品的包装趋于使用第三代高阻隔膜。现在国内市场上的该类阻隔膜以进口产品为主，但只提供产品，价格昂贵。

　　“我所基于空间站板间电缆原子氧防护技术的成熟应用，自2016年开始，创新性地将该技术成果转化到第三代高阻隔膜产品开发中。”韩仙虎告诉记者，在中国航天科技集团公司、五院和510所产业创新政策的支持下，先后组建了专职研究团队，进行了相关装备开发和工艺研究。

　　“具体来说，就是在一层聚酯膜（PET）基材上，采用化学气相沉积的方法，把我们的材料镀上去。”相比铝膜，航天“软玻璃”透明了，抗弯折、耐搓揉。蔡宇宏说，根据他们此前的市场调研，第三代高阻隔膜在燕窝、鱼子酱、白松露等高端食品的包装上都有市场需求。

　　“这个转化过程是一项难度极高的产业创新工作，可借鉴参考的内容极少，我们像是在‘无人区’闯荡。”

　　“镀膜行业有句行话，‘基底是镀膜工艺的灵魂’。用在空间站板间电缆和用在食品药品包装的基底是不同的，基膜换了，膜系设计和工艺试验就完全不同了。”蔡宇宏说，如何让涂层在基底上“长”得更牢，弯折时不剥落……，是当时所面临的一系列技术困难。除了保证阻氧率和阻水率等核心指标达到要求，在产品表观、雾度、光透过率等方面还需要与包装行业国标要求相匹配。此外，作为宇航产品时要保证其高可靠性，但作为软包装时需要控制成本，所以对设备和镀膜工艺的成本控制和批量生产稳定性提出了更高要求。

　　从试验产品、设备、工艺、小试、中试……逐一改进。“镀膜有许多参数需要调整，参数与参数又构成了许多不同的序列、组合和矩阵，都需要我们不断地试错，调整研究方向。”历时4年，终于在2020年建成国内首条透明氧化物高阻隔膜生产线。到2023年，已拥有两条生产线，均建在经济活跃和上下游产业链衔接紧密的长三角地区。

　　量产一号线在无锡，技术团队在兰州。为了打破原有技术壁垒，构建新的卷绕张力、真空放电、真空优化、机械维修等高阻隔膜批产技术体系，2023年，项目团队从工艺验证设备开始，转战洛阳、无锡、兰州，周末无休，出差多达200余天。需要完成的工作太多，团队中的每个人都尽力克服困难“顶”上去。调试时，必须保证做完一个工艺时间，如果其间调整了参数，时间又要重新计算，凌晨两三点还在工作是常事，更别说饭点混乱了。在生产线连续“跑膜”测试的时候，每个关键工艺验证节点上都要保证24小时有人“盯”，大家连轴转更没有办法休息。

　　“2020年，我们制造出了产品，但当时只是建成了一条中试生产线。2023年那么‘拼’，是我们根据市场和客户需求对批量化生产能力进行了提升。”董茂进告诉记者，2023年的努力，换来了生产效率提高25%~50%，同时产品品质得到提升，表观更加平整光滑。此外，团队还对设备的核心部件和工艺的矩阵进行了优化迭代。最终，实现了设备和工艺的匹配，还可以根据产品不同的指标要求进行调整。

　　向更高标准的新“赛道”发起冲击

　　记者在510所高阻隔膜测试评价实验室看到了一种测试水蒸气透过率的设备。据秦丽丽介绍，这台仪器可以模拟包装袋外的水蒸气向袋内渗透进去的全过程。用它测试分析后，作为食品药品包装的航天“软玻璃”水和氧的透过率均不超过每天0.5克（毫升）每平方米，这在行业内已经是非常高的指标了。“普通聚酯膜的阻隔性能大概是每天每平方米透过四五十克，现在的阻隔性能差不多是原来的100倍。”

　　“目前国内尝试研发‘软玻璃’的只有为数不多的几家，真正能实现批量化供应的只有我们一家。”蔡宇宏告诉记者，按照所里“生产一代，研发一代”的发展思路，航天“软玻璃”除了应用于高端食品、药品包装，团队还对标国际先进封装技术，深耕有机物真空镀膜关键技术研究，开发工业封装用超高阻隔膜，提升产品附加值。其中一项是对量子点显示器的工业封装。据了解，量子点显示器属于创新半导体纳米晶体技术，可以准确输送光线，让色彩更加纯净鲜艳。其核心是直径在2至10纳米之间的颗粒受到光电刺激时会根据颗粒直径的大小不同而激发出不同颜色的单色光。这种显示器很“怕”进气受潮，所以也需要在晶粒外做一层防护膜，它的指标要求远高于食品、药品包装，“几乎又是百倍的提升”。

　　该团队瞄准量子点显示、柔性薄膜电池、OLED等领域的应用需求，从2021年开始向工业封装膜方向突破，到目前，已研发出实验室小试设备和样品，目前产品已通过量子点显示用户的性能测试和试用验证。

　　“高阻隔膜”不仅仅是一款高科技产品，它更可能已经在创造一种未来“智慧+”的包装方式。阻隔膜产品不仅在包装食品方面绿色环保、安全可靠，在“柔性+”电子产品领域，凭借其可弯折、高阻隔、透明，可能将完全颠覆我们的生活，颠覆传统电子产品的使用形态，使智能穿戴更舒适、更易被人接受。

　　兰州日报社全媒体记者 何燕 实习生 刘弘婧 文/图