2022.12.01
【行業(yè)技術(shù)】一文了解高阻隔膜!
近期隨著(zhù)OLED顯示的持續發(fā)酵,OLED材料火了,其中高阻隔膜更是成了資本界的追逐的對象。 那么高阻隔膜究竟是什么?“高阻隔”無(wú)疑是一種非常理想的屬性,是許多聚合物包裝材料都要求具備的特性之一。在專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)中高阻隔是指對低分子量的化學(xué)物質(zhì),如氣體和有機化合物等具有非常低的透過(guò)性。
高阻隔包裝材料可以有效保持產(chǎn)品的原始性能,延長(cháng)產(chǎn)品壽命。
常見(jiàn)高阻隔材料
目前,高分子材料中常用的阻隔材料主要有以下幾種:
1
聚偏氯乙烯(PVDC)
PVDC對氧氣和水蒸氣具有優(yōu)異的阻隔性。
PVDC的高結晶性、高密度以及疏水基的存在使得其透氧率和透水氣率極低,從而使PVDC具有優(yōu)異的氣體阻隔性,與其他材料相比可以更好的延長(cháng)包裝物品的保質(zhì)期,加之其印刷適應性好,易于熱封,因而被廣泛應用于食品與藥品包裝領(lǐng)域。
2
乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)
EVOH是乙烯和乙烯醇的共聚物,具有非常好的阻隔性能。這是因為EVOH的分子鏈上含有羥基,而分子鏈上的羥基之間易生成氫鍵,使分子間作用力加強,分子鏈堆積更緊密,使EVOH的結晶度較高,從而具有優(yōu)異的阻隔性能。
但是涂布在線(xiàn)了解到,EVOH結構中含有大量具有親水性的羥基,使得EVOH易吸濕,從而使阻隔性能大大降低;另外,分子內與分子間具有較大的內聚力及高結晶度導致其熱封性能較差。
3
聚酰胺(PA)
一般而言,尼龍的阻氣性好,但對水蒸汽的阻隔性較差,吸水性強,且隨吸水量的增加而溶脹,使阻氣、阻濕性能急劇下降,其強度和包裝尺寸的穩定性也會(huì )受到影響。
此外,尼龍的機械性能優(yōu)良,強韌耐磨,耐寒耐熱性好,化學(xué)穩定性好,易加工,印刷性好,但熱封性差。
PA樹(shù)脂具有一定的阻隔特性,但吸濕率大,因而影響其阻隔性,所以一般也不能作外層。
4
聚酯類(lèi)(PET、PEN)
聚酯中最常見(jiàn)和應用最廣泛的阻隔材料是PET。PET由于化學(xué)結構對稱(chēng),分子鏈平面性較好,分子鏈堆砌緊密,容易結晶取向,這些特點(diǎn)使得其具有優(yōu)異的阻隔性能。
而近年來(lái)應用發(fā)展迅速的還有PEN,它有著(zhù)良好的耐水解性、耐化學(xué)藥品性和耐紫外性。PEN的結構與PET相似,不同的是PET主鏈中含有苯環(huán),而PEN主鏈中為萘環(huán)。
由于萘環(huán)比苯環(huán)具有更大的共軛效應,分子鏈剛性更高,結構更呈平面性,因而PEN具有比PET更優(yōu)異的綜合性能。
高阻隔材料的阻隔技術(shù)
為了提高阻隔材料的阻隔性能,目前常采用的技術(shù)手段主要有以下幾種:
1
多層復合
多層復合是指通過(guò)一定的工藝將兩種或幾種阻隔性能不同的薄膜復合到一起。這樣一來(lái),滲透分子要想到達包裝內部就得通過(guò)幾層膜,相當于延長(cháng)了滲透路徑,從而使阻隔性能得到提高。
該方法是綜合了各種膜的優(yōu)點(diǎn)而制備出的一種綜合性能優(yōu)異的復合薄膜,其工藝簡(jiǎn)單。
但是與本征型高阻隔材料相比,用此方法制備薄膜較厚,容易出現氣泡或開(kāi)裂褶皺等影響阻隔性能的問(wèn)題,而且對設備要求相對復雜,成本較高。
2
表面涂覆
表面涂覆即利用物理氣象沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、分子層沉積(MLD)、層層自組裝(LBL)或磁控濺射沉積等技術(shù)在聚合物表面沉積金屬氧化物或氮化物等材料,從而在薄膜表面形成致密且阻隔性能優(yōu)異的涂層。
但是,這些方法存在過(guò)程費時(shí)、設備昂貴和工藝復雜等問(wèn)題,而且涂層在服役過(guò)程中有可能產(chǎn)生針孔、裂紋等缺陷。
3
納米復合材料
納米復合材料是利用不可滲透且具有大的長(cháng)徑比的片狀納米粒子通過(guò)插層復合法、原位聚合法或溶膠-凝膠法制備的納米復合材料。片狀納米粒子的加入這不僅可以降低體系中聚合物基體的體積分數,以降低滲透分子的溶解度,而且還能夠延長(cháng)滲透分子的滲透路徑,降低滲透分子的擴散速率,使阻隔性能得到改進(jìn)。
4
表面改性
聚合物表面由于經(jīng)常與外界環(huán)境接觸,容易對聚合物的表面吸附、阻隔性、印刷產(chǎn)生影響。
為了讓聚合物能更好的應用于日常生活,通常對聚合物的表面進(jìn)行處理。 主要包括:表面化學(xué)處理、表面接枝改性以及等離子體表面處理。
這類(lèi)方法技術(shù)條件要求容易滿(mǎn)足,設備較簡(jiǎn)單,一次性投資成本低,但達不到長(cháng)期穩定的效果,一旦表面受到破壞,阻隔性能會(huì )受到嚴重影響。
5
雙向拉伸
通過(guò)雙向拉伸可使聚合物薄膜在縱橫兩個(gè)方向上進(jìn)行取向,使分子鏈排列的有序度提高,堆砌更緊密,從而使小分子更難通過(guò),進(jìn)而改善阻隔性能,這種方法使本征型高阻隔聚合物薄膜的制備工藝復雜化,且阻隔性能也難有得到顯著(zhù)提高。
高阻隔材料的應用
高阻隔膜其實(shí)早已出現在日常生活中,目前的高分子高阻隔材料主要應用于食品與藥品包裝、電子器件封裝、太陽(yáng)能電池封裝、OLED封裝。
食品與藥品包裝
EVOH七層共擠高阻隔膜
食品與藥品包裝是目前高阻隔材料應用最廣的領(lǐng)域。主要是為了防止空氣中的氧氣和水蒸氣進(jìn)入包裝中使食物和藥品變質(zhì),而大大降低了其保質(zhì)期。
據涂布在線(xiàn)了解,對于食品與藥品包裝一般對阻隔要求不是特別高,要求阻隔的材料的水蒸氣透過(guò)率(WVTR)和 氧透過(guò)率(OTR)要分別低于10g/m2/day和100cm3/m2 /day。
電子器件封裝
電子器件封裝膜
現代電子信息的快速發(fā)展,人們對電子元器件提出了更高的要求,向便攜性、多功能化發(fā)展。這就對電子器件封裝材料提出了更高的要求,既要具有良好的絕緣性,又要能保護其不會(huì )受到外界氧氣和水蒸氣的腐蝕,而且還要具有一定的強度,這就需要使用到高分子阻隔材料。
一般電子器件對封裝材料阻隔性要求為水蒸氣透過(guò)率(WVTR)和氧透過(guò)率(OTR)要分別低 于10-1g/m2/day和1cm3/m2 /day。
太陽(yáng)能電池封裝
太陽(yáng)能電池封裝封裝膜
由于太陽(yáng)能常年暴露在空氣中,空氣中的氧氣和水蒸氣易對太陽(yáng)能電池外面的金屬化層產(chǎn)生腐蝕作用,嚴重影響太陽(yáng)能電池的使用。所以有必要對太陽(yáng)能電池組件采用高阻隔材料進(jìn)行封裝處理,這樣不僅可以使太陽(yáng)能電池的使用壽命得到了保障,還增強了電池的抗擊強度。
據涂布在線(xiàn)了解,太陽(yáng)能電池對封裝材料阻隔性要求為水蒸氣透過(guò)率(WVTR)和氧透過(guò)率(OTR)要分別低于10-2g/m2/day和10-1cm3/m2/day。
OLED封裝
OLED封裝膜
OLED從開(kāi)發(fā)初期起就被寄予了下一代顯示器的重任,但壽命過(guò)短一直是制約其商業(yè)化應用的一大難題,影響OLED使用壽命的主要原因是電極材料和發(fā)光材料對氧、水、雜質(zhì)都非常敏感,很容易被污染從而導致器件性能的下降,從而降低發(fā)光效率,縮短使用壽命。
為了保證產(chǎn)品的發(fā)光效率并延長(cháng)其使用壽命,器件在封裝時(shí)一定要隔絕氧和水。并且為了保證柔性OLED顯示器的使用壽命大于10000h,必須要求阻隔的材料的水蒸氣透過(guò)率(WVTR)和氧透過(guò)率(OTR)要分別低于10-6g/m2/day和10-5cm3/m2/day,其標準遠遠高于在有機光伏、太陽(yáng)能電池封裝以及食品、藥品和電子器件包裝技術(shù)等領(lǐng)域對阻隔性能的要求,因此必須選用阻隔性能十分優(yōu)異的柔性襯底材料對器件進(jìn)行封裝,才能滿(mǎn)足產(chǎn)品壽命的嚴格要求。
本文來(lái)自“注塑網(wǎng)”。
廣東威孚包裝材料有限公司創(chuàng )立至今已三十八年,公司注冊資金4520萬(wàn)美元,固定投資10億元人民幣,年銷(xiāo)售額達30億元人民幣,擁有多個(gè)子公司與生產(chǎn)基地相互扶持,配備國內外領(lǐng)先的薄膜及編織袋生產(chǎn)設備,產(chǎn)品與定制服務(wù)不僅輸入世界500強企業(yè),同時(shí)遠銷(xiāo)美國、意大利、德國、東南亞等二十多個(gè)國家和地區,并以實(shí)現產(chǎn)品全過(guò)程綠色環(huán)保為目標,整合多元化產(chǎn)業(yè)資源,打造具備核心競爭力的國際化集團式企業(yè)。