Přečtěte si o filmech s vysokou bariérou!

V poslední době se s kontinuální fermentací OLED displejů staly populární OLED materiály afilmy s vysokou bariérouse staly cílem kapitálového průmyslu. Takže co přesně je film s vysokou bariérou? "Vysoká bariéra" je nepochybně velmi žádoucí atribut a je jednou z charakteristik vyžadovaných mnoha polymerními obalovými materiály. Z odborného hlediska znamená vysoká bariéra velmi nízkou propustnost pro chemikálie s nízkou molekulovou hmotností, jako jsou plyny a organické sloučeniny.

Obalové materiály s vysokou bariérou mohou účinně zachovat původní výkon produktu a prodloužit jeho životnost.

Běžné materiály s vysokou bariérou

V současnosti běžně používané bariérové ​​materiály v polymerních materiálech zahrnují zejména následující:

1. Polyvinylidenchlorid (PVDC)

PVDC má vynikající bariérové ​​vlastnosti proti kyslíku a vodní páře.

Vysoká krystalinita, vysoká hustota a přítomnost hydrofobních skupin PVDC činí jeho propustnost pro kyslík a vodní páru extrémně nízkou, díky čemuž má PVDC vynikající vlastnosti plynové bariéry a může lépe prodloužit životnost balených předmětů ve srovnání s jinými materiály. Kromě toho má dobrou přizpůsobivost tisku a snadno se zatavuje teplem, takže je široce používán v oblasti balení potravin a léčiv.

2. Ethylen-vinylalkoholový kopolymer (EVOH)

EVOH je kopolymer ethylenu a vinylalkoholu s velmi dobrými bariérovými vlastnostmi. Důvodem je to, že molekulární řetězec EVOH obsahuje hydroxylové skupiny a mezi hydroxylovými skupinami na molekulárním řetězci se snadno tvoří vodíkové vazby, což posiluje mezimolekulární sílu a přibližuje molekulární řetězce, čímž je EVOH krystaličtější a má tedy vynikající bariérové ​​vlastnosti. . výkon. Coating Online však zjistil, že struktura EVOH obsahuje velké množství hydrofilních hydroxylových skupin, díky čemuž EVOH snadno absorbuje vlhkost, čímž se značně snižuje bariérová účinnost; kromě toho velká soudržnost a vysoká krystalinita uvnitř a mezi molekulami způsobují její tepelné těsnicí výkony jsou špatné.

3. Polyamid (PA)

Obecně řečeno, nylon má dobré bariérové ​​vlastnosti proti plynům, ale má špatné bariérové ​​vlastnosti proti vodní páře a silnou absorpci vody. S rostoucí absorpcí vody bobtná, což způsobuje prudké snížení bariérových vlastností plynu a vlhkosti. Jeho síla a velikost balení se liší. Ovlivněna bude i stabilita.

Kromě toho má nylon vynikající mechanické vlastnosti, je pevný a odolný proti opotřebení, má dobrou odolnost proti chladu a teplu, dobrou chemickou stabilitu, snadné zpracování a dobrou potiskovatelnost, ale má špatnou tepelnou svařitelnost.

PA pryskyřice má určité bariérové ​​vlastnosti, ale její vysoká míra absorpce vlhkosti ovlivňuje její bariérové ​​vlastnosti, takže ji obecně nelze použít jako vnější vrstvu.

4. Polyester (PET, PEN)

Nejběžnějším a nejrozšířenějším bariérovým materiálem mezi polyestery je PET. PET má symetrickou chemickou strukturu, dobrou planaritu molekulárního řetězce, těsné vrstvení molekulárního řetězce a snadnou krystalizační orientaci. Díky těmto vlastnostem má vynikající bariérové ​​vlastnosti.

V posledních letech se rychle rozvíjí aplikace PEN, který má dobrou odolnost proti hydrolýze, chemickou odolnost a odolnost proti ultrafialovému záření. Struktura PEN je podobná jako u PET. Rozdíl je v tom, že hlavní řetězec PET obsahuje benzenové kruhy, zatímco hlavní řetězec PEN obsahuje naftalenové kruhy.

Protože naftalenový kruh má větší konjugační účinek než benzenový kruh, molekulární řetězec je tužší a struktura je rovinnější, PEN má celkově lepší vlastnosti než PET. Bariérová technologie vysoce bariérových materiálů Pro zlepšení bariérových vlastností bariérových materiálů se běžně používají následující technické prostředky:

1.Vícevrstvý kompozit

Vícevrstvá laminace označuje laminaci dvou nebo více fólií s různými bariérovými vlastnostmi prostřednictvím určitého procesu. Tímto způsobem musí prostupující molekuly projít několika vrstvami membrán, aby se dostaly dovnitř obalu, což značně prodlužuje cestu permeace a zlepšuje tak bariérový výkon. Tato metoda kombinuje výhody různých membrán pro přípravu kompozitního filmu s vynikajícím komplexním výkonem a její proces je jednoduchý.

Ve srovnání s vlastními materiály s vysokou bariérou jsou však filmy připravené touto metodou tlustší a náchylné k problémům, jako jsou bubliny nebo praskající vrásky, které ovlivňují bariérové ​​vlastnosti. Požadavky na vybavení jsou poměrně složité a náklady jsou vysoké.

2. Povrchová úprava

Povrchové nanášení využívá při polymeraci fyzikální depozici z plynné fáze (PVD), chemickou depozici z plynné fáze (CVD), atomovou depozici (ALD), molekulární depozici (MLD), samoskládání po vrstvách (LBL) nebo depozici magnetronovým naprašováním. Materiály, jako jsou oxidy nebo nitridy kovů, se ukládají na povrch předmětu, aby vytvořily hustý povlak s vynikajícími bariérovými vlastnostmi na povrchu filmu. Tyto metody však mají problémy, jako je časově náročný proces, drahé vybavení a složitý proces, a povlak může během provozu vytvářet defekty, jako jsou dírky a praskliny.

3. Nanokompozity

Nanokompozity jsou nanokompozity připravené metodou interkalačního kompozitu, metodou in-situ polymerace nebo metodou sol-gel za použití nepropustných listovitých nanočástic s velkým poměrem stran. Přidání vločkovitých nanočástic může nejen snížit objemový podíl polymerní matrice v systému, aby se snížila rozpustnost penetrujících molekul, ale také prodloužit cestu penetrace penetrujících molekul, snížit rychlost difúze penetrujících molekul a zlepšit bariérové ​​vlastnosti. .

4. Úprava povrchu

Protože povrch polymeru je často v kontaktu s vnějším prostředím, je snadné ovlivnit povrchovou adsorpci, bariérové ​​vlastnosti a tisk polymeru.

Aby se polymery lépe používaly v každodenním životě, povrch polymerů se obvykle upravuje. Patří sem především: povrchová chemická úprava, povrchová roubovací úprava a plazmová povrchová úprava.

Technické požadavky tohoto typu metody jsou snadno splnitelné, zařízení je relativně jednoduché a jednorázové investiční náklady jsou nízké, ale nemohou dosáhnout dlouhodobě stabilních účinků. Jakmile je povrch poškozen, výkon bariéry bude vážně ovlivněn.

5. Obousměrný strečink

Prostřednictvím biaxiálního natahování může být polymerní film orientován v podélném i příčném směru, takže pořadí uspořádání molekulových řetězců je vylepšeno a stohování je těsnější, což ztěžuje průchod malým molekulám, čímž se zlepší bariérové ​​vlastnosti . Tato metoda vytváří film Proces přípravy typických vysoce bariérových polymerních filmů je komplikovaný a je obtížné výrazně zlepšit bariérové ​​vlastnosti.

Aplikace materiálů s vysokou bariérou:

Filmy s vysokou bariérou se ve skutečnosti objevily v každodenním životě již dlouhou dobu. Současné polymerní materiály s vysokou bariérou se používají hlavně v balení potravin a léků, balení elektronických zařízení, balení solárních článků a balení OLED.

Balení potravin a léčiv:

EVOH sedmivrstvá koextrudovaná vysoce bariérová fólie

Potravinářské a farmaceutické obaly jsou v současnosti nejpoužívanějšími oblastmi pro materiály s vysokou bariérou. Hlavním účelem je zabránit tomu, aby se kyslík a vodní pára ve vzduchu dostaly do obalu a způsobily znehodnocení potravin a léků, čímž se výrazně zkrátila jejich trvanlivost.

Podle Coating Online nejsou bariérové ​​požadavky na balení potravin a léčiv obecně nijak zvlášť vysoké. Rychlost prostupu vodní páry (WVTR) a rychlost prostupu kyslíku (OTR) bariérových materiálů musí být nižší než 10 g/m2/den a 10 g/m2/den. 100 cm3/m2/den.

Balení elektronického zařízení:

S rychlým rozvojem moderních elektronických informací lidé kladou vyšší požadavky na elektronické součástky a vyvíjejí se směrem k přenositelnosti a multifunkčnosti. To klade vyšší požadavky na obalové materiály elektronických zařízení. Musí mít dobrou izolaci, chránit je před korozí působením vnějšího kyslíku a vodní páry a mít určitou pevnost, což vyžaduje použití polymerních bariérových materiálů.

Obecně platí, že bariérové ​​vlastnosti obalových materiálů vyžadované pro elektronická zařízení jsou takové, že rychlost prostupu vodní páry (WVTR) a rychlost prostupu kyslíku (OTR) by měla být nižší než 10-1 g/m2/den a 1 cm3/m2/den.

Balení solárních článků:

Vzhledem k tomu, že sluneční energie je vystavena vzduchu po celý rok, kyslík a vodní pára ve vzduchu mohou snadno korodovat pokovenou vrstvu vně solárního článku, což vážně ovlivňuje použití solárního článku. Proto je nutné součásti solárních článků zapouzdřit vysoce bariérovými materiály, což zajistí nejen životnost solárních článků, ale také zvýší odolnost článků.

Podle Coating Online jsou bariérové ​​vlastnosti solárních článků pro obalové materiály takové, že propustnost vodní páry (WVTR) a propustnost kyslíku (OTR) by měla být nižší než 10-2 g/m2/den a 10-1 cm3/m2/den. .

OLED balení:

Důležitým úkolem nové generace displejů byl OLED pověřen již od raných fází jeho vývoje, ale jeho krátká životnost byla vždy velkým problémem omezujícím jeho komerční využití. Hlavním důvodem, který ovlivňuje životnost OLED, je to, že materiály elektrod a luminiscenční materiály jsou škodlivé pro kyslík, vodu a nečistoty. Všechny jsou velmi citlivé a mohou být snadno kontaminovány, což má za následek snížení výkonu zařízení, čímž se snižuje světelná účinnost a zkracuje se životnost.

Aby byla zajištěna světelná účinnost produktu a prodloužena jeho životnost, musí být zařízení při balení izolováno od kyslíku a vody. Aby byla zajištěna životnost flexibilního OLED displeje vyšší než 10 000 hodin, musí být propustnost vodní páry (WVTR) a propustnost kyslíku (OTR) bariérového materiálu nižší než 10-6g/m2/den a 10- 5 cm3/ resp. m2/den, jeho standardy jsou mnohem vyšší než požadavky na bariérový výkon v oblasti organické fotovoltaiky, balení solárních článků, potravin, léků a obalové techniky elektronických zařízení. Proto musí být pro balení zařízení použity flexibilní substrátové materiály s vynikajícími bariérovými vlastnostmi. , aby byly splněny přísné požadavky na životnost produktu.