Aflați despre filmele cu barieră înaltă!

Recent, odată cu fermentarea continuă a afișajelor OLED, materialele OLED au devenit populare șifilme cu barieră înaltăau devenit ținta industriei de capital. Deci, ce este exact o peliculă cu barieră înaltă? „Bariera înaltă” este, fără îndoială, un atribut foarte de dorit și este una dintre caracteristicile cerute de multe materiale de ambalare polimerice. În termeni profesionali, bariera înaltă se referă la permeabilitatea foarte scăzută la substanțele chimice cu greutate moleculară mică, cum ar fi gazele și compușii organici.

Materialele de ambalare cu barieră înaltă pot menține eficient performanța originală a produsului și pot prelungi durata de viață a acestuia.

Materiale comune de înaltă barieră

În prezent, materialele de barieră utilizate în mod obișnuit în materialele polimerice includ în principal următoarele:

1. Clorura de poliviniliden (PVDC)

PVDC are proprietăți excelente de barieră împotriva oxigenului și vaporilor de apă.

Cristalinitatea ridicată, densitatea ridicată și prezența grupurilor hidrofobe ale PVDC fac permeabilitatea la oxigen și permeabilitatea la vapori de apă extrem de scăzute, ceea ce face ca PVDC să aibă proprietăți excelente de barieră la gaz și poate prelungi mai bine durata de valabilitate a articolelor ambalate în comparație cu alte materiale. În plus, are o bună adaptabilitate la imprimare și este ușor de sigilat la căldură, deci este utilizat pe scară largă în domeniul ambalajelor alimentare și farmaceutice.

2. Copolimer etilenă-alcool vinil (EVOH)

EVOH este un copolimer de etilenă și alcool vinilic cu proprietăți de barieră foarte bune. Acest lucru se datorează faptului că lanțul molecular al EVOH conține grupări hidroxil, iar legăturile de hidrogen se formează cu ușurință între grupările hidroxil de pe lanțul molecular, ceea ce întărește forța intermoleculară și face ca lanțurile moleculare să se strângă mai aproape, făcând EVOH mai cristalin și astfel are proprietăți excelente de barieră. . performanţă. Cu toate acestea, Coating Online a aflat că structura EVOH conține un număr mare de grupări hidroxil hidrofile, ceea ce face ca EVOH să fie ușor de absorbit umiditatea, reducând astfel foarte mult performanța barierei; în plus, coeziunea mare și cristalinitatea ridicată în interiorul și între molecule îi cauzează termic Performanța de etanșare este slabă.

3. Poliamidă (PA)

În general, nailonul are proprietăți bune de barieră la gaze, dar are proprietăți slabe de barieră la vapori de apă și o absorbție puternică de apă. Se umflă odată cu creșterea absorbției de apă, determinând o scădere bruscă a proprietăților de barieră împotriva gazelor și umezelii. Rezistența și dimensiunea ambalajului variază. Stabilitatea va fi, de asemenea, afectată.

În plus, nailonul are proprietăți mecanice excelente, este puternic și rezistent la uzură, are o bună rezistență la frig și căldură, o stabilitate chimică bună, o prelucrare ușoară și o imprimabilitate bună, dar are o etanșare slabă la căldură.

Rășina PA are anumite proprietăți de barieră, dar rata sa ridicată de absorbție a umidității îi afectează proprietățile de barieră, astfel încât, în general, nu poate fi utilizată ca strat exterior.

4. Poliester (PET, PEN)

Cel mai comun și utilizat pe scară largă material de barieră printre poliesteri este PET. PET are o structură chimică simetrică, planaritate bună a lanțului molecular, stivuire strânsă a lanțului molecular și orientare ușoară la cristalizare. Aceste caracteristici îl fac să aibă proprietăți excelente de barieră.

În ultimii ani, aplicarea PEN s-a dezvoltat rapid, care are o bună rezistență la hidroliză, rezistență chimică și rezistență la ultraviolete. Structura PEN este similară cu cea a PET. Diferența este că lanțul principal de PET conține inele de benzen, în timp ce lanțul principal de PEN conține inele de naftalină.

Deoarece inelul de naftalină are un efect de conjugare mai mare decât inelul benzenic, lanțul molecular este mai rigid și structura este mai plană, PEN are proprietăți generale mai bune decât PET. Tehnologia de barieră a materialelor cu barieră înaltă Pentru a îmbunătăți proprietățile de barieră ale materialelor de barieră, sunt utilizate în mod obișnuit următoarele mijloace tehnice:

1. Compozit cu mai multe straturi

Laminarea multistrat se referă la laminarea a două sau mai multe filme cu proprietăți de barieră diferite printr-un anumit proces. În acest fel, moleculele care pătrund trebuie să treacă prin mai multe straturi de membrane pentru a ajunge la interiorul ambalajului, ceea ce prelungește foarte mult calea de penetrare și astfel îmbunătățește performanța barierei. Această metodă combină avantajele diferitelor membrane pentru a pregăti un film compozit cu o performanță excelentă, iar procesul său este simplu.

Cu toate acestea, în comparație cu materialele intrinseci cu barieră înaltă, peliculele preparate prin această metodă sunt mai groase și predispuse la probleme precum bule sau riduri de fisurare care afectează proprietățile barierei. Cerințele echipamentelor sunt relativ complexe și costul este ridicat.

2. Acoperire de suprafață

Acoperirea de suprafață utilizează depunerea fizică de vapori (PVD), depunerea chimică de vapori (CVD), depunerea stratului atomic (ALD), depunerea stratului molecular (MLD), auto-asamblarea strat cu strat (LBL) sau depunerea prin pulverizare cu magnetron în polimerizare. Materiale precum oxizii sau nitrururile metalice sunt depuse pe suprafața obiectului pentru a forma o acoperire densă cu proprietăți excelente de barieră pe suprafața filmului. Cu toate acestea, aceste metode au probleme cum ar fi proces consumator de timp, echipament scump și proces complex, iar acoperirea poate produce defecte, cum ar fi găuri și fisuri în timpul exploatării.

3. Nanocompozite

Nanocompozitele sunt nanocompozite preparate prin metoda compozitelor de intercalare, metoda de polimerizare in situ sau metoda sol-gel folosind nanoparticule impermeabile sub forma unei foi cu un raport de aspect mare. Adăugarea de nanoparticule fulgioase nu numai că poate reduce fracțiunea de volum a matricei polimerice din sistem pentru a reduce solubilitatea moleculelor penetrante, dar poate extinde și calea de penetrare a moleculelor penetrante, reduce viteza de difuzie a moleculelor penetrante și îmbunătățește proprietățile barierei. .

4. Modificarea suprafeței

Deoarece suprafața polimerului este adesea în contact cu mediul extern, este ușor de afectat adsorbția suprafeței, proprietățile de barieră și imprimarea polimerului.

Pentru ca polimerii să fie mai bine utilizați în viața de zi cu zi, suprafața polimerilor este de obicei tratată. În principal includ: tratarea chimică a suprafeței, modificarea grefei de suprafață și tratarea suprafeței cu plasmă.

Cerințele tehnice ale acestui tip de metodă sunt ușor de îndeplinit, echipamentul este relativ simplu, iar costul de investiție unic este scăzut, dar nu poate obține efecte stabile pe termen lung. Odată ce suprafața este deteriorată, performanța barierei va fi grav afectată.

5. Întindere bidirecțională

Prin întindere biaxială, filmul de polimer poate fi orientat atât în ​​direcții longitudinale, cât și transversale, astfel încât ordinea aranjamentului lanțului molecular este îmbunătățită și stivuirea este mai strânsă, făcând mai dificilă trecerea moleculelor mici, îmbunătățind astfel proprietățile barierei. . Această metodă face filmul Procesul de preparare a filmelor polimerice tipice cu barieră înaltă este complicat și este dificil să se îmbunătățească în mod semnificativ proprietățile de barieră.

Aplicații ale materialelor cu barieră înaltă:

Filmele cu barieră înaltă au apărut de fapt în viața de zi cu zi de mult timp. Materialele polimerice actuale cu barieră înaltă sunt utilizate în principal în ambalarea alimentelor și a medicamentelor, ambalarea dispozitivelor electronice, ambalarea celulelor solare și ambalarea OLED.

Ambalaje alimentare și farmaceutice:

Film EVOH cu șapte straturi coextrudat cu barieră înaltă

Ambalajele alimentare și farmaceutice sunt în prezent zonele cele mai utilizate pe scară largă pentru materialele cu barieră înaltă. Scopul principal este acela de a preveni intrarea oxigenului și vaporilor de apă din aer în ambalaj și determinând deteriorarea alimentelor și medicamentelor, reducând astfel foarte mult termenul de valabilitate al acestora.

Potrivit Coating Online, cerințele de barieră pentru ambalajele alimentare și farmaceutice nu sunt, în general, deosebit de ridicate. Viteza de transmitere a vaporilor de apă (WVTR) și viteza de transmisie a oxigenului (OTR) a materialelor de barieră trebuie să fie mai mici de 10g/m2/zi și, respectiv, 10g/m2/zi. 100cm3/m2/zi.

Ambalaj dispozitiv electronic:

Odată cu dezvoltarea rapidă a informațiilor electronice moderne, oamenii au propus cerințe mai mari pentru componentele electronice și se dezvoltă către portabilitate și multifuncționalitate. Acest lucru impune cerințe mai mari pentru materialele de ambalare a dispozitivelor electronice. Acestea trebuie să aibă o izolație bună, să le protejeze de coroziune de către oxigenul extern și vaporii de apă și să aibă o anumită rezistență, care necesită utilizarea materialelor de barieră polimerice.

În general, proprietățile de barieră ale materialelor de ambalare necesare pentru dispozitivele electronice sunt că rata de transmisie a vaporilor de apă (WVTR) și viteza de transmisie a oxigenului (OTR) ar trebui să fie mai mici de 10-1g/m2/zi și, respectiv, 1cm3/m2/zi.

Ambalare pentru celule solare:

Deoarece energia solară este expusă aerului pe tot parcursul anului, oxigenul și vaporii de apă din aer pot coroda cu ușurință stratul metalizat din exteriorul celulei solare, afectând grav utilizarea celulei solare. Prin urmare, este necesar să se încapsuleze componentele celulelor solare cu materiale cu barieră înaltă, care nu numai că asigură durata de viață a celulelor solare, ci și sporește rezistența celulelor.

Potrivit Coating Online, proprietățile de barieră ale celulelor solare pentru materialele de ambalare sunt că transmisia vaporilor de apă (WVTR) și transmisia oxigenului (OTR) ar trebui să fie mai mici de 10-2g/m2/zi și, respectiv, 10-1cm3/m2/zi. .

Pachet OLED:

OLED i s-a încredințat sarcina importantă a următoarei generații de afișaje încă din primele etape ale dezvoltării sale, dar durata sa scurtă de viață a fost întotdeauna o problemă majoră care îi restrânge aplicația comercială. Principalul motiv care afectează durata de viață a OLED-ului este că materialele electrozilor și materialele luminiscente sunt dăunătoare pentru oxigen, apă și impurități. Toate sunt foarte sensibile și pot fi ușor contaminate, ceea ce duce la o scădere a performanței dispozitivului, reducând astfel eficiența luminoasă și scurtând durata de viață.

Pentru a asigura eficiența luminoasă a produsului și a prelungi durata de viață a acestuia, dispozitivul trebuie izolat de oxigen și apă atunci când este ambalat. Pentru a ne asigura că durata de viață a afișajului flexibil OLED este mai mare de 10.000 de ore, transmisia vaporilor de apă (WVTR) și transmisia oxigenului (OTR) a materialului barieră trebuie să fie mai mici de 10-6g/m2/zi și 10- 5cm3/ respectiv. m2/zi, standardele sale sunt mult mai mari decât cerințele pentru performanța barierei în domeniile fotovoltaic organic, ambalare cu celule solare, alimente, medicamente și tehnologie de ambalare a dispozitivelor electronice. Prin urmare, materialele de substrat flexibile cu proprietăți excelente de barieră trebuie utilizate pentru ambalarea dispozitivelor. , pentru a îndeplini cerințele stricte ale vieții produsului.