Poznaj folie wysokobarierowe!

Ostatnio, wraz z ciągłą fermentacją wyświetlaczy OLED, materiały OLED stały się popularne ifolie wysokobarierowestały się celem przemysłu kapitałowego. Czym właściwie jest folia wysokobarierowa? „Wysoka barierowość” jest niewątpliwie bardzo pożądaną cechą i jest jedną z cech wymaganych przez wiele polimerowych materiałów opakowaniowych. W profesjonalnym ujęciu wysoka barierowość odnosi się do bardzo niskiej przepuszczalności substancji chemicznych o niskiej masie cząsteczkowej, takich jak gazy i związki organiczne.

Wysokobarierowe materiały opakowaniowe mogą skutecznie zachować oryginalne właściwości produktu i przedłużyć jego żywotność.

Typowe materiały wysokobarierowe

Obecnie powszechnie stosowane materiały barierowe w materiałach polimerowych obejmują głównie:

1. Polichlorek winylidenu (PVDC)

PVDC ma doskonałe właściwości barierowe wobec tlenu i pary wodnej.

Wysoka krystaliczność, duża gęstość i obecność grup hydrofobowych PVDC sprawiają, że jego przepuszczalność tlenu i przepuszczalność pary wodnej jest wyjątkowo niska, co sprawia, że ​​PVDC ma doskonałe właściwości barierowe dla gazów i może lepiej wydłużyć okres przydatności do spożycia zapakowanych przedmiotów w porównaniu z innymi materiałami. Ponadto ma dobrą zdolność adaptacji do druku i jest łatwy do zgrzewania, dlatego jest szeroko stosowany w dziedzinie opakowań do żywności i farmaceutyków.

2. Kopolimer etylenu i alkoholu winylowego (EVOH)

EVOH jest kopolimerem etylenu i alkoholu winylowego o bardzo dobrych właściwościach barierowych. Dzieje się tak dlatego, że łańcuch molekularny EVOH zawiera grupy hydroksylowe, a wiązania wodorowe łatwo tworzą się pomiędzy grupami hydroksylowymi w łańcuchu molekularnym, co wzmacnia siłę międzycząsteczkową i sprawia, że ​​łańcuchy molekularne układają się bliżej, dzięki czemu EVOH jest bardziej krystaliczny, a zatem ma doskonałe właściwości barierowe . wydajność. Jednakże firma Coating Online dowiedziała się, że struktura EVOH zawiera dużą liczbę hydrofilowych grup hydroksylowych, co sprawia, że ​​EVOH łatwo wchłania wilgoć, co znacznie zmniejsza skuteczność bariery; ponadto duża spójność i wysoka krystaliczność wewnątrz i pomiędzy cząsteczkami powodują jego właściwości termiczne. Skuteczność uszczelniania jest słaba.

3. Poliamid (PA)

Ogólnie rzecz biorąc, nylon ma dobre właściwości barierowe dla gazów, ale ma słabe właściwości barierowe dla pary wodnej i silną absorpcję wody. Pęcznieje wraz ze wzrostem absorpcji wody, powodując gwałtowny spadek właściwości barierowych dla gazów i wilgoci. Jego wytrzymałość i wielkość opakowania są różne. Będzie to miało również wpływ na stabilność.

Ponadto nylon ma doskonałe właściwości mechaniczne, jest mocny i odporny na zużycie, ma dobrą odporność na zimno i ciepło, dobrą stabilność chemiczną, łatwą obróbkę i dobrą drukowność, ale ma słabą zgrzewalność.

Żywica PA ma pewne właściwości barierowe, ale jej wysoki stopień wchłaniania wilgoci wpływa na jej właściwości barierowe, dlatego generalnie nie można jej stosować jako warstwy zewnętrznej.

4. Poliester (PET, PEN)

Najpopularniejszym i powszechnie stosowanym materiałem barierowym wśród poliestrów jest PET. PET ma symetryczną strukturę chemiczną, dobrą płaskość łańcucha molekularnego, ścisłe ułożenie łańcucha molekularnego i łatwą orientację krystalizacyjną. Te cechy sprawiają, że ma doskonałe właściwości barierowe.

W ostatnich latach zastosowanie PEN szybko się rozwija, który ma dobrą odporność na hydrolizę, odporność chemiczną i odporność na promieniowanie ultrafioletowe. Struktura PEN jest podobna do PET. Różnica polega na tym, że główny łańcuch PET zawiera pierścienie benzenowe, podczas gdy główny łańcuch PEN zawiera pierścienie naftalenowe.

Ponieważ pierścień naftalenowy ma większy efekt koniugacji niż pierścień benzenowy, łańcuch molekularny jest sztywniejszy, a struktura jest bardziej płaska, PEN ma lepsze ogólne właściwości niż PET. Technologia barierowa materiałów wysokobarierowych W celu poprawy właściwości barierowych materiałów barierowych powszechnie stosuje się następujące środki techniczne:

1.Kompozyt wielowarstwowy

Laminowanie wielowarstwowe odnosi się do laminowania dwóch lub więcej folii o różnych właściwościach barierowych w określonym procesie. W ten sposób przenikające cząsteczki muszą przejść przez kilka warstw membran, aby dotrzeć do wnętrza opakowania, co znacznie wydłuża drogę przenikania i tym samym poprawia działanie bariery. Metoda ta łączy zalety różnych membran w celu przygotowania folii kompozytowej o doskonałym kompleksowym działaniu, a jej proces jest prosty.

Jednakże w porównaniu z materiałami o wysokiej barierowości, folie wytworzone tą metodą są grubsze i podatne na problemy, takie jak pęcherze lub pękające zmarszczki, które wpływają na właściwości barierowe. Wymagania sprzętowe są stosunkowo złożone, a koszt wysoki.

2. Powłoka powierzchniowa

Powlekanie powierzchni wykorzystuje fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD), chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD), osadzanie warstw atomowych (ALD), osadzanie warstw molekularnych (MLD), samoorganizację warstwa po warstwie (LBL) lub osadzanie przez rozpylanie magnetronowe w polimeryzacji. Materiały takie jak tlenki lub azotki metali osadzają się na powierzchni przedmiotu, tworząc na powierzchni folii gęstą powłokę o doskonałych właściwościach barierowych. Jednakże metody te wiążą się z problemami, takimi jak czasochłonność procesu, kosztowny sprzęt i złożony proces, a powłoka może powodować defekty, takie jak dziury i pęknięcia podczas użytkowania.

3. Nanokompozyty

Nanokompozyty to nanokompozyty otrzymywane metodą kompozytu interkalacyjnego, metodą polimeryzacji in situ lub metodą zol-żel z wykorzystaniem nieprzepuszczalnych nanocząstek arkuszopodobnych o dużym współczynniku kształtu. Dodatek płatków nanocząstek może nie tylko zmniejszyć udział objętościowy matrycy polimerowej w układzie, aby zmniejszyć rozpuszczalność penetrujących cząsteczek, ale także wydłużyć drogę penetracji penetrujących cząsteczek, zmniejszyć szybkość dyfuzji penetrujących cząsteczek i poprawić właściwości barierowe .

4. Modyfikacja powierzchni

Ponieważ powierzchnia polimeru często styka się ze środowiskiem zewnętrznym, łatwo jest wpłynąć na adsorpcję powierzchni, właściwości barierowe i nadruk polimeru.

Aby polimery mogły być lepiej wykorzystywane w życiu codziennym, powierzchnia polimerów jest zwykle poddawana obróbce. Obejmują głównie: chemiczną obróbkę powierzchni, modyfikację przeszczepu powierzchni i obróbkę powierzchni plazmą.

Wymagania techniczne tego typu metody są łatwe do spełnienia, wyposażenie jest stosunkowo proste, a jednorazowy koszt inwestycji jest niski, ale nie pozwala na osiągnięcie długoterminowych stabilnych efektów. Uszkodzenie powierzchni poważnie wpływa na skuteczność bariery.

5. Rozciąganie dwukierunkowe

Dzięki dwuosiowemu rozciąganiu folia polimerowa może być zorientowana zarówno w kierunku wzdłużnym, jak i poprzecznym, dzięki czemu poprawia się porządek ułożenia łańcuchów molekularnych, a ułożenie jest ciaśniejsze, co utrudnia przejście małych cząsteczek, poprawiając w ten sposób właściwości barierowe . Dzięki tej metodzie powstaje folia. Proces przygotowania typowych wysokobarierowych folii polimerowych jest skomplikowany i trudno jest znacząco poprawić właściwości barierowe.

Zastosowania materiałów wysokobarierowych:

Folie wysokobarierowe już od dawna pojawiają się w życiu codziennym. Obecne polimerowe materiały wysokobarierowe są stosowane głównie w opakowaniach żywności i leków, opakowaniach urządzeń elektronicznych, opakowaniach ogniw słonecznych i opakowaniach OLED.

Opakowania spożywcze i farmaceutyczne:

Siedmiowarstwowa, współwytłaczana folia wysokobarierowa EVOH

Opakowania do żywności i farmaceutyków są obecnie najpowszechniej stosowanym obszarem materiałów wysokobarierowych. Głównym celem jest zapobieganie przedostawaniu się tlenu i pary wodnej z powietrza do opakowania i powodowaniu psucia się żywności i leków, a tym samym znacznego skrócenia ich okresu przydatności do spożycia.

Według Coating Online wymagania dotyczące barier dla opakowań do żywności i produktów farmaceutycznych na ogół nie są szczególnie wysokie. Wymagane jest, aby współczynnik przepuszczalności pary wodnej (WVTR) i współczynnik przepuszczalności tlenu (OTR) materiałów barierowych był mniejszy niż odpowiednio 10 g/m2/dzień i 10 g/m2/dzień. 100cm3/m2/dzień.

Opakowanie urządzenia elektronicznego:

Wraz z szybkim rozwojem nowoczesnych informacji elektronicznych ludzie stawiają wyższe wymagania dotyczące komponentów elektronicznych i rozwijają się w kierunku przenośności i wielofunkcyjności. Stawia to wyższe wymagania w stosunku do materiałów opakowaniowych urządzeń elektronicznych. Muszą posiadać dobrą izolację, chronić je przed korozją spowodowaną zewnętrznym tlenem i parą wodną oraz posiadać określoną wytrzymałość, która wymaga stosowania polimerowych materiałów barierowych.

Ogólnie rzecz biorąc, właściwości barierowe materiałów opakowaniowych wymaganych dla urządzeń elektronicznych są takie, że współczynnik przepuszczalności pary wodnej (WVTR) i współczynnik przepuszczalności tlenu (OTR) powinny być niższe niż odpowiednio 10-1 g/m2/dzień i 1 cm3/m2/dzień.

Opakowanie ogniw słonecznych:

Ponieważ energia słoneczna jest wystawiona na działanie powietrza przez cały rok, tlen i para wodna znajdujące się w powietrzu mogą z łatwością powodować korozję metalizowanej warstwy na zewnątrz ogniwa słonecznego, poważnie wpływając na jego użytkowanie. Dlatego konieczne jest hermetyzacja elementów ogniw słonecznych materiałami o wysokiej barierowości, co nie tylko zapewnia żywotność ogniw słonecznych, ale także zwiększa wytrzymałość ogniw słonecznych.

Według Coating Online właściwości barierowe ogniw słonecznych do materiałów opakowaniowych są takie, że przepuszczalność pary wodnej (WVTR) i przepuszczalność tlenu (OTR) powinny być niższe niż odpowiednio 10-2 g/m2/dzień i 10-1 cm3/m2/dzień. .

Pakiet OLED-owy:

OLEDowi już od wczesnych etapów rozwoju powierzono ważne zadanie wyświetlaczy nowej generacji, jednak jego krótka żywotność zawsze była głównym problemem ograniczającym jego komercyjne zastosowanie. Głównym powodem wpływającym na żywotność OLED jest to, że materiały elektrod i materiały luminescencyjne są szkodliwe dla tlenu, wody i zanieczyszczeń. Wszystkie są bardzo wrażliwe i łatwo ulegają zanieczyszczeniu, co skutkuje spadkiem wydajności urządzenia, a co za tym idzie zmniejszeniem skuteczności świetlnej i skróceniem żywotności.

Aby zapewnić skuteczność świetlną produktu i przedłużyć jego żywotność, urządzenie w opakowaniu musi być odizolowane od tlenu i wody. Aby żywotność elastycznego wyświetlacza OLED była większa niż 10 000 godzin, przepuszczalność pary wodnej (WVTR) i przepuszczalność tlenu (OTR) materiału barierowego musi być niższa niż 10-6 g/m2/dzień i 10- odpowiednio 5cm3/. m2/dzień, jej standardy są znacznie wyższe niż wymagania dotyczące wydajności barier w obszarach fotowoltaiki organicznej, pakowania ogniw słonecznych, technologii pakowania żywności, medycyny i urządzeń elektronicznych. Dlatego do pakowania urządzeń należy stosować elastyczne materiały podłoża o doskonałych właściwościach barierowych. , aby spełnić rygorystyczne wymagania dotyczące żywotności produktu.