Leer meer over films met een hoge barrière!

Onlangs zijn OLED-materialen, met de voortdurende fermentatie van OLED-schermen, populair gewordenfilms met een hoge barrièrezijn het doelwit van de kapitaalindustrie geworden. Dus wat is precies een film met een hoge barrière? "Hoge barrière" is ongetwijfeld een zeer wenselijke eigenschap en is een van de kenmerken die vereist zijn voor veel polymere verpakkingsmaterialen. In professionele termen verwijst hoge barrière naar een zeer lage permeabiliteit voor chemicaliën met een laag molecuulgewicht, zoals gassen en organische verbindingen.

Verpakkingsmaterialen met een hoge barrière kunnen de oorspronkelijke prestaties van het product effectief behouden en de levensduur ervan verlengen.

Gebruikelijke materialen met een hoge barrière

Momenteel omvatten de algemeen gebruikte barrièrematerialen in polymeermaterialen voornamelijk het volgende:

1. Polyvinylideenchloride (PVDC)

PVDC heeft uitstekende barrière-eigenschappen tegen zuurstof en waterdamp.

De hoge kristalliniteit, hoge dichtheid en aanwezigheid van hydrofobe groepen van PVDC maken de zuurstofdoorlaatbaarheid en waterdampdoorlaatbaarheid extreem laag, waardoor PVDC uitstekende gasbarrière-eigenschappen heeft en de houdbaarheid van verpakte artikelen beter kan verlengen in vergelijking met andere materialen. Bovendien heeft het een goed aanpassingsvermogen bij het afdrukken en is het gemakkelijk te smelten, zodat het veel wordt gebruikt op het gebied van voedsel- en farmaceutische verpakkingen.

2. Ethyleen-vinylalcoholcopolymeer (EVOH)

EVOH is een copolymeer van ethyleen en vinylalcohol met zeer goede barrière-eigenschappen. Dit komt omdat de moleculaire keten van EVOH hydroxylgroepen bevat en er gemakkelijk waterstofbruggen worden gevormd tussen de hydroxylgroepen op de moleculaire keten, wat de intermoleculaire kracht versterkt en ervoor zorgt dat de moleculaire ketens dichter op elkaar stapelen, waardoor EVOH kristallijner wordt en dus uitstekende barrière-eigenschappen heeft. . prestatie. Coating Online ontdekte echter dat de EVOH-structuur een groot aantal hydrofiele hydroxylgroepen bevat, waardoor EVOH gemakkelijk vocht absorbeert, waardoor de barrièreprestaties aanzienlijk worden verminderd; bovendien veroorzaken de grote cohesie en hoge kristalliniteit binnen en tussen moleculen de thermische afdichting. De afdichtingsprestaties zijn slecht.

3. Polyamide (PA)

Over het algemeen heeft nylon goede gasbarrière-eigenschappen, maar slechte waterdampbarrière-eigenschappen en een sterke waterabsorptie. Het zwelt op naarmate de wateropname toeneemt, waardoor de gas- en vochtbarrière-eigenschappen scherp afnemen. De sterkte en verpakkingsgrootte variëren. Ook de stabiliteit zal worden aangetast.

Bovendien heeft nylon uitstekende mechanische eigenschappen, is sterk en slijtvast, heeft een goede koude- en hittebestendigheid, goede chemische stabiliteit, gemakkelijke verwerking en goede bedrukbaarheid, maar heeft een slechte smeltlasbaarheid.

PA-hars heeft bepaalde barrière-eigenschappen, maar de hoge vochtabsorptiesnelheid beïnvloedt de barrière-eigenschappen, zodat het over het algemeen niet als buitenlaag kan worden gebruikt.

4. Polyester (PET, PEN)

Het meest voorkomende en meest gebruikte barrièremateriaal onder polyesters is PET. PET heeft een symmetrische chemische structuur, een goede vlakheid van de moleculaire keten, een strakke stapeling van de moleculaire ketens en een gemakkelijke kristallisatie-oriëntatie. Deze eigenschappen zorgen ervoor dat het uitstekende barrière-eigenschappen heeft.

De afgelopen jaren heeft de toepassing van PEN zich snel ontwikkeld, die een goede hydrolysebestendigheid, chemische bestendigheid en ultraviolette bestendigheid heeft. De structuur van PEN is vergelijkbaar met die van PET. Het verschil is dat de hoofdketen van PET benzeenringen bevat, terwijl de hoofdketen van PEN naftaleenringen bevat.

Omdat de naftaleenring een groter conjugatie-effect heeft dan de benzeenring, de moleculaire keten stijver is en de structuur vlakker is, heeft PEN betere algemene eigenschappen dan PET. Barrièretechnologie van materialen met een hoge barrière Om de barrière-eigenschappen van barrièrematerialen te verbeteren, worden gewoonlijk de volgende technische middelen gebruikt:

1. Meerlaags composiet

Meerlaagse laminering verwijst naar het lamineren van twee of meer films met verschillende barrière-eigenschappen via een bepaald proces. Op deze manier moeten de doordringende moleculen door verschillende lagen membranen gaan om de binnenkant van de verpakking te bereiken, wat het permeatiepad aanzienlijk verlengt en dus de barrièreprestaties verbetert. Deze methode combineert de voordelen van verschillende membranen om een ​​composietfilm te bereiden met uitstekende uitgebreide prestaties, en het proces is eenvoudig.

Vergeleken met intrinsieke materialen met een hoge barrière zijn de films die met deze methode worden vervaardigd echter dikker en gevoelig voor problemen zoals bellen of barstrimpels die de barrière-eigenschappen beïnvloeden. De apparatuurvereisten zijn relatief complex en de kosten zijn hoog.

2. Oppervlaktecoating

Oppervlaktecoating maakt gebruik van fysische dampafzetting (PVD), chemische dampafzetting (CVD), atomaire laagafzetting (ALD), moleculaire laagafzetting (MLD), laag-voor-laag zelfassemblage (LBL) of magnetronsputterdepositie bij polymerisatie. Materialen zoals metaaloxiden of nitriden worden op het oppervlak van het object afgezet om een ​​dichte coating met uitstekende barrière-eigenschappen op het oppervlak van de film te vormen. Deze methoden brengen echter problemen met zich mee, zoals een tijdrovend proces, dure apparatuur en een complex proces, en de coating kan tijdens gebruik defecten zoals gaatjes en scheuren veroorzaken.

3. Nanocomposieten

Nanocomposieten zijn nanocomposieten die zijn vervaardigd met behulp van de intercalatiecomposietmethode, de in-situ polymerisatiemethode of de sol-gel-methode met behulp van ondoordringbare plaatachtige nanodeeltjes met een grote aspectverhouding. De toevoeging van schilferige nanodeeltjes kan niet alleen de volumefractie van de polymeermatrix in het systeem verminderen om de oplosbaarheid van doordringende moleculen te verminderen, maar ook het penetratiepad van doordringende moleculen verlengen, de diffusiesnelheid van doordringende moleculen verminderen en de barrière-eigenschappen verbeteren. .

4. Oppervlaktemodificatie

Omdat het polymeeroppervlak vaak in contact komt met de externe omgeving, is het gemakkelijk om de oppervlakteadsorptie, barrière-eigenschappen en het printen van het polymeer te beïnvloeden.

Om polymeren beter te kunnen gebruiken in het dagelijks leven, wordt het oppervlak van polymeren meestal behandeld. Omvatten voornamelijk: chemische oppervlaktebehandeling, oppervlaktetransplantaatmodificatie en plasma-oppervlaktebehandeling.

Aan de technische vereisten van dit type methode kan gemakkelijk worden voldaan, de apparatuur is relatief eenvoudig en de eenmalige investeringskosten zijn laag, maar er kunnen geen stabiele effecten op de lange termijn worden bereikt. Zodra het oppervlak beschadigd is, zullen de barrièreprestaties ernstig worden aangetast.

5. Bidirectioneel strekken

Door biaxiaal strekken kan de polymeerfilm zowel in longitudinale als in transversale richtingen worden georiënteerd, waardoor de volgorde van de moleculaire ketenopstelling wordt verbeterd en de stapeling strakker wordt, waardoor het moeilijker wordt voor kleine moleculen om er doorheen te gaan, waardoor de barrière-eigenschappen worden verbeterd. . Deze methode maakt de film. Het bereidingsproces van typische polymeerfilms met een hoge barrière is ingewikkeld en het is moeilijk om de barrière-eigenschappen aanzienlijk te verbeteren.

Toepassingen van materialen met een hoge barrière:

Films met een hoge barrière verschijnen al heel lang in het dagelijks leven. De huidige polymeermaterialen met een hoge barrière worden voornamelijk gebruikt in de verpakking van voedsel en medicijnen, de verpakking van elektronische apparaten, de verpakking van zonnecellen en OLED-verpakkingen.

Voedsel- en farmaceutische verpakkingen:

EVOH zevenlaags gecoëxtrudeerde film met hoge barrière

Voedsel- en farmaceutische verpakkingen zijn momenteel de meest gebruikte toepassingen voor materialen met een hoge barrière. Het belangrijkste doel is om te voorkomen dat zuurstof en waterdamp uit de lucht in de verpakking terechtkomen en ervoor zorgen dat voedsel en medicijnen bederven, waardoor de houdbaarheid ervan aanzienlijk wordt verkort.

Volgens Coating Online zijn de barrière-eisen voor voedsel- en farmaceutische verpakkingen over het algemeen niet bijzonder hoog. De waterdamptransmissiesnelheid (WVTR) en de zuurstoftransmissiesnelheid (OTR) van de barrièrematerialen moeten respectievelijk minder dan 10 g/m2/dag en 10 g/m2/dag bedragen. 100 cm3/m2/dag.

Verpakking van elektronische apparaten:

Met de snelle ontwikkeling van moderne elektronische informatie hebben mensen hogere eisen gesteld aan elektronische componenten en ontwikkelen ze zich in de richting van draagbaarheid en multifunctionaliteit. Dit stelt hogere eisen aan verpakkingsmaterialen voor elektronische apparaten. Ze moeten een goede isolatie hebben, ze beschermen tegen corrosie door zuurstof en waterdamp van buitenaf, en een bepaalde sterkte hebben, wat het gebruik van polymere barrièrematerialen vereist.

Over het algemeen zijn de barrière-eigenschappen van verpakkingsmaterialen die nodig zijn voor elektronische apparaten dat de waterdamptransmissiesnelheid (WVTR) en de zuurstoftransmissiesnelheid (OTR) lager moeten zijn dan respectievelijk 10-1 g/m2/dag en 1 cm3/m2/dag.

Verpakking zonnecellen:

Omdat zonne-energie het hele jaar door aan de lucht wordt blootgesteld, kunnen zuurstof en waterdamp in de lucht de gemetalliseerde laag buiten de zonnecel gemakkelijk aantasten, wat het gebruik van de zonnecel ernstig beïnvloedt. Daarom is het noodzakelijk om zonnecelcomponenten in te kapselen met materialen met een hoge barrière, wat niet alleen de levensduur van de zonnecellen garandeert, maar ook de weerstandssterkte van de cellen verbetert.

Volgens Coating Online zijn de barrière-eigenschappen van zonnecellen voor verpakkingsmaterialen dat de waterdampdoorlaatbaarheid (WVTR) en zuurstofdoorlaatbaarheid (OTR) lager moeten zijn dan respectievelijk 10-2g/m2/dag en 10-1cm3/m2/dag. .

OLED-pakket:

OLED is vanaf de beginfase van zijn ontwikkeling belast met de belangrijke taak van de volgende generatie beeldschermen, maar de korte levensduur ervan is altijd een groot probleem geweest dat de commerciële toepassing ervan beperkt. De belangrijkste reden die de levensduur van OLED beïnvloedt, is dat de elektrodematerialen en lichtgevende materialen schadelijk zijn voor zuurstof, water en onzuiverheden. Ze zijn allemaal erg gevoelig en kunnen gemakkelijk vervuild raken, wat resulteert in een afname van de prestaties van het apparaat, waardoor de lichtefficiëntie wordt verminderd en de levensduur wordt verkort.

Om de lichtefficiëntie van het product te garanderen en de levensduur ervan te verlengen, moet het apparaat in de verpakking worden geïsoleerd van zuurstof en water. Om ervoor te zorgen dat de levensduur van het flexibele OLED-display groter is dan 10.000 uur, moeten de waterdampdoorlaatbaarheid (WVTR) en zuurstofdoorlaatbaarheid (OTR) van het barrièremateriaal lager zijn dan 10-6 g/m2/dag en 10-6 g/m2/dag. 5 cm3/respectievelijk. m2/dag zijn de normen veel hoger dan de eisen voor barrièreprestaties op het gebied van organische fotovoltaïsche zonne-energie, zonnecelverpakkingen, voedsel, medicijnen en verpakkingstechnologie voor elektronische apparaten. Daarom moeten flexibele substraatmaterialen met uitstekende barrière-eigenschappen worden gebruikt om apparaten te verpakken. , om te voldoen aan de strenge eisen van de levensduur van het product.