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一文了解高阻隔膜

2018年10月29日 点击:

近期随着OLED显示的持续发酵,OLED材料火了,其中高阻隔膜更是成了资本界的追逐的对象。

       那么高阻隔膜究竟是什么?涂布在线为你解密风口上的高阻隔膜。

       “高阻隔”无疑是一种非常理想的属性,是许多聚合物包装材料都要求具备的特性之一。在专业术语中高阻隔是指对低分子量的化学物质,如气体和有机化合物等具有非常低的透过性。

       高阻隔包装材料可以有效保持产品的原始性能,延长产品寿命。


常见高阻隔材料

      目前,高分子材料中常用的阻隔材料主要有以下几种:

1

聚偏氯乙烯(PVDC)

        PVDC对氧气和水蒸气具有优异的阻隔性。

        PVDC的高结晶性、高密度以及疏水基的存在使得其透氧率和透水气率极低,从而使PVDC具有优异的气体阻隔性,与其他材料相比可以更好的延长包装物品的保质期,加之其印刷适应性好,易于热封,因而被广泛应用于食品与药品包装领域。


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。这是因为EVOH的分子链上含有羟基,而分子链上的羟基之间易生成氢键,使分子间作用力加强,分子链堆积更紧密,使EVOH的结晶度较高,从而具有优异的阻隔性能。

        但是涂布在线了解到,EVOH结构中含有大量具有亲水性的羟基,使得EVOH易吸湿,从而使阻隔性能大大降低;另外,分子内与分子间具有较大的内聚力及高结晶度导致其热封性能较差。


3

聚酰胺(PA)

       一般而言,尼龙的阻气性好,但对水蒸汽的阻隔性较差,吸水性强,且随吸水量的增加而溶胀,使阻气、阻湿性能急剧下降,其强度和包装尺寸的稳定性也会受到影响。

       此外,尼龙的机械性能优良,强韧耐磨,耐寒耐热性好,化学稳定性好,易加工,印刷性好,但热封性差。

       PA树脂具有一定的阻隔特性,但吸湿率大,因而影响其阻隔性,所以一般也不能作外层。


4

聚酯类(PET、PEN)

         聚酯中最常见和应用最广泛的阻隔材料是PET。PET由于化学结构对称,分子链平面性较好,分子链堆砌紧密,容易结晶取向,这些特点使得其具有优异的阻隔性能。

        而近年来应用发展迅速的还有PEN,它有着良好的耐水解性、耐化学药品性和耐紫外性。PEN的结构与PET相似,不同的是PET主链中含有苯环,而PEN主链中为萘环。

       由于萘环比苯环具有更大的共轭效应,分子链刚性更高,结构更呈平面性,因而PEN具有比PET更优异的综合性能。

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高阻隔材料的阻隔技术

      为了提高阻隔材料的阻隔性能,目前常采用的技术手段主要有以下几种:

1

多层复合

       多层复合是指通过一定的工艺将两种或几种阻隔性能不同的薄膜复合到一起。这样一来,渗透分子要想到达包装内部就得通过几层膜,相当于延长了渗透路径,从而使阻隔性能得到提高。

        该方法是综合了各种膜的优点而制备出的一种综合性能优异的复合薄膜,其工艺简单。

        但是与本征型高阻隔材料相比,用此方法制备薄膜较厚,容易出现气泡或开裂褶皱等影响阻隔性能的问题,而且对设备要求相对复杂,成本较高。


2

表面涂覆

       表面涂覆即利用物理气象沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、分子层沉积(MLD)、层层自组装(LBL)或磁控溅射沉积等技术在聚合物表面沉积金属氧化物或氮化物等材料,从而在薄膜表面形成致密且阻隔性能优异的涂层。

        但是,这些方法存在过程费时、设备昂贵和工艺复杂等问题,而且涂层在服役过程中有可能产生针孔、裂纹等缺陷。


3

纳米复合材料

        纳米复合材料是利用不可渗透且具有大的长径比的片状纳米粒子通过插层复合法、原位聚合法或溶胶-凝胶法制备的纳米复合材料。片状纳米粒子的加入这不仅可以降低体系中聚合物基体的体积分数,以降低渗透分子的溶解度,而且还能够延长渗透分子的渗透路径,降低渗透分子的扩散速率,使阻隔性能得到改进。


4

表面改性

       聚合物表面由于经常与外界环境接触,容易对聚合物的表面吸附、阻隔性、印刷产生影响。

       为了让聚合物能更好的应用于日常生活,通常对聚合物的表面进行处理。 主要包括:表面化学处理、表面接枝改性以及等离子体表面处理

        这类方法技术条件要求容易满足,设备较简单,一次性投资成本低,但达不到长期稳定的效果,一旦表面受到破坏,阻隔性能会受到严重影响。


5

双向拉伸  

       通过双向拉伸可使聚合物薄膜在纵横两个方向上进行取向,使分子链排列的有序度提高,堆砌更紧密,从而使小分子更难通过,进而改善阻隔性能,这种方法使本征型高阻隔聚合物薄膜的制备工艺复杂化,且阻隔性能也难有得到显著提高。


高阻隔材料的应用

        高阻隔膜其实早已出现在日常生活中,目前的高分子高阻隔材料主要应用于食品与药品包装、电子器件封装、太阳能电池封装、OLED封装。


食品与药品包装

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EVOH七层共挤高阻隔膜


       食品与药品包装是目前高阻隔材料应用最广的领域。主要是为了防止空气中的氧气和水蒸气进入包装中使食物和药品变质,而大大降低了其保质期。

       据涂布在线了解,对于食品与药品包装一般对阻隔要求不是特别高,要求阻隔的材料的水蒸气透过率(WVTR)和 氧透过率(OTR)要分别低于10g/m2/day和100cm3/m2 /day。


电子器件封装

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电子器件封装膜


       现代电子信息的快速发展,人们对电子元器件提出了更高的要求,向便携性、多功能化发展。这就对电子器件封装材料提出了更高的要求,既要具有良好的绝缘性,又要能保护其不会受到外界氧气和水蒸气的腐蚀,而且还要具有一定的强度,这就需要使用到高分子阻隔材料。

        一般电子器件对封装材料阻隔性要求为水蒸气透过率(WVTR)和氧透过率(OTR)要分别低 于10-1g/m2/day和1cm3/m2 /day。


太阳能电池封装

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太阳能电池封装封装膜


        由于太阳能常年暴露在空气中,空气中的氧气和水蒸气易对太阳能电池外面的金属化层产生腐蚀作用,严重影响太阳能电池的使用。所以有必要对太阳能电池组件采用高阻隔材料进行封装处理,这样不仅可以使太阳能电池的使用寿命得到了保障,还增强了电池的抗击强度。

       据涂布在线了解,太阳能电池对封装材料阻隔性要求为水蒸气透过率(WVTR)和氧透过率(OTR)要分别低于10-2g/m2/day和10-1cm3/m2/day。


 OLED封装

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OLED封装膜


       OLED从开发初期起就被寄予了下一代显示器的重任,但寿命过短一直是制约其商业化应用的一大难题,影响OLED使用寿命的主要原因是电极材料和发光材料对氧、水、杂质都非常敏感,很容易被污染从而导致器件性能的下降,从而降低发光效率,缩短使用寿命。

        为了保证产品的发光效率并延长其使用寿命,器件在封装时一定要隔绝氧和水。

        并且为了保证柔性OLED显示器的使用寿命大于10000h,必须要求阻隔的材料的水蒸气透过率(WVTR)和氧透过率(OTR)要分别低于10-6g/m2/day和10-5cm3/m2/day,其标准远远高于在有机光伏、太阳能电池封装以及食品、药品和电子器件包装技术等领域对阻隔性能的要求,因此必须选用阻隔性能十分优异的柔性衬底材料对器件进行封装,才能满足产品寿命的严格要求。

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