Scopri di più sulle pellicole ad alta barriera!

Recentemente, con la continua fermentazione dei display OLED, i materiali OLED sono diventati popolarifilm ad alta barrierasono diventati il ​​bersaglio dell’industria dei capitali. Allora, cos’è esattamente una pellicola ad alta barriera? L'"elevata barriera" è senza dubbio un attributo molto desiderabile ed è una delle caratteristiche richieste da molti materiali di imballaggio polimerici. In termini professionali, per barriera elevata si intende una permeabilità molto bassa alle sostanze chimiche a basso peso molecolare, come gas e composti organici.

I materiali di imballaggio ad alta barriera possono mantenere efficacemente le prestazioni originali del prodotto e prolungarne la durata.

Materiali comuni ad alta barriera

Allo stato attuale, i materiali barriera comunemente usati nei materiali polimerici includono principalmente quanto segue:

1. Cloruro di polivinilidene (PVDC)

Il PVDC ha eccellenti proprietà barriera contro l'ossigeno e il vapore acqueo.

L'elevata cristallinità, l'alta densità e la presenza di gruppi idrofobici del PVDC rendono la sua permeabilità all'ossigeno e al vapore acqueo estremamente bassa, il che fa sì che il PVDC abbia eccellenti proprietà di barriera ai gas e possa prolungare meglio la durata di conservazione degli articoli confezionati rispetto ad altri materiali. Inoltre, ha una buona adattabilità alla stampa ed è facile da termosaldare, quindi è ampiamente utilizzato nel campo dell'imballaggio alimentare e farmaceutico.

2. Copolimero etilene-alcol vinilico (EVOH)

EVOH è un copolimero di etilene e alcol vinilico con ottime proprietà barriera. Questo perché la catena molecolare di EVOH contiene gruppi idrossilici e i legami idrogeno si formano facilmente tra i gruppi idrossilici sulla catena molecolare, il che rafforza la forza intermolecolare e rende le catene molecolari più vicine, rendendo EVOH più cristallino e quindi ha eccellenti proprietà barriera . prestazione. Tuttavia, Coating Online ha appreso che la struttura di EVOH contiene un gran numero di gruppi idrossilici idrofili, che rendono EVOH facile da assorbire l'umidità, riducendo così notevolmente le prestazioni di barriera; inoltre, la grande coesione e l'elevata cristallinità all'interno e tra le molecole ne causano la scarsa prestazione di tenuta termica.

3. Poliammide (PA)

In generale, il nylon ha buone proprietà di barriera ai gas, ma ha scarse proprietà di barriera al vapore acqueo e un forte assorbimento d'acqua. Si gonfia con l'aumento dell'assorbimento d'acqua, facendo diminuire drasticamente le proprietà di barriera ai gas e all'umidità. La sua forza e le dimensioni della confezione variano. Anche la stabilità ne risentirà.

Inoltre, il nylon ha eccellenti proprietà meccaniche, è forte e resistente all'usura, ha una buona resistenza al freddo e al calore, una buona stabilità chimica, facile lavorazione e buona stampabilità, ma ha una scarsa termosaldabilità.

La resina PA ha determinate proprietà barriera, ma il suo elevato tasso di assorbimento dell'umidità influisce sulle sue proprietà barriera, quindi generalmente non può essere utilizzata come strato esterno.

4. Poliestere (PET, PENNA)

Il materiale barriera più comune e ampiamente utilizzato tra i poliesteri è il PET. Il PET ha una struttura chimica simmetrica, una buona planarità della catena molecolare, uno stretto impilamento della catena molecolare e un facile orientamento della cristallizzazione. Queste caratteristiche gli conferiscono eccellenti proprietà barriera.

Negli ultimi anni, l'applicazione del PEN si è sviluppata rapidamente, che ha una buona resistenza all'idrolisi, resistenza chimica e resistenza ai raggi ultravioletti. La struttura del PEN è simile a quella del PET. La differenza è che la catena principale del PET contiene anelli di benzene, mentre la catena principale del PEN contiene anelli di naftalene.

Poiché l'anello naftalene ha un effetto di coniugazione maggiore rispetto all'anello benzenico, la catena molecolare è più rigida e la struttura è più planare, il PEN ha proprietà complessive migliori del PET. Tecnologia barriera dei materiali ad alta barriera Per migliorare le proprietà barriera dei materiali barriera, vengono comunemente utilizzati i seguenti mezzi tecnici:

1.Composito multistrato

La laminazione multistrato si riferisce alla laminazione di due o più film con diverse proprietà barriera attraverso un determinato processo. In questo modo, le molecole permeanti devono attraversare diversi strati di membrane per raggiungere l'interno della confezione, prolungando notevolmente il percorso di permeazione e quindi migliorando le prestazioni di barriera. Questo metodo combina i vantaggi di varie membrane per preparare un film composito con eccellenti prestazioni globali e il suo processo è semplice.

Tuttavia, rispetto ai materiali intrinsecamente ad alta barriera, i film preparati con questo metodo sono più spessi e soggetti a problemi come bolle o screpolature che influiscono sulle proprietà barriera. I requisiti per le apparecchiature sono relativamente complessi e il costo è elevato.

2. Rivestimento superficiale

Il rivestimento superficiale utilizza la deposizione fisica da vapore (PVD), la deposizione chimica da vapore (CVD), la deposizione di strati atomici (ALD), la deposizione di strati molecolari (MLD), l'autoassemblaggio strato per strato (LBL) o la deposizione sputtering di magnetron nella polimerizzazione. Materiali come ossidi o nitruri metallici vengono depositati sulla superficie dell'oggetto per formare un rivestimento denso con eccellenti proprietà barriera sulla superficie della pellicola. Tuttavia, questi metodi presentano problemi quali processi dispendiosi in termini di tempo, attrezzature costose e processi complessi, e il rivestimento può produrre difetti come fori di spillo e crepe durante il servizio.

3. Nanocompositi

I nanocompositi sono nanocompositi preparati mediante il metodo composito di intercalazione, il metodo di polimerizzazione in situ o il metodo sol-gel utilizzando nanoparticelle impermeabili simili a fogli con un ampio rapporto d'aspetto. L'aggiunta di nanoparticelle traballanti può non solo ridurre la frazione volumetrica della matrice polimerica nel sistema per ridurre la solubilità delle molecole penetranti, ma anche estendere il percorso di penetrazione delle molecole penetranti, ridurre la velocità di diffusione delle molecole penetranti e migliorare le proprietà barriera .

4. Modifica della superficie

Poiché la superficie del polimero è spesso in contatto con l'ambiente esterno, è facile influenzare l'assorbimento superficiale, le proprietà barriera e la stampa del polimero.

Affinché i polimeri possano essere utilizzati meglio nella vita quotidiana, la superficie dei polimeri viene solitamente trattata. Principalmente includono: trattamento chimico superficiale, modifica dell'innesto superficiale e trattamento superficiale al plasma.

I requisiti tecnici di questo tipo di metodo sono facili da soddisfare, l'attrezzatura è relativamente semplice e il costo di investimento una tantum è basso, ma non può ottenere effetti stabili a lungo termine. Una volta danneggiata la superficie, le prestazioni della barriera verranno seriamente compromesse.

5. Stretching bidirezionale

Attraverso lo stiramento biassiale, il film polimerico può essere orientato sia in direzione longitudinale che trasversale, in modo che l'ordine della disposizione delle catene molecolari sia migliorato e l'impilamento sia più stretto, rendendo più difficile il passaggio delle piccole molecole, migliorando così le proprietà barriera . Questo metodo crea la pellicola. Il processo di preparazione delle tipiche pellicole polimeriche ad alta barriera è complicato ed è difficile migliorare significativamente le proprietà barriera.

Applicazioni di materiali ad alta barriera:

I film ad alta barriera sono apparsi nella vita quotidiana da molto tempo. Gli attuali materiali polimerici ad alta barriera vengono utilizzati principalmente negli imballaggi di alimenti e farmaci, negli imballaggi di dispositivi elettronici, negli imballaggi di celle solari e negli imballaggi OLED.

Packaging alimentare e farmaceutico:

Film EVOH coestruso ad alta barriera a sette strati

Gli imballaggi alimentari e farmaceutici sono attualmente i settori più utilizzati per i materiali ad alta barriera. Lo scopo principale è impedire che l'ossigeno e il vapore acqueo presenti nell'aria penetrino nella confezione e provochino il deterioramento di alimenti e medicinali, riducendone notevolmente la durata di conservazione.

Secondo Coating Online, i requisiti di barriera per gli imballaggi alimentari e farmaceutici generalmente non sono particolarmente elevati. Il tasso di trasmissione del vapore acqueo (WVTR) e il tasso di trasmissione dell'ossigeno (OTR) dei materiali barriera devono essere rispettivamente inferiori a 10 g/m2/giorno e 10 g/m2/giorno. 100 cm3/m2/giorno.

Imballaggio del dispositivo elettronico:

Con il rapido sviluppo dell'informazione elettronica moderna, le persone hanno avanzato requisiti più elevati per i componenti elettronici e si stanno evolvendo verso la portabilità e la multifunzionalità. Ciò comporta requisiti più elevati per i materiali di imballaggio dei dispositivi elettronici. Devono avere un buon isolamento, proteggerli dalla corrosione dell'ossigeno esterno e del vapore acqueo e avere una certa resistenza, che richiede l'uso di materiali barriera polimerici.

In generale, le proprietà barriera dei materiali di imballaggio richiesti per i dispositivi elettronici prevedono che la velocità di trasmissione del vapore acqueo (WVTR) e la velocità di trasmissione dell'ossigeno (OTR) siano inferiori rispettivamente a 10-1 g/m2/giorno e 1 cm3/m2/giorno.

Imballaggio delle celle solari:

Poiché l'energia solare è esposta all'aria tutto l'anno, l'ossigeno e il vapore acqueo presenti nell'aria possono facilmente corrodere lo strato metallizzato esterno alla cella solare, compromettendo gravemente l'utilizzo della cella solare. Pertanto, è necessario incapsulare i componenti delle celle solari con materiali ad alta barriera, che non solo garantiscono la durata delle celle solari, ma migliorano anche la resistenza delle celle.

Secondo Coating Online, le proprietà barriera delle celle solari per i materiali da imballaggio fanno sì che la trasmittanza del vapore acqueo (WVTR) e la trasmittanza dell'ossigeno (OTR) siano inferiori rispettivamente a 10-2 g/m2/giorno e 10-1 cm3/m2/giorno. .

Pacchetto OLED:

All'OLED è stato affidato l'importante compito di creare la prossima generazione di display fin dalle prime fasi del suo sviluppo, ma la sua breve durata è sempre stata un grave problema che ne limita l'applicazione commerciale. Il motivo principale che influisce sulla durata degli OLED è che i materiali degli elettrodi e i materiali luminescenti sono dannosi per l'ossigeno, l'acqua e le impurità. Sono tutti molto sensibili e possono essere facilmente contaminati, con conseguente diminuzione delle prestazioni del dispositivo, riduzione dell'efficienza luminosa e accorciamento della durata.

Per garantire l'efficienza luminosa del prodotto e prolungarne la durata, il dispositivo deve essere isolato dall'ossigeno e dall'acqua una volta imballato. Per garantire che la durata utile del display OLED flessibile sia superiore a 10.000 ore, la trasmittanza del vapore acqueo (WVTR) e la trasmittanza dell'ossigeno (OTR) del materiale barriera devono essere inferiori a 10-6 g/m2/giorno e 10- 5 cm3/rispettivamente. m2/giorno, i suoi standard sono molto più elevati rispetto ai requisiti per le prestazioni di barriera nei settori del fotovoltaico organico, dell'imballaggio di celle solari, della tecnologia di imballaggio di alimenti, medicinali e dispositivi elettronici. Pertanto, per confezionare i dispositivi è necessario utilizzare materiali di substrato flessibili con eccellenti proprietà barriera. , al fine di soddisfare i severi requisiti di vita del prodotto.