¡Aprenda sobre las películas de alta barrera!

Recientemente, con la fermentación continua de las pantallas OLED, los materiales OLED se han vuelto populares ypelículas de alta barrerase han convertido en el objetivo de la industria del capital. Entonces, ¿qué es exactamente una película de alta barrera? La "alta barrera" es sin duda un atributo muy deseable y es una de las características requeridas por muchos materiales de embalaje poliméricos. En términos profesionales, una barrera alta se refiere a una permeabilidad muy baja a sustancias químicas de bajo peso molecular, como gases y compuestos orgánicos.

Los materiales de embalaje de alta barrera pueden mantener eficazmente el rendimiento original del producto y prolongar su vida útil.

Materiales comunes de alta barrera

En la actualidad, los materiales de barrera comúnmente utilizados en materiales poliméricos incluyen principalmente los siguientes:

1. Cloruro de polivinilideno (PVDC)

PVDC tiene excelentes propiedades de barrera contra el oxígeno y el vapor de agua.

La alta cristalinidad, la alta densidad y la presencia de grupos hidrófobos del PVDC hacen que su permeabilidad al oxígeno y al vapor de agua sean extremadamente bajas, lo que hace que el PVDC tenga excelentes propiedades de barrera a los gases y pueda extender mejor la vida útil de los artículos envasados ​​en comparación con otros materiales. Además, tiene buena adaptabilidad de impresión y es fácil de termosellar, por lo que se utiliza ampliamente en el campo del envasado de alimentos y productos farmacéuticos.

2. Copolímero de etileno-alcohol vinílico (EVOH)

EVOH es un copolímero de etileno y alcohol vinílico con muy buenas propiedades de barrera. Esto se debe a que la cadena molecular de EVOH contiene grupos hidroxilo y se forman fácilmente enlaces de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de la cadena molecular, lo que fortalece la fuerza intermolecular y hace que las cadenas moleculares se apilen más juntas, lo que hace que EVOH sea más cristalino y, por lo tanto, tenga excelentes propiedades de barrera. . actuación. Sin embargo, Coating Online descubrió que la estructura del EVOH contiene una gran cantidad de grupos hidroxilo hidrófilos, lo que hace que el EVOH absorba fácilmente la humedad, lo que reduce en gran medida el rendimiento de la barrera; Además, la gran cohesión y la alta cristalinidad dentro y entre las moléculas provocan que su rendimiento de sellado térmico sea deficiente.

3. Poliamida (PA)

En términos generales, el nailon tiene buenas propiedades de barrera a los gases, pero tiene malas propiedades de barrera al vapor de agua y una fuerte absorción de agua. Se hincha con el aumento de la absorción de agua, lo que hace que las propiedades de barrera contra el gas y la humedad disminuyan bruscamente. Su resistencia y tamaño de embalaje varían. La estabilidad también se verá afectada.

Además, el nailon tiene excelentes propiedades mecánicas, es fuerte y resistente al desgaste, tiene buena resistencia al frío y al calor, buena estabilidad química, fácil procesamiento y buena imprimibilidad, pero tiene poca termosellabilidad.

La resina PA tiene ciertas propiedades de barrera, pero su alta tasa de absorción de humedad afecta sus propiedades de barrera, por lo que generalmente no se puede utilizar como capa exterior.

4. Poliéster (PET, PEN)

El material barrera más común y utilizado entre los poliésteres es el PET. El PET tiene una estructura química simétrica, buena planaridad de la cadena molecular, apilamiento apretado de la cadena molecular y fácil orientación de cristalización. Estas características le hacen tener excelentes propiedades barrera.

En los últimos años, la aplicación de PEN se ha desarrollado rápidamente, que tiene buena resistencia a la hidrólisis, resistencia química y resistencia a los rayos ultravioleta. La estructura del PEN es similar a la del PET. La diferencia es que la cadena principal del PET contiene anillos de benceno, mientras que la cadena principal del PEN contiene anillos de naftaleno.

Dado que el anillo de naftaleno tiene un mayor efecto de conjugación que el anillo de benceno, la cadena molecular es más rígida y la estructura es más plana, el PEN tiene mejores propiedades generales que el PET. Tecnología de barrera de materiales de alta barrera Para mejorar las propiedades de barrera de los materiales de barrera, se utilizan habitualmente los siguientes medios técnicos:

1.Compuesto multicapa

La laminación multicapa se refiere a la laminación de dos o más películas con diferentes propiedades de barrera mediante un proceso determinado. De esta manera, las moléculas permeantes tienen que atravesar varias capas de membranas para llegar al interior del envase, lo que prolonga en gran medida el recorrido de permeación y, por tanto, mejora el rendimiento de la barrera. Este método combina las ventajas de varias membranas para preparar una película compuesta con un excelente rendimiento integral y su proceso es sencillo.

Sin embargo, en comparación con los materiales intrínsecos de alta barrera, las películas preparadas con este método son más gruesas y propensas a problemas como burbujas o arrugas agrietadas que afectan las propiedades de barrera. Los requisitos de equipamiento son relativamente complejos y el coste elevado.

2. Revestimiento de superficie

El recubrimiento de superficies utiliza deposición física de vapor (PVD), deposición química de vapor (CVD), deposición de capa atómica (ALD), deposición de capa molecular (MLD), autoensamblaje capa por capa (LBL) o deposición por pulverización catódica con magnetrón en la polimerización. Materiales como óxidos o nitruros metálicos se depositan en la superficie del objeto para formar una capa densa con excelentes propiedades de barrera en la superficie de la película. Sin embargo, estos métodos tienen problemas tales como procesos que requieren mucho tiempo, equipos costosos y procesos complejos, y el recubrimiento puede producir defectos como poros y grietas durante el servicio.

3. Nanocompuestos

Los nanocompuestos son nanocompuestos preparados mediante el método de compuesto de intercalación, el método de polimerización in situ o el método sol-gel utilizando nanopartículas impermeables en forma de lámina con una gran relación de aspecto. La adición de nanopartículas escamosas no solo puede reducir la fracción de volumen de la matriz polimérica en el sistema para reducir la solubilidad de las moléculas penetrantes, sino también extender la trayectoria de penetración de las moléculas penetrantes, reducir la velocidad de difusión de las moléculas penetrantes y mejorar las propiedades de barrera. .

4. Modificación de superficie

Dado que la superficie del polímero suele estar en contacto con el entorno externo, es fácil afectar la adsorción de la superficie, las propiedades de barrera y la impresión del polímero.

Para que los polímeros se utilicen mejor en la vida diaria, normalmente se trata la superficie de los polímeros. Incluyen principalmente: tratamiento químico de superficie, modificación de injerto de superficie y tratamiento de superficie con plasma.

Los requisitos técnicos de este tipo de método son fáciles de cumplir, el equipo es relativamente simple y el costo de inversión único es bajo, pero no puede lograr efectos estables a largo plazo. Una vez que se daña la superficie, el rendimiento de la barrera se verá seriamente afectado.

5. Estiramiento bidireccional

Mediante estiramiento biaxial, la película de polímero se puede orientar tanto en dirección longitudinal como transversal, de modo que se mejora el orden de la disposición de las cadenas moleculares y el apilamiento es más apretado, lo que dificulta el paso de las moléculas pequeñas, mejorando así las propiedades de barrera. . Este método hace que la película El proceso de preparación de películas poliméricas de alta barrera típicas sea complicado y es difícil mejorar significativamente las propiedades de barrera.

Aplicaciones de materiales de alta barrera:

De hecho, las películas de alta barrera aparecen en la vida cotidiana desde hace mucho tiempo. Los materiales poliméricos de alta barrera actuales se utilizan principalmente en envases de alimentos y medicamentos, envases de dispositivos electrónicos, envases de células solares y envases OLED.

Envases alimentarios y farmacéuticos:

Película de alta barrera coextruida de siete capas EVOH

Los envases de alimentos y productos farmacéuticos son actualmente las áreas más utilizadas para materiales de alta barrera. El objetivo principal es evitar que el oxígeno y el vapor de agua del aire entren en el envase y provoquen el deterioro de los alimentos y medicamentos, reduciendo así en gran medida su vida útil.

Según Coating Online, los requisitos de barrera para los envases alimentarios y farmacéuticos no suelen ser especialmente elevados. Se requiere que la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR) y la tasa de transmisión de oxígeno (OTR) de los materiales de barrera sean inferiores a 10 g/m2/día y 10 g/m2/día respectivamente. 100cm3/m2/día.

Embalaje de dispositivos electrónicos:

Con el rápido desarrollo de la información electrónica moderna, la gente ha planteado mayores requisitos para los componentes electrónicos y está evolucionando hacia la portabilidad y la multifunción. Esto plantea requisitos más estrictos para los materiales de embalaje de dispositivos electrónicos. Deben tener un buen aislamiento, protegerlos de la corrosión por oxígeno externo y vapor de agua, y tener una cierta resistencia, lo que requiere el uso de materiales de barrera poliméricos.

Generalmente, las propiedades de barrera de los materiales de embalaje requeridas para los dispositivos electrónicos son que la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR) y la tasa de transmisión de oxígeno (OTR) deben ser inferiores a 10-1 g/m2/día y 1 cm3/m2/día respectivamente.

Embalaje de células solares:

Dado que la energía solar está expuesta al aire durante todo el año, el oxígeno y el vapor de agua del aire pueden corroer fácilmente la capa metalizada fuera de la célula solar, afectando gravemente el uso de la célula solar. Por lo tanto, es necesario encapsular los componentes de las células solares con materiales de alta barrera, lo que no sólo garantiza la vida útil de las células solares, sino que también mejora la resistencia de las células.

Según Coating Online, las propiedades de barrera de las células solares para materiales de embalaje son que la transmitancia de vapor de agua (WVTR) y la transmitancia de oxígeno (OTR) deben ser inferiores a 10-2 g/m2/día y 10-1 cm3/m2/día respectivamente. .

Paquete OLED:

A OLED se le ha confiado la importante tarea de la próxima generación de pantallas desde las primeras etapas de su desarrollo, pero su corta vida útil siempre ha sido un problema importante que restringe su aplicación comercial. La principal razón que afecta la vida útil de OLED es que los materiales de los electrodos y los materiales luminiscentes son perjudiciales para el oxígeno, el agua y las impurezas. Todos ellos son muy sensibles y pueden contaminarse fácilmente, lo que resulta en una disminución del rendimiento del dispositivo, reduciendo así la eficiencia luminosa y acortando la vida útil.

Para garantizar la eficiencia luminosa del producto y prolongar su vida útil, el dispositivo debe estar aislado del oxígeno y del agua cuando se empaqueta. Para garantizar que la vida útil de la pantalla OLED flexible sea superior a 10.000 horas, la transmitancia de vapor de agua (WVTR) y la transmitancia de oxígeno (OTR) del material de barrera deben ser inferiores a 10-6 g/m2/día y 10- 5cm3/respectivamente. m2/día, sus estándares son mucho más altos que los requisitos de rendimiento de barrera en los campos de la energía fotovoltaica orgánica, el embalaje de células solares, los alimentos, los medicamentos y la tecnología de embalaje de dispositivos electrónicos. Por lo tanto, se deben utilizar materiales de sustrato flexibles con excelentes propiedades de barrera para empaquetar los dispositivos. , para cumplir con los estrictos requisitos de vida útil del producto.