Aprenda sobre filmes de alta barreira!

Recentemente, com a fermentação contínua de displays OLED, os materiais OLED tornaram-se populares efilmes de alta barreiratornaram-se alvos da indústria de capitais. Então, o que exatamente é um filme de alta barreira? "Alta barreira" é sem dúvida um atributo muito desejável e é uma das características exigidas por muitos materiais de embalagem poliméricos. Em termos profissionais, alta barreira refere-se a uma permeabilidade muito baixa a produtos químicos de baixo peso molecular, como gases e compostos orgânicos.

Materiais de embalagem de alta barreira podem efetivamente manter o desempenho original do produto e prolongar sua vida útil.

Materiais comuns de alta barreira

Atualmente, os materiais de barreira comumente usados ​​em materiais poliméricos incluem principalmente o seguinte:

1. Cloreto de polivinilideno (PVDC)

O PVDC possui excelentes propriedades de barreira contra oxigênio e vapor de água.

A alta cristalinidade, alta densidade e presença de grupos hidrofóbicos do PVDC tornam sua permeabilidade ao oxigênio e ao vapor de água extremamente baixas, o que faz com que o PVDC tenha excelentes propriedades de barreira a gases e possa prolongar melhor a vida útil dos itens embalados em comparação com outros materiais. Além disso, possui boa adaptabilidade de impressão e é fácil de selar a quente, por isso é amplamente utilizado na área de embalagens alimentícias e farmacêuticas.

2. Copolímero de etileno-álcool vinílico (EVOH)

EVOH é um copolímero de etileno e álcool vinílico com propriedades de barreira muito boas. Isso ocorre porque a cadeia molecular do EVOH contém grupos hidroxila, e as ligações de hidrogênio são facilmente formadas entre os grupos hidroxila na cadeia molecular, o que fortalece a força intermolecular e torna as cadeias moleculares mais próximas, tornando o EVOH mais cristalino e, portanto, possui excelentes propriedades de barreira. . desempenho. No entanto, a Coating Online aprendeu que a estrutura do EVOH contém um grande número de grupos hidroxila hidrofílicos, o que torna o EVOH fácil de absorver a umidade, reduzindo significativamente o desempenho da barreira; além disso, a grande coesão e a alta cristalinidade dentro e entre as moléculas fazem com que seu desempenho térmico de vedação seja ruim.

3. Poliamida (PA)

De um modo geral, o náilon tem boas propriedades de barreira a gases, mas possui fracas propriedades de barreira ao vapor de água e forte absorção de água. Ele incha com o aumento da absorção de água, fazendo com que as propriedades de barreira a gases e umidade caiam drasticamente. Sua resistência e tamanho da embalagem variam. A estabilidade também será afetada.

Além disso, o náilon possui excelentes propriedades mecânicas, é forte e resistente ao desgaste, possui boa resistência ao frio e ao calor, boa estabilidade química, fácil processamento e boa capacidade de impressão, mas possui baixa selabilidade térmica.

A resina PA tem certas propriedades de barreira, mas sua alta taxa de absorção de umidade afeta suas propriedades de barreira, portanto geralmente não pode ser usada como camada externa.

4. Poliéster (PET, PEN)

O material de barreira mais comum e amplamente utilizado entre os poliésteres é o PET. PET tem uma estrutura química simétrica, boa planaridade da cadeia molecular, empilhamento rígido da cadeia molecular e fácil orientação de cristalização. Estas características fazem com que tenha excelentes propriedades de barreira.

Nos últimos anos, a aplicação do PEN tem se desenvolvido rapidamente, apresentando boa resistência à hidrólise, resistência química e resistência ultravioleta. A estrutura do PEN é semelhante à do PET. A diferença é que a cadeia principal do PET contém anéis de benzeno, enquanto a cadeia principal do PEN contém anéis de naftaleno.

Como o anel de naftaleno tem um efeito de conjugação maior que o anel de benzeno, a cadeia molecular é mais rígida e a estrutura é mais plana, o PEN tem melhores propriedades gerais que o PET. Tecnologia de barreira de materiais de alta barreira A fim de melhorar as propriedades de barreira dos materiais de barreira, os seguintes meios técnicos são comumente usados:

1. Composto multicamadas

A laminação multicamadas refere-se à laminação de dois ou mais filmes com diferentes propriedades de barreira através de um determinado processo. Desta forma, as moléculas permeantes têm que passar por diversas camadas de membranas para chegar ao interior da embalagem, o que prolonga muito o caminho de permeação e, assim, melhora o desempenho da barreira. Este método combina as vantagens de várias membranas para preparar um filme composto com excelente desempenho abrangente e seu processo é simples.

No entanto, em comparação com materiais intrínsecos de alta barreira, os filmes preparados por este método são mais espessos e propensos a problemas como bolhas ou fissuras que afetam as propriedades de barreira. Os requisitos de equipamento são relativamente complexos e o custo é alto.

2. Revestimento de superfície

O revestimento de superfície usa deposição física de vapor (PVD), deposição química de vapor (CVD), deposição de camada atômica (ALD), deposição de camada molecular (MLD), automontagem camada por camada (LBL) ou deposição por pulverização catódica magnetron na polimerização. Materiais como óxidos metálicos ou nitretos são depositados na superfície do objeto para formar um revestimento denso com excelentes propriedades de barreira na superfície do filme. No entanto, esses métodos apresentam problemas como processos demorados, equipamentos caros e processos complexos, e o revestimento pode produzir defeitos como furos e rachaduras durante o serviço.

3. Nanocompósitos

Nanocompósitos são nanocompósitos preparados pelo método compósito de intercalação, método de polimerização in-situ ou método sol-gel usando nanopartículas em forma de folha impermeável com uma grande proporção de aspecto. A adição de nanopartículas escamosas pode não apenas reduzir a fração volumétrica da matriz polimérica no sistema para reduzir a solubilidade das moléculas penetrantes, mas também estender o caminho de penetração das moléculas penetrantes, reduzir a taxa de difusão das moléculas penetrantes e melhorar as propriedades de barreira .

4. Modificação de superfície

Como a superfície do polímero está frequentemente em contato com o ambiente externo, é fácil afetar a adsorção da superfície, as propriedades de barreira e a impressão do polímero.

Para que os polímeros sejam melhor aproveitados no dia a dia, a superfície dos polímeros geralmente é tratada. Inclui principalmente: tratamento químico de superfície, modificação de enxerto de superfície e tratamento de superfície de plasma.

Os requisitos técnicos deste tipo de método são fáceis de atender, o equipamento é relativamente simples e o custo de investimento único é baixo, mas não pode alcançar efeitos estáveis ​​a longo prazo. Uma vez danificada a superfície, o desempenho da barreira será seriamente afetado.

5. Alongamento bidirecional

Através do estiramento biaxial, o filme polimérico pode ser orientado nas direções longitudinal e transversal, de modo que a ordem do arranjo da cadeia molecular seja melhorada e o empilhamento seja mais apertado, dificultando a passagem de pequenas moléculas, melhorando assim as propriedades de barreira . Este método torna o filme O processo de preparação de filmes típicos de polímero de alta barreira é complicado e é difícil melhorar significativamente as propriedades de barreira.

Aplicações de materiais de alta barreira:

Os filmes de alta barreira já aparecem na vida cotidiana há muito tempo. Os atuais materiais poliméricos de alta barreira são usados ​​​​principalmente em embalagens de alimentos e medicamentos, embalagens de dispositivos eletrônicos, embalagens de células solares e embalagens OLED.

Embalagens alimentícias e farmacêuticas:

Filme de alta barreira coextrudado de sete camadas EVOH

As embalagens alimentícias e farmacêuticas são atualmente as áreas mais utilizadas para materiais de alta barreira. O principal objetivo é evitar que o oxigênio e o vapor de água presentes no ar entrem nas embalagens e provoquem a deterioração de alimentos e medicamentos, reduzindo significativamente seu prazo de validade.

De acordo com a Coating Online, os requisitos de barreira para embalagens de alimentos e produtos farmacêuticos geralmente não são particularmente elevados. A taxa de transmissão de vapor de água (WVTR) e a taxa de transmissão de oxigênio (OTR) dos materiais de barreira devem ser inferiores a 10g/m2/dia e 10g/m2/dia, respectivamente. 100cm3/m2/dia.

Embalagem de dispositivos eletrônicos:

Com o rápido desenvolvimento da informação electrónica moderna, as pessoas apresentaram requisitos mais elevados para componentes electrónicos e estão a evoluir no sentido da portabilidade e da multifuncionalidade. Isto impõe requisitos mais elevados para materiais de embalagem de dispositivos eletrônicos. Devem ter um bom isolamento, protegê-los da corrosão por oxigênio externo e vapor de água e ter uma certa resistência, o que requer o uso de materiais de barreira polimérica.

Geralmente, as propriedades de barreira dos materiais de embalagem exigidas para dispositivos eletrônicos são que a taxa de transmissão de vapor de água (WVTR) e a taxa de transmissão de oxigênio (OTR) devem ser inferiores a 10-1g/m2/dia e 1cm3/m2/dia, respectivamente.

Embalagem de células solares:

Como a energia solar fica exposta ao ar durante todo o ano, o oxigênio e o vapor de água no ar podem facilmente corroer a camada metalizada fora da célula solar, afetando seriamente o uso da célula solar. Portanto, é necessário encapsular os componentes das células solares com materiais de alta barreira, o que não só garante a vida útil das células solares, mas também aumenta a resistência das células.

De acordo com a Coating Online, as propriedades de barreira das células solares para materiais de embalagem são que a transmitância de vapor de água (WVTR) e a transmitância de oxigênio (OTR) devem ser inferiores a 10-2g/m2/dia e 10-1cm3/m2/dia, respectivamente. .

Pacote OLED:

O OLED foi encarregado da importante tarefa da próxima geração de ecrãs desde as fases iniciais do seu desenvolvimento, mas a sua curta vida útil sempre foi um grande problema que restringe a sua aplicação comercial. A principal razão que afeta a vida útil do OLED é que os materiais do eletrodo e os materiais luminescentes são prejudiciais ao oxigênio, à água e às impurezas. Todos são muito sensíveis e podem ser facilmente contaminados, resultando na diminuição do desempenho do dispositivo, reduzindo assim a eficiência luminosa e encurtando a vida útil.

Para garantir a eficiência luminosa do produto e prolongar sua vida útil, o aparelho deve ser isolado do oxigênio e da água quando embalado. Para garantir que a vida útil do display OLED flexível seja superior a 10.000 horas, a transmitância de vapor de água (WVTR) e a transmitância de oxigênio (OTR) do material de barreira devem ser inferiores a 10-6g/m2/dia e 10- 5cm3/respectivamente. m2/dia, seus padrões são muito mais elevados do que os requisitos de desempenho de barreira nas áreas de energia fotovoltaica orgânica, embalagens de células solares, alimentos, medicamentos e tecnologia de embalagens de dispositivos eletrônicos. Portanto, materiais de substrato flexíveis com excelentes propriedades de barreira devem ser usados ​​para embalar dispositivos. , a fim de atender aos rigorosos requisitos de vida do produto.