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      全面了解高阻隔膜

      作者:小編 時間:2022-04-09 14:58:52 點擊:

      “高阻隔”無疑是一種非常理想的屬性,是許多聚合物包裝材料都要求具備的特性之一。在專業術語中高阻隔是指對低分子量的化學物質,如氣體和有機化合物等具有非常低的透過性。

      高阻隔包裝材料可以有效保持產品的原始性能,延長產品壽命。

      常見高阻隔材料

      目前,高分子材料中常用的阻隔材料主要有以下幾種:

      1、聚偏氯乙烯(PVDC)

      PVDC對氧氣和水蒸氣具有優異的阻隔性。

      PVDC的高結晶性、高密度以及疏水基的存在使得其透氧率和透水氣率極低,從而使PVDC具有優異的氣體阻隔性,與其他材料相比可以更好的延長包裝物品的保質期,加之其印刷適應性好,易于熱封,因而被廣泛應用于食品與藥品包裝領域。

      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。這是因為EVOH的分子鏈上含有羥基阻隔膜,而分子鏈上的羥基之間易生成氫鍵,使分子間作用力加強,分子鏈堆積更緊密,使EVOH的結晶度較高,從而具有優異的阻隔性能。

      EVOH結構中含有大量具有親水性的羥基,使得EVOH易吸濕,從而使阻隔性能大大降低;另外,分子內與分子間具有較大的內聚力及高結晶度導致其熱封性能較差。

      3、聚酰胺(PA)

      一般而言,尼龍的阻氣性好,但對水蒸汽的阻隔性較差,吸水性強,且隨吸水量的增加而溶脹,使阻氣、阻濕性能急劇下降,其強度和包裝尺寸的穩定性也會受到影響。

      此外,尼龍的機械性能優良,強韌耐磨,耐寒耐熱性好,化學穩定性好,易加工,印刷性好,但熱封性差。

      PA樹脂具有一定的阻隔特性,但吸濕率大,因而影響其阻隔性,所以一般也不能作外層。

      4、聚酯類(PET、PEN)

      聚酯中最常見和應用最廣泛的阻隔材料是PET。PET由于化學結構對稱,分子鏈平面性較好,分子鏈堆砌緊密,容易結晶取向,這些特點使得其具有優異的阻隔性能。

      而近年來應用發展迅速的還有PEN,它有著良好的耐水解性、耐化學藥品性和耐紫外性。PEN的結構與PET相似,不同的是PET主鏈中含有苯環,而PEN主鏈中為萘環。

      由于萘環比苯環具有更大的共軛效應,分子鏈剛性更高,結構更呈平面性,因而PEN具有比PET更優異的綜合性能。

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      高阻隔材料的阻隔技術

      為了提高阻隔材料的阻隔性能,目前常采用的技術手段主要有以下幾種:

      1、多層復合

      多層復合是指通過一定的工藝將兩種或幾種阻隔性能不同的薄膜復合到一起。這樣一來,滲透分子要想到達包裝內部就得通過幾層膜,相當于延長了滲透路徑,從而使阻隔性能得到提高。

      該方法是綜合了各種膜的優點而制備出的一種綜合性能優異的復合薄膜,其工藝簡單。

      但是與本征型高阻隔材料相比,用此方法制備薄膜較厚,容易出現氣泡或開裂褶皺等影響阻隔性能的問題,而且對設備要求相對復雜,成本較高。

      2、表面涂覆

      表面涂覆即利用物理氣象沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、分子層沉積(MLD)、層層自組裝(LBL)或磁控濺射沉積等技術在聚合物表面沉積金屬氧化物或氮化物等材料,從而在薄膜表面形成致密且阻隔性能優異的涂層。

      但是,這些方法存在過程費時、設備昂貴和工藝復雜等問題,而且在服役過程中有可能產生針孔、裂紋等缺陷。

      3、納米復合材料

      納米復合材料是利用不可滲透且具有大的長徑比的片狀納米粒子通過插層復合法、原位聚合法或溶膠-凝膠法制備的納米復合材料。片狀納米粒子的加入這不僅可以降低體系中聚合物基體的體積分數,以降低滲透分子的溶解度,而且還能夠延長滲透分子的滲透路徑,降低滲透分子的擴散速率,使阻隔性能得到改進。

      4、表面改性

      聚合物表面由于經常與外界環境接觸,容易對聚合物的表面吸附、阻隔性、印刷產生影響。

      為了讓聚合物能更好的應用于日常生活,通常對聚合物的表面進行處理。主要包括:表面化學處理、表面接枝改性以及等離子體表面處理。

      這類方法技術條件要求容易滿足,設備較簡單,一次性投資成本低,但達不到長期穩定的效果,一旦表面受到破壞,阻隔性能會受到嚴重影響。

      5、雙向拉伸

      通過雙向拉伸可使聚合物薄膜在縱橫兩個方向上進行取向,使分子鏈排列的有序度提高,堆砌更緊密,從而使小分子更難通過,進而改善阻隔性能,這種方法使本征型高阻隔聚合物薄膜的制備工藝復雜化,且阻隔性能也難有得到顯著提高。

      高阻隔材料的應用

      阻隔膜其實早已出現在日常生活中,目前的高分子高阻隔材料主要應用于食品與藥品包裝、電子器件封裝、太陽能電池封裝、OLED封裝。

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      食品與藥品包裝

      EVOH七層共擠高阻隔膜

      食品與藥品包裝是目前高阻隔材料應用最廣的領域。主要是為了防止空氣中的氧氣和水蒸氣進入包裝中使食物和藥品變質,而大大降低了其保質期。

      據了解,對于食品與藥品包裝一般對阻隔要求不是特別高,要求阻隔的材料的水蒸氣透過率(WVTR)和 氧透過率(OTR)要分別低于10g/m2/day和100cm3/m2 /day。

      電子器件封裝

      電子器件封裝膜

      現代電子信息的快速發展,人們對電子元器件提出了更高的要求,向便攜性、多功能化發展。這就對電子器件封裝材料提出了更高的要求,既要具有良好的絕緣性,又要能保護其不會受到外界氧氣和水蒸氣的腐蝕,而且還要具有一定的強度,這就需要使用到高分子阻隔材料。

      一般電子器件對封裝材料阻隔性要求為水蒸氣透過率(WVTR)和氧透過率(OTR)要分別低 于10-1g/m2/day和1cm3/m2 /day。

      太陽能電池封裝

      太陽能電池封裝封裝膜

      由于太陽能常年暴露在空氣中,空氣中的氧氣和水蒸氣易對太陽能電池外面的金屬化層產生腐蝕作用,嚴重影響太陽能電池的使用。所以有必要對太陽能電池組件采用高阻隔材料進行封裝處理,這樣不僅可以使太陽能電池的使用壽命得到了保障,還增強了電池的抗擊強度。

      太陽能電池對封裝材料阻隔性要求為水蒸氣透過率(WVTR)和氧透過率(OTR)要分別低于10-2g/m2/day和10-1cm3/m2/day。

      OLED封裝

      OLED封裝膜

      OLED從開發初期起就被寄予了下一代顯示器的重任,但壽命過短一直是制約其商業化應用的一大難題,影響OLED使用壽命的主要原因是電極材料和發光材料對氧、水、雜質都非常敏感,很容易被污染從而導致器件性能的下降阻隔膜,從而降低發光效率,縮短使用壽命。

      為了保證產品的發光效率并延長其使用壽命,器件在封裝時一定要隔絕氧和水。

      并且為了保證柔性OLED顯示器的使用壽命大于10000h,必須要求阻隔的材料的水蒸氣透過率(WVTR)和氧透過率(OTR)要分別低于10-6g/m2/day和10-5cm3/m2/day,其標準遠遠高于在有機光伏、太陽能電池封裝以及食品、藥品和電子器件包裝技術等領域對阻隔性能的要求,因此必須選用阻隔性能十分優異的柔性襯底材料對器件進行封裝,才能滿足產品壽命的嚴格要求。

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