Découvrez les films haute barrière !

Récemment, avec la fermentation continue des écrans OLED, les matériaux OLED sont devenus populaires etfilms haute barrièresont devenus la cible de l’industrie du capital. Alors, qu’est-ce qu’un film haute barrière exactement ? La « barrière élevée » est sans aucun doute un attribut très souhaitable et constitue l'une des caractéristiques requises par de nombreux matériaux d'emballage polymères. En termes professionnels, une barrière élevée fait référence à une très faible perméabilité aux produits chimiques de faible poids moléculaire, tels que les gaz et les composés organiques.

Les matériaux d'emballage à haute barrière peuvent maintenir efficacement les performances d'origine du produit et prolonger sa durée de vie.

Matériaux courants à haute barrière

À l'heure actuelle, les matériaux barrières couramment utilisés dans les matériaux polymères sont principalement les suivants :

1. Chlorure de polyvinylidène (PVDC)

Le PVDC possède d’excellentes propriétés barrières contre l’oxygène et la vapeur d’eau.

La cristallinité élevée, la densité élevée et la présence de groupes hydrophobes du PVDC rendent sa perméabilité à l'oxygène et sa perméabilité à la vapeur d'eau extrêmement faibles, ce qui confère au PVDC d'excellentes propriétés de barrière aux gaz et peut mieux prolonger la durée de conservation des articles emballés par rapport à d'autres matériaux. De plus, il a une bonne adaptabilité à l’impression et est facile à thermosceller, il est donc largement utilisé dans le domaine de l’emballage alimentaire et pharmaceutique.

2. Copolymère éthylène-alcool vinylique (EVOH)

L'EVOH est un copolymère d'éthylène et d'alcool vinylique doté de très bonnes propriétés barrière. En effet, la chaîne moléculaire de l'EVOH contient des groupes hydroxyle et des liaisons hydrogène se forment facilement entre les groupes hydroxyle de la chaîne moléculaire, ce qui renforce la force intermoléculaire et rapproche les chaînes moléculaires, rendant l'EVOH plus cristallin et possédant ainsi d'excellentes propriétés de barrière. . performance. Cependant, Coating Online a appris que la structure EVOH contient un grand nombre de groupes hydroxyles hydrophiles, ce qui permet à EVOH d'absorber facilement l'humidité, réduisant ainsi considérablement les performances de la barrière ; de plus, la grande cohésion et la cristallinité élevée à l'intérieur et entre les molécules entraînent une mauvaise performance d'étanchéité thermique.

3. Polyamide (PA)

D'une manière générale, le nylon a de bonnes propriétés de barrière aux gaz, mais a de mauvaises propriétés de barrière à la vapeur d'eau et une forte absorption d'eau. Il gonfle avec l’augmentation de l’absorption d’eau, ce qui entraîne une chute brutale des propriétés de barrière contre les gaz et l’humidité. Sa résistance et la taille de son emballage varient. La stabilité sera également affectée.

De plus, le nylon a d'excellentes propriétés mécaniques, est solide et résistant à l'usure, a une bonne résistance au froid et à la chaleur, une bonne stabilité chimique, un traitement facile et une bonne imprimabilité, mais a une mauvaise thermoscellabilité.

La résine PA possède certaines propriétés barrières, mais son taux d'absorption d'humidité élevé affecte ses propriétés barrières, elle ne peut donc généralement pas être utilisée comme couche externe.

4. Polyester (PET, STYLO)

Le matériau barrière le plus courant et le plus utilisé parmi les polyesters est le PET. Le PET a une structure chimique symétrique, une bonne planéité des chaînes moléculaires, un empilement de chaînes moléculaires serré et une orientation de cristallisation facile. Ces caractéristiques lui confèrent d’excellentes propriétés barrières.

Ces dernières années, l'application du PEN s'est développée rapidement, qui présente une bonne résistance à l'hydrolyse, une bonne résistance chimique et une bonne résistance aux ultraviolets. La structure du PEN est similaire à celle du PET. La différence est que la chaîne principale du PET contient des cycles benzéniques, tandis que la chaîne principale du PEN contient des cycles naphtalènes.

Étant donné que le cycle naphtalène a un effet de conjugaison plus important que le cycle benzène, que la chaîne moléculaire est plus rigide et que la structure est plus plane, le PEN a de meilleures propriétés globales que le PET. Technologie barrière des matériaux à haute barrière Afin d'améliorer les propriétés barrières des matériaux barrière, les moyens techniques suivants sont couramment utilisés :

1. composite multicouche

Le laminage multicouche fait référence au laminage de deux ou plusieurs films ayant des propriétés barrières différentes selon un certain processus. De cette manière, les molécules perméantes doivent traverser plusieurs couches de membranes pour atteindre l’intérieur de l’emballage, ce qui prolonge considérablement le chemin de perméation et améliore ainsi les performances barrière. Cette méthode combine les avantages de diverses membranes pour préparer un film composite offrant d'excellentes performances globales, et son processus est simple.

Cependant, comparés aux matériaux intrinsèques à haute barrière, les films préparés par cette méthode sont plus épais et sujets à des problèmes tels que des bulles ou des rides de fissuration qui affectent les propriétés de barrière. Les exigences en matière d'équipement sont relativement complexes et le coût est élevé.

2. Revêtement de surface

Le revêtement de surface utilise le dépôt physique en phase vapeur (PVD), le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), le dépôt de couche atomique (ALD), le dépôt de couche moléculaire (MLD), l'auto-assemblage couche par couche (LBL) ou le dépôt par pulvérisation magnétron en polymérisation. Des matériaux tels que des oxydes ou nitrures métalliques sont déposés sur la surface de l'objet pour former un revêtement dense doté d'excellentes propriétés barrières à la surface du film. Cependant, ces procédés présentent des problèmes tels qu'un processus long, un équipement coûteux et un processus complexe, et le revêtement peut produire des défauts tels que des trous d'épingle et des fissures pendant le service.

3. Nanocomposites

Les nanocomposites sont des nanocomposites préparés par une méthode de composite d'intercalation, une méthode de polymérisation in situ ou une méthode sol-gel utilisant des nanoparticules imperméables en forme de feuille avec un rapport d'aspect élevé. L'ajout de nanoparticules feuilletées peut non seulement réduire la fraction volumique de la matrice polymère dans le système pour réduire la solubilité des molécules pénétrantes, mais également étendre le chemin de pénétration des molécules pénétrantes, réduire le taux de diffusion des molécules pénétrantes et améliorer les propriétés de barrière. .

4. Modification des surfaces

Étant donné que la surface du polymère est souvent en contact avec l’environnement externe, il est facile d’affecter l’adsorption de la surface, les propriétés barrières et l’impression du polymère.

Afin que les polymères soient mieux utilisés dans la vie quotidienne, la surface des polymères est généralement traitée. Incluent principalement : le traitement chimique de surface, la modification de greffe de surface et le traitement de surface au plasma.

Les exigences techniques de ce type de méthode sont faciles à satisfaire, l'équipement est relativement simple et le coût d'investissement ponctuel est faible, mais il ne peut pas obtenir d'effets stables à long terme. Une fois la surface endommagée, les performances de la barrière seront sérieusement affectées.

5. Étirement bidirectionnel

Grâce à l'étirement biaxial, le film polymère peut être orienté dans les directions longitudinale et transversale, de sorte que l'ordre de l'arrangement des chaînes moléculaires soit amélioré et que l'empilement soit plus serré, ce qui rend plus difficile le passage des petites molécules, améliorant ainsi les propriétés de barrière. . Cette méthode rend le film Le processus de préparation des films polymères à haute barrière typiques est compliqué et il est difficile d'améliorer de manière significative les propriétés de barrière.

Applications des matériaux à haute barrière :

Les films haute barrière sont en effet apparus dans la vie quotidienne depuis longtemps. Les matériaux polymères à haute barrière actuels sont principalement utilisés dans les emballages alimentaires et pharmaceutiques, les emballages d’appareils électroniques, les emballages de cellules solaires et les emballages OLED.

Emballages alimentaires et pharmaceutiques :

Film haute barrière co-extrudé EVOH à sept couches

Les emballages alimentaires et pharmaceutiques sont actuellement les domaines les plus utilisés pour les matériaux à haute barrière. L'objectif principal est d'empêcher l'oxygène et la vapeur d'eau présents dans l'air de pénétrer dans l'emballage et de provoquer la détérioration des aliments et des médicaments, réduisant ainsi considérablement leur durée de conservation.

Selon Coating Online, les exigences en matière de barrière pour les emballages alimentaires et pharmaceutiques ne sont généralement pas particulièrement élevées. Le taux de transmission de la vapeur d'eau (WVTR) et le taux de transmission de l'oxygène (OTR) des matériaux barrières doivent être inférieurs à 10 g/m2/jour et 10 g/m2/jour respectivement. 100cm3/m2/jour.

Emballage des appareils électroniques :

Avec le développement rapide de l'information électronique moderne, les gens ont mis en avant des exigences plus élevées en matière de composants électroniques et évoluent vers la portabilité et la multifonctionnalité. Cela impose des exigences plus élevées en matière de matériaux d’emballage des appareils électroniques. Ils doivent avoir une bonne isolation, les protéger de la corrosion par l'oxygène extérieur et la vapeur d'eau, et avoir une certaine résistance, ce qui nécessite l'utilisation de matériaux barrières polymères.

Généralement, les propriétés barrières des matériaux d'emballage requises pour les appareils électroniques sont que le taux de transmission de la vapeur d'eau (WVTR) et le taux de transmission de l'oxygène (OTR) doivent être inférieurs à 10-1 g/m2/jour et 1 cm3/m2/jour respectivement.

Emballage des cellules solaires :

Étant donné que l'énergie solaire est exposée à l'air toute l'année, l'oxygène et la vapeur d'eau présents dans l'air peuvent facilement corroder la couche métallisée à l'extérieur de la cellule solaire, affectant ainsi sérieusement l'utilisation de la cellule solaire. Par conséquent, il est nécessaire d’encapsuler les composants des cellules solaires avec des matériaux à haute barrière, ce qui non seulement garantit la durée de vie des cellules solaires, mais améliore également la résistance des cellules.

Selon Coating Online, les propriétés barrières des cellules solaires pour les matériaux d'emballage sont que le coefficient de transmission de la vapeur d'eau (WVTR) et le coefficient de transmission de l'oxygène (OTR) doivent être inférieurs à 10-2 g/m2/jour et 10-1 cm3/m2/jour respectivement. .

Forfait OLED :

L'OLED s'est vu confier la tâche importante de la prochaine génération d'écrans dès les premiers stades de son développement, mais sa courte durée de vie a toujours été un problème majeur limitant son application commerciale. La principale raison qui affecte la durée de vie de l'OLED est que les matériaux des électrodes et les matériaux luminescents sont nocifs pour l'oxygène, l'eau et les impuretés. Ils sont tous très sensibles et peuvent être facilement contaminés, ce qui entraîne une diminution des performances de l'appareil, réduisant ainsi l'efficacité lumineuse et raccourcissant la durée de vie.

Afin de garantir l'efficacité lumineuse du produit et de prolonger sa durée de vie, l'appareil doit être isolé de l'oxygène et de l'eau lors de son emballage. Afin de garantir que la durée de vie de l'écran OLED flexible est supérieure à 10 000 heures, le coefficient de transmission de la vapeur d'eau (WVTR) et le coefficient de transmission de l'oxygène (OTR) du matériau barrière doivent être inférieurs à 10-6 g/m2/jour et 10-6 g/m2/jour. 5cm3/ respectivement. m2/jour, ses normes sont bien plus élevées que les exigences en matière de performances de barrière dans les domaines de la technologie photovoltaïque organique, de l'emballage des cellules solaires, de la technologie d'emballage des aliments, des médicaments et des appareils électroniques. Par conséquent, des matériaux de substrat flexibles dotés d’excellentes propriétés barrières doivent être utilisés pour emballer les dispositifs. , afin de répondre aux exigences strictes de la durée de vie du produit.