3分でわかるハイバリアフィルムの種類と使い方

最近、OLEDディスプレイの継続的な発酵により、OLED材料が注目されており、ハイバリアフィルムが資本の追求の対象となっています。

では、ハイバリアフィルムとは何でしょうか？この記事では、羽口の高バリアフィルムを解読します。

「高バリア」は間違いなく非常に望ましい特性であり、多くのポリマー包装材料に求められる特性の 1 つです。専門用語では、高バリアとは、ガスや有機化合物などの低分子量化学物質の透過性が非常に低いことを指します。

ハイバリア包装材料は、製品本来の性能を効果的に維持し、製品寿命を延長します。

|一般的な高分離材料

現在、バリア材料として一般的に使用されている高分子材料は主に以下の種類です。

1. ポリ塩化ビニリデン（PVDC）

PVDC は酸素や水蒸気に対して優れた耐性を持っています。

PVDC は結晶化度が高く、密度が高く、疎水性塩基が存在するため、酸素透過性が高く、ガス透過率が非常に低いため、他の材料と比較して優れたガスバリア性を持ち、包装品の保存寿命を長くすることができ、さらに印刷適性も備えています。ヒートシールが容易なため、食品や医薬品の包装分野で広く使用されています。

2. エチレン・ビニルアルコール共重合体（EVOH）

EVOH はエチレンとビニルアルコールの共重合体であり、非常に優れたバリア特性を持っています。これは、ＥＶＯＨの分子鎖中に水酸基が含まれており、分子鎖上の水酸基が水素結合を形成しやすいため、分子間力が強くなり、分子鎖の集積が近くなり、ＥＶＯＨの結晶性が高くなるためである。が高く、バリア性能に優れています。

しかし、ＥＶＯＨの構造には親水性の水酸基が多く含まれているため、水分を吸収しやすく、バリア性能が大きく低下してしまう。さらに、分子内および分子間凝集性が高く、結晶化度が高いため、ヒートシール性能が低下します。

3. ポリアミド(PA)

一般に、ナイロンの耐ガス性は優れていますが、水蒸気バリアが弱く、吸水性が高く、吸水性と膨潤性が増加するため、耐ガス性、耐湿性性能が急激に低下し、パッケージサイズの強度と安定性が低下します。も影響を受けるでしょう。

さらに、ナイロンは優れた機械的特性、強力な耐摩耗性、良好な耐寒性および耐熱性、良好な化学的安定性、容易な加工性、良好な印刷適性を備えていますが、ヒートシール性は劣ります。

PA樹脂はある程度のバリア性を持っていますが、吸湿率が大きくバリア性に影響を与えるため、外層としては使用できません。

4. ポリエステル（PET、PEN）

ポリエステルで最も一般的かつ広く使用されているバリア素材は PET です。 PET は、その対称的な化学構造、良好な分子鎖平面、緊密な分子鎖スタック、および容易な結晶配向により、優れたバリア特性を備えています。

近年、耐加水分解性、耐薬品性、耐紫外線性に優れたPENが急速に応用されています。 PEN の構造は PET と似ていますが、PET は主鎖にベンゼン環を持ち、PEN は主鎖にナフタレン環を持っています。

ナフタレンはベンゼン環よりも共役効果が大きいため、分子鎖がより剛直で、構造がより平面的であるため、PEN は PET よりも総合的な性能が優れています。

|材料の高分離バリア技術

バリア材料のバリア性能を向上させるために、現在一般的に用いられている技術手段は主に以下のとおりである。

1. 多層複合材料

多層複合材とは、特定のプロセスを通じて異なるバリア特性を備えた 2 つまたは複数のフィルムの複合材を指します。このようにして、浸透分子が包装内部に到達するためには、浸透経路を延長することに相当する何層ものフィルムを通過する必要があるため、バリア性能が向上します。

この方法は、各種膜の利点を総合して総合的に優れた複合膜を作製する方法であり、プロセスも簡単です。

しかし、この方法で作製した薄膜は真性ハイバリア材料に比べて厚くなり、バリア性に影響を与える気泡や亀裂、折れが発生しやすくなります。さらに、設備要件は比較的複雑であり、コストが高くなります。

2. 表面コーティング

表面コーティングには、物理​​気象堆積 (PVD)、化学蒸着 (CVD)、原子層堆積 (ALD)、分子層堆積 (MLD)、層自己組織化 (LBL)、またはマグネトロン スパッタリング堆積およびその他の技術が使用されます。フィルムの表面に緻密で優れたバリアコーティングを形成するために、金属酸化物または窒化物およびその他の材料をポリマー表面に堆積させます。

しかし、これらの方法には、時間のかかる工程、高価な設備、複雑な技術などの問題があり、使用中にコーティングにピンホールやクラックなどが発生する可能性があります。

3. ナノコンポジット

ナノ複合材料は、アスペクト比の大きな不浸透性シートナノ粒子を使用して、インターカレーション、その場重合、またはゾルゲル法によって調製されます。フレークナノ粒子の添加は、システム内のポリマーマトリックスの体積分率を減らして透過性分子の溶解度を低下させるだけでなく、透過性分子の透過経路を延長し、透過性分子の拡散速度を低下させることにより、バリア性能を向上させることができます。改善されました。

4. 表面改質

ポリマー表面は外部環境と接触することが多く、ポリマー表面の吸着、バリア、印刷に影響を与えやすくなります。

ポリマーを日常使用により適したものにするために、通常、ポリマーの表面は処理されます。これには主に、表面化学処理、表面グラフト改質、プラズマ表面処理が含まれます。

この種の方法は技術的要件を満たすのが容易で、設備が簡単で、一度の投資コストが低いですが、効果の長期安定性を達成することができず、表面が損傷すると、バリア性能が低下します。深刻な影響を受けています。

5.両方向にストレッチする

二方向延伸により、高分子フィルムを縦横両方向に配向させることで、分子鎖の配列秩序を改善し、より緻密に積層することで、小さな分子が通過しにくくなり、バリア性能が向上します。この方法は、真性高バリアポリマーフィルムの製造プロセスが複雑であり、バリア性能を大幅に向上させることが困難です。

| の応用ハイバリア素材

ハイバリアフィルムはすでに日常生活に登場しており、現在のポリマーハイバリア材料は主に食品および医薬品の包装、電子デバイスの包装、太陽電池の包装、OLEDの包装に使用されています。

1. 食品および医薬品の包装

食品および医薬品の包装は、高バリア材料の最も広く使用されている分野です。主な目的は、空気中の酸素や水蒸気が包装内に入り込み、食品や医薬品が傷み、保存期間が大幅に短くなるのを防ぐことです。

食品および医薬品の包装の場合、バリア要件は特に高くなく、材料の水蒸気透過率 (WVTR) と酸素透過率 (OTR) はそれぞれ 10g/m2/day および 100cm3/m2 /day 未満である必要があります。

2. 電子機器の梱包

現代の電子情報の急速な発展に伴い、人々は電子部品に対する要求をさらに高めており、携帯性と多機能に向けて発展しています。これにより、電子デバイスのパッケージ材料に対する要求がさらに高まります。電子デバイスのパッケージ材料には、優れた絶縁性を備えているだけでなく、外部の酸素や水蒸気による腐食から保護できる必要があるだけでなく、一定の強度も備えている必要があり、そのためにはポリマーバリアの使用が必要です。材料。

一般的な電子デバイスの包装材料のバリア要件は、水蒸気透過率（WVTR）と酸素透過率（OTR）が 10-1g/m2/日および 1cm3/m2/日未満である必要があります。

3. 太陽電池のパッケージング

太陽エネルギーは一年中空気にさらされているため、空気中の酸素や水蒸気により太陽電池の外側の金属層が腐食されやすく、太陽電池の使用に重大な影響を与えます。したがって、太陽電池モジュールのパッケージングには高バリア材料を使用する必要があり、太陽電池の耐用年数を確保するだけでなく、電池の耐性強度も高めることができます。

包装材料用の太陽電池の水蒸気透過率（WVTR）と酸素透過率（OTR）のバリア要件は、10-2g/m2/day および 10-1cm3/m2/day 未満である必要があります。

4. OLEDパッケージ

OLEDは開発の初期段階から次世代ディスプレイに組み込まれてきましたが、その寿命の短さが商用利用を制限する大きな問題となっていました。 OLEDの寿命に影響を与える主な理由は、電極材料と発光材料が酸素、水分、不純物に非常に敏感で汚染されやすいため、デバイスの性能劣化、発光効率の低下、寿命の短縮につながります。

製品の発光効率を確保し、耐用年数を延ばすために、パッケージング中にデバイスを酸素や水から隔離する必要があります。

また、フレキシブル OLED ディスプレイの耐用年数が 10,000 時間以上であることを保証するには、ブロッキング材の水蒸気透過率 (WVTR) と酸素透過率 (OTR) が 10-6g/m2/day および {それぞれ {3}}cm3/m2/日。その基準は、有機太陽電池や太陽電池のパッケージング、食品、医療、電子デバイスなどのパッケージング技術におけるバリア性能の要求をはるかに上回っており、デバイスをパッケージするにはバリア性能に優れたフレキシブル基板材料を選択する必要があります。製品寿命の厳しい要件を満たすため。