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三分鐘了解高阻隔膜的種類及其用途。
文章來源：巨人包裝 發(fā)布日期:2022-11-16 16:05 文章作者：巨人包裝小編
問題：三分鐘了解高阻隔膜的種類及其用途。
近期隨著OLED顯示的持續(xù)發(fā)酵，OLED材料火了，其中高阻隔膜更是成了資本界的追逐的對象。
那么高阻隔膜究竟是什么？本文為你解密風(fēng)口上的高阻隔膜。
“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(yè)術(shù)語中高阻隔是指對低分子量的化學(xué)物質(zhì)，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(chǎn)品的原始性能，延長產(chǎn)品壽命。
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(yōu)異的阻隔性。
PVDC的高結(jié)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(yōu)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(zhì)期，加之其印刷適應(yīng)性好，易于熱封，因而被廣泛應(yīng)用于食品與藥品包裝領(lǐng)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，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(jié)晶度較高，從而具有優(yōu)異的阻隔性能。
但是，EVOH結(jié)構(gòu)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(nèi)與分子間具有較大的內(nèi)聚力及高結(jié)晶度導(dǎo)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(wěn)定性也會受到影響。
此外，尼龍的機械性能優(yōu)良，強韌耐磨，耐寒耐熱性好，化學(xué)穩(wěn)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(yīng)用最廣泛的阻隔材料是PET。PET由于化學(xué)結(jié)構(gòu)對稱，分子鏈平面性較好，分子鏈堆砌緊密，容易結(jié)晶取向，這些特點使得其具有優(yōu)異的阻隔性能。
而近年來應(yīng)用發(fā)展迅速的還有PEN，它有著良好的耐水解性、耐化學(xué)藥品性和耐紫外性。PEN的結(jié)構(gòu)與PET相似，不同的是PET主鏈中含有苯環(huán)，而PEN主鏈中為萘環(huán)。
由于萘環(huán)比苯環(huán)具有更大的共軛效應(yīng)，分子鏈剛性更高，結(jié)構(gòu)更呈平面性，因而PEN具有比PET更優(yōu)異的綜合性能。
為了提高阻隔材料的阻隔性能，目前常采用的技術(shù)手段主要有以下幾種：
1.多層復(fù)合
多層復(fù)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(fù)合到一起。這樣一來，滲透分子要想到達(dá)包裝內(nèi)部就得通過幾層膜，相當(dāng)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(yōu)點而制備出的一種綜合性能優(yōu)異的復(fù)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(xiàn)氣泡或開裂褶皺等影響阻隔性能的問題，而且對設(shè)備要求相對復(fù)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(xué)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(shù)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(yōu)異的涂層。
但是，這些方法存在過程費時、設(shè)備昂貴和工藝復(fù)雜等問題，而且涂層在服役過程中有可能產(chǎn)生針孔、裂紋等缺陷。
3.納米復(fù)合材料
納米復(fù)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(fù)合法、原位聚合法或溶膠-凝膠法制備的納米復(fù)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?jǐn)?shù)，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(kuò)散速率，使阻隔性能得到改進(jìn)。
4.表面改性
聚合物表面由于經(jīng)常與外界環(huán)境接觸，容易對聚合物的表面吸附、阻隔性、印刷產(chǎn)生影響。
為了讓聚合物能更好的應(yīng)用于日常生活，通常對聚合物的表面進(jìn)行處理。主要包括：表面化學(xué)處理、表面接枝改性以及等離子體表面處理。
這類方法技術(shù)條件要求容易滿足，設(shè)備較簡單，一次性投資成本低，但達(dá)不到長期穩(wěn)定的效果，一旦表面受到破壞，阻隔性能會受到嚴(yán)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(jìn)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(jìn)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(fù)雜化，且阻隔性能也難有得到顯著提高。
|高阻隔材料的應(yīng)用
高阻隔膜其實早已出現(xiàn)在日常生活中，目前的高分子高阻隔材料主要應(yīng)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。
1.食品與藥品包裝
食品與藥品包裝是目前高阻隔材料應(yīng)用最廣的領(lǐng)域。主要是為了防止空氣中的氧氣和水蒸氣進(jìn)入包裝中使食物和藥品變質(zhì)，而大大降低了其保質(zhì)期。
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。
2.電子器件封裝
現(xiàn)代電子信息的快速發(fā)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(fā)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(hù)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。
3.太陽能電池封裝
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(chǎn)生腐蝕作用，嚴(yán)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(jìn)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。
4.OLED封裝
OLED封裝膜
OLED從開發(fā)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(yè)化應(yīng)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(fā)光材料對氧、水、雜質(zhì)都非常敏感，很容易被污染從而導(dǎo)致器件性能的下降，從而降低發(fā)光效率，縮短使用壽命。
為了保證產(chǎn)品的發(fā)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O(shè)LED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(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shù)等領(lǐng)域?qū)ψ韪粜阅艿囊?，因此必須選用阻隔性能十分優(yōu)異的柔性襯底材料對器件進(jìn)行封裝，才能滿足產(chǎn)品壽命的嚴(yán)格要求。
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