ハイバリアフィルムについて知ろう！

最近、OLEDディスプレイの継続的な発酵により、OLED材料が普及しており、ハイバリアフィルム資本産業の標的となっている。では、ハイバリアフィルムとは一体何なのでしょうか？ 「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要求される特性の 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に対する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、製品の本来の性能を効果的に維持し、製品の寿命を延ばすことができます。

一般的なハイバリア材料

現在、ポリマー材料で一般的に使用されているバリア材料には主に次のものがあります。

1. ポリ塩化ビニリデン（PVDC）

PVDC は酸素や水蒸気に対する優れたバリア特性を持っています。

PVDC は結晶性が高く、密度が高く、疎水性基が存在するため、酸素透過性と水蒸気透過性が極めて低く、そのため PVDC は優れたガスバリア性を持ち、他の材料に比べて包装された品目の保存寿命を長くすることができます。また、印刷適性が良く、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、非常に優れたバリア特性を備えたエチレンとビニルアルコールのコポリマーです。これは、EVOH の分子鎖中に水酸基が含まれており、分子鎖上の水酸基間に水素結合が形成されやすいため、分子間力が強くなり分子鎖がより密に重なり、結晶性が高くなりバリア性に優れるためです。 。パフォーマンス。しかし、コーティング オンラインは、EVOH の構造には親水性の水酸基が多数含まれているため、EVOH は水分を吸収しやすくなり、バリア性能が大幅に低下することがわかりました。さらに、分子内および分子間の凝集力が大きく、結晶性が高いため、熱シール性能が劣ります。

3. ポリアミド(PA)

一般にナイロンはガスバリア性に優れていますが、水蒸気バリア性に劣り、吸水性が強いのが特徴です。吸水量の増加に伴い膨張し、ガスバリア性や湿気バリア性が急激に低下します。強度や梱包サイズも異なります。安定性にも影響が出ます。

また、ナイロンは機械的性質に優れ、強度や耐摩耗性に優れ、耐寒性や耐熱性、化学的安定性が良く、加工が容易で印刷適性も良好ですが、ヒートシール性が劣ります。

PA樹脂はある程度のバリア性を持っていますが、吸湿率が高いためバリア性に影響を与えるため、一般的に外層としては使用できません。

4. ポリエステル（PET、PEN）

ポリエステルの中で最も一般的で広く使用されているバリア素材は PET です。 PET は対称的な化学構造、優れた分子鎖の平面性、緊密な分子鎖の積み重ね、および容易な結晶配向を備えています。これらの特性により、優れたバリア性を発揮します。

近年、耐加水分解性、耐薬品性、耐紫外線性に優れたPENの用途が急速に発展しています。 PEN の構造は PET の構造と似ています。違いは、PET の主鎖にはベンゼン環が含まれているのに対し、PEN の主鎖にはナフタレン環が含まれていることです。

ナフタレン環はベンゼン環よりも共役効果が大きく、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 よりも総合的な特性が優れています。ハイバリア材料のバリア技術 バリア材料のバリア特性を向上させるために、次の技術的手段が一般的に使用されます。

1.多層複合材料

多層積層とは、バリア性の異なる2枚以上のフィルムを一定の工程で積層することを指します。このようにして、透過分子はパッケージの内部に到達するまでに複数の膜層を通過する必要があるため、透過経路が大幅に延長され、バリア性能が向上します。この方法は、さまざまな膜の利点を組み合わせて総合性能に優れた複合膜を作製する方法であり、プロセスが簡単です。

ただし、真性高バリア材料と比較して、この方法で製造されたフィルムは厚く、バリア特性に影響を与える気泡やひび割れシワなどの問題が発生しやすくなります。機器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​​蒸着 (PVD)、化学蒸着 (CVD)、原子層蒸着 (ALD)、分子層蒸着 (MLD)、層ごとの自己組織化 (LBL)、または重合におけるマグネトロン スパッタリング蒸着が使用されます。金属酸化物や窒化物などの材料を物体の表面に堆積させ、フィルムの表面に優れたバリア特性を備えた緻密なコーティングを形成します。しかし、これらの方法は工程に時間がかかり、高価な設備や複雑な工程が必要であり、使用中にコーティングにピンホールやクラックなどの欠陥が発生する可能性があるという問題がありました。

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透過性のシート状ナノ粒子を用いて、インターカレーション複合法、その場重合法、ゾルゲル法などにより製造されたナノ複合材料である。薄片状ナノ粒子の添加は、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浸透分子の溶解度を低下させるだけでなく、浸透分子の浸透経路を延長し、浸透分子の拡散速度を低下させ、バリア特性を改善することもできます。 。

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いため、ポリマーの表面吸着性、バリア性、印刷に影響を与えやすいです。

ポリマーを日常生活でより良く使用するために、通常、ポリマーの表面は処理されます。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。

このタイプの方法の技術的要件は満たしやすく、装置は比較的単純で、一度の投資コストは低いですが、長期的に安定した効果を達成することはできません。表面が損傷すると、バリア性能が重大な影響を受けます。

5.双方向ストレッチ

二軸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、分子鎖の配列秩序が改善され、重なりがより緊密になり、低分子が通過しにくくなり、バリア性が向上します。 。この方法でフィルムを作るのですが、一般的なハイバリアポリマーフィルムは製造工程が複雑で、バリア性を大幅に向上させることが困難です。

ハイバリア材料の用途:

ハイバリアフィルムは実は昔から日常生活に登場していました。現在のポリマー高バリア材料は、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、および OLED の包装に使用されています。

食品および医薬品の包装:

EVOH 7層共押出ハイバリアフィルム

現在、食品および医薬品の包装は、ハイバリア素材が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侵入し、食品や医薬品の劣化を引き起こし、保存期間を大幅に短縮するのを防ぐことです。

Coating Online によると、食品および医薬品の包装に対するバリア要件は一般的にそれほど高くありません。バリア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 10g/m2/day 未満である必要があります。 100cm3/m2/日。

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より高い要求を提示し、携帯性と多機能を目指して発展しています。これにより、電子デバイスのパッケージング材料に対する要求がさらに高まります。それらは、優れた絶縁性を備え、外部の酸素や水蒸気による腐食から保護し、一定の強度を備えている必要があり、そのためにはポリマーバリア材料の使用が必要です。

一般に、電子機器に要求される包装材料のバリア性は、水蒸気透過率（WVTR）が10-1g/m2/day未満、酸素透過率（OTR）が1cm3/m2/day未満である必要があります。

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、空気中の酸素と水蒸気は太陽電池の外側の金属化層を容易に腐食させ、太陽電池の使用に重大な影響を与える可能性があります。したがって、太陽電池コンポーネントを高バリア材料でカプセル化する必要があります。これにより、太陽電池の耐用年数が保証されるだけでなく、電池の耐性強度も向上します。

Coating Online によると、包装材料用の太陽電池のバリア特性は、水蒸気透過率 (WVTR) と酸素透過率 (OTR) がそれぞれ 10-2g/m2/day と 10-1cm3/m2/day 未満である必要があります。 。

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の重要な役割を任されてきましたが、その寿命の短さは常に商用利用を制限する大きな問題でした。 OLEDの耐用年数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、不純物に対して有害であることです。これらはすべて非常に敏感であり、簡単に汚染される可能性があり、その結果、デバイスの性能が低下し、それによって発光効率が低下し、寿命が短くなります。

製品の発光効率を確保し、耐用年数を延ばすために、パッケージ化する際にデバイスを酸素や水から隔離する必要があります。フレキシブル OLED ディスプレイの耐用年数が 10,000 時間を超えることを保証するには、バリア材料の水蒸気透過率 (WVTR) と酸素透過率 (OTR) が 10-6g/m2/日未満、および 10-6g/m2/日未満でなければなりません。それぞれ5cm3/。 m2/日であり、その基準は、有機太陽光発電、太陽電池パッケージング、食品、医薬品、電子デバイスパッケージング技術の分野におけるバリア性能の要件よりもはるかに高いです。したがって、デバイスのパッケージには、優れたバリア特性を備えたフレキシブル基板材料を使用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に。