“Barrera alta” es un atributo altamente deseable, uno que se requiere para muchos materiales de envasado polimérico. La alta barrera en términos técnicos se refiere a muy baja permeabilidad a productos químicos de bajo peso molecular, como gases y compuestos orgánicos. Los materiales de embalaje de alta barrera pueden mantener efectivamente el rendimiento original del producto y prolongar la vida útil del producto.
Materiales comunes de alta barrera
En la actualidad, los materiales de barrera comúnmente utilizados en los materiales de polímeros incluyen principalmente lo siguiente:
- Cloruro de polivinilideno (PVDC)
PVDC tiene excelentes propiedades de barrera para el vapor de oxígeno y agua.
La alta cristalinidad, la alta densidad y la existencia de grupos hidrofóbicos de PVDC hacen que su permeabilidad de oxígeno y permeabilidad de vapor de agua sea extremadamente baja, por lo que PVDC tiene excelentes propiedades de barrera de gas, lo que puede extender mejor la vida útil de los elementos empaquetados en comparación con otros materiales. Además, tiene una buena adaptabilidad de la impresión y es fácil ser sellado por calor, por lo que se usa ampliamente en el campo de los alimentos y el embalaje farmacéutico.
- Copolímero de alcohol de etileno-vinílico (EVOH)
EVOH es un copolímero de etileno y alcohol vinílico con muy buenas propiedades de barrera. Esto se debe a que la cadena molecular de EVOH contiene grupos hidroxilo, y los enlaces de hidrógeno se forman fácilmente entre los grupos hidroxilo en la cadena molecular, lo que fortalece la fuerza intermolecular y hace que las cadenas moleculares estén más bien llenas, de modo que la cristalinidad de EvoH sea mayor, por lo que tiene excelentes propiedades de barrera. actuación.
Sin embargo, la estructura EVOH contiene una gran cantidad de grupos hidroxilo hidrofílicos, lo que hace que EVOH sea fácil de absorber la humedad, reduciendo así las propiedades de la barrera. Además, la fuerte cohesión intramolecular e intermolecular y la alta cristalinidad conducen a un bajo rendimiento de sellado de calor.
- Poliamida (PA)
En términos generales, el nylon tiene buenas propiedades de barrera de gas, pero malas propiedades de barrera de vapor de agua y una fuerte absorción de agua. Se hincha con el aumento de la absorción de agua, de modo que las propiedades de barrera de gas y humedad caen bruscamente, y su resistencia y estabilidad del tamaño del paquete también se verán afectadas.
Además, el nylon tiene excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la dureza y desgaste, buena resistencia al frío y resistencia al calor, buena estabilidad química, fácil procesamiento, buena imprimabilidad, pero un mal sellado de calor.
La resina de PA tiene ciertas propiedades de barrera, pero la velocidad de absorción de humedad es grande, lo que afecta sus propiedades de barrera, por lo que generalmente no se usa como una capa externa.
- Poliéster (mascota, pluma)
El material de barrera más común y ampliamente utilizado entre los poliésteres es la mascota. PET tiene excelentes propiedades de barrera debido a su estructura química simétrica, buena planaridad de la cadena molecular, apilamiento de cadena molecular apretada y orientación fácil de cristalización.
En los últimos años, la aplicación de PEN se ha desarrollado rápidamente y tiene una buena resistencia a la hidrólisis, resistencia química y resistencia a los rayos UV. La estructura de la pluma es similar a la de PET, excepto que la cadena principal de PET contiene un anillo de benceno, mientras que la cadena principal de la pluma es un anillo de naftaleno.
Debido a que el anillo de naftaleno tiene un mayor efecto de conjugación que el anillo de benceno, la cadena molecular es más rígida y la estructura es más plana, por lo que la pluma tiene mejores propiedades integrales que PET.
Tecnología de barrera para materiales de barrera alta
Para mejorar las propiedades de barrera de los materiales de barrera, se usan comúnmente las siguientes medias técnicas:
- Compuesto multicapa
El compuesto multicapa se refiere al compuesto de dos o más películas con diferentes propiedades de barrera a través de un determinado proceso. De esta manera, las moléculas permeables tienen que pasar a través de varias capas de membranas para alcanzar el interior del paquete, lo que es equivalente a prolongar la ruta de permeación, mejorando así el rendimiento de la barrera.
El método es una película compuesta con excelentes propiedades integrales preparadas al sintetizar las ventajas de varias películas, y el proceso es simple.
Sin embargo, en comparación con el material intrínseco de alta barrera, la película preparada por este método es más gruesa, y es propensa a problemas como burbujas o grietas que afectan el rendimiento de la barrera, y los requisitos del equipo son relativamente complejos y el costo es alto.
- Recubrimiento superficial
El recubrimiento superficial es el uso de deposición física de vapor (PVD), deposición de vapor químico (CVD), deposición de la capa atómica (ALD), deposición de la capa molecular (MLD), autoensamblaje de capa por capa (LBL) o deposición de esputización de magnetrón. Se depositan materiales como óxidos metálicos o nitruros en la superficie de la película para formar un recubrimiento denso con excelentes propiedades de barrera en la superficie de la película.
Sin embargo, estos métodos tienen problemas como el proceso que requiere mucho tiempo, equipos costosos y procesos complicados, y pueden ocurrir defectos como agujeros y grietas en el recubrimiento durante el servicio.
- Nanocompuestos
Los materiales nanocompuestos son materiales nanocompuestos preparados por método compuesto de intercalación, método de polimerización in situ o método Sol-gel utilizando nanopartículas de lámina que son impermeables y tienen una relación de aspecto grande. La adición de nanopartículas de escamas no solo puede reducir la fracción de volumen de la matriz de polímero en el sistema para reducir la solubilidad de las moléculas permeables, sino también prolongar la ruta de permeación de las moléculas permeables, reducir la velocidad de difusión de las moléculas permeables y mejorar las propiedades de la barrera.
- Modificación de la superficie
Debido a que la superficie del polímero a menudo está en contacto con el entorno externo, es fácil afectar la adsorción de la superficie, las propiedades de barrera y la impresión del polímero.
Para hacer que el polímero se use mejor en la vida diaria, la superficie del polímero generalmente se trata. Incluya principalmente: tratamiento químico superficial, modificación del injerto de superficie y tratamiento de superficie en plasma.
Los requisitos técnicos de este método son fáciles de cumplir, el equipo es relativamente simple y el costo de inversión único es bajo, pero el efecto estable a largo plazo no se puede lograr. Una vez que la superficie está dañada, el rendimiento de la barrera se verá seriamente afectado.
- Estiramiento biaxial
A través del estiramiento biaxial, la película de polímero se puede orientar en las direcciones longitudinales y transversales, de modo que el orden de la disposición de la cadena molecular se mejore, y el apilamiento es más estricto, por lo que es más difícil que las moléculas pequeñas pasen, mejorando así las propiedades de la barrera. El proceso de preparación de la película de polímero de alta barra característica es complicado, y es difícil mejorar significativamente las propiedades de la barrera.
Aplicación de materiales de alta barrera
De hecho, las películas de alta barrera ya han aparecido en la vida diaria. En la actualidad, los materiales de polímero de alta barrera se utilizan principalmente en envases de alimentos y medicamentos, envases electrónicos de dispositivos, embalaje de células solares y embalaje OLED.
- Comida y envasado farmacéutico
El empaque de alimentos y farmacéuticos es actualmente el campo más utilizado de materiales de alta barrera. El objetivo principal es evitar que el vapor de oxígeno y agua en el aire ingrese al empaque para deteriorar alimentos y medicamentos, y reducir en gran medida su vida útil.
Para el embalaje de alimentos y drogas, los requisitos de barrera generalmente no son particularmente altos, y la velocidad de transmisión de vapor de agua (WVTR) y la velocidad de transmisión de oxígeno (OTR) del material que requiere barrera debe ser inferior a 10G/m2/día y 100 cm3/m2/día, respectivamente.
- Envasado de dispositivos electrónicos
Con el rápido desarrollo de la información electrónica moderna, las personas presentan requisitos más altos para los componentes electrónicos y se desarrollan hacia la portabilidad y la multifunción. Esto presenta requisitos más altos para los materiales de empaque de dispositivos electrónicos, que no solo deben tener un buen aislamiento, sino que también pueden protegerlos de ser corroídos por oxígeno externo y vapor de agua, y también debe tener una cierta resistencia, lo que requiere el uso de materiales de barrera de polímeros.
En general, las propiedades de barrera de los materiales de envasado para dispositivos electrónicos son que la velocidad de transmisión de vapor de agua (WVTR) y la velocidad de transmisión de oxígeno (OTR) deben ser inferiores a 10-1g/m2/día y 1 cm3/m2/día, respectivamente.
- Embalaje de células solares
Dado que la energía solar está expuesta al aire durante todo el año, el vapor de oxígeno y agua en el aire puede corroer fácilmente la capa de metalización fuera de la célula solar, lo que afecta seriamente el uso de la célula solar. Por lo tanto, es necesario encapsular los componentes de las células solares con materiales de barrera alta, lo que no solo garantiza la vida útil de las células solares, sino que también mejora la resistencia a la resistencia de las células.
Las propiedades de barrera de las células solares para los materiales de envasado son que la velocidad de transmisión de vapor de agua (WVTR) y la velocidad de transmisión de oxígeno (OTR) deben ser inferiores a 10-2g/m2/día y 10-1cm3/m2/día, respectivamente.
- Embalaje
OLED ha sido confiado la responsabilidad de la próxima exhibición de la generación desde la etapa inicial de desarrollo, pero la vida útil siempre ha sido un problema importante restringir su aplicación comercial. Todos son muy sensibles y fácilmente contaminados, lo que resulta en la degradación del rendimiento del dispositivo, reduciendo así la eficiencia luminosa y acortando la vida útil.
Para garantizar la eficiencia luminosa del producto y prolongar su vida útil, el dispositivo debe aislarse del oxígeno y el agua durante el embalaje.
Y para garantizar que la vida útil de la pantalla OLED flexible sea mayor de 10000 h, la velocidad de transmisión de vapor de agua (WVTR) y la velocidad de transmisión de oxígeno (OTR) del material de bloqueo deben ser inferiores a 10-6G/m2/día y 10-5cm3/día, respectivamente. M2/Día, el estándar es mucho más alto que los requisitos para las propiedades de barrera en los campos de fotovoltaicos orgánicos, envases de células solares y tecnología de envasado para alimentos, medicamentos y dispositivos electrónicos. Por lo tanto, se deben utilizar materiales de sustrato flexibles con excelentes propiedades de barrera para empaquetar dispositivos. , para cumplir con los requisitos estrictos de la vida del producto.
