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三分鐘了解高阻隔膜的種類及其用途。
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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(duì)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(duì)低分子量的化學(xué)物質(zhì)，如氣體和有機(jī)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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?yàn)镋VOH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(qiáng)，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(duì)水蒸汽的阻隔性較差，吸水性強(qiáng)，且隨吸水量的增加而溶脹，使阻氣、阻濕性能急劇下降，其強(qiáng)度和包裝尺寸的穩(wěn)定性也會(huì)受到影響。
此外，尼龍的機(jī)械性能優(yōu)良，強(qiáng)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(duì)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(diǎn)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(zhǎng)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(diǎn)而制備出的一種綜合性能優(yōu)異的復(fù)合薄膜，其工藝簡(jiǎn)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(duì)設(shè)備要求相對(duì)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(fèi)時(shí)、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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(jiǎn)單，一次性投資成本低，但達(dá)不到長(zhǎng)期穩(wěn)定的效果，一旦表面受到破壞，阻隔性能會(huì)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(gè)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(shí)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(yáng)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(duì)于食品與藥品包裝一般對(duì)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(duì)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(duì)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(huì)受到外界氧氣和水蒸氣的腐蝕，而且還要具有一定的強(qiáng)度，這就需要使用到高分子阻隔材料。
一般電子器件對(duì)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(yáng)能電池封裝
由于太陽(yáng)能常年暴露在空氣中，空氣中的氧氣和水蒸氣易對(duì)太陽(yáng)能電池外面的金屬化層產(chǎn)生腐蝕作用，嚴(yán)重影響太陽(yáng)能電池的使用。所以有必要對(duì)太陽(yáng)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(yáng)能電池的使用壽命得到了保障，還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。
太陽(yáng)能電池對(duì)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(duì)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(zhǎng)其使用壽命，器件在封裝時(shí)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(jī)光伏、太陽(yáng)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(duì)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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