卷对卷透明水汽高阻隔膜及其制备方法与流程

本发明涉及阻隔膜材料领域，特别涉及一种卷对卷透明水汽高阻隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、食品和部分材料在空气中会水解氧化变质，阻隔膜的作用是通过对空气中小分子气体、液体、氧气扩散路径的阻断，使其不能进入到终端产品中。目前市场对水氧阻隔膜有很大的刚需,主要应用在食品药品包装、面膜类日化包装，能阻隔空气中的水汽和氧气，防止物品变质，延长保质期，也可应用于量子点及oled显示器封装、太阳能电池封装、其他电子器件封装等。国内生产的阻隔性薄膜大多应用在低端产品的包装，性能优良的阻隔性薄膜还需要大量进口，因此市场发展空间很大。预计未来阻隔性包装薄膜市场规模将呈现稳定增长趋势。

2、市场上普遍性使用的阻隔材料有pet膜、pvdc膜、尼龙膜、evoh共挤膜、铝塑复合膜等。这些膜的阻隔性依赖于高分子材料本身分子结构的致密特性，单层膜的水汽阻隔率一般在100-101g/m2/d之间，往往需要通过多层膜复合技术，即将多种单层膜复合到一起，可以将水汽阻隔率提高至(100-10-2)g/m2/d之间，常应用在食品,医药，太阳能光伏板的封装。但是单纯简单的使用增加膜层数量厚度并不能使水汽阻隔率达到≤10-3g/m2/d高阻隔级别。

3、随着电子科技产品的发展，许多光学和电气设备的阻隔膜需求是透明的、柔性的、阻隔率要达到≤10-3级别，比如oled显示设备要求阻隔率要达到≤10-5级别。sio2和al2o3作为行业中认可的透明且致密性高的材料，通过应用多种镀膜技术(电子束蒸发-pvd、磁控溅射-pvd、化学沉积-cvd、原子层沉积-ald等)，将sio2或al2o3薄膜沉积至各类基材上，阻隔率会随着无机层厚度的增加进一步得到提升，但是单层厚度的增加会导致内应力越来越大，产生膜层裂纹影响阻隔率。应用ald镀膜技术可以产出致密性极高的膜层，但相较于pvd技术，ald受限于低沉积速率，在量产产出上存在一定的局限性。若采用常规的pvd镀膜技术，镀出的sio2或al2o3薄膜存在较多的表面缺陷，如孔洞和裂纹，为了弥补此缺陷得到水汽阻隔率10-5g/m2/d级别的高性能阻隔膜，采用多层有机/无机叠层阻隔膜技术，有机层可以填补无机氧化物层所造成的孔洞和裂纹，并延长气体的渗透路径，从而使阻隔性能得到提高。但此技术由于存在有机层和无机层两种材料，不同的材料由于材料热膨胀系数的差异导致有机层和无机层膜层之间应力的产生，在产品应用过程中，拉伸力或压应力会导致膜层的微裂纹进一步加剧，使得阻隔性能大幅度下降。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种卷对卷透明水汽高阻隔膜及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种卷对卷透明水汽高阻隔膜，包括柔性基材以及通过pvd反应式磁控溅射工艺形成于所述柔性基材上的有机-无机杂糅阻隔层。

3、优选的是，所述柔性基材的材料为聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、三醋酸纤维素、聚碳酸酯中的任意一种。

4、优选的是，所述柔性基材的厚度为12μm-250μm。

5、优选的是，所述有机-无机杂糅阻隔层的厚度为100-400nm。

6、本发明还提供一种如上所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜的制备方法，包括以下步骤：

7、s1、将柔性基材输入到第一腔室中，向第一腔室中输入氩气、氧气和有机物气体，以无机材料为镀膜靶材进行pvd反应式磁控溅射，在柔性基材上形成初阻隔层，得到初产品膜；

8、s2、将步骤s1得到的初产品膜输入到第二腔室中，向第二腔室中输入氩气，以无机材料为镀膜靶材，在初阻隔层上再进行pvd磁控溅射，得到所述对卷透明水汽高阻隔膜。

9、优选的是，所述有机物气体为以下有机物中的一种或多种经加热后形成的气体：四甲氧基硅烷、乙氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、烯丙基三甲基硅烷、二乙烯基四甲基二硅氧烷。

10、优选的是，所述无机材料为硅或氧化硅。

11、优选的是，第一腔室中进行pvd反应式磁控溅射的工作电压为5kw-20kw,工作真空度为0.1pa-1.5pa，氩气流量为30-300sccm,氧气流量为30-300sccm，有机气体流量为10-100sccm，有机物气体温度为25-80℃。

12、优选的是，第一腔室中进行pvd反应式磁控溅射的工作电压为0.1kw-3kw，工作真空度为0.1pa-1.5pa，氩气流量为30-300sccm。

13、优选的是，所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜的制备方法包括以下步骤：

14、s1、将柔性基材以0.1-1.0m/min的速度输入到第一腔室中，向第一腔室中输入氩气和氧气，控制氩气流量为30-300sccm、氧气流量为30-300sccm；将四甲氧基硅烷、乙氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、烯丙基三甲基硅烷、二乙烯基四甲基二硅氧烷中的至少一种组成的有机物加热至25-80℃，将得到的有机物气体输入到第一腔室中，控制有机气体流量为10-100sccm，以硅为镀膜靶材，在5kw-20kw的工作电压、0.1pa-1.5pa的真度下进行pvd反应式磁控溅射，在柔性基材上形成初阻隔层，得到初产品膜；

15、s2、将步骤s1得到的初产品膜输入到第二腔室中，向第二腔室中输入氩气，控制氩气流量为30-300sccm，以硅为镀膜靶材，于0.1kw-3kw的工作电压、0.1pa-1.5pa的真度下在初阻隔层上再进行pvd磁控溅射，得到所述对卷透明水汽高阻隔膜。

16、本发明的有益效果是：

17、本发明提供了一种卷对卷透明水汽高阻隔膜及其制备方法，本发明利用pvd反应式磁控溅射技术制备得到了一种有机-无机杂糅的阻隔功能层其不仅具有无机阻隔膜的致密结构、化学惰性以及化学稳定性高的特点，同时具有柔性与可延展性的特点；本发明无需额外的有机加工工序，具备高效的生产速率，并能降低生产成本，具有广阔好的市场应用前景；

18、本发明中，在第一腔室内，氧气和有机物气体混合后在ar+等离子体的撞击下，生成活性强的(o2-)离子和(-cyhz)有机基团，随后与si原子反应生成(sioxcyhz)物质，此物质在ar+溅射后最终沉积在柔性基材的表面，形成有机-无机杂糅的初阻隔层，其不仅具有无机物膜层sio2的致密性，在引入有机元素后形成的si(-o–)(-c–)3、si(-o–)2(-c–)2、si(-o–)3(-c–)等线性和长链结构使其具备了有机物延展性的特点，能大幅度的减少膜层微裂纹的产生，杜绝了水汽从微裂纹的渗透；进一步通过在初阻隔层上再次进行pvd磁控溅射，通过嵌入硅原子至初阻隔层可以有效的填补初阻隔层表面的孔洞缺陷，从而形成致密性更高的阻隔层。

技术特征：

1.一种卷对卷透明水汽高阻隔膜，其特征在于，包括柔性基材以及通过pvd反应式磁控溅射工艺形成于所述柔性基材上的有机-无机杂糅阻隔层。

2.根据权利要求1所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜，其特征在于，所述柔性基材的材料为聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、三醋酸纤维素、聚碳酸酯中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜，其特征在于，所述柔性基材的厚度为12μm-250μm。

4.根据权利要求1所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜，其特征在于，所述有机-无机杂糅阻隔层的厚度为100-400nm。

5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜的制备方法，其特征在于，所述有机物气体为以下有机物中的一种或多种经加热后形成的气体：四甲氧基硅烷、乙氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、烯丙基三甲基硅烷、二乙烯基四甲基二硅氧烷。

7.根据权利要求6所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜的制备方法，其特征在于，所述无机材料为硅或氧化硅。

8.根据权利要求7所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜的制备方法，其特征在于，第一腔室中进行pvd反应式磁控溅射的工作电压为5kw-20kw,工作真空度为0.1pa-1.5pa，氩气流量为30-300sccm,氧气流量为30-300sccm，有机气体流量为10-100sccm，有机物气体温度为25-80℃。

9.根据权利要求8所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜的制备方法，其特征在于，第一腔室中进行pvd反应式磁控溅射的工作电压为0.1kw-3kw，工作真空度为0.1pa-1.5pa，氩气流量为30-300sccm。

10.根据权利要求9所述的卷对卷透明水汽高阻隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种卷对卷透明水汽高阻隔膜及其制备方法，该阻隔膜包括柔性基材以及通过PVD反应式磁控溅射工艺形成于所述柔性基材上的有机‑无机杂糅阻隔层。本发明利用PVD反应式磁控溅射技术制备得到了一种有机‑无机杂糅的阻隔功能层其不仅具有无机阻隔膜的致密结构、化学惰性以及化学稳定性高的特点，同时具有柔性与可延展性的特点；本发明无需额外的有机加工工序，具备高效的生产速率，并能降低生产成本，具有广阔好的市场应用前景。技术研发人员：金闯,何士东,李斌,陈杨,杨威受保护的技术使用者：江苏斯迪克新材料科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5