ハイバリアフィルム真空コーティング装置 - 包装寿命延長プログラム

ハイバリア素材の応用

ハイバリアフィルムは、実際に長い間日常生活に登場しており、現在のポリマーハイバリア材料は、主に食品や医薬品の包装、電子デバイスの包装、太陽電池の包装、OLEDの包装に使用されています。 食品と医薬品...

1.食品・医薬品包装

食品と医薬品の包装は現在、ハイバリア素材の最も広く使われている分野である。その主な目的は、空気中の酸素や水蒸気が包装内に侵入して食品や医薬品を劣化させ、賞味期限が大幅に短くなるのを防ぐことである。
一般的に食品や医薬品の包装では、バリア要件は特に高くなく、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と100cm3/m2/dayより低くなければならない。

2.電子機器の包装

現代の電子情報の急速な発展により、人々はポータブル、多機能の開発に、電子部品に対するより高い要件を提唱した。これは、良好な絶縁性を有するだけでなく、それを保護することができるだけでなく、酸素や水蒸気の外界によって腐食されることはありませんが、また、高分子バリア材料の使用を必要とする強度の一定程度を持っているだけでなく、電子デバイスの包装材料のためのより高い要件を前方に置きます。
包装材料に対する一般的な電子機器バリア要件は、水蒸気透過率（WVTR）と酸素透過率（OTR）がそれぞれ10-1g/m2/dayと1cm3/m2/day以下であることである。

3.太陽電池のカプセル化

太陽エネルギーは一年中空気にさらされているため、空気中の酸素や水蒸気が太陽電池の外側の金属化層を腐食しやすく、太陽電池の使用に深刻な影響を与える。そのため、太陽電池部品の封止には、太陽電池の寿命を保証するだけでなく、電池の衝撃強度を高めるハイバリア材料を使用する必要があります。
封止材の太陽電池バリア要件は、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以下であることである。

4.有機ELパッケージング

OLEDは、開発の初期段階から次世代ディスプレイの重責を任されてきたが、寿命の短さが商業応用上の大きな制約となっており、OLEDの寿命に影響を与える主な原因は、電極材料と発光材料が酸素、水、不純物に非常に敏感で、デバイスの性能低下につながる汚染されやすく、発光効率が低下し、デバイスの寿命が短くなることである。
製品の発光効率を確保し、耐用年数を延ばすためには、梱包時に装置を酸素や水から隔離する必要があります。
また、フレキシブルOLEDディスプレイの寿命を10000h以上にするためには、バリア材料の水蒸気透過率（WVTR）は10-6g/m2/day以下、酸素透過率（OTR）は10-5cm3/m2/day以下であることが要求され、これは有機太陽光発電、太陽電池の封止、食品・医薬品・電子デバイスの包装技術などの分野のバリア性能に要求される基準よりもはるかに高い。この基準は、有機太陽電池、太陽電池封止、食品、医薬品、電子デバイス包装技術などの分野で要求されるバリア性能よりもはるかに高いため、製品寿命の厳しい要求を満たすためには、デバイス封止用フレキシブル基板材料のバリア性能が非常に優れたものを選択する必要がある。
ポリマーの表面は、外部環境と常に接触しているため、ポリマーの表面吸着、バリア性、印刷などに影響を与えやすい。日常生活においてポリマーをより有用なものにするために、通常、ポリマーの表面は処理される。 主なものに、表面化学処理、表面グラフト変性、プラズマ表面処理などがある。
表面コーティングとは、物理蒸着法（PVD）、化学蒸着法（CVD）、原子層蒸着法（ALD）、分子層蒸着法（MLD）、レイヤー・バイ・レイヤー自己組織化法（LBL）、マグネトロン・スパッタリング蒸着法などの技術を用いて、ポリマー表面に金属酸化物や窒化物などの材料を蒸着することであり、その結果、フィルム表面に優れたバリア性を持つ緻密な被膜が形成される。
ナノコンポジットとは、インターカレーションコンパウンド法、in-situ重合法、ゾル-ゲル法によって、大きなアスペクト比を持つ不透過性の薄片状ナノ粒子を用いて調製したナノコンポジットのことである。薄片状ナノ粒子を組み込むことで、系内のポリマーマトリックスの体積分率が低下し、透過性分子の溶解度が低下するだけでなく、透過性分子の透過経路が拡大し、透過性分子の拡散速度が低下し、バリア特性が向上する。

コーティングの条件

基板

基材には、表面の平坦性、光学特性、コーティング耐性が求められる。一般的には、表面に機能性コーティング層を設けたPET基板を使用する。
コーティング工程
連続コーティングが可能な真空ロール・ツー・ロール・プロセスを安価に準備することができる。基材ロールの長さは1巻あたり数キロメートルにもなるため、長尺の基材に安定してコーティングできるプロセスが必要である。幅方向の膜厚均一性は、光学的な問題が生じない程度に保証する必要がある。

膜種

光学特性を考慮すると、一般的にSi系フィルムが使用される。単層膜構造では、屈折率が低く、屈折率が基材に近いSiO系、バリア性や屈曲性ではSiN系が優れているが、屈折率が高いため光を通しにくいSiN系が推奨される。バリア性や屈曲性の面では多層膜構造が推奨される。一方で、既存の製法で行うと製造コストが高くなる傾向がある。

中西新エネルギー研究所は、工場全体のカスタマイズされた真空コーティング装置のプロセスと機器ソリューションを提供しています。

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