CN109830542A - 耐久阻隔膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种薄膜技术领域的耐久阻隔膜及其制备方法，包括衬底基材以及设置在衬底基材上的耐腐蚀阻隔层，所述的耐腐蚀阻隔层上依次层叠有牺牲层和顶涂层。本发明设有耐腐蚀阻隔层，并在耐腐蚀阻隔层上设置牺牲层，能够在长期使用中阻止顶涂层的腐蚀作用，使得顶涂层能够持久附着，并保持耐腐蚀阻隔层良好的阻水性能。

Description

耐久阻隔膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种光学薄膜领域的技术，具体是一种耐久阻隔膜及其制备方法。

背景技术

电子器件的封装是电子工业生产中的必要工序，封装是将电子器件内部组件与外部环境隔离，防止水、氧气对电子器件侵蚀，延长其使用寿命。不同阻水性能的封装膜适用于不同的电子器件封装，其中透水率为10^-3～10^-6g/m²·day的高阻隔膜主要用于封装柔性薄膜太阳能电池、OLED和量子点材料。

目前高阻隔膜多利用真空镀膜，如蒸镀、CVD、PVD、ALD等，在柔性聚合物衬底基材上镀制透明无机氧化物或氮化物制得。卷对卷设备收卷以及复合、搬运加工过程中，阻隔材料层极易脆裂，造成阻水性能的大幅下降。现有的方案是在高阻隔膜上涂覆一层顶涂层，用于保护阻隔材料层不损伤，涂覆的顶涂层甚至可以提高阻水性能。

一方面，在具体应用中，阻隔膜通过有机胶与其他部件粘结进行阻水，为了得到良好的粘结性能，硬化顶涂层多采用有机材质；另一方面，阻隔材料层为无机材质，硬化顶涂层一般依靠酸碱性对阻隔材料层表面进行腐蚀实现附着。若硬化顶涂层对阻隔材料层过度腐蚀，则长期使用过程中，阻隔膜的阻水性能必将大幅下降，增加设备维护成本，尤其是在光伏及显示技术领域，常面临高温高湿等苛刻环境。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种耐久阻隔膜及其制备方法，通过设置耐腐蚀阻隔层，并在耐腐蚀阻隔层上设置牺牲层，能够在长期使用中阻止顶涂层的腐蚀作用，使得顶涂层能够持久附着，并保持耐腐蚀阻隔层良好的阻水性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种耐久阻隔膜，包括衬底基材以及设置在衬底基材上的耐腐蚀阻隔层，所述的阻隔材料层上依次层叠有牺牲层和顶涂层，且牺牲层与顶涂层之间通过化学腐蚀作用附着结合。

所述衬底基材的材质包括聚酯膜、尼龙膜、聚丙烯薄膜、透明氟树脂、聚酰胺、氟化聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰亚胺酰胺、聚乙醚酰胺、环氧树脂、聚碳酸酯、聚氨酯树脂、聚乙醚乙基酮酯、脂环式聚砜、聚醚砜、聚丙烯酸酯、聚乙醚、芴环变性聚碳酸酯、脂环变性聚聚碳酸酯、芴环变性聚酯、环烯烃共聚物等；优选聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚酰亚胺膜、聚萘二甲酸乙二醇酯、环烯烃聚合物中的任一种或多种。

优选地，所述衬底基材的厚度为10～250μm。

所述耐腐蚀阻隔层包括阻隔材料层和设置在阻隔材料层上的阻蚀功能层，其中，阻隔材料层设于衬底基材上，阻隔材料层的厚度为10～300nm，阻蚀功能层的厚度为1～10nm。

当阻隔材料层的材质为耐腐蚀性材料时，阻蚀功能层的材质为与阻隔材料层的材质相同的耐腐蚀性材料或不同的耐腐蚀性材料；当阻隔材料层的材质为非耐腐蚀性材料时，阻蚀功能层的材质为耐腐蚀性材料。

所述的阻隔材料层包括硅、铝、锡、锌、钛、镁、锆、镍、钴、铁、铅、铜、铟中至少一种元素的氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氮化物、碳氮氧化物，优选硅的或铝的氧化物、氮化物、氮氧化物。

所述的阻蚀功能层为耐酸碱物质的氧化物、氮化物、氮氧化物的一种或多种，优选钛的氧化物或硅的氧化物。

所述牺牲层为铝、锌或镁中一种或一种以上金属的氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氮化物、碳氮氧化物，易与酸性或碱性有机物反应，优选铝的氧化物或锌的氧化物；所述牺牲层的厚度为10～30nm。

所述顶涂层为有机树脂，包括聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、多元醇丙烯酸酯、环氧树脂中的一种或多种，含有至少一种酸性或碱性基团；所述顶涂层的厚度为1～10μm。

优选地，所述的顶涂层为末端含氢的炔类、醇、酚、醚、酮、醛、羧酸、取代酸、酰胺类、碳酸的衍生物类、脂肪族硝基化合物、吡咯、吡啶、生物碱中的任一种或多种。

所述的顶涂层包括硅烷偶联剂等助剂，改善与无机层的附着力。

所述的顶涂层还包括光引发剂、成膜助剂、消泡剂等助剂，提高涂层的表观及性能。

所述的阻隔材料层、阻蚀层和牺牲层均可通过真空磁控溅射法、电子束蒸发法、化学气相沉积法、原子层沉积法或溶胶凝胶法制备。

所述的顶涂层可采用刮刀涂布法、辊涂法、刮板涂布法、喷涂法和凹版涂布法等湿法涂布技术。

本发明涉及一种制备上述耐久阻隔膜的方法，包括以下步骤：

a利用真空镀膜方法在基材上形成耐腐蚀阻隔层；

b在耐腐蚀阻隔层上镀制牺牲层；

c利用狭缝涂布技术在牺牲层上涂覆顶涂层。

所述的步骤a中，根据所选用的耐腐蚀阻隔层的材质种类选择真空磁控溅射法、电子束蒸发法、化学气相沉积法、原子层沉积法或溶胶凝胶法的一种或多种依次制备阻隔材料层和阻蚀功能层。

技术效果

与现有技术相比，本发明设有耐腐蚀阻隔层，并在耐腐蚀阻隔层上设置牺牲层，能够在长期使用中阻止顶涂层对阻隔材料层的腐蚀，使得顶涂层能够持久附着，并保持良好的阻水性能。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图中：衬底基材1、耐腐蚀阻隔层2、牺牲层3、顶涂层4、阻隔材料层21、阻蚀功能层22。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。

请参阅图1和图2，本发明实施例中耐久阻隔膜包括衬底基材1以及设置在衬底基材1上的耐腐蚀阻隔层2，所述的耐腐蚀阻隔层2上依次层叠有牺牲层3和顶涂层4，且牺牲层3与顶涂层4之间通过化学腐蚀作用附着结合，其中，耐腐蚀阻隔层2可为单一膜层(请参照实施例1)，也可为复合膜层(请参照实施例2)。

当腐蚀阻隔层2为单一膜层时，耐腐蚀阻隔层2同时具备阻隔功能及阻蚀功能，耐腐蚀阻隔层2的阻隔功能体现在能有效阻隔水汽和氧气等通过，而耐腐蚀阻隔层2的阻蚀功能体现在不易被顶涂层4的酸碱性成份所腐蚀，即使牺牲层3的局部被完全腐蚀，顶涂层4的酸碱性成份也不会继续腐蚀耐腐蚀阻隔层2。

当腐蚀阻隔层2为复合膜层时，耐腐蚀阻隔层包括阻隔材料层21和设置在阻隔材料层上的阻蚀功能层22，阻隔材料层21的材质为非耐腐蚀性材料时，阻蚀功能层22的材质为耐腐蚀性材料。

实施例1

如图1所示，本实施例包括衬底基材1以及设置在衬底基材1上的耐腐蚀阻隔层2，所述的耐腐蚀阻隔层2上依次层叠有牺牲层3和顶涂层4；

优选地，所述衬底基材1的材质为聚酯膜。

优选地，所述的耐腐蚀阻隔层2的材质为二氧化硅，所述耐腐蚀阻隔层2的厚度为60nm。

优选地，所述的牺牲层3的材质为氧化铝，厚度为10nm。

优选地，所述顶涂层4的材质为聚氨酯丙烯酸酯，厚度为5μm。

本实施例以聚酯膜为衬底基材1，通过真空磁控溅射法在聚酯膜上镀制60nm的耐腐蚀阻隔层2，然后采用真空磁控溅射法在耐腐蚀阻隔层2上镀制10nm的牺牲层3，最后利用狭缝涂布技术，在牺牲层3上涂覆5μm厚的顶涂层4。

实施例2

如图2所示，本实施例包括衬底基材1以及设置在衬底基材1上的耐腐蚀阻隔层2，所述的耐腐蚀阻隔层2上依次层叠有牺牲层3和顶涂层4；

所述的耐腐蚀阻隔层2包括阻隔材料层21和设置在阻隔材料层21上的阻蚀功能层22，其中阻隔材料层21设于衬底基材1上。

优选地，所述衬底基材1的材质为聚酯膜。

优选地，所述阻隔材料层21的材质为氧化铝，厚度为10nm。

优选地，所述阻蚀功能层22的材质为二氧化钛，厚度为10nm。

优选地，所述牺牲层3的材质为氧化锌，厚度为30nm。

优选地，所述顶涂层4的材质为聚氨酯丙烯酸酯，厚度为1μm。

本实施例以聚酯膜为衬底基材1，通过真空磁控溅射法在聚酯膜上镀制10nm的阻隔材料层21，再采用真空磁控溅射法在阻隔材料层21上镀制10nm的阻蚀功能层22，然后采用真空磁控溅射法在阻蚀功能层22上镀制30nm的牺牲层3，最后利用狭缝涂布技术，在牺牲层3上涂覆1μm厚的顶涂层4。

现有技术对比例1采用层叠的衬底基材1、耐腐蚀阻隔层2和顶涂层4的结构，耐腐蚀阻隔层2材质为二氧化硅、厚度为60nm，顶涂层4材质为丙烯酸、厚度为5μm，未设置牺牲层3；现有技术对比例2采用层叠的衬底基材1、阻隔材料层21、牺牲层3和顶涂层4的结构，阻隔材料层21材质为氧化铝、厚度为30nm，牺牲层3材质为氧化锌、厚度为30nm，顶涂层4材质为丙烯酸、厚度为10μm，未设置阻蚀功能层22；上述各实施例与现有技术在双85(85℃，85％RH)老化条件下，老化500h后进行附着力测试(百格法)及WVTR(water vapor transmissionrate，水蒸气透过率)测试，性能如表1所示。

表1性能对比

本发明实施例设有耐腐蚀阻隔层2，在耐腐蚀阻隔层2上加入牺牲层3，通过顶涂层4对牺牲层3的腐蚀，使得顶涂层4具有较强的层间附着力同时发挥耐腐蚀阻隔层2良好的阻水性能，从而在长期使用过程中保持耐腐蚀阻隔层2良好的阻水性能；而现有技术经老化，涂层附着力变差，更重要的老化后阻水性能大幅下降，不能应用到光伏电池及量子点封装产品中。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (19)

1.一种耐久阻隔膜，其特征在于，包括衬底基材以及设置在衬底基材上的耐腐蚀阻隔层，所述的耐腐蚀阻隔层上依次层叠有牺牲层和顶涂层，且牺牲层与顶涂层之间通过化学腐蚀作用附着结合。

2.根据权利要求1所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述衬底基材的厚度为10～250μm。

3.根据权利要求1所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述衬底基材的材质包括聚酯膜、尼龙膜、聚丙烯薄膜、透明氟树脂、聚酰胺、氟化聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰亚胺酰胺、聚乙醚酰胺、环氧树脂、聚碳酸酯、聚氨酯树脂、聚乙醚乙基酮酯、脂环式聚砜、聚醚砜、聚丙烯酸酯、聚乙醚、芴环变性聚碳酸酯、脂环变性聚聚碳酸酯、芴环变性聚酯、环烯烃共聚物等；优选聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚酰亚胺膜、聚萘二甲酸乙二醇酯、环烯烃聚合物中的任一种或多种。

4.根据权利要求1所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述耐腐蚀阻隔层包括阻隔材料层和设置在阻隔材料层上的阻蚀功能层，其中，阻隔材料层设于衬底基材上，阻隔材料层的厚度为10～300nm，阻蚀功能层的厚度为1～10nm。

5.根据权利要求4所述的耐久阻隔膜，其特征是，当阻隔材料层的材质为耐腐蚀性材料时，阻蚀功能层的材质为与阻隔材料层的材质相同的耐腐蚀性材料或不同的耐腐蚀性材料。

6.根据权利要求5所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述阻隔材料层的材质为二氧化硅。

7.根据权利要求4所述的耐久阻隔膜，其特征是，当阻隔材料层的材质为非耐腐蚀性材料时，阻蚀功能层的材质为耐腐蚀性材料。

8.根据权利要求7所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述阻隔材料层的材质为氧化铝，阻蚀功能层的材质为二氧化钛。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述牺牲层为铝、锌或镁中一种或一种以上金属的氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氮化物、碳氮氧化物，所述牺牲层的厚度为10～30nm。

10.根据权利要求1～8中任一项所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述顶涂层为有机树脂，所述顶涂层包括聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、多元醇丙烯酸酯、环氧树脂中的一种或多种，所述顶涂层的厚度为1～10μm。

11.根据权利要求10所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述顶涂层还包括改善与无机层的附着力的助剂或提高涂层的表观及性能的助剂。

12.根据权利要求11所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述改善与无机层的附着力的助剂为硅烷偶联剂。

13.根据权利要求11所述的耐久阻隔膜，其特征是，所述提高涂层的表观及性能的助剂包括光引发剂、成膜助剂或消泡剂中的任一种或多种。

14.一种耐久阻隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a利用真空镀膜方法在衬底基材上形成耐腐蚀阻隔层；

b在耐腐蚀阻隔层上镀制牺牲层；

c利用狭缝涂布技术在牺牲层上涂覆顶涂层。

15.根据权利要求14所述的耐久阻隔膜的制备方法，其特征是，所述的步骤a中，根据所选用的耐腐蚀阻隔层的材质种类选择真空磁控溅射法、电子束蒸发法、化学气相沉积法、原子层沉积法或溶胶凝胶法的一种或多种分别制备。

16.根据权利要求14所述耐久阻隔膜的制备方法，其特征是，

所述的步骤a中耐腐蚀阻隔层的厚度为60nm，耐腐蚀阻隔层的材质为二氧化硅，通过真空磁控溅射法形成耐腐蚀阻隔层；

所述的步骤b中牺牲层的厚度为10nm，牺牲层的材质为氧化铝，通过真空磁控溅射法形成牺牲层。

17.根据权利要求14所述耐久阻隔膜的制备方法，其特征是，所述的步骤a中，耐腐蚀阻隔层通过在衬底基材上依次镀制阻隔材料层与阻蚀功能层制得。

18.根据权利要求17所述耐久阻隔膜的制备方法，其特征是，所述的步骤a具体包括：

a1，采用原子层沉积法在衬底基材上镀制10nm厚的阻隔材料层，阻隔材料层的材质为氧化铝；

a2，采用原子层沉积法在阻隔材料层上镀制10nm厚的阻蚀功能层，阻蚀功能层的材质为二氧化钛。

19.根据权利要求18所述耐久阻隔膜的制备方法，其特征是，所述的步骤b中牺牲层的厚度为30nm，牺牲层的材质为氧化锌，通过原子层沉积法形成牺牲层。