DE102009003221A1 - Barrier film, useful e.g. in packaging industry and for organic light-emitting diodes, comprises a weather-resistant carrier layer, a lacquer layer and a barrier layer, where the lacquer layer improves adhesion of the carrier layer - Google Patents
Barrier film, useful e.g. in packaging industry and for organic light-emitting diodes, comprises a weather-resistant carrier layer, a lacquer layer and a barrier layer, where the lacquer layer improves adhesion of the carrier layer Download PDFInfo
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Barrierefolie aus Kunststoffen, die witterungsbeständig und transparent ist und eine hohe Barrierefunktion gegen Wasserdampf und Sauerstoff aufweist.The The invention relates to a barrier film made of plastics that is weather-resistant and is transparent and has a high barrier to water vapor and oxygen.
Stand der TechnikState of the art
Witterungsbeständige,
transparente und schlagzähe Folien auf Polymethacrylat-Basis
werden vom Anmelder unter dem Namen PLEXIGLAS vertrieben. Das Patent
Die Verarbeitung der Formmasse zu den genannten transparenten, schlagzähen Folien erfolgt idealerweise durch Extrusion der Schmelze durch eine Schlitzdüse und Glätten auf einem Walzenstuhl. Derartige Folien zeichnen sich durch dauerhafte Klarheit, Unempfindlichkeit gegen Wärme und Kälte, Witterungsbeständigkeit, geringe Vergilbung und Versprödung und durch geringen Weißbruch beim Knicken oder Falten aus und eignen sich deshalb beispielsweise als Fenster in Planen, Autoverdecken oder Segeln. Solche Folien haben eine Dicke unter 1 mm, beispielsweise 0,05 bis 0,5 mm. Ein wichtiger Anwendungsbereich liegt in der Bildung von dünnen Oberflächenschichten von z. B. 0,05 bis 0,5 mm Dicke auf steifen, formbeständigen Grundkörpern, wie Blechen, Pappen, Spanplatten, Kunststoffplatten und dergleichen. Für die Herstellung derartiger Überzüge stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. So kann die Folie zu einer Formmasse extrudiert, geglättet und auf das Substrat aufkaschiert werden. Durch die Technik der Extrusionsbeschichtung kann ein extrudierter Strang auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht und mittels einer Walze geglättet werden. Wenn als Substrat selbst ein thermoplastischer Kunststoff dient, besteht die Möglichkeit der Coextrusion beider Massen unter Bildung einer Oberflächenschicht aus der klaren Formmasse der Erfindung.The Processing of the molding composition to said transparent, impact-resistant Foils are ideally made by extrusion of the melt through a Slot nozzle and smoothing on a roller mill. such Films are characterized by lasting clarity, insensitivity against heat and cold, weather resistance, low yellowing and embrittlement and low whiteness when kinking or folding out and are therefore suitable, for example as a window in tarpaulins, car covers or sails. Such slides have a thickness of less than 1 mm, for example 0.05 to 0.5 mm. One important application is the formation of thin surface layers from Z. B. 0.05 to 0.5 mm thickness on stiff, dimensionally stable Basic bodies, such as sheets, cardboard, chipboard, plastic sheets and the same. Stand for the preparation of such coatings different procedures available. So can the slide extruded into a molding compound, smoothed and applied to the substrate be laminated on. By the technique of extrusion coating For example, an extruded strand may be applied to the surface of the substrate and smoothed by a roller. If as a substrate even a thermoplastic material is used, there is the possibility the coextrusion of both masses to form a surface layer from the clear molding compound of the invention.
PMMA-Folien bieten jedoch nur unzureichende Barriereeigenschaften gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff, was aber für medizinische Anwendungen, Anwendungen in der Verpackungsindustrie, vor allem aber in elektrischen Anwendungen, die im Außenbereich verwendet werden, notwendig ist.PMMA films However, they offer only insufficient barrier properties Water vapor and oxygen, but for medical applications, Applications in the packaging industry, but especially in electrical Applications that are used outdoors, is necessary.
Wie
aus
Die
anorganische Oxidschicht wird bisweilen hauptsächlich auf
Polyestern und Polyolefinen aufgebracht, da diese Materialien der
Temperaturbeanspruchung während des Verdampfungsprozesses standhalten.
Außerdem haftet die anorganische Oxidschicht gut auf Polyestern
und Polyolefinen, wobei letztere vor der Beschichtung einer Coronabehandlung
unterzogen werden. Da diese Materialien jedoch nicht witterungsstabil
sind, werden sie oft mit halogenierten Folien laminiert, wie beispielsweise
in
Wie
aus
Wie
aus
Im
Patent
Aufgabenstellungtask
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Barrierrefolie zur Verfügung zu stellen, die witterungsstabil und hoch transparent ist (> 90% im Wellenlängenbereich > 380 nm), wobei hohe Barriereeigenschaften gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff gewährleistet werden. PMMA erfüllt die Eigenschaft der Witterungsstabilität, die anorganische Oxidschicht erfüllt die Eigenschaften der Barriere. Die vorliegende Erfindung hat die erstens die Aufgabe, PMMA als Trägerschicht mit einer anorganischen Oxidschicht zu beschichten, die die Barrierefunktion verbessert, obwohl dies nicht nach dem Stand der Technik nicht möglich ist. Zweitens soll die Funktion des Schutzes vor UV-Strahlung nicht mehr von der anorganischen Oxidschicht übernommen werden, damit diese ausschließlich nach optischen Kriterien optimiert werden kann, sondern von der PMMA-Schicht. Drittens soll bereits mit dieser Materialkombination eine Teilentladungsspannung von größer 1000 V erreicht werden. Viertens sollen die Fehlstellen der anorganischen Oxidschicht mit einer schnellen und einfachen Methode verschlossen werden.Of the Invention is based on the object, a barrier film available which is weather-stable and highly transparent (> 90% in the wavelength range> 380 nm), with high Barrier properties to water vapor and oxygen be guaranteed. PMMA fulfills the property the weathering stability, the inorganic oxide layer fulfills the properties of the barrier. The present The invention firstly has the task PMMA as a carrier layer coated with an inorganic oxide layer that improves the barrier function, although this is not possible according to the state of the art is. Second, the function of protection against UV radiation should not more of the inorganic oxide layer are taken over, so These are optimized exclusively according to optical criteria but from the PMMA layer. Third, already With this combination of materials, a partial discharge voltage of greater 1000 V can be achieved. Fourth, the imperfections of the inorganic Oxide layer sealed with a quick and easy method become.
Lösungsolution
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Barrierefolie, die eine transparente Trägerschicht (vorzugsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), schlagzähes PMMA) aufweist, die witterungsstabil ist. Des Weiteren enthält die Trägerschicht einen UV-Absorber. Diese Trägerschicht wird mit einem Lack behandelt, der die Haftung einer anorganischen Oxidschicht auf PMMA verbessert. Die Trägerschicht besitzt außerdem eine ausreichende Schichtdicke, um die Teilentladungsspannung von 1000 V zu gewährleisten. Die Fehlstellen der anorganischen Schicht werden mit einem organischen Lack verschlossen, der überraschender Weise die Barriere verbessert. Der Lack hat auch überraschender Weise eine gute Haftung zu der anorganischen SiOx-Schicht, obwohl der Lack selbst nur organische Bestandteile aufweist.Solved The task is accomplished by a barrier film that is a transparent Backing layer (preferably polymethyl methacrylate (PMMA), impact-resistant PMMA), which is weather-resistant. Of Furthermore, the carrier layer contains a UV absorber. These Carrier layer is treated with a varnish, which is the adhesion an inorganic oxide layer on PMMA improved. The carrier layer also has a sufficient layer thickness to the Partial discharge voltage of 1000 V to ensure. The defects the inorganic layer are sealed with an organic lacquer, which surprisingly improves the barrier. The paint has also surprisingly a good adhesion to the inorganic SiOx layer, although the paint itself only organic components having.
Vorteile der Erfindung:Advantages of the invention:
- • Die erfindungsgemäße Barrierefolie ist witterungsstabil ohne zusätzlichen Witterungsschutz.• The invention Barrier film is weather-resistant without additional weather protection.
- • Die erfindungsgemäße Barrierefolie ist halogenfrei.The barrier film according to the invention is halogen-free.
- • Die erfindungsgemäße Barrierefolie besitzt eine hohe Barriere gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff (< 0,1 g/(m2d)).• The barrier film according to the invention has a high barrier to water vapor and oxygen (<0.1 g / (m 2 d)).
- • Die erfindungsgemäße Barrierefolie schützt darunterliegende Schichten vor UV-Strahlung unabhängig von der Zusammensetzung der SiOx-Schicht.The barrier film according to the invention protects underlying layers from UV radiation, independently of the composition of the SiO x layer.
- • Die erfindungsgemäße Barrierefolie besitzt eine anorganische Schicht, die vor mechanischen Einflüssen geschützt ist.The barrier film according to the invention has an inorganic layer that is resistant to mechanical influences is protected.
- • Die Fehlstellen der anorganischen Schicht in der erfindungsgemäßen Folie sind durch eine einfache Methode verschließbar, was die Barriere verbessert.• The imperfections of the inorganic layer in the invention Foil are lockable by a simple method, which improved the barrier.
Die TrägerschichtThe carrier layer
Als Trägerschicht werden Folien aus vorzugsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) oder schlagzähem PMMA (sz-PMMA) verwendet.When Carrier layer are films of preferably polymethylmethacrylate (PMMA) or impact-resistant PMMA (sz-PMMA) used.
Die
Trägerschicht weist ein Dicke von 20 μm bis 500 μm
auf, bevorzugt liegt die Dicke bei 50 μm bis 400 μm
und ganz besonders bevorzugt bei 200 μm bis 300 μm.
Die Trägerschicht enthält einen UV-Absorber, beispielsweise
Tinuvin® 234, Tinuvin® 360,
Chimasorb® 119 oder Irganox® 1076. Die Konzentration des UV-Absorbers
beträgt 0 bis 20%, bevorzugt 0 bis 5%, ganz besonders bevorzugt
0 bis 2%. Die Trägerschicht wird des Weiteren mit einem Lack
behandelt, der die Haftung der anorganischen Oxidschicht auf PMMA
verbessert. Als Lack kann beispielsweise Dynasylan MEMO verwendet
werden. Die Schichtdicke des Lacks beträgt 0 bis 50 μm,
bevorzugt 0 bis 30 μm, ganz besonders bevorzugt 0 bis 10 μm.
Diese Lackschicht verbessert nicht nur die Haftung zwischen anorganischer
Oxidschicht und der Trägerfolie (
Die Trägerschicht weist eine Transparenz von mehr als 80%, bevorzugt mehr als 85%, besonders bevorzugt mehr als 90% im Wellenlängenbereich von > 300 nm, bevorzugt 350 bis 2000 nm, besonders bevorzugt 380 bis 800 nm auf.The Carrier layer has a transparency of more than 80%, preferably more than 85%, particularly preferably more than 90% in the wavelength range of> 300 nm, preferred 350 to 2000 nm, more preferably 380 to 800 nm.
Die Trägerschicht besitzt außerdem eine ausreichende Schichtdicke, um die Teilentladungsspannung von 1000 V zu gewährleisten. Dies sind in Abhängigkeit von der Dicke beispielsweise bei PMMA ab 250 μm.The carrier layer also has a sufficient layer thickness to ensure the partial discharge voltage of 1000V. These are, depending on the thickness, for example PMMA from 250 microns.
Die BarriereschichtThe barrier layer
Die Barriereschicht ist auf die Trägerschicht aufgebracht und besteht vorzugsweise aus anorganischen Oxiden, beispielsweise SiOx oder AlOx. Für den genauen Schichtaufbau siehe Ausführungsbeispiele. Als SiOx-Schichten finden bevorzugt Schichten mit dem Verhältnis von Silizium und Sauerstoff von 1:1 bis 1:2, besonders bevorzugt 1:1,3 bis 1:1,7 Verwendung. Die Schichtdicke beträgt 5–300 nm, bevorzugt 10–100 nm, besonders bevorzugt 20–80 nm.The barrier layer is applied to the carrier layer and preferably consists of inorganic oxides, for example SiO x or AlO x . For the exact layer structure see exemplary embodiments. As SiO x layers are preferably layers with the ratio of silicon and oxygen of 1: 1 to 1: 2, more preferably 1: 1.3 to 1: 1.7 use. The layer thickness is 5-300 nm, preferably 10-100 nm, particularly preferably 20-80 nm.
Als AlOx-Schichten finden bevorzugt Schichten mit dem Verhältnis von Aluminium und Sauerstoff von 2:3 Verwendung. Die Schichtdicke beträgt 5–300 nm, bevorzugt 10–100 nm, besonders bevorzugt 20–80 nm.As AlO x layers are preferably layers with the ratio of aluminum and oxygen of 2: 3 use. The layer thickness is 5-300 nm, preferably 10-100 nm, particularly preferably 20-80 nm.
Die anorgansichen Oxide können mittels physikalischer Vakuumabscheidung (Elektronenstrahl- oder thermischer Prozess), Magnetron-Sputtern oder Chemsicher Vakuumabscheidung aufgebracht werden. Eine Flammen-, Plasma- oder Corona-Vorbehandlung ist ebenfalls möglich.The Inorganic oxides can be obtained by physical vacuum deposition (Electron beam or thermal process), magnetron sputtering or Chemsicher vacuum deposition can be applied. A flame, Plasma or corona pretreatment is also possible.
Der organische LackThe organic paint
Der
organische Lack ist auf der Barriereschicht aufgebracht und verschließt
die Fehlstellen, die in der Barriereschicht vorhanden sind. Er dient des
Weiteren auch als Schutz der anorganischen Oxidschicht vor mechanischen
Einflüssen. Der organische Lack weist eine Schichtdicke
von 0,1 bis 50 μm auf, bevorzugt 1 bis 20 μm,
besonders bevorzugt 2–5 μm. Der Lack enthält
1 Gew.-%–80 Gew.-% mehrfunktionelle Methacrylate oder Acrylate
oder Mischungen davon als Hauptkomponente. Bevorzugt werden mehrfunktionelle
Acrylate, z. B. Hexandioldimethycrylat. Zur Erhöhung der
Flexibilität können monofunktionelle Acrylate
oder Methacrylate zugegeben werden, beispielsweise Hydroxyethylmethacrylat
oder Laurylmethacrylat. Des Weiteren kann der Lack eine Komponente
enthalten, die die Haftung zu SiOx verbessert, beispielsweise Methacryloxypropyltrimethoxysilan.
Der Lack enthält 0,1 Gew.-%–10 Gew.-%, bevorzugt
0,5 Gew.-% – 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 Gew.-%–3%
Initiator, z. B. Irgacure® 184
oder Irgacure® 651. Der Lack kann
als Regler auch 0 Gew.-%–10 % Schwefelverbindungen enthalten.
Eine Variante ist, zur einen Teil der Hauptkomponente durch 1 Gew.-%–30
Gew.-% Präpolymerisat zu ersetzen. Unter einem Präpolymerisat
versteht man ein Monomer-Polymer-Gemisch, das dadurch entsteht,
dass das Monomer nur teilweise polymerisiert (siehe beispielsweise
Anwendungapplication
Diese Barrierefolie kann in der Verpackungsindustrie, der Displaytechnologie, der organischen Photovoltaik, in der Dünnschichtphotovoltaik, in kristallinen Siliziummodulen sowie für organische LEDs eingesetzt werden.These Barrier film can be used in the packaging industry, display technology, of organic photovoltaics, in thin-film photovoltaics, used in crystalline silicon modules as well as for organic LEDs become.
Ausführungsbeispielembodiment
Tragerschicht – Lack – Barriereschicht – organischer LackCarrier layer - lacquer - barrier layer - organic lacquer
Eine
transparente und witterungsbeständige Trägerschicht
(
Prozess:Process:
-
1. Aufbringen des Lacks (
2 ) auf die Trägerschicht (1 ) mittels Roll Coating1. application of the paint (2 ) on the carrier layer (1 ) by means of roll coating -
2. Vakuumbeschichtung (PVD, CVD) des Lacks (
2 )2. Vacuum coating (PVD, CVD) of the paint (2 ) -
3. Aufbringen des organischen Lacks (
4 ) auf die Barriereschicht (3 ) mittels Roll Coating3. Application of the organic varnish (4 ) on the barrier layer (3 ) by means of roll coating
Messung der Barriere der erfindungsgemäßen FolieMeasurement of the barrier of the invention foil
Die
Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit des Foliensystems
erfolgt nach
Die
Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit erfolgt nach
Die
Messung der Teilentladungsspannung erfolgt nach
BeispieleExamples
Vergleichsbeispiel:Comparative Example:
Eine
Folie nach dem Stand der Technik (
Eine erfindungsgemäße Folie mit 50 μm Schichtdicke der Trägerschicht weist eine Barriere zwischen 0,01 und 0,1 g/(m2d) auf (siehe Beispiel 1).A film according to the invention with a 50 μm layer thickness of the carrier layer has a barrier between 0.01 and 0.1 g / (m 2 d) (see Example 1).
Beispiel 1example 1
- Trägerschicht: PMMA, Schichtdicke 50 μm, enthält 1% UV-Absorber Tinuvin® 234.Backing layer: PMMA, film thickness 50 .mu.m, contains 1% of UV absorber Tinuvin ® 234th
- Lack: 80% Hydroxyethylmethacrylat + 20% Dynasylan® MEMO, Schichtdicke: 5 μm.Paint: 80% hydroxyethyl methacrylate + 20% Dynasylan ® MEMO, film thickness: 5 microns.
- Barriereschicht: SiO1,5 mittels Elektronenstrahl-Vakuumverdampfung aufgebracht, Schichtdicke: 40 nm.Barrier layer: SiO 1.5 applied by electron beam vacuum evaporation, layer thickness: 40 nm.
- organischer Lack: 62% Laromer UA 9048 V, 31% Hexandioldiacrylat, 2% Hydroxyethylmethacrylat, 3% Irgacure 184, 2% Butylacrylat, 1% Methacryloxypropyltrimethoxysilanorganic paint: 62% Laromer UA 9048 V, 31% hexanediol diacrylate, 2% hydroxyethyl methacrylate, 3% Irgacure 184, 2% butyl acrylate, 1% methacryloxypropyltrimethoxysilane
Beispiel 2Example 2
- Trägerschicht: schlagzähes PMMA, Schichtdicke: 250 μm, enthält 2% UV-Absorber Cesa Light® GXUVA006.Carrier layer: impact-resistant PMMA, layer thickness: 250 μm, contains 2% UV absorber Cesa Light ® GXUVA006.
- Lack: 80% Hexandioldiacrylat + 20% Dynasylan® MEMO, Schichtdicke: 5 μm. Barriereschicht: Al2O3, Schichtdicke 40 nm, mittels Magnetron-Sputtern aufgebracht.Paint: 80% hexanediol diacrylate + 20% Dynasylan ® MEMO, film thickness: 5 microns. Barrier layer: Al 2 O 3 , layer thickness 40 nm, applied by means of magnetron sputtering.
- organischer Lack: 70% Hexandioldiacrylat, 17% Pentaerythrittetraacrylat, 5% Methylmethacrylat, 2% Irgacure 184, 2% Hydroxyethylmethacrylat, 2% Methacryloxypropyltrimethoxysilanorganic lacquer: 70% hexanediol diacrylate, 17% pentaerythritol tetraacrylate, 5% methyl methacrylate, 2% Irgacure 184, 2% hydroxyethyl methacrylate, 2% methacryloxypropyltrimethoxysilane
Beispiel 3Example 3
- Trägerschicht: Coextrudat aus PMMA und schlagzähem PMMA, Schichtdicke 150 μm, enthält 1,5% UV-Absorber Tinuvin® 360.Backing layer: coextrudate of PMMA and impact-modified PMMA, layer thickness 150 microns, containing 1.5% of UV absorber Tinuvin ® 360th
- Lack: Nanoresign®, Schichtdicke 3 μm.Lacquer: Nanoresign ® , layer thickness 3 μm.
- Barriereschicht: SiO1,7, Schichtdicke 80 nm, mittels Magnetron-Sputtern aufgebracht.Barrier layer: SiO 1.7 , layer thickness 80 nm, applied by means of magnetron sputtering.
- organischer Lack: 62% Laromer UA 9048 V, 31% Hexandioldiacrylat, 2% Hydroxyethylmethacrylat, 3% Irgacure 651, 2% Methacryloxypropyltrimethoxysilanorganic paint: 62% Laromer UA 9048 V, 31% hexanediol diacrylate, 2% hydroxyethyl methacrylate, 3% Irgacure 651, 2% methacryloxypropyltrimethoxysilane
Beispiel 4Example 4
- Trägerschicht schlagzähes PMMA, Schichtdicke 150 μm, enthält 1,5% UV-Absorber Tinuvin® 360 und 1% Aerosil® als zusätzliche Barriere.Carrier layer impact-resistant PMMA, layer thickness 150 μm, contains 1.5% UV absorber Tinuvin ® 360 and 1% Aerosil ® as additional barrier.
- Lack: 80% Hexandioldiacrylat + 20% Dynasylan MEMO, Schichtdicke: 5 μm.Lacquer: 80% hexanediol diacrylate + 20% Dynasylan MEMO, coating thickness: 5 μm.
- Barriereschicht: SiO1,7, Schichtdicke 60 nm, mittels Elektronenstrahl-Vakuumverdampfung aufgebracht.Barrier layer: SiO 1.7 , layer thickness 60 nm, applied by electron beam vacuum evaporation.
- organischer Lack: 62% Laromer UA 9048 V, 31% Hexandioldiacrylat, 2% Hydroxyethylmethacrylat, 3% Irgacure 651, 2% Butylacrylatorganic paint: 62% Laromer UA 9048 V, 31% hexanediol diacrylate, 2% hydroxyethyl methacrylate, 3% Irgacure 651, 2% butyl acrylate
Beispiel 5.Example 5.
- Trägerschicht Coextrudat aus PMMA und schlagzähem PMMA, Schichtdicke 150 μm, enthält 1,5% UV-Absorber Irganox® 1076.Carrier layer coextrudate of PMMA and impact-modified PMMA, layer thickness 150 microns, containing 1.5% of UV absorber Irganox ® 1076th
- Lack: 80% Hydroxyethylmethacrylat + 20% Dynasylan® MEMO, Schichtdicke: 5 μm.Paint: 80% hydroxyethyl methacrylate + 20% Dynasylan ® MEMO, film thickness: 5 microns.
- Barriereschicht: Al2O3, Schichtdicke 20 nm, mittels Elektronenstrahl-Vakuumverdampfung aufgebracht.Barrier layer: Al 2 O 3 , layer thickness 20 nm, applied by electron beam vacuum evaporation.
- organischer Lack: 46% Laromer UA 9048 V, 44% Hexandioldiacrylat, 5% Hydroxyethylmethacrylat, 3% Irgacure 184, 2% Methacryloxypropyltrimethoxysilanorganic paint: 46% Laromer UA 9048 V, 44% hexanediol diacrylate, 5% hydroxyethyl methacrylate, 3% Irgacure 184, 2% methacryloxypropyltrimethoxysilane
- 11
- Trägerschichtbacking
- 22
- Lackpaint
- 33
- Barriereschichtbarrier layer
- 44
- organischer Lackorganic paint
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