气体阻隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有优异粘合强度的气体阻隔膜，还涉及该膜的制造方法。更具体而言，本发明专利技术涉及一种气体阻隔膜，其中，使用由有机硅烷表面改性的无机颗粒作为保护涂层，从而改进在恶劣条件下在无机层和保护涂层之间的粘合强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种。
技术介绍
用于显示装置、图像框、手工艺品、包装材料和容器的玻璃基板具有许多优点，包 括低线性膨胀系数、优异的气体阻隔性、高透光率、表面平坦度、优异的耐热性和耐化学性， 但其对撞击敏感，容易破裂，而且具有高密度因此沉重。 近来，由于对液晶或有机发光显示装置以及电子纸的兴趣的增加，人们积极地进 行将玻璃替换为塑料以作为用于显示装置的基板的研究。即，当使用塑料基板代替玻璃基 板时，会降低显示装置的总重量，并可以提供设计上的灵活性。此外，塑料基板比玻璃基板 更耐冲击，且在连续工艺中制造时更具经济效益。 同时，用作显示装置的基板的塑料薄膜需要高玻璃化转变温度以承受晶体管二极 管的加工温度或透明电极的沉积温度，还需要氧气和水蒸气阻隔性能以防止液晶和有机发 光材料的老化，还需要小的线性膨胀系数以及低的尺寸稳定性以防止基板随着加工温度的 变化的变形，还需要与用于传统玻璃基板的加工设备相容的高机械强度，还需要耐化学性 以承受蚀刻工艺，还需要高透光率，低双折射率，以及其表面耐刮性。 然而，由于没有高性能的聚合物基材膜（包括聚合物膜和聚合物-无机材料复合 膜）可满足所有的这些条件，因此目前正尝试通过在聚合物基材膜上涂布若干功能层以提 供上述物理性质。代表性的功能层的例子包括：有机-无机混合层，以减少在聚合物表面上 产生的缺陷且使其平坦；由无机材料组成的气体阻隔层以防止如氧气以及水蒸气的气体流 过；以及保护涂层以赋予其表面耐刮性。 在许多传统的多层塑料基板中，无机材料气体阻隔层形成于聚合物基材上。在此， 该多层塑料基板的问题可能在于该聚合物基材的变形（transformation)，以及无机薄膜中 发生的裂纹和剥离，这是由于聚合物基材与气体阻隔层之间的线性膨胀系数的大的差异。 据此，设计能够使层之间的界面处的应力最小化，并在涂层之间具有粘合性能的适当的多 层结构是非常重要的。 特别地，如在日本专利申请公开第2007-533860号中所公开的，通常进行等离子 体处理以增加层间界面的粘合强度。利用此种技术，无机层和保护涂层之间的粘合强度在 室温下是足够的，但在恶劣条件下，该粘合强度由于无机层的变形而降低。
技术实现思路
本申请致力于提供一种在恶劣条件下在无机层和保护涂层之间具有优异的粘合 性能的气体阻隔膜。 本申请的一个方面提供了一种气体阻隔膜，其通过在基材的一个或两个表面上依 次堆叠有机-无机混合涂层、无机层和包含由为增强粘合强度的有机硅烷表面改性的无机 纳米颗粒的保护涂层而形成，且满足以下公式1。 [公式 1] X ^ 48 在此，X为通过进行网格切割测试（cross hatch cut test)而证实的，在85°C和 85%相对湿度下，在无机层和保护涂层之间的粘合强度保持在90%以上时的时间（h)。 本申请的另一方面提供了一种制造气体阻隔膜的方法，其包括：在基材的一个或 两个表面上用溶胶型涂布组合物形成有机-无机混合涂层；在所述有机-无机混合涂层上 形成无机层；以及在该无机层上用一溶液形成保护涂层，所述溶液是通过混合溶胶型水解 溶液和包含由有机硅烷表面改性的无机纳米颗粒的溶液而制备的。 以下，将参考附图进一步详细描述本申请的实施方式。出于清晰和简洁的考虑，在 说明书和附图中省略了常规或通用的功能或配置。图中所示的层和区域的厚度、尺寸、比例 和形状可被放大以提供清楚的描述，因此其并不限定本申请的范围。 本申请涉及一种气体阻隔膜，其通过在基材的一个或两个表面上依次堆叠有 机-无机混合涂层、无机层和包含由有机硅烷表面改性的无机纳米颗粒的保护涂层而形 成，且满足以下公式1。 [公式 1] X ^ 48 在此，X表示通过进行网格切割测试而证实的，在85°C和85%相对湿度下，在无机 层和保护涂层之间的粘合强度保持在90%以上时的时间（h)。 图1是根据本申请的一个实施方式的气体阻隔膜的截面图。如图1中所示，本申 请的气体阻隔膜1依次包括基材14、在所述基材14上形成的有机-无机混合涂层11、无机 层12和包含无机纳米颗粒的保护涂层13。 该有机-无机混合涂层11的用于降低所述基材14和所述无机层12之间的线性膨 胀系数的大的差异，并通过适当地控制有机材料与无机材料的组成比例而提高基材14和 无机层12之间的粘合强度。此外，有机-无机混合涂层11可以使基材的表面平坦化，从而 使在该无机层形成期间所产生的缺陷最小化。 当该无机层为具有低线性膨胀系数的高密度无机层时，可阻隔如氧气和水蒸气的 气体。 具有无机纳米颗粒的保护涂层可提高基板表面的硬度和尺寸稳定性。 具有更密集的无机纳米颗粒的保护涂层可加速该保护涂层的固化，这是由于该无 机纳米颗粒作为物理交联的顶端（peak)，且其降低由于热导致的尺寸的变化，而产生上述 的影响。 可以使用，例如，塑料膜作为本申请中所使用的基材，且所述塑料膜可选自均聚 物、至少一聚合物混合物、以及包含有机或无机添加物的聚合物复合材料。可以使用，例如， 聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚芳酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、环烯烃共聚 物、聚苯乙烯、聚醚砜、聚酰亚胺、聚降冰片烯、聚酯、聚酰胺、环氧固化材料、或者多官能丙 烯酸酯固化材料作为具有此特性的聚合物。 此外，在本申请中，可使用通过在聚合物中分散纳米材料所形成的塑料膜。可以使 用聚合物-粘土纳米复合物（polymer-clay nano complex)作为此聚合物复合材料。与如 常规使用的玻璃纤维的复合物相比，由于粘土的小于1 μ m的小粒径以及高长径比的特性， 这可以较少量的粘土就提高聚合物的机械物理性能以及如耐热性、气体阻隔性和尺寸稳定 性等的物理性能。也就是说，为了增强物理性能，重要的是将剥离的粘土层充分地分散在聚 合物基体中，并使该聚合物-粘土复合物满足上述条件。可以使用聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸 酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、环烯烃共聚物、聚降 冰片烯、芳族氟聚酯、聚醚砜、聚酰亚胺、环氧树脂或多官能丙烯酸酯作为在聚合物-粘土 复合物中可使用的聚合物，并可以使用锂阜石（Iaponite)、蒙脱石或美佳耐（megadite)作 为所述粘土。 在本申请中，该基材可形成为具有10至IOOOym厚度的膜或片。该基材可通过溶 液流延法或膜挤出工艺制得，且优选地，在基材的制备后，可将基材在玻璃化转变温度附近 进行退火几秒至几分钟的时间，从而使因温度导致的变形最小化。退火之后，为了提高涂布 性能和粘合性能，可以在该塑料膜的表面上进行底漆涂布，或者可以进行表面处理，如使用 电晕、氧气或氮气的等离子体处理、紫外-臭氧处理或添加反应气体的离子束处理。 该有机-无机混合涂层通过热或紫外线而使包含有机硅烷的溶胶型涂布组成物 固化而形成，且该溶胶型涂布溶液组合物可非必须地包含适当的添加剂、溶剂、聚合催化剂 等，以及有机娃烧。 所述有机硅烷可以是通式1的化合物。 [通式 1] R1fflSiX4^ffl 在通式1中， X可彼此相同或不同，并表示氢、卤素、具有1至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体阻隔膜，其包括：有机‑无机混合涂层；无机层；以及包含由有机硅烷表面改性的无机纳米颗粒的保护涂层，其依次堆叠在基材的一个或两个表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.31 KR 10-2012-00580181. 一种气体阻隔膜，其包括： 有机-无机混合涂层； 无机层；以及 包含由有机硅烷表面改性的无机纳米颗粒的保护涂层， 其依次堆叠在基材的一个或两个表面上。2. 根据权利要求1所述的膜，其满足公式1 : [公式1] X彡48 其中，X表示通过进行网格切割测试而证实的，在85°C和85%相对湿度下，在无机层和 保护涂层之间的粘合强度保持在90%以上时的时间（h)。3. 根据权利要求1所述的膜，其中，所述有机硅烷是由通式1表示的化合物： [通式1] R^SiX^ 其中，X彼此相同或不同，并表示氢、卤素、具有1至12个碳原子的烷氧基、酰氧基、烷 基羰基、烷氧基羰基、或N(R2)2(在此，R2为氢或具有1至12个碳原子的烷基）， R1彼此相同或不同，并表不具有1至12个碳原子的烧基、稀基、块基、芳基、芳烧基、烧 芳基、芳烯基、烯芳基、芳炔基、炔芳基、或烷基羰基，且具有氨基、酰胺基、醛基、酮基、羧基、 巯基、氰基、羟基、具有1至12个碳原子的烷氧基、具有1至12个碳原子的烷氧基羰基、磺 酸基、磷酸基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、环氧基或乙烯基作为取代基；以及 m是1至3的整数。4. 根据权利要求1所述的膜，其中，相对于100重量份的所述无机纳米颗粒，所述保护 涂层包含10至500重量份的有机硅烷。5. 根据权利要求1所述的膜，其中，所述基材是塑料膜。6. 根据权利要求5所述的膜，其中，所述塑料膜是选自均聚物、至少一聚合物混合物、 以及包含有机或无机添加物的聚合物复合材料中的至少一种。7. 根据权利要求1所述的膜，其中，所述无机层包含金属氧化物或氮化物。8. 根据权利要求7所述的膜，其中，所述金属是选自41、21~、11、1^、了&am...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳相旭，金东烈，马承乐，黄樯渊，文锺敏，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR