[发明专利]透明隔离膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有优异的抗氧和水蒸气渗透并同时对可见光谱区的光 呈高透明性的热塑性(thermoplastic)隔离膜(Barrierfolie)。本发明还涉及 这种膜的制备方法。

背景技术

使用塑料膜作为易损物体的包装材料或保护膜是广为流行的方法。 通常需要这种塑料膜不仅必须提供机械性保护或机械性限制，而且这种 膜同时应达到对气体的阻断作用。该阻断作用也称为防渗透性。就隔离 膜的阻断作用而言，实现对大气中所含的气体即氧和水蒸气的阻断作用 常常是特别受关注的。这些气体与物体相接触会引起各种各样的化学反 应，这些化学反应对待保护的材料常常是不利的。在食品包装中广泛使 用隔离膜。已知的是水蒸气透过率的大小为防渗透性能如何的特征。例 如厚度为125μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的膜的水蒸气渗透速率 (Wasserdampftransmissionsrate)为约8g/m²d(其中数据单位“d”代表“天”， 即24小时)。该值与膜的厚度有关。但在许多应用中需要明显更低的渗 透值。例如对食品包装该值要达到约1g/m²d的值。

已知，如果使用多层隔离膜可达该值。对此一层是塑料膜本身，第 二层例如由在该膜上的有较高的渗透作用薄层实现。这种层可以例如由 铝制成。常要求阻挡层不仅具有防渗透性(Permeationssperre)，而且同时 还应是透明的。这里透明意指该膜在可见光谱区即波长为380nm-780 nm范围的透射率至少为70％。当要用隔离膜包装光电器件如太阳能电 池或显示部件时，特别需要透明性。在这种需求下，塑料膜与薄金属层 的组合是不适用的。

已知，通过塑料膜和氧化物层的组合可使水蒸气渗透速率达约1 g/m²d及更低，其准确值不仅与所使用的涂覆法有关也与涂层材料有关， 因为不同元素的氧化物并不同样适用于具有渗透作用的层。例如已知， TiO₂-层不能达到好的阻断作用，相反，元素铝的氧化物层有非常好的防 渗透性(N.Schiller等人，Barrier Coatings on Plastic Web，44^th Annual Technical Conference Proceedings，2001)，此外，Si₃N₄也有非常好的防 渗透性。

但材料Si₃N₄和氧化铝在施加于柔性塑料幅面上后易于形成裂纹，其 对欲达到的阻断作用是不利的。同时由此限制了这类隔离膜的使用。这 种情况不仅对食品包装有缺点，而且当要保护易损工业物品时也是不利 的。例如这类物品可能是太阳能电池(要求：水蒸气渗透速率为10^-3g/m²d)、锂基薄层电池(要求：水蒸气渗透速率为2×10^-4g/m²d)或有机发 光二极管(要求：水蒸气渗透速率为10^-6g/m²d)。

如果通常是阻挡层的阻断作用随层厚增加而增大，则由于裂纹形成， 特别是在氧化铝层情况下，从某层厚开始其阻挡作用不再会增大。例如 层厚为约100nm的Al₂O₃-层的阻挡作用值为0.09g/m²d。进一步增加层 厚其阻挡作用不再显示出明显增大。

对已知的隔离膜进行了各种各样的改进。特别是对有高防渗透作用 的阻断层。例如由EP 0311432 A2已知一种具有在材料特性上具有梯度 (Gardient)的SiO₂-层。由此据信实现了对塑料膜的防渗透的机械适配， 并由此达到了更好的机械抗性。

另一措施为层体系的多层结构，其中总交替施加无机和有机层。该 措施在J.D.Affinito等人，Thin Solid Films 290-291(1996)，第63-67页 中提及，其中Al₂O₃用作高阻断作用的无机层。

在DE 102004005313 A1中将无机层与第二层组合，该第二层以特定 的基于磁控管的PECVD法施加。在此情况下，Al₂O₃作为无机层也是可 能的实施方案。