Новаторское многослойное барьерное покрытие, способ его изготовления и композиция Российский патент 2017 года по МПК B65D65/40 C09D175/04 C09D163/00 C09D133/08 B32B15/02 

Ранее поданная заявка

Заявка претендует на приоритет в отношении предварительной заявки №61/696,113, которая была подана 31 августа 2012 года в США и которая включена здесь как ссылка для всех целей.

Область, к которой относится изобретение

Представленное изобретение в целом относится к новаторскому многослойному барьерному покрытию, способу его изготовления и описанию композиции.

Предпосылки создания изобретения

Многие продукты, такие как электронные устройства, медицинские устройства и фармацевтические препараты чувствительны к воздействию окружающего водяного пара и газов, и это воздействие вызывает ухудшение качества и/или снижение производительности продукта. Поэтому, широко используются в качестве защитной меры для защиты от такого нежелательного воздействия блокирующие покрытия или материалы.

Пластиковые покрытия или пленки часто используются в качестве блокирующих материалов. К сожалению, они обладают слабым сопротивлением к проникновению газа и жидкости и имеют такие значения, которые, как правило, на несколько порядков ниже требуемого значения сопротивления проникновению, чтобы обеспечить приемлемую эффективность продукции. Например, для определенного вида ЖК-дисплея и герметизации солнечного элемента применяют требования скорости проникновения водяных паров на порядок <10^-4 г/м²/день, и в противоположность этому скорость проникновения водяных паров для полиэтилентерефталата (ПЭТ), обычно используемая пластиковая пленка, находится в пределах, примерно, от 1 до примерно 10 г/м²/день. Специалистам в данной области, очевидно, что паропроницаемость может рассматриваться как обратно пропорциональная величина сопротивлению паропроницаемости.

Другие подходы защищают от воздействия нежелательных элементов путем нанесения блокирующего покрытия на пластиковые пленки, такие как ПЭТ, для снижения уровня паропроницаемости. Эти покрытия, как правило, представляют собой одиночные слои неорганических материалов, таких как Al, SiO_x, AlO_x и Si₃N₄, нанесенных на пластиковые подложки с использованием хорошо известных процессов вакуумного осаждения. Однослойное покрытие из этих неорганических материалов, как правило, снижает паропроницаемость ПЭТ от 1,0 до 0,1 г/м²/день. Таким образом, блокировочное покрытие одиночных слоев на пластиковой подложке не соответствует требуемым значениям сопротивления паропроницаемости.

Независимо от того, используется ли одна пластиковая пленка или пластиковые подложки с блокирующим покрытием или материалом в качестве защитной меры, обычные схемы диффузионных замедлений, описанные выше, не могут защитить базовое устройство или изделие в необходимой степени для конкретного применения (например, солнечные батареи и ЖК-дисплеи). В частности, дефекты, присутствующие в неорганических слоях не эффективно заполнены и обеспечивают диффузионный путь для влаги и нежелательных газов окружающей среды, через поверхность блокирующего слоя к полимерной подложке. Следовательно, обычные полимерные пленки не способны адекватно защитить лежащий в основе базовый продукт, который они инкапсулируют (заключают в оболочку) от воздействия влаги и нежелательных окружающих газов. В конечном счете, базовый продукт с течением времени разрушается и его срок службы заметно сокращается.

Поэтому необходимы новации в конструкции барьерного слоя, которые эффективно защищают базовые, чувствительные, изделия от проникновения влаги и нежелательных газов окружающей среды и которые не имеют недостатков обычных видов пленок или пленок с блокирующим покрытием.

Краткое изложение сущности изобретения

В этом аспекте, учитывая вышеизложенное, настоящее изобретение относится к многослойному барьерному покрытию. Барьерный слой из нескольких слоев включает в себя: (i) барьерный материал, включая дефекты материала; (ii) защитное покрытие дефектов барьерного материала; (iii) где описывается, барьерный слой из нескольких слоев в рабочем состоянии, наличие защитного покрытия снижает или предотвращает диффузию пара и/или молекул газа через дефекты барьерного материала. Один из вариантов осуществления изысканий, дефекты, которые представляют собой скрытые выемки внутри барьерного материала и их значительное количество не заполнено материалом изнутри.

В качестве примера, защитное покрытие имеет толщину, которая варьируется в значениях между, примерно, 0,1 μм и примерно 10 μм и слоя барьерного материала который имеет толщину в интервале, приблизительно, от 10 μм и до около 1 μм. Защитный слой может включать в себя полимер и/или, неорганический материал, и предпочтительно включает, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей акрилаты, эпоксидные смолы и полиуретаны. Барьерный материал может быть неорганическим слоем, который включает в себя, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей металл, оксид металла, нитрид металла, оксинитрид металла, карбонитрид металла, и оксикарбид металла. В соответствии с одним аспектом настоящей компоновки, неорганический барьерный слой содержит по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей алюминий, серебро, кремний, цинк, олово, титан, тантал, ниобий, рутений, платину, галлий, ванадий и индий. Барьерный материал может быть прозрачным материалом.

В одном из вариантов осуществления изобретения, барьерный материал включает два барьерных слоя, где реактопласт находится между двумя барьерными слоями. В этом варианте осуществления каждый слой или несколько барьерных слоев могут быть изготовлены из одного или нескольких аморфных материалов.

В другом аспекте, изобретение предусматривает базовую структуру, конструкция которой включает в себя: (i) основу; и (ii) герметик, по крайней мере, частично инкапсулирующий указанную базовую структуру, включающий (а) барьерный материал, имеющий в составе дефекты; (b) защитное покрытие дефектов барьерного материала; (с) где описывается, барьерный слой из нескольких слоев в рабочем состоянии, наличие защитного покрытия снижает или предотвращает диффузию пара и/или молекул газа через дефекты барьерного материала.

В этом аспекте, базовая структура может включать в себя один из элементов, выбранных из группы, включающей солнечный модуль, модуль светогенерации, светоизлучающий диод, дисплей электролизер и отражающий модуль дисплея.

В еще одном аспекте, в изобретении рассматривается защитная упаковка. Защитная упаковка включает в себя: (i) объект, который чувствителен к воздействию пара и/или молекул газа; и (ii) герметик, по крайней мере, частично инкапсулирующий указанный объект, включающий: (а) барьерный материал, имеющий в составе дефекты; (b) защитное покрытие дефектов барьерного материала; (с) где описывается, барьерный слой из нескольких слоев в рабочем состоянии, наличие защитного покрытия снижает или предотвращает диффузию пара и/или молекул газа через дефекты барьерного материала. Объект предпочтительно включает один элемент, выбранный из группы, включающей пищевой продукт, медицинское оснащение и биологически активное вещество.

Еще одним аспектом, настоящего изобретения является создание способа изготовления многослойного барьерного покрытия. Способ включает в себя: (i) получение барьерного материала; (ii) нанесение материала на покрытие, примыкающее к барьерному материалу; и (iii) затвердевший слой материала вместе с покрытием формируют многослойное барьерное покрытие. Нанесение материала покрытия предпочтительно включает применение по меньшей мере, одного элемента, выбранного из группы, включающей акрилаты, эпоксидные смолы и полиуретаны. Затвердевший слой на покрытии может выдерживать термическую обработку при значении температуры в диапазоне приблизительно от 10°С до примерно 100°С и/или обработку с использованием УФ-излучения.

В предпочтительных вариантах реализации осуществления настоящего изобретения, получение барьерного материала включает: (i) загрузку гибкой подложки в машину для нанесения покрытия; (ii) перемещение гибкой подложки или ее части в машине для нанесения покрытия таким образом, чтобы гибкая подложка заняла первую позицию внутри машины; и (iii) изготовление одного или более барьерных слоев на гибкой подложке, когда гибкая подложка находится в первой позиции, и барьерный слой содержащий дефекты, которые допускают проникновение паров и/или молекул газа через него.

Еще одним аспектом, настоящего изобретения является создание композиции многослойного барьерного слоя, содержащей: (i) барьерный материал, имеющий дефекты, которые допускают проникновение газов и/или паров, и барьерный материал, включая по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей металл, оксид металла, нитрид металла, оксинитрид металла, карбонитрид металла и оксикарбид нитрида металла; (ii) покрытие полимерным материалом, включающее полимерный материал, который представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей акрилаты. эпоксидные смолы и полиуретаны.

Барьерный материал может иметь концентрацию, приблизительно составляющую, от 1% (по весу) и примерно 99% (по массе), покрытие также, может иметь концентрацию, приблизительно составляющую от 1% (по весу) и примерно 99% (по весу).

Конструкция и принцип действия изобретения, вместе с дополнительными задачами и преимуществами, станут наиболее понятны из следующего описания конкретных вариантов осуществления при прочтении, совместно с прилагаемыми фигурами чертежей.

Краткое описание фигур чертежей

На фигуре 1 показан вид сбоку, сечения многослойного барьерного покрытия, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящей компоновки, для защиты от влаги и других нежелательных газов.

На фигуре 2 показан вид сбоку сечения другого многослойного барьерного покрытия, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящей компоновки, для защиты от влаги и других нежелательных газов.

На фигуре 3 показан вид сверху, машины для нанесения покрытия, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей изобретения, который облегчает процесс производства рулонов многослойного барьерного покрытия (например, многослойное барьерное покрытие на фигурах 1 и 2), согласно изобретению.

На фигуре 4 показана схема технологического процесса способа изготовления, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей изобретения, многослойного барьерного покрытия (например, многослойное барьерное покрытие на фигурах 1 и 2).

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

В приведенном ниже описании многочисленные конкретные детали изложены для того, чтобы обеспечить полное понимание настоящего изобретения, это должно быть очевидно специалистам в данной области техники. Тем не менее, настоящее изобретение может быть реализовано без ограничения всех или некоторых из этих конкретных подробностей. В других случаях хорошо известные стадии процесса не были описаны подробно, для того, чтобы излишне не затенять изобретение.

На фигуре 1 показано многослойное барьерное покрытие 100, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего механизма. Многослойное барьерное покрытие 100 включает в себя барьерный материал 104, расположенный между покрытием 102 и подложкой 106 (например, пластиковые подложки). Барьерный материал 104 предназначен для обеспечения защитных свойств базового прибора, такого как солнечный элемент, источник света, светоизлучающего диода, электролит, анод, катод и глянцевого дисплея. Базовый прибор, предпочтительно располагается рядом с подложкой 106 или герметичным покрытием 102.

Барьерный материал 104 в первую очередь придает барьерные свойства многослойному барьерному покрытию 100. Такие барьерные свойства включают снижение или предотвращение переноса инородных предметов и/или газов в базовое устройство. Представленное изыскание признает, что барьерный материал 104 обычно включает в себя дефекты 108, в виде выемки, что обеспечивает путь для проникновения газов и/или паров в базовое устройство. Как результат, один из рассматриваемых аспектов предлагает верхнее покрытие (например, покрытие 102), которое охватывает дефекты 108 барьерного материала 104. В другом аспекте верхнее покрытие 102 является не конформным по отношению к барьерному материалу 104. Другими словами, участки верхнего покрытия 102 не выступают внутрь и закупоривают дефекты 108 барьерного материала 104. Кроме того, компоновка, которая не имеет свободно выступающего верхнего покрытия 102, реагирует или ковалентно связана с барьерным материалом 104 и представляет собой предпочтительный вариант осуществления. Представленное изыскание, предлагает верхний слой покрытия 102 в качестве герметизирующего слоя, который покрывает (или, как альтернатива, изолирует) дефекты 108, предотвращая проникновение газа и/или молекул пара через дефекты 108.

Фигура 2 иллюстрирует многослойное барьерное покрытие 200, в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего расположения. Многослойное барьерное покрытие 200 включает в себя слой покрытия 202, барьерный материал 204 и подложку 206, которые, по существу, похожи на свои аналоги (т.е. барьерный материал 104, покрытие 102 и подложка 106) на фиг. 1. На фигуре 2 показан слой покрытия 202 зажат между барьерным материалом 204 и подложкой 206. Независимо от того, с какой стороны барьерного материала находится покрытие, оно герметизирует дефекты так, что молекулы газа и/или пара не попадают в выемки дефектов, что делает барьерный слой для них непроницаемым. Как результат, многослойные барьерные покрытия 100 и 200 выступают в качестве эффективных герметиков, для различных приложений, например, солнечного модуля, модуля генерации света, светоизлучающего диода дисплея, электролизере и глянцевого отражающего дисплейного модуля.

Подложка (например, подложки 106 и 206) может быть любая, которая способна принимать барьерный материал или слой покрытия. Предпочтительно, чтобы это был гибкий материал, изготовленный из пластика. Барьерный материал (например, барьерный материал 104 и 204) может включать в себя любой материал, который служит в качестве барьера для влаги и нежелательных газов, таких как кислород, азот, водород, двуокись углерода, аргон и сероводород. В предпочтительном варианте осуществления, барьерный материал содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей металл, оксид металла, нитрид металла, оксинитрид металла, карбонитрид металла и оксикарбид металла. Кроме того, барьерный материал предпочтительнее включает углерод или кислород, в их элементарном виде или в составе химических соединений. Образцы барьерного материала включают в себя оксид кремния, оксид алюминия, нитрид алюминия, оксинитрид алюминия, оксид тантала, оксид ниобия, нитрид кремния, оксинитрид, оксикарбид кремния и карбонитрид кремния.

В одном варианте осуществления, барьерный материал выполнен из одного или более слоев неорганического материала. В предпочтительных вариантах осуществления, барьерный материал включает в себя аморфный материал. Когда более чем один неорганический слой используется для получения барьерного материала, то различные слои предпочтительно сложены, примыкая друг к другу. Это не необходимо, чтобы тип неорганического материала, используемого в каждом слое (используемого для формирования барьерного материала) был одинаков, но может быть различным в некоторых вариантах осуществления. Хотя барьерный материал может быть изготовлен из любого неорганического материала, который служит в качестве барьера для вышеупомянутых газов, в предпочтительных вариантах осуществления настоящего механизма, барьерный материал включает металлический состав, присутствующего в элементарной форме или в виде соединения (как упомянуто выше). Состав металла может содержать, по меньшей мере, один из элементов, выбранный из группы, которая включает алюминий, серебро, кремний, цинк, олово, титан, тантал, ниобий, рутений, платину, галлий, ванадий и индий. В качестве примера, оксид металла содержит Al_xO_y и/или SiO_x. В качестве барьерного материала в соответствии с представленным, полагают, что присутствие эффективного количества металлов или оксидов металлов уменьшает проникновение нежелательного газа и/или молекул пара через барьерный материал. В предпочтительных вариантах осуществления, металлы или оксиды металлов, присутствующие в барьерных материалов имеют концентрацию, которая составляет около 1% (по весу) и около 100% (по весу), предпочтительно около 1% (по весу) и около 50% (по весу).

Считается, что увеличение толщины барьерного материала увеличивает его барьерные свойства. Настоящим признается, что если барьерный материал изготовлен слишком толстым, то есть толщина увеличивается сверх определенного значения, в результате чего барьерный материал может быть хрупким и/или может легко треснуть. Полученные трещины обеспечивают путь для проникновения молекул газа и/или пара через барьерный материал. В этой связи признается, что толщина барьерного материала предпочтительно должна иметь баланс толщины, чтобы обеспечить улучшенные барьерные свойства, материал не должен быть слишком толстым, чтобы стать восприимчивыми к растрескиванию. Барьерный материал (например, барьерный материал 104 и 204), может быть любой толщины, который соответствует этому балансу. В предпочтительных вариантах осуществления, барьерный материал имеет толщину, приблизительно от 10 нм. до 1 нм., и, предпочтительно, примерно, от 20 нм. до примерно 300 нм.

Хотя барьерный материал в настоящих механизмах предназначен для уменьшения проникновения молекул газа и/или пара через него, он не полностью непроницаем для влаги и некоторых газов. Поэтому в одном варианте осуществления настоящего механизма, барьерный материал (например, барьерный материал 104 и 204) включает в себя реакционноспособный компонент или слой (далее “реагирующий компонент”), который предназначен для взаимодействия с влагой и молекулами нежелательных газов, таких как, кислород, азот, водород, диоксид углерода, аргон и сероводород, которые диффундируют в барьерный материал. Согласно общепринятой точке зрения, реактивная природа противодействующей составляющей, является нежелательной для солнечной батареи и других применений, потому что она впитывает влагу и нежелательные газы, вызывающие деградацию производительности продукта и в конечном итоге, ведущие к повреждению оборудования. Однако, в изобретениях инновационно используется реактивный характер реактивного компонента таким образом, что является эффективным для применяемого многослойного барьера. В частности, влага и/или нежелательные газы, которые диффундируют с барьерным покрытием 202, реагируют с реактивным компонентом слоя, что позволяет многослойному барьерному покрытию 100 или 200, по существу, стать непроницаемым для рассеянного газа и/или молекул пара.

Реагирующий компонент может быть изготовлен из любого неорганического материала и предпочтительно, быть химически однородным. В предпочтительных вариантах осуществления, реагирующий компонент содержит, по меньшей мере, один реакционноспособный материал, выбранный из группы, включающей оксид щелочного металла, оксид цинка, оксид титана, металл-легированного оксида цинка и оксида кремния. В некоторых вариантах осуществления, реактивный слой 204 легирован с одним или несколькими не оксидными химическим компонентами. Типичные не оксидные легирующие материалы включают щелочные металлы, такие как кальций, натрий и литий.

Как барьерный материал (например, барьерные материалы 104 и 204), реагирующий компонент 204 может состоять из одного или несколько реакционноспособных слоев, которые примыкают друг к другу. В этой компоновке, одного или несколько реактивных слоев могут быть изготовлены из одного и того же материала или из разных материалов. Независимо от применяемого количества слоев, реагирующий компонент содержит эффективное количество химически активного материала реагирующего с влагой и нежелательными газами или газами окружающей среды, которые диффундируют в барьерный материал. В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, реакционноспособный материал в реагирующем компоненте имеет концентрацию приблизительно от 1% (по весу) и примерно до 100% (по весу). В более предпочтительных вариантах осуществления, реакционноспособный материал в реагирующем компоненте имеет концентрацию в пределах примерно около 90% (по весу) и примерно около 100% (по весу).

В случае использования в виде слоя, реагирующего компонента, он может иметь общую толщину составляющую приблизительно от 10 нм. до приблизительно 1 микрона и, что предпочтительно составляет примерно от 20 нм. до примерно 500 нм. В некоторых случаях, когда многослойное барьерное покрытие изготавливают на пластиковой подложке и используют в качестве герметика, существует риск того, что во время транспортировки, обработки и хранения инкапсулированного продукта, влага и/или нежелательные газы окружающей среды диффундируют через пластиковую подложку и вступают в реакцию с реагирующим слоем 204. В результате требующиеся свойства реагирующего компонента могут быть исчерпаны, что делает многослойное барьерное покрытие неэффективным. С этой целью некоторые предпочтительные варианты осуществления, обеспечивают дополнительный барьерный слой, который расположен между подложкой (например, подложки 106 и 206) и реагирующим компонентом. В некоторых из этих вариантов осуществления, реагирующий компонент расположен между двумя барьерными слоями, барьерного материала (например, барьерные материалы 104 и 204).

Если реагирующий компонент составу похож на барьерный материал, то предпочтительно, иметь достаточно реакционноспособный компонент, отличный от барьерного материала по структуре, степени легирования, степени кристалличности (включая случай, когда один слой является аморфным, в то время как другие нет), или реакционной способностью связываться с влагой и/или нежелательными газами. Реагирующий компонент, имеющий столбчатую структуру, представляет собой предпочтительный вариант осуществления, поскольку он обеспечивает большую площадь активной поверхности, подвергающуюся диффузии химических веществ.

Несмотря на то что барьерный слой и реагирующий компонент барьерного материала выполнены в контакте друг с другом, в этом нет необходимости. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, в котором слоистая компоновка используется для формирования барьерного материала, промежуточный слой, выполняющий одну или более различных функций, может быть помещен между барьерным слоем и реагирующим компонентом (который присутствует в виде слоя). В качестве примера, промежуточный слой может быть использован для разделения одной или более поверхностей барьерного материала и реагирующего компонента, между которыми он проложен. Как результат, в тех случаях, когда в спецификациях используется термин "смежный" в отношении двух слоев материалов и/или компонентов, не имеется в виду, что такие материалы, слои и/или компоненты, ограничены вариантами осуществления, где они контактируют друг с другом. Вместо этого, использование термина "прилегающие" в отношении материалов, слоев и/или компонентов, более точно передает определение, что материалы, слой и/или композиции могут иметь один или несколько промежуточных слоев, расположенных между ними.

Кроме того, в соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления, барьерный слой и реагирующий компонент могут быть изготовлены из одного или нескольких различных типов неорганических материалов. Тем не менее, в других вариантах, осуществление настоящего изобретения, барьерный слой и реагирующий компонент, не ограничивается только этим. В некоторых вариантах осуществления настоящего механизма, каждый барьерный слой и реагирующий компонент изготовлены из одного или более различных типов органических материалов.

В предпочтительных вариантах осуществления настоящих идей, многослойное барьерное покрытие (например, многослойное барьерное покрытие 100 и 200) используются в качестве герметика. В качестве примера, применительно к солнечным батареям, описанное выше многослойное барьерное покрытие используются для инкапсуляции солнечного элемента. В качестве другого примера, применительно к освещению, где используется свето-модуль генерации, описанное выше многослойное барьерное покрытие используются для инкапсуляции источника света. В качестве еще одного примера, в приложении к электролитической ячейке, описанное выше многослойное барьерное покрытие используется для инкапсуляции катода, анода и электролита. В качестве еще одного примера, в отображения приложений, описанное выше многослойное барьерное покрытие используется для инкапсуляции дисплеев, таких как светодиодный дисплей или глянцевый, светоотражающий дисплей. Авторы идеи изобретения признают, что инкапсуляция солнечных батарей, легких модулей, генерирующих, электролизеров, ЖК-дисплеев и отражающие дисплеи могут быть выполнены с использованием методик, хорошо известных специалистам в данной области техники.

В некоторых других вариантах осуществления, многослойное барьерное покрытие, показанное на фигурах 1 и 2, приспособлено для использования в качестве защитной упаковки для хранения чувствительных к влаге объектов. В этом варианте, чувствительного к влаге объекта, по крайней мере, один элемент выбран из группы, включающей пищевой продукт, медицинское оснащение и биологически активное вещество.

В соответствии с общепринятой точкой зрения, когда один слой изготавливают прилегающим к другим слоем, формируя многослойное изделие, дефект, присутствующий в одном слое нежелательным образом распространяется на соседний слой. Проблема распространение дефекта, усиливается с увеличением количества слоев в многослойном изделии. Резко контрастируют идеи настоящего изобретения на фоне неожиданного открытия, что покрытие (например, покрытие 102 и 202), нанесенное сверху, покрывает дефекты и разглаживает соседний слой. Как результат, многослойное барьерное покрытие предпочтительно, против воздействия влаги и/или газов при использовании, поскольку оно предотвращают или существенно уменьшают распространение нежелательных дефектов из структуры одного слоя в другой.

Хотя многослойное барьерное покрытие может быть сделано с использованием любого метода, хорошо известного специалистам в данной области техники, предпочтительный вариант осуществления, метод скручивания, который обеспечивает относительно высокую пропускную способность. Фигура 3 иллюстрирует вид сверху машины для нанесения покрытия 300, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Машину для нанесения покрытия также называют “покрывной валок”, или устройство для нанесения покрытий валиком на рулон гибкой пленки. Машина для нанесения покрытия 300 включает: разматывающий вал 302, опорный, натяжной вал 304, приемный вал 306, осаждающий барабан с терморегулятором 308, одна или более зона осаждения 310 и камера осаждения 312. Одна или более зон осаждения 310 включает целевой материал, который в итоге осаждается на гибкой подложке, источник питания и заслонки, как объясняется ниже.

Процесс нанесения покрытия, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, начинается с момента, когда гибкая подложка 314 загружается на разматывающий вал 302. Гибкая подложка 314 предварительно намотана на катушку, которая загружается на разматывающий вал 302. Как правило, часть гибкой подложки, смотанной в рулон, вытягивается из катушки и направляется по опорному валу 304 в барабан для осаждения 308, который вращается вместе с приемным валом 306. В рабочем состоянии в машине для нанесения покрытия 300, вращаются, разматывающий вал 302, приемный вал 306 и осаждающий барабан 308, в результате перемещения гибкая подложка 314 наматывается на охлаждающийся барабан осаждения 308.

Затем гибкая подложка 314 загружается в машину для нанесения покрытия 300, процесс нанесения покрытия включает удар плазмой, внутри зоны осаждения 310. Заслонки в зонах покрытия направляют заряженные частицы в поле плазмы, где они сталкиваются с целевым материалом так, чтобы он осаждался на гибкой подложке. Во время процесса нанесения покрытия, температура гибкой подложки 314 управляется с помощью терморегулятора осаждающего барабана 308, предпочитая такие значения, чтобы не происходило никаких повреждений подложки. В тех вариантах осуществления, когда гибкая подложка 314 состоит из полимерного материала, барабан осаждения 308 охлаждают таким образом, чтобы температура, предпочтительно была, около или ниже температуры стеклования полимерного материала. Такое охлаждающее действие предотвращает расплавление полимерной основы подложки во время процесса осаждения, и тем самым помогает избежать деградаций полимерной основы подложки, которые могут иметь место при отсутствии осаждающего барабана 308.

Как на фигуре 3, предусмотрено несколько зон осаждения, каждая из которых может быть отнесена к процессу осаждения одного конкретного материала на полимерной подложке. В качестве примера, целевой материал, в одной из зон осаждения, содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей металл, оксид металла, нитрид металла, оксинитрид металла, карбонитрид металла и оксикарбид металла, чтобы облегчить осаждение барьерного слоя (например, для изготовления барьерного слоя из барьерных материалов 104 или 204).

В качестве другого примера, целевой материал в другой из зон осаждения содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей акрилаты, эпоксидные смолы и полиуретаны для изготовления другого барьерного слоя, который может быть использован в рассматриваемом многослойном барьерном покрытии. Если реагирующий компонент не будет сочтен необходимым, такой целевой материал может быть исключен из зоны осаждения.

В качестве еще одного примера, целевой материал в еще одной из зон осаждения содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей оксид щелочного металла, оксид цинка, оксид титана, металла, легированного оксида цинка и оксида кремния для изготовления реагирующего компонента, который может бить применим внутри барьерного материала.

Изменяя положение гибкой подложки 314, целевой материал различного типа и различной толщины, в различных зонах осаждения, наносится на подложку. Машина для нанесения покрытия 300 может быть использована для реализации по меньшей мере, одного метода, выбранного из группы, включающей напыление, ионное распыление, испарение, реактивное испарение, химическое осаждение паровой фазы и плазменное усиленное осаждение газовой фазы.

Следует отметить, что вместо перемещения подложки из одного положения в другое, для облегчения осаждения множества слоев, особенность представленной идеи может быть реализована путем стационарных и перемещений, частей машины для нанесения покрытия или перемещения подложки и самой машины.

Независимо от конкретного процесса реализации осаждения в соответствии с настоящим изобретением, следует иметь в виду, что метод скручивания, осуществляет очень быстрое осаждение слоев различных типов и толщин на подложке с образованием многослойного барьерного покрытия. Предлагаемый способ изготовления, метод скручивания, обеспечивает очень высокую пропускную способность, которая приводит к увеличению доходности производства.

В нынешних условиях промышленные солнечные батареи становятся коммерчески жизнеспособными, как альтернативное решение обеспечения энергией, представленное многослойное барьерное покрытие представляют собой значительно улучшенное покрытие по сравнению с обычными конструкциями и технологическими процессами.

На фигуре 4 показан способ изготовления покрытия 400, в соответствии с одним из вариантов осуществления которого, (например, покрытия 102 и 202) барьерного материала (например, барьерные материалы 104 и 204). Способ 400 включает в себя этап 402 осаждения барьерного материала на подложке с образованием барьерной пленки. В качестве примера, барьерная пленка формируется с использованием способа, описанного выше применительно к машине для изготовления покрытия 300, см. фиг. 3.

Далее на этапе 404, покрывающий материал (например, полимерный раствор) наносится в виде пленки или слоя, прилегающего к барьерной пленке. В качестве примера, метод скручивания показан на фиг. 3 или атмосферный процесс рулонного покрытия используются на этом этапе, чтобы нанести верхнее покрытие материала. Предпочтительно, чтобы материал нанесенного верхнего покрытия был достаточно толстым, чтобы прикрыть дефекты (например, выемки), присутствующие в барьерном материале. Материал покрытия включает в себя, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей акрилаты, эпоксидные смолы и полиуретаны.

На этапе 406 верхний покрывающий материал отверждают, образуя многослойное барьерное покрытие, в соответствии с одним вариантом осуществления. Материал покрытия включает в себя, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей акрилаты, эпоксидные смолы и полиуретаны. В предпочтительных вариантах осуществления настоящих идей, покрывные материалы включают полимер, который поддается термическому и/или радиационному (например, УФ-излучения) отверждению (радиационная сушка и закрепление) с образованием полимерной пленки. Температуры для отверждения материала покрытия являются значениями, которые находятся в диапазоне приблизительно от 10°С до примерно 100°С. В другом варианте осуществления, вместо отверждения на этапе 406, верхнее покрытие подвергается обработке при определенной температуре и/или обработке с использованием УФ-излучения.

Согласно настоящему изобретению, хотя барьерный материал и покрытие могут состоять из различных материалов, те из них, которые имеют свойства эффективного пропускания света или предпочтительно, свойства прозрачности представляют собой предпочтительные варианты, в частности, для использования с такими устройствами, как солнечные батареи, источники света и светоизлучающие диоды.

Задачей настоящего изобретения является создание новаторской композиции многослойного барьерного покрытия. В соответствии с одним из вариантов осуществления, многослойное барьерное покрытие включает барьерный материал, имеющий дефекты, способствующие проникновению газов и/или паров и покрытие, которое покрывает эти дефекты. В качестве примера, барьерный материал содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей металл, оксид металла, нитрид металла, оксинитрид металла, карбонитрид металла и оксикарбид нитрида металла. При этом упомянутое покрытие может включать в себя полимерный материал, который является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, включающей акрилаты, эпоксидные смолы и полиуретаны.

Барьерный материал предпочтительно имеет концентрацию, что составляет приблизительно от 1% (по весу многослойного барьерного покрытия) и примерно до 99% (по весу многослойного барьерного покрытия).

В одном варианте осуществления, барьерный материал имеет концентрацию, приблизительно от 0% (по весу кислорода) и около 90% (по весу кислорода). В другом варианте осуществления, барьерный материал имеет концентрацию, примерно 100% (по массе металла) и около 10% (по массе металла). Покрытие может иметь концентрацию, приблизительно от 1% (по весу многослойного барьерного покрытия) и около 99% (по весу многослойного барьерного покрытия).

Хотя пояснительные варианты осуществления настоящего изобретения были представлены и описаны, подразумеваются и другие модификации, замены и изменения.

В качестве примера, в настоящем изобретении предложена барьерная защита от простых газов и паров воды; однако также существует возможность, уменьшения проникновения органического материала с помощью системы, процессов и композиции по настоящему изысканию. Уместно отметить, что прилагаемая формула изобретения должна толковаться в широком смысле и в соответствии с объемами раскрытия, так, как они изложены в нижеследующей формуле изобретения.

Изобретение относится к многослойным барьерным материалам для защиты от диффузии паров и/или газов и касается многослойного барьерного покрытия, способа его изготовления и композиции. Барьерное покрытие содержит: барьерный материал, имеющий в составе дефекты; покрытие, полностью покрывающее дефекты барьерного материала, при этом дефекты включают выемки внутри барьерного материала и существенное количество упомянутого покрытия не выступает внутри упомянутых выемок. В рабочем состоянии упомянутого многослойного барьерного покрытия наличие покрытия уменьшает или предотвращает диффузию паров и/или молекул газа через выемки внутри упомянутого барьерного материала. Изобретение обеспечивает создание барьерного покрытия, защищающего чувствительные продукты от проникновения влаги и нежелательных газов окружающей среды. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Многослойное барьерное покрытие, которое защищает от диффузии паров и/или газов, содержащее:

барьерный материал, имеющий в составе дефекты;

покрытие, полностью покрывающее упомянутые дефекты упомянутого барьерного материала, отличающееся тем, что упомянутые дефекты включают выемки внутри барьерного материала и существенное количество упомянутого покрытия не выступает внутри упомянутых выемок; и

при этом в рабочем состоянии упомянутого многослойного барьерного покрытия наличие упомянутого покрытия уменьшает или предотвращает диффузию паров и/или молекул газа через упомянутые выемки внутри упомянутого барьерного материала.

2. Многослойное барьерное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что покрытие имеет толщину, которая варьируется в значениях между примерно 0,1 μm и примерно 10 μm.

3. Многослойное барьерное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что покрытие включает, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, содержащей акрилаты, эпоксидные смолы и полиуретаны.

4. Многослойное барьерное покрытие по п. 1, в котором упомянутый барьерный материал является неорганическим слоем, который включает в себя, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, содержащей металл, оксид металла, нитрид металла, оксинитрид металла, карбонитрид металла и оксикарбид металла.

5. Многослойное барьерное покрытие по п. 4, отличающееся тем, что неорганический барьерный слой включает, по меньшей мере, один из элементов, выбранный из группы, содержащей алюминий, серебро, кремний, цинк, олово, титан, тантал, ниобий, рутений, платину, галлий, ванадий и индий.

6. Многослойное барьерное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что покрытие включает полимер и/или, в значительной степени, неорганический материал.

7. Многослойное барьерное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что толщина упомянутого барьерного материала составляет примерно от 10 μm до примерно 1 μm.

8. Многослойное барьерное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что барьерный материал включает два барьерных слоя и реакционноспособный слой, который размещается между упомянутыми двумя барьерными слоями.

9. Многослойное барьерное покрытие по п. 8, в котором каждый из упомянутых один или более барьерных слоев выполнен из одного или более аморфных материалов.

10. Многослойное барьерное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что барьерный слой материала, в значительной степени, прозрачен.

11. Базовая структура, использующая многослойное барьерное покрытие, которая защищает от диффузии паров и/или газов, содержащая:

основу; и

герметик, по крайней мере, частично, инкапсулирующий указанную базовую структуру, включающий:

барьерный материал, имеющий в составе дефекты;

покрытие, полностью покрывающее упомянутые дефекты упомянутого барьерного материала, отличающаяся тем, что упомянутые дефекты включают выемки внутри барьерного материала и существенное количество упомянутого покрытия не выступает внутри упомянутых выемок; и

при этом в рабочем состоянии упомянутого многослойного барьерного покрытия, наличие упомянутого покрытия уменьшает или предотвращает диффузию паров и/или молекул газа через упомянутые выемки внутри упомянутого барьерного материала.

12. Базовая структура по п. 11, в котором упомянутая базовая структура включает в себя один из элементов, выбранных из группы, включающей солнечный модуль, световой модуль генерации, светоизлучающий диод, дисплей электролизер и отражающий модуль дисплея.

13. Защитная упаковка с использованием многослойного барьерного покрытия, которая защищает от диффузии паров и/или газов, содержащая:

объект, который является чувствительным к воздействию пара и/или молекул газа; и

герметик, по крайней мере, частично, инкапсулирующий указанный объект, включающий:

барьерный материал, имеющий в составе дефекты;

покрытие, полностью покрывающее упомянутые дефекты упомянутого барьерного материала, отличающаяся тем, что упомянутые дефекты включают выемки внутри барьерного материала и существенное количество упомянутого покрытия не выступает внутри упомянутых выемок; и

при этом в рабочем состоянии упомянутого многослойного барьерного покрытия, наличие упомянутого покрытия уменьшает или предотвращает диффузию паров и/или молекул газа через упомянутые выемки внутри упомянутого барьерного материала.

14. Защитная упаковка по п. 13, отличающаяся тем, что упомянутый объект включает в себя один элемент, выбранный из группы, включающей пищевой продукт, медицинское оснащение и биологически активное вещество.

15. Композиция многослойного барьерного покрытия, содержащая:

барьерный материал, имеющий дефекты, которые допускают прохождение газов и/или паров сквозь материал, упомянутый барьерный материал, содержит, по меньшей мере, один из элементов, выбранный из группы, включающей металл, оксид металла, нитрид металла, оксинитрид металла, карбонитрид металла и оксикарбид нитрида металла; и

неконформное покрытие, включающее полимерный материал, который представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей акрилаты, эпоксидные смолы и полиуретаны.

16. Композиция по п. 15, отличающаяся тем, что в ней упомянутый барьерный материал имеет концентрацию, составляющую приблизительно от 1% (по весу) и примерно 99% (по весу).

17. Композиция по п. 15, отличающаяся тем, что покрытие имеет концентрацию, составляющую приблизительно от 1% (по весу) и примерно 99% (по весу).