改善熱敏信息記錄材料背涂層摩擦系數(shù)的應(yīng)用研究

孫偉娜，盧志凱，黃海水，趙 亮

（樂凱醫(yī)療科技有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，熱敏記錄材料越來(lái)越多的應(yīng)用到生活中的方方面面[1-2]，如：航空航天、軍事領(lǐng)域、工業(yè)成像、醫(yī)用成像、傳真、條形碼系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。熱敏信息記錄材料是由熱能的變化而引起物理或化學(xué)變化而形成圖像記錄的材料[3]，伴隨著數(shù)字醫(yī)療成像的快速發(fā)展，其廣泛應(yīng)用于數(shù)字醫(yī)療診斷中。在輸出信息打印的過(guò)程中[4]背涂層首先與打印機(jī)的搓片輥接觸，利用搓片輥與背涂層的摩擦力將熱敏記錄材料從片盒中剝離、搓起，進(jìn)而加熱顯色層成像。背涂層表面摩擦系數(shù)高直接導(dǎo)致相鄰兩張間摩擦阻力過(guò)大，出現(xiàn)帶片現(xiàn)象，對(duì)客戶體驗(yàn)滿意度影響很大，因此需對(duì)背涂層的摩擦系數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究[5-7]。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們首先選取了不同種類的助劑[8]，通過(guò)適用性實(shí)驗(yàn)篩選出可加入到涂布液中的助劑，系統(tǒng)研究各類助劑的降摩擦系數(shù)性能和對(duì)背涂層其他性能的影響程度，通過(guò)綜合比較，篩選出最終適宜的助劑來(lái)改善熱敏信息記錄材料背涂層的摩擦系數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

PG-S型電子天平，上海普申化工機(jī)械有限公司；擠壓涂布機(jī)，樂凱集團(tuán)有限公司；LK320/601型測(cè)試打印機(jī)，樂凱醫(yī)療科技有限公司；GFH-HG600型百格刀，東莞市華國(guó)精密儀器有限公司；JDG-S2型數(shù)顯式立式光學(xué)計(jì)，上海光學(xué)儀器一廠；HZ27001高值絕緣電阻測(cè)試用電極箱，北京無(wú)線電儀器三廠；WGT-S型透光率/霧度測(cè)定儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；MXZ-1型摩擦系數(shù)測(cè)定儀，安邦儀器有限公司。

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

背層涂布液，15%，自制；聚醚改性有機(jī)硅氧烷1#，80g/L，泰格助劑；聚醚改性有機(jī)硅氧烷2#，10%，泰格助劑；聚乙烯蠟乳液，25%，日本中京油脂；硅溶膠，40%，肥城瑞源工貿(mào)有限公司；聚醚改性硅油，10%，泰格助劑。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）涂布液制備

首先按配方稱取一定重量的背層涂布液，編號(hào)為0#（空白樣），按預(yù)先設(shè)定的單因素變量試驗(yàn)方案，分別加入適量的聚醚改性有機(jī)硅氧烷1#、聚醚改性有機(jī)硅氧烷2#、聚乙烯蠟乳液、硅溶膠和聚醚改性硅油，以相同轉(zhuǎn)速攪拌15分鐘，依次編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#。

（2）背涂層的制備

使用175μm厚的PET片基，采用破流擠壓涂布方式在涂布機(jī)上涂布，制得熱敏記錄材料背涂層。

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（3）背涂層性能測(cè)試

①附著力：按GB/T9286-1998進(jìn)行測(cè)試。

②厚度：按GB/T13452.2-92進(jìn)行測(cè)試。

③表面電阻：按GB1410-2006進(jìn)行測(cè)試。

④透光率/霧度測(cè)試：根據(jù)ASTM D1003標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

⑤摩擦系數(shù)：按GB 10006-1988進(jìn)行測(cè)試。

（4）熱敏記錄材料測(cè)試打印

用熱敏打印機(jī)連續(xù)過(guò)機(jī)打印100張，觀察并記錄打印輸出過(guò)程的帶片次數(shù)，作為衡量熱敏信息記錄材料摩擦系數(shù)改善程度的檢驗(yàn)指標(biāo)。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同類型爽滑助劑的適用性比較

表1 不同種類助劑的涂布適用性結(jié)果Table.1 The applicability test results of different additives

圖1 霧度變化圖Figure.1 The chart of haze change

圖2 摩擦系數(shù)變化圖Figure.2 The chart of friction coefficient change

從表1中可以看出：

（1）聚乙烯蠟乳液與背涂層涂布液相容性不好，會(huì)產(chǎn)生表觀不潤(rùn)濕等弊病，硅溶膠的加入導(dǎo)致背涂層霧度增加，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)上限值10.0%，其余三種助劑對(duì)背涂層的厚度、電阻、霧度等性能基本沒有影響。這是由于硅溶膠粒子加入后，涂層表面有凸起，會(huì)導(dǎo)致光在涂層表面的散射增加，涂層霧度也隨之增加。

（2）聚醚改性有機(jī)硅氧烷和聚醚改性硅油類助劑對(duì)涂層-涂層間的摩擦系數(shù)均有一定程度的改善，但改善程度有所不同。其原因在于助劑的種類不同，有效固含量也不同，所需要的用量自然也不同。

3.2 不同類型爽滑助劑的降摩擦系數(shù)效果比較

3.2.1 聚醚改性有機(jī)硅氧烷的降摩擦系數(shù)效果

按照單一變量原則，梯度改變聚醚改性有機(jī)硅氧烷1#和2#的加入量，擠壓涂布后測(cè)試背涂層各性能指標(biāo)，測(cè)試數(shù)據(jù)列表如表2所示。

圖3 霧度變化圖Figure.3 The chart of haze change

圖4 摩擦系數(shù)變化圖Figure.4 The chart of friction coefficient change

從表2和圖3、4中可以看出，隨著聚醚改性有機(jī)硅氧烷含量的增加，涂層摩擦系數(shù)基本呈現(xiàn)線性下降，涂層厚度、霧度基本不受影響。同時(shí)，通過(guò)觀察涂層表面靜電數(shù)值并作圖分析如圖5所示，可以看到隨著聚醚改性有機(jī)硅氧烷加入量上升，涂層表面電阻呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這對(duì)于熱敏信息記錄材料的存放和打印都是有益無(wú)害的。

因?yàn)樵跓崦粜畔⒂涗洸牧系拇娣胚^(guò)程中，在不同的區(qū)域、不同存放時(shí)間段環(huán)境溫濕度會(huì)有較大的變化，涂層表面電阻隨環(huán)境濕度降低而明顯增加，這也導(dǎo)致涂層與保護(hù)層間的靜電積累，當(dāng)打印輸出信息時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)同時(shí)搓動(dòng)兩張的帶片風(fēng)險(xiǎn)，形成與摩擦系數(shù)高的協(xié)同作用，這對(duì)熱敏信息記錄材料的打印和存放無(wú)疑都是不利的。

表2 聚醚改性有機(jī)硅氧烷的降摩擦系數(shù)效果Table.2 The Friction coefficient improvement effect of polyether modified organosiloxane

圖5 表面電阻變化圖Figure.5 The chart of surface resistance change

熱敏打印機(jī)連續(xù)過(guò)機(jī)打印100張，觀察并記錄打印輸出過(guò)程中的帶片次數(shù)，結(jié)果如表3所示。從表3中可以看出，當(dāng)聚醚改性有機(jī)硅氧烷1#用量在100g左右時(shí)熱敏記錄材料打印過(guò)程順暢，防粘連效果良好，表面電阻在合理范圍內(nèi)，基本不存在帶片、搓片困難等現(xiàn)象。

3.2.2 硬脂酸鋅的降摩擦系數(shù)效果 按照與聚醚改性有機(jī)硅氧烷相同的設(shè)計(jì)思路，梯度改變聚醚改性硅油的加入量，擠壓涂布后測(cè)試背涂層各性能指標(biāo)，測(cè)試數(shù)據(jù)列表如表4所示，并分別做霧度和摩擦系數(shù)改善效果圖6、7。

表3 聚醚改性有機(jī)硅氧烷實(shí)驗(yàn)的測(cè)試打印結(jié)果Table.3 Printing test results of polyether modified organosiloxane experiment

圖6 霧度變化圖Figure.6 The chart of haze change

圖7 摩擦系數(shù)變化圖Figure.7 The chart of friction coefficient change

從圖表可以看出，隨著硬脂酸鋅含量的增加，涂層摩擦系數(shù)呈現(xiàn)先下降后維持不變的規(guī)律，但同時(shí)對(duì)涂層霧度影響也較大。隨著硬脂酸鋅的加入量從10g增加至15g，摩擦系數(shù)降低了0.03/0.04，同時(shí)，霧度增加了約5%，這已經(jīng)超過(guò)背涂層霧度的標(biāo)準(zhǔn)要求（≤10%）。

表4 聚醚改性硅油的降摩擦系數(shù)效果Table.4 The Friction coefficient improvement effect of Polyether modified silicone oil

故綜合考慮到背涂層摩擦系數(shù)、霧度、電阻等多方面性能，選定硬脂酸鋅加入量為10g的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試打印，與空白樣品進(jìn)行比較，結(jié)果如表5所示。

表5 硬脂酸鋅的測(cè)試打印結(jié)果Table.5 Printing test results of Polyether modified silicone oil

通過(guò)對(duì)比聚醚改性有機(jī)硅氧烷和聚醚改性硅油的測(cè)試打印結(jié)果，可以看出聚醚改性硅油受涂層霧度限制，其最好狀態(tài)也只能將帶片次數(shù)降低至4次/100張，而聚醚改性有機(jī)硅氧烷則可通過(guò)調(diào)整加入量，使帶片次數(shù)有效降低至0次。

通過(guò)以上的綜合分析和比較，最終選取聚醚改性有機(jī)硅氧烷1#作為改善熱敏信息記錄材料背涂層摩擦系數(shù)的助劑，加入量100g/份，可在改善背涂層表面摩擦系數(shù)的同時(shí)有效降低表面電阻，起到良好的防粘連效果，為熱敏信息記錄材料的存放和打印過(guò)程提供一定程度的保障。

3.3 原因分析

聚醚改性有機(jī)硅氧烷屬于梳狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚硅氧烷，依靠聚醚改性基團(tuán)調(diào)整相容性，鏈越長(zhǎng)相容性越好。其分子量可分為大、中、小三個(gè)等級(jí)。聚醚改性有機(jī)硅氧烷1#屬高分子量、高硅含量；聚醚改性有機(jī)硅氧烷2#屬中分子量、中硅含量。分子量越大，其表面狀態(tài)控制能力就越強(qiáng)，在涂層表面形成一層極薄且光滑的膜，從而提高涂層滑爽性，抗粘連性就越好；同時(shí)，增加高分子量的聚醚改性有機(jī)硅氧烷的整體用量可使這層膜的表面排列更加規(guī)整、均一，涂層間的摩擦系數(shù)將更小、防粘連效果更好。

4 結(jié)論

本文系統(tǒng)地研究了助劑對(duì)熱敏信息記錄材料背涂層的摩擦系數(shù)、電阻、霧度等各項(xiàng)性能的影響，并連續(xù)過(guò)機(jī)打印100張重復(fù)驗(yàn)證其防粘連效果。通過(guò)往背涂層涂布液中加入聚醚改性有機(jī)硅氧烷100g/份，防粘連效果良好，同時(shí)在一定程度上起到抗靜電劑的作用，達(dá)到背涂層摩擦系數(shù)與國(guó)際競(jìng)品持平的水平，熱敏信息記錄材料打印過(guò)機(jī)順暢，同時(shí)為熱敏信息記錄材料的存放提供一定程度的保障性作用。