改善熱敏信息記錄材料背涂層摩擦系數的應用研究

孫偉娜，盧志凱，黃海水，趙 亮

（樂凱醫療科技有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

隨著科學技術的日益發展和人民生活水平的不斷提高，熱敏記錄材料越來越多的應用到生活中的方方面面[1-2]，如：航空航天、軍事領域、工業成像、醫用成像、傳真、條形碼系統等眾多領域。熱敏信息記錄材料是由熱能的變化而引起物理或化學變化而形成圖像記錄的材料[3]，伴隨著數字醫療成像的快速發展，其廣泛應用于數字醫療診斷中。在輸出信息打印的過程中[4]背涂層首先與打印機的搓片輥接觸，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，進而加熱顯色層成像。背涂層表面摩擦系數高直接導致相鄰兩張間摩擦阻力過大，出現帶片現象，對客戶體驗滿意度影響很大，因此需對背涂層的摩擦系數進行系統研究[5-7]。

針對上述問題，我們首先選取了不同種類的助劑[8]，通過適用性實驗篩選出可加入到涂布液中的助劑，系統研究各類助劑的降摩擦系數性能和對背涂層其他性能的影響程度，通過綜合比較，篩選出最終適宜的助劑來改善熱敏信息記錄材料背涂層的摩擦系數。

2 實驗

2.1 實驗儀器

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

2.2 實驗試劑

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

2.3 實驗步驟

（1）涂布液制備

首先按配方稱取一定重量的背層涂布液，編號為0#（空白樣），按預先設定的單因素變量試驗方案，分別加入適量的聚醚改性有機硅氧烷1#、聚醚改性有機硅氧烷2#、聚乙烯蠟乳液、硅溶膠和聚醚改性硅油，以相同轉速攪拌15分鐘，依次編號為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）背涂層性能測試

①附著力：按GB/T9286-1998進行測試。

②厚度：按GB/T13452.2-92進行測試。

③表面電阻：按GB1410-2006進行測試。

④透光率/霧度測試：根據ASTM D1003標準測試。

⑤摩擦系數：按GB 10006-1988進行測試。

（4）熱敏記錄材料測試打印

用熱敏打印機連續過機打印100張，觀察并記錄打印輸出過程的帶片次數，作為衡量熱敏信息記錄材料摩擦系數改善程度的檢驗指標。

3 結果與討論

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，會產生表觀不潤濕等弊病，硅溶膠的加入導致背涂層霧度增加，超過標準上限值10.0%，其余三種助劑對背涂層的厚度、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，會導致光在涂層表面的散射增加，涂層霧度也隨之增加。

（2）聚醚改性有機硅氧烷和聚醚改性硅油類助劑對涂層-涂層間的摩擦系數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效果比較

3.2.1 聚醚改性有機硅氧烷的降摩擦系數效果

按照單一變量原則，梯度改變聚醚改性有機硅氧烷1#和2#的加入量，擠壓涂布后測試背涂層各性能指標，測試數據列表如表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，隨著聚醚改性有機硅氧烷含量的增加，涂層摩擦系數基本呈現線性下降，涂層厚度、霧度基本不受影響。同時，通過觀察涂層表面靜電數值并作圖分析如圖5所示，可以看到隨著聚醚改性有機硅氧烷加入量上升，涂層表面電阻呈現下降趨勢，這對于熱敏信息記錄材料的存放和打印都是有益無害的。

因為在熱敏信息記錄材料的存放過程中，在不同的區域、不同存放時間段環境溫濕度會有較大的變化，涂層表面電阻隨環境濕度降低而明顯增加，這也導致涂層與保護層間的靜電積累，當打印輸出信息時，就會出現同時搓動兩張的帶片風險，形成與摩擦系數高的協同作用，這對熱敏信息記錄材料的打印和存放無疑都是不利的。

表2 聚醚改性有機硅氧烷的降摩擦系數效果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

熱敏打印機連續過機打印100張，觀察并記錄打印輸出過程中的帶片次數，結果如表3所示。從表3中可以看出，當聚醚改性有機硅氧烷1#用量在100g左右時熱敏記錄材料打印過程順暢，防粘連效果良好，表面電阻在合理范圍內，基本不存在帶片、搓片困難等現象。

3.2.2 硬脂酸鋅的降摩擦系數效果 按照與聚醚改性有機硅氧烷相同的設計思路，梯度改變聚醚改性硅油的加入量，擠壓涂布后測試背涂層各性能指標，測試數據列表如表4所示，并分別做霧度和摩擦系數改善效果圖6、7。

表3 聚醚改性有機硅氧烷實驗的測試打印結果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，涂層摩擦系數呈現先下降后維持不變的規律，但同時對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，摩擦系數降低了0.03/0.04，同時，霧度增加了約5%，這已經超過背涂層霧度的標準要求（≤10%）。

表4 聚醚改性硅油的降摩擦系數效果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、霧度、電阻等多方面性能，選定硬脂酸鋅加入量為10g的實驗進行測試打印，與空白樣品進行比較，結果如表5所示。

表5 硬脂酸鋅的測試打印結果Table.5 Printing test results of Polyether modified silicone oil

通過對比聚醚改性有機硅氧烷和聚醚改性硅油的測試打印結果，可以看出聚醚改性硅油受涂層霧度限制，其最好狀態也只能將帶片次數降低至4次/100張，而聚醚改性有機硅氧烷則可通過調整加入量，使帶片次數有效降低至0次。

通過以上的綜合分析和比較，最終選取聚醚改性有機硅氧烷1#作為改善熱敏信息記錄材料背涂層摩擦系數的助劑，加入量100g/份，可在改善背涂層表面摩擦系數的同時有效降低表面電阻，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程提供一定程度的保障。

3.3 原因分析

聚醚改性有機硅氧烷屬于梳狀結構的有機聚硅氧烷，依靠聚醚改性基團調整相容性，鏈越長相容性越好。其分子量可分為大、中、小三個等級。聚醚改性有機硅氧烷1#屬高分子量、高硅含量；聚醚改性有機硅氧烷2#屬中分子量、中硅含量。分子量越大，其表面狀態控制能力就越強，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，增加高分子量的聚醚改性有機硅氧烷的整體用量可使這層膜的表面排列更加規整、均一，涂層間的摩擦系數將更小、防粘連效果更好。

4 結論

本文系統地研究了助劑對熱敏信息記錄材料背涂層的摩擦系數、電阻、霧度等各項性能的影響，并連續過機打印100張重復驗證其防粘連效果。通過往背涂層涂布液中加入聚醚改性有機硅氧烷100g/份，防粘連效果良好，同時在一定程度上起到抗靜電劑的作用，達到背涂層摩擦系數與國際競品持平的水平，熱敏信息記錄材料打印過機順暢，同時為熱敏信息記錄材料的存放提供一定程度的保障性作用。