改善热敏信息记录材料背涂层摩擦系数的应用研究

孙伟娜，卢志凯，黄海水，赵 亮

（乐凯医疗科技有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

随着科学技术的日益发展和人民生活水平的不断提高，热敏记录材料越来越多的应用到生活中的方方面面[1-2]，如：航空航天、军事领域、工业成像、医用成像、传真、条形码系统等众多领域。热敏信息记录材料是由热能的变化而引起物理或化学变化而形成图像记录的材料[3]，伴随着数字医疗成像的快速发展，其广泛应用于数字医疗诊断中。在输出信息打印的过程中[4]背涂层首先与打印机的搓片辊接触，利用搓片辊与背涂层的摩擦力将热敏记录材料从片盒中剥离、搓起，进而加热显色层成像。背涂层表面摩擦系数高直接导致相邻两张间摩擦阻力过大，出现带片现象，对客户体验满意度影响很大，因此需对背涂层的摩擦系数进行系统研究[5-7]。

针对上述问题，我们首先选取了不同种类的助剂[8]，通过适用性实验筛选出可加入到涂布液中的助剂，系统研究各类助剂的降摩擦系数性能和对背涂层其他性能的影响程度，通过综合比较，筛选出最终适宜的助剂来改善热敏信息记录材料背涂层的摩擦系数。

2 实验

2.1 实验仪器

PG-S型电子天平，上海普申化工机械有限公司；挤压涂布机，乐凯集团有限公司；LK320/601型测试打印机，乐凯医疗科技有限公司；GFH-HG600型百格刀，东莞市华国精密仪器有限公司；JDG-S2型数显式立式光学计，上海光学仪器一厂；HZ27001高值绝缘电阻测试用电极箱，北京无线电仪器三厂；WGT-S型透光率/雾度测定仪，上海精密科学仪器有限公司；MXZ-1型摩擦系数测定仪，安邦仪器有限公司。

2.2 实验试剂

背层涂布液，15%，自制；聚醚改性有机硅氧烷1#，80g/L，泰格助剂；聚醚改性有机硅氧烷2#，10%，泰格助剂；聚乙烯蜡乳液，25%，日本中京油脂；硅溶胶，40%，肥城瑞源工贸有限公司；聚醚改性硅油，10%，泰格助剂。

2.3 实验步骤

（1）涂布液制备

首先按配方称取一定重量的背层涂布液，编号为0#（空白样），按预先设定的单因素变量试验方案，分别加入适量的聚醚改性有机硅氧烷1#、聚醚改性有机硅氧烷2#、聚乙烯蜡乳液、硅溶胶和聚醚改性硅油，以相同转速搅拌15分钟，依次编号为1#、2#、3#、4#、5#。

（2）背涂层的制备

使用175μm厚的PET片基，采用破流挤压涂布方式在涂布机上涂布，制得热敏记录材料背涂层。

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（3）背涂层性能测试

①附着力：按GB/T9286-1998进行测试。

②厚度：按GB/T13452.2-92进行测试。

③表面电阻：按GB1410-2006进行测试。

④透光率/雾度测试：根据ASTM D1003标准测试。

⑤摩擦系数：按GB 10006-1988进行测试。

（4）热敏记录材料测试打印

用热敏打印机连续过机打印100张，观察并记录打印输出过程的带片次数，作为衡量热敏信息记录材料摩擦系数改善程度的检验指标。

3 结果与讨论

3.1 不同类型爽滑助剂的适用性比较

表1 不同种类助剂的涂布适用性结果Table.1 The applicability test results of different additives

图1 雾度变化图Figure.1 The chart of haze change

图2 摩擦系数变化图Figure.2 The chart of friction coefficient change

从表1中可以看出：

（1）聚乙烯蜡乳液与背涂层涂布液相容性不好，会产生表观不润湿等弊病，硅溶胶的加入导致背涂层雾度增加，超过标准上限值10.0%，其余三种助剂对背涂层的厚度、电阻、雾度等性能基本没有影响。这是由于硅溶胶粒子加入后，涂层表面有凸起，会导致光在涂层表面的散射增加，涂层雾度也随之增加。

（2）聚醚改性有机硅氧烷和聚醚改性硅油类助剂对涂层-涂层间的摩擦系数均有一定程度的改善，但改善程度有所不同。其原因在于助剂的种类不同，有效固含量也不同，所需要的用量自然也不同。

3.2 不同类型爽滑助剂的降摩擦系数效果比较

3.2.1 聚醚改性有机硅氧烷的降摩擦系数效果

按照单一变量原则，梯度改变聚醚改性有机硅氧烷1#和2#的加入量，挤压涂布后测试背涂层各性能指标，测试数据列表如表2所示。

图3 雾度变化图Figure.3 The chart of haze change

图4 摩擦系数变化图Figure.4 The chart of friction coefficient change

从表2和图3、4中可以看出，随着聚醚改性有机硅氧烷含量的增加，涂层摩擦系数基本呈现线性下降，涂层厚度、雾度基本不受影响。同时，通过观察涂层表面静电数值并作图分析如图5所示，可以看到随着聚醚改性有机硅氧烷加入量上升，涂层表面电阻呈现下降趋势，这对于热敏信息记录材料的存放和打印都是有益无害的。

因为在热敏信息记录材料的存放过程中，在不同的区域、不同存放时间段环境温湿度会有较大的变化，涂层表面电阻随环境湿度降低而明显增加，这也导致涂层与保护层间的静电积累，当打印输出信息时，就会出现同时搓动两张的带片风险，形成与摩擦系数高的协同作用，这对热敏信息记录材料的打印和存放无疑都是不利的。

表2 聚醚改性有机硅氧烷的降摩擦系数效果Table.2 The Friction coefficient improvement effect of polyether modified organosiloxane

图5 表面电阻变化图Figure.5 The chart of surface resistance change

热敏打印机连续过机打印100张，观察并记录打印输出过程中的带片次数，结果如表3所示。从表3中可以看出，当聚醚改性有机硅氧烷1#用量在100g左右时热敏记录材料打印过程顺畅，防粘连效果良好，表面电阻在合理范围内，基本不存在带片、搓片困难等现象。

3.2.2 硬脂酸锌的降摩擦系数效果 按照与聚醚改性有机硅氧烷相同的设计思路，梯度改变聚醚改性硅油的加入量，挤压涂布后测试背涂层各性能指标，测试数据列表如表4所示，并分别做雾度和摩擦系数改善效果图6、7。

表3 聚醚改性有机硅氧烷实验的测试打印结果Table.3 Printing test results of polyether modified organosiloxane experiment

图6 雾度变化图Figure.6 The chart of haze change

图7 摩擦系数变化图Figure.7 The chart of friction coefficient change

从图表可以看出，随着硬脂酸锌含量的增加，涂层摩擦系数呈现先下降后维持不变的规律，但同时对涂层雾度影响也较大。随着硬脂酸锌的加入量从10g增加至15g，摩擦系数降低了0.03/0.04，同时，雾度增加了约5%，这已经超过背涂层雾度的标准要求（≤10%）。

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

故综合考虑到背涂层摩擦系数、雾度、电阻等多方面性能，选定硬脂酸锌加入量为10g的实验进行测试打印，与空白样品进行比较，结果如表5所示。

表5 硬脂酸锌的测试打印结果Table.5 Printing test results of Polyether modified silicone oil

通过对比聚醚改性有机硅氧烷和聚醚改性硅油的测试打印结果，可以看出聚醚改性硅油受涂层雾度限制，其最好状态也只能将带片次数降低至4次/100张，而聚醚改性有机硅氧烷则可通过调整加入量，使带片次数有效降低至0次。

通过以上的综合分析和比较，最终选取聚醚改性有机硅氧烷1#作为改善热敏信息记录材料背涂层摩擦系数的助剂，加入量100g/份，可在改善背涂层表面摩擦系数的同时有效降低表面电阻，起到良好的防粘连效果，为热敏信息记录材料的存放和打印过程提供一定程度的保障。

3.3 原因分析

聚醚改性有机硅氧烷属于梳状结构的有机聚硅氧烷，依靠聚醚改性基团调整相容性，链越长相容性越好。其分子量可分为大、中、小三个等级。聚醚改性有机硅氧烷1#属高分子量、高硅含量；聚醚改性有机硅氧烷2#属中分子量、中硅含量。分子量越大，其表面状态控制能力就越强，在涂层表面形成一层极薄且光滑的膜，从而提高涂层滑爽性，抗粘连性就越好；同时，增加高分子量的聚醚改性有机硅氧烷的整体用量可使这层膜的表面排列更加规整、均一，涂层间的摩擦系数将更小、防粘连效果更好。

4 结论

本文系统地研究了助剂对热敏信息记录材料背涂层的摩擦系数、电阻、雾度等各项性能的影响，并连续过机打印100张重复验证其防粘连效果。通过往背涂层涂布液中加入聚醚改性有机硅氧烷100g/份，防粘连效果良好，同时在一定程度上起到抗静电剂的作用，达到背涂层摩擦系数与国际竞品持平的水平，热敏信息记录材料打印过机顺畅，同时为热敏信息记录材料的存放提供一定程度的保障性作用。