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模压全息高分子材料的性能调控工艺

2022-04-15

  烫印是通过加热使底层的热熔胶熔融,将全息记录层中的全息图转移到承印物表面的过程。首先是对模,然后采用热冲压模具对模压全息高分子材料进行烫印,被模具加热烫印部位的热熔胶熔融并与承印物黏结。而在未被模具加热的部位,热熔胶与承印物之间不发生黏结。最后将被烫印的全息记录层与基膜剥离,从而将其转移到承印物表面。

  一、 模压全息高分子材料的性能调控

  全息记录层是模压全息高分子材料的核心。除了应具有合适的玻璃化温度(Tg)和表面能之外,全息记录层材料还应具有以下特性:

  ①高透明度与高光泽度,以保证全息图再现时具有高的衍射效率和亮度;

  ②良好的耐热性,避免全息图在烫印过程中失真;

  ③优良的化学稳定性、耐磨性,以确保材料的使用寿命;

  ④良好的模压成型性、防粘版性及分切性能。根据各应用领域对全息高分子材料性能要求的侧重不同,需要对全息信息记录层进行性能调控。

  二、全息记录层改性

  一般地,聚氨酯树脂、丙烯酸树脂可作为全息记录层材料。聚氨酯具有优异的耐高低温、耐磨、耐酸碱、耐老化性能,广泛应用于汽车、电器、家具、建筑等领域,应用于全息记录层材料时需添加少量固化剂、增塑剂等助剂,并在模压之前进行预固化。由于聚氨酯预固化效果受外界环境影响较大,全息记录层的性能不稳定,因此聚氨酯在全息高分子材料的市场占有率不高。丙烯酸树脂具有优良的耐候性、保光性、透光性、耐水性、耐酸碱性以及强的附着力,分子链中的极性酯基使之能很好地润湿、铺展在高分子基膜上。综合而言,丙烯酸树脂的综合性能更能满足模压全息和烫印工艺,因此全息记录层材料大多采用热塑性丙烯酸树脂,并添加少量增塑剂、成膜剂、流平剂等助剂以优化全息记录层的加工。然而,丙烯酸树脂的Tg偏低,导致全息高分子材料的应用受到耐热性不够的限制,同时在模压过程中与金属模版难分离,造成粘版。此外,丙烯酸树脂较差的耐磨性也限制了其应用。因此有必要对丙烯酸树脂进行改性,最简便的方法是将丙烯酸树脂与聚氨酯、环氧树脂、有机硅、有机氟、无机纳米粒子等进行共混、复合,下面进行简要介绍。

  三、聚氨酯改性丙烯酸树脂

  聚氨酯具有耐溶剂、耐磨、耐划伤、柔韧性和弹性好等优点,与丙烯酸树脂共混可综合两者的优点,从而弥补丙烯酸树脂的不足。由于丙烯酸树脂与聚氨酯相容性差,简单的物理共混改性制备的丙烯酸树脂/聚氨酯共混物的光学性能不佳、力学性能较差,因此聚氨酯改性丙烯酸树脂主要是基于反应性共混改性,常用的方法有:①采用溶液反应法,将聚氨酯链引入丙烯酸树脂分子链中,制备的聚氨酯改性丙烯酸树脂溶液直接涂布作为全息记录层;②采用乳液聚合法,合成以聚氨酯为核、丙烯酸树脂为壳的共聚乳液,直接涂布制备全息记录层;③设计丙烯酸树脂/聚氨酯互穿聚合物网络(PN),聚氨酯与丙烯酸树脂的分子链相互穿插、缠结,在相界面产生物理交联作用,提高丙烯酸树脂-聚氨酯之间的相容性,改善聚氨酯改性丙烯酸树脂的全息记录性能。

  四、环氧树脂改性丙烯酸树脂

  环氧树脂的黏结性能优异、化学稳定性好、玻璃化温度高、力学性能优,被广泛用作为胶黏剂,但环氧树脂的缺点是脆性大。环氧树脂改性丙烯酸树脂弥补了丙烯酸树脂作为全息记录层的不足,有效地提升了模压全息高分子材料的性能。为了解决环氧树脂与丙烯酸树脂相容性差的问题,常用的环氧树脂改性丙烯酸树脂的方法有:①在环氧树脂乳液或溶液中引发丙烯酸类单体聚合反应,合成丙烯酸树脂接枝环氧树脂;②采用丙烯酸与环氧树脂进行酯化反应,合成环氧树脂类丙烯酸酯单体,然后与丙烯酸类单体共聚。

  五、有机硅树脂改性丙烯酸树脂

  有机硅具有突出的耐高低温性、抗污性和耐磨性,广泛用于耐热防腐涂料、胶黏剂和密封材料,有机硅改性丙烯酸树脂也可以优化模压全息高分子材料的性能。常用的方法有:①将硅烷偶联剂2或有机硅乳液与丙烯酸树脂直接混合;②将含双键的有机硅与丙烯酸类单体共聚22;③利用羟基有机硅树脂与羟基丙烯酸树脂发生缩合反应;④利用含氢有机硅树脂与丙烯酸类单体在催化剂作用下发生共聚反应。

  六、有机氟改性丙烯酸树脂

  有机氟化合物具有极低的表面能和卓越的耐热性、优异的电学和光学性质以及化学稳定性,因此有机氟改性丙烯酸树脂可有效降低全息记录层材料的表面能,有利于全息记录层与全息金属模版之间的分离,模压时不易因粘版而破损,从而提高模压全息高分子材料的模压性能和烫印性能。

  文章内容引用自专业教材,以便高分子科学工程、光学工程等领域的科技工作者作研究参考,未经本书原作者的许可,任何第三方不得复制或者转载本文内容。