熱敏紙的功能與應(yīng)用

熱敏紙的功能與應(yīng)用

11.1傳真紙的開發(fā)熱敏紙也被稱為熱敏記錄紙、熱敏復(fù)印紙和熱敏傳真紙。這是美國3m（最小英里）公司在1951年首次開發(fā)的。1.2計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)終端使用熱敏紙的用途主要有以下幾個(gè)方面:傳真機(jī)、通訊、醫(yī)療、記測(cè)系統(tǒng)如心電圖機(jī)、熱工儀表、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)終端打印、商標(biāo)、簽碼(POS)等,其中以傳真機(jī)的使用最多。隨著信息技術(shù)高速發(fā)展,票據(jù)打印機(jī)技術(shù)和條形碼技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,熱敏紙由于其獨(dú)特性能、快速產(chǎn)生圖像的優(yōu)越性和方便的條形碼標(biāo)簽,在條形碼記錄信息和票據(jù)打印領(lǐng)域方面得到快速增長(zhǎng)1.3防熱敏紙從功能上熱敏紙可分為普通熱敏紙和三防熱敏紙。三防熱敏紙是在熱敏發(fā)色層上再涂一層保護(hù)層,以賦予三防熱敏紙更好的防水、防油和防磨擦等性能,主要用于高端市場(chǎng)1.4熱敏紙的顯色原理1.4.1透明蠟面層的制備熔融透明型熱敏紙顯色原理是在黑色基底紙上,涂布一層不透明的蠟作表面層,經(jīng)熱筆作用,使不透明的蠟狀材料熔融透明化,基紙底層的顏色顯露出來而構(gòu)成圖像。1.4.2脂肪酸鹽的制備金屬化合物發(fā)色熱敏紙顯色原理是基于脂肪酸的重金屬鹽和還原劑共同混合,利用加熱升溫使脂肪酸鹽熔融和還原劑反應(yīng),使重金屬還原而游離顯色。1.4.3顯色劑與染色染料的制備無色染料型熱敏紙顯色原理是基于含有內(nèi)脂環(huán)的無色染料與顯色劑混合,在熱的作用下,顯色劑與無色染料受熱熔融發(fā)生反應(yīng)而發(fā)色。下面就無色染料型雙組分熱敏紙(下簡(jiǎn)稱熱敏紙)的生產(chǎn)與技術(shù)(從涂料組分、涂料配制、涂布等方面)作一些介紹。22.1紙頂涂時(shí)要加管理熱敏紙頂涂熱敏紙涂料分為底涂(又稱預(yù)涂)涂料和面涂(熱敏層)涂料,而“三防”熱敏紙還要再加一道頂涂,部分熱敏紙還在熱敏紙的背面涂一層膠料,這一涂層叫背涂層。底涂的目的是為了提高紙的平滑度和提供隔熱層,面涂是熱敏紙的發(fā)色層,頂涂主要是提供熱敏紙的防水、防油和防溶劑功能,背涂的目的主要是控制熱敏紙的翹曲和滲透性能。2.2涂料成分2.2.1涂料固含量的影響底涂涂料主要由顏料(高嶺土或煅燒高嶺土)、膠黏劑(PVA和羧基丁苯膠乳)和少量助劑(分散劑、潤(rùn)滑劑等)組成,涂料的固含量根據(jù)不同的涂布方式而不同,一般控制在35%～55%,膠黏劑用量為12%～15%(對(duì)顏料)。其中底涂顏料使用煅燒高嶺土居多,膠黏劑一般用PVA和羧基丁苯膠乳搭配使用,根據(jù)涂料黏度情況也可適當(dāng)加少量羧甲基纖維素(CMC)進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.2.2表面活性劑的表面處理面涂涂料由發(fā)色劑(如無色染料)、顯色劑(如雙酚A)、膠黏劑、顏料及其他助劑(穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等)等組成。創(chuàng)新熱敏染料的制備方法,國外在熱敏紙中的應(yīng)用,主要考用于熱敏紙的無色染料主要有結(jié)晶紫內(nèi)酯(CVL)、熒烷類2-苯基-氨基-3-甲基-6-二乙氨基熒烷(ODB-2)和苯酰亞甲基藍(lán)(BLMB)以及螺吡喃體系等。熒烷系染料是熱敏染料的第三代產(chǎn)品,具有下列優(yōu)點(diǎn):(1)靈敏度高;(2)發(fā)色密度大;(3)穩(wěn)定性好;(4)在熒烷母體上可引入不同取代基可得到不同顏色的熱敏染料,尤其是人們最希望得到的直接發(fā)黑色的熱敏染料。目前應(yīng)用于熱敏紙的無色染料較多的是熒烷類2-苯基-氨基-3-甲基-6-二乙氨基熒烷(ODB-2)。在熱敏紙面涂涂料中,無色染料的用量約占面涂涂料總量(絕干計(jì))的6%～9%。羥基安氏酯類用于熱敏紙的顯色劑主要有雙酚A(BPA)、4-羥基苯甲酸芐酯(POB)、苯甲基對(duì)位苯、對(duì)羥基苯甲酸酯(PHBB)和對(duì)羥基安息酸芐醚(PHB)等。其中苯甲基對(duì)位苯價(jià)格昂貴,圖像易于褪色;對(duì)羥基安息酸芐醚(PHB)成本高,耐光性和耐油性差;4-羥基苯甲酸芐酯(POB)發(fā)色所需的熱量較低,但圖像易產(chǎn)生白化現(xiàn)象;雙酚A(BPA)的熔點(diǎn)相對(duì)較高,需加增感劑來降低雙酚A的熔點(diǎn),但因價(jià)格低而得到廣泛應(yīng)用。在熱敏紙面涂涂料中,顯色劑用量約為無色染料用量的2～2.5倍。增感劑的種類增感劑用于熱敏紙主要作用是降低發(fā)色體系的熔點(diǎn),同時(shí)起著使隱性染料與顯色劑相互緊密接觸,提高熱敏層的發(fā)色靈敏度。常用的增感劑有四甲基二苯乙烷、對(duì)位苯甲基聯(lián)二苯、芐基-2-萘基醚(BON)、對(duì)苯二酸二甲酯、乙二醇甲苯基醚等,目前最常用的增感劑是芐基-2-萘基醚(BON)。在熱敏紙面涂涂料中,增感劑用量一般和顯色劑的用量相當(dāng),約占面涂涂料總量(絕干計(jì))的13%～18%。膠黏劑的種類用于熱敏紙的膠黏劑要求:(1)有較強(qiáng)的黏結(jié)強(qiáng)度;(2)具有隔離發(fā)色劑、顯色劑、顏料和穩(wěn)定劑等的能力;(3)黏度性質(zhì)穩(wěn)定、流動(dòng)性良好;(4)具有一定的防黏性和耐水性。熱敏紙常用的膠黏劑有聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纖維素(CMC)、變性淀粉、聚酯樹脂和丙烯酸酯等,而目前用得最多的是聚乙烯醇(PVA)。膠黏劑用量一般為15%～20%(對(duì)涂料總量,絕干計(jì)),但膠黏劑在達(dá)到黏結(jié)要求的情況下要求用量越低越好。施工用顏料顏料在熱敏紙中的作用是增加熱敏紙的不透明度、平滑度以及防止熔融物黏附熱打印頭,顏料的粒徑一般要求在0.75μm左右,用量一般占面涂涂料總量(絕干計(jì))25%～40%,在達(dá)到發(fā)色度的情況下越多越好,常用的顏料有高嶺土和碳酸鈣。穩(wěn)定劑的選擇穩(wěn)定劑用于熱敏紙主要作用是防止熱敏紙顯色后圖文出現(xiàn)重影,提高成色畫面的耐光、耐水和耐油等性質(zhì),改善熱敏紙的底色和圖文的保存性。常用的穩(wěn)定劑有丙烯酸鋅、硬脂酸鋅、環(huán)氧化合物和對(duì)酞酸二苯酰等。目前熱敏紙用得較多的穩(wěn)定劑是硬脂酸鋅,其在熱敏涂料中約占涂料總量(絕干計(jì))的7%～10%。常用的潤(rùn)滑潤(rùn)滑劑在熱敏紙中的作用是防止打印頭被涂料黏結(jié)。常用的潤(rùn)滑劑一般為蠟狀物質(zhì),如鏈烷烴石蠟、硬脂酸酰胺等。潤(rùn)滑劑在熱敏紙中的用量一般為面涂涂料總量(絕干計(jì))的6%～9%。2.2.3頂涂涂料組分熱敏紙頂涂的目的是提供熱敏紙的防水、防油和防溶劑功能。頂涂涂料由膠黏劑和少量顏料組成。膠黏劑用得較多的是聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸膠乳,一般是聚乙烯醇和丙烯酸膠乳搭配使用,顏料用得最多的是二氧化硅。2.3涂料的制備2.3.1配制過程應(yīng)注意的問題在這里重點(diǎn)介紹一下熱敏紙面涂涂料的配制方法及配制過程中應(yīng)注意的問題。熱敏紙面涂涂料的配制含發(fā)色劑(ODB-2)的研磨、顯色劑(雙酚A)的研磨和增感劑(BON)的研磨。(1)染料odb-2研磨發(fā)色劑(ODB-2)+聚乙烯醇(PVA)+水(2)顯色劑雙酚a研磨顯色劑(雙酚A)+聚乙烯醇(PVA)+水(3)研磨劑bon增感劑(BON)+聚乙烯醇(PVA)+水2.3.2顏料分散水+顏料+助劑2.3.3調(diào)好涂料時(shí)要注意的問題顏料貯料罐+研磨后增感劑(BON)分散液配料過程中必須要注意的是:(1)發(fā)色劑與顯色劑在研磨前不能相碰,不能放在一起研磨,但各自可以和增感劑(BON)一起研磨;(2)最終調(diào)好的涂料不能呈酸性,要偏堿性,pH值一般控制在7.5～8.5之間,酸性有利于發(fā)色,但不利于保存;(3)研磨溫度不能超過70℃;(4)涂料在貯存過程中溫度應(yīng)不高于30℃。2.3.4砂磨介質(zhì)的選用常用于熱敏涂料研磨的設(shè)備有球磨機(jī)、砂磨機(jī)和研磨機(jī)等,目前工廠用得較多的是砂磨機(jī)。砂磨機(jī)主要由筒體、分散器、分離器、砂磨介質(zhì)和進(jìn)料泵等組成,其中筒體配有冷卻裝置。砂磨介質(zhì)從材質(zhì)上分為金屬(鋼球、碳化鎢球等)和非金屬(玻璃球、瓷球、氧化鋯球和人造瑪瑙球等)兩大類,目前用得較多的是非金屬球。砂磨介質(zhì)的直徑一般在0.8～5.0mm,選用的原則是:粒度較粗,選用直徑較大的介質(zhì),反之,選用直徑較小的介質(zhì)。砂磨介質(zhì)的裝填量一般為筒體有效容積的85%左右,具體應(yīng)根據(jù)研磨涂料的出料溫度適當(dāng)增減,當(dāng)出料溫度過高時(shí),應(yīng)減少裝填量,反之,應(yīng)增加裝填量。進(jìn)料泵常用的有螺桿泵、齒輪泵和隔膜泵等。33.1按涂布機(jī)類型分熱敏紙對(duì)溫度比較敏感,而對(duì)壓力不敏感。熱敏紙的涂布可以采用刮刀(刮棒)、氣刀和簾式涂布等涂布方式。速度(V≤500m/min)不高的涂布機(jī),底涂層、熱敏層和頂涂層的涂布可采用氣刀與氣刀、刮刀與氣刀和刮刀與刮刀相結(jié)合的涂布方式。中等速度的涂布機(jī),底涂層、熱敏層和頂涂層的涂布一般采用刮刀與刮刀結(jié)合的涂布方式。高速度(V≥1000m/min)的涂布機(jī),底涂層、熱敏層和頂涂層的涂布一般采用刮刀與簾式涂布相結(jié)合的涂布方式。底涂涂料的固含量一般在35%～55%,涂布量一般控制在5～12g/m3.2結(jié)合的干燥方式熱敏紙的干燥根據(jù)生產(chǎn)車速的不同,采用紅外線干燥器、熱風(fēng)干燥器和烘缸干燥器相結(jié)合的干燥方式。目前多數(shù)熱敏紙涂布機(jī)采用熱風(fēng)干燥器和烘缸干燥器結(jié)合的干燥方式,只有涂布機(jī)車速較快時(shí)才采用三者結(jié)合的干燥方式。另外熱敏紙的干燥一般采用由高溫到低溫的干燥曲線,避免干燥后期因溫度過高而導(dǎo)致熱敏紙出現(xiàn)提前發(fā)色現(xiàn)象。3.3熱敏紙壓力熱敏紙的壓光應(yīng)采用冷壓光,平滑度要求在一定的范圍內(nèi),平滑度過低,熱敏記錄頭接觸不好,熱傳導(dǎo)低,解像率差;過高,書寫性差。4熱敏紙的主要技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)熱敏紙質(zhì)量主要有以下幾個(gè)方面:(1)熱敏紙的平滑度熱敏紙的平滑度對(duì)圖文的鮮明度及顯色的靈敏度有直接影響。平滑度越高,發(fā)色密度就越高,適應(yīng)能力也越強(qiáng)。這是因?yàn)榧埖谋砻嬖焦饣?傳真機(jī)的熱打印頭就能與紙的涂料層越接近,熱打印頭的熱量能越有效地傳遞到感熱面,使藥品熔融速度加快,顯色反應(yīng)迅速,傳遞圖文的速度增加。熱敏紙的平滑度一般要求高于300s。(2)熱敏紙發(fā)色溫度、發(fā)色速度和成色密度根據(jù)用途各類熱敏紙有各自不同的標(biāo)準(zhǔn)和要求,如發(fā)色溫度和發(fā)色速度等,除要達(dá)到滿足用戶機(jī)器正常運(yùn)行的物理指標(biāo)外,在圖文要求上主要有:成色密度>1.20D,底色<0.10D(底色指不應(yīng)發(fā)色的部分)。熱敏紙的發(fā)色性能(發(fā)色溫度、發(fā)色速度)反映了熱敏記錄紙的靈敏度和圖像記錄清晰度,是衡量熱敏紙性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。(3)熱敏紙的保存性熱敏紙的保存性(耐光性、耐熱性和耐濕性)反映了熱敏記錄紙的圖像穩(wěn)定性,它們是衡量熱敏紙性能的另外一項(xiàng)重要指標(biāo)。熱敏紙的耐光性是指打印紙樣放置在日光燈箱中,保持光照度5000lux,100h后取出測(cè)試顯色光密度值,要求圖像保留率不小于85%。熱敏紙的耐熱性是指打印紙樣放置在烘箱中,保持溫度