一、引言

中国是全球最大的热转印色带生产国，2015 年以 16.75 亿平方米的产量占全球产量的 30.62%。由于中国的生产成本优势，法国阿尔莫、日本理光等国际企业在中国转移了部分产能，2015 年合计约 3.65 亿平方米，其余 13.1 亿平方米主要由本土企业进行生产。热转印碳带通过感热式数码打印机把相应的信息载体转印至基材表面形成条形码、二维码、数字、文字、图片等信息。在热转印过程中，碳带需承受打印机热敏头瞬间高温冲击，由于碳带载体是4～5 μm 的PET膜，而PET 膜在120 ℃下会变形，因此，必须在PET 基材涂上一层背涂层才能满足要求。该背涂层不仅需具有高的耐热性保证PET 基材在与热敏头接触时不被破坏，而且还要与热敏头之间具有较低的摩擦系数保证转印过程的流畅。有机硅改性高分子材料是集高导热性、高耐热性、高附着性、低摩擦性爽滑性于一身的新型高分子复合物。有机硅改性聚氨酯高分子材料被用作热转印碳带的背涂层，具有良好的耐热性、光滑性及贴合性，可以满足了热转印碳带的性能要求。

二、有机硅改性高分子材料的现状

2.1有机硅改性聚氨酯的结构和性能

与纯聚氨酯相比，有机硅改性聚氨酯通过引入有机硅链段增强了生物相容性和耐季节性，但拉伸强度和韧性降低。原因是聚氨酯段和有机硅之间的界面粘附性不好，这是因为在拉伸过程中由于不均匀的应力而容易破坏改性共聚物。软段的组成、软段的含量、硬段的含量、硬段的结构、硬段中离子的凝集度、氢键的大小以及改性共聚物的链延长剂的种类都影响相分离的程度。当有机硅改性聚氨酯的软段由聚硅氧烷和聚乙醚段构成时，极性相对较小，但硬段通常包括苯环、酰胺键、酯键等，极性相对较大。因此，软段和硬段的组成和比例影响直接相分离的程度。软段越长，相分离越严重。

2.2有机硅改性丙烯酸的结构和性能

有机硅改性聚丙烯酸新材料早在80年代初就已经开始研究，在很多化工领域方面受到广泛关注，主要应用于涂料、胶粘剂、抗冲击材料等。有机硅改性聚丙烯酸新材料由于其耐温性和爽滑性被作为条码碳带背涂层的主要材料不仅能够减少打印头的磨损，减少静电的产生，提高热传导的作用，而且可以降低打印噪音，降低动静态摩擦系数。

2.3有机硅改性聚酯的结构和性能

利用有机硅中间体合成了有机硅改性聚酯树脂.通过IR、GPC、SEM等分析了改性聚酯的结构与形态，用电子探针分析了改性聚酯的表面组成，考察了有机硅含量对改性树脂玻璃化温度、熔融黏度、对水的接触角及表面张力的影响。研究发现,改性聚酯中的含硅聚酯在表面富集，大大降低了聚酯树脂的表面张力，提高了其粉末涂料的涂膜耐候性.相对于纯聚酯树脂，有机硅质量分数为1%可使树脂的表面张力从49.5降到28.4 mN/m；经216 h中波紫外线照射后，涂膜的光泽保留率从81%上升到91.3%.含有机硅质量分数超过5%后,涂膜的抗冲性能下降。

三、研究方法及路线

3.1改性树脂设计合成：主要考察原理种类、不同分子构象类型，有机硅含量、反应温度、反应时间、催化剂种类含量等条件对改性树脂分子量、分子量分布、粘度、耐热性、玻璃化温度等物理化学参数的影响。

3.2背胶复合高分子材料优化：主要考察改性树脂间复配含量、种类等参数的混溶性，形成背胶涂层后的耐热性、附着力、及爽滑性关系，确定最佳背胶高分子组分。

3.3溶剂的选择及配比，如甲苯、丁酮、环己酮的选择及配比实验；与形成背胶涂层后的耐热性、附着力、及爽滑性关系，确定最佳溶剂种类比例。

3.4固化工艺：主要考察涂覆工艺、背胶溶液浓度、烘烤时间及温度等条件与与形成背胶涂层后的耐热性、附着力、及爽滑性关系，确定最佳固化工艺条件。

3.5中试工艺：在以上工作基础上，完成有机硅改性高分子中试产业化工作，确定最佳产业化最佳路线。

以上各实验参数相互交叉，进行正交试验，跟据不同小试所得样品进行顺滑性、耐热性、与PET基材的附着力等参数对比测试，最终确定最优工艺参数，完成产业化放大。

为了赋予有机硅高分子材料多种功能性，需要合成多种类型树脂材料以分别提供涂层功能，其中，①合成有机硅聚氨酯树脂，提高背胶材料耐热性能：主要考察反应物种类、温度、溶剂、催化剂、反应时间等条件对有机硅聚氨酯分子构象、分子量及分布、耐热性等性能影响，优化筛选最佳反应条件。②合成改性聚酯树脂，提高背胶材料的附着性：聚酯树脂是众多有机树脂在PET表面附着力最佳材料，但聚酯树脂耐热性、与其他树脂混溶性差（特别是有机硅聚氨酯）需要对其进行改性，本项目中选择有机硅改性，解决聚酯树脂耐热性及与有机硅聚氨酯相容性问题。③合成改性丙烯酸酯树脂，提高背胶材料的爽滑性：一端为自由链端的“刷状”结构分子具有优异的润滑性能，而改性丙烯酸树脂是获得“刷状”结构最佳高分子。

本文主要考察以上三种有机硅高分子材料间相容性、各材料间比例对背胶涂层的耐热性、润滑性、结合力影响；溶剂种类、烘烤温度等条件对背胶高分子涂层润滑性、结合力的影响；背胶涂层对结合力、耐热性及导热性能的影响，在此基础上，确定背机硅改性聚氨酯材料最佳配方和涂覆工艺，完成热转印碳带涂覆验证。

四、有机硅改性高分子材料的应用

将新制备的有机硅改性高分子材料制备在溶剂中，并利用油墨涂布装置涂于热转印碳带上，从而形成背涂层。深入地研究了溶剂种类，有效固含量，储存时间，温度等对背涂层的耐热性，光滑度和黏附力的影响。涂布后分别测量了耐热性，动态摩擦系数和粘合特性。发现有效固含量比例并不影响背景层的耐热和黏结性，但仍可发现动态摩擦系数和印刷时的噪音略有不同。而随着溶剂配比中甲苯比列的提高，动态摩擦系数和噪音db也逐渐增大，原因是甲苯是有机硅改性高分子共聚物的选择性溶剂，并且可能导致有机硅改性高分子分子链的微观相分离。这些微相分离结构在打印过程中与打印头的背摩擦较大。动态摩擦系数和印刷噪声随着有效固含量的增加而没有显著变化，但涂在背面的黏结显著变化。

五、小结

通过三种有机硅高分子材料复合，调制出各项性能优异的背胶高分子复合物，外观状态目测均一，无沉淀、团聚、絮状物及分层等现象，用于热转印碳带背涂层，外观目测光滑平整，无裂纹、划痕、流挂、污染及穿透性缩孔等缺陷；热分解温度不低于350℃；涂层具有高耐热、高爽滑性、低静电、粘接牢固、强附着力等作用，综合性能优良。

参考文献：

[1]王刚，侯彩英，马国章，等.有机硅改性水性聚氨酯研究进展J中国胶粘剂，2017,7(22) : 53-58.

[2]刘俊峰.聚氨酯改性有机硅热分解反应动力学的研究[].高分子材料科学与工程，2018,16(2) : 152-154.

[3] 王金伟，陈磊，陶然.有机硅改性聚氨酯的合成及其防腐性能研究J.中国涂料，2016,11(2): 29-31.