一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，屬于激光防偽【技術(shù)領(lǐng)域】，所述工藝包括高折射率涂膜液的配制、高折射率涂膜液的涂布、涂膜液的低溫成膜及UV預固化、連線模壓及UV光完全固化和透明全息膜收卷，上述生產(chǎn)工藝通過高折射率涂膜液將信息層和介質(zhì)層合二為一形成一個復合涂層，使制得的透明全息膜具有高折射率、高透明度和信噪比，優(yōu)異的耐磨耐老化，以及全息圖像反差明顯等特點，從而突破了傳統(tǒng)透明全息圖像因反差小存在難以跟蹤，難以定位的技術(shù)瓶頸，真正達到透明全息圖案在證件證卡中任意定位，提升了透明全息的綜合防偽效果。
【專利說明】一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，屬于激光防偽【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常規(guī)光學全息膜一般由塑料基層、分離層、信息層、介質(zhì)層、印膠層等功能涂層構(gòu)成。在制備過程中，先將分離層涂布在塑料基層上，然后在分離層上涂布信息層，再將涂有分離層和信息層的塑料薄膜在模壓機上進行模壓，將全息圖案壓印到信息層上，并在印有全息圖案的信息層上鍍介質(zhì)層，或再涂上膠印層，從而制備出能夠顯示全息圖案的光學全息膜。上述塑料基層一般為PET、B0PP、PE、PVC熱塑性材料，分離層為一般為具有離型性、成模性和黏合性的聚烯烴類樹脂，信息層為丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、聚苯樹脂或氨基樹脂等，介質(zhì)層為透明無機層、不透明金屬層或半導體層，而印膠層多為一類具有熱固性、黏合性的樹脂。
[0003]光學全息膜信息層是承接全息信息的載體，全息信息通過一定的張力、壓力、溫度、冷卻等處理，將浮雕上的精密光柵模壓至信息層，精密光柵由800-1500條/mm的錯綜復雜的凸凹條紋組成，因此對信息層的壓敏性能與回彈性有著極高的要求。隨著對全息圖像載體材料和透明全息光學的研究的進步，信息層材料也不斷更新，但主要是高分子材料，例如丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、聚苯樹脂和氨基樹脂，研究的重點在于提高有機信息層材料的透明度和折射率。如專利號為02139164.5中的光固化含硫乙烯基聚氨酯涂層、200310109281.6中的二氧化鈦納米溶膠-聚氨酯復合涂層，這些涂層材料具有較高折射率和較好的成像性能，但由于高分子材料在受熱或環(huán)境侵蝕下，柔弱細密的光柵可能被磨壞或薄膜本身有復原變形的本能，導致圖像破壞受損直至消失，所以不經(jīng)蒸鍍金屬、化合物的全息光柵是不穩(wěn)定的。為此也引伸出多種物理化學工藝方法來保護光柵，使圖像定影。如高真空蒸鍍金屬、濺射法、電子束掃描轟擊蒸鍍無機化合物等法蒸鍍的微粒鑲嵌在高分子薄膜的光柵中也能起到對全息光柵固定作用，從而保護全息圖像。但從大規(guī)模生產(chǎn)來看，由于其蒸鍍過程難，均勻性較差，透明膜往往呈現(xiàn)金色、鍛色、灰色、黑色多種情況，有時透明膜變成半透明，全息圖像受損，且設(shè)備投資、能源消耗都較大，質(zhì)量合格率有限。
[0004]光學全息膜介質(zhì)層的首要功能是保護信息層的精密光柵，因此介質(zhì)層主要由無機材料組成。無機材料的折射率通常大于有機聚合物材料，由反射率P2=(n-N)2/(n+N)2可知(η為樣品折射率,N為介質(zhì)折射率)，反射率隨樣品折射率增大而增大，故涂覆無機材料介質(zhì)層可以提高全息光學膜的衍射強度。目前介質(zhì)層的制備工藝基本采用鍍膜方式，主要以金屬鋁為介質(zhì)層材料，可以獲得色彩艷麗、栩栩如生的全息圖像。而對于透明全息膜來說，必須選擇透明材料如硫化鋅、二氧化鈦為介質(zhì)層，才能獲得透明的全息圖案，然而，透明無機介質(zhì)層受高溫蒸鍍工藝的影響較大，均勻性很難控制，導致涂層的透明度差，而且，透明介質(zhì)涂層的存在，就存在信息層/介質(zhì)層(第一界面)、介質(zhì)層/印膠層(第二界面)兩個界面，可能導致在第一個界面的衍射圖形被第二個界面的衍射圖案干擾，從而使透明光學全息膜的衍射效率和信噪比等技術(shù)指標低于鍍鋁全息膜。[0005]此外，模壓激光全息技術(shù)是光學全息膜的光柵制備技術(shù)，但該技術(shù)需要高溫(150°C左右)、高壓的生產(chǎn)條件，會導致膜的熱收縮變形、透明度降低及信息失真。上述因素最終也會導致透明全息膜在衍射效率、信噪比等技術(shù)指標上低于鍍鋁全息膜、全息燙印箔等非透明全息膜。
[0006]綜上所述，當前透明全息膜的涂層設(shè)計依舊無法突破透明全息膜衍射性能下降、原有多界面涂層結(jié)構(gòu)以及高溫蒸鍍及模壓帶來的技術(shù)難題，極大限制了透明全息膜的研究及應用。有鑒于此，本發(fā)明人對此進行研究，專門開發(fā)出一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種高折射率透明全息膜的生產(chǎn)工藝，使得到的透明全息膜具有高折射率、高透明度和信噪比，優(yōu)異的耐磨耐老化，以及全息圖像反差明顯等特點，從而突破了傳統(tǒng)透明全息圖像因反差小存在難以跟蹤，難以定位的技術(shù)瓶頸，真正達到透明全息圖案在證件證卡中任意定位，提升了透明全息的綜合防偽效果。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，包括如下步驟:
步驟1、高折射率涂膜液制備:
1)納米材料前驅(qū)體制備:以丁酮作溶劑，以甲基丁基纖維素為防沉劑，按比例稱取二水合醋酸鋅與九水合硫化鈉，加入到丁酮中，利用6-8KW功率超聲波，設(shè)定80-100KHZ的頻率，在20-30°C溫度下震蕩2-5min制成均勻的分散體系；
前驅(qū)體溶液各組分及含量(重量份)配比如下:
二水合醋酸鋅 4.8
九水合硫化鈉 4.4
丁酮77
甲基丁基纖維素13.8
其反應過程中主要化學方程式如下:
2H20*ZnS04+9H20*Na2S — ZnS (沉淀)+Na2S04+llH20
2)高折射率涂膜液合成:以丁酮(含水率1%)作溶劑，以環(huán)氧樹脂E-40為主要成膜物質(zhì)，加入一定量的交聯(lián)劑乙二胺，并引入步驟I制得的納米材料前驅(qū)體，在20-30°C室溫常壓下，以500-700轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌反應1.5-3h，制得高折射率的涂膜液；
高折射率涂膜液組分及含量(體積份，對應硫化鋅體積分數(shù)為0-15%)配比如下:
丁酮(含水率1%) 40-72 環(huán)氧樹脂E-40 16 乙二胺0-8
前驅(qū)體溶液0-45。
[0009]步驟2、高折射率涂膜液的涂布:采用微細凹印方式反向涂布，將高折射率涂膜液涂布在厚度為10-150um的熱塑性有機聚合物薄膜上，涂膜液采用循環(huán)措施，確保料液均勻一致，微細輥直徑為30-50mm，涂布基材線速度15_60m/min，調(diào)整微細輥的周速比為
1.0-3.0 (即微細輥的圓周速 度和基材的線速度之間的比值)，涂膜液涂布量在1.0-4.0g/m2之間。
[0010]步驟3、涂膜液的低溫成膜及UV預固化:經(jīng)過步驟2涂布后得到的薄膜經(jīng)過烘道，烘道溫度設(shè)定為40-50°C，烘道內(nèi)設(shè)有多節(jié)烘箱，烘箱內(nèi)的設(shè)定溫度先逐漸升高，再逐漸降低，即中間烘箱的溫度設(shè)定值最高，兩端的烘箱溫度設(shè)定值均低于中間烘箱，烘道出口設(shè)有水冷UV光固化組件，上述涂有涂膜液的薄膜依次經(jīng)過烘道和水冷UV光固化組件，低溫成膜及UV光預固化后，成為透明的UV薄膜。
[0011]步驟4、連線模壓及UV光完全固化:UV光預固化后的透明UV薄膜，經(jīng)過涂布棍后序的鐳射壓印棍進行連線模壓，模壓速度和涂布速度一致，壓印氣缸壓力0.05-0.1MPa，在UV涂層上連線模壓出各種微納米結(jié)構(gòu)圖形，并通過UV燈的照射對完成壓印后的UV涂層進行再次固化，形成UV光完全固化后的透明全息膜。
[0012]步驟5、通過收卷機構(gòu)將經(jīng)過步驟4UV壓膜、固化后的透明全息膜進行收卷，收卷張力(8-18) X ION，完成整個生產(chǎn)過程。
[0013]作為優(yōu)選，上述步驟2中的熱塑性有機聚合物薄膜為PET膜、PVC膜或BOPP膜。
[0014]作為優(yōu)選，上述步驟3中的烘道出口設(shè)有40-80KW，365nm波長的水冷UV光固化組件。
[0015]作為優(yōu)選，上述步驟4中采用365nm波長，40-80KW的UV燈。
[0016]本發(fā)明所述的高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，先在塑料基膜上涂布高折射率涂膜液，然后經(jīng)過低溫固化和光柵軟壓，直接形成透明全息膜，具有如下優(yōu)點:
1、步驟I所制得的高折射率涂膜液充分借鑒有機材料和無機材料在折射率、透明度、熱塑性、抗變形能力等方面的各自優(yōu)勢，將具有高折射率的納米無機介質(zhì)顆粒引入到有機材質(zhì)的信息層，從而得到兼具信息層和介質(zhì)層功能的有機/無機雜化復合涂層均相體系，在折射率達到最大化的同時，也能獲得高的透明度；
2、通過高折射率涂膜液將信息層和介質(zhì)層合二為一形成一個復合涂層，同時兼具信息層和介質(zhì)層的功能，不僅可避免原先信息層和介質(zhì)層之間的結(jié)構(gòu)與功能相容性和匹配性問題，減少全息膜的涂層層數(shù)和光傳輸?shù)膹碗s性，并減少衍射圖案干擾，而且不需要再涂布介質(zhì)層，克服了高溫蒸鍍會影響信息層質(zhì)量的技術(shù)難題；
3、通過本發(fā)明所述的透明全息膜生產(chǎn)工藝，將傳統(tǒng)的在基膜上依次涂布分離層一涂布信息層一高溫高壓全息圖壓模一涂布介質(zhì)層一涂布印膠層等工序簡化為在基膜上直接涂布高折射率涂膜液，然后低溫固化和光柵軟壓，可以在一個工位上直接完成，即簡化了工序，精簡了設(shè)備和占用空間，又能大幅度降低設(shè)備成本和人力成本；
4、經(jīng)光柵軟壓和低溫UV連續(xù)固化實現(xiàn)有機/無機復合涂層的全息圖案的光柵壓印以及固化干燥，不需要采用傳統(tǒng)的高溫高壓模壓激光全息技術(shù)，不會出現(xiàn)塑料基膜遇熱收縮變形、透明度降低及全息信息失真等問題。
[0017]以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為實施例1的高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝流程圖；
圖2為實施例1的微細凹印結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實施方式】
[0019]一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，包括如下步驟:
步驟101、高折射率涂膜液制備:
1)納米材料前驅(qū)體制備:以丁酮作溶劑，以甲基丁基纖維素為防沉劑，按比例稱取二水合醋酸鋅與九水合硫化鈉，加入到丁酮中，利用7KW功率超聲波，設(shè)定90KHZ的頻率，在25°C溫度下震蕩3 min制成均勻的分散體系；超聲波的功率、頻率及震蕩時間可以根據(jù)實際需要調(diào)整，一般采用6-8KW功率，80-100KHZ的超聲波振蕩2-5 min ；
前驅(qū)體溶液各組分及含量(重量份)配比如下:
二水合醋酸鋅 4.8
九水合硫化鈉 4.4
丁酮77
甲基丁基纖維素 13.8
其反應過程中主要化學方程式如下:
2H20*ZnS04+9H20*Na2S — ZnS (沉淀)+Na2S04+llH20
2)高折射率涂膜液合成:以丁酮(含水率1%)作溶劑，以環(huán)氧樹脂E-40為主要成膜物質(zhì)，加入一定量的交聯(lián)劑乙二胺，并引入步驟I制得的納米材料前驅(qū)體，在25°C室溫常壓下，以500-700轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌反應1.5-3h，制得高折射率得涂膜液，本實施例的攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間為2h ；
高折射率涂膜液組分及含量(體積份，對應硫化鋅體積分數(shù)為2%)配比如下:
丁酮(含水率1%) 70 環(huán)氧樹脂E-4016
乙二胺8
前驅(qū)體溶液6
上述配比中納米硫化鋅占整個高折射率涂膜液的體積分數(shù)為2%。上述高折射率涂膜液制備方法是在有機樹脂或樹脂的前驅(qū)體中原位合成納米材料，制得的涂膜液具有高折射率的同時還具有高透光率。本實施例的高折射率涂膜液的折射率為1.47，透光率為91%。
[0020]步驟201、高折射率涂膜液的涂布:采用微細凹印方式反向涂布，如圖2所示，將高折射率涂膜液涂布在厚度為50um的熱塑性有機聚合物薄膜I上，涂膜液2采用循環(huán)措施，確保料液均勻一致，微細輥3直徑為40mm，涂布基材線速度40m/min，調(diào)整微細輥的周速比2.0 (即微細輥的圓周速度和基材的線速度之間的比值)，涂膜液涂布量在3.0g/m2之間；在本實施例中，所述熱塑性有機聚合物薄膜為PET膜，也可以采用PVC膜或BOPP膜，厚度一般在10-150um之間。微細輥3的直徑可按照實際需要調(diào)整，一般為30_50mm，涂布基材線速度15-60m/min，微細輥的周速比為1.0-3.0，涂膜液涂布量在1.0-4.0g/m2之間。
[0021]步驟301、涂膜液的低溫成膜及UV預固化:經(jīng)過步驟2涂布后得到的薄膜經(jīng)過烘道，烘道溫度設(shè)定為40-50°C，烘道內(nèi)設(shè)有多節(jié)烘箱，烘箱內(nèi)的設(shè)定溫度先逐漸升高，再逐漸降低，即中間烘箱的溫度設(shè)定值最高，兩端的烘箱溫度設(shè)定值均低于中間烘箱，在本實施例中，烘道溫度依次為40°C -50 °C -40°C，烘道出口裝備60KW，365nm波長的水冷UV光固化組件，上述涂有涂膜液的薄膜依次經(jīng)過烘道和水冷UV光固化組件，低溫成膜及UV光預固化后，成為透明的UV薄膜；水冷UV光固化組件的功率可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整，一般在40-80KW 就行。
[0022]步驟401、連線模壓全息及UV光完全固化:UV光預固化后的透明UV薄膜，經(jīng)過涂布棍后序的鐳射壓印棍進行連線模壓，模壓速度和涂布速度一致，壓印氣缸壓力0.0SMPa,在UV涂層上連線模壓出各種微納米結(jié)構(gòu)圖形，并通過365nm波長、60KW UV燈的照射對完成壓印后的UV涂層進行再次固化，形成UV光完全固化后的透明全息膜；在上述連線模壓過程中，壓印氣缸的壓力比較低，一般在0.05-0.1MPa之間，而傳統(tǒng)的模壓壓力一般都大于
0.5Mpa，采用光柵軟壓，不會出現(xiàn)塑料基膜遇熱收縮變形、透明度降低及全息信息失真等問題。
[0023]步驟501、通過收卷機構(gòu)將經(jīng)過步驟401UV壓膜、固化后的透明全息膜進行收卷，收卷張力12X10N，完成整個生產(chǎn)過程，收卷張力不宜過大，否則會使透明全息膜變形，過小又不能保證收卷速度，一般為(8-18) *10N。
[0024]本實施例所述的高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，先在塑料基膜上涂布高折射率涂膜液，然后經(jīng)過低溫固化和光柵軟壓，直接形成透明全息膜。
[0025]實施例2~4
實施例2~4所述的高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝基本流程同實施例1，區(qū)別主要在于高折射率涂膜液中各組分配比不同，具體如表1所示。
[0026]表1:實施例f 4高折射率涂膜液的組份及配比關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，其特征在于包括如下步驟: 步驟1、高折射率涂膜液制備: 1)納米材料前驅(qū)體制備:以丁酮作溶劑，以甲基丁基纖維素為防沉劑，按比例稱取二水合醋酸鋅與九水合硫化鈉，加入到丁酮中，利用6-8KW功率超聲波，設(shè)定80-100KHZ的頻率，在20-30°C溫度下震蕩2-5min制成均勻的分散體系； 前驅(qū)體溶液各組分及含量(重量份)配比如下: 二水合醋酸鋅 4.8 九水合硫化鈉 4.4 丁酮77 甲基丁基纖維素13.8 其反應過程中主要化學方程式如下:
2H20*ZnS04+9H20*Na2S — ZnS 沉淀 +Na2S04+llH20 ； 2)高折射率涂膜液合成:以丁酮(含水率1%)作溶劑，以環(huán)氧樹脂E-40為主要成膜物質(zhì)，加入一定量的交聯(lián)劑乙二胺，并引入步驟I制得的納米材料前驅(qū)體，在20-30°C室溫常壓下，以500-700轉(zhuǎn)/分 鐘的速度攪拌反應1.5-3h，制得高折射率的涂膜液； 高折射率涂膜液組分及含量(體積份，對應硫化鋅體積分數(shù)為0-15%)配比如下: 丁酮(含水率1%) 40-72 環(huán)氧樹脂E-40 16 乙二胺0-8 前驅(qū)體溶液0-45 ； 步驟2、高折射率涂膜液的涂布:采用微細凹印方式反向涂布，將高折射率涂膜液涂布在厚度為10-150um的熱塑性有機聚合物薄膜上，涂膜液采用循環(huán)措施，確保料液均勻一致，微細輥直徑為30-50mm，涂布基材線速度15_60m/min，調(diào)整微細輥的周速比為1.0-3.0，涂膜液涂布量在1.0-4.0g/m2之間； 步驟3、涂膜液的低溫成膜及UV預固化:經(jīng)過步驟2涂布后得到的薄膜經(jīng)過烘道，烘道溫度設(shè)定為40-50°C，烘道內(nèi)設(shè)有多節(jié)烘箱，烘箱內(nèi)的設(shè)定溫度先逐漸升高，再逐漸降低，SP中間烘箱的溫度設(shè)定值最高，兩端的烘箱溫度設(shè)定值均低于中間烘箱，烘道出口設(shè)有水冷UV光固化組件，上述涂有涂膜液的薄膜依次經(jīng)過烘道和水冷UV光固化組件，低溫成膜及UV光預固化后，成為透明的UV薄膜； 步驟4、連線模壓及UV光完全固化:UV光預固化后的透明UV薄膜，經(jīng)過涂布棍后序的鐳射壓印棍進行連線模壓，模壓速度和涂布速度一致，壓印氣缸壓力0.05-0.1MPa，在UV涂層上連線模壓出各種微納米結(jié)構(gòu)圖形，并通過UV燈的照射對完成壓印后的UV涂層進行再次固化，形成UV光完全固化后的透明全息膜； 步驟5、通過收卷機構(gòu)將經(jīng)過步驟4UV壓膜、固化后的透明全息膜進行收卷，收卷張力(8-18) X 1N，完成整個生產(chǎn)過程。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，其特征在于:上述步驟2中所述的熱塑性有機聚合物薄膜為PET膜、PVC膜或BOPP膜。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，其特征在于:上述步驟3中的烘道出口設(shè)有40-80KW，365nm波長的水冷UV光固化組件。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高折射率透明全息膜生產(chǎn)工藝，其特征在于:上述步驟4中采用365nm波長， 40-80KW的UV燈。
【文檔編號】B32B38/18GK104029512SQ201410245418
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】邵波, 熊建華, 徐意 申請人:紹興京華激光制品有限公司