复合型透明全息膜的研制

复合型透明全息膜的研制

熊建华 谢高翔

浙江京华激光科技股份有限公司 浙江绍兴 312300

摘要：当前透明全息膜的涂层设计依旧无法突破透明全息膜衍射性能下降、原有多界面涂层结构以及高温蒸镀及模压带来的技术难题，极大限制了透明全息膜的研究及应用。

关键词：全息膜、涂层、折射率、透光率

光学全息膜信息层是承接全息信息的载体，全息信息通过一定的张力、压力、温度、冷却等处理，将浮雕上的精密光栅模压至信息层，精密光栅由800-1500条/mm的错综复杂的凸凹条纹组成，因此对信息层的压敏性能与回弹性有着极高的要求。随着对全息图像载体材料和透明全息光学的研究的进步，信息层材料也不断更新，但主要是高分子材料，例如丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚苯树脂和氨基树脂，研究的重点在于提高有机信息层材料的透明度和折射率。

1、目的

光学全息膜介质层的首要功能是保护信息层的精密光栅，因此介质层主要由无机材料组成。无机材料的折射率通常大于有机聚合物材料，反射率随样品折射率增大而增大，故涂覆无机材料介质层可以提高全息光学膜的衍射强度。目前介质层的制备工艺基本采用镀膜方式，主要以金属铝为介质层材料，可以获得色彩艳丽、栩栩如生的全息图像。而对于透明全息膜来说，必须选择透明材料如硫化锌、二氧化钛为介质层，才能获得透明的全息图案，但是透明无机介质层受高温蒸镀工艺的影响较大，均匀性很难控制，导致涂层的透明度差，而且，透明介质涂层的存在，就存在信息层/介质层（第一界面）、介质层/印胶层（第二界面）两个界面，可能导致在第一个界面的衍射图形被第二个界面的衍射图案干扰，从而使透明光学全息膜的衍射效率和信噪比等技术指标低于镀铝全息膜。

此外，模压激光全息技术是光学全息膜的光栅制备技术，但该技术需要高温（150℃左右）、高压的生产条件，会导致膜的热收缩变形、透明度降低及信息失真。上述因素最终也会导致透明全息膜在衍射效率、信噪比等技术指标上低于镀铝全息膜、全息烫印箔等非透明全息膜。

2、制备方法

①复合型涂膜液的配制

A、纳米材料分散液制备：利用四氢呋喃作溶剂，以聚丙烯酸铵为分散剂，称取平均粒径为40nm的二氧化钛加入到四氢呋喃中，利用6KW功率超声波，以80KHz的频率振荡4min制成均匀的分散体系。

分散液组分及含量(重量份)配比如下：

四氢呋喃56.7，

聚丙烯酸铵32.4，

纳米二氧化钛、硫化锌、氧化锌或硫化镉10。

B、聚氨酯溶液制备：将聚丙烯酸铵溶于四氢呋喃中，1000-1200转/分钟常温高速搅拌使其完全溶解；

聚氨酯溶液组分及含量(重量份)配比如下：

四氢呋喃63，

聚丙烯酸铵37。

C、复合型涂膜液合成：将纳米材料分散液加入搅拌的聚氨酯溶液中，直至分散液和聚氨酯溶液均匀融合。分散液和聚氨酯溶液的配比（体积份，对应纳米材料体积分数为0-15%）如下：

分散液8，

聚氨酯溶液40。

②复合型涂膜液的涂布

采用微细凹印方式反向涂布，将复合型涂膜液涂布在厚度为10-150um的热塑性有机聚合物薄膜上，涂膜液采用循环措施，确保料液均匀一致，微细辊直径为40mm，涂布基材线速度40m/min，调整微细辊的周速比为2.0（即微细辊的圆周速度和基材的线速度之间的比值），涂膜液涂布量在3.0g/㎡之间。

③涂膜液的低温成膜及UV预固化

经过步骤②涂布后得到的薄膜经过烘道，烘道温度依次为40℃-50℃-40℃，烘道内设有多节烘箱，烘箱内的设定温度先逐渐升高，再逐渐降低，即中间烘箱的温度设定值最高，两端的烘箱温度设定值均低于中间烘箱，烘道出口设有水冷UV光固化组件，涂有涂膜液的薄膜依次经过烘道和水冷UV光固化组件，低温成膜及UV光预固化后，成为透明的UV薄膜。

④连线模压及UV光完全固化

UV光预固化后的透明UV薄膜，经过涂布棍后序的镭射压印棍进行连线模压，模压速度和涂布速度一致，压印气缸压力0.05-0.1MPa，在UV涂层上连线模压出各种微纳米结构图形，并通过UV灯的照射对完成压印后的UV涂层进行再次固化，形成UV光完全固化后的透明全息膜。

⑤收卷

通过收卷机构将经过步骤④UV压膜、固化后的透明全息膜进行收卷，，收卷张力不宜过大，否则会使透明全息膜变形，过小又不能保证收卷速度，一般为（8-18）×10N。

3、复合型涂膜液的组份及配比关系试验

从试验1-5复合型涂膜液的折射率和透光率的试验数据可以得出，随着纳米材料体积分数的增大，折射率也随之增大，但透光率会随之降低，当纳米材料体积分数在2%-15%时，其在折射率达到较高值的同时，也能获得高的透明度。

4、总结

复合型透明全息膜的生产工艺通过复合型涂膜液将信息层和介质层合二为一形成一个复合涂层，使制得的透明全息膜具有高折射率、高透明度和信噪比，优异的耐磨耐老化，以及全息图像反差明显等特点，从而突破了传统透明全息图像因反差小存在难以跟踪，难以定位的技术瓶颈，真正达到透明全息图案在证件证卡中任意定位，提升了透明全息的综合防伪效果。

参考文献

[1] 苏武大, 魏家新, 郑建武. 激光全息镀透明介质烫印膜的研究与应用[J]. 中国防伪, 2005.

[2] 倪星元, 张志华, 沈军等. 聚氨酯透明激光全息防伪膜研究[J]. 塑料工业, 2007.