CN1727202A - 一种环保型可打印层合证卡面膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型可打印层合证卡面膜及其制备方法和应用，由表面保护层和打印粘结功能层组成。表面保护层为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜；并通过向打印粘结功能主体材料中添加特殊功能渗透交联助剂，增加打印粘结功能层与表面保护层粘结强度，成功的解决了以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜作为证卡面材与芯材的粘结问题，使热合强度达到1000～2200Nm^－1；打印清晰度高，透明度可达89％以上，耐候性好，可用于制备带有个性化身份证明信息的标准证卡。本发明成本低廉，工艺简单，便于实施。

Description

一种环保型可打印层合证卡面膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于证卡制造领域，具体涉及一种环保型可打印层合证卡面膜及其制备方法。

背景技术

传统的证卡可根据材料、结构、压卡工艺和信息化程度的不同分为硬纸卡、塑封卡和全塑层压卡。其中硬纸卡和塑封卡由于易于损坏、耐候性能较差、使用时效短，正逐步被性能更加优异的全塑层压卡所取代。全塑层压卡的芯材和表面保护层均采用塑料材质，利用特殊的粘结材料通过高温层压制备而成，结合条形码、芯片、磁条等技术具有易识读、美观、安全、耐用的特点，可正常使用数年，是目前证卡类产品中保存性和使用性最为优异的，被广泛应用于各类银行卡、电话卡、IC卡等，因此层压卡表面保护层——证卡面膜的市场份额与日俱增，仅2002年我国生产各类证卡面膜16.3万吨，进口累计7.3万吨。

全塑层压卡表面保护层的性能是决定证卡性能的关键性因素，传统的全塑层压卡是使用PVC材料作为表面保护层，利用层压胶在高温高压条件下与卡芯压合制备而成，而此种普通PVC表面保护层是不具有可打印性能的，无法用来制备个性化信息卡。传统的PVC表层虽然易于与芯材压合，但耐溶剂、耐高温、耐刮擦以及抗紫外性能均不能令人满意，很难满足用于制作身份证件等要求长使用寿命的领域应用，同时PVC对人体具有一定的毒害作用且材料在生产、长期保存和销毁过程中对环境都会产生较大的污染，因此正逐步被更为环保、安全的新型证卡面膜所取代。

一直以来，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料以其优异的耐温性、耐刮擦性、耐老化性等诸多优点，被认为是替代PVC(聚氯乙稀)材料作为证卡保护面层的最理想材料，但是个性化身份证明信息的打印性和与卡芯材的粘结性一直是困扰人们的难题。发明专利CN1526570A介绍了一种在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)片材上涂布一层吸墨涂料层，然后利用喷墨打印机打印所需信息，此种方法的吸墨涂层对墨水的固色性不够理想，打印的信息和图像常常会因为墨水扩散而不够清楚，打印精度不高，而且要用此法制作的证卡面膜进行层压或塑封制卡，还必须对卡芯材用粘结剂进行预处理，工艺相对复杂，粘结强度也不能完全令人满意。

目前世界上许多大型跨国公司正积极致力于研究可打印层合证卡面膜。特别是以杜邦公司的环保型证卡面膜产品为代表，其依靠优异的耐老化性能和环保性能已经得到了市场的认可。其生产的新型环保型证卡面膜以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜为基材，通过多层共挤出的方法在其表面形成的多层高分子复合膜。该产品采用环保型聚酯材料，对人体无毒害，对环境无污染且具有优异的耐候性能和耐刮擦性能，大大提高了证卡产品的保存性和长期使用性；同时该证卡面膜可直接打印个性化身份证明图文信息，区别于传统的卡芯打印法，使用更加灵活方便，其打印效果更加清晰，提高了证卡的美观性和制证的方便性，而且使用此证卡面膜制卡不需对芯材进行预处理，可直接热压层合即可，制卡工艺相对简单。但该产品需使用十分昂贵的大型共挤出设备，设备投资高达数千万美元，同时生产工艺也相对复杂，其产品价格也相对较高，因此限制了其产品的使用范围和应用领域，至今尚未大量推广使用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题公开一种环保型可打印层合证卡面膜及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的缺陷，满足有关部门的需要。

本发明提出的具有可打印性和层合性双重功能特性的环保型证卡面膜，由表面保护层和打印粘结功能层组成；

所说的表面保护层为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜，该膜在80～140℃的温度范围内通过在两个相互垂直的方向上连续拉伸形成双轴取向，并在180～300℃的范围内进行热定形，例如在GB-A-838708中所描述的那样；

该聚酯膜可采用市售产品，如佛山杜邦鸿基薄膜有限公司牌号为8411、8414的产品；

该聚酯膜热稳定性大于280℃，透光率90％左右，根据打印耐温要求和标准制卡工艺要求，厚度规格60～95微米，此外它还应具有良好的坚韧性、耐久性、抗冲击性、耐溶剂性、抗紫外性、耐水性和耐刮擦性等性能。

所述打印粘结功能层材料的配方组分及重量配比如下：

打印粘结主体材料    80～90wt％

渗透交联剂          1～6wt％

色粉固着剂          2～7wt％

粘性调节剂          2～5wt％

抗氧剂              1～6wt％

紫外线吸收剂        1～4wt％

抗静电剂            0.5～3wt％

所述打印粘结主体材料选自改性聚酯，如用新戊二醇或己二醇改性的聚酯、新戊二醇或己二醇改性的聚氨酯、丙烯酸聚合物或含苯乙烯的聚合物等，要求玻璃化温度在70-90℃，分子量为60000～90000，分子量分布宽度在1.1～1.6，在临界软化点迅速出现相变等物理特性；

所述渗透交联剂是指适量添加就可以大大改善粘结主体材料与表面保护层的粘接牢度的一种助剂，选自环氧树脂或醇酸树脂等，如硫脲、环乙撑脲等与甲醛的缩合物；

所述色粉固着剂是指一类多微孔型或大比面积的超细微粒物质，如纳米级非晶沉淀硅、聚乙烯吡咯烷酮微粉或纳米二氧化钛等；

所述粘性调节剂是指在打印粘结主体材料受热转变成流体后，调节其粘度，促其成膜性，优选纳米二氧化硅；

所述抗氧剂选择一类具有良好相溶性的高效低色污的抗氧剂，如抗氧剂168(三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)、抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戍四醇酯)或抗氧剂1076(β-(4′-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸十八碳醇酯)；可采用市售的商业化产品；

所述紫外线吸收剂，可以是一般商用的紫外线吸收剂，低挥发性苯并三唑紫外线吸收剂，如紫外线吸收剂360(双(3-苯并三唑基-2-羟基-5-特辛基苯基))甲烷、紫外线吸收剂234(2-(2H-苯并三唑-2)-4，6-二(1-甲基-1-苯乙基)苯酚)；

所述抗静电剂是指一类具有导电性能的高分子材料或表面活性剂，如抗静电剂ESD 002(Comb-Like Polymer Grafted With Oxyethylene ChainAnd Tertial Amine Group)或JS-APN005(环氧乙烷胺类加成物)等。

本发明的证卡面膜的制备方法包括如下步骤：

首先将打印粘结功能层中各组分材料的粒径粉碎至40～100目，这样有利于配方中各组分充分接触混合均匀，然后将打印粘结主体材料、渗透交联剂、色粉固着剂、粘性调节剂、抗静电剂、抗氧剂、紫外线吸收剂按上述重量比例充分调配均匀，将调配好的打印粘结功能材料导入淋膜设备料桶内，将物料加热至150℃-220℃，控制淋膜设备的模头温度为180℃-260℃，调节模头与PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)保护面层的距离为20～40mm，进行挤出淋涂，淋涂挤压速0.2～1.5m/s，淋膜的厚度控制在5～15微米，将淋涂有打印粘结功能材料的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜采用多辊逐渐冷却系统进行降温，增加两层材料的作用时间，有利于两层材料的热平衡，最后经过冷压辊压合降温，增加打印粘结功能层与表面保护层的粘结强度，使打印粘结功能层表面更光滑、平整，提高打印成像解析度，收卷，切割，分装即完成可打印证卡面膜的制作。

所说的淋膜设备、多辊逐渐冷却系统和冷压辊等装置，均为本领域常规的设备。

本发明的证卡面膜，可用于制备带有个性化身份证明信息的标准证卡。

本发明通过选择几类特殊结构的高分子功能材料，并通过控制材料的分子量大小及分布宽度，玻璃化温度，使其作为打印粘结功能层材料满足作为证卡面膜的打印性和层合性，并通过向打印粘结功能主体材料中添加特殊功能渗透交联助剂，增加打印粘结功能层与表面保护层粘结强度，成功的解决了以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜作为证卡面材与芯材的粘结问题，使热合强度达到1000～2200Nm^-1；通过向打印粘结功能主体材料中添加多微孔性或大比面积的色粉固着剂，大大提高了色粉的附着牢度，通过添加抗静电剂，降低了证卡面膜内表面对灰尘的吸附性，使其更清洁，也有利于连续打印工作的进行，利用专业的激光打印机在此打印粘结功能层上打印个性化图像和信息，色彩还原性好，打印清晰度高，分辨率可达600×600dpi×8bit(8位色彩深度)，如此高解析度的成像质量，足以满足任何人像和信息的打印制作；通过向打印粘结主体材料中添加粘性调节剂和采用多辊逐渐降温冷压系统，使证卡面膜的打印粘结功能层表面更加光滑、平整，无皱褶、气泡、纹路，表面粗糙度：0.4≤Ra≤0.8，透明度可达89％以上；通过向打印粘结主体材料中添加抗氧剂，紫外线吸收剂等防老化助剂，大大增强了打印粘结功能层材料的耐候性，使其满足以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜作为证卡面膜保护层的制卡要求。

本发明的证卡面膜采用内打印方式记录个性化身份证明信息，面膜与芯材层合之后完全置于卡体内部，不受使用过程中的冲击、磨擦、溶剂腐蚀，油污等环境条件影响；区别于传统PVC(聚氯乙稀)证卡面膜，本发明采用全聚酯材料作为证卡面膜，大大提高了证件的耐高温性、耐溶剂性、抗紫外性、耐水性和耐刮擦性等抗老化性能，大幅度的延长了证件的使用寿命，正常使用寿命可超过10年；本发明的证卡面膜使用的材料都是生态喜爱的环保型材料，使证件更加安全、可靠，被公认是未来证件发展的趋势。

本发明利用特殊功能组合材料，借助常规淋涂设备，通过简单的操作工艺，制备出具有可打印性和层合性双重功能的环保型证卡面膜，不需要特殊昂贵的设备投资，成本相对低廉，工艺简单。

具体实施方式

                          实施例1

将打印粘结功能层中各组分材料的粒径粉碎至100目，按下面重量比例调配均匀，充分混合：

新戊二醇改性的聚酯89.5wt％，环乙撑脲与甲醛缩合物4wt％，纳米级非晶沉淀硅2wt％，纳米二氧化硅2％，抗氧剂168(三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)1wt％，紫外线吸收剂234(2-(2H-苯并三唑-2)-4，6-二(1-甲基-1-苯乙基)苯酚)1wt％，JS-APN005(环氧乙烷胺类加成物)0.5％。将调配好的打印粘结功能材料导入淋膜设备料桶内，将料桶加热温度设定为200℃，模头温度设定为240℃和0.3m/s挤压速度，使材料适于成膜淋涂，选用热稳定性大于300℃，透光率90％，厚度90微米，此外还具有良好的坚韧性、耐久性、抗冲击性、耐溶剂性、抗紫外性、耐水性和耐刮擦性等性能的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜作为证卡面膜的表面保护层，调节模头与PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)保护面层的距离30mm，进行挤出淋涂，淋膜的厚度控制在10微米，将淋涂有打印粘结功能材料的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜采用多辊逐渐冷却系统进行降温，再经过冷压辊压合降温，收卷，切割，分装即完成可打印证卡面膜的制作。

将证卡上、下面膜分别放入专业激光打印机，利用数码成像原理，通过计算机排版打印内置式持卡人个人资料和照片等个性化信息，选用厚度为0.3mm，维卡软化点74～77℃(负荷1KG)的白色PETG(己二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯)片材作为芯层，上、下芯层表面印刷公共信息，将带有信息的各层材料按制证要求冲切成标准的卡片尺寸，然后将下面膜、下芯层、上芯层、上面膜依次叠好放入层压机中，设定层压温度135℃、压力10000N和停留时间28s进行层压粘合，冷却至室温取出，即得到所需的带有个性化身份证明信息的标准证卡。

经试验测定证卡面膜性能参数：

(1)分辨率可达550×550dpi×8bit(8位色彩深度)，用3M胶带反复粘贴拉起，表面图文信息完好无损

(2)热合强度达到1000Nm^-1

(3)经老化实验推定，正常使用寿命可超过10年

(4)表面粗糙度：0.4μm≤Ra≤0.8μm

(5)透明度≥89％。

                          实施例2

将打印粘结功能层中各组分材料的粒径粉碎至100目，按下面重量比例调配均匀，充分混合：

己二醇改性的聚酯80wt％，硫脲与甲醛缩合物5wt％，聚乙烯吡咯烷酮微粉7wt％，纳米二氧化硅5％，抗氧剂1076(β-(4′-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸十八碳醇酯)1.2wt％，紫外线吸收剂360(双(3-苯并三唑基-2-羟基-5-特辛基苯基))甲烷)1.1wt％，抗静电剂ESD 002(Comb-Like Polymer Grafted With Oxyethylene Chain And Tertial AmineGroup)0.7％。将调配好的打印粘结功能材料导入淋膜设备料桶内，将料桶加热温度设定为200℃，模头温度设定为230℃和0.5m/s挤压速度，使材料适于成膜淋涂，选用热稳定性大于300℃，透光率90％，厚度90微米，此外还具有良好的坚韧性、耐久性、抗冲击性、耐溶剂性、抗紫外性、耐水性和耐刮擦性等性能的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜作为证卡面膜的表面保护层，调节模头与PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)保护面层的距离35mm，进行挤出淋涂，淋膜的厚度控制在10微米，将淋涂有打印粘结功能材料的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜采用多辊逐渐冷却系统进行降温，再经过冷压辊压合降温，收卷，切割，分装即完成可打印证卡面膜的制作。

将证卡上、下面膜分别放入专业激光打印机，利用数码成像原理，通过计算机排版打印内置式持卡人个人资料和照片等个性化信息，选用厚度为0.3mm，维卡软化点74～77℃(负荷1KG)的白色PETG(己二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯)片材作为芯层，上、下芯层表面印刷公共信息，将带有信息的各层材料按制证要求冲切成标准的卡片尺寸，然后将下面膜、下芯层、上芯层、上面膜依次叠好放入层压机中，设定层压温度135℃、压力9000N和停留时间25s进行层压粘合，冷却至室温取出，即得到所需的带有个性化身份证明信息的标准证卡。

经试验测定证卡面膜性能参数：

(1)分辨率可达600×600dpi×8bit(8位色彩深度)，用3M胶带反复粘贴拉起，表面图文信息完好无损

(2)热合强度达到1300Nm^-1

(3)经老化实验推定，正常使用寿命可超过10年

(4)表面粗糙度：0.3μm≤Ra≤0.7μm

(5)透明度≥89％。

对比例1

除了将打印粘结功能层材料配方中的色粉固着剂省略外，重复实施例2的步骤，其测试证卡面膜性能参数如下所示：

(1)分辨率300×300dpi×8bit(8位色彩深度)，用3M胶带可将表面图文信息部分揭下

(2)热合强度达到800Nm^-1

(3)卡体局部有开列起层现象，经老化实验推定，正常使用寿命6年

(4)表面粗糙度：0.3μm≤Ra≤0.7μm

(5)透明度≥89.8％

对比例2

除了将打印粘结功能层材料配方中的渗透交联剂省略外，重复实施例2的步骤，其测试证卡面膜性能参数如下所示：

(1)分辨率600×600dpi×8bit(8位色彩深度)，用3M胶带反复粘贴拉起，表面图文信息完好无损

(2)热合强度达到600Nm-1

(3)卡体局部有开列起层现象，经老化实验推定，正常使用寿命5年

(4)表面粗糙度：0.3μm≤Ra≤0.7μm

(5)透明度≥89％

对比例3

除了将打印粘结功能层材料配方中的抗氧剂、紫外线吸收剂省略外，重复实施例2的步骤，其测试证卡面膜性能参数如下所示：

(1)辨率600×600dpi×8bit(8位色彩深度)，用3M胶带反复粘贴拉起，表面图文信息完好无损

(2)热合强度达到1300Nm-1

(3)经老化实验推定，正常使用寿命可超过8年

(4)表面粗糙度：0.3μm≤Ra≤0.7μm

(5)透明度≥89.8％

对比例4

除了将打印粘结功能层材料配方中的粘性调节剂，多辊逐渐降温冷却压合系统省略外，重复实施例2的步骤，其测试证卡面膜性能参数如下所示：

(1)分辨率560×560dpi×8bit(8位色彩深度)，用3M胶带反复粘贴拉起，表面图文信息完好无损

(2)热合强度达到950Nm-1

(3)经老化实验推定，正常使用寿命可超过9年

(4)表面粗糙度：0.6μm≤Ra≤1.0μm

(5)透明度≥88.7％。

由实施例和对比实施例可见，本发明证卡面膜的打印粘结功能层中各功能组分材料的添加与否、添加比例多少以及成膜操作工艺参数的不同等都会大大影响证卡面膜的打印分辨率、热合强度、表面粗糙度、使用寿命等关键性能。

Claims (6)

1.一种环保型可打印层合证卡面膜，其特征在于，由表面保护层和打印粘结功能层组成；

所说的表面保护层为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜；

所述打印粘结功能层材料的配方组分及重量配比如下：

打印粘结主体材料    80～90wt％

渗透交联剂          1～6wt％

色粉固着剂          2～7wt％

粘性调节剂          2～5wt％

抗氧剂              1～6wt％

紫外线吸收剂        1～4wt％

抗静电剂            0.5～3wt％。

2.根据权利要求1所述的证卡面膜，其特征在于，该膜在80～140℃的温度范围内通过在两个相互垂直的方向上连续拉伸形成双轴取向，并在180～300℃的范围内进行热定形。

3.根据权利要求1所述的证卡面膜，其特征在于，所述打印粘结主体材料选自新戊二醇或己二醇改性的聚酯、新戊二醇或己二醇改性的聚氨酯、丙烯酸聚合物或含苯乙烯的聚合物；

所述渗透交联剂选自环氧树脂或醇酸树脂，如硫脲或环乙撑脲与甲醛的缩合物；

所述色粉固着剂选自纳米级非晶沉淀硅、聚乙烯吡咯烷酮微粉或纳米二氧化钛；

所述粘性调节剂为纳米二氧化硅。

4.根据权利要求1所述的证卡面膜，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1010或抗氧剂1076；

所述紫外线吸收剂为紫外线吸收剂360或紫外线吸收剂234；

所述抗静电剂为抗静电剂ESD 002(Comb-Like Polymer GraftedWith Oxyethylene Chain And Tertial Amine Group)或JS-APN005。

5.根据权利要求1～4任一项所述的证卡面膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先将打印粘结功能层中各组分材料的粒径粉碎至40～100目，然后将打印粘结主体材料、渗透交联剂、色粉固着剂、粘性调节剂、抗静电剂、抗氧剂、紫外线吸收剂按上述重量比例混合导入淋膜设备料桶内，将物料加热至150℃～220℃，控制淋膜设备的模头温度为180℃～260℃，调节模头与聚对苯二甲酸乙二醇酯保护面层的距离为20～40mm，进行挤出淋涂，淋涂挤压速度为0.2～1.5m/s，淋膜的厚度控制在5～15微米，将淋涂有打印粘结功能材料的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜采用多辊逐渐冷却系统进行降温，最后经过冷压辊压合降温，切割，分装，即完成可打印证卡面膜的制作。

6.根据要求权利要求1～4任一项所述的证卡面膜的应用，其特征在于，用于制备带有个性化身份证明信息的标准证卡。