一种低摩擦系数抗粘连爽滑涂层及其制备方法技术领域
本发明涉及打印技术领域，具体而言，涉及一种具有抗静电、耐候性好、打印色密
度高、低柔顺性、低摩擦系数、抗粘连爽滑涂层及其制备方法。
背景技术
激光打印是在20世纪60年代起发展的一项打印技术，其原理如复印，是利用激光
束将数字化图形或文档快速“投影”到一个感光表面（感光鼓），被激光束命中的位置会发生
电子放电现象，然后由于静电作用，像磁铁般地吸引一些纤细的“墨粉”，打印效果就出来
了；墨粉会从感光鼓上传输到打印介质；同时由于打印介质要通过一个高热的滚筒，所以那
些墨粉就“固定”到打印介质表面了。
随着人们对色彩的追求，激光打印机也由单一的黑色墨粉打印，发展到CMYK多色
的彩色打印；现在市场上已经出现一部分可用于彩色打印的特殊涂层技术；同时，为了满足
耐候、耐湿等使用要求，打印介质的基材也从最普通的纸质发展为PET胶片；但是，新型基材
的打印适应性仍然有待改善；其中影响打印适应性的最突出的因素，主要就是墨粉承载量
和走纸通过率；首先，现在市场上大多数激光打印机都是使用普通廉价的复印纸、铜版纸等
作为打印介质；这类廉价打印介质均未作特殊表面涂层处理，其表面的墨粉承载量有限，彩
色墨粉对其表面的附着牢度较差，远不能满足彩色激光打印机的输出质量要求；打印后的
彩色图形，往往因为墨粉承载量不够，出现掉粉、掉色等不良现象；因此，为了实现彩色打
印，涂层的墨粉承载量要求也将大大提高；其次，为了追求更高的打印速度，以富士施乐、佳
能为首的激光打印机器巨头，不断地进行技术创新，将彩色输出速度从2007年的富士施乐
Phaser6360机器的每分钟40页，提升到现在的每分钟上百页；这又对打印介质的走纸通过
率提出了新的要求；走纸通过率低的最突出表现就是：激光打印胶片在彩色高速激光打印
机上打印时，经常出现胶片间粘连；消费者对一叠胶片进行连续地彩色高速激光打印时，数
张胶片“粘结”在一起，随着打印机的传动装置，进入打印系统，会发生堵塞现象；这将严重
影响打印生产效率，并有可能损坏打印机部件，损害打印机使用寿命；然而，市场上现有的
PET胶片，对于这种片间粘连问题一直未有切实有效的解决办法，一直困扰着广大用户。
胶片粘连问题由多种原因造成：1.PET胶片在使用过程中，经过摩擦，表面易积累
电荷，产生静电吸附的现象；2.人们也注意到，当胶片的光滑表面紧密接触而且几乎完全隔
绝空气，分离时产生局部负压或真空；3.特别是当胶片两面涂上了光滑涂层，一叠胶片堆积
后，由于压力和温度变化，引起接触表面粘连，温度越高，涂层越柔软，压力越大，堆积后两
表面接触越充分，粘连问题更严重。
针对上述问题，业内已有部分应对办法；常用的手段有以下几种：
一、涂抗静电涂层
在胶片的反面涂布上一层带有本征型抗静电剂的涂层，这种办法虽然一定程度上解决
了静电吸附，但是负压或真空吸附问题仍然存在，只能减少部分粘连；反面涂抗静电层势必
将牺牲胶片反面的可打印性，只能正面单面激光打印，限制了其使用方法；并且，本征型抗
静电剂成本较高，用户较难接受。
二、涂层内加爽滑剂
在涂料中添加少量爽滑剂，可明显地降低摩擦系数，也是较为常用的手法；爽滑剂则是
与聚合物基团相容性差的有机化学品，例如：低分子量聚乙烯、石蜡、脂肪酸类、酰胺类；在
聚合物链运动的作用下，这些分子迁移至涂层表面形成一层油性表面，而起到改善薄膜表
面性能的润滑作用降低摩擦系数；但是，这种打印胶片不能存放时间过长，当有过量爽滑剂
随着时间的推移迁移至表面后，激光打印的墨粉附着牢度大幅下降。
三、涂层内加开口剂
普通常见开口剂，多为粒径2-4微米的固体无机粉末，如二氧化硅、滑石粉、硅藻土、磷
酸盐等；加入涂层可以形成许多凸起，使层与层之间的实际接触面积减少，从而降低粘结
力，相互滑动就会较容易，有利于动摩擦系数的降低；但此方法带来的问题也较多：1.固体
粉末比重大，易沉降，涂料贮存稳定性差；2.粉末在涂料中分散性不佳，易出现反粗现象，造
成涂层面明显凸起，影响产品表观，成品率受影响；3.上下涂层面相互摩擦，由于粉末硬度
高，极易在相对柔软的涂层面留下擦伤和划痕；4.涂层表面光泽度下降，只能生产半光或亚
光类产品；5.动摩擦更易产生静电，使得静电吸附问题更加严重。
四、加聚四氟乙烯水分散液
该方法是利用聚四氟乙烯低表面摩擦系数的原理，降低涂层整体的摩擦系数；同时，聚
四氟乙烯分散颗粒镶嵌在涂层中性质稳定，可以避免因为外界压力和温度变化造成的粘连
问题。但是，其最大的问题就是成本过高；并且，聚四氟乙烯水分散液多为乳白色或微黄液
体，不可避免地影响了产品的外观和透光率等使用性能。
现有技术中具备爽滑性能的彩色高速激光打印胶片，只是采用了上述两种或两种
以上的解决办法；但是，并不能根本解决彩色高速激光打印机所用介质的走纸不畅问题。
因此，为了顺应市场需求，我司对胶片粘连的根本原因进行深入研究，克服了静
电、光面吸附和高摩擦系数等一系列问题，发明了一种低摩擦系数抗粘连爽滑涂层；该种涂
层，具备了抗静电、抗粘连、耐侯性好、打印色密度高、低柔顺性等多种优点，可以完美配套
彩色高速激光打印机使用。
发明内容
本发明目的是提供一种具有抗静电、耐候性好、打印色密度高、低柔顺性、低摩擦
系数、抗粘连爽滑、提高打印介质走纸通过率的涂层及其制备方法，解决了以上技术问题。
为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：一种
低摩擦系数抗粘连爽滑涂层,其特征在于：由以下重量份组成：苯丙乳液90-110份，离子交
换型硅溶胶15-25份，大粒径硅溶胶10-15份，水15-25份，乙醇30-50份，正丁醇2-4份，聚苯
乙烯磺酸钠0.4-0.6份。
作为优选的技术方案：由以下重量份组成：苯丙乳液100份，离子交换型硅溶胶20
份，大粒径硅溶胶12份，水20份，乙醇40份，正丁醇3份，聚苯乙烯磺酸钠0.5份。
作为优选的技术方案：所述的苯丙乳液，由以下重量份组成：甲基丙烯酸甲酯：24
份，甲基丙烯酸：3份，甲基丙烯酸丁酯：40份，丙烯酸丁酯：12份，丙烯酸-2-乙基已酯：8份，
苯乙烯：13份，双丙酮丙烯酰胺：0.6份，过硫酸铵：0.6份，乳化剂OP-10：2份，十二烷基磺酸
钠：1份，磷酸氢二钠：0.3份，水：100份。
作为优选的技术方案：所述的苯丙乳液的制备方法,包括以下步骤：
步骤①：单体混合液的制备：将甲基丙烯酸甲酯24份，甲基丙烯酸3份，甲基丙烯酸丁酯
40份，丙烯酸丁酯12份，丙烯酸-2-乙基己酯8份，苯乙烯13份，双丙酮丙烯酰胺0.6份与90%
重量分数的水，按照比例混合后得到单体混合液，备用；
步骤②：预乳化液的制备：取步骤①中得到的单体混合液重量的10-50%与乳化剂OP-
10、十二烷基磺酸钠、PH调节剂磷酸氢二钠混合，在1200rpm转速下分散1小时，制成预乳化
液；
步骤③：将引发剂过硫酸铵用剩余的水溶解，配成引发剂水溶液，然后将引发剂水溶液
重量的20%加到预乳化液中；
步骤④：将步骤③产生的溶液加热至70℃左右，在300rpm转速下搅拌进行聚合反应，合
成种子液；
步骤⑤：当步骤④中的种子液出现蓝光，冷凝管没有明显回流时，开始逐步滴加剩余部
分单体混合液，3-4小时内滴完；同时，期间每半小时补加剩余的引发剂水溶液，保持体系温
度在70℃左右；全部单体混合液和引发剂水溶液滴加完成后，将体系温度上升至75℃，保温
30分钟以上；最后升温至80℃，保温2小时，形成乳液；
步骤⑥：将步骤⑤中制得的乳液冷却至常温，用氨水调节PH值至8-9，用300目滤网过
滤，得到苯丙乳液；
步骤⑦：对苯丙乳液进行检测。
作为优选的技术方案：所述的步骤⑦，将苯丙乳液涂覆在光滑薄膜上，使用FPT-F1
摩擦系数/剥离试验仪进行测试，滑块重量为500g，测得的动摩擦系数μk为0.15，静摩擦系
数μs为0.30。
作为优选的技术方案：所述的离子交换型硅溶胶采用离子交换法制成。
作为优选的技术方案：所述的大粒径硅溶胶采用硅粉一步水解法制成。
作为优选的技术方案：所述的一种低摩擦系数抗粘连爽滑涂层的制备方法,包括
以下步骤：
步骤a：以PH值为8-9的苯丙乳液为基料，缓慢掺入硅溶胶，500rpm转速下搅拌1小时，将
物料混合均匀；
步骤b：再加入水与乙醇的混合溶液，缓慢加入正丁醇消泡剂，低速搅拌20分钟；
步骤c：最后加入聚苯乙烯磺酸钠的水稀释液，低速搅拌10分钟后，300目过滤网过滤，
静置消泡待用。
作为优选的技术方案：所述的步骤①得到的物料混合物，涂覆在光滑薄膜上，使用
FPT-F1摩擦系数/剥离试验仪测试，滑块重量为500g，测得的动摩擦系数μk为0.12，静摩擦
系数μs为0.22。
作为优选的技术方案：所述的聚苯乙烯磺酸钠的添加量为涂层总量的0.25%时，产
品表面电阻达到108-1010Ω。
本发明的有益效果是：一种低摩擦系数抗粘连爽滑涂层及其制备方法,由苯丙乳
液，离子交换型硅溶胶，大粒径硅溶胶，水，乙醇，正丁醇和聚苯乙烯磺酸钠组成；该种涂层，
具备了抗静电、抗粘连、耐侯性好、打印色密度高、低柔顺性、提高打印介质走纸通过率等多
种优点，而且加工制造方便，可以进行批量生产。
具体实施方式
下面对本发明进一步描述；
一种低摩擦系数抗粘连爽滑涂层,由以下重量份组成：苯丙乳液90-110份，离子交换型
硅溶胶15-25份，大粒径硅溶胶10-15份，水15-25份，乙醇30-50份，正丁醇2-4份，聚苯乙烯
磺酸钠0.4-0.6份。
实施例1
一种低摩擦系数抗粘连爽滑涂层,由以下重量份组成：苯丙乳液90份，离子交换型硅溶
胶15份，大粒径硅溶胶10份，水15份，乙醇30份，正丁醇2份，聚苯乙烯磺酸钠0.4份。
实施例2为优选实施例
一种低摩擦系数抗粘连爽滑涂层,由以下重量份组成：苯丙乳液100份，离子交换型硅
溶胶20份，大粒径硅溶胶12份，水20份，乙醇40份，正丁醇3份，聚苯乙烯磺酸钠0.5份。
实施例3
一种低摩擦系数抗粘连爽滑涂层,由以下重量份组成：苯丙乳液110份，离子交换型硅
溶胶25份，大粒径硅溶胶15份，水25份，乙醇50份，正丁醇4份，聚苯乙烯磺酸钠0.6份。
一种低摩擦系数抗粘连爽滑涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤a：以PH值为8-9的苯丙乳液为基料，缓慢掺入硅溶胶，500rpm转速下搅拌1小时，将
物料混合均匀；
步骤b：再加入水与乙醇的混合溶液，缓慢加入正丁醇消泡剂，低速搅拌20分钟；
步骤c：最后加入聚苯乙烯磺酸钠的水稀释液，低速搅拌10分钟后，300目过滤网过滤，
静置消泡待用。
所述的硅溶胶为离子交换型硅溶胶和大粒径硅溶胶，为开口剂，两者按照一定比
例配合，添加到自制苯丙乳液中；所得的涂层涂覆在光滑薄膜上，经过测试，负压/真空吸附
问题得到了明显改善，物料混合物涂覆在光滑薄膜上，使用FPT-F1摩擦系数/剥离试验仪测
试，滑块重量为500g，测得的动摩擦系数μk为0.12，静摩擦系数μs为0.22；相比直接将苯丙
乳液涂覆在光滑薄膜上，使用FPT-F1摩擦系数/剥离试验仪进行测试，滑块重量为500g，测
得的动摩擦系数μk为0.15，静摩擦系数μs为0.30，有明显改善，达到高滑表面的要求。
所述的离子交换型硅溶胶采用离子交换法制成，硅溶胶在失去水分时，单体硅酸
逐渐聚合成高聚硅胶，随水分的蒸发，胶体分子增大，最后形成-SiO-O-SiO-涂膜：iO-Si-OH
+HO-Si-OH因Na2O在硅溶胶中的含量低，硅溶胶具有一定量成膜溶解的特性，涂膜致密且较
硬，不产生静电，空气中各种尘埃难粘附；使用离子交换型硅溶胶，提高了涂层的抗污防尘、
耐刮擦性；同时提高了涂层的光滑度，避免了摩擦产生静电的问题；当硅溶胶水分蒸发时，
胶体粒子牢固的附着在物体表面，粒子间形成硅氧结合，亦是很好的粘结剂，有助于提高涂
层的成膜性和附着牢度。
所述的大粒径硅溶胶采用硅粉一步水解法制成，选用的是大粒径硅溶胶，其SiO2
胶粒直径≥50nm，由于粒径大，涂层干燥后，二氧化硅粒子在涂层表面形成微小凸起，有助
于解决涂层间的闭气问题；同时，硅溶胶分散性好，不易返粗，涂层表面均匀性好，有助于提
高涂层的光滑度，稳定涂层表面的摩擦系数；而且由于胶体粒子相对细微，有相当大的比表
面积，粒子本身无色透明，不影响涂层的透明度。
为了满足连续化生产的使用要求，涂层中往往需要加入流平剂、消泡剂、增稠剂等
涂层助剂调整涂层性能；但是，经过大量实验证明，加入过多的涂层助剂，使涂层的摩擦系
数呈上升趋势；为此，本发明在降低涂层表面张力、减少涂层微泡、提高涂布均匀性的同时，
尽量减少涂层助剂的使用。
所述的流平剂采用了乙醇，以降低整体涂层的表面张力，提高涂层的流平性；同
时，乙醇的沸点较低，在涂布过程中，及时产生微泡，也能及时的上浮、破泡。
所述的消泡剂采用了正丁醇，以进一步提高消泡性；在涂布时，烘干温度达到115
℃以上，可以保证所有溶剂能够挥发完全，保证涂层的干燥性。
针对抗静电要解决材料带电问题有两种方式：抑制静电荷的产生和促进电荷的泄
漏；常用的添加型抗静电剂的作用机理主要是抗静电剂的亲水基团增加薄膜表面的吸湿
性，吸附空气中的水分，形成微薄的水膜，起泄漏电荷的作用；但是，在高湿环境下，涂层表
面吸附的水膜，使得多张胶片相互吸附，造成初始滑动困难，打印胶片的走纸受到极大影
响；本发明选择离子型抗静电剂-聚苯乙烯磺酸钠，增加制品表面的离子浓度，从而增加导
电性；也可增加薄膜表面的光滑性，降低摩擦系数，防止摩擦起电；配合使用上述离子交换
法硅溶胶，其涂膜致密且较硬，不产生静电；当聚苯乙烯磺酸钠的添加量达到涂料总量
0.25%时，可使产品表面电阻达到108～1010Ω，达到防静电体（静电耗散）的标准。
所述的苯丙乳液，由以下重量份组成：甲基丙烯酸甲酯：24份，甲基丙烯酸：3份，甲
基丙烯酸丁酯：40份，丙烯酸丁酯：12份，丙烯酸-2-乙基已酯：8份，苯乙烯：13份，双丙酮丙
烯酰胺：0.6份，过硫酸铵：0.6份，乳化剂OP-10：2份，十二烷基磺酸钠：1份，磷酸氢二钠：0.3
份，水：100份。
经过大量实验论证，配制涂层所用的水性乳液聚合物分子结构对涂层动静摩擦系
数有很大影响；当聚合物分子链的链柔顺性较好时，涂层的动静摩擦系数均较大，粘连现象
严重。
通过改变高分子的侧基结构，从而降低的链柔顺性，进而减小涂层的摩擦系数；1）
侧基越短，分子呈刚性，柔顺性越差；2）对于极性侧基，侧基极性越强，则柔性越差；极性基
团分布密度越高，柔性越差；3）对于非极性侧基，其体积越大，链的柔顺性越差；非极性侧基
的分子链间距越小，柔顺性越差；4）交联度越大，分子链柔顺性越差。
本发明对丙烯酸类聚合单体的种类进行了筛选，使用乳液聚合技术，合成了本发
明的苯丙乳液；为了兼顾涂层的柔韧性、耐刮擦性；所述的苯丙乳液中选择带有酯基-COOR
的聚合单体进行合成反应，借助酯基的强极性，限制了分子链的柔顺性；同时，避免侧基过
长，只选用短侧基的乙酯、丁酯类单体；大量选用带有甲基短侧基的聚合单体，是利用甲基
提高聚合物分子链的支化率，增加分子链之间的物理缠结作用，分子链活动受阻，柔顺性下
降；并引入了苯乙烯单体，其携带的苯环体积大，空间位阻作用明显，分子链活动受阻，柔顺
性降低；还能赋予涂层良好的耐溶剂、耐水、耐候性，提高涂层的强度；同时，使用了双丙酮
丙烯酰胺以提高聚合物的交联度；双丙酮丙烯酰胺具有两种反应性基团：N-取代的酰胺和
甲酮，极易与其他乙烯及单体共聚，从而向聚合物中引入酮羰基，利用酮羰基的化学性质，
可以使聚合物发生交联接枝等反应；涂层固化后，通过交联点之间的反应，涂层由线性分子
转变成体型分子，涂层的耐刮擦性、表面强度等力学性能均大幅增强，而摩擦系数则有一定
的减小。
所述的苯丙乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤①：单体混合液的制备：将甲基丙烯酸甲酯24份，甲基丙烯酸3份，甲基丙烯酸丁酯
40份，丙烯酸丁酯12份，丙烯酸-2-乙基己酯8份，苯乙烯13份，双丙酮丙烯酰胺0.6份与90%
重量分数的水，按照比例混合后得到单体混合液，备用；
步骤②：预乳化液的制备：取步骤①中得到的单体混合液重量的10-50%与乳化剂OP-
10、十二烷基磺酸钠、PH调节剂磷酸氢二钠混合，在1200rpm转速下分散1小时，制成预乳化
液；
步骤③：将引发剂过硫酸铵用剩余的水溶解，配成引发剂水溶液，然后将引发剂水溶液
重量的20%加到预乳化液中；
步骤④：将步骤③产生的溶液加热至70℃左右，在300rpm转速下搅拌进行聚合反应，合
成种子液；
步骤⑤：当步骤④中的种子液出现蓝光，冷凝管没有明显回流时，开始逐步滴加剩余部
分单体混合液，3-4小时内滴完；同时，期间每半小时补加剩余的引发剂水溶液，保持体系温
度在70℃左右；全部单体混合液和引发剂水溶液滴加完成后，将体系温度上升至75℃，保温
30分钟以上；最后升温至80℃，保温2小时，形成乳液；
步骤⑥：将步骤⑤中制得的乳液冷却至常温，用氨水调节PH值至8-9，用300目滤网过
滤，得到苯丙乳液；
步骤⑦：对苯丙乳液进行检测；将苯丙乳液涂覆在光滑薄膜上，使用FPT-F1摩擦系数/
剥离试验仪进行测试，滑块重量为500g，测得的动摩擦系数μk为0.15，静摩擦系数μs为
0.30。
本发明达到的技术性能指标：
技术性能指标
测试值
光泽度
>85%
表面电阻率
108～1010Ω
涂层硬度
2H
涂层回粘性
50℃下，≥48h无回粘
静摩擦系数μs
0.22
动摩擦系数μk
0.12
高速打印走纸通过率
≥10000张不卡纸
激光打印色分辨率
1200×1200 dpi以上
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于
所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，
这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍
处于本发明的保护范围之中。