WO2018141769A1 - Additive for lds plastics - Google Patents

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WO2018141769A1
WO2018141769A1 PCT/EP2018/052347 EP2018052347W WO2018141769A1 WO 2018141769 A1 WO2018141769 A1 WO 2018141769A1 EP 2018052347 W EP2018052347 W EP 2018052347W WO 2018141769 A1 WO2018141769 A1 WO 2018141769A1
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WO
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coating
iron
lds
weight
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Prior art date
Application number
PCT/EP2018/052347
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German (de)
French (fr)
Inventor
Helge Kniess
Original Assignee
Merck Patent Gmbh
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02Ingredients treated with inorganic substances
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2265Oxides; Hydroxides of metals of iron
    • C08K2003/2268Ferrous oxide (FeO)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds

Definitions

  • the present invention relates to an LDS-active additive for LDS plastics, and more particularly to the use of pigments comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, the coating comprising iron in the oxidation states (0) and / or (II) contains, as LDS additive in polymer compositions, which are used for an LDS process, on a polymer composition containing such an additive, and on an article with metallized conductor tracks, in which a polymeric body of the article or a polymeric Coating on a base body contains an LDS additive of the type mentioned.
  • MIDs Molded Interconnect Devices
  • plastic-containing coating with the necessary switching structures are provided. As a rule, this requires product-specific special tools that are expensive to purchase and inflexible in use.
  • the LPDS-developed LDS process offers the decisive advantage that the circuit structures can be directly and individually adapted to the plastic base part or the plastic-containing coating by means of a laser beam the base part can be cut and then metallized.
  • simpler methods, such as the 1-component injection molding process are suitable and the cutting of the circuit structures can also be controlled three-dimensionally.
  • LDS additive In order to be able to obtain metallizable circuit structures by laser beam, a so-called LDS additive must be added to the plastic base part or the plastic-containing coating. This must be on
  • the LDS additive is generally metal compounds that are activated during processing with the laser beam on the surfaces machined by the laser in such a way that metal nuclei are released, which are the subsequent attachment of electrically conductive metals for the formation of electrical circuits to the activated Favor digits in the plastic.
  • these metal compounds react laser-active (usually laser-absorbing) and cause the plastic on the surfaces machined by the laser to be ablated and carbonized, so that a circuit structure is engraved into the plastic base part.
  • the metal compounds remain unchanged.
  • the LDS additives can either be added to the plastics material as a whole prior to deformation to the plastic base part or only as a component in a separate plastic-containing layer, a coating, a lacquer layer on the surface into which the circuit structure is to be cut by laser. or the like.
  • a microrough surface is also created within the circuit structure, which creates the prerequisite for the conductive metal, as a rule, to be Copper, during the subsequent metallization adherent to the plastic can anchor.
  • the metallization is then usually carried out in electroless copper baths, which can be followed by another application of nickel and gold layers, also in electroless baths.
  • nickel and gold layers also in electroless baths.
  • other metals such as tin, silver and palladium may also be applied, optionally in combination with, for example, gold.
  • the pre-structured plastic components are equipped with the individual electronic components.
  • the objective of the LDS procedure is to have two or three
  • Switching structures may have an electrical conductivity, but not the plastic base body or the coating itself.
  • LDS additives were therefore proposed in the past usually additives that do not even have an electrical conductivity and the base material does not impart such.
  • non-conductive organic heavy metal complexes were provided as LDS additive, which are especially palladium-containing (EP 0 917 597 B1).
  • plastics are added as an LDS additive to non-conductive inorganic metal compounds which are not soluble in the application medium and which are inorganic metal compounds of metals of the d and f groups of the periodic table with nonmetals.
  • Preference is given to using copper compounds, in particular copper spinels.
  • Organic Pd complexes, or copper spinels also have a dark inherent color and also impart a dark color to plastics that contain them.
  • the copper compounds cause a partial degradation of the surrounding plastic molecules. Of course, the degradation of the plastic base is undesirable.
  • WO 2012/126831 has proposed LDS-compatible plastics and a corresponding LDS process in which an LDS additive containing antimony-doped tin dioxide is added and in the ClELab color space has an L * value (brightness) of at least 45.
  • an LDS additive containing antimony-doped tin dioxide is added and in the ClELab color space has an L * value (brightness) of at least 45.
  • it is doped with antimony
  • Zinndioxid coated mica in amounts of 2 to 25 wt.%, Based on the total plastic composition used.
  • EP 2 676 799 A1 has proposed a thermoplastic resin composition for use in the LDS process, in which materials containing at least one element selected from copper, antimony and tin and a Mohs hardness are used as the LDS additive which is at least 1, 5 lower than the Mohs hardness of the added inorganic fibers, which is usually to
  • antimony is subject to administrative restrictions in some countries, because it fears environmental damage, which could occur in particular in the manufacture or recycling of the corresponding compounds or components containing them.
  • the object of the present invention is therefore to provide an LDS additive for LDS plastics available, which is free of antimony, tin and copper, can be used in glass fiber reinforced plastic compositions without mechanical impairment of the glass fibers and beyond a good metallization of the circuit structures available in the LDS method when using the widest possible range of laser parameters.
  • Another object of the present invention is to provide a polymeric composition which is suitable for the LDS process and has the properties described above.
  • An additional object of the present invention is to provide articles having a circuit structure produced by the LDS method and having the above-mentioned characteristics.
  • the object of the present invention is achieved by the use of pigments which have a substrate and a coating located on the substrate, wherein the coating contains iron in the oxidation state (0) and / or (II), as LDS additive (Laser direct structuring additive) in a polymeric composition. Furthermore, the object of the present invention is also achieved by a polymeric composition comprising at least one polymeric plastic and an LDS additive, wherein the LDS additive
  • Oxidation level (0) and / or (II) contains.
  • the object of the invention is achieved by an article having a circuit structure produced in an LDS method, consisting of a plastic base body or a plastic-containing coating having body and on the surface of the
  • Base body or the coating located metallic interconnects wherein the plastic base body or the plastic-containing coating of the base body contains an LDS additive containing pigments having a substrate and a coating thereon, wherein the coating iron in the oxidation state (0) and / or (II).
  • Pigments comprising a substrate and a coating on the substrate, the coating containing iron in the oxidation state (0) and / or (II), are known per se.
  • US Pat. No. 4,867,793 describes colored effect pigments
  • the iron (II) oxide-containing coating can be prepared by reducing a Fe 2 O 3 layer previously deposited on the substrate.
  • pigments which comprise a substrate and a coating located on the substrate, the coating containing metallic iron.
  • the pigments have a gray-black body color, a high gloss and an interference color and can be used in a wide variety of applications, including laser marking of plastics.
  • the usual laser marking of plastics differs significantly from the laser processing of plastics in the LDS process.
  • a laser-absorbing additive absorbs the energy of the laser beam and releases it to the surrounding plastic matrix, so that the latter is either foamed or carbonized, which produces the desired laser marking.
  • the surface of the plastic body if no Ablati réelle the surface is desired to remain undamaged and the marking only inside the
  • Plastic body can be generated below the surface. The energy required for the process of the laser beam is adjusted accordingly.
  • the plastic bodies provided with the laser-absorbing additives should not have a large-area electrical conductivity. Therefore, specially developed additives are regularly used for the application in the LDS process.
  • pigments comprising a substrate and a coating located on the substrate, wherein the coating contains iron in the oxidation state (0) and / or (II), as LDS additive in a polymeric Composition are very suitable.
  • the present invention therefore relates to the use of said pigments as LDS additive in polymeric compositions for use in the LDS process.
  • pigment substrates according to the invention such materials are selected which have a low intrinsic hardness and thereby contribute to a low mechanical stress on the preferably glass-fiber reinforced plastics in which the LDS additives according to the present invention are to be used.
  • Suitable materials for this purpose are those which have a Mohs hardness of less than 5, for example natural or synthetic mica, talc, kaolin, graphite, wollastonite and BiOCl. Except for wollastonite
  • Pigment substrates of this type are known for use in effect pigments.
  • shape of the pigment substrates for the use of resulting LDS additives not critical and may be spherical, platelet-shaped, needle-shaped, fibrous or regular or
  • platelet-shaped substrates are preferred because of better availability.
  • substrates of natural or synthetic mica, of talc, kaolin or graphite, or mixtures of two or more of these substrates are particularly preferred because of their particularly low Mohs hardness. All of these substrates are also available in platelet form in the market.
  • substrates of natural or synthetic mica, talc or kaolin, and mixtures of at least two of these are especially preferred.
  • the proportion by weight of the substrate should be at least 50% by weight, based on the total weight of the pigment. It is according to the invention at 50 to 99 wt.%, In particular at 60 to 99 wt.%, Particularly preferably at 65 to 99 wt.%, Each based on the total weight of the pigment.
  • the proportion of the coating according to the invention is 1 to 50 wt.%, In particular 1 to 40 wt.% And particularly preferably 1 to 35 wt.%, Based on the total weight of the pigment.
  • the coating of the LDS additive pigments used according to the invention can be composed differently.
  • the coating contains iron in the oxidation state (0) as the sole iron component. Accordingly, iron is present in the coating exclusively in metallic form. Pigments of this type can analogously to those in WO 2007/000253 A2 are described.
  • a substrate coated with iron oxide, preferably Fe 2 O 3, or the corresponding hydrated oxide is treated in a reducing gas atmosphere at a temperature of> 700 ° C reducing until the total amount of iron oxide or Eisenoxidhydrates is reduced to metallic iron.
  • reducing gases pure nitrogen as well as mixtures of hydrogen and nitrogen are suitable.
  • a hydrogen content of 4 to 20% by volume, in particular from 5 to 8% by volume has proven particularly suitable.
  • the presence of pure carbon, preferably in the form of graphite or carbon black, in the reduction process may favor the formation of the metallic iron in the coating of the LDS additive pigment according to the invention.
  • the carbon may be present as a graphite substrate, as a carbonaceous layer on the substrate between substrate and iron oxide-containing layer or on the iron oxide-containing layer, in the form of particulate carbon black in the iron oxide-containing layer or in the reduction process in addition to the iron oxide. coated
  • Substrate added particulate carbon black may be present.
  • the proportion by weight of pure carbon in the total solids mass in the reduction process can be in the range from 0 to 50% by weight, in particular from 0.5 to 40% by weight.
  • the coating contains iron in the oxidation state (II) as the only iron component.
  • iron is considered to belong to the oxidation state (II) when it is present in a compound in the oxidation state range of 1.94 to 2.0. Consequently, all connections in the range from Feo.97O to FeO are included here.
  • the corresponding pigments can be prepared according to the method described in WO 2007/000253 A2. At a temperature of> 700 ° C is a with
  • Pure nitrogen is used here preferably as a reducing gas, although in principle a mixture of hydrogen and nitrogen, as described above, is suitable.
  • the reduction time is shortened accordingly compared to the reduction to pure metallic iron. Again, the presence of pure carbon in the reduction process, in one of the above forms, has proved to be advantageous.
  • the coating contains iron in the oxidation states (0) and (II).
  • Pigments of this composition can be prepared in a simpler manner than the pigments according to the abovementioned two embodiments, because the
  • Oxidation levels (0) or (II) in pure form in the pigment coating instead, mixtures of Fe (0) and Fe (II) in the coating can be produced in a simpler manner.
  • pigments containing in their coating both metallic iron in the oxidation state (0) and iron in the oxidation state (II) as a LDS additive better metallization of the laser-preformed conductor tracks on the treated Plastic bodies allow. For this reason, the third embodiment in which the coating of the pigments contains iron in the oxidation states (0) and (II) is preferred.
  • the pigments of the third embodiment can also be described by the process described in WO 2007/000253 A2
  • the pigment used as LDS additive according to the present invention may additionally contain iron in the oxidation state (III) in the coating. This can be present either in combination with iron in the oxidation state (0) or in combination with iron in the oxidation state (II) or in combination with iron in the oxidation states (0) and (II) in the coating.
  • Iron in the oxidation state (III) occurs in the form of the oxidic compounds Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 or in the form of FeO (OH).
  • Iron (III) oxide or oxide hydrate in Fe (0) or Fe (II) does not occur or the formation of Fe3O 4 is favored.
  • the presence of iron in the oxidation state (III), in particular in the form of Fe3O 4 (a mixed oxide of Fe (II) O and Fe (III) 2O3) does not interfere with the suitability of the pigments used in the invention as LDS additive, as long as Fe (0 ) and / or Fe (II) are present in a sufficient amount in the coating of the pigments, the latter being already ensured via iron of the oxidation state (II) in Fe 3 O 4 . Therefore, pigments of the fourth embodiment are also preferably used as LDS additive.
  • the weight fraction of the coating in the pigment used according to the invention is 1 to 50% by weight, preferably 1 to 40% by weight and in particular 1 to 35% by weight, based on the total weight of the pigment.
  • the coating can be single-layered or multi-layered, in particular one or two-layered, on the substrate.
  • the coating is single-layered, it can be iron in the
  • Oxidation state (0) to 100 wt.% Or iron in the oxidation state (II) to 100 wt.% (First and Second Embodiments). According to the third and partially of the fourth embodiment is
  • Coating according to the invention in the range of 10 to 95 wt.%, And the proportion of iron in the oxidation state (II) at 5 to 90 wt.%, Based on the weight of the coating.
  • the total weight of the coating in each case 100 wt.%, Even if in addition to iron in the oxidation states (0) and (II) iron in the oxidation state (III) is present in the coating.
  • the iron-containing coating of the pigment used according to the invention is multi-layered, in particular two-layered, it preferably consists of one or more iron-free layer (s) and an iron-containing layer which is located on the substrate as the uppermost layer of the layer sequence. Between the substrate and the iron-containing layer are therefore still one or more iron-free
  • This intermediate layer (s) can be used to adjust the color properties of the pigments used according to the invention, to improve the adhesion of the iron-containing layer or to introduce carbon into the pigment body.
  • various metal oxides such as, for example, S1O2, Al2O3, T1O2, SnO2, ZrO2 or Cr2O3 are suitable.
  • these metal oxides each have rather high Mohs hardness, so that the total layer thickness of the intermediate layer (s) should not exceed 100 nm as possible, that is at 1 to 100 nm, in particular 1 to 50 nm, should, with a high proportion by weight of the substrate of preferably> 60 wt.%, Based on the total weight of the pigment.
  • the weight ratio of iron in the oxidation state (0) is from 10 to 95% by weight and the proportion by weight of iron in the oxidation state (II) from 5 to 90% by weight, based in each case on the total weight of the coating.
  • the pigments used according to the invention preferably have at most one, in particular no, iron-free intermediate layer.
  • an LDS additive according to the present invention which consists of a substrate of natural or synthetic mica, talc, kaolin or graphite, or a mixture of two or more of these substrates, and a single-layer
  • an LDS additive which consists of a substrate of natural or synthetic mica, talc or kaolin, or a mixture of at least two of these substrates, and a single-layer coating, which iron in the oxidation state (0 ) and / or (II).
  • the layer thickness of the iron-containing coating which contains iron in the oxidation state (0) and / or (II) on the substrate of the pigment is in the range from 1 to 300 nm, in particular in the range from 1 to 100 nm.
  • the pigments used according to the invention as LDS additive have particle sizes in the range from 1 to 100 ⁇ m, preferably in the range from 1 to 50 ⁇ m, and in particular in the range from 1 to 30 ⁇ m. Particular preference is given to pigments having particle sizes in the range from 1 to 30 ⁇ , in which the dgs value is less than 15 ⁇ .
  • a dgs value of ⁇ 15 ⁇ means that 95 vol.% Of the particles of a pigment bed have a particle size of less than 15 ⁇ .
  • the corresponding dso value is ⁇ 10 ⁇ .
  • the specified particle sizes can be determined by conventional methods for particle size determination. Particularly preferred is a method for particle size determination according to the laser diffraction method, in which advantageously both the nominal particle size of the individual particles and their percentage particle size distribution can be determined.
  • a Malvern 2000 device from Malvern Instruments Ltd., UK is used under standard conditions of ISO / DIS 13320. The described, provided with an iron-containing coating
  • LDS additives known in the art in the LDS-enabled polymeric composition. In the latter case, the proportion of inventive LDS additive is reduced by the proportion of the other or the other LDS additive.
  • the proportion of LDS additives is usually not more than the above-mentioned 30 wt .-%, based on the total weight of the LDS-capable polymeric composition.
  • the with pigments containing iron in the oxidation state (0) and / or (II) are used as sole LDS additive in the LDS-suitable polymeric compositions.
  • the polymeric composition can be either a thermoplastic polymeric composition or a thermoplastic polymer composition
  • thermosetting polymeric composition Depending on the desired application of the polymeric LDS-suitable materials, either the thermoplastic or the thermosetting composition may be preferred in each case.
  • the polymeric compositions are composed to a predominant proportion (usually> 50 wt .-%) of thermoplastic or thermosetting plastics.
  • thermoplastics are amorphous and semi-crystalline thermoplastics in a wide range of materials, such as various polyamides (PA), polycarbonate (PC), polyphthalamide (PPA), polyphenylene oxide (PPO), polybutylene terephthalate (PBT), cycloolefin polymers (COP), polyaryl ethers - ketones, such as Polyetheretherketone (PEEK), liquid crystal polymers (LCP) or their copolymers or blends, such as acrylonitrile-butadiene-styrene / polycarbonate blend (PC / ABS) or PBT / PET. They are suitable by all well-known polymer manufacturers
  • thermosetting plastics in particular different polyurethanes, melamine resins, phenolic resins, polyesters and epoxy resins are suitable.
  • LDS additive pigments used according to the invention are very particularly suitable as LDS additives in glass fiber-reinforced materials
  • glass fiber reinforced plastics because, despite the iron-containing coating, they do not mechanically attack or destroy the glass fibers they contain LDS use, the positive mechanical properties of glass fiber reinforced plastics can be maintained. As glass fibers, all can usually be used in the production of polymers
  • plastic articles used glass fibers regardless of their concrete material composition, size and shape, are used.
  • the glass fibers, as well as the polymeric materials for the polymeric compositions are commercially available from a variety of manufacturers.
  • the incorporation of the LDS additives described in the invention into the polymeric composition can be carried out, for example, by compounding, masterbatches, pastes or by direct addition in the shaping processing step.
  • the polymeric compositions which contain the pigments used according to the invention as LDS additive may optionally additionally contain further fillers and / or colorants as well as stabilizers, auxiliaries and / or flame retardants. Suitable further fillers are, for example, various silicates, S1O2, talc, kaolin, mica, wollastonite, glass beads, carbon fibers or the like.
  • Suitable colorants are both organic dyes and inorganic or organic color pigments. They serve to change the color or the lightening of the polymeric plastic compositions, which have a rather dark color due to the inventive use of iron-containing pigments as LDS additive depending on the percentage content. As examples, only the most commonly used white pigments ⁇ 2, ZnO, BaSO 4 and CaCO3 are mentioned here. The amount and type of added fillers and / or colorants is only by the particular concrete material condition the individual LDS-suitable compositions, in particular of the plastics used, limited.
  • the iron-containing pigments used according to the invention are very well suited as LDS additives and also in the polymer compositions added thereto for the LDS process at a customary use concentration of 0.1 to 30% by weight % do not lead to the formation of electrical conductive paths in the polymeric body or the polymer-containing coating on the body of the article to be produced, although the pigments as such have at least partially their own electrical conductivity. Therefore, the polymeric compositions provided with the LDS additive used according to the invention are also suitable for applications in the high-frequency range. At the same time, the LDS additives used according to the invention have a high laser activity and lead to the desired microrough surfaces within the ablated and carbonized by the laser beam line structures when laser action according to the LDS method, so that a subsequent
  • Metallization in good quality is possible. Very good metallizability is possible with a wide range of different laser settings.
  • the conditions that are most suitable for the laser action which are actually present can be selected in each case without any quality dips being to be expected in the subsequent metallization.
  • their use as LDS additive in plastic-containing polymeric compositions also does not result in degradation of the organic polymer molecules surrounding the LDS additives.
  • the pigments used are free of antimony, tin and copper and are particularly suitable for use in glass fiber reinforced polymeric compositions.
  • the present invention also provides a polymeric composition which comprises at least one polymeric plastic and one LDS Additive contains, wherein the LDS additive contains pigments, which have a substrate and a coating thereon, wherein the coating iron in the oxidation state (0) and / or (II) contains.
  • the polymeric composition according to the invention contains the LDS additive in a proportion of 0.1 to 30 wt .-%, preferably from 0.5 to 15 wt .-%, and in particular> 1 to 10 wt .-%, based on the
  • the polymeric composition additionally contains glass fibers as filler.
  • the material composition, shape, size and amount of glass fibers depends on the desired mechanical properties
  • the polymeric composition according to the invention is intended for use in an LDS process (laser direct structuring method) for the production of metallized switching structures on two- or three-dimensional plastic basic bodies or two-dimensional or three-dimensional basic bodies bearing plastic-containing coatings. It is well suited for use in high-frequency applications and, due to the addition of the LDS additive according to the invention, effects a good metallizability of the laser structures generated by line structures, wherein the laser parameters can be selected in a broad spectrum.
  • the added LDS additive is free of antimony, tin and copper, so that no chemical interference by degradation of the polymer matrix must be feared.
  • no mechanical impairment of glass fiber reinforced polymer compositions takes place.
  • the subject matter of the present invention is also an article with a circuit structure produced in an LDS method, the article consisting of a polymer base body or a polymer-containing base body of the article and of metal conductor tracks which lie on the surface of the article Base body or on the surface of the polymer-containing coating of the base body are, wherein the polymeric base body or the polymer-containing coating of the base body contains an LDS additive containing pigments, which have a substrate and a coating thereon, wherein the coating Contains iron in the oxidation state (0) and / or (II).
  • Such articles find use, for example, in telecommunications, medical technology or in the automotive industry, where they are used for example as electronic components of mobile phones, hearing aids, dental instruments, automotive electronics and the like.
  • Coating of 55 wt.% Fe, 40 wt.% FeO and 5 wt.% Fe3O 4 consists.
  • test plates are processed with different laser power and frequency in the range of 3-16 W and 60-100 kHz in screened test fields by means of a 1064nm fiber laser, so that a low material removal occurs with simultaneous carbonation of the machined surface.
  • a commercial reductive copper bath MID Copper 100 B1, MacDermid.
  • the metallization properties are judged by the structure of the copper layer on the substrate.
  • the plating index (according to MacDermid) is given which results from the quotient of the built-up copper layer of the test material and the built-up copper layer of the reference material.
  • reference material are test plates made of PBT with a share of 5 wt .-% copper spinel (Comparative Example 1).
  • Example 4 Analogously to Example 4, 5% by weight of a pigment are incorporated as LDS additive into the PC / ABS test plates.
  • the pigment used according to the invention as an LDS additive with a coating containing Fe (O) and / or Fe (II) has distinctly better values with respect to the metallizability both in the width of the laser parameters and in terms of the nominal values of the plating index shows as the coated with antimony doped tin dioxide mica flakes according to Comparative Example 2, in which sensitivity is comparable to the copper spinel according to Comparative Example 1 and shows over the entire power range constant metallization.
  • shoulder bar type 1A, EN ISO 527-2, total length 170 mm, width at the ends 20 mm, width of the narrow parallel portion 10 mm, thickness 4 mm
  • the shoulder bars contain the LDS additive homogeneously and finely distributed and can be used for tensile tests according to DIN EN ISO 527-2.
  • Comparative B Polymer without LDS additive, extruded
  • Example according to the invention comparable to the values that can be achieved with the extruded, unpigmented polymer.

Abstract

The present invention relates to an LDS-active additive for LDS plastics, to a polymer composition containing such an additive, and to an article having metalized conductive tracks, a polymeric base of the article or a polymeric coating on a base containing an LDS additive of said type.

Description

Additiv für LDS-Kunststoffe  Additive for LDS plastics
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein LDS-aktives Additiv für LDS- Kunststoffe, und insbesondere auf die Verwendung von Pigmenten, die ein Substrat und eine sich auf dem Substrat befindliche Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in den Oxidationsstufen (0) und/oder (II) enthält, als LDS-Additiv in Polymerzusammensetzungen, die für ein LDS-Verfahren verwendet werden, auf eine Polymerzusammensetzung, enthaltend ein solches Additiv, sowie auf einen Artikel mit metalli- sierten Leiterbahnen, bei dem ein polymerer Grundkörper des Artikels oder eine polymere Beschichtung auf einem Grundkörper ein LDS-Additiv der genannten Art enthält. The present invention relates to an LDS-active additive for LDS plastics, and more particularly to the use of pigments comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, the coating comprising iron in the oxidation states (0) and / or (II) contains, as LDS additive in polymer compositions, which are used for an LDS process, on a polymer composition containing such an additive, and on an article with metallized conductor tracks, in which a polymeric body of the article or a polymeric Coating on a base body contains an LDS additive of the type mentioned.
Dreidimensionale Kunststoffbauteile, die Schaltungen tragen, so genannte MIDs (Moulded Interconnect Devices) haben sich seit Jahren am Markt etabliert und entscheidend dazu beigetragen, modernste Technologien in Bezug auf viele Anwendungen, beispielsweise in der Telekommunikation, im Automobilbau oder der Medizintechnik, zu ermöglichen. Gleichermaßen leisten sie einen wesentlichen Beitrag zur Miniaturisierung und Komplexität der einzelnen elektronischen Bauteile in derartigen Anwendungen. Three-dimensional plastic components that carry circuits, so-called MIDs (Molded Interconnect Devices) have been established on the market for years and have contributed significantly to enabling state-of-the-art technologies in many applications, such as in telecommunications, automotive or medical technology. Likewise, they make a significant contribution to the miniaturization and complexity of the individual electronic components in such applications.
Zur Herstellung dreidimensionaler MIDs gibt es verschiedene Methoden, durch die die beispielsweise mittels 2-Komponenten-Spritzguss oder Heißprägen erhaltenen Grundbauteile aus Kunststoff oder mit For the production of three-dimensional MIDs, there are various methods by which obtained for example by means of 2-component injection molding or hot stamping basic components made of plastic or with
kunststoffhaltiger Beschichtung mit den nötigen Schaltstrukturen versehen werden. In der Regel sind dafür produktspezifische Spezialwerkzeuge nötig, die in der Anschaffung teuer und im Gebrauch unflexibel sind. plastic-containing coating with the necessary switching structures are provided. As a rule, this requires product-specific special tools that are expensive to purchase and inflexible in use.
Das von der Firma LPKF entwickelte LDS-Verfahren (Laser-Direktstruktur- ierungs-Verfahren) bietet dagegen den entscheidenden Vorteil, dass die Schaltungsstrukturen durch einen Laserstrahl direkt und individuell ange- passt in das Kunststoffbasisteil oder die kunststoffhaltige Beschichtung auf dem Basisteil eingeschnitten und anschließend metallisiert werden können. Zur Herstellung der Kunststoffbasisteile sind einfachere Verfahren, wie beispielsweise das 1 -Komponenten-Spritzgießverfahren geeignet und das Einschneiden der Schaltungsstrukturen kann ebenfalls dreidimensional gesteuert werden. In contrast, the LPDS-developed LDS process (laser direct structuring method) offers the decisive advantage that the circuit structures can be directly and individually adapted to the plastic base part or the plastic-containing coating by means of a laser beam the base part can be cut and then metallized. For the production of the plastic base parts simpler methods, such as the 1-component injection molding process are suitable and the cutting of the circuit structures can also be controlled three-dimensionally.
Um per Laserstrahl metallisierbare Schaltungsstrukturen erhalten zu können, muss dem Kunststoffbasisteil oder der kunststoffhaltigen Beschichtung ein so genanntes LDS-Additiv zugesetzt werden. Dieses muss auf In order to be able to obtain metallizable circuit structures by laser beam, a so-called LDS additive must be added to the plastic base part or the plastic-containing coating. This must be on
Laserstrahlung reagieren und gleichzeitig die spätere Metallisierung vorbereiten. Bei dem LDS-Additiv handelt es sich generell um Metallverbindungen, die während der Bearbeitung mit dem Laserstrahl an den vom Laser bearbeiteten Flächen derart aktiviert werden, dass Metallkeime freigesetzt werden, die die spätere Anlagerung von elektrisch leitfähigen Metallen zur Ausbildung von elektrischen Schaltungen an den aktivierten Stellen im Kunststoff begünstigen. Gleichzeitig reagieren diese Metallverbindungen laseraktiv (in der Regel laserabsorbierend) und sorgen dafür, dass der Kunststoff an den vom Laser bearbeiteten Flächen ablatiert und karbonisiert wird, sodass eine Schaltungsstruktur in das Kunststoffbasisteil eingraviert wird. An den nicht durch den Laser aktivierten Stellen im Kunststoff bleiben die Metallverbindungen unverändert erhalten. Die LDS-Addi- tive können entweder der Kunststoffmasse als Ganzes vor der Verformung zum Kunststoffbasisteil zugesetzt werden oder aber lediglich an der Oberfläche, in die die Schaltungsstruktur per Laserstrahl eingeschnitten werden soll, als Bestandteil in einer gesonderten kunststoffhaltigen Schicht, einer Beschichtung, einer Lackschicht, oder dergleichen, vorhanden sein. Laser radiation react while preparing the subsequent metallization. The LDS additive is generally metal compounds that are activated during processing with the laser beam on the surfaces machined by the laser in such a way that metal nuclei are released, which are the subsequent attachment of electrically conductive metals for the formation of electrical circuits to the activated Favor digits in the plastic. At the same time, these metal compounds react laser-active (usually laser-absorbing) and cause the plastic on the surfaces machined by the laser to be ablated and carbonized, so that a circuit structure is engraved into the plastic base part. At the points not activated by the laser in the plastic, the metal compounds remain unchanged. The LDS additives can either be added to the plastics material as a whole prior to deformation to the plastic base part or only as a component in a separate plastic-containing layer, a coating, a lacquer layer on the surface into which the circuit structure is to be cut by laser. or the like.
Bei der Bearbeitung mit dem Laserstrahl entsteht neben der zukünftigen Schaltungsstruktur, die Metallkeime enthält, auch eine mikroraue Ober- fläche innerhalb der Schaltungsstruktur, die die Voraussetzung dafür schafft, dass sich das leitfähige Metall, in der Regel handelt es sich um Kupfer, während der anschließenden Metallisierung haftfest am Kunststoff verankern kann. During laser beam processing, in addition to the future circuit structure, which contains metal nuclei, a microrough surface is also created within the circuit structure, which creates the prerequisite for the conductive metal, as a rule, to be Copper, during the subsequent metallization adherent to the plastic can anchor.
Die Metallisierung erfolgt anschließend in der Regel in stromlosen Kupfer- bädern, an die sich ein weiterer Auftrag von Nickel- und Goldschichten, ebenfalls in stromlosen Bädern, anschließen kann. Es können jedoch auch andere Metalle wie Zinn, Silber und Palladium, gegebenenfalls in Kombination mit beispielsweise Gold, aufgebracht werden. Anschließend werden die so vorstrukturierten Kunststoffbauteile mit den individuellen elektroni- sehen Bauteilen bestückt. The metallization is then usually carried out in electroless copper baths, which can be followed by another application of nickel and gold layers, also in electroless baths. However, other metals such as tin, silver and palladium may also be applied, optionally in combination with, for example, gold. Subsequently, the pre-structured plastic components are equipped with the individual electronic components.
Die Zielstellung des LDS-Verfahrens besteht darin, zwei- oder The objective of the LDS procedure is to have two or three
dreidimensionale elektrisch leitfähige Schaltstrukturen auf zwei- oder dreidimensionalen Kunststoffgrundkörpern oder Grundkörpern mit kunststoffhaltiger Beschichtung zu erzeugen. Es versteht sich von selbst, dass zu diesem Zwecke lediglich die erzeugten metallisierten To produce three-dimensional electrically conductive switching structures on two- or three-dimensional plastic basic bodies or bodies with plastic-containing coating. It goes without saying that for this purpose only the metallized produced
Schaltstrukturen eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen dürfen, nicht jedoch die Kunststoffgrundkörper oder die Beschichtung selbst. Als LDS- Additive wurden daher in der Vergangenheit in der Regel Additive vorgeschlagen, die selbst nicht über eine elektrische Leitfähigkeit verfügen und dem Basismaterial auch eine solche nicht verleihen. Switching structures may have an electrical conductivity, but not the plastic base body or the coating itself. As LDS additives were therefore proposed in the past usually additives that do not even have an electrical conductivity and the base material does not impart such.
Ursprünglich waren als LDS-Additiv nichtleitende organische Schwermetallkomplexe vorgesehen, die insbesondere Palladium-haltig sind (EP 0 917 597 B1 ). Originally, non-conductive organic heavy metal complexes were provided as LDS additive, which are especially palladium-containing (EP 0 917 597 B1).
In der EP 1 274 288 B1 werden Kunststoffen als LDS-Additiv nichtleitende anorganische Metallverbindungen zugesetzt, die im Anwendungsmedium nicht löslich sind und anorganische Metallverbindungen von Metallen der d- und f-Gruppe des Periodensystems mit Nichtmetallen darstellen. Bevorzugt werden Kupferverbindungen eingesetzt, insbesondere Kupferspinelle. Organische Pd-Komplexe oder auch Kupferspinelle weisen eine dunkle Eigenfärbung auf und verleihen Kunststoffen, die sie enthalten, ebenfalls eine dunkle Farbe. Außerdem bewirken insbesondere die Kupferverbindungen eine teilweise Degradation der sie umgebenden Kunststoff- moleküle. Selbstverständlich ist die Degradation der Kunststoffbasis unerwünscht. In EP 1 274 288 B1, plastics are added as an LDS additive to non-conductive inorganic metal compounds which are not soluble in the application medium and which are inorganic metal compounds of metals of the d and f groups of the periodic table with nonmetals. Preference is given to using copper compounds, in particular copper spinels. Organic Pd complexes, or copper spinels, also have a dark inherent color and also impart a dark color to plastics that contain them. In addition, in particular the copper compounds cause a partial degradation of the surrounding plastic molecules. Of course, the degradation of the plastic base is undesirable.
Um Kunststoffe mit einer hellen Eigenfarbe für das LDS-Verfahren zugänglich zu machen, wurden in der WO 2012/126831 LDS-taugliche Kunststoffe und ein entsprechendes LDS-Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein LDS-Additiv zugegeben wird, welches mit Antimon dotiertes Zinndioxid enthält und im ClELab-Farbraum einen L*-Wert (Helligkeit) von mindestens 45 aufweist. Vorzugsweise wird mit Antimon dotiertem In order to make plastics having a light inherent color accessible to the LDS process, WO 2012/126831 has proposed LDS-compatible plastics and a corresponding LDS process in which an LDS additive containing antimony-doped tin dioxide is added and in the ClELab color space has an L * value (brightness) of at least 45. Preferably, it is doped with antimony
Zinndioxid beschichteter Glimmer in Mengen von 2 bis 25 Gew.%, bezogen auf die Gesamtkunststoffmasse, eingesetzt. Zinndioxid coated mica in amounts of 2 to 25 wt.%, Based on the total plastic composition used.
Moderne Kunststoffe, die für das LDS-Verfahren verwendet werden, sind häufig mit Füllstoffen versehen. Insbesondere werden sie zur Einstellung vorteilhafter mechanischer Eigenschaften mit Glasfasern verstärkt. Es hat sich aber herausgestellt, dass verschiedene LDS-Additive die mechanische Festigkeit, die durch Glasfasern erzielt wird, herabsetzen, weil sie eine derart hohe Eigenhärte aufweisen, dass die Glasfasern in der Polymermasse beschädigt oder gar zerstört werden. Aus diesem Grunde ist in der EP 2 676 799 A1 eine thermoplastische Harzzusammensetzung zur Verwendung im LDS-Verfahren vorgeschlagen worden, bei der als LDS- Additiv Materialien eingesetzt werden, die mindestens ein Element, ausgewählt aus Kupfer, Antimon und Zinn, enthalten und eine Mohshärte aufweisen, die mindestens um 1 ,5 geringer ist als die Mohshärte der zugesetzten anorganischen Fasern, wobei es sich in der Regel um Modern plastics used for the LDS process are often filled with fillers. In particular, they are reinforced with optical fibers to set advantageous mechanical properties. However, it has been found that various LDS additives reduce the mechanical strength that is achieved by glass fibers, because they have such a high intrinsic hardness that the glass fibers are damaged or even destroyed in the polymer composition. For this reason, EP 2 676 799 A1 has proposed a thermoplastic resin composition for use in the LDS process, in which materials containing at least one element selected from copper, antimony and tin and a Mohs hardness are used as the LDS additive which is at least 1, 5 lower than the Mohs hardness of the added inorganic fibers, which is usually to
Glasfasern handelt. Der Zusatz Kupfer-haltiger Verbindungen kann aber zu einer Degradation der Kunststoffmatrix führen, wie oben bereits beschrieben wurde. Glass fibers acts. However, the addition of copper-containing compounds can lead to a degradation of the plastic matrix, as already described above.
Der Einsatz von Antimon unterliegt in einigen Ländern administrativen Beschränkungen, weil dadurch Umweltschäden befürchtet werden, die insbesondere bei der Herstellung oder dem Recycling der entsprechenden Verbindungen oder diese enthaltenden Bauteile auftreten könnten. The use of antimony is subject to administrative restrictions in some countries, because it fears environmental damage, which could occur in particular in the manufacture or recycling of the corresponding compounds or components containing them.
Dieselben Beschränkungen gelten länderspezifisch teilweise auch für Verbindungen, die andere Schwermetalle enthalten. The same restrictions apply country-specifically in part to compounds containing other heavy metals.
Beim Einsatz von Zinn sind zwar keine Umweltschäden zu befürchten, aber seine Verfügbarkeit am Weltmarkt sinkt, weil natürliche Vorräte limitiert sind und Recyclingprodukte nicht überall eingesetzt werden können. Es bestand daher weiterhin ein Bedarf an LDS-Additiven, die alle Although there is no fear of environmental damage from the use of tin, its availability on the world market is declining because natural supplies are limited and recycling products can not be used everywhere. There was therefore still a need for LDS additives, all
Anforderungen hinsichtlich einer gutem Metallisierbarkeit und einer hohen mechanischen Festigkeit der damit versehenen Kunststoffmassen bei einem Einsatz im LDS-Verfahren erfüllen und gleichzeitig keinen Einschränkungen hinsichtlich Verfügbarkeit der Rohstoffe oder administrativen Anwendungsbeschränkungen unterliegen. Dabei müssen selbstverständlich alle Anforderungen an ein LDS-Additiv eingehalten werden, nämlich die Aktivierbarkeit durch Laserstrahlung, die Freisetzung von Metallkeimen durch den Laserbeschuss sowie die Ausbildung einer mikrorauen Oberfläche durch den Laserstrahl als Basis für die nachfolgende Metallisierung.  Meet requirements for a good metallizability and a high mechanical strength of the plastic compositions provided therewith when used in the LDS process and at the same time are not subject to any restrictions in terms of availability of raw materials or administrative application restrictions. Of course, all requirements for an LDS additive must be complied with, namely the activability by laser radiation, the release of metal nuclei by the laser bombardment and the formation of a microrough surface by the laser beam as the basis for the subsequent metallization.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, ein LDS- Additiv für LDS- Kunststoffe zur Verfügung zu stellen, welches frei ist von Antimon, Zinn und Kupfer, in glasfaserverstärkten Kunststoffzusammensetzungen ohne mechanische Beeinträchtigung der Glasfasern eingesetzt werden kann und darüber hinaus eine gute Metallisierbarkeit der im LDS- Verfahren erhältlichen Schaltungsstrukturen beim Einsatz einer größtmöglichen Bandbreite an Laserparametern ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine polymere Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, welche sich für das LDS-Verfahren eignet und die oben beschriebenen Eigenschaften aufweist. Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Artikel zur Verfügung zu stellen, die eine im LDS-Verfahren erzeugte Schaltungsstruktur aufweisen und über die oben genannten Eigenschaften verfügen. The object of the present invention is therefore to provide an LDS additive for LDS plastics available, which is free of antimony, tin and copper, can be used in glass fiber reinforced plastic compositions without mechanical impairment of the glass fibers and beyond a good metallization of the circuit structures available in the LDS method when using the widest possible range of laser parameters. Another object of the present invention is to provide a polymeric composition which is suitable for the LDS process and has the properties described above. An additional object of the present invention is to provide articles having a circuit structure produced by the LDS method and having the above-mentioned characteristics.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch die Verwendung von Pigmenten, die ein Substrat und eine sich auf dem Substrat befindliche Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Oxidations- stufe (0) und/oder (II) enthält, als LDS-Additiv (Laser-Direktstrukturierungs- Additiv) in einer polymeren Zusammensetzung. Des Weiteren wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch gelöst durch eine polymere Zusammensetzung, enthaltend mindestens einen polymeren Kunststoff und ein LDS-Additiv, wobei das LDS-Additiv The object of the present invention is achieved by the use of pigments which have a substrate and a coating located on the substrate, wherein the coating contains iron in the oxidation state (0) and / or (II), as LDS additive (Laser direct structuring additive) in a polymeric composition. Furthermore, the object of the present invention is also achieved by a polymeric composition comprising at least one polymeric plastic and an LDS additive, wherein the LDS additive
Pigmente enthält, welche ein Substrat und eine darauf befindliche Contains pigments which are a substrate and a thereon
Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Coating, wherein the coating iron in the
Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält. Oxidation level (0) and / or (II) contains.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch einen Artikel mit einer in einem LDS-Verfahren erzeugten Schaltungsstruktur, bestehend aus einem Kunststoffgrundkörper oder einem eine kunststoffhaltige Be- Schichtung aufweisenden Grundkörper sowie auf der Oberfläche desIn addition, the object of the invention is achieved by an article having a circuit structure produced in an LDS method, consisting of a plastic base body or a plastic-containing coating having body and on the surface of the
Grundkörpers oder der Beschichtung befindlichen metallischen Leiterbahnen, wobei der Kunststoffgrundkörper oder die kunststoffhaltige Beschichtung des Grundkörpers ein LDS-Additiv enthält, welches Pigmente enthält, die ein Substrat und eine darauf befindliche Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält. Pigmente, die ein Substrat und eine auf dem Substrat befindliche Beschich- tung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält, sind an sich bekannt. So sind beispielsweise in US 4,867,793 farbige Effektpigmente Base body or the coating located metallic interconnects, wherein the plastic base body or the plastic-containing coating of the base body contains an LDS additive containing pigments having a substrate and a coating thereon, wherein the coating iron in the oxidation state (0) and / or (II). Pigments comprising a substrate and a coating on the substrate, the coating containing iron in the oxidation state (0) and / or (II), are known per se. For example, US Pat. No. 4,867,793 describes colored effect pigments
beschrieben, welche auf einem plättchenförmigen Substrat eine kompakte Beschichtung aufweisen, die Eisen(ll)oxid enthält. Diese Pigmente weisen einen hohen Glanz und, abhängig von der Schichtdicke der Beschichtung, eine Interferenzfarbe auf. Die Eisen(ll)oxid enthaltende Beschichtung kann durch Reduktion einer vorab auf dem Substrat aufgebrachten Fe2O3- Schicht hergestellt werden. described which have a compact coating on a platelet-shaped substrate containing iron (II) oxide. These pigments have a high gloss and, depending on the layer thickness of the coating, an interference color. The iron (II) oxide-containing coating can be prepared by reducing a Fe 2 O 3 layer previously deposited on the substrate.
Aus WO 2007/000253 A2 sind Pigmente bekannt, die ein Substrat und eine sich auf dem Substrat befindliche Beschichtung umfassen, wobei die Beschichtung metallisches Eisen enthält. Die Pigmente weisen eine grauschwarze Körperfarbe, einen hohen Glanz sowie eine Interferenzfarbe auf und können in verschiedensten Anwendungsbereichen, unter anderem auch zur Lasermarkierung von Kunststoffen, eingesetzt werden. Die übliche Lasermarkierung von Kunststoffen unterscheidet sich jedoch wesentlich von der Laserbearbeitung von Kunststoffen im LDS-Verfahren. Bei der üblichen Lasermarkierung nimmt ein laserabsorbierendes Additiv die Energie des Laserstrahls auf und gibt sie an die umgebende Kunststoff- matrix ab, sodass letztere entweder aufgeschäumt oder karbonisiert wird, was die gewünschte Lasermarkierung hervorruft. Dabei soll die Oberfläche des Kunststoffkörpers, falls keine Ablatierung der Oberfläche erwünscht ist, unbeschädigt bleiben und die Markierung lediglich im Inneren des From WO 2007/000253 A2, pigments are known which comprise a substrate and a coating located on the substrate, the coating containing metallic iron. The pigments have a gray-black body color, a high gloss and an interference color and can be used in a wide variety of applications, including laser marking of plastics. The usual laser marking of plastics, however, differs significantly from the laser processing of plastics in the LDS process. In conventional laser marking, a laser-absorbing additive absorbs the energy of the laser beam and releases it to the surrounding plastic matrix, so that the latter is either foamed or carbonized, which produces the desired laser marking. In this case, the surface of the plastic body, if no Ablatierung the surface is desired to remain undamaged and the marking only inside the
Kunststoffkörpers unterhalb der Oberfläche erzeugt werden. Die für das Verfahren nötige Energie des Laserstrahls wird entsprechend eingestellt. Plastic body can be generated below the surface. The energy required for the process of the laser beam is adjusted accordingly.
Bei der Erzeugung von Schaltstrukturen mit Hilfe eines Laserstrahls im LDS-Verfahren soll dagegen die künftige Schaltstruktur mit Hilfe des Laserstrahls in die Oberfläche des entsprechenden Körpers eingraviert und gleichzeitig eine raue Oberflächenstruktur und Metallkeime erzeugt werden, die die spätere Anlagerung reiner Metalle im Metallbad (Plattierung) ermöglichen. Die Erzeugung solcher Oberflächenstrukturen muss über einen breiten Bereich an Laserparametern möglich sein und die entsprechende anschließende Metallisierung ausreichend stark, um als In the generation of switching structures by means of a laser beam in the LDS method, however, the future switching structure using the Engraved laser beam into the surface of the corresponding body and at the same time a rough surface structure and metal nuclei are generated, which allow the subsequent attachment of pure metals in the metal bath (plating). The generation of such surface structures must be possible over a wide range of laser parameters and the corresponding subsequent metallization sufficiently strong to
Leitungsstruktur für Mikroelektronik überhaupt in Frage zu kommen. Lead structure for microelectronics in question at all.
Außerdem sollen die mit den laserabsorbierenden Additiven versehenen Kunststoffkörper nicht über eine großflächige elektrische Leitfähigkeit verfügen. Daher werden für die Anwendung im LDS-Verfahren regelmäßig speziell dafür entwickelte Additive eingesetzt. In addition, the plastic bodies provided with the laser-absorbing additives should not have a large-area electrical conductivity. Therefore, specially developed additives are regularly used for the application in the LDS process.
In überraschender weise hat sich aber nun herausgestellt, dass Pigmente, die ein Substrat und eine sich auf dem Substrat befindliche Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält, als LDS-Additiv in einer polymeren Zusammensetzung sehr gut geeignet sind. Surprisingly, it has now turned out, however, that pigments comprising a substrate and a coating located on the substrate, wherein the coating contains iron in the oxidation state (0) and / or (II), as LDS additive in a polymeric Composition are very suitable.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher der Einsatz der genann- ten Pigmente als LDS-Additiv in polymeren Zusammensetzungen zur Anwendung im LDS-Verfahren. The present invention therefore relates to the use of said pigments as LDS additive in polymeric compositions for use in the LDS process.
Für den Einsatz als Pigmentsubstrate werden erfindungsgemäß solche Materialien ausgewählt, die eine geringe Eigenhärte aufweisen und dadurch zu einer geringen mechanischen Belastung der vorzugsweise Glasfaser-verstärkten Kunststoffe, in denen die LDS-Additive gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden sollen, beitragen. In Frage kommen hierfür Materialien, die eine Mohshärte von weniger als 5 aufweisen, beispielsweise natürlicher oder synthetischer Glimmer, Talk, Kaolin, Graphit, Wollastonit und BiOCI. Bis auf Wollastonit sind For use as pigment substrates according to the invention such materials are selected which have a low intrinsic hardness and thereby contribute to a low mechanical stress on the preferably glass-fiber reinforced plastics in which the LDS additives according to the present invention are to be used. Suitable materials for this purpose are those which have a Mohs hardness of less than 5, for example natural or synthetic mica, talc, kaolin, graphite, wollastonite and BiOCl. Except for wollastonite
Pigmentsubstrate dieser Art für die Anwendung in Effektpigmenten bekannt. Prinzipiell ist die Form der Pigmentsubstrate für den Einsatz der resultierenden LDS-Additive nicht entscheidend und kann kugelförmig, plättchenförmig, nadeiförmig, faserförmig oder regelmäßig bzw. Pigment substrates of this type are known for use in effect pigments. In principle, the shape of the pigment substrates for the use of resulting LDS additives not critical and may be spherical, platelet-shaped, needle-shaped, fibrous or regular or
unregelmäßig granulär sein. Auf Grund der besseren Verfügbarkeit sind plättchenförmige Substrate jedoch bevorzugt. be irregularly granular. However, platelet-shaped substrates are preferred because of better availability.
Wegen ihrer besonders geringen Mohshärte sind Substrate aus natürlichem oder synthetischem Glimmer, aus Talk, Kaolin oder Graphit, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Substrate jedoch besonders bevorzugt. Alle diese Substrate sind auch in Plättchenform im Markt verfügbar. However, substrates of natural or synthetic mica, of talc, kaolin or graphite, or mixtures of two or more of these substrates are particularly preferred because of their particularly low Mohs hardness. All of these substrates are also available in platelet form in the market.
Ganz besonders bevorzugt sind Substrate aus natürlichem oder synthetischem Glimmer, Talk oder Kaolin, sowie Gemische aus mindestens zwei von diesen. Very particular preference is given to substrates of natural or synthetic mica, talc or kaolin, and mixtures of at least two of these.
Der Gewichtsanteil des Substrates sollte mindestens 50 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pigmentes, betragen. Er liegt erfindungsgemäß bei 50 bis 99 Gew.%, insbesondere bei 60 bis 99 Gew.%, besonders bevorzugt bei 65 bis 99 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Pigmentes. The proportion by weight of the substrate should be at least 50% by weight, based on the total weight of the pigment. It is according to the invention at 50 to 99 wt.%, In particular at 60 to 99 wt.%, Particularly preferably at 65 to 99 wt.%, Each based on the total weight of the pigment.
Entsprechend beträgt der Anteil der Beschichtung erfindungsgemäß 1 bis 50 Gew.%, insbesondere 1 bis 40 Gew.% und besonders bevorzugt 1 bis 35 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pigmentes. Accordingly, the proportion of the coating according to the invention is 1 to 50 wt.%, In particular 1 to 40 wt.% And particularly preferably 1 to 35 wt.%, Based on the total weight of the pigment.
Die Beschichtung der erfindungsgemäß eingesetzten LDS-Additiv- Pigmente kann verschieden zusammengesetzt sein. The coating of the LDS additive pigments used according to the invention can be composed differently.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (0) als einzige Eisenkomponente. Demnach liegt Eisen in der Beschichtung ausschließlich in metallischer Form vor. Pigmente dieser Art können analog zu dem in WO 2007/000253 A2 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Hierzu wird ein mit Eisenoxid, vorzugsweise Fe2O3, oder dem entsprechenden Oxidhydrat beschichtetes Substrat in einer reduzierenden Gasatmosphäre bei einer Temperatur von >700°C so lange reduzierend behandelt, bis die Gesamtmenge des Eisenoxids bzw. Eisenoxidhydrates zu metallischem Eisen reduziert ist. Als Reduktionsgase sind reiner Stickstoff wie auch Gemische aus Wasserstoff und Stickstoff geeignet. Bei Verwendung eines Gemisches aus Wasserstoff und Stickstoff hat sich ein Wasserstoffanteil von 4 bis 20 Vol.%, insbesondere von 5 bis 8 Vol.%, als besonders geeignet erwiesen. Das Vorhandensein reinen Kohlenstoffs, vorzugsweise in Form von Graphit oder Ruß, im Reduktionsprozess kann die Bildung des metallischen Eisens in der Beschichtung des erfindungsgemäßen LDS- Additiv-Pigmentes begünstigen. Der Kohlenstoff kann als Graphitsubstrat, als kohlenstoffhaltige Schicht auf dem Substrat zwischen Substrat und Eisenoxid-haltiger Schicht bzw. auf der Eisenoxid-haltigen Schicht, in der Form von partikulärem Ruß in der Eisenoxid-haltigen Schicht oder in Form von im Reduktionsprozess zusätzlich zum Eisenoxid-beschichteten In a first embodiment of the present invention, the coating contains iron in the oxidation state (0) as the sole iron component. Accordingly, iron is present in the coating exclusively in metallic form. Pigments of this type can analogously to those in WO 2007/000253 A2 are described. For this purpose, a substrate coated with iron oxide, preferably Fe 2 O 3, or the corresponding hydrated oxide is treated in a reducing gas atmosphere at a temperature of> 700 ° C reducing until the total amount of iron oxide or Eisenoxidhydrates is reduced to metallic iron. As reducing gases pure nitrogen as well as mixtures of hydrogen and nitrogen are suitable. When using a mixture of hydrogen and nitrogen, a hydrogen content of 4 to 20% by volume, in particular from 5 to 8% by volume, has proven particularly suitable. The presence of pure carbon, preferably in the form of graphite or carbon black, in the reduction process may favor the formation of the metallic iron in the coating of the LDS additive pigment according to the invention. The carbon may be present as a graphite substrate, as a carbonaceous layer on the substrate between substrate and iron oxide-containing layer or on the iron oxide-containing layer, in the form of particulate carbon black in the iron oxide-containing layer or in the reduction process in addition to the iron oxide. coated
Substrat zugesetztem partikulärem Ruß vorhanden sein. Der Gewichtsanteil von reinem Kohlenstoff an der Gesamtfeststoffmasse im Reduktions- verfahren kann dabei im Bereich von 0 bis 50 Gew.%, insbesondere von 0,5 bis 40 Gew.%, liegen. Substrate added particulate carbon black may be present. The proportion by weight of pure carbon in the total solids mass in the reduction process can be in the range from 0 to 50% by weight, in particular from 0.5 to 40% by weight.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (II) als einzige Eisenkomponen- te. Erfindungsgemäß wird Eisen dann als zur Oxidationsstufe (II) gehörig betrachtet, wenn es in einer Verbindung im Oxidationsstufenbereich von 1 ,94 bis 2,0 vorliegt. Demzufolge sind hier alle Verbindungen im Bereich von Feo.97O bis FeO eingeschlossen. Auch hier können die entsprechenden Pigmente gemäß dem in WO 2007/000253 A2 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Bei einer Temperatur von >700°C wird ein mit In a second embodiment of the present invention, the coating contains iron in the oxidation state (II) as the only iron component. In the present invention, iron is considered to belong to the oxidation state (II) when it is present in a compound in the oxidation state range of 1.94 to 2.0. Consequently, all connections in the range from Feo.97O to FeO are included here. Again, the corresponding pigments can be prepared according to the method described in WO 2007/000253 A2. At a temperature of> 700 ° C is a with
Eisen(lll)oxid oder dem entsprechenden Oxidhydrat beschichtetes Substrat so lange reduzierend behandelt, bis die Gesamtmenge des Eisenoxids bzw. Oxidhydrates zu Eisen(ll)oxid reduziert ist. Reiner Stickstoff wird hier vorzugsweise als Reduktionsgas eingesetzt, obwohl prinzipiell auch ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff, wie oben beschrieben, geeignet ist. Die Reduktionsdauer wird gegenüber der Reduktion zu reinem metal- lischen Eisen entsprechend verkürzt. Auch hier hat sich das Vorhandensein von reinem Kohlenstoff im Reduktionsverfahren, in einer der oben genannten Formen, als vorteilhaft erwiesen. Iron (III) oxide or the corresponding oxide hydrate coated substrate treated reducing until the total amount of iron oxide or Oxidhydrates is reduced to iron (II) oxide. Pure nitrogen is used here preferably as a reducing gas, although in principle a mixture of hydrogen and nitrogen, as described above, is suitable. The reduction time is shortened accordingly compared to the reduction to pure metallic iron. Again, the presence of pure carbon in the reduction process, in one of the above forms, has proved to be advantageous.
In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Beschichtung Eisen in den Oxidationsstufen (0) und (II). Pigmente dieser Zusammensetzung sind in einfacherer Weise herstellbar als die Pigmente gemäß den oben genannten beiden Ausführungsformen, weil die In a third embodiment of the present invention, the coating contains iron in the oxidation states (0) and (II). Pigments of this composition can be prepared in a simpler manner than the pigments according to the abovementioned two embodiments, because the
Reaktionsbedingungen bei der Reduktion nicht in gleichem Maße streng reguliert werden müssen wie bei der Herstellung von Eisen in den Reaction conditions in the reduction need not be strictly regulated to the same extent as in the production of iron in the
Oxidationsstufen (0) oder (II) in reiner Form in der Pigmentbeschichtung. Vielmehr lassen sich Gemische aus Fe(0) und Fe(ll) in der Beschichtung auf einfachere Art herstellen. Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass Pigmente, die in ihrer Beschichtung sowohl metallisches Eisen in der Oxidationsstufe (0) als auch Eisen in der Oxidationsstufe (II) enthalten, auch als LDS-Additiv eine bessere Metallisierung der per Laser vorgeformten Leiterbahnen auf den zu behandelnden Kunststoffkörpern ermöglichen. Aus diesem Grunde ist die dritte Ausführungsform, bei der die Beschichtung der Pigmente Eisen in den Oxidationsstufen (0) und (II) enthält, bevorzugt. Oxidation levels (0) or (II) in pure form in the pigment coating. Instead, mixtures of Fe (0) and Fe (II) in the coating can be produced in a simpler manner. In addition, it has been found that pigments containing in their coating both metallic iron in the oxidation state (0) and iron in the oxidation state (II), as a LDS additive better metallization of the laser-preformed conductor tracks on the treated Plastic bodies allow. For this reason, the third embodiment in which the coating of the pigments contains iron in the oxidation states (0) and (II) is preferred.
Wie oben bereits beschrieben, lassen sich auch die Pigmente der dritten Ausführungsform nach dem in WO 2007/000253 A2 beschriebenen As already described above, the pigments of the third embodiment can also be described by the process described in WO 2007/000253 A2
Verfahren herstellen. Die Reduktionstemperatur wird im Bereich von 650 bis 850°C eingestellt. Die Glühdauer beträgt zwischen 30 und 120 Minuten, vorzugsweise zwischen 30 und 90 Minuten. In Bezug auf die Zusammensetzung der Reduktionsgase und das Vorhandensein von Kohlenstoff im Reduktionsprozess gelten die oben gemachten Aussagen analog. In einer vierten Ausführungsform kann das als LDS-Additiv eingesetzte Pigment gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich auch Eisen in der Oxidationsstufe (III) in der Beschichtung enthalten. Dieses kann entweder in Kombination mit Eisen in der Oxidationsstufe (0) oder in Kombination mit Eisen in der Oxidationsstufe (II) oder auch in Kombination mit Eisen in den Oxidationsstufen (0) und (II) in der Beschichtung vorliegen. Eisen in der Oxidationsstufe (III) tritt dabei in Form der oxidischen Verbindungen Fe2O3, Fe3O4 oder in Form von FeO(OH) auf. Diese Formen werden im Reduk- tionsprozess insbesondere dann erhalten, wenn die Reduktionsbedingun- gen so eingestellt sind, dass eine vollständige Überführung von Produce process. The reduction temperature is set in the range of 650 to 850 ° C. The annealing time is between 30 and 120 minutes, preferably between 30 and 90 minutes. With regard to the composition of the reducing gases and the presence of carbon in the reduction process, the statements made above apply analogously. In a fourth embodiment, the pigment used as LDS additive according to the present invention may additionally contain iron in the oxidation state (III) in the coating. This can be present either in combination with iron in the oxidation state (0) or in combination with iron in the oxidation state (II) or in combination with iron in the oxidation states (0) and (II) in the coating. Iron in the oxidation state (III) occurs in the form of the oxidic compounds Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 or in the form of FeO (OH). These forms are obtained in the reduction process in particular when the reduction conditions are set such that a complete transfer of
Eisen(lll)oxid oder -oxidhydrat in Fe(0) oder Fe(ll) nicht eintritt oder die Bildung von Fe3O4 begünstigt wird. Das Vorhandensein von Eisen in der Oxidationsstufe (III), insbesondere in Form von Fe3O4 (ein Mischoxid aus Fe(ll)O und Fe(lll)2O3) stört die Eignung der erfindungsgemäß eingesetzten Pigmente als LDS-Additiv nicht, solange Fe(0) und/oder Fe(ll) in ausreichender Menge in der Beschichtung der Pigmente vorhanden sind, wobei letzteres bereits über Eisen der Oxidationsstufe (II) im Fe3O4 gewährleistet ist. Daher werden auch Pigmente der vierten Ausführungsform bevorzugt als LDS-Additiv eingesetzt. Iron (III) oxide or oxide hydrate in Fe (0) or Fe (II) does not occur or the formation of Fe3O 4 is favored. The presence of iron in the oxidation state (III), in particular in the form of Fe3O 4 (a mixed oxide of Fe (II) O and Fe (III) 2O3) does not interfere with the suitability of the pigments used in the invention as LDS additive, as long as Fe (0 ) and / or Fe (II) are present in a sufficient amount in the coating of the pigments, the latter being already ensured via iron of the oxidation state (II) in Fe 3 O 4 . Therefore, pigments of the fourth embodiment are also preferably used as LDS additive.
Wie vorab bereits beschrieben, beträgt der Gewichtsanteil der Beschichtung im erfindungsgemäß eingesetzten Pigment 1 bis 50 Gew.%, vorzugsweise 1 bis 40 Gew.% und insbesondere 1 bis 35 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pigmentes. As already described above, the weight fraction of the coating in the pigment used according to the invention is 1 to 50% by weight, preferably 1 to 40% by weight and in particular 1 to 35% by weight, based on the total weight of the pigment.
Die Beschichtung kann ein- oder mehrschichtig, insbesondere ein- oder zweischichtig, auf dem Substrat ausgeführt sein. The coating can be single-layered or multi-layered, in particular one or two-layered, on the substrate.
Ist die Beschichtung einschichtig ausgeführt, kann sie Eisen in der If the coating is single-layered, it can be iron in the
Oxidationsstufe (0) zu 100 Gew.% oder Eisen in der Oxidationsstufe (II) zu 100 Gew.% (erste und zweite Ausführungsform) enthalten. Gemäß der dritten und teilweise der vierten Ausführungsform ist Oxidation state (0) to 100 wt.% Or iron in the oxidation state (II) to 100 wt.% (First and Second Embodiments). According to the third and partially of the fourth embodiment is
mindestens ein Gemisch aus Eisen in der Oxidationsstufe (0) und Eisen in der Oxidationsstufe (II) in der Beschichtung vorhanden. In diesem Falle liegt der Gewichtsanteil an Eisen in der Oxidationsstufe (0) in der at least one mixture of iron in the oxidation state (0) and iron in the oxidation state (II) in the coating present. In this case, the proportion by weight of iron in the oxidation state (0) in the
Beschichtung erfindungsgemäß im Bereich von 10 bis 95 Gew.%, und der Anteil an Eisen in der Oxidationsstufe (II) bei 5 bis 90 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Beschichtung. Selbstverständlich beträgt das Gesamtgewicht der Beschichtung in jedem Falle 100 Gew.%, auch wenn neben Eisen in den Oxidationsstufen (0) und (II) noch Eisen in der Oxidationsstufe (III) in der Beschichtung vorhanden ist. Coating according to the invention in the range of 10 to 95 wt.%, And the proportion of iron in the oxidation state (II) at 5 to 90 wt.%, Based on the weight of the coating. Of course, the total weight of the coating in each case 100 wt.%, Even if in addition to iron in the oxidation states (0) and (II) iron in the oxidation state (III) is present in the coating.
Liegt ein Gemisch aus Eisen in den Oxidationsstufen (0) und (II) in der Beschichtung vor, ist es vorteilhaft, wenn der Gewichtsanteil an Eisen in der Oxidationsstufe (0) vergleichsweise hoch und insbesondere größer ist als der Gewichtsanteil an Eisen in der Oxidationsstufe (II), jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung. If a mixture of iron in the oxidation states (0) and (II) in the coating before, it is advantageous if the proportion by weight of iron in the oxidation state (0) is comparatively high and in particular greater than the proportion by weight of iron in the oxidation state ( II), in each case based on the total weight of the coating.
Ist die Eisen-haltige Beschichtung des erfindungsgemäß eingesetzten Pigmentes mehrschichtig, insbesondere zweischichtig, ausgeführt, besteht sie vorzugsweise aus einer oder mehreren Eisen-freien Schicht(en) und einer Eisen-haltigen Schicht, die sich als oberste Schicht der Schichtfolge auf dem Substrat befindet. Zwischen dem Substrat und der Eisen-haltigen Schicht befinden sich demnach noch ein- oder mehrere Eisen-freie If the iron-containing coating of the pigment used according to the invention is multi-layered, in particular two-layered, it preferably consists of one or more iron-free layer (s) and an iron-containing layer which is located on the substrate as the uppermost layer of the layer sequence. Between the substrate and the iron-containing layer are therefore still one or more iron-free
Zwischenschichten, insbesondere aus Metalloxiden. Diese Zwischen- schicht(en) können zur Einstellung der Farbeigenschaften der erfindungsgemäß eingesetzten Pigmente, zur Verbesserung der Haftung der Eisenhaltigen Schicht oder zum Einbringen von Kohlenstoff in den Pigmentkörper eingesetzt werden. Als mögliche Schichtmaterialien sind verschiedene Metalloxide wie beispielsweise S1O2, AI2O3, T1O2, SnO2, ZrO2 oder Cr2O3, geeignet. Allerdings weisen diese Metalloxide jeweils recht hohe Mohs- härten auf, sodass die Gesamtschichtdicke der Zwischenschicht(en) 100 nm möglichst nicht übersteigen sollte, also bei 1 bis 100 nm, insbesondere 1 bis 50 nm, liegen sollte, bei gleichzeitig hohem Gewichtsanteil des Substrates von vorzugsweise >60 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pigmentes. Auch im Falle des Vorhandenseins von Zwischenschichten und bei gleichzeitigem Vorliegen von Fe(0) und Fe(ll) in der Beschichtung beträgt der Gewichtsanteil von Eisen in der Oxidationsstufe (0) von 10 bis 95 Gew.% und der Gewichtsanteil an Eisen in der Oxidationsstufe (II) von 5 bis 90 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung. Intermediate layers, in particular of metal oxides. This intermediate layer (s) can be used to adjust the color properties of the pigments used according to the invention, to improve the adhesion of the iron-containing layer or to introduce carbon into the pigment body. As possible layer materials, various metal oxides such as, for example, S1O2, Al2O3, T1O2, SnO2, ZrO2 or Cr2O3 are suitable. However, these metal oxides each have rather high Mohs hardness, so that the total layer thickness of the intermediate layer (s) should not exceed 100 nm as possible, that is at 1 to 100 nm, in particular 1 to 50 nm, should, with a high proportion by weight of the substrate of preferably> 60 wt.%, Based on the total weight of the pigment. Also, in the case of the existence of intermediate layers and in the presence of Fe (0) and Fe (II) in the coating, the weight ratio of iron in the oxidation state (0) is from 10 to 95% by weight and the proportion by weight of iron in the oxidation state (II) from 5 to 90% by weight, based in each case on the total weight of the coating.
Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Pigmente höchstens eine, insbesondere keine, Eisen-freie Zwischenschicht auf. The pigments used according to the invention preferably have at most one, in particular no, iron-free intermediate layer.
Besonders bevorzugt ist daher ein LDS-Additiv gemäß der vorliegenden Erfindung, welches aus einem Substrat aus natürlichem oder synthetischem Glimmer, aus Talk, Kaolin oder Graphit, oder aus einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Substrate, und einer einschichtigen Particularly preferred is therefore an LDS additive according to the present invention, which consists of a substrate of natural or synthetic mica, talc, kaolin or graphite, or a mixture of two or more of these substrates, and a single-layer
Beschichtung besteht, welche Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält. Coating containing iron in the oxidation state (0) and / or (II).
Insbesondere bevorzugt ist ein LDS-Additiv gemäß der vorliegenden Erfindung, welches aus einem Substrat aus natürlichem oder synthetischem Glimmer, aus Talk oder Kaolin, oder aus einer Mischung aus mindestens zwei dieser Substrate, und einer einschichtige Beschichtung besteht, welche Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält. Particularly preferred is an LDS additive according to the present invention, which consists of a substrate of natural or synthetic mica, talc or kaolin, or a mixture of at least two of these substrates, and a single-layer coating, which iron in the oxidation state (0 ) and / or (II).
Die Schichtdicke der Eisen-haltigen Beschichtung, welche Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält, auf dem Substrat des Pigmentes liegt im Bereich von 1 bis 300 nm, insbesondere im Bereich von 1 bis 100 nm. Die erfindungsgemäß als LDS-Additiv eingesetzten Pigmente weisen Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 100 μιτι, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 μιτι und insbesondere im Bereich von 1 bis 30 μιτι, auf. Besonders bevorzugt sind Pigmente mit Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 30 μιτι, bei denen der dgs-Wert kleiner ist als 15 μιτι. Ein dgs-Wert von < 15 μιτι bedeutet, dass 95 Vol.% der Partikel einer Pigmentschüttung eine Partikelgröße von kleiner als 15 μιτι aufweisen. Vorzugsweise liegt der entsprechende dso-Wert bei < 10 μιτι. The layer thickness of the iron-containing coating which contains iron in the oxidation state (0) and / or (II) on the substrate of the pigment is in the range from 1 to 300 nm, in particular in the range from 1 to 100 nm. The pigments used according to the invention as LDS additive have particle sizes in the range from 1 to 100 μm, preferably in the range from 1 to 50 μm, and in particular in the range from 1 to 30 μm. Particular preference is given to pigments having particle sizes in the range from 1 to 30 μιτι, in which the dgs value is less than 15 μιτι. A dgs value of <15 μιτι means that 95 vol.% Of the particles of a pigment bed have a particle size of less than 15 μιτι. Preferably, the corresponding dso value is <10 μιτι.
Die angegebenen Partikelgrößen können dabei mit üblichen Methoden zur Partikelgrößenbestimmung ermittelt werden. Insbesondere bevorzugt ist ein Verfahren zur Partikelgrößenbestimmung nach der Laserdiffraktionsmetho- de, bei der vorteilhafterweise sowohl die nominale Partikelgröße der Einzel- partikel als auch deren prozentuale Partikelgrößenverteilung bestimmt werden kann. Bevorzugt wird ein Gerät vom Typ Malvern 2000 der Firma Malvern Instruments Ltd., UK, unter Standardbedingungen der ISO/DIS 13320 verwendet. Die beschriebenen, mit einer Eisen-haltigen Beschichtung versehenenThe specified particle sizes can be determined by conventional methods for particle size determination. Particularly preferred is a method for particle size determination according to the laser diffraction method, in which advantageously both the nominal particle size of the individual particles and their percentage particle size distribution can be determined. Preferably, a Malvern 2000 device from Malvern Instruments Ltd., UK is used under standard conditions of ISO / DIS 13320. The described, provided with an iron-containing coating
Pigmente, in der Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthalten ist, sind in der jeweiligen polymeren Zusammensetzung als LDS-Additiv in einer Menge von 0,1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 15 Gew.-%, und insbesondere >1 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamt- gewicht der polymeren Zusammensetzung, enthalten. Sie können auch in Gemischen mit anderen, aus dem Stand der Technik bekannten LDS- Additiven in der LDS-fähigen polymeren Zusammensetzung eingesetzt werden. Im letzteren Falle verringert sich der Anteil an erfindungsgemäßem LDS-Additiv um den Anteil der anderen oder des anderen LDS-Additivs. In der Summe beträgt der Anteil an LDS-Additiven in der Regel nicht mehr als die oben angeführten 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der LDS-fähigen polymeren Zusammensetzung. Vorzugsweise werden die mit einer Eisen-haltigen Beschichtung versehenen Pigmente, in der Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthalten ist, als einziges LDS-Additiv in den LDS-geeigneten polymeren Zusammensetzungen eingesetzt. Bei der polymeren Zusammensetzung kann es sich sowohl um eine thermoplastische polymere Zusammensetzung als auch um eine Pigments in which iron in the oxidation state (0) and / or (II) is contained in the respective polymeric composition as LDS additive in an amount of 0.1 to 30 wt .-%, preferably from 0.5 to 15 wt .-%, and in particular> 1 to 10 wt .-%, each based on the total weight of the polymeric composition containing. They may also be used in blends with other LDS additives known in the art in the LDS-enabled polymeric composition. In the latter case, the proportion of inventive LDS additive is reduced by the proportion of the other or the other LDS additive. In sum, the proportion of LDS additives is usually not more than the above-mentioned 30 wt .-%, based on the total weight of the LDS-capable polymeric composition. Preferably, the with pigments containing iron in the oxidation state (0) and / or (II) are used as sole LDS additive in the LDS-suitable polymeric compositions. The polymeric composition can be either a thermoplastic polymeric composition or a thermoplastic polymer composition
duroplastische polymere Zusammensetzung handeln. Abhängig von der gewünschten Applikation der polymeren LDS-geeigneten Werkstoffe kann dabei jeweils entweder die thermoplastische oder auch die duroplastische Zusammensetzung bevorzugt sein. thermosetting polymeric composition. Depending on the desired application of the polymeric LDS-suitable materials, either the thermoplastic or the thermosetting composition may be preferred in each case.
Die polymeren Zusammensetzungen sind dabei zu einem überwiegenden Anteil (in der Regel >50 Gew.-%) aus thermoplastischen bzw. duroplastischen Kunststoffen zusammengesetzt. The polymeric compositions are composed to a predominant proportion (usually> 50 wt .-%) of thermoplastic or thermosetting plastics.
Als thermoplastische Kunststoffe eignen sich amorphe und semi-kristalline Thermoplasten in großer Materialauswahl, wie verschiedenste Polyamide (PA), Polykarbonat (PC), Polyphthalamid (PPA), Polyphenylenoxid (PPO), Polybutylenterephthalat (PBT), Cycloolefin-Polymere (COP), Polyarylether- ketone, wie z.B. Polyetheretherketon (PEEK), Flüssigkristallpolymere (LCP) oder auch deren Mischpolymerisate oder Blends, wie beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol/Polykarbonat-Blend (PC/ABS) oder PBT/PET. Sie werden von allen namhaften Polymerherstellern in geeigneten Suitable thermoplastics are amorphous and semi-crystalline thermoplastics in a wide range of materials, such as various polyamides (PA), polycarbonate (PC), polyphthalamide (PPA), polyphenylene oxide (PPO), polybutylene terephthalate (PBT), cycloolefin polymers (COP), polyaryl ethers - ketones, such as Polyetheretherketone (PEEK), liquid crystal polymers (LCP) or their copolymers or blends, such as acrylonitrile-butadiene-styrene / polycarbonate blend (PC / ABS) or PBT / PET. They are suitable by all well-known polymer manufacturers
Qualitäten angeboten. Qualities offered.
Als duroplastische Kunststoffe sind insbesondere verschiedene Polyurethane, Melaminharze, Phenolharze, Polyester und Epoxidharze geeignet. As thermosetting plastics in particular different polyurethanes, melamine resins, phenolic resins, polyesters and epoxy resins are suitable.
Ganz besonders eignen sich die erfindungsgemäß eingesetzten LDS- Additiv-Pigmente jedoch als LDS-Additiv in Glasfaser-verstärkten However, the LDS additive pigments used according to the invention are very particularly suitable as LDS additives in glass fiber-reinforced materials
Kunststoffen, weil sie trotz der Eisen-haltigen Beschichtung die enthaltenen Glasfasern mechanisch weder angreifen noch zerstören und damit beim LDS-Einsatz die positiven mechanischen Eigenschaften von mit Glasfasern verstärkten Kunststoffen beibehalten werden können. Als Glasfasern können dabei alle üblicherweise bei der Herstellung von polymeren Plastics because, despite the iron-containing coating, they do not mechanically attack or destroy the glass fibers they contain LDS use, the positive mechanical properties of glass fiber reinforced plastics can be maintained. As glass fibers, all can usually be used in the production of polymers
Kunststoffartikeln verwendeten Glasfasern, unabhängig von deren konkreter stofflicher Zusammensetzung, Größe und Form, eingesetzt werden. Die Glasfasern werden, ebenso wie die polymeren Materialien für die polymeren Zusammensetzungen, von einer Vielzahl von Herstellern kommerziell angeboten. Die Einarbeitung der erfindungsgemäß beschriebenen LDS-Additive in die polymere Zusammensetzung kann beispielsweise durch Compoundierung, über Masterbatches, über Pasten oder durch direkte Zugabe im formgebenden Verarbeitungsschritt erfolgen. Darüber hinaus können die polymeren Zusammensetzungen, die die erfindungsgemäß verwendeten Pigmente als LDS-Additiv enthalten, optional noch zusätzlich weitere Füllstoffe und/oder Farbmittel sowie Stabilisatoren, Hilfsstoffe und/oder Flammschutzmittel enthalten. Als weitere Füllstoffe geeignet sind beispielsweise verschiedene Silikate, S1O2, Talk, Kaolin, Glimmer, Wollastonit, Glaskugeln, Karbonfasern oder dergleichen. Plastic articles used glass fibers, regardless of their concrete material composition, size and shape, are used. The glass fibers, as well as the polymeric materials for the polymeric compositions, are commercially available from a variety of manufacturers. The incorporation of the LDS additives described in the invention into the polymeric composition can be carried out, for example, by compounding, masterbatches, pastes or by direct addition in the shaping processing step. In addition, the polymeric compositions which contain the pigments used according to the invention as LDS additive may optionally additionally contain further fillers and / or colorants as well as stabilizers, auxiliaries and / or flame retardants. Suitable further fillers are, for example, various silicates, S1O2, talc, kaolin, mica, wollastonite, glass beads, carbon fibers or the like.
Als Farbmittel kommen sowohl organische Farbstoffe als auch anorga- nische oder organische Farbpigmente in Betracht. Sie dienen der Farbveränderung bzw. der Aufhellung der polymeren Kunststoffzusammensetzungen, die durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Eisen-haltigen Pigmente als LDS-Additiv je nach prozentualem Gehalt eine eher dunkle Farbgebung aufweisen. Als Beispiele sollen hier lediglich die besonders häufig verwendeten Weißpigmente ΤΊΟ2, ZnO, BaSO4 und CaCO3 genannt werden. Die Menge und Art der zugesetzten Füllstoffe und/oder Farbmittel wird dabei lediglich durch die jeweilige konkrete stoffliche Beschaffenheit der einzelnen LDS-geeigneten Zusammensetzungen, insbesondere der verwendeten Kunststoffe, limitiert. Suitable colorants are both organic dyes and inorganic or organic color pigments. They serve to change the color or the lightening of the polymeric plastic compositions, which have a rather dark color due to the inventive use of iron-containing pigments as LDS additive depending on the percentage content. As examples, only the most commonly used white pigments ΤΊΟ2, ZnO, BaSO 4 and CaCO3 are mentioned here. The amount and type of added fillers and / or colorants is only by the particular concrete material condition the individual LDS-suitable compositions, in particular of the plastics used, limited.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die erfindungsgemäß einge- setzten, Eisen-haltigen Pigmente, sehr gut als LDS-Additive geeignet sind und auch in den damit versetzten polymeren Zusammensetzungen für das LDS-Verfahren bei einer üblichen Einsatzkonzentration von 0,1 bis 30 Gew.-% nicht zur Ausbildung von elektrischen Leitpfaden im polymeren Grundkörper oder der Polymer-haltigen Beschichtung auf dem Grundkörper der zu erzeugenden Artikel führen, obwohl die Pigmente als solche zumindest teilweise über eine eigene elektrische Leitfähigkeit verfügen. Daher sind die mit dem erfindungsgemäß eingesetzten LDS-Additiv versehenen polymeren Zusammensetzungen auch für Anwendungen im Hochfrequenzbereich geeignet. Gleichzeitig verfügen die erfindungsgemäß eingesetzten LDS-Additive über eine hohe Laseraktivität und führen bei Lasereinwirkung gemäß dem LDS-Verfahren zu den gewünschten mikrorauen Oberflächen innerhalb der durch den Laserstrahl ablatierten und karbonisierten Leitungsstrukturen, so dass eine nachfolgende It has surprisingly been found that the iron-containing pigments used according to the invention are very well suited as LDS additives and also in the polymer compositions added thereto for the LDS process at a customary use concentration of 0.1 to 30% by weight % do not lead to the formation of electrical conductive paths in the polymeric body or the polymer-containing coating on the body of the article to be produced, although the pigments as such have at least partially their own electrical conductivity. Therefore, the polymeric compositions provided with the LDS additive used according to the invention are also suitable for applications in the high-frequency range. At the same time, the LDS additives used according to the invention have a high laser activity and lead to the desired microrough surfaces within the ablated and carbonized by the laser beam line structures when laser action according to the LDS method, so that a subsequent
Metallisierung in guter Qualität möglich ist. Dabei ist eine sehr gute Metalli- sierbarkeit bei einer großen Bandbreite an verschiedenen Lasereinstellungen möglich. Damit können für das LDS-Verfahren jeweils die für die tatsächlich vorhandenen Gegebenheiten am besten geeigneten Bedingungen für die Laseraktion gewählt werden, ohne dass bei der nachfolgenden Metallisierung Qualitätseinbrüche zu erwarten wären. Außerdem führt ihr Einsatz als LDS-Additiv in kunststoffhaltigen polymeren Zusammensetzungen auch nicht zu einer Degradation der die LDS-Additive umgebenden organischen Polymermoleküle. Darüber hinaus sind die eingesetzten Pigmente frei von Antimon, Zinn und Kupfer und sind besonders für den Einsatz in glasfaserverstärkten polymeren Zusammensetzungen geeignet. Metallization in good quality is possible. Very good metallizability is possible with a wide range of different laser settings. Thus, for the LDS method, the conditions that are most suitable for the laser action which are actually present can be selected in each case without any quality dips being to be expected in the subsequent metallization. Moreover, their use as LDS additive in plastic-containing polymeric compositions also does not result in degradation of the organic polymer molecules surrounding the LDS additives. In addition, the pigments used are free of antimony, tin and copper and are particularly suitable for use in glass fiber reinforced polymeric compositions.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine polymere Zusammensetzung, welche mindestens einen polymeren Kunststoff und ein LDS- Additiv enthält, wobei das LDS-Additiv Pigmente enthält, welche ein Substrat und eine darauf befindliche Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält. Die erfindungsgemäße polymere Zusammensetzung enthält das LDS- Additiv mit einem Anteil von 0,1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 15 Gew.-%, und insbesondere >1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das The present invention also provides a polymeric composition which comprises at least one polymeric plastic and one LDS Additive contains, wherein the LDS additive contains pigments, which have a substrate and a coating thereon, wherein the coating iron in the oxidation state (0) and / or (II) contains. The polymeric composition according to the invention contains the LDS additive in a proportion of 0.1 to 30 wt .-%, preferably from 0.5 to 15 wt .-%, and in particular> 1 to 10 wt .-%, based on the
Gesamtgewicht der polymeren Zusammensetzung. Insbesondere enthält die polymere Zusammensetzung neben dem polymeren Kunststoff und dem LDS-Additiv zusätzlich Glasfasern als Füllstoff. Die stoffliche Zusammensetzung, Form, Größe und Menge der Glasfasern richtet sich dabei nach den angestrebten mechanischen Total weight of the polymeric composition. In particular, in addition to the polymeric plastic and the LDS additive, the polymeric composition additionally contains glass fibers as filler. The material composition, shape, size and amount of glass fibers depends on the desired mechanical
Eigenschaften der polymeren Zusammensetzungen und kann vom Properties of the polymeric compositions and can from
Fachmann entsprechend seiner diesbezüglichen allgemeinen Kenntnisse fachgemäß ausgewählt werden. Be professionally selected according to his general knowledge in this regard.
Einzelheiten in Bezug auf die stoffliche Zusammensetzung des LDS- Additivs, der eingesetzten Polymermaterialien sowie ggf. weiterer vor- handener Hilfs- und Zusatzstoffe wie Füllstoffe, Farbmittel, und dergleichen sind oben bereits beschrieben worden. Darauf wird hier Bezug genommen. Details regarding the material composition of the LDS additive, the polymer materials used and, if appropriate, further existing auxiliaries and additives such as fillers, colorants and the like have already been described above. This is referred to here.
Die erfindungsgemäße polymere Zusammensetzung ist für den Einsatz in einem LDS-Verfahren (Laser-Direktstrukturierungsverfahren) zur Erzeu- gung von metallisierten Schaltstrukturen auf zwei- oder dreidimensionalen Kunststoffgrundkörpern oder kunststoffhaltige Beschichtungen tragenden zwei- oder dreidimensionalen Grundkörpern vorgesehen. Sie ist für den Einsatz in Hochfrequenzanwendungen gut geeignet und bewirkt durch die Zugabe des erfindungsgemäßen LDS-Additivs eine gute Metallisierbarkeit der per Laserstrahl erzeugten Leitungsstrukturen, wobei die Laserparameter in einem breiten Spektrum gewählt werden können. Dabei ist das zugesetzte LDS-Additiv frei von Antimon, Zinn und Kupfer, sodass keine chemische Beeinflussung durch Degradation der Polymermatrix befürchtet werden muss. Außerdem findet trotz des Vorhandenseins von Eisen in unterschiedlichen Oxidationsstufen in der Beschichtung der LDS-Additiv- Pigmente auch keine mechanische Beeinträchtigung glasfaserverstärkter Polymermassen statt. The polymeric composition according to the invention is intended for use in an LDS process (laser direct structuring method) for the production of metallized switching structures on two- or three-dimensional plastic basic bodies or two-dimensional or three-dimensional basic bodies bearing plastic-containing coatings. It is well suited for use in high-frequency applications and, due to the addition of the LDS additive according to the invention, effects a good metallizability of the laser structures generated by line structures, wherein the laser parameters can be selected in a broad spectrum. The added LDS additive is free of antimony, tin and copper, so that no chemical interference by degradation of the polymer matrix must be feared. In addition, despite the presence of iron in different oxidation states in the coating of the LDS additive pigments also no mechanical impairment of glass fiber reinforced polymer compositions takes place.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Artikel mit einer in einem LDS-Verfahren erzeugten Schaltungsstruktur, wobei der Artikel aus einem polymeren Grundkörper oder einem eine Polymer-haltige Beschich- tung aufweisenden Grundkörper des Artikels und aus metallischen Leiterbahnen besteht, die sich auf der Oberfläche des Grundkörpers bzw. auf der Oberfläche der Polymer-haltigen Beschichtung des Grundkörpers befinden, wobei der polymere Grundkörper oder die Polymer-haltige Beschichtung des Grundkörpers ein LDS-Additiv enthält, welches Pigmente enthält, die ein Substrat und eine darauf befindliche Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält. The subject matter of the present invention is also an article with a circuit structure produced in an LDS method, the article consisting of a polymer base body or a polymer-containing base body of the article and of metal conductor tracks which lie on the surface of the article Base body or on the surface of the polymer-containing coating of the base body are, wherein the polymeric base body or the polymer-containing coating of the base body contains an LDS additive containing pigments, which have a substrate and a coating thereon, wherein the coating Contains iron in the oxidation state (0) and / or (II).
Solche Artikel, insbesondere Artikel aus organischen thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen, finden Einsatz beispielsweise in der Telekommunikation, der Medizintechnik oder im Automobilbau, wo sie zum Beispiel als elektronische Bauteile von Mobiltelefonen, Hörgeräten, zahnärztlichen Instrumenten, Autoelektronik und dergleichen verwendet werden. Such articles, in particular articles made of organic thermoplastic or thermosetting plastics, find use, for example, in telecommunications, medical technology or in the automotive industry, where they are used for example as electronic components of mobile phones, hearing aids, dental instruments, automotive electronics and the like.
Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen erläutert, nicht jedoch auf diese beschränkt werden. The present invention will be explained below by means of examples, but not limited to these.
Beispiel 1 : Example 1 :
Herstellung eines Pigmentes mit einem Gewichtsanteil des Substrates von Preparation of a pigment with a weight fraction of the substrate of
50 Gew.%*: 100g Glimmer mit einer Partikelgröße < 15 μιτι werden in 1 ,9 I entminera- lisiertem Wasser unter Rühren auf 80°C erhitzt. Der pH-Wert der Suspension wird mit 10%-iger Salzsäure auf 2,8 eingestellt. Nun werden 677 g einer 30%-igen FeCb-Lösung zudosiert, wobei der pH-Wert durch gleichzeitiges Zutropfen einer 32%-igen Natronlauge konstant gehalten wird. Das Produkt wird abfiltriert, gewaschen, getrocknet und bei 700°C in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff (Anteil an Wasserstoff: 5 Vol.%) reduziert. Man erhält ein braunschwarzes Pigment, dessen 50% by weight * : 100 g of mica with a particle size <15 μιτι are heated in 1, 9 I demineralized water with stirring to 80 ° C. The pH of the suspension is adjusted to 2.8 with 10% hydrochloric acid. Now 677 g of a 30% FeCb solution are metered in, wherein the pH is kept constant by simultaneous dropwise addition of a 32% sodium hydroxide solution. The product is filtered off, washed, dried and reduced at 700 ° C in a gas mixture of nitrogen and hydrogen (proportion of hydrogen: 5 vol.%). This gives a brownish-black pigment whose
Beschichtung aus 55 Gew.% Fe, 40 Gew.% FeO und 5 Gew.% Fe3O4 besteht. Coating of 55 wt.% Fe, 40 wt.% FeO and 5 wt.% Fe3O 4 consists.
*Der Gewichtsanteil des Substrates wird berechnet in Bezug auf das Gewicht der Beschichtung, berechnet als Fe2Ü3 * The weight fraction of the substrate is calculated in terms of the weight of the coating, calculated as Fe2Ü3
Beispiel 2: Example 2:
Herstellung eines Pigmentes mit einem Gewichtsanteil des Substrates von 67 Gew.%*: Preparation of a pigment with a weight fraction of the substrate of 67% by weight * :
100g Glimmer mit einer Partikelgröße < 15 μιτι werden in 1 ,9 I entminera- lisiertem Wasser unter Rühren auf 75°C erhitzt. Der pH-Wert der Suspension wird mit 10%-iger Salzsäure auf 3,0 eingestellt. Nun werden 339 g einer 30%-igen FeCI3-Lösung zudosiert, wobei der pH-Wert durch gleichzeitiges Zutropfen einer 32%-igen Natronlauge konstant gehalten wird. Das Produkt wird abfiltriert, gewaschen, getrocknet und bei 800°C in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff (Anteil an Wasserstoff: 5 Vol.%) reduziert. Man erhält ein schwarzes Pigment, dessen Beschichtung aus 100 Gew.% metallischem Eisen besteht. 100 g of mica with a particle size <15 μιτι be heated in 1, 9 I demineralized water with stirring to 75 ° C. The pH of the suspension is adjusted to 3.0 with 10% hydrochloric acid. Now 339 g of a 30% FeCl 3 solution are metered in, wherein the pH is kept constant by simultaneous dropwise addition of a 32% sodium hydroxide solution. The product is filtered off, washed, dried and reduced at 800 ° C in a gas mixture of nitrogen and hydrogen (proportion of hydrogen: 5 vol.%). A black pigment is obtained, the coating of which consists of 100% by weight of metallic iron.
Beispiel 3: Example 3:
Herstellung eines Pigmentes mit einem Gewichtsanteil des Substrates von 80 Gew.%*: 100g Glimmer mit einer Partikelgröße < 15 μιτι werden in 1 ,9 I entminera- lisiertem Wasser unter Rühren auf 75°C erhitzt. Der pH-Wert der Suspension wird mit 10%-iger Salzsäure auf 3,0 eingestellt. Nun werden 169 g einer 30%-igen FeCI3-Lösung zudosiert, wobei der pH-Wert durch gleichzeitiges Zutropfen einer 32%-igen Natronlauge konstant gehalten wird. Das Produkt wird abfiltriert, gewaschen, getrocknet und bei 750°C in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff (Anteil an Wasserstoff: 5 Vol.%) reduziert. Man erhält ein schwarzes Pigment, dessen Beschichtung aus 95 Gew. % Fe und 5 Gew.% FeO besteht. Preparation of a pigment with a weight fraction of the substrate of 80% by weight * : 100 g of mica with a particle size <15 μιτι be heated in 1, 9 I demineralized water with stirring to 75 ° C. The pH of the suspension is adjusted to 3.0 with 10% hydrochloric acid. Now 169 g of a 30% FeCl 3 solution are metered in, wherein the pH is kept constant by simultaneous dropwise addition of a 32% sodium hydroxide solution. The product is filtered off, washed, dried and reduced at 750 ° C in a gas mixture of nitrogen and hydrogen (proportion of hydrogen: 5 vol.%). A black pigment is obtained, the coating of which consists of 95% by weight of Fe and 5% by weight of FeO.
Beispiel 4: Example 4:
Anwendung als LDS-Additiv:  Application as LDS additive:
Mittels eines gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruders (Prism Eurolab, Thermo Scientific) werden 5 Gew.-% des LDS-Additivs (Pigment gemäß Beispiel 1 ) in PC/ABS (Xantar C CM 406, Mitsubishi Engineering Plastics) eingearbeitet. Die Dosierung des zuvor gemahlenen Polymers und des LDS-Additivs erfolgt als Vormischung über den Haupttrichter. Der Extruder hat einen Schneckendurchmesser von 16 mm und ein L/D- Verhältnis von 32. Das Extrudat wird stranggranuliert und anschließend 4 Stunden bei 100 °C getrocknet. Danach werden auf einer Spritzgußmaschine (Arburg Allrounder 320 M) Testplatten der Abmessungen 60 x 90 x 1 ,5 mm spritzgegossen. Die Testplatten enthalten das LDS-Additiv homogen und fein verteilt. By means of a co-rotating twin-screw extruder (Prism Eurolab, Thermo Scientific) 5 wt .-% of the LDS additive (pigment according to Example 1) in PC / ABS (Xantar C CM 406, Mitsubishi Engineering Plastics) incorporated. The metering of the previously ground polymer and the LDS additive takes place as a premix via the main hopper. The extruder has a screw diameter of 16 mm and an L / D ratio of 32. The extrudate is strand granulated and then dried at 100 ° C for 4 hours. Thereafter, test plates measuring 60 × 90 × 1.5 mm are injection-molded on an injection molding machine (Arburg Allrounder 320 M). The test plates contain the LDS additive homogeneously and finely distributed.
Die Testplatten werden mit unterschiedlicher Laserleistung und -frequenz im Bereich von 3-16 W und 60-100 kHz in gerasterten Testfeldern mittels eines 1064nm Faserlasers so bearbeitet, dass ein geringer Materialabtrag bei gleichzeitiger Karbonisierung der bearbeiteten Fläche entsteht. Anschließend erfolgt die Metallisierung mit Kupfer in einem handelsüblichen reduktiven Kupferbad (MID Copper 100 B1 , MacDermid). Die Metallisierungseigenschaften werden anhand des Aufbaus der Kupferschicht auf dem Substrat beurteilt. Es wird der Plattierungsindex (nach MacDermid) angegeben, welcher sich aus dem Quotienten der aufgebauten Kupfer- schicht des Testmaterials und der aufgebauten Kupferschicht des Referenzmaterials ergibt. Als Referenzmaterial dienen Testplatten aus PBT mit einem Anteil von 5 Gew.-% Kupferspinell (Vergleichsbeispiel 1 ). The test plates are processed with different laser power and frequency in the range of 3-16 W and 60-100 kHz in screened test fields by means of a 1064nm fiber laser, so that a low material removal occurs with simultaneous carbonation of the machined surface. Subsequently, the metallization with copper in a commercial reductive copper bath (MID Copper 100 B1, MacDermid). The metallization properties are judged by the structure of the copper layer on the substrate. The plating index (according to MacDermid) is given which results from the quotient of the built-up copper layer of the test material and the built-up copper layer of the reference material. As reference material are test plates made of PBT with a share of 5 wt .-% copper spinel (Comparative Example 1).
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Vergleichsbeispiele (Anwendung): The results are shown in Table 1. Comparative Examples (Application):
Analog Beispiel 4 werden 5 Gew.-% eines Pigmentes als LDS-Additiv in die PC/ABS-Testplatten eingearbeitet. Analogously to Example 4, 5% by weight of a pigment are incorporated as LDS additive into the PC / ABS test plates.
Vergleichsbeispiel 1 : Kupferspinell Comparative Example 1: Copper spinel
Vergleichsbeispiel 2: Iriotec® 8825, [Glimmer/(Sn,Sb)O2, Merck KGaA] Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Comparative Example 2: Iriotec® 8825, [mica / (Sn, Sb) O2, Merck KGaA] The results are shown in Table 1.
Tabelle 1 : Table 1 :
Lasereinstellung Plattierungsindex Laser adjustment plating index
Vergl.bsp.1 Vergl.bsp.2 Bsp.1  Vergl.bsp.1 Vergl.bsp.2 Ex1
3W/60 kHz 0,41 0,00 0,00 3W / 60 kHz 0.41 0.00 0.00
4W/60 kHz 0,56 0,00 0,25  4W / 60kHz 0.56 0.00 0.25
5W/60 kHz 0,65 0,00 0,43  5W / 60kHz 0.65 0.00 0.43
6W/60 kHz 0,71 0,00 0,57  6W / 60 kHz 0.71 0.00 0.57
8W/ 60 kHz 0,69 0, 15 0,56  8W / 60 kHz 0.69 0, 15 0.56
4W/80 kHz 0,65 0,00 0, 14  4W / 80kHz 0.65 0.00 0, 14
6W/80 kHz 0,83 0,00 0,64  6W / 80 kHz 0.83 0.00 0.64
8W/80 kHz 0,76 0,00 0,64  8W / 80kHz 0.76 0.00 0.64
10W/80 kHz 0,73 0,00 0,49  10W / 80kHz 0.73 0.00 0.49
12W/80 kHz 0,70 0, 16 0,44  12W / 80 kHz 0.70 0, 16 0.44
14W/80 kHz 0,63 0,54 0,36  14W / 80 kHz 0.63 0.54 0.36
6W/100 kHz 0,88 0,00 0,57  6W / 100 kHz 0.88 0.00 0.57
8W/100 kHz 0,79 0,00 0,65  8W / 100 kHz 0.79 0.00 0.65
10W/100 kHz 0,70 0,00 0,49 12W/100 kHz 0,68 0,00 0,43 10W / 100kHz 0.70 0.00 0.49 12W / 100 kHz 0.68 0.00 0.43
14W/100 kHz 0,72 0,34 0,35  14W / 100 kHz 0.72 0.34 0.35
16W/100 kHz 0,67 0,75 0,33  16W / 100kHz 0.67 0.75 0.33
Die Versuche zeigen, dass das erfindungsgemäß als LDS-Additiv eingesetzte Pigment mit einer Fe(0) und/oder Fe(ll) enthaltenden Beschich- tung bezüglich der Metallisierbarkeit sowohl in der Breite der Laserparameter als auch bezüglich der nominalen Werte des Plattierungsindex deutlich bessere Werte zeigt als die mit Antimon dotiertem Zinndioxid beschichteten Glimmerplättchen gemäß Vergleichsbeispiel 2, in der Sensitivität mit dem Kupferspinell gemäß Vergleichsbeispiel 1 vergleichbar ist sowie über den gesamten Leistungsbereich konstante Metallisierungswerte zeigt. The experiments show that the pigment used according to the invention as an LDS additive with a coating containing Fe (O) and / or Fe (II) has distinctly better values with respect to the metallizability both in the width of the laser parameters and in terms of the nominal values of the plating index shows as the coated with antimony doped tin dioxide mica flakes according to Comparative Example 2, in which sensitivity is comparable to the copper spinel according to Comparative Example 1 and shows over the entire power range constant metallization.
Beispiel 5: Example 5:
Mechanische Festigkeit der Proben  Mechanical strength of the samples
Mittels eines gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruders (Prism Eurolab, Thermo Scientific) werden 5 Gew.% des LDS-Additivs (Pigment gemäß Beispiel 1 ) in PA6-GF30 (Durethan BG30X, Lanxess, 30% Glasfasern/Glaskugeln) eingearbeitet. Die Dosierung des zuvor gemahlenen Polymers und des LDS-Additivs erfolgt als Vormischung über den Haupttrichter. Der Extruder hat einen Schneckendurchmesser von 16 mm und ein L/D-Verhältnis von 32. Das Extrudat wird stranggranuliert und anschließend 24 Stunden bei 70 °C getrocknet. Danach werden auf einer Spritzgußmaschine Normkörper (Schulterstab, Typ 1A, EN ISO 527-2, Gesamtlänge 170 mm, Breite an den Enden 20 mm, Breite des engen parallelen Teils 10 mm, Stärke 4 mm) spritzgegossen. Die Schulterstäbe enthalten das LDS- Additiv homogen und fein verteilt und können für Zugversuche nach DIN EN ISO 527-2 genutzt werden. Using a co-rotating twin-screw extruder (Prism Eurolab, Thermo Scientific) 5 wt.% Of the LDS additive (pigment according to Example 1) in PA6-GF30 (Durethan BG30X, Lanxess, 30% glass fibers / glass beads) is incorporated. The metering of the previously ground polymer and the LDS additive takes place as a premix via the main hopper. The extruder has a screw diameter of 16 mm and a L / D ratio of 32. The extrudate is strand granulated and then dried at 70 ° C for 24 hours. Thereafter, standard bodies (shoulder bar, type 1A, EN ISO 527-2, total length 170 mm, width at the ends 20 mm, width of the narrow parallel portion 10 mm, thickness 4 mm) are injection-molded on an injection molding machine. The shoulder bars contain the LDS additive homogeneously and finely distributed and can be used for tensile tests according to DIN EN ISO 527-2.
Gleiche Schulterstäbe werden für die Prüfung der Kerbschlagzähigkeit genutzt, indem man in die Mitte des parallelen Teils durch Fräsen eine 10 mm lange Kerbe einbringt. Das Einbringen der Kerbe und die Prüfung erfolgt nach DIN EN ISO 179-1 . Same shoulder bars are used for the notched impact test by cutting a 10 in the middle of the parallel part by milling mm long notch brings. The introduction of the notch and the test is carried out according to DIN EN ISO 179-1.
Vergleichsbeispiel 3: Comparative Example 3
Analog Beispiel 5 werden 5 Gew.% eines Kupferspinells als LDS-Additiv in PA6-GF30 eingearbeitet und Schulterstäbe daraus gefertigt. 5% by weight of a copper spinel are incorporated as an LDS additive into PA6-GF30 in analogy to Example 5 and shoulder rods are produced therefrom.
Als weitere Vergleichsproben dienen Nullproben des PA6-GF30 Polymers in folgender Form: As further comparative samples serve zero samples of the PA6-GF30 polymer in the following form:
Vergleich A: Polymer ohne LDS-Additiv, ohne Extrusion, im Anlieferungszustand, Comparison A: Polymer without LDS additive, without extrusion, as delivered,
Vergleich B: Polymer ohne LDS-Additiv, extrudiert  Comparative B: Polymer without LDS additive, extruded
Die Probekörper werden hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit unter- sucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Geprüft werden folgende Parameter: The specimens are examined for their mechanical strength. The results are shown in Table 2. The following parameters are checked:
Prüfart Norm Einheit Prüfbedingung Type of test Standard Unit Test condition
Zug-E-Modul DIN EN ISO 527-2/1A MPa 1 mm/minTensile modulus DIN EN ISO 527-2 / 1A MPa 1 mm / min
Bruchspannung DIN EN ISO 527-2/1A MPa 5 mm/minBreaking stress DIN EN ISO 527-2 / 1A MPa 5 mm / min
Bruchdehnung DIN EN ISO 527-2/1A % 5 mm/min Charpy Elongation at break DIN EN ISO 527-2 / 1A% 5 mm / min Charpy
Kerbschlagzähigkeit DIN EN ISO-179-1/1 eA kJ/m2 23°C Ergebnisse der Prüfung: Tabelle 2 Notched impact strength DIN EN ISO-179-1 / 1 eA kJ / m 2 23 ° C Results of the test: Table 2
Vergleich A Vergleich B Vergl.bsp.3 Bsp.5 Comparison A Comparison B Comp.example.3 Ex.5
Zug-E-Modul 6100 5600 5600 6200Pull-E module 6100 5600 5600 6200
Bruchspannung 106 75 70 78 Bruchdehnung 2,7 1 ,6 1 ,5 1 ,6 Charpy Breaking stress 106 75 70 78 Elongation at break 2.7 1, 6 1, 5 1, 6 Charpy
Kerbschlagzähigkeit 4 3,4 2,8 3,6 Die Ergebnisse zeigen, dass bei der Verwendung des erfindungsgemaß als LDS-Additiv eingesetzten Pigmentes mit einer Fe(0) und/der Fe(ll) enthaltenden Beschichtung in glasfaserverstärkten Kunststoffen bezüglich der mechanischen Festigkeit sowohl eine höhere Bruchspannung als auch Charpy Kerbschlagzähigkeit erzielt werden kann, verglichen mit dem Einsatz von Kupferspinell. Hinsichtlich des Zug-E-Moduls ist das Impact Strength 4 3.4 2.8 3.6 The results show that when using the pigment used according to the invention as an LDS additive with a coating containing Fe (0) and / or Fe (II) in glass fiber reinforced plastics, both a higher fracture stress and Charpy notched impact strength can be achieved with respect to mechanical strength. compared with the use of copper spinel. With regard to the train E modulus is
erfindungsgemäße Beispiel vergleichbar mit den Werten, die mit dem extrudierten, unpigmentierten Polymer erzielt werden können. Example according to the invention comparable to the values that can be achieved with the extruded, unpigmented polymer.
Beim Einsatz von Kupferspinell (Vergleichsbeispiel 3) als LDS-Additiv ist dagegen erwartungsgemäß ein deutlicher Abfall bei Bruchspannung und Kerbschlagzähigkeit gegenüber Vergleich B festzustellen, welcher auf die Schädigung und damit Kürzung der Glasfaser zurückzuführen ist. When using copper spinel (Comparative Example 3) as LDS additive, however, as expected, a significant drop in stress at break and notched impact strength compared to Comparison B is observed, which is due to the damage and thus reduction of the glass fiber.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verwendung von Pigmenten, die ein Substrat und eine sich auf dem Substrat befindliche Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält, als LDS-Additiv1 . Use of pigments comprising a substrate and a coating located on the substrate, wherein the coating contains iron in the oxidation state (0) and / or (II), as LDS additive
(Laser-Direktstrukturierungs-Additiv) in einer polymeren Zusammensetzung. (Laser direct structuring additive) in a polymeric composition.
Verwendung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Glimmer, synthetischem Glimmer, Talk, Kaolin, Graphit, Wollastonit und BiOCI. Use according to claim 1, characterized in that the substrate is selected from the group consisting of natural mica, synthetic mica, talc, kaolin, graphite, wollastonite and BiOCl.
Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus natürlichem oder synthetischem Glimmer, Talk, Kaolin oder Graphit, oder aus einer Mischung von zwei oder mehreren davon besteht. Use according to claim 1 or 2, characterized in that the substrate consists of natural or synthetic mica, talc, kaolin or graphite, or of a mixture of two or more thereof.
Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Substrates 50 bis 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pigmentes, beträgt. Use according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the proportion of the substrate is 50 to 99 wt .-%, based on the total weight of the pigment.
Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Eisen in der Use according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the coating iron in the
Oxidationsstufe (0) als einzige Eisenkomponente enthält.  Contains oxidation state (0) as the sole iron component.
Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Eisen in der Use according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the coating iron in the
Oxidationsstufe (II) als einzige Eisenkomponente enthält.  Oxidation stage (II) contains as the only iron component.
7. Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Eisen in den 7. Use according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the coating iron in the
Oxidationsstufen (0) und (II) enthält. Contains oxidation states (0) and (II).
8. Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zusätzlich Eisen in der Oxidationsstufe (III) enthält. 8. Use according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the coating additionally contains iron in the oxidation state (III).
5 5
9. Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,  9. Use according to one or more of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil an Eisen in der Oxidationsstufe (0) in der Beschichtung im Bereich von 10 bis 95 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Beschichtung, beträgt.  characterized in that the weight fraction of iron in the oxidation state (0) in the coating is in the range from 10 to 95% by weight, based on the weight of the coating.
10 10.Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, 10.Verwendung according to one or more of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil an Eisen in der Oxidationsstufe (II) in der Beschichtung 5 bis 90 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Beschichtung, beträgt.  characterized in that the proportion by weight of iron in the oxidation state (II) in the coating 5 to 90 wt.%, Based on the weight of the coating is.
^ g 1 1 .Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil an Eisen in der Oxidationsstufe (0) größer ist als der Gewichtsanteil an Eisen in der Oxidationsstufe (II), bezogen auf das Gewicht der Beschichtung. The use according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the proportion by weight of iron in the oxidation state (0) is greater than the proportion by weight of iron in the oxidation state (II), based on the weight of the coating ,
12. Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,12. Use according to one or more of claims 1 to 8,
20 20
dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente eine Partikelgröße im Bereich von jeweils 1 bis 100 μιτι aufweisen.  characterized in that the pigments have a particle size in the range of 1 to 100 μιτι each.
13. Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente in der polymeren13. Use according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the pigments in the polymeric
25 Zusammensetzung mit einem Anteil im Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der polymeren Zusammensetzung, vorliegen. 25 composition in a proportion in the range of 0.1 to 30 wt .-%, based on the total weight of the polymeric composition.
14. Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Zusammensetzung neben14. Use according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the polymeric composition in addition
30 30
dem LDS-Additiv mindestens einen polymeren Kunststoff enthält. the LDS additive contains at least one polymeric plastic.
15. Verwendung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Zusammensetzung Glasfasern als Füllstoff enthält. 15. Use according to claim 14, characterized in that the polymeric composition contains glass fibers as filler.
16. Verwendung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Pigment, welches Eisen in den16. Use according to one or more of claims 1 to 15, characterized in that the pigment, which iron in the
Oxidationsstufen (0) und/oder (II) in der Beschichtung auf einem Substrat enthält, im Gemisch mit weiteren üblichen LDS Additiven in der polymeren Zusammensetzung vorliegt. Contains oxidation states (0) and / or (II) in the coating on a substrate, in admixture with other conventional LDS additives in the polymeric composition.
17. Polymere Zusammensetzung, enthaltend mindestens einen polymeren0 17. A polymeric composition containing at least one polymeric O.
Kunststoff und ein LDS-Additiv, wobei das LDS-Additiv Pigmente enthält, welche ein Substrat und eine darauf befindlichen Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält. 5 18. Polymere Zusammensetzung gemäß Anspruch 17, dadurch  Plastic and an LDS additive, the LDS additive containing pigments comprising a substrate and a coating thereon, the coating containing iron in the oxidation state (0) and / or (II). 5 18. Polymer composition according to claim 17, characterized
gekennzeichnet, dass das LDS-Additiv mit einem Anteil von 0,1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der polymeren Zusammensetzung, in der polymeren Zusammensetzung enthalten ist. Q 19. Polymere Zusammensetzung gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei  in that the LDS additive is contained in the polymeric composition in a proportion of 0.1 to 30% by weight, based on the total weight of the polymeric composition. 19. A polymeric composition according to claim 17 or 18, wherein
Glasfasern als Füllstoff enthalten sind.  Glass fibers are included as a filler.
20. Polymere Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der 20. Polymeric composition according to one or more of
Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der polymeren Zusammensetzung um ein thermoplastisches Material oder5  Claims 17 to 19, characterized in that it is in the polymeric composition to a thermoplastic material or5
ein duroplastisches Material handelt.  a thermoset material.
21 . Artikel mit einer in einem LDS-Verfahren erzeugten Schaltungsstruktur, bestehend aus einem Kunststoffgrundkörper oder einem eine kunst- stoffhaltige Beschichtung aufweisenden Grundkörper sowie auf der0 Oberfläche des Grundkörpers oder der Beschichtung befindlichen 21. Article with a circuit structure produced in an LDS method, consisting of a plastic base body or a main body having a plastic-containing coating and located on the surface of the main body or the coating
metallischen Leiterbahnen, wobei der Kunststoffgrundkörper oder die kunststoffhaltige Beschichtung des Grundkörpers ein LDS-Additiv enthält, welches Pigmente enthält, die ein Substrat und eine darauf befindliche Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung Eisen in der Oxidationsstufe (0) und/oder (II) enthält. metallic conductor tracks, wherein the plastic base body or the plastic-containing coating of the base body an LDS additive containing pigments containing a substrate and a coating thereon, wherein the coating contains iron in the oxidation state (0) and / or (II).
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