CN108367469A - 在模制品中产生虚拟三维图案的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在模制品中产生虚拟三维图案的方法,特别是用于制造具有由薄片状效果颜料形成的虚拟三维图案的模制品的注塑方法,涉及借助这种方法制成的模制品及其用途,特别是用于装饰目的。
Description
技术领域
本发明涉及在模制品,优选塑料模制品中产生虚拟三维图案的方法,特别是用于制造在其至少一个表面上具有由薄片状效果颜料形成的虚拟三维图案的模制品的注塑方法,具有这种类型的虚拟三维图案的模制品,及其用途。
背景技术
塑料制品上的装饰性三维图案是已知的并已使用较长时间。它们为所述物品提供表现出深度并且以有利的方式不同于传统图案化的独有外观。该模制品或膜经常在其至少一个表面上压花或以其它方式结构化以最终具有三维图案。为了实现特定光学效应,模制品和膜都经常以多层形式组装并在层复合体中压花。此外,还可以为它们提供通常为漆形式的功能和/或装饰涂层,其任选也可包含金属效果颜料等,以例如增加该三维结构的光泽。
这种类型的结构化方法经常与高设备复杂性和成本相关联。聚合物模制品的三维压花表面另外具有的缺点是,它们易沾污并且不能被充分保护以抗机械变形。
因此,已经开发出可用于为聚合物模制品(其通常是膜)提供三维图案的各种方法,以使这些图案尽管视觉上可被观察者察觉,但它们在触觉上不会被观察者察觉。
因此,例如,JP-A-07-137221和JP-A-05-092538公开了装饰性层体系,其各自可在聚合物基底和聚合物顶层之间含有压花或以其它方式结构化的层,还可在其中包含通常经由印刷油墨施加的光泽颜料。这种类型的复合材料的制造需要多个不同的操作步骤,和不同材料层与彼此的复杂层压或其它方式接合。此外,由此只能制造平面(即基本上二维的)模制品,例如装饰膜,而不能制造具有明显三维形状的模制品。
DE 10 2004 041 833 A1公开了制造经装饰的注塑制品的方法,其中位于带有离型层的载体膜上的含有装饰元素的转印膜在注塑模具中在背向载体膜的一侧上用塑料注塑组合物涂覆,随后剥离载体膜,并且由此预制的模制品在第二注塑模具中同样在转印膜侧上用注塑组合物涂覆。所得聚合物模制品在内部含有转印膜的带有装饰的转印层。该装饰可以是全息图或衍射结构,它们在这两个注塑步骤的过程中保持不变地存在并在所得聚合物模制品的两面上都可见。
尽管在这种方法中形成具有无法触觉感知的图案并且其中该图案可具有三维形状的光学上有吸引力的聚合物模制品,但这种类型的方法只能以高设备和材料的复杂性和成本实现。因此,首先必须预制具有以复杂方式制成的图案中间层的多层转印膜,随后必须借助两个不同的注塑模具相继在两面上涂布。这种类型的方法对大批量制品的生产而言太复杂得多,因此不能经济地使用。
此外,使用上文提到的方法,只可制造主要由聚合物塑料构成的模制品。该方法不适合制造除塑料组分外还由不可忽略不计的重量比例的其它材料,例如金属构成的复合模制品。
因此,希望提供同样适用于制造各自具有二维或三维外形的聚合物模制品和复合模制品的简单、快速和相对便宜的制造模制品的方法,其中该模制品在观看其表面时表现出具有三维外观的在视觉上而非触觉上可察觉的图案,其可以用很少工艺步骤和用常规模具实施,其中该图案是在模制品内部的具有三维外观的有吸引力的有光泽的图案,还涉及由此制成的模制品。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种方法,其允许借助本身已知的成型方法和装置在少数几个操作步骤中在多种多样的组成的二维或三维形状的模制品内制造含细线结构的具有三维外观的有光泽的图案,并可以实现所得模制品的形状和材料组成的大的变化宽度。
本发明的另一目的在于提供二维或三维模制品,在观看其至少一个表面时表现出位于模制品内部的含细线结构的具有三维外观的有光泽的图案,在其表面上没有同样的三维图案,其中该模制品可任选包含相当大比例的非塑料的材料。
本发明的另一目的在于指出由此制成的模制品的用途。
通过一种用于在模制品中产生虚拟三维图案的注塑方法实现了本发明的目的,其中
-提供一种注塑模具,其具有注塑模具部件A和B,它们可互相分开并各自具有内表面A’和B’并一起形成内部空腔,并且其中,在所述注塑模具打开时,
-将具有二维或三维形状和外表面的预成型件固定到注塑模具部件A的内表面A’上以使所述预成型件的外表面面向内部空腔,其中这一外表面至少在其局部区域上具有凸起和/或凹进,所述凸起和/或凹进一起形成三维图案,
-将已用薄片状效果颜料着色的热塑性膜引入所述内部空腔,
-闭合所述注塑模具,
-将透明热塑性塑料熔体引入在所述热塑性膜和注塑模具部件B的表面B’之间的内部空腔,其中所述热塑性膜至少与所述预成型件的外表面的含有三维图案的部分和同时与所述热塑性塑料熔体形成强粘合性和形状配合的接合
和
-其中所述薄片状效果颜料在所述热塑性膜上或在其中复制和光学增强位于所述预成型件的外表面上的三维图案,
-加热或冷却所述注塑模具和随后
-脱模或取出所得模制品,其具有透明热塑性塑料的外表面并在这一外表面的至少一部分上表现出由薄片状效果颜料形成的虚拟三维图案。
此外,通过一种模制品实现了本发明的目的,所述模制品至少由预成型件、位于预成型件上的已用薄片状效果颜料着色的由热塑性塑料构成的中间层和由透明热塑性塑料构成的外表面层构成,其中所述外表面层在其至少一个局部区域上表现出在模制品内部由薄片状效果颜料形成的视觉可察觉的虚拟三维图案,并且其中所述模制品的外表面层本身没有相应的立体三维图案。
此外,还通过使用上述模制品作为耐用消费品的装饰和/或标签元素或部件实现了本发明的目的。
本发明因此提供用于制造二维或三维形状的模制品的注塑方法,其中至少在其外表面的一部分上可见具有三维外观的有光泽的图案,所述图案不同样以立体三维方式存在于该表面的这一部分上,即代表虚拟三维图案。
根据本发明的注塑方法基本对应于常规注塑方法,其中使用可分离的注塑模具,其内部空腔对应于要制造的模制品的最终形状。将塑料熔体引入这一空腔,并随后使其凝固。制成的模制品随后从打开的注塑模具中脱模或从中取出。
对于根据本发明的方法,修改常规注塑模具以使其在注塑模具部件之一(注塑模具部件A)中具有能够容纳预成型件的嵌件或另一装置。这一预成型件可具有二维或三维形状,其中对本发明而言,平面结构,例如薄膜或板,应被视为二维的,而不是平面形状的其它立体结构应被视为三维的。在此,三维预成型件在形状上不受限制,只要该注塑模具能够容纳相应的预成型件并且后者可以固定到注塑模具部件A的内表面A’处、中或上。
在此将预成型件固定到内表面A’上以使其外表面面向注塑模具的空腔(根据本发明,预成型件的外表面是指:薄膜或板的两个主表面之一,在三维空心体的情况下向外拱曲的表面或其局部区域,或在具有封闭表面的三维成型体的情况下整个外表面的至少一部分)。
相反,对本发明而言,预成型件的内表面是指不形成预成型件的外表面的预成型件的整个表面的部分,即不面向注塑模具的空腔而是面向内表面A’的膜或板的主表面,或三维空心体的内表面,或面向注塑模具的内表面A’的具有封闭表面的三维体的外表面的部分。
根据所得模制品的技术要求和预期用途,可以自由设计预成型件的内表面并可例如配备定位横档(Rastnasen)、肋条或加强柱。其面向注塑模具的内表面A’并固定到其上。
该预成型件可以是基本上由塑料构成的聚合物预成型件,但也可以是主要由非塑料的材料构成的预成型件。
聚合物预成型件可包含各种热塑性塑料,例如聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、各种热塑性弹性体(TPE)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)作为聚合物组分,仅提到几个。也还可以使用含有上文提到的聚合物的与上文提到的不同的另外的共聚物。此外,聚合物预成型件还可包含各种热固性塑料,例如三聚氰胺/酚醛树脂(MP/MF)、三聚氰胺/聚酯树脂(MPV)、不饱和聚酯树脂(UP)或酚醛树脂(PF)作为聚合物成分。各种橡胶或有机硅也可能考虑作为聚合物预成型件的聚合物成分。
进一步的成分任选是能够影响预成型件的机械强度、功能性质或光学性质的添加剂和辅助剂,例如增强玻璃纤维或碳纤维、炭黑、导电添加剂、颗粒状填料和/或无机或有机着色剂以及进一步的辅助剂和添加剂。
该聚合物预成型件是透明、半透明或不透明形式的,并且可以是无色和有色形式,特别是灰色或黑色着色的。
基本由非塑料的材料构成的预成型件是例如由金属或陶瓷制成的预成型件。这些可以,但不是必须,通过压铸法制成。可考虑的金属特别是铝、钢、锌或铜合金。由陶瓷制成的预成型件可由可烧结陶瓷材料制成。其中,由金属制成的预成型件是优选的。
此处,预成型件至少在其外表面的一个局部区域上,任选也在整个外表面上,具有凸起和/或凹进,所述凸起和/或凹进一起形成三维图案。这一图案优选宏观可见,并且例如是图形对象、字母数字图形、线和/或点图案、标识、编码或抽象图案的形式。
在此,对本发明而言,重要的是,该预成型件的外表面上的三维图案不对应于该预成型件的外形,即预成型件表面上形成图案的凸起和/或凹进不形成其外形,而是附加于决定外形的预成型件外表面上的可能的凸起和/或凹进一起存在并作为外表面的纹理清楚可见。因此,例如,在具有位于平板上的半球外形的预成型件的情况下,板主体上的半球形凸起不代表根据本发明的图案(尽管这同样是外表面上的凸起),而是代表例如该半球或板主体上的三维压花标识。
根据本发明,该预成型件的外表面上的三维图案包含可具有大约2微米至几厘米的高度/深度和50微米至2000微米的线宽的凸起和/或凹进。该凸起/凹进的高度/深度优选为10微米至50毫米,特别是10微米至500微米,且线宽优选为100微米至1000微米。该三维图案的面积大小可以是几平方毫米至几百平方厘米。这些量度在此基本取决于预成型件的尺寸和壁厚度和随后制造的虚拟三维图案在所得模制品中要发挥的功能并可相应地调节。
在预成型件的外表面上由凸起和/或凹进形成的三维图案可以各种方式获得。如果该预成型件是由塑料制成的聚合物预成型件,则该预成型件可以例如与其外表面上的三维图案同时在注塑方法中制造,或可以通过激光雕刻获得预制聚合物预成型件的表面上的三维图案,仅提到几个实例。
如果该预成型件由非塑料的材料,例如金属构成,则可以例如在制造预成型件的同时通过铸造或压铸,以及在金属预成型件的表面上通过冲压或其它去除材料的切削法制造其表面上的三维图案。
对于根据本发明的方法,以哪种方式制造包括位于其外表面上的三维图案的预成型件并不重要。但是,根据本发明,该三维图案应该是在预成型件的表面上的由凸起和/或凹进构成的图案,优选触觉可察觉的,其不决定预成型件的外形并且可作为其外表面上的纹理清楚可见。
如果预成型件的外表面的仅局部区域面向注塑模具的空腔布置,则根据本发明不言而喻的是,该由凸起和/或凹进构成的三维图案正好位于预成型件的外表面的这一局部区域上。
在将预成型件固定到注塑模具部件A的表面A’上之后,将已用薄片状效果颜料着色的透明热塑性膜引入注塑模具的内部空腔并任选固定在此处。在此可将透明热塑性膜引入注塑模具部件A或注塑模具部件B。该膜可以通过例如施加真空、经由暴露在升高的温度下时可容易脱开的点状粘合点或其它合适的临时固定措施,例如夹子或框架来临时固定。
用于热塑性膜的合适聚合物塑料材料是常规热塑性塑料材料,例如聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、各种热塑性弹性体(TPE)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS),仅提到几个。也还可以使用不同于上文提到的共聚物并含有上文提到的聚合物的另外的共聚物。
由热塑性塑料材料成型的膜根据本发明用薄片状效果颜料着色。在此,可以以各种方式将薄片状效果颜料引入热塑性膜中或施加到热塑性膜上。因此,薄片状效果颜料可作为印刷油墨或涂料组合物的成分施加到热塑性膜的整个表面或部分表面上,但在金属效果颜料的情况下它们也可借助气相沉积法施加到该膜的表面上。在每种情况下,优选在整个表面上进行涂布。各种涂布方法所需的工艺步骤和材料是本领域技术人员熟悉的并且在此不必更详细描述。
但是,热塑性膜的着色非常特别优选通过该膜的本体着色进行。这意味着在该膜的制造过程中就已经将合适形状和量的薄片状效果颜料添加到聚合物塑料中并将其与塑料一起加工成膜,这通常通过挤出进行。这可以通过将薄片状效果颜料直接添加到塑料颗粒中或通过制备包含效果颜料的配混物或经由母料和随后共同造粒进行。
也有可能借助本体着色和附加的印刷或涂布法进行该膜的联合着色。
根据本发明使用的经着色的热塑性塑料膜包含基于经着色的膜的总重量计0.1至20重量%的量的薄片状效果颜料。0.5至5重量%的比例在此特别优选。此处,所有颜料比例基于经着色的膜计,即基于经涂布、印刷或本体着色的膜计。除薄片状效果颜料外,该经着色的热塑性膜还可包含附加的无机或有机着色颜料、染料和/或填料。常用于塑料膜或印刷油墨或涂料组合物的着色的常规着色剂和填料适用于此,只要它们不会持久阻碍由薄片状效果颜料实现的光学效果。对于某些聚合物,例如PET,优选的是可溶于聚合物塑料组合物并将所得膜均匀着色而没有干扰性的颗粒特征的有机染料。其它聚合物膜或粘结剂也可配备粒子形式的有机或无机着色颜料或填料。
本发明的方法中所用的薄片状效果颜料可以是所有已知的薄片状效果颜料,只要它们在热塑性膜中或其上可见。这种类型的薄片状效果颜料有利地选自珠光颜料、干涉颜料、金属效果颜料、薄片状功能颜料、薄片状结构颜料或其混合物。这些效果颜料由一个或多个由彼此不同的材料构成的层组成并且是薄片状的。
这些颜料优选具有薄片状基底,其上存在一个或多个层,其中至少该基底和直接位于基底上的层和/或各自相邻的至少两个层或涂层的折光指数n彼此相差至少是值△n=0.1。位于基底上的层在此优选是金属、金属氧化物、水合金属氧化物或其混合物、金属混合氧化物、-低氧化物、-氮氧化物、金属氟化物或聚合物材料。
珠光颜料由高折光指数的透明薄片构成并在平行取向的情况下由于多重反射而表现出特征性的珠光。另外也表现出干涉色的这种类型的珠光颜料被称作干涉颜料。
尽管经典珠光颜料,如TiO2薄片、碱性碳酸铅、BiOCl颜料或珍珠银颜料,原则上当然也合适,但用于本发明的效果颜料优选是在薄片状基底上具有至少一个由金属、金属氧化物、水合金属氧化物或其混合物、金属混合氧化物、金属低氧化物、金属氮氧化物、金属氟化物或聚合物构成的涂层的薄片状干涉颜料或金属效果颜料。
该金属效果颜料优选具有至少一个金属基底或金属层。
该薄片状基底优选由天然或合成云母、高岭土或另一种层状硅酸盐、玻璃、硼硅酸钙铝、SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、聚合物薄片、石墨薄片或金属薄片(例如铝、钛、青铜、银、铜、金、钢或各种金属合金)构成。
特别优选的是由云母、玻璃、硼硅酸钙铝、石墨、SiO2、Al2O3或铝构成的薄片状基底。
薄片状基底的尺寸本身不关键,但该薄片状效果颜料必须在热塑性膜中或在热塑性膜上可见并能够随该膜或在该膜中取向。该基底通常具有0.01至5μm,特别是0.05至4.5μm,特别优选0.1至1μm的厚度。长度或宽度尺寸通常为5至250μm,优选5至100μm,特别是5至125μm。它们通常具有至少2:1,优选3:1至500:1,特别是6:1至250:1的纵横比(平均(mittler)直径与平均粒子厚度的比率)。
薄片状基底的所述尺寸原则上也适用于根据本发明使用的经涂覆的效果颜料,因为附加的涂层通常为仅几百纳米,因此不会显著影响颜料的厚度或长度或宽度(粒度)或厚度。
施加到载体上的涂层优选由金属、金属氧化物、金属混合氧化物、金属低氧化物或金属氟化物,特别是选自TiO2、低价氧化钛、氮氧化钛、Fe2O3、Fe3O4、SnO2、Sb2O3、SiO2、Al2O3、ZrO2、B2O3、Cr2O3、ZnO、CuO、NiO或其混合物的无色或有色的金属氧化物构成。
金属涂层优选是铝、钛、铬、镍、银、锌、钼、钽、钨、钯、铜、金、铂或包含这些的合金的涂层。
所用金属氟化物优选是MgF2。
特别优选的是具有由云母、玻璃、硼硅酸钙铝、石墨、SiO2、Al2O3或铝构成的薄片状基底和在基底上的选自TiO2、低价氧化钛、氮氧化钛、Fe2O3、Fe3O4、SnO2、Sb2O3、SiO2、Al2O3、MgF2、ZrO2、B2O3、Cr2O3、ZnO、CuO、NiO或其混合物的至少一个层的效果颜料。
该效果颜料可具有多层结构,其中优选由上文提到的材料构成,并具有各种不同折光指数以使在每种情况下至少两个具有不同折光指数的层交替位于载体上,其中各层中的折光指数彼此相差至少0.1,优选相差至少0.3的多个层彼此叠加位于金属或非金属载体上。在此,位于载体上的层可以是无色或有色的、主要透明、半透明或甚至不透明的。
根据所用基底材料和施加的层的类型,所得效果颜料因此也是无色的或具有主色,或主要透明、半透明或不透明的。但是,由于在基底上的单层或多层体系,它们另外能够产生或多或少强的和有光泽的干涉色。
优选使用由主要透明的材料构成并具有干涉效应的薄片状效果颜料或已用干涉层涂布的金属颜料,特别是铝颜料。
但是,所用薄片状效果颜料也可以是被称作全息颜料的聚合物薄片或纯金属薄片。此外,也可以使用其基底或涂层中的材料选择另外带来相应效果颜料的磁性、导电、荧光或其它功能性质的薄片状效果颜料。
上述效果颜料可单独或作为两种或更多种的混合物存在于根据本发明使用的经着色的热塑性膜中。
可用的效果颜料是例如Merck KGaA公司以品名 和供应的市售功能颜料、干涉颜料或珠光颜料,来自Mearl公司的来自Eckart公司的金属效果颜料和光变效果颜料,例如来自BASF公司的来自Flex Products Inc.公司的来自Wacker公司的来自Spectratec公司的全息颜料,和其它市售效果颜料。
根据本发明使用的经着色的热塑性膜的几何厚度可以在宽范围内变化并优选在20至2000μm,特别是50至1000μm的范围内。这些数据涉及经印刷/涂布的膜,也涉及本体着色的膜。
在已将预成型件和用薄片状效果颜料着色的热塑性膜引入注塑模具的内部空腔后,闭合该注塑模具并将透明热塑性塑料熔体引入在热塑性膜和注塑模具部件B的表面B’之间的注塑模具的留下的空腔。具有内表面A’的注塑模具部件A在此代表顶出侧且具有内表面B’的注塑模具部件B代表注塑模具的喷嘴侧。在将塑料熔体引入空腔后,后者被塑料熔体完全填满。在每种情况下根据所用材料,优选在提高的压力和升高的温度下将透明塑料熔体引入注塑模具的空腔。塑料熔体的温度在此与热塑性膜的塑料组分的玻璃化转变温度TG至少一样高,优选高于它。由于热的塑料熔体的作用和熔融透明塑料组合物在引入注塑模具的空腔的过程中在经着色的热塑性膜上施加的压力,该热塑性膜达到允许该膜机械变形的温度。具体的工作温度在每种情况下取决于加工的塑料并通常在120℃至400℃,优选200℃至280℃的范围内。在该方法中在将热塑性塑料熔体引入注塑模具的空腔的过程中使用的压力在每种情况下也依赖于机械和材料并通常在100至2500巴(1×107N/m2至2.5×108N/m2)的范围内。
用于该热塑性塑料熔体的材料是通常用于注塑方法的塑料,如PS、PC、SAN、ASA、TPO、PMMA、TPE、ABS、ABS/PC混合物、PA或PP,在每种情况下单独使用或以彼此相容的组合使用。它们可以以无色或有色形式使用并在固化后产生透明塑料层。
在将透明热塑性塑料熔体引入注塑模具的过程中,热塑性膜升温到其可机械变形并能与面向注塑模具内部空腔的预成型件的外表面形状配合地紧密接触的程度。根据热塑性膜的尺寸和形状,该热塑性膜在此完全或部分接合到预成型件的至少一部分外表面,特别是这一外表面的含有三维图案的部分上。同时,也与已引入的热塑性塑料熔体发生接合。既是鉴于预成型件又是鉴于热塑性塑料熔体,这是热塑性膜的强粘合性和形状配合的接合,以将该热塑性膜牢固包封在所得模制品的内部。
预成型件的外表面上存在的三维图案作为负像复制在面向预成型件的这一外表面的膜表面上。由于该膜的聚合物热塑性材料软化,至少在其面向预成型件的外表面的表面上,在与位于此处的三维图案接触的面积单位处,该膜同样发生三维变形。该膜的这种热变形可蔓延至热塑性膜的整个横截面,但也可仅在其与预成型件的接触面发生,以使面向热塑性塑料熔体的膜表面保持未三维变形,即不含三维图案的三维正像(其如上所述独立于预成型件的外部成形,所述膜当然同等反映了所述外部成形,因为其在热处理后粘贴到预成型件上)。同时,聚合物膜材料的软化能使存在于热塑性膜中或其上的薄片状效果颜料重新可活动。这些通常以主要定向形式存在于热塑性但尚未热处理的膜中或其上,更确切地,它们的主轴基本平行于膜表面配向。这种配向可通过优选使用的挤出法与由此随后的该膜的本体着色一起,或也通过各种涂布法获得,其中用含效果颜料的涂料组合物涂布或印刷该膜,因为用这些方法施加的拉伸力和剪切力自动导致薄片状效果颜料的平行配向。通过在注塑模具中的热处理实现的薄片状效果颜料的可活动性导致效果颜料的纵轴在构成面向预成型件的膜表面中的已从预成型件的表面转印的三维图案的凸起和/或凹进处的重新取向。薄片状效果颜料在这些凸起和/或凹进的边缘处从它们的平行取向转向并以相对于膜表面倾斜的配向以锐角或陡峭角保留在该膜的热塑性聚合物组合物中。薄片状效果颜料的反射行为因此在该膜的这些位置改变,这在陡视角下导致与平坦的平面区域相比通常降低的反射。由此,热塑性膜中或其上的薄片状效果颜料复制预成型件的外表面上的三维图案并通过其与此适配的反射行为将其光学增强。
同时,热的塑料熔体流入在热塑性膜和内表面B’之间的空腔并“浇注”由于薄片状效果颜料的反射而可见的三维图案,所述图案在从没有接合到预成型件上的膜外表面观看时在其外观上与预成型件的外表面上的实际三维图案相同,但由于来自颜料的光反射而可以更清楚和在视觉上更有吸引力地被感知。由于由此形成的模制品的随后固化,在一方面用薄片状效果颜料着色的热塑性膜和预成型件和另一方面由透明热塑性塑料熔体形成的透明塑料之间形成强粘合性、形状配合的接合,这表现在后续冷却或加热操作中。在热塑性塑料熔体的固化过程中,效果颜料的重新取向被固定。在此,可用本体着色的热塑性膜实现比用经印刷或涂布的膜更清楚可见的薄片状效果颜料的重新取向,尤其是因为在此不必预期在再成型过程中对表面的破坏。
形成所得模制品的外表面的透明塑料的外层通过附加的光学深度效应另外增强在模制品内部获得的薄片状效果颜料的虚拟三维图案。
当该模制品充分固化时,可将其脱模或从注塑模具中取出。
所得模制品具有一方面取决于预成型件的形状,另一方面取决于注塑模具的内表面B’的形状的外形。从通常为所得模制品的“可见侧”的透明聚合物塑料侧(即模制品的外表面)观看,根据本发明的模制品在其内部表现出由薄片状效果颜料形成的虚拟、深埋、有光泽的三维图案。如果注塑模具部件B的表面B’是常用的抛光表面,则所得聚合物模制品在其外表面(可见侧)上没有与在模制品内部可见的三维效果颜料图案对应的三维形状。但是,注塑模具的表面B’仍同样可具有粗糙或精细纹理,其在所得模制品中带来其外表面上的粗糙或精细结构,所述结构另外三维增强或补充在模制品内部可见的三维图案。
该虚拟三维图案的色彩、功能性和光泽行为在此对应于经着色热塑性膜的色彩、功能性和光泽行为。该热塑性膜的色彩、功能性和光泽行为决定性地受其中或其上存在的薄片状效果颜料影响,任选辅以也位于热塑性膜中或热塑性膜上的附加着色剂和/或填料的影响。
薄片状效果颜料的光泽和色彩导致特别强烈感知到在制成的模制品的表面上的该虚拟三维图案。此处可见三维图案明显比对热塑性膜的实际变形可预期的那样显著,因为薄片状效果颜料偏离平行位置(即使仅偏离几度角)就已经导致它们的反射性质显著改变。但是,在各自的光泽角中观看,在由热塑性膜形成的模制品部分的整个面上保持由该效果颜料实现的光泽。
这特别涉及模制品的外表面层,其由从热塑性塑料熔体得到的透明热塑性塑料形成并如上所述通常代表形成的模制品的“可见侧”。如果预成型件同样由透明塑料形成,则该三维图案可任选在其内表面上也可见。如果预成型件不透明和/或优选已灰色或黑色着色,特别是如果热塑性膜已用完全由透明材料构成并且只有干涉色而没有吸收色的薄片状效果颜料着色,则在所得模制品的外表面上产生特别好的三维图案可见性。
如果该透明热塑性塑料熔体包含可溶着色剂或少量颗粒着色剂,则也可视需要改变从所得模制品的外表面侧可感知的虚拟三维图案的色彩印象。尽管可溶着色剂导致产生热塑性塑料熔体和用其制成的模制品部分的固有色彩,但它们对该模制品的这一部分的透明度几乎或完全没有不利影响。
该透明热塑性塑料熔体由热塑性塑料构成(任选除如所述的常规填料和辅助剂以及着色剂外)。这些可以如上文已对热塑性膜所述那样,由常规热塑性塑料构成并包含如上所述的相同物质类别。
热塑性膜和热塑性塑料熔体和预成型件中所用的塑料材料优选具有相同、部分相同或至少类似的熔点和熔融行为,以便在注塑工艺过程中更容易实现该模制品的所有聚合物成分的完全材料接合并使得可以实现不可拆分的、强粘合和形状配合的接合。但是,为了进行根据本发明的方法,该透明热塑性塑料熔体的温度至少具有经着色热塑性膜的塑料组分的玻璃化转变温度TG的值就足够了。可以根据这一先决条件选择热塑性膜和透明热塑性熔体的原材料。
相反,在注塑工艺过程中温度应保持在聚合物预成型件的塑料组分的玻璃化转变温度TG以下,以避免危及位于其外表面上的三维图案的机械稳定性并能将该三维图案精确转印到热塑性膜上。已经令人惊讶地发现,在根据本发明的方法中即使用于热塑性膜和用于聚合物预成型件的塑料相同,也满足这一先决条件,因为该热塑性塑料膜在注塑工艺过程中充当相对预成型件的保护层,且该预成型件在引入热塑性塑料熔体的过程中不会达到其玻璃化转变温度。
在对于用薄片状效果颜料着色的热塑性膜和热塑性塑料熔体必须使用具有非常不同的熔点和熔融行为或不满足关于玻璃化转变温度和熔点的上述条件的塑料材料的情况下,施加到突出入注塑模具的空腔中的热塑性膜表面上的粘合促进层可助于膜和熔体的热粘接。这也适用于热塑性膜上的经着色印刷层或涂层的粘结剂体系热不相容的情况,因为该印刷层或涂层如果存在,则优选位于突出入注塑模具空腔中的热塑性膜表面上。该粘合促进层确保膜和塑料熔体的不可拆分的接合并可由本领域技术人员基于其专业知识选择。
以类似方式,也可以在用效果颜料着色的热塑性膜和预成型件之间提供粘合促进层。
本发明还提供至少由预成型件、位于预成型件上的已用薄片状效果颜料着色的由热塑性塑料构成的中间层、和由透明热塑性塑料构成的外表面层构成的模制品,其中所述外表面层在其至少一个局部区域上表现出在模制品内部由薄片状效果颜料形成的视觉可察觉的虚拟三维图案,并且其中所述模制品的外表面层本身没有相应的立体三维图案。此类模制品可通过根据本发明的上述注塑方法制成。
根据本发明的模制品是聚合物模制品或复合模制品。
在聚合物模制品的情况下,预成型件同样基本由聚合物材料,即塑料构成,而在复合模制品的情况下,预成型件主要由非塑料的材料构成,优选由金属构成。
用于制造根据本发明的模制品的已用薄片状效果颜料着色的热塑性膜在所得模制品中形成已用薄片状效果颜料着色的由热塑性塑料构成的上述中间层。根据本发明的模制品的包含透明热塑性塑料的外表面层由透明热塑性塑料熔体在固化时形成。
上文已经详细描述了预成型件、热塑性膜、薄片状效果颜料和透明热塑性塑料的材料组成。就本发明的模制品而言,在此明确参考这一描述。
如果热塑性膜中所用的塑料或印刷层或涂层中所用的粘结剂体系与构成根据本发明的模制品的外表面层的透明热塑性塑料的熔融行为不足够热相容,以致不能借助唯一工艺步骤彼此强粘合地并且形状配合地接合,则根据本发明的模制品有利地在经着色的热塑性膜和固化的热塑性塑料之间还具有粘合促进层。这一层由一种或多种聚合物塑料构成并在热塑性膜和透明热塑性塑料之间形成不可拆分的强粘合性接合。本领域技术人员可以基于其专业知识根据各自的要求进行合适材料的选择。
如果由于上文提到的原因而应是需要的,则也可以在用薄片状效果颜料着色的膜和预成型件之间提供粘合促进层。特别在使用金属预成型件时,这可能有作用。
在根据本发明的模制品的外表面(可见侧)上可见的虚拟三维图案是位于预成型件表面上的凸起和/或凹进的正像复制图像。但是,这一复制图像主要由位于根据本发明的模制品内部的热塑性中间层中或上的薄片状效果颜料的不同取向产生,而所得模制品中的实际位于预成型件表面上的三维图案仅弱可视觉察觉直至甚至不可视觉察觉。
如上文已经描述,在根据本发明的模制品的外表面上的可见三维图案的垂直和水平维度的尺寸可在宽范围内变化,其根据预成型件的尺寸和热塑性膜的厚度和模制品上的三维图案的预期用途(实例:编码相对于装饰效果)选择。热塑性膜的厚度在此通常代表预成型件表面上的凸起和/或凹进的高度或深度的上限,但在个别情况下这些也可能超过热塑性膜的厚度。
预成型件的外表面上的三维图案具有大约2微米至几厘米的高度/深度和50微米至2000微米的线宽的凸起和/或凹进。该三维图案的面积大小可以为几平方毫米至几百平方厘米,并且如凹进或凸起的高度/深度和宽度那样,根据上述标准测量。
含有三维图案的预成型件的表面在此位于模制品内部并且无法与其分离。
薄片状效果颜料同样在模制品内部布置在预成型件和模制品外表面之间的热塑性中间层中。这一中间层也无法与该模制品的其它组成部分分离。
布置在该中间层中的薄片状效果颜料各自具有与该颜料的最长维度对应的纵轴并且,如上文已经描述,这些纵轴在中间层中相对于该中间层的底面的取向不同。薄片状效果颜料的这种不同取向导致效果颜料在入射光下的不同光反射,并在根据本发明的模制品内部导致产生具有三维外观的虚拟的有光泽的图案,其在模制品的外表面积上可见但在触觉上不可察觉。
相反,该模制品的外表面层由透明热塑性塑料构成并且除外部成形外优选没有任何附加表面结构。但是,在个别情况下,外表面的这种附加纹理/结构可能适当或合理的。
不同于该模制品的外表面层,该预成型件可以是透明、半透明或不透明的。特别有利地是,该预成型件是无色或有色的,但不透明的,特别是如果其经灰色或黑色着色并优选另外是不透明的。这能够提高由薄片状效果颜料在聚合物模制品内部形成的虚拟三维图案的对比度和可见性。
在该模制品的外表面上可见的虚拟三维图案本身在这一表面上无法触觉察觉,因此被保护以免受机械影响。同时,由于薄片状效果颜料的不同光反射,其可容易察觉并且在光学上有吸引力。构成模制品表面的透明塑料层增强了该图案的深度印象和因此增强了其视觉可察觉的三维性。
本发明还提供如上所述的聚合物模制品作为耐用消费品的装饰和/或标签元素或部件的用途。
耐用消费品在此基本上和优选是包装、电气和电子工业中的产品、家用电器、家具、服装、包袋、鞋、体育用品或车辆。但是,原则上,根据本发明的模制品可用于可有利地使用可在注塑方法中制造并具有同时在表面上无法触摸到的易见、有吸引力的三维图案的模制品的所有领域。在这种类型的制品中,该虚拟三维图案可由于纯艺术的装饰性原因,也可为了带有批号、制造商数据等的产品标签目的使用。
本发明提供可以用于制造在其至少一个表面上表现出有光泽、在光学上有吸引力的虚拟三维图案(其表现出在其色彩、其光泽和其功能性方面能可变调节的外观并可含有高精度细线)的模制品的简单且便宜的注塑方法。这些可以是基本由塑料构成的聚合物模制品,以及具有由非塑料的材料构成的型芯的复合模制品。对于需要特殊材料的注射模制品的许多应用领域,由此完成迄今没有提供的改进其光学外观的方法。此外,根据本发明的方法的优点在于,甚至在聚合物模制品的情况下,为了实现基于薄片状效果颜料的空间配向的令人印象深刻的三维图案,不要求用这些薄片状效果颜料将整个聚合物模制品着色,而是仅将模制品的一部分着色,基于该聚合物模制品的总重量,该部分视需要也可能相对较小(例如仅10重量%)。根据本发明的方法可以使用常规注塑设备进行,因此便宜并可根据需要适应性调节。借助根据本发明的方法,可以以简单、便宜的方式制造无流痕并令人印象深刻地用效果颜料着色和图案化的复杂模制品。根据本发明的所得模制品耐用并通常具有视觉吸引力高的无压花表面和线清晰度高的几乎不可破坏的三维虚拟图案。它们具有均匀色彩和高光泽并可以可变方式用于许多工业和装饰应用领域。
下面将参照实施例更详细解释本发明,但无意受此限制。
具体实施方式
实施例1:
在预先工艺步骤中,注塑由具有基于塑料重量计的0.2重量%的炭黑含量的ABS(GP-22,来自BASF SE公司的产品)构成的塑料板,其尺寸为100x 150mm和10mm厚度。借助激光装置(Trumpf,Vectormark compact)通过激光消融为该塑料板的主表面之一提供尺寸大约30x 45mm的标识。该标识具有各种凹进,每个具有大约100-150μm的深度。
以100x150mm的尺寸制造借助注塑方法制成的膜(SAN358N,来自BASF SE公司的产品),其具有1.5重量%的T10-09 Pacific Twinkle(基于SiO2基底的薄片状效果颜料,粒度20-200μm,来自Merck KGaA公司的产品)和0.2重量%的PV坚牢蓝B2G01(来自Clariant International Ltd.的产品)含量,其具有大约800μm的厚度。
使用Kraus-Maffei CX-130-380型注塑机。将该预制塑料板放在注塑模具的内表面中的尺寸为100x 150mm的模具嵌件中,使得带有标识的塑料板表面面向注塑模具的空腔。随后将同样已预先制成的用效果颜料进行本体着色的膜固定在注塑模具的内部空腔中,并闭合模具。
在闭合模具后,将透明塑料熔体(SAN358N,来自BASF SE的产品)注射入在经着色热塑性膜和不带预成型件的注塑模具表面(喷嘴侧)之间在注塑模具中留下的空腔。在220至260℃的温度和450至900巴(4.5x107N/m2至9x107N/m2)的压力下进行注射操作。
在冷却操作和打开注塑模具后,获得塑料板—其一个外表面表现出如在玻璃后面的、具有均匀的强蓝色光泽、在蓝色和绿色之间变色的区域,其具有位于其中的有光泽的、标识形式的虚拟三维图案,该标识由该膜中的薄片状效果颜料形成,其与含炭黑的预制塑料板表面上的标识的图形对应。所得塑料板的另一主表面是平面、不透明并具有黑色着色。
实施例2:
在预先工艺步骤中注塑具有47mm外直径、11.5mm高度和0.6mm壁厚的瓶盖外形的PP预成型件(HM 648T,来自LyondellBasell,NL公司的产品),其具有基于塑料重量计的0.2重量%的炭黑含量。该瓶盖在其外表面(盖)上具有直径大约30mm的三维锯齿形结构。
借助挤出法制造具有2重量%的薄片状效果颜料(4504,粒度5-50μm,来自Merck KGaA公司的产品)含量的具有400μm厚度的经着色膜(HM 648T,来自LyondellBasell,NL公司的产品)。切割该膜以提供直径44mm的圆。
使用Arburg Al lrounder 320M型注塑机。将该预成型件放在注塑模具的内表面中的模具嵌件(外直径48.2mm)中,以使得带有轮廓的预成型件表面面向注塑模具的空腔。随后将同样已预先制成的用效果颜料进行本体着色的膜固定在注塑模具的内部空腔中,并闭合模具。
在闭合模具后,将透明塑料熔体(PP,Borealis PP RJ901MO)注射入在经着色热塑性膜和不带预成型件的注塑模具表面(喷嘴侧)之间留下的注塑模具空腔。在180至260℃的温度和300至900巴的压力下进行注射操作。
在冷却操作和打开注塑模具后,获得瓶盖-其外表面在盖区域中表现出如在玻璃后面的、具有均匀的光泽、变色的区域,其具有位于其中的有光泽的、锯齿形结构形式的虚拟三维图案,该锯齿形结构由该膜中的薄片状效果颜料形成,其在形状上与预制预成型件表面上的图案的图形对应,但与预成型件表面上的实际三维图案相比,其产生在光学深度和因此调节的空间印象上表现得明显更可塑。所得瓶盖的内表面是平面、不透明并具有黑色着色。
Claims (15)
1.用于在模制品中产生虚拟三维图案的注塑方法,其中
-提供一种注塑模具,其具有注塑模具部件A和B,所述部件A和B可互相分开并各自具有内表面A’和B’并一起形成内部空腔,并且其中,在所述注塑模具打开时,
-将具有二维或三维形状和外表面的预成型件固定到注塑模具部件A的内表面A’上以使所述预成型件的外表面面向所述空腔,其中这一外表面至少在其局部区域上具有凸起和/或凹进,所述凸起和/或凹进一起形成三维图案,
-将已用薄片状效果颜料着色的热塑性膜引入所述内部空腔,
-闭合所述注塑模具,
-将透明热塑性塑料熔体引入在所述热塑性膜和注塑模具部件B的表面B’之间的内部空腔,其中所述热塑性膜至少与所述预成型件的外表面的含有三维图案的部分和同时与所述热塑性塑料熔体形成强粘合性的和形状配合的接合,和
-其中所述薄片状效果颜料在所述热塑性膜上或在其中复制和光学增强位于所述预成型件的外表面上的三维图案,
-加热或冷却所述注塑模具,和随后
-脱模或取出所得模制品,其具有透明热塑性塑料的外表面并在这一外表面的至少一部分上表现出由薄片状效果颜料形成的虚拟三维图案。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于其至少在等于或高于所述热塑性膜的玻璃化转变温度TG的温度下进行。
3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于所述热塑性膜已用薄片状效果颜料进行本体着色。
4.根据权利要求1至3的一项或多项的方法,其特征在于所述三维图案是图形对象、字母数字图形、线和/或点图案、标识、编码或抽象图案形式的宏观图案。
5.根据权利要求1至4的一项或多项的方法,其特征在于所述薄片状效果颜料选自珠光颜料、干涉颜料、金属效果颜料、薄片状功能颜料、薄片状结构化颜料或它们的混合物。
6.根据权利要求1至5的一项或多项的方法,其特征在于所述薄片状效果颜料具有5至250微米的粒度和至少2的纵横比。
7.根据权利要求1至6的一项或多项的方法,其特征在于所述薄片状效果颜料由薄片状基底和在所述基底上的一个或多个层构成,其中所述基底和直接位于基底上的层和/或各自相邻的至少两个层的折光指数n彼此相差至少△n=0.1。
8.根据权利要求1至7的一项或多项的方法,其特征在于所述薄片状效果颜料以经着色热塑性膜的总重量计的0.1至20重量%的量存在于所述经着色的热塑性膜中。
9.根据权利要求1至7的一项或多项的方法,其特征在于所述经着色的热塑性膜除薄片状效果颜料外还包含另外的有机或无机着色颜料、染料和/或填料。
10.根据权利要求1至9的一项或多项获得的模制品,其至少由预成型件、位于预成型件上的已用薄片状效果颜料着色的由热塑性塑料构成的中间层、和由透明热塑性塑料构成的外表面层构成,其中所述外表面层在其至少一个局部区域上表现出在模制品内部由薄片状效果颜料形成的视觉可察觉的虚拟三维图案,并且其中所述模制品的外表面层本身没有相应的立体三维图案。
11.根据权利要求10的模制品,其特征在于其是聚合物模制品或复合模制品。
12.根据权利要求10或11的聚合物模制品,其特征在于所述薄片状效果颜料各自具有纵轴并且这些纵轴在中间层中相对于所述中间层的底面的取向不同。
13.根据权利要求10至12的一项或多项的聚合物模制品,其特征在于所述预成型件是透明的、半透明或不透明的。
14.根据权利要求10至13的一项或多项的聚合物模制品作为耐用消费品的装饰和/或标签元素或部件的用途。
15.根据权利要求14的用途,其特征在于所述耐用消费品是包装、电气和电子工业中的产品、家用电器、家具、服装、包袋、鞋、体育用品或车辆。
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