CN116551197A - 标签结构、及其用于烧蚀激光标记的方法 - Google Patents

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Abstract

标签具有面涂层和牺牲层。面涂层具有第一颜色，第一颜色具有第一L值，牺牲层具有第二颜色，第二颜色具有第二L值。面涂层包含至少一种反射型颜料以及聚合物粘合剂，并且牺牲层包含至少一种红外(IR)吸收材料和聚合物粘合剂。第一L值大于第二L值，并且基于面涂层的重量，至少一种反射型颜料的总量为40重量％至80重量％。

Description

标签结构、及其用于烧蚀激光标记的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年3月16日提交的美国临时申请号62/644,304的权益。该临时申请的内容通过参考纳入本文用于所有目的，如同在本文中完整阐述一样。
技术领域
本公开涉及包括用于烧蚀激光标记的标签结构的标签，其包括用于标记小区域和/或需要碎片产生少的应用。
背景技术
在许多工业中，热转印印刷标签不能达到小字体印刷的条形码可解码性水平。激光可标记标签通常在较小的印刷尺寸或较小字号下具有更高的可读性/可解码性。随着产品尺寸变小，产品标签的可用面积减小，并且能够以小尺寸打印的重要性增加。
首先，标签制造商转向激光可标记的黑色标签，其呈现出白色标记内容(indicia)以提供较小的可读标签。由于黑色层具有更多的遮蔽性(hide)，因此黑色层构造在白色或较浅的层上以降低成本并减小标签厚度。然而，具有该构造的激光烧蚀标签对比度差。
不同于黑色着色的标签(具有浅色标记内容)，白色着色的标签(具有深色标记内容)天生是反射性的，并限制了激光在传递能量方面的有效性。通过加入各种近IR吸收材料对该标签的面涂层进行掺杂可能导致不可接受的颜色水平，因为其应该是白色标签。此外，白色颜料和/或填料通常需要实现对下方较深色的层进行适当量的遮蔽或掩蔽。在许多情况下，这些颜料和填料包含矿物或金属化合物，所述矿物或金属化合物在远远超过激光输出可达到的温度下具有热稳定性，在聚合物粘合剂暴露于激光能量而燃烧时提供碎片产生源。对于许多工业，在过程中的任意点产生碎片都会对最终产品的性能或质量造成重大风险，并且在产品的预期应用的下游甚至可能具有更高的缺陷水平。碎片的产生也使已烧蚀标签的可读性下降。
发明内容
考虑到上述情况，激光可标记的标签、特别是激光可标记的黑底白色
(white-on-black)标签可能会给许多行业带来问题。这些问题的范围从非常小(例如，需要重印标签)到非常重大(例如，由于碎片的缺陷)。因此，小字号可读性得以改进并且烧蚀期间所产生碎片减少的激光可标记黑底白色标记具有很大的技术价值。
本文公开了用于黑底白色标签的改进的标签结构。面涂层下的牺牲层包含红外(IR)吸收材料，并且面涂层包含反射颜料，使得标签的未烧蚀区域可以保持鲜亮的白色。更进一步地，将牺牲层设计成被部分烧蚀，但是以烧蚀过程中烧蚀产生较少碎片或不产生碎片的方式(即，在牺牲层的成分暴露于激光的情况下是挥发性的)部分烧蚀。在烧蚀期间，激光的一部分可以透射通过面涂层并进入牺牲层以使牺牲层挥发，这反过来导致烧蚀部分上方的面涂层通过牺牲层的烧蚀而被从标签结构吹走。为此目的并且为了通过激光烧蚀获得清爽且清晰的印刷，可以将面涂层设计成使得在烧蚀过程中能相对容易地进行局部去除(即，通过牺牲层的挥发来局部去除，而不是不精确地剥落或以产生大碎片的方式剥落)。这些各种不同的结构在此处和下文中进行描述。
根据一个方面，提供包括面涂层和牺牲层的标签。面涂层具有第一颜色并包含至少一种反射型颜料和第一聚合物粘合剂，所述第一颜色具有第一L值。牺牲层具有第二颜色并包含至少一种红外(IR)吸收材料和第二聚合物粘合剂，所述第二颜色具有第二L值。第一L值大于第二L值，并且基于面涂层的重量，反射型颜料的总量为40重量％至80重量％。
在一些形式中，面涂层可以具有第一面部表面和第二面部表面，并且牺牲层可以具有第一面部表面和第二面部表面，并且面涂层的第二面部表面可以至少部分与牺牲层的第一面部表面连接。因此，在一些情况下，第二面部表面可以与牺牲层的第一面部表面直接接触。
在一些形式中，反射型颜料可以包括二氧化钛。
在一些形式中，反射型颜料根据ASTM D1210-05测量的粒度可以大于或等于4个赫格曼(Hegman)单位。
在一些形式中，面涂层可以基本不含有机填料。
在一些形式中，第一颜色根据ASTM E1347-06(2015)测量的L值可以是80至100，并且第二颜色根据ASTM E1347-06(2015)测量的L值可以小于或等于30。
在一些形式中，IR吸收材料可以包括炭黑或是炭黑。
在一些形式中，牺牲层可以基本不含无机填料和有机填料。
在一些形式中，牺牲层可以基本不含矿物填料和金属氧化物填料。
在一些形式中，可以混合牺牲层的IR吸收材料和第二聚合物粘合剂。
在一些形式中，第一聚合物粘合剂和第二聚合物粘合剂可以包含相同的材料。
在一些形式中，第一L值和第二L值之间的差值可以大于50。
在一些形式中，在对面涂层和牺牲层进行热重分析(以20℃/分钟的速率从室温升高至850℃)之后的总残余物含量可以是10重量％至32重量％。
在一些形式下，面涂层可以具有第一厚度，牺牲层可以具有第二厚度，并且第二厚度大于第一厚度。。
在一些形式中，面涂层可以包含至少一种无机填料，并且对面涂层和牺牲层进行热重分析(以20℃/分钟的速率从室温升高至850℃)之后的总残余物含量可以是10重量％至32重量％。
在一些形式中，标签还可以包含薄膜层、粘合剂层和衬层中的至少一个。
根据另一方面，衬层以载有多个如本文所述标签的卷形式提供。
根据另一方面，提供带有至少一个如本文所述标签的基材。
根据另一方面，提供包括面涂层、牺牲层、薄膜层、粘合剂层和任选衬层的标签。面涂层具有：(1)具有第一L值的第一颜色和(2)第一面部表面和第二面部表面，并且面涂层包含至少一种反射型颜料和第一聚合物粘合剂。牺牲层具有：(1)具有第二L值的第二颜色和(2)第一面部表面和第二面部表面，其中，第一面部表面与面涂层的第二面部表面接触。牺牲层包含至少一种红外(IR)吸收材料和第二聚合物粘合剂。薄膜层具有第一面部表面和第二面部表面，其中第一面部表面与牺牲层的第二面部表面接触。粘合剂层具有第一面部表面和第二面部表面，其中第一面部表面与薄膜层的第二面部表面接触。任选衬层具有第一面部表面和第二面部表面，其中第一面部表面与粘合剂层的第二面部表面接触。在该标签中，第一L值大于第二L值，并且基于面涂层的重量，至少一种反射型颜料的总量为40重量％至80重量％。
根据一个方面，提供用于对具有面涂层和牺牲层的标签进行烧蚀的方法。用激光束对面涂层上的至少一个目标区域进行辐照，并且去除至少一个目标区域中的至少一部分牺牲层和面涂层。
在一些形式中，面涂层可以具有第一面部表面和第二面部表面，并且牺牲层可以具有第一面部表面和第二面部表面，并且面涂层的第二面部表面可以与牺牲层的第一面部表面联接。面涂层可以与牺牲层的第一面部表面接触。
在一些形式中，辐照步骤可以包括：辐照面涂层的目标区域，并允许激光束的至少部分能量在与目标区域对应的区域处辐照牺牲层。
在一些形式中，去除面涂层和至少部分牺牲层的步骤可以包括：允许牺牲层膨胀并吹走面涂层。
可通过以下详细描述和附图清楚地了解本公开的这些以及其它优势。以下仅描述了本公开的一些优选的实施方式。为了评估本公开的全部范围，应该注意权利要求，因为这些优选实施方式并非旨在成为权利要求范围内的唯一实施方式。
附图说明
本公开通常参考附图进行描述，该附图的目的仅是对某些实施方式进行说明，而不是限制本公开的范围。在所有附图中，相同的数字用于表示相同的部件。
图1是根据本公开实施方式的标签的截面侧视图。
图2是根据本公开另一实施方式的标签的截面侧视图。
图3是根据本公开实施方式的已烧蚀标签的截面侧视图。
图4是根据本公开实施方式的对标签进行烧蚀的方法。
图5是根据本公开实施方式的粘附至基材的已烧蚀标签的截面侧视图。
图6是根据本公开实施方式的包含用于直接标记的标签的基材的截面侧视图。
图7是标签烧蚀后图6中所示实施方式的截面侧视图。
图8A是第一对比标签结构的已烧蚀的第一样品的非限制性示例。
图8B显示50倍放大倍率下图8A的第一对比标签的第一样品的未烧蚀区域部分。
图8C显示50倍放大倍率下图8A的第一对比标签的第一样品的已烧蚀区域部分。
图9A是第二对比标签结构的已烧蚀的第一样品的非限制性示例。
图9B显示50倍放大倍率下图9A的第二对比标签的第一样品的已烧蚀区域部分。
图10A是第一对比标签的已烧蚀的第二样品的非限制性示例。
图10B显示在图10A的第一对比标签的已烧蚀的第二样品上完成的胶带测试结果。
图11A是根据本公开实施方式的第二对比标签的已烧蚀的第二样品的非限制性示例。
图11B显示在图11A的第二对比标签的已烧蚀的第二样品上完成的胶带测试结果。
图12A显示使用不同激光功率设置在第一对比标签的第三样品的非限制性示例上的十六个已烧蚀区域。
图12B显示在图12A的已烧蚀标签上完成的胶带测试结果。
图13A显示使用不同激光功率设置在根据本公开实施方式的第二对比标签的第三样品的非限制性示例上的十六个已烧蚀区域。
图13B显示在图13A的已烧蚀标签上完成的胶带测试结果。
图14是显示标签质量剩余百分比与温度的函数关系的图表。
具体实施方式
定义：
在详细说明本公开的任意实施方式之前，应理解的是本公开在其应用中不局限于以下说明中所描述或下述附图中所示的构造细节和各部件的排列。本公开能够具有其它实施方式并且能够以各种方式予以实施和执行。另外，应理解的是本文中使用的词语和术语是为了是说明性目的而不应被认为是限制性的。本文使用“包含”、“包括”或“具有”及其变形表示涵盖其后列出的项目及其等同物以及额外的项目。除非另有说明或限制，术语“安装”、“连接”、“支持”和“联接”及其变形以宽泛含义应用并且涵盖直接和间接的安装、连接、支持和联接。此外，“连接”和“联接”并不限于物理或机械的连接或联接。
提供下述讨论以使本领域技术人员能够制造和使用本公开的实施方式。对于所述实施方式的各种修改是对本领域技术人员显而易见，且本文的基本原则可应用于其它实施方式和应用而不背离本公开的实施方式。因此，本公开的实施方式并不意图限于所示实施方式中，而应按照与本文所公开原理和特征一致的最广泛的范围。下文的详细描述将参考附图进行阅读，其中，不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。附图并不一定按比例绘制，其描绘了所选实施方式，并且并意图限制本公开实施方式的范围。本领域技术人员将意识到本文所提供的实施例具有许多可用的替代方案并且落入本公开实施方式的范围内。
除非有相反的陈述，从上下文暗示或本领域的惯例，所有份数和百分比均是基于重量的，并且所有测试方法是截至本公开的提交日期现存的。出于美国专利实践的目的，任何所引用的专利、专利申请或出版物的内容通过引用以其全文纳入(或其等同的美国版本通过引用来纳入)，特别是关于定义的公开(在与本公开中具体提供的任何定义不相矛盾程度上)和本领域的一般知识的内容。
本公开中的数值范围是近似值，因此除非另有说明，否则可包括该范围之外的值。数值范围包括以一个单位增量从下限值到上限值的所有值和包含下限值和上限值，前提是在任意较低值和任意较高值之间存在至少两个单位的间隔。例如，如果组成、物理性质或其它性质(例如，层厚度)为100至1000，则明确地列举了所有单个值(例如100、101、102等)和子范围(例如100至144、155至170、197至200等)。对于包含小于1的值或包含大于1的分数(例如，1.1,1.5等)的范围，则一个单位视情况被认为是0.0001、0.001、0.01或0.1。对于包含小于10的单个数字的范围(例如，1至5)，通常认为一个单位是0.1。这些仅是具体意图的示例，并且在所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为是在本公开中明确陈述。在本公开内容中提供了数值范围，其中，包括标签和层厚度。
如本文所用，“面部表面”等术语可以区别于“边缘表面”使用。例如，如果形状或构造是矩形，则层(例如，薄膜)将包括由四个边缘表面连接的两个相对的面部表面(两对相对的边缘表面，每对与另一对以直角相交)。如果构造是圆形，则层将包含通过一个连续边缘表面连接的两个相对的面部表面。
如本文所用，“颜料”等术语可以是指以非分子分散(颗粒)形式存在的化合物或反射或吸收可见光的材料。
如本文所用，多层部件的相邻层的上下文中的“直接接触”是的彼此直接接触的相邻层的相对面部表面，例如，基材上的涂层。换言之，相邻层彼此“直接接触”是彼此接触而没有中间层。
标签部件
在一些实施方式中，本公开提供了标签100。标签100是包含两层或更多层的多层结构，其可以包括面涂层110和牺牲层120。其它任选层包括但不限于：薄膜层130、粘合剂层140、和/或衬层150。
图1是根据本公开一些实施方式的标签100a的截面侧视图。标签100a包括面涂层110和牺牲层120。面涂层110包括：可能暴露(例如，暴露于周围环境，例如空气)的第一面部表面112；以及第二面部表面114。牺牲层120包括：第一面部表面122，其与面涂层110的第二面部表面114联接；以及第二面部表面124。面涂层110和牺牲层120的组成可以如本文所述。
可以使用本领域技术人员已知的方法将牺牲层120施加至面涂层110的第二面部表面114，所述方法为例如，沉积技术(例如，化学气相沉积、物理气相沉积等)、喷涂技术(例如，热喷涂)、化学和电化学技术、辊到辊涂覆工艺(例如，挤出涂覆)、物理涂覆工艺或它们的组合。
图2是根据本公开其它实施方式的标签100b的截面侧视图。特别是，图2显示了包含多个任选层的标签100b，所述多个任选层包括薄膜层130、粘合剂层140和衬层150。
如图所示，标签100b包括具有第一面部表面112和第二面部表面114的面涂层110、具有第一面部表面112和第二面部表面124的牺牲层120、具有第一面部表面132和第二面部表面134的薄膜层130、具有第一面部表面142和第二面部表面144的粘合剂层140以及具有第一面部表面152和第二面部表面154的衬层150。
如图2所示，面涂层110的第二面部表面114至少部分与牺牲层120的第一面部表面122接触，牺牲层120的第二面部表面124至少部分与薄膜层130的第一面部表面132接触，薄膜层130的第二面部表面134至少部分与粘合剂层140的第一面部表面142接触，并且，粘合剂层140的第二面部表面144至少部分与衬层150的第一面部表面152接触。面涂层110的第一面部表面112和衬层150的第二面部表面154是暴露的。
可以一定方式并通过任意方便的装置将单个层110、120、130、140和150施加至彼此。
应当理解：标签构造中可以存在附加层，这些附加层不会实质上改变标签的基本性质。类似的，并不是图2所示的所有层在标签构造都是必须的，并且根据本公开可以在标签中提供层的任意组合，只要标签包括面涂层110和牺牲层120即可。
在图2所示实施方式中，显示出标签100具有其本身的离散衬层150；然而，设想可以在给定的衬层上提供多个标签。进一步地，标签可以是本文所述两个或多个实施方式中的任一或其组合。标签可以是任意形状或尺寸的，并且以任意曲线或构造设置在衬层上。例如，在一些实施方式中，衬层采用具有多个标签的片形式，所述多个标签以根据方便或设计而变化的取向和排列定位在衬层上的。在另一实施方式中，衬层采用不定长度的卷、带或条的形式，其具有以线性方式定位在衬层上的标签。
现在对本文所提供的标签的各种不同的层的组成和属性进行更详细地描述。
面涂层
面涂层110为标签100提供背景色，同时适应于在烧蚀期间使激光至少部分透射通过其中，使得激光可以在激光烧蚀期间与牺牲层120相互作用，即使面涂层110本身未用激光直接烧蚀。在一些实施方式中，面涂层110主要包含反射型颜料和聚合物粘合剂。反射型颜料至少部分提供面涂层110的颜色。在一些实施方式中，反射型颜料是浅色颜料，而在其它实施方式中，反射型颜料是基本白色的颜料。
在一些实施方式中，反射型颜料是无机的。反射型颜料的非限制性示例包括：金属氧化物，例如，二氧化钛；混合的金属氧化物(MMO)，例如，含有如下的MMO：氧化铬绿、铬铁氧化物、硫硅酸铝钠(sodium aluminum sulphur silicate)、锰锑氧化物、铬锑锡氧化物、铝酸钴、亚铬酸钴、氰亚铁酸铁铵(iron ammonium ferrocyanide)、钛酸钴、铬铁镍氧化物、钛酸镍锑、亚铬酸铁锌、铁氧化物、亚铬酸铁、钒酸铋、铁锰氧化物，以及它们的混合物。出于本申请的目的，炭黑被认为是有机材料，并因此不被包括在无机反射型颜料的定义中。
在一些实施方式中，反射型颜料是二氧化钛。二氧化钛可以以选自下组的一种或多种相存在：金红石、锐钛矿、板钛矿、赤尾矿(akaogiite)、锰钡矿样形式、斜方锰矿样形式、α-PbO2样形式、氯铅矿(PbCl2)样以及它们的组合。在一些实施方式中，氧化钛可以以选自下组的晶体结构存在：四方晶体结构、斜方晶体结构、单斜晶体结构、立方晶体结构及其组合。
反射型颜料根据ASTM D1210-05测量的粒度可以大于或等于4个赫格曼(Hegman)单位。在一些实施方式中，反射型颜料根据ASTM D1210-05测量的粒度为从大于或等于4个赫格曼单位、或5个赫格曼单位、或6个赫格曼单位至7个赫格曼单位、或小于8个赫格曼单位。在暴露于激光期间，与更大的粒度不同，该粒度可以帮助允许激光通过面涂层110，并且允许在牺牲层120挥发时干净和清爽地除去面涂层110。
在一些实施方式中，面涂层110包括本文所述两种或更多种反射型颜料的混合物。
聚合物粘合剂可以由聚合物基质形成，所述聚合物基质具有分散于其中的一种或多种反射型颜料。用于聚合物粘合剂的合适材料的非限制性示例包括：脂肪族聚氨酯、芳族聚氨酯、聚酯、聚丙烯酸酯、交联苯氧基树脂、以及它们的混合物。在一些实施方式中，聚合物粘合剂是聚酯。
在一些实施方式中，以3:1、或2.5:1、或2:1、或1.5:1、或1:1to 1:1.5、或1:2、或1:2.5、或1:3的比率提供反射型颜料和聚合物粘合剂。3:1至1:3的反射型颜料与聚合物粘合剂比率通常是视觉反射的，同时仍然允许一部分激光能量通过。然而，应当理解在给定的反射型颜料与聚合物粘合剂比率下，反射型颜料的粒度变化将改变面涂层110的反射性。例如，在给定的反射型颜料与聚合物粘合剂比率下，较大的粒度将导致更具反射性的面涂层110，而相同比率下的粒度下降将获得反射性较低的面涂层110。
在一些实施方式中，反射型颜料与聚合物粘合剂比率接近1:1，导致反射型颜料近似于均匀地分散在面涂层110中，特别是当反射型颜料的粒度小(例如，根据ASTM D1210-05测量的粒度大于或等于4个赫格曼单位)的时候尤为如此。
在一些实施方式中，反射型颜料包括具有至少一个纳米尺度或微米尺度的尺寸(例如，长度、高度、平均直径)的颗粒。在一些实施方式中，颗粒的尺寸范围为20nm至5μm。在一些实施方式中，颗粒的尺寸为约0.05μm、或0.1μm、或0.15μm、或0.20μm、或0.30μm、或0.4μm、或0.5μm、或0.6μm、或0.7μm、或0.8μm、或0.9μm、或1μm，或其混合。在一些实施方式中，聚合物粘合剂中的大部分反射型颜料颗粒的尺寸范围为0.1μm至0.5μm或0.1μm至0.3μm。在一些实施方式中，聚合物粘合剂中的至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％的反射型颜料颗粒的尺寸范围为0.1μm至0.5μm或0.1μm至0.3μm。
在反射型颜料是二氧化钛的实施方式中，以2:1、或1.5:1、或1.25:1、或1.2:1、或1.1:1to 1:1、或1:1.1、或1:1.2、或1:1.25、或1:1.5、或1:2的比率提供反射型颜料和聚合物粘合剂。在一些实施方式中，反射型颜料是二氧化钛，并且反射型颜料与聚合物粘合剂的比率为约1:1。
在一些实施方式中，面涂层110可以额外包含一种或多种填料、IR吸收材料、或其它添加剂。在一些实施方式中，包含一种或多种填料、IR吸收材料、或其它添加剂以改变面涂层110的物理性质和/或化学性质。例如，在一些实施方式中，面涂层110包含二氧化硅或另一种消光剂从而为面涂层110提供哑光外观而不是有光泽的外观。面涂层110还可以任选地包含无机填料，例如，基于矿物的化合物，如，碳酸钙。
在一些实施方式中，面涂层110可以包含一种或多种红外(IR)吸收材料。合适的IR吸收材料的非限制性示例包括炭黑和/或任意常见等级的标准深色颜料。在一些实施方式中，面涂层110不含任意IR吸收材料。
还可以存在少量的其它添加剂(例如，荧光增白剂、掺杂剂等)，只要该量不会影响面涂层110和所获得标签的材料性质和必要性质即可。
在一些实施方式中，例如当任意这样的第二颜料、添加剂或IR吸附材料是有机的时候，包含于面涂层110中的任意填料、IR吸收材料或其它添加剂会在经受激光束时挥发。在其它实施方式中，例如当任意这样的第二颜料、添加剂或IR吸附材料是无机的时候，包含于面涂层110中的任意填料、IR吸收材料或其它添加剂不会在经受激光束时挥发。
在一些实施方式中，面涂层110基本不含无机填料、或不含无机填料。在涉及面涂层110的情况下进行使用时，“无机填料”是指除反射型颜料之外的无机材料。无机材料(例如，碳酸钙)在激光烧蚀时不会挥发，并且因此常常在激光书写期间促成碎片形成。在一些实施方式中，“基本不含无机填料”是指基于面涂层110的总重量，面涂层110包含小于5重量％、或小于4重量％、或小于3重量％、或小于2重量％、或小于1重量％、或小于0.5重量％、或小于0.2重量％、或小于0.1重量％、或小于0.05重量％、或0重量％的无机填料。无机填料包括但不限于：碳酸盐、硅酸盐、硼酸盐以及它们的组合。
在一些实施方式中，面涂层110基本不含有机颜料和填料、或不含有机颜料和填料。出于本发明的目的，炭黑被认为是有机材料。当设计与面涂层110结合时，炭黑因此被认为是有机颜料或有机填料。有机颜料和有机填料在受到激光束撞击或与激光束接触时会挥发，因此在激光写入期间会促成碎片形成。在一些实施方式中，“基本不含有机颜料和填料”是指基于面涂层110的总重量，面涂层110包含小于5重量％、或小于4重量％、或小于3重量％、或小于2重量％、或小于1重量％、或小于0.5重量％、或小于0.2重量％、或小于0.1重量％、或小于0.05重量％、或小于0.03重量％、或小于0.02重量％、或小于0.01重量％、或小于0.005重量％、或小于0.001重量％、或0重量％的该类填料。有机颜料和填料的非限制性示例包括但不限于：炭黑。
在一些实施方式中，面涂层110基本不含无机颜料以及有机颜料和填料、或不含无机颜料以及有机颜料和填料。也就是说，在一些实施方式中，基于面涂层110的总重量，面涂层110包含小于5重量％、或小于4重量％、或小于3重量％、或小于2重量％、或小于1重量％、或小于0.5重量％、或小于0.2重量％、或小于0.1重量％、或小于0.05重量％、或0重量％的无机填料，以及小于5重量％、或小于4重量％、或小于3重量％、或小于2重量％、或小于1重量％、或小于0.5重量％、或小于0.2重量％、或小于0.1重量％、或小于0.05重量％、或小于0.03重量％、或小于0.02重量％、或小于0.01重量％、或小于0.005重量％、或小于0.001重量％、或0重量％的有机颜料和填料。换言之，在一些实施方式中，面涂层10基本由反射型颜料和聚合物粘合剂组成，或者由反射型颜料和聚合物粘合剂组成。
根据ASTM E1347-06(2015)测定的面涂层110的L值为从80、或85、或87、或90至92、或95、或97、或100。在一具体实施方式中，根据ASTM E1347-06(2015)测定的面涂层110的L值为从80、或85、或87至90、或92、或95。
在一些实施方式中，面涂层110的颜色是浅色。示例性浅色包括但不限于：白色、灰白色、乳白色、茶色、灰色、淡雅色(pastel)、黄色、奥跟色(organ)、红色、绿色、蓝色和紫色。在一些实施方式中，面涂层110的通常是白色的。
在一些实施方式中，基于面涂层110的总重量，面涂层110中反射型颜料和填料(如存在)的总量为从40重量％(wt％)、45重量％、或50重量％、或55重量％至60重量％、或65重量％、或70重量％、或75重量％、或80重量％。
面涂层110的重量为从12磅/令(lb/ream)、或13磅/令、或14磅/令、或15磅/令、或16磅/令、或17磅/令、或18磅/令、或19磅/令至20磅/令、或21磅/令、或22磅/令、或23磅/令、或24磅/令、或25磅/令、或26磅/令。
面涂层110的厚度可以视方便并考虑面涂层110和牺牲层120的具体配方、特别是着色剂而变化。在一些实施方式中，面涂层110的厚度为从0.25密耳、或0.30密耳、或0.35密耳、或0.40密耳、或0.45密耳、或0.50密耳、或0.55密耳、或0.60密耳、或0.65密耳、或0.70密耳、或0.75密耳至0.80密耳、或0.85密耳、或0.90密耳、或0.95密耳、或1.00密耳、或1.05密耳、或1.10密耳、或1.15密耳、或1.20密耳、或1.25密耳、或1.30密耳、或1.35密耳、或1.40密耳、或1.45密耳、或1.50密耳。
牺牲层
牺牲层120为标签100处提供标记的颜色。牺牲层120包含IR吸收材料和聚合物粘合剂。IR吸收材料至少部分提供标签100的印刷颜色。在一些实施方式中，IR吸收材料是深色颜料，而在其它实施方式中，IR吸收材料是基本黑色的颜料。合适的IR吸收材料的非限制性示例包括炭黑。在一些实施方式中，IR吸收材料是炭黑。
IR吸收颜料根据ASTM D1210-05测量的粒度大于或等于4个赫格曼(Hegman)单位。在一些实施方式中，IR吸收颜料根据ASTM D1210-05测量的粒度为从大于或等于4个赫格曼单位、或5个赫格曼单位、或6个赫格曼单位至7个赫格曼单位、或小于8个赫格曼单位。
在一些实施方式中，牺牲层120包括本文所述两种或更多种IR吸收材料的混合物。
聚合物粘合剂可以由聚合物基质形成，所述聚合物基质具有分散于其中的一种或IR吸收材料。用于聚合物粘合剂的合适材料的非限制性示例包括：脂肪族聚氨酯、芳族聚氨酯、聚酯、聚丙烯酸酯、交联苯氧基树脂、以及它们的混合物。在一些实施方式中，牺牲层120的聚合物粘合剂是与面涂层110中所用的相同聚合物粘合剂(尽管在其他实施方式中也可以是不同的)。在一些实施方式中，聚合物粘合剂是聚酯树脂。
在一些实施方式中，牺牲层120可以额外包含一种或多种填料或其它添加剂。该添加剂的量使得一种或多种填料或添加剂不会影响牺牲层120和所获得标签的材料性能和必要性质即可。
在一些实施方式中，牺牲层120基本不含无机颜料以及有机填料、或不含无机颜料以及有机填料。在涉及牺牲层120的情况下进行使用时，“无机填料”是指除IR吸收材料之外的无机材料，并且“有机填料”是指除了IR吸收材料之外的有机材料。出于本发明的目的，炭黑被认为是有机材料，并且，由于炭黑是IR吸收材料，所以在该术语涉及牺牲层120进行使用时，炭黑并不是有机填料。在一些实施方式中，“基本不含无机填料和有机填料”是指基于面涂层110的总重量，牺牲层120包含小于5重量％、或小于4重量％、或小于3重量％、或小于2重量％、或小于1重量％、或小于0.5重量％、或小于0.2重量％、或小于0.1重量％、或小于0.05重量％、或0重量％的无机填料和有机填料。无机填料包括但不限于：碳酸盐(如碳酸钙)、金属氧化物和矿物填料。有机填料包括但不限于矿物填料。
在一些实施方式中，牺牲层120基本不含矿物填料以及金属氧化物填料、或不含矿物填料以及金属氧化物填料。矿物填料以及金属氧化物填料在激光烧蚀时不会挥发，并且因此常常在激光书写期间促成碎片形成。在一些实施方式中，“基本不含矿物填料以及金属氧化物填料”是指基于牺牲层120的总重量，牺牲层120包含小于5重量％、或小于4重量％、或小于3重量％、或小于2重量％、或小于1重量％、或小于0.5重量％、或小于0.2重量％、或小于0.1重量％、或小于0.05重量％、或0重量％的矿物填料以及金属氧化物填料。矿物填料以及金属氧化物填料包括但不限于：二氧化钛、氧化铬绿、铬铁氧化物、硫硅酸铝钠、锰锑氧化物、铬锑锡氧化物、铝酸钴、亚铬酸钴、氰亚铁酸铁铵、钛酸钴、铬铁镍氧化物、钛酸镍锑、亚铬酸铁锌、铁氧化物、亚铬酸铁锌、钒酸铋、铁锰氧化物，以及这些填料与其它填料的组合。
在一些实施方式中，牺牲层120基本不含有机颜料以及无机填料、或不含有机颜料以及无机填料。在一些实施方式中，“基本不含有机颜料以及无机填料”是指基于牺牲层120的总重量，牺牲层120包含小于5重量％、或小于4重量％、或小于3重量％、或小于2重量％、或小于1重量％、或小于0.5重量％、或小于0.2重量％、或小于0.1重量％、或小于0.05重量％、或0重量％的有机颜料以及无机填料。
根据ASTM E1347-06测定的牺牲层120的L值小于35、或者小于或等于30、或者小于或等于25、或者小于或等于20、或者小于或等于15、或者小于或等于10、或者小于或等于5。在一些实施方式中，根据ASTM E1347-06(2015)测定的牺牲层的L值为从大于0、或5、或10、或15至20、或25、或30。在一些体实施方式中，根据ASTM E1347-06(2015)测定的面涂层110的L值为从2、或5、或10至15、或20、或25。
在一些实施方式中，牺牲层120的颜色是深色。示例性深色颜色包括黑色、灰色、棕色、紫色、蓝色、绿色、红色、橙色和黄色。在一些实施方式中，牺牲层120的通常是黑色的。
在一些实施方式中，面涂层110的L值与牺牲层120的L值之间的差值(ΔL)为大于或等于50。也就是说，选择面涂层110和牺牲层120的具体颜色以使得两个层之间的对比度足以实现可读性。例如，牺牲层120越深，面涂层110为了获得足够的可读性所需的白色越少。同样，牺牲层120越浅，面涂层110所需的白色越多。
在一些实施方式中，ΔL为从50、或55、或60、或65、或70、或75至80、或85、或90。对于在白色背景上具有黑色标记内容的标签，为了确保足够可读性的最小ΔL为至少约50，而确保在黑色背景上具有白色标记内容的标签的可读性所需的最小ΔL为至少约80。使用L值为80至100的面涂层110和L至为0至30的牺牲层120意味着ΔL值的下限(即，ΔL至少为50)是可接受的，并且可以容易地获得从70或75至80、或85或90的ΔL值，并且显示出可读性得以提高。
在一些实施方式中，CIELAB所限定的面涂层110的颜色和CIELAB所限定的牺牲层120的颜色之间的差异(ΔE)为大于50。在一些实施方式中，ΔE为从50、或55、或60、或65、或70、或75至80、或85、或90。使用下式来计算ΔE：
其中，在L值、a值和b值由国际照明委员会(CIE)限定时，L1是面涂层110的L值，L2是牺牲层120的L值，a1是面涂层110的a值(红/绿)，a2是牺牲层120的a值，b1是面涂层110的b值(黄/蓝)，并且b2是牺牲层120的b值。
牺牲层120的重量为从10磅/令、或15磅/令、或20磅/令、或22磅/令、或25磅/令、或27磅/令、或30磅/令至35磅/令、或38磅/令、或40磅/令、或45磅/令、或46磅/令、或50磅/令、或52磅/令。
牺牲层120的厚度可以大于面涂层110的厚度。牺牲层120的具体厚度取决于在标签上进行书写的激光的所需功率设定。功率设定越高，将会消耗的牺牲层120越多，并且牺牲层应当越厚。在激光烧蚀期间，在该牺牲层120的消耗过程中，牺牲层120可能挥发，导致面涂层110被从牺牲层120上“吹走”。
在一些实施方式中，吸收层120的厚度为从0.5密耳、或0.65密耳、或0.85密耳、或1.0密耳、或1.3密耳至1.5密耳、或1.75密耳、或2.0密耳、或2.2密耳、或2.5密耳、或2.8密耳。
在一些实施方式中，在对面涂层110和牺牲层120、以及仅面涂层110和牺牲层120进行热重分析(以20℃/分钟的速率从室温升高至850℃)之后的总残余物含量可以是从10重量％、或12重量％、或15重量％、或18重量％、或20重量％至22重量％、或25重量％、或27重量％或30重量％、或32重量％。
在一些实施方式中，基于面涂层110的总重量，面涂层110中反射型颜料和填料(如存在)的总量为从40重量％(wt％)、45重量％、或50重量％、或55重量％至60重量％、或65重量％、或70重量％、或75重量％、或80重量％，并且，在对面涂层110和牺牲层120进行热重分析(以20℃/分钟的速率从室温升高至850℃)之后的总残余物含量可以是从10重量％、或12重量％、或15重量％、或18重量％、或20重量％至22重量％、或25重量％、或27重量％or 30重量％、或32重量％。
薄膜层
薄膜层130(如存在)提供支撑以及抵抗收缩、拉伸、弯曲和撕裂的性能。在一些实施方式中，薄膜层130包含聚合物树脂。合适的聚合物树脂的非限制性示例包括：聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚醚醚酮、以及它们的组合。
粘合剂层
粘合剂层140(如存在)允许标签附着至目标物，例如产品或包裹。粘合剂层140可以广泛地变化，并且可以包括但不限于压敏粘合剂(PSA)。合适的PSA可以包括掺杂有增粘剂的弹性体。在一些方面中，弹性体可以包括聚丙烯酸树脂、丁基橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯、天然橡胶、聚腈、硅酮橡胶、以及它们的混合物。在一些方面中，增粘剂可以包括含有三甲基硅烷和四氯化硅的硅酸盐树脂。
图5显示了标签200的示例性应用，所述标签200的衬层150被去除并且粘合地附着至基材的表面。表面可以是平坦且光滑的；然而，表面也可以是弯曲的、不规则纹理的、波状的，或者可以是其它形状。合适的基材材料的非限制性示例包括：塑料、金属、纸、聚合物材料、橡胶和玻璃。
衬层
衬层150(如存在)在施加标签100之前保护粘合剂层140。在一些实施方式中，衬层150包括硅酮涂覆的纸、粘土涂覆的纸、聚酯、以及它们的混合物。
直接标记
图6显示了对基材600表面直接进行标记的标签100。在直接标记时，将标签的某些层直接提供在基材的表面上，而不是可移除的衬层上。在图6所示的实施方式中，将面涂层110和牺牲层120直接设置在基材600的表面上而无需中间薄膜层130、粘合剂层140或衬层150；然而，可以包括一个或多个附加层，例如，用于增强标签100与基材表面结合的层。图7显示标签200的示例性应用——即，在烧蚀之后的标签100——在直接进行标记的上下文中如图6所提供。
烧蚀方法
图3大致显示了示例性的已烧蚀的标签200(即，烧蚀后的标签100)，图4列举了用于从标签100形成已烧蚀的标签200的步骤(统称为方法400)。如步骤402和404所示，例如，以标签100的形式提供面涂层110和牺牲层120，例如，以具有如图1或图2所示标签100a或标签100b结构的标签形式提供。面涂层110和牺牲层120为根据本文所提供的任意实施方式或实施方式的组合。在一些实施方式中，可以对面涂层110进行标记，以勾勒用于辐照的目标区域，例如，目标区域202。
然后，引导激光束辐照标签100的一部分，例如，目标区域202，并且激光能量通过面涂层110并且被吸收层从120吸收，以去除面涂层110和牺牲层120的一部分204，如步骤406和408所示。激光束将继续辐照标签100，特别是牺牲层120，直至去除了足够的面涂层110和牺牲层120以形成所需标记内容，如判定框410所示。一旦形成所需的标记内容，则过程412结束，而且由标签100形成了已烧蚀的标签200。
在一些实施方式中，由激光系统产生激光束。合适的激光系统包括但不限于：近IR二极管激光器，Nd-YAG激光器或CO2激光器。在一些实施方式中，可以使激光束脉冲，从而对标签100(或更具体地，目标区域202)产生限时能量爆发。在一些实施方式中，激光系统在宽范围的红外(IR)频率上运行。
在一些实施方式中，激光系统以1W至60W的功率水平进行操作，并且所采用的功率与所需的牺牲层去除量有关。
应理解提供上述参数是示例性的，并且可以使用其它可行的激光操作参数。
实施例
以下实施例详细阐述了本文所述的标签可以使用或实现的方式，并且将使本领域技术人员能够更容易地理解其原理。以下实施方式以说明的方式提供，并不意味着以任何方式进行限制。
以下实施例说明了调整面涂层和牺牲层的层厚度(即使层的组成在其它方面类似)如何导致碎片产生上明显差异。其中，假设面涂层已经被设计成足以允许激光穿过其到达牺牲层，由于具有更厚的牺牲层，在牺牲层中有更多的材料会挥发，由此可以改进烧蚀期间的面涂层去除。另外，可具有与具有更厚的牺牲层相关的优势——即使在面涂层厚度也在一定程度上增加的情况下亦是如此——因为在施加激光期间存在更大的深度或厚度以及目标区域，使得激光功率配置能存在更大的误差容许量。换句话说，通过增加牺牲层的深度，激光功率配置具有更大的烧蚀窗口，并且标签结构本身的制造过程中可能具有更大的误差空间。
用于以下实施例的第一对比标签的结构具有：含有聚酯和二氧化钛的白色面涂层(约0.2密耳)，以及包含聚酯和炭黑的黑色底层(约0.2密耳)。将面涂层和底层设置在薄膜层(聚酰亚胺)、粘合剂层(丙烯酸树脂)和衬层(纸)上。
第二对比标签的结构具有：面涂层(约0.75密耳)，其具有聚酯聚合物粘合剂并含有作为反射型颜料的二氧化钛；以及牺牲层(约1.8密耳)，其含有作为聚合物粘合剂的聚酯和作为IR吸收材料的炭黑。将面涂层和牺牲层设置在薄膜层(聚酰亚胺)、粘合剂层(丙烯酸树脂)和衬层(纸)上。
实施例I
使用来自50瓦CO2激光机的36％功率各自对第一对比标签的第一样品和第二对比标签的第一样品进行烧蚀。每个标签的已烧蚀区域大体是方形的。图8A-8C和图9A-9B分别显示已激光烧蚀的第一对比标签和第二对比标签。
图8A-8C显示了已烧蚀的第一对比标签，图8B和8C分别以50倍放大倍率显示未烧蚀区域和已烧蚀区域的一部分。在图8B中，可以看见作为在浅色背景上的深色区域的碎片，而在图8C中，可以看见作为深色背景上的浅色区域碎片。第一对比标签的可读性、特别是在较小字号下的可读性由于碎片的形成而受到损害。
图9A-9B显示已烧蚀的第二对比标签，并且图9B显示出50倍放大倍率下的经烧蚀区。图9B至图8C的对比显示出与第一对比标签相比，第二对比标签实现了面涂层的更完全烧蚀，并且碎片形成明显减少。值得注意的是，即使在第二对比标签上的面涂层比第一对比标签更厚也会发生该现象，并且这证实了可以如何使用面涂层和牺牲层之间的对比厚度来改进烧蚀结果。
实施例II
为了对所形成的碎片进行进一步说明，如上所述，使用来自50瓦CO2激光机的36％功率对第一对比标签的第二样品和第二对比标签的第二样品进行烧蚀。各标签的已烧蚀区域通常是类似于条形码的图案。图10A和图11A分别显示第一对比标签的第二样品和第二对比标签的第二样品的已烧蚀区域。在烧蚀之后，将一片透明的透明胶带(Scotch tape)放置在第一对比标签的第二样品和第二对比标签的第二样品的烧蚀区域上，使得胶带的粘合剂侧与对应标签的已烧蚀区域进行物理接触。然后去除胶带并固定到白色基材上以确定附着在胶带上的碎片大小。
图10B和图11B分别显示第一对比标签的第二样品和第二对比标签的第二样品的该胶带测试结果。如图10B所示，透明胶带得到了显著量的碎片，获得了第一对比标签的第二样品的已烧蚀区域的近似可读副本。不同的是，如图11B所示，通过附着至第二对比标签的第二样品上的透明胶带得到了很少的碎片，甚至未得到碎片。
实施例III
第一对比标签的第三样品和第二对比标签的第三样品按如上所述同样进行烧蚀，以在标签上形成二维码样图案。计算两个标签的面涂层L值和牺牲层L值之间的差值(ΔL)。作为参照物，还制造包含二维码样图案的传统热传递(THT)印刷标签。找出THT印刷标签的白色背景的L值和黑色标记内容的L值之间的差值。结果记录于下表1中。L值根据ASTME1347-06(2015)进行测量。
表1
产品 ΔL
THT印刷标签 84.12
对比标签 68.77
本发明标签 78.10
为了分析激光功率设置的影响，使用功率以2％的增量从20％功率开始增加到50％功率的50瓦CO2激光器，对第一对比标签的第三样品和第二对比标签的第三样品进行一系列烧蚀(每行的功率范围在相应系列的右侧表示)，每个标签获得了总共16个烧蚀区域，分别如用于第一对比标签的第三样品和第二对比标签的第三第三样品的图12A和13A所示。图12A(第一对比标签)显示出形成大量碎片，如在烧蚀区域的行之间的白色背景上的深色斑点(1200)所证实。不同的是，在图13A的第二对比标签的第三样品的白色背景上能看到很少的碎片，甚至不能看到碎片。此外，图12A显示出较低功率设置(特别是20％功率至26％功率)导致目标区域的不完全烧蚀，如行1的烧蚀区域A、B和C中的条纹图案(标记为1202)所示。不同的是，在如图13A所示的任意所用功率设置下，第二对比标签的第三样品不会遭受不完全烧蚀。
胶带测试还在图12A和图13A所示的标签上完成，结果分别如图12B和13B所示。对于第一对比标签的第三样品，各已烧蚀的区通过胶带上的碎片至少部分得以重现，如图12B所示。不同的是，只有使用48％和50％功率设置进行烧蚀的区才显示出任意可辨识的碎片(1302)，如图13B所示。不受任何具体理论的束缚，认为碎片由于部分牺牲层几乎完全消耗而产生，这意味着激光的能量与标签后续层的一部分接触。较厚的牺牲层可能会扩大可用的激光功率设置。
实施例IV
为了进一步说明第二对比标签相对于第一对比标签的更完全烧蚀，测试各标签的顶部两层，即，对比标签的白色和黑色层以及本发明的面涂层和牺牲层。在两种标签的两层上完成热重分析(TGA)。在TGA中，温度以20℃/分钟的速率从室温升高至850℃，以模拟吸收激光能量。各层中的聚合物粘合剂的挥发最终表现为样品的质量损失。如图14所示，第二对比标签的面涂层和牺牲层在比第一对比标签的白色和黑色层更低的温度下挥发，并且以比第一对比标签的白色和黑色层更加快速的速率损失质量，这最终导致第二对比标签所形成的总残余材料(例如，碎片)更少。
需要具体说明的是，本公开不限于本文包含的实施方式和说明，而且包括那些实施方式的修改形式，所述修改形式包括落入所附权利要求范围内的实施方式的部分和不同实施方式的元件的组合。

Claims (10)

1.一种用于对具有面涂层和牺牲层的标签进行烧蚀的方法，所述方法包括：
用激光束辐照面涂层上的至少一个目标区域；以及
去除至少一个目标区域中的面涂层和至少一部分牺牲层。
2.如权利要求1所述的方法，其中，
所述面涂层具有第一面部表面和第二面部表面；
所述牺牲层具有第一面部表面和第二面部表面；以及
所述面涂层的第二面部表面与所述牺牲层的第一面部表面联接。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述面涂层包含反射型颜料和第一聚合物粘合剂；以及
所述反射型颜料根据ASTM D1210-05测量的粒度大于或等于4个赫格曼单位。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述面涂层的厚度为0.25-1.50密耳。
5.如权利要求1所述的方法，其中，辐照步骤包括：辐照面涂层上的至少一个目标区域，并允许激光束的至少部分能量在与目标区域对应的区域处辐照牺牲层。
6.如权利要求5所述的方法，其中，去除面涂层和至少部分牺牲层的步骤包括：允许牺牲层膨胀并吹走面涂层。
7.如权利要求3所述的方法，其中，反射型颜料选自金属氧化物、混合的金属氧化物、以及它们的混合物。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述面涂层包含红外(IR)吸收材料和第二聚合物粘合剂；以及
所述红外(IR)吸收材料根据ASTM D1210-05测量的粒度大于或等于4个赫格曼单位。
9.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在辐照步骤之前对面涂层进行标记，以勾勒至少一个目标区域。
10.如权利要求1所述的方法，其中，去除步骤包括在至少一个目标区域去除面涂层和至少一部分的牺牲层以形成至少一个标记内容。
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