DE102004045305A1 - Lasermarkierbare und laserschweißbare polymere Materialien - Google Patents

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Silvia Rosenberger
Manfred Dr. Kieser
Reinhold Dr. Rueger
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Merck Patent GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft lasermarkierbare und laserschweißbare Polymere, die sich dadurch auszeichnen, dass sie als Absorber mindestens eine Boridverbindung enthalten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft lasermarkierbare und laserschweißbare polymere Materialien, die sich dadurch auszeichnen, dass sie als Absorber mindestens eine Boridverbindung enthalten.
  • Die Kennzeichnung von Produktionsgütern wird in fast allen Industriezweigen zunehmend wichtiger. So müssen häufig z. B. Produktionsdaten, Chargennummern, Verfallsdaten, Barcodes, Firmenlogos, Seriennummern, etc., auf Kunststoffen oder Kunststofffolien aufgebracht werden. Derzeit werden diese Markierungen überwiegend mit konventionellen Techniken wie Drucken, Prägen, Stempeln und Etikettieren ausgeführt. Wachsende Bedeutung gewinnt aber die berührungslose, sehr schnelle und flexible Markierung mit Lasern, insbesondere bei Kunststoffen. Mit dieser Technik ist es möglich graphische Beschriftungen, wie z.B. Barcodes, mit hoher Geschwindigkeit auch auf eine nicht plane Oberfläche aufzubringen. Da sich die Beschriftung im Kunststoffkörper selbst befindet, ist sie dauerhaft abriebbeständig.
  • Die Kennzeichnung von Kunststoffen durch Lasermarkierung wie auch das Schweißen von Kunststoffteilen mittels Laserenergie ist an sich bekannt. Beides wird durch Absorption der Laserenergie im Kunststoffmaterial entweder direkt durch Wechselwirkung mit dem Polymer oder indirekt mit einem Kunststoffmaterial zugesetzten lasersensitiven Mittel bewirkt.
  • Das lasersensitive Mittel kann ein organischer Farbstoff oder ein Pigment sein, welches eine Absorption der Laserenergie bewirkt. Beim Lasermarkieren bewirkt dies eine lokale sichtbare Verfärbung des Kunststoffes oder die Verbindung wird bei Bestrahlung mit Laserlicht von einer unsichtbaren, farblosen in eine sichtbare Form umgewandelt. Beim Laserschweißen wird das Kunststoffmaterial durch Absorption der Laserenergie im Fügebereich so stark erwärmt, dass der Kunststoff aufschmilzt und beide Teile miteinander verschweißen.
  • Viele Kunststoffe, wie z.B. Polyolefine und Polystyrole, zeigen eine zu geringe Laserlichtabsorption und lassen sich bisher nur schwierig oder überhaupt nicht mit dem Laser markieren oder verschweißen. Ein CO2-Laser, der Licht im Infrarotbereich bei 10,6 μm aussendet, bewirkt bei Polyolefinen und Polystyrolen selbst bei sehr hohen Leistungen nur eine schwache, kaum lesbare Markierung. Im Falle der Elastomeren Polyurethan und Polyetherestern tritt mit Nd-YAG-Lasern (Neodym-dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Laser) keine Wechselwirkung, bei CO2-Lasern dagegen eine Gravur auf. Der Kunststoff darf das Laserlicht nicht völlig reflektieren oder durchlassen, da es dann zu keiner Wechselwirkung kommt. Es darf aber auch nicht zu einer starken Absorption kommen, da in diesem Fall der Kunststoff verdampft und nur eine Gravur zurückbleibt. Die Absorption der Laserstrahlen und somit die Wechselwirkung mit der Materie ist abhängig von dem chemischen Aufbau des Kunststoffes und der verwendeten Wellenlänge des Lasers. Vielfach ist es notwendig, damit Kunststoffe laserbeschriftbar oder -schweißbar werden, entsprechende Zusatzstoffe, z.B. Absorber, zuzugeben.
  • Für die Laserkennzeichnung von Kunststoffen werden neben CO2-Lasern zunehmend Nd:YAG-Laser verwendet. Die üblicherweise verwendeten YAG-Laser geben einen gepulsten Energiestrahl mit einer charakteristischen Wellenlänge von 1064 nm oder 532 nm ab. Das Absorbermaterial muss in diesem speziellen NIR-Bereich eine ausgeprägte Absorption zeigen, um bei den schnellen Beschriftungsvorgängen eine ausreichende Reaktion zu zeigen.
  • Die meisten aus dem Stand der Technik bekannten Absorber besitzen aber alle den Nachteil, dass sie den zu beschriftenden Kunststoff nachhaltig einfärben und folglich die Laserbeschriftung, die üblicherweise eine dunkle Schrift auf einem hellen Untergrund ist, dann nicht mehr ausreichend kontrastreich ist. Außerdem müssen sie in vergleichsweise hohen Konzentrationen zugesetzt werden und sind häufig toxikologisch nicht unbedenklich.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher lasermarkierbare bzw. laserschweißbare polymere Materialien zu finden, die unter Einwirkung von Laserlicht eine Markierung mit hohem Kontrast oder eine gute Verschweißung ermöglichen. Der Absorber bzw. das erfolgreiche Absorptionsmittel sollte daher die Polymereigenschaften kaum verändern und gleichzeitig nur in sehr geringen Mengen eingesetzt werden müssen.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich die Lasermarkierbarkeit von polymeren Materialien, insbesondere der Kontrast der Markierung, sowie das Laserschweißen sich verbessern läßt, wenn man als Absorber eine Boridverbindung in geringen Konzentrationen einsetzt. Die Boridverbindung zeigt in geringen Konzentrationen eine so geringe Eigenfärbung im sichtbaren Spektralbereich (Lichtwellenlänge 400 – 750 nm), dass es insbesondere auch für glasklare Polymere geeignet ist. Unter Einwirkung von Laserlicht zeigt das dotierte Polymer eine Markierung mit hohem Kontrast und ausgeprägter Kantenschärfe. Insbesondere bei der Verwendung von CW Nd:YAG Lasern lassen sich auch transparente Kunststoffe sehr gut verschweißen.
  • Durch den Zusatz einer Boridverbindung, insbesondere in Konzentrationen von 0,001 bis 10 Gew.%, vorzugsweise 0,001 bis 7 Gew.%, und insbesondere 0,0015 bis 3 Gew.%, bezogen auf das Polymer, wird bei der Lasermarkierung von Polymeren ein deutlich höherer Kontrast erreicht als mit den kommerziell erhältlichen Absorbern bei vergleichbaren Konzentrationen. Beim Laserschweißen wird die Boridverbindung vorzugsweise in Konzentrationen von 0,001 bis 10 Gew.%, insbesondere von 0,001 bis 7 Gew.% und ganz besonders bevorzugt 0,01 bis 3 Gew.% eingesetzt.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit ein lasermarkierbares beziehungsweise laserschweißbares polymeres Material, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer als Absorber mindestens eine Boridverbindung enthält.
  • Die Konzentration des Absorbers im Polymeren, vorzugsweise Thermoplasten, Duroplasten, Elastomeren, ist allerdings abhängig von dem eingesetzten Polymermaterial. Der geringe Anteil an Absorber verändert das Polymersystem unwesentlich und beeinflußt nicht dessen Verarbeitbarkeit.
  • Als Boridverbindungen sind insbesondere Aluminiumborid, Magnesiumborid, Lanthanborid, Yttriumborid, Europiumborid, Zirkonborid, Calciumborid oder Titanborid oder deren Gemische, geeignet. Besonders bevorzugt ist das Lanthanhexaborid.
  • Die Boridverbindungen besitzen Partikelgrößen im Bereich von 50 nm – 50 μm, vorzugsweise von 0,05 – 10 μm und insbesondere von 0,1 – 5 μm.
  • Die kommerziell erhältlichen Boridverbindungen besitzen meist Teilchengrößen deutlich > 50 μm, so dass sie vor dem Einsatz als Absorber mit einem geeigneten Mahlgerät, z.B. einer Perlmühle, Kugelmühle, zu den entsprechenden Partikelgrößen vermahlt werden müssen.
  • Gute Markierer- und Schweißergebnisse werden ebenfalls erhalten, wenn man ein oder mehrere Boridverbindungen im Gemisch mit weiteren geeigneten laserlichtabsorbierenden Substanzen einsetzt. Die für die Markierung geeigneten laserlichtabsorbierenden Substanzen basieren vorzugsweise auf Anthracen, Pentaerythrit, Kupferphosphaten, Kupferhydroxid-phosphaten, z.B. Libethenit, Molybdändisulfid, Molybdänoxid, Antimon(III)oxid und Wismuthoxychlorid, plättchenförmigen, insbesondere transparenten oder semi-transparenten, Substraten aus z. B. Schichtsilikaten, wie etwa synthetischer oder natürlicher Glimmer, Talkum, Kaolin, Glasplättchen, SiO2-Plättchen oder synthetischen trägerfreien Plättchen. Weiterhin kommen auch plättchenförmige Metalloxide wie z. B. plättchenförmiges Eisenoxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, LCP's (Liquid Crystal Polymers), holographische Pigmente, leitfähige Pigmente oder beschichtete Graphitplättchen in Betracht.
  • Als plättchenförmige Pigmente können auch Metallplättchen eingesetzt werden, die unbeschichtet oder auch mit einer oder mehreren Metalloxidschichten bedeckt sein können; bevorzugt sind z. B. Al-, Cr-, Fe-, Au-, Ag- und Stahlplättchen. Sollten korrosionsanfällige Metallplättchen, wie z. B. Al-, Fe- oder Stahlplättchen, unbeschichtet eingesetzt werden, werden sie vorzugsweise mit einer schützenden Polymerschicht überzogen.
  • Besonders bevorzugte Substanzen sind unbeschichtete oder mit ein oder mehreren Metalloxiden beschichtete Glimmerschuppen. Als Metalloxide werden dabei sowohl farblose hochbrechende Metalloxide, wie insbesondere Titandioxid, Antimon(III)oxid, Zinkoxid, Zinnoxid und/oder Zirkoniumdioxid verwendet als auch farbige Metalloxide, wie z. B. Chromoxid, Nickeloxid, Kupferoxid, Kupferhydroxidphosphat, Molybdänoxid, Kobaltoxid und insbesondere Eisenoxid (Fe2O3, Fe3O4). Insbesondere bevorzugt wird als laserlichtabsorbierende Substanz Antimon(III)oxid, Antimon-Zinn-Oxid oder Kombinationen von Zinnoxid mit Antimon(III)Oxid, wie z.B. (Sn, Sb)O2, verwendet.
  • Pigmente auf der Basis transparenter oder semitransparenter plättchenförmiger Substrate werden z. B. beschrieben in den deutschen Patenten und Patentanmeldungen 14 67 468, 19 59 998, 20 09 566, 22 14 454, 22 15 191, 22 44 298, 23 13 331, 25 22 572, 31 37 808, 31 37 809, 31 51 343, 31 51 354, 31 51 355, 32 11 602, 32 35 017, 38 42 330, 44 41 223, 196 18 569, 196 38 708, 197 07 806 und 198 03 550.
  • Diese Substrate sind bekannt und größtenteils kommerziell erhältlich, z. B. unter der Marke Lazerflair® der Fa. Merck KGaA, und/oder können nach dem Fachmann bekannten Standardverfahren hergestellt werden.
  • Beschichtete SiO2-Plättchen sind z. B. bekannt aus der WO 93/08237 (nasschemische Beschichtung) und der DE-OS 196 14 637 (CVD-Verfahren).
  • Mehrschichtpigmente basierend auf Schichtsilikaten sind beispielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 196 18 569 , DE 196 38 708 , DE 197 07 806 und DE 198 03 550 bekannt. Besonders geeignet sind Mehrschichtpigmente, die folgenden Aufbau besitzen:
    Glimmer + TiO2 + SiO2 + TiO2
    Glimmer + TiO2 + SiO2 + TiO2/Fe2O3
    Glimmer + TiO2 + SiO2 + (Sn, Sb)O2
    Glimmer + SiO2 + (Sn, Sb)2O
    Al2O3-Plättchen + TiO2 + SiO2 + (Sn, Sb)O2
    SiO2-Plättchen + TiO2 + SiO2 + TiO2
    SiO2-Plättchen + TiO2 + SiO2 + (Sn, Sb)O2
    Glas-Plättchen + TiO2 + SiO2 + (Sn, Sb)O2
  • Besonders bevorzugte laserlichtabsorbierende Substanzen sind natürlicher oder synthetischer Glimmer, mit TiO2 beschichtete Glimmerplättchen, leitfähige Pigmente, wie z.B. mit (Sn, Sb)O2 beschichtete plättchenförmige Substrate, Antimon und Antimon(III)oxid, Anthracen, Pentaerythrit, Kupfer(hydroxid)phosphate, Molybdändisulfid, Molybdänoxid, undotiertes oder mit Antimon dotiertes Zinnoxid und Bismutoxichlorid sowie Gemische der genannten Substanzen.
  • Das Mischungsverhältnis Boridverbindung mit einer weiteren laserlichtsensitiven Substanz beträgt vorzugsweise 1 : 10 bis 10 : 1, insbesondere 1 : 10. Bevorzugte Absorbergemische sind Boridverbindung/Schichtsilikat Boridverbindung/TiO2 beschichtetes Glimmerpigment Boridverbindung/ein mit (Sn, Sb)O2 beschichtetes Glimmerpigment Boridverbindungen/Kupferphosphat Boridverbindung/Molybdänoxid.
  • Besonders bevorzugte Gemische enthalten Lathanhexaborid.
  • Die Gesamtkonzentration des Gemisches Absorber/lichtsensitive Substanz sollte 10 Gew.% bezogen auf das Polymer bei der Lasermarkierung nicht übersteigen. Beim Laserschweißen sollte die Konzentration < 10 Gew. % im Fügebereich sein.
  • In bestimmten Zusammensetzungen des Absorbers ist der Zusatz geringer Mengen eines Metallhalogenids, vorzugsweise Calciumchlorid < 5 Gew. % für den Kontrast der Lasermarkierung des Polymers vorteilhaft.
  • Ferner können den Polymeren Farbmittel zugesetzt werden, die farbliche Variationen jeder Art zulassen und gleichzeitig eine Beibehaltung der Lasermarkierung bzw. des Laserschweißens gewährleisten. Geeignete Farbmittel sind insbesondere farbige Metalloxidpigmente sowie organische Pigmente und Farbstoffe.
  • Als Polymere Materialien sind insbesondere alle bekannten Kunststoffe, insbesondere Thermoplasten, ferner Duroplasten und Elastomere, geeignet, die z.B. im Ullmann, Bd. 15, S. 457 ff., Verlag VCH beschrieben werden, können für die Lasermarkierung bzw. für das Laserschweißen Anwendung finden. Geeignete Polymere sind z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polyamide, Polyester, Polyesterester, Polyetherester, Polyphenylenether, Polyacetal, Polyurethan, Polybutylenterephthalat (PBT), Polymethylmethacrylat, Polyvinylacetal, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Polycarbonat, Polyethersulfone und Polyetherketone sowie deren Copolymeren und/oder Mischungen.
  • Die Einarbeitung der Boridverbindung(en) und optional einer weiteren lasersensitiven Substanz, wie z.B. eines Effektpigments, Molybdänoxids, Kupferphoshats, einer Antimonverbindung und/oder Schichtsilikats, in das Polymer, vorzugsweise einem thermoplastischen Kunststoff, erfolgt, indem das Polymergranulat mit dem Absorber gemischt und dann unter Wärmeeinwirkung verformt wird. Die Zugabe des Absorbers bzw. Absorbergemisches zu dem Polymeren kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen. Dem Polymeren, vorzugsweise einem Kunststoffgranulat, können bei der Einarbeitung des Absorbers gegebenenfalls Haftmittel, organische polymerverträgliche Lösemittel, Stabilisatoren und/oder unter den Arbeitsbedingungen temperaturstabile Tenside zugesetzt werden. Die Herstellung der dotierten Kunststoff-granulate erfolgt in der Regel so, dass in einem geeigneten Mischer das Kunststoffgranulat vorgelegt, mit eventuellen Zusätzen benetzt und danach der Absorber zugesetzt und untergemischt wird. Die Pigmentierung des Polymeren erfolgt in der Regel über ein Farbkonzentrat (Masterbatch) oder Compound. Die so erhaltene Mischung kann dann direkt in einem Extruder oder einer Spritzgießmaschine verarbeitet werden. Die bei der Verarbeitung gebildeten Formkörper zeigen eine sehr homogene Verteilung des Absorbers. Anschließend findet die Lasermarkierung mit einem geeigneten Laser statt.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen dotierten polymeren Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass ein polymeres Material mit dem Absorber gemischt und dann unter Wärmeeinwirkung verformt wird.
  • Die Beschriftung mit dem Laser erfolgt derart, dass der Probenkörper in den Strahlengang eines gepulsten Lasers, vorzugsweise eines Nd:YAG-Lasers gebracht wird. Ferner ist eine Beschriftung mit einem Excimer-Laser, z.B. über eine Maskentechnik, möglich. Jedoch sind auch mit anderen herkömmlichen Lasertypen, die eine Wellenlänge in einem Bereich hoher Absorption des verwendeten Pigments aufweisen, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Die erhaltene Markierung wird durch die Bestrahlungszeit (bzw. Pulszahl bei Pulslasern) und Bestrahlungsleistung des Lasers sowie des verwendeten Kunststoffsystems bestimmt. Die Leistung der verwendeten Laser hängt von der jeweiligen Anwendung ab und kann im Einzelfall vom Fachmann ohne weiteres ermittelt werden.
  • Der verwendete Laser hat im allgemeinen eine Wellenlänge im Bereich von 157 nm bis 10,6 μm, vorzugsweise im Bereich von 532 nm bis 10,6 μm. Beispielsweise seien hier CO2-Laser (10,6 μm) und Nd:YAG-Laser (1064 bzw. 532 nm) oder gepulste UV-Laser erwähnt. Die Excimerlaser weisen folgende Wellenlängen auf: F2-Excimerlaser (157 nm), ArF-Excimerlaser (193 nm), KrCl-Excimerlaser (222 nm), KrF-Excimerlaser (248 nm), XeCl-Excimerlaser (308 nm), XeF-Excimerlaser (351 nm), frequenzvervielfachte Nd:YAG-Laser mit Wellenlängen von 355 nm (frequenzverdreifacht) oder 265 nm (frequenzvervierfacht). Besonders bevorzugt werden Nd:YAG-Laser (1064 bzw. 532 nm) und CO2-Laser eingesetzt. Die Energiedichten der eingesetzten Laser liegen im allgemeinen im Bereich von 0,3 mJ/cm2 bis 50 J/cm2, vorzugsweise 0,3 mJ/cm2 bis 10 J/cm2. Bei der Verwendung von gepulsten Lasern liegt die Pulsfrequenz im allgemeinen im Bereich von 1 bis 30 kHz. Entsprechende Laser, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind kommerziell erhältlich.
  • Das Laserschweißen erfolgt in der Weise, dass ein lasertransparentes Material mit einem laserabsorbierenden Material verschweißt wird. Als laserabsorbierendes Material kann die Boridverbindung in Konzentration von 0,001 bis 10 Gew.%, vorzugsweise 0,001 bis 7 Gew.% und insbesondere 0,01 bis 3 Gew. %, bezogen auf das Polymer zugesetzt werden. Für das Laserschweißen eignen sich vorzugsweise CW Diodenlaser oder Nd:YAG Laser bei Wellenlängen von 800-1100nm vorzugsweise von 808-1080nm. Die Streckenenergien der eingesetzten Laser liegen im allgemeinen im Bereich von 0,3 mJ/cm bis 200 J/cm, vorzugsweise 0,5J/cm bis 150 J/cm
  • Die Verwendung des erfindungsgemäß dotierten Polymeren kann auf allen Gebieten erfolgen, wo bisher übliche Schweißverfahren oder Druckverfahren zur Beschriftung oder zum Fügen von Kunststoffen eingesetzt werden. Beispielsweise können Formmassen, Halbzeuge und Fertigteile aus dem er-findungsgemäßen Polymeren in der Elektro-, Elektronik- und Kraftfahr-zeugindustrie Anwendung finden. Die Kennzeichnung und Beschriftung von z.B. Kabeln, Leitungen, Zierleisten bzw. Funktionsteilen im Heizungs-, Lüftungs- und Kühlbereich oder Schalter, Stecker, Hebel und Griffe, die aus dem erfindungsgemäß dotiertem Polymeren bestehen, können selbst an schwer zugänglichen Stellen mit Hilfe von Laserlicht markiert werden. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Polymersystem bei Verpackungen im Lebensmittelbereich oder im Spielzeugbereich eingesetzt werden. Die Markierungen auf den Verpackungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie wisch- und kratzfest, stabil bei nachträglichen Sterilisationsprozessen, und hygienisch rein beim Markierungsprozess aufbringbar sind. Komplette Etikettenbilder können dauerhaft auf die Verpackung für ein Mehrweg-system aufgebracht werden. Weiterhin findet das erfindungsgemäße Polymersystem Anwendung in der Medizintechnik, beispielsweise bei der Markierung von Petrischalen, Microtiterplatten, Einmalspritzen, Ampullen, Probenbehälter, Versorgungsschläuche und medizinische Auffangbeutel bzw. Vorratsbeutel.
  • Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet für die Laserbeschriftung sind Kunststoffmarken zur individuellen Kennzeichnung von Tieren, sogenannte Cattle Tags oder Ohrmarken. Über ein Barcodesystem werden die Informationen gespeichert, welche spezifisch dem Tier zugehörig sind. Diese können bei Bedarf wieder mit Hilfe eines Scanners abgerufen werden. Die Beschriftung muss sehr dauerhaft werden, da die Marke teilweise über mehrere Jahre an den Tieren verbleiben.
  • Die Lasermarkierung von Formmassen, Halbzeugen und Fertigteilen, die aus dem erfindungsgemäßen Polymer bestehen, ist somit möglich.
  • Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern ohne sie jedoch zu begrenzen. Die angegebenen Prozentangaben sind Gewichtsprozent.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • 99,79 % PP-Granulat (PP-HD, Stamylen PPH 10 der Fa. DSM) wird durch Zusatz von 0,01 % Lanthanhexaborid der Teilchengröße 50 μm (Fa. H.C. Starck) und 0,2 % Colortek OT-0005-BON (Produkt der Fa. Colortek, Haftmittel auf Basis von Fettsäure und Fettsäureestern) im Spritzguss verarbeitet. Nach der Beschriftung mit einem 12 W Nd:YAG Laser (Fa. SHT bei 300 mm/s und 0,03 mm Strahlbreite; 40-90 % Lampenenergie und einer Frequenz von 5-15 kHz) zeigen die Platten eine dunkle und abriebfeste Beschriftung mit hohem Kontrast.
  • Beispiel 2
  • 99,79 % PP-Granulat (PP-HD, Stamylen PPH 10 der Fa. DSM) wird durch Zusatz von 0,01 % Magnesiumborid der Teilchengröße 50 μm (Fa. H.C. Starck) und 0,2 % Colortek OT-0005-BON im Spritzguss verarbeitet. Nach der Beschriftung mit einem 12 W Nd:YAG Laser (Fa. SHT bei 300 mm/s und 0,03 mm Strahlbreite; 40-90 % Lampenenergie und einer Frequenz von 5-15 kHz) zeigen die Platten eine dunkle und abriebfeste Beschriftung mit hohem Kontrast.
  • Beispiel 3
  • 99,79 % PVC (Decelith 87700 glasklar der Fa. Eilenburger Compound Werk GmbH) wird durch Zusatz von 0,01 % Lanthanhexaborid der Teilchengröße 50 μm (Fa. H.C. Starck) und 0,02 % Colortek OT-0005- BON im Spritzguss verarbeitet. Nach der Beschriftung mit einem 12 W Nd:YAG Laser (Fa. SHT bei 300 mm/s und 0,03 mm Strahlbreite; 40-90 % Lampenenergie und einer Frequenz von 5-15 kHz) zeigen die Platten eine dunkle und abriebfeste Beschriftung mit hohem Kontrast.
  • Beispiel 4
  • 99,79 % PC (Makrolon 2807 der Fa. Bayer AG) wird durch Zusatz von 0,01 % Lanthanhexaborid der Teilchengröße 50 μm (Fa. H.C. Starck) und 0,02 % Colortek OT-0005-BON im Spritzguss verarbeitet. Nach der Beschriftung mit einem 12W Nd:YAG Laser (Fa. SHT bei 300 mm/s und 0,03 mm Strahlbreite; 40-90 % Lampenenergie und einer Frequenz von 5-15kHz) zeigen die Platten eine dunkle und abriebfeste Beschriftung mit hohem Kontrast.
  • Beispiel 5
  • 99,79 % PC (Makrolon 2807 der Fa. Bayer AG) wird durch Zusatz von 0,01 % Zirkonborid der Teilchengröße < 5 μm (Fa. H.C. Starck) und 0,02 % Colortek OT-0005-BON im Spritzguss verarbeitet. Nach der Beschriftung mit einem 12W Nd:YAG Laser (Fa. SHT bei 300 mm/s und 0,03 mm Strahlbreite; 40-90 % Lampenenergie und einer Frequenz von 5-15kHz) zeigen die Platten eine dunkle und abriebfeste Beschriftung mit hohem Kontrast.
  • Beispiel 7
  • 99,69 % PC (Makrolon 2807 der Fa. Bayer AG) wird durch Zusatz von 0,01 % Lanthanhexaborid der Teilchengröße <50 μm (Fa. H.C. Starck), 0,1 % Lazerflair® 825 (mit (Sn, Sb)O2 beschichtetes Glimmerpigment der Fa. Merck KGaA) und 0,2 % Colortek OT-0005-BON im Spritzguss verarbeitet. Nach der Beschriftung mit einem 12W Nd:YAG Laser (Fa. SHT bei 300 mm/s und 0,03 mm Strahlbreite; 40-90% Lampenenergie und einer Frequenz von 5-15kHz) zeigen die Platten eine dunkle und abriebfeste Beschriftung mit hohem Kontrast.
  • Beispiel 8
  • 99,79 % PP-Granulat (PP-HD, Stamylen PPH 10 der Fa. DSM) wird durch Zusatz von 0,01 % Lanthanhexaborid der Teilchengröße 50 μm (Fa. H.C. Starck) und 0,2 % Colortek OT-0005-BON (Produkt der Fa. Colortek, Haftmittel auf Basis von Fettsäure und Fettsäureestern) im Spritzguss verarbeitet. Nach der Beschriftung mit einem CO2-Maskenlaser (Fa. Alltec) zeigen die Platten eine dunkle und abriebfeste Beschriftung mit hohem Kontrast.
  • Beispiel 9
  • 99,79 % PP-Granulat (PP-HD, Stamylen PPH 10 der Fa. DSM) wird durch Zusatz von 0,01 % Lanthanhexaborid der Teilchengröße 50 μm (Fa. H.C. Starck) und 0,2 % Colortek OT-0005-BON (Produkt der Fa. Colortek, Haftmittel auf Basis von Fettsäure und Fettsäureestern) im Spritzguss verarbeitet. Die Plättchen werden mit PP Plättchen im Transmissionsverfahren verschweißt. Mit einem 100W Nd:YAG Laser (Fa. Rofin-Sinar,) erhält man eine belastbare Schweißnaht mit hoher Einschweißtiefe (1500 μm) bei Streckenenergien von ca. 85 J/cm.

Claims (14)

  1. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Absorber mindestens eine Boridverbindung enthalten.
  2. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Boridverbindung um Lanthanborid, Aluminiumborid, Yttriumborid, Europiumborid, Zirkonborid, Calciumborid, Titanborid und/oder Magnesiumborid handelt.
  3. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lanthanverbindung um Lanthanhexaborid handelt.
  4. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer als Absorber neben der Boridverbindung zusätzlich eine oder mehrere laserlichtsensitive Substanzen enthält.
  5. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die laserlichtsensitiven Substanzen ausgewählt sind aus der Gruppe Anthracen, Pentaerythrit, Kupferphosphat, Kupferhydroxidphosphat, Molybdändisulfid, Molybdänoxid, Antimon(III)oxid, Bismutoxichlorid, Effektpigment, beschichtete oder unbeschichtete Schichtsilikate, beschichtete oder unbeschichtete, transparente oder semi-transparente Metall-, Metalloxid- oder Glasplättchen, LCP's (Liquid Crystal Polymers), holographische Pigmente, leitfähige Pigmente.
  6. Lasermarkierbare und laserschweißbare Polymere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsilikat ein natürliches oder synthetisches Glitterplättchen ist.
  7. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Glimmerplättchen mit TiO2 und/oder Antimon-Zinn-Oxid beschichtet ist.
  8. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber in Konzentrationen von 0,001 bis 10 Gew.% bezogen auf das Polymer eingesetzt wird.
  9. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Boridverbindung Partikelgrößen von 50 nm – 50 μm aufweist.
  10. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Thermoplast, Duroplast oder Elastomer ist.
  11. Lasermarkierbare und/oder laserschweißbare Polymere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer zusätzlich Farbpigmente enthält.
  12. Verfahren zur Herstellung von lasermarkierbaren und/oder laserschweißbaren Polymeren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man zu dem Polymer den Absorber bzw. das Absorbergemisch gleichzeitig oder nacheinander und gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe zugibt und dann das Polymer unter Wärmewirkung verformt.
  13. Verwendung der lasermarkierbaren und/oder laserschweißbaren Polymere nach Anspruch 1 als Material zur Herstellung von Formmassen, Halbzeugen und Fertigteilen, die mit Hilfe von Laser-Strahlung markiert oder geschweißt werden.
  14. Formmassen, Halbzeuge und Fertigteile bestehend aus dem lasermarkierbaren und laserschweißbaren Polymer nach Anspruch 1.
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