DE102015002371B4 - Laser-writable polymer film - Google Patents
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- GDIYMWAMJKRXRE-UHFFFAOYSA-N CC1(C)c(cccc2)c2[N+](C)=C1/C=C/C(CCC/C1=C\C=C2\N(C)c3ccccc3C2(C)C)=C1Cl Chemical compound CC1(C)c(cccc2)c2[N+](C)=C1/C=C/C(CCC/C1=C\C=C2\N(C)c3ccccc3C2(C)C)=C1Cl GDIYMWAMJKRXRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Abstract
Ein- oder mehrlagige Folie mit mindestens einer laseraktiven Lage aus einem polymeren Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der laseraktiven Lage aus- 35 bis 80 Gew.-% Polyester;- 10 bis 65 Gew.-% eines Polymers mit einem Verkohlungsindex (Char Forming Tendency) von größer 1,9 und 0,5 bis 20 Gew.-% eines Verkohlungsadditivs;- 0 bis 1 Gew.-% Umesterungskatalysator;- 0,005 bis 10 Gew.-% eines Infrarotabsorbers für Wellenlängen von größer 780 nm; und- 1 bis 20 Gew.-% weiteren Additiven, gewählt aus Farbpigmenten, thermischen Stabilisatoren, polymeren Modifikatoren, Prozesshilfsstoffen und Mischungen davon;besteht, wobei die Gewichtsanteile auf das Gesamtgewicht des polymeren Werkstoffs der laseraktiven Lage bezogen sind und in Summe 100 Gew.-% betragen unddas Verkohlungsadditiv gewählt ist aus Aluminiumphosphinat Al(HPO), Aluminiumisobutylphosphinat (CH)CH-Al(HPO), Tris(2-hydroxyethyl)-1,3,5-triazintrion, organischen halogenfreien Oxyimiden, enthaltend mindestens ein Strukturelement der Formel IIIaoder Mischungen der vorstehenden Verbindungen.Single-layer or multi-layer film with at least one laser-active layer of a polymeric material, characterized in that the material of the laser-active layer comprises 35 to 80% by weight of polyester; 10 to 65% by weight of a polymer having a charring index (Char Forming Tendency) of greater than 1.9 and 0.5 to 20 wt .-% of a Verkohlungsadditivs - 0 to 1 wt .-% transesterification catalyst, - 0.005 to 10 wt .-% of an infrared absorber for wavelengths greater than 780 nm; and- 1 to 20 wt .-% of further additives selected from color pigments, thermal stabilizers, polymeric modifiers, process excipients and mixtures thereof, wherein the weight fractions are based on the total weight of the polymer material of the laser-active layer and in total 100 wt. % and the charring additive is selected from aluminum phosphinate Al (HPO), aluminum isobutylphosphinate (CH) CH-Al (HPO), tris (2-hydroxyethyl) -1,3,5-triazinetrione, organic halogen-free oxyimides containing at least one structural element of formula IIIa or Mixtures of the above compounds.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine ein- oder mehrlagige Folie mit mindestens einer laseraktiven Lage aus einem polymeren Werkstoff.The present invention relates to a mono- or multilayer film having at least one laser-active layer of a polymeric material.
Laserbeschreibbare polymere Formkörper und Folien sind im Stand der Technik bekannt. Die Patentanmeldung
Laserbeschreibbare Folien sind aus Zusammensetzungen gefertigt, die als wesentliche Komponente ein Polymer oder ein Polymerblend enthalten sowie diverse Additive und einen Lichtabsorber. Die Additive verbessern die Verarbeitbarkeit der polymeren Zusammensetzung und verleihen der Folie vorteilhafte mechanische und thermische Eigenschaften. Die Folien werden mittels Laserlicht im Infrarotbereich, d. h. mit einer Wellenlänge im Bereich von 780 nm bis 10,6 µm (CO2-Laser) beschriftet. Die im Stand der Technik gebräuchlichsten Laserbeschriftungssysteme basieren auf einem Nd-YAG-Laser, der Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1064 nm emittiert. Die in laserbeschreibbaren Folien verwendeten Lichtabsorber sind im Bereich des sichtbaren Lichtes mit Wellenlängen von 380 bis 780 nm vorzugsweise schwach absorbierend bzw. hoch transparent und beeinflussen die visuelle Erscheinung der Folie nur in geringem Maß durch Färbung oder Trübung. Demgegenüber weisen die Lichtabsorber bei der von dem Laserbeschriftungssystem emittierten Wellenlänge eine im Vergleich zum sichtbaren Wellenlängenbereich hohe Absorption auf. Das von dem Laserbeschriftungssystem emittierte Licht wird in den bestrahlten Bereichen der Folie von dem Lichtabsorber absorbiert, wobei ein Teil der elektromagnetischen Strahlungsenergie in thermische Energie umgewandelt und die Folie stark erhitzt wird. Durch die starke Erhitzung wird der polymere Werkstoff in den bestrahlten Bereichen der Folie zersetzt und teilweise pyrolysiert bzw. verkohlt und geschwärzt. Das mit dem Laserbeschriftungssystem in der Folie erzeugte Bild, wie beispielsweise ein Schriftzeichen oder Foto setzt sich aus den derart geschwärzten Folienbereichen zusammen.Laser-writable films are made of compositions containing as essential component a polymer or a polymer blend as well as various additives and a light absorber. The additives improve the processability of the polymeric composition and impart beneficial mechanical and thermal properties to the film. The films are laser light in the infrared range, ie labeled with a wavelength in the range of 780 nm to 10.6 microns (CO 2 laser). The laser marking systems most commonly used in the art are based on an Nd-YAG laser which emits laser light having a wavelength of 1064 nm. The light absorbers used in laser-writable films are preferably weakly absorbing or highly transparent in the range of visible light with wavelengths from 380 to 780 nm and have little effect on the visual appearance of the film by coloration or haze. In contrast, the light absorbers have a high absorption compared to the visible wavelength range at the wavelength emitted by the laser marking system. The light emitted by the laser marking system is absorbed by the light absorber in the irradiated areas of the film, whereby a part of the electromagnetic radiation energy is converted into thermal energy and the film is strongly heated. As a result of the intense heating, the polymeric material in the irradiated areas of the film is decomposed and partially pyrolyzed or blackened and blackened. The image generated by the laser marking system in the film, such as a character or a photo, is composed of the thus blackened film areas.
Polycarbonat weist bei durch Laserlicht induzierter Erhitzung einen hohen Schwärzungsgrad auf und eignet sich sehr gut für Laserbeschriftung. Demgegenüber wird Polyester bei der Beschriftung mit industriell gebräuchlichen Laserbeschriftungssystemen nur in geringem Maß geschwärzt, so dass der Kontrast des erzeugten Bildes ungenügend ist. Im Stand der Technik verwendete, laserbeschreibbare Folien enthalten daher als wesentliche Komponente oftmals Polycarbonat.Polycarbonate has a high degree of blackening on laser-induced heating and is very well suited for laser marking. In contrast, polyester is blackened in the inscription with industrial laser marking systems only to a small extent, so that the contrast of the image produced is insufficient. Laser-writable films used in the prior art therefore often contain polycarbonate as an essential component.
Polyester bietet gegenüber Polycarbonat zahlreiche Vorteile, insbesondere höhere Flexibilität, geringe Bruchneigung, bessere Kratzfestigkeit, geringere Laminiertemperaturen und eine wesentlich höhere Beständigkeit gegenüber verschiedenen Chemikalien. Daher repräsentiert Polyester für zahlreiche Anwendungen, wie Personal- und Sicherheitsausweise, Kreditkarten und Verpackungen einen bevorzugten Werkstoff. Nichtsdestotrotz scheidet Polyester als Werkstoff für laserbeschreibbare Karten und Verpackungen in der Regel aus, weil der mit industrieüblichen Laserbeschriftungssystemen erzielbare Kontrast unzureichend ist.Polyester has many advantages over polycarbonate, including greater flexibility, less tendency to break, better scratch resistance, lower lamination temperatures and significantly higher resistance to various chemicals. Therefore, polyester represents a preferred material for many applications, such as personal and security badges, credit cards and packaging. Nonetheless, as a rule, polyester as a material for laser-writable cards and packaging is eliminated because the contrast achievable with industry-standard laser marking systems is inadequate.
Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Polyester-artige oder Polyester-basierte Folie bereitzustellen, die bei der Beschriftung mit im Stand der Technik gebräuchlichen Laserbeschriftungssystemen einen hohen Kontrast aufweist. Hierbei ist mit dem Begriff „Polyester-artig“ eine Polyester-haltige Folie gemeint, die praktisch die gleichen Eigenschaften wie eine Polyester-basierte Folie aufweist.Accordingly, the object of the present invention is to provide a polyester-type or polyester-based film which has a high contrast in labeling with laser marking systems common in the art. Here, by the term "polyester-like" is meant a polyester-containing film which has practically the same properties as a polyester-based film.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine ein- oder mehrlagige Folie mit mindestens einer laseraktiven Lage aus einem polymeren Werkstoff, bestehend aus
- - 35 bis 80 Gew.-% Polyester;
- - 10 bis 65 Gew.-% eines Polymers mit einem Verkohlungsindex (Char Forming Tendency) von größer 1,9 und/oder 0,5 bis 20 Gew.-% eines Verkohlungsadditivs;
- - 0 bis 1 Gew.-% Umesterungskatalysator;
- - 0,005 bis 10 Gew.-% eines Infrarotabsorbers für Wellenlängen von größer 780 nm; und
- - 1 bis 20 Gew.-% weiteren Additiven, gewählt aus Farbpigmenten, thermischen Stabilisatoren, polymeren Modifikatoren, Prozesshilfsstoffen und Mischungen davon;
das Verkohlungsadditiv gewählt ist aus Aluminiumphosphinat Al(H2PO2)3, Aluminiumisobutylphosphinat (CH3)2CH-Al(H2PO2)2, Tris(2-hydroxyethyl)-1,3,5-triazintrion, organischen halogenfreien Oxyimiden, enthaltend mindestens ein Strukturelement der Formel IIIa
- - 35 to 80 wt .-% polyester;
- From 10% to 65% by weight of a polymer having a Char Forming Tendency of greater than 1.9 and / or from 0.5 to 20% by weight of a char additive;
- 0 to 1% by weight of transesterification catalyst;
- 0.005 to 10% by weight of an infrared absorber for wavelengths greater than 780 nm; and
- From 1 to 20% by weight of further additives selected from color pigments, thermal stabilizers, polymeric modifiers, process aids and mixtures thereof;
the char additive is selected from aluminum phosphinate Al (H 2 PO 2 ) 3 , aluminum isobutylphosphinate (CH 3 ) 2 CH-Al (H 2 PO 2 ) 2 , tris (2-hydroxyethyl) -1,3,5-triazinetrione, organic halogen-free oxyimides containing at least one structural element of the formula IIIa
Zweckmäßige Ausführungsformen der Folie sind dadurch gekennzeichnet, dass:
- - das Polymer mit einem Verkohlungsindex von größer 1,9 gewählt ist aus Polycarbonat, Polyimid, Polyetheretherketon, Polyethylennaphthalat oder einer Mischung der vorstehenden Polymere;
- - der Umesterungskatalysator gewählt ist aus Calciumacetat, Magnesiumacetat, Zinkacetat, Titantetrabutanolat, Lanthan(III)-acetylacetonat, Kobalt(II)-acetylacetonat, Bleiacetat, Hydraten der vorstehenden Verbindungen und Mischungen der vorstehenden Verbindungen und deren Hydraten;
- - der Infrarotabsorber gewählt ist aus
- - mikro- oder nanoskaligem Rußpigment (Carbon black);
- - Metalloxiden, Nickeloxid, Zinnoxid, Antimon-dotiertem Zinnoxid (SnO2:Sb), Titanoxid, Indiumzinnoxid (ITO), Antimonoxid (Sb2O3) und Mischungen davon, wobei das Metalloxid vorzugsweise nanoskalig ist und/oder auf einem mikro- oder nanoskaligen mineralischen Träger, insbesondere mikro- oder nanoskaligem Bentonit oder Glimmer fixiert und/oder in mikroskaligen Partikeln aus einem polymeren Werkstoff dispergiert ist;
- - Aluminium-haltigem Pigment mit einem metallischen Kern mit einem Anteil an elementarem Aluminium von größer oder gleich 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des metallischen Kerns, wobei die Aluminium-haltigen Pigmentpartikel einen medianen Durchmesser d50 zwischen 0,5 und 25 µm aufweisen;
- - organischen Polymethin-Farbstoffen, insbesondere organischen Cyanin-Farbstoffen mit der allgemeinen Strukturformel (R1N)-[CH=CH]nCH=(N+R1) ↔ (R1N+)=CH[CH=CH]n-(NR1) mit 2 ≤ n ≤ 5 , worin (R1N) und (N+R1) eine Stickstoff-haltige heterozyklische Gruppe, wie Imidazol, Pyridin, Pyrrol, Chinon oder Thiazol repräsentieren und die Polyenkette CH[CH=CH]n zur Stabilisierung gegebenfalls ein aromatisches Ringsystem enthält;
- - Metallphosphaten, Kupfer(II)-hydroxid-phosphat, ;
- - Phthalocyanin-, Dithiolan- oder Oxathiolan-Komplexen der Metalle Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pt oder Vandiumoxid (VO);
- - Naphthachinonen und Anthrachinonen, die Benzothiazol-Gruppen enthalten;
- - Squarylium-Farbstoffen, insbesondere Verbindungen mit der Strukturformel Va
- - Croconium-Farbstoffen, insbesondere Verbindungen mit der Strukturformel VIa oder VIb
- - Triphenylmethan-Farbstoffen, insbesondere Verbindungen mit der Strukturformel VIIa oder VIIb
- - Salzen des Iminium-Kations, insbesondere einer Verbindung mit der Strukturformel VIIIa
- - Salzen des Diiminium-Kations, insbesondere Verbindungen mit der Strukturformel VIIIc (= N,N,N',N'-tetrakis(4-dibutylaminophenyl)-p-phenylen-diiminium 2X)
- - Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT), insbesondere einer Verbindung aus Poly-3,4-ethylendioxythiophen und Polystyrolsulfonsäure; oder Mischungen der vorstehenden Stoffe;
- - der Polyester der laseraktiven Lage ein amorpher Polyester ist;
- - der Polyester der laseraktiven Lage glykol- oder säuremodifiziertes Polyethylenterephthalat ist;
- - der Polyester der laseraktiven Lage PETG oder APET ist;
- - der Polyester der laseraktiven Lage eine Kristallisationshalbwertszeit von größer 5 min, größer 20 min, größer 60 min oder größer 120 min aufweist;
- - die laseraktive Lage eine Dicke von 20 bis 200 µm, 20 bis 150 µm oder 30 bis 100 µm hat;
- - die Folie eine Trägerlage aus einem polymeren Werkstoff umfasst und die laseraktive Lage mit der Trägerfolie durch Lamination verbunden ist;
- - der polymere Werkstoff der Trägerlage zu 40 bis 90 Gew.-% aus Polyester besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht des polymeren Werkstoffs der Trägerlage;
- - der polymere Werkstoff der Trägerlage 1 bis 20 Gew.-% Farbpigment enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht des polymeren Werkstoffs der Trägerlage;
- - die Folie eine zwischen der Trägerlage und der laseraktiven Lage angeordnete Farblage aus einem polymeren Werkstoff umfasst und die Farblage mit der Trägerlage und der laseraktiven Lage laminiert ist;
- - der polymere Werkstoff der Farblage 40 bis 90 Gew.-% Polyester und 1 bis 20 Gew.-% Farbpigmente enthält, wobei die Gewichtsanteile auf das Gesamtgewicht des polymeren Werkstoffs der Farblage bezogen sind;
- - die Folie eine Decklage aus einem polymeren Werkstoff umfasst und die Deckfolie mit der laseraktiven Lage durch Lamination verbunden ist; und/oder
- - der polymere Werkstoff der Decklage zu 40 bis 95 Gew.-% aus Polyester besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht des polymeren Werkstoffs der Decklage.
- the polymer having a char index of greater than 1.9 is selected from polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethylene naphthalate or a mixture of the above polymers;
- - The transesterification catalyst is selected from calcium acetate, magnesium acetate, zinc acetate, titanium tetrabutoxide, lanthanum (III) acetylacetonate, cobalt (II) acetylacetonate, lead acetate, hydrates of the above compounds and mixtures of the above compounds and their hydrates;
- - the infrared absorber is selected
- - micro- or nanoscale carbon black pigment (carbon black);
- - Metalloxiden, nickel oxide, tin oxide, antimony-doped tin oxide (SnO 2 : Sb), titanium oxide, indium tin oxide (ITO), antimony oxide (Sb 2 O 3 ) and mixtures thereof, wherein the metal oxide is preferably nanoscale and / or on a micro- or nanoscale mineral carrier, in particular micro- or nanoscale bentonite or mica fixed and / or dispersed in micro-scale particles of a polymeric material;
- Aluminum-containing pigment having a metallic core with a content of elemental aluminum greater than or equal to 50 wt .-%, based on the weight of the metallic core, wherein the aluminum-containing pigment particles have a median diameter d 50 between 0.5 and 25 have μm;
- - organic polymethine dyes, in particular organic cyanine dyes having the general structural formula (R 1 N) - [CH = CH] n CH = (N + R 1 ) ↔ (R 1 N + ) = CH [CH = CH] n - (NR 1 ) where 2 ≤ n ≤ 5, wherein (R 1 N) and (N + R 1 ) represent a nitrogen-containing heterocyclic group such as imidazole, pyridine, pyrrole, quinone or thiazole and the polyene chain CH [CH = CH] n for stabilization optionally contains an aromatic ring system;
- - metal phosphates, copper (II) hydroxide phosphate,;
- Phthalocyanine, dithiolane or oxathiolane complexes of the metals Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pt or vandium oxide (VO);
- - Naphthaquinones and anthraquinones containing benzothiazole groups;
- - Squarylium dyes, in particular compounds having the structural formula Va
- Croconium dyes, in particular compounds having the structural formula VIa or VIb
- - Triphenylmethane dyes, in particular compounds having the structural formula VIIa or VIIb
- Salts of the iminium cation, in particular a compound having the structural formula VIIIa
- Salts of the diimine cation, in particular compounds of the structural formula VIIIc (= N, N, N ', N'-tetrakis (4-dibutylaminophenyl) -p-phenylene-diiminium 2X)
- - Poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT), in particular a compound of poly-3,4-ethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid; or mixtures of the above substances;
- the polyester of the laser active layer is an amorphous polyester;
- the polyester of the laser-active layer is glycolic or acid-modified polyethylene terephthalate;
- the polyester of the laser active layer is PETG or APET;
- the polyester of the laser-active layer has a crystallization half-life of greater than 5 minutes, greater than 20 minutes, greater than 60 minutes or greater than 120 minutes;
- - The laser-active layer has a thickness of 20 to 200 microns, 20 to 150 microns or 30 to 100 microns;
- - the film comprises a carrier layer of a polymeric material and the laser-active layer is bonded to the carrier film by lamination;
- - The polymeric material of the carrier layer to 40 to 90 wt .-% of polyester, based on the total weight of the polymeric material of the carrier layer;
- the polymeric material of the carrier layer contains from 1 to 20% by weight of colored pigment, based on the total weight of the polymeric material of the carrier layer;
- - The film comprises a disposed between the carrier layer and the laser-active layer color layer of a polymeric material and the color layer is laminated with the carrier layer and the laser-active layer;
- - The polymeric material of the color layer contains 40 to 90 wt .-% polyester and 1 to 20 wt .-% of colored pigments, wherein the weight fractions are based on the total weight of the polymeric material of the color layer;
- - The film comprises a cover layer of a polymeric material and the cover sheet is connected to the laser-active layer by lamination; and or
- - The polymeric material of the cover layer to 40 to 95 wt .-% of polyester, based on the total weight of the polymeric material of the cover layer.
Erfindungsgemäß bezeichnet der Begriff „Infrarotabsorber für Wellenlängen von größer 780 nm“ Farbstoffe oder mikro- oder nanoskalige Pigmente, die bei Wellenlängen von größer 780 nm eine integrale Absorption aufweisen, die um einen Faktor von mindestens 1,5 größer ist als die integrale Absorption im Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm, wobei mit integraler Absorption die über die Wellenlänge integrierte Absorption gemeint ist.According to the invention, the term "infrared absorber for wavelengths greater than 780 nm" denotes dyes or micro- or nanoscale pigments which have an integral absorption at wavelengths greater than 780 nm, which is greater by a factor of at least 1.5 than the integral absorption in the wavelength range from 380 to 780 nm, where by integral absorption is meant the absorption integrated over the wavelength.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „mikroskalig“ ein Material, das als schüttfähiges Pulver oder in Form von in einer Matrix dispergierten Partikeln oder Agglomeraten vorliegt, wobei die Pulverkörner oder dispergierten Partikel oder Agglomerate in mindestens einer Dimension eine Abmessung von kleiner 5 µm aufweisen.In the context of the present invention, the term "microscale" denotes a material which is present as a free-flowing powder or in the form of particles or agglomerates dispersed in a matrix, the powder grains or dispersed particles or agglomerates having a dimension of less than 5 μm in at least one dimension ,
In analoger Weise bezeichnet der Begriff „nanoskalig“ ein Material, das als schüttfähiges Pulver oder in Form von in einer Matrix dispergierten Partikeln oder Agglomeraten vorliegt, wobei die Pulverkörner oder dispergierten Partikel oder Agglomerate in mindestens einer Dimension eine Abmessung von kleiner 500 nm, insbesondere von kleiner 200 nm aufweisen.Analogously, the term "nanoscale" denotes a material which is present as a free-flowing powder or in the form of particles or agglomerates dispersed in a matrix, wherein the powder grains or dispersed particles or agglomerates have a dimension of less than 500 nm, in particular of at least one dimension less than 200 nm.
Die Abmessungen von mikro- oder nanoskaligen Partikeln oder Agglomeraten werden erfindungsgemäß mittels eines Rasterelektronenmiskroskops oder eines Transmissionselektronenmikroskops und einer Bildanalysesoftware, wie beispielsweise ImageJ (http://imagej.nih.gov/ij) bestimmt. Hierbei werden anhand digitalisierter elektronenmikroskopischer Aufnahmen mindestens 100, vorzugsweise mindestens 1000 Partikel bzw. Agglomerate mithilfe der Bildanalysesoftware digital vermessen. Aufgrund der hohen lateralen Auflösung von Elektronenmikroskopen des Standes der Technik, die je nach Einstellung der Elektronenoptik und der Strahlparameter im Bereich von einigen Angström bis zu 10 nm liegt, kann der äquivalente Durchmesser der Partikel oder Agglomerate mit hoher Zuverlässigkeit ermittelt werden.The dimensions of micro- or nanoscale particles or agglomerates are determined according to the invention by means of a scanning electron microscope or a transmission electron microscope and image analysis software such as ImageJ (http://imagej.nih.gov/ij). In this case, at least 100, preferably at least 1000 particles or agglomerates are digitally measured with the aid of the image analysis software on the basis of digitized electron micrographs. Due to the high lateral resolution of prior art electron microscopes ranging from a few angstroms to 10 nm depending on the setting of the electron optics and the beam parameters, the equivalent diameter of the particles or agglomerates can be determined with high reliability.
Alternativ oder begleitend werden die Abmessungen mikro- oder nanoskaliger Partikel oder Agglomerate mittels Lichtstreuung oder Photonen-Korrelationsspektroskopie gemessen. Ein hierfür geeignetes Messgerät für Partikelgrößen von 0,3 nm bis 8 µm wird unter anderem von Horiba Ltd. (Kyoto, Japan) unter der Produktbezeichnung nano partica SZ-100 kommerziell angeboten.Alternatively or concomitantly, the dimensions of micro- or nanoscale particles or agglomerates are measured by means of light scattering or photon correlation spectroscopy. A suitable measuring instrument for particle sizes from 0.3 nm to 8 μm is used, inter alia, by Horiba Ltd. (Kyoto, Japan) under the product name nano partica SZ-100 commercially offered.
Erfindungsgemäß bezeichnet der Begriff „medianer Durchmesser d50“ ein Partikelensemble, in dem 50 Vol.-% der Partikel einen volumenäquivalenten Kugeldurchmesser von kleiner oder gleich d50 und 50 Vol.-% der Partikel einen volumenäquivalenten Kugeldurchmesser von größer oder gleich d50 haben. Mit volumenäquivalentem Kugeldurchmesser ist je nach dem verwendeten Messverfahren der Durchmesser einer Kugel gemeint, welche die gleiche Oberfläche, gleiche Projektionsfläche oder gleiche Lichtstreuung (Beugungsscheibchen) wie das untersuchte Partikel aufweist.According to the invention, the term "median diameter d 50 " denotes a particle ensemble in which 50% by volume of the particles have a volume-equivalent spherical diameter of less than or equal to d 50 and 50% by volume of the particles have a volume-equivalent spherical diameter of greater than or equal to d 50 . By volume equivalent ball diameter is meant, depending on the measuring method used, the diameter of a sphere which has the same surface area, the same projection area or the same light scattering (diffraction disc) as the particle under investigation.
Die erfindungsgemäße laserbeschreibbare Folie wird mittels im Stand der Technik bekannten Methoden, wie Extrusion, Koextrusion, einfacher Kalandrierung oder Kalandrierung in Verbindung mit Laminierung hergestellt. Hierfür geeignete Folienextruder- und Folienkalanderanlagen sowie die zugehörigen Komponenten werden von verschiedenen Firmen kommerziell angeboten.The laser writable film of the invention is prepared by methods known in the art such as extrusion, co-extrusion, simple calendering or calendering in conjunction with lamination. Suitable film extruder and Folienkalanderanlagen suitable for this purpose and the associated components are offered commercially by various companies.
Polyester polyester
Die erfindungsgemäße laseraktive Lage wird aus einem Werkstoff gefertigt, der zu 35 bis 95 Gew.-%, zu 40 bis 95 Gew.-%, zu 45 bis 95 Gew.-%, zu 50 bis 95 Gew.-%, zu 55 bis 95 Gew.-%, zu 60 bis 95 Gew.-% oder zu 50 bis 80 Gew.-% aus Polyester besteht.The laser-active layer according to the invention is made of a material which is from 35 to 95% by weight, from 40 to 95% by weight, from 45 to 95% by weight, from 50 to 95% by weight, from 55 to 95% by weight 95% by weight, to 60 to 95% by weight or to 50 to 80% by weight of polyester.
Als Polyester wird für die laseraktive Lage insbesondere amorphes glykolmodifiziertes Polyethylenterephthalat (PETG), amorphes säuremodifiziertes Polyethylenterephthalat oder APET verwendet. Vorzugsweise sind in dem amorphen glykolmodifizierten Polyethylenterephthalat (PETG) Glykol-Einheiten durch 1,4-Cyclohexandimethanol-Einheiten ersetzt. Ein derartiges mit 1,4-Cyclohexandimethanol modifiziertes Polyethylenterephthalat wird kommerziell angeboten von Eastman® Chemical Company (Tennessee, USA) unter der Produktbezeichnung Eastar® Copolyester 6763.The polyester used for the laser-active layer in particular amorphous glycol-modified polyethylene terephthalate (PETG), amorphous acid-modified polyethylene terephthalate or APET. Preferably, in the amorphous glycol modified polyethylene terephthalate (PETG), glycol units are replaced by 1,4-cyclohexanedimethanol units. Such modified with 1,4-cyclohexanedimethanol, polyethylene terephthalate is commercially available from Eastman Chemical Company ® (Tennessee, USA) under the product Eastar copolyester ® 6,763th
In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird in der laseraktiven Lage ein halbkristalliner oder amorpher Copolyester mit einer Kristallisations-Halbwertszeit von mindestens 5 Minuten eingesetzt. Ein derartiger Copolyester ist beispielsweise in dem Patent
Amorphe oder halbkristalline Copolyester mit einer Kristallisations-Halbwertszeit von mindestens 5 Minuten werden unter anderem von Eastman® Chemical Company unter der Produktbezeichnung Cadence® Copolyester kommerziell angeboten. Diese Copolyester werden als Hauptkomponente für die Herstellung von Polyesterfolien eingesetzt, wobei ihr Anteil am Gesamtgewicht der Polyesterfolie in der Regel mehr als 40 bis 70 Gew.-%, beträgt.Amorphous or semi-crystalline copolyesters having a crystallization half-life of at least 5 minutes are commercially available from, among others, Eastman® Chemical Company under the product name Cadence® Copolyester. These copolyesters are used as the main component for the production of polyester films, their proportion of the total weight of the polyester film is usually more than 40 to 70 wt .-%, is.
Die Kristallisations-Halbwertszeit der für die laseraktive Lage verwendeten Polyester bzw. Copolyester wird mithilfe eines dynamischen Differenzkalorimeters (Differential Scanning Calorimeter bzw. DSC) bestimmt. Die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) ist eine Standardmethode für die Messung der thermischen Eigenschaften, insbesondere der Phasenübergangstemperaturen von Festkörpern. In der vorliegenden Erfindung wird die Kristallisationshalbwertszeit ermittelt, indem 15 mg des zu messenden Copolyesters auf 290 °C erwärmt, hieran anschließend in Gegenwart von Helium mit einer Rate von 320 °C pro Minute auf eine vorgegebene Temperatur von 180 bis 210 °C gekühlt und die Zeitspanne bis zum Erreichen der isothermen Kristallisationstemperatur bzw. des Kristallisationspeaks der DSC-Kurve detektiert. Anhand des zeitabhängigen Verlaufs der Kristallisation wird die Kristallisationshalbwertszeit bestimmt. Die Kristallisationshalbwertszeit entspricht der Zeit, die bei der vorgegebenen Temperatur von 180 bis 210 °C nach der Initialphase der Kristallisation benötigt wird, um in der Probe 50 % der maximal erreichbaren Kristallinität zu erhalten.The crystallization half-life of the polyester or copolyester used for the laser-active layer is determined by means of a differential scanning calorimeter (DSC). Differential Scanning Calorimetry (DSC) is a standard method for the measurement of thermal properties, in particular the phase transition temperatures of solids. In the present invention, the crystallization half-life is determined by heating 15 mg of the copolyester to be measured to 290 ° C, then subsequently cooled in the presence of helium at a rate of 320 ° C per minute to a predetermined temperature of 180 to 210 ° C and the Time period until reaching the isothermal crystallization temperature or the crystallization peak of the DSC curve detected. Based on the time-dependent course of the crystallization, the crystallization half-life is determined. The crystallization half-life corresponds to the time required at the predetermined temperature of 180 to 210 ° C after the initial phase of crystallization to obtain in the sample 50% of the maximum achievable crystallinity.
Polymer mit einem Verkohlungsindex von größer 1,9Polymer with a char index of greater than 1.9
Erfindungsgemäß beträgt der Anteil des Polymers mit einem Verkohlungsindex (Char Forming Tendency) von größer 1,9 in der laserbeschreibbaren Lage 10 bis 65 Gew.-%, 10 bis 55 Gew.-%, 10 bis 45 Gew.-%, 10 bis 35 Gew.-%, 20 bis 50 Gew.-% oder 20 bis 40 Gew.-%.According to the invention, the proportion of the polymer having a Char Forming Tendency of greater than 1.9 in the laser-writable layer is 10 to 65 wt .-%, 10 to 55 wt .-%, 10 to 45 wt .-%, 10 to 35 Wt .-%, 20 to 50 wt .-% or 20 to 40 wt .-%.
Der Verkohlungsindex (Char Forming Tendency bzw. CFT) eines Polymers wird anhand der Beziehung
Nachfolgend sind beispielhaft Kohlenstoffäquivalente CFTi ausgewählter Struktureinheiten i sowie berechnete Verkohlungsindizes CFT einiger Polymere angegeben.
Tabelle 1: Verkohlungsindizes CFTi ausgewählter Struktureinheiten
Wird die erfindungsgemäße laseraktive Lage aus einem Werkstoff hergestellt, der Polyester und ein weiteres Polymer, wie Polycarbonat oder Polyimid, mit einem Verkohlungsindex von größer 1,9 enthält, so kann zwecks Verbesserung der Mischbarkeit dieser Polymere dem Werkstoff ein Umesterungskatalysator hinzugegeben werden. Oftmals enthalten industriell eingesetzte polymere Rohstoffe, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat, Rückstände von Polymerisationskatalysatoren, die zugleich als Umesterungskatalysatoren fungieren. Sofern dies zutrifft, ist es nicht erforderlich, einen zusätzlichen Umesterungskatalysator zu verwenden, um eine gute Mischbarkeit der in dem Werkstoff enthaltenen Polymere zu erzielen.If the laser-active layer according to the invention is produced from a material which contains polyester and another polymer, such as polycarbonate or polyimide, with a char index of greater than 1.9, the material may be a transesterification catalyst to improve the miscibility of these polymers be added. Often contain industrially used polymeric raw materials, such as polyethylene terephthalate, residues of polymerization catalysts, which also act as transesterification catalysts. If so, it is not necessary to use an additional transesterification catalyst to achieve good miscibility of the polymers contained in the material.
VerkohlungsadditiveVerkohlungsadditive
Erfindungsgemäß sind als Verkohlungsadditiv Tris(2-hydroxyethyl)-1,3,5-triazintrion (THEIC) mit der Strukturformel I
Aluminiumphosphinat Al(H2PO2)3 mit der Strukturformel IIa oder Aluminiumisobutylphosphinat (CH3)2CH-Al(H2PO2)2 mit der Strukturformel IIb,
Im Weiteren sind im Rahmen der Erfindung organische halogenfreie Oxyimide, enthaltend mindestens ein Strukturelement der Formel lila als Verkohlungsadditiv vorgesehen
Die organischen halogenfreien Oxyimide haben insbesondere eine der Strukturformeln IIIb bis IIIt
Infrarotabsorberinfrared absorber
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Infrarotabsorber“ Ruß (Carbon black), organische Farbstoffe, metall-organische Farbstoffe, Komplexe und Salze aus organischen oder anorganischen Gruppen und organischen Farbstoffen, Metalle, Metalloxide und Mischungen der vorstehenden Stoffe sowie mikro- oder nanoskalige Pigmente und Dispersionen von mikro- oder nanoskaligen Pigmenten in einer polymeren Matrix (Masterbatches). Die mikro- oder nanoskaligen Pigmente und Dispersionen von mikro- oder nanoskaligen Pigmenten in einer polymeren Matrix enthalten als Infrarotabsorber Ruß (Carbon black), organische Farbstoffe, metall-organische Farbstoffe, Komplexe und Salze aus organischen oder anorganischen Gruppen und organischen Farbstoffen, Metalle und/oder Metalloxide, die auf einem mikro- oder nanoskaligen anorganischen Träger wie Bentonit oder Glimmer gebunden oder in einem polymeren Werkstoff dispergiert sind. Ein für die mikro- oder nanoskaligen Pigmente verwandter polymerer Werkstoff umfasst ein, zwei oder drei Polymere, wobei ein Polymer vorzugsweise einen Verkohlungsindex von größer 1,9 hat. In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der für die mikro- oder nanoskaligen Pigmente verwandte polymere Werkstoff zwei oder drei Polymere und einen Kompatibilisator, wie Maleinsäureanhydrid, oder einen Umesterungskatalysator, die eine gute Mischbarkeit der Polymere gewährleisten. In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform enthält ein polymerer Werkstoff für die mikro- oder nanoskaligen Pigmente und Dispersionen von mikro- oder nanoskaligen Pigmenten in einer polymeren Matrix zudem ein Verkohlungsadditiv.In the context of the present invention, the term "infrared absorber" includes carbon black, organic dyes, metal-organic dyes, complexes and salts of organic or inorganic groups and organic dyes, metals, metal oxides and mixtures of the above substances as well as micro- or nanoscale Pigments and dispersions of micro- or nanoscale pigments in a polymer matrix (masterbatches). The micro- or nano-scale pigments and dispersions of micro- or nanoscale pigments in a polymeric matrix contain as infrared absorbers carbon black, organic dyes, metal-organic dyes, complexes and salts of organic or inorganic groups and organic dyes, metals and / or metal oxides bound on a micro- or nanoscale inorganic support such as bentonite or mica or dispersed in a polymeric material. A polymeric material related to the micro- or nanoscale pigments comprises one, two or three polymers, with a polymer preferably having a char index of greater than 1.9. In an advantageous embodiment, the polymeric material used for the micro- or nanoscale pigments comprises two or three polymers and a compatibilizer, such as maleic anhydride, or a transesterification catalyst, which ensure good miscibility of the polymers. In a further expedient embodiment, a polymeric material for the micro- or nanoscale pigments and dispersions of micro- or nanoscale pigments in a polymeric matrix also contains a charring additive.
Der Anteil des Infrarotabsorbers in der laseraktiven Lage beträgt 0,005 bis 20 Gew.-%, 0,01 bis 10 Gew.-%, 0,01 bis 5 Gew.-% oder 0,01 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Werkstoffs der laseraktiven Lage.The proportion of the infrared absorber in the laser-active layer is 0.005 to 20 wt .-%, 0.01 to 10 wt .-%, 0.01 to 5 wt .-% or 0.01 to 3 wt .-%, based on the Total weight of the material of the laser-active layer.
Erfindungsgemäß werden als Infrarotabsorber mikro- oder nanoskalige Metalloxide eingesetzt, insbesondere Oxide des Metalls Wolfram mit der stöchiometrischen Formel WO3-p, worin W Wolfram und O Sauerstoff bezeichnet und p eine relle Zahl, die größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 1 (0,1 ≤ p ≤ 1) ist, sowie Wolframbronzen mit der stöchiometrischen Formel MrWsO3-t, worin M für ein oder mehrere Gruppen, Atome oder Metalle, gewählt aus NH4, H, Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Ba, Sr, Fe, Sn, Mo, Nb, Ta, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl steht, W Wolfram und O Sauerstoff bezeichnet und r, s, t reele Zahlen sind, die folgende Bedingungen erfüllen 1 ≤ r + s ≤ 1,5 ; 0,001 ≤ r/s ≤ 1 und 0 ≤ t ≤ 1 . According to the invention, micro- or nanoscale metal oxides are used as infrared absorbers, in particular oxides of the metal tungsten with the stoichiometric formula WO 3-p , where W denotes tungsten and O denotes oxygen and p denotes an integer greater than or equal to 0.1 and less than or equal to 1 (0.1 ≤ p ≤ 1), and tungsten bronzes having the stoichiometric formula M r W s O 3-t , wherein M is one or more groups, atoms or metals selected from NH 4 , H, Li, Na, K , Rb, Cs, Ca, Ba, Sr, Fe, Sn, Mo, Nb, Ta, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, W, Tungsten, and O Oxygen and r, s, t are real numbers satisfying the following conditions: 1 ≤ r + s ≤ 1.5; 0.001 ≦ r / s ≦ 1 and 0 ≦ t ≦ 1.
Besonders geeignete Wolframbronzen sind solche mit einer stöchiometrischen Formel gewählt aus H0,53WO3 , Na0,33WO3 , K0,33WO3 , Cs0,33WO3 , Ba0,33WO3 , Rb0,33WO3.Particularly suitable tungsten bronzes are those having a stoichiometric formula selected from H 0.53 WO 3 , Na 0.33 WO 3 , K 0.33 WO 3 , Cs 0.33 WO 3 , Ba 0.33 WO 3 , Rb 0.33 WO 3 .
Erfindungsgemäß sind Wolframoxide mit unterstöchiometrischem Sauerstoffgehalt, wie WO2,7 und Wolframbronzen mit stöchiometrischer Formel H0,53WO3 , Na0,33WO3 oder Cs0,33WO3 bevorzugt. Unter den vorstehenden Wolframverbindungen sind solche mit stöchiometrischer Formel CsuWO3 mit 0,2≤ u ≤0,5 und NaxCsyWO3 mit 0,08 ≤ x ≤ 0,14 und 0,18 ≤ y ≤ 0,26 , insbesondere Na0,11Cs0,22WO3 bevorzugt.In accordance with the invention, tungsten oxides having a substoichiometric oxygen content, such as WO 2,7 and tungsten bronzes with a stoichiometric formula H 0.53 WO 3 , Na 0.33 WO 3 or Cs 0.33 WO 3 are preferred. Among the above tungsten compounds are those having stoichiometric formula Cs u WO 3 with 0.2≤u≤0.5 and Na x Cs y WO 3 with 0.08≤x≤0.14 and 0.18≤y≤0.26 , in particular Na 0.11 Cs 0.22 WO 3 preferred.
Die vorstehenden Wolframoxide, wie WO2,7 werden in Form mikro- oder nanoskaliger Pulver mit Partikelgrößen von 10 nm bis 1 mm, 10 nm bis 500 nm sowie 10 nm bis 200 nm von verschiedenen Herstellern kommerziell angeboten. Unter anderem werden derartige Wolframoxide durch Reduktion von Ammoniumwolframat in einem Plasmareaktor hergestellt.The above tungsten oxides such as WO 2,7 are commercially available from various manufacturers in the form of micro- or nanoscale powders with particle sizes of 10 nm to 1 mm, 10 nm to 500 nm and 10 nm to 200 nm. Among other things, such tungsten oxides are produced by reduction of ammonium tungstate in a plasma reactor.
In ähnlicher Weise können die vorstehenden Wolframbronzen, wie Na0,11Cs0,22WO3 durch Erhitzung, Trocknung und Mahlung wässriger Lösungen von Ammoniumwolframaten und metallischen Salzen auf Temperaturen im Bereich von 300 bis 800 °C erzeugt werden (siehe
Zweckmäßig werden die vorstehenden Wolframoxide oder Wolframbronzen in der laseraktiven Lage in einer Konzentration von 0,01 bis 3,0 Gew.-%, bezogen das Gesamtgewicht des polymeren Werkstoffs der laseraktiven Lage, eingesetzt.Suitably, the above tungsten oxides or tungsten bronzes are used in the laser-active layer in a concentration of 0.01 to 3.0 wt .-%, based on the total weight of the polymer material of the laser-active layer.
Erfindungsgemäß werden als Infrarotabsorber zudem Cyanin-Verbindungen, Merocyanin-Verbindungen, Benzen-Äthiol-Metallkomplexe, Mercapto-Phenol-Metallkomplexe, aromatische Di-Amin-Metallkomplexe, Iminium-Verbindungen, Di-Iminium-Verbindungen, Amin-Verbindungen, Nickel-Metallkomplexe, Phthalocyanin-Verbindungen, Anthrachinon-Verbindungen, Naphthalo-Cyanin-Verbindungen oder Metall-Napththalo-Cyanin-Verbindungen eingesetzt. Sofern der Infrarotabsorber eine metall-organische Verbindung ist, sind als Metall insbesondere gering toxisches Vanadium, Aluminium, Titan sowie alternativ Silane vorgesehen.Cyanine compounds, merocyanine compounds, benzene-ethiol-metal complexes, mercapto-phenol-metal complexes, aromatic di-amine-metal complexes, iminium compounds, di-iminium compounds, amine compounds, nickel-metal complexes, are also used according to the invention as infrared absorbers. Phthalocyanine compounds, anthraquinone compounds, naphthalene-cyanine compounds or metal-naphthalo-cyanine compounds used. If the infrared absorber is a metal-organic compound, the metal used is in particular low-toxic vanadium, aluminum, titanium and, alternatively, silanes.
Die als Infrarotabsorber verwandten Cyanin-Verbindungen haben insbesondere die allgemeine Strukturformel (R1N)-[CH=CH]nCH=(N+R1) ↔ (R1N+)=CH[CH=CH]n-(NR1) mit 2 ≤ n ≤ 5, worin (R1N) und (R1N+) eine Stickstoff-haltige heterozyklische Gruppe, wie beispielsweise Imidazol, Pyridin, Pyrrol, Chinon oder Thiazol repräsentieren und die Polyenkette CH[CH=CH]n zur Stabilisierung gegebenfalls ein aromatisches Ringsystem enthält.In particular, the cyanine compounds related to infrared absorbers have the general structural formula (R 1 N) - [CH =CH] n CH = (N + R 1 ) ↔ (R 1 N + ) = CH [CH = CH] n - (NR 1 ) with 2 ≤ n ≤ 5, wherein (R 1 N) and (R 1 N + ) represent a nitrogen-containing heterocyclic group such as imidazole, pyridine, pyrrole, quinone or thiazole and the polyene chain CH [CH = CH] n for stabilization optionally contains an aromatic ring system.
Erfindungsgemäß als Infrarotabsorber eingesetzte Cyanin-Verbindungen haben unter anderem eine der Strukturformeln IVa, IVb, Ivc, IVd oder IVe
Die als Infrarotabsorber verwandten Squarylium- und Croconium-Verbindungen haben insbesondere die Strukturformel Vb, respektive VIc, VId oder VIe
Als Infrarotabsorber eingesetzte metallorganische Verbindungen sind insbesondere solche mit der Strukturformel IXa, IXb oder IXc
Phthalocyanine, Metallsalze der Phthalocyanine und davon abgeleitete, Benzolringe umfassende Verbindungen, wie insbesondere eine Verbindung mit der Strukturformel XI bilden eine weitere, erfindungsgemäß eingesetzte Gruppe von Infrarotabsorbern
Als Infrarotabsorber werden ebenso Chinone, insbesondere mit der Strukturformel Xa, Xb, Xc oder Xd verwendet
Ein weiterer im Rahmen der Erfindung vorgesehener Infrarotabsorber enthält Poly-3,4-ethylen-dioxythiophen (PEDOT). Insbesondere wird eine Verbindung aus Poly-3,4-ethylendioxy-thiophen und Polystyrolsulfonsäure eingesetzt, die kommerziell von der Bayer AG unter der Produktbezeichnung Baytron® P angeboten wird.Another provided in the invention infrared absorber contains poly-3,4-ethylene-dioxythiophene (PEDOT). In particular, a compound of poly-3,4-ethylenedioxy-thiophene and polystyrene sulfonic acid is used, which is commercially available from Bayer AG under the product name Baytron ® P.
Die im Rahmen der Erfindung vorzugsweise verwandten Infrarotabsorber absorbieren elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 730 bis 2500 nm. Besonders bevorzugt sind Infrarotabsorber, die im sichtbaren Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm eine geringe Absorption aufweisen und im Wesentlichen farblos sind. Unter anderem werden als Infrarotabsorber Verbindungen der nachfolgend beschriebenen Art eingesetzt.The infrared absorbers preferably used within the scope of the invention absorb electromagnetic radiation having wavelengths in the range from 730 to 2500 nm. Infrared absorbers which have low absorption in the visible wavelength range from 380 to 780 nm and are substantially colorless are particularly preferred. Among others, compounds of the type described below are used as infrared absorbers.
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVf
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVg
Die vorstehende Verbindung mit der Strukturformel IVg (= 2-[2-[2-chlor-3-[(1,3,3-trimethyl-1,3-dihydro-2H-indol-2-ylidene)-ethylidene]-1-cyclohexen-1-yl]-ethenyl]-1,3,3-trimethyl-3H-indolium X), worin X- ein Anion bezeichnet, wie beispielsweise I- (Jod) oder ClO4 - (Perchlorat), hat als Lösung in Methanol eine maximale Absorption bei einer Wellenlänge von 775 nm und ist kommerziell erhältlich von American Dye Source Inc. unter der Produktbezeichnung ADS775MI, respektive ADS775MP.The above compound having the structural formula IVg (= 2- [2- [2-chloro-3 - [(1,3,3-trimethyl-1,3-dihydro-2H-indol-2-ylidenes) ethylidenes] -1 -cyclohexen-1-yl] -ethenyl] -1,3,3-trimethyl-3H-indolium X), wherein X - is an anion , such as I - (iodine) or ClO 4 - (perchlorate), has a maximum absorption at 775 nm wavelength as a solution in methanol and is commercially available from American Dye Source Inc. under the product designation ADS775MI, respectively ADS775MP.
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVh
Die vorstehende Verbindung mit der Strukturformel IVh (= 2-[2-[2-chlor-3-[(3,3-dimethyl-1-propyl-1,3-dihydro-2H-indol-2-ylidene)-ethylidene]-1-cyclohexen-1-yl]-ethenyl]-3,3-dimethyl-1-propyl-3H-indolium X), worin X- ein Anion bezeichnet, wie beispielsweise I- (Jod) oder ClO4 - (Perchlorat), hat als Lösung in Methanol eine maximale Absorption bei einer Wellenlänge von 780 nm und ist kommerziell erhältlich von American Dye Source Inc. unter der Produktbezeichnung ADS775PI, respektive ADS775PP.The above compound having the structural formula IVh (= 2- [2- [2-chloro-3 - [(3,3-dimethyl-1-propyl-1,3-dihydro-2H-indol-2-ylidenes) -ethylidenes] 1-cyclohexen-1-yl] -ethenyl] -3,3-dimethyl-1-propyl-3H-indolium X), wherein X - denotes an anion, such as I - (iodine) or ClO 4 - (perchlorate) has a maximum absorption at 780 nm wavelength as a solution in methanol and is commercially available from American Dye Source Inc. under the product designation ADS775PI, respectively ADS775PP.
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVi
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVj
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVk
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVl
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVm
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVn
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVo
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVp
Eine Verbindung mit der Strukturformel IVq
Eine Verbindung mit der Strukturformel VIIIb
Eine Verbindung mit der Strukturformel VIIIc
Eine Verbindung mit der Strukturformel VIIId
Eine Verbindung mit der Strukturformel IXd
Eine Verbindung mit der Strukturformel IXe
Eine Verbindung mit der Strukturformel IXf
Eine Verbindung mit der Strukturformel IXg
Die vorstehende Verbindung mit der Strukturformel IXg (= bis(4,4'-dimethoxydithiobenzil)-nickel) hat als Lösung in Aceton eine maximale Absorption bei einer Wellenlänge von 920 nm und ist kommerziell erhältlich von American Dye Source Inc. unter der Produktbezeichnung ADS920MC.The above compound of structural formula IXg (= bis (4,4'-dimethoxydithiobenzil) nickel) has a maximum absorption at 920 nm wavelength as a solution in acetone and is commercially available from American Dye Source Inc. under the product designation ADS920MC.
Anstelle der vorstehend genannten Anionen können die Infrarotabsorber gemäß den Strukturformeln IVf, IVg, IVh, IVi, IVj, IVk, IVl, VIIIc, VIIId andere monovalente, divalente, trivalente und höherwertige Anionen enthalten, wie beispielsweise Cl- , Br-, I- , HSO4 - , HSO3 - , ½SO4 2-, ½SO3 2-, CH3SO3 - , CH3C6H4SO3 - , NO3 - , HCOO- , CH3COO- , H2PO4 -, ½HPO4 2-, SCN- , BF4 - , ClO4 - , SSO3 - , PF6 - , SbCl6 - , organische Anionen sowie Mischungen der vorstehenden Anionen.Instead of the abovementioned anions, the infrared absorbers according to the structural formulas IVf, IVg, IVh, IVi, IVj, IVk, IVI, VIIIc, VIIId may contain other monovalent, divalent, trivalent and higher-valued anions, for example Cl - , Br - , I - , HSO 4 - , HSO 3 - , ½SO 4 2- , ½SO 3 2- , CH 3 SO 3 - , CH 3 C 6 H 4 SO 3 - , NO 3 - , HCOO - , CH 3 COO - , H 2 PO 4 - , ½HPO 4 2- , SCN - , BF 4 - , ClO 4 - , SSO 3 - , PF 6 - , SbCl 6 - , organic anions and mixtures of the above anions.
Anstelle der vorstehend genannten Kationen können die Infrarotabsorber gemäß den Strukturformeln IVm, IVn, IVo, IVp, IXd, IXe, IXf, IXg andere monovalente, divalente, trivalente und höherwertige Kationen enthalten, wie beispielsweise H+, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, ½Mg2+, ½Ca2+, ½Sr2+, ½Ba2+, ⅓Al3+, NH4 +, organische Kationen sowie Mischungen der vorstehenden Anionen.Instead of the aforementioned cations, the infrared absorbers according to the structural formulas IVm, IVn, IVo, IVp, IXd, IXe, IXf, IXg may contain other monovalent, divalent, trivalent and higher valued cations, such as H + , Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , ½Mg 2+ , ½Ca 2+ , ½Sr 2+ , ½Ba 2+ , ⅓Al 3+ , NH 4 + , organic cations and mixtures of the above anions.
Erfindungsgemäß wird als Infrarotabsorber eine der vorstehenden Verbindungen oder eine Mischung von mehreren der vorstehenden Verbindungen verwendet.According to the invention, one of the above compounds or a mixture of several of the above compounds is used as the infrared absorber.
Die Abschwächung der Intensität elektromagnetischer Strahlung der Wellenlänge λ, die in einem Medium absorbiert wird, ist durch das Lambert-Beersche Gesetz (i) beschreibbar
Die absorbierte Intensität Iabs(λ) als Funktion der Absorptivität ε(λ)·c·d der Folie ist in
Im erfindungsgemäßen Fall einer dünnen, transparenten und schwach absorbierenden Folie, d. h. ε(λ)·c·d << 1 kann die Beziehung (iii) in guter Näherung durch ihre linearisierte Form (iv) ersetzt werden
Gemäß der Beziehung (iv) ist bei festgelegter Primärintensität I0(λ), Folienbeschaffenheit bzw. konstantem ε(λ) und Foliendicke d die in der Folie absorbierte Intensität Iabs(λ) proportional zur Konzentration c der absorbierenden Komponente(n). Die in der Folie pro Zeiteinheit Δt absorbierte Strahlungsenergie Eabs(λ) ist proportional zur absorbierten Strahlungsintensität Iabs(λ), d. h. Eabs(λ) = Iabs(λ)·Δt. Ein bestimmter Teil der in der Folie absorbierten Strahlungsenergie wird in thermische Energie umgewandelt, die eine Temperaturerhöhung sowie ggf. thermische Zersetzung und Verkohlung der Folie bewirkt. Aus der vorstehenden Betrachtung, insbesondere der Beziehung (iv) ist ersichtlich, dass die durch Absorption elektromagnetischer Strahlung in einer schwach absorbierenden Folie deponierte thermische Energie proportional zu der Konzentration c der absorbierenden Komponente ist.According to the relationship (iv), with a defined primary intensity I 0 (λ), film condition or constant ε (λ) and film thickness d, the intensity I abs (λ) absorbed in the film is proportional to the concentration c of the absorbing component (s). The radiation energy E abs (λ) absorbed in the film per unit time Δt is proportional to the absorbed radiation intensity I abs (λ), ie E abs (λ) = I abs (λ) · Δt. A certain part of the absorbed radiation energy in the film is converted into thermal energy, which causes an increase in temperature and possibly thermal decomposition and charring of the film. From the above consideration, especially the relationship (iv), it can be seen that the thermal energy deposited by absorbing electromagnetic radiation in a weakly absorbing film is proportional to the concentration c of the absorbing component.
Wird mittels elektromagnetischer Strahlung in der Folie eine ausreichende Menge an thermischer Energie deponiert, um den polymeren Werkstoff der Folie thermisch zu zersetzen und zu verkohlen, so hängt der Grad der Verkohlung von der Zusammensetzung des polymeren Werkstoffs der Folie ab. Insbesondere ist der Grad der Verkohlung proportional zu den Anteilen und Verkohlungsindizes der Komponenten, aus denen sich der polymere Werkstoff zusammensetzt. Besteht der polymere Werkstoff z. B. aus zwei Komponenten A und B mit Konzentration kA, respektive kB und Verkohlungsindex CFTA, respektive CFTB so ist für eine vorgegebene, in der Folie absorbierte Energie Eabs(λ) der Verkohlungsgrad V proportional zu kA·CFTA + kB·CFTB, d. h. es gilt
BeispieleExamples
Für Versuchszwecke wurden vier-lagige laserbeschreibbare Verbundfolien hergestellt, deren Aufbau in
Die vier Lagen 1, 2, 3, 4 werden bei einer Temperatur von 130 °C und 4 min Presszeit laminiert, um eine Verbundfolie mit dem in
Die weiße Trägerlage ist aus einem Werkstoff mit folgender Zusammensetzung gefertigt:
Tabelle 3: Zusammensetzung der weißen Trägerlage
Für die laseraktiven Lagen 1 und 4 der vierlagigen laserbeschreibbaren Verbundfolien werden insgesamt 13 Folien aus Werkstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt. Die Zusammensetzung der verschiedenen Folien Nr. 1-13 für die laseraktiven Lagen 1 und 4 ist in der nachfolgenden Tabelle 4 wiedergegeben.
Tabelle 4: Zusammensetzung der Folien Nr. 1-13 für die laseraktiven Lagen
Der IR-Absorber des Typs „I“ besteht aus mikroskaligen Glimmerpartikeln, die mit einer Schicht aus Antimon-dotiertem Zinnoxid (SnO2:Sb) ausgestattet sind. Bei dem IR-Absorber des Typs „C“ handelt es sich um mikroskalige Pigmentpartikel mit einem Kern aus Polycarbonat und einer Schale aus mit Maleinsäureanhyrid kompatibilisiertem Polyethylen und Polypropylen, wobei der Kern Antimontrioxid (Sb2O3) enthält. Der IR-Absorber des Typs „S“ besteht aus mikroskaligen Partikeln aus einem polymeren Werkstoff, der als Hauptkomponente Polycarbonat und als infrarotabsorbierendes Additiv Ruß enthält.The "I" type IR absorber consists of microscale mica particles coated with a layer of antimony-doped tin oxide (SnO 2 : Sb). The "C" type of IR absorber is a microsphere pigment particle having a polycarbonate core and a shell of maleic anhydride compatibilized polyethylene and polypropylene, the core containing antimony trioxide (Sb 2 O 3 ). The type "S" IR absorber consists of micro-scale particles of a polymeric material containing as its main component polycarbonate and as an infrared-absorbing additive carbon black.
Aus der Folie für die weißen Trägerlagen 2 und 3 und jeder der 13 verschiedenen Folien Nr. 1-13 für die laseraktiven Lagen 1 und 4 gemäß der Tabelle 4 wird eine vierlagige laserbeschreibbare Verbundfolie mit dem in
Jede der derart hergestellten 13 verschiedenen Verbundfolien wird mittels eines mit 15 kHz gepulsten und Strahlung der Wellenlänge 1064 nm emittierenden Nd-YAG-Beschriftungslasersystems der Firma Rofin mit einem Testmuster der in
Das in
Die Betriebsparameter des Nd-YAG-Beschriftungslasersystems für die Beschriftung der Felder 1-12 sind nachfolgend in Tabelle 5 wiedergegeben.
Tabelle 5: Betriebsparameter des Nd-YAG-Laserbeschriftungssystems
Der Schwärzungsgrad der Felder Nr. 1-12 des Laserbeschriftungsmuster jeder der 13 hergestellten laserbeschreibbaren Verbundfolien 1-13 wird mit einem Densitometer gemäß
Zusätzlich zu den Feldern Nr. 1-12 des Laserbeschriftungsmusters wird in gleicher Weise eine densitometrische Messung an einem unbeschrifteteten Bereich der laserbeschreibbaren Verbundfolien durchgeführt, um den Schwärzungsgrad bzw. die Trübung der laseraktiven Lage 1 oder 4 zu bestimmen. Die entsprechenden densitomterischen Messwerte sind nachfolgend mit dem Vermerk „Overlay“ gekennzeichnet und analog zu den Feldern Nr. 1-12 auf den an der Folie für die weißen Trägerlagen 2 und 3 gemessenen Remissionswert R0 = 1 bezogen.In addition to the fields Nos. 1-12 of the laser marking pattern, densitometric measurement is also performed on an unlabelled area of the laser recordable composite sheets to determine the degree of blackening or haze of the laser
In der nachfolgenden Tabelle 6 sind die densitometrisch gemessenen Schwärzungsgrade bzw. optischen Dichtewerte für die Felder Nr. 6 und 9, ein Feld mit maximalem Dichtewert sowie einen nichtbeschriebenen „Overlay“-Bereich jeder der 13 hergestellten laserbeschreibaren Verbundfolien wiedergegeben.
Tabelle 6: Gemessene Schwärzungsgrade (optische Dichten D)
In Bezug auf den Typ und die Gewichtsteile des in der laseraktiven Lage enthaltenen Infrarot-Absorbers werden die 13 Verbundfolien sechs Gruppen zugeordnet
Tabelle 7: Gruppierung der Verbundfolien
Da Polyester und Polycarbonat die von dem Nd-YAG-Laserbeschriftungssystem emittierte Infrarotstrahlung mit Wellenlänge 1064 nm nur schwach absorbieren ist die durch Absorption in der 100 µm dünnen laseraktiven Lage deponierte Wärmeenergie primär durch die Beschaffenheit und die Konzentration bzw. die Gewichtsteile des Infrarot-Absorbers bestimmt. Dementsprechend wird beim Beschriften der Verbundfolien Nr. 1-13 in den jeweils zu einer der Gruppen 1-6 gehörigen Verbundfolien in etwa die gleiche thermische Energie in der laseraktiven Lage bzw. in den Beschriftungsfeldern 1-12 deponiert.Since polyester and polycarbonate only weakly absorb the infrared radiation emitted by the Nd-YAG laser marking system with a wavelength of 1064 nm, the thermal energy deposited by absorption in the 100 μm thin laser-active layer is determined primarily by the nature and the concentration or the parts by weight of the infrared absorber , Accordingly, when labeling the composite films Nos. 1-13 in the respective composite films belonging to one of the groups 1-6, approximately the same thermal energy is deposited in the laser-active layer or in the labeling fields 1-12.
Bei gleicher in der laseraktiven Lage bzw. in den Beschriftungsfeldern 1-12 deponierter thermischer Energie hängt der Verkohlungsgrad allein von dem Gehalt an Copolyester und Polycarbonat und den zugehörigen Verkohlungsindizes CFT ab (siehe vorstehende qualitative Gleichung (vi) ).With the same thermal energy deposited in the laser-active layer or in the labeling fields 1-12, the degree of charring depends solely on the content of copolyester and polycarbonate and the associated charring indices C FT (see qualitative equation (vi) above).
Je höher der Verkohlungsgrad der laseraktiven Lage ist, desto stärker wird auf die Verbundfolie einfallendes und von der weißen Trägerlage reflektiertes sichtbares Licht auf seinem optischen Hin- und Rückweg durch die laseraktive Lage abgeschwächt. Dementsprechend ist die optische Remission in etwa umgekehrt proportional zum Verkohlungsgrad der laseraktiven Lage. Unter Beachtung dieses Zusammenhangs und der vorstehenden Beziehung (vi) können die in der Tabelle 6 wiedergegebenen densitometrischen Messwerte D bzw. die zugehörigen Remissionswerte R für Verbundfolien in jeder der Gruppen 1-6 miteinander verglichen werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die densitometrischen Messwerte D und die Remissionswerte logarithmisch verknüpft sind gemäß der Beziehung D = lg(1/R) bzw. 1/R = 10D.The higher the degree of charring of the laser-active layer, the more the visible light incident on the composite foil and reflected by the white carrier layer is attenuated on its optical way back and forth through the laser-active layer. Accordingly, the optical remission is approximately inversely proportional to the degree of charring of the laser-active layer. Considering this relationship and the above relationship (vi), the densitometric data D shown in Table 6 and the associated remission values R for composite films in each of Groups 1-6 can be compared with each other. It should be noted that the densitometric measurements D and the reflectance values are logarithmically linked according to the relationship D = lg (1 / R) and 1 / R = 10 D, respectively.
Bei dem in der laseraktiven Lage der Verbundfolien 1-13 verwandten Copolyester handelt es sich um glykolmodifiziertes Polyethylenterephthalat (PETG). Dementsprechend wird für den Copolyester ein Verkohlungsindex CFT = 1,25 angenommen (siehe Tabelle 2). Für das in der laseraktiven Lage der Verbundfolien 1-13 verwandte Polycarbonat gilt CFT = 5. Gemäß den Gewichtsteilen von Copolyester und Polycarbonat ergeben sich folgende Verkohlungsindizes in willkürlichen und relativen Einheiten:
Tabelle 8: Verkohlungsindizes der laseraktiven Lage
In der nachfolgenden Tabelle 9 sind für die Felder Nr. 3 und Nr. 9 der Verbundfolien 3-13 die reziproken Remissionswerte 1/R und Verkohlungsindizes CFT in relativen Einheietn gegenübergestellt.
Tabelle 9: Remissionswerte und Verkohlungsindizes
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