DE202020100474U1

DE202020100474U1 - Elektrisch leitfähiger laserbarer Lack und diesen umfassendes Touch-Bedienelement

Info

Publication number: DE202020100474U1
Application number: DE202020100474.3U
Authority: DE
Original assignee: Nordwest Chemie GmbH
Current assignee: Nordwest Chemie GmbH
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2030-01-30

Abstract

Elektrisch leitfähiger laserbarer Lack, umfassend
- 3-8 Gew.-% Celluloseester-Lösung;
- 2-10 Gew.-% eines Leitpigments;
- 5-20 Gew.-% Polyesterharz;
- 5-20 Gew.-% Acrylatharz;
- 0,5-10 Gew.-% pulverförmiges Magnesiumsilikathydrat;
- zumindest ein Netzmittel;
- zumindest ein Lösungsmittel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch leitfähigen laserbaren Lack sowie ein Touch-Bedienelement, z.B. einen Schalter, der den Lack umfasst.
Heutzutage ist es nicht mehr erforderlich, zur Bedienung eines elektronischen Bauteiles mit verschiedenen Funktionen den Überblick über eine Vielzahl von klassischen durch Drücken zu betätigenden Bedienelementen wie Schaltern, Tasten und Knöpfen zu behalten und diese in Abhängigkeit der gewünschten Funktion zu betätigen. Dies wäre auch viel zu umständlich in unserer Zeit des technischen Fortschritts, in der alle Geräte immer mehr können sollen und dementsprechend für ein größeres Angebot an Funktionen auch immer mehr Bedienelemente benötigt würden.
Neben der fehlenden Übersichtlichkeit bei einer Vielzahl von Schaltern weisen diese überdies den Nachteil einer weniger ansprechenden Optik auf, da Geräte bzw. Bedienoberflächen mit weniger Schaltern, Tasten und Knöpfen vom Benutzer oftmals als ästhetischer empfunden werden. Dementsprechend geht der Trend also in vielen Bereichen bereits seit längerer Zeit zu einer scheinbar schalterlosen Touch-Bedienoberfläche, so beispielsweise bei Mobiltelefonen, Küchengeräten und im Innenraum von Autos.
Es ist bekannt, Touch-Bedienelemente, z.B. für den Automobilbereich, im sog. IML-Verfahren (In-mould-labeling-Verfahren) herzustellen. Dabei werden Kunststofffolien verwendet, auf die zu durchleuchtende Symbole im Druckverfahren aufgebracht werden. Anschließend werden die Folien z.B. im Spritzgussverfahren mit Kunststoff über- oder hinterspritzt, um eine gewünschte Bauteilgeometrie zu erzeugen, wobei als Kunststoff insbesondere transparente Kunststoffe eingesetzt werden, z.B. Polycarbonat (PC) oder (Polymethylmethacrylat (PMMA).
Alternativ dazu und überdies kostengünstiger sowie auch für geringere Stückzahlen geeignet, ist auch die Herstellung der Bauteile aus transparentem Kunststoff, z.B. aus PC oder PMMA, im klassischen Spritzgussverfahren möglich.
Im Anschluss an das IML-Verfahren oder Spritzgussverfahren wird ein lichtdicker Lack innen oder außen im Spritzverfahren oder Druckverfahren auf den Kunststoff aufgebracht. Die für die spätere Anwendung zu durchleuchtenden Symbole werden nachträglich durch einen Laserprozess erzeugt.
Zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen können Metalldrähte oder -bahnen, z.B. Kupferbahnen, auf die Folienoberfläche aufgebracht, insbesondere geklebt werden, wodurch konduktiv ausgerüstete Folien auf der Innenseite der Bauteile erhalten werden und durch Stromfluss ein elektromagnetisches Feld auf der Oberfläche der Bauteile erzeugt werden kann. Durch die Annäherung eines leitenden Objektes, insbesondere eines Fingers einer menschlichen Hand, an die als kapazitive Sensoren fungierenden leitfähigen Strukturen wird die daraus resultierende Veränderung des Kraftfeldes von diesen erfasst, woraufhin sie mit einer Spannungsänderung reagieren, die als Funktionsauslöser genutzt werden kann.
Obwohl diese Art von Touch-Bedienelementen für den Benutzer äußerst komfortabel und überdies auch optisch ansprechend ist, bringen sie doch den Nachteil mit sich, dass für jede gewünschte Anwendung eine eigene Folie konzipiert und in Serie hergestellt sowie mit dem Kunststoff verbunden werden muss, was einen immensen zeitlichen und finanziellen Aufwand erfordert.
Es wäre daher wünschenswert, auf das Anbringen einer Folie oder eines PCB auf den Bauteilen bzw. Substraten, insbesondere auf Kunststoffformteilen verzichten zu können und die Oberfläche der Kunststoffformteile auf andere Weise als Schalter zu gestalten. Durch einen herkömmlichen Lack ist dieses jedoch nicht möglich. Denn es gibt auf der einen Seite zwar Leitlacke, die jedoch nicht laserbar sind, und auf der anderen Seite Laserlacke, die jedoch nicht elektrisch leitfähig sind. Sowohl ein Lackieren von Kunststoffteilen mit einem herkömmlichen Leitlack als auch das Lackieren der Kunststoffteile mit einem herkömmlichen Laserlack wäre daher nicht zielführend und könnte zu keinem lackierten Kunststoffformteil führen, das gleichzeitig als Touch-Bedienelement fungieren könnte.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Möglichkeit für ein Touch-Bedienelement bereitzustellen, das die o.g. aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet und insbesondere einen Lack bereitzustellen, der zum Lackieren von Substraten, insbesondere von Kunststoffformteilen oder Glas, verwendet werden kann, wobei der Lack nach dem Einbringen von Leiterbahnen in dessen Oberfläche als Schalter fungieren kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus, ein Touch-Bedienelement bereitzustellen, das auf die o.g. aus dem Stand der Technik bekannte Folie bzw. auf den o.g. aus dem Stand der Technik bekannten PCB verzichtet.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche und insbesondere durch Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen laserbaren Lackes, der

- 3-8 Gew.-% Celluloseester-Lösung;
- 2-10 Gew.-% eines Leitpigments;
- 5-20 Gew.-% Polyesterharz;
- 5-20 Gew.-% Acrylatharz;
- 0,5-10 Gew.-% pulverförmiges Magnesiumsilikathydrat;
- zumindest ein Netzmittel; und
- zumindest ein Lösungsmittel umfasst oder daraus besteht.

Der erfindungsgemäße Lack kann ein Ein-Komponenten-Lack oder alternativ ein Zwei-Komponenten-Lack sein. In Ausführungsformen, in denen der Lack als Zwei-Komponenten-Lack ausgebildet ist, sind die o.g. Inhaltsstoffe die Bestandteile des sog. Stammlacks (der ersten Komponente), während der Lack als zusätzlichen Inhaltsstoff einen Härter (die zweite Komponente) enthält. Bevorzugt enthält der Härter dabei mindestens zwei Isocyanat-Funktionalitäten, insbesondere zwei oder drei Isocyanat-Funktionalitäten.
Unter einem laserbaren Lack wird für die Zwecke der Erfindung ein Lack verstanden, der sich gut mit einem Laser bearbeiten lässt, d.h. der insbesondere einen rückstandsfreien Abtrag erlaubt und bei Abtrag der Deckschicht eine hohe Konturenschärfe verleiht. Weiterhin muss der Laserlack über eine hohe Temperatur- und Farbbeständigkeit der darunter liegenden Lackschichten verfügen und in geringer Schichtdicke von bereits 25-30 µm eine hohe Lichtdichtigkeit besitzen, sodass Licht nur durch die freigelaserte Symbolik fällt.
Unter einem Leitpigment wird ein elektrisch leitfähiges Pigment verstanden. Das in dem erfindungsgemäßen Lack enthaltene Leitpigment ist bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die Ruß, Graphit, Silber sowie silberbedampfte Substrate, insbesondere mit Silber bedampftes Glas oder mit Silber bedampftes Kupfer, und Kombinationen dieser umfasst oder daraus besteht. Der Gewichtsanteil an Leitpigment in dem erfindungsgemäßen Lack beträgt 2,0-10,0 Gew.-%, bevorzugter 2,5-8,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 3,0-6,0 Gew.-%.
Bei der in dem erfindungsgemäßen Lack enthaltenen Celluloseester-Lösung handelt es sich bevorzugt um eine Lösung von Celluloseacetat, Cellulosebutyrat und/oder Celluloseacetatbutyrat, wobei das Lösungsmittel optional ein Acetat ist oder dieses umfasst. Der Gewichtsanteil an Celluloseester-Lösung in dem erfindungsgemäßen Lack beträgt 3,0-8,0 Gew.-%, bevorzugter 3,5-7,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 4,0-6,0 Gew.-%.
Der erfindungsgemäße Lack enthält weiterhin 5-20 Gew.-% Polyesterharz, wobei unter Polyesterharzen gemäß der allgemeinen Definition Kondensationsprodukte von mehrwertigen Alkoholen und Dicarbonsäuren verstanden werden. Das in dem erfindungsgegenständlichen Lack enthaltene Polyesterharz ist bevorzugt ein aus verschiedenen mehrwertigen Alkoholen und/oder verschiedenen Dicarbonsäuren erhaltenes Kondensationsprodukt und demnach ein Copolymer bzw. insbesondere eine Mischung von Copolymeren mit unterschiedlichen Kettenlängen.
Der Gewichtsanteil an Polyesterharz in dem erfindungsgemäßen Lack beträgt 5,0-20,0 Gew.-%, bevorzugter 8,0-18,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 11,0-16,0 Gew.-%.
Weiterhin enthält der erfindungsgemäße elektrisch leitfähige und laserbare Lack auch 5-20 Gew.-% Acrylatharz. Unter einem Acrylatharz werden Polymere oder Copolymere der Acrylsäure, Methacrylsäure oder deren Estern, insbesondere mit anderen ungesättigten Monomeren wie z.B. Styrol oder Acrylnitril verstanden. Insbesondere handelt es sich bei dem in dem erfindungsgemäßen Lack enthaltenen Acrylatharz um ein polyisocyanatvernetzendes Acrylatharz, d.h. um ein Acrylatharz, das in der Lage ist, Polyisocyanat zu vernetzen.
Der Gewichtsanteil an Acrylatharz in dem erfindungsgemäßen Lack beträgt 5,0-20,0 Gew.-%, bevorzugter 8,0-18,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 11,0-16,0 Gew.-%.
Der erfindungsgemäße Lack enthält auch 0,5-10 Gew.-% pulverförmiges Magnesiumsilikathydrat, auch bekannt unter der Bezeichnung „Talkum“. Der Gewichtsanteil an pulverförmigem Magnesiumsilikathydrat in dem erfindungsgemäßen Lack beträgt 0,5-10,0 Gew.-%, bevorzugter 1,0-8,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 1,5-7,0 Gew.-%.
Weiterhin enthält der erfindungsgemäße Lack auch zumindest ein Netzmittel, d.h. zumindest eine Verbindung, die die Oberflächenspannung des Lackes oder einzelner seiner Bestandteile herabsetzt. Bei dem zumindest einen Netzmittel handelt es sich bevorzugt um ein Netzmittel zur Pigmentbenetzung, das unabhängig davon bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, die Alkylsulfate, Alkylsulfonate und Polyglykolether umfasst oder daraus besteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Lack zumindest zwei Netzmittel, wobei das erste Netzmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die Alkylsulfate, Alkylsulfonate und Polyglykolether umfasst oder daraus besteht, und das zweite Netzmittel ein nicht-ionisches Netzmittel ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Anteil des ersten Netzmittels in dem erfindungsgemäßen Lack vorzugsweise größer als der Anteil des zweiten Netzmittels, insbesondere um mindestens den Faktor 2.
Der Gesamtanteil an Netzmittel in dem erfindungsgemäßen Lack beträgt bevorzugt 2,0-10,0 Gew.-%, bevorzugter 2,5-8,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 3,0-7,0 Gew.-%.
Weiterhin enthält der erfindungsgemäße Lack auch zumindest ein Lösungsmittel, wobei der Lack gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zumindest zwei verschiedene Lösungsmittel enthält, die unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt sind, die Acetate, Ketone und aliphatische Lösungsmittel, jeweils im Siedebereich bis max. 200 °C, umfasst oder daraus besteht.
Der Gesamtanteil an Lösungsmittel in dem erfindungsgemäßen Lack beträgt bevorzugt 25,0-65,0 Gew.-%, bevorzugter 30,0-60,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 35,0-55,0 Gew.-%.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Touch-Bedienelement, beispielsweise einen Schalter, eine Taste oder einen Knopf, das ein mit einem erfindungsgemäßen Lack lackiertes Substrat umfasst, wobei in die lackierte Oberfläche Leiterbahnen eingebracht sind und diese mit einer gewünschten Elektronik verbunden sind. Bei dem Substrat handelt es sich vorzugsweise um Kunststoff, Glas oder Holz.
Unter einem Touch-Bedienelement wird für die Zwecke der Erfindung ein insbesondere berührungsempfindliches Element verstanden, bei dem die Annäherung eines leitenden Objektes, insbesondere eines Fingers einer menschlichen Hand, eine messbare Veränderung eines Kraft- bzw. Magnetfeldes bewirkt, was als Funktionsauslöser verwendet wird. Bevorzugte Touch-Bedienelemente sind Schalter, Tasten und Knöpfe.
Dadurch, dass der erfindungsgemäße Lack laserbar ist, können auch noch nach dessen Aufbringen auf das Substrat und dem Einfügen von Leiterbahnen in die Substratoberfläche optische Besonderheiten, z.B. Symbole, in den Lack eingebracht werden. Alternativ oder zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Lack kann das Substrat daher auch noch mit einem anderen Lack überlackiert sein, sofern dies aus optischen oder anderen Gründen wünschenswert oder erforderlich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Touch-Bedienelement ein Substrat, das nicht nur mit dem erfindungsgemäßen Lack, sondern noch mit zwei weiteren Lacken lackiert ist. Diese zusätzlichen Lackschichten beeinflussen jedoch nicht die Funktion des Touch-Bedienelementes, sondern wirken sich nur vorteilhaft auf dessen Optik aus. In dieser Ausführungsform weist die Substratoberfläche zunächst eine Schicht aus einem lichtdichten, z.B. schwarzen, Lack auf. Auf dieser ersten lichtdichten Lackschicht befindet sich eine zweite Lackschicht in einem hellen Kontrastfarbton, z.B. beige, und erst auf dieser zweiten Lackschicht befindet sich der laserbare elektrisch leitfähige Lack, der z.B. im Spritzverfahren oder Druckverfahren aufgebracht wird.
Der Lack, mit dem das erfindungsgemäße Touch-Bedienelement lackiert ist, weist die gleiche Zusammensetzung auf wie im Voranstehenden mit Bezug auf den Lack als solchen beschrieben. D.h. insbesondere:

- dass das in dem Lack enthaltene Leitpigment bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ruß, Graphit, Silber sowie silberbedampfte Substrate, insbesondere mit Silber bedampftes Glas oder mit Silber bedampftes Kupfer, und Kombinationen dieser umfasst oder daraus besteht;
- dass die in dem Lack enthaltene Celluloseester-Lösung bevorzugt eine Lösung von Celluloseacetat, Cellulosebutyrat und/oder Celluloseacetatbutyrat ist, wobei das Lösungsmittel optional ein Acetat ist oder dieses umfasst;
- dass das in dem Lack enthaltene Polyesterharz bevorzugt ein aus verschiedenen mehrwertigen Alkoholen und/oder verschiedenen Dicarbonsäuren erhaltenes Kondensationsprodukt ist und demnach bevorzugt ein Copolymer bzw. insbesondere eine Mischung von Copolymeren mit unterschiedlichen Kettenlängen ist;
- dass das in dem Lack enthaltene Acrylatharz bevorzugt ein polyisocyanatvernetzendes Acrylatharz ist;
- dass das in dem Lack enthaltene zumindest eine Netzmittel bevorzugt ein Netzmittel zur Pigmentbenetzung ist, das unabhängig davon bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, die Alkylsulfate, Alkylsulfonate und Polyglykolether umfasst oder daraus besteht; wobei bevorzugt zwei unterschiedliche Netzmittel in dem Lack enthalten sind, von denen das erste Netzmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die Alkylsulfate, Alkylsulfonate und Polyglykolether umfasst oder daraus besteht, und das zweite Netzmittel ein nicht-ionisches Netzmittel ist; und wobei der Gewichtsanteil des ersten Netzmittels vorzugsweise größer als der Gewichtsanteil des zweiten Netzmittels ist, insbesondere um mindestens den Faktor 2;
- dass das in dem Lack enthaltene zumindest eine Lösungsmittel bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, die Acetate, Ketone und aliphatische Lösungsmittel, jeweils im Siedebereich bis max. 200 °C, umfasst oder daraus besteht;

In der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Touch-Bedienelementes, in der ein Substrat mit einer ersten lichtdichten Lackschicht, einer zweiten Lackschicht in Kontrastfarbe und einer dritten Lackschicht aus dem erfindungsgemäßen Lack lackiert ist, wurde bevorzugt durch alle drei Lackschichten gelasert, um die Symbole, die für die spätere Anwendung, insbesondere im Automobilbereich, durchleuchtet werden sollen, zu erzeugen. Die erste Lackschicht erfüllt dabei die Aufgabe, die Lichtdichtigkeit zu erzeugen, während die helle Kontrastfarbe der zweiten Lackschicht dazu dient, einen Kontrast zwischen der darunterliegenden ersten Lackschicht und der darüberliegenden dritten Lackschicht zu erzeugen.
Bei der Herstellung des Touch-Bedienelementes erfolgte vor oder nach dem Aufbringen der optional drei Lackschichten und dem Laserprozess durch die aufgebrachten Lackschichten das Erzeugen von Leiterbahnen mittels Laserns ausschließlich der dritten Lackschicht, die aus dem erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen, laserbaren Lack besteht.
Nach dem Einbringen der Leiterbahnen in die Lackschicht, die aus dem erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen, laserbaren Lack besteht, wurden diese mit Elektronik verbunden bzw. kontaktiert, um durch einen Stromfluss das elektromagnetische Feld aufzubauen.
Bevorzugt wurde auch ein datenverarbeitender Chip auf die aus dem erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen, laserbaren Lack bestehende Lackschicht aufgebracht, z.B. aufgeklebt.
Das erfindungsgemäße Touch-Bedienelement weist gegenüber vorbekannten Lösungen den Vorteil auf, dass es kostengünstig in großer oder kleiner Stückzahl hergestellt werden kann, da zur Erzeugung unterschiedlicher Bauteilgeometrien lediglich das Laserprogramm geändert werden muss. Weiterhin ist vorteilhaft, dass sich die durch das Lasern erzeugten Leiterbahnen unmittelbar auf dem Bauteil bzw. Substrat befinden und somit eine Verschlechterung der Signalstärke durch Lufteinschlüsse zwischen Leiterbahn und der Bauteiloberfläche ausgeschlossen ist.
Besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen Touch-Bedienelemente zur Anwendung in der Automobilbranche, wo sie insbesondere im Innenraum von Fahrzeugen verbaut werden können. Hier zeichnen sie sich insbesondere durch eine komfortable Bedienung einer optisch scheinbar schalterlosen und daher ästhetisch ansprechenden Oberfläche aus, die dennoch keine Funktionen vermissen lässt.
Die in der vorstehenden Beschreibung und in den Schutzansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Elektrisch leitfähiger laserbarer Lack, umfassend - 3-8 Gew.-% Celluloseester-Lösung; - 2-10 Gew.-% eines Leitpigments; - 5-20 Gew.-% Polyesterharz; - 5-20 Gew.-% Acrylatharz; - 0,5-10 Gew.-% pulverförmiges Magnesiumsilikathydrat; - zumindest ein Netzmittel; - zumindest ein Lösungsmittel.
Elektrisch leitfähiger laserbarer Lack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Celluloseester aus der Gruppe ausgewählt ist, die Celluloseacetat, Cellulosebutyrat und Celluloseacetatbutyrat umfasst oder daraus besteht, wobei der Celluloseester optional in Acetat gelöst vorliegt.
Elektrisch leitfähiger laserbarer Lack nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitpigment aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ruß, Graphit, Silber sowie silberbedampfte Substrate und Kombinationen dieser umfasst oder daraus besteht.
Elektrisch leitfähiger laserbarer Lack nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Acrylatharz ein polyisocyanatvernetzendes Acrylatharz ist.
Elektrisch leitfähiger laserbarer Lack nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Netzmittel ein Netzmittel zur Pigmentbenetzung ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Alkylsulfate, Alkylsulfonate und Polyglykolether umfasst oder daraus besteht.
Elektrisch leitfähiger laserbarer Lack nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack ein Zwei-Komponenten-Lack ist und zusätzlich einen Härter umfasst, der bevorzugt mindestens zwei Isocyanat-Funktionalitäten aufweist.
Touch-Bedienelement, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein mit einem Lack nach einem der voranstehenden Ansprüche lackiertes Substrat umfasst, wobei in die lackierte Oberfläche Leiterbahnen eingebracht sind.
Touch-Bedienelement nach Anspruch 7, wobei das Substrat Kunststoff, Glas oder Holz umfasst oder daraus besteht.