EP2524009A1 - Laser additive - Google Patents
Laser additiveInfo
- Publication number
- EP2524009A1 EP2524009A1 EP10793172A EP10793172A EP2524009A1 EP 2524009 A1 EP2524009 A1 EP 2524009A1 EP 10793172 A EP10793172 A EP 10793172A EP 10793172 A EP10793172 A EP 10793172A EP 2524009 A1 EP2524009 A1 EP 2524009A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- particles
- laser
- white
- core
- urea
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
- C09C1/027—Barium sulfates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/28—Compounds of silicon
- C09C1/30—Silicic acid
- C09C1/3009—Physical treatment, e.g. grinding; treatment with ultrasonic vibrations
- C09C1/3027—Drying, calcination
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/28—Compounds of silicon
- C09C1/30—Silicic acid
- C09C1/3063—Treatment with low-molecular organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/28—Compounds of silicon
- C09C1/30—Silicic acid
- C09C1/3072—Treatment with macro-molecular organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/28—Compounds of silicon
- C09C1/30—Silicic acid
- C09C1/309—Combinations of treatments provided for in groups C09C1/3009 - C09C1/3081
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/40—Compounds of aluminium
- C09C1/42—Clays
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/08—Treatment with low-molecular-weight non-polymer organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/10—Treatment with macromolecular organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/26—Thermosensitive paints
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/60—Additives non-macromolecular
- C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
- C09D7/62—Additives non-macromolecular inorganic modified by treatment with other compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/66—Additives characterised by particle size
- C09D7/67—Particle size smaller than 100 nm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/66—Additives characterised by particle size
- C09D7/68—Particle size between 100-1000 nm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/30—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/36—Silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
Definitions
- the present invention relates to a laser additive in the form of particles comprising a core of white particles and a shell containing elemental carbon, a process for its preparation and its use for the laser marking of black, gray or colored organic polymers, in particular plastics, paints , Automotive coatings, powder coatings, color printing, paper coatings and pulps.
- the contrast required for a marking is preferably produced according to the following methods:
- Carbonation is caused either by absorption of the laser radiation in the organic matrix itself or by absorption on added absorbers. In both cases, the carbonization of the polymer material is caused by a brief heat shock which burns the surrounding matrix. The ability of the matrix to form enough carbon when burning is of crucial importance for the marking result. Thus, the polymer used or the formulation of the matrix has a strong influence on the marking result. This dependency usually leads to extensive preliminary tests Determination of a sufficient for the respective application
- Plastics can be used. Marking is also possible in thin layers such as coatings, lacquers and prints without significantly damaging the layers.
- Dark or black additives are usually added for this purpose to dark or dark-colored plastics, which are decolorized by the action of high-energy laser radiation, ie they are marked intrinsically.
- the laser markings described above have the disadvantage that the foaming within the mark often leads to a raised surface and also inevitably has a certain porosity. If the marking is mechanically stressed, for example when using a computer keyboard marked in white on black, constant pressure is exerted on the marked areas over a long period of time. By this pressure the porous becomes
- the object of the present invention is therefore to find an additive for the laser marking that, under the action of laser light in the polymer doped therewith, gives very good marking results, in particular high-contrast and sharp light to white markings on a dark background, leads to mechanically stable laser markings, and industrial scale can be easily produced.
- the present invention is a laser additive in the form of particles comprising a core of white particles and a shell, wherein the core consists of one or more particles, has a size of at least 100 nm and is chemically stable against the action of directed high-energy radiation , and wherein the shell contains elemental carbon.
- the present invention likewise relates to a process for producing the laser additive according to the invention, wherein white particles which are present as individual particles or as agglomerates of a plurality of particles and the individual particles or agglomerates have a size of at least 100 nm are provided with a shell which is elemental Contains carbon, and wherein the white particles are chemically stable against the action of directed high-energy radiation.
- the present invention also provides the use of the laser additive according to the invention as an additive for the laser marking of black, gray or colored organic polymer systems, in particular in plastics, plastic films, paints, automotive coatings, powder coatings, color prints, paper coatings and pulps.
- the invention furthermore also relates to the organic polymer systems which contain the laser additive according to the invention.
- the polymer system doped with the inventive laser additive shows a bright to white marking with high contrast and pronounced edge sharpness on a black, dark or colored background.
- the laser additive according to the invention is in the form of finely divided particles, preferably as a powder. It can be easily incorporated into the respective polymeric application medium in this form.
- the shape and size of the powder particles are not particularly critical. As a rule, there are spherical, egg-shaped, lenticular or strand-like particles. The shape is determined by the shape of the white particles used as the core material and the subsequent coating process. Depending on the enveloping material and the layer thickness of the cladding, irregular but often nearly spherical particles of different sizes are obtained.
- the size of the individual particles can vary greatly and is generally in the range of 0.2 to 250 ⁇ . A narrow particle size distribution is advantageous, but not required.
- a particle of the laser additive according to the invention is composed of a core and a shell surrounding the core.
- the cladding of the core need not be complete, it is sufficient if the vast majority of the surface of the core is surrounded by the shell. In the event that only a minor part of the surface of the core ( ⁇ 50%) is surrounded by the shell, the laser additive would be in the
- the core of the laser additive according to the invention consists of one or more white particles and has a size of at least 100 nm. If the core consists of several white particles, they are in the form of an agglomerate having a total size of at least 100 nm. It goes without saying that the primary particle size of the particles forming the agglomerate may be less than 00 nm; it is preferably in the range of 10 to 50 nm.
- the size of the core is assumed to be the length of the largest axis of the core, and the primary particle size to be the length of the largest axis of the primary particles.
- white particles are those particles which have almost no spectral absorption in the wavelength range from 380 nm to 780 nm and which reflect incident light in all directions at these wavelengths.
- a sample of the white particles is then considered to be white in the sense of the invention if a planar powder coating applied to a flat surface measured with a conventional color measuring instrument under daylight has such a high reflection of irradiated visible light that, measured in the L, a, b system according to Hunter, has a brightness value L of> 50 to 100, but has a, and b values in the vicinity of the non-colored point, that is to say smaller than 10, in particular smaller than 7. Such color values are usually perceived as white by the human eye.
- a particle or an agglomerate with a size of at least 100 nm should be considered to be white when a viewer with normal vision perceives a pigment bed of these particles or agglomerates without a reference sample as white.
- the size of the core is in the range of 0.1 to 200 ⁇ m.
- the shape of the individual particles or agglomerates which form the core of the laser additive according to the invention plays only a minor role.
- the cores can be present in all known particle shapes, for example as platelets, spheres, fibers, cubes, rods, cuboids or even as approximately isotropic granules of irregular shape. Preferred are isotropic shapes such as spheres or cubes, or irregular shaped granules.
- the agglomerates of multiple particles are often present as irregular particle clusters.
- Suitable white particles in the context of the present invention are those fine-particle materials which are chemically stable under the action of directed high-energy radiation, irrespective of the medium surrounding them.
- the white pigment most frequently used for example, for color paints, namely titanium dioxide, is unsuitable because it can be reduced to suboxides which have a blue to gray coloration under the action of directed high-energy radiation and under certain conditions (reducing conditions) and thus are not white anymore.
- materials for the cores zirconia silica, barium sulfate (baryte), kaolin or talcum are preferably suitable, each in the form of individual particles or agglomerates with a minimum size of 100 nm. Particularly preferred are kaolin, talc and barium sulfate.
- Directed high-energy radiation in the context of the present invention is understood to mean the radiation of conventional lasers, as described below.
- the radiation generated by the laser is monochromatic, practically parallel, coherent over long distances and mostly bundled.
- the wavelengths of the laser radiation are usually between 157 nm and 10.6 [im.
- the shell surrounding the core contains elemental carbon.
- This is in the form of carbon black or as a black pigment.
- Suitable are all forms of technical carbon blacks or color blacks with particle sizes of 1 to 100 nm, which can be used in pulverized form or in the form of aqueous carbon black dispersions, for example the known under the trade names Derussol®, Color Black FW or Color Black S carbon blacks Evonik , in particular Color Black FW 1, Derussol® A and Derussol® N 25 / L.
- the elemental carbon can be bound to the surface of the core particles by simple mixing via adhesive forces, it is advantageous if the shell surrounding the core also contains an organic polymer in addition to the elemental carbon, with the aid of which the elemental carbon is very homogeneous to the surface of the core particles can be applied and at the same time enclosed in this enclosure.
- Suitable organic polymers are those which are not carbonized by high-energy radiation.
- the organic polymer is selected from the group of aminoplasts, in particular from the group melamine resins, urea resins, urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, urea / melamine mixtures or polyamides.
- These, or the starting materials for the preparation of the polymers can be mixed in a simple process with the elemental carbon and applied to the surface of the cores in the form of polymers.
- the elemental carbon is in the shell of the laser additive according to the invention in a proportion of 0.1 to 50 wt.%, Preferably from 0.1 to 20 wt.%, Based on the weight of the shell, included.
- the elemental carbon and an organic polymer also additionally contain one or more protective colloids. These prevent the caking of a larger number of core particles, if their particle size is sufficient as a single particle for the production of a laser additive according to the invention already.
- Suitable protective colloids are the classes of compounds known to the person skilled in the art for such purposes, in particular water-soluble polymers such as partially saponified polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, cellulose ethers (Tylose) such as, for example, methylcellulose, hydroxyethylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose, polyacrylates, starch, proteins, alginates, pectins or gelatin consideration. Particularly preferred are cellulose ethers, in particular hydroxyethyl cellulose.
- the protective colloids are added in small amounts of from 0.01 to 5%, preferably from 0.1 to 2%, based on the weight of the preparation used for the preparation of the laser additive according to the invention.
- the size of the cores can be adjusted in a targeted manner via the amount of the protective colloids used and optionally also additionally present surfactants. Basically, the principle applies here that a larger amount of protective colloids leads to a reduced size of the cores.
- the size, particle size or primary particle size in each case is the length of the largest axis of the respective particles (cores, primary particles or inventive particulate laser additive).
- the determination of this size can in principle be carried out by any method familiar to the person skilled in the art for particle size determination.
- the particle size determination depending on the size of the laser additives, for example, by direct observation and measurement of a number of individual particles in high-resolution light microscopes, but better in electron microscopes such as the scanning electron microscope (SEM) or the high-resolution electron microscope (HRTEM), but also in the Atomic Force Microscope (AFM), the latter in each case with appropriate image evaluation software done.
- SEM scanning electron microscope
- HRTEM high-resolution electron microscope
- AFM Atomic Force Microscope
- the determination of the particle size can also be carried out with measuring devices (eg Malvern Mastersizer 2000, APA200, Malvern Instruments Ltd., UK), which operate on the principle of laser diffraction.
- measuring instruments eg Malvern Mastersizer 2000, APA200, Malvern Instruments Ltd., UK
- SOP standard method
- the laser additive according to the invention is preferably present as a gray or black powder.
- Core and shell have a weight ratio of 20: 1 to 1: 1, preferably from 8: 1 to 2: 1, on.
- laser additives according to the invention whose core consists of kaolin, talc or barium sulfate in the stated order of magnitude and whose shell contains a melamine resin or a urea-formaldehyde resin, in each case in combination with carbon black. If the particulate laser additive according to the invention is introduced into organic polymers or polymer systems which have a dark-colored, gray or black inherent color, and if these are subjected to the action of high-energy radiation (laser bombardment), the shell of the laser additive containing the elemental carbon is decolorized.
- particulate soot as a laser absorber to form CO2
- the white core becomes visible at the marked points and forms a strong contrast to the surrounding (dark) plastic, possibly in cooperation with the shell surrounding the core. It not only high-contrast bright to white marks on dark ground, but also markings are obtained with a pronounced edge sharpness. Foaming on the surface of the marked article practically does not take place. For this reason, the marks obtained are mechanically extremely stable and lose neither contrast nor clarity with increasing mechanical stress.
- Another object of the present invention is a method for producing the laser additive according to the invention in the form of particles, wherein white particles having a size of at least 100 nm, which are present as individual particles or as agglomerates and are chemically stable against the action of high-energy radiation, with a shell which contains elemental carbon.
- a shell is applied to the core forming the white particles, which still contains an organic polymer in addition to the elemental carbon.
- the polymer is selected in particular from the group of aminoplasts, in particular from the group of melamine resins, urea resins, urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, urea / melamine mixtures or polyamides.
- the coating of the white particles forming the core of the laser additive according to the invention, with a polymer shell containing elemental carbon by wet-chemical acid-catalyzed polycondensation of an aqueous preparation, preferably solution, an aminoplast resin in the presence of dispersed core particles and elemental Carbon, preferably in the form of also dispersed carbon blacks.
- an aminoplast resin in the presence of dispersed core particles and elemental Carbon, preferably in the form of also dispersed carbon blacks.
- the condensate of the aminoplast becomes insoluble in water and precipitates together with the elemental carbon on the surface of the core.
- the materials mentioned in advance as cores which are present as white particles, with elemental carbon and the aqueous preparation of an organic polymer and optionally additional additives at a temperature of at least 50 ° C with the addition of an acid intimately mixed, cooled and dried.
- aqueous preparation both dispersions and solutions of organic polymers can be used.
- the reaction time is usually between 10 and 60 minutes.
- the batch is dried at temperatures between 100 and 250 ° C over a period of 2 to 20 hours.
- the powder obtained can additionally be prepared by grinding and / or screening operations. A gray to black powder is obtained.
- the present invention also relates to the use of the above-described laser additive for the laser marking of organic polymers, in particular of dark-colored, gray or black plastics.
- a plastic preferably a dark-colored, gray or black, in particular a gray or black plastic containing the laser additive according to the invention, subject of the present invention.
- the laser additives according to the invention in particular in concentrations of 0.1 to 30 wt.%, Preferably 0.5 to 20 wt.%, And most preferably from 1 to 10 wt.%, Based on the organic polymer to be marked or In the polymer system, significantly higher contrast is achieved in the laser marking of polymers than with the commercially available (foaming) laser absorbers at comparable concentrations.
- concentrations mentioned are not solely dependent on the desired contrast but also on the layer thickness of the feed medium. Thus, in printing and coating applications, significantly higher concentrations are required than in plastics to provide the laser beam with a sufficient number of pigment particles available.
- the concentration of the laser pigment according to the invention in polymers or in polymer systems, preferably in thermoplastics, thermosets or elastomers, is also dependent on the polymer material used. The low proportion of laser pigment changes that
- colorants can be added to the polymers which allow color variations of any kind, in particular the dark-colored, gray or black color of the polymer, and at the same time ensure the visibility of the laser marking.
- Suitable colorants are in particular colored metal oxide pigments as well as organic pigments and dyes which do not decompose during laser marking or do not react under laser light.
- thermoplastics in particular thermoplastics, furthermore thermosets and elastomers, are suitable, as e.g. in Ullmann, Vol. 15, p. 457 ff., Verlag VCH.
- Suitable polymers are e.g. Polyethylenes, polypropylene, polyamides, polyesters, polyester esters, polyether esters,
- Polyphenylene ether polyacetal, polyurethane, polybutylene terephthalate (PBT), polymethyl methacrylate, polyvinyl acetal, polystyrene, acrylonitrile butadiene Styrene (ABS), acrylonitrile-styrene-acrylate (ASA), polycarbonate, polyethersulfones and polyether ketones and their copolymers, mixtures, and / or polymer blends, such as PC / ABS, MABS.
- the paint, a paper or powder coating, a car paint or a color print takes place by the polymer granules, the paint, the ink or paper raw material is mixed with the laser additive and possibly deformed under the action of heat.
- the further processing of paper raw materials, printing inks and paints then takes place as usual.
- the addition of the laser additive to the polymer may be simultaneous or sequential.
- the production of a plastic granulate doped with the laser additive is generally carried out in such a way that the plastic granules are placed in a suitable mixer, wetted with any additives and then the laser additive is added and mixed in.
- the pigmentation of the polymer is generally carried out via a color concentrate (masterbatch) or compound.
- the mixture thus obtained can then be processed directly in an extruder or an injection molding machine.
- the shaped bodies formed during processing show a very homogeneous distribution of the
- the inscription with the laser takes place in such a way that the specimen is brought into the beam path of a pulsed laser, preferably an Nd: YAG laser.
- a pulsed laser preferably an Nd: YAG laser.
- a lettering with an excimer laser for example via a mask technique, possible.
- the desired results are also to be achieved with other conventional laser types which have a wavelength in a range of high absorption of the additive used.
- the label obtained is replaced by the time (or pulse rate in pulse lasers) and irradiation power of the laser and the plastic system used.
- the power of the laser used depends on the particular application and can be determined in individual cases by the skilled person readily.
- the laser used generally has a wavelength in the range of 157 nm to 10.6 pm, preferably in the range of 532 nm to 10.6 pm.
- C0 2 lasers (10.6 pm) and Nd: YAG lasers (1064 or 532 nm) or pulsed UV lasers may be mentioned here.
- the excimer lasers have the following wavelengths.
- Nd YAG laser with wavelengths of 355 nm (frequency tripled) or 265 nm (frequency quadrupled). Particular preference is given to using Nd: YAG lasers (1064 or 532 nm) and C0 2 lasers.
- the energy densities of the lasers used are generally in the range of 0.3 mJ / cm 2 to 50 J / cm 2 , preferably 0.3 mJ / cm 2 to 0 J / cm 2 .
- the pulse frequency is generally in the range of 1 to 60 kHz.
- Corresponding lasers which can be used in the process according to the invention are commercially available.
- the use of the polymer doped with the laser additive according to the invention can be carried out in all areas where hitherto customary printing processes for the inscription of plastics, plastic films, are used.
- molding compounds, semi-finished products and finished parts of the polymer according to the invention can be used in the electrical, electronics and motor vehicle industries.
- Polymers can be marked even in hard to reach places with the help of laser light.
- the polymer system according to the invention can be used in packaging in the food sector or in the toy sector.
- the markings on the packages are characterized by the fact that they are smudge-proof and, in particular, mechanically stable, for example scratch-resistant, stable in the event of subsequent damage Sterilization processes, and hygienically pure in the marking process can be applied.
- plastic corks can be labeled eg for wine bottles.
- the polymer system according to the invention finds application in medical technology, for example in the labeling of petri dishes, microtiter plates, disposable syringes, ampoules, sample containers, supply hoses and medical collection bags or storage bags.
- a barcode system stores the information that is specific to the animal. These can be recalled when needed with the help of a scanner.
- the label must be very durable, because the mark sometimes remain on the animals for several years.
- the laser marking of molding compounds, semi-finished products and finished parts which consist of polymers doped with the laser additive according to the invention is thus possible.
- Particularly preferred is the use of the laser additive according to the invention for laser marking gray, black or dark colored plastic parts that are exposed to high mechanical stress.
- a permanent white or light mark on dark or black ground can be achieved.
- the inventive laser additive can optionally be introduced into differently colored dark plastic masses without distorting their visual appearance (no gray haze).
- the laser additive according to the invention When the laser additive according to the invention is used in plastics, almost no foaming of the laser additive takes place on the surface of the plastic during laser bombardment, so that the resulting bright laser marking has virtually no porosity on the plastic surface and thus neither scrapes nor scrapes together under mechanical stress. can be pressed.
- the achievable bright marking is therefore mechanically stable and durable.
- the resulting powder is incorporated 2% in polypropylene provided with a black dye, and the resulting compound formed on an injection molding machine to test plates with a size of 6 x 9 cm.
- Carbon black (Color Black FW 1) is incorporated 2% in black polypropylene analogously to Example 1 and molded on an injection molding machine to test plates in the dimensions given in Example 1.
- a white lettering is written in the test plates using a Nd: YAG laser operating at a pulse rate and laser speed analogous to Example 1.
- the resulting label shows a contrast which is comparable to the label according to Example 1. Under the pressure load mentioned in Example 1, the whiteness of the marking changes within a short time (30 minutes) to a brownish yellow.
- urea-formaldehyde resin Kerat liquid, 50% , Product from BASF
- 4 g of an aqueous carbon black dispersion Derussol® N25 / L from Evonik, carbon black content 25%
- a 0.3% tylose solution (0.15 g Tylose H20, product of the
- the resulting powder is incorporated 2% in polypropylene provided with a black dye, and the resulting compound formed on an injection molding machine to test plates with a size of 6 x 9 cm.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
The invention relates to a laser additive in the form of particles comprising a white core and a casing that contains elemental carbon, to a method for the production thereof, and to the use of such a laser additive in organic polymers, in particular in plastics, paints, automobile paints, powder coatings, printing inks, paper coatings, and paper pulps to produce permanent light laser markings on a preferably dark base.
Description
Laseradditiv laser additive
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laseradditiv in Form von Partikeln, welche einen Kern aus weißen Teilchen und eine Hülle umfassen, die elementaren Kohlenstoff enthält, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung zur Lasermarkierung von schwarzen, grauen oder farbigen organischen Polymeren, insbesondere Kunststoffen, Lacken, Automobillacken, Pulverlacken, Farbdrucken, Papierbeschichtungen und Papiermassen. The present invention relates to a laser additive in the form of particles comprising a core of white particles and a shell containing elemental carbon, a process for its preparation and its use for the laser marking of black, gray or colored organic polymers, in particular plastics, paints , Automotive coatings, powder coatings, color printing, paper coatings and pulps.
Die Kennzeichnung von Wirtschaftsgütern mittels Laserstrahlung ist mittlerweile eine gängige Technologie in fast allen Industriezweigen. So müssen häufig z.B. Produktionsdaten, Chargennummern, Verfallsdaten, Barcodes, Firmenlogos, Seriennummern, etc. auf Kunststoffen oder Kunststofffolien aufgebracht werden. The labeling of assets by means of laser radiation is now a common technology in almost all industries. For example, many times, e.g. Production data, batch numbers, expiry dates, barcodes, company logos, serial numbers, etc. are applied to plastics or plastic films.
Der für eine Kennzeichnung notwendige Kontrast wird dabei bevorzugt nach den folgenden Verfahren erzeugt: The contrast required for a marking is preferably produced according to the following methods:
1. Abtragen von Schichten unterschiedlicher Einfärbung 1. Removal of layers of different coloring
Von Nachteil ist, dass es sich hier um ein sehr aufwendiges Verfahren handelt, welches nur in einem begrenzten Umfang anwendbar ist. The disadvantage is that this is a very complex process, which is applicable only to a limited extent.
2. Carbonisierung einer organischen Matrix 2. Carbonization of an organic matrix
Dies ist das derzeit am häufigsten eingesetzte Verfahren. Die This is currently the most commonly used method. The
Carbonisierung wird dabei entweder durch Absorption der Laserstrahlung in der organischen Matrix selbst oder durch Absorption an zugesetzten Absorbern hervorgerufen. In beiden Fällen wird die Carbonisierung des Polymermaterials durch einen kurzzeitigen Hitzeschock hervorgerufen, welcher die umgebende Matrix verbrennt. Dabei ist das Vermögen der Matrix beim Verbrennen ausreichend Kohlenstoff zu bilden von entscheidender Bedeutung für das Markierergebnis. Somit hat das eingesetzte Polymer bzw. die Rezeptur der Matrix einen starken Einfluss auf das Markierergebnis. Diese Abhängigkeit führt in der Regel zu umfangreichen Vorversuchen zur
Ermittlung eines für die jeweilige Anwendung ausreichenden Carbonation is caused either by absorption of the laser radiation in the organic matrix itself or by absorption on added absorbers. In both cases, the carbonization of the polymer material is caused by a brief heat shock which burns the surrounding matrix. The ability of the matrix to form enough carbon when burning is of crucial importance for the marking result. Thus, the polymer used or the formulation of the matrix has a strong influence on the marking result. This dependency usually leads to extensive preliminary tests Determination of a sufficient for the respective application
Markierergebnisses. Bei Änderungen in der Zusammensetzung und vielfach auch schon bei Schwankungen der Rohstoffqualität müssen die geeigneten Beschriftungsparameter stets erneut bestimmt werden. Marking result. In the case of changes in the composition and in many cases even fluctuations in the quality of the raw materials, the appropriate labeling parameters must always be determined again.
3. Farbwechsel von zugesetzten Pigmenten 3. Color change of added pigments
Um der vorgenannten Abhängigkeit zu entgehen, wird seit längerem schon versucht Pigmente bzw. Additive zu entwickeln, welche bei Laserbeschuss selbst einen Farbwechsel durchführen (intrinsisch markieren). Solche Additive erzeugen eine Markierung nahezu n In order to escape the above-mentioned dependence, it has long been attempted to develop pigments or additives which themselves perform a color change (mark intrinsically) during laser bombardment. Such additives produce a label near n
w unabhängig von der umgebenden Matrix. Sie sind daher in allen w regardless of the surrounding matrix. They are therefore in all
Kunststoffen einsetzbar. Auch in dünnen Schichten wie Beschich- tungen, Lacken und Drucken sind Markierungen möglich ohne die Schichten signifikant zu schädigen. Plastics can be used. Marking is also possible in thin layers such as coatings, lacquers and prints without significantly damaging the layers.
Insbesondere die ersten beiden der vorab beschriebenen Methoden eignen5 In particular, the first two of the methods described above are suitable5
sich jedoch nur für die Aufbringung von schwarzen oder dunklen Markierungen auf hellem oder hellfarbigem Grund. Es sind jedoch auch Anwendungen für die Lasermarkierung bekannt, bei denen weiße oder helle Beschriftungen auf farbigem, grauem oder schwarzem Grund erwünscht sind, beispielsweise für Computertastaturen. Solche Markierungen sollen0 eine hohe Beständigkeit gegen mechanische Einflüsse aufweisen, insbesondere abriebfest sein, und ihre helle, vorzugsweise weiße, Farbgebung über einen langen Zeitraum möglichst unverändert beibehalten. but only for the application of black or dark markings on light or light colored ground. However, laser marking applications are also known in which white or light markings on a colored, gray or black background are desired, for example for computer keyboards. Such markings ought to have a high resistance to mechanical influences, in particular to be abrasion-resistant, and to retain their bright, preferably white, coloring as unchanged as possible over a long period of time.
Für diese Zwecke werden in der Regel dunklen oder dunkelfarbigen Kunststoffen dunkle bis schwarze Additive zugesetzt, die durch die Einwirkung5 energiereicher Laserstrahlung entfärbt werden, also intrinsisch markieren. Dark or black additives are usually added for this purpose to dark or dark-colored plastics, which are decolorized by the action of high-energy laser radiation, ie they are marked intrinsically.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die bloße Entfernung der Farbe auf den markierten Flächen oft nur zu einem geringen Kontrast mit der farbigen bis schwarzen Umgebung führt, da die der Laserbestrahlung ausgesetzten Flächen in der Regel nicht groß sind und häufig durch den Laserbeschuss auch keine vollständige Entfärbung erzielt werden kann. It has been found, however, that the mere removal of the color on the marked areas often leads to only a low contrast with the colored to black surroundings, since the areas exposed to the laser irradiation are generally not large and often also not complete by the laser bombardment Discoloration can be achieved.
0 0
Daher hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn innerhalb der Markierung durch den Laserbeschuss gleichzeitig mit der Entfärbung der Addi-
tive oder anstatt dieser noch eine helle Schaumbildung erzielt werden kann, die den Kontrast zwischen der der Laserstrahlung ausgesetzten Fläche und der sie umgebenden Oberfläche erheblich verbessert. Mit dieser Methode lassen sich Lasermarkierungen herstellen, die nahezu weiß sind. Therefore, it has proven to be advantageous if, within the marking, the laser bombardment simultaneously with the discoloration of the additive tive or instead of this still a light foaming can be achieved, which significantly improves the contrast between the surface exposed to the laser radiation and the surface surrounding it. This method makes it possible to produce laser markings that are almost white.
Die vorab beschriebenen Lasermarkierungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Schaumbildung innerhalb der Markierung häufig zu einer erhabenen Oberfläche führt und außerdem zwangsläufig eine gewisse Porosität aufweist. Bei mechanischer Belastung der Markierung, beispielsweise bei der Benutzung einer weiß auf schwarz markierten Computer- tastatur, wird nun über einen langen Zeitraum ein ständiger Druck auf die markierten Flächen ausgeübt. Durch diesen Druck wird der poröse However, the laser markings described above have the disadvantage that the foaming within the mark often leads to a raised surface and also inevitably has a certain porosity. If the marking is mechanically stressed, for example when using a computer keyboard marked in white on black, constant pressure is exerted on the marked areas over a long period of time. By this pressure the porous becomes
Schaum, insbesondere wenn er sich erhaben über der sonstigen, nicht markierten Tastaturoberfläche befindet, zusammengedrückt, was zu einer deutlichen Verminderung des Kontrastes der Lasermarkierung und gleichzeitig zu einer verstärkten Abnutzung der Markierung auf der Tastaturober- fläche führt. Foam, in particular if it is raised above the other, unmarked keyboard surface, compressed, which leads to a significant reduction in the contrast of the laser marking and at the same time to increased wear of the mark on the keyboard surface.
Es besteht daher weiterhin der Bedarf an Laseradditiven, die insbesondere auf farbigen, grauen oder schwarzen Untergründen per Laserbeschuss zu einer hellen bis weißen Markierung führen, welche auch unter mechanischer Belastung unverändert über einen langen Zeitraum erhalten bleibt. There is therefore still a need for laser additives, which lead in particular on colored, gray or black substrates by laser bombardment to a bright to white mark, which remains unchanged even under mechanical stress over a long period.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Additiv für die Lasermarkierung zu finden, dass unter Einwirkung von Laserlicht im damit dotierten Polymer sehr gute Markierergebnisse, insbesondere kontrastreiche und scharfe helle bis weiße Markierungen auf dunklem Grund, liefert, zu mechanisch beständigen Lasermarkierungen führt, und im industriellen Maßstab auf einfache Weise hergestellt werden kann. The object of the present invention is therefore to find an additive for the laser marking that, under the action of laser light in the polymer doped therewith, gives very good marking results, in particular high-contrast and sharp light to white markings on a dark background, leads to mechanically stable laser markings, and industrial scale can be easily produced.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laseradditivs zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Verwendung eines derartigen Laseradditivs aufzuzeigen.
Es wurde nun gefunden, dass Partikel, die aus einem weißen Kern und einer vorzugsweise schwarzen oder grauen Hülle, die sich durch Laserbestrahlung entfärben lässt, bestehen, hervorragend als markierende Additive für die Lasermarkierung von Kunststoffen geeignet sind. It is also an object of the present invention to provide a method for producing such a laser additive. Another object of the invention is to demonstrate the use of such a laser additive. It has now been found that particles which consist of a white core and a preferably black or gray shell, which can be decolorized by laser irradiation, are outstandingly suitable as marking additives for the laser marking of plastics.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Laseradditiv in Form von Partikeln, welche einen Kern aus weißen Teilchen und eine Hülle umfassen, wobei der Kern aus einem oder mehreren Teilchen besteht, eine Größe von wenigstens 100 nm aufweist und chemisch stabil ist gegen die Einwirkung gerichteter energiereicher Strahlung, und wobei die Hülle elementaren Kohlenstoff enthält. The present invention is a laser additive in the form of particles comprising a core of white particles and a shell, wherein the core consists of one or more particles, has a size of at least 100 nm and is chemically stable against the action of directed high-energy radiation , and wherein the shell contains elemental carbon.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenso ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Laseradditivs, wobei weiße Teilchen, die als Einzelpartikel oder als Agglomerate aus mehreren Teilchen vorliegen und die Einzelpartikel oder die Agglomerate eine Größe von wenigstens 100 nm aufweisen, mit einer Hülle versehen werden, die elementaren Kohlenstoff enthält, und wobei die weißen Teilchen chemisch stabil sind gegen die Einwirkung gerichteter energiereicher Strahlung. The present invention likewise relates to a process for producing the laser additive according to the invention, wherein white particles which are present as individual particles or as agglomerates of a plurality of particles and the individual particles or agglomerates have a size of at least 100 nm are provided with a shell which is elemental Contains carbon, and wherein the white particles are chemically stable against the action of directed high-energy radiation.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Laseradditivs als Additiv für die Lasermarkierung von schwarzen, grauen oder farbigen organischen Polymersystemen, insbesondere in Kunststoffen, Kunststofffolien, Lacken, Automobillacken, Pulverlacken, Farbdrucken, Papierbeschichtungen und Papiermassen. The present invention also provides the use of the laser additive according to the invention as an additive for the laser marking of black, gray or colored organic polymer systems, in particular in plastics, plastic films, paints, automotive coatings, powder coatings, color prints, paper coatings and pulps.
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin auch die organischen Polymersysteme, die das erfindungsgemäße Laseradditiv enthalten. The invention furthermore also relates to the organic polymer systems which contain the laser additive according to the invention.
Unter Einwirkung von Laserlicht zeigt das mit dem erfmdungsgemäßen Laseradditiv dotierte Polymersystem eine helle bis weiße Markierung mit hohem Kontrast und ausgeprägter Kantenschärfe auf schwarzem, dunklem oder farbigem Grund.
Das erfindungsgemäße Laseradditiv liegt in Form feinteiliger Partikel, vorzugsweise als Pulver, vor. Es lässt sich in dieser Form leicht in das jeweilige polymere Anwendungsmedium einarbeiten. Form und Größe der Pulver-Partikel sind dabei nicht besonders kritisch. In der Regel liegen kugelförmige, eiförmige, linsenförmige oder strangförmige Partikel vor. Dabei wird die Form durch die Form der eingesetzten weißen Teilchen als Kernmaterial und das anschließende Umhüllungsverfahren bestimmt. Abhängig vom umhüllenden Material und der Schichtdicke der Umhüllung werden unregelmäßige, aber oft nahezu sphärische Teilchen in unterschiedlicher Größe erhalten. Die Größe der Einzelpartikel kann dabei stark variieren und liegt im allgemeinen im Bereich von 0,2 bis 250 μηι. Dabei ist eine enge Partikelgrößenverteilung vorteilhaft, aber nicht erforderlich. Under the action of laser light, the polymer system doped with the inventive laser additive shows a bright to white marking with high contrast and pronounced edge sharpness on a black, dark or colored background. The laser additive according to the invention is in the form of finely divided particles, preferably as a powder. It can be easily incorporated into the respective polymeric application medium in this form. The shape and size of the powder particles are not particularly critical. As a rule, there are spherical, egg-shaped, lenticular or strand-like particles. The shape is determined by the shape of the white particles used as the core material and the subsequent coating process. Depending on the enveloping material and the layer thickness of the cladding, irregular but often nearly spherical particles of different sizes are obtained. The size of the individual particles can vary greatly and is generally in the range of 0.2 to 250 μηι. A narrow particle size distribution is advantageous, but not required.
Ein Partikel des erfindungsgemäßen Laseradditivs setzt sich dabei aus einem Kern und einer den Kern umgebenden Hülle zusammen. Dabei muss die Umhüllung des Kerns nicht vollständig sein, es ist ausreichend, wenn der überwiegende Teil der Oberfläche des Kerns von der Hülle umgeben ist. Für den Fall, dass nur ein kleinerer Teil der Oberfläche des Kerns (< 50%) von der Hülle umgeben ist, wäre das Laseradditiv im A particle of the laser additive according to the invention is composed of a core and a shell surrounding the core. In this case, the cladding of the core need not be complete, it is sufficient if the vast majority of the surface of the core is surrounded by the shell. In the event that only a minor part of the surface of the core (<50%) is surrounded by the shell, the laser additive would be in the
Anwendungsmedium abhängig von der Gesamt-Partikelgröße sichtbar, was in der Regel nicht erwünscht ist. Daher ist es bevorzugt, wenn > 50% der Oberfläche des Kerns von der Hülle bedeckt sind. Application medium depending on the total particle size visible, which is usually not desirable. Therefore, it is preferable if> 50% of the surface of the core is covered by the sheath.
Der Kern des erfindungsgemäßen Laseradditivs besteht aus einem oder mehreren weißen Teilchen und weist eine Größe von wenigstens 100 nm auf. Besteht der Kern aus mehreren weißen Teilchen, so liegen diese in Form eines Agglomerates vor, welches eine Gesamt-Größe von wenigstens 100 nm aufweist. Es versteht sich dabei von selbst, dass die primäre Teilchengröße der Teilchen, die das Agglomerat bilden, kleiner als 00 nm sein kann; vorzugsweise liegt sie im Bereich von 10 bis 50 nm. Als Größe des Kerns wird die Länge der größten Achse des Kerns angenommen, als primäre Teilchengröße die Länge der größten Achse der Primärteilchen.
Weiße Teilchen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind solche Teilchen, die im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm nahezu keine spektrale Absorption aufweisen und das einfallende Licht bei diesen Wellenlängen in alle Richtungen reflektieren. Eine Probe der weißen Teilchen ist dabei dann als weiß im Sinne der Erfindung zu betrachten, wenn eine auf einer ebenen Oberfläche aufgebrachte ebene Pulverschüttung mit einem üblichen Farbmessgerät unter Tageslicht vermessen eine derart hohe Reflexion von eingestrahltem sichtbaren Licht aufweist, dass sie, gemessen im L,a,b- System nach Hunter, einen Helligkeitswert L von > 50 bis 100, aber a-, und b-Werte in der Nähe des Unbunt-Punktes, also von kleiner als 10, insbe- sondere kleiner als 7, aufweist. Solche Farbwerte werden vom menschlichen Auge gewöhnlich als weiß wahrgenommen. Dabei ist es selbstverständlich, dass die tatsächliche Probe von einer ideal weißen Probe abweicht. Als weiß soll jedoch im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Teilchen oder ein Agglomerat mit einer Größe von wenigstens 100 nm dann gelten, wenn ein Betrachter mit normalem Sehvermögen eine Pigment- schüttung aus diesen Teilchen oder Agglomeraten ohne Vergleichsprobe als weiß wahrnimmt. The core of the laser additive according to the invention consists of one or more white particles and has a size of at least 100 nm. If the core consists of several white particles, they are in the form of an agglomerate having a total size of at least 100 nm. It goes without saying that the primary particle size of the particles forming the agglomerate may be less than 00 nm; it is preferably in the range of 10 to 50 nm. The size of the core is assumed to be the length of the largest axis of the core, and the primary particle size to be the length of the largest axis of the primary particles. For the purposes of the present invention, white particles are those particles which have almost no spectral absorption in the wavelength range from 380 nm to 780 nm and which reflect incident light in all directions at these wavelengths. A sample of the white particles is then considered to be white in the sense of the invention if a planar powder coating applied to a flat surface measured with a conventional color measuring instrument under daylight has such a high reflection of irradiated visible light that, measured in the L, a, b system according to Hunter, has a brightness value L of> 50 to 100, but has a, and b values in the vicinity of the non-colored point, that is to say smaller than 10, in particular smaller than 7. Such color values are usually perceived as white by the human eye. It goes without saying that the actual sample deviates from an ideal white sample. However, for the purposes of the present invention, a particle or an agglomerate with a size of at least 100 nm should be considered to be white when a viewer with normal vision perceives a pigment bed of these particles or agglomerates without a reference sample as white.
Mit Einzelteilchen oder Agglomeraten aus im sichtbaren Wellenlängenbereich nicht absorbierenden Materialien, die Größen von kleiner als 100 nm aufweisen, kann dagegen bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Verwendung kein ausreichender Weißgrad erhalten werden. On the other hand, with individual particles or agglomerates of materials which are non-absorbing in the visible wavelength range and have sizes of less than 100 nm, it is not possible to obtain a sufficient degree of whiteness in the use envisaged according to the invention.
Mit zunehmender Größe des Kerns wächst das Deckvermögen der Kernpartikel. Im Allgemeinen liegt die Größe des Kerns im Bereich von 0,1 bis 200 [im. Zur Erzielung einer sehr kontrastreichen Markierung mit einer besonders guten Kantenschärfe sind Kerne mit einer Größe von 0,2 bis 100 [im bevorzugt. As the size of the core increases, the hiding power of the core particles increases. In general, the size of the core is in the range of 0.1 to 200 μm. To achieve a very high-contrast marking with a particularly good edge sharpness cores with a size of 0.2 to 100 [im preferred.
Die Form der Einzelteilchen oder Agglomerate, die den Kern des erfindungsgemäßen Laseradditivs bilden, spielt nur eine untergeordnete Rolle. Prinzipiell können die Kerne in allen bekannten Teilchenformen vorliegen, beispielsweise als Plättchen, Kugeln, Fasern, Würfel, Stäbchen, Quader oder auch als annähernd isotrope Granulate unregelmäßiger Form. Bevorzugt sind isotrope Formen wie Kugeln oder Würfel, oder unregelmäßig
geformte Granulate. Die Agglomerate aus mehreren Teilchen liegen häufig als unregelmäßige Teilchenhaufen vor. The shape of the individual particles or agglomerates which form the core of the laser additive according to the invention plays only a minor role. In principle, the cores can be present in all known particle shapes, for example as platelets, spheres, fibers, cubes, rods, cuboids or even as approximately isotropic granules of irregular shape. Preferred are isotropic shapes such as spheres or cubes, or irregular shaped granules. The agglomerates of multiple particles are often present as irregular particle clusters.
Als weiße Teilchen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind solche fein- teiligen Materialien geeignet, die unter der Einwirkung gerichteter energiereicher Strahlung chemisch stabil sind, unabhängig vom sie umgebenden Medium. Darunter wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die für den Einsatz als weiße Teilchen geeigneten Materialien sich unabhängig vom sie umgebenden Medium zumindest optisch unter der Einwirkung gerichteter energiereicher Strahlung nicht verändern, also ihre weiße Färbung behalten, vorzugsweise jedoch keiner chemischen Veränderung unterliegen. Dazu gehören beispielsweise übliche Weißpigmente oder auch weiße Füllstoffe. Suitable white particles in the context of the present invention are those fine-particle materials which are chemically stable under the action of directed high-energy radiation, irrespective of the medium surrounding them. For the purposes of the present invention, this means that the materials suitable for use as white particles do not change, at least optically under the action of directed high-energy radiation, irrespective of the medium surrounding them, ie retain their white color, but are preferably not subject to any chemical change. These include, for example, customary white pigments or white fillers.
Es ist jedoch hervorzuheben, dass das beispielsweise für Farbanstriche am häufigsten eingesetzte Weißpigment, nämlich Titandioxid, nicht geeignet ist, da es sich unter Einwirkung gerichteter energiereicher Strahlung und unter bestimmten Voraussetzungen (reduzierende Bedingungen) zu Suboxiden reduzieren lässt, die eine blaue bis graue Farbigkeit aufweisen und damit nicht mehr weiß sind. It should be emphasized, however, that the white pigment most frequently used, for example, for color paints, namely titanium dioxide, is unsuitable because it can be reduced to suboxides which have a blue to gray coloration under the action of directed high-energy radiation and under certain conditions (reducing conditions) and thus are not white anymore.
Aus diesem Grunde werden als Kernteilchen für das erfindungsgemäßeFor this reason, as the core particles for the inventive
Laseradditiv Weißpigmente oder weiße Füllstoffe der entsprechenden Größenordnung eingesetzt, die ungeachtet des sie umgebenden Mediums unter Einwirkung gerichteter energiereicher Strahlung nicht zu farbigen Verbindungen, insbesondere farbigen Oxiden, reduziert werden. Als Materialien für die Kerne sind vorzugsweise Zirkonoxid, Siliziumdioxid, Bariumsulfat (Schwerspat), Kaolin oder Talkum geeignet, jeweils in Form von Einzelteilchen oder Agglomeraten mit einer Mindestgröße von 100 nm. Besonders bevorzugt sind Kaolin, Talkum und Bariumsulfat. Laser additive white pigments or white fillers of the appropriate magnitude used, regardless of the surrounding medium under the action of directed high-energy radiation not to colored compounds, especially colored oxides are reduced. As materials for the cores zirconia, silica, barium sulfate (baryte), kaolin or talcum are preferably suitable, each in the form of individual particles or agglomerates with a minimum size of 100 nm. Particularly preferred are kaolin, talc and barium sulfate.
Unter gerichteter energiereicher Strahlung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Strahlung üblicher Laser zu verstehen, wie sie weiter unten beschrieben werden. Die durch die Laser erzeugte Strahlung ist monochromatisch, praktisch parallel, über weite Strecken kohärent und
meist gebündelt. Die Wellenlängen der Laserstrahlung liegen üblicherweise zwischen 157 nm und 10,6 [im. Directed high-energy radiation in the context of the present invention is understood to mean the radiation of conventional lasers, as described below. The radiation generated by the laser is monochromatic, practically parallel, coherent over long distances and mostly bundled. The wavelengths of the laser radiation are usually between 157 nm and 10.6 [im.
Die den Kern umgebende Hülle enthält elementaren Kohlenstoff. Dieser liegt in Form von Ruß oder als Schwarzpigment vor. Geeignet sind alle Formen von technischen Rußen oder Farbrußen mit Teilchengrößen von 1 bis 100 nm, die in pulverisierter Form oder in Form wässriger Rußdispersionen eingesetzt werden können, beispielsweise die unter den Handelsnamen Derussol®, Colour Black FW oder Colour Black S bekannten Ruße der Firma Evonik, insbesondere Colour Black FW 1 , Derussol® A und Derussol® N 25/L. The shell surrounding the core contains elemental carbon. This is in the form of carbon black or as a black pigment. Suitable are all forms of technical carbon blacks or color blacks with particle sizes of 1 to 100 nm, which can be used in pulverized form or in the form of aqueous carbon black dispersions, for example the known under the trade names Derussol®, Color Black FW or Color Black S carbon blacks Evonik , in particular Color Black FW 1, Derussol® A and Derussol® N 25 / L.
Obwohl der elementare Kohlenstoff durch einfaches Vermischen über Adhäsionskräfte an die Oberfläche der Kernteilchen gebunden werden kann ist es vorteilhaft, wenn die den Kern umgebende Hülle zusätzlich zum elementaren Kohlenstoff auch ein organisches Polymer enthält, mit Hilfe dessen der elementare Kohlenstoff sehr homogen auf die Oberfläche der Kernteilchen aufgebracht werden kann und gleichzeitig in dieser Umhüllung eingeschlossen wird. Although the elemental carbon can be bound to the surface of the core particles by simple mixing via adhesive forces, it is advantageous if the shell surrounding the core also contains an organic polymer in addition to the elemental carbon, with the aid of which the elemental carbon is very homogeneous to the surface of the core particles can be applied and at the same time enclosed in this enclosure.
Als organische Polymere eignen sich dabei solche, die durch energiereiche Strahlung nicht carbonisiert werden. Vorzugsweise wird das organische Polymer ausgewählt aus der Gruppe der Aminoplaste, insbesondere aus der Gruppe Melaminharze, Harnstoffharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Harnstoff/Melamin-Gemische oder Polyamide. Diese, beziehungsweise die Ausgangsstoffe zur Herstellung der Polymeren, lassen sich in einfachen Verfahren mit dem elementaren Kohlenstoff vermischen und auf der Oberfläche der Kerne in Form von Polymeren aufbringen. Suitable organic polymers are those which are not carbonized by high-energy radiation. Preferably, the organic polymer is selected from the group of aminoplasts, in particular from the group melamine resins, urea resins, urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, urea / melamine mixtures or polyamides. These, or the starting materials for the preparation of the polymers, can be mixed in a simple process with the elemental carbon and applied to the surface of the cores in the form of polymers.
Der elementare Kohlenstoff ist in der Hülle des erfindungsgemäßen Laseradditivs mit einem Anteil von 0,1 bis 50 Gew. %, vorzugsweise von 0,1 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Hülle, enthalten. The elemental carbon is in the shell of the laser additive according to the invention in a proportion of 0.1 to 50 wt.%, Preferably from 0.1 to 20 wt.%, Based on the weight of the shell, included.
Prinzipiell sind zur Herstellung des erfindungsgemäßen Laseradditivs außer den bereits beschriebenen Materialien keine weiteren Zusätze nötig.
ln einer bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße In principle, no further additives are necessary for the production of the laser additive according to the invention, apart from the materials already described. In a preferred embodiment, the inventive
Laseradditiv jedoch neben den Kernteilchen, dem elementaren Kohlenstoff und einem organischen Polymer auch noch zusätzlich ein oder mehrere Schutzkolloide enthalten. Diese verhindern das Zusammenbacken einer größeren Anzahl von Kernteilchen, wenn deren Teilchengröße als Einzelpartikel zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Laseradditivs bereits ausreicht. Laser additive, however, in addition to the core particles, the elemental carbon and an organic polymer also additionally contain one or more protective colloids. These prevent the caking of a larger number of core particles, if their particle size is sufficient as a single particle for the production of a laser additive according to the invention already.
Als Schutzkolloide kommen die dem Fachmann für solche Zwecke bekannten Verbindungsklassen, insbesondere wasserlösliche Polymere wie teilverseiftes Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Zelluloseether (Tylose) wie zum Beispiel Methylzellulose, Hydroxyethyl- zellulose und Hydroxypropylmethylzellulose, Polyacrylate, Stärke, Proteine, Alginate, Pektine oder Gelatine in Betracht. Besonders bevorzugt sind Zelluloseether, insbesondere Hydroxyethylzellulose. Suitable protective colloids are the classes of compounds known to the person skilled in the art for such purposes, in particular water-soluble polymers such as partially saponified polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, cellulose ethers (Tylose) such as, for example, methylcellulose, hydroxyethylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose, polyacrylates, starch, proteins, alginates, pectins or gelatin consideration. Particularly preferred are cellulose ethers, in particular hydroxyethyl cellulose.
Die Schutzkolloide werden in geringen Mengen von 0,01 bis 5 %, vorzugsweise von 0,1 bis 2 %, bezogen auf das Gewicht der für Herstellung des erfindungsgemäßen Laseradditivs verwendeten Präparation, zugesetzt. Dabei kann die Größe der Kerne über die Menge der eingesetzten Schutzkolloide sowie gegebenenfalls noch zusätzlich vorhandener Tenside gezielt eingestellt werden. Grundsätzlich gilt dabei das Prinzip, dass eine größere Menge an Schutzkolloiden zu einer verringerten Größe der Kerne führt. The protective colloids are added in small amounts of from 0.01 to 5%, preferably from 0.1 to 2%, based on the weight of the preparation used for the preparation of the laser additive according to the invention. In this case, the size of the cores can be adjusted in a targeted manner via the amount of the protective colloids used and optionally also additionally present surfactants. Basically, the principle applies here that a larger amount of protective colloids leads to a reduced size of the cores.
Als Größe, Teilchengröße bzw. Primärpartikelgröße im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jeweils die Länge der größten Achse der jeweiligen Teilchen (Kerne, Primärpartikel oder erfindungsgemäßes partikuläres Laseradditiv) angesehen. Die Bestimmung dieser Größe kann im Prinzip mit jeder dem Fachmann zur Teilchengrößenbestimmung vertrauten Methode erfolgen. Auf einfache Art und Weise kann die Teilchengrößenbestimmung, je nach Größe der Laseradditive, beispielsweise durch direkte Betrachtung und Vermessung einer Anzahl von Einzelpartikeln in hochauflösenden Lichtmikroskopen, besser jedoch in Elektronenmikroskopen, wie dem Rasterelektronenmikroskop (REM) oder dem hochauflösenden Elektronenmikroskop (HRTEM), aber auch im Rasterkraftmikroskop (AFM), letztere jeweils mit entsprechender Bildauswertungssoftware, erfolgen.
Vorteilhafterweise kann die Bestimmung der Teilchengröße auch mit Messgeräten (z.B. Malvern Mastersizer 2000, APA200, Malvern Instruments Ltd., UK) erfolgen, die nach dem Prinzip der Laserbeugung arbeiten. Mit diesen Messgeräten lässt sich im Standardverfahren (SOP) aus einer Pigmentsuspension sowohl die Partikelgröße als auch die Partikelgrößenverteilung im Volumen feststellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die letztgenannte Messmethode bevorzugt. For the purposes of the present invention, the size, particle size or primary particle size in each case is the length of the largest axis of the respective particles (cores, primary particles or inventive particulate laser additive). The determination of this size can in principle be carried out by any method familiar to the person skilled in the art for particle size determination. In a simple way, the particle size determination, depending on the size of the laser additives, for example, by direct observation and measurement of a number of individual particles in high-resolution light microscopes, but better in electron microscopes such as the scanning electron microscope (SEM) or the high-resolution electron microscope (HRTEM), but also in the Atomic Force Microscope (AFM), the latter in each case with appropriate image evaluation software done. Advantageously, the determination of the particle size can also be carried out with measuring devices (eg Malvern Mastersizer 2000, APA200, Malvern Instruments Ltd., UK), which operate on the principle of laser diffraction. With these measuring instruments, it is possible to determine both the particle size and the particle size distribution in the volume by means of the standard method (SOP) from a pigment suspension. According to the present invention, the latter measuring method is preferred.
Das erfindungsgemäße Laseradditiv liegt vorzugsweise als graues oder schwarzes Pulver vor. Kern und Hülle weisen ein Gewichtsverhältnis von 20: 1 bis 1 : 1 , vorzugsweise von 8:1 bis 2: 1 , auf. The laser additive according to the invention is preferably present as a gray or black powder. Core and shell have a weight ratio of 20: 1 to 1: 1, preferably from 8: 1 to 2: 1, on.
Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Laseradditive, deren Kern aus Kaolin, Talkum oder Bariumsulfat in der genannten Größenordnung besteht und deren Hülle ein Melaminharz oder ein Hamstoff-Formaldehyd- harz, jeweils in Kombination mit Ruß, enthält. wird das erfindungsgemäße partikuläre Laseradditiv in organische Polymere bzw. Polymersysteme eingebracht, die eine dunkelfarbige, graue oder schwarze Eigenfarbe aufweisen, und werden diese der Einwirkung energiereicher Strahlung (Laserbeschuss) unterworfen, wird die den elementaren Kohlenstoff enthaltende Hülle des Laseradditivs entfärbt. Zwar geschieht dies ebenso wie beim Einsatz von partikulärem Ruß als Laserabsorber unter Bildung von CO2, jedoch entsteht dieses in der den Kern des Laseradditivs umgebenden Hülle und liegt dort extrem feinporig und in enger Nachbarschaft zum partikulären Kern des Laseradditivs vor. Da das in der Hülle vorzugsweise verwendete organische Polymer unter den Bedingungen der Laserbestrahlung nicht carbonisiert, wird die Hülle insgesamt ent- färbt. Gleichzeitig wird die durch den weißen Kern latent vorhandene Particular preference is given to laser additives according to the invention whose core consists of kaolin, talc or barium sulfate in the stated order of magnitude and whose shell contains a melamine resin or a urea-formaldehyde resin, in each case in combination with carbon black. If the particulate laser additive according to the invention is introduced into organic polymers or polymer systems which have a dark-colored, gray or black inherent color, and if these are subjected to the action of high-energy radiation (laser bombardment), the shell of the laser additive containing the elemental carbon is decolorized. Although this is done as with the use of particulate soot as a laser absorber to form CO2, but this arises in the surrounding the core of the laser additive shell and is there extremely fine-pored and in close proximity to the particulate core of the laser additive. Since the organic polymer preferably used in the shell does not carbonise under the conditions of the laser irradiation, the shell as a whole is decolored. At the same time, the latent through the white core
Streuung des einfallenden Lichtes aktiviert, der weiße Kern wird an den markierten Stellen sichtbar und bildet einen starken Kontrast zum umgebenden (dunklen) Kunststoff, gegebenenfalls in Zusammenwirkung mit der den Kern umgebenden Hülle. Es werden nicht nur kontrastreiche helle bis weiße Markierungen auf dunklem Grund, sondern auch Markierungen mit einer ausgeprägten Kantenschärfe erhalten. Eine Schaumbildung an der Oberfläche des markierten Gegenstandes findet praktisch nicht statt. Aus diesem Grunde sind die erzielten Markierungen mechanisch äußerst stabil
und verlieren mit zunehmender mechanischer Belastung weder an Kontrast noch an Deutlichkeit. The scattering of the incident light is activated, the white core becomes visible at the marked points and forms a strong contrast to the surrounding (dark) plastic, possibly in cooperation with the shell surrounding the core. It not only high-contrast bright to white marks on dark ground, but also markings are obtained with a pronounced edge sharpness. Foaming on the surface of the marked article practically does not take place. For this reason, the marks obtained are mechanically extremely stable and lose neither contrast nor clarity with increasing mechanical stress.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Laseradditivs in Form von Partikeln, wobei weiße Teilchen mit einer Größe von wenigstens 100 nm, die als Einzelpartikel oder als Agglomerate vorliegen und chemisch stabil sind gegen die Einwirkung energiereicher Strahlung, mit einer Hülle versehen werden, die elementaren Kohlenstoff enthält. Another object of the present invention is a method for producing the laser additive according to the invention in the form of particles, wherein white particles having a size of at least 100 nm, which are present as individual particles or as agglomerates and are chemically stable against the action of high-energy radiation, with a shell which contains elemental carbon.
Insbesondere bevorzugt wird eine Hülle auf die den Kern bildenden weißen Teilchen aufgebracht, die neben dem elementaren Kohlenstoff noch ein organisches Polymer enthält. Particularly preferably, a shell is applied to the core forming the white particles, which still contains an organic polymer in addition to the elemental carbon.
Das Polymer wird dabei insbesondere aus der Gruppe der Aminoplaste, insbesondere aus der Gruppe Melaminharze, Harnstoffharze, Harnstoff- Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Harnstoff/Melamin- Gemische oder Polyamide, ausgewählt. The polymer is selected in particular from the group of aminoplasts, in particular from the group of melamine resins, urea resins, urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, urea / melamine mixtures or polyamides.
Bei der Auswahl dieser Polymeren erfolgt die Beschichtung der weißen Teilchen, die den Kern des erfindungsgemäßen Laseradditivs bilden, mit einer elementaren Kohlenstoff enthaltenden Polymerhülle durch nasschemische säurekatalysierte Polykondensation einer wässrigen Zubereitung, vorzugsweise Lösung, eines Aminoplastharzes in Gegenwart von disper- gierten Kern-Teilchen und elementarem Kohlenstoff, vorzugsweise in Form ebenfalls dispergierter Ruße. Das Kondensat des Aminoplasten wird dabei unlöslich in Wasser und schlägt sich gemeinsam mit dem elementaren Kohlenstoff auf der Oberfläche des Kerns nieder. In the selection of these polymers, the coating of the white particles forming the core of the laser additive according to the invention, with a polymer shell containing elemental carbon by wet-chemical acid-catalyzed polycondensation of an aqueous preparation, preferably solution, an aminoplast resin in the presence of dispersed core particles and elemental Carbon, preferably in the form of also dispersed carbon blacks. The condensate of the aminoplast becomes insoluble in water and precipitates together with the elemental carbon on the surface of the core.
Bevorzugt eingesetzte weitere Materialien sind vorab bereits beschrieben worden. Auf diese wird hier Bezug genommen. Preferably used further materials have been previously described. These are referred to here.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die vorab als Kerne genannten Materialien, die als weiße Teilchen vorliegen, mit elementarem Kohlenstoff und der wässrigen Zubereitung eines organischen Polymers sowie gegebenenfalls zusätzlichen Additiven bei einer Temperatur von
wenigstens 50°C unter Zugabe einer Säure innig vermischt, abgekühlt und getrocknet. Als wässrige Zubereitung sind sowohl Dispersionen als auch Lösungen der organischen Polymere einsetzbar. Durch Einstellung des pH-Wertes auf werte zwischen 1 und 7, vorzugsweise zwischen 2 und 5, erfolgt eine Abscheidung einer den elementaren Kohlenstoff enthaltenden Polymerhülle auf den weißen Teilchen, die den Kern bilden. Die Reaktionszeit beträgt üblicherweise zwischen 10 und 60 Minuten. Nach der Abkühlung des Reaktionsproduktes wird der Ansatz bei Temperaturen zwischen 100 und 250°C über einen Zeitraum von 2 bis 20 Stunden getrocknet. Das erhaltene Pulver kann zusätzlich durch Mahl- und/oder Siebvorgänge aufbereitet werden. Es wird ein graues bis schwarzes Pulver erhalten. In the method according to the invention, the materials mentioned in advance as cores, which are present as white particles, with elemental carbon and the aqueous preparation of an organic polymer and optionally additional additives at a temperature of at least 50 ° C with the addition of an acid intimately mixed, cooled and dried. As aqueous preparation, both dispersions and solutions of organic polymers can be used. By adjusting the pH to between 1 and 7, preferably between 2 and 5, deposition of a polymer shell containing the elemental carbon occurs on the white particles forming the core. The reaction time is usually between 10 and 60 minutes. After cooling the reaction product, the batch is dried at temperatures between 100 and 250 ° C over a period of 2 to 20 hours. The powder obtained can additionally be prepared by grinding and / or screening operations. A gray to black powder is obtained.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung des vorab beschriebenen Laseradditivs zur Lasermarkierung von organischen Polymeren, insbesondere von dunkelfarbigen, grauen oder schwarzen Kunststoffen. The present invention also relates to the use of the above-described laser additive for the laser marking of organic polymers, in particular of dark-colored, gray or black plastics.
Insbesondere ist auch ein Kunststoff, vorzugsweise ein dunkelfarbiger, grauer oder schwarzer, insbesondere ein grauer oder schwarzer, Kunststoff, der das erfindungsgemäße Laseradditiv enthält, Gegenstand der vorliegenden Erfindung. In particular, a plastic, preferably a dark-colored, gray or black, in particular a gray or black plastic containing the laser additive according to the invention, subject of the present invention.
Durch den Zusatz der erfindungsgemäßen Laseradditive, insbesondere in Konzentrationen von 0,1 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.%, und ganz besonders bevorzugt von 1 bis 10 Gew.%, bezogen auf das zu markierende organische Polymer bzw. Polymersystem, wird bei der Lasermarkierung von Polymeren ein deutlich höherer Kontrast erreicht als mit den kommerziell erhältlichen (schäumenden) Laserabsorbern bei vergleichbaren Konzentrationen. Die genannten Konzentrationen sind nicht alleine abhängig vom erwünschten Kontrast, sondern auch von der Schichtdicke des Einsatzmediums. So sind in Druck- und Lackanwendungen deutlich höhere Konzentrationen erforderlich als in Kunststoffen um dem Laserstrahl eine genügende Anzahl an Pigmenteilchen zur Verfügung zu stellen.
Die Konzentration des erfindungsgemäßen Laserpigmentes in Polymeren, bzw. in Polymersystemen, vorzugsweise in Thermoplasten, Duroplasten oder Elastomeren, ist allerdings auch noch abhängig von dem eingesetzten Polymermaterial. Der geringe Anteil an Laserpigment verändert das By adding the laser additives according to the invention, in particular in concentrations of 0.1 to 30 wt.%, Preferably 0.5 to 20 wt.%, And most preferably from 1 to 10 wt.%, Based on the organic polymer to be marked or In the polymer system, significantly higher contrast is achieved in the laser marking of polymers than with the commercially available (foaming) laser absorbers at comparable concentrations. The concentrations mentioned are not solely dependent on the desired contrast but also on the layer thickness of the feed medium. Thus, in printing and coating applications, significantly higher concentrations are required than in plastics to provide the laser beam with a sufficient number of pigment particles available. However, the concentration of the laser pigment according to the invention in polymers or in polymer systems, preferably in thermoplastics, thermosets or elastomers, is also dependent on the polymer material used. The low proportion of laser pigment changes that
Polymersystem unwesentlich und beeinflusst nicht dessen Verarbeitbarkeit. Polymer system insignificant and does not affect its processability.
Ferner können den Polymeren Farbmittel zugesetzt werden, die farbliche Variationen jeder Art, insbesondere die dunkelfarbige, graue oder schwarze Färbung des Polymeren, zulassen und gleichzeitig die Sichtbarkeit der Lasermarkierung gewährleisten. Geeignete Farbmittel sind insbesondere farbige Metalloxidpigmente sowie organische Pigmente und Farbstoffe, die sich bei der Lasermarkierung nicht zersetzen bzw. unter Laserlicht nicht reagieren. Furthermore, colorants can be added to the polymers which allow color variations of any kind, in particular the dark-colored, gray or black color of the polymer, and at the same time ensure the visibility of the laser marking. Suitable colorants are in particular colored metal oxide pigments as well as organic pigments and dyes which do not decompose during laser marking or do not react under laser light.
Ganz besonders bevorzugt sind aber Farbmittel, die das Polymer grau oder schwarz einfärben, da auf dunklem, grauem oder schwarzem Grund die unter Einwirkung eines Laserstrahls erzielbare Markierung mit dem erfindungsgemäßen Laseradditiv besonders kontrastreich ist und scharfe Kanten aufweist. Zwar kann bei Zugabe des erfindungsgemäßen Laseradditivs zu weißen oder hellen Kunststoffen ebenfalls eine schwache helle bis weiße Lasermarkierung erhalten werden, aber der erzielbare Kontrast ist nur gering. Außerdem würde die Zugabe des grauen oder schwarzen Laseradditivs, auch wenn es nur in geringen Mengen eingesetzt wird, möglicherweise die ursprüngliche Farbgebung des Polymers verfälschen. Dagegen ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Laseradditivs in dunkelfarbigen, grauen oder schwarzen Polymersystemen auch in größeren Mengen möglich und führt dort zu der erwarteten kontrastreichen hellen Markierung. However, very particular preference is given to colorants which color the polymer gray or black, since on dark, gray or black ground the mark which can be achieved under the action of a laser beam with the laser additive according to the invention is particularly rich in contrast and has sharp edges. Although it is also possible to obtain a weak light to white laser marking when adding the laser additive according to the invention to white or light plastics, the achievable contrast is only slight. In addition, the addition of the gray or black laser additive, even if used only in minor amounts, could possibly falsify the original color of the polymer. By contrast, the use of the laser additive according to the invention in dark-colored, gray or black polymer systems is also possible in relatively large quantities and leads there to the expected high-contrast bright marking.
Als polymere Materialien für die Lasermarkierung sind insbesondere alle bekannten Kunststoffe, insbesondere Thermoplasten, ferner Duroplasten und Elastomere, geeignet, wie sie z.B. im Ullmann, Bd. 15, S. 457 ff., Verlag VCH beschrieben werden. Geeignete Polymere sind z.B. Polyethy- len, Polypropylen, Polyamide, Polyester, Polyesterester, Polyetherester,As polymeric materials for laser marking, in particular all known plastics, in particular thermoplastics, furthermore thermosets and elastomers, are suitable, as e.g. in Ullmann, Vol. 15, p. 457 ff., Verlag VCH. Suitable polymers are e.g. Polyethylenes, polypropylene, polyamides, polyesters, polyester esters, polyether esters,
Polyphenylenether, Polyacetal, Polyurethan, Polybutylenterephthalat (PBT), Polymethylmethacrylat, Polyvinylacetal, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-
Styrol (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Polycarbonat, Polyether- sulfone und Polyetherketone sowie deren Copolymeren, Mischungen, und/oder Polymerblends, wie z.B. PC/ABS, MABS. Die Einarbeitung des erfindungsgemäßen Laseradditivs in das zu markierende Polymer, vorzugsweise einen Kunststoff oder eine Kunststofffolie oder eine Beschichtung, z. B. einen Lack-, eine Papier- oder Pulverlackbe- schichtung, einen Automobillack oder einen Farbdruck, erfolgt, indem das Polymergranulat, der Lack, die Druckfarbe oder die Papierrohmasse mit dem Laseradditiv gemischt wird und ggf. unter Wärmeeinwirkung verformt wird. Die Weiterverarbeitung von Papierrohmassen, Druckfarben und Lacken erfolgt dann wie üblich. Die Zugabe des Laseradditivs zu dem Polymeren kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen. Dem Polymeren, vorzugsweise einem Kunststoffgranulat, können bei der Einarbeitung des Laseradditivs gegebenenfalls Haftmittel, organische polymerverträgliche Lösemittel, Stabilisatoren und/oder unter den Arbeitsbedingungen temperaturstabile Tenside zugesetzt werden. Polyphenylene ether, polyacetal, polyurethane, polybutylene terephthalate (PBT), polymethyl methacrylate, polyvinyl acetal, polystyrene, acrylonitrile butadiene Styrene (ABS), acrylonitrile-styrene-acrylate (ASA), polycarbonate, polyethersulfones and polyether ketones and their copolymers, mixtures, and / or polymer blends, such as PC / ABS, MABS. The incorporation of the laser additive according to the invention into the polymer to be marked, preferably a plastic or a plastic film or a coating, for. As a paint, a paper or powder coating, a car paint or a color print, takes place by the polymer granules, the paint, the ink or paper raw material is mixed with the laser additive and possibly deformed under the action of heat. The further processing of paper raw materials, printing inks and paints then takes place as usual. The addition of the laser additive to the polymer may be simultaneous or sequential. When polymerizing the laser additive, it is optionally possible to add to the polymer, preferably a plastic granulate, adhesives, organic polymer-compatible solvents, stabilizers and / or surfactants which are temperature-stable under the working conditions.
Die Herstellung eines mit dem Laseradditiv dotierten Kunststoffgranulats erfolgt in der Regel so, dass in einem geeigneten Mischer das Kunststoffgranulat vorgelegt, mit eventuellen Zusätzen benetzt und danach das Laseradditiv 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 The production of a plastic granulate doped with the laser additive is generally carried out in such a way that the plastic granules are placed in a suitable mixer, wetted with any additives and then the laser additive is added and mixed in. The pigmentation of the polymer is generally carried out via a color concentrate (masterbatch) or compound. The mixture thus obtained can then be processed directly in an extruder or an injection molding machine. The shaped bodies formed during processing show a very homogeneous distribution of the
Laseradditivs. Anschließend findet die Lasermarkierung mit einem geeigneten Laser statt. Laser additive. Subsequently, the laser marking takes place with a suitable laser.
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 ande- ren herkömmlichen Lasertypen, die eine Wellenlänge in einem Bereich hoher Absorption des verwendeten Additivs aufweisen, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Die erhaltene Markierung wird durch die Bestrah-
lungszeit (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. The inscription with the laser takes place in such a way that the specimen is brought into the beam path of a pulsed laser, preferably an Nd: YAG laser. Furthermore, a lettering with an excimer laser, for example via a mask technique, possible. However, the desired results are also to be achieved with other conventional laser types which have a wavelength in a range of high absorption of the additive used. The label obtained is replaced by the time (or pulse rate in pulse lasers) and irradiation power of the laser and the plastic system used. The power of the laser used depends on the particular application and can be determined in individual cases by the skilled person readily.
Der verwendete Laser hat im allgemeinen eine Wellenlänge im Bereich von 157 nm bis 10,6 pm, vorzugsweise im Bereich von 532 nm bis 10,6 pm. Beispielsweise seien hier C02-Laser (10,6 pm) 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 ( 93 nm), KrCI-Excimerlaser (222 nm), KrF-Excimerlaser (248 nm), XeCI- 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 C02-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 0 J/cm2. Bei der Verwendung von gepulsten Lasern liegt die Pulsfrequenz im allgemeinen im Bereich von 1 bis 60 kHz. Entsprechende Laser, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind kommerziell erhältlich. The laser used generally has a wavelength in the range of 157 nm to 10.6 pm, preferably in the range of 532 nm to 10.6 pm. For example, C0 2 lasers (10.6 pm) and Nd: YAG lasers (1064 or 532 nm) or pulsed UV lasers may be mentioned here. The excimer lasers have the following wavelengths. F 2 excimer laser (157 nm), ArF excimer laser (93 nm), KrCl excimer laser (222 nm), KrF excimer laser (248 nm), XeCl excimer laser (308 nm), XeF excimer laser (351 nm), frequency multiplied Nd: YAG laser with wavelengths of 355 nm (frequency tripled) or 265 nm (frequency quadrupled). Particular preference is given to using Nd: YAG lasers (1064 or 532 nm) and C0 2 lasers. The energy densities of the lasers used are generally in the range of 0.3 mJ / cm 2 to 50 J / cm 2 , preferably 0.3 mJ / cm 2 to 0 J / cm 2 . When using pulsed lasers, the pulse frequency is generally in the range of 1 to 60 kHz. Corresponding lasers which can be used in the process according to the invention are commercially available.
Die Verwendung des mit dem erfindungsgemäßen Laseradditiv dotierten Polymeren kann auf allen Gebieten erfolgen, wo bisher übliche Druckverfahren zur Beschriftung von Kunststoffen, Kunststofffolien, eingesetzt werden. Beispielsweise können Formmassen, Halbzeuge und Fertigteile aus dem erfindungsgemäßen Polymeren in der Elektro-, Elektronik- und Kraftfahrzeugindustrie Anwendung finden. Die Kennzeichnung und The use of the polymer doped with the laser additive according to the invention can be carried out in all areas where hitherto customary printing processes for the inscription of plastics, plastic films, are used. For example, molding compounds, semi-finished products and finished parts of the polymer according to the invention can be used in the electrical, electronics and motor vehicle industries. The marking and
Beschriftung von z.B. Kabeln, Leitungen, Zierleisten bzw. Funktionsteilen im Heizungs-, Lüftungs- und Kühlbereich oder Tastaturen, Schalter, Stecker, Hebel und Griffe, die aus dem erfindungsgemäß dotierten Labeling of e.g. Cables, wires, trim or functional parts in the heating, ventilation and cooling area or keyboards, switches, plugs, levers and handles, which are doped according to the invention
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 wischfest und insbesondere mechanisch stabil, beispielsweise kratzfest, stabil bei nachträglichen
Sterilisationsprozessen, und hygienisch rein beim Markierungsprozess aufbringbar sind. Weiterhin können Kunststoffkorken z.B. für Weinflaschen, beschriftet werden. Polymers can be marked even in hard to reach places with the help of laser light. Furthermore, the polymer system according to the invention can be used in packaging in the food sector or in the toy sector. The markings on the packages are characterized by the fact that they are smudge-proof and, in particular, mechanically stable, for example scratch-resistant, stable in the event of subsequent damage Sterilization processes, and hygienically pure in the marking process can be applied. Furthermore, plastic corks can be labeled eg for wine bottles.
Komplette Etikettenbilder können dauerhaft auf die Verpackung für ein Mehrwegsystem 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. Complete label images can be permanently applied to the packaging for a reusable system. Furthermore, the polymer system according to the invention finds application in medical technology, for example in the labeling of petri dishes, microtiter plates, disposable syringes, ampoules, sample containers, supply hoses and medical collection bags or storage bags.
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. Another important field of application for laser marking are plastic brands for the individual marking of animals, so-called cattle tags or ear tags. A barcode system stores the information that is specific to the animal. These can be recalled when needed with the help of a scanner. The label must be very durable, because the mark sometimes remain on the animals for several years.
Die Lasermarkierung von Formmassen, Halbzeugen und Fertigteilen, die aus mit dem erfindungsgemäßen Laseradditiv dotierten Polymeren bestehen, ist somit möglich. Besonders bevorzugt ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Laseradditivs zur Lasermarkierung grauer, schwarzer oder dunkel gefärbter Kunststoffteile, die einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt sind. Hier kann eine dauerhafte weiße bzw. helle Markierung auf dunklem bzw. schwarzem Grund erzielt werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Laseradditiv wahlweise in verschieden gefärbte dunkle Kunststoffmassen eingebracht werden, ohne deren optisches Erscheinungsbild zu verfälschen (kein Grauschleier). The laser marking of molding compounds, semi-finished products and finished parts which consist of polymers doped with the laser additive according to the invention is thus possible. Particularly preferred is the use of the laser additive according to the invention for laser marking gray, black or dark colored plastic parts that are exposed to high mechanical stress. Here, a permanent white or light mark on dark or black ground can be achieved. In addition, the inventive laser additive can optionally be introduced into differently colored dark plastic masses without distorting their visual appearance (no gray haze).
Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Laseradditivs in Kunststoffen findet bei Laserbeschuss an der Oberfläche des Kunststoffs nahezu kein Aufschäumen des Laseradditivs statt, so dass die erhaltene helle Lasermarkierung an der Kunststoffoberfläche praktisch keine Porosität aufweist und damit bei mechanischer Belastung weder abgekratzt noch zusammen-
gedrückt werden kann. Die erzielbare helle Markierung ist daher mechanisch stabil und dauerhaft. When the laser additive according to the invention is used in plastics, almost no foaming of the laser additive takes place on the surface of the plastic during laser bombardment, so that the resulting bright laser marking has virtually no porosity on the plastic surface and thus neither scrapes nor scrapes together under mechanical stress. can be pressed. The achievable bright marking is therefore mechanically stable and durable.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern ohne sie jedoch zu begrenzen. Die angegebenen Prozentangaben sind Gewichtsprozent. The following examples are intended to illustrate the invention without, however, limiting it. The percentages given are percent by weight.
Beispiel I.¬ SO g Kaolin mit einer Teilchengröße von Dg0 = 22 pm (bestimmt mit einem Mastersizer 2000 der Firma Malvern Instruments Ltd. unter Standardbedingungen) werden in 50 g Wasser angeteigt. 25 g Melamin-Formaldehyd- Harz (Madurit MW 830, Firma Ineos, 75%ige Lösung) und 1 g Ruß (Colour Black FW 1 der Firma Evonik) werden in die Kaolinsuspension eingerührt. 50 g einer 0,3%igen Tyloselösung (Tylose H20 der Fa. SE Tylose GmbH & Co. KG) werden zugegeben und der Ansatz in einer Perlmühle (Perlmühlen- aufsatz für Dissolver„Dispermat" der Firma Getzmann) dispergiert. Der fertig dispergierte Ansatz wird anschließend auf 70°C erwärmt und unter Rühren mit etwa 26 ml einer 1 molaren Salzsäure auf pH 3,5 eingestellt. Nach einer Reaktionszeit von 30 min lässt man den Ansatz abkühlen. Example I. ¬ SO g of kaolin having a particle size of 0 Dg = 22 pm (determined with a Mastersizer 2000 from Malvern Instruments Ltd., under standard conditions) of water are made into a paste in 50 g. 25 g of melamine-formaldehyde resin (Madurit MW 830, Ineos, 75% solution) and 1 g of carbon black (Color Black FW 1 Evonik) are stirred into the kaolin suspension. 50 g of a 0.3% tylose solution (Tylose H20 from SE Tylose GmbH & Co. KG) are added and the batch is dispersed in a bead mill (bead mill attachment for dissolver "Dispermat" from Getzmann) is then heated to 70 ° C and adjusted with stirring with about 26 ml of a 1 molar hydrochloric acid to pH 3.5 After a reaction time of 30 min, the mixture is allowed to cool.
Anschließend wird über eine Nutsche filtriert und bei 200°C über Nacht getrocknet. Das so erhaltene Material wird gemahlen und gesiebt (Sieb mit einer Maschenweite von 40 pm). Man erhält ein schwarzes Pulver mit einer mit einem Mastersizer 2000 der Firma Malvern Instruments Ltd. unter Standardbedingungen bestimmten Teilchengröße Dgo = 31 pm. It is then filtered through a suction filter and dried at 200 ° C overnight. The resulting material is ground and sieved (sieve with a mesh size of 40 pm). A black powder is obtained with a Mastersizer 2000 from Malvern Instruments Ltd. under standard conditions determined particle size Dgo = 31 pm.
Das erhaltene Pulver wird 2%ig in mit einem schwarzen Farbstoff versehenes Polypropylen eingearbeitet und das erhaltenen Compound auf einer Spritzgussmaschine zu Testplatten mit einer Größe von 6 x 9 cm geformt. The resulting powder is incorporated 2% in polypropylene provided with a black dye, and the resulting compound formed on an injection molding machine to test plates with a size of 6 x 9 cm.
Auf die Testplatten wird mit einem Nd.YAG Laser bei einer Pulsfrequenz von 1-20 kHz und einer Geschwindigkeit von 300 mm/s eine weiße Markierung in Form eines Schriftzuges aufgebracht. Bei intensiver Druckbelastung der markierten Testfläche (Reibung mit einem metallenen Gegenstand über 120 Minuten) wird die Oberfläche des Kunststoffes geglättet, die weiße Markierung zeigt dagegen keine nennenswerte Veränderung.
Vergleichsbeispiel 1 : On the test plates is applied with a Nd.YAG laser at a pulse frequency of 1-20 kHz and a speed of 300 mm / s, a white marker in the form of a lettering. If the marked test surface is under intense pressure (friction with a metal object over 120 minutes), the surface of the plastic is smoothed, whereas the white marking shows no appreciable change. Comparative Example 1
Ruß (Colour Black FW 1 ) wird 2%ig in schwarzes Polypropylen analog zu Beispiel 1 eingearbeitet und auf einer Spritzgussmaschine zu Testplatten in den in Beispiel 1 angeführten Ausmaßen geformt. Mit einem in einer Pulsfrequenz und Lasergeschwindigkeit analog Beispiel 1 arbeitenden Nd:YAG Laser wird ein weißer Schriftzug in die Testplatten geschrieben. Die erhaltene Markierung zeigt einen Kontrast, der mit der Markierung gemäß Beispiel 1 vergleichbar ist. Unter der in Beispiel 1 genannten Druckbelastung ändert sich der Weißgrad der Markierung innerhalb kurzer Zeit (30 Minuten) in ein bräunliches Gelb. Carbon black (Color Black FW 1) is incorporated 2% in black polypropylene analogously to Example 1 and molded on an injection molding machine to test plates in the dimensions given in Example 1. A white lettering is written in the test plates using a Nd: YAG laser operating at a pulse rate and laser speed analogous to Example 1. The resulting label shows a contrast which is comparable to the label according to Example 1. Under the pressure load mentioned in Example 1, the whiteness of the marking changes within a short time (30 minutes) to a brownish yellow.
Beispiel 2: Example 2:
50 g Kaolin (Produkt der Firma Merck KGaA) mit einer Teilchengröße von Dgo = 22 pm (bestimmt mit einem Mastersizer 2000 der Firma Malvern Instruments Ltd. unter Standardbedingungen,) werden mit 25 g Harnstoff- Formaldehyd-Harz (Kaurit flüssig, 50%ig, Produkt der Firma BASF), 4 g einer wässrigen Rußdispersion (Derussol® N25/L der Firma Evonik, Rußanteil 25%) und 50 g einer 0,3%igen Tyloselösung (0, 15 g Tylose H20, Produkt der Firma SE Tylose GmbH & Co., gelöst in 49,85 g Wasser bei 60°C) in einem Dissolver dispergiert. Der fertig dispergierte Ansatz wird anschließend auf 70°C erwärmt und unter Rühren durch Zugabe einer 0%igen Oxalsäure ein pH von 3 bis 4 eingestellt. Nach einer Reaktionszeit von 60 min lässt man den Ansatz abkühlen. Der Ansatz wird mit VE-Wasser gewaschen, anschließend über eine Nutsche filtriert und bei 180°C über Nacht getrocknet. Das so erhaltene Material wird gemahlen und gesiebt (Sieb mit einer Maschenweite von 40 pm). Man erhält ein schwarzes Pulver mit einer mit einem Mastersizer 2000 der Firma Malvern Instruments Ltd. unter Standardbedingungen bestimmten Teilchengröße D90 = 28 pm. 50 g of kaolin (product of Merck KGaA) having a particle size of Dgo = 22 pm (determined using a Mastersizer 2000 from Malvern Instruments Ltd. under standard conditions,) are mixed with 25 g of urea-formaldehyde resin (Kaurit liquid, 50% , Product from BASF), 4 g of an aqueous carbon black dispersion (Derussol® N25 / L from Evonik, carbon black content 25%) and 50 g of a 0.3% tylose solution (0.15 g Tylose H20, product of the company SE Tylose GmbH & Co., dissolved in 49.85 g of water at 60 ° C) dispersed in a dissolver. The ready-dispersed mixture is then heated to 70 ° C and adjusted with stirring by addition of a 0% strength oxalic acid, a pH of 3 to 4. After a reaction time of 60 minutes, the batch is allowed to cool. The batch is washed with demineralized water, then filtered through a suction filter and dried at 180 ° C overnight. The resulting material is ground and sieved (sieve with a mesh size of 40 pm). A black powder is obtained with a Mastersizer 2000 from Malvern Instruments Ltd. under standard conditions determined particle size D 90 = 28 pm.
Das erhaltene Pulver wird 2%ig in mit einem schwarzen Farbstoff versehenes Polypropylen eingearbeitet und das erhaltenen Compound auf einer Spritzgussmaschine zu Testplatten mit einer Größe von 6 x 9 cm geformt. Auf die Testplatten wird mit einem Nd:YAG Laser bei einer Pulsfrequenz von 1-20 kHz und einer Geschwindigkeit von 300 mm/s eine weiße Markie-
rung in Form eines Schriftzuges aufgebracht. Bei intensiver Druckbelastung der markierten Testfläche (Reibung mit einem metallenen Gegenstand über 120 Minuten) wird die Oberfläche des Kunststoffes geglättet, die weiße Markierung zeigt dagegen keine nennenswerte Veränderung.
The resulting powder is incorporated 2% in polypropylene provided with a black dye, and the resulting compound formed on an injection molding machine to test plates with a size of 6 x 9 cm. An Nd: YAG laser with a pulse frequency of 1-20 kHz and a speed of 300 mm / s tion in the form of a lettering applied. If the marked test surface is under intense pressure (friction with a metal object over 120 minutes), the surface of the plastic is smoothed, whereas the white marking shows no appreciable change.
Claims
Patentansprüche claims
Partikel, umfassend einen Kern aus ein oder mehreren weißen Teilchen, wobei der Kern eine Größe von wenigstens 100 nm aufweist und chemisch stabil ist gegen die Einwirkung gerichteter A particle comprising a core of one or more white particles, wherein the core has a size of at least 100 nm and is chemically stable against the action of directed
energiereicher Strahlung, und eine Hülle, die elementaren Kohlenstoff enthält. high-energy radiation, and a shell containing elemental carbon.
Partikel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die weißen Teilchen aus einem Weißpigment oder einem weißen Füllstoff bestehen. Particles according to claim 1, characterized in that the white particles consist of a white pigment or a white filler.
Partikel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weißen Teilchen aus Zirkondioxid, Siliziumdioxid, Bariumsulfat, Kaolin oder Talkum bestehen. Particles according to claim 1 or 2, characterized in that the white particles consist of zirconium dioxide, silicon dioxide, barium sulfate, kaolin or talc.
Partikel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern eine Größe im Bereich von 0,1 bis 200 pm aufweist. Particles according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the core has a size in the range of 0.1 to 200 pm.
Partikel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern eine Größe im Bereich von 0,2 bis 100 pm aufweist. Particle according to claim 4, characterized in that the core has a size in the range of 0.2 to 100 pm.
Partikel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle zusätzlich ein organisches Polymer enthält, welches durch gerichtete energiereiche Strahlung nicht carbonisiert wird. Particles according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the shell additionally contains an organic polymer which is not carbonized by directional high-energy radiation.
Partikel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe Melaminharze, Harnstoffharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Particles according to claim 6, characterized in that the polymer is selected from the group of melamine resins, urea resins, urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins,
Harnstoff/Melamin-Gemische oder Polyamide.
Partikel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elementare Kohlenstoff in Form von Ruß oder als Schwarzpigment vorliegt. Urea / melamine mixtures or polyamides. Particles according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the elemental carbon is present in the form of carbon black or as a black pigment.
Verfahren zur Herstellung von Partikeln nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass weiße Teilchen mit einer Größe von wenigstens 100 nm, die als Einzelpartikel oder als Agglomerate vorliegen und chemisch stabil sind gegen die Process for the preparation of particles according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that white particles with a size of at least 100 nm, which are present as individual particles or as agglomerates and are chemically stable against the
Einwirkung gerichteter energiereicher Strahlung, mit einer Hülle versehen werden, die elementaren Kohlenstoff enthält. Exposure to directed high-energy radiation, be provided with a shell containing elemental carbon.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die 10. The method according to claim 9, characterized in that the
weißen Teilchen mit einer Hülle versehen werden, die neben dem elementaren Kohlenstoff ein organisches Polymer enthält. white particles are provided with a shell which contains an organic polymer in addition to the elemental carbon.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe Melaminharze, Harnstoffharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Harnstoff/ Melamin-Gemische oder Polyamide. 11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the polymer is selected from the group melamine resins, urea resins, urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, urea / melamine mixtures or polyamides.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11 , 12. The method according to one or more of claims 9 to 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die weißen Teilchen mit elementarem Kohlenstoff und einer wässrigen Zubereitung eines organischen Polymers sowie gegebenenfalls zusätzlichen Additiven bei einer Temperatur von wenigstens 50°C unter Zugabe einer Säure innig vermischt, abgekühlt und getrocknet werden. characterized in that the white particles are intimately mixed with elemental carbon and an aqueous preparation of an organic polymer and optionally additional additives at a temperature of at least 50 ° C with the addition of an acid, cooled and dried.
13. Verwendung von Partikeln nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 zur Lasermarkierung von Kunststoffen.
13. Use of particles according to one or more of claims 1 to 8 for the laser marking of plastics.
14. Verwendung gemäß Anspruch 13 zur Herstellung einer an der Oberfläche des markierten Kunststoffs nicht schäumenden Markierung. 15. Kunststoff, enthaltend Partikel gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8.
14. Use according to claim 13 for the preparation of a non-foaming on the surface of the marked plastic marking. 15. Plastic, containing particles according to one or more of claims 1 to 8.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010004743A DE102010004743A1 (en) | 2010-01-14 | 2010-01-14 | laser additive |
PCT/EP2010/007741 WO2011085779A1 (en) | 2010-01-14 | 2010-12-17 | Laser additive |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP2524009A1 true EP2524009A1 (en) | 2012-11-21 |
Family
ID=43746621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP10793172A Withdrawn EP2524009A1 (en) | 2010-01-14 | 2010-12-17 | Laser additive |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120292295A1 (en) |
EP (1) | EP2524009A1 (en) |
JP (1) | JP5752149B2 (en) |
CN (1) | CN102741360B (en) |
BR (1) | BR112012017238A8 (en) |
DE (1) | DE102010004743A1 (en) |
WO (1) | WO2011085779A1 (en) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012008401B4 (en) | 2012-04-20 | 2015-10-22 | Jowat Ag | Method of applying an edgeband, products made in this way and their use |
DE102013100252A1 (en) | 2013-01-11 | 2014-07-17 | Kuraray Europe Gmbh | Use of a mixture comprising a polyvinyl acetal and a laser absorber as laser marking agent for laser-markable polymers e.g. polyethylene, polypropylene, polyesters, polyamide, polyurethane or polybutylene |
DE102013010703A1 (en) | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Merck Patent Gmbh | microspheres |
DE102014008186A1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-31 | Merck Patent Gmbh | Laser-markable and laser-weldable polymeric materials |
DE102014016286A1 (en) | 2014-11-05 | 2016-05-12 | Merck Patent Gmbh | Laser-markable and laser-weldable polymeric materials |
DE102014018586A1 (en) | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Merck Patent Gmbh | Laser-markable and laser-weldable polymeric materials |
DE102017212099A1 (en) | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Clariant Plastics & Coatings Ltd | Additive mixtures for plastics, laser-markable polymer compositions containing them and their use |
CN108148256A (en) * | 2017-12-22 | 2018-06-12 | 广州宝之泰电子科技有限公司 | It is a kind of can laser printing high fire-retardance flame-retardant heat shrinkable label sleeve and preparation method thereof |
JP7370692B2 (en) * | 2018-06-11 | 2023-10-30 | フジモリプラケミカル株式会社 | Packaging bodies, packaging bags and their marking methods |
US11280934B2 (en) * | 2018-06-21 | 2022-03-22 | SeeScan, Inc. | Electromagnetic marker devices for buried or hidden use |
JP2022548151A (en) | 2019-09-17 | 2022-11-16 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | laser additive |
CN113645790B (en) * | 2021-08-12 | 2023-02-28 | Oppo广东移动通信有限公司 | Shell and electronic equipment |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3201503B2 (en) * | 1994-07-27 | 2001-08-20 | 住友ベークライト株式会社 | Resin composition |
JP3894292B2 (en) * | 2001-11-14 | 2007-03-14 | 戸田工業株式会社 | Black composite particle powder and paint and resin composition containing the black composite particle powder |
JP2003129002A (en) * | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Toda Kogyo Corp | Coloring pigment for powder coating material and powder coating material |
CN1436819A (en) * | 2002-02-07 | 2003-08-20 | 户田工业株式会社 | Black composite particles for semiconductor sealing material use and semiconductor sealing material |
JP2004179245A (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-24 | Toda Kogyo Corp | Semiconductor sealing material and black composite particle powder therefor |
JP2003321594A (en) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Hitachi Chem Co Ltd | Epoxy resin molding material for sealing and electronic part device |
DE10228186A1 (en) * | 2002-06-24 | 2004-01-22 | Merck Patent Gmbh | UV stabilized particles |
JP4051614B2 (en) * | 2002-06-26 | 2008-02-27 | 戸田工業株式会社 | Black composite filler for tire composition and tire composition |
JP4378766B2 (en) * | 2002-07-05 | 2009-12-09 | 戸田工業株式会社 | Electric resistance adjusting material and resin composition using the electric resistance adjusting material |
US6936646B2 (en) * | 2003-04-30 | 2005-08-30 | Henkel Corporation | Flame-retardant molding compositions |
JP4213616B2 (en) * | 2004-03-31 | 2009-01-21 | 大日本印刷株式会社 | Base film for liquid crystal panel, functional film for liquid crystal panel, method for producing functional film, and apparatus for producing functional film |
DE102006051952A1 (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-08 | Merck Patent Gmbh | Particle-containing etching pastes for silicon surfaces and layers |
CN102356131B (en) * | 2009-03-18 | 2014-12-10 | 默克专利股份有限公司 | Pigment for laser marking |
RU2544013C2 (en) * | 2009-05-28 | 2015-03-10 | Мицубиси Гэс Кемикал Компани, Инк. | Polyamide resin |
JP5375404B2 (en) * | 2009-07-23 | 2013-12-25 | 富士ゼロックス株式会社 | Electrostatic image developer, developer cartridge, process cartridge, image forming apparatus and image forming method |
-
2010
- 2010-01-14 DE DE102010004743A patent/DE102010004743A1/en not_active Withdrawn
- 2010-12-17 JP JP2012548347A patent/JP5752149B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-12-17 EP EP10793172A patent/EP2524009A1/en not_active Withdrawn
- 2010-12-17 BR BR112012017238A patent/BR112012017238A8/en not_active Application Discontinuation
- 2010-12-17 US US13/521,863 patent/US20120292295A1/en not_active Abandoned
- 2010-12-17 WO PCT/EP2010/007741 patent/WO2011085779A1/en active Application Filing
- 2010-12-17 CN CN201080061350.9A patent/CN102741360B/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See references of WO2011085779A1 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010004743A1 (en) | 2011-07-21 |
JP5752149B2 (en) | 2015-07-22 |
WO2011085779A1 (en) | 2011-07-21 |
US20120292295A1 (en) | 2012-11-22 |
CN102741360A (en) | 2012-10-17 |
BR112012017238A8 (en) | 2016-10-04 |
BR112012017238A2 (en) | 2016-03-22 |
JP2013517335A (en) | 2013-05-16 |
CN102741360B (en) | 2015-01-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2524009A1 (en) | Laser additive | |
EP2408865B1 (en) | Pigment for laser marking | |
EP3215347B1 (en) | Laser-markable and laser-weldable polymer materials | |
EP2356636B1 (en) | Method for authenticating and/or identifying an object | |
EP3328925B1 (en) | Laser-markable polymers and coatings | |
CN109963702B (en) | Additives for laser-markable and laser-weldable polymer materials | |
EP1856199B1 (en) | Plastic moulding with bidimensional or tridimensional image structures generated by inner laser engraving | |
WO2006029677A1 (en) | Laser markable and laser weldable polymer materials | |
EP3233423B1 (en) | Laser-markable and laser-weldable polymer materials | |
DE69504238T2 (en) | Compositions for colored labeling of plastic materials by laser | |
DE19961304A1 (en) | Laser-markable plastics | |
DE102013016932A1 (en) | pigments | |
EP3155039B1 (en) | Laser markable and laser weldable polymer materials | |
DE10204339A1 (en) | Strain and compression sensor | |
DE102015009854A1 (en) | Laser-markable polymers and coatings | |
DE102009056093A1 (en) | Intrinsic laser-markable pigment preparation, useful for laser marking of inorganic systems and organic polymers e.g. plastics or printing inks, comprises a reducible metal compound and a reducing agent, and has a specific particle size | |
DE102013100252A1 (en) | Use of a mixture comprising a polyvinyl acetal and a laser absorber as laser marking agent for laser-markable polymers e.g. polyethylene, polypropylene, polyesters, polyamide, polyurethane or polybutylene |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20120531 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20131217 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20200701 |