ES2267400A1 - Composiciones pigmentarias en base acuosa para marcado policromatico de materiales inorganicos con laser. - Google Patents
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Abstract
Composiciones pigmentarias en base acuosa para marcado policromático de materiales inorgánicos con láser. La invención consiste en composiciones pigmentarias en base acuosa especialmente desarrolladas para ser utilizadas en el marcado decorativo o funcional de materiales inorgánicos con láser como son, por ejemplo, los utilizados en la industria de la construcción y ornamentación, así como a un método de marcado de sustratos inorgánicos con láser de CO2 y al uso de las citadas composiciones para el marcado de materiales inorgánicos con láser de CO2. Estas composiciones pigmentarias se basan en la utilización de polímeros inorgánicos como sustancias altamente absorbentes de la radiación láser de 10.6 .m (CO2) que son precursores de óxidos formadores de vidrio incoloro o coloreado, y que a su vez actúan como medio dispersante. Con la adición de sustancias inorgánicas cromóforas a la composición pigmentaria se obtienen un elevado número de colores para el marcado policromático (multicolor) decorativo o funcional de materiales inorgánicos y metales diversos.
Description
Composiciones pigmentarias en base acuosa para
marcado policromático de materiales inorgánicos con láser.
La invención se refiere fundamentalmente a
composiciones pigmentarias en base acuosa especialmente
desarrolladas para ser usadas con radiación láser, con el fin de
realizar el marcado multicolor de una gran variedad de materiales
inorgánicos, así como a un método de marcación de materiales
utilizando las composiciones anteriormente mencionadas y al uso de
las citadas composiciones en el marcado, tanto decorativo como
funcional, con láser de CO_{2} de diversos materiales inorgánicos
tales como piezas cerámicas (azulejos, baldosas, platos, etc.),
piedras naturales (mármol, granito, terrazo, pizarra, etc.),
prefabricados de hormigón, porcelana, vidrio etc.
La aplicación de estos pigmentos y su posterior
tratamiento con el láser adecuado permiten la generación de códigos
de identificación u otro tipo de marcas, con una gran calidad y
elevada adherencia, sobre una gran variedad de sustratos empleados
en el sector de pavimentos y recubrimientos así como en
aplicaciones que cumplen una función estructural o decorativa.
El marcado de piezas mediante láser es una
técnica que se emplea actualmente en muchos sectores industriales.
Especialmente útiles para el marcado son los láseres de CO_{2} y
de Nd:YAG. Dependiendo del tipo de superficie, el proceso de
codificación por láser incluye, generalmente, una combinación de
los siguientes procesos:
Carbonización (como en el caso de la madera,
papel, cartón u otros materiales).
Decoloración o cambio de color de algún pigmento
del material (plásticos).
Modificación del brillo por alteración de la
superficie (vidrio).
Generación de un surco poco profundo en el
material mediante sublimación o descomposición.
Modificación controlada de la superficie
mediante fusión.
Alteración química de la superficie (metales,
óxidos metálicos).
Actualmente, la tecnología de marcado con láser
(principalmente con láseres de CO_{2} y Nd:YAG) se está
utilizando en muchos sectores industriales, reemplazando, debido a
multitud de ventajas, a procedimientos de marcado más tradicionales
como la impresión térmica, por chorro de tinta, las etiquetas, el
aerosol, etc. Los procesos se pueden automatizar completamente
utilizando espejos galvanométricos. Algunas de las principales
ventajas de la codificación por láser son:
Producción de marcas permanentes y de gran
calidad.
Alta eficiencia a un coste de operación
bajo.
Marcado sin necesidad de contacto físico con la
superficie.
Facilidad de integración en la cadena de
producción (las marcas se pueden hacer mediante el control
informático del movimiento del haz, de la muestra o combinados).
Se consigue un posicionamiento exacto del haz
sobre la zona a marcar.
La transferencia de energía se localiza en la
capa superficial de la pieza con lo que las propiedades mecánicas
de la pieza permanecen inalteradas.
Las marcas son fácilmente reproducibles incluso
a altas velocidades.
Se evita la utilización de disolventes orgánicos
durante el proceso, con lo que se reducen los efectos de
contaminación medioambiental.
La naturaleza de la interacción de la superficie
y la radiación electromagnética y la propia naturaleza de la
superficie modificada por el láser determinan la calidad de la marca
entendiendo por tal la consecución de marcas de alto contraste que,
en caso necesario, puedan ser leídas por lectores ópticos
convencionales.
En aplicaciones industriales de marcado los
láseres más empleados son el de CO_{2} y el de Nd:YAG. La
diferencia de longitudes de onda de emisión (10.6 y 1.06 micras
respectivamente) hace que su interacción con los materiales sea de
naturaleza distinta. Así mientras el primero activa fundamentalmente
procesos vibrónicos, el de Nd se sitúa en el rango de frecuencias
de transiciones electrónicas. Este hecho, traducido en términos de
marcado de materiales inorgánicos supone que la absorción de energía
en el caso del láser de CO_{2} dependa de la estructura base del
pigmento, mientras que para el láser de Nd:YAG presenta una fuerte
dependencia de los elementos cromóforos. El desarrollo de
composiciones pigmentarias formulados expresamente para su
aplicación con láser implica, un conocimiento preciso de los
mecanismos de interacción láser-material.
Desde el punto de vista aplicado y para
aplicaciones de marcado, el láser de CO_{2} es el preferido allí
donde sus características lo permiten, debido a su excelente
relación precio-prestaciones. Actualmente este tipo
de láser se encuentra plenamente integrado en sectores como la
decoración textil, codificación en la industria alimentaria, etc. La
disponibilidad de máquinas de bajo consumo y mantenimiento
sencillo, además de un coste de adquisición sensiblemente inferior
suponen que los costes de operación por hora de trabajo se reduzcan
aproximadamente a 1/3 de los costes calculados para un láser de
Nd:YAG. Otras características técnicas como la profundidad de campo
que puede conseguirse con el haz de láser de CO_{2} a diferencia
de otros láseres de longitud de onda más corta como el Nd:YAG,
resultan esenciales para facilitar el diseño de dispositivos de
marcado industriales en los que se traten superficies irregulares o
curvas.
En aquellos casos en los que la interacción
directa del láser con la superficie a marcar no produce resultados
satisfactorios o cuando se requiere la generación de marcas de
diversos colores resulta imprescindible la utilización de materiales
de aporte sobre la superficie a tratar.
En la técnica anterior se encuentran numerosos
documentos relativos a la marcación de substratos con láser
utilizando materiales de aporte. Sin embargo, en la mayoría de los
casos las composiciones de dichos materiales están optimizadas para
láseres de Nd:YAG. Así, por ejemplo, en la publicación
internacional WO 2004/048055 se describe la utilización de
materiales de aporte que contienen pigmentos que se integran en la
superficie de la pieza por el efecto térmico de la radiación láser.
Después del marcado el material sobrante se elimina produciéndose
marcas del color deseado sobre la superficie de la pieza. El
proceso de aplicación de color descrito en este documento incluye un
paso previo de grabado láser de la pieza cerámica mediante la
incidencia de una radiación láser de Nd:YAG pulsado cuya finalidad
es la de provocar la ablación de la superficie. Con posterioridad a
este proceso de grabado de la superficie se deposita sobre la
superficie atacada una frita con pigmentos, que se funde con ayuda
del láser. Se trata por tanto de un proceso en dos etapas.
También, en los documentos US 6.313.436 y US
6.075.223 se describe la utilización para el marcado de diversos
materiales de composiciones basadas en la utilización de pigmentos
cerámicos comerciales y un material absorbente de energía
especialmente formulado para absorber la radiación de un láser de
Nd:YAG. El absorbente de energía contiene negro de carbono, según se
describe en las reivindicaciones. En todos los ejemplos descritos
se emplea el láser de Nd:YAG.
En la publicación internacional WO 01/38103
también se describen composiciones de marcado poliméricas que
contienen tintes o pigmentos, los cuales se aportan en dominios
separados. De nuevo el láser utilizado es de Nd:YAG.
Finalmente, en el documento de patente US
6.261.348 B1, se describen materiales de marcado para utilizar con
láseres tanto de Nd:YAG como de CO_{2} que se aplican recubriendo
completamente la pieza a marcar, generando una capa uniforme
generalmente transparente que produce marcas opacas de alto
contraste por interacción con el láser. Sin embargo, a diferencia
de las composiciones de la invención, estas composiciones están
preferiblemente exentas o substancialmente exentas de colorantes o
pigmentos, lo que da como resultado un recubrimiento incoloro.
Además, la adhesión al substrato de las marcas opacas resultantes
es relativamente débil, siendo fácilmente retirables por abrasión u
otros métodos físicos.
Por tanto, el problema a ser resuelto por la
presente invención es proporcionar una composición de marcado
especialmente diseñada para su utilización con láseres de CO_{2},
que pueda utilizarse con una amplia variedad de sustratos y que,
tras la aplicación del láser, den como resultado marcas de diversos
colores, de gran solidez y adhesión al sustrato.
Este problema es resuelto en las composiciones y
métodos de la presente invención al proporcionar composiciones de
base acuosa para el marcado de sustratos utilizando láseres de
CO_{2} que comprenden al menos un vehículo que comprende
agrupaciones [XO_{4}], en donde X se selecciona del grupo que
consiste en Si, P, V, Mo, W, As, Sb, Bi, y al menos un pigmento que
es un pigmento inorgánico dispersable en el citado vehículo. En
unos casos (Si, P), el vehículo es un precursor de óxidos formadores
de vidrios incoloros; en los otros casos, el vehículo es un
precursor de óxidos formadores de vidrios coloreados (es decir, se
trata de compuestos cromóforos). En todos los casos, el vehículo
presenta un valor elevado del coeficiente de extinción molar en la
región IR del espectro y en particular a las longitudes de onda de
los láseres de CO_{2}, y a la vez actúa como medio dispersante de
los pigmentos inorgánicos. Esto hace que la composición pueda
realizarse en base acuosa y no se precisen cantidades significativas
de dispersantes orgánicos, los cuales son indeseables por cuanto
son susceptibles de quemarse bajo el láser de CO_{2}. Asimismo,
estos vehículos aportan una viscosidad apropiada para la función a
la que se destinan las composiciones de la inven-
ción.
ción.
Las composiciones de la presente invención
tienen su aplicación principal en el marcado multicolor decorativo
o funcional de materiales inorgánicos y más concretamente
materiales cerámicos (baldosas, azulejos, platos, etc.), piedras
naturales (mármol, granito, terrazo, pizarra, etc) y metales (acero
inoxidable; piezas galvanizadas, niqueladas o cromadas; hierro;
aluminio; latón; cobre; aluminio anodizado, etc.) para obtener,
tanto dibujos de diseño complejo como códigos de barras para la
identificación y clasificación de toda clase de piezas según las
necesidades y criterios de la industria.
Las piezas a marcar pueden ser de índole muy
variada; desde tablas de mármol y granito, bloques de hormigón
prefabricado, baldosas y azulejos, así como piezas más pequeñas
como platos y otras piezas de loza o elementos de cerámica técnica;
y metales diversos.
En la presente memoria descriptiva se describe
un conjunto de composiciones pigmentarias, especialmente diseñadas
para su utilización en aplicaciones de marcado por láser. La forma
de aplicación de estas composiciones pigmentarias varía según la
naturaleza de la superficie a tratar (cerámicas esmaltadas y sin
esmaltar, piedra natural, metales, vidrio) y el método de
aplicación (serigrafía, aerosol, cintas, etc.). Por la importancia
relativa de los láseres de CO_{2} en el sector del marcado algunas
de estas composiciones han sido formuladas específicamente para
optimizar su comportamiento para esta longitud de onda, si bien su
utilización con otros tipos de láser produce también resultados
satisfactorios.
Las composiciones pigmentarias de la invención
se basan en la utilización de polímeros inorgánicos que presentan
una elevada absorción de la radiación del láser de CO_{2}. En
general son adecuados a este fin los compuestos cuya estructura
molecular está basada en la presencia de agrupaciones tetraédricas
[MO_{4}] donde M puede ser V, Si, P, As, Sb, Bi, Mo, W, etc.
responsables de la presencia de bandas intensas de absorción en la
región del espectro IR próxima a 1000 cm^{-1}. Un segundo criterio
de selección de los materiales consiste en la transformación
química inducida en los mismos tras la interacción con el láser. En
algunos casos, dicha transformación origina compuestos fuertemente
coloreados que pueden resultar útiles como materiales de marcado por
sí mismos (V, As, Sb, Bi, Mo, W). En otros casos lo que se busca es
un compuesto precursor de óxidos formadores de vidrio incoloro (Si,
P).
Más concretamente, la utilización de los
compuestos anteriores en los que M = Si, P, proporcionan, tras la
interacción con el láser, fases vítreas incoloras en las que se
pueden dispersar los colorantes inorgánicos de forma eficaz. En
ambos casos los compuestos del sistema
M'-M-O (M' = alcalino,
alcalinotérreo, amonio), pueden dar lugar, en disolución acuosa, a
polímeros inorgánicos:
polímeros de silicatos
polímeros de fosfatos con grado de acidez
variable
Las disoluciones acuosas de los polímeros de
silicatos pueden expresarse por la relación de los óxidos
siguientes: "xM_{2}O_{2-z}:ySiO_{2}"
siendo M un elemento alcalino (z=1) o
alcalino-terreo (z=0), o mezcla de ellos en
proporciones variables según la aplicación final.
Las disoluciones acuosas de los polímeros de
fosfatos pueden ser de sales ácidas o neutras de amonio, alcalinos
o alcalinotérreos, desde un ácido polifósforico hasta un
polifosfato neutro. Se ha comprobado también la eficacia de
composiciones basados en la utilización de polioxometalatos como
ácidos complejos del tipo fosfomolibdico y fosfowolfrámico y sus
sales.
En la tabla siguiente se encuentran las
frecuencias de vibración IR de compuestos inorgánicos con grupos
moleculares [MO_{4}]^{n-}) en los que se aprecia una
banda intensa de absorción en la región infrarroja correspondiente
a la longitud de onda del láser de CO_{2} (10.6 \mum \sim 943
cm^{-1}). (Infrared and Raman Spectra of Inorganic and
Coordination Compounds. Part A. 5^{th} Edition. 1997. K.
Nakamoto).
| Compuesto | \nu (cm^{-1}) |
| [SiO_{4}]^{-} | 956 |
| [PO_{4}]^{3-} | 938 |
| [WO_{4}]^{2-} | 931 |
| [MoO_{4}]^{2-} | 897 |
Además, los compuestos de Si y P dan lugar tras
ataque fototérmico con el láser de CO_{2}, a óxidos incoloros
formadores de vidrios que son compatibles con la mayoría de los
materiales inorgánicos empleados en construcción y
ornamentación.
Las composiciones pigmentarias de la presente
invención pueden incluir cualquier aditivo que mejore sus
propiedades reológicas y mecánicas y optimicen la interacción del
preparado y la superficie a marcar. Más concretamente, mediante la
adición de estos aditivos se pretende conseguir un control adecuado
de la capa, tanto en la homogeneidad de su espesor como en otros
aspectos tales como la estabilidad frente a la sedimentación o la
adherencia. Dependiendo del método de aplicación y del tipo de
sustrato, es necesario introducir aditivos como promotores de
adhesión, dispersantes, agentes de entrecruzamiento,
plastificantes, antiespumantes, surfactantes o modificadores de la
velocidad de secado. Las cantidades relativas de cada uno de estos
aditivos así como su naturaleza química se deben seleccionar de
manera que no afecte negativamente al color final del pigmento.
Se puede emplear cualquier promotor de adhesión
compatible con los requisitos anteriormente expuestos. Así, por
ejemplo, se pueden utilizar como promotores de adhesión silanos,
titanatos y fosfatos entre otros. Ejemplos de silanos pueden ser los
halosilanos y alcoxisilanos. Un ejemplo adecuado de alcoxisilano
puede ser el N (beta
aminoetil)-gamma-aminopropiltrimetoxisilano
(Dow Coming Z-6020). Ejemplos adecuados de
titanatos son las sales amónicas del quelato de titanio con ácido
láctico como el TYZOR® LA de DuPont. Un ejemplo adecuado de
fosfatos son los esteres de fosfatos de alquilos y arilos como el
Lubrizol 2062 de Lubrizol y los otros productos de su gama. La
composición del preparado pigmentario puede contener cualquier
cantidad adecuada del promotor de adhesión. Se utiliza en
proporciones de hasta un 30% en peso, aunque se prefiere una
cantidad entre 0.1 al 20% y más preferiblemente del 0,1 al 10% y aún
más preferiblemente entre el 0.1 y el 5%.
Los agentes dispersantes se utilizan para evitar
la floculación de los pigmentos inorgánicos en el medio acuoso,
mediante estabilización electrostática por formación de una doble
capa eléctrica, como es el caso de disoluciones acuosas de sales
sódicas y amónicas de polímeros acrílicos (Dispex® N40 y G40 de
Ciba); o aun mejor, mediante dispersantes poliméricos (también
llamados hiperdispersantes) que además del efecto de la capa
eléctrica repulsiva, también actúan gracias al impedimento estérico
asociado a su elevado peso molecular. Un ejemplo de este tipo de
polímeros lo constituyen los derivados de la familia de los óxidos
de polietileno (Solsperse 40000, 41090 y 44000 de Lubrizol). Otros
agentes dispersantes son los electrolitos inorgánicos del tipo
M_{a}(AN)_{b} siendo M preferiblemente un
elemento alcalino como Na o K y (AN) un grupo aniónico
preferiblemente de carga elevada como (SO_{4})^{-2},
(PO_{2})^{-3}
y (P_{2}O_{7})^{-4}. Los agentes dispersantes se utilizan en proporciones de hasta un 30% en peso, aunque se prefiere una cantidad entre 0.1 al 20% y más preferiblemente del 0,1 al 10% y aún más preferiblemente entre el 0.1 y el 5%.
y (P_{2}O_{7})^{-4}. Los agentes dispersantes se utilizan en proporciones de hasta un 30% en peso, aunque se prefiere una cantidad entre 0.1 al 20% y más preferiblemente del 0,1 al 10% y aún más preferiblemente entre el 0.1 y el 5%.
Cualquier surfactante adecuado puede ser
utilizado como reductor de la tensión superficial de la dispersión
de pigmentos en base acuosa, en la presente invención se han
empleado preferiblemente los basados en éteres de polioxietileno
como el Triton® X-100 (Polyoxyethylene(10)
octylphenyl ether), Triton X-114
(Polyoxyethylene(8) isooctylphenyl ether), Triton
X-405 (Polyethylene glycol mono
[4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl] ether),
aunque otras composiciones del mismo tipo producirían también los
mismos efectos. Los surfactantes se utilizan en proporciones de
hasta un 30% en peso, aunque se prefiere una cantidad entre 0.1 al
20% y más preferiblemente del 0,1 al 10% y aún más preferiblemente
entre el 0.1 y el 5%.
Cualquier agente de entrecruzamiento adecuado
puede ser utilizado a tal efecto. Los agentes de entrecruzamiento
utilizados en esta invención son los basados en silanos
polifuncionales como el
gamma-glicidoxipropiltrimetoxi silano, Silquest®
A-187 de GE Silicones - OSi Specialties, si bien
formulaciones análogas se podrían comportar también del mismo
modo.
Cualquier plastificante adecuado puede ser
utilizado, en la presente invención se han ensayado algunos
plastificantes como el fosfato de trialquilo, Kronitex®
KP-140 de Great Lakes, si bien otros plastificantes
que contengan el grupo fosfato también se comportarían
adecuadamente.
Cualquier antiespumante adecuado puede
utilizarse para impedir la formación de espuma de las composiciones
pigmentarias, causada principalmente por el uso de surfactantes. En
la presente invención se han utilizado antiespumantes que contienen
SiO_{2} como el Rhodoline® 640 de Rhodia.
Los agentes de entrecruzamiento, plastificantes
y antiespumantes se utilizan en proporciones de hasta un 30% en
peso, aunque se prefiere una cantidad entre 0.1 al 20% y más
preferiblemente del 0,1 al 10% y aún más preferiblemente entre el
0.1 y el 5%.
Cualquier pigmento inorgánico adecuado puede ser
incorporado en el preparado pigmentario. Preferiblemente los que
sean estables altas temperaturas como los derivados de espinelas,
los encapsulados con zircón, etc. Los pigmentos inorgánicos se
utilizan en proporciones mayores del 10% en peso, aunque se
prefiere una cantidad entre 20 al 80% y más preferiblemente del 30
al 70% y aún más preferiblemente entre el 40 y el 60%.
Cualquier modificador inorgánico adecuado de las
propiedades físicas y reológicas del preparado pigmentario puede
ser utilizado. Preferiblemente fritas de bajo punto de fusión como
las del sistema
Si-B-O-Pb,
bentonitas, caolín y silicatos de Zn, Al, etc. Los modificadores
inorgánicos se utilizan en proporciones mayores del 1% en peso,
aunque se prefiere una cantidad entre 10 al 70% y más
preferiblemente del 20 al 60% y aún más preferiblemente entre el 30
y el 50%.
Este ejemplo ilustra una composición aplicada
por método serigráfico para marcar un sustrato cerámico (esmaltado
o sin esmaltar) en color azul cobalto: 15 gramos de una disolución
acuosa concentrada de silicato sódico (SiO_{2}/Na_{2}O: 2.4,
densidad =1.53 g/ml), 0.03 g de dispersante Solperse 40000, 3 g de
pigmento cerámico LUV-04, 1.75 g de frita de
borosilicato de plomo, 0.20 g de K_{4}P_{2}O_{7}, 0.25 gramos
de caolín, 0.35 gramos de bentonita sódica, 0.12 g de disolución al
10% de Triton X-114.
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 20 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo un marcado azul cobalto de elevada calidad de
terminación y buena adherencia al sustrato.
Este ejemplo ilustra una composición para ser
aplicada mediante aerógrafo con el fin de marcar un sustrato
cerámico (esmaltado o sin esmaltar) en color turquesa: 15 gramos de
una disolución acuosa concentrada de silicato sódico, 0.05 g de
dispersante Solperse 40000, 5.5 g de pigmento cerámico
LUV-03, 1.75 g de frita de borosilicato de plomo,
0.10 g de K_{4}P_{2}O_{7}, 0.24 g de disolución al 10% de
Triton X-114, 3.5 g de una disolución saturada de
NaOH, 1 g de H_{2}O.
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 20 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo un marcado en color turquesa de elevada calidad de
terminación y buena adherencia al sustrato.
Este ejemplo ilustra una composición para ser
aplicada mediante aerógrafo con el fin de marcar un sustrato
cerámico (esmaltado o sin esmaltar) en color dorado: 12.5 gramos de
una disolución acuosa saturada de polifosfato sódico, 0.05 g de
dispersante Solperse 40000, 5.5 g de pigmento cerámico
LUV-27 (oro coloidal), 0.5 g de frita de
borosilicato de plomo, 0.35 g de disolución al 10% de Triton
X-114, 1.7 g de H_{2}O.
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 20 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo una marca de color dorado de elevada calidad de
terminación y buena adherencia al sustrato.
Este ejemplo ilustra una composición para ser
aplicada mediante pantalla serigráfica con el fin de marcar un
sustrato cerámico (esmaltado o sin esmaltar) en color
rojo-violeta: 15 gramos de una disolución acuosa
concentrada de ácido polifosfórico, 0.05 g de dispersante Solperse
40000, 3 g de pigmento cerámico LUV-27 (oro
coloidal) 0.25 g de disolución al 10% de Triton
X-114.
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 20 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo una marca de color rojo-violáceo de
elevada calidad de terminación y buena adherencia al sustrato.
Este ejemplo ilustra una composición para ser
aplicada mediante aerógrafo con el fin de marcar un sustrato
metálico (especialmente acero inoxidable) en color negro: 15 g de
una disolución acuosa concentrada de ácido polifosfórico o
polifosfato amónico, 0.05 g de dispersante Solperse 40000, 5 g de
óxido de molibdeno MoO_{3}, 0.45 g de disolución al 10% de Triton
X-114, 2 g de H_{2}O.
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 80 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo una marca de color negro de elevada calidad de
terminación y buena adherencia al sustrato.
Este ejemplo ilustra una composición para ser
aplicada mediante aerógrafo con el fin de marcar un sustrato
metálico (especialmente acero inoxidable) en color
marrón-bronce: 15 g de una disolución acuosa
saturada de polifosfato sódico, 0.05 g de dispersante Solperse
40000, 5 g de óxido de molibdeno MoO_{3}, 0.45 g de disolución al
10% de Triton X-114, 2 g de H_{2}O.
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 80 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo una marca de color marrón-bronce de
elevada calidad de terminación y buena adherencia al sustrato.
Este ejemplo ilustra una composición para ser
aplicada mediante aerógrafo con el fin de marcar un sustrato
metálico (especialmente acero inoxidable) en color
marrón-rojizo: 15 g de una disolución acuosa
saturada de polifosfato potásico, 0.05 g de dispersante Solperse
40000, 5 g de óxido de molibdeno MoO_{3}, 0.45 g de disolución al
10% de Triton X-114, 2 g de H_{2}O.
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 80 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo una marca de color marrón-rojizo de
elevada calidad de terminación y buena adherencia al sustrato.
Este ejemplo ilustra una composición para ser
aplicada mediante aerógrafo o pincel con el fin de marcar en color
negro cualquier material inorgánico mencionado en la presente
invención: 15 g de una disolución acuosa saturada de
heptamolibdato amónico, 0.45 g de disolución al 10% de Triton
X-114.
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 90 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo una marca de color negro de elevada calidad de
terminación y buena adherencia al sustrato.
Este ejemplo ilustra una composición para ser
aplicada mediante cinta con el fin de marcar en color turquesa
cualquier material inorgánico mencionado en la presente
invención: 15 gramos de una disolución acuosa concentrada de
silicato sódico, 0.05 g de dispersante Solperse 40000, 4 g de
pigmento cerámico LUV-03, 0.25 g de
Na_{4}P_{2}O_{7}, 0.25 g de disolución al 10% de Triton
X-114, y 0.7 g de una disolución al 10% de
plastificante Dolafix-155. A la cinta se le añade
un pegamento ASP (adhesivo sensible a la presión).
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 90 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo una marca de color turquesa de elevada calidad de
terminación y buena adherencia al sustrato.
Este ejemplo ilustra una composición para ser
aplicada mediante cinta con el fin de marcar en color negro
cualquier material inorgánico mencionado en la presente
invención: 15 gramos de una disolución acuosa concentrada de
ácido polifosfórico, 0.05 g de dispersante Solperse 40000, 4 g de
óxido de molibdeno, 0.25 g de disolución al 10% de Triton
X-114, y 0.5 g de plastificante Resicel 5150. A la
cinta se le añade un pegamento ASP (adhesivo sensible a la
presión).
Tras la aplicación del láser de CO_{2}, con
una potencia de entre 1 y 90 watios y una velocidad de hasta 70
cm/s, se obtuvo una marca de color negro de elevada calidad de
terminación y buena adherencia al sustrato.
Utilizando las composiciones pigmentarias en
base acuosa de la invención con un láser de CO_{2} (trabajando en
modo continuo) se consiguen marcas de alto contraste y resolución
trabajando a una velocidad lineal elevada y con un amplio rango de
colores. En todos los casos descritos en los ejemplos se consigue
una elevada integración del material pigmentario en el soporte,
confiriendo una gran durabilidad al marcado. Se obtienen líneas de
alta definición, de tonalidad y color homogéneos, completamente
reproducibles, y permanentes porque se consigue una integración
perfecta del pigmento en la capa superficial más externa de los
substratos.
Claims (22)
1. Composición pigmentaria en base acuosa para
el marcado de materiales inorgánicos con láser de CO_{2},
caracterizado porque comprende al menos un vehículo que
comprende agrupaciones [XO_{4}], en donde X se selecciona del
grupo que consiste en Si, P, V, Mo, W, As, Sb, Bi, y al menos un
pigmento que es un pigmento inorgánico dispersable en el citado
vehículo.
2. Composición pigmentaria de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque el vehículo se
transforma en un óxido incoloro tras ataque fototérmico con un láser
de CO_{2}.
3. Composición pigmentaria de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque el vehículo se
transforma en un óxido coloreado tras ataque fototérmico con un
láser de CO_{2}.
4. Composición de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
vehículo exhibe un valor elevado de coeficiente de extinción molar
en la región infrarroja del espectro.
5. Composición de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizada porque el vehículo exhibe un valor elevado
de coeficiente de extinción molar en una frecuencia alrededor de
943 cm^{-1}.
6. Composición de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
vehículo es un polisilicato del tipo
xM_{2}O_{2-z}:ySiO_{2}, donde M puede ser
cualquier catión alcalino (z=1) o alcalinotérreo (z=0).
7. Composición de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el vehículo
es un ácido polifosfórico o cualquiera de sus sales.
8. Composición de acuerdo con la reivindicación
7, caracterizada porque las sales del ácido polifosfórico
son polifosfatos ácidos o neutros de amonio, elementos alcalinos o
alcalinotérreos.
9. Composición de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el vehículo es
un polioxometalato o cualquiera de sus sales.
10. Composición de acuerdo con la reivindicación
9, caracterizada porque las sales de polioxometalato son
ácidos complejos del tipo de ácido fosfomolíbdico y fosfowolfrámico
y sus sales.
11. Composición de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
pigmento es un pigmento estable a alta temperatura tal como los
derivados de espinelas y los encapsulados con circón.
12. Composición de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
composición comprende además al menos un aditivo seleccionado del
grupo de promotores de adhesión, dispersantes, agentes de
entrecruzamiento, plastificantes, antiespumantes, surfactantes y
modificadores de las propiedades reológicas.
13. Composición de acuerdo con la reivindicación
12, caracterizada porque el promotor de adhesión se
selecciona del grupo que consiste en silanos, tal como halosilanos y
alcoxisilanos; titanatos, tal como las sales amónicas del quelato
de titanio con ácido láctico; y fosfatos, tales como los ésteres de
fosfatos de alquilos y arilos.
14. Composición de acuerdo con la reivindicación
12, caracterizada porque el dispersante se selecciona del
grupo que consiste en sales sódicas y amónicas de polímeros
acrílicos, óxidos de polietileno y electrolitos inorgánicos del
tipo M_{a}(AN)_{b} siendo M preferiblemente un
elemento alcalino como Na o K y (AN) un grupo aniónico
preferiblemente de carga elevada como (SO_{4})^{-2},
(PO_{4})^{-3} y (P_{2}O_{7})^{-4}.
15. Composición de acuerdo con la reivindicación
12, caracterizada porque el surfactante se selecciona de
éteres de polioxietileno, tales como el Triton
X-100, Triton X-114 y Triton
X-405.
16. Composición de acuerdo con la reivindicación
12, caracterizada porque el agente de entrecruzamiento se
selecciona de silanos polifuncionales tales como el Silquest
A-187.
17. Composición de acuerdo con la reivindicación
12, caracterizada porque el plastificante se selecciona de
fosfato de trialquilo Kronitex KP-140.
18. Composición de acuerdo con la reivindicación
12, caracterizada porque el antiespumante contiene
SiO_{2}, tal como el Rhodoline 640.
19. Método de marcado de un sustrato inorgánico
con láser de CO_{2}, caracterizado porque comprende la
etapa de aplicar sobre un sustrato una composición de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 anteriores.
20. Uso de una composición de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 anteriores en el marcado
de materiales inorgánicos con láser de CO_{2}.
21. Uso según la reivindicación 20, en el que
los materiales inorgánicos se seleccionan del grupo que consiste en
materiales cerámicos, tales como baldosas, azulejos y platos;
piedras naturales, tales como mármol, granito, terrazo y pizarra; y
metales tales como acero inoxidable; piezas galvanizadas,
niqueladas o cromadas, hierro, aluminio, latón, cobre, o aluminio
anodizado.
22. Uso según una cualquiera de las
reivindicaciones 20 ó 21 para el marcado de materiales inorgánicos
con láser de CO_{2} caracterizado porque se obtienen
dibujos de diseño complejo, tales como códigos de barras, para la
identificación y clasificación de toda clase de piezas según las
necesidades y criterios de la industria.
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|---|---|---|---|
| ES200502045A ES2267400B1 (es) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | Composiciones pigmentarias en base acuosa para marcado policromatico de materiales inorganicos con laser. |
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|---|---|---|---|
| ES200502045A ES2267400B1 (es) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | Composiciones pigmentarias en base acuosa para marcado policromatico de materiales inorganicos con laser. |
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- 2006-07-20 WO PCT/ES2006/070110 patent/WO2007017549A1/es active Application Filing
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