JP2001302933A - レーザマーキング可能な樹脂組成物、その製造方法および成形物 - Google Patents

レーザマーキング可能な樹脂組成物、その製造方法および成形物

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JP2001302933A JP2001115744A JP2001115744A JP2001302933A JP 2001302933 A JP2001302933 A JP 2001302933A JP 2001115744 A JP2001115744 A JP 2001115744A JP 2001115744 A JP2001115744 A JP 2001115744A JP 2001302933 A JP2001302933 A JP 2001302933A
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クニース ヘルゲ
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ハインツ ディーター
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デルプ ライナー
Gerhard Pfaff
プファッフ ゲアハート
Matthias Kuntz
クンツ マティアス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光に曝露することにより高コントラス
トのマーキングを可能にする樹脂組成物、該樹脂組成物
の製造方法および該樹脂組成物を含む成形物を提供する
こと。 【解決手段】 レーザマーキング可能な樹脂組成物であ
って、ドーパントとして、アルミニウム、ホウ素、チタ
ン、マグネシウム、銅、スズ、ケイ素および亜鉛からな
る群から選択された少なくとも1種の金属粉末および/
または半金属粉末、ならびに層状ケイ酸塩をベースとす
る一つまたは複数の効果顔料を含むことを特徴とする樹
脂組成物、該樹脂組成物の製造方法および該樹脂組成物
を含む成形物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザマーキング
可能な樹脂組成物であって、ドーパントとして、アルミ
ニウム、ホウ素、チタン、マグネシウム、銅、スズ、ケ
イ素および亜鉛からなる群から選択される少なくとも1
つの金属粉末および/または半金属粉末、ならびに層状
ケイ酸塩をベースとする1種または複数の効果(eff
ect)顔料を含むことを特徴とするレーザマーキング
可能な樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】生産財のアイデンティティマーキング
は、産業のほぼすべての部門にわたって益々重要になり
つつある。例えば、製造年月日、使用期限、バーコー
ド、社章、シリアルナンバーなどを樹脂または樹脂フィ
ルムに付けることがしばしば必要である。現在、これら
のマークは主に、印刷、エンボス加工、打抜き加工、レ
ッテル付けなどの従来の技法を用いて形成される。しか
しながら、レーザ光を用いる無接触の、高速かつ柔軟性
のあるマーキングが、特に樹脂の場合に、ますます重要
になっていきている。この技法は、バーコードなどの図
形印刻を高速で非平面の表面に付けることさえ可能であ
る。この印刻は、樹脂製物品自体の内部にあるため、永
続的に耐摩耗性である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】今日まで、例えば、ポ
リオレフィンやポリスチレンなどの多くの樹脂は、レー
ザ光によってマーク付することは極めて困難であるか不
可能でさえあることが立証されてきた。10.6μmの
赤外領域で光を放射する炭酸ガスレーザは、極めて高い
出力レベルの場合でも、ポリオレフィンおよびポリスチ
レン上に、淡くわずかに判読可能なマークを作るに過ぎ
ない。ポリウレタンやポリエーテルエステルといったエ
ラストマーの場合には、Nd−YAGレーザと相互作用
しないが、炭酸ガスレーザでは彫込みが生じる。樹脂は
レーザ光を完全に反射および伝達してはならない。そう
すると相互作用がなくなるからである。しかし、強い吸
収もあってはならないが、その場合には樹脂が蒸発して
彫込みだけが残るからである。レーザビームの吸収、し
たがって材料との相互作用は、樹脂の化学構造および用
いるレーザ波長に依存する。多くの場合、樹脂をレーザ
印刻可能とするために吸収剤などの適当な添加剤を添加
する必要がある。
【0004】樹脂のレーザアイデンティティマーキング
の場合、炭酸ガスレーザの他に、Nd:YAGレーザが
ますます使用されている。一般に用いられるYAGレー
ザは、1064nmまたは532nmの特徴的な波長を
有するエネルギービームパルスを放射する。高速な印刻
方法で十分な反応を示すためには、吸収剤材料がこの特
異的NIR領域内で著しい吸収を示さなければならな
い。
【0005】しかしながら、従来の技術で知られている
ドーパントはすべて、印刻すべき樹脂を永続的に着色
し、その結果、通常は明るい背景上の濃い文字であるレ
ーザ印刻が十分なコントラストを欠くことになるという
欠点を有している。さらに、ドーパントを比較的高濃度
で添加しなければならず、多くの場合、毒物学的に許容
できない。
【0006】したがって、本発明の一目的は、レーザ光
に曝露することにより高コントラストマーキングを可能
にするレーザマーキング可能な樹脂組成物を見いだすこ
とである。したがって、ドーパント、すなわち奏功する
吸収剤は、極めて薄い固有の色を有するか、極めて少量
を用いればよいものでなければならない。
【0007】意外にも、金属粉末または半金属粉末およ
び層状ケイ酸塩をベースとする1種または複数の効果顔
料を含む混合物を用いることにより、樹脂のレーザマー
カビリティー、特にマーキングのコントラストを改善で
きることを見いだした。
【0008】真珠光沢顔料による樹脂のレーザマーキン
グは、Speciality Chemicals、P
earl Lustre Pigments−Char
acteristics and Functiona
l Effects−1982年5月に最初に記載され
た。
【0009】効果顔料に対し、0.5〜10重量%、好
ましくは0.5〜7重量%、特に0.5〜5重量%の濃
度で金属粉末または半金属粉末を添加することにより、
熱可塑性樹脂のレーザマーキングの際に著しく高いコン
トラストが達成される。
【0010】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
レーザマーキング可能な樹脂組成物であって、該樹脂組
成物が、ドーパントとして、アルミニウム、ホウ素、チ
タン、マグネシウム、銅、スズ、ケイ素および亜鉛から
なる群から選択される少なくとも1種の金属粉末および
/または半金属粉末、ならびに層状ケイ酸塩をベースと
する1種または複数の効果顔料を含むことを特徴とする
レーザマーキング可能な樹脂組成物を提供する。
【0011】ただし、本発明のレーザマーキング可能な
樹脂組成物のドーパントの濃度は、用いる熱可塑性樹脂
に依存する。少量のドーパントは用いる熱可塑性樹脂の
特性を著しく変えることはなく、その加工性にも大きな
影響を与えない。
【0012】
【発明の実施の形態】列挙した金属粉末または半金属粉
末のうち、ケイ素粉末が好ましい。効果顔料の他に、金
属粉末または半金属粉末混合物もドーパントとして使用
することができる。混合比は、1:10から10:1ま
でが好ましい。金属粉末および/または半金属粉末は、
いかなる比で互いに混ぜてもよい。好ましい金属粉末混
合物は、ケイ素/ホウ素、ケイ素/アルミニウム、ホウ
素/アルミニウムおよびケイ素/亜鉛である。
【0013】ある種のドーパントを含む本発明の樹脂組
成物では、レーザマーキングのコントラストのために、
少量の金属ハロゲン化物、好ましくは塩化カルシウムを
さらに添加することが有利である。
【0014】ストレートカラリング(straight
colouring)を行うと前述のドーパントを含
む樹脂組成物は、わずかに金属光沢を示すが、透明性は
維持している。必要であれば、この金属光沢は、特にポ
リオレフィンの場合、例えば、二酸化チタンなどの隠蔽
顔料を0.2〜10重量%、好ましくは0.5〜3重量
%添加することにより完全に隠蔽することができる。さ
らに、本発明の樹脂組成物に着色剤を添加することによ
り、いかなる種類の色の変化も可能となり、同時にレー
ザマーキングの保持を保証することができる。適当な着
色剤には特に、有色の金属酸化物および有機顔料もしく
は染料が含まれる。
【0015】マーキングに適当な効果顔料は、薄片状基
材、好ましくは、例えば、合成または天然雲母、タル
ク、カオリンまたは絹雲母などの層状ケイ酸塩を含む透
明または半透明基材をベースとすることが好ましい。た
だし、効果顔料は、ガラスフレーク、薄片状SiO2
薄片状Al23、および/または薄片状TiO2を含ん
でもよい。
【0016】特に好ましい基材は、1つまたは複数の金
属酸化物で被覆された雲母フレークである。ここでいう
金属酸化物には、例えば、二酸化チタンおよび/または
酸化スズなどの高屈折率の無色金属酸化物と、例えば、
アンチモン−スズ酸化物、酸化鉄(Fe23、Fe
34)および/または酸化クロム(III)などの着色
金属酸化物とが含まれる。さらに、低屈折率の酸化物
層、例えば、二酸化ケイ素などの酸化物層が顔料構造中
に存在していてもよい。
【0017】薄片状顔料は知られており、多くのものが
市販されている。例えば、Merck KGaAからI
riodin(登録商標)の商標名で市販されており、
あるいは当業者に知られている標準法によって調製する
こともできる。透明または半透明薄片状基材をベースと
する効果顔料は、例えば、ドイツ特許および特許出願1
4 67 468、19 59 998、20 09
566、22 14454、22 15 191、22
44 298、23 13 331、2522 57
2、31 37 808、31 37 809、31
51 343、31 51 354、31 51 35
5、32 11 602、32 35 017および3
8 42 330に記載されている。
【0018】特に好ましい効果顔料は、以下の構造を有
する顔料である。
【0019】雲母+SnO2+TiO2 雲母+TiO2 雲母+TiO2+Fe23 雲母+TiO2+(Sn、Sb)O2 例えば、Ullmann、第15巻、457ページ、V
erlag VCHに記載の知られているすべての熱可
塑性樹脂が本発明のレーザマーキング可能な樹脂組成物
の製造に用いることができる。好ましい熱可塑性樹脂の
例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポ
リエステル、ポリエステルエステル、ポリエーテルエス
テル、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリ
ブチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポ
リビニルアセタール、ポリスチレン、アクリロニトリル
−ブタジエン−スチレン重合体(ABS)、アクリロニ
トリル−スチレン−アクリレート重合体(ASA)、ポ
リカーボネート、ポリエーテルスルホンおよびポリエー
テルケトン、ならびにそれらのコポリマーおよび/また
は混合物であり、特に好ましい熱可塑性樹脂は、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリアミドおよびポリエステ
ルならびにこれらのコポリマーおよび/または混合物で
ある。
【0020】効果顔料および金属粉末および/または半
金属粉末の熱可塑性樹脂への取込みは、熱可塑性樹脂の
顆粒をドーパントと混ぜ、次いで熱の作用の下で混合物
を調製することによって行う。熱可塑性樹脂への金属粉
末および/または半金属粉末の添加あるいは粉末混合物
および効果顔料の添加は、同時にまたは連続して行うこ
とができる。ドーパントの取込み中には、操作条件で熱
的に安定ないかなる添加剤、例えば、粘着付与剤、ポリ
マー適合性有機溶剤、安定剤および/または界面活性剤
も、熱可塑性樹脂顆粒に添加することができる。本発明
のレーザマーキング可能な樹脂組成物の顆粒は、一般
に、熱可塑性樹脂顆粒を適当なミキサに導入し、いずれ
かの添加剤で濡らし、次いでドーパントを加えて混練す
ることによって調製される。本発明の樹脂組成物は、一
般に、高濃度着色剤組成物(マスタcバッチ)または調
合物によって着色される。次いで、この方法で得られた
樹脂組成物は、押出機または射出成形機等の成形機を用
いて加工することができる。本発明の樹脂組成物を用い
て成形された成形物は、極めて均一なドーパントの分布
を示す。本発明の成形物は、次いで、適当なレーザ光を
用いてマーキングが付される。
【0021】本発明はさらに、本発明の樹脂組成物を製
造するための方法であって、金属粉末および/または半
金属粉末あるいはその混合物および1種または複数の効
果顔料を同時または連続的に熱可塑性樹脂に加え、熱の
作用の下で混練することを特徴とするレーザマーキング
可能な樹脂組成物の製造方法を提供する。
【0022】レーザによる印刻は、パルスレーザ、好ま
しくはNd:YAGレーザのビーム経路中に本発明の成
形物を導入することによって行う。エキシマレーザによ
る印刻は、例えば、マスク技法によって可能である。し
かしながら、用いる顔料に対して高い吸収を示す範囲の
波長を有する他の従来型のレーザによっても所望の結果
を得ることができる。得られるマーキングは、レーザ光
の曝露時間(または、パルスレーザの場合にはパルスカ
ウント)および照射出力、ならびに用いる樹脂系で決ま
る。レーザの出力は、具体的な応用例によって異なり、
それぞれの場合に当業者が容易に決定することができ
る。
【0023】用いられるレーザ光は一般に、157nm
から10.6μmまでの範囲、好ましくは532nmか
ら10.6μmまでの範囲の波長を有する。例えば、炭
酸ガスレーザ(10.6μm)およびNd:YAGレー
ザ(1064または532nm)またはパルス紫外レー
ザを挙げることができる。エキシマレーザは以下の波長
を有する。F2エキシマレーザ(157nm)、ArF
エキシマレーザ(193nm)、KrClエキシマレー
ザ(222nm)、KrFエキシマレーザ(248n
m)、XeClエキシマレーザ(308nm)、XeF
エキシマレーザ(351nm)、355nm(3逓倍化
(frequency−tripled))または26
5nm(4逓倍化(frequency−quadru
pled))の波長を有する周波数逓倍化(frequ
ency−multipled)Nd:YAGレーザ。
Nd:YAGレーザ(1064または532nm)およ
び炭酸ガスレーザを用いることが特に好ましい。用いる
レーザのエネルギー密度は一般に、0.3mJ/cm2
〜50J/cm2、好ましくは0.3mJ/cm2〜10
J/cm2の範囲である。パルスレーザを用いる場合に
は、パルス周波数は一般に、1から30kHzまでの範
囲である。本発明の方法で用いることができるレーザは
市販されている。
【0024】
【実施例】以下の実施例は本発明を例示することを意図
するもので、それだけに限定することを意図していな
い。示されるパーセンテージは、重量パーセントであ
る。
【0025】実施例1 Iriodin(登録商標)103(Merck KG
aA、Darmstadt、GermanyのTiO2
被覆雲母顔料)10gをケイ素粉末(Merck KG
aAの製品)0.2gおよび無水CaCl20.07g
と混合する。
【0026】調製した混合物0.5%をPP顆粒(pp
−HD、DSMのStamylenPPH 10)に添
加し、射出成形によってこれを加工する。炭酸ガスレー
ザ光により印刻すると、試験板(plaque)は、濃
く、耐摩耗性および高コントラストの印刻を示す。
【0027】実施例2 Minatec(登録商標)30CM(Merck K
GaAのアンチモン−スズ酸化物層を有するTiO2
雲母顔料)10gをケイ素粉末(MerckKGaAの
製品)0.2gおよび無水CaCl20.07gと混合
する。
【0028】調製した混合物0.5%をPP顆粒(pp
−HD、DSMのStamylenPPH 10)に添
加し、射出成形によってこれを加工する。Nd:YAG
レーザ光による印刻すると、試験板(plaque)
は、濃く、耐摩耗性および高コントラストの印刻を示
す。
【0029】実施例3 Iriodin(登録商標)103(Merck KG
aA、Darmstadt、GermanyのTiO2
被覆雲母顔料)10gを亜鉛粉末(MerckKGaA
の製品)0.2gと混合する。
【0030】調製した混合物0.5%をPP顆粒(pp
−HD、DSMのStamylenPPH 10)に添
加し、射出成形によってこれを加工する。炭酸ガスレー
ザ光により印刻すると、試験板(plaque)は、濃
く、耐摩耗性および高コントラストの印刻を示す。
【0031】
【発明の効果】本発明のレーザマーキング可能な樹脂組
成物は、これまで従来の印刷法を用いて樹脂に印刻して
きたすべての分野で用いることができる。例えば、本発
明の樹脂組成物で作られる成形物は、電気事業、電子工
学および自動車産業で用いることができる。本発明の樹
脂組成物を含む、例えば、ケーブル、電力線、トリムス
トリップ(trim strip)または加熱、換気お
よび冷却分野の機能性部品、並びにスイッチ、プラグ、
レバーおよびハンドル等のアイデンティティマーキング
および印刻は、レーザ光により、接近困難な場所にさえ
マーク付することができる。さらに、本発明の樹脂組成
物は、食品領域または玩具分野の包装に用いることがで
きる。包装の上からのマーキングは、拭き取りおよび引
っかきに対する抵抗性、続く滅菌工程中の安定性、およ
びマーキング法において衛生的に清潔な方法で付けるこ
とができることに関して注目に値する。完全なラベル意
匠は、再使用できる系のための包装に永続的に付けるこ
とができる。レーザ印刻の別の重要な領域は、家畜タグ
すなわち耳標として知られる個々の動物のアイデンティ
ティマーキング用の樹脂製タグの領域である。バーコー
ドシステムにより特定の動物個体に関する情報が保存さ
れる。必要に応じて、この情報はスキャナを用いて再び
呼び出すことができる。印刻が極めて永続性でなくては
ならないのは、場合によっては数年間も動物上にマーク
を残さなければならないからである。
【0032】したがって、本発明の樹脂組成物を含む樹
脂製物品または成形物のレーザマーキングが可能であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08K 9/02 C08K 9/02 C08L 23/06 C08L 23/06 23/12 23/12 67/00 67/00 77/00 77/00 (71)出願人 591032596 Frankfurter Str. 250, D−64293 Darmstadt,Fed eral Republic of Ge rmany (72)発明者 ヘルゲ クニース ドイツ連邦共和国 64331 ヴァイテルシ ュタット ルドルフ−ディーゼル−シュト ラッセ 15 (72)発明者 ディーター ハインツ ドイツ連邦共和国 64646 ヘッペンハイ ム イム ロゼンガーテン 12 (72)発明者 ライナー デルプ ドイツ連邦共和国 64293 ダルムシュタ ット カジノシュトラッセ 12 (72)発明者 ゲアハート プファッフ ドイツ連邦共和国 64839 ミューンスタ ー トラウテナウアー シュトラッセ 41 (72)発明者 マティアス クンツ ドイツ連邦共和国 64342 ジーハイム− ユゲンハイム イム ベルクガータン 16 Fターム(参考) 4F071 AA01 AA15 AA20 AA43 AA54 AB06 AB07 AB09 AB10 AB15 AB17 AB30 AE09 AE22 BA01 BB05 4J002 AA001 BB031 BB121 BC031 BC061 BE061 BG061 BN151 CB001 CF001 CF071 CF091 CG001 CH071 CH091 CL001 CN031 DA006 DA076 DA096 DA106 DA116 DD068 DJ007 DJ037 DJ047 DJ057 FB077 FD097

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザマーキング可能な樹脂組成物であ
    って、該樹脂組成物が、ドーパントとして、アルミニウ
    ム、ホウ素、チタン、マグネシウム、銅、スズ、ケイ素
    および亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の
    金属粉末および/または半金属粉末、ならびに層状ケイ
    酸塩をベースとする1種または複数の効果顔料を含むこ
    とを特徴とする、レーザマーキング可能な樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 金属粉末および/または半金属粉末がケ
    イ素であることを特徴とする請求項1に記載のレーザマ
    ーキング可能な樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 効果顔料が、天然または合成雲母板をベ
    ースとする真珠光沢顔料であることを特徴とする請求項
    2に記載のレーザマーキング可能な樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 真珠光沢顔料が、TiO2および/また
    はアンチモン−スズ酸化物で被覆された雲母顔料である
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の
    レーザマーキング可能な樹脂組成物。
  5. 【請求項5】 金属粉末および/または半金属粉末の割
    合が、効果顔料に対し0.5〜10重量%であることを
    特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のレーザ
    マーキング可能な樹脂組成物。
  6. 【請求項6】 レーザマーキング可能な樹脂組成物が、
    熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項1ないし5
    のいずれかに記載のレーザマーキング可能な樹脂組成
    物。
  7. 【請求項7】 熱可塑性樹脂が、ポリエチレン、ポリプ
    ロピレン、ポリアミド、またはポリエステルであること
    を特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のレー
    ザマーキング可能な樹脂組成物。
  8. 【請求項8】 レーザマーキング可能な樹脂組成物が、
    さらに金属ハロゲン化物を含むことを特徴とする請求項
    1ないし7のいずれかに記載のレーザマーキング可能な
    樹脂組成物。
  9. 【請求項9】 レーザマーキング可能な樹脂組成物が、
    着色剤をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし8
    のいずれかに記載のレーザマーキング可能な樹脂組成
    物。
  10. 【請求項10】 請求項1に記載のレーザマーキング可
    能な樹脂組成物の製造方法であって、金属粉末および/
    または半金属粉末あるいはその混合物および1種または
    複数の効果顔料を同時または連続的に熱可塑性樹脂に加
    え、熱の作用の下で混練することを特徴とするレーザマ
    キング可能な樹脂組成物の製造方法。
  11. 【請求項11】 請求項1に記載のレーザマーキング可
    能な樹脂組成物を使用することを特徴とする、レーザマ
    ーキング可能な成形物の製造方法。
  12. 【請求項12】 請求項1に記載のレーザマーキング可
    能な樹脂組成物を含む成形物。
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