JP2002525410A - レーザマーキング用組成物 - Google Patents
レーザマーキング用組成物Info
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- B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
- B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
- B41M5/267—Marking of plastic artifacts, e.g. with laser
-
- 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
- C08K3/02—Elements
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Abstract
Description
の方法に関する。
グの手段を提供している。この手法は、グラフィックコンピュータプログラムを
用いてレイアウトを調節することができ、また製造ラインに統合し得る容易さの
ため、現状の印刷技術よりも有利である。レーザマーキングは、容易には接近し
得ない軟質の変則的な表面に対しても非接触の手順を行なうことを可能にする。
加えて、レーザマーキングはインク不要であるため、長持ちし且つ溶剤不要であ
り、従って、相対的に環境に害を与えない。CO2レーザでは10,000mm
/秒までの高速化が可能である一方、Nd−YAGレーザでは2000mm/秒
までが可能である。二色の射出成形は最良のコントラストを有するマーキング結
果を与えるが、この方法はレイアウトの変更が柔軟でない。このように、レーザ
マーキングは、殆どの印刷需要に対して融通の利く解決法を提供する。
。196nm〜351nmの範囲の周波数を有するエキシマレーザは、光化学融
触又は光化学反応によるプラスチック表面のマーキングを与える。532nmで
相対的に低パワーレベルにあるNd−YAGレーザは、染料及び顔料の浸出又は
選択的漂白によりマーキングする。1064nmのYAGレーザは、昇華、褪色
、発泡又は刻印によりマーキングする。10600nmのCO2レーザは、熱化
学反応、溶融、蒸発及び刻印によりマーキングする。
を成す明色の区域を形成する。カーボンブラックは、レーザ光を吸収した後に分
解して揮発性成分となる。これらの揮発性成分は表面を発泡させて光を分散させ
、明色の刻印を残す。
特許第0675001号は、コントラスト増強用添加剤としてホウ酸亜鉛の用法
を記載しており、この場合には水和水が放出される。Spanjerに付与された米国
特許第4595647号は、電子デバイスの封入に有用なレーザマーキング可能
な材料を記載している。この材料は、樹脂、充填剤、カーボンブラック及び離型
剤の混合物から形成される通常のプラスチック封入剤への添加剤としてTiO2
又はTiO2+CrO3を含んでいる。CO2レーザで照射すると、元来の灰色の
材料が、コントラストが高く耐久性のある明るい金色のマークを形成する。望ま
しい濃度は、組成物の重量%単位で、TiO2が1%〜5%及びCrO3が0%〜
3%であり、TiO2が1%〜3%及びCrO3が0.5%〜2%であると好まし
いと記載されている。カーボンブラックは選択随意成分であるが、0.1重量%
〜3重量%の範囲の濃度が望ましく、0.5重量%〜1重量%が好ましいと記載
されている。
の波長において低吸収を有するマーキング用ポリマーを記載している。10.6
μの波長において高吸収を有するケイ酸塩添加剤はケイ酸カルシウムであり、ウ
ォラストナイト(ケイ灰石)の形態では、10.6μの波長において96%の吸
収を有する。所載のその他のケイ酸塩には、例えばチャイナクレーの形態のケイ
酸アルミニウムがある。所載の樹脂材料は、ポリオレフィン、ポリスチレン及び
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン系材料を参照している。
許は、ポリオレフィンにケイ酸塩を添加して、レーザ入射域に濃褐色又は黒色の
マーキングを得ることを記載している。同様に、欧州特許第0111357号は
、金属ケイ酸塩を用いて、ポリオレフィン表面を有する物品上で黒色のマーキン
グを得ている。第49回Annu. Tech. Conf. Soc. Plast. Eng.(1991年)の
第1901頁〜第1903頁のT. Kilpによる「プラスチックのレーザマーキン
グ(Laser marking of Plastics)」は、ポリオレフィンのレーザマーキングに
対して様々なケイ酸塩が及ぼす影響を記載している。カオリンは着色基材に白色
のマークを与えている一方、基材に雲母又は二酸化チタンを含ませると黒色のマ
ークが得られていた。
い。具体的には、望ましい色の組み合わせは、暗色の背景色及びレーザ処理域に
おける明色の対照色である。
を含有するポリエステル樹脂組成物を提供して、レーザ処理域に明瞭で且つ確実
な明色のマーキングを備えた暗色の背景着色を達成し得るようにすることである
。
熱可塑性樹脂と、暗色の背景着色を形成するのに十分な量のチャネルブラックカ
ーボンとを含んでなり、前述のチャネルブラックカーボンはレーザ入射域におい
て分解して、レーザ入射域にマーキングを形成することができる。樹脂組成物は
、暗色の背景着色に対してレーザ入射域における明色のマーキングを際立たせる
明色の着色剤を含んでいてもよい。改善されたレーザマーキング特性は、106
00nmで照射するCO2レーザの場合に特に明らかである。
され、チャネルブラックによる着色配合物は、レーザ光が入射した区域に明色の
マーキングを示し、暗色の背景着色とのコントラストを与える。
る多数の小さな発光炎での直接燃焼によって、ガス状の原材料を燃焼させる。得
られたカーボンブラックをチャネルブラックとして収集する。ガス状の原材料は
、メタン、天然ガス、又はその他のガス状炭化水素もしくは気化炭化水素であっ
てよい。
る気化油を燃焼させて、冷却されたローラ上でカーボンを収集し、次いで、カー
ボンを取り出してチャネルブラックを形成する。高沸点油を加熱し、約350℃
で気化させて、可燃性の担体ガスによってバーナまで運ぶ。この手法による加工
は、Degussa社による刊行物「印刷インク、コーティング及びプラスチックのた
めの顔料ブラック(Pigment Blacks for Printing Inks, Coatings and Plastic
s)」に記載されている。得られたカーボンブラックはチャネルブラックとして
知られており、約10nm〜約30nmの好ましい粒径を有する。チャネルブラ
ックの形態は、極めて微細な非凝集粒子である。
量%、好ましくは約0.03重量%〜約3重量%の量で用いられる。好ましい少
量範囲は、約0.05重量%〜約1.5重量%である。
る。この着色は、樹脂と相溶であって実施例に記載したような様々な顔料及び染
料の形態にあってよい。顔料は一般的には、0.01重量%〜4重量%の量で存
在する。適切な白色顔料は、Sachtleben Chemie J. G.社から販売されているSac
htolith HDSである。
、又はポリオキシアルキレン基、又はこれらの混合物であり、各々のA1は独立
に、二価の脂肪族、脂環式もしくは芳香族の基、又はこれらの混合物である。上
の式の構造を含む適切なポリエステルの実例は、ポリ(アルキレンジカルボキシ
レート)、液晶ポリエステル及びポリエステル共重合体である。また、分岐剤、
例えば3以上のヒドロキシル基を有するグリコール又は三官能性もしくは多官能
性のカルボン酸を含ませた枝分かれポリエステルを用いることも可能である。さ
らに、組成物の最終的な最終用途に応じて、ポリエステル上に様々な濃度の酸末
端基及びヒドロキシル末端基を有していると望ましい場合がある。
、又はアルキレン基が約2〜6、最も多くの場合には2〜4の炭素原子を含有し
ているポリオキシアルキレン基であり得る。上の式のA1基は最も多くの場合、
p−もしくはm−フェニレン、脂環式基又はこれらの混合物である。この種のポ
リエステルには、ポリ(アルキレンテレフタレート)がある。かかるポリエステ
ルは、下記の米国特許によって示されているように当技術分野で公知である。尚
、これらの特許は文献の援用によって本明細書に取り込まれる。
フタル酸もしくはテレフタル酸、1,2−ジ(p−カルボキシフェニル)エタン
、4,4′−ジカルボキシジフェニルエーテル、4,4′−ビス安息香酸、及び
これらの混合物物である。1,4−、1,5−又は2,6−ナフタレンジカルボ
ン酸の場合のように縮合環を含有する酸も存在していてよい。好ましいジカルボ
ン酸は、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、シクロヘキサ
ンジカルボン酸又はこれらの混合物物である。
)及びポリ(1,4−ブチレンテレフタレート)(「PBT」)、ポリ(エチレ
ンナフタノエート)(「PEN」)、ポリ(ブチレンナフタノエート)(「PB
N」)及び(ポリプロピレンテレフタレート)(「PPN」)、並びにこれらの
混合物物である。
る単位を少量、例えば約0.5重量%〜約5重量%で併用してコポリエステルを
形成することも思量される。脂肪族ポリオールには、ポリ(エチレングリコール
)又はポリ(ブチレングリコール)等のグリコールがある。かかるポリエステル
は、例えば米国特許第2465319号及び同第3047539号の教示に従っ
て合成することができる。
、当該グリコール成分のうち少なくとも70モル%、好ましくは少なくとも80
モル%がテトラメチレングリコールからなるグリコール成分と、当該酸成分のう
ち少なくとも70モル%、好ましくは少なくとも80モル%がテレフタル酸及び
そのポリエステル形成誘導体である酸成分とを重合させることにより得られるも
のである。
タン混合物又は類似の溶媒中で23℃〜30℃において測定すると約0.4dl
/g〜約2.0dl/gの固有粘度を有する。VALOX(登録商標)315ポ
リエステル及び195ポリエステルが本発明に特に適している。好ましくは、固
有粘度は約1.1dl/g〜約1.4dl/gである。
うに、好ましいポリエステルは、ポリ(エチレンテレフタレート)及びポリ(1
,4−ブチレンテレフタレート)である。これら好ましい成分の配合物を用いる
場合には、ポリエステル樹脂成分は、両成分合計で100重量部を基準として、
約1重量部〜約99重量部のポリ(エチレンテレフタレート)と、約99重量部
〜約1重量部のポリ(1,4−ブチレンテレフタレート)とを含んでなることが
できる。
対的に高い分子量のポリブチレンテレフタレート樹脂の配合物と共に用いてもよ
い。Walshに付与された米国特許第5589530号に記載されているように、
低分子量ポリブチレンテレフタレートは、600ポイズ未満、さらに好ましくは
約450ポイズ未満、最も好ましくは約300ポイズ未満の溶融粘度を有するP
BT樹脂である。約300ポイズの溶融粘度を有するVALOX(登録商標)1
95樹脂がGeneral Electric Companyから販売されている。高分子量ポリエステ
ル樹脂は典型的には、約600ポイズを上回り、さらに好ましくは約900ポイ
ズを上回り、最も好ましくは約1100ポイズを上回る溶融粘度を有する。高分
子量ポリエステル樹脂として好ましいのは高分子量ポリブチレンテレフタレート
、ポリエチレンテレフタレート及びポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレー
トである。特に適切な市販の高分子量PBTは、VALOX(登録商標)295
(約1110ポイズの溶融粘度)又はVALOX(登録商標)315(約850
0ポイズの溶融粘度)であり、両方ともGeneral Electric Companyから販売され
ている。
物が、これらの一方しか含まないか又はいずれも含まない組成物の場合に比較し
て、レーザ光照射によってさらに明瞭なマークを形成することは明らかである。
維ガラスは、全重量を基準として5重量%〜40重量%、好ましくは約10重量
%〜約30重量%で含まれる。ガラス繊維またはフィラメントガラスは、本発明
の組成物の強化材として用いるのに望ましい。比較的ソーダを含有しないガラス
が好ましい。「C」ガラスとして公知の低ソーダガラスを用いてもよい。電気用
途には、「E」ガラスとして公知の比較的ソーダを含有しない石灰ホウケイ酸ア
ルミニウムガラスを含んでなる繊維ガラスフィラメントを用いてもよい。フィラ
メントは、例えばスチームブロー、エアブロー、フレーム(火炎)ブロー及び機
械的引張り等の標準的な加工によって形成される。プラスチックの強化材として
好ましいフィラメントは、機械的引張りによって形成される。フィラメントの直
径は約3〜30ミクロンインチにわたるが、直径は本発明にとっては重要でない
。
トランドの形態のフィラメントガラスを用いると簡便である。他方、組成物から
成形される物品においては、コンパウンディング時にかなりの破砕が生じるので
さらに短い長さになる。但し、フィラメント長が約0.000005″と0.1
25(1/8″)との間にある熱可塑性射出成形品が最良の特性を呈するので、
このことは望ましい。
評価まで低下させるのに少なくとも十分な量の難燃添加剤が存在していてもよい
。この量は、樹脂の性質及び添加剤の効率によって変わる。しかし、一般的には
、この添加剤の量は樹脂の重量を基準として2重量%〜20重量%となる。好ま
しい範囲は、約5%〜約15%である。
リカーボネートオリゴマー、ポリブロモフェニルエーテル、臭素化ポリスチレン
、臭素化BPAポリエポキシド、臭素化イミド、臭素化ポリカーボネート、ポリ
(ハロアリールアクリレート)、ポリ(ハロアリールメタクリレート)又はこれ
らの混合物物がある。ポリ(ハロアリールアクリレート)が好ましく、最も好ま
しくはポリ(ペンタブロモベンジルアクリレート)である。PBB−PAは以前
から知られており、多くの合成樹脂に有用な価値ある難燃性物質である。PBB
−PAは、アクリル酸ペンタブロモベンジルエステル(PBB−MA)の重合に
よって調製される。PBB−PAポリマー状難燃性物質を加工中に合成樹脂に含
ませて、難燃性を付与する。
チレン等の臭素化ポリスチレン、デカブロモビフェニルエタン、テトラブロモビ
フェニル、臭素化α,ω−アルキレンビスフタルイミド類、例えばN,N′−エ
チレンビステトラブロモフタルイミド、所望ならばフェノキシ基もしくは臭素化
フェノキシ基で末端停止されているオリゴマー臭素化カーボネート類、特にテト
ラブロモビスフェノールAから誘導されるカーボネート類、又は臭素化エポキシ
樹脂である。その他の芳香族カーボネート難燃剤が、Heppに付与された米国特許
第4636544号に記載されている。
られる。かかる化合物は広範な手段で入手可能であり、公知の方法で合成するこ
とができる。典型的な無機相乗剤化合物には、Sb2O5及びSbS3等がある。
特に好ましいのは、三酸化アンチモン(Sb2O3)である。酸化アンチモンのよ
うな相乗剤は典型的には、最終組成物内の樹脂の重量%を基準として約0.5重
量%〜15重量%、さらに好ましくは1重量%〜6重量%で用いられる。
れる成分には、安定剤、滑剤、着色剤、可塑剤、成核剤、酸化防止剤及びUV吸
収剤がある。これらの成分は、成形された樹脂の所望の特性に悪影響を及ぼさな
いように選択すべきである。
成形すると最良の結果が得られる。予備コンパウンディングは従来の設備で行な
うことができる。例えば、ポリエステル樹脂、その他の成分、並びに選択により
その他の添加剤及び/又は強化材を予備乾燥させた後に、一軸スクリュー押出機
に組成物の乾燥配合物を供給する。他方、二軸スクリュー押出機の場合には、樹
脂及び添加剤を供給口から供給して、下流で強化材を供給することができる。
切断し又は細断して、標準的な手法によって慣用の粒体、ペレット等の成形用コ
ンパウンドにすることができる。
グを行なうことができる。
いで、ペレット化した。射出成形の前に、樹脂ペレットを強制空気循環炉で乾燥
させた。次いで、試験用部材を射出成形した。
ある。各々の実施例のサンプルを1064nmのCO2系レーザで試験する。用
いたポリエステルは、General Electric Companyから販売されているValox
(登録商標)ポリエステル樹脂の等級325M−1001である無着色の325
Mであった。顔料による干渉がない状態で良好な比較が行なえるように着色用顔
料は添加しなかった。DEは、レーザマーキングした部材とレーザマーキングし
ていない部材との間の色差であり、CieLab法のDIN6174に従って光
源を用いて測定する。コントラスト比(CR)は背景色のY値をレーザのY値で
除算することにより算出され、Yは、CieLab法のDIN6174に従って
光源D65を用いて測定される。
に基づいて、異なる種類のカーボンブラックを含有する5つの組成物を形成した
。すべての組成物において、カーボンブラックの量は0.1重量%という同じレ
ベルに維持した。表1は、これらの組成物の概略を示す。すべてのサンプルは、
調合されて、約2″×3″の矩形のプラックに成形された。
pany) PBT315(Valox(登録商標)樹脂等級195、General Electric Com
pany) 酸化防止剤Irganox 1076(CIBA) レーザマーキングを行なった。レーザマーキングしたプラックに対して実際の
色の測定を行なった。結果を表2にまとめる。色の測定は分光光度計によって次
の条件及び設定を用いて行なった:CIELAB、10°観察、D65、正反射
を含める。測定は白色板標準に対して行なった。この理由から、相対的に高いD
E*の結果は、サンプルの色が白色板標準に相対的に低い度合いで類似している
ことを示している。
ーネスブラックのサンプルよりも有意に優れていた。ファーネスブラック系のサ
ンプルは、試験結果に殆ど変動を示さない。ファーネス技術に基づくカーボンブ
ラックは、現在のところ、業界の標準的な選択材料である。この理由から、ファ
ーネスブラックのサンプルを参照サンプルとして見るべきである。
対的に小さな表面積を有するカーボンブラックに基づく材料が、白色板標準に最
も近い色のレーザマークを与えるものと見られた。
Claims (13)
- 【請求項1】 ポリエステル熱可塑性樹脂と、暗色の背景着色を形成するの
に十分な量のチャネルブラックカーボン顔料とを含んでなり、これにより、レー
ザ光が入射した区域において前記暗色の背景着色上に明色のマーキングが得られ
る、レーザマーキング特性を有する樹脂組成物。 - 【請求項2】 前記チャネルブラックが約0.01%〜約5%の量で存在す
る、請求項1記載のレーザマーキング特性を有する樹脂組成物。 - 【請求項3】 前記チャネルブラックが約0.03%〜約3%の量で存在す
る、請求項2記載のレーザマーキング特性を有する樹脂組成物。 - 【請求項4】 前記チャネルブラックが、粒径が約10nm〜約30nmの
微細な非凝集粒子を有する、請求項1記載のレーザマーキング特性を有する樹脂
組成物。 - 【請求項5】 前記チャネルブラックが、冷却された表面に向かって燃焼し
た炭化水素ガスを衝撃させることにより調製される、請求項1記載のレーザマー
キング特性を有する樹脂組成物。 - 【請求項6】 前記組成物が、前記レーザ入射域において明色の着色を形成
するのに十分な量の明色の顔料を含んでなる、請求項1記載のレーザマーキング
特性を有する樹脂組成物。 - 【請求項7】 前記ポリエステル組成物が下記の式の構造単位を含んでなる
、請求項1記載のレーザマーキング特性を有する樹脂組成物。 O O ‖ ‖ −O−R1−O−C−A1−C− (式中、各々のR1 は独立に、二価の脂肪族、脂環式もしくは芳香族の炭化水素
基、又はポリオキシアルキレン基、又はこれらの混合物であり、各々のA1 は独
立に、二価の脂肪族、脂環式もしくは芳香族の基、又はこれらの混合物である。
) - 【請求項8】 強化用ガラス繊維を追加で含んでいる請求項1記載のレーザ
マーキング特性を有する樹脂組成物。 - 【請求項9】 前記ガラス繊維が5重量%〜40重量%を占める、請求項8
記載のレーザマーキング特性を有する樹脂組成物。 - 【請求項10】 ポリエステル熱可塑性樹脂と、暗色の背景着色を形成する
のに十分な量のチャネルブラックカーボン顔料とを含んでなり、これにより、レ
ーザ光が入射した区域において前記暗色の背景上に明色のマーキングが得られる
、レーザ照射によりマーキングされた表面部分を有する成形品。 - 【請求項11】 前記ポリエステル組成物が下記の式の構造単位を含んでな
る、請求項10記載のレーザマーキング特性を有する樹脂組成物。 O O ‖ ‖ −O−R1−O−C−A1−C− (式中、各々のR1 は独立に、二価の脂肪族、脂環式もしくは芳香族の炭化水素
基、又はポリオキシアルキレン基、又はこれらの混合物であり、各々のA1 は独
立に、二価の脂肪族、脂環式もしくは芳香族の基、又はこれらの混合物である。
) - 【請求項12】 強化用ガラス繊維を追加で含んでいる請求項11記載のレ
ーザマーキング特性を有する樹脂組成物。 - 【請求項13】 前記繊維ガラスが5重量%〜40重量%を占める、請求項
12記載のレーザマーキング特性を有する樹脂組成物。
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