JP4582664B2 - 着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたレーザー溶接可能なプラスチック材料 - Google Patents

Description

本発明は、ナノスケールのレーザー感受性粒子を含有することによりレーザー溶接可能である、着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたプラスチック材料、並びにかかるプラスチック材料の製造方法及びその使用に関する。

レーザーエネルギーを用いるプラスチック部品の溶接は、自体公知である。このレーザー溶接可能性は、プラスチック材料中でのレーザーエネルギーの吸収によって、ポリマーとの相互作用によって直接的に生ずるか又はプラスチック材料に添加されたレーザー感受性物質との相互作用によって間接的に生ずる。このレーザー感受性物質は、レーザーエネルギーの吸収によってプラスチックの局所的な加熱をもたらす有機着色剤又は顔料であってよい。このプラスチック材料は、レーザー溶接の際に、この接合範囲内でのレーザーエネルギーの吸収によって激しく加熱されるので、材料は溶融し、そして両方の部品は互いに溶接される。

実際、レーザー溶接の際の接合相手間の結合の形成の原理は、レーザー源の方を向いた接合相手が、特定の波長を有するレーザー源の光について十分な透過率を有し、従ってこの放射線がその下方に位置する接合相手に達し、それが吸収されることに基づくものである。この吸収により熱が放出され、従って接合相手の接触範囲内で、吸収材料だけでなく、レーザー透過材料も局所的に溶融し、かつ部分的に混ざり、これにより冷却後に結合が生ずる。この両方の部品は最終的に、このように互いに溶接される。

レーザー溶接可能性は、プラスチック材料若しくはこの基礎をなすポリマーの性質、任意のレーザー感受性添加物の性質及び含有率並びに使用されるレーザーの波長及び放射線出力に依存する。この技術においては、ＣＯ₂−及びエキシマーレーザーの他に、特徴的な波長１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍを有するＮｄ：ＹＡＧレーザー（ニオジムでドープされたイットリウム−アルミニウム−ガーネット−レーザー）並びに特に最近ではダイオードレーザーがますます使用されつつある。

レーザー感受性添加物を着色剤及び／又は顔料の形で含有するレーザー溶接可能なプラスチック材料は、一般的に幾分明確な着色及び／又は不透明性を示す。実際、レーザー溶接のために、レーザー吸収性に調節されるべき成形材料の装備を、非常に頻繁にはカーボンブラックの導入によって行う。

ＤＥ１００５４８５９号Ａ１には、レーザー光をレーザー透過性の成形部品Ｉによって導き、そしてレーザー吸収性の成形部品ＩＩ中で加熱を生じさせ、これにより溶接を実施するプラスチック成形材料のレーザー溶接の方法が記載されている。これらの成形部品には、レーザー透過性及びレーザー吸収性の着色剤及び顔料、例えば特にカーボンブラックが互いに調和されて含まれているので、均一な色の印象が生ずる。この材料は、必然的に透明ではない。カーボンブラックは低濃度でも強い黒色の着色をもたらすので、その製品については暗色又は灰色の色調のみが実現可能となっている。更に、目下のところ、透明性若しくはレーザー透過性材料を不透明に着色された材料上で溶接することが可能である。

原則的に、ＤＥ１００５４８５９号Ａ１の理論によりレーザー透過性の接合相手及びレーザー吸収性の接合相手を同じ色調に調節することができる。しかしこのためには、完全に異なる着色剤が必要とされる。この場合、当業者は試験を教示される。

しかし、種々の着色剤を用いての同じ色への調節は、一般的に環境影響下で種々の劣化挙動を示し、従ってその使用時及びそのうちに種々の変色がもたらされる。

２つのプラスチック構成成分を、白色／白色、同色／同色（特に淡色への調節は困難）又は白色若しくは淡色への調節の際に透明に色を調節しつつレーザー溶接により接合することは、不満足、困難のみを伴って可能であるか又はレーザー溶接では不可能である。従って、レーザー溶接によって接合することができる上述の組み合わせのプラスチック材料が要求されている。

技術水準からは、厳密に定義された自由に選択可能な色、特に、更に耐候性及び耐劣化性をも示す色を有する透明色、半透明色のプラスチック材料及び不透明に着色されたレーザー溶接可能なプラスチック材料は、公知ではない。

従って本発明の課題は、レーザー溶接可能な、着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたプラスチック材料、特に淡色調を有するプラスチック材料を提供することである。このために、プラスチック材料をレーザー溶接可能にすることができるが、但しこの材料の透明度及び／又は色が損なわれないプラスチック材料用のレーザー感受性添加物を見出すことが望ましい。

本発明は、プラスチックの固有の色に影響を及ぼさないレーザー感受性添加剤を含有するプラスチック材料を記載する。このことは、着色にも劣化挙動にも当てはまる。このプラスチック材料は、所望の色若しくは隠蔽性への調節のための、それ自体レーザー透過性の着色剤及び／又は顔料を含有する。レーザー溶接目的のために、プラスチック材料製のレーザー吸収性の接合相手はレーザー感受性添加剤を含有する。

驚くべきことに、着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたプラスチック材料は、ナノスケールのレーザー感受性の粒子状充填剤を含有することによりレーザーマーキング及び／又はレーザー溶接が可能になり得、但しその色及び／又は透明度を損なわないことを見出した。

従って、本発明の対象は、着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたプラスチック材料であって、ナノスケールのレーザー感受性粒子を含有することによりレーザー溶接可能であることを特徴とするプラスチック材料である。

更に本発明の対象は、ナノスケールのレーザー感受性粒子を着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたレーザー溶接可能なプラスチック材料の製造に用いる使用である。

更に本発明の対象は、着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたレーザー溶接可能なプラスチック材料を、ナノスケールのレーザー感受性粒子を用いて製造するにあたり、前記粒子を高剪断下でプラスチックマトリックス中に混和する方法である。

本発明は、技術水準から公知のレーザーマーキングのためのレーザー感受性顔料は、その粒度及び形態により、透明性の系に好適ではないという知見に基づくものである。それというのも、この顔料は通常は可視光の波長の４分の１の限界の大きさの約８０ｎｍを明らかに超過しているからである。粒度が８０ｎｍ未満の一次粒子を有するレーザー感受性顔料が公知ではあるが、これは単離された一次粒子の形又は小さい凝結体の形ではなく、例えばカーボンブラックの場合には、高度に凝結し部分的には凝集したこれより明らかに粒径が大きい粒子としてのみ使用可能である。従って、この公知のレーザーマーキング顔料は、相当な光の散乱をもたらし、これによりプラスチック材料の曇りをもたらす。

更に本発明は、技術水準から公知のレーザーマーキング顔料がその固有の色及びその不十分な分散性により原材料の曇りを増大させ、原材料の色の質を低下させ、かつ色補正が必要になり、その際この色補正は不満足にのみ達せられ、かつ所望の色からのずれを甘受しなければならないという知見に基づくものである。

本発明によれば、プラスチック材料、特にそれ自体透明性又は半透明性を有するプラスチック材料及びそれ以外の有色、白色又は不透明に着色されたプラスチック材料に、ナノスケールのレーザー感受性粒子状添加剤を添加し、これをレーザー溶接可能にする。

レーザー感受性粒子状添加剤は、全種の無機固体、例えば金属酸化物、金属混合酸化物、錯体酸化物、金属硫化物、ホウ化物、リン酸塩、炭酸塩、硫酸塩、窒化物等及び／又はこれらの化合物の混合物と解され、これらは使用されるべきレーザーの特徴的な波長範囲を吸収し、かつこれにより、これらが埋め込まれたプラスチックマトリックス中で局所的な加熱を生じさせることができ、この加熱によりプラスチック材料の溶融がもたらされる。

ナノスケールは、離散したレーザー感受性粒子の最大寸法が１μｍ未満、すなわちナノメートル範囲内であることと解されるべきである。この場合、この大きさの定義は、考えられる全ての粒子形態、例えば一次粒子並びに任意の凝結体及び凝集体に関連する。

このレーザー感受性粒子の粒度は、１〜５００ｎｍ、特に５〜１００ｎｍであることが好ましい。この粒子は、粒度を１００ｎｍ未満に選択すればそれ自体もはや視認できず、かつプラスチックマトリックスの色及び透明度を損なうこともない。

プラスチック材料中においては、レーザー感受性粒子の含有率は、このプラスチック材料に対して適切には０．０００１〜０．１質量％、好ましくは０．００１〜０．０１質量％である。この濃度範囲内で、通常、考えられる全種のプラスチック材料について、プラスチックマトリックスの十分なレーザー溶接可能性がもたらされる。

挙げられた範囲内で粒度及び濃度をより好適に選択すれば、透明性なマトリックス材料の場合にも、その本来の透明度の損失が抑えられる。従って、粒度が１００ｎｍより大きいレーザー感受性顔料についてはより小さい濃度範囲を選択することが適切である一方で、粒度が１００ｎｍ未満の顔料の場合にはより大きい濃度を選択することができる。

着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたレーザー溶接可能なプラスチック材料の製造のためのナノスケールのレーザー感受性粒子状添加剤としては、好ましくは、ドープ酸化インジウム、ドープ酸化スズ、ドープ酸化アンチモン及び六ホウ化ランタンが挙げられる。

特に好適なレーザー感受性添加剤は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）並びにドープされた酸化インジウムスズ若しくは酸化アンチモンスズである。酸化インジウムスズ及びこれから部分還元工程により再び得られる「青色」酸化インジウムスズが特に好ましい。還元されていない「黄色」酸化インジウムスズは、上述の範囲内でのより大きい濃度及び／又は粒度の場合には、視覚的に知覚可能なプラスチック材料の淡黄色の色調をもたらすことがある一方で、「青色」酸化インジウムスズの場合には知覚可能な変色をもたらさない。

本発明により使用されるべきレーザー感受性粒子は、自体公知であり、かつナノスケールの形で、すなわち１μｍ未満の大きさの離散した粒子として、特にこの場合に好ましい大きさの範囲内で、一般的にはナノスケール粒子の分散液の形か又は容易に再分散可能な粉末形の凝集体で市販されている。

通常は、このレーザー感受性粒子は、その提供形では、凝集した粒子として、例えば粒度が１μｍ〜数ｍｍであってよい凝集体として存在してよい。これを本発明にかかる方法により、激しい剪断下でプラスチックマトリックス中に混和することができ、これによりこの凝集体はナノスケールの一次粒子に分解される。

凝集度の測定は、ＤＩＮ５３２０６（１９７２年８月）によって実施する。

ナノスケールの粒子、例えば特に金属酸化物は、例えば熱分解法によって製造することができる。かかる方法は、例えばＥＰ１１４２８３０号Ａ、ＥＰ１２７０５１１号Ａ又はＤＥ１０３１１６４５号に記載されている。更に、ナノスケールの金属酸化物は、例えばＤＥ１００２２０３７号に記載されている沈殿法によって製造することができる。

このナノスケールのレーザー感受性粒子は、実質的に全種のプラスチック系に混和し、この系にレーザー溶接可能性をもたらすことができる。プラスチックマトリックスが、ポリ（メタ）アクリレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、スチレンポリマー及びスチレンコポリマー、ポリカーボネート、シリコーン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ＰＥＥＫ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル（例えばＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＢＴ）、ポリエチレンオキシド、ポリウレタン、ポリオレフィン、シクロオレフィンコポリマー又はフッ素含有ポリマー（例えばＰＶＤＦ、ＥＦＥＰ、ＰＴＦＥ）を基礎とするプラスチック材料が一般的である。同様に、成分として上述のプラスチックを含有するブレンドへの混和又はこのクラスから追加反応により変換され、誘導されたポリマーへの混和が可能である。これらの材料は、極めて多岐にわたって公知であり、かつ市販されている。本発明によるナノスケール粒子の利点は、特に有色透明性又は半透明性のプラスチック系、例えばポリカーボネート、透明性ポリアミド（例えばＧｒｉｌａｍｉｄ^(R)ＴＲ５５、ＴＲ９０、Ｔｒｏｇａｍｉｄ^(R)Ｔ５０００、ＣＸ７３２３）、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、シクロオレフィンコポリマー（Ｔｏｐａｓ^(R)、Ｚｅｏｎｅｘ^(R)）、ポリメチルメタクリレート及びそのコポリマーの場合に効果を発揮する。それというのも、この粒子はこれらの材料の透明度に影響を及ぼさないからである。更に、透明性ポリスチレン及びポリプロピレンが挙げられ、更に、成核剤又は特定の加工条件の使用により透明のフィルム又は成形体に加工することができる全種の部分結晶性プラスチックを挙げることができる。更に、着色された不透明のプラスチックにナノスケールのレーザー感受性顔料を装備させることができる。

このポリアミドは、一般的に、構成成分：分枝鎖状及び非分枝鎖状の脂肪族ジアミン（６〜１４個のＣ原子）、アルキル置換された又は非置換の脂環式ジアミン（１４〜２２個のＣ原子）、芳香脂肪族ジアミン（Ｃ１４〜Ｃ２２）並びに脂肪族及び脂環式ジカルボン酸（Ｃ６〜Ｃ４４）（このジカルボン酸は部分的に芳香族ジカルボン酸によって置き換えられていてよい）から製造する。特に、透明性ポリアミドは、付加的に、ラクタム又はω−アミノカルボン酸から誘導された６個のＣ原子、１１個のＣ原子若しくは１２個のＣ原子を有するモノマー構成成分から構成されていてよい。

このポリアミドは、限定されるものではないが、以下の構成成分から製造することが好ましい：ラウリンラクタム又はω−アミノドデカン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、脂肪酸（Ｃ１８〜Ｃ３６；例えば商品名Ｐｒｉｐｏｌ^(R)の下）、シクロヘキサンジカルボン酸、これらの脂肪酸の、イソテレフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、トリブチルイソフタル酸による部分的又は一部の置換体。更に、分枝鎖状、非分枝鎖状又は置換されたデカンジアミン、ドデカンジアミン、ノナンジアミン、ヘキサメチレンジアミン並びにアルキル置換された／非置換の脂環式ジアミンのクラスからの代表的物質として、ビス−（４−アミノシクロヘキシル）−メタン、ビス−（３−メチル−４−アミノシクロヘキシル）−メタン、ビス−（４−アミノシクロヘキシル）−プロパン、ビス−（アミノシクロヘキサン）、ビス−（アミノメチル）−シクロヘキサン、イソホロンジアミン又は置換されたペンタメチレンジアミンが使用される。

適切な透明性ポリアミドの例は、例えばＥＰ０７２５１００号及びＥＰ０７２５１０１号に記載されている。

ポリメチルメタクリレート、ビスフェノール−Ａ−ポリカーボネート、ポリアミド及びノルボルネンとα−オレフィンとのいわゆるシクロオレフィンコポリマーを基礎とする有色の透明性、半透明性又は不透明性のプラスチック系が特に好ましく、これらは本発明にかかるナノスケール粒子を用いてレーザー溶接可能にすることができ、但しこの材料の色及び透明度を損なわない。

着色された透明、半透明及び不透明系の場合には、このナノスケールのレーザー感受性添加剤の中性的な固有の色が有利である。それというのも、プラスチック材料の場合の自由な色の選択が可能になるであるからである。

着色剤としては、８００〜１５００ｎｍの重要な範囲内で小さい固有の吸収のみを示す、すなわちレーザー透過性の着色剤が挙げられる。

この着色剤の識別のために、以下に色指数（Ｃ．Ｉ．）の用語を使用する。全ての着色剤の名称、例えばソルベントオレンジ又はピグメントレッド１０１は、Ｃ．Ｉ．名称である（簡略化のために、名称構成成分Ｃ．Ｉ．を以下の第１表では省略する）。

第１表：レーザー透過性着色剤

上述の数種の着色剤は、わずかに互いに異なる種々の構造で存在してよい。例えば、顔料が種々の金属イオンを用いて着色され、これにより顔料の種々の形を生じていてよい。これらの形は、Ｃ．Ｉ．によりコロン及び数字の追加によって識別されており、例えばピグメントレッド４８はナトリウムを用いて着色された顔料であり、ピグメントレッド４８：１はカルシウムを用いて着色された顔料であり、ピグメントレッド４８：２はバリウムを用いて着色された顔料であり、ピグメントレッド４８：３はストロンチウムを用いて着色された顔料であり、ピグメントレッド４８：４はマグネシウムを用いて着色された顔料である。上述のＣ．Ｉ．による着色剤の名称は、全ての形若しくは構造を含むように解されるべきである。これらは色指数で記録する。

本発明にかかるレーザー溶接可能なプラスチック材料は、一般的には成形体又は半製品として存在する。レーザー溶接可能な塗料層も考えられる。

本発明にかかるレーザー溶接可能なプラスチック材料の製造は、プラスチック製造及び加工において行われている慣用の技術及び方法によって自体公知のように実施する。この場合、レーザー感受性添加剤を重合又は重縮合の前又はその間に、個々の出発物又は出発混合物に導入するか又はこの反応の間に添加し、その際、当業者に知られたこのプラスチックのための特定の製造法を使用することが可能である。重縮合物、例えばポリアミドの場合には、例えば添加剤をモノマー成分の１種に混和してよい。次いで、このモノマー成分は、慣用の反応相手との慣用的な重縮合反応に供する。更に、巨大分子の形成の後に、生じた高分子の中間生成物又は最終生成物と、レーザー感受性添加剤とを混合してよく、その際、当業者に知られている全ての方法をこの場合に使用することができる。

このプラスチックマトリックス材料の配合に応じて、液状、半液状、及び固体の配合構成成分又はモノマー並びに場合により必要な添加剤、例えば重合開始剤、安定剤（例えばＵＶ吸収剤、熱安定剤）、蛍光増白剤、帯電防止剤、可塑剤、離型剤、滑沢剤、分散剤、耐電防止剤、更には充填剤及び補強剤又は耐衝撃性改良剤等を、その目的で慣用の装置及び設備、例えば反応器、撹拌容器、混合機、シリンダーミル、押出成形機等の中で混合及び均質化し、場合により成形し、次いで硬化させる。これに関しては、ナノスケールのレーザー感受性粒子を好適な時点でこの材料中に導入し、そして均質に混和する。ナノスケールのレーザー感受性粒子を、同じ又は相溶性のプラスチック材料との濃縮された予備混合物（マスターバッチ）の形で混和することが特に好ましい。

ナノスケールのレーザー感受性粒子をプラスチックマトリックス又はモノマーを含有する液状注型配合物に高剪断下で混和すれば、有利である。これは、混合機、シリンダーミル、押出成形機を適切に調節することによって実施することができる。これによって、任意のナノスケール粒子のより大きい単位への凝集又は凝結が効果的に阻止される；例えば、存在するより大きい粒子は分解される。これに適切な技術及びそれぞれ選択されるべき方法パラメータは、当業者には知られている。

プラスチック成形体及び半製品は、成形体からの射出成形又は押出成形によってか又はモノマー及び／又はプレポリマーからの注型法によって得られる。

重合は、当業者に知られている方法、例えば１種又は複数種の重合開始剤の添加及び加熱又は放射線照射による重合の誘導によって実施する。１種又は複数種のモノマーの完全な反応のために、この重合に引き続いて加熱工程を実施してよい。

レーザー溶接可能な塗料被覆物は、ナノスケールのレーザー感受性粒子状固体の慣用の塗料配合物中への分散、この塗料層の被覆及び乾燥又は硬化によって得られる。

好適な塗料の群は、例えば粉末塗料、物理的乾燥塗料、放射線硬化性塗料、１成分又は多成分反応性塗料、例えば２成分ポリウレタン塗料を有する。

ナノスケールのレーザー感受性粒子状固体を含有するプラスチック材料からのプラスチック成形部品又は塗料被覆物の製造後に、これをレーザー光での放射線照射によって溶接することができる。

このレーザー溶接は、市販のレーザー溶接装置、例えばＦａ．Ｂａａｓｅｌ社のレーザー、出力が０．１〜２２アンペアであり、かつ送り速度が１〜１００ｍｍ／ｓであるＳｔａｒＭａｒｋ ＳＭＭ６５型上で実施してよい。レーザーエネルギー及び送り速度の調節の際には、この出力を高すぎず、この送り速度を小さすぎず選択し、不所望な炭化を回避することに留意すべきである。出力が小さすぎる場合及び送り速度が大きすぎる場合には、溶接が不十分になることがある。このために、個々の事例において必要な調節を更なる手段を用いず決定することができる。

プラスチック成型部品又はプラスチック半製品の溶接のために、少なくとも１つの接合されるべき部品の少なくとも接合面の表面領域が、本発明にかかるプラスチック材料からなり、この接合面にレーザー光を照射し、従ってこのレーザー透過性部品は透射され、そしてこのレーザー光はこのプラスチック材料のレーザー吸収性部品に達し、これによりこれらがその界面で激しく加熱され、その結果この両方の部品が互いに溶接されることが必要である。物質の決定的な結合を得るために、所定の接触圧が必要である。

実施例１：
有色透明性、有色半透明性又は不透明に着色されたレーザー感受性プラスチック成形体の製造
レーザー感受性のナノスケール顔料を含有する有色透明性、有色半透明性又は不透明な有色プラスチック成形材料を、押出成形機内で溶融させ、そして射出成形機内でプラスチック成形体に薄片形で射出成形するか又は板、フィルム又は管に押出成形する。

このレーザー感受性顔料をプラスチック成形材料中に激しい剪断下で混和し、場合により凝集した粒子を分解してナノスケールの一次粒子を得る。

レーザー吸収性（^a）成形材料の製造：
実施形態Ａ ^a
プラスチック成形材料としてＴｒｏｇａｍｉｄ^(R)ＣＸ７３２３（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ社、高性能ポリマー部門（マール）の市販製品）を使用し、そしてそれをレーザー感受性顔料としての濃度０．０１質量％のナノスケールの酸化インジウムスズＮａｎｏ^(R)ＩＴＯ ＩＴ−０５ Ｃ５０００（Ｆｉｒｍａ Ｎａｎｏｇａｔｅ社）及びレーザー透過性着色剤としての濃度０．０１質量％のＣ．Ｉ．ピグメントレッド１６６（Ｓｃａｒｌｅｔｔ ＲＮ、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｚｉａｌｉｔａｅｔｅｎｃｈｅｍｉｅ社）と、押出成形機Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ ＺＥ２５ ３３ Ｄ上で３００℃で配合し、そして造粒する。

実施形態Ｂ ^a
プラスチック成形材料としてＶｅｓｔａｍｉｄ Ｌ１９０１（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ社、高性能ポリマー部門（マール）の市販製品）を使用し、そしてそれをレーザー感受性顔料としての濃度０．０１質量％のナノスケールの酸化インジウムスズＮａｎｏ^(R)ＩＴＯ ＩＴ−０５ Ｃ５０００（Ｆｉｒｍａ Ｎａｎｏｇａｔｅ社）及びレーザー透過性着色剤としての濃度０．０１質量％のＣ．Ｉ．ピグメントレッド１６６（Ｓｃａｒｌｅｔｔ ＲＮ、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｚｉａｌｉｔａｅｔｅｎｃｈｅｍｉｅ社）と、押出成形機Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ ＺＥ２５ ３３ Ｄ上で２６０℃で配合し、そして造粒する。

実施形態Ｃ ^a
プラスチック成形材料としてＶｅｓｔａｍｉｄ Ｌ１９０１（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ社、高性能ポリマー部門（マール）の市販製品）を使用し、そしてそれをレーザー感受性顔料としての濃度０．０１質量％のナノスケールの酸化インジウムスズＮａｎｏ^(R)ＩＴＯ ＩＴ−０５ Ｃ５０００（Ｆｉｒｍａ Ｎａｎｏｇａｔｅ社）及びレーザー透過性着色剤としての濃度０．０１質量％のＣ．Ｉ．ピグメントグリーン７（Ｉｒｇａｌｉｔｅ Ｇｒｅｅｎ ＧＦＮＰ、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｚｉａｌｉｔａｅｔｅｎｃｈｅｍｉｅ社）と、押出成形機Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ ＺＥ２５ ３３ Ｄ上で２６０℃で配合し、そして造粒する。

実施形態Ｄ ^a
プラスチック成形体として、ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ^(R)７Ｎ（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ社、メタクリレート部門（ダルムシュタット）の市販製品）を使用する。レーザー感受性顔料としての濃度０．０１質量％のナノスケールの酸化インジウムスズＮａｎｏ^(R)ＩＴＯ ＩＴ−０５ Ｃ５０００（Ｆｉｒｍａ．Ｎａｎｏｇａｔｅ社）とレーザー透過性着色剤としての濃度０．０１質量％のＣ．Ｉ．ピグメントレッド１６６（Ｓｃａｒｌｅｔｔ ＲＮ、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｚｉａｌｉｔａｅｔｅｎｃｈｅｍｉｅ社）とを、押出成形機Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ ＺＥ ２５ ３３ Ｄ上で２５０℃で配合させ、そして造粒する。この押出成形の場合には、高分子成形材料の型ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ^(R)７Ｈを使用することも有利であり得る。

実施形態Ｅ ^a
プラスチック成形体として、ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ^(R)７Ｎ（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ社、メタクリレート部門（ダルムシュタット）の市販製品）を使用する。レーザー感受性顔料としての濃度０．０１質量％のナノスケールの酸化インジウムスズＮａｎｏ^(R)ＩＴＯ ＩＴ−０５ Ｃ５０００（Ｆｉｒｍａ．Ｎａｎｏｇａｔｅ社）とレーザー透過性着色剤としての濃度０．０１質量％のＣ．Ｉ．ピグメントブルー２９（ウルトラマリンブルー）とを、押出成形機Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ ＺＥ ２５ ３３ Ｄ上で２５０℃で配合させ、そして造粒する。この押出成形の場合には、高分子成形材料の型ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ^(R)７Ｈを使用することも有利であり得る。

実施形態Ｆ ^a
プラスチック成形体として、ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ^(R)７Ｎ（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ社、メタクリレート部門（ダルムシュタット）の市販製品）を使用する。レーザー感受性顔料としての濃度０．０１質量％のナノスケールの酸化インジウムスズＮａｎｏ^(R)ＩＴＯ ＩＴ−０５ Ｃ５０００（Ｆｉｒｍａ．Ｎａｎｏｇａｔｅ社）とレーザー透過性着色剤としての濃度０．０１質量％のＣ．Ｉ．ピグメントグリーン７（Ｉｒｇａｌｉｔｅ Ｇｒｅｅｎ ＧＦＮＰ、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｚｉａｌｉｔａｅｔｅｎｃｈｅｍｉｅ社）とを、押出成形機Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ ＺＥ ２５ ３３ Ｄ上で２５０℃で配合させ、そして造粒する。この押出成形の場合には、高分子成形材料の型ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ^(R)７Ｈを使用することも有利であり得る。

相応のレーザー透過性（^t）成形材料Ａ^t〜Ｆ^tの製造を上記の実施形態Ａ^a〜Ｆ^aにより実施するが、但しレーザー感受性顔料を添加しない。

実施例２：
有色透明性、有色半透明性又は不透明の着色されたレーザー感受性の注型ＰＭＭＡ半製品の製造
粘度１０００ｃＰのＰＭＭＡ／ＭＭＡ−プレポリマー溶液１０００部中に、レーザー感受性顔料としての濃度０．０１質量％のナノスケールの酸化インジウムスズＮａｎｏ^(R)ＩＴＯ ＩＴ−０５（Ｆｉｒｍａ．Ｎａｎｏｇａｔｅ社）を、分散助剤及び着色剤と一緒に分散させる。ＡＩＢＮ１部の添加後に、それを槽内に充填し、そして５０℃で水浴中で２．５時間にわたって重合させる。次いで加熱を１１５℃で乾燥棚で行うことによって、残留モノマーを反応させる。レーザー吸収性半製品が得られる。

レーザー透過性半製品の製造のために、このバッチをレーザー感受性顔料を用いずに製造する。

透明性半製品を製造するのが望ましいのであれば、表からの可溶性着色剤（名称「ソルベント」）使用することが好ましい。散乱が弱い超微粉砕された着色顔料、ウルトラマリンブルーを、ほぼ透明に調節するために使用することができる。散乱が強い顔料は、半透明性又は不透明性の変形例に好適である。着色剤の分類は、当業者に知られている。重合の例及び教示は、とりわけＤＥ４３１３９２４号に挙げられている。

変形例Ａ
レーザー透過性着色剤として、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１６６（Ｓｃａｒｌｅｔｔ ＲＮ、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｚｉａｌｉｔａｅｔｅｎｃｈｅｍｉｅ社）を濃度０．０１質量％で使用する。

変形例Ｂ
レーザー透過性着色剤として、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー２９（ウルトラマリンブルー、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｚｉａｌｉｔａｅｔｅｎｃｈｅｍｉｅ社）を濃度０．０１質量％で使用する。

変形例Ｃ
レーザー透過性着色剤として、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン７（Ｉｒｇａｌｉｔｅ Ｇｒｅｅｎ ＧＦＮＰ、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｚｉａｌｉｔａｅｔｅｎｃｈｅｍｉｅ社）を濃度０．０１質量％で使用する。

実施例３：
レーザー溶接の実施
（ＩＴＯ含有率０．０１質量％の注型ＰＭＭＡ）
ＩＴＯ含有率が０．０１質量％の、有色透明性、有色半透明性又は不透明に着色されたレーザー感受性プラスチック板（寸法６０ｍｍ＊６０ｍｍ＊２ｍｍ）を、有色透明性、有色半透明性又は光の可視範囲で不透明であるがレーザー透過性に着色された注型ＰＭＭＡ製の、溶接されるべき表面を有するドープされていない注型ＰＭＭＡ製の第２のプラスチック板と接触させる。これらの板を、ＳｔａｒｍａｒｋレーザーＳＭＭ６５（Ｆａ.Ｂａａｓｅｌ−Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ社製）の溶接支持体中に、ドープされていない板が上方に位置するように、すなわちレーザー光によって最初に透過されるように入れる。このレーザー光の焦点を、両方の板の接触面に調節する。このレーザーの制御装置において、パラメータの周波数（２２５０Ｈｚ）、ランプ電流（２２．０Ａ）及び送り速度（３０ｍｍｓ^-1）を調節する。溶接されるべき表面の大きさ（２２＊４ｍｍ²）を入力した後に、レーザーを開始する。この溶接工程の終盤には、この溶接されたプラスチック板を装置から取り出すことができる。

この接着性は、以下のように評価する：
０ 接着性を示さない。
１ わずかに接着性を示す。
２ いくらか接着性を示す；労力を要せず剥離できる。
３ 良好な接着性を示す；多大な労力を伴ってのみ、かつ場合により工具を用いて剥離できる。
４ 剥離不可能な接着性を示す；凝集破壊によってのみ剥離できる。

実施形態Ａ
成形材料Ａ^tを有する成形材料Ａ^a
成形材料Ａ^a製の標準射出成形プラスチック板（寸法６０ｍｍ＊６０ｍｍ＊２ｍｍ）を、成形材料Ａ^t製の第２の標準射出成形プラスチック板（寸法６０ｍｍ＊６０ｍｍ＊２ｍｍ）と接触させる。これらの板を、ＳｔａｒｍａｒｋレーザーＳＭＭ６５（Ｆａ.Ｂａａｓｅｌ−Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ社製）の溶接支持体中に、成形材料Ａ^t製の板が上方に位置するように、すなわちレーザー光によって最初に透過されるように入れる。このレーザーの制御装置において、パラメータの周波数（２２５０Ｈｚ）、ランプ電流（２２．０Ａ）及び送り速度（１０ｍｍｓ^-1）を調節する。溶接されるべき表面の大きさ（２２＊４ｍｍ²）を入力した後に、レーザーを開始する。この溶接工程の終盤には、この溶接されたプラスチック板を装置から取り出すことができる。

ハンドテストでは、評価４の接着度が達せられる。

変形例Ａ１：
着色剤として、ピグメントブルー２９（ウルトラマリンブルー）をこのプラスチック中で使用する。

ハンドテストでは、評価４の接着度が達せられる。

変形例Ａ２：
着色剤として、顔料ソルベントオレンジ６０をこのプラスチック中で使用する。

ハンドテストでは、評価４の接着度が達せられる。

実施形態Ｂ
成形材料Ｂ^tを有する成形材料Ｂ^a
成形材料Ｂ^a製の標準射出成形プラスチック板（寸法６０ｍｍ＊６０ｍｍ＊２ｍｍ）を、成形材料Ｂ^t製の第２の標準射出成形プラスチック板（寸法６０ｍｍ＊６０ｍｍ＊２ｍｍ）と接触させる。これらの板を、ＳｔａｒｍａｒｋレーザーＳＭＭ６５（Ｆａ.Ｂａａｓｅｌ−Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ社製）の溶接支持体中に、成形材料Ｂ^t製の板が上方に位置するように、すなわちレーザー光によって最初に透過されるように入れる。このレーザーの制御装置において、パラメータの周波数（２２５０Ｈｚ）、ランプ電流（２２．０Ａ）及び送り速度（１０ｍｍｓ^-1）を調節する。溶接されるべき表面の大きさ（２２＊４ｍｍ²）を入力した後に、レーザーを開始する。この溶接工程の終盤には、この溶接されたプラスチック板を装置から取り出すことができる。

ハンドテストでは、評価４の接着度が達せられる。

実施形態Ｃ
成形材料Ｃ^tを有する成形材料Ｃ^a
成形材料Ｃ^a製の標準射出成形プラスチック板（寸法６０ｍｍ＊６０ｍｍ＊２ｍｍ）を、成形材料Ｃ^t製の第２の標準射出成形プラスチック板（寸法６０ｍｍ＊６０ｍｍ＊２ｍｍ）と接触させる。これらの板を、ＳｔａｒｍａｒｋレーザーＳＭＭ６５（Ｆａ.Ｂａａｓｅｌ−Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ社製）の溶接支持体中に、成形材料Ｃ^t製の板が上方に位置するように、すなわちレーザー光によって最初に透過されるように入れる。このレーザーの制御装置において、パラメータの周波数（２２５０Ｈｚ）、ランプ電流（２２．０Ａ）及び送り速度（１０ｍｍｓ^-1）を調節する。溶接されるべき表面の大きさ（２２＊４ｍｍ²）を入力した後に、レーザーを開始する。この溶接工程の終盤には、この溶接されたプラスチック板を装置から取り出すことができる。

ハンドテストでは、評価４の接着度が達せられる。

実施形態Ｄ
成形材料Ｄ^tを有する成形材料Ｄ^a
成形材料Ｄ^a製の標準射出成形プラスチック板（寸法６０ｍｍ＊６０ｍｍ＊２ｍｍ）を、成形材料Ｄ^t製の第２の標準射出成形プラスチック板（寸法６０ｍｍ＊６０ｍｍ＊２ｍｍ）と接触させる。これらの板を、ＳｔａｒｍａｒｋレーザーＳＭＭ６５（Ｆａ.Ｂａａｓｅｌ−Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ社製）の溶接支持体中に、成形材料Ｄ^t製の板が上方に位置するように、すなわちレーザー光によって最初に透過されるように入れる。このレーザーの制御装置において、パラメータの周波数（２２５０Ｈｚ）、ランプ電流（２２．０Ａ）及び送り速度（１０ｍｍｓ^-1）を調節する。溶接されるべき表面の大きさ（２２＊４ｍｍ²）を入力した後に、レーザーを開始する。この溶接工程の終盤には、この溶接されたプラスチック板を装置から取り出すことができる。

ハンドテストでは、評価４の接着度が達せられる。

実施形態Ｅ
成形材料Ｅ^tを有する成形材料Ｅ^a
この溶接は、成形材料Ｄ^aと成形材料Ｄ^tとの溶接の同様に実施する。

ハンドテストでは、評価４の接着度が達せられる。

実施形態Ｆ
成形材料Ｄ^tを有する成形材料Ｄ^a
この溶接は、成形材料Ｄ^aと成形材料Ｄ^tとの溶接の同様に実施する。

ハンドテストでは、評価４の接着度が達せられる。

Claims (14)

1. 着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたレーザー溶接用のプラスチック材料であって、ナノスケールのレーザー感受性粒子を含有し、前記ナノスケールの粒子が、１〜５００ｎｍの粒度を有し、前記レーザー感受性粒子が、ドープ酸化インジウム、ドープ酸化スズ、ドープ酸化アンチモン、酸化インジウム亜鉛又は六ホウ化ランタンであり、かつプラスチックマトリックスが、ポリ（メタ）アクリレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、スチレンポリマー及びスチレンコポリマー、ポリカーボネート、シリコーン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、ポリエチレンオキシド、ポリウレタン、ポリオレフィン、シクロオレフィンコポリマー又はフッ素含有ポリマーを基礎とすることを特徴とするレーザー溶接用のプラスチック材料。
2. レーザー感受性粒子を、５〜１００ｎｍの粒度で含有することを特徴とする、請求項１に記載のプラスチック材料。
3. レーザー感受性粒子の含有率が、プラスチック材料に対して０．０００１〜０．１質量％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラスチック材料。
4. レーザー感受性粒子の含有率が、プラスチック材料に対して０．００１〜０．０１質量％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラスチック材料。
5. ナノスケールのレーザー感受性粒子として、酸化インジウムスズ又は酸化アンチモンスズを含有することを特徴とする、請求項１に記載のプラスチック材料。
6. ナノスケールのレーザー感受性粒子として、青色酸化インジウムスズを含有することを特徴とする、請求項５に記載のプラスチック材料。
7. ポリメチルメタクリレートを基礎とすることを特徴とする、請求項６に記載のプラスチック材料。
8. ビスフェノール−Ａ−ポリカーボネートを基礎とすることを特徴とする、請求項６に記載のプラスチック材料。
9. ポリアミドを基礎とすることを特徴とする、請求項６に記載のプラスチック材料。
10. 成形体、半製品又は塗料層として存在することを特徴とする、請求項１から９までの何れか１項に記載のプラスチック材料。
11. ナノスケールのレーザー感受性粒子を、着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたレーザー溶接用のプラスチック材料の製造に用いる使用方法において、前記ナノスケールの粒子が、１〜５００ｎｍの粒度を有し、前記レーザー感受性粒子が、ドープ酸化インジウム、ドープ酸化スズ、ドープ酸化アンチモン、酸化インジウム亜鉛又は六ホウ化ランタンであり、かつプラスチックマトリックスが、ポリ（メタ）アクリレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、スチレンポリマー及びスチレンコポリマー、ポリカーボネート、シリコーン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、ポリエチレンオキシド、ポリウレタン、ポリオレフィン、シクロオレフィンコポリマー又はフッ素含有ポリマーを基礎とすることを特徴とする使用方法。
12. 請求項１から１０までの何れか１項に記載の着色剤により透明、半透明又は不透明に着色されたレーザー溶接用のプラスチック材料を製造する方法において、ナノスケールのレーザー感受性粒子をプラスチックマトリックス中に又はモノマーを含有する液状注型配合物中に高剪断下で混和することを特徴とする方法。
13. ナノスケールのレーザー感受性粒子を、プラスチック材料との濃縮された予備混合物の形で、プラスチックマトリックス中に又はモノマーを含有する注型配合物中に混和することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 少なくとも１つの接合されるべき部品の少なくとも接合面の表面領域が請求項１から１０での何れか１項に記載のプラスチック材料からなる、プラスチック成形体又はプラスチック半製品を溶接する方法において、この接合面に、プラスチック材料中に含まれる粒子が感受性を示すレーザー光を照射する方法。