KR101121316B1 - 착색 레이저 마킹 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라스틱 표면에 대한 중합체-함유 명각 매질의 용접에 기초한, 플라스틱의 착색 레이저 마킹 및 레이저 명각에 관한 것이다.
Description
본 발명은 플라스틱 표면에 대한 중합체-함유 명각(inscription) 매질의 용접에 기초한, 플라스틱의 착색 레이저 마킹 및 레이저 명각에 관한 것이다.
다양한 파장의 레이저 비임(beam)의 도움으로, 재료 및 제품을 영구적으로 마킹하고 명각하는 것이 가능하다.
마킹 및 명각은 레이저 에너지의 작용을 통해, 1) 물질 자체 상에서(고유 반응으로) 또는 2) 외부로부터 명각될 물질로 전사되는 명각 매질 상에서 수행된다.
따라서, 마킹 방법 1)에서는, 플라스틱 착색에 따라, 예를 들어 금속은, 다양한 템퍼링 색상을 사용한 레이저 조사에 반응하고, 목재는, 조사된(irrated) 지점에서 검어지고(탄화), PVC와 같은 플라스틱은, 연하거나 진한 변색(발포, 탄화)을 나타낸다.
플라스틱에서, 이러한 효과는 종종 레이저-민감성 안료의 첨가에 의해 증가되거나 시작된다. 이것의 단점은, 일반적으로, 흑백 "색상" 또는 다양한 회색 및 표백 단계만 달성될 수 있다는 점과, 레이저-민감성 안료가 마스터배치에서 전체 플라스틱 물질에 첨가되어야 한다는 점에 있다.
마킹 방법 2)에서는, 적절한 에너지 및 파장의 레이저 비임(예를 들어, IR 레이저)이 명각 매질을 타격하는 경우 및 명각될 물질과 접촉하는 경우, 명각 매질이 명각될 물질로 전사되고, 그 위에 고정된다. 이러한 방식으로, 착색된 명각 또는 마킹; 및 흑백 명각 또는 마킹이 가능하다. 여기서 명각을 위해 실제로 필요한 레이저 안료의 양은, 예를 들어 마스터배치 첨가(명각 방법 1)보다 상당히 적다.
목적하는 색상에 따라 무기 및 유기 안료, 유기금속성 물질 또는 금속 분말이 첨가된 레이저 에너지 흡수체와 함께 유리 프릿 또는 유리 프릿 전구체를 포함하는 명각 매질은, 당분야의 숙련자들에게 통상적으로 공지되어 있다. 이러한 유형의 방법은, 예를 들어 WO 99/16625, US 6,238,847 및 WO 99/25562에 개시되어 있다.
상기 혼합물을, 예를 들어 분무, 브러싱, 분산, 정전기 하전 등에 의해 명각될 매질에, 또는 테이프 또는 필름과 같은 지지 기재에 직접 적용한 후, 필요한 레이저 에너지/밀도(cw 레이저(cw=연속파), 1 내지 30W 또는 100W/㎠ 내지 5 MW/㎠)로 조사 및 마킹을 수행한다. 이러한 방식으로, 유리, 세라믹, 금속, 돌, 플라스틱 및 복합체를 명각하는 것이 가능하다.
독일 특허 DE-A 10136479 A1 및 DE-A 19942316 A1에서는, 특히 플라스틱의 착색 레이저 마킹 및 명각에 있어서 레이저-민감성인 유리 안료 및 플라스틱 과립의 혼합물을 개시하고 있다.
그러나, 종래기술에 공지된 착색된 플라스틱 마킹의 공통적인 특징은, 레이저 명각 공정 후 플라스틱 표면 상에 과량의 고정되지 않은 착색제가 여전히 남아서, 나중에 번지거나 풍해되거나 박편화될 수도 있는, 번지고(smeared) 선명하지 않은 마킹/명각(분말 미량)을 종종 야기한다는 것이다.
상기 이유 때문에 시간소모적이고 비용낭비적인 후-세정 및 건조 단계가 필요하게 되며, 이는 최종 공정 단계로서 생성물 명각을 사용한 인-라인(in-line) 생산 공정에 있어서 특히 바람직하지 않거나 허용되지 않는다. 게다가, 상응하는 환경적 영향하에서 사용되는 경우, 착색 마킹 또는 명각이 퇴색된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 레이저광의 작용하에서 플라스틱의 레이저 마킹 및 명각이 절대적으로 염색 견뢰적이고, 영구적이며, 내마모성이 되게 하는 방법을 찾는 것이다.
놀랍게도, 중합체-함유 명각 매질이 레이저광의 작용하에서 플라스틱 표면에 용접되는 경우, 플라스틱은 착색된 채로 명각될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 명각될 플라스틱 그 자체는 레이저 광을 흡수하는 임의의 물질을 포함하지 않아야 한다. 기술적인 해법은 실제 착색 명각 매질로부터 한정된 방식으로 에너지 흡수체를 분리하는 것을 포함한다.
따라서, 본 발명은, 한 층이 다른 층의 상부에 배치되고 지지체 필름에 의해 분리된 두 개의 층으로 이루어진 층 시스템으로 구성되되, 제 1 층은, 에너지 흡수체를 내재적으로 또는 층으로서 포함하는 플라스틱으로 이루어지고, 지지체 필름에 적용되는 제 2 층은 명각 매질로서 작용하고 착색제 및 중합체 성분을 포함하며, 상기 중합체 성분은 명각/마킹 동안 레이저 광의 작용하에서 상기 플라스틱 표면에 용접되는 것을 특징으로 하는, 플라스틱의 영구적이고 내마모적으로 착색 명각 또는 마킹하는 방법에 관한 것이다.
용어 "착색 레이저 마킹 및 명각"은 모든 유채색과 검정색, 흰색 및 모든 회색 색조를 비롯한 무채색(non-color)을 사용한 플라스틱의 마킹 및 명각을 의미한다.
본 발명에 따른 방법에서는,
- 착색제의 임의의 번짐 및/또는 나중 번짐/풍해/박편화를 예방하고,
- 실제 마킹 및 명각 공정 후의 바람직하지 않은 세정 단계가 생략되고,
- 이후 사용하는 동안 마킹 및 명각의 염색 견뢰성이 보장되고,
- 모든 유기 및 무기 착색제의 사용이 가능하다.
종래 기술에 비하여, 본 발명에서 레이저 에너지는 착색제의 승화 또는 유리 안료의 용융에 사용되지 않고, 그 대신 플라스틱 표면에 대한 명각 매질중의 중합체 성분의 용접에 사용된다. 염색 견뢰적 마킹 및 명각은, 중합체-함유 명각 매질을 균질하게 가온시킴과 동시에 국부적인 열적 과열을 피함으로써 달성된다.
본 발명에 따른 방법에서, 명각 매질중의 중합체 성분은 레이저 에너지에 의해 연화되고 용융된다. 중합체 성분은 명각 매질의 착색제와 함께 용해되고, 그 후 플라스틱 표면에 견고하게 용접된다.
구체적으로, 본원에서는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 층 시스템이 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 도 1은 레이저 광에 투명하고 안정적이며 내층으로서 레이저-민감성 에너지-흡수체층(2)을 가진 지지체층(1' 및 1")으로 구성된 플라스틱층을 도시한다. 층들(1', 1" 및 2)은 하나의 단위체로서 서로 결합된다. 중합체-함유 명각 매질(3)은 층으로서, 예를 들어 (지지체의 존재 또는 부재하에서) 페이스트의 형태로 상기 지지체층 시스템에 적용된다. 지지체층(1") 및 층(3)은, 예를 들어 용접, 접착 결합, 적층 등에 의해 서로 강력하게 결합된다.
도 2는, 지지체층(1')이 없는 추가적인 변형물로서 도 1의 층 구조체를 도시한다.
도 3은, 도 1 및 도 2와 대조적으로, 명각 매질이 두 개의 층(3', 3")으로 구성될 수도 있다는 것을 도시하는데, 이 때 중합체 성분을 여분의 층(3')으로서 층(1")에 적용하고, 착색제층(3")을 층(3')에 적용한다.
도 4는 에너지 흡수체로 이미 도핑되고 중합체-함유 명각 매질(3)로 코팅된 지지체층(4)을 가진 압축된 층 구조체를 도시한다.
명각 매질을 가진 층(3)을 명각될 플라스틱 상에 배치하고, 필요한 접촉 압력 또는 적절한 접착제를 사용하여, 마킹될 면적에 밀접하게 접촉시킨다(영구적이거나, 압력/열-활성화 가능함). 이어서, 적절한 레이저를 사용하여, 바람직하게는 비임 편향 또는 마스크 방법에 의해 명각 또는 마킹을 수행한다.
지지체층(1', 1")에 적합한 물질은, 언급한 파장 범위에서 레이저 광에 이상적으로 투명하고/하거나 반투명하고 레이저 광과의 상호작용에 의해 손상되거나 파괴되지 않는 모든 플라스틱이다. 지지체층 시스템(1)이 두 개 이상의 층(1', 1")으로 구성되는 경우, 이들 층은 동일하거나 상이할 수 있다.
적합한 플라스틱은 바람직하게는 열가소성이다. 특히, 플라스틱은 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아세탈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아마이드, 폴리에스터-에스터, 폴리에터-에스터, 폴리페닐렌 에터, 폴리아세탈, 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리바이닐아세탈, 폴리바이닐 클로라이드, 폴리스타이렌, 아크릴로나이트릴-뷰타디엔-스타이렌(ABS), 아크릴로나이트릴-스타이렌-아크릴레이트(ASA), 폴리에터설폰 및 폴리에터-케톤, 및 이들의 공중합체 및/또는 혼합물로 이루어진다.
상기 언급한 플라스틱중에서, 폴리에스터, 폴리카보네이트 및 폴리이미드가 특히 바람직하다. 3차원 플라스틱 부품 또는 표면의 명각 및 마킹에 특히 적합한 것은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스터 및 폴리아마이드로부터 제조된 비연신 비결정질 플라스틱 지지체 필름이다.
플라스틱 지지체는 바람직하게는 필름, 스트립(strip) 또는 시이트(sheet)의 형태로 사용되고, 바람직하게는 2 내지 100㎛의 층두께를 갖는다. 지지체층 시스템(1)의 최대 층두께는 이것이 하나의 지지체층 또는 복수의 지지체층(1', 1" 등)으로 구성되는지 여부와 상관없이 250㎛이다.
지지체층 시스템은 0.01 내지 20중량%, 바람직하게는 0.05 내지 15중량%, 특히 0.1 내지 10중량%의 양으로 에너지 흡수체를 포함한다.
본원에서 에너지 흡수체는 도 4에서 도시된 바와 같이 지지체층중에 균일하게 분포되거나, 층으로서 지지체층(1")에 적용되거나(도 2), 또는 두 개 이상의 플라스틱 지지체층(1', 1") 사이에 포함된다(도 1). 후자의 경우, 에너지 흡수체는 결합제 및/또는 접착제내로 교반되고, 예를 들어 브러싱, 분무, 인쇄, 롤링(rolling), 나이프(knife) 코팅에 의해 플라스틱 지지체층(1')에 적용되고, 후속적으로 적층 또는 고온 적층에 의해 제 2 플라스틱 지지체층이 적용된다.
흡수체층이 층(1")상에 또는 두 개의 층(1', 1") 사이에 위치하는 경우, 그의 두께는 50nm 내지 100㎛, 바람직하게는 100nm 내지 50㎛, 특히 150nm 내지 10㎛이다.
에너지 흡수체층을 위해 적합한 결합제 또는 접착제는, 예를 들어 셀룰로즈 나이트레이트, 셀룰로즈 아세테이트, 가수분해/아세틸화된 폴리바이닐 알코올, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리바이닐뷰티랄, 폴리아크릴레이트, 및 또한 에틸렌/에틸렌 아크릴레이트의 공중합체, 에폭시 수지, 폴리에스터, 폴리아이소뷰틸렌, 폴리아마이드 또는 이들의 혼합물이다. 결합제 또는 접착제는 플라스틱 지지체층 시스템(1)에 에너지 흡수체를 균질하게 적용할 수 있도록 한다.
사용될 수 있는 에너지 흡수체는, 상기에 언급된 파장 범위에서 적절한 정도로 레이저 광 에너지를 흡수하고 이를 열 에너지로 전환시키는 모든 물질이다.
마킹에 적합한 에너지 흡수체는, 바람직하게는 탄소, 산화금속, 예를 들어 Sn(Sb)O2, TiO2, 카본 블랙, 안트라센, IR-흡수성 착색체, 예를 들어 페릴렌/릴렌, 펜타에리트리톨, 수산화구리 포스페이트, 몰리브덴 다이설파이드, 산화안티몬(III), 및 비스무트 옥시클로라이드, 플레이크형, 특히, 예를 들어 필로실리케이트(예를 들어, 합성 또는 천연 운모, 활석, 카올린, 유리 플레이크, SiO2 플레이크 또는 합성 지지체가 없는 플레이크)를 포함하는 투명한 또는 반투명한 기판을 기초로 한다. 또한, 플레이크형 산화금속, 예를 들어 플레이크형 산화철, 산화알루미늄, 이산화티탄, 이산화규소, LCP(액정 중합체), 홀로그램 안료, 전도성 안료 또는 코팅된 흑연 플레이크도 적합하다.
또한, 사용될 수 있는 플레이크형 안료는, 코팅되지 않거나 하나 이상의 산화금속층으로 덮힐 수 있는 금속 분말이고, 예를 들어 Al, Cu, Cr, Fe, Au, Ag 및 강철 플레이크가 바람직하다. 부식되기 쉬운 금속 플레이크, 예를 들어 Al, Fe 또는 강철 플레이크가 코팅되지 않은 형태로 사용되는 경우, 상기 플레이크를 보호성 중합체층으로 코팅시키는 것이 바람직하다.
플레이크형 기판 이외에, 예를 들어 Al, Cu, Cr, Fe, Au, Ag 및/또는 Fe를 포함하는 구형 안료를 사용하는 것도 가능하다.
특히 바람직한 기판은 하나 이상의 산화금속으로 코팅된 운모 플레이크이다. 본원에서 사용되는 산화금속은, 무색의 고굴절률 산화금속, 예를 들어 특히 이산화티타늄, 산화안티몬(III), 산화아연, 산화주석 및/또는 이산화지르코늄, 및 착색된 산화금속, 예를 들어 산화크롬, 산화니켈, 산화구리, 산화코발트 및 특히 산화철(Fe2O3, Fe3O4)이다. 사용되는 에너지 흡수체는 특히 바람직하게는 산화안티몬(III) 단독 또는 산화주석과의 조합물이다.
상기 기판은 공지되어 있고, 대부분의 경우, 예를 들어 메르크 카게아아(Merck KGaA)에서 아이리오딘(등록상표, Iriodin) 레이저플레어(Lazerflair)라는 상품명으로 시판중이고/이거나, 당분야의 숙련자들에게 공지된 표준 방법으로 제조될 수 있다. 투명 또는 반투명 플레이크형 기판에 기초한 안료는 예를 들어, 독일 특허 및 특허 출원 14 67 468, 19 59 998, 20 09 566, 22 14 454, 22 15 191, 22 44 298, 23 13 331, 25 22 572, 31 37 808, 31 37 809, 31 51 343, 31 51 354, 31 51 355, 32 11 602, 32 35 017, 38 42 330 및 44 41 223에 개시되어 있다.
코팅된 SiO2 플레이크는, 예를 들어 WO 93/08237(습식 화학 코팅) 및 DE-A 196 14 637(CVD 방법)에 개시되어 있다.
필로실리케이트에 기초한 다층 안료는, 예를 들어 DE-A 196 18 569, DE-A 196 38 708, DE-A 197 07 806 및 DE-A 198 03 550에 개시되어 있다. 하기의 구조를 갖는 다층 안료가 특히 적합하다:
운모 + TiO2 + SiO2 + TiO2
운모 + TiO2 + SiO2 + TiO2/Fe2O3
운모 + TiO2 + SiO2 + (Sn, Sb)O2
SiO2 플레이크 + TiO2 + SiO2 + TiO2
특히 바람직한 레이저 광-흡수체 물질은 안트라센, 페릴렌/릴렌, 예를 들어 터(ter)- 및 쿼터릴렌테트라카복시다이이미드, 펜타에리트리톨, 수산화구리 포스페이트, 몰리브덴 다이설파이드, 산화안티몬(III), 비스무트 옥시클로라이드, 탄소, 안티몬, Sn(Sb)O2, TiO2, 실리케이트, SiO2 플레이크, 산화금속 코팅된 운모 및/또는 SiO2 플레이크, 전도성 안료, 설파이드, 포스페이트, BiOCl, 또는 이들의 혼합물이다.
또한, 에너지 흡수체는 두 개 이상의 성분의 혼합물일 수 있다.
명각 매질은 지지체와 함께 페이스트로서 또는 층으로서 지지체 시스템에 적용될 수 있다(도 1 또는 도 4). 명각 매질은 결합제, 착색제, 중합체 성분 및 선택적인 첨가제로 필수적으로 구성된다.
유기 및 무기 착색제는 둘 다 명각에 적합하다. 적합한 착색제는, 레이저 조사 동안 분해되지 않고 광안정적인 것으로 당분야의 숙련자들에게 공지된 모든 착색제이다. 또한 착색제는 2종 이상의 물질의 혼합물일 수 있다. 명각 매질중의 착색제 비율은 중합체 성분 분획을 기준으로 바람직하게는 0.1 내지 30중량%, 특히 0.2 내지 20중량%, 매우 특히 바람직하게는 0.5 내지 10중량%이다.
적합한 착색제는 당분야의 숙련자들에게 공지된 모든 유기 및 무기 염료 및 안료이다. 아조 안료 및 염료, 예를 들어 모노- 및 다이아조 안료 및 염료, 폴리사이클릭 안료 및 염료, 예를 들어 페리논, 페릴렌, 안트라퀴논, 플라반트론, 아이소인돌린온, 피란트론, 안트라피리미딘, 퀴나크리돈, 티오인디고, 다이옥사진, 인단트론온, 다이케토피롤로피롤, 퀴노트랄론, 금속-착화 안료 및 염료, 예를 들어 프탈로사이아닌, 아조, 아조메틴, 다이옥심 및 아이소인돌린온 착체, 금속 안료, 산화물 및 산화물 수산화물 안료, 산화물 혼합상 안료, 금속염 안료, 예를 들어 크로메이트 및 크로메이트-몰리브데이트 혼합상 안료, 카보네이트 안료, 설파이드 및 설파이드-셀레늄 안료, 착염 안료 및 실리케이트 안료가 특히 적합하다.
상기 착색체중에서, 구리 프탈로사이아닌, 다이옥사진, 안트라퀴논, 모노아조- 및 다이아조 안료, 다이케토피롤로피롤, 폴리사이클릭 안료, 안트라피리미딘, 퀴나크리돈, 퀴노프탈론, 페리논, 페릴렌, 아크리딘, 아조 염료, 프탈로사이아닌, 잔텐, 페나진, 착색된 산화물 및 산화물 수산화물 안료, 산화물 혼합상 안료, 설파이드 및 설파이드-셀레늄 안료, 카보네이트 안료, 크로메이트 및 크로메이트-몰리브데이트 혼합상 안료, 착염 안료 및 실리케이트 안료가 특히 바람직하다.
명각 매질중의 중합체 성분은 매질의 필수적인 구성요소이고, 예를 들어 저온 용융 중합체, 예를 들어 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리스타이렌, 폴리이미드, 폴리아마이드, 폴리아세탈 및 상기 중합체들의 공중합체, 및 바이닐 클로라이드, 다이카복실레이트 및 바이닐 아세테이트 또는 하이드록실/메틸 아크릴레이트의 삼원 공중합체, 또는 이들의 혼합물로 구성될 수 있다. 중합체 성분은 명각 매질중에 용해될 수 있고/있거나 미세 분말로서 용해되지 않은 형태로 존재할 수 있다. 입자 크기는 바람직하게는 10nm 내지 100㎛, 특히 100nm 내지 50㎛, 매우 특히 바람직하게는 500nm 내지 15㎛이다.
또한, 입자 크기 및 화학 조성이 다를 수 있는 상이한 중합체 성분 또는 입자의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한 선택적으로, 명각 매질 중의(본원에서는 중합체 매트릭스 중의) 명각 또는 마킹의 정밀한 분리(dissolution)를 보장하기 위해, 미분된 무기 분말, 예를 들어 고분산 규산(silicic acid) 또는 산화티타늄을 첨가할 수 있다.
명각 매질은 중합체 성분, 착색제 및 결합제의 총 중량을 기준으로 중합체 성분을 바람직하게는 20 내지 90중량%, 특히 40 내지 60중량%, 매우 특히 바람직하게는 40 내지 90중량% 포함한다.
중합체 성분/착색제 비율은 바람직하게는 80:1 내지 1:1, 특히 50:1 내지 2:1, 매우 특히 바람직하게는 20:1 내지 5:1이다.
중합체 성분/에너지 흡수체 비율은 바람직하게는 70:1 내지 1:1, 특히 40:1 내지 2:1, 매우 특히 바람직하게는 20:1 내지 3:1이다.
추가 성분으로서, 명각 매질은 결합제를 포함한다. 결합제는 지지체층(1) 또는 지지체, 예를 들어 유리 및 플라스틱에 명각층(3)을 균질하게 적용할 수 있게 한다.
당분야의 숙련자들에게 공지된 모든 결합제가 적합하고, 특히 셀룰로즈, 셀룰로즈 유도체, 예를 들어 셀룰로즈 나이트레이트, 셀룰로즈 아세테이트, 가수분해/아세탈화된 폴리바이닐 알코올, 폴리바이닐-피롤리돈, 폴리아크릴레이트, 및 또한 에틸렌/에틸렌 아크릴레이트의 공중합체, 폴리바이닐뷰티랄, 에폭시 수지, 폴리에스터, 폴리아이소뷰티렌 및 폴리아마이드가 적합하다.
플라스틱의 유형에 따라, 당분야의 숙련자들에게 공지된 모든 레이저가 명각/마킹에 사용될 수 있다. 레이저 파라미터는 구체적인 용도에 좌우되며, 당분야의 숙련자들이 쉽게 결정할 수 있다.
레이저를 사용한 명각은 시험 표본을 펄스된 레이저, 바람직하게는 CO2 또는 Nd:YAG 또는 Nd:YVO4 레이저의 광로(ray path)로 도입함으로써 수행될 수 있다. 또한, 예를 들어 마스크 방법을 통한 엑시머 레이저를 사용한 명각이 가능하다. 그러나, 사용된 레이저 광-흡수 물질의 고흡수 대역의 파장을 가진 다른 통상적인 레이저의 유형을 사용하여 목적하는 결과를 달성할 수도 있다. 수득되는 마킹은 조사 시간(또는 펄스된 레이저의 경우 펄스의 수) 및 레이저의 조사 전력(또는 펄스된 레이저의 경우 펄스 전력), 및 사용되는 플라스틱 시스템 또는 코팅 시스템에 의해 결정된다. 사용되는 레이저의 전력은 특정 용도에 죄우되며 각각의 개별적인 경우 당분야의 숙련자들에 의해 쉽게 결정될 수 있다.
사용되는 레이저는 일반적으로 157nm 내지 10.6㎛, 바람직하게는 532nm 내지 10.6㎛ 범위의 파장을 갖는다. 본원에서는, CO2 레이저(10.6㎛) 및 Nd:YAG 및 Nd:YVO4 레이저(각각 1064nm 및 532nm) 또는 펄스된 UV 레이저를 예로서 언급할 수 있다. 엑시머 레이저는 하기의 파장을 갖는다: F2 엑시머 레이저(157nm), ArF 엑시머 레이저(193nm), KrCl 엑시머 레이저(222nm), KrF 엑시머 레이저(248nm), XeCl 엑시머 레이저(308nm), XeF 엑시머 레이저(351nm), 355nm(주파수-3배) 또는 265nm(주파수-4배)의 파장을 갖는 주파수-다중화된 Nd:YAG 레이저. Nd:YAG 및 YVO4 레이저(각각 1064 및 532nm) 및 CO2 레이저의 사용이 특히 바람직하다.
펄스된 레이저의 사용 시, 펄스 주파수는 일반적으로 1 내지 100㎑ 범위이다. 본 발명에 따른 방법에서 사용될 수 있는 상응하는 레이저가 시판중이다.
1064nm 또는 808 내지 980nm의 다양한 레이저 파장을 갖는 YAG 레이저, YVO4 레이저 또는 CO2 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 라벨링은 cw 및 펄스된 작동 둘 다에서 가능하다. 명각 레이저의 가능한 전력 스펙트럼은 2 내지 300와트 범위이고, 펄스 주파수는 1 내지 200㎑ 범위이다.
본 발명에 따른 플라스틱 명각은, 지금까지 프린팅, 엠보싱 또는 조각 방법을 사용하여 플라스틱을 마킹하거나 명각했던 모든 경우; 또는 염색 견뢰성이 없고 영구적으로 명각/마킹되지 않거나, 명각/마킹이 전혀 없거나, 플라스틱 자체 내에 레이저-민감성 안료를 사용하여 명각/마킹되는 것이 가능한 모든 경우에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 라벨링 유형의 장점은 염색 견뢰성, 영구성 및 가요성/개별성이다. 즉, 상기 라벨링은 마스크, 플레이트 또는 스탬프 사양없이 수행된다.
임의의 유형 또는 형상의 플라스틱을, 예를 들어
- 포장 산업에서(배치 수, 유효일, 주의사항)
- 보안 분야에서(위조방지 코드화 및 라벨링)
- 자동차 및 항공 산업에서(케이블, 플러그, 스위치, 용기, 기능성 부품, 튜브, 뚜껑, 손잡이, 지레 등)
- 의약 분야에서(설비, 장치, 이식)
- 농업에서(동물 마킹)
- 전기 공학/전자 공학에서(케이블, 플러그, 스위치, 기능성 부품, 유형판, 속도판)
- 장식 분야에서(로고, 모든 유형의 설비를 위한 모델 디자인, 용기, 장난감, 연장, 개별적인 마킹)
마킹하거나 명각하는 것이 가능하다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해 색상으로 마킹되거나 명각된 플라스틱에 관한 것이다.
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않으면서 본 발명을 설명하기 위해 의도되었다.
실시예 1: 에너지 흡수체층(2)의 제조
에틸 아세테이트 18.5g
PVB(폴리바이닐뷰티랄, 파이올로폼(등록상표, Pioloform), 바커-케미(Wacker-Chemie)) 1.5g
Sn(Sb)O2(1.1㎛ 미만의 d50 값, 듀퐁(Du Pont)) 3 내지 5g
폴리바이닐뷰티랄을 초기에 도입된 용매 에틸 아세테이트에 용해시키고 잘 교반한다. 이어서, 에너지 흡수체 Sn(Sb)O2를 교반하고, 균질한 페이스트를 제조한다. 에너지 흡수체의 양은 착색제의 에너지 흡수에 좌우되고, 이에 대해 설정되어야 한다.
상기 페이스트를 30㎛ 핸드 코팅기를 사용하여 5 내지 250㎛, 바람직하게 23㎛의 두께를 가진 폴리에스터 필름에 적용하고 건조한다.
고온 적층은, 예를 들어 약 140℃에서 PE(폴리에틸렌)-코팅된 폴리프로필렌 필름(퓨츠(Putz)에서 입수한 발로텐(등록상표, Waloten) 필름)을 사용하여 수행될 수 있다.
실시예 2: 에너지 흡수체층(2)의 제조
에틸 아세테이트 18.5g
PVB(폴리바이닐뷰티랄, 파이올로폼, 바커-케미) 1.5g
가스 블랙(17nm 미만의 d50 값, 데구사(Degussa)로부터 스페셜 블랙 6) 2g
실시예 1과 같이 공정을 수행한다. 사용된 흡수체는 가스 블랙이었다.
상기 페이스트를 90㎛ 핸드 코팅기를 사용하여 5 내지 250㎛의 두께를 가진 폴리에스터 필름에 적용시키고 건조한다. 추가적인 폴리에스터 필름 또는 폴리프로필렌 필름을 고온 적층에 의해 흡수체층에 적용할 수 있다(제조예 1에 기재된 바와 같음).
실시예 3: 에너지 흡수체층(2)의 제조
마스터블렌드 50(SICPA-AARBERG AG) 20g
아이리오딘 레이저플레어 825(입자 크기 20㎛ 미만, 메르크 카게아아) 1g
에틸 아세테이트/에탄올(1:1) 10g
온화한 조건하에서 흡수체 아이리오딘 레이저플레어 825를 마스터블렌드 50에 혼입하고, 5 내지 250㎛, 바람직하게 23㎛의 두께를 가진 폴리에스터 필름 상에 그래비어 인쇄에 의해 프린팅한다. 목적하는 점성을 용매 혼합물 에틸 아세테이트 /에탄올을 사용하여 설정할 수 있다. 적용 속도는 0.5 내지 1g/㎠이다.
실시예 4: 에너지 흡수체를 가진 지지체층의 제조
폴리에스터 마스터배치(10kg)에 1㎛ 미만의 입자 크기를 가진 Sn(Sb)O2(듀퐁) 300g을 첨가함으로써 폴리에스터를 이미 함유한 에너지 흡수체로부터 지지체층을 제조한다. 이어서, 5 내지 200㎛의 층 두께를 가진 필름을 제조한다. 마무리된 필름은 층 두께에 따라 에너지 흡수체 0.05 내지 10중량%를 함유한다.
실시예 5: 중합체-함유 명각 매질(3)의 제조
에틸 아세테이트 20g
나이트로셀룰로즈 2g
폴리프로필렌 분말(50㎛ 미만의 d50, 예를 들어 듀퐁에서 입수한 코아틸렌(Coatylene) PB 0580) 6g
Cu 프탈로사이아닌 0.2g
나이트로셀룰로즈를 초기에 도입된 용매 에틸 아세테이트에 용해시키고 잘 교반한다. 이어서 폴리프로필렌 분말 및 착색제 구리 프탈로사이아닌을 교반하고 균질한 페이스트를 제조한다.
상기 페이스트를 90㎛ 핸드 코팅기를 사용하여 5 내지 250㎛의 두께를 가진 폴리에스터 필름에 적용시키고 건조한다.
실시예 6: 중합체-함유 명각 매질(3)의 제조
에틸 아세테이트 20g
나이트로셀룰로즈 2g
폴리프로필렌 분말(50㎛ 미만의 d50, 예를 들어 듀퐁에서 입수한 코아틸렌 PB 0580) 6g
산화티타늄 0.2g
상기 공정을 실시예 5와 유사하게 수행한다. 사용된 착색제는 산화티타늄이다.
상기 페이스트를 90㎛ 핸드 코팅기를 사용하여 5 내지 250㎛의 두께를 가진 폴리에스터 필름에 적용시키고 건조한다.
실시예 7: 중합체-함유 명각 매질(3)의 제조
뷰틸 아세테이트 40g
폴리프로필렌 분말(50㎛ 미만의 d50) 12g
나이트로셀룰로즈 4g
안료-등급 카본 블랙(FW 200, d50 13㎛, 데구사) 0.6g
상기 공정을 실시예 5와 유사하게 수행한다. 사용된 착색제는 안료-등급 카본 블랙이다.
상기 페이스트를 225㎛의 층 두께로 5 내지 250㎛의 두께를 가진 폴리에스터 필름에 적용시키고 건조한다.
실시예 8: 중합체-함유 명각 매질(3)의 제조
MEK(메틸 에틸 케톤) 40g
톨루엔 22g
PVC(Tg: 40 내지 89℃)
에틸렌-바이닐 아세테이트 삼원 공중합체 2.5g
착색제 20g
고분산된 규산 6g
상기 공정을 실시예 5와 유사하게 수행한다. 사용된 착색제는 예를 들어, 산화티타늄(크로노스(Kronos) 2220, 2222, 2063S, 2090, 2310, 크로노스 인터내셔널 인코포레이션(Kronos International, Inc.)) 또는 이르가진(Irgazin) DPP 레드(시바 가이기(Ciba Geigy)) 또는 샌도플래스트(Sandoplast) 블루(클라리안트(Clariant))이다.
실시예 9: 중합체-함유 명각 매질(3)의 제조
MEK(메틸 에틸 케톤) 30g
뷰틸 아세테이트 30g
사이클로헥산온 25g
PVC/PVA 공중합체(85/15) 10g
PVB(폴리바이닐뷰티랄) 5g
착색제 10g
상기 공정을 실시예 5와 유사하게 수행한다. 사용된 착색제는 예를 들어, 안료-등급 카본 블랙(데구사에서 입수한 FW-2, d50 13㎛)이다.
실시예 10: 다층 명각 밴드의 제조
지지체 필름-에너지 흡수체층(실시예 1 내지 4)을 지지체 필름-명각 매질(실시예 5 내지 9)과 함께 배치하고, 고온 적층기(에리히슨 모델 647)의 도움으로 함께 적층한다. 가열가능한 롤을 140 내지 175℃의 온도로 설정한다. 고온 적층 후, 두 개의 필름을 서로 강하게 결합한다. 실시예 1에서와 같이 PE-코팅된 폴리프로필렌 필름(퓨츠에서 시판중인 발로텐(등록상표) 필름)을 사용하는 경우, 적층은 약 140℃에서 수행될 수 있다.
실시예 11: 다층 명각 밴드의 제조
명각 매질(실시예 5 내지 9)을 225㎛의 층 두께로 지지체 필름-에너지 흡수체층(실시예 1 내지 4)에 적용하고, 건조하였다.
실시예 12: 다층 명각 밴드의 제조
도 2에서 도시된 바와 같이, 중합체-함유 명각 매질을 0.5 내지 1.5㎛의 층두께로 PET 필름의 명각면(두께: 5, 12, 15, 19, 23, 25, 36, 50㎛)에 적용하고, 에너지 흡수체층을 0.7 내지 1.5㎛의 층두께로 레이저면 상에 인쇄하였다.
실시예 13: 마킹 실험 및 결과
흡수체층 및 명각 매질을 가진 지지체층 시스템(도 1 내지 4)은 하기의 레이저 유형의 도움으로 플라스틱에 영구적인 마킹 및 명각을 하기 위해 사용된다:
a) Nd:YAG(cw 모드)
12와트 레이저 트럼프(Trumpf) 레이저
Nd:YAG(1064 및 532nm)
레이저 강도: 10 내지 90%, cw 모드
속도: 100 내지 1500mm/s
b) Nd:YVO4 레이저(cw 모드, 펄스됨)
16와트 레이저 로핀 사이너(Rofin Sinar)
Nd:YVO4 (1064nm)
레이저 강도: 20 내지 90%, cw 모드, 펄스됨
펄스 주파수: 10 내지 100㎑
속도: 400 내지 2000mm/s
c) Nd:YAG(펄스됨)
60와트 레이저 바셀(Baasel)
Nd:YAG(1064nm)
램프 전류 16A, 펄스된 모드
펄스 주파수: 20,000㎐
속도: 200mm/s
워블러 주파수: 16㎐
펄스 지속 시간: 0.05ms
cw 모드에서의 마킹에 비하여, 펄스된 모드에서 착색된 명각 및 마킹은 보다 큰 가장자리 선명도, 및 마킹된 지점에서의 보다 평활한 표면에 의해 구별된다.
Claims (12)
- 한 층이 다른 층의 상부에 배치되고 지지체 필름에 의해 분리된 두 개의 층으로 이루어진 층 시스템을 사용하되,제 1 층은, 에너지 흡수체를 내재적으로 또는 층으로서 포함하는 플라스틱으로 구성되고,상기 지지체 필름에 적용되는 제 2 층은 명각(inscription) 매질로서 작용하고 착색제 및 중합체 성분을 포함하며,상기 중합체 성분은 명각 또는 마킹 동안 레이저 광의 작용하에서 상기 플라스틱 표면에 용접되는 것을 특징으로 하는,플라스틱을 영구적이고 내마모적으로 착색 명각 또는 마킹하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,제 1 층이 하나 이상의 지지체층으로 구성되고, 에너지 흡수체가 상기 지지체층 상에 또는 상기 지지체층들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,에너지 흡수체가 탄소, 산화금속, 실리케이트, SiO2 플레이크, 산화금속-코팅된 운모, 산화금속-코팅된 SiO2 플레이크, 전도성 안료, 설파이드, 포스페이트, BiOCl, 안트라센, 페릴렌, 릴렌, 펜타에리트리톨, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,플라스틱 층이 에너지 흡수체 0.01 내지 20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,플라스틱 층이 결합제, 착색제, 중합체 성분 및 선택적인 첨가제로 필수적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서,결합제가 셀룰로즈, 셀룰로즈 유도체, 폴리바이닐 알코올, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 에폭시 수지, 폴리에스터, 폴리에터, 폴리아이소뷰틸렌, 폴리아마이드, 폴리바이닐뷰티랄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,명각 매질이, 용해된 형태, 미립자 형태, 또는 이들 들 다의 형태의 중합체 성분을 30 내지 90중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서,미립자 형태의 중합체 성분이 10nm 내지 100㎛의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,중합체 성분이, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리스타이렌, 폴리이미드, 폴리아마이드, 폴리아세탈; 전술된 중합체들의 공중합체; 바이닐 클로라이드, 다이카복실레이트, 및 바이닐 아세테이트, 하이드록실 아크릴레이트 또는 메틸 아크릴레이트의 삼원 공중합체; 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,명각 매질이 유기 착색제, 무기 착색제, 또는 이들 두 착색제 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,명각 매질이 중합체 성분 분획을 기준으로 착색제를 0.1 내지 30중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
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