KR101130481B1

KR101130481B1 - 백색 레이저 마킹용 수지 조성물

Info

Publication number: KR101130481B1
Application number: KR1020090071751A
Authority: KR
Inventors: 현재용; 이도훈
Original assignee: 삼성토탈 주식회사
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2012-03-27
Also published as: JP5156709B2; TW201105734A; JP2011032452A; CN101987922B; KR20110014010A; CN101987922A; TWI405809B

Abstract

본 발명은 레이저의 조사에 의한 백색 마킹시 선명도와 백색도가 우수한 백색 레이저 마킹(white-laser-marking)용 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 또는 이들의 혼합수지와 흑색안료 및 알칼리 금속 화합물을 포함하여 이루어지는 백색 레이저 마킹용 수지조성물에 관한 것이다. 본 발명의 수지조성물로 성형된 성형품 표면에 레이저광을 조사하여 문자, 기호, 그림, 사진 등의 마킹을 할 경우, 백색의 선명한 콘트라스트를 갖는 백색마킹을 얻을 수 있다.

레이저마킹, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 흑색안료, 백색문자, 알칼리 금속, 키보드

Description

백색 레이저 마킹용 수지 조성물　{Resin Composition for a White Laser Marking}

본 발명은 레이저의 조사에 의한 백색 마킹시 선명도와 백색도가 우수한 백색 레이저 마킹(white-laser-marking)용 수지 조성물에 관한 것이다.　

플라스틱 성형품에 패턴, 글자, 숫자, 그림 등을 마킹하는 종래 기술에는 패드프린팅(pad printing), 함침프린팅(impregnation printing), 레이저 마킹 등의 방법이 있으나, 최근 들어 환경적, 에너지적, 내구성, 경제성 및 디자인적인 점에서 우수한 레이저 마킹 방법이 전기전자제품, 특히 키보드의 키 인자(印字), 자동차 내장재 등에 많이 이용되고 있다. 단순히 카본블랙을 첨가한 수지조성물로 성형된 성형품의 흑색바탕에 레이저 마킹에 의해 백색마킹을 하는 경우는, 레이저에 의한 백색도나 외관이 열세하여 용도가 극히 한정되고, 기존에 알려진 실리콘계 물질 이나 금속류, 티타늄산화물, 운모 등을 배합한 수지조성물로 성형된 성형품의 마킹시에는 백색도가 충분하지 않을 뿐만 아니라 마킹이 균일하지 않아 여러 용도에 적용하는데 제한을 가지고 있었다. 　

본 발명의 목적은 레이저 조사에 의해 플라스틱 성형품 표면에 백색도가 우수한 백색 마킹이 가능하고, 여러 가지 레이저 장비 형태에서도 선명하게 백색 마킹을 할 수 있는 수지 조성물을 제공하는 것이다.

　본 발명의 백색 레이저 마킹용 수지조성물은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지　또는 이들의 혼합 수지 100중량부에 대하여 흑색안료를 0.01~5중량부, 및 알칼리 금속 화합물을 알칼리 금속 중량 기준으로 0.05~40중량부 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.　

본 발명의 수지조성물에 있어서, 상기 열가소성 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리카보네이트(PC), 변성 폴리페닐에테르(mPPE), 폴리스티렌, 하이 임팩트 폴리스티렌(HIPS), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리메타크릴산 메탈 수지(PMMA), 폴리아세탈, 폴리우레탄, 불포화 폴리에스테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리스틸렌, 아크릴계 수지, 각종 엘라스토머(천연고무, 합성고무, 열가소성 엘라스토머 포함) 등을 들 수 있고, 상기 열경화성 수지로는 요소수지, 페놀수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있고, 상기 수지들의 혼합수지 및 공중합체 수지도 사용할 수 있으며, 상기 언급된 수지들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 수지조성물에 있어서, 상기 흑색안료로는 카본블랙, 티타늄블랙, 퍼니스블랙, 아세틸렌블랙, 램프블랙, 아닐린블랙, 설퍼블랙 등의 흑색안료를 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 특히 탄소입자로 이루어진 안료, 예를 들어 카본블랙이 가장　바람직하다. 상기 흑색안료의 바람직한 평균입경은 10~100nm이며, 더욱 바람직하게는 30~70nm이다. 상기 흑색안료의 평균 입경이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 레이저 마킹시 백색도가 뒤떨어지므로 바람직하지 않다. 상기 흑색안료의 함량은 0.01~5중량부가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.01~2중량부이다. 흑색안료의 함량이 5중량부를 초과하면,　레이저 조사시 차폐효과로 인해 표면으로부터 깊게 조사되지 못해 백색도가 떨어지며, 0.01중량부 미만이면, 콘트라스트가 약해져 선명도가 뒤떨어질 수 있으므로 바람직하지 않다.

본 발명의 수지조성물에 있어서, 상기 알칼리 금속 화합물은 백색도 발현에 촉매작용을 하는 것으로, 상기 알칼리 금속 화합물은 레이저 조사시 흑색안료의 분해를 획기적으로 촉진시켜 증발을 유발하며, 동시에 흑색안료가 흡수한 에너지를 효과적으로 열로 발산시켜 수지의 용융 및 발포특성을 향상시킴으로써 백색도와 선명도를 향상시킨다.

상기 알칼리 금속 화합물의 금속 성분으로는, 나트륨과 칼륨을 들 수 있고, 상기 알칼리 금속 화합물의 바람직한 구체예로는, 수산화칼륨, 염화칼륨, 탄산칼륨, 인산칼륨, 요오드칼륨, 질산칼륨, 아세트산칼륨, 망간산칼륨, 칼륨 실리케이트, 염화나트륨, 수산화나트륨, 질산나트륨, 탄산나트륨, 아세트산나트륨, 황화나트륨, 규산나트륨, 톨루엔술폰산나트륨 등을 단독 또는 2종이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속 화합물의 함량은 알칼리 금속 중량 기준으로 0.05~40중량부이고, 바람직하게는 0.1~20중량부이다. 상기 알칼리 금속 화합물의 함량이 알칼리 금속 중량 기준으로 0.05중량부 미만이면, 마킹성이 떨어져 백색도가 저하되어 바람직하지 않고, 40중량부를 초과하면, 마킹성은 높아지지만 탄화되어 백색도가 저하되어 바람직하지 않다.

본 발명의 수지 조성물에는 재료의 물성을 향상시키기 위한 통상의 여러가지 첨가제들, 예를 들어 수지 안정제, 핵제, 가소제, 난연제, 슬립제, 항균제, 필러(실리카, 탈크, 유리섬유, 운모, 규석회, 탄산칼슘, 황화바륨 등) 등이 단독 또는 혼합하여 포함될 수 있다. 이러한 첨가제들의 첨가에 의해 레이저 마킹 후 내구성, 내마모성 등의 특성을 향상시킬 수 있다.　

본 발명의 수지 조성물은 여러 가지 믹서 예를 들어, 헨셀믹서, 밤버리 믹서, 니더, 압출기, 볼믹서, 연속패럴믹서, 막자사발 등을 이용하여 각 성분들을 혼련한 후 압출하는 방법으로 제조할 수 있다. 상기 혼련 방법은 흑색안료와 알칼리금속 화합물의 분산성을 증대시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한이 없고, 예를 들어 수지와 흑색안료에 알칼리 금속 화합물을 첨가하는 방법, 흑색안료와 알칼리 금속 화합물을 함께 충분히 글라인딩한 후 수지와 혼련하는 방법, 또는 여러 가지 용매를 사용하여 알칼리 금속 화합물과 흑색안료의 혼련성을 증대시키는 방법 등 여러 가지 혼련방법이 이용될 수 있다.

본 발명의 수지 조성물의 제조시에, 흑색안료와 상기 알칼리 금속 화합물의 분산을 향상시키기 위해, 혼련과정에서 분산제를 첨가하는 것이 바람직한데, 상기 분산제의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 지방산계 화합물이 바람직하게 이용될 수 있다. 상기 지방산계 화합물로는 탄소수 2~32의 포화 또는 불포화 지방산 또는 그의 유도체(염, 에스테르, 아미드 등)를 들 수 있고, 바람직하게는 라우린산, 미리스틴산, 팔미틴산, 스테아린산, 올레인산, 리놀산, 리놀렌산 등의 고급지방산과 라우린산아연, 스테아린산칼슘, 스테아린산아연, 올레인산나트륨 등의 고급지방산염, 에틸렌비스스테아릴아미드, 라우린산아미드 등의 고급지방산 아미드를 예시할 수 있다. 이와 같은 분산제를 첨가할 시에는, 레이저 마킹시 백색도 증가를 위해, 상기 수지 조성물 100중량부에 대해 0.002~10중량부, 특히 0.01~5중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수지 조성물을 이용하여 성형물을 제조하는 경우, 성형방법에는 특별히 제한이 없고, 사출 성형이나 블로우 성형, 회전성형 등 공지의 성형 방법으로 성형할 수 있다.

본 발명의 수지조성물로 성형된 성형품의 마킹시에 사용되는 레이저 광선의 종류는 특별히 한정되지 않고, 가스레이저, 반도체 레이저, 엑시머 레이저 등이 모두 사용될 수 있고, 카본블랙이 흡수할 수 있는 파장대를 가진 Nd:YAG, Nd:YVO₄　레이저가 가장 바람직하게 이용될 수 있다. 상기 레이저는 램프 타입, 다이오드 타입, 파이버 타입 등이 모두 이용될 수 있고, 다이오드 타입과 파이버 타입의 레이저가 램프타입 대비 우수한 백색도가 발현되므로 더 바람직하다.

본 발명의 수지 조성물에 의하면, 백색 레이저 마킹시 성형체의 표면에 백색도 및 선명도가 우수한 백색 마킹이 가능한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체적으로 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

<실시예 및 비교예>

하기 표 1에 나타낸 조성대로 성분들을 배합하여, 수지 조성물을 제조하였다. 제조된 수지 조성물을 이축압출기를 이용해 210^oC 에서 압출한 후, 사출성형하여 100mm×100mm×2mm의 평평한 시트를 제조하였다. 시트 표면에 Nd/YAG 레이저(Falcon사)를 이용하여 레이저 마킹을 40mm×40mm 정사각형 형상으로 마킹을 한 후에, 칼라 측정기로 마킹된 부분의 백색도(WI)와 명도(L)를 측정하여, 5등급으로 판정하였다. 여기서 1등급은 마킹의 선명도와 백색도가 가장 우수한 경우, 5등급은 마킹의 선명도와 백색도가 가장 낮은 경우이다. 마킹등급 판정 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.

구분		성분	실시예								비교예
구분		성분	1	2	3	4	5	6	7	8	1
조성 (중량부)	수지	PP	100	100	100	100	100	100	100	100	100
	수지	프로필렌 에틸렌 엘라스토머	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	흑색 안료	카본블랙	0.1	0.1	0.07	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
	흑색 안료	티타늄블랙			0.03
	알칼리 금속 화합물	수산화칼륨	0.4		0.4	0.4			0.4	0.4
	칼륨 실리케이트		1
	수산화 나트륨					0.4
	아세트산 나트륨						2
	첨가제	탈크							5
		마이카								3
		스테아린산 아연				0.1
마킹등급			1	2	3	1	1	1	1	1	5

구분		성분	실시예								비교예
구분		성분	9	10	11	12	13	14	15	16	2	3
조성 (중량부)	수지	ABS	100	100							100
		HIPS			100	100
		PBT					100	100				100
		PC							100	100
	흑색안료	카본블랙	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
	알칼리 금속 화합물	아세트산 나트륨	2		2		2		2
	알칼리 금속 화합물	수산화칼륨		0.4		0.4		0.4		0.4
린슘마킹등급			1	1	1	1	1	1	1	1	4	5

구분		성분	실시예									비교예
구분		성분	17	18	19	20	21	22	23	24	25	4	5
조성 (중량부)	수지	PMMA	100	100					50	25
		실리콘고무			100	100						100
		폴리우레탄					100	100
		ABS							50	75	50		70
		PC									50		30
	흑색안료	카본블랙	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
	알칼리 금속 화합물	아세트산 나트륨	2		2		2
	알칼리 금속 화합물	수산화칼륨		0.3		0.5		0.4	0.4	0.5	0.3
린슘마킹등급			1	1	1	1	1	1	1	1	1	4	5

상기 표 1~3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예의 수지 조성물로 제조한 성형물의 레이저 마킹 등급이 비교예에 비하여 현저히 우수함을 알 수 있다.

Claims

열가소성 수지 또는 열경화성 수지 또는 이들의 혼합 수지 100 중량부에 대하여 흑색안료를 0.01~5중량부, 및 염화나트륨, 수산화나트륨, 질산나트륨, 탄산나트륨, 아세트산나트륨, 황화나트륨, 규산나트륨, 톨루엔술폰산나트륨, 수산화칼륨, 염화칼륨, 탄산칼륨, 인산칼륨, 요오드칼륨, 질산칼륨, 아세트산칼륨, 망간산칼륨 및 칼륨 실리케이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 알칼리 금속 화합물을 알칼리 금속 중량 기준으로 0.05~40중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹용 수지 조성물.
제1항에 있어서,

상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리페닐에테르, 폴리스티렌, 하이 임팩트 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리메타크릴산 메탈 수지, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리우레탄, 불포화 폴리에스테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리스틸렌, 아크릴계 수지 및 엘라스토머로부터 선택되고, 상기 열경화성 수지는 요소수지, 페놀수지 및 에폭시 수지로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹용 수지 조성물. 　　
제1항에 있어서,

상기 흑색안료는 카본블랙, 티타늄블랙, 퍼니스블랙, 아세틸렌블랙, 램프블랙, 아닐린블랙 및 설퍼블랙중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 레이저 마킹용 수지 조성물.
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