RU2772273C2 - Antimony-free composition for laser marking of thermoplastic compounds - Google Patents
Antimony-free composition for laser marking of thermoplastic compounds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772273C2 RU2772273C2 RU2019129468A RU2019129468A RU2772273C2 RU 2772273 C2 RU2772273 C2 RU 2772273C2 RU 2019129468 A RU2019129468 A RU 2019129468A RU 2019129468 A RU2019129468 A RU 2019129468A RU 2772273 C2 RU2772273 C2 RU 2772273C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- bismuth oxide
- plastic
- laser marking
- marking
- Prior art date
Links
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 title claims abstract description 15
- 238000010330 laser marking Methods 0.000 title abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title abstract description 20
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title description 8
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 title description 4
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N Bismuth(III) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 27
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000000996 additive Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229920002803 Thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 19
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 10
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 claims description 3
- 229910052615 phyllosilicate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 2
- PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N Aluminium silicate Chemical compound O=[Al]O[Si](=O)O[Al]=O PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000454 talc Substances 0.000 claims description 2
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N Antimony trioxide Chemical compound O=[Sb]O[Sb]=O ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 16
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 5
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- MPNNOLHYOHFJKL-UHFFFAOYSA-L hydroxy phosphate Chemical compound OP([O-])(=O)O[O-] MPNNOLHYOHFJKL-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 2
- 210000003608 Feces Anatomy 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N Tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000111 anti-oxidant Effects 0.000 description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VOLSCWDWGMWXGO-UHFFFAOYSA-N cyclobuten-1-yl acetate Chemical compound CC(=O)OC1=CCC1 VOLSCWDWGMWXGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 2
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000122 Acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 229920005960 Elastollan® 11 Polymers 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- 239000006057 Non-nutritive feed additive Substances 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000004596 additive masterbatch Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001622 bismuth compounds Chemical class 0.000 description 1
- QYMGIIIPAFAFRX-UHFFFAOYSA-N butyl prop-2-enoate;ethene Chemical compound C=C.CCCCOC(=O)C=C QYMGIIIPAFAFRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- ZXTZSQTZPFDVIU-UHFFFAOYSA-L copper;hydroxy phosphate Chemical compound [Cu+2].OOP([O-])([O-])=O ZXTZSQTZPFDVIU-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019531 indirect food additive Nutrition 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical compound [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000007649 pad printing Methods 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005464 sample preparation method Methods 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Данное изобретение относится к маркируемой лазером пластмассовой композиции, которая не содержит сурьмы.The present invention relates to a laser-markable plastic composition that does not contain antimony.
Во многих областях применения пластмасс требуется маркировка конечного продукта. Будь то упаковка для пищевых продуктов, где должен быть указан срок годности или производитель, или электронные компоненты, где необходимо добавить описание типа или серийный номер. Современные потребители, а также промышленность хотят прозрачности и прослеживаемости по всей цепочке создания стоимости, в особенности, когда требуются устойчивые источники и производство. Many plastics applications require labeling of the end product. Whether it is food packaging, where an expiration date or manufacturer must be indicated, or electronic components, where a type description or serial number must be added. Today's consumers, as well as industry, want transparency and traceability throughout the value chain, especially when sustainable sourcing and production are required.
При необходимости маркировать термопластичные пластмассы, на сегодняшний день предпочтительно используют технологию бесконтактной лазерной маркировки. В отличие от тампонной печати, основанной на чернилах, лазерная маркировка свободна от растворителей и контактов и обеспечивает превосходную гибкость в применении и скорость. If it is necessary to mark thermoplastic plastics, non-contact laser marking technology is preferably used today. Unlike ink-based pad printing, laser marking is free from solvents and contacts and offers superior application flexibility and speed.
Для лазерной маркировки доступны различные типы материалов и лазерные технологии. Various types of materials and laser technologies are available for laser marking.
Для лазерной маркировки пластмасс обычно используют систему Nd:YAG с частотой 1064 нм, поскольку она дешевая и гибкая в применении. Однако не все пластмассы взаимодействуют с лазером с одинаковой поглощающей способностью в пределах излучаемой длины волны. Следовательно, для повышения маркируемости термопластичных пластмасс, которые по своей природе не являются маркируемыми лазером, таких как, например, поликарбонаты, необходимы повышающие лазерную маркируемость добавки. Полимеры, такие как полиолефины или термопластичные уретаны, нуждаются в дополнительных добавках для обеспечения правильной лазерной маркировки, обеспечивающей контрастность и резкость кромок. Добавки для лазерной маркировки обычно вводят в полимер путем разбавления добавки или концентрата красителей (маточная смесь) в полимере.For laser marking of plastics, the 1064 nm Nd:YAG system is commonly used because it is cheap and flexible. However, not all plastics interact with a laser with the same absorbance within the emitted wavelength. Therefore, in order to increase the markability of thermoplastics that are not inherently laser markable, such as polycarbonates, for example, laser markability enhancing additives are needed. Polymers such as polyolefins or thermoplastic urethanes need additional additives to ensure proper laser marking for contrast and edge sharpness. Laser marking additives are usually added to the polymer by diluting the additive or dye concentrate (masterbatch) into the polymer.
В общем, добавки для лазерной маркировки работают в двух разных режимах действия: добавки с собственным действием и с несобственным действием. In general, laser marking additives operate in two different modes of action: self-acting and non-intrinsic additives.
Добавки с несобственным действием поглощают энергию лазера и переносят ее в окружающую полимерную матрицу. В зависимости от ответной реакции полимера, полимер может карбонизироваться, что обычно приводит к коричневатому или сероватому контрасту на поверхности полимера, или полимер разлагается на молекулы и мономеры короткой длины, которые имеют тенденцию испаряться на поверхности и генерировать пену. Это приводит к яркой маркировке, вызванной различными показателями преломления на границе раздела между различными твердыми фазами. Лазерная маркировка также может быть результатом обоих этих механизмов. Indirect additives absorb laser energy and transfer it to the surrounding polymer matrix. Depending on the response of the polymer, the polymer may carbonize, typically resulting in a brownish or greyish contrast on the polymer surface, or the polymer decomposes into short length molecules and monomers that tend to evaporate on the surface and generate foam. This results in a bright marking caused by different refractive indices at the interface between different solid phases. Laser marking can also result from both of these mechanisms.
Добавки с собственным действием работают путем изменения собственной химической структуры. Например, обычно используемый триоксид сурьмы Sb2O3 восстанавливается до сурьмы Sb, которая имеет темный цвет, что обеспечивает достаточный контраст маркировки. Добавки для лазерной маркировки с собственным действием следует диспергировать внутри полимерной матрицы с хорошей однородностью, чтобы резкость по краям в норме была лучше, чем при использовании добавок с несобственным действием. Self-acting additives work by changing their own chemical structure. For example, the commonly used antimony trioxide Sb 2 O 3 is reduced to antimony Sb, which is dark in color to provide sufficient marking contrast. Self-acting laser marking additives should be dispersed within the polymer matrix with good uniformity so that edge sharpness is normally better than non-intrinsic additives.
Тем не менее, существует необходимость замены триоксида сурьмы, используемого в качестве добавки для лазерной маркировки, из-за его токсического профиля. Он классифицирован как опасный для здоровья и окружающей среды и должен быть помечен как вредный для здоровья в соответствии с Регламентом (ЕС) № 272/2008.However, there is a need to replace antimony trioxide used as a laser marking additive due to its toxic profile. It is classified as hazardous to health and the environment and must be labeled as hazardous to health in accordance with Regulation (EC) No 272/2008.
Применение добавок для лазерной маркировки для маркировки бирок для ушей для крупного рогатого скота представляет собой особенно важный аспект. Сегодня триоксид сурьмы представляет собой предпочтительную добавку для маркировки таких изделий. Однако триоксид сурьмы не имеет экологически безопасного профиля и, следовательно, представляет собой потенциального кандидата для замены другими решениями, которые ищут в области маркировки. Из-за отсутствия альтернатив триоксид сурьмы или содержащие сурьму добавки по-прежнему составляют большинство добавок, которые используют для этой цели.The use of laser marking additives for marking cattle ear tags is a particularly important aspect. Today, antimony trioxide is the additive of choice for marking such products. However, antimony trioxide does not have an environmentally friendly profile and therefore represents a potential replacement candidate for other solutions sought in the labeling field. Due to the lack of alternatives, antimony trioxide or additives containing antimony still constitute the majority of additives that are used for this purpose.
В патенте США № 4,816,374 (Lecomte) раскрыто применение оксида сурьмы в качестве вещества, придающего поглощающие свойства для лазерного излучения, в полиуретановом пластиковом материале, соответствующему французскому стандарту (номер NF-T-54006) на механическое повреждение поверхности вследствие трения с целью изготовления и применения ушных бирок для сельскохозяйственных животных. Однако нежелательно использовать тяжелые металлы, такие как сурьма, в термопластичных соединениях по соображениям здоровья и безопасности. Действительно, сурьму все еще изучают в отношении проблем со здоровьем, которые она может вызывать у млекопитающих.U.S. Patent No. 4,816,374 (Lecomte) discloses the use of antimony oxide as a laser absorptive agent in a polyurethane plastic material conforming to the French standard (number NF-T-54006) for surface mechanical damage due to friction for manufacturing and use. ear tags for farm animals. However, it is undesirable to use heavy metals such as antimony in thermoplastic compounds for health and safety reasons. Indeed, antimony is still being studied for the health problems it can cause in mammals.
В патенте США № 6,214,917 (Linzmeier et al.) описаны термопластичные полиуретаны (TPU) в качестве маркируемых лазером пластмасс. TPU содержат пигменты, имеющие покрытие из диоксида олова, причем это покрытие легировано сурьмой, мышьяком, висмутом, медью, галлием, германием или их соответствующими оксидами в количестве 0,5-20 мас.%.US Pat. No. 6,214,917 (Linzmeier et al.) describes thermoplastic polyurethanes (TPU) as laser-markable plastics. TPUs contain pigments coated with tin dioxide, which coating is doped with antimony, arsenic, bismuth, copper, gallium, germanium or their respective oxides in an amount of 0.5-20 wt.%.
EP-0697433 B1 описывает применение солей меди для целей лазерной маркировки. Хорошо известно, что, например, гидроксифосфат меди обладает высокой эффективностью при высококонтрастной лазерной маркировке. Тем не менее, например, для применения ушных бирок, существует ограниченная полезность, поскольку гидроксифосфат меди способен реагировать с фекалиями животных, что приводит к изменению цвета. EP-0697433 B1 describes the use of copper salts for laser marking purposes. It is well known that, for example, copper hydroxyphosphate is highly effective for high contrast laser marking. However, for example, for ear tag applications, there is limited utility because copper hydroxyphosphate is able to react with animal feces, resulting in color changes.
В EP-1190988B1 было заявлено применение висмутсодержащих соединений в качестве заменителей триоксида сурьмы для целей придания поглощающих свойств для лазерной маркировки. Однако в результате получают снижение контрастности по сравнению с Sb2O3, а также удорожание. EP-1190988B1 claims the use of bismuth-containing compounds as substitutes for antimony trioxide for the purpose of imparting absorbent properties for laser marking. However, the result is a decrease in contrast compared to Sb 2 O 3 and also an increase in cost.
В DE-102014000359 А1 заявлены пигменты на основе соединений висмута и их применение, предпочтительно в качестве поглощающей лазер добавки, и способ их получения. Однако изготовление таких соединений получается сложным и дорогостоящим. Для получения подходящей замены триоксиду сурьмы, затраты не могут быть намного выше. DE-102014000359 A1 claims pigments based on bismuth compounds and their use, preferably as a laser absorbing additive, and a process for their preparation. However, the manufacture of such compounds is complex and expensive. To obtain a suitable replacement for antimony trioxide, the costs cannot be much higher.
Следовательно, существует потребность в создании недорогой, экологически и токсикологически безопасной маркируемой лазером пластмассы, которая не содержит сурьмы и которая обеспечивает хороший контраст после лазерной обработки. Therefore, there is a need for an inexpensive, environmentally and toxicologically safe, laser-markable plastic that does not contain antimony and that provides good contrast after laser processing.
Неожиданно было обнаружено, что добавление конкретных соабсорбирующих добавок к лазерно-маркируемому с собственным действием оксиду висмута может повысить результат лазерной маркировки, обеспечивая высокую контрастность и резкость по краям, даже несмотря на то, что эти добавленные вещества сами по себе не проявляют эффекта или проявляют незначительный эффект при использовании отдельно. Surprisingly, it has been found that the addition of specific co-absorbent additives to intrinsically laser-marked bismuth oxide can enhance the result of laser marking, providing high contrast and edge sharpness, even though these added substances themselves have little or no effect. effect when used alone.
Следовательно, объект изобретения – это маркируемая лазером пластмасса, содержащая термопластичный полимер, оксид висмута и соабсорбирующую добавку, выбранную из группы, состоящей из пластинчатых силикатов и неорганических медь-, кобальт-, алюминий- или железосодержащих пигментов, в которой количество соабсорбирующей добавки относительно оксида висмута составляет от 2 до 80 мас.%, предпочтительно от 5 до 50 мас.%, более предпочтительно от 10 до 40 мас.%, наиболее предпочтительно от 10 до 30 мас.%. Therefore, the object of the invention is a laser-markable plastic containing a thermoplastic polymer, bismuth oxide and a co-absorbent additive selected from the group consisting of lamellar silicates and inorganic copper-, cobalt-, aluminum- or iron-containing pigments, in which the amount of coabsorbent additive relative to bismuth oxide is from 2 to 80 wt.%, preferably from 5 to 50 wt.%, more preferably from 10 to 40 wt.%, most preferably from 10 to 30 wt.%.
Оксид висмута, используемый в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой Bi2O3. Оксид висмута, используемый в качестве по своей природе активного в отношении лазера материала, может иметь любой размер частиц, например, d50 , равный от 0,5 до 25 микрон. Однако неожиданно было обнаружено, что размер частиц технического сорта обеспечивает лучшие значения контрастности дельта L, чем материал тонкого или субмикронного сорта. Следовательно, предпочтительный размер частиц d50 оксида висмута составляет от 0,5 до 20 микрон, более предпочтительно от 2 до 10 микрон. The bismuth oxide used in the present invention is preferably Bi 2 O 3 . The bismuth oxide used as the inherently laser active material may have any particle size, for example d 50 between 0.5 and 25 microns. However, it has surprisingly been found that the technical grade particle size provides better delta L contrast values than fine or submicron grade material. Therefore, the preferred particle size d 50 of bismuth oxide is 0.5 to 20 microns, more preferably 2 to 10 microns.
Количество оксида висмута по отношению к общей массе маркируемой лазером пластмассы предпочтительно составляет от 0,2 до 5 мас.%, более предпочтительно от 0,5 до 2,5 мас.%, наиболее предпочтительно от 0,75 до 2 мас.%.The amount of bismuth oxide relative to the total weight of the laser-marked plastic is preferably 0.2 to 5% by weight, more preferably 0.5 to 2.5% by weight, most preferably 0.75 to 2% by weight.
Целесообразно, чтобы термопластичные полимеры, подходящие для настоящего изобретения, представляли собой все термопластичные полимеры, предпочтительно, полиуретан, акрилонитрил-бутадиен-стирол и другие пластомерные полимеры. Suitable thermoplastic polymers suitable for the present invention are all thermoplastic polymers, preferably polyurethane, acrylonitrile butadiene styrene and other plastomeric polymers.
Соабсорбирующая добавка предпочтительно представляет собой силикат пластинчатой формы, например, филлосиликат, например, выбранный из группы, состоящей из слюды, талька и каолина.The co-absorbent additive is preferably a plate shaped silicate, eg phyllosilicate, eg selected from the group consisting of mica, talc and kaolin.
Предпочтительные размеры частиц d50 соабсорбирующих добавок составляют от 1 до 20 микрон, более предпочтительно от 3 до 10 микрон.Preferred particle sizes d 50 coabsorbent additives are from 1 to 20 microns, more preferably from 3 to 10 microns.
Не будучи связанными какой-либо теорией, предполагается, что соабсорбирующая добавка в основном функционирует для поглощения энергии, доставляемой лазерной системой, чтобы обеспечить больше энергии, которая может быть поглощена оксидом висмута. В особенности, филлосиликаты, которые обычно не демонстрируют контраст при лазерной маркировке, обладают усиливающим эффектом в качестве соабсорбирующей добавки при использовании вместе с оксидом висмута. Without being bound by any theory, it is believed that the co-absorbent additive primarily functions to absorb the energy delivered by the laser system to provide more energy that can be absorbed by the bismuth oxide. In particular, phyllosilicates, which typically do not show contrast in laser marking, have an enhancing effect as a co-absorbent when used in conjunction with bismuth oxide.
Некоторые добавки для лазерной маркировки, такие как гидроксилфосфат меди, которые имеют серьезные недостатки при использовании в одиночку, не проявляют этого недостатка при использовании в комбинации с оксидом висмута и также улучшают результат изменения цвета оксида висмута. Some laser marking additives, such as copper hydroxyl phosphate, which have serious disadvantages when used alone, do not show this disadvantage when used in combination with bismuth oxide and also improve the color change result of bismuth oxide.
Гидроксифосфат меди при использовании отдельно в ушных бирках может вступать в контакт с экскрементами животных, что приводит к сильному обесцвечиванию из-за того, что добавка реагирует с таким веществом. Copper hydroxyphosphate, when used alone in ear tags, may come into contact with animal feces, resulting in severe discoloration due to the additive reacting with such a substance.
Также использование тонкоизмельченного алюминиевого пигмента ограничено из-за сильного серого цвета, который он создает. Также в этом случае эффект лазерной маркировки оксида висмута улучшается за счет использования небольшого количества алюминия, которое не может повлиять на цветовой оттенок. Also, the use of finely ground aluminum pigment is limited due to the strong gray color it creates. Also in this case, the bismuth oxide laser marking effect is improved by using a small amount of aluminum, which cannot affect the color cast.
Еще один объект настоящего изобретения – это способ изготовления маркируемой лазером пластмассы, включающий стадию диспергирования оксида висмута и соабсорбирующей добавки в термопластичном полимере, целесообразно способом смешивания в расплаве, предпочтительно, на двухшнековом экструдере. Это может быть сделано путем прямого компаундирования или путем использования маточной смеси добавок в виде предварительно диспергированного концентрата. Another object of the present invention is a process for the manufacture of a laser-markable plastic comprising the step of dispersing bismuth oxide and a co-absorbent in a thermoplastic polymer, expediently by a melt blending process, preferably on a twin screw extruder. This can be done by direct compounding or by using an additive masterbatch in the form of a pre-dispersed concentrate.
Если используют маточную смесь, то смола может быть либо из того же термопластичного полимера, что и конечный полимер, который должен быть оснащен, либо это может быть другой полимерный носитель, так называемый многоцелевой носитель. Такой носитель диспергируют в конечном полимере, и он может привнести дополнительные преимущества, такие как повышенная совместимость с композицией добавок, и при этом обеспечить улучшенную диспергируемость. Другие преимущества использования некоторых из этих многоцелевых носителей могут заключаться в улучшении механических свойств по сравнению с полимером, заполненным добавкой, который необходимо оснастить. Кроме того, в этих полимерах можно достичь более высокой концентрации добавки, которая может быть загружена в добавку, и быть более рентабельной, чем полимер самого приложения. EVA (этиленвинилацетат) или EBA (этиленбутилакрилат) представляют собой примеры таких смол. If a masterbatch is used, the resin can either be of the same thermoplastic polymer as the final polymer to be equipped, or it can be a different polymeric carrier, a so-called multipurpose carrier. Such a carrier is dispersed in the final polymer and can provide additional benefits such as increased compatibility with the additive formulation while providing improved dispersibility. Other benefits of using some of these multipurpose carriers may be improved mechanical properties compared to an additive filled polymer to be equipped. In addition, these polymers can achieve a higher concentration of additive that can be loaded into the additive and be more cost effective than the polymer of the application itself. EVA (ethylene vinyl acetate) or EBA (ethylene butyl acrylate) are examples of such resins.
В дополнение к вышеупомянутым добавкам согласно изобретению могут быть добавлены другие обычные добавки, такие как УФ-стабилизаторы, антиоксиданты, воски, технологические добавки и красители, например, пигменты, краски, или и то, и другое, для обеспечения определенного цвета для лучшей контрастности относительно лазерной маркировки. In addition to the above additives according to the invention, other conventional additives such as UV stabilizers, antioxidants, waxes, processing aids and dyes, e.g. pigments, dyes, or both, can be added to provide a specific color for better contrast against laser marking.
Маркируемая лазером пластмасса в соответствии с изобретением может быть использована для маркировки промышленных и потребительских товаров, например, штрих-кодами или серийными номерами и пластмассовыми метками для индивидуальной маркировки животных, например, ушными бирками. The laser-markable plastic according to the invention can be used for marking industrial and consumer products, such as barcodes or serial numbers, and plastic labels for the individual marking of animals, such as ear tags.
Другие применения представляют собой, например, электрические и электронные компоненты, которые должны быть маркированы рекомендациями по утилизации отходов, номерами партий, сертификатами и другой информацией. Также на любой возможный потребительский товар маркировка может быть нанесена для декоративных целей. Лазерную маркировку пластмасс предпочтительно выполняют с использованием лазеров Nd-YAG, которые излучают импульсный энергетический луч, имеющий характерную длину волны 1064 нм. Надпись с помощью лазера выполняют путем введения тестируемого образца в путь луча указанного лазера. Other uses are, for example, electrical and electronic components that must be labeled with waste disposal guidelines, batch numbers, certificates and other information. Also, any possible consumer product can be marked for decorative purposes. Laser marking of plastics is preferably performed using Nd-YAG lasers which emit a pulsed energy beam having a characteristic wavelength of 1064 nm. Inscription with a laser is performed by introducing a test sample into the beam path of said laser.
ПримерыExamples
Таблица 1: Материалы:Table 1: Materials:
CAS No,1304-76-3Bismuth oxide, Bi 2 O 3
CAS No.1304-76-3
Размер частиц d50 = 3,7 мкм"Grade Varistor" supplied by 5Nplus
Particle size d 50 = 3.7 µm
Размер частиц d50= 1,6 мкм"Varistor grade shredded" supplied by 5Nplus
Particle size d 50 = 1.6 µm
Размер частиц d50= 0,7мкм"Submicron grade" (chemically oxidized) supplied by 5Nplus
Particle size d 50 = 0.7 µm
Размер частиц d50= 7 мкм"Technical grade" supplied by 5Nplus
Particle size d 50 = 7 µm
CAS No. 12001-26-2Mica
C.A.S. No. 12001-26-2
Размер частиц d50= 5 мкм"Micafill 115" supplied by Alpha Calcit
Particle size d 50 = 5 µm
Размер частиц d50= 7 мкм"Micafill 125" supplied by Alpha Calcit
Particle size d 50 = 7 µm
Размер частиц d50= 12 мкм"Micafill 145" supplied by Alpha Calcit
Particle size d 50 = 12 µm
Размер частиц d50 = 10 мкм"Micro Mica" supplied by Omya
Particle size d 50 = 10 µm
Размер частиц d50 = 6 мкм"Iriotec 8800" supplied by Merck
Particle size d 50 = 6 µm
CAS No. 12158-74-6/235-285-2Copper hydroxyphosphate
C.A.S. No. 12158-74-6/235-285-2
Размер частиц d50= 3,5 мкм Fabulase® 361 supplied by BUDENHEIM IBERICA, SL Soc. en Comandita
Particle size d 50 = 3.5 µm
CAS No. 1309-64-4Antimony trioxide Sb 2 O 3
C.A.S. No. 1309-64-4
Размер частиц d50= 8,0 - 13 мкмCampine ® Z supplied by Campine
Particle size d 50 = 8.0 - 13 µm
CAS No. 25750-84-9TPU polymer
C.A.S. No. 25750-84-9
CAS No. 9018-04-6Resin Masterbatch
C.A.S. No. 9018-04-6
Несколько композиций, перечисленных в таблице 2, были приготовлены на двухшнековом экструдере «Leistritz ZSE 40» с диаметром шнека 27 мм и отношением L/D 40, оснащенном двумя гравиметрическими системами дозирования, и использовали боковое подающее устройство. Так называемую смолу-носитель дозировали через основное подающее устройство. Композиция добавки, которую предварительно смешивали со всеми другими добавками и антиоксидантами, дозировали, используя боковое подающее устройство. Нить, выходящую из фильеры, охлаждали в водяной ванне и нарезали на гранулы цилиндрической формы с помощью стренгового гранулятора. Все маточные смеси красителей выпускали вместе с 3%-ным концентратом желтого цвета и разбавляли имеющимся в продаже TPU Elastollan 11 85A. Several compositions listed in Table 2 were prepared on a Leistritz ZSE 40 twin screw extruder with a screw diameter of 27 mm and an L/D ratio of 40, equipped with two gravimetric dosing systems, and using a side feeder. The so-called carrier resin was dosed through the main feeder. The additive composition, which had been pre-blended with all other additives and antioxidants, was dosed using a side dispenser. The thread emerging from the spinneret was cooled in a water bath and cut into cylindrical granules using a strand granulator. All dye masterbatches were produced with a 3% yellow concentrate and diluted with commercially available TPU Elastollan 11 85A.
Эти изготовленные таким образом маточные смеси разбавляли на литьевой машине для литья под давлением BOY 35 для изготовления пластинок из термопластичного уретана. These masterbatches thus produced were diluted on a BOY 35 injection molding machine to produce thermoplastic urethane plates.
Эти полученные литьём под давлением пластины содержали структурированные и прочные участки поверхности. Это особенно важно для применения идентификационной метки для домашнего скота, чтобы избежать отклонений при применении сканеров штрих-кода. These injection-molded plates contained structured and strong surface areas. This is especially important for livestock identification tag applications to avoid bias when using barcode scanners.
Пример 1:Example 1:
Чтобы протестировать эффект лазерной маркировки различных композиций, эти полученные литьем под давлением пластины применяли в системе лазерной маркировки. Для упомянутых испытаний было использовано устройство компании Trumpf с маркировочным лазером Nd:YAG с лазерным источником 20 Вт (TruMark 3020).To test the laser marking effect of various compositions, these injection molded plates were used in a laser marking system. For the tests mentioned, a Trumpf Nd:YAG marking laser device with a 20 W laser source (TruMark 3020) was used.
Чтобы визуализировать усиленное поглощение термопластичного соединения, на пластину наносили так называемую «испытательную сетку». При этом вы изменяете основные параметры лазерной маркировки, такие как скорость маркировки и частота импульсов. Результатом является матрица, в которой вы можете увидеть влияние этих различных параметров. Это поможет вам найти оптимальные настройки для лазера и покажет надежность системы. Чем больше частей этой тестовой сетки показывают хороший контраст, тем менее чувствительна ваша система к изменениям настроек лазера. Чтобы доказать применимость теста, столбцы также были отмечены буквами и цифрами, а также штрих-кодами с конкретными параметрами лазера, аналогично применению бирок для ушей крупного рогатого скота. To visualize the enhanced absorption of the thermoplastic compound, a so-called "test grid" was applied to the plate. In doing so, you change the basic parameters of laser marking, such as marking speed and pulse frequency. The result is a matrix in which you can see the effect of these different parameters. This will help you find the optimal settings for the laser and show the reliability of the system. The more parts of this test grid that show good contrast, the less sensitive your system is to changes in laser settings. To prove the applicability of the test, the columns were also marked with letters and numbers, as well as barcodes with specific laser parameters, similar to the use of bovine ear tags.
Для количественной оценки численных результатов 3 отлитых платины каждой из тестируемых композиций были отмечены закрашенным кружком. С помощью спектрометра Datacolor SF600® PLUS CT яркость немаркированного и маркированного круга была отмечена и рассчитана до значения дельта L*. Чем выше отрицательное значение дельта L*, тем лучше контраст маркировки. To quantify the numerical results, the 3 cast platinums of each of the tested compositions were marked with a solid circle. Using a Datacolor SF600® PLUS CT spectrometer, the brightness of the unmarked and marked circle was marked and calculated to a delta L* value. The higher the negative delta L* value, the better the marking contrast.
Таблица 2: Композиции отлитых под давлением компаундов для определения значений дельта L *:Table 2: Compositions of injection molded compounds for determining delta L* values:
добавкаco-absorbent
additive
смола MB + красительTPU+
MB resin + dye
дельта L*Meaning
delta L*
Сорт Varistor 1 % Bi2O3
Grade Varistor
Micafill 1450.2% mica
Micafill 145
Технический сорт 1 % Bi2O3
technical grade
Iriotec® 88000.2% mica
Iriotec® 8800
Мелкий сорт 1 % Bi2O3
small variety
Iriotec® 88000.2% mica
Iriotec® 8800
Субмикронный сорт 1 % Bi2O3
submicron grade
Iriotec® 88000.2% mica
Iriotec® 8800
Результаты results
Пример 1:Example 1:
Было обнаружено, что вышеупомянутая композиция 1 демонстрирует улучшение контрастности и резкости края по сравнению с композицией 2, которую можно назвать современным уровнем техники в области лазерной маркировки, в особенности, в TPU. Это подтверждается более высокими значениями дельта L* относительно количества оксида висмута при маркировке с соабсорбентом. Это приводит к уменьшению упомянутой смеси для достижения тех же характеристик, что и при использовании чистого оксида висмута, и в большинстве случаев к снижению затрат и цветового влияния композиции добавки.The aforementioned Composition 1 was found to show an improvement in contrast and edge sharpness compared to Composition 2, which can be called state of the art in laser marking, especially in TPU. This is confirmed by the higher delta L* values relative to the amount of bismuth oxide when labeled with coabsorbent. This results in the reduction of said mixture to achieve the same performance as when using pure bismuth oxide and in most cases to reduce the cost and color impact of the additive composition.
Можно также признать, что композиции 1 и 3 работают лучше, чем композиции 4 и 5. Это неожиданно приводит к такому выводу, что частицы оксида висмута от среднего размера до более крупного более эффективно поглощают энергию лазера, чем частицы меньшего размера. It can also be recognized that Compositions 1 and 3 perform better than Compositions 4 and 5. This unexpectedly leads to the conclusion that medium to larger bismuth oxide particles absorb laser energy more efficiently than smaller particles.
Пример 2:Example 2:
Различные испытания с использованием того же способа изготовления образцов, как был указан выше, были проведены с помощью устройства ColorLite sph900. Это устройство может измерять так называемое значение K (значение контрастности света). Как и значение дельта L*, результат дает представление о качестве маркировки, но также распознает коэффициент отражения света. Чем ниже значение, тем лучше контраст маркировки.Various tests using the same sample preparation method as mentioned above were carried out using the ColorLite sph900 device. This device can measure the so-called K value (light contrast value). Like the delta L* value, the result gives an indication of the quality of the marking, but also recognizes the light reflectance. The lower the value, the better the marking contrast.
В этих испытаниях использовали лазер Datalogic 50 Гц с волоконно-оптической технологией. Три различных измерения проводили с использованием 3-х различных скоростей лазерной маркировки (1000 мм/с, 2000 мм/с, 3000 мм/с). These tests used a Datalogic 50 Hz laser with fiber optic technology. Three different measurements were made using 3 different laser marking speeds (1000 mm/s, 2000 mm/s, 3000 mm/s).
Таблица 3: Композиции отлитых под давлением компаундов для определения значений К:Table 3: Compositions of injection molded compounds for determining K values:
смола MB + красительTPU+
MB resin + dye
1000 мм/сек
2000 мм/сек
3000 мм/секK value
1000 mm/s
2000 mm/s
3000 mm/s
0,10
0,100.10
0.10
0.10
-0,55
-0,53-0.62
-0.55
-0.53
Campine® Z 1.2 % Sb2O3
Campine® Z
-0,33
-0,34-0.43
-0.33
-0.34
Сорт Varistor 1 % Bi2O3
Grade Varistor
-0,50
-0,46-0.50
-0.50
-0.46
Сорт Varistor0.99% Bi 2 O 3
Grade Varistor
-0,48
-0,530.51
-0.48
-0.53
Сорт Varistor0.96% Bi 2 O 3
Grade Varistor
-0,48
-0,57-0.54
-0.48
-0.57
Сорт Varistor 1 % Bi2O3
Grade Varistor
-0,55
-0,57-0.51
-0.55
-0.57
Сорт Varistor 2 % Bi2O3
Grade Varistor
-0,59
-0,59-0.54
-0.59
-0.59
Сорт Varistor 1 % Bi2O3
Grade Varistor
-0,53
-0,58-0.52
-0.53
-0.58
Сорт Varistor 2 % Bi2O3
Grade Varistor
-0,62
-0,62-0.56
-0.62
-0.62
Сорт Varistor 1 % Bi2O3
Grade Varistor
-0,56
-0,56-0.53
-0.56
-0.56
Сорт Varistor 2 % Bi2O3
Grade Varistor
-0,62
-0,65-0.60
-0.62
-0.65
На фигуре 1 также представлена диаграмма, демонстрирующая К-значения тестируемых компаундов.The figure 1 also presents a diagram showing the K-values of the tested compounds.
Результаты results
Пример 2:Example 2:
Было обнаружено, что вышеупомянутые композиции K5-K12 демонстрируют улучшение контрастности и резкости кромки по сравнению с композицией K4. Это было подтверждено более высокими значениями K относительно количества оксида висмута, при маркировке только с ним и вместе с соабсорбентом. Композиции К2 и К3 можно назвать эталонными. С тем же количеством активного ингредиента контраст был сопоставим или даже был лучше с меньшими затратами и без содержания сурьмы.The aforementioned compositions K5-K12 were found to show improvement in contrast and edge sharpness compared to composition K4. This was confirmed by the higher K values relative to the amount of bismuth oxide when labeled with it alone and together with the co-absorbent. Compositions K2 and K3 can be called reference. With the same amount of active ingredient, the contrast was comparable or even better at lower cost and without antimony.
Можно также признать, что слюда, при использовании в качестве соабсорбента, демонстрирует различные характеристики в отношении размера частиц. It can also be recognized that mica, when used as a co-absorbent, exhibits different particle size characteristics.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17156822.3 | 2017-02-20 | ||
EP17156822.3A EP3363649A1 (en) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | Antimony free composition for laser marking thermoplastic compounds |
PCT/EP2018/054058 WO2018150033A1 (en) | 2017-02-20 | 2018-02-20 | Antimony free composition for laser marking thermoplastic compounds |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019129468A RU2019129468A (en) | 2021-03-22 |
RU2019129468A3 RU2019129468A3 (en) | 2021-03-25 |
RU2772273C2 true RU2772273C2 (en) | 2022-05-18 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2035055C1 (en) * | 1991-05-20 | 1995-05-10 | Комарь Валентина Васильевна | Composition sensitive to ir laser radiation |
WO2006065611A1 (en) * | 2004-12-14 | 2006-06-22 | Polyone Corporation | Use of bismuth oxides for laser markings in thermoplastic polyurethane compounds |
US8790769B2 (en) * | 2010-01-05 | 2014-07-29 | Basf Se | Transparent, laser-inscribable polyurethane |
CN103951946A (en) * | 2014-02-25 | 2014-07-30 | 北京市化学工业研究院 | Preparation method of black halogen-free fire retardation polyester capable of being subjected to laser marking |
CN103951945A (en) * | 2014-02-25 | 2014-07-30 | 北京市化学工业研究院 | Preparation method for laser-markable halogen-free fire retardation polyester having variable ground color |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2035055C1 (en) * | 1991-05-20 | 1995-05-10 | Комарь Валентина Васильевна | Composition sensitive to ir laser radiation |
WO2006065611A1 (en) * | 2004-12-14 | 2006-06-22 | Polyone Corporation | Use of bismuth oxides for laser markings in thermoplastic polyurethane compounds |
US8790769B2 (en) * | 2010-01-05 | 2014-07-29 | Basf Se | Transparent, laser-inscribable polyurethane |
CN103951946A (en) * | 2014-02-25 | 2014-07-30 | 北京市化学工业研究院 | Preparation method of black halogen-free fire retardation polyester capable of being subjected to laser marking |
CN103951945A (en) * | 2014-02-25 | 2014-07-30 | 北京市化学工业研究院 | Preparation method for laser-markable halogen-free fire retardation polyester having variable ground color |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3583163B1 (en) | Antimony free composition for laser marking thermoplastic compounds | |
KR100347466B1 (en) | Laser-markable plastics | |
KR101530725B1 (en) | Microsphere comprising a polymer core, a shell and an absorber | |
US8778494B2 (en) | Pigment for laser marking | |
CZ184696A3 (en) | Laser marked plastic | |
JP5752149B2 (en) | Laser additive | |
US6521688B1 (en) | Laser-markable plastics | |
JP2001505233A (en) | Laser markable plastic | |
KR102454337B1 (en) | Laser markable and laser-weldable polymer materials | |
KR102487138B1 (en) | Additives for Laser-Markable and Laser-Weldable Polymeric Materials | |
US6482511B1 (en) | Laser markable monofilaments | |
RU2772273C2 (en) | Antimony-free composition for laser marking of thermoplastic compounds | |
DE102004045305A1 (en) | Laser-markable and laser-weldable polymeric materials | |
ES2684333T3 (en) | Polymeric materials that can be laser marked and laser welded | |
JP7394788B2 (en) | Laser additives and their use in polymeric materials |