Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer laserbeschriftbaren Folie mit metallischem Oberflächenglanz
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer laserbeschriftbaren Folie mit metallischem Oberflächenglanz mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie eine laserbeschriftbare Folie mit metallischem Oberflächenglanz mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 16.
Zur Kennzeichnung von Teilen an Fahrzeugen, Maschinen, elektrischen und elektronischen Geräten, Verpackungen usw. finden zunehmend technische Etiketten Verwendung, so zum Beispiel als Typenschilder, als Steueretiketten für Prozessabläufe, als Sicherheitsetiketten oder als Garantie- und Prüfplaketten.
Um derartige Schilder oder Etiketten zu beschriften, werden weit verbreitet leistungsfähige steuerbare Laser eingesetzt, mit deren Hilfe Markierungen wie Schriften, Codierungen, Barcodes und dergleichen erzeugt werden. An das zu beschriftende Material sind hohe Anforderungen gestellt. So soll die Beschriftung schnell erfolgen können, das Auflösungsvermögen soll hoch sein, die Anwendung soll einfach sein und das Material soll eine hohe Beständigkeit gegenüber mechanischen, physikalischen und chemischen Einflüssen haben. Gängige Materialien wie zum Beispiel bedrucktes Papier, eloxiertes oder lackiertes Aluminium oder PVC-Folien erfüllen nicht alle diese Anforderungen.
Aus dem Stand der Technik (EP 1 440 133 B1 ) ist eine laserbeschriftbare Folie bekannt, die die oben genannten Anforderungen erfüllt. Zur Herstellung dieser Folie wird eine
Gravurschicht, basierend auf einem UV-härtbaren Lack, auf eine Stützträgerfolie im Flexodruckverfahren aufgedruckt. Die Gravurschicht dient dabei der Laserbeschriftung,
indem sie durch Laserbestrahlung lokal abgetragen wird. Über der Gravurschicht wird eine Basisschicht eines elektronenstrahlhärtbaren Acrylatlacks aufgetragen. Die Basisschicht ist gegenüber der Gravurschicht deutlich dicker ausgebildet, so dass ein vollständiger Abtrag bei der Laserbeschriftung verhindert wird. Sie dient nach der Beschriftung der Gravurschicht der Kontrastbildung, indem an den Stellen, an denen die Gravurschicht abgetragen ist, die Basisschicht durchscheint. Die beiden Schichten sind entsprechend unterschiedlich farbig ausgebildet. Diese laserbeschriftbare Folie erfüllt die zuvor beschriebenen Anforderungen hinsichtlich einer effizienten Laserbeschriftung in ausreichender Weise.
Als Gravurschicht wird im Folgenden eine Schicht bezeichnet, in die mittels Laserbestrahlung eine Kennzeichnung einbringbar ist, beispielsweise durch lokales Entfernen der Gravurschicht, eine lokale Änderung der optischen Eigenschaften (beispielsweise Reflektion, Transmission, Farbe) oder ähnliches.
Aus der Praxis sind zudem laserbeschriftbare Folien bekannt, die einen metallischen Oberflächenglanz aufweisen. Bei derartigen Folien werden zur Erzielung des Metallglanzes Metallglanzpigmente in die Gravurschicht mit eingemischt. Die Metallglanzpigmente sind darin im Wesentlichen homogen verteilt, um einen gleichmäßigen Effekt zu erzielen. Sie wirken in der Gravurschicht als Farbgeber, als Glanzerzeuger und als Laserabsorber. Die Metallglanzpigmente haben jedoch im Vergleich zu anderen Laserabsorbern einen deutlich niedrigeren Absorptionskoeffizienten, sodass bei derartigen Folien nur eine relativ niedrige Beschriftungsgeschwindigkeit erzielt werden kann. Ferner können aufgrund des relativ niedrigen Absorptionskoeffizienten unerwünschte Durchschüsse des Lasers durch das gesamte Folienmaterial auftreten, insbesondere nämlich beim Beginn eines Markierschritts, wenn dabei ein deutlich überhöhter Laserimpuls auftritt, wie dies zum Beispiel bei Festkörperlasern der Fall ist. Darüber hinaus haben derartige Folien einen deutlich eingeschränkten Laser-Arbeitsbereich für eine kontraststarke Beschriftung. Schwankungen der Laserintensität sowie Schwankungen der Schichtdicke können daher leicht zu einer kontrastschwachen Laserbeschriftung führen. Nicht zuletzt ist die Oberflächenbeständigkeit von laserbeschriftbaren Folien mit Metallglanz reduziert, da die Pigmente aus der Oberfläche herausragen können und so eine gute Angriffsfläche für kratzende Gegenstände bilden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer laserbeschriftbaren Folie mit metallischem Oberflächenglanz sowie eine entsprechende Folie anzugeben, bei der die zuvor genannten Probleme reduziert sind und zugleich eine schnelle Laserbeschriftung ermöglicht wird.
Das zuvor aufgezeigte Problem wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer laserbeschriftbaren Folie mit metallischem Oberflächenglanz mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Eine nebengeordnete Lösung stellt eine laserbeschriftbare Folie mit metallischem Oberflächenglanz gemäß Anspruch 16 bereit. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Lehre der Erfindung beruht auf der grundlegenden Idee, die Funktionalität der Gravurschicht zu beschränken, indem der Metallglanz nicht mehr durch die Gravurschicht selbst bereitgestellt wird. Vielmehr wird eine zusätzliche Glanzschicht vorgesehen, die die erforderlichen Metallglanzpigmente enthält. Diese zusätzliche Glanzschicht erhöht zwar den Produktionsaufwand, führt dabei aber zu einer Reduktion der Komplexität der Gravurschicht. Indem die Gravurschicht nicht hinsichtlich des Metallglanzes angepasst werden muss, ist eine bessere Anpassung an die eigentliche Aufgabe, nämlich die Laserbeschriftung möglich. Insbesondere können andere Laserabsorber mit einem deutlich höheren Absorptionskoeffizienten verwandt werden. Als Laserabsorber eignen sich insbesondere Titandioxid und/oder Ruß.
Zur Herstellung einer laserbeschriftbaren Folie mit metallischem Oberflächenglanz wird mindestens eine laserbeschriftbare Schicht - Gravurschicht -, oberhalb eines Trägers aufgebracht. Diese einzelne Gravurschicht oder auch mehrere Gravurschichten werden bevorzugt unmittelbar auf dem Träger aufgebracht. Die Aufbringung der Gravurschicht kann durch übliche Beschichtungsverfahren erfolgen. Besonders bevorzugt ist die
Aufbringung der Gravurschicht durch ein Druckverfahren, insbesondere durch ein Flexodruckverfahren, mittels dem ein gleichmäßiger Schichtauftrag gut zu erzielen ist.
Das Druckverfahren eignet sich insbesondere dann, wenn die Gravurschicht aus einem
Drucklack ausgebildet wird. Die Gravurschichten können dabei vollflächig oder auch nur partiell ausgebildet werden. Insbesondere ist jedoch vorgesehen, dass wenigstens eine
Gravurschicht vollflächig ausgebildet wird, um hinsichtlich der Laserbeschriftung räumlich nicht beschränkt zu sein.
Als Drucklack wird hier jegliche Druckfarbe, unabhängig ob transparent oder farbig, bezeichnet. Wesentlich ist dabei, dass die Aufbringung durch Drucktechnik erfolgt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Glanzschicht oberhalb der Gravurschicht aufgebracht wird. Bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung, bei der zwischen der obersten Gravurschicht und der Glanzschicht keine Zwischenschicht vorgesehen ist, die Glanzschicht also unmittelbar auf der Gravurschicht angeordnet wird. Es sind aber auch alternative Anordnungen denkbar, bei der die Glanzschicht von der Gravurschicht durch eine Zwischenschicht beabstandet angeordnet wird, beispielsweise mit einer transparenten Zwischenschicht, um einen 3D-Effekt zu erzielen. Die Glanzschicht wird dabei mit Metallglanzpigmenten ausgebildet, durch die der metallische Oberflächenglanz erzielt wird. Durch die Funktionsverteilung zwischen Gravurschicht und Glanzschicht ist die Möglichkeit einer Beschriftung der Glanzschicht nicht erforderlich, so dass die verhältnismäßig geringe Absorptionseffizienz der Metallglanzpigmente nicht zum Tragen kommt. Hinsichtlich der Metallglanzpigmente besteht dadurch eine größere Auswahlmöglichkeit, da diese nicht auf eine Laserabsorption angepasst sein müssen. Als Metallglanzpigmente kommen insbesondere Aluminiumpulver, Bronzepulver, Perlglanzpigmente, Goldpulver, Silberpulver und/oder Kupferpulver in Frage. Die Gravurschicht hingegen kann auf ihre Funktion der Beschriftung durch Laserabsorption gezielt angepasst werden, beispielsweise durch die Beigabe von Laserabsorbern. Ferner ist auch eine beliebige farbliche Gestaltung der Gravurschicht durch Beigabe von Farbpigmenten möglich, wodurch insbesondere durch das Vorsehen mehrerer Gravurschichten eine mehrfarbige Beschriftung ermöglicht wird.
Als Metallglanzpigmente werden insbesondere plättchenförmige metallische Partikel bezeichnet, deren mittlere Größe zwischen 1 μm und 100 μm liegt. Die mittlere Dicke der metallischen Partikel beträgt vorzugsweise zwischen 50 nm und 250 nm. Die plättchenförmige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass diese, insbesondere wenn die Ausrichtung der Metallglanzpigmente bei der Ausbildung der Glanzschicht im Wesentlichen parallel zur Flächenausdehnung der Glanzschicht erfolgt, nur wenig Angriffspunkte an der Oberfläche bietet. Hierdurch wird die Kratzbeständigkeit deutlich erhöht. Selbst wenn jedoch ein Metallglanzpigment aus der Schicht herausgelöst wird, so ist in dem Fall, dass die die Metallglanzpartikel keinen geschlossenen Film ausbilden,
sichergestellt, dass keine weiteren, daneben liegenden Metallglanzpigmente mit herausgelöst werden. Der Glanzeffekt wird somit nur geringfügig lokal beeinträchtigt.
Durch die Aufgabentrennung zwischen Gravurschicht und Glanzschicht wird der Gesamtanteil der Metallglanzpigmente im Gegensatz im Vergleich zu den aus der Praxis bekannten Folien, bei denen die Metallglanzpigmente in einer relativ dicken Schicht homogen verteilt sind, deutlich reduziert, ohne dass dadurch der Metallglanzeffekt beeinträchtigt wird.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird die Glanzschicht derart ausgebildet, dass diese ausschließlich die Metallglanzpigmente als farbgebende Pigmente enthält. Diese Farbpigmente werden üblicherweise in ein insbesondere transparentes Bindemittel, vorzugsweise eine Polymermatrix, integriert, aus dem dann die Glanzschicht gebildet wird. Insbesondere wird die Glanzschicht somit ausschließlich aus einem transparenten Bindemittel und den Metallglanzpigmenten ausgebildet. Hierdurch kann auf bestmögliche Weise eine Beeinträchtigung der Laserbeschriftung der Gravurschicht vermieden werden. Alternativ kann die Glanzschicht aber auch mit weiteren Additiven ausgebildet werden, beispielsweise um die Haftung optimal einzustellen oder ein Aushärten zu beeinflussen. Als Additive können beispielsweise UV-Initiatoren zugegeben werden.
Um einen hinreichenden metallischen Oberflächenglanz zu erzielen, wird die Glanzschicht vorteilhaft mit einer Schichtdicke von mindestens etwa 0,5 μm aufgebracht. Zudem sollte die Schichtdicke der Glanzschicht nicht zu groß ausgebildet werden, um den Folienaufbau möglichst flach zu halten und auch eine Beeinträchtigung der Laserbeschriftung der Gravurschicht durch die Glanzschicht zu vermeiden. Als besonders geeignet haben sich Schichtdicken von maximal 5 μm, vorzugsweise von maximal 3 μm herausgestellt. Eine geringe Schichtdicke hat darüber hinaus den Vorteil, dass im Vergleich zu dickeren Schichten deutlich weniger Metallglanzpigmente erforderlich sind.
Weiter bevorzugt wird die Glanzschicht derart ausgebildet, dass die Metallglanzpigmente keinen geschlossenen Film ausbilden sondern nur einen Teil der Fläche der Glanzschicht bedecken. Für einen optimalen Glanzeffekt sollten die Metallglanzpigmente eine Fläche von mindestens etwa 15 %, vorzugsweise von mindestens etwa 30 % bedecken. Um dabei eine möglichst gute und störungsfreie Laserbeschriftung zu ermöglichen, sollten
die Metallglanzpigmente eine Fläche von maximal etwa 80 %, vorzugsweise von maximal etwa 60 % bedecken.
Um eine möglichst effiziente Laserbeschriftung zu ermöglichen, wird vorgesehen, dass der Absorptionskoeffizient der Gravurschicht mindestens um den Faktor 2, vorzugsweise mindestens um den Faktor 5, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor 10 größer ist als der Absorptionskoeffizient der Gravurschicht. Dieser Referenzwert für den
Absorptionskoeffizienten bezieht sich dabei auf die für einen Nd:YAG-Laser typischen
Wellenlänge von ca. 1064 nm. Die gewünschte Einstellung des Absorptionskoeffizienten kann insbesondere durch die Beimischung von Laserabsorbern in die Gravurschicht erzielt werden. Besonders geeignet sind hierfür Titandioxid und/oder Ruß.
Wenn die laserbeschriftbare Folie besonders gut gegen Kratzer etc. geschützt sein soll, kann zusätzlich eine transparente Schutzschicht auf die Glanzschicht aufgebracht werden. Bei der transparenten Schutzschicht handelt es sich insbesondere um eine Schutzschicht basierend auf einem Drucklack, sodass die Aufbringung insbesondere durch Aufdrucken erfolgen kann. Die Schichtdicke der Schutzschicht sollte dabei zwischen etwa 1 μm und etwa 5 μm ausgebildet werden.
Als besonders vorteilhaft für die Herstellung der laserbeschriftbaren Folie hat es sich herausgestellt, wenn jede Schicht, insbesondere jede Gravurschicht und die Glanzschicht, jeweils ausgehärtet wird, bevor eine neue Schicht aufgebracht wird. Dies erscheint verfahrenstechnisch zwar zunächst recht aufwendig, bietet aber den Vorteil, dass die Schichtdicke besonders präzise eingestellt werden kann und eine Durchmischung der unterschiedlichen Schichten vermieden wird. Dies ist für eine nachfolgende präzise Laserbeschriftung, insbesondere bei mehrfarbigem Aufbau, besonders vorteilhaft. Ferner hat sich gezeigt, dass für die Ausbildung effizient zu beschriftender Laserfolien, insbesondere im Hinblick auf die Einstellung der Schichtdicke, besonders gut UV-härtende Drucklacke geeignet sind.
Um eine stabile, leistungsfähige und vielseitig einsetzbare laserbeschriftbare Folie zu schaffen, wird der Träger bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen etwa 50 μm und etwa 200 μm ausgebildet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer laserbeschriftbaren Folie.
Fig. 1 zeigt eine laserbeschriftbare Folie 1 , die metallischen Oberflächenglanz aufweist. Diese Folie weist einen Träger 2 sowie zwei oberhalb des Trägers 2 angeordnete laserbeschriftbare Schichten, nämlich die Gravurschichten 3, 4 auf. Die Gravurschicht 3 ist unmittelbar auf dem Träger 2 angeordnet und nur partiell ausgebildet. Die Gravurschicht 4 ist vollflächig ausgebildet und überdeckt unmittelbar die Gravurschicht 3 sowie an den Stellen, an denen die Gravurschicht 3 nicht vorhanden ist, den Träger 2. Die beiden Gravurschichten 3, 4 sind unterschiedlich farbig ausgebildet, sodass eine mehrfarbige Beschriftung der Folie 1 möglich ist. Hier und vorzugsweise ist zusätzlich noch der Träger 2 farbig ausgebildet, insbesondere in einer Farbe mit starkem Kontrast zu den Farben der Gravurschichten 3, 4. Bei einem Entfernen der Gravurschicht 4 durch Laserbestrahlung scheint somit je nachdem, ob darunter die Gravurschicht 3 vorhanden ist oder nicht, die Farbe der Gravurschicht 3 oder des Trägers 2 durch. An den Stellen, an denen die Gravurschicht 3 vorgesehen ist, kann durch geeignete Wahl der Laserparameter (Pulsdauer, Intensität) in einem Beschriftungszyklus auch die Gravurschicht 3 mit entfernt werden.
Oberhalb der Gravurschicht 4 ist eine Glanzschicht 5 vollflächig vorgesehen. Die Glanzschicht 5 enthält Metallglanzpigmente 6, hier und vorzugsweise ausschließlich
Metallglanzpigmente 6 als farbgebende Pigmente, und bildet einen metallischen
Oberflächenglanz aus. Bei den Metallglanzpigmenten 6 handelt es sich vorliegend um plättchenförmige Metallglanzpigmente 6 aus Aluminiumpulver. Neben den
Metallglanzpigmenten 6 weist die Glanzschicht 5 als Bestandteil nur noch ein transparentes Bindemittel wie zum Beispiel eine Polymermatrix auf. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Glanzschicht 5 als Bestandteile ein transparentes Bindemittel, die Metallglanzpigmente 6 und weitere Additive, wie zum Beispiel UV-Initiatoren aufweist.
Die Glanzschicht 5 ist hier und vorzugsweise als Drucklackschicht ausgebildet, basiert also auf einem Drucklack, der auf die Gravurschicht 4 aufgedruckt wurde. Insbesondere
durch Aufdrucken kann eine geringe Schichtdicke auf besonders einfache Art und Weise erzielt werden. Die Schichtdicke der Glanzschicht 5 beträgt vorliegend etwa 2,5 μm und sollte grundsätzlich vorteilhafterweise zwischen etwa 1 μm und etwa 5 μm, vorzugsweise zwischen etwa 1 μm und etwa 3 μm ausgebildet sein.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, bilden die Metallglanzpigmente 6 in der Glanzschicht 5 keinen geschlossenen Film, sondern bedecken hier und vorzugsweise nur etwa 40 % der Gesamtfläche. Je geringer der Anteil an Metallglanzpigmenten 6 in der Glanzschicht 5 ist, desto geringer ist die Gefahr einer Oberflächenbeeinträchtigung durch ein Herauslösen aus der Schicht herausragender Metallglanzpigmente 6. Zudem ist die Gefahr größerer Kratzer verringert, da selbst in dem Fall, dass ein an der Oberfläche angeordnetes Metallglanzpigment 6 herausgelöst wird, dieses nicht die weiteren Metallglanzpigmente 6 mit ablöst, da die Mehrzahl der Metallglanzpigmente 6 voneinander beabstandet angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch eine transparente Schutzschicht oberhalb der Glanzschicht 5 vorgesehen sein, um die Oberfläche möglichst effizient vor Kratzern und dergleichen zu beschützen.
Zudem sind die Metallglanzpigmente 6 hier und vorzugsweise plättchenförmig mit einer mittleren Größe zwischen 1 μm und 100 μm und einer mittleren Dicke zwischen 50 nm und 250 nm.