DE10057231A1 - Multifunktioneller Kartenkörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen multifunktionellen Kartenkörper mit mehreren Schichten, von denen wenigstens eine Schicht bedruckt oder bedruckbar ist und der wenigstens eine coextrudierte Folie aus wenigstens zwei Coextrusionsschichten aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen multifunktionellen Kartenkörper mit mehreren Schichten, von denen wenigstens eine Schicht bedruckt oder bedruckbar ist und der gegebenenfalls elektronische Bauteile oder dergleichen eingebettet enthält.

Mehrschichtige Ausweiskarten sind als Scheck- und Bankkarten sowie als Aus­ weisdokumente weit verbreitet. Oftmals werden diese Karten noch mit einem Magnetstreifen oder einem integrierten Schaltkreis (Halbleiterbaustein, Chip) versehen. Ausweiskarten mit Chip werden als Chipkarte oder Smart-/Cards be­ zeichnet. So werden mehrschichtige Ausweiskarten mit Chip in großem Umfang als Zugangsberechtigung im GSM-Mobilfunk verwendet, wo der Ausweis­ karteninhaber sich durch Einstecken seiner GSM-Karte in das Mobilfunkend­ gerät gegenüber dem Mobilfunknetz als Zugangsberechtigter ausweist. Ent­ sprechendes gilt für Ausweiskarten und den Zugang zu Firmen, Gebäuden, Institutionen und auch Pay-TV-Systemen mit Berechtigungskarten.

Für die Kartenschichten - Kartenkernschichten wie auch Deckschichten - kommen verschiedene Materialien in Betracht: Polyvinylchlorid (PVC), Poly­ carbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyethylenterephthalat (PET, PETG, PETF). Die Wahl der Materialien und der Kartenaufbau hängen dabei von verschiedenen Faktoren ab. Diese Faktoren sind beispielsweise die ge­ wünschten mechanischen Eigenschaften der herzustellenden Ausweiskarte, das Verhalten bei hohen und niedrigen Temperaturen, die Frage der Bedruckbarkeit, die Frage der Laserbeschriftbarkeit sowie wirtschaftliche und ökologische Vorgaben. Ferner spielt die Zahl der eingebetteten sonstigen Elemente eine Rolle, die auch einen Einfluß auf die Zahl der benötigten Schichten hat.

Mehrschichtige Ausweiskarten werden hergestellt, indem in einem ersten Schritt der ein- oder beidseitig bedruckte Kartenkern bereitgestellt wird. Der Kartenkern besteht entweder aus einer ein- oder beidseitig bedruckten Kartenkernschicht oder zwei Kartenkernschichten, von denen wenigstens eine nach außen weisende Seite bedruckt ist. Danach werden die Kartendeckschichten bereitgestellt. Alle Schichten werden in einer Laminationspresse miteinander verbunden. Anstelle von oder zusätzlich zu fertigbedruckten Kartenschichten können auch lasermarkierbare Schichten eingesetzt werden, die das Markieren nach Fertigstellung der Karten mittels Laser und lasersensitivem Additiv in einer der inneren Schichten ermöglichen. Um eine ausreichende Haftung der Schichten aneinander zu erreichen, wird herkömmlicherweise eine Klebstoffbeschichtung aufgebracht. Zur Verbindung der Kartenkernschichten kann gegebenenfalls eine dieser Schichten mit Klebstoff beschichtet werden. Zur Aufbringung der Deckschichten kann die Klebstoffbeschichtung entweder auf der Rückseite der Deckschichten erfolgen oder aber auf die bereits bedruckten Kartenkernschichten aufgebracht werden.

In der Regel wird bei der Herstellung von Kunststoffkarten die mehrschichtige Folienzusammenstellung - das sogenannte Heft - unter definiertem Druck heiß verpreßt. Die so erhaltene Karte wird in ihren Eigenschaften durch die Material­ kombination der Folienzusammenstellung bestimmt. Das Verfahren besitzt den Vorteil gegenüber der Herstellung von einschichtigen Vollkunststoffkarten, daß durch die Kombination der Materialien unterschiedliche Anforderungen an den Kartenkörper, wie z. B. Elastizität, Lasermarkierbarkeit und Kratzfestigkeit, der Oberfläche, erfüllt werden können. Zudem ist es möglich, weitere Funktionen im Schichtaufbau zu berücksichtigen, etwa das Bedrucken der Kernfolie und das Abdecken der bedruckten Kernfolie durch eine transparente Folie. Zur Herstellung von hochwertigen Karten wie Ausweisdokumenten und Scheckkarten stellt ein solcher geschützter Druck und die Möglichkeit, unterschiedlichste Sicherheitsmerkmale in den Schichtaufbau der Karte zu integrieren, einen entscheidenden Vorteil dar.

Die Verwendung verschiedener Folientypen hat jedoch insofern Grenzen, als die Materialien miteinander sowie mit den verwendeten Druckfarben verträglich sein müssen. Dies bedeutet, daß nur bestimmte Kombinationen miteinander verträglicher Materialien zu einer ausreichenden Verbundfestigkeit der resul­ tierenden Karte führen. Um hierdurch nicht zu sehr auf die Verwendung be­ stimmter Folientypen beschränkt zu sein, werden häufig in zusätzlichen Produk­ tionsschritten Haftvermittler oder Kaschierklebstoffe aufgebracht, wie vor­ stehend beschrieben.

Weiterhin ist die Möglichkeit der Folienkombination bezüglich der Zahl der ver­ wendeten Folien durch die zulässige Gesamtschichtdicke der Karte und die Mindestdicke der Folien - also aufgrund rein geometrischer Überlegungen - und zum anderen mit der zunehmenden Zahl der Folien durch die Zahl der Arbeits­ schritte und den damit verbundenen Arbeitsaufwand begrenzt. Die einzelnen Arbeitsschritte bei der Folienzusammenstellung, die üblicherweise in Handarbeit durchgeführt wird, ist zum einen Zeit- und kostenaufwendig, bringt zum anderen aber auch ein Verschmutzungsrisiko durch die zunehmende Zahl der Grenz­ flächen mit sich, was für sich einen Einfluß auf die Qualität der Kartenkörper hat.

Angesichts dessen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Kartenkörper be­ reitzustellen, die mit einer geringeren Anzahl von Folien und/oder Arbeits­ schritten hergestellt werden können als bisher und dabei die Karteneigen­ schaften nach Möglichkeit noch zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit einem Kartenkörper der eingangs genannten Art gelöst, der wenigstens eine Schicht aus coextrudierten Folien aufweist, welche ihrerseits aus wenigstens zwei Coextrusionsschichten besteht.

Coextrudierte Folien sind, wie die hier beschriebenen Kartenlaminate, mehr­ schichtige Verbundwerkstoffe. Im Unterschied zu Laminaten entsteht ein Coex­ trudat jedoch nicht durch einen Laminierungsschritt, sondern direkt bei der Extrusion des Folienmaterials, also bereits bei der Herstellung der Folie.

Coextrudate aus mehreren Komponenten verbinden in optimaler Weise die Eigenschaften der Komponenten, die sich auf der jeweiligen Seite des Coextrudats manifestieren. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer Schicht, die auf ihren beiden Seiten unterschiedliche Eigenschaften, beispielsweise unter­ schiedliche Verträglichkeiten aufweist, ohne jedoch zuvor einem herkömmlichen Laminierungsschritt unterworfen worden zu sein.

Nach dem Stand der Technik werden für die Folien-Coextrusion zwei oder mehrere in getrennten Extrudern plastifizierte Polymere vor oder innerhalb einer Düse zusammengeführt, um gemeinsam das Werkzeug zu verlassen. Bei Verwendung einer Breitschlitzdüse werden Flachfolien erzeugt, bei einer Ringspaltendüse Blasfolien. Unterschieden wird dabei zwischen einer Adaptercoextrusion, bei der die Schmelzeströme zunächst in einem Adapter übereinander gelegt werden, um dann in einer üblichen Düse gemeinsam, entsprechend der Geometrie der Düsenöffnung, verformt zu werden (Fig. 1a) und der Mehrkanaldüsencoextrusion, bei der Schmelzeströme getrennt in die Düse eintreten und in getrennten Verteilerkanälen verformt werden, um dann innerhalb der Düse kurz vor dem Düsenaustritt vereint zu werden (Fig. 1b). Das anschließende Ausformen und Abkühlen des mehrschichtigen Schmelzestroms liefert das Coextrudat. Hierdurch können sowohl asymmetrische als auch symmetrische Kombinationen der verfügbaren Polymere realisiert werden: Im Falle von zwei Extrudern bedeutet dies z. B. einen Schichtaufbau AB, ABA oder BAB.

Erfindungsgemäß werden nun Teile der für die Kartenlamination zusammenge­ stellten Folienkombination durch spezielle coextrudierte Folien ersetzt. Dabei werden bestimmte funktionelle Schichten, die zuvor durch eine eigene Folie oder deren Beschichtung gegeben war, durch ein Coextrudat ersetzt und weitere funktionelle Schichten über Coextrusionsschichten hinzugefügt.

In Fig. 2 ist eine Folienkombination für Kartenkörper mit der Schichtkombination ABCDE dargestellt, von denen AB sowie DE Deckschichten darstellen und C eine bedruckte Kernschicht (Fig. 2a). Bei einer klassischen Folienkombination werden die Folien A, B, C, D, E miteinander in einem Laminierverfahren ver­ bunden. Erfindungsgemäß können beispielsweise die Deckfolien AB und DE coextrudiert werden und in einem Laminierverfahren mit der bedruckten Folie C zur Kombination ABCDE miteinander verbunden werden.

Die für das Einbringen von elektronischen Bauteilen, Druckbildern und Sicher­ heitsmerkmalen in Form von Prägefolien, Hologrammen, Kinegrammen oder dergleichen erforderliche Mindestzahl an intralaminaren Oberflächen bestimmt aber nach wie vor die Mindestzahl an benötigten Folien bzw. Schichten.

Ein wesentlicher Vorteil der Coextrusion gegenüber der Lamination liegt darin, daß die Coextrusion bei höheren Temperaturen erfolgt und daraus ein ver­ besserter Verbund der Schichten resultiert. Dabei ist es dem Fachmann ohne weiteres möglich, Materialien mit unterschiedlichen Erweichungstemperaturen zu coextrudieren. Das kritische Viskositätsverhältnis, bis zu dem die Coextrusion möglich ist, hängt ab vom Verhältnis der Schichtdicke und von der Wahl des Verfahrens. Während mit der Adaptercoextrusion Verhältnisse der Viskosität von bis zu etwa drei möglich sind, können in Mehrkanalwerkzeugen auch Mate­ rialien mit größeren Viskositätsunterschieden verarbeitet werden. Dies ermög­ licht eine individuelle Einstellung der beiden Komponenten eines Coextrudats - und damit der beiden Seiten der Folie - auf die an die Schicht geforderten Eigenschaften.

Im Vergleich zur Lamination einzelner Folien ist die Mindestschichtdicke einer funktionellen Schicht im Coextrudat naturgemäß geringer. Während beispielsweise homogene Folien aus Polycarbonat in Schichtdicken von wenigstens 30 µm gefertigt werden, können mit Hilfe der Coextrusion mehrschichtige Folien aus unterschiedlichen Polycarbonattypen hergestellt werden, deren Einzelschichten deutlich geringer ausfallen. Dies ermöglicht, bei einer vorgegebenen Schichtdicke der Kartenkörper, den Einsatz einer größeren Anzahl von Schichten, wenn man die einzelnen Komponenten der Coextrudate jeweils als einzelne Schichten definiert. Im übrigen kann zumindest teilweise auf die bisher üblichen Klebstoffschichten verzichtet werden.

Wie bei der Lamination sind auch bei der Coextrusion wegen fehlender Mate­ rialverträglichkeiten nicht alle Materialkombinationen möglich, wenn die Ein­ schränkungen auch geringer sind, als bei der klassischen Laminierung. Dem Fachmann sind aber Haftvermittler bekannt, die als zusätzliche Schicht coextru­ diert werden und den Verbund auch zwischen weniger gut verträglichen Materialien gewährleisten können.

Bei erfindungsgemäßen Kartenkörpern erfüllen Coextrusionsfolien eine Reihe von wichtigen Funktionen. Bei coextrudierten Deckfolien ist eine wesentliche Funktion im allgemeinen die Transparenz. Schichtspezifisch muß eine mecha­ nisch resistente Außenfläche mit geringer Haftung zu Laminierblechen, die bei­ spielsweise durch Antiblockmittel bereitgestellt wird, die Wärmeformbeständig­ keit des Kartenkörpers, gegebenenfalls eine Lasermarkierbarkeit sowie die Verbundfestigkeit zu bedruckten Innenflächen gegeben sein. Bei coextrudierten Kernfolien ist gute Bedruckbarkeit, gegebenenfalls Lasermarkierbarkeit, definierte Opazität, Wärmeformbeständigkeit des Kartenkörpers bei gleichzeitiger Elastizität sowie die Verträglichkeit mit eingebetteten elektroni­ schen Bauteilen, wie z. B. Antenne und Modul kontaktloser Karten, wesentlich.

Diese unterschiedlichen schichtspezifischen Funktionen können durch unter­ schiedliche Arten von Polymeren, durch unterschiedliche Polymertypen oder über Additive erreicht werden.

Ein erfindungsgemäßer Kartenkörper weist vorzugsweise wenigstens eine Deckschicht aus einem Coextrudat auf. Eine solche Deckschicht besteht bei­ spielsweise aus einer coextrudierten Polycarbonatfolie mit zwei Coextrusionsschichten A und B von denen die äußere Schicht A ein übliches Antiblockmittel enthält und die innere B frei davon ist. Das Antiblockmittel braucht damit nicht der gesamten Folie zugesetzt werden und kann damit nicht die Haftfestigkeit zur bedruckten Kernfolie verschlechtern.

Beispielsweise kann auch eine Deckschicht aus einer coextrudierten Poly­ carbonatfolie mit zwei Schichten A und B bestehen, von denen die innere Schicht B eine, gegenüber der äußeren A, deutlich niedrigere Erweichungstemperatur aufweist. Die Schicht A bestimmt die mechanischen Eigenschaften der Kartenoberfläche mit ihrer größeren Festigkeit, während die innere Schicht B eine verbesserte Haftfestigkeit des Laminats zur Kartenkernschicht mit sich bringt. Dies ermöglicht den Verzicht auf Haftverbesserer zwischen Deck- und Kernschicht und ermöglicht die Lamination bei niedrigen Verarbeitungstemperaturen.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann eine äußere Polycarbonatschicht A zusammen mit einer inneren Polycarbonatschicht B extrudiert werden, die ein lasersensitives Additiv enthält.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Deckschicht aus einem Coextrudat ABC bestehen, von dem die Schicht A ein Antiblockmittel enthält, die Schicht B normal eingestellt ist und die Schicht C eine geringere Erweichungstemperatur, im Vergleich zur Schicht B, aufweist. Schicht A bestimmt die mechanischen Eigenschaften der Kartenoberfläche, Schicht C bringt eine verbesserte Haft­ festigkeit zur Kernschicht mit sich.

Bezüglich der Kernfolien kann beispielsweise eine Coextrusionsverbundfolie mit dem Schichtaufbau DED oder DEDED bereitgestellt werden, bei der die Schichten D aus einem eher wärmeformbeständigen Material bestehen, etwa Polycarbonat oder Polyethylenterephthalat, und die Schichten E aus einer eher elastischen Komponente, beispielsweise TPE.

Ein weiteres Beispiel ist ein Kartenkörper mit der Schichtenfolge ABXBA bzw. der Kernschicht DEXED, wobei X für ein eingebettetes Element, ein elektro­ nisches Bauteil steht und die Coextrudate aus einer äußeren opaken Poly­ carbonatschicht (A bzw. D) und einer inneren Polycarbonatschicht mit deutlich niedrigerer Erweichungstemperatur (B bzw. E) besteht. Dies begünstigt die Ein­ bettung der Bauteile X durch die einerseits hohe Wärmeformstabilität von AID und andererseits durch das Einschließen des Bauteils durch die Komponente B/E während der Lamination.

Grundsätzlich können die Coextrudate aus allen dafür geeigneten Kunststoffen gefertigt sein, wobei in den einzelnen Schichten nicht nur verschiedene Typen eines Kunststoffes, etwa mit erniedrigter Erweichungstemperatur und mit Zusatz eines Antiblock mittels, sondern auch Kombinationen verschiedener Materialien, etwa ein PETG/OMMA-Coextrudat, in Frage kommen. Bevorzugte Materialien für die Coextrudate sind Polycarbonat, PET, PETG, PETF, PMMA sowie die eingangs genannten.

Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel näher beschrieben.

Beispiel

Beispiel für eine Deckfolie einer coextrudierten Polycarbonatfolie mit zwei Schichten A und B, von denen eine Schicht B lasermarkierbar ist.

• a) Verwendete Materialien
  Beide Materialien A und B sind Polycarbonat auf der Basis von Bisphenol A. Das Material besitzt ein relativ hohes Molekulargewicht von über 80 000 g mol^-1. Material B besitzt im Gegensatz zu Material A ein Additiv, das die Lasermarkier­ barkeit verbessert. Bei diesem Additiv handelt es sich um Ruß, der je nach der gewünschten Intensität der Markierung und der Art des verwendeten Lasers in einer geringen Konzentration zwischen 0,1 und 60 ppm eingearbeitet wird.
• b) Herstellung der Deckfolie (Coextrudierprozess): Die zwei Materialien A und B werden in zwei getrennten Extrudern plastifiziert und die so erhaltenen Schmelzeströme in einem Adapter zusammengeführt, um diesen gemeinsamen Schmelzestrom in einer Breitschlitzdüse zur Folie auszuformen. Das Massen­ verhältnis der Schmelzeströme bestimmt die Schichtdickenrelation der Deckfo­ lie. Vorzugsweise besitzt die Folie eine Gesamtschichtdicke von 150 bis 250 µm. Die Schicht A macht dabei einen Anteil von vorzugsweise 60-90% an der Gesamtdicke ein.
• c) Anwendung der Folie
  Die Folie dient als Deckschicht einer lasermarkierbaren Kunststoffkarte. Die zu einem Folienverbund verpresste Kunststoffkarte enthält das Coextrudat als äußere Folie, die den darunter liegenden Druckbogen abdeckt. Schicht A - also die undotierte Schicht weist nach außen. Hierdurch läßt sich in Schicht B eine Lasermarkierung erzielen, die einen guten Kontrast aufweist und aufgrund der Abdeckung durch die undotierte Schicht A nicht zu Oberflächendefekten auf der Karte führt.

Claims (19)

1. Multifunktioneller Kartenkörper mit mehreren Schichten, von denen wenigstens eine Schicht bedruckt oder bedruckbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kartenkörper wenigstens eine Schicht aus wenigstens zwei coextru­ dierten Folien aufweist, welche ihrerseits aus wenigstens zwei Coextrusionsschichten besteht.

2. Kartenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Deckschicht coextrudiert ist.

3. Kartenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Deckschicht aus einer coextrudierten Folie (A, B) aufweist, von der die äußere Coextrusionsschicht (A) ein Antiblockmittel enthält.

4. Kartenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Deckschicht aus einer coextrudierten Folie (A, B) aufweist, deren innere Coextrusionsschicht (B) eine niedrigere Erweichungstemperatur hat.

5. Kartenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Deckschicht aus einer coextrudierten Folie (A, B) aufweist, deren innere Coextrusionsschicht (B) ein lasersensitives Additiv enthält.

6. Kartenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Deckschicht aus einer dreischichtigen coextrudierten Folie (A, B, C) aufweist, von denen die äußere (A) ein Antiblockmittel enthält und die innere (C) eine herabgesetzte Erweichungstemperatur hat.

7. Kartenkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Deckschichten coextrudiert sind.

8. Kartenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Coextrudat aus Polycarbonat, PET, PETG, PETF, PMMA oder Kombinationen derselben besteht.

9. Kartenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kernschicht aus einer coextrudierten Folien mit wenigstens zwei Coextrusionsschichten besteht.

10. Kartenkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Coextrudat aus einer wärmeformbeständigen Komponente (D) und einer elastischen Komponente (E) mit dem Aufbau (DED) als Kernschicht aufweist.

11. Kartenkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente D aus Polycarbonat oder Polyethylenterephthalat besteht.

12. Kartenkörper nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente E aus einem thermoplastischen Elastomer TPE besteht.

13. Kartenkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 12 mit dem Kernaufbau DEDED.

14. Kartenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch ein Coextrudat aus opak eingestelltem Polycarbonat als äußerer Schicht (A, D) und einem Polycarbonat niedrigerer Erweichungstemperatur als innerer Schicht (B, E).

15. Kartenkörper nach Anspruch 14, mit dem Aufbau ABXBA bzw. DEXED, wobei X ein eingebettetes Element darstellt.

16. Kartenkörper nach Anspruch 15, mit dem Coextrudat ABXBA oder DEXED als Kernschicht.

17. Kartenkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein elektronisches Bauteil (X) eingebettet enthält.

18. Kartenkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zwischen den einzelnen Schichten Druckbilder, Prägefolien, Hologramme, Kinegramme oder dergleichen eingebettet enthält.

19. Kartenkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Coextrusionsfolie lasermarkierbar ausgebildet ist.