DE102005048870A1

DE102005048870A1 - Verfahren zur Herstellung von Mehrfarbfolien durch Laserbestrahlung

Info

Publication number: DE102005048870A1
Application number: DE200510048870
Authority: DE
Inventors: Half Passoth; Uwe Ramin; Willibald Schmidt; Bernd Schneeweis; Norbert Wolf
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-19

Abstract

Verfahren zur Herstellung von farbigen Beschriftungen oder Markierungen auf Etikettenmaterial, welches zumindest eine Trägerschicht (1) und mindestens zwei Farbschichten (2, 2') unterschiedlicher Färbung aufweist, wobei die Farbschichten (2, 2') durch Laserbestrahlung oder Lasergravur von oben nach unten in den zu beschriftenden oder zu markierenden Bereichen (4, 5) ablatiert werden, so dass jeweils darunter angeordnete Farbschichten (2', 2'') oder die Trägerschicht (1) freigelegt werden, wobei sich das Ablatieren zumindest auf die oberste Farbschicht (2) erstreckt, sowie geeignetes Kunststofffolienlaminat mit mindestens zwei übereinander angeordneten Farbschichten (2, 2') und einer Trägerschicht (1), zur Herstellung von farbigen Beschriftungen oder Markierungen, wobei das Material der Farbschichten aus Trägerpolymer, Farbpigmenten und Hilfsstoffen aufgebaut ist und durch Laserbestrahlung rückstandsfrei entfernbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von farbigen Beschriftungen oder Markierungen auf Kunststofffolien, insbesondere mehrfarbigen Schildern oder Klebeetiketten mittels Laserbestrahlung oder Lasergravur und eine Kunststofffarbfolie oder Kunststofffarbetikette mit mehreren übereinander angeordneten Farbschichten und einer Trägerschicht, zur Herstellung von farbigen Beschriftungen oder Markierungen mittels Laserbestrahlung oder -gravur.

Durch Lasergravur oder Laserbestrahlung gefertigte Schilder, Etiketten, Labels oder dergleichen (im folgenden zusammenfassend Etikettenmaterial) sind bereits weit verbreitet. Dabei besteht die Farbauswahl ganz überwiegend lediglich aus zwei Farben. In der Regel ist die Farbgebung auf Schwarz/Weiß beschränkt. Typischerweise wird dabei entweder eine schwarze Deckschicht im Schriftbereich weg gebrannt und eine weiße Grundschicht frei gelegt, so dass eine weiße Beschriftung erzeugt wird, oder in einer weißen Deckschicht wird durch Lasereinwirkung eine Schwärzung erzeugt, beziehungsweise eine Beschriftung eingebrannt, so dass schwarze Beschriftung auf weißem Grund zugänglich wird. Beim Verfahren zum Einbrennen von Beschriftungen kann durch lasersensitive Pigmente in der Deckschicht eine Verbesserung des Effekts erreicht werden.

In unterschiedlichsten Bereichen sind zweifarbige Schilder, Labels oder Klebeetiketten nicht mehr zeitgemäß. Mehrfarbige Beschriftungen sind in manchen Bereichen auch gesetzlich vorgeschrieben.

Aus der DE 10 2004 053 376 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von farbigen Beschriftungen auf Kunststoffen bekannt. Dabei wird ein Folienlaminat mit zwei übereinander liegenden und mit einer Trägerfolie getrennten Schichten verwendet. Die erste Schicht enthält einen Energieabsorber und die zweite Schicht Farbmittel und eine Polymerkomponente. Bei der Lasergravur verschweißt die Polymerkomponente mit der Kunststoffoberfläche, wodurch die Beschriftungsfarbe auf den Kunststoff übertragen wird. Hierdurch können nur einfarbige Markierungen oder Beschriftungen hergestellt werden.

Aus der DE 200 17 501 ist eine durch Laserstrahl beschriftbare Folie bekannt, mit der sich mehrfarbige Farbfolien herstellen lasen. Die beschriftbare Folie weist mindestens eine für einen Laserstrahl weitgehend durchlässige Schutzschicht (Deckschicht) auf, an deren Unterseite mindestens eine opake und durch den Laserstrahl ablatierbare Schicht und mindestens eine gegen Laserstrahlung weitgehend resistente und kontrastgebende Schicht angeordnet ist. Die Beschriftung erfolgt, indem die ablatierbare Schicht unter der Deckschicht abgetragen wird und die darunter liegenden Schichten freigelegt werden. Werden mehrere ablatierbare opake Schichten mit dazwischen liegenden transparenten und durchgefärbten Schichten angeordnet so sind auch verschiedenfarbige Beschriftungen möglich. Durch Abtragen einer oder mehrerer opaker ablatierbarer Schichten werden entsprechend mehrere Farbschichten frei gelegt, wobei sich die Farbe der Beschriftung dann additiv aus den Schichtfarben zusammensetzt.

Nachteilig ist, dass die opake Schicht im inneren der Folie liegt. Dies bringt Nachteile beim Durchstrahlen der darüber liegenden Folienschichten, sowie beim Ablatieren, da das ablatierte Material im Folieninneren entsteht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Laserbeschriftungs-Verfahren zur Herstellung von mehrfarbigem Etikettenmaterial aufzuzeigen und Kunststoffetiketten, beziehungsweise Kunststofffolienlaminate für eine Laserbeschriftung zur Herstellung von mehrfarbig beschriftetem Etikettenmaterial, beziehungsweise Kunststofffolienlaminate bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch ein Verfahren zur Herstellung von farbigen Beschriftungen oder Markierungen auf Etikettenmaterial, welches zumindest eine Trägerschicht und mindestens zwei Farbschichten unterschiedlicher Färbung aufweist, mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Kunststofffolienlaminat mit mindestens zwei übereinander angeordneten Farbschichten und einer Trägerschicht, zur Herstellung von farbigen Beschriftungen oder Markierungen, beziehungsweise Kunststofffarbetiketten mit den Merkmalen des Anspruchs 11.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 Ein Kunststofffolienlaminat ohne Beschriftung mit einer Trägerschicht (1), und zwei Farbschichten (2) und (2'), sowie eine Schicht aus Klebemittel (6), sowie beschrifteten Bereichen (4, 5)
2 Ein beschriftetes Kunststofffolienlaminat mit einer Trägerschicht (1), und vier Farbschichten (2), (2'), (2''), (2'''), dazwischen liegenden Pufferschichten (3), einer Klebemittelschicht (6), sowie beschrifteten Bereichen (7, 8, 9) Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von farbigen Beschriftungen oder Markierungen auf Etikettenmaterial, welches zumindest eine Trägerschicht und mindestens zwei Farbschichten unterschiedlicher Färbung aufweist, wobei die Farbschichten durch Laserbestrahlung oder Lasergravur von oben nach unten in den zu beschriftenden oder zu markierenden Bereichen ablatiert werden, so dass jeweils darunter angeordnete Farbschichten freigelegt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand 1 schematisch erläutert. Erfindungsgemäß erfolgt die mindestens zweifarbige Beschriftung des Etikettenmaterials dadurch, dass zumindest die oberste Farbschicht (2) durch Laserablation unter Bildung eines beschrifteten Bereichs (5) abgetragen wird und hierdurch die darunter angeordnete Farbschicht (2') einen neuen Farbeindruck erzeugt. Der Schritt der Laserablation kann je nach gewünschter Färbung in die Tiefe fortgesetzt werden. Durch Entfernung der Farbschichten (2) und (2') wird ein beschrifteter Bereich (4) gebildet, der die Trägerschicht (1) frei legt. Die Farbschichten, sowie die Trägerschicht unterscheiden sich farblich voneinander. Obwohl die Trägerschicht lediglich so ausgebildet ist dass Sie dem Etikettenmaterial mechanische Stabilität gibt, ist es zweckmäßig die Trägerschicht ebenfalls farbig auszugestalten.
Sollen mehrere Farbschichten (2, 2') durch Laserablation (Lasergravur) abgetragen werden, so werden diese in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung sequentiell ablatiert.
Hierzu wird der Laserstrahl mehrfach über das Etikettenmaterial bewegt und pro Laserdurchgang nur die jeweils unter der oben liegenden Farbschicht angeordnete Farbschicht freigelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt ein paralleler Abtrag von mehrere Farbschichten (2, 2') auf einmal. Pro Laserdurchgang werden die oben liegende und mindestens die unmittelbar darunter liegende Farbschicht ablatiert. Dies kann in einfacher weise durch die Schreibgeschwindigkeit des Laserstrahls oder Variation der Strahlleistung erreicht werden.
Beide Verfahren können auch in zweckmäßiger Weise kombiniert werden.
Durch das vorgestellte Verfahren lassen sich in sehr einfacher und direkter Weise mehrfarbige Farbetiketten erzeugen. Durch das Laserablationsverfahren, bzw. Lasergravur ist eine sehr hohe Individualisierung der einzelnen Etiketten möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden als Etikettenmaterial Folienlaminate verwendet die zwischen den Farbschichten Pufferschichten (3) aufweisen (vergl. 2). Je nach beabsichtigter Verfahrensweise können die Pufferschichten aus transparentem oder opakem Material bestehen.
In einer ersten Variante, gemäß beschriftetem Bereich (7), wird beim Abtrag der Farbschichten (2, 2') die darunter liegende Pufferschicht (3) nicht abgetragen. Hierbei ist die Pufferschicht (3) transparent ausgestaltet, so dass die hierunter angeordnete Farbschicht (2'') farbgebend wird.
Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass die zuoberst liegende Farbschicht durch eine Schutzschicht abgedeckt bleibt.
In einer zweiten Variante, gemäß beschriftetem Bereich (8), wird beim Abtrag der Farbschichten (2, 2') die darunter liegende Pufferschicht (3) mit abgetragen. Hierbei kann die Pufferschicht (3) sowohl transparent als auch opak ausgestaltet sein.
In einer dritten Variante, gemäß beschriftetem Bereich (9), wird beim Abtrag der Farbschichten (2, 2') die darunter liegende Pufferschicht (3) nur teilweise mit abgetragen. Hierbei ist die Pufferschicht (3) wiederum transparent ausgestaltet, so dass die hierunter angeordnete Farbschicht (2'') farbgebend wird. Diese Verfahrensvariante ist besonders bevorzugt. Die Pufferschicht kann hierbei verfahrenbedingte und nicht erwünschte Schwankungen der Ablationstiefe aufnehmen beziehungsweise ausgleichen. Wird die Ablationstiefe in etwa auf die Mitte der Pufferschicht eingestellt, so ist auch bei prozessbedingten Schwankungen der Tiefe noch sicher gestellt, dass die obere Farbschicht vollständig abgetragen und die untere noch nicht geschädigt bzw. abgetragen wird. Eine unsaubere Entfernung der oberen Farbschicht, sowie ein teilweises Abtragen der darunter liegenden Farbschicht könnte zu einer merklichen Verfälschung des Farbeindrucks führen.
Als Laserlicht wird bevorzugt sichtbares oder ultraviolettes Licht gewählt, wobei als Laserlichtquelle bevorzugt ein CO₂-Laser oder ein Excimer Laser gewählt wird. Im Prinzip sind aber auch andere Laserlichtquellen geeignet, sofern Sie gut regelbar sind und hohe Leistungsdichten ermöglichen. Für eine effiziente Ablation des Schicht-Materials ist dabei kurzwelliges Licht ist dabei zu bevorzugen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Kunststofffolienlaminat, wie es für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist. Erfindungsgemäß ist ein Kunststofffolienlaminat mit mindestens zwei übereinander angeordneten Farbschichten (2, 2') und einer Trägerschicht (1) vorgesehen, wobei das Material der Farbschichten aus Trägerpolymer, Farbpigmenten und Hilfsstoffen aufgebaut ist und durch Laserbestrahlung rückstandsfrei entfernbar ist.
Dabei ist es von besonderer Bedeutung, dass die Farbschichten durch eine Lasergravur oder eine Laserablation rückstandsfrei entfernbar sind und nicht wie bei gängigen Farbfolien üblich durch Lasereinwirkung geschwärzt werden. Im Kunststofflaminat mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Farbschichten erfolgen somit bei der Laserbestrahlung eine Zersetzung und eine Verdampfung von Trägerpolymer, Hilfsstoffen und Farbpigment ohne Bildung nichtflüchtiger Zersetzungsprodukte, welche in dem zu markierenden Bereich verbleiben.
Die Dicke der einzelnen Farbschichten richtet sich unter anderem nach Pigmentgehalt und/oder Laserverfahren, bzw. Laserlichtquelle. Sie kann für die verschiedenen Farbschichten je nach Bedarf auch unterschiedlich gewählt werden.
Bevorzugt wird eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 μm gewählt. Gegebenenfalls können auch dünnere Schichten im Bereich von 1 bis 10 μm zweckmäßig sein.
Bei der Zusammensetzung der Farbschichten kann hinsichtlich der Pigmente und der Hilfsstoffe im Wesentlichen auf die für Farbfolien üblichen Materialien zurückgegriffen werden. Dabei sind unter Hilfsstoffen insbesondere Weichmacher, oder Stabilisatoren zu verstehen. Darüber hinaus können bei den Hilfsstoffen ebenfalls Materialien enthalten sein, welche die Laserablation unterstützen.
Der überwiegende Bestandteil der Farbfolie wird durch das Trägerpolymer gebildet. Daher ist hier ein Polymer zu verwenden, das sich möglichst einfach rückstandsfrei zersetzen bzw. durch Laserablation abtragen lässt. Polymere ohne aromatische Gruppen sind in allgemeinen schlechte Absorber für Licht und daher nur schwierig durch Laserablation/gravur abzutragen. Polymere mit aromatischen Gruppen und Polymere mit chromophoren Gruppen sind für die Farbschicht zu bevorzugen. Bevorzugt ist das Trägerpolymer der Farbschichten überwiegend aus Polyaromaten aufgebaut und/oder enthält lasersensitive Pigmente, beziehungsweise Chromophore. Besonders geeignete Polyaromaten sind Polyimide und/oder Polyamide, bevorzugt als Polymerblends mit weiteren Kunststoffen. Unter den chromophoren Gruppen sind Triazine (-N=N-N<) besonders geeignet. Es ist zweckmäßig, als eine Komponente der Hilfsstoffe lasersensitive Pigmente, insbesondere mit chromophoren Gruppen aus Triazinen zu verwenden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kunststofffolienlaminats, gemäß 2, sind zwischen den Farbschichten weitere Schichten als Pufferschichten vorgesehen, wobei zumindest zwei der Farbschichten (2, 2') durch eine transparente Pufferschicht (3) getrennt werden. Pufferschichten können dabei zusätzlich auch als Deckschicht, d. h. über der obersten Farbschicht (2) oder unterhalb der untersten Farbschicht (2''') angeordnet sein. Die Pufferschichten haben dabei zum einen die Wirkung als Schutzschicht für die Oberfläche der Farbschichten. Zum anderen dienen sie aber auch als Ausgleich für eine schwankende Eindringtiefe des Lasers bei der Lasergravur. Die Dicke der Pufferschichten liegt im gleichen Bereich wie die Dicke der Farbschichten, insbesondere im Bereich von 10 bis 100 μm. Die Dicke der einzelnen Pufferschichten kann dabei unterschiedlich sein.
In bevorzugter Ausgestaltung weisen die Pufferschichten mindestens die 2-fache Dicke der jeweils darüber liegenden Farbschicht auf.
Die Pufferschichten sind dabei ebenso wie die Farbschichten aus einem Material aufgebaut, dass sich durch die Laserablation/gravur rückstandsfrei zersetzen bzw. entfernen lässt. Bevorzugt sind die Pufferschichten aus einem der Trägerpolymere, gegebenenfalls mit Hilfsstoffen, der Farbschichten aufgebaut.
Je nach Verfahrensvariante können die Pufferschichten unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen. Die Pufferschichten können insbesondere transparent, opak oder vollständig Licht-undurchlässig sein. Die Opazität kann durch übliche Zusatzstoffe eingestellt werden. Eine transparente Pufferschicht kann ebenso als Schutzschicht auf der Oberfläche des Kunststofffolienlaminats angeordnet sein.
Für die Trägerschicht können die bei der Herstellung von Etikettenmaterial üblichen Werkstoffe verwendet werden. Es ist dabei zweckmäßig die Trägerschicht (1) selbst mit Farbpigment auszustatten. Die Dicke und weitere Ausgestaltung der Trägerschicht (1) richtet sich im Wesentlichen nach dem beabsichtigten Einsatzgebiet des Etikettenmaterials.
Unter der Trägerschicht kann Klebemittel (6), beispielsweise in der Form von Klebe- und Abdeckfolie angeordnet sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung von farbigen Beschriftungen oder Markierungen auf Etikettenmaterial, welches zumindest eine Trägerschicht (1) und mindestens zwei Farbschichten (2, 2') unterschiedlicher Färbung aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschichten (2, 2') durch Laserbestrahlung oder Lasergravur von oben nach unten in den zu beschriftenden oder zu markierenden Bereichen (4, 5) ablatiert werden, so dass jeweils darunter angeordnete Farbschichten (2', 2'') oder die Trägerschicht (1) freigelegt werden, wobei sich das Ablatieren zumindest auf die oberste Farbschicht (2) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Farbschichten (2, 2') sequentiell ablatiert werden, so dass pro Laserdurchgang die jeweils unter der oben liegenden Farbschicht angeordnete Farbschicht freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Farbschichten (2, 2') parallel ablatiert werden, so dass pro Laserdurchgang die oben liegende und mindestens die unmittelbar darunter liegende Farbschicht ablatiert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche (4) gebildet werden in denen mindestens zwei Farbschichten (2, 2') abgetragen wurden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche gebildet werden in denen alle Farbschichten (2, 2', 2'', 2''') bis auf die Trägerschicht (1) ablatiert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (1) durch eine Farbschicht gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Farbschichten Pufferschichten (3) aus transparentem Material angeordnet sind, wobei die Pufferschicht (3) beim Ablatieren der jeweils unmittelbar darunter liegenden Farbschicht vollständig abgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Farbschichten Pufferschichten (3) aus transparentem Material angeordnet sind, wobei beim Abtragen einer Farbschicht die jeweils darunter liegende Pufferschicht zumindest teilweise mit abgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Laserlicht sichtbares oder ultraviolettes Licht gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Laserquelle ein CO₂-Laser oder ein Excimer Laser gewählt wird.
Kunststofffolienlaminat mit mindestens zwei übereinander angeordneten Farbschichten (2, 2') und einer Trägerschicht (1), geeignet für die Herstellung von farbigen Beschriftungen oder Markierungen gemäß einem Verfahren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschichten aus Trägerpolymer, Farbpigmenten und Hilfsstoffen aufgebaut sind, welche durch Laserbestrahlung rückstandsfrei entfernbar ist.
Kunststofffolienlaminat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschichten eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 μm aufweisen.
Kunststofffolienlaminat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerpolymer der Farbschichten überwiegend aus Polyaromaten aufgebaut ist und/oder lasersensitive Pigmente oder Chromophore enthält.
Kunststofffolienlaminat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyaromaten durch Polyamide und/oder Polyamide gebildet sind.
Kunststofffolienlaminat nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerpolymere und/oder lasersensitiven Pigmente chromophore Gruppen aus Triazinen enthalten.
Kunststofffolienlaminat nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Farbschichten (2, 2') durch eine transparente Pufferschicht (3) getrennt werden.
Kunststofffolienlaminat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschichten (3) eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 μm aufweisen.
Kunststofffolienlaminat nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschichten mindestens die 2-fache Dicke der jeweils darüber liegenden Farbschicht aufweisen.
Kunststofffolienlaminat nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschichten aus dem Trägerpolymer einer der Farbschichten aufgebaut ist.
Kunststofffolienlaminat nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Deckschicht eine Pufferschicht als Schutzschicht angeordnet ist und/oder unter der Trägerschicht Klebemittel (6) angeordnet sind.