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DE102007005917A1 - Farbige Markierung und Beschriftung mittels energiereicher Strahlung - Google Patents

Farbige Markierung und Beschriftung mittels energiereicher Strahlung Download PDF

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DE102007005917A1
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Jürgen Dr. Hermann
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Leonhard Kurz GmbH and Co KG
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die farbige Markierung und Beschriftung von Substraten, indem eine Farbschicht selektiv und konturscharf von einer Trägerlage einer Folie auf ein Substrat mittels energiereicher Strahlung übertragen wird. Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls die verwendete Folie zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die farbige Markierung und Beschriftung von Substraten, indem eine Farbschicht selektiv und konturscharf von einer Trägerlage einer Folie auf ein Substrat mittels energiereicher Strahlung übertragen wird. Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls die verwendete Folie zur Durchführung des Verfahrens.
  • Unter farbiger Markierung und Beschriftung wird dabei die Markierung und Beschriftung von Kunststoffen bzw. Kunststoff-beschichteten Oberflächen, Holz, Papier und papierähnlichen Materialien, nachfolgend "Substrate" genannt, mit einer Farbschicht verstanden, welche alle bunten (sämtliche organischen und anorganischen Farbmittel) und unbunten Farben, d. h. schwarz, weiß und alle Grautöne, einschließlich metallischer Farben, enthalten kann.
  • Aus der WO 2005/047010 ist die Lasermarkierung und -beschriftung von Kunststoffen bekannt, die den Farbtransfer über ein Schichtsystem dergestalt realisiert, in dem das energieabsorbierende Material als separate Schicht durch eine Trägerfolie vom Beschriftungsmedium getrennt bzw. homogen in die Trägerfolie eingearbeitet ist. Bei den beschriebenen Energieabsorbern handelt es sich um Oxide wie Sn(Sb)O2 bzw. oxidbeschichtete Glimmerpigmente. Insbesondere bei der Konturschärfe der auf das Substrat selektiv übertragenen Farbschicht konnte bislang nicht die gewünschte Qualität erreicht werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Folie zur farbigen Markierung und Beschriftung von Substraten zu finden, bei dem eine konturschärfere selektive Übertragung der Farbschicht von einer Trägerlage einer Folie auf ein Substrat im Vergleich zum Stand der Technik erzielt werden kann.
  • Überraschenderweise wurde nun gefunden, das die Konturschärfe bei der farbigen Markierung und Beschriftung deutlich erhöht werden kann, wenn man als Trägerlage ein Trägerfoliensystem verwendet, welches die energiereiche Strahlung, vorzugsweise ein Laserstrahl, zumindest größtenteils absorbiert, so dass der Laserstrahl an der Farbschicht konturscharf wirksam wird, um die Farbschicht selektiv und konturscharf in/auf das Substrat zu übertragen. Auf diese Weise können die Substrate, wie z. B. Kunststoffe oder mit Kunststoff beschichtete Oberflächen, Holz, Papier, Kartongagen, mit einer wesentlich höheren Bildauflösung und -qualität farbig beschriftet und/oder markiert werden.
  • Die Aufgabe wird durch eine Folie zur selektriven Übertragung einer Farbschicht mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, auf ein Substrat gelöst, die eine Trägerlage mit einer Absorberschicht und ein von der Trägerlage durch eine Trennschicht getrennte Übertragungslage aufweist, wobei die Absorberschicht ein die elektromagnetische Strahlung absorbierendes Material enthält, die Übertragungslage die Farbschicht und eine Haftschicht aufweist und die Farbschicht zwischen der Trennschicht und der Haftschicht angeordnet ist. Diese Aufgabe wird weiter von einem Verfahren zum selektiven Übertragen einer Farbschicht von einer Trägerlage einer Folie auf ein Substrat mittels elektromagnetischer Strahlung gelöst, bei dem als Folie die oben beschriebene Folie verwendet wird, in berührendem Kontakt mit dem Substrat gebracht wird und die Folie mit der elektromagnetischen Strahlung bestrahlt wird, so dass die Farbschicht auf das Substrat übertragen wird.
  • Als elektromagnetische Strahlung wird hierbei vorzugsweise eine energiereiche, gerichtete Strahlung, beispeilsweise eine Laserstrahlung eingestetz. Vorzugsweise wird hierbei als Trägerlage ein Trägerfoliensystem verwendet, welches den Laserstrahl zumindest größtenteils absorbiert, so dass die Farbschicht in/auf das Substrat übertragen wird.
  • Durch die Verwendung von Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge und der erfindungsgemäßen Folie ist es möglich, jegliche Art von Informationen auf oben genannte Substrate permanent und farbecht zu markieren und/oder zu beschriften.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass der Beschriftungs- und Markierungsvorgang unabhängig von der Einfärbung des zu beschriftenden Substrats selbst und des zu übertragenen Farbmittels oder der Beschaffenheit der Farbschicht ist.
  • Das Prinzip des Beschriftungs- und Markierungsvorganges besteht darin, dass die eingebrachte Laserenergie in der Absorberschicht der Trägerlage energetisch hocheffektiv und ortsgebunden absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die erzeugte Wärmeenergie bewirkt das Ablösen der Farbschicht vom Trägerfoliensystem und den Transfer der Farbschicht auf das zu beschriftende Substrat. Durch die Wärme wird hierbei die durch die Trennschicht vermittelte Haftung zwischen Trägerlage und Übertragungslage verringert, so dass ein Ablösen der Übertragungslage von der Trägerlage ermöglicht wird, und zum anderen die Haftschicht aktiviert, so dass die Farbschicht mit dem Substrat verbunden wird.
  • Die Farbschicht wird hierbei auf die laserbestrahlte Substratoberfläche übertragen und ist unmittelbar nach dem Laservorgang permanent mit dieser verbunden. Beim Beschriftungsvorgang ist daher ein enger Kontakt zwischen Farbschicht und der Oberfläche des zu beschriftenden Materials notwendig. Anschließend wird (optional) die Trägerlage von dem Substrat abgezogen, so dass lediglich in den durch den Laser aktivierten Bereichen die Farbschicht auf dem Substrat verbleibt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die Folie aus einer Trägerlage mit einer Absorberschicht, die ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Material enthält und eine Übertragungslage, die aus einer Wachskomponenten enthaltenden Farbschicht besteht. Die Wachskomponenten der Farbschicht dienen hier zum einen dazu, das Ablösen der Farbschicht entsprechend der oben beschriebenen Trennschicht von der Trägerlage zu gewährleisten und zum anderen auch dazu, die Haftung der Farbmittel an dem Zielsubstrat herbeizuführen. Eine derartige Folie eignet sich besonders zur Beschriftung von Holz, Papier und Kartonage.
  • Die Wachskomponenten enthaltende Farbschicht besteht im wesentlichen aus Farbmitteln, Wachsen, Füllstoffen und gegebenenfalls beigemischten Additiven. Als Farbmittel kommen anorganische und organische Pigmente und Farbstoffe in Frage. Besonders geeignet sind Kupferphthalocyanine, Dioxazine, Anthrachinone, Monoazo- und Diazopigmente, Diketopyrolopyrrol, polycyclische Pigmente, Anthrapyrimidine, Chinacridone, Chinophthalone, Perinone, Perylen, Acridine, Azofarbstoffe, Phthalocyanine, Xanthene, Phenazine, farbige Oxid- und Oxidhydroxidpigmente, Oxid-Mischphasenpigmente, Sulfid- und Sulfid-Selenpigmente, Chromat-, Chromat-Molybdat-Mischphasen-pigmente, Komplexsalzpigmente und Silikatpigmente. Als Wachskomponenten wird ein natürliches oder synthetisches Wachs oder eine Mischung aus mehreren natürlichen und/oder synthetischen Wachsen, beispielsweise (Carnauba-, Montanester-, Candelilla und andere Pflanzenwachse, Polyehtylen-, Polypropylenwachs sowie deren oxidierte Formen, Fischer Tropsch Wachse, PE-, EVA Wachse sowie deren Mischungen) mit einem bevorzugten Schmelzpunkt von 60–120°C. beigemischt.
  • Als besonders geeignet haben sich dabei Trägerfoliensysteme für die Trägerlage erwiesen, in denen eingefärbte Folien mit einem weitgehend konstanten Füllgrad oder einem Konzentrationsgradienten an Farbmitteln als Absorberschicht verwendet werden.
  • Als Farbmittel werden hier insbesondere schwarze Farbmittel verwendet. Es ist jedoch auch möglich, als Farbmittel Laserlicht absorbierende Partikel, Farbstoffe oder Farbstoffmischungen zu verwenden, die keine schwarze Körperfarbe besitzen. Vorzugsweise wird hierbei der Füllgrad der Absorberschicht mittels des elektromagnetische Strahlung absorbierenden Materials so gewählt, dass die Absorberschicht mindestens 40% der Energie des für die Beschriftung verwendeten Laserstrahls absorbiert, vorzugsweise zwischen 50% und 90% des Laserstrahls absorbiert und in Wärme umwandelt.
  • Bei der Trennschicht handelt es sich vorzugsweise um eine durch Wärme aktivierbare Ablöseschicht, deren Formulierung so gewählt ist, dass die Haftkraft zwischen der Trägerlage und der Transferlage bei Erhöhung der Temperatur verringert wird. Hierdurch wird ein sicheres und konturscharfes Ablösen der Farbschicht von der Trägerlage erzielt.
  • Die Trennschicht hat so vorzugsweise eine Schichtdicke von 0,3 μm bis 1,5 μm und besteht aus Wachsen, gegebenefalls mit beigemischten Additiven.
  • Ein besonders konturscharfes Ablösen der Farbschicht von der Trägerlage wird weiter dadurch gewährleistet, dass durch entsprechende Einstellung der Trennschicht und der Haftschicht folgende Zusammenhänge gewährleistet werden. Die durch die Trennschicht bewirkte Haftkraft zwischen der Trägerlage und der Transferlage ist bei einer Temperatur von 50°C größer als die Haftkraft zwischen der Haftschicht und dem bei dieser Temperatur auf die Haftschicht aufgelegtes Substrat einzustellen. Weiter ist die durch die Trennschicht bewirkte Haftkraft zwischen der Trägerlage und der Transferlage bei einer Temperatur von 80°C bis 120°C kleiner als die Haftkraft zwischen der Haftschicht und dem Substrat bei dieser Temperatur einzustellen. Diese Einstellung kann durch einfache praktische Versuche für das jeweilge Foliensubstrat ermittelt werden.
  • Die Haftkraft wird hierbei bei einem Abzugswinkel von 90° bei einer Klemmengeschwindigkeit von 300 mm/min gemessen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Trägerfoliensystems werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen (1–4) erläutert.
  • Die 1 und 2 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Folie mit einer als Absorberschicht wirkenden homogen eingefärbten schwarzen Folie (1), d. h. einer schwarzen Folie mit konstantem Füllgrad an schwarzen Farbmitteln. Die Folie (1) kann hierbei die Trägerlage bilden. Es ist jedoch auch möglich, dass die homogen eingefärbte schwarze Folie (1) zusätzlich mit einer nicht eingefärbten Folie (2) verbunden ist (1) und die beiden Folien zusammen die Trägerlage bilden.
  • Die 3 und 4 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Folie mit einer als Absorberschicht wirkenden schwarzen Folie (6), die einen stetig steigenden Füllgrad an schwarzen Farbmitteln in Richtung der Farbschicht (4) aufweisen. Diese graduell eingefärbte schwarze Folie (6) kann zusätzlich mit einer nicht eingefärbten Folie (2) verbunden (analog Folie (1) und (2) in 1) oder in einer solchen eingebettet, insbesondere einlaminiert, sein (3). Diese Folien bilden dann zusammen die Trägerlage der Folie.
  • Die Folie (2) kann eine eventuell mögliche Übertragung des schwarzen Farbmittels in die Lasermarkierung oder -beschriftung, z. B. bei Überhitzung durch hohe Leistungsdichte, sicher verhindern.
  • Auf diese Trägerfoliensysteme ist die Farbschicht (4) aufgetragen. Zur Verbesserung des Ablöseverhaltens der Farbschicht (4) von der Trägerlage ist eine Trennschicht (3) zwischen der Folie (1), (2) oder (6) und der Farbschicht (4) angeordnet.
  • Die erfindungsgemäße Folie kann mit dem Fachmann bekannten Verfahren, wie z. B. kaltes und warmes Verkleben, Aufextrudieren, Kalandrieren und Laminieren, zusammengefügt werden.
  • Die als Absorberschicht eingesetzten Folien (1) und (6) bestehen vorzugsweise aus Polyolefinen, wie Polyethylen, Polypropylen, oder aus Polyestern wie das Polyethylenterephthalat. Sie enthalten Laserlicht absorbierendes Material, beispielsweise Laserlicht absorbierende Partikel oder Laserlicht absorbierende Farbstoffe. Sie werden so bevorzugt mit laserlichtabsorbierenden Partikeln, wie z. B. Ruß, Graphit, Eisenoxiden (Fe2O3, Fe3O4), mit Eisenoxid-(Fe2O3, Fe3O4) beschichteten Glimmer- und/oder SiO2-Plättchen, Molybdändisulfid oder Farbstoffen, wie z. B. Azofarbstoffe (Brilliantschwarz BN), Farbstoffmischungen, wie z. B. Thermoplast Black X70/Fa. BASF oder Azometallkomplexe, wie z. B. Duasyn Black/Fa. Clariant, eingefärbt.
  • Die laserlichtabsorbierenden Partikel besitzen vorzugsweise eine Partikelgröße von 5 nm–150 μm, insbesondere von 8 nm–120 μm.
  • Die Pigmentkonzentrationen im Masterbatch liegen im Bereich von 3–15%, der effektive Pigmentgehalt liegt, vorzugsweise, im Falle von Ruß, in den Folien im Bereich von 0,1–10%.
  • Die Folienstärke der Folien (1) und (6) liegt im Bereich von 10–150 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 20–80 μm.
  • Als Materialien für die nicht eingefärbte Folie (2) kommen alle Kunststoffe in Betracht, die im angegebenen Wellenlängenbereich für das Laserlicht im wesentlichen transparent und/oder transluzent sind und nicht durch die Wechselwirkung mit dem Laserlicht beschädigt oder zerstört werden. Vorzugsweise sind dies Polyester, wie z. B. klares Polyethylenterephthalat.
  • Die Folienstärke von Folie (2) liegt im Bereich von 4–50 μm, besonders bevorzugt von 6–30 μm.
  • Die Trennschicht (3) besteht im Wesentlichen aus Wachsen. Hier lässt sich die gesamte Bandbreite der natürlichen Wachse (wie z. B. Carnauba-, Candelilla-, Montanwachs, usw.) sowie synthetische Wachse (Polyolefin-wachse, Paraffinwachse) mit einem Schmelzpunkt von 50–140°C, jedoch bevorzugt mit einem Schmelzpunkt von 60–120°C verarbeiten.
  • Der Ausdruck "im Wesentlichen" bedeutet in dieser Anmeldung ≥ 90%.
  • Die Farbschicht (4) wird als Schicht auf das Trägerfoliensystem aufgebracht und besteht im Wesentlichen aus Polymerkomponenten und/oder Wachsen, Farbmitteln, Füllstoffen und gegebenenfalls beigemischten Additiven.
  • Vorzugsweise ist das Massenverhältnis Polymer/Wachse:Farbmittel 10:90 bis 70:30.
  • Als Farbmittel kommen alle dem Fachmann bekannten anorganischen und organischen Pigmente und Farbstoffe in Frage. Insbesondere geeignet sind Kupferphthalocyanine, Dioxazine, Anthrachinone, Monoazo- und Diazopigmente, Diketopyrolopyrrol, polycyclische Pigmente, Anthrapyrimidine, Chinacridone, Chinophthalone, Perinone, Perylen, Acridine, Azofarbstoffe, Phthalocyanine, Xanthene, Phenazine, farbige Oxid- und Oxidhydroxidpigmente, Oxid-Mischphasenpigmente, Sulfid- und Sulfid-Selenpigmente, Chromat-, Chromat-Molybdat-Mischphasen-pigmente, Komplexsalzpigmente und Silikatpigmente.
  • Die Polymerkomponenten im Beschriftungsmedium (4) können aus Thermoplasten in einem Schmelzbereich von 70–140°C bestehen, wie z. B. Polyethylenvinylacetat, -copolymerisate, Polyester, Polyurethane, Polyvinylchlorid, -copolymersiate, Polyethylene, Ketonharze und deren Derivate, Maleinsäureharze und Acrylatcopolymere, Hydroxyl-/Methylacrylat, Methylmethacrylate, Butylmethacrylate, die in der Farbschicht gelöst oder/und ungelöst als feine Partikel vorliegen.
  • Die Haftschicht (5) wird auf die Farbschicht (4) in einer Schichtdicke von 0,3 bis 10 μm aufgetragen, besonders bevorzugt in einer Schichtdicke von 0,5 bis 2 μm. Diese Haftschicht besteht im Wesentlichen aus Thermoplasten und Füllstoffen. Sie ist als wärmeaktivierbare Haftschicht und damit so ausgelegt, dass erst unter Einwirkung von thermischer Energie, vorzugsweise energiereicher Laserstrahlung, eine Klebkraft entfaltet wird.
  • Als bevorzugte Thermoplasten kommen Polyvinylchlorid, modifiziertes Kolophoniumharz, Polyethylenvinylacetat, Ethylenvinylacetat-Terpolymere, chloriertes Polypropylen und Polyethylen, Polyester und Polyurethane zum Einsatz.
  • Die für die erfindungsgemäße Substratbeschriftung geeigneten Laser liegen im Wellenlängenbereich von 157 nm bis 10,6 μm, vorzugsweise zwischen 355 nm bis 10,6 μm. Insbesondere seien hier CO2-Laser, Diodenlaser und gütegeschaltete Festkörperlaser (YAG-, YVO4-Laser, auch Frequenz-verdoppelt bzw. -verdreifacht) im Leistungsbereich von 1–30 W und Pulsfrequenzen von 1–100 kHz genannt.
  • Die detaillierten Laserparameter sind vom jeweiligen Beschriftungstext/-bild und dem Substrat selbst abhängig und vom Fachmann leicht zu ermitteln.
  • Die erfindungsgemäße Folie ist mit den zu beschriftenden/markierenden Substratoberflächen in engen Kontakt zu bringen. Dies kann z. B. durch eine mechanische Zuführung der Folie in einer Abrolleinrichtung an das Kunststoffteil heran oder durch Anlegen eines Vakuums, das die Folie an die Substratoberfläche ansaugt, erfolgen. Die Beschriftung bzw. Markierung des Substrats erfolgt dann, indem das Farbmittel und die Polymerkomponente der Farbschicht unter Einwirkung von energiereicher Strahlung, z. B. Laserlicht, bei der Beschriftung/Markierung über die Haftschicht mit der Substratoberflächeverbunden wird.
  • Die erfindungsgemäße Beschriftung und Markierung ist insbesondere für thermoplastische Kunststoffe, Holz, Papiere und Kartonagen geeignet. Sie kann Druck-, Präge- oder Gravierverfahren ablösen, sinnvoll ergänzen bzw. eine farbige Beschriftung erst ermöglichen oder wirtschaftlich rentabel machen, da die Kennzeichnung individuell und flexibel, d. h. ohne Maske, Klischee, Stempel oder Gravierwerkzeug erfolgt und kein äußerer Druck, wie z. B. beim Heißprägen, auf das Substrat einwirkt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren für die farbige Beschriftung und Markierung der genannten Substrate (lackiert, laminiert) kann beispielsweise in folgenden Anwendungsgebieten zum Einsatz kommen:
    • • Verpackungsindustrie (Herstellungsdaten, Chargennummer, Barcode, DataMatrix-Code, Haltbarkeitsdaten, Inhaltsstoffe, Gefahren-, Sicherheitshinweise)
    • • Fälschungssicherheit von Originalteilen (permanente Codierung und Kennzeichnung, die nicht ohne Zerstörung des Kunststoffteils entfernt werden kann)
    • • Kraftfahrzeug- und Flugzeugindustrie (Kabel, Stecker, Schalter, Behälter, Funktionsteile, Schläuche, Deckel, Griffe, Hebel, etc.)
    • • Medizintechnik (Geräte, Instrumente, Implantate, Behältnisse für Probenmaterial)
    • • Land- und Forstwirtschaft (Tierkennzeichnung, Kennzeichnung von Schildern im Pflanzenbau)
    • • Elektrotechnik/Elektronik (Kabel, Stecker, Schalter, Funktionsteile, Typen-, Leistungsschilder)
    • • dekorativen Bereich (Logos, Typenbezeichnung für Geräte aller Art, Behälter, Spielzeug, Werkzeug, individuelle Markierungen, Werbung)
    • • Maschinen-/Gerätebau (Typen-, Leistungsschilder und Bedienfelder)
    • • allgemeine Beschriftung und Kennzeichnung
  • Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern ohne sie jedoch zu begrenzen. Weitere Ausführungsformen sind den Ansprüchen zu entnehmen. Alle Prozentangaben dieser Anmeldung sind Gewichtsprozent.
  • Ausführungsbeispiele
  • Beispiel 1: Herstellung einer homogen eingefärbten schwarzen Folie
  • Masterbatche aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyethylenterephthalat (PET) mit Rußgehalten von 3–12% werden in den üblichen Herstellprozessen wie Extrudieren und Kalandrieren zu Folien verarbeitet, die anschließend noch biaxial gereckt werden. Der effektive Rußgehalt einer geeigneten PE-Folie liegt zwischen 2,5–5%.
  • Die homogen eingefärbte schwarze Folie kann zusätzlich noch mit einer nicht eingefärbten Folie aus Polyethylenterephthalat verbunden sein. Zum Beispiel wird schwarz eingefärbtes PE oder PP auf eine 12 μm starke PET-Folie bei Verarbeitungstemperaturen von 120–160°C aufextrudiert und anschließend kalandriert. Die Auftragsgewichte des schwarz eingefärbten PE oder PP liegen zwischen 20–50 g/m2. Die Dicke des fertigen Verbundes beträgt 20–80 μm.
  • Alternativ kann der Verbund der Trägerfolien durch eine Heißlaminierung der schwarz eingefärbten PE- oder PP-Folie mit der PET-Folie bei ca. 140°C oder kaltes Kaschieren mit handelsüblichen Klebstoffen (Acrylatkleber, 2-Komponenten-Polyurethanen oder Hotmelts) hergestellt werden.
  • Beispiel 2: Herstellung einer schwarz eingefärbten Folie mit Füllgradgradienten
  • Es werden zunächst einzelne Masterbatche aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyethylenterephthalat (PET) mit Ruß- oder Eisenoxidgehalten von 3–15% hergestellt.
  • Für eine schwarze Folie mit einem Füllgradgefälle wird mit der Herstellung der ungefüllten oder der am höchsten gefüllten Folie als Basisfolie begonnen und die nachfolgenden Füllgradstufen (z. B. in 1%-Schritten) auf diese Basisfolie aufextrudiert und kalandriert.
  • Eine andere Variante besteht darin, die Folien mit den unterschiedlichen Füllgraden einzeln herzustellen und wie im Beispiel 1 beschrieben zu einem Verbund zu laminieren oder zu kaschieren.
  • Zusätzlich kann die schwarze Folie mit Füllgradgefälle in nicht eingefärbte Folie aus Polyethylenterephthalat einlaminiert oder mit dieser – wie in Beispiel 1 beschrieben – verbunden werden.
  • Die Dicke des fertigen Verbundes beträgt 20–80 μm. Beispiel 3: Herstellung einer Farbschicht (4)
    Butylacetat 10 Teile
    Toluol 30 Teile
    Ethylacetat 10 Teile
    Polymethylmethacrylat (Tg 92°C) 10 Teile
    Polybutylmethacrylat (Tg 82°C) 8 Teile
    Pigment, anorganisch (PB 7) 26 Teile
    hochmolekulares Polyesterurethan 2 Teile
    Siliciumdioxid 4 Teile
    Beispiel 3a: Herstellung einer Farbschicht (4)
    Wasser 20 Teile
    Ethanol 20 Teile
    Dispergieradditiv 4 Teile
    Ethyenvinylacetat 5 Teile
    Carnaubawachs (Erweichungspkt. ca. 80°C) 29 Teile
    Pigment Green 36 22 Teile
    Beispiel 4: Herstellung einer Trennschicht (3)
    Toluol 80 Teile
    MEK 15 Teile
    Esterwachs (Tropfpunkt 90°C) 5 Teile
    Beispiel 5: Herstellung einer Haftungsschicht (5)
    Aceton 18 Teile
    Toluol 62 Teile
    Chloriertes Polyolefin (Erweichungspkt. 90°C) 3 Teile
    Polyvinylchlorid (Tg 76°C) 5 Teile
    Kolophonium-modifiziertes Harz (Erweichungspkt. 92°C) 2 Teile
    Siliciumdioxid 10 Teile
  • Beispiel 6: Herstellung eines Multilayer-Beschriftungsbandes
  • Auf einen der in Beispiel 1 oder 2 beschriebenen Trägerfoliensysteme wird wahlweise eine Trennschicht (3) wie in Beispiel 4 in einer Schichtdicke von 0,01–2 μm aufgetragen.
  • Die Farbschicht (4) – wie in Beispiel 3 beschrieben – kann in einer Schichtdicke von 2–15 μm auf die Trennschicht (3) aufgedruckt und bei 60–120°C getrocknet werden. In einem weiteren Schritt kann dann das Auftragen der Haftschicht (5) erfolgen, die je nach Anwendung zwischen 0,3–10 μm betragen kann, jedoch bevorzugt in einem Bereich von 0,5–2 μm eingesetzt wird. Die Haftschicht (5) wird je nach zu belasernden Substrat stoffspezifisch angepasst.
  • Beispiel 7: Herstellung eines Wachskomponenten-Beschriftungsbandes
  • Auf eine der in Beispiel 1 oder 2 beschriebenen Trägerfoliensysteme wird eine Wachskomponenten enthaltende Farbschicht in einer Schichtdicke von 1 bis 15 μm... aufgetragen. Die Farbschicht – die wie in Beispiel 3a formuliert ist – wird in einer Schichtdicke von 3 bis 6 μm auf das Trägerfoliensystem aufgetragen und im Trockenkanal bei 50 bis 100°C getrocknet.
  • Beispiel 8: Lasermarkierung und Beschriftung
  • Die Folie ist mit den zu beschriftenden Substratoberflächen in engen Kontakt zu bringen. Dies kann z. B. durch eine mechanische Zuführung der Beschriftungsfolien in einer Abrolleinrichtung an das Kunststoffteil heran oder durch Anlegen eines Vakuums, dass das Trägerfoliensystem an die Substratoberfläche ansaugt, erfolgen.
  • Folgende Laser und Laserparameter sind bevorzugt:
    1. Nd-YAG Laser
    Ausgangsleistung: 12 W
    Wellenlänge: 1064 nm
    Brennweite: 163 mm
    Laserintensität: 50–95% der Ausgangsleistung
    Betriebsart: kontinuierlich (cw-Betrieb)
    Geschwindigkeit: 100–5000 mm/s
    2. Nd-YVO4 Laser
    Ausgangsleistung: 16 W
    Wellenlänge: 1064 nm
    Brennweite: 163 mm
    Laserintensität: 50–95% der Ausgangsleistung
    Betriebsart: gepulst (QS-Betrieb)
    Pulsfrequenz: 5–100 kHz
    Geschwindigkeit: 100–5000 mm/s
    3. CO2-Laser
    Ausgangsleistung: 25 W
    Wellenlänge: 10,6 μm
    Brennweite: 100 bzw. 250 mm
    Laserintensität: 40–70% der Ausgangsleistung
    Betriebsart: kontinuierlich (cw-Betrieb)
    Geschwindigkeit: 250–1200 bits/ms
    4. Frequenzverdoppelter Nd-YVO4 Laser
    Ausgangsleistung: 4 W
    Wellenlänge: 532 nm
    Brennweite: 160 mm
    Laserintensität: 50–95% der Ausgangsleistung
    Betriebsart: gepulst (QS-Betrieb)
    Pulsfrequenz: 10–100 kHz
    Geschwindigkeit: 100–1500 mm/s
    5. Frequenzverdreifachte r Nd-YVO4 Laser
    Ausgangsleistung: 1,5 W
    Wellenlänge: 355 nm
    Brennweite: 160 mm
    Laserintensität: 50–95% der Ausgangsleistung
    Betriebsart: gepulst (QS-Betrieb)
    Pulsfrequenz: 10–100 kHz
    Geschwindigkeit: 100–500 mm/s
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2005/047010 [0003]

Claims (27)

  1. Folie zur selektiven Übertragung einer Farbschicht (4) mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, auf ein Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Trägerlage mit einer Absorbersschicht (1, 6) und eine von der Trägerlage durch eine Trennschicht (3) getrennte Übertragungslage aufweist, wobei die Absorberschicht (1, 6) ein die elektromagnetische Strahlung absorbierendes Material enthält, und dass die Übertragungslage die Farbschicht (4) und eine Haftschicht (5) aufweist, wobei die Farbschicht (4) zwischen der Trennschicht (3) und der Haftschicht (5) angeordnet ist.
  2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (1, 6) von einer eingefärbten Schicht, gebildet ist.
  3. Folie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (1, 6) von einer dunkel eingefärbten Trägerfolie gebildet ist.
  4. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (1) einen weitgehend konstanten Füllgrad mittels einem die elektromagnische Strahlung absorbierenden, vorzugsweise schwarzen Farbmittel aufweist.
  5. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (6) einen stetig steigenden Füllgrad mittels einem elektromagnische Strahlung absorbierenden, vorzugsweise schwarzen Farbmittel in Richtung der Farbschicht (4) aufweist.
  6. Folie nach einemder vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage weiter wenigstens eine für die elektromagnische Strahlung weitgehend transparent und/oder transluzente Folienschicht (2) aufweist, die mit der Absorberschicht verbunden ist.
  7. Folie nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage weiter wenigstens eine nicht eingefärbte Schicht (2) aufweist, die im Wellenlängenbereich des verwendeten Laserlichts weitgehend transparent und/oder transluzent sind.
  8. Folie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht eingefärbte Schicht aus Polyester besteht.
  9. Folie nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (1) zwischen zwei nicht eingefärbten Folienschichten (2) eingebettet ist.
  10. Folie nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (1) aus einer dunkel eingefärbte Folienschicht aus Polyolefinen oder Polyestern besteht.
  11. Folie nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (1) laserlichtabsorbierende Partikel und/oder laserlichtabsorbierende Azofarbstoffe, Azometallkomplexe oder Farbstoffmischungen als elektromagnetische Strahlung absorbierendes Material enthält.
  12. Folie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die laserlichtabsorbierenden Partikel ausgewählt sind aus der Gruppe Ruß, Graphit, Eisenoxide, mit Eisenoxiden beschichtete plättchenförmige Substrate oder Molybdänsulfid.
  13. Folie nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgrad der Absorberschicht mittels des elektromagnetische Strahlung absorbierenden Materials so gewählt ist, dass die Absorberschicht mindestens 40% eines Laserstrahls eines CO2-Lasers, Diodenlasers oder eines Festkörperlasers absorbiert, vorzugsweise zwischen 50% und 90% des Laserstrahls absorbiert.
  14. Folie nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht (4) zumindest ein Farbmittel und zumindest eine Polymerkomponente enthält.
  15. Folie nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (3) aus Wachsen und gegebenenfalls beigemischten Additiven besteht.
  16. Folie nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (3) eine durch Wärme aktivierbare Ablöseschicht ist.
  17. Folie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aböseschicht so gewählt ist, dass sich die Haftkraft zwischen der Trägerlage und der Transferlage bei Erhöhung der Temperatur verringert.
  18. Folie nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht aus einer durch Wärme aktivierbaren Haftschicht besteht.
  19. Folie nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Trennschicht (3) bewirkte Haftkraft zwischen Trägerlage und Transferlage bis mindestens bei einer Temperatur von 50°C größer als die Haftkraft zwischen der Haftschicht (5) und dem Substrat ist und dass bei einer Temperatur von 80–100°C die durch die Trennschicht (3) bewirkte Haftkraft zwischen Trägelage und Transferlage kleiner als die Haftkraft zwischen der Haftschicht (5) und dem Substrat ist
  20. Folie zur selektiven Übertragung einer Farbschicht mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, auf ein Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Trägerlage mit einer Absorberschicht und eine Übertragungslage aufweist, wobei die Absorberschicht ein die elektromagnetische Strahlung absorbierendes Material enthält und das die Übertragungslage aus einer Wachskomponenten enthaltenden Farbschicht besteht.
  21. Folie nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht Wachs und Farbmittel enthält und dass das Massenverhältnis Wachs zu Farbmittel 10 zu 90 bis 70 zu 30 ist.
  22. Verfahren zum selektiven Übertragen einer Farbschicht (4) von einer Trägerlage einer Folie auf ein Substrat mittels elektromagnetischer Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass als Folie eine Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 21 verwendet wird, dass die Folie in berührenden Kontakt mit dem Substrat gebracht wird und dass die Folie mit der elektromagnetischen Strahlung bestrahlt wird, so dass die Farbschicht (4) auf das Substrat übertragen wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage von dem Substrat abgezogen wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung ein Laserstrahl eines CO2-Lasers, Diodenlasers oder eines Festkörperlasers verwendet wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 157 nm bis 10,6 μm verwendet wird.
  26. Verwendung einer Folie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 zur farbigen Beschriftung und Markierung von Kunststoffen, Hölzern, Papieren und Kartonagen.
  27. Kunststoffe, Hölzer, Papiere und Kartonagen, die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25 lasermarkiert oder laserbeschriftet sind.
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