ES2314620T3

ES2314620T3 - Materiales plasticos altemente transparentes, marcables con laser y soldables con laser.

Info

Publication number: ES2314620T3
Application number: ES05707500T
Authority: ES
Inventors: Harald Hager; Thomas Hasskerl; Roland Wursche; Gunther Ittmann; Hans-Gunther Lohkamper; Klaus-Dieter Schubel
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: CN1925990A; ATE407017T1; DE102004010504A1; KR100852081B1; IL177818A0; JP4490478B2; ZA200607357B; TW200609287A; PH12006501705B1; SG151313A1; KR20060127243A; BRPI0508445A; CA2558154C; BRPI0508445B1; WO2005084956A1; JP2007526149A; AU2005218734A1; EP1720712B1; DE502005005256D1; US20070173581A1

Abstract

Utilización de un material plástico para la marcación con láser y/o la soldadura con láser, conteniendo el material plástico un óxido metálico nanoescalar, que está seleccionado entre un óxido de indio dopado, un óxido de estaño dopado y un óxido de antimonio dopado, caracterizada porque el tamaño de partículas del óxido metálico es de 1 a 100 nm y el contenido de óxido metálico es de 0,0001 a 0,1% en peso, referido al material plástico, de manera tal que con un espesor material del material plástico de 2 mm la transmisión es de más que 85% y la turbiedad es de menos que 3%, ambas magnitudes determinadas con la norma ASTM D 1003.

Description

Materiales plásticos altamente transparentes, marcables con láser y soldables con láser.

El presente invento se refiere a la utilización de materiales plásticos altamente transparentes, los cuales, por medio de un cierto contenido de óxidos metálicos nanoescalares, sensibles a los rayos láser, son marcables con láser y/o soldables con láser, a un procedimiento para la soldadura y respectivamente la marcación con láser de artículos de materiales plásticos, así como a los artículos soldados y respectivamente marcados, que así se han obtenido.

La caracterización de materiales plásticos mediante una marcación con láser así como también la soldadura de piezas de materiales plásticos mediante energía del láser es conocida de por sí. Ambas operaciones se realizan mediante absorción de la energía del láser en el material plástico ya sea directamente, por interacción con el polímero, o indirectamente, con un agente sensible a los rayos láser, que se ha añadido al material plástico. El agente sensible a los rayos láser puede ser un colorante orgánico o un pigmento, que, por absorción de la energía del láser da lugar a una descoloración local visible del material plástico. También se puede tratar de un compuesto que, al ser irradiado con una luz láser, se transforma desde una forma incolora e invisible a una forma visible. En el caso de una soldadura con láser, el material plástico es calentado, por absorción de la energía del láser en la zona de la unión, de una manera tan intensa que el material se funde y ambas partes se sueldan una con otra.

La caracterización de bienes de producción se está haciendo cada vez más importante en casi todos los ramales de la industria. Así, se deben aplicar por ejemplo datos de producción, números de las cargas, fechas de caducidad, caracterizaciones de los productos, códigos de barras, logotipos de las entidades, etc. Frente a unas convencionales técnicas de caracterización, tales como las de impresión, estampación, troquelado o etiquetado, la marcación con láser es manifiestamente más rápida, puesto que trabaja sin contacto, es más precisa y sin ninguna dificultad se puede aplicar también sobre superficies no planas. Puesto que las marcaciones con láser son producidas en el material por debajo de la superficie, éstas son duraderas, estables y esencialmente más seguras frente a la eliminación, la modificación o incluso la falsificación. Un contacto con otros medios, por ejemplo en el caso de recipientes para líquidos y elementos de cierres, tampoco es crítico por este motivo -con la premisa evidentemente comprensible de que la matriz de material plástico ha de ser estable-. Una seguridad y una durabilidad de las caracterizaciones de producción así como una ausencia de contaminaciones son extremadamente importantes, por ejemplo en los casos de envases de productos farmacéuticos, alimentos y bebidas.

El principio de la formación de una unión entre partícipes en la unión al soldar con láser se basa en que un partícipe en la unión ha de poseer una transparencia suficiente para la luz de la fuente de láser, que tiene una longitud de onda específica, de manera tal que la radiación alcanza a los partícipes en la unión situados debajo, donde es absorbida. Como consecuencia de esta absorción se libera calor, de manera tal que en la zona de contacto de los partícipes en la unión, no solamente el material absorbente sino también el material transparente se funden localmente y se mezclan parcialmente, con lo cual, después de un enfriamiento, se genera una unión. Ambas partes, como resultado, son soldadas una con otra de esta manera.

La marcabilidad con láser y respectivamente la soldabilidad con láser son dependientes de la naturaleza de los materiales plásticos o respectivamente de los polímeros que constituyen el fundamento de éstos, de la naturaleza y del contenido de eventuales aditivos sensibles a los rayos láser, así como de la longitud de onda y la potencia de radiación del sistema de láser empleado. Junto a láseres de CO_{2} y excímeros pasan a emplearse en esta técnica de modo creciente los láseres de Nd:YAG (láseres de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio) con las longitudes de onda características de 1.064 nm y 532 nm. En el caso de la marcación con láser se desean una buena reconocibilidad -en lo posible en una modalidad oscura frente a un fondo claro- y un alto contraste.

Los materiales plásticos marcables con láser y respectivamente soldables con láser, que contienen aditivos sensibles a los rayos láser en forma de colorantes y/o pigmentos, tienen en general una coloración y/o una intransparencia
(= opacidad) más o menos pronunciadas. En el caso de la soldadura con láser, el apresto (acabado) de la masa de moldeo, que se ha de ajustar para absorber los rayos láser, se efectúa con la mayor frecuencia mediante la incorporación de negro de carbono.

En el documento EP 0.797.511 B1 se describen por ejemplo materiales plásticos marcables con láser, que contienen unos pigmentos con una capa conductiva a base de un dióxido de estaño dopado. Estos pigmentos, contenidos en el material en unas concentraciones de 0,1 a 4% en peso, se basan en unos substratos transparentes o semitransparentes en forma de plaquitas, en particular silicatos estratificados tales como por ejemplo mica. Los materiales termoplásticos transparentes con tales pigmentos muestran no obstante un centelleo metálico, que puede ser cubierto totalmente mediante una adición de pigmentos cubrientes. Con tales pigmentos no se pueden producir por consiguiente unos materiales plásticos marcables con láser, altamente transparentes.

En el documento de solicitud de patente internacional WO 01/00719 se describen unos artículos marcables con láser, los cuales contienen trióxido de aluminio con unos tamaños de partículas situados por encima de 0,5 \mum, como el pigmento para marcación con láser. Se obtienen marcaciones oscuras sobre un fondo claro y un buen contraste. Sin embargo los artículos ya no son transparentes a causa del tamaño de partículas del pigmento.

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Solamente unos pocos sistemas poliméricos son de por sí marcables con láser o respectivamente soldables con láser, y sin más adiciones sensibles a los rayos láser. Para esto se emplean predominantemente unos polímeros con estructuras de forma anular o aromáticas que tienden fácilmente a la carbonización bajo la acción de una radiación de láser. Tales materiales poliméricos, sin embargo, a causa de su composición, ya no son estables frente a las condiciones atmosféricas. El contraste de las inscripciones es malo y es mejorado solamente mediante una adición de partículas o colorantes sensibles a los rayos láser. Estos materiales poliméricos no son tampoco soldables, a causa de faltarles la transparencia a los rayos láser.

En el documento WO 98/28365 se describen unas composiciones poliméricas marcables con láser a base de un polimetacrilato con un comonómero de acrilato y de un segundo polímero de estireno y anhídrido de ácido maleico, los cuales eventualmente pueden contener todavía otros aditivos más. A causa del contenido de estireno y anhídrido de ácido maleico, no se necesita ningún pigmento adicional que sea sensible a los rayos láser. Las piezas moldeadas tienen una turbiedad (en inglés haze) de aproximadamente 5-10%. Los cuerpos moldeados de materiales plásticos con una turbiedad de aproximadamente 5-10% no satisfacen sin embargo los actuales requisitos. Para requisitos altamente transparentes se necesita una turbiedad por debajo de 1% pero por lo menos por debajo de 2%.

En el documento de solicitud de patente alemana DE 10054859 A1 se describe un procedimiento para la soldadura con láser de piezas moldeadas de materiales plásticos, siendo conducido el rayo láser a través de una pieza moldeada I transparente a los rayos láser, y en una pieza moldeada II absorbente de los rayos láser se provoca un calentamiento, con lo cual se efectúa la soldadura. Las piezas moldeadas contienen de esta manera unos colorantes y pigmentos transparentes a los rayos láser y absorbentes de los rayos láser, tales como en particular un negro de carbono, adaptados unos a otros de tal manera que resulta una impresión cromática homogénea. El material, naturalmente, no es transparente.

A partir del estado de la técnica se conocen unos materiales plásticos altamente transparentes, marcables con láser y soldables con láser, en particular aquellos que además de esto siguen siendo también todavía estables frente a las condiciones atmosféricas.

El presente invento se basó por lo tanto en el planteamiento de la misión de poner a disposición unos materiales plásticos altamente transparentes, marcables con láser y soldables con láser. En particular se deberían encontrar unos aditivos sensibles a los rayos láser para materiales plásticos, con los cuales éstos puedan ser hechos marcables con láser y/o soldables con láser, sin que se perjudique la transparencia del material.

De modo sorprendente, se encontró que unos materiales plásticos altamente transparentes pueden ser hechos marcables con láser y/o soldables con láser por medio de un cierto contenido de óxidos metálicos nanoescalares, sensibles a los rayos láser, sin que se perjudique la transparencia.

Es objeto del invento, por consiguiente, la utilización de un material plástico altamente transparente de acuerdo con la reivindicación 1 para la marcación con láser y/o la soldadura con láser.

Son objeto del invento además el procedimiento para la soldadura de cuerpos moldeados de materiales plásticos de acuerdo con la reivindicación 11, el procedimiento para la caracterización de bienes de producción de acuerdo con la reivindicación 12, así como los artículos marcados con láser y/o soldados con láser de acuerdo con la reivindicación 13.

El invento se basa en el reconocimiento de que los pigmentos para la marcación con láser, que se conocen a partir del estado de la técnica, no son apropiados en lo que se refiere a su tamaño de partículas y a su morfología para sistemas altamente transparentes, puesto que por regla enteramente general ellos sobrepasan manifiestamente el tamaño crítico de una cuarta parte de la longitud de onda de la luz visible, de aproximadamente 80 nm. Ciertamente se conocen unos pigmentos sensibles a los rayos láser con partículas primarias con un tamaño de partículas situado por debajo de 80 nm, pero éstos no se presentan en forma de partículas primarias aisladas o de pequeños conglomerados sino que, tal como ejemplo en el caso del negro de carbono, están disponibles con un diámetro de partículas manifiestamente mayor como partículas altamente conglomeradas, parcialmente aglomeradas. Los conocidos pigmentos para la marcación con láser conducen por lo tanto a un dispersamiento no insignificante de la luz y por consiguiente al enturbiamiento del material plástico.

Como materiales plásticos altamente transparentes han de entenderse aquellos que, con un espesor de material de 2 mm, tienen una transmisión mayor que 85% y en particular mayor que 90% y una turbiedad menor que 3%, preferiblemente menor que 2%, y en particular menor que 1%. Las determinaciones de la transmisión y de la turbiedad se efectúan de acuerdo con la norma ASTM D 1003.

Por el concepto de nanoescalar ha de entenderse que la más grande dimensión de las partículas discretas de los óxidos metálicos sensibles a los rayos láser es menor que 1 \mum, y por lo tanto está en la región de los nanómetros. En tal contexto, esta definición de tamaños se refiere a todas las posibles morfologías de partículas, tales como partículas primarias así como a eventuales conglomerados y aglomerados.

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El tamaño de partículas de los óxidos metálicos sensibles a los rayos láser es de 1 a 100 nm, y en particular de 5 a 100 nm. En el caso de la elección del tamaño de partículas por debajo de 100 nm, las partículas de óxidos metálicos ya no son de por sí visibles y no perjudican a la transparencia de la matriz de material plástico.

En el material plástico, el contenido de óxidos metálicos sensibles a los rayos láser es de 0,0001 a 0,1% en peso, de manera preferida de 0,001 a 0,01% en peso, referido al material plástico. En este intervalo de concentraciones, se establece por regla enteramente general, y para todos los materiales plásticos que entran en cuestión, una suficiente marcabilidad con láser y respectivamente soldabilidad con láser de la matriz de material plástico.

Como óxidos metálicos nanoescalares, sensibles a los rayos láser, para la producción de materiales plásticos altamente transparentes, marcables con láser y/o soldables con láser, entran en consideración un óxido de indio dopado, un óxido de estaño dopado y un óxido de antimonio dopado.

Óxidos metálicos especialmente apropiados son un óxido de indio y estaño (ITO) o un óxido de antimonio y estaño (ATO) así como óxidos dopados de indio o respectivamente antimonio y de estaño. Es especialmente preferido un óxido de indio y estaño, y entre este tipo de compuestos, a su vez el óxido de indio y estaño "azul" que es obtenible mediante un proceso de reducción parcial. El óxido de indio y estaño "amarillo", no reducido, puede producir en el caso de más altas concentraciones y/o de más altos tamaños de partículas en el intervalo superior un tono de color ligeramente amarillento, visualmente perceptible, del material plástico, mientras que el óxido de indio y estaño "azul" no conduce a ninguna modificación perceptible del color.

Los óxidos metálicos sensibles a los rayos láser, que se han emplear conforme al invento, son de por sí conocidos y están disponibles comercialmente de una manera de por sí conocida y también en una forma nanoescalar, por lo tanto, como partículas discretas con un tamaño situado por debajo de 1 \mum y en particular en el intervalo de tamaños que aquí se utiliza, típicamente en forma de dispersiones.

En el caso regular, los óxidos metálicos sensibles a los rayos láser en su forma suministrada se presentan como partículas aglomeradas, por ejemplo como unos aglomerados, cuyo tamaño de partículas puede estar situado entre 1 \mum y hasta varios mm. Éstos se pueden incorporar en la matriz de material plástico mediante el procedimiento conforme al invento, bajo una fuerte cizalladura, con lo cual los aglomerados son descompuestos en las partículas primarias nanoescalares.

La determinación del grado de aglomeración se efectúa en el sentido de la norma DIN 53206 (de Agosto de 1972).

Los óxidos metálicos nanoescalares se pueden producir, por ejemplo, mediante unos procedimientos de pirólisis. Tales procedimientos se describen, por ejemplo, en los documentos EP 1.142.830 A, EP 1.270.511 A o DE 103.11.645. Además se pueden producir óxidos metálicos nanoescalares mediante procedimientos de precipitación, tal como se describen por ejemplo en el documento DE 100.22.037.

Los óxidos metálicos nanoescalares, sensibles a los rayos láser, se pueden incorporar en todos los sistemas de materiales plásticos transparentes, con el fin de conferir a éstos una marcabilidad con láser y respectivamente una soldabilidad con láser. La ventaja conforme al invento de los óxidos metálicos nanoescalares se hace provechosa en particular en el caso de sistemas de materiales plásticos altamente transparentes, tales como policarbonatos, poliamidas transparentes (por ejemplo Grilamid® TR55, TR90, Trogamid® T5000, CX7323), un poli(tereftalato de etileno), una polisulfona, una poli(éter-sulfona), copolímeros de cicloolefinas (Topas®, Zeonex®), un poli(metacrilato de metilo) y sus copolímeros, puesto que ellos no influyen sobre la transparencia del material. Además, han de mencionarse polímeros de poliestireno y polipropileno transparentes, y además todos los materiales plásticos parcialmente cristalinos que se pueden elaborar, mediante el empleo de agentes de nucleación o en condiciones especiales de elaboración, para dar láminas o cuerpos moldeados transparentes.

Las poliamidas transparentes conformes al invento se preparan por lo general a partir de los componentes siguientes: diaminas alifáticas ramificadas y sin ramificar (de 6 hasta 14 átomos de C), cicloalifáticas sustituidas con alquilo o sin sustituir (de 14 hasta 22 átomos de C), aralifáticas (de C14-C22) y ácidos dicarboxílicos alifáticos y cicloalifáticos (de C6 a C44); estos últimos pueden ser reemplazados parcialmente mediante ácidos dicarboxílicos aromáticos. En particular las poliamidas transparentes se pueden derivar adicionalmente de componentes monoméricos con 6 átomos de C, 11 átomos de C y respectivamente 12 átomos de C, que se derivan de lactamas o de ácidos \omega-aminocarboxílicos.

De modo preferido, pero no exclusivo, las poliamidas transparentes conformes al invento se preparan a partir de los siguientes componentes: laurinolactama o ácido \omega-amino-dodecanoico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido dodecanodioico, ácidos grasos (de C18-C36; p.ej. bajo el nombre comercial Pripol®), ácidos ciclohexano-dicarboxílicos, por reemplazo parcial o en parte de estos ácidos alifáticos por ácido isotereftálico, ácido tereftálico, ácido naftaleno-dicarboxílico, ácido tributil-isoftálico. Además, encuentran utilización decano-diamina, dodecano-diamina, nonano-diamina, hexametilen-diaminas ramificadas, no ramificadas o sustituidas, así como representantes de la clase de las diaminas cicloalifáticas sustituidas con alquilo / sin sustituir, bis(4-amino-ciclohexil)-metano, bis-(3-metil-4-amino-ciclohexil)metano, bis-(4-amino-ciclohexil)-propano, bis-(amino-ciclohexano), bis-(aminometil)-ciclohexano, isoforonadiamina y también pentametilen-diaminas sustituidas.

Ejemplos de unas correspondientes poliamidas transparentes se describen por ejemplo en los documentos EP 0.725.100 y EP 0.725.101.

Son especialmente preferidos unos sistemas de materiales plásticos altamente transparentes sobre la base de polímeros de poli(metacrilato de metilo), policarbonato de bisfenol A, poliamida y los denominados copolímeros cicloolefínicos a base de norborneno y \alpha-olefinas, que pueden ser hechos marcables con láser y respectivamente soldables con láser con ayuda de los óxidos metálicos nanoescalares conformes al invento, sin perjudicar a la transparencia del material.

Los materiales plásticos marcables con láser altamente transparentes, conformes al invento, se pueden presentar como cuerpos moldeados, piezas semiterminadas, masas de moldeo o barnices. Los materiales plásticos altamente transparentes y soldables con láser, conformes al invento, se presentan típicamente como cuerpos moldeados o como piezas semiterminadas.

La producción de los materiales plásticos altamente transparentes, marcables con láser y/o soldables con láser, conformes al invento, se efectúa de una manera de por sí conocida de acuerdo con técnicas y procedimientos corrientes y usuales en la producción de materiales plásticos y su elaboración. En tal caso es posible incorporar los aditivos sensibles a los rayos láser antes de, o durante, la polimerización o policondensación en productos de partida (eductos) o mezclas de productos de partida individuales o también añadirlos durante la reacción, empleándose los procedimientos específicos de producción conocidos para un experto en la especialidad para los correspondientes materiales plásticos. En el caso de unos policondensados tales como poliamidas, se puede efectuar por ejemplo una incorporación del aditivo en uno de los componentes monoméricos. Este componente monomérico puede luego ser sometido, junto con los demás partícipes en la reacción, de un modo usual a una reacción de policondensación. Además, después de una formación de macromoléculas, los resultantes productos intermedios o finales de alto peso molecular se pueden reunir con los aditivos sensibles a los rayos láser, pudiendo emplearse también en este caso todos los procedimientos que son habituales para un experto en la especialidad.

Dependiendo de la receta del material de matriz de material plástico, se mezclan y homogeneizan componentes de recetas o monómeros líquidos, semilíquidos y sólidos así como eventualmente unos aditivos necesarios tales como por ejemplo agentes iniciadores de la polimerización, (tales como agentes absorbentes de los rayos ultravioletas = UV, estabilizadores frente al calor), agentes blanqueadores ópticos, agentes antiestáticos, agentes plastificantes, agentes coadyuvantes del desmoldeo, agentes lubricantes, agentes coadyuvantes del dispersamiento, agentes antiestáticos, pero también materiales de carga o de refuerzo o agentes modificadores de la tenacidad a los golpes etc., en dispositivos e instalaciones que son usuales para ello, tales como reactores, recipientes con sistemas de agitación, mezcladores, molinos de cilindros, extrusores, eventualmente se conforman, y después de ello se llevan al endurecimiento. Los óxidos metálicos nanoescalares, sensibles a los rayos láser, se introducen e incorporan homogéneamente en el material en este caso en el momento apropiado. Se prefiere especialmente la incorporación de los óxidos metálicos nanoescalares, sensibles a los rayos láser, en forma de una mezcla preliminar concentrada (tanda patrón = en inglés masterbatch) con el mismo material plástico o con un material plástico compatible.

Es ventajoso que la incorporación de los óxidos metálicos nanoescalares, sensibles a los rayos láser, en la matriz de material plástico se efectúe bajo una alta cizalladura. Esto se puede llevar a cabo mediante un correspondiente ajuste de los mezcladores, molinos de cilindros o extrusores. De esta manera se impide eficazmente una eventual aglomeración o conglomeración de las partículas de óxidos metálicos nanoescalares para dar unidades de mayor tamaño; las partículas mayores eventualmente presentes son desmenuzadas. Para un técnico en la especialidad son habituales las correspondientes técnicas y los parámetros de procedimiento que en cada caso se han de escoger. Los cuerpos moldeados de materiales plásticos y las piezas semiterminadas son obtenibles mediante moldeo por inyección o extrusión a partir de masas de moldeo o mediante procedimientos de colada a partir de los monómeros y/o prepolímeros.

La polimerización se efectúa de acuerdo con procedimientos conocidos para un experto en la especialidad, por ejemplo mediante una adición de uno o varios agentes iniciadores de la polimerización y una inducción de la polimerización por calentamiento o irradiación. Para la conversión total del o de los monómero(s), puede seguir a la polimerización una etapa de atemperamiento.

Los revestimientos de barnices marcables con láser y soldables con láser son obtenibles por dispersamiento de óxidos nanoescalares, sensibles a los rayos láser, en usuales formulaciones de barnices, y por revestimiento y desecación o endurecimiento de la capa de barniz.

El conjunto de los barnices apropiados abarca por ejemplo barnices en polvo, barnices que se secan físicamente, barnices endurecibles por radiaciones, barnices reactivos de un solo componente o de múltiples componentes, tales como por ejemplo barnices de poliuretanos de dos componentes.

Después de la producción de piezas moldeadas de materiales plásticos o de revestimientos de barnices a partir de los materiales plásticos que contienen óxidos metálicos nanoescalares, sensibles a los rayos láser, se pueden marcar o soldar éstos por irradiación con una luz láser.

La marcación con láser puede efectuarse en un aparato para la marcación con láser usual en el comercio, p.ej. un sistema de láser de la entidad Baasel, tipo StarMark SMM65 con una potencia media de láser de 65 vatios y una velocidad de inscripción entre 1 y 200 mm/s. El cuerpo moldeado que se ha de inscribir se introduce en el aparato y después de una irradiación con un rayo láser enfocado se obtienen unas inscripciones de colores desde blancos hasta grises oscuros con contornos nítidos y una buena legibilidad, sobre los substratos transparentes incoloros. En una forma especial de realización, el rayo láser puede ser enfocado ventajosamente también por encima del substrato. Se excita de esta manera a un mayor número de partículas de pigmento y se obtienen, ya con unas pequeñas concentraciones de pigmentos, unas intensas imágenes inscritas ricas en contraste. La necesaria energía y la velocidad de inscripción dependen de la naturaleza y de la cantidad del óxido sensible a los rayos láser, que se emplea. Cuanto más alto es el contenido de óxidos, tanto menor es la necesaria energía y tanto mayor es la máxima velocidad de inscripción del rayo láser. Los necesarios ajustes pueden ser determinados sin dificultades para cada caso individual.

La soldadura con láser puede efectuarse en un aparato de marcación con láser usual en el comercio, p.ej. un láser de la entidad Baasel, tipo StarMark SMM65 con una potencia entre 0,1 y 22 amperios y una velocidad de avance entre 1 y 100 mm/s. Al realizar el ajuste de la energía del láser y de la velocidad de avance hay que procurar que la potencia no se escoja demasiado alta y que la velocidad de avance no se escoja demasiado pequeña, con el fin de evitar una carbonización indeseada. En el caso de una potencia demasiado pequeña y de una velocidad de avance demasiado alta, la soldadura puede ser insuficiente. También para esto, los necesarios ajustes se pueden determinar sin dificultades en cada caso individual.

Para la soldadura de cuerpos moldeados de materiales plásticos o de piezas semiterminadas de materiales plásticos es necesario que por lo menos una de las piezas que se ha de unir se componga, por lo menos en la zona superficial, de un material plástico conforme al invento, siendo irradiada la superficie de unión con una luz láser, para la que es sensible el óxido metálico contenido en el material plástico. Convenientemente se ha de proceder de manera tal que la pieza a unir, que está orientada hacia el rayo láser, no absorba la energía del láser, y que la segunda pieza a unir se componga de un material plástico conforme al invento, con lo cual éste es calentado en el límite de interfase tan fuertemente que ambas piezas se suelden una con otra.

Los materiales plásticos sensibles a los rayos láser altamente transparentes, conformes al invento, se pueden utilizar de una manera muy ventajosa para la producción de bienes de producción marcables con láser. La caracterización de bienes de producción, que se han producido a partir de estos materiales plásticos, se efectúa de tal manera que éstos son irradiados con una luz láser, para la que es sensible el óxido metálico contenido en el material plástico.

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Ejemplo comparativo A

Como masa de moldeo de material plástico se emplea el Trogamid® CX 7323, un producto comercial de la entidad Degussa AG, campo de actividades polímeros de alto rendimiento, en Marl. Como pigmento sensible a los rayos láser se utiliza el Iriodin® LS800 de la entidad Merck KgaA, Darmstadt, en una concentración de 0,2% en peso.

La transmisión de la luz en la región visible es de 80% y la turbiedad es de 5%.

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Ejemplo comparativo B

El PLEXIGLAS® 7N, un producto comercial de la entidad Degussa AG, campo de actividades metacrilatos, en Darmstadt, se formula y granula en un extrusor de 35, de la entidad Storck, con una zona de desgasificación a 240ºC. Como pigmento sensibles a los rayos láser se utiliza el Iriodin® LS800 de la entidad Merck KgaA, de Darmstadt, en una concentración de 0,2% en peso.

La transmisión de la luz en la región visible es de 85% y la turbiedad es de 4%.

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Ejemplo 1 Producción de un cuerpo moldeado de material plástico sensible a los rayos láser y altamente transparente

Una masa de moldeo de material plástico, que contiene un pigmento nanoescalar sensible a los rayos láser, se funde en un extrusor y se inyecta en un molde para moldeo por inyección para formar plaquitas de material plástico o se extrude para formar planchas películas o tubos.

La incorporación del pigmento sensible a los rayos láser se efectúa bajo una fuerte cizalladura con el fin de descomponer las partículas eventualmente aglomeradas en partículas primarias nanoescalares.

Forma de realización A)

Como masa de moldeo de material plástico se emplea el Trogamid® CX 7323, un producto comercial de la entidad Degussa AG, campo de actividades polímeros de alto rendimiento, en Marl. Como pigmento sensible a los rayos láser se utiliza un óxido de indio y estaño nanoescalar Nano®ITO IT-05 C5000 de la entidad Nanogate en una concentración de 0,01% en peso. La transmisión de la luz en la región visible es de 90% y la turbiedad es de 1,5%.

Forma de realización B)

Como masa de moldeo de material plástico se emplea el PLEXIGLAS® 7N, un producto comercial de la entidad Degussa AG, campo de actividades metacrilatos, en Darmstadt. Como pigmento sensible a los rayos láser se utiliza un óxido de indio y estaño nanoescalar Nano®ITO IT-05 C5000 de la entidad Nanogate en una concentración de 0,001% en peso. En el caso de la extrusión se puede emplear ventajosamente también una masa de moldeo de más alto peso molecular, del tipo del PLEXIGLAS® 7H. La transmisión de la luz en la región visible es de 92% y la turbiedad es < 1%.

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Ejemplo 2 Producción de una masa de moldeo de material plástico sensible a los rayos láser y altamente transparente

Forma de realización A)

El Trogamid® CX 7323, un producto comercial de la entidad Degussa AG, campo de actividades polímeros de alto rendimiento, en Marl, se formula con un óxido de indio y estaño nanoescalar Nano ®ITO IT-05 C5000 de la entidad Nanogate como pigmento sensible a los rayos láser en una concentración de 0,01% en peso, y se granula en un extrusor Berstorff ZE 2533 D a 300ºC. La transmisión de la luz en la región visible es de 90% y la turbiedad es de 1,5%.

Forma de realización B)

El PLEXIGLAS® 7N, un producto comercial de la entidad Degussa AG, campo de actividades metacrilatos, en Darmstadt, se formula con un óxido de indio y estaño nanoescalar Nano®ITO IT-05 C5000 de la entidad Nanogate como pigmento sensible a los rayos láser en una concentración de 0,001% en peso y se granula en un extrusor de 35 de la entidad Storck con una zona de desgasificación a 240ºC. La transmisión de la luz en la región visible es de 92% y la turbiedad es < 1%.

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Ejemplo 3 Producción de un barniz sensible a los rayos láser, altamente transparente, y de un revestimiento con barniz

Forma de realización A)

Un barniz de acrilato endurecible por radiaciones a base de 40 partes en peso de tri-acrilato de pentaeritritol, 60 partes en peso de diacrilato de hexanodiol, 100 partes en peso del óxido de indio y estaño nanoescalar VP AdNano® ITO R50 de la entidad Degussa y 200 partes en peso de etanol, se dispersa en un recipiente de vidrio durante 66 h sobre el banco de rodillos con la adición de bolas de vidrio con un diámetro de 1 mm, después de la separación de las bolas de molienda se reúne con 2 partes del agente fotoiniciador Irgacure® 184, y mediante rascado con una rasqueta de alambre se aplica sobre planchas de material plástico. El endurecimiento, después de un breve período de tiempo de aireación, se efectúa por irradiación con un aparato secador de UV Fusión F 400, usual en el comercio, con un avance de 1 m/min bajo un gas inerte. La transmisión de la luz en la región visible es de 90% y la turbiedad es de < 2%.

Forma de realización B)

Un barniz que se seca físicamente es producido por dispersamiento de 100 partes en peso del óxido de indio y estaño nanoescalar VP AdNano® ITO R50 de la entidad Degussa, 100 partes en peso de un polimetacrilato (Degalan® 742) y 200 partes en peso de acetato de butilo dentro de un recipiente de vidrio, mediando adición de bolas de vidrio con un diámetro de 1 mm durante 66 h. El revestimiento se efectúa por rascado con una rasqueta de alambre de 24 \mum y por una desecación del barniz a la temperatura ambiente.

La transmisión de la luz en la región visible es de 90% y la turbiedad es < 2%.

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Ejemplo 4 Realización de una marcación con láser

(PMMA para colada con un contenido de ITO de 0,01% en peso)

Una plancha de material plástico sensible a los rayos láser, altamente transparente (con unas dimensiones de 100 mm * 60 mm * 2 mm) a base de un PMMA para colada con un contenido de ITO de 0,01% en peso, se introduce en la herramienta del sistema de láser de Starmark SMM65 de la entidad Baasel-Lasertechnik. En este caso hay que prestar atención a que la plancha tenga una distancia de por lo menos 10 mm con respecto de la superficie inferior de apoyo de la herramienta. El foco del rayo láser es ajustado en el centro del espesor de la plancha. En el aparato de regulación del sistema de láser se ajustan los parámetros de frecuencia (2.250 Hz), corriente eléctrica de la lámpara (21,0 A) y la velocidad de inscripción (100 mm s^{-1}). Después de haber introducido el deseado texto a inscribir, se pone en marcha el sistema de láser. Al final del proceso de inscripción se puede sacar la plancha de material plástico desde el aparato.

El contraste es calificado con la nota 4.

El contraste se determinó con el siguiente procedimiento cualitativo:

Nota de contraste 0:: No es posible ninguna inscripción.

Nota de contraste 1:: Se observa una descoloración de la superficie del material plástico, sin que sea legible la inscripción.

Nota de contraste 2:: La inscripción es bien legible.

Nota de contraste 3:: La inscripción y el texto de la inscripción en el tamaño Arial 18 negrita son bien legibles.

Nota de contraste 4:: La inscripción, el texto de la inscripción en el tamaño Arial 18 negrita y el texto de la inscripción en el tamaño Arial 12 son bien legibles.

Ejemplo 5 Realización de una marcación con láser

(PMMA para colada con un contenido de ITO de 0,0001% en peso)

Una plancha de material plástico sensible a los rayos láser y altamente transparente (con unas dimensiones de 100 mm * 60 mm * 2 mm) a base de un PMMA para colada con un contenido de ITO de 0,0001% en peso, se introduce en la herramienta del sistema de láser Starmark SMM65 de la entidad Baasel-Lasertechnik. En este caso hay que prestar atención a que la plancha tenga una distancia de por lo menos 10 mm con respecto a la superficie inferior de apoyo de la herramienta. El foco del rayo láser es ajustado a 20 mm por encima del centro del espesor de la plancha. En el aparato de regulación del sistema de láser se ajustan los parámetros de frecuencia (2.250 Hz), corriente eléctrica de la lámpara (22,0 A) y velocidad de inscripción (10 mm s^{-1}). Después de haber introducido el deseado texto de la inscripción se pone en marcha el sistema de láser. Al final del proceso de inscripción se puede sacar la plancha de material plástico desde el aparato.

El contraste es calificado con la nota 4.

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Ejemplo 6 Realización de una marcación con láser

(PMMA para colada revestido con 0,001% en peso de un barniz de PMMA que contiene ITO)

Una plancha de material plástico sensible a los rayos láser y altamente transparente (con unas dimensiones de 100 mm * 60 mm * 2 mm) a base de un PMMA para colada, revestida por ambas caras con un barniz de PMMA que contiene 0,001% en peso de ITO, se introduce en la herramienta del sistema de láser Starmark SMM65 de la entidad Baasel-Lasertechnik. En este caso hay que prestar atención a que la plancha tenga una distancia de por lo menos 10 mm con respecto de la superficie de apoyo inferior de la herramienta. El foco del rayo láser es ajustado a 20 mm por encima del centro del espesor de la plancha. En el aparato de regulación del sistema de láser se ajustan los parámetros de frecuencia (2.250 Hz), corriente eléctrica de la lámpara (21,0 A) y velocidad de inscripción (15 mm s^{-1}). Después de haber introducido el deseado texto de la inscripción se pone en marcha el sistema de láser. Al final del proceso de inscripción se puede sacar la plancha de material plástico desde el aparato.

El contraste es calificado con la nota 4.

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Ejemplo 7 Realización de una marcación con láser

(PA12 con un contenido de ITO de 0,1% en peso)

Una plancha patrón de material plástico moldeada por inyección sensible a los rayos láser y altamente transparente (con unas dimensiones de 60 mm * 60 mm * 2 mm) a base de un PA12 con un contenido de ITO de 0,1% en peso, se introduce en la herramienta del sistema de láser Starmark SMM65 de la entidad Baasel-Lasertechnik. En este caso hay que prestar atención a que la plancha tenga una distancia de por lo menos 10 mm con respecto a la superficie inferior de apoyo de la herramienta. El foco del rayo láser es ajustado en el centro del espesor de la plancha. En el aparato de regulación del sistema de láser se ajustan los parámetros de frecuencia (2.250 Hz), corriente eléctrica de la lámpara (20,0 A) y velocidad de inscripción (50 mm s^{-1}). Después de haber introducido el deseado texto de la inscripción se pone en marcha el sistema de láser. Al final del proceso de inscripción se puede sacar la plancha de material plástico desde el aparato.

El contraste es calificado con la nota 4.

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Ejemplo 8 Realización de una marcación con láser

(PA12 con un contenido de 0,01% en peso de ITO)

Una plancha patrón de material plástico moldeada por inyección sensible a los rayos láser y altamente transparente (con unas dimensiones de 60 mm * 60 mm * 2 mm) a base de una PA12 con un contenido de ITO de 0,01% en peso se introduce en la herramienta del sistema de láser Starmark SMM65 de la entidad Baasel-Lasertechnik. En este caso hay que prestar atención a que la plancha tenga una distancia de por lo menos 10 mm con respecto a la superficie inferior de apoyo de la herramienta. El foco del rayo láser es ajustado a 20 mm por encima del centro del espesor de la plancha. En el aparato de regulación del sistema de láser se ajustan los parámetros de frecuencia (2.250 Hz), corriente eléctrica de la lámpara (20,0 A) y velocidad de inscripción (50 mm s^{-1}). Después de haber introducido el deseado texto de la inscripción se pone en marcha el sistema de láser. Al final del proceso de inscripción se puede sacar la plancha de material plástico desde el aparato.

El contraste es calificado con la nota 4.

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Ejemplo 9 Realización de una soldadura con láser

(PMMA de colada con un contenido de 0,01% en peso de ITO)

Una plancha de material plástico sensible a los rayos láser y altamente transparente (con unas dimensiones de 60 mm * 60 mm * 2 mm) a base de un PMMA con un contenido de ITO de 0,01% en peso se pone con las superficies que se han de soldar en contacto con una segunda plancha de material plástico a base de un PMMA para colada no dopado. Las planchas se introducen en el soporte para soldadura del sistema de láser Starmark SMM65 de la entidad Baasel-Lasertechnik de tal manera que la plancha no dopada está situada por arriba, es decir es atravesada en primer lugar por el rayo láser. El foco del rayo láser es ajustado a la superficie de contacto de las dos planchas. En el aparato de regulación del sistema de láser se ajustan los parámetros de frecuencia (2.250 Hz), corriente eléctrica de la lámpara (22,0 A) y velocidad de avance (30 mm s^{-1}). Después de haber introducido el tamaño de la superficie que se ha de soldar (22*4 mm^{2}) se pone en marcha el sistema de láser. Al final del proceso de soldadura se pueden sacar desde el aparato las planchas soldadas de material plástico.

Se alcanzan unos valores de la adherencia con la nota 4 en el ensayo manual

La adherencia se valora de la siguiente manera:

0: Ninguna adherencia

1: Pequeña adherencia

2: Alguna adherencia, se puede separar con pequeño gasto

3: Buena adherencia, se puede separar solamente con un gran gasto y eventualmente con ayuda de herramientas

4: Adherencia inseparable; separación solamente mediante rotura de la cohesión

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Ejemplo 10 Realización de una soldadura con láser

(PA12 con un contenido de ITO de 0,01% en peso)

Una plancha patrón de material plástico moldeada por inyección sensible a los rayos láser y altamente transparente (con unas dimensiones de 60 mm * 60 mm * 2 mm) a base de una PA12 con un contenido de ITO de 0,01% en peso, se pone con las superficies que se han de soldar en contacto con una segunda plancha patrón de material plástico moldeada por inyección (con unas dimensiones de 60 mm * 60 mm * 2 mm) a base de una PA12 no dopada. Las planchas son introducidas en el soporte de soldadura del sistema de láser Starmark SMM65 de la entidad Baasel-Lasertechnik de tal manera que la plancha no dopada está situada por arriba, es decir es atravesada en primer lugar por el rayo láser. El foco del rayo láser es ajustado a la superficie de contacto de las dos planchas. En el aparato de regulación del sistema de láser se ajustan los parámetros de frecuencia (2.250 Hz), corriente eléctrica de la lámpara (22,0 A) y velocidad de avance (10 mm s^{-1}). Después de haber introducido el tamaño de la superficie que se ha de soldar (22*4 mm^{2}) se pone en marcha el sistema de láser. Al final del proceso de soldadura se pueden sacar desde el aparato las planchas soldadas de material plástico.

Se consiguen unos valores de la adherencia con la nota 4 en el ensayo manual.

Claims

1. Utilización de un material plástico para la marcación con láser y/o la soldadura con láser, conteniendo el material plástico un óxido metálico nanoescalar, que está seleccionado entre un óxido de indio dopado, un óxido de estaño dopado y un óxido de antimonio dopado,

caracterizada porque el tamaño de partículas del óxido metálico es de 1 a 100 nm y el contenido de óxido metálico es de 0,0001 a 0,1% en peso, referido al material plástico, de manera tal que con un espesor material del material plástico de 2 mm la transmisión es de más que 85% y la turbiedad es de menos que 3%, ambas magnitudes determinadas con la norma ASTM D 1003.

2. Utilización de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el tamaño de partículas del óxido metálico es de 5 a 100 nm.

3. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el contenido de óxido metálico es de 0,001 a 0,01% en peso.

4. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 3, caracterizada porque el óxido metálico nanoescalar es un óxido de indio y estaño o un óxido de antimonio y estaño.

5. Utilización de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque el óxido metálico nanoescalar es un óxido de indio y estaño azul.

6. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la matriz del material plástico se basa en polímeros de poli(met)acrilato, poliamida, poliuretano, poliolefinas, polímeros de estireno y copolímeros de estireno, policarbonato, siliconas, poliimidas, polisulfona, poli(éter-sulfona), policetonas, poli(éter-cetonas), poli(sulfuro de fenileno), poliésteres, poli(óxido de etileno), poliuretano, poliolefinas o polímeros fluorados.

7. Utilización de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el poli(met)acrilato es un poli(metacrilato de metilo).

8. Utilización de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el policarbonato es un policarbonato de bisfenol A.

9. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el material plástico se presenta como un cuerpo moldeado, una pieza semiterminada, una masa de moldeo o un barniz.

10. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, para la producción de bienes de producción marcados con láser y/o soldados con láser.

11. Procedimiento para la soldadura de cuerpos moldeados de materiales plásticos o de piezas semiterminadas de materiales plásticos, estando compuesta por lo menos una de las piezas que se han de unir, por lo menos en la zona superficial, a base de materiales plásticos de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 10, en el que la superficie de unión se irradia con una luz láser, para la que es sensible el óxido metálico contenido en el material plástico.

12. Procedimiento para la caracterización de bienes de producción, producidos a base de materiales plásticos de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 12, en el que éstos se irradian con una luz láser, para la que es sensible el óxido metálico contenido en el material plástico.

13. Artículo marcado con láser y/o soldado con láser, producido de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12.