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