激光印标组合物和相关方法

激光印标组合物和相关方法
【专利摘要】本发明描述了多种激光印标组合物及其相关方法。激光印标组合物使用了一种或一种以上具有特定平均粒径或尺寸范围的颗粒群落。使用所述组合物和方法形成的印标或其它标记表现出更高对比度、改善的底物结合、和较大的分散性。
【专利说明】激光印标组合物和相关方法

【技术领域】
[0001] 本发明的主题涉及用于激光印标操作的组合物和多种使用该组合物进行激光印 标的方法。本发明的主题也涉及使用所述组合物和/或方法印标的物品。

【背景技术】
[0002] 激光印标是使用激光和其他形式的辐射能来将附加的印标物粘附至各种底物上 的印标技术。激光印标在金属、玻璃和陶瓷部件上形成永久性印标，其用于航空航天至奖状 和雕刻工业的多种应用。激光印标与更广为人知的激光雕刻和激光烧蚀技术的不同之处在 于，激光印标是一种添加方法，将材料添加到底物上以实现印标，而不是如在雕刻和烧蚀技 术中那样移除材料。
[0003] 对于金属底物，可在不损坏底物的情况下，在部件上永久性地标记上高对比度、高 分辨率的徽标、条形码、以标示或序列化为目的的印标。对于玻璃和陶瓷，复杂的表面可以 进行装饰或印标且传统的烧制方法由激光和印标的组合代替，可在几秒钟内形成组合物和 表面之间永久性结合。
[0004] 尽管在许多方面令人满意，但仍然需要显示更高对比度的印标和更容易看到的印 标。此外，对于经受表面磨损、摩擦或曝露于环境因素的印标，改善印标和其底部的底物之 间的结合以避免或减少印标磨损或移除的可能性也将是有利的。而且，当以液体形式提供 时某些印标组合物表现出不好的稳定性，且因此容易分离成多相。因此，尤其是在应用之前 或应用期间，必须频繁混合和搅拌该组合物。因此，考虑到上述因素和其他因素，存在改进 印标组合物和使用所述材料的方法的需要。


【发明内容】

[0005] 与之前已知材料和应用相关的难点和缺陷在本发明用于激光印标的组合物和方 法中解决。
[0006] 在本发明主题的一方面，提供了使用在玻璃底物上的激光印标组合物，来生产高 对比度的印标，即印标或标记。该组合物包括至少一种溶剂或载体，至少一种吸收剂化合物 选自复合无机化合物、锆化合物、硅化合物、钙化合物及其组合组成的群组。所述至少一种 吸收剂化合物具有的平均粒径在约0. 1微米-10. 0微米之间。
[0007] 在本发明主题的另一方面，提供了使用在陶瓷底物上的激光印标组合物，来生产 高对比度的印标。该组合物包括至少一种溶剂或载体，至少一种吸收剂化合物选自复合无 机化合物、锆化合物、硅化合物及其组合组成的群组。用于陶瓷底物的本发明主题的附加的 吸收剂化合物包括金属氧化物（例如氧化钴、氧化钨、氧化铁、氧化铝、氧化铬、氧化铅、铬 铅氧化物、铅硫氧化物、铋钒氧化物、锰铁氧化物、氧化钛等），金属化合物（例如铜、银、金 等），无机颜料（例如铝酸钴、炭黑、硫化锡、硒化镉等），无机颜料前体及其组合。所述至少 一种吸收剂化合物具有的平均粒径在约〇. 1微米-10. 〇微米之间。
[0008] 在本发明主题的另一方面，提供了使用在金属底物上的激光印标组合物，来生产 高对比度的印标。该组合物包括至少一种溶剂或载体，至少一种吸收剂化合物选自钼化合 物、钒化合物、硅化合物及其组合组成的群组。所述至少一种吸收剂化合物具有的平均粒径 在约0. 1微米-10. O微米之间。
[0009] 在本发明主题的再另一方面，提供了使用激光印标组合物的方法，在底物上生产 高对比度的印标。该方法包括提供底物。该方法也包括提供组合物，所述组合物包括至少 一种溶剂或载体，和至少一种吸收剂化合物，所述吸收剂化合物选自复合无机化合物、锆化 合物、硅化合物、钙化合物、钼化合物、钒化合物及其组合组成的群组；其中所述至少一种吸 收剂化合物具有的平均粒径在约0. 1微米-10. 0微米之间。该方法也包括在底物的至少一 部分上设置所述组合物从而在底物上形成涂层。该方法也包括用激光照射涂层的至少一部 分，从而涂层区域的温度增加，至少部分地粘附到底物上，且在底物上形成具有与底物亮度 不同亮度的印标。且该方法附加地包括辐射后从底物上去除任何留下的组合物。
[0010] 应认识到，在不脱离本发明主题下，本发明主题可包括其他不同实施方式，其各细 节可以从各方面改变。相应地，附图和说明书视为解释说明而非限制。

【具体实施方式】
[0011] 本发明的主题提供了多种组合物、方法及其使用所述组合物和方法印标的物品。 该组合物包括一种或一种以上具有特定尺寸的吸收剂颗粒的群落。根据本发明的主题，已 经发现通过选择和使用具有某些尺寸特性的颗粒的印标组合物，能够显著改善和提高获得 的印标的某些方面。
[0012] 例如，能够通过使用具有特定尺寸特性的组合物增强在物品和底物之间的表面粘 附。一般来说，如果对特定底物使用特定尺寸的颗粒则获得更强的粘附性。另外，使用本文 描述的具有尺寸特性的颗粒可以获得具有改善分散性能（即该颗粒倾向于在相对长的时 间内保持在液体载体中的分散）的印标组合物。另外，根据本发明的主题使用具有本文描 述的尺寸特性的组合物通过激光印标增加了生产印标的对比度。也就是说，通过使用描述 的颗粒尺寸特性，能够实现在激光形成的印标中提高对比度，且通常在较低的激光能下获 得。本文将对这些和其他优势和益处进行更为详细的描述。
[0013] 印标组合物
[0014] 如在本文中所使用的，术语"印标组合物"表示可置于底物上的化合物，在该区域 通过激光照射之后，可在底物上提供对比印标。形成的印标区域与底物中未经辐射的区域 形成对比，例如，印标与未经辐射的区域相比，在亨特实验室标度中可具有不同的亮度/明 度值和/或色值。
[0015] 在亨特实验室标度中，又称为CIELAB标度（以变量L、a和b命名），L测量亮度或 明度，其在100至〇之间变化，100为绝对白，〇为黑，大致和眼睛对其的评估相似，其中DL =L(样品）-L(基准物）。如果DL(也表示为AL)是正的，样品比基准物更亮。如果DL是 负的，样品比基准物更暗。
[0016] 色度维度（a和b)为颜色提供了易于理解的设定。维度a为正值时，其测量的是红 色，为〇时，是灰色，为负值时，是绿色，其中Da = a (样品）-a (基准物）。如果Da (或Λ a) 是正值，则样品比基准物更红。如果Da是负值，样品比基准物更绿。
[0017] 维度b为正值时，其测量的是黄色，为0时，是灰色，为负值时，是蓝色，其中Db = b (样品）_b(基准物）。如果Db (或Λ b)为正值时，样品比基准物更黄。如果Db为负值， 样品比基准物更蓝。
[0018] 对于任意光源或观察者，亨特总色差（DE或Λ E)按Λ E = V ( Λ L2+ Λ a2+ Λ b2) 计算。
[0019] 在本发明主题的一个实施方案中，印标组合物提供了与底物明度值（L)相比，具 有不同明度值（L)的具有对比度的印标，提供由标准CIELAB模式确定的底物和经辐射的印 标组合物之间的明度值差（AL)。在另一实施方案中，金属印标组合物提供了与底物具有 不同色值（a和b)的具有对比度的印标。在又另一实施方案中，陶瓷印标组合物提供了最 佳颜色特性，其具有一定程度的不透明性以遮盖底物印标的部分并与底物剩余部分形成对 比。在又另一实施方案中，玻璃印标组合物提供明度值、颜色值、透明度、半透明度、不透明 度及其组合以与底物未印标的部分形成对比。
[0020] 根据本发明主题制得的激光印标对于一种应用而言需要是不透明的（例如在陶 瓷应用中），而对于另一种应用而言，可能需要是透明的或半透明的以显示对底物的某些作 用。在10°视野下使用CIE D65光源进行测量，印标和未印标区域之间的明度值差（AL) 通常具有的绝对值约大于10。在一个实施方案中Λ L的绝对值约大于20,或在另一个实施 方案中约大于25。在一个特定的实施方案中，Λ L的绝对值约为30或更高。根据本发明主 题制备的激光印标以及这些印标对应的L、a和b值用在10°下使用CIE D65光源的分光 计测量。
[0021] 玻璃印标组合物的不透明度或不透明性可用分光计在黑色和白色的Leneta卡片 上测量。在一个实施方案中，对于印标组合物的不透明度，在黑色和白色Leneta背景上测 量的对比度为约1 Λ E至约5 Λ E，最优选约0. 5 Λ E至约2 Λ E。
[0022] 本发明主题的印标组合物通常包含（i) 一种或一种以上具有特定尺寸特性的吸 收剂的群落，（ii)载体或溶剂和（iii) 一种或一种以上任选的添加剂。组合物不限于（i)、 (ii)和（iii)，且根据本发明的主题可包含附加组分。
[0023] 取决于最终印标方法的具体需要，制备根据本发明主题制备的印标组合物，使其 适于多种应用技术中的一种技术。例如，印标组合物可被整合入粉状、带状或液体介质。所 述印标组合物可通过各种方式应用，其包括但不限于使用诸如喷墨和喷阀应用等应用技术 的丝网印刷、喷涂和电镀。
[0024] 制备液体形式的印标组合物可以通过例如，低剪切机械混合、高剪切机械混合、超 声混合和/或研磨等进行。
[0025] 取决于应用技术的类型，印标组合物的组分将不同。下表1为根据本发明主题的 印标组合物采用的组分范围的说明性实施例。
[0026] 表1-印标组合物的组分范围和常用重量百分比
[0027]

【权利要求】
1. 一种组合物，其用于经激光辐射后在玻璃底物上形成印标或标记，所述组合物包 含： 至少一种载体； 吸收剂化合物，其选自复合无机化合物、锆化合物、硅化合物、钙化合物及其组合组成 的群组；且 其中吸收剂化合物具有的平均粒径在约0.1微米-10微米之间。
2. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述吸收剂化合物具有的平均粒径在约4微 米-6微米之间。
3. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述吸收剂化合物包括： 约IOwt % -50wt %的复合无机化合物； 约5wt% -30wt%的错化合物； 约5wt% -25wt%的娃化合物；和 约5wt% -25wt%的妈化合物。
4. 根据权利要求1所述的组合物，其中至少一种载体选自水、醇、有机溶剂、烷烃、多元 醇、含氯溶剂、胺、醋、乙二醇醚、酮、萜烯、石脑油、芳香烃、二甲苯、天然油、呋喃、异构烷烃、 N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、三丁基膦及其组合组成的群组。
5. 根据权利要求1所述的组合物，其中进一步包括一种或一种以上添加剂，所述添加 剂选自层状硅酸盐玻璃、树脂连接剂、玻璃料浆、玻璃料浆前体、金属氧化物、金属、助熔剂、 氧化剂、还原剂、分散剂、表面活性剂、着色剂、粘性调节剂、流量控制剂、稳定剂、清晰度促 进剂及其组合组成的群组。
6. -种组合物，其用于经激光辐射后在陶瓷底物上形成印标或标记，所述组合物包 含： 至少一种载体； 吸收剂化合物，其选自复合无机化合物、锆化合物、硅化合物及其组合组成的群组；且 其中吸收剂化合物具有的平均粒径在约〇. 1微米-10. 〇微米之间。
7. 根据权利要求6所述的组合物，其中所述吸收剂化合物具有的平均粒径在约0. 8微 米-5微米之间。
8. 根据权利要求6所述的组合物，其中进一步包括： 约IOwt % -50wt %的复合无机化合物； 约5wt% -30wt%的错化合物；和 约5wt% -25wt%的娃化合物。
9. 根据权利要求6所述的组合物，其中至少一种载体选自水、醇、有机溶剂、烷烃、多元 醇、含氯溶剂、胺、醋、乙二醇醚、酮、萜烯、石脑油、芳香烃、二甲苯、天然油、呋喃、异构烷烃、 N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、三丁基膦及其组合组成的群组。
10. 根据权利要求6所述的组合物，其中进一步包括附加的组分，所述附加的组分选自 复合无机金属氧化物、金属氧化物遮光剂、玻璃料浆、玻璃料浆前体及其组合组成的群组。
11. 根据权利要求10所述的组合物，其中进一步包括： 约IOwt % -40wt %的玻璃料浆； 约IOwt % -50wt %的复合无机金属氧化物； 约3wt% -15wt%的金属氧化物遮光剂；和 约25wt% -45wt%的至少一种载体。
12. 根据权利要求10所述的组合物，其中复合无机金属氧化物包括复合无机蓝金属氧 化物、复合无机黑金属氧化物、复合无机红金属氧化物、复合无机黄金属氧化物、复合无机 绿金属氧化物、复合无机棕金属氧化物、复合无机橙金属氧化物及其组合。
13. 根据权利要求10所述的组合物，其中玻璃料浆包括碱金属氧化物、碱土金属氧化 物、二氧化硅、氧化硼、过渡金属氧化物、或其组合。
14. 根据权利要求10所述的组合物，其中一种或一种以上玻璃料浆前体包括具有玻璃 形成剂的金属氧化物，所述玻璃成型剂包括二氧化硅、氧化锌、氧化铋、硼化钠、碳酸钠、长 石、或氟化物。
15. 根据权利要求6所述的组合物，其进一步包括一种或一种以上添加剂，所述添加剂 选自层状硅酸盐玻璃、树脂连接剂、金属、助熔剂、氧化剂、还原剂、分散剂、表面活性剂、着 色剂、粘性调节剂、流量控制剂、稳定剂、清晰度促进剂及其组合组成的群组。
16. -种组合物，其用于经激光辐射后在金属底物上形成印标或标记，所述组合物包 含： 至少一种载体； 吸收剂化合物，其选自钼化合物、钒化合物、硅化合物及其组合组成的群组；且 其中吸收剂化合物具有的平均粒径在约〇. 1微米-10. 〇微米之间。
17. 根据权利要求16所述的组合物，其中所述吸收剂化合物具有的平均粒径在约5微 米-10微米之间。
18. 根据权利要求16所述的组合物，其中进一步包括： 约IOwt % -50wt %的钼化合物； 约5wt% -25wt%的f凡化合物；和 约3wt% -20wt%的硅化合物。
19. 根据权利要求16所述的组合物，其中至少一种载体选自水、醇、有机溶剂、烷烃、多 元醇、含氯溶剂、胺、酯、乙二醇醚、酮、萜烯、石脑油、芳香烃、二甲苯、天然油、呋喃、异构烷 烃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、三丁基膦及其组合组成的群组。
20. 根据权利要求19所述的组合物，其中至少一种载体是占组合物约20wt% -80wt% 量的乙醇。
21. 根据权利要求16所述的组合物，其进一步包括一种或一种以上添加剂，所述添加 剂选自层状硅酸盐玻璃、树脂连接剂、玻璃料浆、玻璃料浆前体、金属氧化物、金属、助熔剂、 氧化剂、还原剂、分散剂、表面活性剂、着色剂、粘性调节剂、流量控制剂、稳定剂、清晰度促 进剂及其组合组成的群组。
22. -种在底物上形成印标、标记、文字、或设计的方法，所述方法包括： 提供底物； 提供组合物，所述组合物包括至少一种载体，和吸收剂化合物，所述吸收剂化合物选自 复合无机化合物、锆化合物、硅化合物、钙化合物、钼化合物、钒化合物、金属氧化物、金属化 合物、无机颜料、无机颜料前体、及其组合组成的群组，其中吸收剂化合物具有的平均粒径 在约0. 1微米-10. 0微米之间； 在底物的至少一部分上设置所述组合物；且 将所述组合物的至少一部分暴露到激光下，从而所述组合物的至少一部分的温度增 加，至少部分地粘附到底物上，且在底物上形成与底物相比具有亮度、颜色、和/或不透明 度对比的印标。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中 底物包括玻璃；且 所述组合物包括约l〇wt% -50wt%的复合无机化合物，约5wt% -30wt%的错化合物， 约5wt% -25wt%的娃化合物，和约5wt% -25wt%的妈化合物。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中 所述吸收剂化合物的平均粒径在约4微米-6微米之间；且 所述组合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光来自10瓦特的非脉冲纤维激光或 35瓦特CO2激光。
25. 根据权利要求22所述的方法，其中 底物包括陶瓷；且 所述组合物包括约l〇wt% -50wt%的复合无机化合物；约5wt% -30wt%的错化合物； 和约5wt% -25wt%的娃化合物。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中 所述吸收剂化合物的平均粒径在约2微米-5微米之间；且 所述组合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光来自10瓦特的非脉冲纤维激光。
27. 根据权利要求25所述的方法，其中 所述吸收剂化合物的平均粒径在约〇. 8微米-4微米之间；且 所述组合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光来自35瓦特CO2激光。
28. 根据权利要求22所述的方法，其中 底物包括金属；且 所述吸收剂化合物包括约IOwt % -50wt %的钼化合物；约5wt % -25wt %的f凡化合物； 和约3wt% -20wt%的娃化合物。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中 所述吸收剂化合物的平均粒径在约5微米-10微米之间；且 所述组合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光来自10瓦特的非脉冲纤维激光。
30. 根据权利要求28所述的方法，其中 所述吸收剂化合物的平均粒径在约1微米-10微米之间；且 所述组合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光来自35瓦特CO2激光。
31. 根据权利要求22所述的方法，其进一步包括从底物上去除非粘附的组合物。
【文档编号】C03C17/22GK104520115SQ201380042223
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】乔治·E·萨科斯克, 约瑟夫·E·萨维尔, 丹尼斯·R·吉尔摩, 斯蒂芬·罗兹吾德, 肖恩·T·韦尔 申请人:费罗公司