专利名称：共挤出的箔复合材料及其在卡体中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及箔复合材料、制造箔复合材料的方法以及卡体(特别是包含箔复合材料用于便携式数据载体的卡体)和制造卡体的方法，。
背景技术：
在卡体(例如特别是用于便携式数据载体的卡体，诸如芯片卡)的制造中，上下放置的几个塑性箔彼此层叠。热塑性箔，例如由聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚对笨二甲酸乙二醇酯或热塑性聚亚胺酯制成的箔，由于其良好的可层叠性而通常用作塑性箔。由这样的热塑性箔制成的卡体的缺点是其对于弯曲应力和冲击力作用的机械性质不良。这导致卡体中的应力，并且最终导致裂纹(crack)。电子模块的安装也通常导致弱化卡体的应力、并最终导致对裂纹和断裂(break)的升高的敏感性。
为了改善这样的卡体的机械性质，有利的是在层叠工艺的架构中采用由热塑性弹性体制成的箔，例如基于氨基甲酸乙酯(urethane)的热塑性弹性体。这些箔的弹性特别好，并且可显著地改善卡结构的弯曲强度和断裂强度。在出版物EP O 430 282 A2中，描述了多层身份卡形式的卡体，其中在卡芯和对应的覆盖箔之间分别提供有热塑性弹性体层。然而，在制造卡体时，难以在层叠工艺的架构内处理由热塑性弹性体制成的箔，即所谓的TPE箔。考虑到它们的高弹性，该箔非常“柔软”。缺乏硬度导致在制造机器中处理时的问题，并且低的空间稳定性也可导致在箔印刷时的对准问题。另外，在层叠时材料倾向于流出。此外，这样的箔具有低的玻璃化转变范围(位于0° C以下)，因此在此温度范围中它保持柔性而不变得易碎。此外，在堆叠时该箔由于其平滑的表面而倾向于结块(block)，使得堆叠中的箔难以单个化和运输。为了在将这样的箔层叠到其它材料时获得足够的连接刚度(stiffness)，更需要达到各其它材料的玻璃化点。由于此玻璃化点一般远在热塑性弹性体的玻璃化转变范围之上，结合对应温度范围中的粘度降低的强度的依赖，所以这频繁地导致热塑性弹性体流出。这导致所采用的层叠机器必须经常清洗。在一些情况下，相邻于热塑性弹性体的箔甚至同样可开始流动，并且使得位于其上的印刷图像变形。尽管能够在较低的温度层叠以因此防止箔流出，但是在低温层叠时通常获得不充分好的层叠接合。因此，希望在单个箔中结合热塑性箔的积极性质和热塑性弹性体制成的箔的积极性质。文件EP O 384 252 BI中披露了靠近该方向上的技术方案。其中描述的箔复合材料具有多个层，其中中间层由热塑性弹性体制成。由热塑性塑料制成的层邻接此层。在制造复合物时，另外的层施加到形成中间层的箔。一种施加方法是同时挤出，由此层在离开挤出机之后被融合。
发明内容
本发明的目标是提供适合于用作卡体中的层的箔材料。特别是，该箔材料应在制造卡体的架构内可容易地处理，并且保证卡体的良好机械性质。这样的箔材料的希望的性质是_高弹性，从而保证希望的卡的弯曲强度，特别是动态弯曲强度避免卡中的应力、裂纹和断裂的能力，而且特别是还在卡中安装电子模块时；-对通常的卡材料(特别是热塑性箔)的良好层叠性，优选没有辅助层；-良好的可印刷性，优选没有印刷预处理；-在制造和处理时的良好空间稳定性；-简单和优选便宜的可制造性；-在进一步处理时的良好操作性，特别是避免结块，以及-对标准材料的较高耐化学性。本发明的另一个目标是提供一种避免现有技术的缺点的卡体，特别是用于便携式数据载体的卡体。特别是，该卡体应容易承受电子模块的安装，并且对应力、裂纹和断裂具有良好的抵抗性，例如在弯曲应力和冲击力作用时。这些目标通过具有如各独立权利要求所述的特征的箔复合材料、制造箔复合材料的方法、卡体和制造卡体的方法实现。从属权利要求陈述了本发明的具体实施例。根据本发明，提供一种具有至少三层的箔复合材料，由此由热塑性弹性体制成的内层由热塑性聚合物制成的外层覆盖在其两个表面上。这样的箔复合材料对于可层叠性和处理结合了弹性体的有利的弹性性质与热塑性塑料的有利性质。这样的合成材料的制造引 起技术问题，这是因为所采用的材料和工艺参数必须彼此仔细地协调以实现所希望的箔性质。如果热塑性聚合物和弹性体分开挤出且在刚离开各挤出机喷嘴后立即融合，则分层的相互粘合强度可能不足，使得在某些情况下有应力时，可能发生箔复合材料部分分离成其各层。因此，根据本发明，仍在熔化状态下的所有采用的材料在离开挤出机喷嘴之前融合成箔复合材料。只有在离开挤出机喷嘴之后，箔复合材料才冷却进而变成固体，就是说，箔复合材料作为整体冷却且变成固体，因此形成所谓的共挤出箔。此工艺要求必须在相同的温度或至少在共同的温度范围内加工热塑性塑性材料和热塑性弹性体。热塑性塑料典型地比热塑性弹性体具有略高的熔化或处理温度。如果热塑性弹性体被加热到热塑性塑料的典型处理温度，则热塑性弹性体比热塑性塑料更加倾向于热劣化，这进而导致粘性下降，并且因此使热塑性塑料和热塑性弹性体之间的箔接合变差。此外，热塑性塑料和热塑性弹性体当然必须不彼此排斥，相反，它们必须彼此相容且彼此接合，使得它们后来存在于频繁使用的卡体中时它们不分层。热塑性塑料和热塑性弹性体的可比的流变性，即可比的熔体粘度，促近均匀的熔化叠置且改善层的相互粘合强度。除了仔细协调热塑性塑性材料和热塑性弹性体之外，当然还必须保证选择了其螺旋几何形状允许所选材料的处理并且对希望层厚度能够有各自需要的吞吐量的挤出机。特别是，必须保证热塑性弹性体的连续流动流(flow stream)，从而避免热劣化的危险并因此避免热塑性弹性体的流变性的劣化。根据本发明，发现当箔复合材料的内塑料层由热塑性共聚酯弹性体制成并且两个外塑料层由聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物(PETG)(所谓的乙二醇改性的聚对笨二甲酸乙二醇酯)制成时，对于要用作卡体中层的箔的要求以最佳方式满足。这里应注意的是，热塑性共聚酯弹性体以及PETG仅分别表示内层或外层的塑性材料。内层或外层的材料除了塑性材料之外还可包括常用的添加剂，例如有色颜料、氧化稳定剂、阻燃剂、光学增白剂、填料、UV稳定剂、释放添加剂(release additive)和其它辅助剂。有色颜料可同时用作填料。也可包含常用的增补剂(extender)，但是优选各层免于增补剂。通常，辅助剂的添加优选保持得低以尽可能少干扰塑性材料的协调。两个外塑料层可相同或不同。尽管两个外塑料层优选由PETG构成，但是它们可关于所用PETG的类型、关于它们的厚度或关于它们辅助剂而不同。例如，外塑料层之一可包含抗结块剂，而外塑料层的另一个包含100%PETG。优选地，两个外塑料层相同。根据本发明的箔复合材料也可由超过三层的层构成。根据本发明实施例的箔复合材料的一个实施例，外塑料层之一或二者分别由两个分层(邻接在内塑料层上的内部外层，和外部外层)构成。优选地，箔复合材料的层结构关于外层的数目对称，即两个外层分别仅由一层构成，或者两个外层分别由两个分层构成。外层的两个分层也可关于所用PETG的类型、关于它们的厚度以及关于它们的辅助剂而不同。根据优选实施例，各外部外层包含少量的抗结块剂，而内部外层不包含。根据不同实施例，内塑料层由超过一层的层构成，例如，两层或三层。这些层进而可相同或不同，即关于所用的热塑性共聚酯弹性体、关于它们的厚度和/或关于它们的辅助剂而不同。然而，优选地，层结构至少关于内层的数目对称。具有几个分层的结构可以是非常有利的，例如在内塑料层要具有高的厚度但可用的挤出机不具有所需流速时。挤出工艺终究还是必须快速执行，使得在必要的挤出温度上不发生热塑性共聚酯弹性体的劣化。
对于内层或对于内层的分层，可采用单一的热塑性共聚酯弹性体或多种热塑性共聚酯弹性体的混合物。当然，弹性体必须彼此兼容且易于互溶(intermiscible)。它们必须具有可比的材料性质和处理性质。热塑性共聚酯弹性体可适当地具有25至70的Shore D硬度和不同的断裂延伸率(150至超过300%)。处理温度在200和240° C之间。溶解粘度(MFI)，例如在2. 16kg和230° C下，也可在3至50cm3/10min之间变化。为了本发明的目的，优选采用热塑性共聚酯弹性体(TPC)，其Shore D硬度在33至55的范围，其断裂延伸率大于300%，并且其熔体粘度在7至llcm3/10min的范围。此溶解粘度与PETG的溶解粘度是可比的。特别优选的TPC材料为聚醚型的热塑性聚酯弹性体。特别优选的TPC材料为Arnitel VT 3104 (DSM 工程塑料)。根据本发明的箔复合材料的厚度根据的卡体的层顺序中的要提供箔复合材料的位置而变化。当箔材料用作中间层(嵌入)时，优选总层厚度在约50至350 μ m的范围，例如240 μ m。当根据本发明的箔复合材料用作覆盖层(覆盖箔)时，优选总层厚度在约80 μ m至130 μ m的范围，例如105 μ m。设总层厚度为100%，则约10至30%分别落到这里的第一和第二外塑料层上，并且相应的约80至40%落到内塑料层上。通常适用的是，TPC材料在总层厚度中的比例越高，箔复合材料的弹性性质越好。对于给定的TPC含量，箔复合材料在卡体中设置得越靠外，根据本发明的箔复合材料的有利效果通常更加明显。应进一步指出的是，上述层的每一个可由聚合物的混合物构成,例如，PETG和TPC的混合物，由此，层设置得越靠内，TPC的含量应越多，而层设置得越靠外，PETG的含量应越高。箔复合材料的两个最外层或两个最外分层应仅包括PETG作为塑性材料。然而，本发明的特别优点是不必制作聚合物混合物以获得各层材料性质上的梯度，并且因此获得层的良好相互连接强度。相反，在采用PETG和热塑性共聚酯弹性体而不复合时，即每一个仅具有TPC和仅具有PETG时，可实现箔复合材料的良好接合值(粘合强度大于30N/cm)。同时，弹性体比例高，并且工艺不复杂。根据本发明的箔复合材料的制造通过共挤出实现。这样做，为根据本发明的箔复合材料的各层提供的材料分别熔化在适当的挤出机中，并且提供到宽缝式喷嘴(wide slotnozzle)或者所谓的供料套管(feedblock)。在喷嘴或供料套管中，它们以提供的层顺序融合并且通过喷嘴共挤出。本质重要的是各塑料融体在它们从宽缝式喷嘴排出之前被融合。挤出温度和挤出速度与所用材料协调也很重要。挤出喷嘴的温度可典型地在210至260° C之间的范围，由此必须考虑热塑性共聚酯弹性体材料可能在较高的温度热分解，使得然后必须保证对应的高挤出速度。结合图I和2描述两个示范性构形的工艺数据。在处理前，所有的材料必须预干燥，这是因为它们吸湿，并且通过在处理中吸收的湿气，它们可通过挤出机中的水解而劣化。湿气含量不应超过O. 05%。根据本发明的箔复合材料特别适合于用作卡体的层结构中的层，从而改善卡体的机械性能。卡体，特别是芯片卡和其它数据载体的卡体，典型地由多个层构成，这些层通过层叠互连。各层通常由热塑性聚合物材料构成，例如，聚氯乙烯、聚碳酸酯或聚对笨二甲酸乙二醇酯。层之间或在层的凹陷中可设置电子构件和压印天线。采用根据本发明的箔复合材料作为这里的卡体的至少一层。特别是，根据本发明的箔复合材料用作卡体的一个或两个覆盖层(覆盖箔)。可替换地或附加地，根据本发明的箔复合材料可设置在卡结构内(嵌入 箔)，。为了制造卡体，要形成后面的卡体的塑性箔彼此层叠。层叠可在单个操作中实现，即要形成卡体的所有箔材料在一个操作中堆叠和层叠。可替换地，层叠可在两个或更多个操作中执行，就是说，仅部分的箔分别共同层叠为分堆叠(partial stack)，并且分堆叠然后在后面的另外工序中堆叠和层叠为卡体。这里通过在120° C和200° C之间的温度(特别是在130° C和180° C之间的温度，优选在140° C和160° C之间的温度)层叠获得良好的层叠接合。优选地，层叠在加热状态和冷却状态下进行。层叠时间优选在加热和/或冷却状态下分别在10分钟至25分钟之间。根据本发明的卡体典型地具有约O. 5至I. Omm范围的总厚度。根据本发明的箔复合材料的总厚度通常在50 μ m和350 μ m之间，取决于要采用的箔复合材料在卡体的层叠复合物中的位置。嵌入箔通常比覆盖箔厚，由此嵌入箔的总厚度典型地在200 μ m至280 μ m的范围内，而覆盖箔的总厚度典型地在80 μ m至130 μ m的范围内。根据本发明的箔复合材料由于它们外层由PETG制成因此与卡体层结构的邻近层熔合得非常好，从而获得稳定的卡体层叠接合。可采用层叠添加剂，但是它们不是必须的。同时，当根据本发明的箔复合材料用作覆盖箔时，PETG外层确保卡体可被印刷和处理而没有任何问题，并且不倾向于结块。
下面，将基于附图进一步阐释本发明。应当指出的是，附图没有按真实比例也没有按真实尺寸。而且，应当指出的是，附图仅旨在更加仔细地说明本发明，而不旨在被理解为限制性的。相同的参考标号表不相同的兀件。附图中图I是通过根据本发明的箔复合材料的截面图，该箔复合材料具有内塑料层、两个第一外塑料层和两个第二外塑料层；图2是通过根据本发明的箔复合材料的截面图，该箔复合材料具有由内部内层和两个外部内层构成的内塑料层，并且具有第一外塑料层和第二外塑料层；图3是通过根据本发明的箔复合材料的截面图，该箔复合材料具有内塑料层、第一外塑料层和第二外塑料层；图4是通过根据本发明的卡体的截面图，该卡体具有两个根据本发明的箔复合材料作为覆盖层；图5是通过根据本发明的卡体的截面图，该卡体具有两个根据本发明的箔复合材料作为中间层，以及图6是通过根据本发明的卡体的截面图，该卡体具有两个根据本发明的箔复合材
料作为覆盖层。
具体实施例方式图I示出了根据本发明的箔复合材料4的第一实施例。在示出的实施例中，箔复合材料具有五层，内塑料层3、第一外塑料层I和第二外塑料层2，由此外塑料层I由内部分层11和外部分层12构成，并且外塑料层2由内部分层21和外部分层22构成。内层3由100%的热塑性共聚酯弹性体或多种热塑性共聚酯弹性体的混合物构成，并且第一外塑料层I和第二外塑料层2由热塑性塑料材料构成，由此两个内部外层11、21由100%的PETG构成，而两个外部外层12、22除PETG之外还包含抗结块剂，例如，约4wt.%的抗结块剂，其余为PETG。含量总是以wt. %说明。箔复合材料4的制造例如可这样实现，在三个挤出机A、B、C中熔化具有不同组成的颗粒(颗粒A 96%PETG+4%抗结块剂；颗粒B 100%PETG ;颗粒C 100%TPC),并且在供料套管中融合对应的熔化流(来自挤出机A的材料A、来自挤出机B的材料B、来自挤出机C的材料C)，并且通过宽缝式喷嘴将它们共同挤出。在示出的实施例中，箔复合材料在结构上是对称的，即内部外层11、21和外部外层12、22分别具有相同的组成和相同的厚度。这不是必须的。相反，内部外层11、21或外部外层12、22可分别彼此不同，例如，包含不同的PETG，具有不同的厚度，或者具有不同含量的抗结块剂。在此情况下，在改良的供料套管或宽缝式喷嘴布置中，对应更多的挤出机是必要的。然而，优选箔复合材料对称构造，一方面因为较容易制造，另一方面因为非对称结构通常不提供优点。在示出的实施例中，内塑料层3是最厚的层。这通常在实际当中是真实的，因为希望TPC材料的比例尽可能高，以便实现箔复合材料4的高弹性。示范性层厚度是，层12、22分别占总层厚度的约10%，层11、21分别占总层厚度的20%，而层3占总层厚度的约40%。下面的挤出机设置为获得良好的结果
温度[° C]给料区域[° C]
挤出机 A 220-26040-60
挤出机 B 225-25040-60
权利要求
1.一种箔复合材料(4)，特别是用作卡体中的层，优选在便携式数据载体中，具有 至少一个第一外塑料层(I)， 至少一个内塑料层(3)， 至少一个第二外塑料层(2)， 由此所有的层(I、3、2 )共同地形成共挤出复合物，其特征在于 该至少一个第一外层(I)的塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物(PETG)或包含PETG， 该至少一个内层(3)的塑料是热塑性共聚酯弹性体(TPC)或包含TPC， 该至少一个第二外层(2)的塑料是PETG或包含PETG。
2.根据权利要求I所述的箔复合材料(4)，其特征在于，该第一外塑料层(I)由外部层(12)和内部层(11)构成，和/或该第二外塑料层(2)由外部层(22)和内部层(21)构成。
3.根据权利要求I或2所述的箔复合材料(4)，其特征在于，该内塑料层(3)由内部层(31)和两个外部层(32、33)构成。
4.根据权利要求I至3任何一项所述的箔复合材料(4)，其特征在于，该塑料层(1、2、3)中的一个或几个除塑性材料之外还包含常用的添加剂，诸如来自填料、有色颜料、氧化稳定齐IJ、UV稳定剂、激光添加剂、阻燃剂和光学增白剂构成的组中的一种或几种添加剂。
5.根据权利要求I至4任何一项所述的箔复合材料(4)，其特征在于，该第一外塑料层(I)和/或该第二外塑料层(2)包含O至5wt. -%的抗结块剂。
6.根据权利要求I至4任何一项所述的箔复合材料(4)，其特征在于，该第一外塑料层(I)由外部层(12)和内部层(11)构成，和/或该第二外塑料层(2)由外部层(22)和内部层(21)构成， 由此该内部层(11 ;21)由PETG构成，并且该外部层(12 ;22)由PETG和O至5wt. -%的抗结块剂构成。
7.根据权利要求I至6任何一项所述的箔复合材料(4)，其特征在于，其厚度在50y m至350 ii m之间，特别是其厚度在80 ii m至130 ii m之间或在200 y m至280 u m之间。
8.根据权利要求I至7任何一项所述的箔复合材料(4)，其特征在于，该内塑料层(3)的厚度构成该箔复合材料(4)的总厚度的40至80%。
9.根据权利要求I至8任何一项所述的箔复合材料(4)，其特征在于，该热塑性共聚酯弹性体是聚醚型的共聚酯弹性体，和/或具有33至55的ShoreD硬度和/或大于300%的断裂延伸率和/或7至IlcmVlOmin的MFI。
10.根据权利要求I至9任何一项所述的箔复合材料(4)，其特征在于，该层(1、2、3)的相互粘合强度为至少30N/cm。
11.一种制造根据权利要求I至10任何一项的箔复合材料(4)的方法，具有至少一个第一外层塑性材料、至少一个第二外层塑性材料和至少一个内层塑性材料的共挤出，其特征在于 所有的处于熔化状态的该塑性材料在离开该挤出机喷嘴之前被融合使得挤出箔复合材料(4)，其中第一外塑料层(I)和第二外塑料层(2)覆盖在内塑料层(3)的两侧上， 该至少一个第一外层塑性材料具有如权利要求I或4至6任何一项所述的组成， 该至少一个第二外层塑性材料具有如权利要求I或4至6任何一项所述的组成，并且 该至少一个内层塑性材料具有如权利要求I或4所述的组成。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在210至260°C的喷嘴温度执行该共挤出。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，该挤出机流速设定为使得共挤出箔复合材料(4)，其中该内层(3)的厚度构成该箔复合材料(4)厚度的40至80%。
14.一种卡体(5)，特别是用于便携式数据载体的卡体，具有多个彼此层叠的塑料层，包括 卡芯(9)，由至少一个芯层(60、61、62)制成， 至少两个覆盖层(80、81)，用于覆盖该卡芯(9)的两个表面，以及 可选的至少一个中间层(70、71)，设在该卡芯(9)与该覆盖层(80、81)的至少一个之间， 其特征在于，该覆盖层(80、81)的至少一个和/或至少一个中间层(70、71)是根据权利要求I至10任何一项的箔复合材料(4)或者是通过根据权利要求11至13任何一项的方法获得的箔复合材料(4)。
15.一种用于制造特别用于便携式数据载体的卡体(5)的方法，该卡体(5)具有多个塑料层，包括 卡芯(9)，由至少一个芯层(60、61、62)制成， 至少两个覆盖层(80、81)，用于覆盖该卡芯(9)的两个表面，以及可选的至少一个中间层(70、71)，在该卡芯(9)与该覆盖层(80、81)的至少一个之间，其中该塑料层在一个工作操作或几个卡体(5)中彼此层叠，其特征在于，根据权利要求I至10任何一项的箔复合材料(4)或通过根据权利要求11至13任何一项的方法获得的箔复合材料(4)用作该覆盖层(80、81)的至少一个和/或用作至少一个中间层(70、71)。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在120°C至200° C之间，优选在130° C至180° C之间，特别优选在130° C至140° C的温度执行层叠。
全文摘要
本发明涉及复合膜材料(4)，特别是用作卡体中的层，优选在便携式数据载体的卡体中，包括至少一个第一外塑料层(1)，至少一个内塑料层(3)以及至少一个第二外塑料层(2)，所有的层(1、3、2)共同地形成共挤出复合物，其特征在于该至少一个第一外层(1)的塑性材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物(PETG)或包含PETG，该至少一个内层(3)的塑性材料是热塑性共聚酯弹性体(TPC)或包含TPC，并且该至少一个第二外层(2)的塑性材料是PETG或包含PETG。本发明还涉及制造复合膜材料的方法，涉及包括复合膜材料(4)作为其层叠复合物中至少一层的卡体(5)，并且涉及制造该卡体(5)的方法。
文档编号B32B7/02GK102811856SQ201180011253
公开日2012年12月5日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月25日
发明者J.里德尔, A.布朗, C.雷根斯伯格 申请人:德国捷德有限公司