一种基于二维氮化物激光高敏薄膜及其制备方法和应用

本发明属于激光标记领域，具体涉及一种基于二维氮化物激光高敏薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在收纳食品、饮料、药品、准药品和化妆品等的各种包装容器、以及薄膜和纸等的各种包装原材料等的包装材料等上通常进行如下操作：记录商品名、批号、制造年月日、最佳食用日期、使用期限和制造商名称等各种信息。作为进行这样的记录的方法，近年来，正在普及通过对对象物照射激光束从而进行记录(所谓激光打印)的激光标记方式。

2、激光标记方式由于为所谓非接触式，因此，有如下等优点：能进行高精度的记录；能进行高速记录；和在对象物的各种表面形状上都能进行记录。进而，激光标记方式与基于热压印方式、喷墨方式的记录相比，还有成为能难以消除的记录的优点。

3、迄今已证明，许多塑料，例如聚碳酸酯(pc)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚酰胺(pa)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚甲酯(pom)、聚氨酯(pur)、聚酯是很难或甚至不可能采用激光作标记的。发射波长为10.6微米的红外区光线的co2激光器，甚至在很高的输出水平下仅在聚烯烃上产生微弱的、几乎不易识别的标记，这是由于在上述波长下待加工塑料的吸收系数未高到足以引起聚合材料的颜色改变所致.该塑料必须不完全地反射或透射激光，因为，如果这样就不会发生相互作用。然而，还必须不是强吸收性的，因为在这种情况下该塑料会蒸发而仅留下镂蚀(engraving)。吸收激光束，从而引起与材料的相互作用取决于该塑料的化学结构以及所用激光的波长。在许多情况下，需要添加适宜的添加剂，例如吸收剂，以便使塑料变成激光可刻的。

4、为克服传统标记物的缺点，如标记易损坏、标记不耐水氧等，本发明致力于研发一种新型的基于二维氮化物激光高敏薄膜，其中掺杂有二维氮化物光敏剂、增韧剂及抗氧剂，该薄膜在受到激光照射时可以获得高对比度的激光标记。相较于普通的激光吸收剂如金属颗粒粉末、金属氧化物材料来说，二维氮化物材料光敏剂有以下优势：

5、二维氮化物材料导热性能更优异，对激光的吸收性好，掺杂改性后的高分子聚合物材料更容易被激光所标记，所得标记不易损坏；

6、二维氮化物材料的硬度极高，耐磨性强，能显著增强掺杂改性后的高分子聚合物的耐磨性能，扩展其应用场景；

7、部分二维氮化物材料稳定性极强，能稳定存在于掺杂后的高分子聚合物中，对二次加工后的产品性能改善依旧显著；

8、cn1169677c介绍了一种激光可标记的塑料，通过在原本难以用激光标记的塑料基础中添加光敏颜料来使得改性后的塑料能被激光所标记；

9、cn115536943a介绍了一种激光可标记的聚丙烯塑料，通过在聚丙烯塑料中添加激光吸收剂如云母片、氧化铜或三氧化二锑来使得聚丙烯塑料获得可激光标记的特性。

10、cn105085944介绍了一种可激光标记热塑性聚氨酯专用料，提供一种采用高分子分散剂和成碳剂表面包覆处理的复配无机粉体制备了针对热塑性聚氨酯的高效可激光标记专用料，解决了分散和可标记局限性的问题。

11、cn111440428a介绍了一种聚碳酸酯基激光打标复合材料及其制备方法，通过在聚碳酸酯塑料中添加激光吸收剂如金属粉末、金属氧化物、金属络合物、金属配合物中的一种或多种，解决了现有聚碳酸酯基激光打标材料中因组成分布不均匀影响打标效果的问题。

12、cn109796678a介绍了一种含温感物质可激光彩色标记的聚合物组合物及制备方法，将高分子聚合物(如聚乙烯、聚丙烯及聚碳酸酯等)、激光吸收剂(如炭黑、黑色素、黑色氧化铁、氮化硼)以及温感物质(如铅、镍、铬、锌、氧化物或硫化物)熔融共混，形成可在激光照射下产生不同色彩的聚合物组合物，解决了在塑料基体上进行彩色标记的问题。但其采用的温感物质和激光吸收剂颜色有差异，会造成成品颜色分布不均，而且温感物质的颜色与激光标记产生的颜色接近，对比度不够明显。

技术实现思路

1、现有技术中存在的技术问题是缺少改进高分子聚合物塑料激光吸收性能的技术，使得高分子聚合物塑料在激光新技术领域缺乏竞争力。为克服传统标记物的缺点，如标记易损坏、标记不耐水氧等，本发明致力于研发一种新型的基于二维氮化物激光高敏薄膜，其中掺杂有二维氮化物光敏剂、增韧剂及抗氧剂，该薄膜在受到激光照射时可以获得高对比度的激光标记。为了解决上述存在的技术问题，本技术提供如下技术方案：

2、本发明提供一种基于二维氮化物激光高敏薄膜的制备方法，包括如下步骤：

3、s11：将高分子聚合物、增韧剂、抗氧剂和二维粉末状材料(光敏剂)混合，得到混合料；所述二维粉末状材料为二维氮化物；

4、s12：将所述混合料挤出后冷却，剪切，得到塑料颗粒；

5、s13：将所述塑料颗粒干燥，流延成膜，得到所述基于二维氮化物激光高敏薄膜。

6、二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料展现出许多奇特的性质。其带隙可调的特性在场效应管、光电器件、热电器件等领域应用广泛；其自旋自由度和谷自由度的可控性在自旋电子学和谷电子学领域引起深入研究；不同的二维材料由于晶体结构的特殊性质导致了不同的电学特性或光学特性的各向异性。

7、优选的，所述高分子聚合物和二维粉末状材料的质量比为1000：2-50。

8、进一步地，所述高分子聚合物和二维粉末状材料的质量比为1000：5-30。

9、优选的，所述高分子聚合物和增韧剂的质量比为1000：20-200。

10、进一步地，所述高分子聚合物和增韧剂的质量比为1000：50-100。

11、优选的，所述高分子聚合物和抗氧剂的质量比为1000：10-100。

12、进一步地，所述高分子聚合物和抗氧剂的质量比为1000：20-40。

13、优选的，挤出采用双螺杆塑料挤出机。

14、进一步地，所述双螺杆塑料挤出机共5个温区，其温度设定分别为185℃，205℃，210℃，220℃和230℃。

15、优选的，所述高分子聚合物选自聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、mabs(甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚酯、聚苯醚和聚氨酯中的一种或多种。

16、进一步地，所述高分子聚合物选自聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯中的一种或多种。

17、优选的，所述增韧剂选自橡胶弹性体增韧剂、聚合物增韧剂或热塑性弹性体增韧剂。

18、进一步地，所述橡胶弹性体增韧剂选自丁苯橡胶、酯橡胶或丁腈橡胶；所述聚合物增韧剂选自聚酰胺增韧剂、聚硅氧烷或聚氨酯增韧剂；所述热塑性弹性体增韧剂选自sbs(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、sebs(以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物)、poe(聚烯烃热塑性弹性体)、tpo(热塑性聚烯烃类)或tpv(热塑性硫化橡胶)。

19、进一步地，所述增韧剂选自丁腈橡胶、聚氨酯增韧剂或聚硅氧烷。

20、优选的，所述二维氮化物选自二维六方氮化硼、二维氮化铝、二维氮化镓、二维氮化铟、二维氮化钛、二维氮化铝镓、二维氮化铟镓和二维氮化铝铟中的一种或多种。

21、进一步地，所述二维氮化物选自二维六方氮化硼、二维氮化铝或二维氮化钛。

22、进一步地，所述氮化硼、氮化铝或氮化钛为二维六方晶系结构氮化硼和氮化铝、二维层状结构的氮化钛。

23、优选的，所述抗氧化剂选自酚类抗氧剂、硫化酚类抗氧剂或有机硅类抗氧剂。

24、进一步地，所述抗氧化剂选自多酚抗氧剂1010、单酚抗氧剂bht(2,6-二叔丁基对甲酚)、单酚抗氧剂2246或双酚a抗氧剂。

25、优选的，所述步骤s12中，冷却的方式为水冷池冷却。

26、优选的，剪切的方法为使用切粒机切粒。

27、优选的，所述步骤s13中，干燥的时间为4-6h。

28、优选的，所述步骤s13中，流延成膜的厚度为90-110μm。

29、本发明还提供一种上述制备方法制备得到的基于二维氮化物激光高敏薄膜。

30、本发明还提供上述的基于二维氮化物激光高敏薄膜在激光标记的应用，包括如下步骤：

31、s21：将基于二维氮化物激光高敏薄膜裁剪，得到高分子聚合物薄膜；

32、s22：将所述高分子聚合物薄膜于激光下进行标记，完成所述激光标记。

33、本发明提供的激光高敏材料，是包含一种或多种粒度为0.1-100μm的激光吸收剂的高分子聚合物塑料。

34、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

35、粉末状二维材料具有更小的体积，导热性能良好，在对高分子聚合物进行改性时更容易进行混融，对高分子聚合物的物理特性影响较大，改性后的高分子聚合物对激光的吸收性更好。

36、本发明克服传统标记物的缺点，如标记易损坏、标记不耐水氧等缺点；能进行高精度的记录，能进行高速记录；能在对象物的各种表面形状上都能进行记录；激光标记方式与基于热压印方式、喷墨方式的记录相比，还有成为能难以消除的记录的优点。