激光印標(biāo)組合物和相關(guān)方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了多種激光印標(biāo)組合物及其相關(guān)方法。激光印標(biāo)組合物使用了一種或一種以上具有特定平均粒徑或尺寸范圍的顆粒群落。使用所述組合物和方法形成的印標(biāo)或其它標(biāo)記表現(xiàn)出更高對比度、改善的底物結(jié)合、和較大的分散性。
【專利說明】激光印標(biāo)組合物和相關(guān)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的主題涉及用于激光印標(biāo)操作的組合物和多種使用該組合物進(jìn)行激光印 標(biāo)的方法。本發(fā)明的主題也涉及使用所述組合物和/或方法印標(biāo)的物品。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光印標(biāo)是使用激光和其他形式的輻射能來將附加的印標(biāo)物粘附至各種底物上 的印標(biāo)技術(shù)。激光印標(biāo)在金屬、玻璃和陶瓷部件上形成永久性印標(biāo)，其用于航空航天至獎狀 和雕刻工業(yè)的多種應(yīng)用。激光印標(biāo)與更廣為人知的激光雕刻和激光燒蝕技術(shù)的不同之處在 于，激光印標(biāo)是一種添加方法，將材料添加到底物上以實現(xiàn)印標(biāo)，而不是如在雕刻和燒蝕技 術(shù)中那樣移除材料。
[0003] 對于金屬底物，可在不損壞底物的情況下，在部件上永久性地標(biāo)記上高對比度、高 分辨率的徽標(biāo)、條形碼、以標(biāo)示或序列化為目的的印標(biāo)。對于玻璃和陶瓷，復(fù)雜的表面可以 進(jìn)行裝飾或印標(biāo)且傳統(tǒng)的燒制方法由激光和印標(biāo)的組合代替，可在幾秒鐘內(nèi)形成組合物和 表面之間永久性結(jié)合。
[0004] 盡管在許多方面令人滿意，但仍然需要顯示更高對比度的印標(biāo)和更容易看到的印 標(biāo)。此外，對于經(jīng)受表面磨損、摩擦或曝露于環(huán)境因素的印標(biāo)，改善印標(biāo)和其底部的底物之 間的結(jié)合以避免或減少印標(biāo)磨損或移除的可能性也將是有利的。而且，當(dāng)以液體形式提供 時某些印標(biāo)組合物表現(xiàn)出不好的穩(wěn)定性，且因此容易分離成多相。因此，尤其是在應(yīng)用之前 或應(yīng)用期間，必須頻繁混合和攪拌該組合物。因此，考慮到上述因素和其他因素，存在改進(jìn) 印標(biāo)組合物和使用所述材料的方法的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 與之前已知材料和應(yīng)用相關(guān)的難點和缺陷在本發(fā)明用于激光印標(biāo)的組合物和方 法中解決。
[0006] 在本發(fā)明主題的一方面，提供了使用在玻璃底物上的激光印標(biāo)組合物，來生產(chǎn)高 對比度的印標(biāo)，即印標(biāo)或標(biāo)記。該組合物包括至少一種溶劑或載體，至少一種吸收劑化合物 選自復(fù)合無機(jī)化合物、鋯化合物、硅化合物、鈣化合物及其組合組成的群組。所述至少一種 吸收劑化合物具有的平均粒徑在約0. 1微米-10. 0微米之間。
[0007] 在本發(fā)明主題的另一方面，提供了使用在陶瓷底物上的激光印標(biāo)組合物，來生產(chǎn) 高對比度的印標(biāo)。該組合物包括至少一種溶劑或載體，至少一種吸收劑化合物選自復(fù)合無 機(jī)化合物、鋯化合物、硅化合物及其組合組成的群組。用于陶瓷底物的本發(fā)明主題的附加的 吸收劑化合物包括金屬氧化物（例如氧化鈷、氧化鎢、氧化鐵、氧化鋁、氧化鉻、氧化鉛、鉻 鉛氧化物、鉛硫氧化物、鉍釩氧化物、錳鐵氧化物、氧化鈦等），金屬化合物（例如銅、銀、金 等），無機(jī)顏料（例如鋁酸鈷、炭黑、硫化錫、硒化鎘等），無機(jī)顏料前體及其組合。所述至少 一種吸收劑化合物具有的平均粒徑在約〇. 1微米-10. 〇微米之間。
[0008] 在本發(fā)明主題的另一方面，提供了使用在金屬底物上的激光印標(biāo)組合物，來生產(chǎn) 高對比度的印標(biāo)。該組合物包括至少一種溶劑或載體，至少一種吸收劑化合物選自鉬化合 物、釩化合物、硅化合物及其組合組成的群組。所述至少一種吸收劑化合物具有的平均粒徑 在約0. 1微米-10. O微米之間。
[0009] 在本發(fā)明主題的再另一方面，提供了使用激光印標(biāo)組合物的方法，在底物上生產(chǎn) 高對比度的印標(biāo)。該方法包括提供底物。該方法也包括提供組合物，所述組合物包括至少 一種溶劑或載體，和至少一種吸收劑化合物，所述吸收劑化合物選自復(fù)合無機(jī)化合物、鋯化 合物、硅化合物、鈣化合物、鉬化合物、釩化合物及其組合組成的群組；其中所述至少一種吸 收劑化合物具有的平均粒徑在約0. 1微米-10. 0微米之間。該方法也包括在底物的至少一 部分上設(shè)置所述組合物從而在底物上形成涂層。該方法也包括用激光照射涂層的至少一部 分，從而涂層區(qū)域的溫度增加，至少部分地粘附到底物上，且在底物上形成具有與底物亮度 不同亮度的印標(biāo)。且該方法附加地包括輻射后從底物上去除任何留下的組合物。
[0010] 應(yīng)認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明主題下，本發(fā)明主題可包括其他不同實施方式，其各細(xì) 節(jié)可以從各方面改變。相應(yīng)地，附圖和說明書視為解釋說明而非限制。

【具體實施方式】
[0011] 本發(fā)明的主題提供了多種組合物、方法及其使用所述組合物和方法印標(biāo)的物品。 該組合物包括一種或一種以上具有特定尺寸的吸收劑顆粒的群落。根據(jù)本發(fā)明的主題，已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過選擇和使用具有某些尺寸特性的顆粒的印標(biāo)組合物，能夠顯著改善和提高獲得 的印標(biāo)的某些方面。
[0012] 例如，能夠通過使用具有特定尺寸特性的組合物增強(qiáng)在物品和底物之間的表面粘 附。一般來說，如果對特定底物使用特定尺寸的顆粒則獲得更強(qiáng)的粘附性。另外，使用本文 描述的具有尺寸特性的顆?？梢垣@得具有改善分散性能（即該顆粒傾向于在相對長的時 間內(nèi)保持在液體載體中的分散）的印標(biāo)組合物。另外，根據(jù)本發(fā)明的主題使用具有本文描 述的尺寸特性的組合物通過激光印標(biāo)增加了生產(chǎn)印標(biāo)的對比度。也就是說，通過使用描述 的顆粒尺寸特性，能夠?qū)崿F(xiàn)在激光形成的印標(biāo)中提高對比度，且通常在較低的激光能下獲 得。本文將對這些和其他優(yōu)勢和益處進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。
[0013] 印標(biāo)組合物
[0014] 如在本文中所使用的，術(shù)語"印標(biāo)組合物"表示可置于底物上的化合物，在該區(qū)域 通過激光照射之后，可在底物上提供對比印標(biāo)。形成的印標(biāo)區(qū)域與底物中未經(jīng)輻射的區(qū)域 形成對比，例如，印標(biāo)與未經(jīng)輻射的區(qū)域相比，在亨特實驗室標(biāo)度中可具有不同的亮度/明 度值和/或色值。
[0015] 在亨特實驗室標(biāo)度中，又稱為CIELAB標(biāo)度（以變量L、a和b命名），L測量亮度或 明度，其在100至〇之間變化，100為絕對白，〇為黑，大致和眼睛對其的評估相似，其中DL =L(樣品）-L(基準(zhǔn)物）。如果DL(也表示為AL)是正的，樣品比基準(zhǔn)物更亮。如果DL是 負(fù)的，樣品比基準(zhǔn)物更暗。
[0016] 色度維度（a和b)為顏色提供了易于理解的設(shè)定。維度a為正值時，其測量的是紅 色，為〇時，是灰色，為負(fù)值時，是綠色，其中Da = a (樣品）-a (基準(zhǔn)物）。如果Da (或Λ a) 是正值，則樣品比基準(zhǔn)物更紅。如果Da是負(fù)值，樣品比基準(zhǔn)物更綠。
[0017] 維度b為正值時，其測量的是黃色，為0時，是灰色，為負(fù)值時，是藍(lán)色，其中Db = b (樣品）_b(基準(zhǔn)物）。如果Db (或Λ b)為正值時，樣品比基準(zhǔn)物更黃。如果Db為負(fù)值， 樣品比基準(zhǔn)物更藍(lán)。
[0018] 對于任意光源或觀察者，亨特總色差（DE或Λ E)按Λ E = V ( Λ L2+ Λ a2+ Λ b2) 計算。
[0019] 在本發(fā)明主題的一個實施方案中，印標(biāo)組合物提供了與底物明度值（L)相比，具 有不同明度值（L)的具有對比度的印標(biāo)，提供由標(biāo)準(zhǔn)CIELAB模式確定的底物和經(jīng)輻射的印 標(biāo)組合物之間的明度值差（AL)。在另一實施方案中，金屬印標(biāo)組合物提供了與底物具有 不同色值（a和b)的具有對比度的印標(biāo)。在又另一實施方案中，陶瓷印標(biāo)組合物提供了最 佳顏色特性，其具有一定程度的不透明性以遮蓋底物印標(biāo)的部分并與底物剩余部分形成對 比。在又另一實施方案中，玻璃印標(biāo)組合物提供明度值、顏色值、透明度、半透明度、不透明 度及其組合以與底物未印標(biāo)的部分形成對比。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明主題制得的激光印標(biāo)對于一種應(yīng)用而言需要是不透明的（例如在陶 瓷應(yīng)用中），而對于另一種應(yīng)用而言，可能需要是透明的或半透明的以顯示對底物的某些作 用。在10°視野下使用CIE D65光源進(jìn)行測量，印標(biāo)和未印標(biāo)區(qū)域之間的明度值差（AL) 通常具有的絕對值約大于10。在一個實施方案中Λ L的絕對值約大于20,或在另一個實施 方案中約大于25。在一個特定的實施方案中，Λ L的絕對值約為30或更高。根據(jù)本發(fā)明主 題制備的激光印標(biāo)以及這些印標(biāo)對應(yīng)的L、a和b值用在10°下使用CIE D65光源的分光 計測量。
[0021] 玻璃印標(biāo)組合物的不透明度或不透明性可用分光計在黑色和白色的Leneta卡片 上測量。在一個實施方案中，對于印標(biāo)組合物的不透明度，在黑色和白色Leneta背景上測 量的對比度為約1 Λ E至約5 Λ E，最優(yōu)選約0. 5 Λ E至約2 Λ E。
[0022] 本發(fā)明主題的印標(biāo)組合物通常包含（i) 一種或一種以上具有特定尺寸特性的吸 收劑的群落，（ii)載體或溶劑和（iii) 一種或一種以上任選的添加劑。組合物不限于（i)、 (ii)和（iii)，且根據(jù)本發(fā)明的主題可包含附加組分。
[0023] 取決于最終印標(biāo)方法的具體需要，制備根據(jù)本發(fā)明主題制備的印標(biāo)組合物，使其 適于多種應(yīng)用技術(shù)中的一種技術(shù)。例如，印標(biāo)組合物可被整合入粉狀、帶狀或液體介質(zhì)。所 述印標(biāo)組合物可通過各種方式應(yīng)用，其包括但不限于使用諸如噴墨和噴閥應(yīng)用等應(yīng)用技術(shù) 的絲網(wǎng)印刷、噴涂和電鍍。
[0024] 制備液體形式的印標(biāo)組合物可以通過例如，低剪切機(jī)械混合、高剪切機(jī)械混合、超 聲混合和/或研磨等進(jìn)行。
[0025] 取決于應(yīng)用技術(shù)的類型，印標(biāo)組合物的組分將不同。下表1為根據(jù)本發(fā)明主題的 印標(biāo)組合物采用的組分范圍的說明性實施例。
[0026] 表1-印標(biāo)組合物的組分范圍和常用重量百分比
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種組合物，其用于經(jīng)激光輻射后在玻璃底物上形成印標(biāo)或標(biāo)記，所述組合物包 含： 至少一種載體； 吸收劑化合物，其選自復(fù)合無機(jī)化合物、鋯化合物、硅化合物、鈣化合物及其組合組成 的群組；且 其中吸收劑化合物具有的平均粒徑在約0.1微米-10微米之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述吸收劑化合物具有的平均粒徑在約4微 米-6微米之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述吸收劑化合物包括： 約IOwt % -50wt %的復(fù)合無機(jī)化合物； 約5wt% -30wt%的錯化合物； 約5wt% -25wt%的娃化合物；和 約5wt% -25wt%的媽化合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中至少一種載體選自水、醇、有機(jī)溶劑、烷烴、多元 醇、含氯溶劑、胺、醋、乙二醇醚、酮、萜烯、石腦油、芳香烴、二甲苯、天然油、呋喃、異構(gòu)烷烴、 N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、三丁基膦及其組合組成的群組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中進(jìn)一步包括一種或一種以上添加劑，所述添加 劑選自層狀硅酸鹽玻璃、樹脂連接劑、玻璃料漿、玻璃料漿前體、金屬氧化物、金屬、助熔劑、 氧化劑、還原劑、分散劑、表面活性劑、著色劑、粘性調(diào)節(jié)劑、流量控制劑、穩(wěn)定劑、清晰度促 進(jìn)劑及其組合組成的群組。
6. -種組合物，其用于經(jīng)激光輻射后在陶瓷底物上形成印標(biāo)或標(biāo)記，所述組合物包 含： 至少一種載體； 吸收劑化合物，其選自復(fù)合無機(jī)化合物、鋯化合物、硅化合物及其組合組成的群組；且 其中吸收劑化合物具有的平均粒徑在約〇. 1微米-10. 〇微米之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中所述吸收劑化合物具有的平均粒徑在約0. 8微 米-5微米之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中進(jìn)一步包括： 約IOwt % -50wt %的復(fù)合無機(jī)化合物； 約5wt% -30wt%的錯化合物；和 約5wt% -25wt%的娃化合物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中至少一種載體選自水、醇、有機(jī)溶劑、烷烴、多元 醇、含氯溶劑、胺、醋、乙二醇醚、酮、萜烯、石腦油、芳香烴、二甲苯、天然油、呋喃、異構(gòu)烷烴、 N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、三丁基膦及其組合組成的群組。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中進(jìn)一步包括附加的組分，所述附加的組分選自 復(fù)合無機(jī)金屬氧化物、金屬氧化物遮光劑、玻璃料漿、玻璃料漿前體及其組合組成的群組。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的組合物，其中進(jìn)一步包括： 約IOwt % -40wt %的玻璃料漿； 約IOwt % -50wt %的復(fù)合無機(jī)金屬氧化物； 約3wt% -15wt%的金屬氧化物遮光劑；和 約25wt% -45wt%的至少一種載體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的組合物，其中復(fù)合無機(jī)金屬氧化物包括復(fù)合無機(jī)藍(lán)金屬氧 化物、復(fù)合無機(jī)黑金屬氧化物、復(fù)合無機(jī)紅金屬氧化物、復(fù)合無機(jī)黃金屬氧化物、復(fù)合無機(jī) 綠金屬氧化物、復(fù)合無機(jī)棕金屬氧化物、復(fù)合無機(jī)橙金屬氧化物及其組合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的組合物，其中玻璃料漿包括堿金屬氧化物、堿土金屬氧化 物、二氧化硅、氧化硼、過渡金屬氧化物、或其組合。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的組合物，其中一種或一種以上玻璃料漿前體包括具有玻璃 形成劑的金屬氧化物，所述玻璃成型劑包括二氧化硅、氧化鋅、氧化鉍、硼化鈉、碳酸鈉、長 石、或氟化物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其進(jìn)一步包括一種或一種以上添加劑，所述添加劑 選自層狀硅酸鹽玻璃、樹脂連接劑、金屬、助熔劑、氧化劑、還原劑、分散劑、表面活性劑、著 色劑、粘性調(diào)節(jié)劑、流量控制劑、穩(wěn)定劑、清晰度促進(jìn)劑及其組合組成的群組。
16. -種組合物，其用于經(jīng)激光輻射后在金屬底物上形成印標(biāo)或標(biāo)記，所述組合物包 含： 至少一種載體； 吸收劑化合物，其選自鉬化合物、釩化合物、硅化合物及其組合組成的群組；且 其中吸收劑化合物具有的平均粒徑在約〇. 1微米-10. 〇微米之間。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合物，其中所述吸收劑化合物具有的平均粒徑在約5微 米-10微米之間。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合物，其中進(jìn)一步包括： 約IOwt % -50wt %的鉬化合物； 約5wt% -25wt%的f凡化合物；和 約3wt% -20wt%的硅化合物。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合物，其中至少一種載體選自水、醇、有機(jī)溶劑、烷烴、多 元醇、含氯溶劑、胺、酯、乙二醇醚、酮、萜烯、石腦油、芳香烴、二甲苯、天然油、呋喃、異構(gòu)烷 烴、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、三丁基膦及其組合組成的群組。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的組合物，其中至少一種載體是占組合物約20wt% -80wt% 量的乙醇。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合物，其進(jìn)一步包括一種或一種以上添加劑，所述添加 劑選自層狀硅酸鹽玻璃、樹脂連接劑、玻璃料漿、玻璃料漿前體、金屬氧化物、金屬、助熔劑、 氧化劑、還原劑、分散劑、表面活性劑、著色劑、粘性調(diào)節(jié)劑、流量控制劑、穩(wěn)定劑、清晰度促 進(jìn)劑及其組合組成的群組。
22. -種在底物上形成印標(biāo)、標(biāo)記、文字、或設(shè)計的方法，所述方法包括： 提供底物； 提供組合物，所述組合物包括至少一種載體，和吸收劑化合物，所述吸收劑化合物選自 復(fù)合無機(jī)化合物、鋯化合物、硅化合物、鈣化合物、鉬化合物、釩化合物、金屬氧化物、金屬化 合物、無機(jī)顏料、無機(jī)顏料前體、及其組合組成的群組，其中吸收劑化合物具有的平均粒徑 在約0. 1微米-10. 0微米之間； 在底物的至少一部分上設(shè)置所述組合物；且 將所述組合物的至少一部分暴露到激光下，從而所述組合物的至少一部分的溫度增 加，至少部分地粘附到底物上，且在底物上形成與底物相比具有亮度、顏色、和/或不透明 度對比的印標(biāo)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中 底物包括玻璃；且 所述組合物包括約l〇wt% -50wt%的復(fù)合無機(jī)化合物，約5wt% -30wt%的錯化合物， 約5wt% -25wt%的娃化合物，和約5wt% -25wt%的媽化合物。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中 所述吸收劑化合物的平均粒徑在約4微米-6微米之間；且 所述組合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光來自10瓦特的非脈沖纖維激光或 35瓦特CO2激光。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中 底物包括陶瓷；且 所述組合物包括約l〇wt% -50wt%的復(fù)合無機(jī)化合物；約5wt% -30wt%的錯化合物； 和約5wt% -25wt%的娃化合物。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中 所述吸收劑化合物的平均粒徑在約2微米-5微米之間；且 所述組合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光來自10瓦特的非脈沖纖維激光。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中 所述吸收劑化合物的平均粒徑在約〇. 8微米-4微米之間；且 所述組合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光來自35瓦特CO2激光。
28. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中 底物包括金屬；且 所述吸收劑化合物包括約IOwt % -50wt %的鉬化合物；約5wt % -25wt %的f凡化合物； 和約3wt% -20wt%的娃化合物。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中 所述吸收劑化合物的平均粒徑在約5微米-10微米之間；且 所述組合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光來自10瓦特的非脈沖纖維激光。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中 所述吸收劑化合物的平均粒徑在約1微米-10微米之間；且 所述組合物的至少一部分暴露到激光下，所述激光來自35瓦特CO2激光。
31. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包括從底物上去除非粘附的組合物。
【文檔編號】C03C17/22GK104520115SQ201380042223
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月8日
【發(fā)明者】喬治·E·薩科斯克, 約瑟夫·E·薩維爾, 丹尼斯·R·吉爾摩, 斯蒂芬·羅茲吾德, 肖恩·T·韋爾 申請人:費羅公司