(57)【要約】  本発明は、レーザー透過性パーツとレーザー吸収性パーツからなり、レーザー光によって互いに溶接できるレーザー溶接性ポリマーに関し、レーザー吸収性パーツが吸収剤としてリン酸水酸化銅および／またはリン酸銅を含むことが特徴である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー透過性パーツとレーザー吸収性パーツとからなり、レーザー光によって互いに溶接することができるレーザー溶接性ポリマーであって、該レーザー吸収性パーツが吸収剤としてリン酸水酸化銅および／またはリン酸銅を含むことを特徴とするレーザー溶接性ポリマー。
【請求項２】
前記リン酸水酸化銅またはリン酸銅が、Ｃｕ3（ＰＯ4）2・２Ｃｕ（ＯＨ）2（ＣＨＰ＝リン銅鉱）、Ｃｕ3（ＰＯ4）2・Ｃｕ（ＯＨ）2、Ｃｕ2Ｐ2Ｏ7・Ｈ2Ｏ、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・Ｈ2Ｏ、５ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・３Ｈ2Ｏ、６ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・３Ｈ2Ｏ、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・３Ｈ2Ｏ、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・１．２Ｈ2Ｏ、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・１．５Ｈ2Ｏの群から選ばれることを特徴とする、請求項１記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項３】
前記レーザー吸収性パーツが、レーザー吸収性パーツを基準として０．５〜１０重量％の量のリン酸水酸化銅および／またはリン酸銅を含むことを特徴とする、請求項１または２記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項４】
前記レーザー透過性パーツが、さらにレーザー散乱吸収剤を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項５】
レーザー散乱吸収剤が、導電性顔料、アンチモン、Ｓｂ2Ｏ3、（Ｓｎ，Ｓｂ）Ｏ2、（Ｓｎ，Ｓｂ）Ｏ2−被覆マイカ、（Ｓｎ，Ｓｂ）Ｏ2−およびＳｉＯ2−被覆マイカ、ＴｉＯ2−被覆マイカ顔料、リン酸水酸化銅およびリン酸銅の群から単独でまたは組合せて選ばれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項６】
レーザー散乱吸収剤が、レーザー透過性パーツを基準として０．００１〜２重量％の量でレーザー透過性パーツ中に存在することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項７】
前記レーザー透過性パーツが、さらにレーザー散乱添加剤を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項８】
前記レーザー散乱添加剤がＴｉＯ2、ＣａＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ガラスビーズ、またはそれらの混合物であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項９】
前記レーザー散乱添加剤が、レーザー透過性パーツ基準で１重量％以下の量でレーザー透過性パーツ中に存在することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項１０】
レーザー溶接性ポリマーパーツが、ダイオードレーザーまたはＮｄ：ＹＡＧレーザーを使用して溶接されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項１１】
ポリマーが熱可塑性プラスチックであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項１２】
ポリマーがポリオレフィン、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、ポリエーテル、ポリフェニレンエーテル、ポリアクリレート、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡＣ）、ポリビニルアセタール（ＰＶＢ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、アクリロニトリル−スチレン−アクリレート（ＡＳＡ）、ＡＢＳグラフトポリマー、ポリアルキレンテレフタレート、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリビニリデンクロライド（ＰＶＤＣ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性エラストマー（ＰＴＥ）またはそれらのコポリマーおよび／またはそれらの混合物であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマー。
【請求項１３】
吸収剤および所望により他の添加剤および助剤がレーザー吸収性パーツに、また所望によりレーザー透過性パーツに加えられ、次いでポリマーが熱作用下に形成されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマーの製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のレーザー溶接性ポリマーの、透過性レーザー溶接への使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー透過性パーツとレーザー吸収性パーツとからなり、該レーザー吸収性パーツが吸収剤としてリン酸水酸化銅および／またはリン酸銅を含むことを特徴とする、レーザー溶接性ポリマーに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過レーザー溶接は、プラスチックなどの材料を互いに溶接するために開発された技術である。これは、２つのうちの１つがレーザー光に対して透過性であり、他の１つがレーザー光に対して非透過性である、２つのプラスチック部材を互いに接触させることによって実現される。この２つのプラスチック部材間の接触部を次いでレーザー光にさらす。レーザー光は、透過性プラスチック部材を通過して第２の非透過性プラスチック部材によって吸収される。これが非透過性プラスチック部材を暖め、その結果２つのプラスチック部材間の接触部が溶融して溶接部位を生成する。使用するレーザーは、通常８０８〜１１００ｎｍの波長を有するダイオードレーザーまたはＮｄ：ＹＡＧレーザーである。殆どのポリマーはこの波長では大体において透過性であり、吸収特性が添加剤の添加によって達成できることを意味している。使用する吸収剤は通常カーボンブラックである。このものは可視域および赤外域の両域で非常に高い吸収を示す。したがって、カーボンブラックは色として黒のみ可能にする。淡色や透明な系は不可能である。
【０００３】
欧州特許ＥＰ１１１７５０２Ｂ１に吸収剤を中間層に使用する方法が記載されている。この方法はすべての色のポリマー、透明なプラスチックでさえ、溶接を可能にする。この方法の不利な点は、吸収剤ペーストを適用する付加的な工程があることである。溶接継ぎ目が通常は表面上に残る傾向もある。ここで使用するＮＩＲ吸収剤は有機性のものであり、光散乱を全くまたは実質的に示さない。
【０００４】
例えばアンチモン、酸化アンチモン、導電性顔料、およびＴｉＯ2などのレーザーマーキングに使用する添加剤は、一般に淡色の着色を可能にする。これらの添加剤はレーザー吸収側の配合物に加えられ、これにより溶接部位へのレーザー添加剤の適用という中間工程なしに透過レーザー溶接を可能にする。溶接することは可能であるが、長い加工時間が必要になることから実用上の関心をひかない。速度のほかにも、不都合な点はこれらの添加剤の吸収がカーボンブラックの場合の吸収よりも低いことである。例えばＴｉＯ2は表面吸収剤であるため、レーザー光の透過深さを深くすることができない。
【０００５】
透過性レーザー溶接においてレーザー吸収性パーツに対してより強力な吸収性添加剤を使用すると、プラスチックは溶融することができるが安定な溶接は実現できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的はしたがって、レーザー光にさらして、淡色でさえも良好な溶接をできるようにするレーザー溶接性ポリマーを見出すことである。良好な吸収剤は、したがって非常に淡い固有色を持つものか、または極めて少量使用すればよいものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
驚くべきことに、レーザー吸収性パーツとレーザー透過性パーツとからなるポリマー対のレーザー溶接性が、レーザー吸収性パーツに使用するレーザー吸収性物質がリン酸水酸化銅および／またはリン酸銅である場合に改善できることが発見された。
【０００８】
本発明はしたがってレーザー光によって互いに溶接することのできる、レーザー透過性パーツとレーザー吸収性パーツとからなるレーザー溶接性ポリマーに関し、レーザー吸収性パーツが吸収剤としてリン酸水酸化銅および／またはリン酸銅を含むことが特徴である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
レーザー吸収性パーツ基準で０．５〜１０重量％、好ましくは０．５〜７重量％、特に好ましくは０．５〜５重量％濃度のリン酸水酸化銅またはリン酸銅を、淡色レーザー吸収物質としてレーザー吸収性パーツに加えると非常に良好な溶接を生ずる。
【００１０】
好適なリン酸水酸化銅またはリン酸銅は、例えばＣｕ3（ＰＯ4）2・２Ｃｕ（ＯＨ）2（ＣＨＰ＝リン銅鉱）、塩基性二リン酸銅Ｃｕ3（ＰＯ4）2・Ｃｕ（ＯＨ）2、ピロリン酸銅Ｃｕ2Ｐ2Ｏ7・Ｈ2Ｏ、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・Ｈ2Ｏ，５ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・３Ｈ2Ｏ、６ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・３Ｈ2Ｏ、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・３Ｈ2Ｏ、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・１．２Ｈ2Ｏ、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5、４ＣｕＯ・Ｐ2Ｏ5・１．５Ｈ2Ｏである。前記リン酸水酸化銅およびリン酸銅の混合物を使用することも可能であり、この場合合計濃度や混合比は何ら特別の限定を受け〜かしながら、合計濃度は１０重量％を超えてはならない。リン酸水酸化銅、特にリン銅鉱の使用が好ましい。
【００１１】
溶接継目の強度および溶接速度を増加させるため、当業者公知の例えばＴｉＯ2，ＣａＣＯ3またはＭｇＣＯ3，あるいは他の白色顔料または充填材などの散乱添加剤をレーザー透過性パーツに所望により加えることができる。添加剤は使用するポリマーによって２重量％以下、好ましくは０．５重量％以下、特に好ましくは０．３重量％以下の量で使用される。
【００１２】
さらに、レーザー透過性ポリマーパーツに吸収剤を少量加えることもできる。レーザー透過性パーツに散乱吸収剤を加えると一般に溶接継目の強度が増加し、より速い溶接が可能となる。好適なレーザー散乱吸収剤は、例えばアンチモン、Ｓｂ2Ｏ3、（Ｓｎ，Ｓｂ）Ｏ2、（Ｓｎ，Ｓｂ）Ｏ2−被覆マイカ、（Ｓｎ，Ｓｂ）Ｏ2−またはＳｉＯ2−被覆マイカ、ＴｉＯ2−被覆マイカ顔料、リン酸水酸化銅およびリン酸銅などの導電性顔料である。このタイプの吸収剤は、例えばメルク社から商品名レーザーフレアーで市販されている。
【００１３】
吸収剤は、ポリマーパーツを基準にして、好ましくは０．００１〜２重量％、特に好ましくは０．０１〜１重量％、非常に特に好ましくは０．０５〜０．５重量％の量でレーザー透過性ポリマーに加えられる。しかしながら、レーザー透過性ポリマーパーツ中の吸収剤の割合はレーザー吸収性パーツ中よりも常に著しく少ない。一般に、レーザー吸収性パーツはレーザー透過性パーツよりも２〜２０倍、好ましくは５〜１０倍の大量の吸収剤を含む。
【００１４】
レーザー透過性パーツは散乱吸収剤および散乱添加剤の両方を含んでいてもよい。散乱吸収剤がリン酸水酸化銅またはリン酸銅である場合は、レーザー透過性パーツ中およびレーザー吸収性パーツ中の吸収剤は濃度が異なるだけである。レーザー透過性パーツ中の散乱吸収剤および散乱添加剤の合計濃度は２重量％を超えてはならない。
【００１５】
それぞれのポリマーパーツ中の吸収剤の濃度は、しかしながら、使用するプラスチック系によって異なる。少量の吸収剤はプラスチック系を僅かしか変化させず、その操作性にも影響を与えない。
【００１６】
さらに、着色剤をプラスチックに加えることができ、これによりあらゆる種類の色の変化が可能となると同時に、レーザー溶接部位の保持を確実にする。好適な着色剤は、特に着色した金属酸化物顔料および有機または無機の顔料ならびに染料である。
【００１７】
ポリマーはさらに充填材も含むことができる。当業者周知のすべての充填材、例えば天然および合成マイカ、ガラスビーズまたはガラス粉末、ナイロン粉末、無添加メラミン樹脂または充填材入りメラミン樹脂、タルク、ガラス、カオリン；アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛の酸化物または水酸化物；ＢｉＯＣｌ、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭素、およびこれら物質の物理的または化学的組合せ物などを使用することが可能である。
【００１８】
好適なポリマーは、非晶質、部分結晶性または多相性であるかどうかに関係なく当業者公知のすべてのプラスチックであり、例えばウルマン１５巻４５７頁以降、フェルラークＶＣＨに記載のようなもの、例えばポリオレフィン、特にポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、ポリエーテル、ポリフェニレンエーテル、ポリアクリレート、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡＣ）、ポリビニルアセタール（ＰＶＢ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、アクリロニトリル−スチレン−アクリレート（ＡＳＡ）、ＡＢＳグラフトポリマー、ポリアルキレンテレフタレート、特にポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリビニリデンクロライド（ＰＶＤＣ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性エラストマー（ＰＴＥ）およびそれらのコポリマーおよび／またはそれらの混合物などである。熱可塑性プラスチックが特に望ましい。
【００１９】
ドープしたプラスチック粒子は、一般に最初にプラスチック粒子を適当な混合器中に導入し、これらを任意の添加剤で湿潤させ、次いで吸収剤を加えて混入することによって製造される。散乱添加剤、接着剤、有機ポリマー相溶性溶媒、操作条件下で温度安定性の安定剤および／または界面活性剤を、吸収剤の混入中にプラスチック粒子に所望により加えることができる。プラスチックは一般に着色濃縮物（マスターバッチ）または着色化合物によって着色される。この方法で得られた混合物は次いで押出し機中または射出成形機中で直接加工することができる。加工中に形成された成形物は吸収剤が非常に均質な分布を示す。最後に、適当なレーザーを使用してレーザー溶接が行われる。
【００２０】
本発明はまた、レーザー吸収性ポリマーパーツと所望によりレーザー透過性ポリマーパーツとをそれぞれの吸収剤および所望により他の添加剤や助剤と混合し、次いで加熱して成形することを特徴とする、本発明の溶接性ポリマーの製造方法に関する。
【００２１】
レーザー溶接は、材料を持続波レーザー、好ましくはＮｄ：ＹＡＧまたはダイオードレーザーの光線路中に導入して実施される。波長は８０８〜１１００ｎｍの間が好ましい。殆どのポリマーはこれらの波長で大体において透過性であるので、吸収特性は添加剤の添加によって実現される。使用する吸収剤が高い吸収を示す波長で溶接を行う場合は他の慣用タイプのレーザーを使用する溶接も可能である。溶接はレーザーの照射時間と照射電力および使用するプラスチック系によって左右される。使用するレーザーの電力はそれぞれの用途によって異なり、個々の場合に応じて当業者が容易に決めることができる。
【００２２】
使用するレーザーは一般に１５７ｎｍ〜１０．６μｍ、好ましくは８００ｎｍ〜１２００ｎｍ範囲の波長を有する。たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（１０６４ｎｍ）またはダイオードレーザー（７５０〜１０５０ｎｍ、好ましくは８０８ｎｍ、９４０ｎｍまたは９８０ｎｍ）をここで掲げることができる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（１０６４ｎｍ）および各種波長のダイオードレーザーが特に好ましい。ダイオードレーザーの最も普通の波長は８０８ｎｍ、９４０ｎｍおよび９８０ｎｍである。ポリマーのレーザー溶接用のレーザーは３０〜２００ワット、好ましくは５０〜１６０ワットの電力を有する。本発明にしたがうポリマーのレーザー溶接に適する該当レーザーは、市販されている。
【００２３】
本発明にしたがってドープしたポリマーでのレーザー溶接は、慣用接合法が従来使用されていた分野ならびにレーザー透過性ポリマーと淡色のために今まで溶接方法が使用できなかった分野の全分野で実施できる。レーザー透過性プラスチック溶接方法はしたがって、慣用の接合方法、たとえば高周波溶接、振動溶接、超音波溶接、高温空気溶接またはプラスチック部分の接着結合などに対する代替方法を示す。
【００２４】
本発明にしたがってドープされたポリマーパーツからなるプラスチック物品または成形物のレーザー溶接は上述したように可能である。
【００２５】
次の実施例は本発明を説明しようとするものであるが、限定はしない。ここに示した％は重量％である。
【実施例】
【００２６】
１５０Ｗダイオードレーザー（９４０ｎｍ）を使用して溶接実験を行った。
【００２７】
１．５ｍｍの厚さのＰＰ薄片をレーザー透過性の側と、各種の添加剤および着色剤とともにレーザー吸収性の側の両方に使用した。使用したリン酸水酸化銅はリン銅鉱である。
【００２８】
比較系として、１％のレーザーフレア（登録商標）８２０（メルク社製の導電性レーザー顔料）を含むＰＰに無添加ＰＰを溶接した。このとき４０ｍｍ／秒の溶接速度が達成された。これは３７．５Ｊ／ｃｍの単位長さ当りのエネルギーに相当する。
実施例１
レーザー透過性パーツ：無添加ＰＰ。
レーザー吸収性パーツ：１％のリン酸水酸化銅を含むＰＰ。
【００２９】
このとき６０ｍｍ／秒の溶接速度が達成された。これは２５Ｊ／ｃｍの単位長さ当りエネルギーに相当する。
実施例２
レーザー透過性パーツ：０．１％のレーザーフレア（登録商標）８２０を含むＰＰ。
レーザー吸収性パーツ：１％のリン酸水酸化銅を含むＰＰ。
【００３０】
このとき１２０ｍｍ／秒の溶接速度が達成された。これは１２．５Ｊ／ｃｍの単位長さ当りのエネルギーに相当する。
実施例３
淡色のプラスチック配合物用ＴｉＯ2を有する配合物：
レーザー透過性パーツ：０．１％のレーザーフレア（登録商標）８２０を含むＰＰ。
レーザー吸収性パーツ：０．５％のリン酸水酸化銅と０．５％のＴｉＯ2を含むＰＰ。
【００３１】
このとき１５０ｍｍ／秒の溶接速度が達成された。これは１０Ｊ／ｃｍの単位長さ当りエネルギーに相当する。
【００３２】
強度試験においては、すべてのサンプルは基体材料から裂いてとり、溶接継目からはとらなかった。例示の実施例は、吸収側に強い吸収剤を使用し、レーザー透過側に所望により弱い吸収剤を使用すると溶接速度を３倍以上速め、単位長さ当りのエネルギーはしたがって出発物質の僅か１／３であることを示す。
【００３３】
使用したプラスチック薄片の全透過、拡散透過および全反射の値は積分球を備えたパーキ−エルマー社製の計器（ラマダ９００）を使用して測定した。表１に示した吸収は全透過と全反射（１００％＝Ａ＋Ｒ＋Ｔ）から計算した：
【００３４】
【表１】
2008517112.tif 000002
【００３５】
実施例２および３のレーザー散乱吸収剤の場合の８００〜１２００ｎｍ範囲の光散乱は４０％（１２００ｎｍで）〜６０％（８００ｎｍで）であった。
【国際調査報告】
2008517112.tif 000003
2008517112.tif 000004
2008517112.tif 000005
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