CN102585423A

CN102585423A - 光致变色高分子组合物

Info

Publication number: CN102585423A
Application number: CN2011100054991A
Authority: CN
Inventors: 黄育生; 吴国龙
Original assignee: Chi Lin Technology Co Ltd
Current assignee: Chi Lin Technology Co Ltd
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种光致变色高分子组合物。该光致变色高分子组合物包括：MABS树脂(Methyl methacrylate-Acrylonitril-Butadiene-Styrenencopolymer，甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂及黑色色料(coloring agent)。本发明的光致变色高分子组合物不但具有较好之抗压性与可延展性，还可以维持一定的色变效果，从而便于在塑料件表面形成效果较佳的文字、图案等。

Description

光致变色高分子组合物

技术领域

本发明涉及一种高分子组合物，特别涉及一种光致变色高分子组合物。

背景技术

一般欲在塑料表面印刷字体或设计图形，可透过多种方法实现，例如凹版移印(Pad Printing)方法、浸渍印刷(Impregnation Printing)方法与激光标记(Laser Marking)方法等。

其中，凹版移印方法之应用最为广泛，主要技术原理是利用一组字母铅字作为原始字模，通过自动机械将其上面刷上油墨以后，再将一组软橡胶块压在其上面，当抬起橡胶块时，字迹油墨就会转移到橡胶块上，然后再将橡胶块移到空格键盘上，将橡胶块按压于键盘上，油墨就被印到了键盘上；然而，其具有下述缺点：加工速度慢且成本高、所使用之溶剂容易造成环境污染以及需要较高的设备投资等。

而浸渍印刷方法的主要原理为在转写薄膜或纸上使用具有升华性的墨水，并透过加热及加压的方式使墨水渗透进塑料内；然而，浸渍印刷方法具有制造成本高和工艺复杂的缺点。

另一方面，激光标记方法的主要原理是利用激光束在物体表面烧出文字痕迹，其方法简单，相对前述方法成本较低且速度快，还能保持印刷材料之优良持久性且环保，因此激光标记方法在工业上具有较高的应用价值；但是现有应用于激光标记方法的光致变色材料，常应用于键盘或按键等组件，其特点是表面需标示文字或图形且常需按压或摩擦，而现有选用的激光标记方法材料为了保持表面印刷字体或设计图形与底基材的对比度，却无法兼具材料的抗压性与延展性，而易脆化或损坏导致缩减其生命周期，且使用的材料颜色种类受到限制，目前只有黑色与白色两种颜色，其中，常用的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS树脂)。

请参阅图1，该图为ABS树脂的化学式示意图，ABS树脂由两个不兼容之相，主要由聚丁二烯橡胶和(AN-SM)树脂相，由于两相之间折射率差异造成光散射效应，使材料丧失了透明性而为透明度较差的材料，而PMMA易脆。

因此，有必要提供一种兼具抗压力与良好延展性且又能保持一定变色相(对比度)的光致变色高分子材料，且能依照需求调配材料颜色，以解决上述问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种光致变色高分子组合物，其兼具抗压力与良好延展性且又能保持一定变色相(对比度)，且能依照需求调配材料颜色。

本发明提供一种光致变色高分子组合物，该光致变色高分子组合物包括：一MABS树脂(Methyl methacrylate-Acrylonitril-Butadiene-Styrenencopolymer，甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂及一黑色色料。

优选地，该黑色色料为染料或颜料。

优选地，该黑色色料相对于该MABS树脂的重量比例为0.03％～0.1％。

优选地，该黑色色料为碳黑。

优选地，该光致变色高分子组合物进一步包括一第二树脂，该第二树脂为聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯或(甲基)丙烯酸C_1-10烷基酯。

优选地，该MABS树脂相对于该第二树脂与该MABS树脂总量的重量比例为80％～99％。

优选地，该黑色色料相对于该MABS树脂与该第二树脂之树脂总量的重量比例为0.03％～0.1％。

优选地，该光为激光，该激光之波长介于355nm至1.06um之间。

优选地，该光致变色高分子组合物更进一步包含一第二色料。

优选地，该光致变色高分子组合物更进一步包含一助剂，该助剂为蜡。

优选地，该光使该光致变色高分子组合物由黑色变成白色。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明透过将透明性和机械质量较好的MABS树脂与黑色色料进行合适的搭配作为光致变色高分子组合物，不但具有较好之抗压性与可延展性，还可以维持一定的色变效果，从而便于在塑料件表面形成效果较佳的文字、图案等，且通过添加第二色料，依实际需求自行调配所需的颜色，不需仅局限于黑色或白色基材。

附图说明

图1是ABS树脂的化学式示意图；

图2是本发明光致变色高分子组合物的实验流程示意图；

图3是实验所使用的材料的重量比例；

图4是图3所示材料对应的色相实验结果；

图5是图3所示材料对应的物性实验结果。

具体实施方式

MABS(甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，Methylmethacrylate-Acrylonitril-Butadiene-Styrenen copolymer)树脂是一种兼具普通ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer)树脂机械质量和透明性的高强度塑料，其生产成本同普通ABS树脂相当，而其综合质量优于普通有机玻璃透明材料。图1中，AN为丙烯腈(Acrylonitrile)，SM为苯乙烯(Styrene)，BD为丁二烯(Butadiene)，MMA为甲基丙烯酸甲酯(methylmethacrylate)。ABS树脂与MABS树脂差异在于：ABS树脂为AN-SM之组合，而MABS树脂为MMA-AN-SM之组合，由于是降低聚丁二烯橡胶与(MMA-AN-SM)树脂相折射率差，进而减低光散射效应，即可达到可见光区透明；由于所述化学式结构之差异，因此使得ABS树脂与MABS树脂之质量有较大差异，MABS树脂为透明材料，且MABS树脂之透光性可达85％。

因此，本发明利用MABS树脂材料的优良特性混合色料之配方来提供适用于特定波长之光而标记文字或图形的方法的光致变色高分子组合物，而该特定波长之光较佳为激光。

在本发明光致变色高分子组合物的第一实施方式中，该光致变色高分子组合物包括MABS树脂和黑色色料(coloring agent)，如上所述，MABS树脂具有较好的机械质量和透明度，其中，MABS树脂的透明度可以达到85％。该黑色色料可以为染料(dye)或者颜料(pigment)，且该黑色色料相对于该MABS树脂的重量比例为0.03％～0.1％，优选地，该黑色色料可以为碳黑；此外，在进一步改良方案中，可以在该光致变色高分子组合物继续加入助剂，例如加入蜡(WAX)作为助剂，如此，可使该色料于该MABS树脂中之分布更为均匀。

当使用光照射该光致变色高分子组合物时，例如于一适当的时间内使用激光束照射该光致变色高分子组合物时，该光致变色高分子组合物会由原颜色(本实施例为黑色)转变成白色(white marking)，当随着时间增加，白色会随之转变为偏黄，最后于一特定的时间内会转变为黄色。其中，激光束之较佳波长为355nm至10.6um之间。根据试验数据，当选用波长为10600nm之CO₂激光照射该光致变色高分子组合物时，产生热化学反应，标记出类似雕刻之效果；当选用波长为1064nm之Nd:YAG(钇铝石榴石晶体)激光照射该光致变色高分子组合物时，产生热化学反应，标记之效果较上述为佳；当选用波长为355nm之UV激光照射该光致变色高分子组合物时，由于其为准直激光束，标记之效果为更佳。

在本发明光致变色高分子组合物的第二实施方式中，该光致变色高分子组合物除了包括MABS树脂与黑色色料外，还加入了另一种色料，即第二色料，以进一步通过该第二色料调配改良该光致变色高分子组合物所需之颜色，换言之，本发明之光致变色高分子组合物可通过MABS树脂及黑色色料及第二色料调配出所预设定的颜色，可达客制化的需求。此外，在进一步改良方案中，可以在该光致变色高分子组合物继续加入助剂，例如加入蜡作为助剂，如此，可使该黑色色料及该第二色料于该MABS树脂中之分布更为均匀；当使用光照射该光致变色高分子组合物时之实施方式与第一实施例大同小异，在此不再赘述。

在本发明光致变色高分子组合物的第三实施方式中，该光致变色高分子组合物除了包括MABS树脂与黑色色料外，还进一步包括第二树脂；其中，该MABS树脂相对于该第二树脂与该MABS树脂总量的重量比例为80％～99％，换言之，该第二树脂相对该第二树脂与该MABS树脂之总量的重量比例可为1％～20％，可依实际需求调配比例；另外，该黑色色料相对于该MABS树脂与该第二树脂之树脂总量的重量比例为0.03％～0.1％。在本实施方式中，该第二树脂可以为以下材料中的一种或数种的组合：聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯或(甲基)丙烯酸C_1-10烷基酯。当然，在本实施方式的光致变色高分子组合物中，同样可以加入另一色料，即第二色料，以进一步通过该第二色料调配改良该光致变色高分子组合物所需之颜色，换言之，本发明之光致变色高分子组合物可通过MABS树脂、第二树脂、黑色色料及第二色料调配出所需的颜色，可达客制化的需求。此外，在进一步改良方案中，可以在该光致变色高分子组合物继续加入助剂，例如加入蜡作为助剂，如此，可使该黑色色料及该第二色料于该MABS树脂中之分布更为均匀；当使用光照射该光致变色高分子组合物时之实施方式与第一实施例大同小异，在此不再赘述。

请参阅图2，图2表示本发明光致变色高分子组合物的实验流程：

首先，将光致变色高分子组合物的配方，即其中各材料成份进行混炼加工；其中，可以使用双轴押出机作为加工机台，较佳的加工温度为200摄氏度～220摄氏度；

其次，对混炼加工后的配方进行造粒；其中，可以使用射出成型机作为加工机台，较佳的加工温度为200摄氏度～220摄氏度；

接着，对造粒后的材料进行拉伸试片、冲击试片和色板测试等；

其中，在拉伸试片中，使用万能拉力测试机对造粒后的材料进行拉伸强度测试和延伸率测试；

在冲击试片中，使用耐冲击试验机对造粒后的材料进行冲击强度测试；

在色板测试中，使用激光标记机对造粒后的材料进行激光标记评估，然后对激光标记后的白色标记使用分光仪进行色相评估；测试的色板厚度为2mm。

请参阅图3，为实验所使用的材料的重量比例，该实验分为5种实验材料，首先要说明的是，染料以及蜡为非本发明之必要添加材料，下述实验是依比例添加为能增加显色特征，合先叙明，其材料依序详述如下：

材料1：

其中材料1为使用PMMA树脂并添加碳黑(CB)、染料(Dye)以及蜡(Wax)而成，其中碳黑相对于该PMMA树脂的重量比例为0.05％，该染料相对于该PMMA树脂的重量比例为0.0475％，该蜡相对于该PMMA树脂的重量比例为0.06％。

材料2：

其中材料2为使用MABS树脂并添加碳黑(CB)、染料(Dye)以及蜡(Wax)而成，其中碳黑相对于该MABS树脂的重量比例为0.05％，该染料相对于该MABS树脂的重量比例为0.0475％，该蜡相对于该MABS树脂的重量比例为0.06％。

材料3：

其中材料3为使用ABS树脂并添加碳黑(CB)、染料(Dye)以及蜡(Wax)而成，其中碳黑相对于该ABS树脂的重量比例为0.05％，该染料相对于该ABS树脂的重量比例为0.0475％，该蜡相对于该ABS树脂的重量比例为0.06％。

材料4：

其中材料4为使用PMMA树脂(20％)及ABS树脂(80％)并添加碳黑(CB)、染料(Dye)以及蜡(Wax)而成，其中碳黑相对于该PMMA树脂及ABS树脂总量的重量比例比例为0.05％，该染料相对于该PMMA树脂及ABS树脂总量的重量比例为0.0475％，该蜡相对于该PMMA树脂及ABS树脂的总量的重量比例为0.06％。

材料5：

其中材料5为使用PMMA树脂(20％)及MABS树脂(80％)并添加碳黑(CB)、染料(Dye)以及蜡(Wax)而成，其中碳黑相对于该PMMA树脂及MABS树脂总量的重量比例为0.05％，该染料相对于该PMMA树脂及MABS树脂总量的重量比例为0.0475％，该蜡相对于该PMMA树脂及MABS树脂总量的重量比例为0.06％。

请参阅图3至图5，图4为图3所示材料对应的色相实验结果，图5为图3所示材料对应的物性实验结果；从图4中可得知现有使用PMMA树脂为主要原料时(材料1)，可得到较佳的色相差异度(dL*)，其值可达52.93；从图4中可得知使用MABS树脂为主要原料时(材料2)，可得到次佳的色相差异度(dL*)，可达49.44；从图4中可得知于材料3(ABS树脂为主)及材料4(PMMA树脂20％及ABS树脂80％)，其色相差异度(dL*)较不佳，其值仅达38.39及26.28，此为现有材料之结果；最后，从图4中可得知使用MABS树脂(80％)与PMMA树脂(20％)为主要原料时(材料5)，可得到较佳的色相差异度(dL*)，其值可达50.25，因此通过上述试验可知，就其色相差异度而言，本发明利用MABS树脂或MABS树脂与PMMA混合材料为主要原料时，其可维持与现有材料PMMA树脂照射后所呈现的色相差异度(dL*)相当，甚至较ABS或ABS与PMMA树脂混合材料为主要原料之光致变色高分子组合物色相差异度(dL*)效果更佳。

请参阅图5，通过物性实验所得的结果得知，现有使用PMMA树脂为主要原料时(材料1)，其虽有较佳的拉伸强度(可达680Kg/cm²)，但其延伸率不佳，仅达7％，且耐冲击的强度经量测换算仅为2，换言之，其刚性过高但延伸性不足，其极易产生脆化，生命周期较易因外力损害而缩短；然而，使用MABS树脂为主要原料时(材料2)，其具有相当程度的刚性(405Kg/cm²)，且其延伸率可达40％，耐冲击的能力经量测换算可达15，简言之，其兼具刚性与延伸性皆可达到一定水平，其于实际应用上，较不易因外力而损害，且其拉伸强度尚于可接受的范围内；于材料3(ABS树脂为主)及材料4(PMMA树脂20％及ABS树脂80％)，其拉伸强度(423Kg/cm²及450Kg/cm²)与延伸率(分别为20％)皆有明显下降，虽较材料1更显延伸性，但该些材料的缺陷仍是延伸性较为不足，无法兼具较佳的延伸性与刚性平衡，且根据前述，ABS树脂为透明度较差的材料，实际应用有其限制；而本发明之较佳实施例(材料5)，使用MABS树脂(80％)与PMMA树脂(20％)为主要原料时，不仅不会有过高的刚性(拉伸强度440Kg/cm²)，且其具有较佳的延伸率(延伸性)，其值可达50％，其耐冲击强度经量测可达10，不仅兼具抗压性，其亦不易因脆化问题而造成损坏，再者，根据前述，还能兼具较佳色相差异度(dL*)。

因此，本发明透过将透明性和机械质量较好的MABS树脂与黑色色料进行合适的搭配作为光致变色高分子组合物，不但具有较好之抗压性与可延展性，还可以维持一定的色变效果，从而便于在塑料件表面形成效果较佳的文字、图案等，且通过添加第二色料，依实际需求自行调配所需的颜色，不需仅局限于黑色或白色基材。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种光致变色高分子组合物，其特征在于，该光致变色高分子组合物包括：一MABS(Methyl methacrylate-Acrylonitril-Butadiene-Styrenencopolymer，甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂及一黑色色料。

2.根据权利要求1所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该黑色色料为染料或颜料。

3.根据权利要求1所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该黑色色料相对于该MABS树脂的重量比例为0.03％～0.1％。

4.根据权利要求1所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该黑色色料为碳黑。

5.根据权利要求1所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该光致变色高分子组合物进一步包括一第二树脂，该第二树脂为聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯或(甲基)丙烯酸C_1-10烷基酯。

6.根据权利要求5所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该MABS树脂相对于该第二树脂与该MABS树脂总量的重量比例为80％～99％。

7.根据权利要求5所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该黑色色料相对于该MABS树脂与该第二树脂之树脂总量的重量比例为0.03％～0.1％。

8.根据权利要求1所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该光为激光，该激光之波长介于355nm至1.06um之间。

9.根据权利要求1或5所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该光致变色高分子组合物更进一步包含一第二色料。

10.根据权利要求1或5所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该光致变色高分子组合物更进一步包含一助剂，该助剂为蜡。

11.根据权利要求9所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该光致变色高分子组合物更进一步包含一助剂，该助剂为蜡。

12.根据权利要求1所述的光致变色高分子组合物，其特征在于，该光使该光致变色高分子组合物由黑色变成白色。