CN1956817A - 聚乙烯产品和提供产品例如激光焊接聚乙烯产品的方法 - Google Patents

Abstract

降低聚乙烯元件内提供到界面，例如表面或者预定体积处的辐射穿透深度的方法，其中该PE元件的散射系数大于其吸收系数的1/10，以便在界面处或者该体积内没有被吸收但进一步透射到PE元件内的辐射至少部分朝界面/体积方向反射。辐射强度在该体积内较高，和吸收系数可下降，同时保持该体积内总的吸收率。这可用于其中需要吸收辐射的所有已知的技术，例如焊接、表面制备、聚合物化学、可光活化物质的活化等上。

Description

聚乙烯产品和提供产品例如激光焊接 聚乙烯产品的方法

本发明一般地涉及引发或提供一种效果的辐射的用途，和尤其涉及一种方式和一种聚乙烯元件，其或者便于辐射强度的浓度到达预定体积或界面或表面处。

一般地，若在材料或者元件内希望吸收以便产生热量或者其它变化，则添加吸收剂以促进吸收。然而，吸收剂除了它们的吸收主要功能以外，还倾向于以非所需的方式改变材料的其它物理或化学参数。一个这样的参数可以是设备或材料的颜色，和另一参数可以是机械强度，二者均可受到吸收剂存在的负面影响。另外，通常使用的吸收剂可能成本相对高。

为了降低这些“副作用”，可使用较少的吸收剂。然而，这可降低总的吸收率到其中看不到所需效果的程度。

例如，在GB1528452、US5702771、US6326450、US6492019、US6248974、US6229114、WO02/23962、EP1331635、EP0476865、EP0126787、WO00/20157、WO03/007080和DE10158016以及在RussekUA等人：“laser beam welding of thermoplastics”，Proc.SPIE-the international society for optical engineering：photonprocessing in microelectronics and photonics II：San jose，CA，USA，Jan 27-30 2003，vol.4977，2003，p.458-472，Bachmann F G：“laser welding of polymers using high-power diode lasers”，Proc of SPIE，vol.4637，2002，p.505-518和“laserstrahlschweissenvon Thermoplasten in Durchstrahl-verfahren”，2000年2月1日，BASF AG，AWETA THERMOPLASTE，Ludwigshafen，DE中可看到进行或触发不同工艺的辐射的用途。

一种特殊的应用是激光焊接，其中辐射透射到对所使用的辐射具有不同吸收的两个相邻材料之间的界面处。辐射透射经过具有较低辐射吸收的材料，以便因另一材料较高的辐射透射而导致在界面处加热另一材料到其中发生熔融并焊接的程度。

然而，已发现，由于获得加热所要求的吸收和在远离界面的区域内辐射的影响之间的关系导致在激光焊接中可出现问题。事实上，材料的变弱或者变色可能是焊接的结果，这是因为与界面靠近处没有被吸收的辐射将材料加热进一步变为高度吸收的材料所致。

因此，特别是对于软质热塑性材料，例如聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和类似物来说，存在其中所需/可获得的吸收不足以在所需界面/体积处/内获得所需效果(例如，加热或辐射的衰减等)的许多情况。

在其中需要光-或热-诱导的工艺的许多其它应用中，可出现相同的问题。在所需的位置处没有被吸收的辐射可损坏在其它位置处的材料。

本发明涉及这一问题的解决方法，其中已发现若设备或材料除了在所讨论的波长处显示出吸收以外，还显示出不是轻微的散射，则从其中需要辐射效果的区域/表面/界面透射离开的辐射不仅仅在材料的其它部分内吸收(或者从中输出)，而且一部分透射的辐射散射回所讨论的区域/表面/界面。因此，在该区域/表面/界面处遇到较高的辐射强度和较高的辐射吸收。

散射的总体效果是限制或降低穿透深度或者辐射进入设备内的距离。散射起到将辐射散射还是回到其中希望辐射的体积内的作用。自然地，也正如以下所述，可选择散射(同样在设备内部)，以便在所需的位置处提供反射，以便实际地根据所讨论的应用定制设备。

第一方面，本发明涉及提供产品的方法，该方法包括：

-提供在预定波长处具有吸收系数μa和散射系数μs的PE元件，其中μs＞(1/10)*μa，

-在PE元件的界面或表面处或者其附近向预定体积提供含预定波长处的辐射的辐射。

在本发明的上下文中，辐射可以是单色辐射，例如具有预定波长的激光辐射，或者它可以是多色辐射。对辐射源不必存在直接的要求。波长可以是任何波长。事实上，可使用具有多个波长的辐射，因为大多数材料在多个波长处吸收，结果也可使用多个波长获得总的辐射强度、加热或其它效果。

界面可以是PE元件的外表面或者可以是内表面，例如PE元件的两个部分之间的界面。接收辐射的预定体积存在于其中需要辐射的界面处。预定体积可以是处于界面处，但与在其内部一样，也可仅仅在PE元件的外表面上。体积通常通过辐射及其强度来确定，作为其中发生所需效果，例如其中辐射强度足够大的体积，然而，存在确定这一体积的许多其它的方式。然后，在体积/界面处发生所需的效果。取决于情况(参见下文)，效果可以是与表面有关的效果或者与本体有关的效果。

自然地，吸收系数μa和散射系数μs是描述在任何介质内辐射迁移(transport)的两种根本的光学性能。在标准教科书，例如C.F.Bohren和D.R.Huffman，‘Absorption and Scattering of Lightby Small Particle’，John Wiley & Sons，Inc.，1983，ISBN0-471-05772-X中定义了它们。可例如使用所谓的积分球方法，例如如B.C.Wilson在‘Optical-Thermal Response of Laser-IrradiatedTissue’，ed.A.J.Welch和M.J.C.van Gemert，Plenum Press NY1995，第8章中所述，实验地测量吸收和散射系数。

对于厚度d的(光学上)薄的均匀材料来说，通过测量由该材料透射或散射的所有光强度来测量吸收系数，以便损失仅仅是吸收所导致。在此情况下，通过下式给出吸收系数：

$U_a=-\frac{1}{d}\ln \left(\frac{I}{I_0}\right)$

其中I₀是入射光强度和I是所测量的光强度。类似地通过下式给出散射系数：

$U_s=-\frac{1}{d}\ln (1-\frac{I_s}{I_0})$

其中I_s是散射光的强度。PE元件散射的总体效果是至少一部分辐射在预定体积内吸收，而另一部分射线进一步透射到(远离该体积的)PE元件内。然后，在朝向预定体积的方向中散射进一步透射到PE元件内的这一辐射部分。自然地，这会增加在预定体积和在界面处的强度。

这意味着可在其中例如使用激光辐照的几乎任何工艺中，例如在下述中使用这一强度增加特征：

1.激光焊接。

2.具有很少吸收的箔的激光焊接，其中将以散射板形式的第三介质置于待焊接箔的下方。

3.改变表面性能，其中包括粘合性(粘性、剥离)、流体(水)的吸收能力、气体或流体的渗透率(孔隙率)、内聚、颜色、外观、气味、疏水性、表面能(接触角)、表面粗糙度、机械性能(弹性、硬度、抗剪切性、强度)、摩擦系数、耐热性、电导率、声音传播(阻尼)、光学性能、结晶度、分子取向、分子结构(交联、固化)等。

4.常规的激光标记。

5.激光切割和钻孔(drilling)，参见，例如US6248974，其公开了其中通过激光除去过量材料赋予高尔夫球气动图案的方法，以及US6229114，其公开了用于粘合剂精确图案化并切割成受控深度的方法。

6.(在表面处或者在本体内)引发任何吸热化学反应。

7.将最初结合的活性物质受控释放到传输介质(例如粘合剂)中。按照这一方式，剂量可根据激光辐射而改变。

8.生物组分的光活化。

9.胶粘/焊接/结合组分的激光去结合(例如机动车部件循环使用)。

10.激光再熔融，改变在表面区域或者本体内某些地方的机械性能或结晶度。

11.激光构图聚合物。在WO02/23962中公开了一种这样的方法，其公开了使用激光辐照并改性聚合物的所选区域，在由有机聚合物制成的绝缘基底上形成图案的方法。该申请具体地描述了：聚合物的碳化和/或石墨化可使该聚合物导电，因此可使用该方法制造印刷板(PCB)。

12.光学记录介质，例如CD-R或者DVD-R通常是多层结构，所述多层结构包括(激光)透光的基底、记录层、夹层(金属)、压敏粘合剂的粘合层和覆盖膜。记录层典型地含有能在激光波长处吸收光的有机染料。使用激光局部加热记录层，从而引起改变层的光学性能的物理或化学变化(形成图案)，从而在介质上记录信息。用写入信息所使用的相同波长的激光辐照介质并测量镜面反射会再现信息。在许多专利，例如EP1331635中描述了这些工序。

13.UV光诱导的工艺，例如交联或光化学。

14.以改性表面性能，例如化学改性、结构改性、表面糙化和/或降低疏水度为目的的激光表面处理聚合物。基底的表面糙化是改进粘合剂对激光处理过的聚合物表面粘性的主要原因。另外，大量文献描述了通常在与粘合剂结合之前，用电磁辐射处理聚合物片。这通常被称为表面制备技术，且允许改变接合的粘结强度。

15.通过加热或电磁辐射光活化粘合剂。一个实例是丙烯酸粘合剂的UV固化，其中通过UV光引发聚合。另一实例是热熔结合，其中使用热使粘合剂(例如热塑性塑料)熔融，从而产生润湿待结合片材表面的低粘度流体。

16.在半导体工业中使用的常规光学平版印刷术，其中UV光源通过确定图案的掩模照射由光致抗蚀剂覆盖的衬底。暴露于UV光下会改变抗蚀剂在显影剂内的溶解度，从而允许图案显影。典型的光致抗蚀剂包括与聚合物和可能地有机溶剂组合的光敏材料。最近的开发使用较高能量的辐射(X-射线)以供提高的分辨率或UV/准分子激光器。

因此，它可用于在其中出现预定效果之处或者其内确定面积、最大深度或强度等。散射提供镜面/反射效果，从而在体积/界面处提供辐射界限。

它可用于提供许多类型的产品和效果。另外，自然地，它可用于由相同的基础产品提供不同变体的产品，因为可提供辐射到或者较大或者较小的区域/体积上，到不同的区域/体积上，可以提供或者可以不提供，于是可在一些变体内而不是在其它受体内提供效果、切割、释放、焊接或去结合等(任何一种上述工艺)。这在正常的生产中是已知的。

在优选的实施方案中，提供PE元件的步骤包括提供在界面处和/或在预定体积内具有预定物质的PE元件，和其中提供辐射的步骤包括物质在预定波长处吸收辐射并在PE元件内将该辐射转化成热。

在这一实施方案中，可提供进一步的步骤，该步骤提供与界面邻近(adjacent)并相邻(abutting)的第二元件，所述第二元件在预定波长处具有吸收系数μa2和散射系数μs2。在这一情况下，界面是PE元件的外表面。这一装置对许多特定的应用来说是基本和共同的。

第一种这样的应用是其中提供第二元件的步骤包括提供μa2＜μa的第二元件，和其中提供辐射的步骤包括通过第二元件提供辐射到预定体积上的应用。在这一方式中，通过第二元件并向体积或界面提供辐射，以便提供所需的效果。这种通过第二元件提供辐射是所需的，因为在其内的吸收系数较低。第一应用的替代方案是其中提供第二元件的步骤包括提供μs2＞(1/10)*μa的第二元件，和其中提供辐射的步骤包括沿着界面的平面提供辐射到预定体积上的应用。因此，相对高的散射使得不那么需要通过第二元件发射辐射，这是由于在第二元件内辐射损失或者衰减导致的。对于PE元件来说这是同样的情况。因此，辐射沿着PE元件的外表面的平面迁移到体积/界面处，于是不通过任何PE元件和第二元件的本体。

第三个应用是其中提供辐射的步骤包括在预定体积内熔融PE元件，以便彼此焊接PE元件和第二元件。因此，随后，两个相邻的元件将焊接在一起。

显然，PE元件和第二元件的界面/外表面可具有任何形状。特别地，在第三应用中，两个元件之间的界面可具有任何三维的形状，且可在所需的任何地方或者在三维形状处提供焊接。

第四个应用进一步包括在PE元件和第二元件之间的界面处提供可热活化粘合剂(胶水)的步骤，且其中提供辐射的步骤包括加热粘合剂，以便附着PE元件到第二元件上。因此，与焊接(第三应用)不同的是，可使用粘合剂以供彼此附着两个元件。

第五个应用是其中提供第二元件的步骤包括(在界面处)提供附着到PE元件上的第二元件，和其中提供辐射的步骤包括加热预定体积，以便熔融预定体积内和界面处的材料，为的是促进PE元件从第二元件上脱下。

另外，存在许多更通用的应用，一种是其中提供辐射的步骤包括蒸发并除去部分PE元件的应用。按照这一方式，可通过因加热材料导致的剥落/切割使PE元件成形。这种加热可引起PE元件中的材料成为流体或者气体形式，于是促进加热材料的除去。事实上，可使用散射划定待除去的材料，因为它防止进一步吸收到材料内。这种划定可以是三维的来确定待除去的体积。

另一通用的应用是其中提供PE元件的步骤包括提供在预定区域内和/或在其界面上具有物质的PE元件，其中该物质适于在提供辐射的步骤过程中进行吸热反应的应用。这可以是在PE元件的表面上，在保持PE元件或者PE元件形成其中的一部分的壁/容器内部或外部，或者在PE元件本体内或者PE元件形成其中一部分的产品内可能希望的任何吸热反应。

再一通用的应用是其中提供PE元件的步骤包括提供在预定区域内和/或在其界面上具有物质的PE元件，和其中提供辐射的步骤包括物质吸收在预定波长处的辐射并改变其颜色(例如，在可见波长处的吸收/反射)的应用。

再者，该(一种或多种)物质可以是为此目的添加到PE元件的物质，或者可以是为另一目的(颜色、机械性能等)通常形成PE元件一部分的物质。

以上还提及的另一通用的应用是其中提供辐射的步骤包括PE元件吸收辐射并在界面处改变其表面特征的应用。如上所述(第3和14项)，这一表面特征可用于控制例如粘合性能和材料的大量的其它参数。提供这些性能的辐射的应用使得实际上可在PE元件的预定区域内以图案、无规或者任何所需的方式提供这些性能。

令人感兴趣的应用是其中提供辐射的步骤包括PE元件中的聚合物吸收在预定波长处的辐射并改变其特征的应用。以上第11和13项描述了使用辐射可控制的聚合物的许多特征。使用本发明的PE元件，任何已知的(使用辐射)改变聚合物的特征也是可能的。

在一个实施方案中，PE元件是在整个PE元件上具有至少基本上相同μa和μs的均匀材料。因此，在PE元件的吸收和散射方面不存在大的变化，且在其所有部分处遇到这些性能。这使得制造容易，因为PE元件的材料可以以本体提供并随后成型。

该实施方案的替代方案是其中提供PE元件的步骤包括提供含具有吸收系数μa的上层和具有散射系数μs的下层的PE元件。优选地，下层的吸收系数低于上层，和上层可具有或者低于或者高于μs的散射系数。

按照这一方式，可在两层内分开不同的特征。应当注意，这些层可具有任何厚度和形状。这些层可彼此附着或者可脱下或者独立(unattach)，且可相对于彼此自由地移动。

上层可包括或构成可通过辐射改变的任何元件或材料。这一层可以是改变颜色的薄的片材、粘合剂层，辐射活化的物质的层、在其本体内具有辐射可活化物质的材料的较厚层，或者类似物。事实上，大多数或所有的上述工艺可通过这一装置来支持。

其中独立的(unattached)组件令人感兴趣的一个实施方案是其中下部部件对于许多上部部件来说可再利用的实施方案。因此，上部部件位于下部部件上，并提供辐射以便提供所需的辐射诱导效果。下部部件提供通过上部部件透射的辐射的反射。当提供辐射时，上部部件可以被除去并提供另一部件，和随后加工。

在一种情况下，提供PE元件的步骤包括提供具有上层的PE元件，所述上层包括适于将所吸收的辐射转化成热量的物质。这对于以上所述的焊接、再熔融、剥落、吸热反应、颜色变化、聚合物变化等是有用的。

在另一情况下，提供辐射的步骤包括光活化上部部件中的物质。这可适合于活化生物组分和以上所述表面变化的一部分。

提供PE元件反射性能的一种方式是使提供PE元件的步骤包括：提供具有预定浓度或者百分数的平均颗粒尺寸例如比预定波长小10倍，例如小于预定波长，优选小于预定波长一半的粒状物质的PE元件。存在这种颗粒本身提供散射。仅仅通过控制颗粒尺寸，可控制散射性能。辐射穿透到PE元件内的所需深度取决于应用。一般地，若辐射穿透PE元件并从中出来，则这是能量的浪费。另外，应当处理这一辐射，因为它可对例如操作者造成危险。若PE元件是均匀的，则希望穿透深度在辐射方向上不大于例如PE元件厚度的80％，例如不大于50％。若PE元件分成上部的吸收部分和下部的散射部分，则希望辐射实际上确实穿透上部部件，以便散射部件起作用。然而，希望散射部件在辐射方向上具有不大于例如厚度80％的穿透深度，以便确保(至少基本上)没有辐射通过透射或者向前散射而损失。

本发明第二方面涉及辐射焊接的产品，该产品包括焊接在一起的第一和第二部件，其中：

-第一部件在预定波长处具有高的透射率，和

-第二部件是PE元件且在预定波长处具有吸收系数μa和散射系数μs，

其中μs＞(1/10)*μa。

因此，如上所述，这种吸收和散射的组合在例如焊接中具有许多优势。

目前，高透射率是相对测量结果，这取决于许多参数，例如第一部件的厚度。通常，希望尽可能高的透射率以便防止第一部件的加热和相应的效果(例如，导致变形、褪色等)。然而，允许一些吸收并在激光焊接中被接受。

第三方面涉及辐射焊接的产品，该产品包括焊接在一起的第一部件和第二部件，其中：

-第一部件在预定波长处具有高的透射率，

-第二部件是PE元件且在预定波长处具有吸收系数μa，和

-第二部件在预定波长处具有散射系数μs，

其中μs＞0.4mm^-1和μa＜4mm^-1。

自然地，第二部件的散射越大，在第一和第二部件之间的界面处的能量浓度越好。在这一情况下，第二部件内吸收系数可以较低，而同时因反射性能导致仍获得所需的能量吸收。

事实上，在许多情况下，μs＞1mm^-1和μa＜1mm^-1可以是所需的。

在第二和第三方面任何一个中，优选：

-第一部件进一步在预定波长处具有第一散射系数μs1，和

-第二部件具有与第一部件邻近的上部部件和下部部件，其中：

-分别地，在预定波长处，上部部件具有吸收系数μa，和下部部件具有第三吸收系数μa3，其中吸收系数μa分别大于第一和第三吸收系数μa1和μa3，和

-下部部件在预定波长处具有散射系数μs，该散射系数μs大于第一散射系数μs1。

按照这一方式，第二部件实际上是其中上部部件具有提供吸收的主要目的且下部部件提供散射的两个部件。在这一情况下，以上进一步阐述的所有优势和优选项是有效的。

存在提供这类双部件PE元件的许多方式，例如双组分模塑、注塑、在下部部件上的上层/部分的上漆，提供上层/部分作为在下部部件上的箔或片材和可能地将两个部件彼此固定在一起(例如通过激光焊接简单地加热上层直到它熔融，下层正如所述地反射)。

可如所述地提供上部部件，如同可添加所需的吸收或吸收物质一样。

优选地，

-μs3为μs1的至少1.5，例如至少2，优选至少4，例如至少5倍，

-μa为μa1的至少1.5，例如至少2，优选至少4，例如至少5倍，和/或

-μa为μa3的至少1.5，例如至少2，优选至少4，例如至少5倍。

此外，在第二和第三方面的每一种中，上部部件的厚度可低于μa的-1次方，例如低于μa的-1次方的0.8倍，优选低于μa的-1次方的0.5倍。在这一情况下，事实上确保通过上部部件透射的辐射，以便使下部部件发挥其功能。

在一个实施方案中，第二部件包括预定浓度的平均颗粒尺寸最多为预定波长的材料。所有材料散射辐射，例如是由于在其内的杂质或者缺陷导致的。然而，为了获得充足和可控的反射率，添加例如粉末是可能的。

第四方面涉及通过以上提及的任何一种方法提供的造口术(ostomy)产品，和第六方面涉及含任何一种上述产品的造口术产品。

存在许多对于造口术器件的颜色、价格(prize)、耐用性、粘合性能等的需求。上述产品和方法非常适合于在造口术产品中使用。

以下参考附图描述本发明的优选实施方案，其中：

图1示出了两个部件的激光焊接，

图2示出了在其间具有吸收层的两个部件的激光焊接，

图3示出了根据优选优选实施方案的激光焊接中获得的剥离强度，

图4示出了例如其中两个部件具有高的散射系数的焊接的另一方式。

图1示出了透明部件20激光透射焊接到吸收部件30上。激光穿透上部透明部件20并在两个部件20和30之间的界面10处的下部吸收部件30内吸收。

部件20的吸收系数优选不太高，因为这会引起达到其中需要辐射的界面之前吸收辐射。然而，只要部件20的吸收没有损坏这一部件，它可非常好地既具有辐射的某些吸收，又具有辐射的散射。

示出了两条线11和12。这些线描述了在两种情况下辐射的穿透深度-或者熔融体积。

若吸收部件30没有以任何显著的程度散射激光，则光穿透到线11所示的深度处。

若吸收部件30还散射激光，则光的穿透下降，正如线12所示。这一效果自然是随着材料30的散射增加的穿透深度逐渐下降。

在两种情况下吸收总量相同的能量，这暗含着在靠近界面10处吸收更多的能量，并因此当在材料30内出现激光的散射时，达到较高的界面温度。

可利用这一效果降低在材料30内吸收剂的用量。这在其中材料20和30的颜色重要的许多应用中是需要的。例如，在吸收剂例如在红外区域内具有足量的吸收，但在可见光范围内对吸收或反射(颜色)具有仅仅微量影响的聚合物内难以发现并掺入吸收剂。

在图1中，吸收和散射二者均在材料30内进行，所述材料30可以是均匀的。然而，这些效果可以独立。这示于图2中，该图示出了三个部件20、30和40的激光透射焊接。

在这一情况下，材料20的功能是相同的，但在材料30内提供主吸收，且两条线11和12示出了当材料40在相关波长处具有充分高的散射系数-或者没有时辐射的穿透深度(熔融体积)。材料或部件40不需要在该波长下具有任何吸收系数。

部件30和40可在焊接之前结合/附着为一个部件，或者可形成独立的部件。激光穿透透明部件20，且一部分在吸收部件30内吸收。

若下部部件不散射激光，则激光穿透到线11所示的深度处。若下部部件40还散射激光，则在40中激光的穿透下降，正如线12所示。

在两种情况下吸收相同的能量总量，这暗示在30内吸收更多的能量，并因此当在40内发生激光的散射时，在界面10、50处达到更高的界面温度。

可看出在图2中材料30可用于附着材料20和40，这是由于在其内的均匀强度分布，以及因此的均匀温度分布，这种均匀的温度分布在材料30和材料20与40每一种之间提供良好的焊接。

采用图1所示的装置进行测试，其中测试焊接点处的拉伸强度。

测试两类材料，其中采用材料20(它是以下实施例中的透明材料)和材料30(它是以下实施例直到吸收材料)进行第一组试验。图3的细线示出了这些试验。

在第二组材料中，材料20再次为以下实施例中的透明材料，而材料30是具有2wt％的最终TiO₂浓度的以下实施例中的吸收和散射材料。图3中的粗线示出了这些试验。因此，与第一组材料相比，材料30含有散射辐射的、平均颗粒尺寸为300nm的一定量TiO₂。

改变线能量(单位距离上的辐射强度-J/mm)，以便观察强度对散射差异的影响。

图3的结果是相当清楚的，因为当材料30包括较高的散射系数时，在较低的线能量处获得强的焊接。这表明散射增加在界面处的辐射强度，结果改进在较低能量时的焊接。

在较高能量下，通过肉眼检查样品看到，采用第一组材料的焊接点由于材料断裂导致断裂，其中采用第二组材料的焊接点剥离，这表明焊接点是薄弱的部件，且可能是用太高的温度制造。

此外，在高的线能量下，第一组材料内的材料30通常变色或者损坏，这是由于通过该材料吸收的强度大导致的，

实施例

通过注塑制造三类工件(49×49×1mm＾3)。

透明片：低密度聚乙烯(LDPE，获自DuPont-Dow的Engage 8401)或者其它类型的聚乙烯或聚乙烯/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。

吸收片：对应于总的最终浓度0.02wt％的适量红外吸收剂(获自Avecia的PRO-JET 830NP)溶解在小量矿物油内并与Engage 8401混合。

PRO-JET 830NP在800nm的波长处具有最大吸收且～110nm的光谱半峰宽(spectral full-width-half-maximum)，且它可容易地与聚乙烯混合。在聚乙烯内0.02wt％的浓度下，在800nm处的吸收系数(μ_a)和散射系数(μ_s)分别为～0.9mm^-1和～0.3mm^-1。

用于激光焊接聚合物的红外吸收剂应当可与聚合物混合并在激光焊接波长下产生充足吸收和散射的浓度。用于激光焊接的商用激光二极管典型地具有范围为800nm-980nm的发射波长。在这一波长范围内内具有充足吸收的红外吸收剂可选自亚硝基、菁、尼格、三苯甲烷、imminium和diimminium、squaurilium和croconium、二硫醇烯(dithiolene)镍和相关化合物，醌、酞花青、偶氮、indoaniline和其它。这些化合物的结构式可在例如Infrared Absorbing Dyes中(Topics in applied chemistry)，ed.M.Matsuoka，Plenum Press，NewYork，1990中找到。可改性这一染料，以便可与待焊接的聚合物混合，或者可以以着色形式生产它们，随后将其与聚合物混合。混合染料与聚合物的方法包括在溶剂内或者在高真空下共沉淀染料与聚合物[参见，例如T.Hiraga等人，“Properties and application of organicdye associates in polymer matrices”，Thin Solid Films273(1996)190-194]。或者，染料分子可共价连接到聚合物链上[参见，例如A.Costela等人，“Efficient and highly photostablesolid-state dye lasers based on modified dipyrromethene。BF₂complexes incorporated into solid matrices of poly(methylmethacrylate)，Appl.Phys.B 76(2003)365-369”]。

吸收和散射片：通过配混(compounding)制造在Engage 8401内含有10wt％颜料白6的母炼胶(平均晶粒尺寸为300nm的未处理的金红石TiO₂，例如获自PRECOLOR a.s.的PRETIOX R-200M)。混合各种含量的母炼胶与Engage 8401和溶解在矿物油内的适量PROJET 830 NP到0.02wt％的最终总浓度。

使用波长为808nm、束直径为2mm和各种功率与速度的组合的二极管激光器进行激光焊接实验。

在焊接片上进行拉伸试验。图3示出了作为以功率/速度形式定义的线能量的函数的故障时负载。

使用B.C.Wilson在‘Optical-Thermal Respons ofLaser-Irradiated Tissue’，ed.A.J.Welch和M.J.C.van Gemert，Plenum Press NY 1995，第8章中所述的积分球装置，进行漫反射率和总透射率的测量。

使用假定各向同性散射的加法复合算法和1.5的折射指数，将测量数据转化成吸收和散射系数(S.A.Prahl：“Optical propertymeasurements using the inverse adding-doubling algorithm”，Oregon Medical Laser Center，Portland OR，1999年1月，http://omlc.ogi.edu/software/iad/index.html)。

	μa(mm-1)	μs(mm-1)
			LDPE	～0.1	～0.1
LDPE+吸收剂	0.9	0.3
			LDPE+吸收剂+0.25％TiO2	0.9	2.2
LDPE+吸收剂+0.5％TiO2	0.9	2.8
			LDPE+吸收剂+1％TiO2	0.9	4.8
LDPE+吸收剂+2％TiO2	0.9	11.0

该表显示了在有和无吸收剂(PRO-JET 830NP)以及含有各种含量TiO₂的情况下，在许多不同样品上测量的吸收和散射系数。

本发明的其它用途

在图1和2的材料30/40的散射效果可自然地用于其中希望加热或较高的辐射强度的任何许多的其它目的上。

激光焊接：

对于其中光穿透经过所有箔的部分吸收的箔的焊接来说，可使用散射载体(陶瓷)反射/背散射通过的光。按照这一方式，在箔内的光学路径长度增加，因此吸收/加热增加。

激光表面改性

在最近提交的PCT申请PCT/EP2005/050328中，讨论了粘合剂表面的热处理的许多应用。所有这些工艺可以通过使用本申请所述的吸收剂来作用，使用散射颗粒可优化该工艺。激光热处理可用于例如：

-改变粘合剂性能(剥离粘着力、水和体液的粘性吸收)。

-标记粘合剂(改变颜色和外观)。

-改变表面性能(表面能、疏水度、粗糙度、光学性能(反射系数))。更经常地，在施加胶水之前用激光热处理表面。

激光诱导的化学

一类应用涉及光化学、光诱导的交联与固化。这通常采用UV(准分子)激光器进行，但有时还采用通过IR/NIR激光器生成的热量进行。若光的穿透下降，则这可有效地增加给定光诱导的工艺的效率。(热熔粘合剂的)固化用于结合片材且是在医疗器件工业中广泛使用的焊接的替代方案。

另一类应用是结合-断裂和分子取向与构型的改变。对于传导聚合物来说，已知分子取向和存在侧基决定传导率。人们可预见可通过激光书写传导聚合物来“印刷”电路。或者，可通过激光束，通过石墨化(加热)使非传导聚合物的表面变得传导。这还提供产生印刷体的方法。电子电路可与例如用于医疗器件的传感器应用相关。

结合断裂也是其中例如可通过激光诱导破坏胶水而分离(循环)两种胶粘的组分的激光去结合的重要工艺。若胶水本身不具有充足的吸收，则可辅助添加散射剂。

激光诱导的物理

通过激光再熔融，可改变箔与聚合物表面的机械性能。这可例如用作穿孔的替代物(以在例如其中通过箔给予强度的粘合剂片结构中诱导柔性)。另一应用是通过加热/熔融来改变箔/表面区域的结晶度。这可影响视觉外观或者改进下述工艺的加工能力，例如焊接(热、激光或者其它)。

活性物质的激光诱导的活化

可在不同种类的化学络合物中固定活性物质或者物理地从表面分离。使用热量可以或者使该物质活动或者允许向表面扩散。这一概念提供两个特征。第一，若使用激光，则可通过所加热的区域决定剂量，这是产生具有许多剂量水平的产品的简单方式。第二，对于在医院或者其它中使用来说，可就在施加例如石膏之前活化活性物质。

活性组分的光活化(光化学，在辐照之前，物质没有固定，而仅仅是非活性的)沿着相同的线路进行。

背散射

可从位于离表面一定深度处的材料的高度散射部分来获得光的背散射。人们可以说该隐藏(buried)的界面充当镜子。

这一结构可用于如上所述地焊接。它也可用于例如钻孔/切割/剥落目的(IR/NIR/VIS和UV激光器)，其中“镜子-界面”有效地决定所钻的孔或者制造的切割物的深度。

可按照下述方式选择散射和吸收系数：实际上在隐藏的“镜子界面”处，而不是在表面处获得最高温度。这可用于活化活性物质和激光去结合(参见上文)。

在CD或DVD技术中，实际上使用反射金属层。根据本发明，金属层可用散射层(它比较便宜和容易采用)替代。

侧面照明

特别的实施方案是其中在薄层内或者在界面处希望辐射的实施方案。按照这一方式，两个反射组件可与界面邻近地布置，正如图4所示。两个散射元件40位于吸收元件30的任何一侧上，

元件40具有如此高的散射系数，这对于为了在元件30处具有所需的强度而发射所要求量的辐射通过其中来说不是希望的。因此，提供辐射到元件30上，正如箭头所示。

两个散射元件40现在起到在离辐射进入体系内的界面给定距离处的元件30处维持“高”辐射强度的作用，因为辐射的散射倾向于在材料30处保持相对高的辐射强度。

这类体系可用于以上提及的大多数方面中，例如焊接、去结合、改变材料30，其本体或者其表面的性能，在其内试剂的持续释放或改变材料30中的聚合物等。

Claims (22)

1.提供产品的方法，该方法包括：

-提供在预定波长处具有吸收系数μa和散射系数μs的PE元件，其中μs＞(1/10)*μa，

-在PE元件的界面或表面之处或者其附近向预定体积提供含预定波长处的辐射的辐射。

2.权利要求1的方法，其中提供PE元件的步骤包括在界面处和/或在预定体积内提供具有预定物质的PE元件，和其中提供辐射的步骤包括物质在预定波长处吸收辐射并在PE元件内将该辐射转化成热。

3.权利要求2的方法，进一步包括提供与界面邻近并相邻的第二元件，所述第二元件在预定波长处具有吸收系数μa2和散射系数μs2。

4.权利要求3的方法，其中提供第二元件的步骤包括提供μa2＜μa的第二元件，和其中提供辐射的步骤包括通过第二元件向预定体积提供辐射。

5.权利要求3的方法，其中提供第二元件的步骤包括提供μs2＞(1/10)*μa的第二元件，和其中提供辐射的步骤包括沿着界面的平面向预定体积提供辐射。

6.权利要求3-5任何一项的方法，其中提供辐射的步骤包括在预定体积内熔融PE元件，以便将PE元件和第二元件彼此焊接。

7.权利要求3-5任何一项的方法，该方法进一步包括在PE元件和第二元件之间的界面处提供可热活化粘合剂的步骤，和其中提供辐射的步骤包括加热粘合剂以便将PE元件附着到第二元件。

8.权利要求3-5任何一项的方法，其中提供第二元件的步骤包括提供附着于PE元件上的第二元件，和其中提供辐射的步骤包括加热预定体积，以便熔融预定体积内和界面处的材料，为的是促进PE元件从第二元件上脱下。

9.权利要求2的方法，其中提供辐射的步骤包括蒸发并除去部分PE元件。

10.权利要求2的方法，其中提供PE元件的步骤包括在预定区域内和/或在其界面上提供具有物质的PE元件，其中该物质适于在提供辐射的步骤过程中进行吸热反应。

11.前述任何一项权利要求的方法，其中提供PE元件的步骤包括在预定区域内和/或在其界面上提供具有物质的PE元件，和其中提供辐射的步骤包括物质吸收在预定波长处的辐射并改变该物质或PE元件的颜色。

12.前述任何一项权利要求的方法，其中提供辐射的步骤包括PE元件吸收辐射并在界面处改变其表面特征。

13.权利要求1-12任何一项的方法，其中提供PE元件的步骤包括提供含具有吸收系数μa的上层和具有散射系数μs的下层的PE元件。

14.权利要求13的方法，其中提供PE元件的步骤包括提供具有上层的PE元件，所述上层包括适于将所吸收的辐射转化成热量的物质。

15.权利要求13的方法，其中提供辐射的步骤包括光活化在上层内的物质。

16.前述任何一项权利要求的方法，其中提供PE元件的步骤包括提供具有预定浓度或百分数的平均颗粒尺寸小于预定波长10倍的粒状物质的PE元件。

17.一种辐射焊接的产品，该产品包括焊接在一起的第一和第二部件，其中：

-第一部件在预定波长处具有高的透射率，和

-第二部件是PE元件且在预定波长处具有吸收系数μa和散射系数μs，

其中μs＞(1/10)*μa。

18.一种辐射焊接的产品，该产品包括焊接在一起的第一部件和第二部件，其中：

-第一部件在预定波长处具有高的透射率，

-第二部件是PE元件且在预定波长处具有吸收系数μa，和

-第二部件在预定波长处具有散射系数μs，

其中μs＞0.4mm^-1和μa＜4mm^-1。

19.权利要求17或18的辐射焊接的产品，其中：

-第一部件进一步在预定波长处具有第一散射系数μs1，和

-第二部件具有与第一部件邻近的上部部件和下部部件，其中：

-分别地，在预定波长处，上部部件具有吸收系数μa，和下部部件具有第三吸收系数μa3，其中吸收系数μa分别大于第一和第三吸收系数μa1和μa3，和

-下部部件在预定波长处具有散射系数μs，其中散射系数μs大于第一散射系数μs1。

20.权利要求17-19任何一项的产品，其中第二部件包括预定浓度的平均颗粒尺寸最多为预定波长10倍的材料。

21.通过权利要求1-16任何一项的方法提供的造口术产品。

22.一种造口术产品，其包括权利要求17-20任何一项的产品。

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