PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN SOLDADA DE PIEZAS DE PLÁSTICO MEDIANTE RADIACIÓN LÁSER.

Procedimiento para la unión soldada de piezas de plástico mediante radiación láser de una longitud de onda fuera del rango visible,

en donde una de las piezas de plástico a unir presenta, en el área de unión, un material transparente, esencialmente, incoloro en el rango visible del espectro electromagnético, y que absorbe el haz láser con una resistencia térmica de, al menos 300°C, caracterizado porque como compuesto no iónico, resistente contra la radiación láser, se utiliza un compuesto seleccionado del conjunto de diimida de ácido cuaterrileno-3,4:13,14tetracarboxílico, monoimida de ácido cuaterrileno-3,4-dicarboxílico, diimida de ácido terrileno- 3,4:11,12-tetracarboxílico y monoimida de ácido terrileno-3,4-dicarboxílico, de óxidos de estaño dopados y de hexaboruros MB6 de metales lantánidos y alcalinotérreos M

La presente invención comprende un procedimiento para la unión soldada de piezas de plástico mediante radiación láser de una longitud de onda en el rango del espectro no visible, en donde una de las piezas de plástico a unir presenta, en el área de unión, un material transparente, esencialmente, incoloro en el rango visible del espectro 5 electromagnético.

La soldadura láser de piezas de plástico termoplásticas es un método nuevo y de elevado interés económico para fabricar artículos de plástico de geometría compleja. En este caso, las partes a unir primero se fijan entre sí en la posición final correcta y se ponen en contacto las superficies de unión. Luego, el área de unión se somete a una radiación con luz láser a través de una de las partes, hasta que en la pieza que se encuentra en la parte inferior se 10 produzca una fundición al menos superficial y, con ello, la configuración de una unión soldada entre las partes que luego, en la posterior fase de refrigeración se endurece mecánicamente.

Para la absorción de la radiación láser y su conversión en calor para el proceso de fundición, es necesaria la utilización de materiales absorbentes, que o bien estén incorporados en una de las piezas de plástico o estén aplicadas sobre ella de modo que se encuentren en el área de unión entre las piezas de plástico. Habitualmente se utiliza negro 15 de carbón como material que absorbe la radiación láser IR, como también ocurre, por ejemplo, en la memoria EP-A-159 169. Pero debido al pigmento propio del negro de carbón, esto provoca o bien una pigmentación negra o, si no es el caso, una opacidad en la piezas de plástico o en su área de unión.

Además de negro de carbón, en la memoria DE-A-44 32 081 también se recomienda la nigrosina como material absorbente de radiación IR para la unión soldada de piezas de plástico. Aunque la nigrosina no produce una 20 coloración del plástico debido a su absorción reducida en el NIR, en el caso de las longitudes de onda láser habituales de 940 y 1064 nm se requiere una potencia láser comparativamente elevada que puede provocar fácilmente una coquización del plástico. Además, la nigrosina es tóxica y cancerígena.

Por las memorias EP-A-126 787 y DE-A-198 14 298 se conoce la utilización de dióxido de silicio como absorbente para la soldadura de películas de polietileno o la obtención de un tanque de combustible mediante la 25 soldadura de dos cuerpos plásticos huecos. Pero también el dióxido de silicio no presenta una absorción satisfactoria en el caso de longitudes de onda láser de 808, 940 y 1064 nm.

La memoria US-A-2003130381 publica un procedimiento para la unión soldada de piezas de plástico mediante radiación láser de una longitud de onda en el rango IR, en donde se utiliza, como material que absorbe la radiación láser, al menos un material transparente, esencialmente, incoloro en el rango visible del espectro 30 electromagnético, y que absorbe el haz láser con una resistencia térmica de, al menos 200 °C.

Finalmente, en las memorias WO-A-00/20157 y 03/59619 se describe un procedimiento para la soldadura láser de piezas de plástico en el cual, en el rango del espectro visible, se utilizan colorantes esencialmente no absorbentes como revestimiento absorbente de IR de una pieza de plástico. Sin embargo, los colorantes utilizados no presentan una fotoestabilidad o resistencia a la radiación suficientes. En la memoria WO-A-03/59619 inclusive se 35 menciona explícitamente la degradación del colorante. Por ello, no se pueden utilizar soldaduras de varias pasadas ni soldaduras cuasi simultáneas, en las que el puenteado de ranuras está mejorado y se producen menos fisuras por tensión, sino que sólo se puede utilizar la soldadura de contorno de una pasada. Además, la termoestabilidad de los colorantes mencionados no es suficiente para la incorporación directa en las piezas de plástico a soldar mediante métodos de fundición convencionales, como extrusión, coextrusión, moldeo por soplado o moldeo por inyección. Por 40 ello, los colorantes deben ser aplicados sobre las piezas de plástico en una fase de trabajo adicional, lo cual es costoso y requiere de mayor esfuerzo y es especialmente poco adecuado para la fabricación en serie de piezas pequeñas o complejas. Además, los colorantes utilizados y, especialmente, sus productos de degradación fotoquímica y térmica no son inertes y tienden a una migración indeseada hacia la matriz de los polímeros.

Por ello, la invención se basa en el objeto de eliminar las desventajas mencionadas y presentar un 45 procedimiento de aplicación universal, según el cual las piezas de plástico pueden ser soldadas con láser de manera técnicamente sencilla.

Acorde a ello, se presentó un procedimiento para la unión soldada de piezas de plástico mediante radiación láser de una longitud de onda fuera del rango visible, en donde una de las piezas de plástico a unir presenta, en el área de unión, un material transparente, esencialmente, incoloro en el rango visible del espectro electromagnético, y que 50 absorbe el haz láser con una resistencia térmica de, al menos 300°C, caracterizado porque como compuesto no iónico, resistente contra la radiación láser, se utiliza un compuesto seleccionado del conjunto de diimida de ácido cuaterrileno-3,4:13,14-tetracarboxílico, monoimida de ácido cuaterrileno-3,4-dicarboxílico, diimida de ácido terrileno- 3,4:11,12-tetracarboxílico y monoimida de ácido terrileno-3,4-dicarboxílico, de óxidos de estaño dopados y de hexaboruros MB6 de metales lantánidos y alcalinotérreos M. Las imidas de ácidos cuaterrileno y terrilenocarboxílicos pueden estar 55 sustituidos o no sustituidos en los átomos de nitrógeno o en la cadena principal anular, preferentemente, portan radicales alquilo y/o arilo en los nitrógenos imida y están insustituidos en la cadena principal anular o portan 2 a 8

sustituyentes. Los compuestos se conocen por la memoria EP-A-596 292 así como WO-A-96/22332, 02/76988, 02/66438, 02/68538 y 03/104232.

Son especialmente preferidas las imidas de ácido cuaterrilenocarboxílico, asimismo, se prefieren especialmente las imidas de ácido cuaterrileno-3,4:13,14-tetracarboxílico.

Las imidas de ácido cuaterrilenocarboxílico presentan, especialmente, la fórmula I, 5

en la cual las variables presentan en siguiente significado:

Y1, Y2 independientemente entre sí, hidrógeno, bromo o amino; juntos, un radical de la fórmula

R1, R2 independientemente entre sí: hidrógeno; alquilo C1-C30, cuya cadena de carbono puede estar 10 interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y que puede estar mono o polisustituido por ciano, alcoxi C1-C6, arilo, que puede estar sustituido por alquilo C1-C18 o alcoxi C1-C6, y/o un radical heterocíclico de 5 a 7 eslabones, enlazado a través de un átomo de nitrógeno, que puede contener otros heteroátomos y ser aromático; cicloalquilo C5-C8, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y que puede estar mono o polisustituido 15 por alquilo C1-C6; arilo o hetarilo, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C18, alcoxi C1-C6, ciano, -CONHR4, -NHCOR4 y/o arilazo o hetarilazo, que puede estar sustituido, respectivamente, por alquilo C1-C10, alcoxi C1-C6 o ciano;

R3 es hidrógeno o alquilo C1-C6;

R4 es hidrógeno; alquilo C1-C18; arilo o hetarilo, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C6, 20 alcoxi C1-C6 o ciano;

X es igual o diferente, e independientemente entre sí, halógeno; alquilo C1-C18; ariloxi, ariltio, hetariloxi o hetariltio, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C12 o alcoxi C1-C12, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y puede estar mono o polisustituida por alcoxi C1-C6, un radical heterocíclico de 5 a 7 eslabones, enlazado por un 25 átomo de nitrógeno, que puede contener otros heteroátomos y ser aromático, y/o cicloalquilo C5- C8, cuya red de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y que puede estar mono o polisustituido por alquilo C1-C6;

n es 2 a 12.

Son especialmente adecuadas, sobre todo, las imidas de ácido cuaterrilenocarboxílico de la fórmula I, en la 30 cual las variables presentan en siguiente significado:

Y1,...

1. Procedimiento para la unión soldada de piezas de plástico mediante radiación láser de una longitud de onda fuera del rango visible, en donde una de las piezas de plástico a unir presenta, en el área de unión, un material transparente, esencialmente, incoloro en el rango visible del espectro electromagnético, y que absorbe el haz láser con una resistencia térmica de, al menos 300°C, caracterizado porque como compuesto no iónico, resistente contra la 5 radiación láser, se utiliza un compuesto seleccionado del conjunto de diimida de ácido cuaterrileno-3,4:13,14-tetracarboxílico, monoimida de ácido cuaterrileno-3,4-dicarboxílico, diimida de ácido terrileno- 3,4:11,12-tetracarboxílico y monoimida de ácido terrileno-3,4-dicarboxílico, de óxidos de estaño dopados y de hexaboruros MB6 de metales lantánidos y alcalinotérreos M.

2. Procedimiento acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque como material que absorbe la radiación 10 láser se utilizan imidas de ácido cuaterrilenocarboxílico de la fórmula general I,

en la cual las variables poseen los siguientes significados:

Y1, Y2 independientemente entre sí, hidrógeno, bromo o amino; juntos, un radical de la fórmula

15

R1, R2 independientemente entre sí: hidrógeno; alquilo C1-C30, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y que puede estar mono o polisustituido por ciano, alcoxi C1-C6, arilo, que puede estar sustituido por alquilo C1-C18 o alcoxi C1-C6, y/o un radical heterocíclico de 5 a 7 eslabones, enlazado a través de un átomo de nitrógeno, que puede contener otros heteroátomos y ser aromático; cicloalquilo C5-C8, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida 20 por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y que puede estar mono o polisustituido por alquilo C1-C6; arilo o hetarilo, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C18, alcoxi C1-C6, ciano, -CONHR4, -NHCOR4 y/o arilazo o hetarilazo, que puede estar sustituido, respectivamente, por alquilo C1-C10, alcoxi C1-C6 o ciano;

R3 es hidrógeno o alquilo C1-C6; 25

R4 es hidrógeno; alquilo C1-C18; arilo o hetarilo, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C6, alcoxi C1-C6 o ciano;X es igual o diferente, e independientemente entre sí, halógeno; alquilo C1-C18; ariloxi, ariltio, hetariloxi o hetariltio, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C12 o alcoxi C1-C12, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y puede estar mono o polisustituida por alcoxi C1-C6, un radical heterocíclico de 5 a 7 eslabones, 30 enlazado por un átomo de nitrógeno, que puede contener otros heteroátomos y ser aromático, y/o cicloalquilo C5- C8, cuya cadena principal de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y que puede estar mono o polisustituido por alquilo C1-C6;

n es 2 a 12.

3. Procedimiento acorde a la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque como material que absorbe la radiación láser se utilizan imidas de ácido cuaterrilenocarboxílico de la fórmula general I, en la cual las variables poseen los siguientes significados:

Y1, Y2 juntos, un radical de la fórmula

5

R1, R2 independientemente entre sí: hidrógeno; alquilo C1-C30, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -NR3-, y/o -CO- y que puede estar mono o polisustituido por ciano, alcoxi C1-C6, arilo, que puede estar sustituido por alquilo C1-C18 o alcoxi C1-C6, y/o un radical heterocíclico de 5 a 7 eslabones, enlazado a través de un átomo de nitrógeno, que puede contener otros heteroátomos y ser aromático; cicloalquilo C5-C8, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida por uno 10 o múltiples agrupamientos -O-, -NR3-, y/o -CO- y que puede estar mono o polisustituido por alquilo C1-C6; arilo o hetarilo, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C18, alcoxi C1-C6, ciano, -CONHR4, y/o -NHCOR4;

R3 es hidrógeno o alquilo C1-C6;

R4 es hidrógeno; alquilo C1-C18; arilo o hetarilo, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C6, 15 alcoxi C1-C6 o ciano;

X es igual o diferente, e independientemente entre sí, halógeno; ariloxi o hetariloxi, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C12 o alcoxi C1-C12, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -NR3-, y/o -CO- y puede estar mono o polisustituida por alcoxi C1-C6, un radical heterocíclico de 5 a 7 eslabones, enlazado por un átomo de nitrógeno, que puede 20 contener otros heteroátomos y ser aromático, y/o cicloalquilo C5- C8, cuyo cadena principal de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -NR3-, y/o -CO- y que puede estar mono o polisustituido por alquilo C1-C6;

n es 2 a 8.

4. Procedimiento acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque como material que absorbe la radiación 25 láser se utilizan imidas de ácido terrilenocarboxílico de la fórmula general II,

en la cual las variables poseen los siguientes significados:

Y1, Y2 independientemente entre sí, hidrógeno, bromo o amino; juntos, un radical de la fórmula

R1, R2 independientemente entre sí: hidrógeno; alquilo C1-C30, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y que puede estar mono o polisustituido por ciano, alcoxi C1-C6, arilo, que puede estar sustituido por alquilo C1-C18 o alcoxi C1-C6, y/o un radical heterocíclico de 5 a 7 eslabones, enlazado a través de un átomo de nitrógeno, que puede contener 5 otros heteroátomos y ser aromático; cicloalquilo C5-C8, cuya cadena de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y que puede estar mono o polisustituido por alquilo C1-C6; arilo o hetarilo, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C18, alcoxi C1-C6, ciano, -CONHR4, -NHCOR4 y/o arilazo o hetarilazo, que puede estar sustituido, respectivamente, por alquilo C1-C10, alcoxi C1-C6 o ciano; 10

R3 es hidrógeno o alquilo C1-C6;

R4 es hidrógeno; alquilo C1-C18; arilo o hetarilo, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C6, alcoxi C1-C6 o ciano;

X es igual o diferente, e independientemente entre sí, halógeno; alquilo C1-C18; ariloxi, ariltio, hetariloxi o hetariltio, que puede estar sustituido respectivamente por alquilo C1-C12 o alcoxi C1-C12, cuya cadena de 15 carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y puede estar mono o polisustituida por alcoxi C1-C6, un radical heterocíclico de 5 a 7 eslabones, enlazado por un átomo de nitrógeno, que puede contener otros heteroátomos y ser aromático, y/o cicloalquilo C5- C6, cuyo cadena principal de carbono puede estar interrumpida por uno o múltiples agrupamientos -O-, -S-, -NR3-, -CO- y/o -SO2- y que puede estar mono o polisustituido por alquilo C1-C6; 20

m es igual a 2 a 8.

5. Procedimiento acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque como óxidos de estaño dopados se utilizan óxidos de estaño nanoparticulados dopados con antimonio o indio.

6. Procedimiento acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque como hexaboruros de metales lantánidos y alcalinotérreos MB6 se utiliza hexaboruro nanoparticular de itrio, lantano, cerio, praseodimio, neodimio, 25 samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio, esrontio o calcio.

7. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el material que absorbe la radiación láser se incorpora a la pieza de plástico o se aplica sobre ella.

8. Procedimiento acorde a la reivindicación 7, caracterizado porque el material que absorbe la radiación láser se ha incorporado a la pieza de plástico mediante un proceso de extrusión, moldeo por inyección, moldeo por 30 soplado o amasado.

9. Procedimiento acorde a la reivindicación 7, caracterizado porque el material que absorbe la radiación láser se ha aplicado sobre la pieza de plástico mediante un proceso de laminado o revestimiento.

10. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque al menos una de las piezas de plástico a unir es una película. 35

11. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las piezas de plástico a unir están conformadas a partir de un polímero matriz, seleccionado entre el conjunto de poliolefinas, copolímeros de poliolefinas, politetrafluoroetilenos, copolímeros de etileno y tetracloroetileno, cloruros de polivinilo, cloruros de polivinilideno, alcoholes de polivinilo, ésteres de polivinilo, alcanos de polivinilo, cetalos de polivinilo, poliamidas, poliimidas, policarbonatos, mezclas de policarbonatos, poliésteres, mezclas de poliésteres, poli(met)actilatos, mezclas 40 de poli(met)acrilatos y copolímeros de estireno, mezclas de poli(met)acrilatos y polivinilidendifluoruros, poliuretanos, poliestirenos, copolímeros de estireno, poliéteres, poliétercetonas y poliétersulfonas y sus mezclas.

12. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque las piezas de plástico a unir están conformadas a partir de un polímero matriz, seleccionado entre el conjunto de poliolefinas, copolímeros de poliolefinas, alcanos de polivinilo, poliamidas, policarbonatos, mezclas de policarbonatos y poliésteres, mezclas de policarbonato y poliéster, mezclas de policarbonato y copolímeros de estireno, poliésteres, mezclas de poliésteres, poli(met)actilatos, mezclas de poli(met)acrilatos y copolímeros de estireno, mezclas de poli(met)acrilatos y 5 polivinilidendifluoruros, copolímeros de estireno y polisulfonas y sus mezclas.

13. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque las piezas de plástico a unir están conformadas a partir de un polímero matriz, seleccionado entre el conjunto de polipropileno, polivinilbutiral, poliamida [6], poliamida [6,6], policarbonato, mezclas de policarbonato y polietilentereftalato, mezclas de policarbonato y polibutilentereftalato, mezclas de policarbonato y copolímeros de acrilnitrilo/estireno/acrilnitrilo, mezclas de policarbonato 10 y copolímeros de acrilnitrilo/butadieno/estireno, mezclas de polimetilmetacrilato y copolímeros de acrilnitrilo/butadieno/estireno (MABS), polietilentereftalato, polibutilentereftalato, polimetilmetacrilato, polibutilacrilato, mezclas de polimetilmetacrilato y polivinilidendfluoruro, copolímeros de acrilnitrilo/butadieno/estireno, copolímeros de estireno/acrilnitrilo y polifenilensulfona.

14. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque se utiliza una radiación láser 15 con una longitud de onda en el rango de 700 a 12000 nm.

15. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque se utiliza una radiación láser con una longitud de onda en el rango de 700 a 1200 nm.

16. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque las piezas de plástico a unir están conformadas por un polímero matriz transparente o, al menos, traslúcido. 20

17. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque al menos una de las piezas de plástico está coloreada con pigmentos.