Новинки защитных технологий
В эру цифровой революции, которую сегодня переживает человечество, стало совсем просто имитировать большинство степеней защиты, на которые в прежние времена уходили годы кропотливого труда фальшивомонетчиков.
Когдато для подделки банкнот требовался высококвалифицированный гравер, который смог бы сымитировать сложные узоры нанесенной печати. В наше время для изготовления низкокачественной имитации можно использовать высококлассные сканеры и принтеры, и полученными купюрами ловкий мошенник сможет легко расплатиться с незадачливым продавцом.
Но технологии не стоят на месте. Корпоративные лаборатории и исследовательские институты каждый год предлагают всё новые и новые методы и средства защиты печатной продукции.
Пытаясь противостоять этим угрозам, печатная отрасль (в особенности) оказалась вовлеченной в бесконечный процесс разработки всё более изощренных методов защиты от хищений, фальсификации и подделок.
Данная публикация содержит подробный обзор наиболее значимых инноваций, появившихся в последние месяцы в сфере защиты продукции от подделок.
Защитный элемент для ценного документа в виде многослойной полимерной структуры с магнитным слоем
Владелец патента: Федеральное государственное унитарное предприятие «Гознак» (ФГУП «Гознак»)
Данная разработка относится к защитным элементам, применяемым для защиты от подделки документов, ценных бумаг, полиграфической продукции и других изделий. Защитный элемент содержит внешнюю прозрачную полимерную основу с присоединенным к ней прозрачным лаковым слоем, на поверхности которого выполнен микрорельеф с нанесенными тонкими слоями отражающего и магнитного материалов. К упомянутым слоям с помощью адгезионного слоя присоединен внешний прозрачный ламинирующий слой. Глубина микрорельефа составляет от 0,01 до 0,5 мкм. Микрорельеф может представлять собой систему периодически расположенных магнитных полос. Защитный элемент может дополнительно содержать прозрачный защитный разрушаемый слой, а также два или более слоев магнитного материала, причем в каждом магнитном слое содержится скрытая информация, отличающаяся от той, что содержится в других магнитных слоях. Технический результат — создание защитного элемента, устойчивого к механическим, химическим и температурным воздействиям, а также обеспечение стабильности проведения идентификации.
Широко известны применяемые для защиты от подделки и контрафактного изготовления защитные элементы в виде тонкослойных магнитных структур, а также технические решения защитных элементов, позволяющих проводить как визуальный, так и приборный контроль.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является решение, при котором предлагается в качестве защитного элемента использовать защитную нить, содержащую в своей структуре тонкий магнитный слой. При регистрации и проверке подлинности защитного элемента используется аппаратура, фиксирующая магнитные поля рассеяния от различных участков защитной нити. Недостатком такого решения является возможность сбоев при регистрации за счет неконтролируемых перемещений банкноты при ее движении относительно магнитных головок регистрирующей системы.
Задача, решаемая в данном случае, и технический результат — создание защитного элемента, устойчивого к механическим, химическим и температурным, воздействиям, а также обеспечение стабильности проведения идентификации.
Защитный элемент для ценного документа может дополнительно содержать прозрачный защитный разрушаемый слой, расположенный между внешней прозрачной полимерной основой и лаковым слоем.
Рис. 1. Поперечное сечение защитного элемента на основе периодического (решетчатого) рельефа: а — тонкая прозрачная полиэтилентерефталатная (ПЭТ) пленка; б — прозрачный слой, который служит для обеспечения разрушения защитного элемента при попытке отделения его от защищаемого изделия; в — прозрачный полимерный (лаковый) слой; г — тонкий отражающий слой металла; д — вторая ПЭТ-пленка или бумажная основа; е — адгезионный слой полимерной межслоевой клеевой композиции; ж — слой из магнитомягкого материала
Микрорельеф может быть выполнен методом эмбоссинга, тонкие слои отражающего и магнитного материалов могут быть нанесены на микрорельеф методом вакуумного напыления, в качестве отражающего материала может содержаться магнитомягкий металл, который выполняет функцию как отражающего, так и магнитного слоя.
Защитный элемент для ценного документа может содержать два или более слоев магнитного материала, причем скрытая информация, содержащаяся в каждом магнитном слое, отличается от скрытой информации, содержащейся в других магнитных слоях.
В частности, микрорельеф может представлять собой систему периодически расположенных магнитных полос (решеток) с пространственным периодом от 0,1 до 100 мкм.
В заявляемом техническом решении предлагается проводить изменение магнитных характеристик магнитного слоя путем создания в магнитной пленке микро и наноразмерного рельефа. В зависимости от конфигурации рельефа меняются магнитные характеристики магнитной пленки. А именно — формируются локальные изменения плоскостной магнитной анизотропии. Указанные изменения регистрируются электромагнитной аппаратурой, анализирующей поля перемагничивания магнитной пленки. Регистрацию можно проводить дистанционно на расстоянии до десятков сантиметров. Имеющаяся на сегодняшний день аппаратура позволяет различать более десяти различных конфигураций рельефа, что может обеспечить запись до 210 информационных состояний. Создаваемые микро и нанорельефы трудновоспроизводимы, визуально не распознаваемы и находятся внутри защитных элементов. При попытках расслоения защитных элементов для копирования структуры рельефа магнитные слои разрушаются и копирование оказывается невозможным.
При эксплуатации защитные элементы предлагаемого типа устойчивы к механическим, химическим и температурным, воздействиям, что обеспечивает стабильность и воспроизводимость при проведении операций по идентификации и распознаванию таких защитных элементов.
Технология формирования предлагаемых рельефов основана на процессах эмбоссирования и пригодна для массового производства на оборудовании для изготовления радужных (плоских рельефнофазовых) голограмм и нанограмм.
Примером исполнения предлагаемого технического решения может служить защитный элемент на основе тонкослойной плоской рельефнофазовой периодической или квазипериодической полосовой рельефной структуры. На тонкой прозрачной полиэтилентерефталатной (ПЭТ) пленке формируются прозрачные полимерные слои. Прозрачный слой служит для обеспечения разрушения защитного элемента при попытке отделения его от защищаемого изделия (в некоторых случаях этот слой может отсутствовать).
В прозрачном полимерном (лаковом) слое методом эмбоссинга (горячего тиснения, прессования) формируется периодический или квазипериодический рельеф. Для контроля квазипериодического рельефа возможна визуализация таких рельефов оптическими методами со стороны ПЭТпленки, например, путем наблюдения дифракционной (голографической) картины, в отраженном свете за счет пространственнофазовой модуляции света проходящего через слой и отражающегося на его границах. Для повышения яркости на полимерный слой методом вакуумного напыления наносят тонкий отражающий слой металла с высоким коэффициентом отражения. Это может быть слой алюминия, серебра или меди. Запись периодических структур производят в слоях методом эмбоссинга.
После записи изображений структуру дублируют (ламинируют) второй ПЭТпленкой или бумажной основой. Между слоями расположен адгезионный слой полимерной межслоевой клеевой композиции. Магнитный рельефный слой вводится в структуру методом вакуумного напыления на тонкий слой (10100 нм) из магнитомягкого материала (например, никеля или пермаллоя). Кроме того, в качестве отражающего слоя возможно использование слоя магнитного металла, например никеля. В этом случае нанесение магнитного слоя не требуется, так как никелевый слой сам является магнитным.
Периодический рельеф при этом также формируется в магнитном слое. Рельефный магнитный слой имеет явно выраженную магнитную анизотропию, ориентация которой определяется ориентацией штрихов периодического рельефа в магнитной пленке.
Используя аппаратуру для регистрации величин констант плоскостной магнитной анизотропии в различных направлениях в плоскости магнитной пленки, получаем набор данных, характеризующих периодический магнитный рельеф. Этот набор и является характеристикой предлагаемого защитного признака, используемого для идентификации, записанной в защитный элемент периодической структуры и, соответственно, защищаемого с ее помощью изделия.
Другой пример исполнения предлагаемого защитного элемента предполагает изготовление отдельной многослойной магнитной структуры в виде тонкослойной структуры на основе ПЭТпленки с нанесенным магнитомягким слоем с плоскостной анизотропией и сформированными в нем рельефными периодическими структурами. Высота рельефа — 0,010,5 мкм, период — 0,1100 мкм. Ориентация штрихов рельефных решеток может изменяться по поверхности магнитной пленки. Такая магнитная пленка может размещаться на поверхности или внутри защищаемого изделия как сама по себе, так и в сочетании с другими защитными элементами, не содержащими магнитных включений. Защищенность элемента от подделки при этом повышается.
Люминесцентные чернила (краска) для криптозащиты документов и изделий от подделок
Владелец патента: Общество с ограниченной ответственностью «ТК1»
Инновация относится к составам для нанесения покрытий, а именно к типографским краскам, содержащим люминесцентные защитные чернила для криптозащиты документов и изделий от подделок, к способам их нанесения, а также к способам контроля подлинности документов и изделий, на которые нанесены такие люминесцентные чернила. Данная методика может быть использована в производстве и обращении защищенных от подделок документов и изделий, имеющих по меньшей мере один признак подлинности, выполненный с применением видимой и/или невидимой глазом защитной метки, а также в способах контроля подлинности документов и изделий, имеющих защитную метку с заявляемыми люминесцентными чернилами, содержащими флуоресцирующие полупроводниковые нанокристаллы (коллоидные квантовые точки).
Одним из способов получения коллоидных квантовых точек, входящих в состав люминесцентных чернил, является метод коллоидного синтеза в высококипящем органическом растворителе. К особенностям коллоидных квантовых точек можно отнести то, что они состоят из полупроводникового наноразмерного кристалла (ядра), покрытого одной или более полупроводниковыми кристаллическими оболочками, и внешнего органического слоя из адсорбированных поверхностноактивных веществ.
В отличие от эпитаксиальных квантовых точек и большинства традиционных органических и неорганических люминофоров коллоидные квантовые точки обладают совокупностью уникальных физикохимических свойств, в том числе фотостабильностью, а также возможностью возбуждения смеси квантовых точек с различной длиной волны эмиссии одним источником излучения. Благодаря этому становится возможным получение различных люминесцентных составов для скрытой защиты (криптозащиты) от фальсификации документов и изделий.
Таким образом, новинка относится к люминесцентным защитным чернилам, содержащим полупроводниковые нанокристаллы и предназначенным для криптозащиты документов и изделий от подделок.
Предлагаемые люминесцентные чернила могут быть использованы в производстве и обращении защищенных от подделок банкнот, акцизных марок, кредитных и иных ценных бумаг, в том числе акций, облигаций, сертификатов, векселей, страховых полисов, свидетельств, бланков нотариусов, паспортов, удостоверений, проездных документов, лотерейных билетов и прочих ценных бумаг, а также пластиковых карт, водительских удостоверений, штампов и печатей, объектов интеллектуальной собственности, в том числе товарных знаков и знаков обслуживания.
Люминесцентные чернила могут быть использованы для маркировки и защиты упаковки продукции в различных сферах материального производства, в том числе в фармацевтической, пищевой, химической промышленности, а также в машиностроении. Кроме того, такие чернила могут быть использованы для маркировки ювелирных изделий, музейных экспонатов, а также любых других вещей, представляющих собой какуюлибо материальную ценность.
Документы и изделия, на которые предполагается нанесение люминесцентных защитных чернил, могут быть изготовлены из любого материала, в том числе из бумаги, картона или дерева; металла, в том числе фольги; синтетических полимеров, в том числе полиэтилена, полипропилена, поликарбоната и других видов пластмасс; стекла; натуральных волокон, в том числе хлопка, шелка, шерсти, пеньки, искусственных волокон; слоистых или композиционных материалов.
Для реализации способов контроля подлинности документов и изделий они должны иметь по меньшей мере один признак подлинности, выполненный с использованием видимой и/или невидимой глазом защитной метки. Защитная метка может быть выполнена в виде гильоширных элементов или тангирных сеток, и/или микрографики, и/или микротекста, и/или любого другого изображения или текста, и/или защитных волокон, нанесенных на поверхность документа или изделия любым из существующих способов печати, в том числе типографской (высокой, книжной) или глубокой, или плоской, или цифровой, или офсетной, или трафаретной, или ирисовой печатью, литографией, флексографией, гильошированием, металлографикой, шелкографией, персонализацией (печать с переменными данными), или иным методом нанесения лакокрасочных или полимерных композиций, типографских чернил или красок, чернил для письменных принадлежностей (перьевых, шариковых, капиллярных, гелевых ручек и маркеров), печатей и штампов, сургуча (мастики) для печатей. При этом в состав такой защитной метки должны входить люминесцентные защитные чернила, содержащие полупроводниковые нанокристаллы.
Контроль подлинности документов и изделий, имеющих защитную метку на основе предлагаемых люминесцентных чернил, осуществляют с использованием источников ультрафиолетового и/или видимого света с дальнейшей идентификацией путем визуального или машинного определения и сопоставления зарегистрированных информативных признаков с информативными признаками, описанными в референтном документе при визуальном определении или имеющимися в базе данных при машинном определении.
Для носителей защитной метки хранящихся и/или эксплуатирующихся в оптимальных условиях температурновлажностного режима (температура — от плюс 10 °C до плюс 30 °C; влажность — от 30 до 60%; ослабленный световой поток при естественном освещении или низкая освещенность при искусственном освещении) дополнительная защита гарантированно обеспечивается в течение 20 и более лет (ОСТ 55.6.85 «Документы на бумажных носителях. Правила государственного хранения. Технические требования». — М., 1985).
Рис. 2. Структура полупроводниковых нанокристаллов, входящих в состав люминесцентных защитных чернил: а — полупроводниковое ядро; б — первый полупроводниковый слой; в — второй полупроводниковый слой; г — внешний кремнийорганический полимерный слой
Для носителей защитной метки хранящихся и/или эксплуатирующихся в жестких условиях температурновлажностного режима (температура — минус 60 °C до плюс 70 °C (допускается кратковременное воздействие (не более 1 мин) до плюс 250 °C); повышенная влажность — более 65%; яркое солнечное освещение) дополнительная защита гарантированно обеспечивается в течение 20 и более лет при использовании для изготовления защитной метки люминесцентных чернил, содержащих в своем составе в качестве твердой дисперсионной среды силиконовый компаунд.
Предлагаемая группа инноваций обеспечивает дополнительную защиту и возможность оценки подлинности носителей защитной метки. Кроме того, указанные способы контроля подлинности документов, имеющих защитную метку с заявляемыми люминесцентными чернилами, содержащими полупроводниковые нанокристаллы, могут быть использованы в качестве одной из мер борьбы с фальсификацией документов и изделий в любых сферах, в том числе в криминалистике для раскрытия и расследования преступлений.
Суть изобретения состоит в получении люминесцентных защитных чернил, испускающих флуоресцентный сигнал, который остается стабильным в течение 20 и более лет, имеет высокие значения интенсивности эмиссии (в единицах относительного квантового выхода флуоресценции — 80% и выше) под действием источника видимого (400700 нм) или ультрафиолетового (300400 нм) излучения в заявляемом диапазоне длин волн флуоресценции от 400 до 3000 нм.
В состав таких люминесцентных защитных чернил входят растворитель и полимерная матрица, в которой диспергированы полупроводниковые нанокристаллы, состоящие из последовательно расположенных полупроводникового ядра, первого полупроводникового слоя, второго полупроводникового слоя и кремнийорганического полимерного слоя. При этом полупроводниковые нанокристаллы испускают флуоресцентный сигнал в диапазоне длин волн флуоресценции от 400 до 3000 нм под действием источника света видимого или ультрафиолетового диапазона, а относительный квантовый выход флуоресценции составляет не менее 80%.
В качестве полимерной матрицы используются кремнийорганические соединения, которые могут быть выбраны из группы, содержащей силиконы, в том числе силиконовые жидкости, силиконовые эластомеры, силиконовые смолы, силаны или силоксаны.
В преимущественном варианте исполнения полупроводниковое ядро состоит из полупроводникового материала, выбранного из группы: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, InP, InAs, CuInS2, CuInSe2, AgInS2, AgInSe2, первый полупроводниковый слой состоит из полупроводникового материала, выбранного из группы: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, InP, InAs, а второй полупроводниковый слой состоит из полупроводникового материала, выбранного из группы: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, InP, InAs.
Наличие первой полупроводниковой оболочки у полупроводниковых нанокристаллов позволяет устранить дефекты кристаллической решетки полупроводниковых ядер, что приводит к увеличению яркости свечения под действием источника света видимого или ультрафиолетового диапазона, при этом относительный квантовый выход флуоресценции увеличивается и составляет не менее 80%.
Наличие второй полупроводниковой оболочки у полупроводниковых нанокристаллов обеспечивает защиту ядра и первой полупроводниковой оболочки от воздействия окружающей среды, что, в свою очередь, обеспечивает стабильность флуоресцентного сигнала, испускаемого люминесцентными чернилами, в течение 20 и более лет.
Внешний ковалентно связанный кремнийорганический полимерный слой состоит из кремнийорганического полимерного материала, который выбирают из группы: алкилтриалкоксисиланов, (аминоалкил)триалкоксисиланов, (меркаптоалкил)триалкоксисиланов, (алкилакрил)триалкоксисиланов, тетраалкоксисиланов, полисилоксанов.
При этом внешний кремнийорганический полимерный слой так же, как и вторая полупроводниковая оболочка, обеспечивает дополнительную защиту от воздействия окружающей среды. Однако основной его функцией является участие в образовании коллоидных растворов (золей), которые наносятся на различные виды поверхностей в виде видимой и/или невидимой глазом защитной метки.
Экспериментально установлено, что полупроводниковые нанокристаллы имеют гидродинамический диаметр в золях не более 100 нм. При этом диаметр полупроводникового ядра составляет не более 40 нм, а толщина каждого из полупроводниковых слоев составляет не более 10 нм.
Кроме того, люминесцентные чернила могут содержать в своем составе смесь различных полупроводниковых нанокристаллов.
В качестве растворителя могут быть использованы стандартные растворители — предпочтительно вода или спирт, например этанол, пропанол, изопропанол, бутанол или их комбинация. Кроме того, растворителями могут служить предельные, непредельные или ароматические жидкие углеводороды — преимущественно гексан, гептан, октан, нонан или их комбинация, а также толуол, ксилол или их комбинация.
В состав люминесцентных защитных чернил могут дополнительно входить поверхностноактивные вещества, выбранные из группы: полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, триоктилфосфин, тетраэтоксисилан, тетрагидрофуран, диэтилендиоксид.
В состав люминесцентных защитных чернил также может быть включен акриловый или полиуретановый лак.
Люминесцентные чернила, содержащие полупроводниковые нанокристаллы, могут иметь определенное максимальное и минимальное значение длины волны максимума пика флуоресценции. Перечисленные ниже максимальные значения длин волн максимумов пиков флуоресценции полупроводниковых ядер приводятся в подтверждение того, что люминесцентные чернила испускают флуоресцентный сигнал в заявляемом диапазоне длин волн 4003000 нм, но не ограничивают все возможные сочетания полупроводниковых нанокристаллов и наборов пиков с различной длиной волны флуоресценции, используемых для получения моно или многопараметрического (многоцветного) флуоресцентного сигнала.
В частности, полупроводниковые нанокристаллы, содержащие полупроводниковое ядро из CdS, имеют максимальные значения длин волн максимумов пиков флуоресценции в диапазоне от 390 до 490 нм; полупроводниковое ядро из CdSe — от 470 до 690 нм; полупроводниковое ядро из CdTe — от 550 до 700 нм; полупроводниковое ядро из InP — от 500 до 590 нм; полупроводниковое ядро из CuInS2 — от 600 до 850 нм; полупроводниковое ядро из PbS — от 800 до 2300 нм; полупроводниковое ядро из PbSe — 1000 до 2500 нм; полупроводниковое ядро PbTe — от 1200 до 3000 нм.
Если необходимо получить максимальные значения длин волн в диапазоне от 400 до 500 нм, то используют полупроводниковые нанокристаллы структуры CdS/CdTe/ZnS/полиметилтриэтоксисилан, которые имеют максимальные значения длин волн флуоресценции в нужном диапазоне, при этом гидродинамический диаметр в золях составляет не более 30 нм.
Полупроводниковые нанокристаллы структуры InAs/CdSe/ZnSe/метилфениловый полисилоксан имеют максимальные значения длин волн флуоресценции в диапазоне от 700 до 1600 нм, гидродинамический диаметр в золях составляет не более 100 нм.
Если необходимо получить максимальные значения длин волн в диапазоне от 1600 до 3000 нм, то используют полупроводниковые нанокристаллы структуры PbTe/PbS/ZnS/фениловый полисилоксан, которые имеют максимальные значения длин волн флуоресценции в нужном диапазоне, при этом гидродинамический диаметр в золях составляет не более 100 нм.
Приведем примеры реализации таких чернил (красок).
Пример 1. Люминесцентные чернила содержали полупроводниковые нанокристаллы структуры ZnSe/ZNS/CdS/поли(аминоэтил)триметоксисилан, диспергированные в двухкомпонентный силиконовый эластомер на основе платинового катализатора (Dow Corning QP1). В качестве растворителя использовался этанол. Размер нанокристаллов составил 20 нм; длина волны максимума флуоресценции — 400 нм.
Пример 2. Люминесцентные чернила содержали полупроводниковые нанокристаллы структуры InP/CdSe/ZnS/поли(метакрил)триэтоксисилан, диспергированные в полидиметилсилоксане. В качестве растворителя использовался толуол. Размер нанокристаллов составил 24 нм; длина волны максимума флуоресценции — 525 нм.
Пример 3. Люминесцентные чернила содержали полупроводниковые нанокристаллы структуры CdSe/CdS/ZnS/поли(метил)триэтоксисилан, диспергированные в полидиметилсилоксане. В качестве поверхностноактивного вещества использовался триоктилфосфин; лак — акриловый; растворитель — смесь толуола и ксилола. Размер нанокристаллов составил 7 нм; длина волны максимума флуоресценции — 550 нм.
Во всех приведенных примерах срок службы люминесцентных чернил составил 20 лет и более, а квантовый выход люминесценции полупроводниковых нанокристаллов в составе чернил — более 80%.
Контроль подлинности изделия, имеющего защитную метку с заявляемыми люминесцентными чернилами, осуществляют одним из двух возможных вариантов.
Первый вариант заключается в визуализации защитной метки под воздействием источника света. В качестве защитной метки используют видимую глазом метку на основе люминесцентных чернил, описанных выше. Визуализацию защитной метки проводят под действием видимого или ультрафиолетового света. Далее осуществляют визуальную идентификацию полученных информативных признаков, к которым относятся цветовой оттенок и яркость свечения, путем сравнения с информативными признаками, описанными в референтном документе и/или представленными референтной меткой и/или цветом из атласов цветов (например, Pantone). После сопоставления полученных и описанных информативных признаков делают заключение о подлинности или фальсификации документов или изделий.
Второй вариант заключается в считывании флуоресцентного сигнала спектрометром или прибором на основе набора полосовых фильтров, сравнении полученных данных с имеющейся базой данных сигналов. Прибор должен определять флуоресцентный сигнал путем регистрации и анализа спектра флуоресценции защитной метки. В одной из реализаций считанный с помощью прибора сигнал запоминается и анализируется микроконтроллером. Микроконтроллер вычисляет длины волн максимумов, их относительную интенсивность, определяет характерные особенности полученного спектра и сравнивает полученные данные с данными о кодах, хранящимися в памяти. Результат анализа и сравнения отображается на индикаторе и/или дисплее прибора в виде заданного информационного сообщения, который позволяет сделать заключение о подлинности или фальсификации документов или изделий.
В результате стабильности флуоресцентного сигнала, испускаемого люминесцентными защитными чернилами в течение длительного времени, достигается комплексный технический результат, состоящий в том, что заявленные люминесцентные чернила могут быть использованы в производстве и обращении защищенных от подделок документов и изделий, изготовленных из натуральных, синтетических и композиционных материалов, имеющих по меньшей мере один признак подлинности, выполненный с применением видимой и/или невидимой глазом защитной метки с последующей идентификацией путем визуального или машинного определения.
Составы магнитной печатной краски или тонера
Владелец патента: Bank of Canada
Инновация относится к магнитным составам, используемым в качестве красок или тонеров для получения пигментированных магнитных материалов. Магнитный состав включает частицы, содержащие ядро из магнитного материала, и обволакивающее ядро покрытие. При этом пигментированный магнитный слой на подложке имеет величину L по колориметрической шкале Hunter Lab, по меньшей мере равную 50.
Покрытие каждой частицы является достаточно непрозрачным для того, чтобы полностью скрыть цвет указанного ядра или дополнительного покрытия под указанным покрытием.
Магнитные составы для печати хорошо известны. Традиционно магнитные материалы, которые имеют подходящие магнитные или электрические свойства для использования в приготовлении печатных красок, включают тонкодисперсные металлические порошки железа, никеля, кобальта, диоксида хрома, гаммаферроксида и ферритов, обычно имеющие размер частиц в микронном диапазоне или выше. Иногда требуется наносить на подложку магнитные материалы в виде частиц (такие как составы тонера) с целью получения защитных свойств. Например, некоторые банкноты могут иметь на поверхности неяркие линии или узоры из магнитного материала. Для проверки наличия магнитного материала можно впоследствии использовать магнитный датчик.
Магнитные краски обычно имеют темный или черный цвет, поэтому они сами по себе идеальны только для получения темных или черных изображений. Некоторые магнитные частицы не позволяют создавать чистые цвета, особенно более яркие оттенки, изза присущего магнитному материалу темного цвета.
Однако в последнее время достигнуты успехи в поиске составов тонеров, содержащих магнитные материалы, которые имеют цвет или оттенок, отличающийся от черного. Например, разработаны магнитные материалы с одним или более количеством нанесенных слоев, которые обволакивают магнитную частицу ядра, таким образом придавая всей структуре характеристики поверхности, что обеспечивает передачу цвета. Такие покрытые структуры в виде частиц получают предварительным приготовлением магнитной основы с последующим добавлением к ней предварительно полученных частиц, маскирующих первые частицы и прилипающих к основе. Однако формирование необходимой толщины маскирующего слоя, чтобы нужным образом затенить темный или черный цвет основы из магнитного материала, может оказаться затруднительным. Кроме того, адгезия этих двух слоев может не обеспечить достаточной долговечности.
Также темный или черный цвет магнитной основы может быть осветлен смешиванием магнитного материала, например в гранулированной форме, с другими, более светлыми по цвету или оттенку, связующими, создавая, таким образом, разнородную композицию магнитной основы, имеющую приемлемый цвет, или хотя бы оттенок, который легче замаскировать одним или большим количеством поверхностных слоев. Такие материалы в виде частиц имеют пониженную плотность ядра магнитного материала, а это может привести к ухудшению магнитных свойств частиц, помимо того, что они попрежнему не обладают достаточными цветовыми свойствами.
Известны другие альтернативные способы маскировки цвета магнитных частиц. Например, магнитный материал в виде частиц можно наносить с помощью химического процесса парового осаждения, образующего структуру тонкой магнитной пленки. Тонкая пленка может быть впоследствии покрыта немагнитной тонкой пленкой, чтобы визуально замаскировать присутствие внутренней магнитной тонкой пленки. Такие способы нанесения слоев приводят к получению печатных красок, которые являются относительно дорогими в производстве, но при этом попрежнему обладают недостаточными цветовыми свойствами.
Показателем того, что имеется потребность в разработке усовершенствованных магнитных красок, тонеров, красителей или их компонентов, имеющих цвет или оттенок, отличающийся от черного или иных темных цветов или оттенков, типичных для большинства магнитных материалов, является отсутствие цветной магнитографии (см. Handbook of Printed Media (Справочник по печатным средствам), Helmut Kipphan, Springer, 2001). Кроме того, существует потребность в разработке слегка окрашенных или тонированных магнитных красок, тонеров или красителей, включая те, которые являются белыми, или по существу белыми, или же окрашенными, которые пригодны для непосредственного нанесения на подложку (например, путем прямой печати). Белые магнитные краски, тонеры или красители были бы также полезны для смешивания с другими магнитными или немагнитными красками, тонерами или красителями для изменения их цвета, эстетических или магнитных свойств. Например, в области защиты банкнот такие краски, тонеры или красители могут позволить придать банкнотам более хитроумные защитные свойства, такие как сложные магнитные сигнатуры или иные магнитные машиночитаемые характеристики, которые являются скрытыми, невидимыми невооруженным глазом.
Тем не менее недавно были успешно разработаны составы для применения в качестве магнитных красок или тонеров, которые подходят для формирования пигментированного магнитного слоя на подложке или в виде единого целого с подложкой.
Составы включают частицы магнитного порошка, которые при нанесении на подложку имеют оттенок поверхности, отличающийся от темного или черного цвета многих известных магнитных материалов. Действительно, составы, согласно данному изобретению, включают частицы магнитного порошка, которые содержат ядро, состоящее по существу из магнитного материала, вместе с покрытием на ядре, которое в значительной степени маскирует цвет магнитного материала.
Полученные составы могут быть по существу белыми или цветными, и при этом они хорошо подходят для осаждения на подложке с образованием магнитного слоя. Частицы магнитного порошка составов, согласно разработке, являются частицами, которые имеют средний диаметр от 0,1 до 10 000 нм, так что они в значительной степени попадают в нанометрический интервал размеров (то есть их можно считать «наночастицами»).
Использование таких частиц с ядром, состоящим из магнитного вещества, имеет преимущества по сравнению с частицами микронного размера, включая пониженное осаждение частиц во взвешенном состоянии в жидкости, которая, в свою очередь, делает материал более пригодным для процессов в растворе, таких как дополнительная модификация и последующее нанесение.
Частицы включают по меньшей мере одно покрытие, по существу, обволакивающее ядро, и после нанесения на подложку для образования на ней слоя имеют цвет, отличающийся от цвета магнитного материала ядра. Например, слой может выглядеть по существу белым по цвету или оттенку, или может иметь более темный цвет. Покрытие на частицах имеет толщину, достаточную для того, чтобы по существу затенить любой темный или черный цвет или оттенок магнитного материала ядра.
Если необходимо придать частицам желательную поверхностную адгезию или оптические свойства, могут быть созданы дополнительные покрывающие слои. Однако такие слои не обязательно нужны для того, чтобы придать желательные цветовые качества частицам в составах или полученным магнитным слоям, сформированным на подложке.
Неожиданно оказалось, что разработанные составы проявляют желательные свойства при нанесении на подложку, например, при использовании известных способов печати или других методов для формирования высококачественного и долговечного магнитного слоя. Частицы несут магнитное поле достаточной интенсивности для осаждения, прилипания или фиксации на подложке, а следовательно, образование магнитного слоя может оказаться быстрым и эффективным.
Таким образом, цвет частиц, относящихся к основному покрытию, делает составы подходящими для широкого диапазона применения в печати. Подобные частицы можно также смешивать с другими магнитными или немагнитными печатными красками или цветными порошковыми материалами для создания других цветов или оттенков. Полученные составы, согласно изобретению, дают возможность изменять (осветлять или затемнять) существующие цветные печатные краски или порошковые материалы и расширять цветовую гамму.
В основном варианте осуществления разработки предложен состав для нанесения на подложку с целью получения пигментированного магнитного слоя на подложке и/или составляющего одно целое с указанной подложкой, при этом в состав входят частицы, каждая из которых включает:
- ядро, состоящее по существу из магнитного материала;
- покрытие, обволакивающее ядро, обеспечивающее образование указанными частицами при нанесении их на подложку пигментированного магнитного слоя на подложке, имеющего цвет или оттенок, который отличается от цвета магнитного материала ядра.
В других выбранных вариантах покрытие, обволакивающее ядро, обеспечивает образование указанными частицами, при нанесении их на подложку, пигментированного магнитного слоя, имеющего по колориметрической шкале Hunter Lab величину L по меньшей мере от 50 до 95. Будучи простыми по природе, такие составы обеспечивают превосходные возможности для печати и других технологий, включающих формирование магнитных пигментированных слоев на подложке. При этом подобные составы относительно просты в производстве и применении.
Составы, включающие вышеупомянутые частицы, могут находиться в сухой форме, поскольку это критично для многих тонеров, или, как альтернатива, могут быть смешаны с жидкостью для образования суспензии.
Ядро каждой частицы может включать любой материал, который проявляет магнитные свойства. В такие материалы входит по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe, Ni, Co, восстанавливаемого оксида металла, оксида железа, оксида никеля и феррита формулы MFe2O4, в котором М — двухвалентный ион металла или смесь двухвалентных ионов металла.
Покрытие, обволакивающее каждую частицу, может включать любое вещество, смесь, соединение или элемент, которое эффективно прилипает к магнитному ядру (или к промежуточному слою) и которое имеет требуемую степень белизны или цвет по шкале Hunter Lab. В такие материалы входят, в том числе, соединения металлов (например, диоксид кремния [SiO2], мел [карбонат кальция, СаСО3], двуокись титана [диоксид титана, TiO2], двуокись циркония [диоксид циркония, ZrO2], барит [сульфат бария, BaSO4], гипс [сульфат кальция, CaSO4], стеклянный порошок, оксид цинка [ZnO] и сульфид цинка [ZnS]), а также органические полимеры (например, возможно функционализированный полиизобутилен, возможно функционализированный полиэтилен, возможно функционализированный полистирол, латекс). Покрытие каждой частицы может включать материал с высоким показателем преломления, материал с высокой кроющей способностью, материал с высоким коэффициентом рассеяния, материал с высокой степенью непрозрачности, оксид металла или органический полимер.
При необходимости смешения с жидкостью последняя может представлять собой любой водный или органический растворитель, который предпочтительно не вызывает коррозии и не затрудняет нанесение частиц на подложку.
Магнитный слой может быть получен нанесением состава любым известным способом для осаждения магнитного материала в виде частиц. Такие способы могут включать технологии высокой печати, в которых для создания требуемого изображения используются приподнятые поверхности с нанесенной типографской краской.
Таким образом, магнитный слой, который может иметь оттенок, отличающийся от черного, может быть удобно и неприметно включен в структуру или поверхность банкноты, повышая ее защитные свойства. Узоры, полученные с использованием магнитных слоев, могут иметь любую мыслимую форму, очертание или конфигурацию и любую мыслимую комбинацию цветов и оттенков красок или тонеров. Например, защитные свойства банкноты могут включать особые очертания из магнитной краски, обнаруживаемые («считываемые») только специальными предварительно конфигурированными устройствами для считывания магнитной сигнатуры.
Приведем римеры применения данной разработки.
Пример 1. Были приготовлены два состава для нанесения на подложку для создания на ней пигментированного магнитного слоя. Первый состав для нанесения на подложку включал желтую краску на полиэфирной основе и частицы Fе3O4 без покрытия. Пигментированный магнитный слой на подложке, полученный с применением первого состава, имел желтозеленый цвет. Второй состав для нанесения на подложку включал желтую краску на полиэфирной основе и частицы, включающие ядро из Fe3О4 и покрытие из полиметилметакрилата (ПММА). В составе для нанесения на подложку содержание частиц с покрытием составляло 15%. Пигментированный магнитный слой на подложке, полученный с применением второго состава, имел желтый цвет.
Пример 2. Были приготовлены два состава для нанесения на подложку для создания на ней пигментированного магнитного слоя. Первый состав для нанесения на подложку включал желтую краску на полиэфирной основе и частицы Fe2O3 без покрытия. Пигментированный магнитный слой на подложке, полученный с применением первого состава, имел оранжевый цвет. Второй состав для нанесения на подложку включал желтую краску на полиэфирной основе и частицы, включающие ядро из модификации Fe2О3 и покрытие из ПММА с добавкой оксида титана. В составе для нанесения на подложку содержание частиц с покрытием составляло 15%. Пигментированный магнитный слой на подложке, полученный с применением второго состава, имел желтый цвет.