элементы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, которые формируют сдвиг цвета между двумя явно выраженными цветами, содержащий их состав покрытия, способ их изготовления и подложка, покрытая данным составом покрытия

Формула изобретения

1. Применение, по меньшей мере, одного непрозрачного полностью отражающего слоя для элементов пигмента с изменяемыми оптическими характеристиками, образующих сдвиг цвета между двумя выраженными цветами, причем указанный слой изготовлен из коррозионно-стойкого алюминиевого сплава с помощью физического осаждения паров.

2. Элементы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, образующие сдвиг цвета между двумя выраженными заранее определенными цветами, причем указанные элементы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками содержат многослойную тонкопленочную интерференционную структуру, имеющую первую и вторую, по существу, параллельные плоские поверхности, причем указанная многослойная структура включает непрозрачный полностью отражающий слой, имеющий первую и вторую, по существу, плоские поверхности, которые, по существу, параллельны первой и второй параллельным плоским поверхностям многослойной структуры и, по меньшей мере, одну последовательность, расположенную на одной из указанных первой и второй поверхностей непрозрачного полностью отражающего слоя, причем каждая последовательность состоит из слоя диэлектрика с показателем преломления, равным 1,65 или меньше, и полупрозрачного частично отражающего слоя так, что слой диэлектрика из указанной последовательности наносится первым на полностью отражающий слой, отличающиеся тем, что полностью отражающий слой изготовлен из коррозионно-стойкого алюминиевого сплава с помощью физического осаждения паров.

3. Элементы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, образующие сдвиг цвета между двумя выраженными цветами, причем указанные элементы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками содержат многослойную тонкопленочную интерференционную структуру, включающую непрозрачный полностью отражающий слой, изготовленный из коррозионно-стойкого алюминиевого сплава с помощью физического осаждения паров, причем на указанный непрозрачный полностью отражающий слой со всех сторон нанесена, по меньшей мере, одна периодическая структура, составленная из слоя диэлектрика с коэффициентом преломления, равным 1,65 или меньше, и полупрозрачного частично отражающего слоя так, что слой диэлектрика нанесен на полностью отражающий слой первым.

4. Элементы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками по п.2 или 3, отличающиеся тем, что сплав алюминия содержит, кроме алюминия, другие компоненты, из одного или большего количества элементов, выбранных из группы, состоящей из кремния, магния, марганца, меди, цинка, никеля, ванадия, свинца, сурьмы, олова, кадмия, висмута, титана, хрома, железа, бериллия.

5. Элементы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками по п. 4, отличающиеся тем, что общее содержание дополнительных компонентов не превышает 20 вес. %, предпочтительно составляет не больше чем 10 вес.% и еще более предпочтительно не больше чем 5 вес.% от общего веса сплава.

6. Состав покрытия с изменяющимися оптическими характеристиками, образующий сдвиг цвета между двумя выраженными заранее определенными цветами, причем указанный состав покрытия содержит, по меньшей мере, одно связующее вещество, формирующее пленку, жидкости или смеси жидкостей, предназначенных для распределения, эмульсификации или растворения указанного связующего вещества и элементов пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, образующих сдвиг цвета между двумя выраженными цветами и содержащих многослойную, тонкопленочную интерференционную структуру, включающую полностью отражающий слой, изготовленный из коррозионно-стойкого алюминиевого сплава, изготовленного физическим осаждением паров.

7. Состав покрытия с изменяющимися оптическими характеристиками по п.6, отличающийся тем, что алюминиевый сплав содержит, кроме алюминия, дополнительные компоненты из одного или большего количества элементов, выбранных из группы, состоящей из кремния, магния, марганца, меди, цинка, никеля, ванадия, свинца, сурьмы, олова, кадмия, висмута, титана, хрома, железа, бериллия.

8. Состав покрытия с изменяющимися оптическими характеристиками по п.7, отличающийся тем, что общее содержание дополнительных компонентов не превышает 20 вес.% предпочтительно составляет не больше чем 10 вес.% и еще более предпочтительно не больше чем 5 вес.% общего веса сплава.

9. Состав покрытия с изменяющимися оптическими характеристиками по одному из пп.6-8, в котором, по меньшей мере, одна из жидкостей представляет собой воду.

10. Защищенный от подделки документ, имеющий первую и вторую поверхности, на котором, по меньшей мере, на часть, по меньшей мере, одной из указанных поверхностей нанесены идентификационные метки, выполненные с помощью состава покрытия, в частности чернил, предназначенных для печати по пп.6-9.

11. Способ производства элементов пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, образующих сдвиг цвета между двумя выраженными заранее определенными цветами, содержащий этапы (a) изготовления материала носителя; (b) нанесения последующих слоев на этот носитель для формирования многослойной тонкопленочной интерференционной структуры, имеющей первую и вторую, по существу, параллельные плоские поверхности, причем указанная интерференционная структура включает непрозрачный полностью отражающий слой, имеющий первую и вторую, по существу, плоские поверхности, расположенные параллельно к первой и второй параллельным плоским поверхностям многослойной структуры и, по меньшей мере, одну последовательность, расположенную на одной из указанных первой и второй поверхностей из полностью отражающего слоя, причем каждая последовательность составлена из слоя диэлектрика с показателем преломления 1,65 или меньше и полупрозрачного частично отражающего слоя так, что слой диэлектрика из указанной последовательности наносится первым на непрозрачный полностью отражающий слой, причем непрозрачный полностью отражающий слой формируется из коррозионно-стойкого алюминиевого сплава с помощью физического осаждения паров; (c) отделения указанной многослойной структуры от материала носителя; (d) измельчения указанной многослойной структуры для формирования элементов пигмента с заранее определенными размерами.

12. Способ изготовления элементов пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, образующих сдвиг цвета между двумя выраженными заранее определенными цветами, содержащий этапы (a) изготовления непрозрачного полностью отражающего слоя, который выполнен из коррозионно-стойкого алюминиевого сплава с помощью физического осаждения паров; (b) измельчения указанного непрозрачного полностью отражающего слоя для формирования пластинок элементов пигмента с требуемыми размерами; (c) нанесения, по меньшей мере, одной последовательности слоев со всех сторон вокруг непрозрачных полностью отражающих пластинок с помощью химического осаждения паров, причем указанная последовательность составлена из слоя диэлектрика с показателем преломления 1,65 или меньше и полупрозрачного частично отражающего слоя так, что слой диэлектрика наносится первым на полностью отражающий слой.

13. Способ производства состава покрытия с изменяющимися оптическими характеристиками, предназначенного для получения сдвига цвета между двумя выраженными заранее определенными цветами, содержащий этап внедрения элементов пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, которые были изготовлены с помощью способа по одному из п.11 или 12, в состав покрытия, содержащий, по меньшей мере, одно связующее вещество, формирующее пленку, и жидкости или смесь жидкостей для растворения, эмульсификации или распределения указанного связующего вещества.

14. Способ по п.13, в котором состав покрытия представляет собой чернила для печати.

15. Способ производства идентификационных меток с изменяющимися оптическими характеристиками, которые образуют сдвиг цвета между двумя заранее определенными цветами, содержащий этапы (a) нанесения элементов пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, образующих сдвиг цвета между двумя заранее определенными цветами, которые включают полностью отражающий слой, изготовленный из коррозионно-стойкого алюминиевого сплава, путем физического осаждения паров; (b) внедрения элементов пигмента, полученных на этапе (а), в состав покрытия, предпочтительно, в растворитель чернил для печати, который содержит связующее вещество, формирующее пленку, и жидкости или смесь жидкостей, предназначенных для растворения, распределения или эмульсификации указанного связующего вещества; (c) нанесения указанных чернил для печати, полученных на этапе (b), на подходящую подложку, предпочтительно, на документ с защитой, для формирования на ней идентификационных меток; (d) отверждения указанного изображения, полученного на этапе (с), путем испарения, и/или проникновения растворителя в подложку, и/или с помощью образования поперечных связей, и/или коагуляции связующего вещества.

Приоритет по пунктам:

31.08.98 по пп.1-4, 6, 7, 9-11;

21.12.98 по пп.5, 8, 15.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к элементам пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, которые формируют сдвиг цвета между двумя явно выраженными цветами, к способам производства таких элементов пигмента, к составам покрытий с изменяемыми оптическими характеристиками, которые содержат такие элементы пигмента, и к способу изготовления меток, содержащих такие элементы пигмента в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.

Элементы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, которые формируют сдвиг цвета между двумя явно выраженными цветами так, что этот сдвиг цвета зависит от угла зрения, являются хорошо известными. Такой тип оптических характеристик обозначается в данном описании выражением "изменяемые оптические характеристики". Производство таких элементов пигмента, их использование и отличительные характеристики описаны в различных публикациях и патентах, например, в статье Л. Шмидт, Н. Мронга, В. Радтке, О. Зеегер "Блестящие элементы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками" Европейский журнал покрытий 7-8/1997 (L. Schmidt, N. Mronga, W. Radtke, O. Seeger, "Lustre pigments with optically variable properties" European Coatings Journal 7-8/1997), в американских патентах US 4434010, US 5059245, US 5084351, US 5135812, US 5171363, US 5571624, в европейских патентах ЕР 0341002, ЕР 0736073, ЕР 668329 и ЕР 0741170.

Пигменты с изменяющимися оптическими характеристиками, имеющие сдвиг цвета, зависящий от угла зрения, основаны на слоистой структуре из наложенных друг на друга слоев тонких пленок с различными оптическими характеристиками. Оттенок, степень сдвига цвета и цветность таких тонкопленочных структур зависят, среди других факторов, от материалов, составляющих слои, последовательности и количества слоев, толщины слоев, а также от процесса производства.

В общем, пигменты с изменяемыми оптическими характеристиками содержат непрозрачный полностью отражающий слой, слой диэлектрика из материала с низким коэффициентом преломления, то есть с коэффициентом преломления, равным 1,65 или меньше, который наносится поверх непрозрачного полностью отражающего слоя и полупрозрачного частично отражающего слоя, который наносится на слой диэлектрика.

Комбинация слоя диэлектрика и полупрозрачного частично отражающего слоя может рассматриваться как последовательность, которая может наноситься с повторениями.

В данном описании термины непрозрачный, полностью и частично отражающий, полупрозрачный и прозрачный относятся к электромагнитному излучению в видимом диапазоне электромагнитного спектра, то есть с длиной волны приблизительно от 400 до 700 нм.

Полупрозрачный частично отражающий слой может быть изготовлен из металлов (алюминий, хром) или из материалов с высокой отражающей способностью, например из определенных окислов металлов или сульфидов металлов (MoS₂, Fе₂О₃ и т.д.). Предпочтительными материалами для слоев диэлектрика являются SiO₂ и МgF₂. Обычно толщина полупрозрачного частично отражающего слоя выбирается от 5 до 25 нм, в то время как толщина слоя диэлектрика зависит от требуемого цвета. Обычно она выбирается в диапазоне от 200 до 500 нм. Непрозрачный полностью отражающий слой выполнен предпочтительно из алюминия. Золото, медь, серебро и кобальт-никелевые сплавы предлагаются в качестве альтернативы в качестве материалов для изготовления непрозрачного полностью отражающего слоя. В общем, степень непрозрачности представляет собой функцию толщины слоя. Алюминий становится непрозрачным при толщине приблизительно 35-40 нм. Поэтому обычный диапазон толщины полностью отражающего алюминиевого слоя выбирается в диапазоне 50-150 нм.

Пигменты с оптически изменяющимися характеристиками могут изготавливаться с помощью различных процессов; двум из которых придается наибольшая важность. В первом из них изготавливается непрерывный лист из тонкопленочной структуры с изменяющимися оптическими характеристиками и измельчается до образования пигментных частиц, во втором подходящие частицы предшествующего продукта, например алюминиевые хлопья, покрываются тонкопленочной структурой с изменяющимися оптическими характеристиками.

В первом типе производственного процесса различные слои наносятся последовательно поверх друг друга с использованием процессов физического осаждения паров для формирования непрерывного листа многослойной, тонкопленочной слоистой структуры на гибком носителе. Носитель предпочтительно представляет собой гибкий тонкий лист из полиэтилентерефталата или аналогичной полимерной пленки.

Полученная в результате многослойная тонколистовая структура содержит непрозрачный полностью отражающий слой с первой и второй поверхностями, слой диэлектрика, нанесенный поверх непрозрачного полностью отражающего слоя и полупрозрачный частично отражающий слой, нанесенный поверх слоя диэлектрика. Последовательность слой диэлектрика/частично отражающий слой может быть сформирована на одной из сторон непрозрачного полностью отражающего слоя или на обеих его сторонах. В последнем случае может получиться симметричная многослойная структура, то есть симметричная структура пигментных частиц с изменяемыми оптическими характеристиками, при условии, что оптические характеристики с обеих сторон выбраны одинаковыми. Для получения окончательно сформированных пигментных частиц полученный в результате многослойный тонкопленочный лист отсоединяется и измельчается до требуемого размера частиц пигмента с помощью известных способов измельчения.

Любая из пригодных методик физического осаждения паров (PVD), используемая для производства тонких пленок, может применяться для производства этого типа пигментов с изменяемыми оптическими характеристиками. Такие технологии описаны в Энциклопедии Улльманна промышленной химии, 5-е издание, Ферлаг Хемие, Вайнхайм, Германия, том AVI, страница 67ff (Ullmann"s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, Verlag Chemie, Weinheim, Germany, Volume A VI, page 67ff) и в публикации автора Милтон Оринг "Наука материалов тонких пленок". Академик Пресс Инк., 1992 г. (Milton Ohring "The Materials Science of Thin Films", Academic Press Inc., 1992); которые в основном производятся в условиях глубокого вакуума.

Производство наложенных друг на друга слоев с помощью физического осаждения паров приводит к получению гладких и, по существу, плоских и параллельно расположенных слоев, которые дают возможность получения высокого уровня хроматичности пигмента, как следствие параллельно отраженного электромагнитного излучения.

Кроме того, благодаря отсутствию кислорода во время производственного процесса предотвращается потенциальное образованием слоев оксидов на металлических поверхностях. Это является важным фактором, поскольку в присутствии кислорода поверхность многих металлов подвергается его воздействию, и одновременно формируется тонкий слой оксида на открытых поверхностях. Однако уже тонкий слой оксида может нарушить отражающую способность слоев металла, которые составляют непрозрачный полностью отражающий слой.

Перемалывание многослойного тонкопленочного листа для образования частиц пигмента требуемого размера позволяет получить, по существу, плоские частицы пигмента, то есть хлопья с неправильными разорванными краями. На этих краях, которые расположены перпендикулярно к плоскости слоев, формирующих слоистую структуру, непрозрачный полностью отражающий центральный слой больше не является защищенным наложенным на него слоем диэлектрика. Кроме того, механические напряжения, прилагаемые к пигментным частицам во время процесса измельчения, могут привести к образованию тонких трещин в слоях диэлектрика. Как следствие, во многих местах при контакте с соответствующими химическими реагентами может происходить коррозия внутренних слоев многослойной структуры. Такие реагенты могут присутствовать повсюду, как, например, в составе чернил, применяемых для печати (смолы, растворители и т.д.), или просто могут попадать из окружающей среды, воздействующей на нанесенные при печати чернила (пот, моющие вещества и т.д.).

В контексте настоящего изобретения термин коррозия означает реакцию материала металла с окружающей средой, которая приводит к измеримому изменению характеристик материала или которая ведет к ухудшению функций металлической поверхности слоя всей системы. Это определение приведено в соответствии со стандартом DIN 50900 Т1.1 апрель 1982 г., Т1. 2 январь 1984 г. и Т1. 3 сентябрь 1985 г.

В отношении пигментов с изменяемыми оптическими характеристиками коррозия металлов, составляющих один или несколько слоев, приводит к измеримому изменению оптических характеристик этого пигмента. Это изменение может составлять от ослабления хроматичности до полного ухудшения (потери) характеристик цветности этого пигмента. Побочный продукт коррозии может привести к существенному изменению наблюдаемых оптических характеристик.

Алюминий, который имеет отражающую способность приблизительно 99% во всем интересующем спектральном диапазоне, представляет вполне идеальный выбор с точки зрения обеспечения оптических характеристик.

Однако при воздействии воды, кислот или щелочей, а также в присутствии сильнодействующих комплексообразующих веществ или просто в присутствии кислорода обычно происходит коррозия алюминия. Это происходит из-за сильной электроположительной природы алюминия, которая имеет стандартный потенциал, равный - 1,70 В. Таким образом, при контакте с водой или кислородом алюминий моментально формирует очень тонкий слой оксида алюминия, который, однако, полностью защищает расположенный ниже металл от дальнейшего воздействия. Поэтому коррозия чистой алюминиевой поверхности в воздухе или воде немедленно самостоятельно прекращается. Однако любой химический реактив, способный растворять этот защитный слой оксида алюминия, позволит коррозии продолжаться в отношении лежащего ниже металла, которая будет продолжаться до тех пор, пока не будет удален защитный слой. Это происходит с кислотами (формирование растворимых солей Аl³⁺), с гидроокисью (формирование аниона [Аl(ОН)₄] ^-) и с веществами, формирующими органические комплексы (EDTA, (этилендиаминтетрауксусная кислота) NTA и т.д.), которые фиксируют ион Аl³⁺ в виде растворимых комплексов). Соли ртути также имеют свойства разрушения защитного слоя алюминия и поэтому вызывают быструю коррозию.

Поэтому, очевидно, что отражающий слой в многослойной структуре указанных пигментов с оптически изменяющимися характеристиками будет быстро разрушаться в присутствии упомянутых химических веществ. Кроме того, коррозия алюминия приводит к образованию газообразного водорода, который "взрывает" частицы пигмента до тех пор, пока они полностью не разрушатся.

В качестве заместителя алюминия предлагались другие, в меньшей степени подверженные коррозии металлы, однако, они проявляют другие серьезные недостатки, как, например, они существенно уступают ему в отражающей способности. Серебро имеет относительно хорошую отражающую способность (приблизительно 99% падающего света в диапазоне от 400 нм до 700 нм) и не коррозирует с водой. Однако известна его тенденция реагировать со всеми видами соединений серы, с формированием Ag₂S черного цвета, а соединения серы повсюду присутствуют в окружающей среде. Пигменты с изменяющимися оптическими характеристиками на основе серебра также ухудшают свои характеристики с течением времени.

Золото, которое скорее является не коррозирующим металлом (за исключением сред, в которых присутствуют O₂/Сl^- или O₂/CN^-), имеет суженый спектр отражения в видимом диапазоне (500 нм - 700 нм) и, кроме того, является слишком дорогостоящим.

Никель и кобальт-никелевые сплавы, являются, по существу, стойкими к коррозии, но они имеют относительно низкий уровень отражающей способности, то есть только приблизительно 50% в видимом спектре, что приводит к получению пониженной хроматичности пигментов с изменяющимися оптическими характеристиками.

Из-за химической реакционной способности любой пигмент с изменяющимися оптическими характеристиками, изготовленный с помощью первого процесса и содержащий алюминий в качестве непрозрачного полностью отражающего слоя, является нестабильным в составах покрытия или чернил, предназначенных для печати. Реакция между металлом и коррозионными компонентами, которые присутствуют в окружающей среде, начинается на поверхности незащищенного металла на краях разрыва или на дефектах слоев покрытия. Коррозия проходит по слою металла, когда агрессивные компоненты проникают через тонкие трещинки.

Второй тип производственного процесса позволяет получить пигментные частицы с изменяющимися оптическими характеристиками другой конструкции. В этом процессе используются коммерчески доступные изготовленные заранее полностью отражающие пластинки, которые покрываются со всех сторон, по меньшей мере, одним слоем диэлектрика и, по меньшей мере, одним полупрозрачным частично отражающим слоем. Эти слои наносятся предпочтительно с помощью процессов химического осаждения паров или с помощью влажного химического способа, как описано, например, в ссылке на автора Шмидт (Schmidt). В этих процессах также последовательность слоев диэлектрика и частично отражающего слоя может наноситься с повторением. Пигменты такого типа описаны, например, в европейских патентах ЕР 668329 и ЕР 0741170.

Непрозрачные полностью отражающие пластинки, используемые в качестве сырьевых материалов в этом втором процессе, формируются в результате довольно грубых механических операций, таких как измельчение, ковка, прокатка и т. д. подходящих частиц произвольной формы. Как таковые, они не содержат оптически плоские поверхности.

Вследствие такой обработки образуется существенная величина диффузного отражения, то есть падающее излучение отражается во всех направлениях. При этом хроматичность пигментов получается низкой. Предпочтительным материалом для изготовления описанных предшествующих частиц является алюминий, кроме того, пригодными являются сталь, медь, сплавы меди и сплавы алюминия.

Так как последовательное нанесение слоев диэлектрика и полупрозрачного частично отражающего слоя в этом втором процессе производится с помощью химического осаждения паров или с помощью жидкости химической реакции, пластинки должны быть пассивированы для защиты от коррозии и особенно от реакции с водой. Как было описано выше, дополнительные защитные слои покрытия и/или пассивируюшие слои, с большой вероятностью, ослабляют отражающую способность и, таким образом, оказывают вредное воздействие на хроматичность.

Однако одно преимущество в отношении пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, изготовленного с помощью химического осаждения паров или с помощью жидкостных химических реакций, состоит в том, что центральная непрозрачная полностью отражающая пластинка получается полностью окруженной и, таким образом, защищенной последующими слоями диэлектрика и другими слоями. Коррозия в агрессивной среде, таким образом, происходит с меньшей вероятностью по сравнению с пигментными частицами с изменяемыми оптическими характеристиками типа листа, которые были получены с помощью первого способа. Но даже, если коррозия в этом типе пигментных частиц возникает с меньшей вероятностью, тем не менее существуют условия, при которых такое покрытие может разрываться или в нем образуются трещины, особенно при приложении тепла. Металлический алюминий имеет гораздо больший коэффициент теплового расширения, чем материалы покрытия, нанесенные вокруг него; это приводит к образованию микротрещин в покрытии при нагреве. Вследствие этого при горячей промышленной стирке может быть оказано воздействие, даже на частицы алюминия с покрытием со всех сторон. Если не будет обеспечена защита от коррозии, начнет вырабатываться газообразный водород и, в конце концов, частицы разорвутся.

Экономически приемлемая комбинация процессов физического и химического осаждения паров в отношении производства пигментных частиц с изменяемыми оптическими характеристиками, которые обладают положительными характеристиками обоих процессов, в прошлом не была найдена. Листы алюминия, которые получались при физическом осаждении паров, коррозируют при любой операции переноса или измельчения или при нанесении с помощью технологий химического осаждения паров или влажных химических реакций.

Поэтому целью настоящего изобретения является улучшение сопротивляемости коррозии пигментных частиц с изменяющимися оптическими характеристиками при сохранении хорошей хроматичности.

Другой целью настоящего изобретения является улучшение сопротивляемости коррозии пигментных частиц с изменяющимися оптическими характеристиками, которые были изготовлены с помощью физического осаждения паров в качестве единственной технологии осаждения.

Другой целью настоящего изобретения является улучшение сопротивляемости коррозии непрозрачного полностью отражающего слоя металла без ухудшения его отражающей способности.

Еще одной целью настоящего изобретения является производство коррозионно-стойких пигментных частиц с изменяющимися оптическими характеристиками, с хроматичностью, сравнимой с пигментными частицами, имеющими полностью отражающий слой, изготовленный из чистого металлического алюминия.

Целью настоящего изобретения является получение комбинации технологии физического осаждения паров и химического осаждения паров и/или реакции влажного химического типа для производства пигментных частиц с изменяющимися оптическими характеристиками.

Еще одной целью является производство пигментных частиц с изменяющимися оптическими характеристиками, которые имеют сдвиг цвета между двумя явно выраженными цветами, которые могут быть внедрены в состав покрытия на основе воды, в частности в чернила, предназначенные для печати.

Эти цели были достигнуты в соответствии с характеристиками независимых пунктов формулы изобретения. В частности, они были достигнуты при использовании, по меньшей мере, одного непрозрачного полностью отражающего слоя, который изготовлен из коррозионно-стойкого алюминиевого сплава с помощью физического осаждения паров.

Коррозионно-стойкие слои, изготовленные из алюминиевого сплава, которые получаются при физическом осаждении паров, могут наноситься во всех вариантах конструкции пигментных частиц с изменяющимися оптическими характеристиками, формирующими сдвиг цветов между двумя явно выраженными цветами.

Алюминиевые сплавы описаны, например, автором Дж. Вассерманн в Энциклопедии Улльманна промышленной химии, 4-е издание, Ферлаг Хемие, Вайнхайм, Германия, том 7, страницы 281-292 (G. Wassermann, in Ullmann"s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4^th edition Verlag Chemie, Weinheim, Germany, Volume 7, page 281-292.

Существует большое количество алюминиевых сплавов, которые имеют более высокую прочность, лучшую пригодность к обработке, более низкую температуру плавления и лучшую коррозионную стойкость, например, в отношении кислот, оснований и морской воды по сравнению с чистым алюминием.

Кроме основного компонента алюминия в сплаве могут присутствовать другие компоненты, такие как кремний, магний, марганец, медь, цинк, никель, ванадий, свинец, сурьма, олово, кадмий, висмут, титан, хром, железо, бериллий. Эти дополнительные компоненты присутствуют либо в качестве единственной добавки, либо в виде смеси с другими отдельными компонентами. Изменение характеристик чистого металлического алюминия достигается уже при незначительных количествах вышеуказанных компонентов. В большинстве случаев общее содержание дополнительных компонентов не превышает 20 вес.%, в основном не более - 10 вес.%, и в большом количестве случаев не более - 5 вес.% от общего веса сплава. Для достижения исключительной коррозионной стойкости к алюминию часто добавляется кремний в количестве до 13 вес.% от общего веса сплава. Это становится возможным, поскольку отражающая способность алюминия не снижается из-за присутствия дополнительных элементов до тех пор, пока их количество не превышает приблизительно 20% общего веса сплава. В таблице приведены варианты выбора алюминиевых сплавов для производства пигментных частиц с изменяющимися оптическими характеристиками при физическом осаждении паров.

Непрозрачный полностью отражающий слой или слои из алюминиевого сплава могут быть изготовлены с помощью любых известных технологий физического осаждения паров, которые обеспечивают получение требуемого отношения состава тонких пленок. Ссылки на такие способы были уже приведены выше по тексту. В частности, в хорошей степени пригодным для производства тонких пленок, изготовленных из сплавов, является осаждение с помощью энергии, подводимой электронным лучом. Материал испаряется в данном случае из расплава или полурасплава сплава. Пригодны также способы магнетронного распыления.

Способ, предназначенный для производства пигментных частиц с изменяющимися оптическими характеристиками, формирующими сдвиг цвета между двумя явно выраженными заранее определяемыми цветами, содержит последовательные этапы нанесения с помощью физического осаждения паров полупрозрачного частично отражающего слоя на гибкий материал основы. Он может представлять собой гибкий тонкий лист из полиэтилентерефталата, который может отделяться в присутствии определенных жидкостей. Поверх полупрозрачного частично отражающего слоя наносится слой диэлектрика соответствующей толщины также с помощью физического осаждения паров. Последовательность частично отражающего слоя и слоя диэлектрика, в случае необходимости, может повторяться. Последующий слой является непрозрачным, полностью отражающим слоем из алюминиевого сплава, который также наносится с помощью физического осаждения паров. Симметричная или асимметричная многослойная структура пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками может быть закончена путем нанесения дополнительных последовательностей на обеих сторонах полностью отражающего слоя.

По окончании процесса осаждения многослойная тонкопленочная структура отделяется от материала основы и при этом разрывается случайным образом на кусочки неправильной формы. Эти кусочки требуют дальнейшей обработки для получения пигментных частиц требуемого размера.

Во втором производственном процессе непрозрачный полностью отражающий слой изготавливается путем физического осаждения паров алюминиевого сплава на материал основы. После отделения полностью отражающего листа от материала основы лист измельчается до требуемого размера пигментных частиц. Гладкие плоские полностью отражающие пластинки из алюминиевого сплава с параллельными первой и второй поверхностями переносятся в реакторный резервуар для нанесения последующих слоев диэлектрика и полупрозрачного частично отражающего слоя с помощью химического осаждения паров. Получаемые в результате частицы пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками имеют хроматичность, сравнимую с частицами пигмента, изготовленными с помощью первого процесса. Однако производственные затраты при этом намного ниже. Пигментные частицы с оптически изменяющимися характеристиками, изготовленные в соответствии с этим вторым способом, имеют преимущество, состоящее в том, что они могут противостоять более жестким условиям, чем пигментные частицы такого же типа, изготовленные из чистого алюминиевого предшествующего материала.

Пигментные частицы с изменяющимися оптическими характеристиками в соответствии с настоящим изобретением могут внедряться в любой состав покрытия, чернил, предназначенных для печати, или любые другие составы, формирующие пленки. Размер пигментных частиц в таких составах выбирается от 5 до 100 мкм. Эти составы обычно содержат смолы, формирующие пленки, растворители, предназначенные для растворения, диспергирования или разбавления указанных смол и добавок, таких как наполнители, противовспенивающие вещества, смачивающие вещества, вещества, образующие поперечные связи, и так далее.

Составы покрытий или чернил, предназначенных для печати, содержащие пигментные частицы с изменяющимися оптическими характеристиками в соответствии с настоящим изобретением, могут наноситься на любые типы подложек для декоративных целей.

В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения чернила, предназначенные для печати, также наносятся на защищенные документы для защиты от подделки. Поскольку сдвиг цвета в таких пигментах не воспроизводится с помощью фотокопировальных машин, идентифицирующие метки, напечатанные с помощью пигментов с изменяющимися оптическими характеристиками, позволяют сформировать на документах элемент защиты с высокой степенью защищенности. Это особенно важно при установлении подлинности банкнот, чеков и так далее. Для такого защитного свойства, в особенности, когда оно применяется на банкнотах, важно, чтобы оно было способно противостоять неблагоприятным условиям использования, тропической влажности, выделениям пота и в данном случае даже стирке.

В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения коррозионно-стойкие пигменты с изменяющимися оптическими характеристиками являются пригодными для использования в составе чернил, предназначенных для печати, изготовленных на основе воды, или в составах покрытий.

После нанесения состава покрытия или чернил для печати в виде влажного слоя слой высыхает с помощью испарения и/или, благодаря проникновению жидкостей и/или формированию поперечных связей связующего вещества или веществ, образующих пленки.

Пигменты с изменяющимися оптическими характеристиками в соответствии с настоящим изобретением могут быть смешаны с любыми другими видами интерферирующих или не интерферирующих пигментов для модификации цвета или для управления яркостью получаемых в результате пигментов или покрытий. Такие не интерферирующие пигменты могут включать алюминиевые пигменты, сажу, двуокись титана, прозрачные и непрозрачные красители, прозрачные пигменты и так далее. Кроме того, все виды блестящих пигментов и определенные интерферирующие пигменты могут смешиваться с пигментами в соответствии с настоящим изобретением для достижения специальных цветовых характеристик.

Чернила для печати, в которые внедрены пигменты с изменяющимися оптическими характеристиками, в соответствии с настоящим изобретением могут наноситься на подложку с помощью любой известной технологи печати, предпочтительно с помощью шелкографии, офсетной печати, флексопечати, высокой печати, гравюры, в частности металлографии.

Настоящее изобретение будет далее описано со ссылками на следующие чертежи:

фиг. 1 изображает в поперечном сечении коррозионно-стойкий пигмент с изменяющимися оптическими характеристиками, в котором происходит сдвиг цвета в зависимости от угла зрения между двумя определенными цветами, который выполнен в соответствии с первым способом производства,

фиг.2 - в поперечном сечении альтернативный вариант конструкции коррозионно стойкого элемента пигмента с изменяющимися оптическими характеристиками, который был изготовлен в соответствии со вторым способом производства.

Пигмент 10 с изменяющимися оптическими характеристиками по фиг.1 имеет неправильно разорванные края 11, расположенные перпендикулярно к плоскости слоев Р. Он состоит из симметричной многослойной тонкопленочной структуры, в которой два внешних слоя 12 выполнены как полупрозрачные частично отражающие слои, изготовленные из хрома толщиной 20 нм. Следующие слои 13 изготовлены из материала диэлектрика MgF₂ толщиной 300 нм. Центральный, непрозрачным слой 11 сформирован из алюминиевого сплава и является полностью отражающим. Этот слой имеет толщину 60 нм. Сплав представляет собой алюминий-кремниевый эвтектический сплав, содержащий приблизительно 11,7% кремния и 88,3% алюминия по весу. Все слои многослойной структуры нанесены с помощью физического осаждения паров. Пигмент может быть покрыт дополнительными защитными прозрачными слоями.

На фиг.2 изображена альтернативная конструкция пигмента 14 с изменяемыми оптическими характеристиками. Пластинка 15 из алюминиевого сплава изготовлена из АlМg₃ (Мg 3,5%, Мn 0,5%, Аl 96%) способом физического осаждения паров, после чего она была измельчена, покрыта со всех сторон слоем 17 диэлектрика MgF₂ толщиной 400 нм. Полупрозрачный частично отражающий слой 16 осажден поверх слоя 17 диэлектрика, благодаря чему этот слой формирует когерентную тонкую пленку со всех сторон слоя 17 диэлектрика. Слой 17 диэлектрика и полупрозрачный частично отражающий слой 16 нанесены с помощью химического осаждения паров.