МИКРОКАПСУЛА С ЖИДКИМ КРИСТАЛЛОМ
MICROCAPSULE WITH LIQUID CRYSTAL

Настоящее изобретение относится к микрокапсуле, к печатной краске и печатному слою, содержащей/содержащему такие микрокапсулы, к способу создания такого печатного слоя, к защитному элементу, содержащему такие микрокапсулы, а также к носителю информации и переводному элементу с таким защитным элементом.
Обычно защитные элементы снабжают многочисленными, препятствующими их подделке защитными признаками. Подобные защитные признаки могут представлять собой распознаваемые человеком признаки, например визуально распознаваемые признаки, т.е. проверяемые человеком признаки, или машиночитаемые признаки либо признаки, сочетающие в себе особенности признаков обоих указанных типов.
Носители информации, такие как ценные или личные документы, или же иные ценные объекты, такие, например, как фирменные товары или упаковки для различного рода дорогостоящей продукции, в целях их защиты от подделки снабжают защитными элементами, которые позволяют проверять подлинность объекта и одновременно служат его защитой от незаконного или несанкционированного копирования. Помимо этого защитные элементы часто создают хорошо различимое визуальное (оптическое) впечатление и поэтому наряду с выполнением своей основной функции защитных средств иногда используются также в качестве декоративных элементов на подобных носителях информации или упаковках. Защитный элемент может быть заделан в материал подобных носителей информации, например в материал банкноты или чип-карты, либо может быть выполнен в виде самонесущего или несамонесущего переводного элемента, например в виде несамонесущей наклейки или в виде самонесущей этикетки, которую после ее изготовления помещают на защищаемый от подделки носитель информации или иной объект, например, над окошком в носителе информации.
Под (материальными) носителями информации согласно настоящему изобретению подразумеваются прежде всего банкноты, акции, облигации, свидетельства, ордера, чеки, дорогостоящие входные билеты, а также подразумеваются иные подверженные опасности подделки бумаги, такие как паспорта или прочие удостоверения личности (пропуска), выполненные в виде карт носители информации, главным образом чип-карты, а также элементы для защиты продукции от подделки, такие как этикетки, печати, упаковки и аналогичные элементы. Понятие "носитель информации" охватывает также еще не пригодные к обращению предшественники или полуфабрикаты подобных носителей информации, которые, например, в случае защищенной от подделки бумаги представлены в квазибесконечном виде и которые в последующем подвергаются дальнейшей переработке, например, в банкноты, чеки, акции и аналогичные документы.
2
2
2
Подобные защитные элементы с целью воспрепятствовать их подделке или имитации, например, путем репродуцирования на высококачественных многоцветных фотокопировальных устройствах могут иметь защитные признаки, которые многоцветное фотокопировальное устройство не способно ни воспроизвести, ни распознать. В качестве таких защитных признаков известно, например, применение обладающих оптически переменными свойствами элементов, которые при их рассматривании под различными углами зрения создают различные оптические (зрительные) впечатления, прежде всего цветовые впечатления. Известны различные технологии создания функциональных слоев или эффект-слоев, проявляющих подобные оптически переменные эффекты. Так, например, в подобных целях можно использовать оптические интерференционные слои в виде сплошных слоев или в виде пигментов. Подобные интерференционные слои обычно имеют тонкослойную структуру, образованную отражающим слоем, поглощающим слоем и одним или несколькими расположенными между ними диэлектрическими разделительными слоями, и выполнены, например, на основе слюды, SiO или AlO. Вместо интерференционных слоев или образованных ими пигментов (интерференционных пигментов) можно также использовать холестерические жидкие кристаллы, которые представлены, например, в виде жидкокристаллических кремнийорганических полимеров.
Различные зрительные впечатления у человека может создавать так называемый цветовой кипп-эффект, который под различными углами зрения позволяет видеть различные цветовые тона. Различные зрительные впечатления может также создавать эффект-слой, который под определенным углом зрения является полностью прозрачным и поэтому не виден человеком, тогда как под другим углом зрения (углом проявления оптического эффекта) виден окрашенным в некоторый цветовой тон.
Интерференционные слои, печатные краски с интерференционными пигментами или печатные краски с жидкокристаллическими пигментами часто обладают значительной просвечиваемостью под всеми углами зрения, и поэтому эффект-слой при его рассматривании под углом проявления оптического эффекта создает сравнительно слабое цветовое впечатление, едва различимое глазом человека. По этой причине подобные эффект-слои с высокой светопроницаемостью (просвечиваемостью) для улучшения различимости смены цветов преимущественно наносят на темный или черный фон.
Из ЕР 1972463 и WO 2008/017869 известно далее применение фотонных кристаллов в защитных элементах. Фотонные кристаллы характеризуются способностью периодически изменять показатель преломления, в результате чего образуется так называемая оптическая запрещенная зона, в которой распространение света в фотонном кристалле невозможно. В указанных публикациях говорится, кроме того, о возможности влияния на периодическое изменение показателя преломления путем внешнего механического надавливания, в результате чего образуется фотонный кристалл с пьезохромными свойствами.
В целом термином "пьезохромизм" называют свойство материала изменять создаваемое им цветовое впечатление при изменении его пространственных размеров, например, при механическом надавливании, из-за происходящего при этом, например, изменения диапазона длин волн, в котором отражается свет. Однако в настоящих материалах термин "пьезохромизм" используется в гораздо более широкой трактовке, в соответствии с чем к "пьезохромным" относят все те материалы, которые в ответ на изменение их пространственных размеров изменяют свои оптические свойства.
Известные из ЕР 1972463 и WO 2008/017869 пьезохромные фотонные кристаллы, однако, обладают лишь малой гибкостью, соответственно упругостью, и имеют неблагоприятную структуру поверхности и по этим причинам могут лишь условно использоваться в ценных бумагах, таких, например, как банкноты. Помимо этого получение подобных материалов обычно сопряжено со значительными затратами (см. "Photonic Crystals - Advances in Design, Fabrication and Characterization", изд-во Wiley-VCH, 2004, 109-131153-173 [0007]).
Микрокапсулы для капсулирования в них химических веществ широко представлены в различных публикациях. Более детальную информацию о некоторых особых вариантах выполнения микрокапсул можно найти, например, в статьях Skirtach и др. ("Laser-Induced Release of Encapsulated Materials inside Living Cells", Angew. Chem. Int. Ed., 45, 2006, сс. 4612-4617) и Angelatos и др. ("Light-Responsive Polyelectrolyte/Gold Nanoparticle Microcapsules", J. Phys. Chem. B, 109, 2005, ее. 3071-3076). Такие микрокапсулы выполнены из полимера или полиэлектролита и могут иметь многослойную структуру. Они представляют собой полые тела, внутри которых содержится требуемое вещество. В зависимости от назначения микрокапсул их можно выполнять различных размеров, при этом их диаметр обычно лежит в нано- или микрометровом диапазоне. С помощью таких микрокапсул заключенное в них химическое вещество можно целенаправленно вводить, например, в биологические или медицинские системы и затем управлять взаимодействием капсулированного вещества с такой системой путем целенаправленного разрушения микрокапсул. Целенаправленное разрушение микрокапсул при этом обеспечивают, например, путем изменения значения рН, температуры или концентрации разрушающего микрокапсулы вещества либо путем облучения, например, лазером. Для этого такие микро- или нанокапсулы выполняют из соответствующего материала или соответствующим образом модифицируют. В том случае, когда микрокапсулы предполагается разрушать путем облучения лазером, в материал их оболочки вводят, например, поглощающие лазерное излучение вещества. К таким веществам относятся, например, органические и неорганические вещества, поглощающие излучение соответствующей области спектра, или же коллоидные или наноразмерные серебряные или золотые частицы. В последующем микрокапсулы можно, например, целенаправленно разрушать лазерным излучением ультрафиолетовой области спектра, видимой области спектра либо ближней или дальней инфракрасной области спектра.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать защитный элемент для носителей информации, который обладал бы лучшими свойствами, упрощающими обращение с ним и повышающими обеспечиваемую им степень защиты от подделки, а также разработать пригодные для его создания средства.
Указанная задача решается с помощью микрокапсулы, печатной краски, печатного слоя, способа создания печатного слоя, защитного элемента, носителя информации и переводного элемента, заявленных в соответствующих независимых пунктах формулы изобретения. В соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения представлены различные предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Настоящее изобретение основано на том факте, что жидкокристаллические материалы можно соответствующим путем капсулировать таким образом, чтобы, во-первых, сохранялись их релевантные для применения в защитных элементах свойства, например оптические свойства, а во-вторых, упрощалось их последующее применение, например, в защитных элементах.
Объектом изобретения в соответствии с этим является микрокапсула, внутри которой находится жидкий кристалл. Сама микрокапсула представляет собой полое тело, заполненное жидкокристаллическим материалом. Для применения в качестве материала оболочки микрокапсулы пригодны известные как таковые материалы, такие как синтетические и природные полимеры (например, полиуретаны, полимочевины, меламино-формальдегидные смолы, белки (желатин) и полилактаты).
Жидкие кристаллы могут быть представлены, например, в лиотропном или термотропном виде. Термотропные жидкие кристаллы при меньших температурах представлены при этом в кристаллическом виде, а при температурах выше так называемой температуры просветления изотропны. При температуре, лежащей в промежуточном интервале, термотропный жидкий кристалл представлен в виде жидкокристаллической фазы. Свойства жидких кристаллов предпочтительно выбирать такими, чтобы они в предусмотренных условиях их переработки и применения были представлены в виде жидкокристаллической фазы.
В предпочтительном варианте жидкокристаллическая фаза представляет собой холестерическую фазу. Микрокапсула имеет при этом соответствующие размеры, при которых сохраняются оптические свойства холестерической фазы, релевантные для запланированного применения микрокапсулы. Сказанное относится, например, к избирательному отражению света с длиной волны, пропорциональной шагу витков спиральной структуры холестерической фазы, и к направлению вращения отраженного света, которое соответствует направлению закрутки винтовой оси спиральной структуры холестерической фазы.
Микрокапсулы могут быть выполнены изотропными, т.е. полностью сферическими, либо анизотропными, т.е. не полностью сферическими. В предпочтительном варианте микрокапсулы выполнены анизотропными, благодаря чему для ориентации холестерической фазы внутри микрокапсул и для ориентации самой микрокапсулы при ее применении, например, в печатном слое задается предпочтительное направление, в котором винтовая ось спиральной структуры холестерической фазы внутри микрокапсулы требуемым образом ориентирована относительно печатного слоя. Помимо этого анизотропные микрокапсулы обладают повышенной по сравнению с изотропными микрокапсулами оптической яркостью.
Обычно холестерический жидкий кристалл содержит жидкий кристалл в нематической фазе и закручивающее вещество, так называемую хиральную примесь, придающую жидкому кристаллу спиральную структуру. При этом действие закручивающего вещества, например, его концентрация, влияет на шаг витков спиральной структуры холестерической фазы, тогда как нематическим жидким кристаллом в первую очередь определяется зависящие от температуры фазовое поведение. В одном из предпочтительных вариантов выполнения микрокапсулы предусмотрена возможность влиять на действие закручивающего вещества внутри микрокапсулы. Благодаря этому можно путем внешнего воздействия регулировать шаг витков спиральной структуры холестерической фазы.
В одном из предпочтительных вариантов микрокапсула содержит при этом одну или множество меньших по своим размерам микро- или нанокапсул, содержащих второе закручивающее вещество. В этом случае в последующем путем целенаправленного разрушения меньших микро- или нанокапсул внутри содержащей их большей микрокапсулы можно высвобождать второе закручивающее вещество внутри микрокапсулы и тем самым устанавливать шаг витков спиральной структуры холестерической фазы на заданное значение. Строение оболочки меньших, содержащих второе закручивающее вещество микро- или нанокапсул отлично при этом от строения оболочки большей, содержащей холестерический жидкий кристалл и меньшие микро- или нанокапсулы микрокапсулы в том отношении, что меньшие микро- или нанокапсулы рассчитаны на их целенаправленное разрушение, например, путем воздействия лазерным излучением, тогда как большая микрокапсула предпочтительно не рассчитана на такое ее разрушение.
Альтернативно этому или дополнительно к этому холестерическая фаза является термохромной, благодаря чему шаг витков спиральной структуры холестерической фазы можно регулировать, соответственно устанавливать на заданный путем настройки температуры на необходимое для этого значение.
В следующем предпочтительном варианте микрокапсула наряду с холестерическим жидким кристаллом содержит предшественник полимера, представляющий собой мономер или иное преполимерное вещество. В этом случае полимер в последующем можно сшивать внутри микрокапсулы, фиксируя таким путем положение и ориентацию молекул жидкого кристалла, а тем самым и ориентацию винтовой оси спиральной структуры холестерической фазы внутри микрокапсулы. Для этого полимер предпочтительно сшивать также с внутренней стенкой микрокапсул. В предпочтительном варианте сшивание обеспечивают путем облучения пригодным для этой цели излучением, например, излучением ультрафиолетовой области спектра.
В еще одном предпочтительном варианте полимер представляет собой сжимаемый эластомер, а сама микрокапсула также является упругой. Благодаря этому шаг витков спиральной структуры зафиксированного холестерического жидкого кристалла можно изменять путем приложения внешнего усилия, например путем механического надавливания, в направлении винтовой оси спиральной структуры холестерической фазы. Подобное изменение шага витков спиральной структуры холестерического жидкого кристалла в предпочтительном варианте носит обратимый характер. В этом случае спиральная структура холестерической фазы характеризуется в сжатом состоянии микрокапсулы измененным, прежде всего уменьшенным, по сравнению с ее несжатым, так называемым исходным, состоянием шагом витков своей спиральной структуры. В своем несжатом исходном состоянии микрокапсула отражает свет с большей длиной волны, а в своем сжатом состоянии отражает свет соответственно с меньшей длиной волны. Подобный эффект основан на том известном факте, что длина волны отраженного света равна произведению шага витков спиральной структуры холестерической фазы на средний показатель преломления внутри микрокапсулы. Тем самым в результате создается пьезохромный эффект.
В следующем предпочтительном варианте полимер представляет собой сжимаемый гель. Для получения такого геля жидкокристаллическую фазу капсулируют при этом в смесь растворителя с золем и затем путем облучения ультрафиолетовым (УФ) излучением переводят ее в гель. Образующаяся в результате микрокапсула также является упругой.
В предлагаемой в изобретении печатной краске предлагаемые в изобретении микрокапсулы введены в пригодное для этого связующее. В составе предлагаемой в изобретении печатной краски жидкие кристаллы можно наносить на любые основы. Никаких специальных или особых требований к основе для нанесения на нее жидких кристаллов благодаря их капсулированию в микрокапсулы не предъявляется. Помимо этого такую печатную краску можно наносить на основу известными методами печати, а для нанесения капсулированного жидкого кристалла можно использовать широко применяемые печатные машины. Печатная краска дополнительно может также содержать известные как таковые пигменты или добавки. В предпочтительном варианте печатная краска и полученный из нее печатный слой проявляют оптически переменные свойства.
Для создания предлагаемого в изобретении печатного слоя сначала на пригодную основу наносят слой предлагаемой в изобретении печатной краски. Для этого можно использовать известные методы печати, предпочтительно метод глубокой, флексографской или трафаретной печати.
После этого шаг витков спиральной структуры холестерической фазы устанавливают на заданный. Устанавливать шаг витков спиральной структуры холестерической фазы на заданный можно различными путями, которые более подробно рассмотрены ниже.
В завершение при сохранении отрегулированного ранее, заданного шага витков спиральной структуры сшивают предшественник полимера и таким путем фиксируют холестерический жидкий кристалл в полимере внутри микрокапсул.
На следующей стадии или одновременно со сшиванием полимера фиксируют связующее печатной краски, которое с этой целью можно подвергать сушке.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа нанесения печатного слоя холестерическая фаза внутри микрокапсул проявляет термохромные свойства. Благодаря этому шаг витков спиральной структуры холестерической фазы внутри микрокапсул можно целенаправленно устанавливать на заданный путем регулирования температуры нанесенной печатной краски при сшивании полимера. У подобных термохромных холестерических фаз повышение температуры приводит к уменьшению шага витков их спиральной структуры, а тем самым и к смещению отражаемого микрокапсулами света в коротковолновый диапазон спектра электромагнитного излучения. Помимо этого в печатной краске при этом можно использовать дополнительные теплоаккумулирующие пигменты, наличие которых позволяет при сшивании полимера поддерживать температуру на постоянном уровне. Помимо этого в печатную краску с целью обеспечить возможность целенаправленного нагрева ее нанесенного слоя можно добавлять поглощающие электромагнитное излучение вещества, например поглотители лазерного излучения. Равным образом температуру нанесенной печатной краски можно снижать для увеличения таким путем шага витков спиральной структуры холестерической фазы, а тем самым и смещения отражаемого печатным слоем света в длинноволновый диапазон спектра электромагнитного излучения.
В процессе сшивания полимера предпочтительно, чтобы подобная нанесенная печатная краска с микрокапсулами, содержащими термохромную холестерическую фазу, имела локально разные температуры, что позволяет получать в пределах печатного слоя холестерическую фазу с локально различающимся заданным шагом витков ее спиральной структуры. Благодаря этому печатный слой на различных своих участках отражает электромагнитное излучение с разными длинами волн.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа шаг витков спиральной структуры холестерической фазы устанавливают на заданный путем регулирования действия закручивающего вещества внутри микрокапсул. Действие закручивающего вещества можно регулировать, например, путем модифицирования самого закручивающего вещества, изменения его концентрации или добавления еще одного закручивающего вещества.
В следующем предпочтительном варианте используют фоточувствительное закручивающее вещество. Подобные материалы, на хиральность или закручивающее действие которых можно влиять путем воздействия оптическим излучением, например, лазерным излучением, часто называют регулируемыми хиральными материалами (англ. "tunable chirale materials"). Лазерное излучение при этом преимущественно влияет на закручивающее вещество в том отношении, что его закручивающее усилие изменяется в результате разрыва связей, вращения или перегруппировки в его молекулах. Длину волны лазерного излучения, плотность его энергии и длительность его импульсов устанавливают при этом на необходимые величины для получения требуемого действия закручивающего вещества, а тем самым и требуемого шага витков спиральной структуры холестерической фазы. Так, например, можно использовать закручивающие вещества на основе бинафтила, закручивающее действие которых можно регулировать воздействием излучения ультрафиолетовой области спектра. В другом варианте можно также использовать вещества из класса так называемых молекулярных переключателей, которые проявляют действие закручивающих веществ и в которых под воздействием коротковолнового излучения видимой области спектра протекают соответствующие реакции изомеризации.
Подобная реакция может инициироваться в фоточувствительном закручивающем веществе и в результате многофотонных процессов, происходящих при облучении электромагнитным излучением длинноволновой видимой области спектра и инфракрасной (ИК) области спектра. Такие многофотонные процессы обычно происходят лишь при высокой мощности излучения, которую, однако, можно обеспечить при применении коротко- и ультракороткоимпульсных лазеров, при необходимости в сочетании с сильной фокусировкой лазерного излучения. С этой целью предпочтительно использовать лазеры ближнего ИК-диапазона, например, лазеры на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом.
Применение подобного лазера также позволяет устанавливать действие закручивающего вещества в печатном слое на разное на отдельных его участках, например, путем соответствующего отклонения лазерного луча, влияющего на действие закручивающего вещества. В другом варианте обеспечить локально разное облучение печатного слоя можно также с помощью масок или трафаретов, предпочтительно при облучении излучением ультрафиолетовой области спектра.
В еще одном варианте используют термолабильное закручивающее вещество, которое можно путем соответствующего облучения частично или полностью разрушать. Тепловое воздействие облучения можно дополнительно усиливать включением поглощающих веществ в нанесенную печатную краску. Подобное интенсивное тепловое воздействие облучения проявляется, например, в зоне фокуса лазерного луча. Подобный эффект, когда он приводит к полному разрушению закручивающего вещества, в результате чего исчезает спиральная структура, а вместе с этим перестает существовать и холестерическая фаза, называют также "термической рацемизацией". Такая рацемизация происходит прежде всего у биарилов, например бинафтила, и у спиросоединений.
В еще одном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа действие закручивающего вещества изменяют добавлением еще одного - второго - закручивающего вещества. Такое второе закручивающее вещество при этом предпочтительно подготавливать в капсулированном в закрытые капсулы виде внутри микрокапсул, при этом шаг витков спиральной структуры холестерической фазы устанавливают на заданный, целенаправленно разрушая по меньшей мере часть таких капсул, для чего их можно подвергать, например, соответствующему облучению. При этом второе закручивающее вещество может усиливать или, наоборот, ослаблять действие первоначально присутствующего закручивающего вещества и тем самым соответственно уменьшать или увеличивать шаг витков спиральной структуры холестерической фазы.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения предлагаемого в изобретении печатного слоя он является упруго сжимаемым. Для этого нанесенная печатная краска содержит упругие микрокапсулы, у которых их полимер представляет собой сжимаемый эластомер. Помимо этого в данном случае и связующее печатной краски обладает в фиксированном состоянии соответствующими упругими свойствами. В предпочтительном варианте печатный слой обладает регулируемыми упругими свойствами, которые можно регулировать путем целенаправленного сшивания эластомера внутри микрокапсул и путем соответствующей обработки связующего печатной краски. Для этого связующее, например, также фиксируют путем сшивания.
Благодаря этому возможно создание печатного слоя, оптические и при необходимости упругие свойства которого можно регулировать после запечатывания основы печатной краской.
Подобному упруго сжимаемому печатному слою предпочтительно придавать такие упругие свойства, чтобы надлежащее механическое надавливание на него приводило к изменению шага витков спиральной структуры холестерической фазы на величину, достаточную для возможности наблюдения ожидаемого пьезохромного эффекта.
Вместо этого или дополнительно к этому в связующем печатной краски или внутри микрокапсул можно также предусматривать упругий, сжимаемый наполнитель.
В еще одном предпочтительном варианте печатный слой имеет по меньшей мере два участка, которые различаются между собой упругими свойствами. Тем самым в пределах получаемого печатного слоя можно создавать отдельные участки, различающиеся между собой своими оптическими и/или упругими свойствами. При наличии идентичных оптических свойств на обоих таких участках в несжатом исходном состоянии эластомера, когда холестерическая фаза на них обоих имеет одинаковый заданный шаг витков ее спиральной структуры, оба эти участка при равномерном механическом надавливании на печатный слой претерпевают разную деформацию, в результате чего оба эти участка в сжатом состоянии печатного слоя начинают различаться между собой шагом витков спиральной структуры холестерической фазы и тем самым по причине отражения ими излучения разных цветов могут по окончании механического надавливания или при механическом надавливании, например, визуально восприниматься человеком. При этом в предпочтительном варианте оба участка благодаря соответствующей приданной им форме воспроизводят визуально воспринимаемую информацию.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения упруго сжимаемого печатного слоя он обладает свойством возвращаться после сжатия в несжатое исходное состояние лишь с задержкой. Благодаря подобному свойству печатного слоя и по окончании механического надавливания на него можно наблюдать создаваемый им пьезохромный эффект. Наличие такого свойства предпочтительно в том случае, когда усилие механического надавливания прикладывается, например, пальцем человека, закрывающим защитный элемент во время такого механического надавливания на печатный слой. Обеспечить наличие подобных свойств упругого восстановления печатным слоем своей формы с возвратом в исходное состояние по окончании механического надавливания позволяет эффективно реализовать применение упругого сжимаемого наполнителя.
Еще одним объектом изобретения является защитный элемент, содержащий предлагаемые в изобретении микрокапсулы, которые в предпочтительном варианте находятся в печатном слое. При этом для повышения визуальной различимости отраженного света печатный слой в предлагаемом в изобретении защитном элементе предпочтительно располагать в направлении рассматривания (в направлении линии зрения) перед темным фоном с высоким коэффициентом поглощения, прежде всего черным фоном.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения предлагаемого в изобретении защитного элемента с упруго сжимаемым печатным слоем в направлении линии зрения позади печатного слоя находится информация, которая скрыта в несжатом, исходном состоянии печатного слоя и становится видимой лишь при его сжатии. Обеспечивается подобный эффект преимущественно благодаря тому, что такая информация по своему цвету выделяется на темном фоне, однако ее цвет идентичен цвету излучения, отражаемого холестерической фазой в несжатом исходном состоянии печатного слоя.
В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении защитного элемента в направлении линии зрения перед печатным слоем расположен еще один слой с оптически переменным эффектом. Наличие такого слоя позволяет дополнительно повысить обеспечиваемую защитным элементом степень защиты от подделки.
В предпочтительном варианте предлагаемый в изобретении защитный элемент нанесен на носитель информации или представляет собой часть переводного элемента, позволяющего наносить защитный элемент на такой носитель информации.
Другие варианты осуществления изобретения и его преимущества более подробно рассмотрены ниже на примерах со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. В приведенных ниже примерах представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые не ограничивают его объем. На прилагаемых к описанию чертежах приведены схематичные изображения, которые не отражают реальные соотношения между размерами, а служат исключительно для более наглядного пояснения различных примеров осуществления изобретения. На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:
на фиг.1 - банкнота с защитным элементом,
на фиг.2 - вид в разрезе микрокапсулы,
на фиг.3 - схемы, иллюстрирующие введение второго закручивающего вещества,
на фиг.4 - вид в разрезе упругой микрокапсулы,
на фиг.5 - слой с локально разными оптическими и/или упругими свойствами и
на фиг.6а и 6б - виды в разрезе печатных слоев.
На фиг.1 в качестве (материального) носителя информации показана банкнота, имеющая защитный элемент 2 с печатным слоем 10, содержащим микрокапсулы 3.
На фиг.2 в разрезе показана микрокапсула 3 с холестерической жидкокристаллической фазой 4 внутри нее. Для пространственной фиксации холестерической фазы 4, а также для компенсации зависимости шага витков ее спиральной структуры от температуры жидкокристаллические молекулы холестерической фазы 4 сшивают с помощью схематично показанного на чертеже полимера 5 с внутренней стенкой упругих микрокапсул 3, а также между собой. В рассматриваемом примере сшитый полимер содержит также поперечные связи. Требуемое сшивание можно обеспечить благодаря функционализации жидкокристаллических молекул пригодными для этого концевыми функциональными группами, например акрилатами, и благодаря функциональности материала упругих микрокапсул, например, благодаря наличию полимерных систем с акрильными функциональными группами, как, например, у акрилированного желатина.
Требуемые оптические свойства микрокапсулам придают, устанавливая шаг витков спиральной структуры холестерической фазы на заданный до сшивания полимера. Для этого используют присущие холестерической фазе термохромные свойства. С этой целью температуру микрокапсулы 3 при сшивании устанавливают на приемлемое значение для получения требуемого заданного шага витков спиральной структуры холестерической фазы 4 в микрокапсуле 3.
В другом варианте можно целенаправленно регулировать действие закручивающего вещества или его концентрацию. Для этого к холестерическому жидкому кристаллу 4, содержащему нематический жидкий кристалл и закручивающее вещество, примешивают еще одно хиральное вещество в капсулированном виде, влияющее на шаг витков спиральной структуры. Такое второе закручивающее вещество капсулировано в микро- или нанокапсулы, которые при этом модифицированы таким образом, что их можно целенаправленно разрушить путем облучения. В данном варианте микро- или нанокапсулы разрушают путем облучения лазерным излучением ультрафиолетовой области спектра, видимой области спектра либо инфракрасной области спектра с длиной волны, например, 1064 нм или длинноволновой инфракрасной области спектра с длиной волны, например, 10,6 мкм. Разрушение микро- или нанокапсул обеспечивают путем введения в материал их оболочки органических и неорганических веществ, поглощающих излучение соответствующей области спектра. Для этого пригодны прежде всего коллоидные или наноразмерные серебряные или золотые частицы. Капсулы могут состоять из одного или нескольких слоев. В одном из не показанных на чертежах вариантов используют активируемые лазерным излучением газообразующие вещества (порообразователи), которые при их нагреве, например, лазерным излучением выделяют в микро- или нанокапсулах газ. В результате происходящего при этом увеличения микро- или нанокапсул в объеме происходит их разрушение. Высвобождающееся в результате разрушения капсул второе закручивающее вещество может усиливать или, наоборот, ослаблять действие исходного закручивающего вещества холестерического жидкого кристалла.
3
4
1
0
В показанном на фиг.3 варианте внутри микрокапсул 3 наряду со сшиваемым холестерическим жидким кристаллом 4 находится множество подобных микро- или нанокапсул меньшего размера, содержащих второе закручивающее вещество. Из показанных на фиг.3 в верхнем ряду микро- или нанокапсул путем их целенаправленного разрушения воздействием лазерного излучения высвобождают второе закручивающее вещество, которое ослабляет действие исходного закручивающего вещества и тем самым приводит к увеличению шага витков спиральной структуры холестерической фазы 4. Вследствие этого длина волны отраженного света сдвигается в спектральную область с большими длинами волн (λ). С увеличением продолжительности и интенсивности облучения микро- или нанокапсул разрушающим их излучением возрастает количество разрушенных микро- или нанокапсул меньшего размера, а тем самым и количество высвобождающегося из них второго закручивающего вещества, а также на большую величину изменяется шаг витков спиральной структуры холестерического жидкого кристалла, вместе с чем увеличивается и длина волны отраженного света (λ). На примере показанных на фиг.3 в нижнем ряду микро- или нанокапсул проиллюстрирована обратная ситуация, когда второе закручивающее вещество усиливает действие исходного закручивающего вещества и тем самым приводит к уменьшению шага витков спиральной структуры холестерической фазы 4 и смещению цвета отраженного света в диапазон меньших длин волн (λ, λ).
Из каждой разрушенной микро- или нанокапсулы высвобождается определенное количество капсулированного в них второго закручивающего вещества, и поэтому его влияние на цвет отраженного излучения повышается ступенчато или дискретно. Настраиваемый диапазон изменения цвета и его градацию задают варьированием количества и размера микро- или нанокапсул.
Меньшие по своим размерам микро- или нанокапсулы можно также заполнять веществом, которое полностью нарушает хиральный порядок холестерической фазы 4, которая по этой причине утрачивает способность к избирательному отражению света.
2
1
На фиг.4 упруго сжимаемая микрокапсула 3 показана в сжатом состоянии. Микрокапсула 3 поддается сжатию при механическом надавливании на нее, что схематично обозначено усилием F. Вследствие этого в микрокапсуле 3 по сравнению с ее несжатым состоянием, в котором она показана на фиг.2, уменьшаются шаг витков спиральной структуры холестерической фазы 4, а тем самым и длина волны отраженного света. При падении света в направлении винтовой оси спиральной структуры холестерической фазы 4 она воздействует на падающий на нее свет как брэгговская решетка, а шагом витков спиральной структуры холестерической фазы 4 определяется длина волны отраженного света. Поэтому холестерическая фаза 4 в несжатом состоянии микрокапсулы 3 отражает свет с большей длиной волны (λ), чем в ее сжатом состоянии (λ).
Схематично обозначенный на фиг.4 сшиваемый полимер может быть образован функционализованными боковыми цепями, например, моно-, би- или полифункциональными акрилатами, жидкокристаллических молекул холестерической фазы 4. Такие боковые цепи можно сшивать воздействием УФ-излучения. В результате возникает образованная боковыми цепями сетка, в которой холестерическая фаза 4 зафиксирована по своему пространственному расположению и по положению. Образованную боковыми цепями сетку сшивают при этом таким образом, что она приобретает упругие свойства и сжимаемость, благодаря чему микрокапсула проявляет требуемые пьезохромные свойства, а также требуемые упругие свойства и свойства упругого восстановления своей формы. Для этого наиболее пригодны удлиненные, гибкие, алифатические или алкоксильные спейсерные группы с концевыми акрилатными функциональными группами.
с
Для регулирования плотности (концентрации) узлов образованной боковыми цепями сетки и длины ее междоузлий соотношение между фотоинициатором и моно-, би- или полифункиональным мономерным акрилатом устанавливают на соответствующую величину. Помимо этого в тех же целях можно также использовать гибкие, бифункциональные звенья, такие, например, как н-бутилдиакрилат. Кроме того, образованная боковыми цепями сетка имеет после сшивания достаточно низкую температуру стеклования Т, которая для обеспечения всегда достаточной упругости ниже минимальной температуры применения микрокапсулы.
Помимо этого упругие свойства микрокапсулы можно также изменять путем разрыва связей в образованной боковыми цепями сетке. Для этого можно применять источники УФ-излучения или же коротко- либо ультракороткоимпульсные лазеры видимого или инфракрасного диапазона.
В другом варианте холестерический жидкий кристалл капсулируют в приемлемую смесь растворителя с золем и затем путем облучения УФ-излучением переводят ее в гель.
Путем приемлемого сшивания жидких кристаллов холестерической фазы 4 в образованную боковыми цепями сетку, кроме того, подавляют изменение шага витков спиральной структуры холестерической фазы 4 в зависимости от температуры.
В не показанном на чертежах варианте внутри микрокапсул аналогично показанному на фиг.3 варианту находится множество микро- или нанокапсул меньших размеров. Однако в них в данном случае капсулировано вещество, содержащее другие полимеризуемые компоненты и фотоинициаторы, благодаря чему дополнительно расширяются возможности по регулированию упругих свойств микрокапсул.
В показанном на фиг.4 варианте упругая микрокапсула 3 содержит, кроме того, упругий наполнитель 6, благодаря которому можно регулировать обратимость упругого сжатия микрокапсулы и свойства упругого восстановления микрокапсулой своей формы с возвратом в упругое исходное состояние по окончании механического надавливания с усилием F. Так, например, упругие свойства микрокапсулы можно отрегулировать таким образом, чтобы она лишь с задержкой и медленно возвращалась в свое упругое исходное состояние. Благодаря этому человек, смотрящий на печатный слой 10 с подобными микрокапсулами, может наблюдать проявляющийся при сжатии эффект даже в том случае, когда печатный слой 10 оказывается при надавливании закрыт, например, пальцем руки. Помимо этого упругие свойства микрокапсулы можно отрегулировать таким образом, чтобы после прекращения механического надавливания на печатный слой 10 с подобными микрокапсулами он создавал у человека динамически изменяющееся впечатление.
Упругий наполнитель может быть полнотелым (сплошным) или пустотелым (полым). Для применения в качестве материала такого упругого наполнителя пригодны, например, латекс, натуральный или синтетический каучук. Однако упругий наполнитель может быть также образован определенными воздушными включениями. Наполнитель может, кроме того, содержать также защитные вещества (вещества, которые благодаря наличию у них определенных свойств используются в качестве защитных признаков) или поглотители УФ-излучения, а также может обладать способностью изменяться под действием лазерного излучения или иными свойствами, позволяющими регулировать упругие свойства.
Различные возможности по регулированию упругих и оптических свойств микрокапсул в печатном слое 10 позволяют прежде всего создавать в пределах него разные участки 8, 9, различающиеся между собой своими упругими и/или оптическими свойствами, как это схематично показано на фиг.5. Подобные участки можно создавать, применяя трафареты при освещении или целенаправленно отклоняя облучающий пучок, например лазерный пучок. Таким путем индивидуализируют печатный слой 10. Так, например, разные участки 8, 9 в пределах печатного слоя 10 можно выполнять в виде информации, визуально воспринимаемой человеком. Для улучшения различимости оптических эффектов, создаваемых разными участками печатного слоя 10, под ним располагают темный слой с высоким коэффициентом поглощения, например, черный слой. При наличии такого слоя свет, не отразившийся от холестерического жидкого кристалла в микрокапсулах, поглощается основой и тем самым не искажает оптическое впечатление.
В еще одном, не показанном на чертежах варианте фон упруго сжимаемого печатного слоя 10 выполнен не сплошным темным или черным, а воспроизводит некоторую цветную информацию, визуально воспринимаемую человеком. Цвет такой информации соответствует при этом цвету, который отражается от всей поверхности печатного слоя 10, расположенного в направлении рассматривания перед подобным фоном. В соответствии с этим в несжатом исходном состоянии печатного слоя 10 человек визуально воспринимает только отраженный цвет, скрывающий воспроизводимую фоном информацию того же цвета. Лишь при изменении отраженного цвета, например, при механическом надавливании на печатный слой 10 становится видна расположенная под ним информация.
В еще одном, также не показанном на чертежах варианте пьезохромные микрокапсулы с холестерической жидкокристаллической фазой располагают между двумя прозрачными пленками, наприме, полиэтилентерефталатными (ПЭТФ-) пленками, например, внутри банкноты из многослойной пленки. При этом расстояние между пленками можно соответственно выбирать таким, чтобы между ними можно было, например, наносить большее по сравнению с обычными печатными слоями количество микрокапсул, что приводит к существенному повышению визуальной различимости оптического и пьезохромного эффекта.
На фиг.6а показан печатный слой 10 с микрокапсулами 3. На участке 8 такого печатного слоя 10 холестерическая фаза 4 имеет внутри микрокапсул 3 увеличенный по сравнению с остальными его участками шаг витков своей спиральной структуры. Поэтому на участке 8 длина волны отражаемого на нем света смещена по сравнению с окружающей его частью печатного слоя в диапазон больших длин волн в спектре электромагнитного излучения.
На фиг.6б показан упруго сжимаемый печатный слой 10 с упругими микрокапсулами 3. Участок 8 такого печатного слоя обладает отличными от окружающих его участков печатного слоя упругими свойствами. В соответствии с этим печатный слой 10 при равномерном надавливании на него сжимается на своем участке 8 значительнее, чем в своей окружающей этот участок части. Поэтому на участке 8 печатного слоя 10 холестерическая фаза 4 имеет внутри микрокапсул 3 уменьшенный по сравнению с остальными его участками шаг витков своей спиральной структуры. По этой причине на участке 8 длина волны отражаемого на нем света смещена по сравнению с окружающей его частью печатного слоя в диапазон меньших длин волн в спектре электромагнитного излучения.