ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
PROTECTIVE ELEMENT

Изобретение относится к области изготовления слоистых изделий, используемых для визуального контроля подлинности защищенной продукции, в частности полиграфической продукции.
Известны различные типы защитных элементов для визуального контроля. Наиболее распространены защитные элементы, основанные на эффектах изменения вида наблюдаемых изображений, записанных на поверхности или внутри этих элементов, при изменении направлений их наблюдения.
Например, в защитных элементах с многослойными интерференционными и дифракционными структурами при изменении ракурсов их наблюдения или освещения происходит изменение цвета и контраста изображений (RU 2344047, 2009).
Изменение цвета и контраста изображений достигается при использовании муаровых эффектов в элементах с рельефными и пространственно разделенными решетками (RU 2386544, 2010).
Известны защитные элементы, выполненные в виде рельефных поверхностных структур, в которых два или более изображений нанесены на различные поверхности микроразмерных объемных образований (RU 2395842, 2010, RU 2417897, 2011).
При рассматривании таких защитных элементов с различных направлений наблюдают различные изображения.
Известны защитные элементы, в которых используют магнитные пигменты в виде микрочастиц, имеющих форму плоских чешуек. При формировании оттиска на магнитные частицы воздействуют неоднородным магнитным полем. При этом частицы ориентируются в соответствии с направлением магнитного поля. В зависимости от направления наблюдения в отраженном магнитными частицами свете на оттиске видны различные цветные изображения (RU 2333105, 10.09.2008).
Вышеперечисленные решения широко используются при изготовлении защищенной полиграфической продукции. Однако формирование подобных защитных элементов, как правило, проводят в поверхностных и приповерхностных слоях, что обуславливает слабую защищенность продукции от копирования и нестойкость к внешним воздействиям.
2
2
3
Известны защитные пигменты, которые характеризуются хорошо видимыми и привлекающими внимание оптическими свойствами, при этом они в состоянии вырабатывать в электромагнитном поле достаточно интенсивный для определения сигнал. Пигмент содержит прозрачное или полупрозрачное чешуйчатое электропроводящее ядро и хромофорный диэлектрический слой, покрывающий ядро оболочкой. Электропроводящее ядро имеет прозрачную или полупрозрачную чешуйчатую подложку и одно- или многослойное покрытие, которое покрывает подложку оболочкой или находится с двух сторон подложки, и наружный электропроводящий слой, содержащий один или несколько легированных оксидов металла и имеющий толщину, по меньшей мере 15 нм. Прозрачная или полупрозрачная чешуйчатая подложка выбрана из группы, состоящей из слоистых алюмосиликатов (слюды), стеклянных чешуек, чешуйчатого SiO и чешуйчатого AlO (RU 2506294, 2014).
Однако в известном решении не раскрывается, каким образом необходимо распределить и ориентировать известные пигментные частицы в защитном элементе.
Наиболее близким к предложенному решению является многослойный полимерный защитный элемент, выполненный в виде прозрачного или полупрозрачного красочного слоя, нанесенного на полимерную подложку и имеющего модифицированные лазерным излучением красочные участки. Изменение цвета красочного слоя происходит в результате воздействия лазерного излучения и формирования в результате воздействия изображений, обнаруживаемых при визуальном контроле. Красочный слой содержит плоские микрочастицы магнитных материалов с размерами 1-100 мкм, покрытые слоями из невозвратных термохромных материалов, которые реактивны по отношению к лазерному излучению. Упомянутые плоские микрочастицы регулярно расположены и ориентированы таким образом, что их плоскости параллельны друг другу и перпендикулярны подложке. Изображения, формируемые модифицированными красочными участками, выполнены путем воздействия лазерного излучения, падающего на защитный элемент под различными углами вполне определенной величины (RU 2568708, 2015).
Недостатком известного элемента является невозможность осуществления записи и визуализации отличающихся друг от друга изображений, формируемых на противоположных внешних поверхностях защитного элемента. Кроме того, запись и визуализация изображений в известном решении требуют предварительной ориентации микрочастиц в элементе. Запись при больших углах падения сфокусированных лазерных пучков и проведение визуализации записанных изображений при направлениях наблюдения, которые практически лежат в плоскости защитного элемента, приводят к существенной потере контраста, яркости и четкости наблюдаемых при визуализации изображений.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, присущих прототипу, и упрощение процесса определения подлинности продукции, содержащей защитный элемент.
Поставленная задача решается описываемым защитным элементом, используемым для контроля подлинности полиграфической продукции, который содержит полимерную подложку, покрытую прозрачным или полупрозрачным УФ-отвержденным лаковым безрельефным слоем, содержащим плоские чешуйчатые пигментные микрочастицы с поверхностно окрашенным слоем, с размером чешуек в плоскости 1-100 мкм, расположенные таким образом, что их окрашенные поверхности коллинеарны друг другу и образуют с плоскостью подложки по всей поверхности или в заданных неперекрывающихся областях одинаковые углы, микрочастицы в лаковом не перекрывают друг друга и содержатся в концентрации, обеспечивающей прозрачность защитного элемента на уровне 50-70%, при этом запись изображений в защитный элемент произведена воздействием лазерного излучения на поверхностно окрашенный слой с образованием изображений, обнаруживаемых при визуальном контроле.
Предпочтительно, защитный элемент содержит несколько записанных изображений, различающихся друг от друга ориентацией микрочастиц и визуализируемых с одной или обеих сторон элемента под различными углами наблюдения.
Предпочтительно, защитный элемент содержит чешуйчатые микрочастицы, способные к ориентации в неоднородных магнитных или электрических полях.
Варианты реализации предлагаемого технического решения проиллюстрированы на фигурах 1 и 2, где:
1 - подложка;
2 - отвержденный лаковый слой;
3 - окрашенная поверхность пигментной частицы;
4 и 5 - направления лазерного излучения;
6 - направление неоднородного магнитного или электрического поля.
В объеме заявленной совокупности признаков решена поставленная задача. Подтверждение достигаемого технического результата при использовании изобретения (без полного раскрытия теоретических обоснований) поясняется ниже и иллюстрируется примерами, не ограничивающими объем изобретения.
Термин: «уровень прозрачности» - обозначает следующее.
При отсутствии в слое пигментных частиц, то есть при нулевой объемной концентрации частиц лаковом слое, прозрачность защитного элемента определяется прозрачностью и толщиной отвержденного на его поверхности слоя лака, и принимается равной 100%. При введении в лак пигментных частиц прозрачность защитного элемента уменьшается, при этом она зависит от прозрачности и размера пигментных частиц, их концентрации в лаке и толщины отвержденного лакового слоя.
Изготовление защитного элемента оконного типа.
Для получения защитного элемента в качестве подложки были использованы прозрачные или полупрозрачные пленки из полипропилена или полиэтилен-терефталата с толщинами от 30 до 100 мкм.
В процессе нанесения лакового слоя на полимерную подложку за счет сил поверхностного натяжения пигментные частицы ориентируются таким образом, что их поверхности оказываются параллельными плоскости прозрачной подложки защитного элемента, как показано на фиг. 1.
Запись изображений в защитный элемент производили как с помощью импульсного сфокусированного лазерного излучения, так и с помощью пространственно модулированного лазерного излучения, направления которого обозначены на фигурах, как 4 и 5. Под действием излучения происходят необратимые изменения цвета поверхностного слоя пигментных частиц.
Запись изображений проводили также за счет абляции или обесцвечивания лака на поверхностях пигментных частиц.
Установлено, что при воздействии на красочный слой пигментных частиц импульсным оптическим излучением с достаточно короткими длительностями импульсов излучения (менее 100 нс) и мощностями, не превышающими определенных пороговых значений (порядка 1-2 мВт, на длине волны 1,06 мкм), задаваемых типом пигментных частиц и составом используемого УФ лака, удаление красочного покрытия пигментной частицы возможно только со стороны падающего излучения. При больших длительностях импульсов излучения и больших уровнях мощности, удаление красочного слоя происходит с обеих сторон частиц.
При правильно выбранных длительностях импульсов, мощности и длине волны излучения путем сканирования пучка излучения по поверхности защитного элемента оконного типа в нем можно записать изображение, наблюдаемое только со стороны падения записывающего излучения. Аналогично осуществляют запись другого, отличающегося изображения на второй стороне защитного элемента. При этом визуализация каждого из записанных изображений осуществляется только со стороны защитного элемента, на которую производилась его запись.
Пример №1.
Предварительно было установлено, что прозрачность данного защитного элемента составляет 50-70% при условии использования прозрачного УФ лака, толщине отвержденного слоя лака, равной 2-3 мкм, при концентрации в неотвержденном лаке чешуйчатых пигментных частиц толщиной 1-2 мкм, равной 20-30% об.
Изготовлен защитный элемент, который содержит прозрачную полимерную подложку (1), представляющую собой прозрачную не светочувствительную поликарбонатную пленку толщиной 50 мкм. Полимерная подложка покрыта прозрачным лаковым УФ-отвержденным слоем (2) фирмы Sicpa толщиной 2,5 мкм. В упомянутом слое размещены плоские пигментные частицы чешуйчатой формы (3), содержащие на поверхности красочный слой. В качестве пигментных частиц использованы сине-зеленые и фиолетово-синие интерференционные магнитные пигменты с толщиной чешуек 1-2 мкм, средний размер в плоскости составляет 20-50 мкм. Пигментные частицы в слое не перекрывают друг друга. Концентрация частиц в лаке подобрана из расчета обеспечения уровня прозрачности защитного элемента оконного типа, равной 60%.
Пример №2.
Аналогично описанному в Примере №1 защитному элементу изготовлен защитный элемент, содержащий магнитные пигменты фирмы Merck золотистой (300-ой) и бронзовой (500-ой) серий. Магнитные чешуйчатые частицы этого пигмента имеют толщину меньше 1 мкм, средний характерный размер в плоскости частицы 50-100 мкм. Поверхности частиц окрашены красителем с шелковистым золотисто-бронзовым цветом.
а) Прозрачность 50% защитного элемента с толщиной его лакового слоя 3 мкм достигалась при концентрациях пигмента в неотвержденном лаке порядка 20 об.%.
б) Прозрачность 70% защитного элемента с толщиной его лакового слоя 5 мкм достигалась при концентрациях пигмента в неотвержденном лаке порядка 15 об.%.
Запись изображений произведена в сканирующих режимах сфокусированным лазерным ИК излучением с длинной волны 1,06 мкм мощностью 0,1-0,3 мВт.
Пример №3.
Защитный элемент изготовлен аналогично рассмотренным в примерах 1 и 2. Однако в данном примере использованы прозрачные пигменты фирмы Merck серии "Miraval" на основе боросиликата калия и алюминия, имеющие размер чешуек в плоскости 35-10 мкм при толщине чешуек менее 1 мкм. Прозрачность защитного элемента на уровне 50% достигалась при концентрации пигментных частиц в неотвержденном лаке 10 об.%, а прозрачность равная 70% при концентрации пигментных частиц в неотвержденном лаке 5 об.%.
Запись изображений произведена в сканирующих режимах импульсным лазерным сфокусированным излучением на длине волны 1,06 мкм при средней мощности 0,1_0,2 мВт.
Пример №4.
Изготовлены защитные элементы, содержащие пигментные частицы, подобные, использованным в примерах 1 и 2.
При этом магнитный компонент выбран из ряда: феррит бария, борат железа, оксиды железа, ферроэлектрические компоненты.
Дополнительно была осуществлена ориентация пигментных частиц 3 в красочном слое защитного элемента, магнитными Н или электрическими Е полями в направлении 6, как это показано на фиг. 2. С помощью внешних магнитных или электрических полей, в заданных областях защитного элемента частицы ориентированы параллельно друг другу под заданным углом α к поверхности прозрачной подложки. Ориентация пигментных частиц в защитном элементе фиксируется полимеризацией лака путем его УФ-засветки. В таких областях также возможна запись дополнительных двусторонних пар различных изображений.
В качестве красочного покрытия магнитных частиц использованы металлические и интерметаллические тонкослойные покрытия, в частности, на основе алюминия, меди, кобальта и других металлов с характерным блеском. Кроме того можно использовать другие специальные промышленно выпускаемые термохромные невозвратные покрытия, например, фирм: «Дилор» «Дубль V» «БризКолор» “Ultrachem Ltd.” и “Т&K Toka Ltd”.
Преимущества изобретения заключаются в следующем.
Как видно из приведенных примеров, заявленный защитный элемент (оконного типа), в отличие от известного, обеспечивает возможность записи отличающихся друг от друга изображений, наблюдаемых на просвет с противоположных сторон элемента.
По сравнению с известным уровнем техники упрощен процесс записи и визуализации изображений, так как его осуществляют при меньших углах падения записывающего и считывающего излучений.
Поскольку пигментные чешуйчатые частицы расположены внутри прозрачных или полупрозрачных лакокрасочных слоев элемента, то на них приходится небольшое внешние воздействие, что приводит к повышению срока службы защитного элемента. Предложенный защитный элемент сложно копировать и имитировать, так как изображения формируются на поверхностях частиц, находящихся внутри лаковых слоев.