СОСТАВЫ ПЕЧАТНОЙ КРАСКИ ИЛИ ТОНЕРА, СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРОДУКТЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ИЗ НИХ
PRINTING INK OR TONER COMPOSITIONS, METHODS FOR USE THEREOF AND PRODUCTS DERIVED THEREFROM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к магнитным пигментам, составам печатных красок или тонеров, а также к продуктам, содержащим пигменты, краски или тонеры, напечатанные или нанесенные иным способом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Магнитные составы для печати хорошо известны в технике. Традиционно магнитные материалы, имеющие подходящие магнитные или электрические свойства для использования в приготовлении печатных красок, включают тонкодисперсные металлические порошки железа, никеля, кобальта, диоксида хрома, гамма-ферроксида и ферритов, обычно имеющие размер частиц в микронном диапазоне или выше. При ином использовании может быть желательно наносить на подложку магнитные материалы в виде частиц (такие как составы тонера) с целью получения защитных свойств. Например, некоторые банкноты могут включать на поверхности неяркие линии или узоры из магнитного материала. Для проверки наличия магнитного материала можно впоследствии использовать магнитный датчик.
Магнитные краски обычно имеют темный или черный цвет, поэтому они сами по себе идеальны только для получения темных или черных изображений. Некоторые магнитные частицы не дают возможности создавать чистые цвета, особенно более яркие оттенки, ввиду присущего магнитному материалу темного цвета.
Однако в последнее время достигнуты успехи в поиске составов тонеров, содержащих магнитные материалы, имеющих цвет или оттенок, отличающийся от черного. Например, разработаны магнитные материалы с одним или более количеством нанесенных слоев, обволакивающих магнитную частицу ядра, таким образом, придавая всей структуре характеристики поверхности, что обеспечивает передачу цвета. Такие покрытые структуры в виде частиц получают предварительным приготовлением магнитной основы с последующим добавлением к ней предварительно полученных частиц, маскирующих первые частицы и прилипающих к основе. Однако может оказаться затруднительным формирование достаточной толщины маскирующего слоя, чтобы надлежащим образом затенить темный или черный цвет основы из магнитного материала. Кроме того, адгезия этих двух слоев может не обеспечить достаточную долговечность.
В других примерах темный или черный цвет магнитной основы может быть смягчен или осветлен смешиванием магнитного материала, например, в гранулированной форме, с другими, более светлыми по цвету или оттенку, связующими, создавая, таким образом, разнородную композицию магнитной основы, имеющую приемлемый цвет или оттенок, или, по меньшей мере, цвет или оттенок, который легче замаскировать одним или большим количеством поверхностных слоев. Такие материалы в виде частиц имеют пониженную плотность ядра магнитного материала, и это может привести к ухудшению магнитных свойств частиц, помимо того, что они по-прежнему не обладают достаточными цветовыми свойствами.
Известны другие альтернативные способы маскировки цвета магнитных частиц. Согласно одному примеру магнитный материал в виде частиц можно наносить с помощью химического процесса парового осаждения, образующего структуру тонкой магнитной пленки. Тонкая пленка может быть впоследствии покрыта немагнитной тонкой пленкой, чтобы визуально замаскировать присутствие внутренней магнитной тонкой пленки. Такие способы нанесения слоев приводят к получению печатных красок, которые относительно дороги в производстве и по-прежнему сохраняют недостаточные цветовые свойства.
Одним явным показателем того, что имеется потребность в разработке усовершенствованных магнитных красок, тонеров, красителей или их компонентов, имеющих цвет или оттенок, отличающийся от черного или иных темных цветов или оттенков, типичных для большинства магнитных материалов, является отсутствие цветной магнитографии (см. Handbook of Printed Media (Справочник по печатным средствам), Helmut Kipphan, Springer, 2001). Кроме того, существует потребность в разработке слегка окрашенных или тонированных магнитных красок, тонеров или красителей, включая те, которые являются белыми, или по существу белыми, или же окрашенными, которые пригодны для непосредственного нанесения на подложку (например, путем прямой печати). Белые магнитные краски, тонеры или красители были бы также полезны для смешивания с другими магнитными или немагнитными красками, тонерами или красителями для изменения их цвета, эстетических или магнитных свойств. Например, в области защиты банкнот такие краски, тонеры или красители могут позволить придать банкнотам более сложные защитные свойства, такие как сложные магнитные сигнатуры или иные магнитные машиночитаемые характеристики, которые являются скрытыми характеристиками, невидимыми невооруженным глазом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения, по меньшей мере в выбранных вариантах его осуществления, является создание композиции, подходящей для нанесения на подложку, для получения магнитного слоя на подложке или иным способом составляющей одно целое с подложкой.
Задачей настоящего изобретения, по меньшей мере в выбранных вариантах его осуществления, также является создание способа создания магнитного слоя,
В некоторых типичных вариантах осуществления предложен состав для нанесения на подложку, для образования пигментированного магнитного слоя, нанесенного на подложку и/или составляющего одно целое с указанной подложкой, причем состав включает:
(1) частицы, включающие:
(i) ядро, состоящее по существу из магнитного материала;
(ii) покрытие, по меньшей мере по существу обволакивающее ядро, обеспечивающее формирование указанными частицами при нанесении на подложку пигментированного магнитного слоя, имеющего величину L по колориметрической шкале Hunter Lab по меньшей мере 50;
(iii) возможно, одно или более дополнительных покрытий, каждое из которых расположено между указанным ядром и указанным покрытием и/или по меньшей мере по существу обволакивает указанное покрытие;
(2) возможно, жидкая фаза, которая, если она присутствует, сохраняет указанные частицы по меньшей мере частично во взвешенном состоянии;
(3) возможно, одну или больше других магнитных или немагнитных красок или тонера.
В некоторых других типичных вариантах осуществления изобретения предложено использование предложенных здесь составов для создания пигментированного магнитного слоя, на подложке или составляющего одно целое с подложкой, посредством осаждения частиц на подложке или на материале подложки, чтобы обеспечить прилипание частиц к подложке, и возможно, друг к другу на подложке.
В некоторых других примерных вариантах осуществления изобретения предложен способ формирования пигментированного магнитного слоя, включающий стадию нанесения состава, описанного здесь, на подложку, при этом указанные частицы приклеиваются к подложке или материалу подложки и, возможно, друг к другу с образованием указанного пигментированного магнитного слоя.
В некоторых других вариантах осуществления изобретения предложен пигментированный магнитный слой, полученный осаждением состава, описанного здесь, на подложке, при этом указанные частицы прилипают к подложке и дополнительно друг к другу на подложке.
В некоторых других вариантах осуществления изобретения предложено изделие, включающее подложку и нанесенный на нее пигментированный магнитный слой, описанный здесь.
В некоторых других вариантах осуществления изобретения банкноте придают защитное свойство, включающее пигментированный магнитный слой, описанный здесь.
В некоторых других вариантах осуществления изобретения предложен состав для нанесения на подложку для образования пигментированного магнитного слоя на подложке и/или составляющего одно целое с указанной подложкой, причем этот состав включает:
(1) частицы, содержащие:
(i) ядро, состоящее по существу из магнитного материала;
(ii) покрытие, по меньшей мере по существу обволакивающее ядро, что обеспечивает наличие у указанных частиц, при нанесении их на подложку, цвета или оттенка, который отличается от цвета магнитного материала ядра;
(iii) возможно, одно или более дополнительных покрытий, при этом каждое расположено между указанным ядром и указанным покрытием и/или по меньшей мере обволакивает указанное покрытие;
(2) возможно, жидкую фазу, которая, если присутствует, удерживает указанные частицы по меньшей мере частично во взвешенном состоянии (суспензии);
(3) возможно, одну или более других магнитных или немагнитных красок или тонеров.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ:
«Черный»: темный цвет или оттенок, имеющий величину 10 или менее 10 по колориметрической шкале Hunter Lab по сравнению с определенным эталоном.
«Покрытие»: любой слой, который нанесен или в ином случае по меньшей мере частично обволакивает частицы, имеющие магнитное ядро, чтобы таким образом покрыть или по существу закрыть частицы. Покрытие может быть нанесено непосредственно на ядро частиц или нанесено поверх другого покрытия (покрытий), ранее нанесенных на частицы, или даже может быть образовано между существующим покрытием и ядром in situ, например, с помощью химической реакции. В выбранных, но не во всех вариантах осуществления изобретения покрытие может быть совершенно непрозрачным для того, чтобы замаскировать или скрыть цвет или оттенок материала, расположенного непосредственно под покрытием, например, поверхность магнитного ядра.
«Цвет»/«цветной» - любой цвет или оттенок, включая черный, серый, белый, красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый и их оттенки, варианты или смеси. Цвета включают черный и белый, а также цвета или оттенки, представленные в колористической схеме Hunter Lab, или при визуальном осмотре как результат избирательного поглощения и/или пропускания материалом некоторых длин волн видимого светового спектра. Цветовое восприятие - это обычно фактор либо человеческого зрения, либо цветового восприятия искусственной системы типа компьютера, соединенного с оптическим датчиком.
«Сшивание»: любая известная техника образования поперечных связей, подходящая для того, чтобы вызвать или улучшить прилипание частиц состава по изобретению к подложке. Такое образование поперечных связей происходит окислительными способами или с помощью применения электромагнитного излучения, такого как ультрафиолетовое излучение,
«Осаждение»/«осадок»/«нанесение»/«наносить» - эти взаимозаменяемые термины относятся к любому способу или средству для нанесения состава по изобретению, или любой формы тонера или краски, на или в подложку или материал подложки, так чтобы при этом состав, тонер или краска по меньшей мере частично прилипли к материалу подложки или к подложке или по меньшей мере частично смешались с ними. Предпочтительно, в соответствии с настоящим изобретением, чтобы осаждение или нанесение включало прилипание магнитных частиц к подложке или по меньшей мере к поверхностному слою материала подложки, а в выбранных вариантах осуществления изобретения - прилипание магнитных частиц друг к другу на подложке для формирования при этом магнитного слоя. Полученный магнитный слой может быть на подложке, по существу на подложке или частично внутри подложки или материала подложки, в зависимости от, например, поглотительной способности, пористости или структуры (слоистой или композитной структуры) материала подложки. Однако в альтернативных вариантах осуществления изобретения «осаждение» или «нанесение» может дополнительно включать смешивание частиц магнитного порошка с подложкой, материалом подложки или с поверхностными слоями, или с подложкой. Смешанные материал подложки и магнитные частицы могут обеспечить последующее образование магнитного слоя с помощью печати, экструзии или другого нанесения смеси магнитные частицы / материал подложки. Поэтому способы согласно изобретению и изделия, полученные такими способами, охватывают прямое нанесение состава или частиц на поверхность подложки и/или смешивание частиц с материалом подложки, возможно с последующей обработкой. Это может даже привести тому, что магнитный слой замаскирован внутри материала подложки или скрыт иным способом материалом подложки.
«Закрепление»: стимулирование или повышение степени прилипания краски или тонера к подложке, например, для печати. Закрепление может включать, по меньшей мере в выбранных вариантах осуществления изобретения, нагрев подложки и осажденного материала или ультрафиолетовое облучение, или может включать инициирование химической реакции между подложкой и материалом. Также известны другие способы закрепления, такие как механическое закрепление.
«Колориметрическая шкала Hunter Lab»: схема, известная в технике, для соотнесения степени цвета или оттенка с конкретным веществом или материалом. Шкала включает параметры для соотнесения значений со степенью белизны или черноты, с дополнительными значениями для индивидуальных цветов или оттенков между белым и черным. Ссылка, предлагающая большее количество подробностей Колориметрической Схемы Hunter Lab, включает, не ограничиваясь этим, "The Measurement of Appearance" Richard S. Hunter, John Wiley & Sons, Publishers, New York, N.Y. - 1975, включенную в настоящее описание путем ссылки. Информацию, относящуюся к Колориметрической шкале Hunter Lab, можно также получить в Hunter Associates Laboratory Inc., Virginia, USA (www.hunterlab.com).
«Краска» - любая жидкость любого цвета, оттенка или вещество, пригодное для нанесения на твердую подложку для изменения цвета, оттенка или другого впечатления (например, отражательная способность, глянец и т.д.) от твердой подложки. Предпочтительно, краски включают материал из магнитных микрочастиц в соответствии с целями настоящего изобретения. Настоящее определение не умаляет или иным образом подменяет другие определения, хорошо известные в области техники. Краски могут представлять собой эмульсии или суспензии, а также могут быть бесцветными, прозрачными или полупрозрачными, как, например, морилки и лаки и т.д.
2
3
2
3
2
2
4
3
5
12
12
19
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
3+
3+
3+
3+
3+
2+
2+
2+
«Магнитный» - физическое свойство материала. Магнитные или намагничивающиеся материалы, которые могут использоваться, включают металлы типа кобальта, железа и никеля; металлические сплавы, например, алюминия, кобальта, меди, железа, свинца, магния, никеля, олова, цинка, сурьмы, бериллия, висмута, кадмия, кальция, марганца, селена, титана, вольфрама и ванадия и их смесей; металлические смеси, которые содержат оксиды металлов типа оксида алюминия, оксида железа, оксида меди, оксида никеля, оксида цинка, оксида титана и оксида магния; феррит; и их смеси. Магнитным материалом может быть магнитный материал любого типа, например, железо, кобальт, никель; магнитные сплавы, такие как Ni-Co или Nd-Fe-B; неорганические оксиды, такие как FeO, FeO, диоксид хрома CrO, ферриты MFeO (где М - это ион или смесь ионов, выбранных из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr, Ва, Mn, Co, Fe, Ni, Cu, Zn, и т.д.), гранаты АВО (где А - трехвалентный редкоземельный ион или смесь трехвалентных редкоземельных ионов, а В - ион или смесь ионов, выбранных из группы, включающей Al, Cr, Fe, Ga, Bi и т.д.), гексаферриты MFeO, где М выбран из группы двухвалентных ионов Са, Sr, Ва и т.д., перовскиты и т.д. В настоящем изобретении можно использовать любой заслуживающий внимание материал для придания частицам, описанным здесь, особого магнитного свойства. Указанным магнитным свойством может, например, быть сильный (супер-)парамагнетизм; ферромагнетизм; ферримагнетизм; антиферромагнетизм; антиферримагнетизм и т.д. Также материал может быть парамагнитным или диамагнитным. Материал может быть магнитномягким, с низкой коэрцитивностью, со средней коэрцитивностью или сильного магнитного типа, или он может быть выложен для обнаружения эффектом Баркгаузена. Магнитное свойство может, помимо этого, обеспечивать остаточный магнетизм, между 0 эрстед и до 10000 эрстед.
«Магнитный слой» - любой слой на поверхности или внутри (то есть образующий часть) подложки, полученный осаждением или нанесением частиц, или состав согласно изобретению на подложке, нанесенный известными способами осаждения или нанесения, или смешиванием частиц или составов согласно изобретению с материалом подложки. Магнитный слой возможно включает материал подложки, и его можно разместить под или над слоями подложки или другими слоями в слоистом материале или составной структуре. Магнитный слой обычно сохраняет магнитные свойства благодаря магнитной природе конкретного материала, из которого он состоит. Магнитный слой может также содержать единичный слой частиц на подложке или может включать множество слоев, полученных благодаря адгезии частиц друг к другу на подложке или внутри нее. Магнитный слой может быть также сформирован смешиванием состава согласно изобретению с материалом подложки, с некоторой возможной последующей обработкой, такой как, не ограничиваясь этим, осаждение, печать или экструзия.
«По существу черный»/«Почти черный»: темный цвет или оттенок, имеющий величину 30 или ниже 30 по Колориметрической шкале Hunter Lab no сравнению с определенным эталоном.
«Частица» - любая частица, имеющая диаметр от 0,1 до 10000 нм и состоящая из (i) ядра, состоящего по существу из магнитного материала, возможно с незначительной долей других материалов или примесей; (ii) покрытие, по существу обволакивающее ядро, обычно имеющее цвет или оттенок, который отличается от такового у материала ядра; и (iii) возможно, одно или более дополнительных покрытий, при этом каждое расположено между ядром и покрытием и/или по существу обволакивает покрытие. В соответствии с изобретением частица имеет средний диаметр в нанометрическом диапазоне предпочтительно от 1 до 1000 нм. Однако размер частиц может быть больше 1000 нм или менее 1 нм. Независимо от их размера такие частицы могут упоминаться в настоящем описании как «наночастицы».
«Пигмент» - любое вещество, имеющее любой желаемый цвет или оттенок, включая белый или черный или любой цвет, обозначенный на Колориметрической шкале Hunter Lab. В качестве альтернативы пигмент может иметь цвет или оттенок в других областях электромагнитного спектра вне видимого спектра, например способность отражать ультрафиолетовые или инфракрасные лучи. Оптические свойства пигмента (например, абсорбция, пропускание, лучеиспускание) могут зависеть от его применения. В некоторых отдельных вариантах осуществления изобретения пигментом можно назвать твердые частицы, имеющие соответствующую степень измельчения для использования в краске, эмали, красителе или составе для нанесения на подложку в соответствии с настоящим изобретением. В избранных вариантах осуществления изобретения измельченные твердые частицы находятся в виде частиц, при этом частицы имеют ядро, включающее магнитный материал, и покрытие, придающее частицам желаемый цвет или оттенок. Цвет или оттенок пигмента может быть белым или по существу белым или может иметь более определенный цвет, такой как, но не ограничиваясь этим:
Синие пигменты: кобальтовая синь, лазурный синий, щелочной синий лаковый, переливчатый синий лаковый, трифенилметановый синий лаковый, не содержащий металлов фталоцианиновый синий, фталоцианиновый синий, небесно-голубой, индантреновый синий (RS, ВС), индиго и т.д.
Пурпурные пигменты: кобальтовый пурпурный, марганцевый пурпурный, стойкий фиолетовый В, метилвиолетовый лаковый и т.д.
Зеленые пигменты: хромовая зелень, цинковая зелень, оксид хрома, виридиан (гидрированная форма оксида хрома), изумрудно-зеленый, пигмент зеленый В, нафтол зеленый В, зеленое золото, кислотный зеленый лаковый, малахитовый зеленый лаковый, фталоцианиновый зеленый и т.д.
Красные пигменты: крокус, свинцовый сурик, серебряная киноварь, красный кадмий, красный кадмиевый ртутный, сурьмяная киноварь, устойчивый красный 4R, паранитроанилин красный, алый, парахлорортонитроанилиновый красный, литол прочный алый G, блестящий прочный алый, киноварь Western, блестящий кармин BS, устойчивый красный (F2R, F4R, FRL, FRLL, F4RH), прочный алый VD, вулкан прочный рубиновый В, литол красный, лаковый красный (С, D), антоциновый В, блестящий алый G, литол рубиновый GK, устойчивый красный F5R, блестящий кармин 6В, пигмент алый 3В, бордовый 5В, толуидиновый красно-коричневый, устойчивый бордовый F2K, солнечный бордовый BL, бордовый 10В, BON красно-коричневый светлый, BON красно-коричневый средний, эозин лаковый, родамин лаковый В, родамин лаковый Y, ализарин лаковый, тиоиндиго красный В, тиоиндиго красно-коричневый и т.п.
Желтые пигменты: Нафтол Желтый S, Hansa Желтый (10G, 5G, G), кадмиевый желтый, желтый оксид железа, желтая охра, мышьяковистый сульфид, цианамид свинца, плюмбат кальция, Hansa Желтый (GR, A, RN, R), Пигмент Желтый L, Бензин Желтый (G, GR), устойчивый Желтый (NCG), вулкан прочный Желтый (5G, R), Тартразин лаковый, Хинолин Желтый лаковый, Антраценовый Желтый BGL и т.д. Цветные пигменты могут быть получены смешиванием или сочетанием цвета, такого как упомянутые выше, с белым веществом, таким как, не ограничиваясь этим, оксид металла или органический полимер, для получения таким образом вещества, подходящего для создания покрытия для нанесения на магнитные частицы ядра. В качестве альтернативы цветной слой можно наносить на частицы так, чтобы он находился либо под белым покрытием, либо поверх белого покрытия, в зависимости от материала сердцевины. Любой пигмент можно использовать в соответствии с целями настоящего изобретения, например для получения материала покрытия или в виде его части, для покрытия магнитной сердцевины, с формированием частиц для использования в составе согласно настоящему изобретению.
«Пигментированный магнитный слой»: любой слой, образованный на подложке с использованием состава, включающего частицы согласно изобретению, при этом обеспечивают адгезию указанных частиц к подложке или, возможно, друг к другу на подложке, для формирования слоя. Слой проявляет магнитные свойства, а также имеет цвет, который часто отличается от цвета материала ядра или частиц, используемых для образования слоя.
«Предпочтительно»: относится к предпочтительных вариантах осуществления изобретения или предшествует упоминанию о них.
«По существу черный»/«Почти черный»: темный цвет или оттенок, имеющий величину 30 или ниже 30 по Колориметрической Шкале Hunter Lab no сравнению с определенным эталоном.
«По существу белый»/«Почти белый»: светлый цвет или оттенок, имеющий величину 70 или выше 70 по Колориметрической Шкале Hunter Lab no сравнению с определенным эталоном.
«Подложка»: любое твердое тело или по существу твердый материал, имеющий по меньшей мере один слой любой структуры или конфигурации, пригодный для нанесения на него состава по изобретению с целью нанесения на подложку частиц для образования магнитного слоя, на подложке и/или образующего единое целое с подложкой. Подложка может включать любой материал с любыми модификациями поверхности или конструкцией слоя. Например, подложка может включать материал, выбранный из одного или более веществ, не ограничиваясь ими: бумага, пластмасса, металл, металлический сплав, древесина, стекло, смола и резина.
«Суспензия» - смесь твердых частиц и жидкости, при этом твердые частицы включают по меньшей мере некоторые частицы, которые остаются взвешенными в жидкости в течение некоторого времени без заметного падения в жидкости под действием силы тяжести. Поэтому такие частицы могут удерживаться благодаря их собственной плавучести или других сил, воздействующих на частицы со стороны жидкости. В любой суспензии часть или даже все частицы могут оседать на «дне» суспензии под действием силы тяжести или других сил. Это не влияет на тот факт, что смесь все еще является суспензией.
«Тонер»: любой порошковый материал - согласно изобретению или известный в технике, - обладающий магнитными свойствами, так что на него влияет магнитное поле, и который далее подвергают осаждению, по меньшей мере частично, на подложке для целей печати. Тонер может быть в сухой порошковой форме или может включать жидкую фазу, подходящую для сохранения по меньшей мере части порошкового материала в суспензии. Настоящее определение не умаляет или иным образом заменяет другие определения, которые обычно известны в данной области техники.
«Белый»: светлый цвет или оттенок, имеющий величину 90 или более 90 по Колориметрической Шкале Hunter Lab по сравнению с определенным эталоном.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы настоящего изобретения, проявив изобретательскую активность, успешно разработали составы для применения в качестве магнитных красок или тонеров, подходящих для формирования пигментированного магнитного слоя на подложке или в виде единого целого с подложкой. Составы включают частицы магнитного порошка, которые, по меньшей мере при нанесении на подложку, имеют цвет или оттенок поверхности, который отличается от темного или черного цвета многих известных магнитных материалов. Действительно, составы согласно настоящему изобретению включают частицы магнитного порошка, содержащие ядро, состоящее по существу из магнитного материала, вместе с покрытием на ядре, которое в значительной степени маскирует цвет магнитного материала. Полученные составы, по меньшей мере в выбранных вариантах осуществления изобретения, могут быть белыми, по существу белыми или цветными, и при этом составы хорошо пригодны для осаждения на подложке с образованием магнитного слоя. Изобретателям не известны другие составы, которые демонстрируют такие же характеристики белизны или цветности в сочетании с желательными магнитными свойствами для использования в печати или при другом осаждении на подложку, чем тонер. Частицы магнитного порошка составов согласно настоящему изобретению являются частицами, которые предпочтительно имеют средний диаметр от 0,1 до 10000 нм, так что они в значительной степени попадают в нанометрический интервал размеров (то есть их можно считать «наночастицами»). Использование таких частиц имеет преимущества по сравнению с частицами микронного размера. Такие преимущества включают, не ограничиваясь этим, пониженное осаждение частиц во взвешенном состоянии в жидкости, которая в свою очередь делает материал более пригодным для процессов в растворе, таких как дополнительная модификация и последующее нанесение. Частицы включают ядро, состоящее или по существу состоящее из магнитного вещества, возможно включающего незначительное количество других материалов или примесей. В технике известно много магнитных материалов, которые имеют черные или темные цвета, особенно такие, которые содержат твердые магнитные материалы. Частицы включают по меньшей мере одно покрытие, по существу обволакивающее ядро, и после нанесения на подложку для образования на ней слоя имеют цвет, отличающийся от цвета магнитного материала ядра. Например, слой может выглядеть по меньшей мере по существу белым по цвету или оттенку, или может иметь более темный цвет. Поэтому в выбранных вариантах осуществления изобретения покрытие на частицах имеет толщину, достаточную для того, чтобы по существу затенить любой темный или черный цвет или оттенок магнитного материала ядра.
Когда необходимо придать частицам желательную поверхностную адгезию или оптические свойства, могут также присутствовать другие покрывающие слои между ядром и по существу белым или цветным слоем или между обволакивающим по существу белым или цветным слоем. Однако такие дополнительные покрывающие слои не обязательно нужны для наделения желательными цветовыми качествами ни для частиц в составах по изобретению, ни для полученных магнитных слоев, сформированных на подложке. Таким образом, по меньшей мере в выбранных вариантах осуществления изобретения составы включают очень простые по строению частицы, потому что они включают только магнитное ядро и единственный слой покрытия, при этом единственный слой покрытия способен придать желательные цветовые или визуальные характеристики частицам (и конкретно магнитному слою, сформированному нанесением частиц на материал подложки) без ухудшения магнитных свойств частиц, обеспечиваемых материалом ядра. Изобретение, по меньшей мере частично, касается варианта, в котором такие частицы можно применять в областях, отличающихся, например, от терапевтического, диагностического или исследовательского применения, и их можно фактически использовать в формировании магнитных слоев, таких как получаются при печати методом осаждения на подложке.
Неожиданно оказалось, что составы согласно изобретению проявляют желательные свойства при нанесении на подложку, например, при использовании известных способов печати или других методов для формирования высококачественного и долговечного магнитного слоя. Частицы несут магнитное поле достаточной интенсивности для осаждения, прилипания или фиксации на подложке, а их низкая масса уменьшает инерцию, требуемую для осаждения. Образование магнитного слоя может быть, таким образом, быстрым и эффективным. В выбранных вариантах осуществления изобретения цвет или оттенок частиц, относящихся к основному покрытию, делает составы согласно изобретению подходящими для широкого диапазона применения в печати. Частицы можно использовать в их естественной форме, в которой покрытие имеет цвет частиц. Такие частицы можно также смешивать с другими магнитными или немагнитными печатными красками или цветными порошковыми материалами, чтобы получить другие цвета или оттенки. Таким образом, составы согласно изобретению дают возможность изменять (например, осветлять или затемнять) существующие цветные печатные краски или порошковые материалы и расширять цветовую гамму.
В выбранных вариантах осуществления изобретения составы согласно изобретению удовлетворяют потребностям печатного производства, производства печатных красок и тонеров в более светлых цветах или по существу белых магнитных тонерах и красках. Однократное покрытие может само по себе быть достаточно непрозрачным, чтобы по меньшей мере по существу скрыть цвет материала магнитного ядра под ним, и это является существенным прогрессом в области техники. Например, частицы в составах настоящего изобретения могут иметь единственное покрытие, которое имеет белый или светлый цвет, достаточный для маскировки более темного цвета материала магнитного ядра. Следовательно, можно получить магнитные слои белого цвета, по существу белого цвета или светлого цвета, используя составы настоящего изобретения, без необходимости в составах, включающих многослойные частицы или другие типы частиц, известных в области техники, изготовление которых может оказаться более сложным и дорогим.
В других вариантах осуществления изобретения частицы могут иметь покрытие скорее более темного цвета, чем белого или по существу белого цвета, для маскировки темного или черного цвета материала ядра, который состоит в основном из магнитного вещества. Хотя выбранные варианты осуществления изобретения, описанные здесь, относятся к составам или пигментам, включающим частицы с белым или по существу белым покрытием для создания магнитных слоев, цвет которых является белым или по существу белым, изобретение этим не ограничено. Действительно, изобретение касается любого состава или пигмента, включающего частицы, состоящие по существу из магнитного материала, имеющего покрытие белого цвета, по существу белого цвета или более темного цвета, обладающее достаточной светонепроницаемостью или толщиной или способностью закрывать или по существу закрывать цвет магнитного материала или слой, расположенный непосредственно под указанным белым, по существу белым или цветным слоем. Изобретатели обнаружили, что совместное использование таких мелких магнитных частиц ядра в комбинации с закрывающим слоем является достаточным, чтобы придать чрезвычайно желательные свойства составам и пигментам настоящего изобретения, обеспечивая их применимость в широком спектре технологий осаждения и печати. Желательные характеристики, проявляемые составами и пигментами согласно изобретению, по меньшей мере частично обусловлены небольшими размерами частиц относительно величины интенсивности их магнитного поля.
В одном варианте осуществления изобретения предложен состав для нанесения на подложку для получения пигментированного магнитного слоя, на подложке и/или составляющего одно целое с указанной подложкой, при этом состав включает:
(1) частицы, каждая из которых включает:
(i) ядро, состоящее по существу из магнитного материала;
(ii) покрытие, по меньшей мере по существу обволакивающее ядро, обеспечивающее образование указанными частицами при нанесении их на подложку пигментированного магнитного слоя на подложке, имеющего цвет или оттенок, который отличается от цвета магнитного материала ядра. В других выбранных вариантах осуществления изобретения покрытие, по меньшей мере по существу обволакивающее ядро, обеспечивает образование указанными частицами, при нанесении их на подложку, пигментированного магнитного слоя, имеющего по колориметрической шкале Hunter Lab величину L по меньшей мере 50, или по меньшей мере 80, или даже по меньшей мере 95. Будучи простыми по природе, такие составы обеспечивают превосходные возможности для печати и других технологий, включающих формирование магнитных пигментированных слоев на подложке, и при этом такие составы относительны просты в производстве и применении. Кроме того, составы настоящего изобретения позволяют формировать превосходные пигментированные магнитные слои, которые могут быть белыми, по существу белыми или светлыми относительно материала частиц ядра. Эта важная разработка направлена на удовлетворение давно ощущаемой потребности в данной области техники в полезных и действительно белых или почти белых составах печатных красок или тонеров. Изобретатели обнаружили, что составы, описанные здесь, когда они включают частицы, имеющие только одно покрытие, являются пригодными для применения в печати, которая требует белых, почти белых или светлых печатных красок и тонеров. Неожиданно оказалось, что единственное покрытие может оказаться достаточным для того, чтобы по меньшей мере по существу замаскировать более темный цвет или оттенок магнитного материала ядра частиц.
В выбранных вариантах осуществления изобретения каждое из одного или более одного дополнительных покрытий может быть расположено между ядром и покрытием и/или дополнительное покрытие (покрытия) может по существу обволакивать белое покрытие, как требуется для достижения желательного цвета поверхности, отражательной способности или других свойств или качеств частиц. В других вариантах могут быть предложены поверхностные покрытия для улучшения характеристик частиц в суспензии взвеси или для улучшения текучести частиц в сухой форме или в суспензии.
Составы согласно изобретению, включающие вышеупомянутые частицы, могут быть в сухой форме, поскольку это типично для многих тонеров в области техники, или, альтернативно, могут быть смешаны с жидкой фазой для образования суспензии или суспендирования по меньшей мере части частиц в жидкой фазе. Потребность в жидкой фазе зависит от природы и способов осаждения и от подложки, на которую будет осажден состав. В области техники известны многочисленные способы осаждения тонера или печатных красок в сухой или жидкой суспендированной форме на подложку, и предполагается, что составы согласно изобретению пригодны для большинства или всех таких способов.
Кроме того, частицы, которые используют в составах настоящего изобретения, могут быть получены любым подходящим способом. Например, ядро частиц можно получить выбранными методами гранулирования или альтернативно из растворимых предшественников, ограниченных по размеру ингибиторами роста. В случае растворимых предшественников их превращение в материал твердых частиц может быть достигнуто, например, тепловым, химическо-акустическим разложением или химическим или электрическим окислением. Два иллюстративных примера таких методов показаны в Burke et al. (2002) Chem. Mater. 14, 4752-4761 и приведенных там ссылках, включенных сюда путем ссылок. Другие иллюстративные примеры способов получения покрытых частиц для использования в настоящем изобретении представлены в Burke et al. (2002) Chem. Mater. 14, 4752-4761, а также в Vestal and Zhang (2003) Nano Letters, 3(12), 1739-1743, также включенном сюда путем ссылки. Как правило, такие методы для получения покрытых частиц включают реакции в жидком растворе или суспензии. Также в области техники известны другие методы, которые не включают жидкие растворы или суспензии. Такие методы могут включать, например, сухое осаждение материала пигмента, например, химическим осаждением из паровой фазы.
Составы согласно изобретению могут дополнительно включать одну или более одной других магнитных или немагнитных красок или тонеров, например, имеющих цвет или оттенок, отличающийся от цвета или оттенка частиц. Смешивание составов, описанных здесь, с другими красками или составами в сухой порошковой или в жидкой форме может обеспечить возможность производства магнитных слоев, имеющих другой цвет, оттенок или отражающие свойства. Таким образом, изобретение включает все составы согласно изобретению, включающие покрытые частицы, как описано выше, и дополнительно все смеси таких покрытых частиц с другими печатными красками, красителем, разбавителями, наполнителями и т.п.
Использование белых или по существу белых частиц в производстве магнитных слоев согласно изобретению представляет собой особенно предпочтительное свойство. Частицы составов красок или тонеров согласно изобретению предпочтительно включают по существу белое покрытие, которое является достаточно непрозрачным, чтобы скрыть цвет магнитного ядра, или достаточно непрозрачным, чтобы скрыть цвет любого дополнительного покрытия (если имеется), расположенный непосредственно под указанным белым покрытием, по меньшей мере при визуальном осмотре частиц. Изобретение касается использования частиц, которые включают покрытия, позволяющее им выглядеть белыми (имеющими величину L, равную 100 по Колориметрической Шкале Hunter Lab), а также те, которые выглядят почти белыми (например, имеющие величину L по меньшей мере 95 по Колориметрической Шкале Hunter Lab) или по существу белого цвета (например, имеющие величину L по меньшей мере 70 по Колориметрической Шкале Hunter Lab), и дополнительно те, которые выглядят еще менее белыми (имеющие величину L 50-70 по Колориметрической Шкале Hunter Lab). Степень белизны, которой обладают частицы магнитного порошка благодаря по существу белому покрытию, может, таким образом, существенно изменяться. Изобретение касается составов, включающих частицы, имеющие по меньшей мере один слой покрытия с величиной L по меньшей мере 50 по Колориметрической Шкале Hunter Lab, и их применения. Изобретение также касается составов, включающих частицы, имеющие по меньшей мере один слой покрытия, которые при нанесении на подложку для формирования на ней магнитного слоя создают магнитный слой с величиной L по меньшей мере 50 по Колориметрической Шкале Hunter Lab.
Частицы могут иметь любую неправильную форму, или альтернативно, могут быть по существу сферическими. Как правило, каждая частица может иметь размер в диапазоне от 0,1 до 10000 нм в диаметре, предпочтительно 10-80 нм в диаметре. Белое, по существу белое или цветное покрытие на каждой частице может иметь любую толщину, подходящую для того, чтобы придать желательные эстетические свойства частицам или магнитному слою, сформированному нанесением на подложку состава, включающего эти частицы. Предпочтительно покрытие имеет среднюю толщину от 1 до 200 нм, более предпочтительно от 5 до 50 нм. Такие предпочтительные толщины покрытия, как представляется, вызывают увеличение числа частиц, имеющих особенно желательные цветовые и магнитные свойства.
2
4
Ядро каждой частицы может включать любой материал, который проявляет магнитные свойства. Такие материалы включают, не ограничиваясь этим, по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe, Ni, Co, восстанавливаемого оксида металла, оксида железа, оксида никеля и феррита формулы MFeO, в котором М - двухвалентный ион металла или смесь двухвалентных ионов металла. Предпочтительно ядро состоит из магнитного материала или смеси магнитных материалов. Однако ядро может дополнительно включать небольшие количества других материалов или примесей, полученных, например, в процессе производства частиц.
Покрытие, по существу обволакивающее каждую частицу, может включать любое вещество, смесь, соединение или элемент, которое прилипает с разумной эффективностью к магнитному ядру (или к промежуточному слою) и которое имеет требуемую степень белизны или цвет по Шкале Hunter Lab. Такие материалы включают, не ограничиваясь ими, соединения металлов (например, диоксид кремния [SiO2], мел [карбонат кальция, СаСО3], двуокись титана [диоксид титана, TiO2], двуокись циркония [диоксид циркония, ZrO2}, барит [сульфат бария, BaSO4], гипс [сульфат кальция, CaSO4], стеклянный порошок, оксид цинка [ZnO] и сульфид цинка [ZnS]) и органические полимеры (например, возможно функционализированный полиизобутилен, возможно функционализированный полиэтилен, возможно функционализированный полистирол, латекс). Другие примеры белых покрывающих материалов могут включать смолы, керамику и т.д. Любой из этих покрывающих материалов может быть смешан или заменен любыми пигментами, как описано здесь или известно в технике.
В выбранных вариантах осуществления изобретения покрытие каждой частицы может включать материал с высоким показателем преломления, материал с высокой кроющей способностью, материал с высоким коэффициентом рассеяния, материал с высокой степенью непрозрачности, оксид металла или органический полимер.
Кроме того, в составах настоящего изобретения жидкая фаза может включать любой жидкий материал или его смеси, подходящий для того, чтобы поддерживать частицы по меньшей мере частично во взвешенном состоянии. Жидкая фаза может включать, не ограничиваясь ими, любой водный или органический растворитель, который предпочтительно не вызывает коррозии или иным образом не затрудняет нанесение частиц на подложку.
В других вариантах осуществления изобретение включает применение составов согласно изобретению для получения пигментированного магнитного слоя на подложке или в виде одного целого с подложкой, например, осаждением частиц этого состава на подложке. Такое применение распространяется на любой описанный здесь состав согласно изобретению. В соответствии с такими применениями подходящая подложка может включать любой предмет, имеющий любую матрицу, обеспечивающую адгезию к ней частиц для формирования на ней магнитного слоя. Например, материалы подложки могут быть выбраны из неограниченной группы, включающей бумагу, пластмассу, металл, металлический сплав, древесину, стекло, смолу и каучук. В случае бумаги, пластмассы или других материалов подложка в конечном счете может быть предназначена для применения, например, в качестве банкноты, при этом магнитный слой обеспечивает защитное свойство банкноты.
В других вариантах осуществления изобретения предложен способ образования пигментированного магнитного слоя, включающий стадию нанесения описанного здесь состава на подложку, при этом указанные частицы прилипают к подложке или материалу подложки и, возможно, друг к другу, с образованием, таким образом, пигментированного магнитного слоя.
Стадия нанесения может включать любой способ нанесения, известный в области техники. Например, стадия нанесения может включать:
при необходимости, смешивание частиц с жидкостью для того чтобы привести частицы по меньшей мере в частично взвешенное состояние в жидкости с образованием, таким образом, суспензии;
введение суспензии в контакт с подложкой или материалом подложки, возможно, в присутствии магнитного поля;
удаление из нанесенной суспензии по меньшей мере части жидкости и, при необходимости, закрепление частиц на подложке.
Стадия удаления может быть активной стадией, например, включающей нагревание, охлаждение, всасывание, микроволновое воздействие и т.д., или, альтернативно, стадия удаления может быть пассивной, например, включающей испарение или капиллярное воздействие. Поэтому стадия удаления может включать любой механизм, который в конечном счете приводит к сокращению содержания жидкой фазы в суспензии.
В качестве альтернативы стадия нанесения может включать:
контактирование частиц, по меньшей мере по существу в сухом виде с подложкой, возможно в присутствии магнитного поля;
при необходимости, закрепление частиц на подложке или внутри нее.
В качестве альтернативы стадия нанесения может включать:
сшивание частиц с подложкой, предпочтительно путем окисления или ультрафиолетового сшивания.
В любом способе, описанном в настоящем описании, каждая стадия закрепления может включать, например, нагревание подложки и осажденных частиц. Другие способы закрепления могут включать, не ограничиваясь ими, химические или электростатические механизмы прилипания частиц к подложке. Закрепление может стимулировать или улучшать степень или прочность адгезии частиц с подложкой и/или друг к другу.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретение включает магнитный слой, полученный нанесением описанного здесь состава на подложку, чтобы обеспечить адгезию частиц состава к подложке и, возможно, друг к другу на подложке. Магнитный слой согласно изобретению может быть получен нанесением состава согласно изобретению любым известным способом для осаждения магнитного материала в виде частиц. В качестве одного из примеров, такие способы могут включать технологии высокой печати, хорошо известные в области техники, в которых для создания требуемого изображения используются приподнятые поверхности с нанесенной типографской краской. В технике существует много других способов печати, большинство из которых применимы для нанесения частиц на подложку в соответствии с настоящим изобретением.
Дополнительно изобретение включает изделие, содержащее подложку и находящийся на ней пигментированный магнитный слой, согласно изобретению. В предпочтительных вариантах осуществления подложка может представлять собой банкноту, а магнитный слой может придавать банкноте защитное свойство. Например, магнитный слой, который может иметь цвет или оттенок, отличающийся от черного или темных цветов, может быть удобно и неприметно включен в структуру или поверхность банкноты.
Следует отметить, что магнитные слои, согласно изобретению, применяемые для создания защитных свойств на банкнотах, не ограничены теми, которые имеют какие-то особые цвета краски или тонера или любую особую форму, очертания или конфигурацию. Действительно, защитные свойства банкноты, полученные использованием магнитных слоев, согласно изобретению, могут включать любую мыслимую форму, очертание или конфигурацию и любую мыслимую комбинацию цветов и оттенков красок или тонеров. Например, защитные свойства банкноты могут включать особые очертания из магнитной краски, обнаруживаемые («считываемые») только специальными предварительно конфигурированными устройствами считывания магнитной сигнатуры, например, подходящими для распространения среди розничных продавцов. В других вариантах осуществления защитные свойства банкноты, включающие магнитные слои, согласно изобретению, могут включать множество цветов, или же многочисленные или накладывающиеся магнитные слои, согласно изобретению, для получения, таким образом, еще более сложного защитного свойства, например, скомпонованного в виде цветной картинки или имитированной фотографии и т.д. Цвет и/или оттенки использованных составов можно регулировать, чтобы изменить степень видимости защитных свойств на банкнотах.
В других дополнительных вариантах осуществления изобретение касается пигментов, включающих или состоящих из любого из составов или частиц, описанных и обсуждаемых в настоящем описании. Действительно, пигменты могут быть белыми, по существу белыми или цветными, в зависимости от материалов, использованных для покрытия частиц. Пигменты, согласно изобретению, можно использовать в сухой форме, или их можно смешивать с любыми веществами носителей, разбавителей или наполнителей, требуемыми для желательного нанесения пигмента.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
3
4
3
4
Были приготовлены два состава для нанесения на подложку для создания пигментированного магнитного слоя на подложке. Первый состав для нанесения на подложку включал желтую краску на полиэфирной основе и частицы FеO без покрытия. Пигментированный магнитный слой на подложке, полученный с применением первого состава, имел желто-зеленый цвет. Второй состав для нанесения на подложку включал желтую краску на полиэфирной основе и частицы, включающие ядро из FeО и покрытие из полиметилметакрилата (ПММА). Данные частицы с покрытием были получены с применением методов, указанных на стр.16-17. Содержание частиц с покрытием в составе для нанесения на подложку составляло 15%. Пигментированный магнитный слой на подложке, полученный с применением второго состава, имел желтый цвет. Ниже приведены измеренные значения параметров Lab для полученного пигментированного магнитного слоя желтого цвета:
L*/а*/b*=72,61/4,20/65,99
Пример 2
2
3
2
3
Были приготовлены два состава для нанесения на подложку для создания пигментированного магнитного слоя на подложке. Первый состав для нанесения на подложку включал желтую краску на полиэфирной основе и частицы γ-FeO без покрытия. Пигментированный магнитный слой на подложке, полученный с применением первого состава, имел оранжевый цвет. Второй состав для нанесения на подложку включал желтую краску на полиэфирной основе и частицы, включающие ядро из γ-модификации FeО и покрытие из ПММА с добавкой оксида титана. Данные частицы с покрытием были получены с применением методов, указанных на стр.16-17. Содержание частиц с покрытием в составе для нанесения на подложку составляло 15%. Пигментированный магнитный слой на подложке, полученный с применением второго состава, имел желтый цвет. Ниже приведены измеренные значения параметров Lab для полученного пигментированного магнитного слоя желтого цвета:
L*/а*/b*=81,94/14,47/86,10
Хотя изобретение было описано со ссылками на конкретные варианты осуществления и примеры составов, их применения, способов создания магнитных слоев и самих магнитных слоев согласно настоящему изобретению, специалисту понятно, что в объем изобретения, описанного и заявленного здесь, попадают и другие подобные составы, их применение, способы создания магнитных слоев и магнитные слои. В намерения заявителей входит включить все такие дополнительные варианты осуществления в объем прилагаемой формулы изобретения.