МНОГОСЛОЙНЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
MULTI-LAYER POLYMERIC PROTECTIVE ELEMENT

Изобретение относится к полимерным многослойным изделиям, в частности к полимерным защитным элементам, используемым для визуального контроля подлинности защищенной печатной продукции, например ценных бумаг, банкнот, паспортов и ID документов.
Известны различные типы защитных элементов, для визуального контроля. Как правило, такие защитные элементы основаны на эффектах изменения наблюдаемых изображений, записанных на поверхности или внутри этих элементов, при изменении направления наблюдения.
Например, применение многослойных интерференционных и дифракционных структур обеспечивает изменение цвета и контраста изображений при изменении направлений наблюдения или освещения защитных элементов, предложенных в RU 2344047 С1, 20.01.2009. Изменение цвета и контраста изображений достигается также при использовании муаровых эффектов в защитных элементах с рельефными и пространственно разделенными решетками (RU 2386544 С1, 20.04.2010). Широко известны эффекты изменения наблюдаемых изображений путем использования голографических решений в виде различного вида кинеграмм RU 2430836 С1, 10.10.2011, и решений на основе микрорастровых линзовых структур WO 2007/133613 А2, 22.11.2007.
Известны также защитные элементы, выполненные в виде микроразмерных рельефных поверхностных структур, в которых два или более изображений наносятся на различные поверхности микроразмерных образований (RU 2395842 С2, 27.07.2010 и RU 2417897 С2, 10.05.2011). При рассматривании подобных защитных элементов с различных направлений будут наблюдаться различные изображения, сформированные на различных коллинеарных поверхностях микроразмерных образований.
Известны защитные элементы, формируемые путем ориентации магнитных пигментов в виде микрочастиц, имеющих форму плоских чешуек (RU 2333105 С2, 10.09.2008). 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 будут наблюдаться различные цветные изображения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является решение, описанное в RU 2296677 С2, 10.04.2007, в котором изображения сформированы в результате удаления, методами лазерной абляции, лакокрасочного слоя на плоскостях микроразмерных рельефных образований в виде микропризм.
Вышеперечисленные технические решения достаточно широко используются при изготовлении защищенной полиграфической продукции, что повышает возможность подделки таких элементов и тем самым снижает эффективность их использования. Кроме того, формирование таких защитных элементов проводят в поверхностных и приповерхностных слоях, что обуславливает их слабую защищенность от копирования и нестойкость к внешним воздействиям.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков. Технический результат - повышение степени защищенности от копирования и стойкости к внешним воздействиям.
Технический результат достигается тем, что многослойный полимерный защитный элемент, выполненный в виде прозрачного или полупрозрачного красочного слоя, нанесенного на полимерную подложку и имеющего модифицированные красочные участки, полученные в результате воздействия лазерного на красочный слой для образования изображений, обнаруживаемых при визуальном контроле, в красочном слое, выполненном безрельефно, содержатся микрочастицы магнитных материалов с размерами от 1 мкм до 100 мкм, покрытые слоями из невозвратных термохромных материалов, реактивных по отношению к лазерному излучению, или микропустоты размером от 1 до 100 мкм, содержащие внутри себя указанные выше невозвратные термохромные материалы, реактивные по отношению к лазерному излучению, причем указанные микрочастицы или микропустоты регулярно расположены и ориентированы. При этом изображения, формируемые модифицированными красочными участками, выполнены путем воздействия лазерного излучения, падающего на защитный элемент под различными углами величиной не менее α=arctg (h/d), где d - средний вертикальный размер пластинчатых частиц или средний размер микропустот, мкм, a h - расстояние между плоскостями выстроенных частиц или среднее расстояние между микропустотами, мкм.
В качестве магнитных материалов могут использоваться микрочастицы оксидов железа, хрома, или никеля, а в качестве их покрытий невозвратные термохромные материалы, например сплавы алюминия, меди, титана или специальные термохромные невозвратные красители, выпускаемые промышленно.
В качестве материалов с микропустотами могут быть использованы пленочные полимерные мембраны с трековыми порами, широко используемые в медицине в качестве фильтров и выпускаемые отечественной промышленностью. Ориентация микропор в пленках может быть перпендикулярной или под заданным углом к поверхности пленки, например под углом 45 или 30 градусов. При этом изображения, формируемые модифицированными красочными участками, выполнены путем воздействия лазерного излучения, падающего на защитный элемент под различными углами величиной не менее α=arctg (h/d), где d - средний вертикальный размер пластинчатых частиц, мкм, a h - расстояние между плоскостями выстроенных частиц, мкм.
Дополнительно важным является то, что микрочастицы представляют собой плоские, в виде пластин, магнитные частицы, выполненные, например, из феррита бария и бората железа и ориентируемые неоднородными магнитными полями с размерами частиц 10-100 мкм в плоскости и толщиной 1-10 мкм;
2
2
x
микрочастицы представляют собой игольчатые магнитные частицы, например, двуокиси хрома CrO или оксидов железа FeO длиной 10-100 мкм и толщиной 1-10 мкм, ориентируемые неоднородными магнитными полями;
микрочастицы представляют собой шарообразные частицы, выполненные из стекла, металла или керамики размером 10-100 мкм, такие частицы используются при изготовлении световозвращающих тонкопленочных структур широко представленных на рынке;
микропустоты размерами 1-10 мкм, на поверхностях или в объеме которых содержатся термохромные невозвратные материалы, реактивные по отношению к лазерному излучению. Микропустототы могут представлять собой ориентированные цилиндрические микропоры, например, в тонкопленочных полимерных трековых мембранах.
На фиг. 1 показана структура предлагаемого защитного элемента.
4
6
3
6
В качестве конкретного примера предлагаемого технического решения рассмотрим защитный элемент (фиг. 1), содержащий полимерную подложку (из поликарбоната, полипропилена, полиэтилентерефталата и т.п.) 1 и прозрачный лаковый слой 2, в котором размещены магнитные частицы 3 например феррита бария, или бората железа, плоской пластинчатой формы с намагниченностью М величиной 10-10 А/м, покрытые красочным слоем. Ориентацию и расположение магнитных частиц 3 в параллельных плоскостях 4, перпендикулярных плоскости защитного элемента, осуществляют неоднородными магнитными полями 5 Н величиной 10-10 А/м. Причем параллельные плоскости с магнитными частицами расположены эквидистантно на расстоянии друг от друга, близком к среднему размеру частиц. Для частиц размером 20 мкм расстояние между плоскостями должно быть, соответственно, 20 мкм. Запись двух различных изображений в защитный элемент производят с помощью лазерного излучения, под действием которого происходят необратимые изменения цвета поверхностного слоя частиц. В качестве красочного покрытия поверхности магнитных частиц могут быть использованы металлические и интерметаллические тонкослойные покрытия, например, на основе алюминия, меди, кобальта и других металлом с характерным блеском. Могут использоваться и другие, промышленно выпускаемые термохромные невозвратные покрытия, например, «Дилор» (www.deelor.ru), «Дубль V» (www.doublev.ru), «БризКолор» (www.breezecolor.ru) и термохромные краски фирм "Ultrachem Ltd." и "Т&К Тока Ltd". При записи первого изображения лазерный луч 6 падает на магнитные частицы с правой стороны параллельных плоскостей 4, под углом, равным или большим α=arctg (h/d), где d - средний вертикальный размер пластинчатых частиц, a h - расстояние между плоскостями выстроенных частиц.
Наиболее оптимальным является угол, равный 45 градусам, когда d=h. Запись возможна и под другими углами падения лазерного излучения, например, в диапазоне от 30 до 60 градусов, однако качество записи - контраст, и четкость изображений при этом ухудшаются из-за попадания части поверхности частиц в тень от соседних частиц, либо из-за больших углов падения лазерного излучения на поверхность частиц. На правой стороне частиц формируется первое изображение путем изменения цвета поверхности частиц под действием лазерного излучения в областях, определенных конфигурацией записываемого изображения. Второе изображение формируется на левых поверхностях частиц лазерным лучом 7, падающим на выстроенные плоскости с левой стороны.
Другой возможный вариант предлагаемого защитного элемента может быть реализован в виде полимерной трекпоровой мембраны с микропустотами в виде микропор диаметром 1-3 микрона, заполненных указанными выше реактивными к лазерному излучению материалами. Ориентация микропор может быть перпендикулярной или наклоненной к плоскости пленочной мембраны. Расположение и ориентация микропор относительно друг друга определяют углы падения лазерного излучения, используемого при записи изображений. Величина этих углов может быть оценена по формуле α=arctg (h/d), где d - средний вертикальный размер пластинчатых частиц или средний размер микропустот, мкм, a h - расстояние между плоскостями выстроенных частиц или среднее расстояние между микропустотами, мкм.
Поскольку магнитные частицы и микропоры расположены внутри прозрачных или полупрозрачных лакокрасочных слоев, то внешние воздействия на них значительно меньше, чем воздействия на рельефные пирамидальные структуры, используемые в техническом решении, выбранном в качестве аналога. Вследствие этого существенно возрастает срок службы защитных элементов. Кроме того, предлагаемые защитные элементы значительно сложнее копировать и изготавливать, так как изображения формируются на поверхностях частиц, находящихся внутри лаковых связующих слоев.