DE102022002099A1 - Method for producing optically variable elements and optically variable elements for producing a printing ink and/or a security feature - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch variabler Elemente, mit- einem Pigmenterzeugungsschritt, in dem eine Mehrzahl von magnetischen Farbpigmenten (8) so hergestellt werden, dass sie flach ausgebildet sind, eine gleiche Außenkontur mit einer maximalen lateralen Ausdehnung d aufweisen und die folgende Bedingung A erfüllen: 0 ≤ (ρd/ d)2< 0,2, wobei ρddie Standardabweichung der Verteilung der maximalen lateralen Ausdehnung d ist, und- einem Verkapselungsschritt, in dem jeweils mindestens ein magnetisches Farbpigment (8) so verkapselt wird, dass eine Mehrzahl von Kapseln (5) mit fester Hülle (6) und flüssigem Kern (7), in dem das mindestens eine magnetische Farbpigment (8) schwimmt und somit magnetisch ausrichtbar ist, vorliegt.The invention relates to a method for producing optically variable elements, comprising a pigment production step in which a plurality of magnetic color pigments (8) are produced in such a way that they are flat, have the same outer contour with a maximum lateral extent d and the following condition A: 0 ≤ (ρd/ d)2 < 0.2, where ρd is the standard deviation of the distribution of the maximum lateral extent d, and - an encapsulation step in which at least one magnetic color pigment (8) is encapsulated in such a way that a plurality of capsules (5) with a solid shell (6) and a liquid core (7), in which the at least one magnetic color pigment (8) floats and can therefore be magnetically aligned.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch variabler Elemente sowie optisch variable Elemente zur Herstellung einer Druckfarbe und/ oder eines Sicherheitsmerkmals.The present invention relates to a method for producing optically variable elements and optically variable elements for producing a printing ink and/or a security feature.
Die optisch variablen Elemente werden zu Gestaltungszwecken, aber auch in einem und/ oder als Echtheitsmerkmal eingesetzt. Ein derartiges Echtheitsmerkmal, auch als Sicherheitsmerkmal bezeichnet, kann beispielsweise eine besondere optische Wiedergabe in Abhängigkeit des Betrachtungswinkels aufweisen. So ist beispielsweise eine veränderliche optische Wiedergabe aufgrund magnetischer Beaufschlagung bekannt. Bisherige optisch variable Elemente, welche aufgrund magnetischer Beaufschlagung bekannt sind, umfassen plättchenförmige, optisch variable Glimmer-Pigmente, welche mit einer umhüllenden Flüssigkeit verkapselt in einer Kapsel vorliegen. In Aufsicht ohne Magnetfeld ist ein wolkiger bzw. uneinheitlicher Farbeindruck in Abhängigkeit der Lagen der plättchenförmigen Pigmente in der Kapsel sichtbar. Bei Anlegen eines Magnetfeldes richten sich diese Plättchen entsprechend dem magnetischen Feld hin aus.The optically variable elements are used for design purposes, but also in and/or as a feature of authenticity. Such an authenticity feature, also referred to as a security feature, can, for example, have a special optical representation depending on the viewing angle. For example, variable optical reproduction due to magnetic influence is known. Previous optically variable elements, which are known due to magnetic action, include platelet-shaped, optically variable mica pigments, which are encapsulated in a capsule with an enveloping liquid. When viewed from above without a magnetic field, a cloudy or inconsistent color impression is visible depending on the layers of the platelet-shaped pigments in the capsule. When a magnetic field is applied, these plates align themselves according to the magnetic field.
Jedoch ist der erzielbare Kontrast gering, da die Kapseln unterschiedlich groß und teilweise mit vielen Pigmenten gefüllt sind. Diese können zu Lichtstreuung und damit zu einem verschlechterten Kontrast führen. Ferner können sich die Pigmente gegenseitig in der Kapsel blockieren, so dass die gewünschte Orientierung durch Beaufschlagung mit einem externen Magnetfeld nicht reproduzierbar bereitgestellt werden kann. Auch hat sich herausgestellt, dass viele Kapseln in der Druckfarbe enthalten sind, die keinerlei Pigmente enthalten oder die in der Kapsel enthaltene Pigmente unbeweglich sind und somit nicht zu dem beschriebenen Effekt beitragen können. Des Weiteren weisen die hergestellten Kapseln eine große Varianz im Durchmesser auf, so dass sehr große Kapseln potentiell das Siebdruck-Sieb zum Aufbringen der Druckfarbe verstopfen und kleine Kapseln nicht mehr zum Bewegungseffekt und Kontrast beitragen können. Schließlich weist die Druckschicht viele Fehlstellen auf, was weiter zu einem geringen Kontrast führt. Dies kann beispielsweise durch verstopfte Öffnungen des Siebes bei Siebdruck durch zu große Kapseln bedingt sein.However, the contrast that can be achieved is low because the capsules are of different sizes and are sometimes filled with many pigments. These can lead to light scattering and thus to poor contrast. Furthermore, the pigments can block each other in the capsule, so that the desired orientation cannot be reproducibly provided by applying an external magnetic field. It has also been found that the printing ink contains many capsules that do not contain any pigments or that the pigments contained in the capsule are immobile and therefore cannot contribute to the effect described. Furthermore, the capsules produced have a large variance in diameter, so that very large capsules potentially clog the screen printing screen for applying the printing ink and small capsules can no longer contribute to the movement effect and contrast. Finally, the print layer has many defects, which further leads to low contrast. This can be caused, for example, by clogged openings in the screen during screen printing due to capsules that are too large.
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung optisch variabler Elemente sowie verbesserte optisch variable Elemente zur Herstellung einer Druckfarbe und/ oder eines Sicherheitselementes bereitzustellen.Based on this, it is therefore an object of the invention to provide an improved method for producing optically variable elements and improved optically variable elements for producing a printing ink and/or a security element.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The invention is defined in the independent claims. Advantageous further developments are specified in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung optisch variabler Elemente kann folgende Schritte aufweisen:
- - einen Pigmenterzeugungsschritt, in dem eine Mehrzahl von magnetischen Farbpigmenten so hergestellt werden, dass sie flach (bzw. plattenförmig) ausgebildet sind, eine gleiche Außenkontur mit einer maximalen lateralen Ausdehnung d aufweisen und die folgende Bedingung A erfüllen: 0 ≤ (ρd / d)2 < 0,2, wobei ρd die Standardabweichung der Verteilung der maximalen lateralen Ausdehnung d ist, und
- - einen Verkapselungsschritt, in dem jeweils mindestens ein magnetisches Farbpigment so verkapselt wird, dass eine Mehrzahl von Kapseln mit fester Hülle und flüssigem Kern, in dem das mindestens eine magnetische Farbpigment schwimmt und somit magnetisch ausrichtbar ist, vorliegt.
- - a pigment production step in which a plurality of magnetic color pigments are produced in such a way that they are flat (or plate-shaped), have the same outer contour with a maximum lateral extent d and meet the following condition A: 0 ≤ (ρ d / d ) 2 < 0.2, where ρ d is the standard deviation of the distribution of the maximum lateral extent d, and
- - an encapsulation step in which at least one magnetic color pigment is encapsulated in such a way that a plurality of capsules with a solid shell and a liquid core, in which the at least one magnetic color pigment floats and can therefore be magnetically aligned, are present.
Ein wesentlicher Punkt bei der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, die magnetischen Farbpigmente mit wohl definierter Außenkontur und der beschriebenen geringen Streuung der maximalen Ausdehnung d herzustellen.An essential point in the solution according to the invention is to produce the magnetic color pigments with a well-defined outer contour and the described low scatter of the maximum extent d.
Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass mittels eines Laser-Schreibers 3D-Strukturen in einen Photoresistlack geschrieben und anschließend mit Color-Shift-Interferenz-Schichten bedampft werden. Damit können z. B. sechseckige Pigmente mit einem Durchmesser von ca. 25 µm hergestellt werden.This can be achieved, for example, by using a laser writer to write 3D structures into a photoresist and then vaporizing them with color shift interference layers. This allows e.g. B. hexagonal pigments with a diameter of approximately 25 μm can be produced.
Im Verkapselungsschritt kann jeweils in einer Kapsel ein bis maximal fünf magnetische Farbpigmente verkapselt werden.In the encapsulation step, one to a maximum of five magnetic color pigments can be encapsulated in each capsule.
Die Kapseln können im Verkapselungsschritt so hergestellt werden, dass die Hülle der Kapseln einen Außendurchmesser D aufweist und die folgende Bedingung B erfüllt ist: 0 ≤ (ρD / D)2 < 0,3, wobei ρD die Standardabweichung der Verteilung des Außendurchmessers D ist.The capsules can be manufactured in the encapsulation step so that the shell of the capsules has an outer diameter D and the following condition B is satisfied: 0 ≤ (ρ D / D) 2 < 0.3, where ρ D is the standard deviation of the distribution of the outer diameter D is.
Im Pigmenterzeugungsschritt können die magnetischen Farbpigmente mit einem optisch variablen Dünnschichtsystem versehen werden.In the pigment production step, the magnetic color pigments can be provided with an optically variable thin-film system.
Der Pigmenterzeugungsschritt und der Verkapselungsschritt können so durchgeführt werden, dass folgende Bedingung C erfüllt ist: 1 < D'/d < 2,0, wobei D' der Innendurchmesser der Kapsel ist.The pigment production step and the encapsulation step can be carried out so that the following condition C is satisfied: 1 < D'/d < 2.0, where D' is the inner diameter of the capsule.
Die magnetischen Farbpigmente können im Pigmenterzeugungsschritt mit einer Dicke von größer oder gleich 0,5 µm sowie kleiner oder gleich 4 µm und einer maximalen lateralen Ausdehnung d von größer oder gleich 0,5 µm sowie kleiner oder gleich 50 µm hergestellt werden.The magnetic color pigments can be produced in the pigment production step with a thickness of greater than or equal to 0.5 µm and less than or equal to 4 µm and a maximum lateral dimension d of greater than or equal to 0.5 µm and less than or equal to 50 µm.
Die magnetischen Farbpigmente können im Pigmenterzeugungsschritt mit einer monodispersen Pigmentgrößenverteilung hergestellt werden, wobei für alle magnetischen Farbpigmente ein einziger die Bedingung A erfüllender Mittelwert für die maximale laterale Ausdehnung d vorliegt.The magnetic color pigments can be produced in the pigment production step with a monodisperse pigment size distribution, with a single average value for the maximum lateral extent d satisfying condition A being present for all magnetic color pigments.
Die magnetischen Farbpigmente können im Pigmenterzeugungsschritt mit einer bi- oder tri-modalen Pigmentgrößenverteilung hergestellt werden, bei denen für die magnetischen Farbpigmente zwei oder drei die Bedingung A erfüllende Mittelwerte für die maximale laterale Ausdehnung d vorliegt.The magnetic color pigments can be produced in the pigment production step with a bi- or tri-modal pigment size distribution, in which there are two or three mean values for the maximum lateral extent d that fulfill condition A for the magnetic color pigments.
Liegt eine bi- oder tri-modale Pigmentgrößenverteilung vor, so können durch einen oder mehrere Filtrationsschritte oder andere Trennungsverfahren ein oder zwei Mittelwerte der Verteilung ausgeschleust werden, sodass danach eine bi- oder monomodale Pigmentgrößenverteilung vorliegt.If there is a bi- or tri-modal pigment size distribution, one or two mean values of the distribution can be removed by one or more filtration steps or other separation processes, so that a bi- or mono-modal pigment size distribution is then present.
Der Verkapselungsschritt kann einen Teilschritt des Dispergierens der magnetischen Farbpigmente in einer Kernflüssigkeit und einen Teilschritt des Verkapselns der in der Kernflüssigkeit dispergierten magnetischen Farbpigmente umfassen.The encapsulation step may include a sub-step of dispersing the magnetic color pigments in a core liquid and a sub-step of encapsulating the magnetic color pigments dispersed in the core liquid.
Die magnetischen Farbpigmente und die feste Hülle können so hergestellt werden, dass sie einander abstoßen.The magnetic color pigments and the solid shell can be made to repel each other.
Es werden ferner optisch variable Elemente zur Herstellung einer Druckfarbe und/ oder eines Sicherheitsmerkmals bereitgestellt,
wobei die optisch variablen Elemente jeweils eine Kapsel mit fester Hülle und einem flüssigen Kern umfassen,
wobei in jeder Kapsel mindestens ein magnetisches Farbpigment im flüssigen Kern schwimmt und somit magnetisch ausrichtbar ist,
wobei die magnetischen Farbpigmente flach ausgebildet sind, eine gleiche Außenkontur mit einer maximalen lateralen Ausdehnung d aufweisen und so hergestellt sind, dass die folgende Bedingung A erfüllt ist:
- 0 ≤ (ρd / d)2 < 0,2, wobei ρd die Standardabweichung der Verteilung der maximalen lateralen Ausdehnung d ist.
wherein the optically variable elements each comprise a capsule with a solid shell and a liquid core,
whereby at least one magnetic color pigment floats in the liquid core in each capsule and can therefore be aligned magnetically,
wherein the magnetic color pigments are flat, have the same outer contour with a maximum lateral extent d and are manufactured in such a way that the following condition A is fulfilled:
- 0 ≤ (ρd / d) 2 < 0.2, where ρ d is the standard deviation of the distribution of the maximum lateral extent d.
In einer Kapsel können ein bis maximal fünf magnetische Farbpigmente verkapselt sein. Bevorzugt enthält jede Kapsel weniger als vier oder drei magnetische Farbpigmente und besonders bevorzugt enthält jede Kapsel genau ein magnetisches Farbpigment.One to a maximum of five magnetic color pigments can be encapsulated in a capsule. Each capsule preferably contains fewer than four or three magnetic color pigments and particularly preferably each capsule contains exactly one magnetic color pigment.
Die Kapseln können so hergestellt sein, dass die Hülle der Kapseln einen Außendurchmesser D aufweist und die folgende Bedingung B erfüllt ist:
- 0 ≤ (ρD / D)2 < 0,3, wobei ρD die Standardabweichung der Verteilung des Außendurchmessers D ist.
- 0 ≤ (ρ D / D) 2 < 0.3, where ρ D is the standard deviation of the distribution of the outer diameter D.
Die Kapseln sind bevorzugt kugelförmig.The capsules are preferably spherical.
Die magnetischen Farbpigmente können ein optisch variables Dünnschichtsystem aufweisen.The magnetic color pigments can have an optically variable thin-film system.
Die optisch variablen Elemente können so ausgebildet sein, dass die folgende Bedingung C erfüllt ist: 1 < D'/d < 2,0, wobei D' der Innendurchmesser der Kapsel ist.The optically variable elements can be designed such that the following condition C is met: 1 < D'/d < 2.0, where D' is the inner diameter of the capsule.
Die magnetischen Farbpigmente können eine Dicke von größer oder gleich 0,5 µm sowie kleiner oder gleich 4 µm und eine maximale laterale Ausdehnung d von größer oder gleich 0,5 µm sowie kleiner oder gleich 50 µm aufweisen.The magnetic color pigments can have a thickness of greater than or equal to 0.5 µm and less than or equal to 4 µm and a maximum lateral dimension d of greater than or equal to 0.5 µm and less than or equal to 50 µm.
Die magnetischen Farbpigmente können ferner Merkmale aufweisen, die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung optisch variabler Elemente (einschließlich seiner Weiterbildungen) offenbart sind. In gleicher Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung optisch variabler Elemente weitere Verfahrensschritte aufweisen, die in Verbindung mit den magnetischen Farbpigmenten beschrieben oder notwendig sind, um weitere Merkmale der magnetischen Farbpigmente (einschließlich ihrer Weiterbildungen) herzustellen.The magnetic color pigments can also have features that are disclosed in connection with the method according to the invention for producing optically variable elements (including its developments). In the same way, the method according to the invention for producing optically variable elements can have further process steps that are described in connection with the magnetic color pigments or are necessary in order to produce further features of the magnetic color pigments (including their developments).
Es wird ferner ein Sicherheitsmerkmal (bzw. Sicherheitselement) zur Anordnung an einem Wertelement, insbesondere einem Wertdokument, bereitgestellt, wobei das Sicherheitsmerkmal eine Mehrzahl der optisch variablen Elemente umfasst.Furthermore, a security feature (or security element) is provided for arrangement on a value element, in particular a value document, wherein the security feature comprises a plurality of the optically variable elements.
Als Sicherheitsmerkmal kann beispielsweise eine Druckfarbe verstanden werden, die eine Mehrzahl der optisch variablen Elemente umfasst. Ferner kann das Sicherheitsmerkmal z.B. als Transferelement oder als Folie oder Fenster mit Folienabdeckung auf dem Wertelement ausgebildet sein.A security feature can, for example, be understood as a printing ink that includes a plurality of optically variable elements. Furthermore, the security feature can be designed, for example, as a transfer element or as a film or window with a film cover on the valuable element.
Ferner wird ein Datenträger, insbesondere Chipkarte, Ausweisdokument und/ oder Wertdokument (beispielsweise eine Banknote), mit einem Sicherheitsmerkmal, das eine Mehrzahl der optisch variablen Elemente umfasst, bereitgestellt.Furthermore, a data carrier, in particular a chip card, identification document and/or document of value (for example a banknote), with a security feature that includes a plurality of the optically variable elements is provided.
Insbesondere sind folgende Eigenschaften der magnetischen Farbpigmente möglich. Sie können als magnetische Interferenz-Pigmente ausgebildet sein. Bevorzugt können sie zusätzlich folgende Details aufweisen:
- ◯ Einsatz von magnetischen Interferenz-Pigmenten, die hohen Farbkontrast und hohe Brillanz/ Intensität aufweisen.
- ◯ Es sind prinzipiell alle bekannten ColorShift-Aufbauten denkbar.
- ◯ Symmetrischer Pigment-Aufbau:
- Absorber - Dielektrikum - Reflektor - Magnetische Schicht - Reflektor - Dielektrikum - Absorber oder
- Absorber - Dielektrikum - Magnetischer Reflektor - Dielektrikum - Absorber oder
- Magnetischer Absorber - Dielektrikum - Magnetischer Reflektor - Dielektrikum - Magnetischer Absorber
- ◯ Es können zusätzliche Nanostrukturen durch das Prägen der Trennschicht (besonders beim Einsatz von wasserlöslichem UV-Lack oder Heißprägelack) auf das Pigment übertragen werden, wodurch sich zusätzliche Farbeffekte ergeben.
- ◯ Use of magnetic interference pigments that have high color contrast and high brilliance/intensity.
- ◯ In principle, all known ColorShift structures are conceivable.
- ◯ Symmetrical pigment structure:
- Absorber - dielectric - reflector - magnetic layer - reflector - dielectric - absorber or
- Absorber - dielectric - magnetic reflector - dielectric - absorber or
- Magnetic absorber - dielectric - magnetic reflector - dielectric - magnetic absorber
- ◯ Additional nanostructures can be transferred to the pigment by embossing the separating layer (especially when using water-soluble UV varnish or hot stamping varnish), resulting in additional color effects.
Es liegt in vorteilhafter Weise bei den magnetischen Pigmenten eine genau definierte Außenkontur vor. Diese kann z.B. rund (beispielsweise kreisförmig, oval, etc.), polygonförmig, (z.B. dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig, achteckig, etc.), sternförmig (z.B. mit 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr Zacken) sein. Die Außenkontur ist bevorzugt quadratisch und besonders bevorzugt sechseckig.Advantageously, the magnetic pigments have a precisely defined outer contour. This can be, for example, round (e.g. circular, oval, etc.), polygonal (e.g. triangular, square, pentagonal, hexagonal, heptagonal, octagonal, etc.), star-shaped (e.g. with 4, 5, 6, 7, 8 or more points ) be. The outer contour is preferably square and particularly preferably hexagonal.
Zur Herstellung der magnetischen Pigmente ist der Einsatz von wasserlöslichem oder wasserquellbarem UV-Prägelack/Heißprägelack und diversen Prägestrukturen, z.B. Plateaus oder Stege, sowie der Einsatz von Waschfarbe zum Ablösen der Pigmente möglich.To produce the magnetic pigments, it is possible to use water-soluble or water-swellable UV embossing varnish/hot embossing varnish and various embossing structures, e.g. plateaus or bars, as well as using washing ink to remove the pigments.
Die maximale laterale Ausdehnung d der magnetischen Pigmente kann z.B. als Durchmesser des kleinsten Kreises verstanden werden, der die Außenkontur des magnetischen Pigmentes vollständig umschließt. Daher wird die maximale laterale Ausdehnung d nachfolgend auch als Pigmentdurchmesser d bezeichnet.The maximum lateral extent d of the magnetic pigments can be understood, for example, as the diameter of the smallest circle that completely encloses the outer contour of the magnetic pigment. Therefore, the maximum lateral extent d is also referred to below as the pigment diameter d.
Die Außenkontur kann so gewählt sein, dass die folgende Bedingung erfüllt ist: 10 µm <= d <=50 µm; bevorzugt 15 µm <= d <= 40 µm; besonders bevorzugt 20 µm <= d <= 30 µm.The outer contour can be chosen so that the following condition is met: 10 µm <= d <=50 µm; preferably 15 µm <= d <= 40 µm; particularly preferably 20 µm <= d <= 30 µm.
Die magnetischen Pigmente können so hergestellt werden, dass ein monodisperse Pigmentgrößenverteilung oder mit sehr schmaler Verteilungskurve vorliegt. Unter einer monodispersen Pigmentgrößenverteilung wird hier insbesondere verstanden, dass alle hergestellten magnetischen Pigmente dieselbe Außenkontur mit möglichst demselben Pigmentdurchmesser aufweisen.The magnetic pigments can be produced in such a way that there is a monodisperse pigment size distribution or with a very narrow distribution curve. A monodisperse pigment size distribution is understood here in particular to mean that all magnetic pigments produced have the same outer contour with, if possible, the same pigment diameter.
Die Pigmentgrößenverteilung kann mittels einem PDI (Polydispersitätsindex) charakterisiert werden, mit PDI = (σd/d)2, wobei σd die Standardabweichung der Pigmentdurchmesserverteilung ist:
- 0 <= PDI < 0,2; bevorzugt 0 <= PDI < 0,01; besonders bevorzugt 0 <= PDI < 0,003
- 0 <= PDI <0.2; preferably 0 <= PDI <0.01; particularly preferably 0 <= PDI < 0.003
Die Pigmentgrößenverteilung weist zwei oder drei mittlere Pigmentdurchmesser mit der obigen Größenverteilung auf (bi- oder tri-modale Verteilung). Dies lässt sich z. B. durch das Mischen wohldefinierte Pigmente erreichen.The pigment size distribution has two or three average pigment diameters with the above size distribution (bi- or tri-modal distribution). This can be done e.g. B. achieve well-defined pigments by mixing.
Die magnetischen Pigmente werden bevorzugt so hergestellt, dass eine definierte Pigment-Dicke von 0,5 µm bis 4 µm, bevorzugt 0,7µm bis 3 µm, besonders bevorzugt 0,8µm bis 2µm vorliegt.The magnetic pigments are preferably produced in such a way that there is a defined pigment thickness of 0.5 μm to 4 μm, preferably 0.7 μm to 3 μm, particularly preferably 0.8 μm to 2 μm.
Zur Pigmentbeschichtung können folgende weitere Verfahrensschritte bzw. Merkmale angegeben werden:
- Es ist eine Beschichtung mit Silan- oder Phosphonsäure-Derivaten in nasschemischen Verfahren möglich.
- It is possible to coat with silane or phosphonic acid derivatives using wet chemical processes.
Die Silane können mit der allgemeinen Summenformel SiXR1R2R3 beschrieben werden. Wobei X ein Alkylrest mit hydrophoben Eigenschaften und R1, R2 und R3 organische oder anorganische Reste sind. Der Alkylrest X besteht aus 3 <= n =< 16 Kohlenstoffatomen, bevorzugt aus 6 <= n =< 9 Kohlenstoffatomen. Die Reste R1, R2 und R3 können unterschiedlich oder gleich sein. Wenn es sich um anorganische Reste handelt, sind diese Wasserstoff (H) oder Chlor (Cl). Sind sie organischer Natur handelt es sich um Alkoxy-Reste, die aus 1 <= m <= 4 Kohlenstoffatomen bestehen.The silanes can be described with the general molecular formula SiXR 1 R 2 R 3 . Where X is an alkyl radical with hydrophobic properties and R 1 , R 2 and R 3 are organic or inorganic radicals. The alkyl radical X consists of 3 <= n =< 16 carbon atoms, preferably of 6 <= n =< 9 carbon atoms. The radicals R 1 , R 2 and R 3 can be different or the same. If they are inorganic residues, they are hydrogen (H) or chlorine (Cl). If they are organic in nature, they are alkoxy radicals that consist of 1 <= m <= 4 carbon atoms.
Die Silane können mit der allgemeinen Summenformel SiXYR1R2 beschrieben werden. Wobei X und Y Alkylreste mit hydrophoben Eigenschaften und R1 und R2 organische oder anorganische Reste sind. Die Alkylreste X und Y können gleich oder verschieden sein. Sie besteht jeweils aus einer Kohlenstoffkette mit n Kohlenstoffen. Die Alkylreste enthalten 3 <= n =< 16 Kohlenstoffatome, bevorzugt 6 <= n =< 9 Kohlenstoffatome. Die Reste R1 und R2 können unterschiedlich oder gleich sein. Wenn es sich um anorganische Reste handelt, sind diese Wasserstoff (H) oder Chlor (Cl). Sind sie organischer Natur handelt es sich um Alkoxy-Reste, die eine Kohlenstoffkette mit m Kohlenstoffen enthalten. Die Alkoxy-Gruppen bestehen aus 1 <= m <= 4 Kohlenstoffatome.The silanes can be described with the general molecular formula SiXYR 1 R 2 . Where X and Y are alkyl radicals with hydrophobic properties and R 1 and R 2 are organic or inorganic radicals. The alkyl radicals X and Y can be the same or different. Each consists of a carbon chain with n carbons. The alkyl radicals contain 3 <= n =< 16 carbon atoms, preferably 6 <= n =< 9 carbon atoms. The radicals R 1 and R 2 can be different or the same. If they are inorganic residues, they are hydrogen (H) or chlorine (Cl). If they are organic in nature, they are alkoxy residues that contain a carbon chain with m carbons. The alkoxy groups consist of 1 <= m <= 4 carbon atoms.
Die Silane können mit der allgemeinen Summenformel SiZR1R2R3 beschrieben werden. Wobei Z einen organischen Rest mit hydrophoben Eigenschaften und R1, R2 und R3 organische oder anorganische Reste sind. Die Reste R1, R2 und R3 können unterschiedlich oder gleich sein. Wenn es sich um anorganische Reste handelt, sind diese Wasserstoff (H) oder Chlor (Cl). Sind sie organischer Natur handelt es sich um Alkoxy-Reste, die eine Kohlenstoffkette mit m Kohlenstoffen enthalten. Die Alkoxy-Gruppen bestehen aus 1 <= m <= 4 Kohlenstoffatome. Der organische Rest Z kann mit der allgemeinen Summenformel NXA1A2A3A4 beschrieben werden. Wobei N ein primäres, sekundäres, tertiäres oder quartäres Amin, A1, A2, A3 und A4 entsprechend Wasserstoffatome oder organische Alkylreste und X ein Gegenion aus der Gruppe der Halogene oder Pseudohalogene darstellt. Die Alkylreste können gleich oder unterschiedlich sein und bestehen aus einer Kohlenstoffkette mit n Kohlenstoffen. Die Alkylreste enthalten 3 <= n =< 16 Kohlenstoffatome, bevorzugt 6 <= n =< 9 Kohlenstoffatome.The silanes can be described with the general molecular formula SiZR 1 R 2 R 3 . Where Z is an organic radical with hydrophobic properties and R 1 , R 2 and R 3 are organic or inorganic radicals. The radicals R 1 , R 2 and R 3 can be different or the same. If they are inorganic residues, they are hydrogen (H) or chlorine (Cl). If they are organic in nature, they are alkoxy residues that contain a carbon chain with m carbons. The alkoxy groups consist of 1 <= m <= 4 carbon atoms. The organic radical Z can be described with the general molecular formula NXA 1 A 2 A 3 A 4 . Where N represents a primary, secondary, tertiary or quaternary amine, A 1 , A 2 , A 3 and A 4 correspond to hydrogen atoms or organic alkyl radicals and X represents a counterion from the group of halogens or pseudohalogens. The alkyl radicals can be the same or different and consist of a carbon chain with n carbons. The alkyl radicals contain 3 <= n =< 16 carbon atoms, preferably 6 <= n =< 9 carbon atoms.
Die Silane können mit der allgemeinen Summenformel SiWR1R2R3 beschrieben werden. Wobei W einen organischen Rest mit hydrophilen, ionischen und nicht-ionischen Eigenschaften und R1, R2 und R3 organische oder anorganische Reste sind. Der ionische, organische Rest W besteht aus einer Kohlenstoffkette mit n Kohlenstoffen und einer endständigen, polaren Gruppe. Die Kohlenstoffkette enthält 3 <= n =< 16 Kohlenstoffatome, bevorzugt n < 8 Kohlenstoffatome. Der nicht-ionische, organische Rest W besteht aus einer Kohlenstoffkette mit n Kohlenstoffen und einer Reihe Alkoxy-Einheiten. Die Kohlenstoffkette enthält 3 <= n =< 16 Kohlenstoffatome, bevorzugt n < 8 Kohlenstoffatome. Die Alkoxy-Gruppe besteht entweder aus Ethoxy- oder Propoxy-Einheiten. Es handelt sich dabei um p wiederholende Einheiten, wobei 2 <= p <= 15 gilt. Die Reste R1, R2 und R3 können unterschiedlich oder gleich sein. Wenn es sich um anorganische Reste handelt, sind diese Wasserstoff (H) oder Chlor (Cl). Sind sie organischer Natur handelt es sich um Alkoxy-Reste, die eine Kohlenstoffkette mit m Kohlenstoffen enthalten. Die Alkoxy-Gruppen bestehen aus 1 <= m <= 4 Kohlenstoffatome.The silanes can be described with the general molecular formula SiWR 1 R 2 R 3 . Where W is an organic radical with hydrophilic, ionic and non-ionic properties and R 1 , R 2 and R 3 are organic or inorganic radicals. The ionic, organic radical W consists of a carbon chain with n carbons and a terminal, polar group. The carbon chain contains 3 <= n =< 16 carbon atoms, preferably n < 8 carbon atoms. The non-ionic, organic radical W consists of a carbon chain with n carbons and a series of alkoxy units. The carbon chain contains 3 <= n =< 16 carbon atoms, preferably n < 8 carbon atoms. The alkoxy group consists of either ethoxy or propoxy units. These are p repeating units, where 2 <= p <= 15 applies. The radicals R 1 , R 2 and R 3 can be different or the same. If they are inorganic residues, they are hydrogen (H) or chlorine (Cl). If they are organic in nature, they are alkoxy residues that contain a carbon chain with m carbons. The alkoxy groups consist of 1 <= m <= 4 carbon atoms.
Die Phosphonsäure-Derivate können mit der allgemeinen Summenformel RPO(OH)2 beschrieben werden. R beschreibt einen Alkylrest mit n Kohlenstoffatomen, wobei 3 <= n <= 16 gilt.The phosphonic acid derivatives can be described with the general molecular formula RPO(OH) 2 . R describes an alkyl radical with n carbon atoms, where 3 <= n <= 16 applies.
Die Phosphonsäure-Derivate können mit der allgemeinen Summenformel ZPO(OH)2 beschrieben werden. Wobei Z einen organischen Rest mit hydrophoben Eigenschaften ist. Der organische Rest Z kann mit der allgemeinen Summenformel NXA1A2A3A4 beschrieben werden. N ist ein primäres, sekundäres, tertiäres oder quartäres Amin, A1, A2, A3 und A4 sind entsprechend Wasserstoffatome oder organische Alkylreste und X ist ein Gegenion aus der Gruppe der Halogene oder Pseudohalogene. Die Alkylreste können gleich oder unterschiedlich sein und bestehen aus einer Kohlenstoffkette mit n Kohlenstoffen. Die Alkylreste enthalten 3 <= n =< 16 Kohlenstoffatome, bevorzugt 6 <= n =< 9 Kohlenstoffatome.The phosphonic acid derivatives can be described with the general molecular formula ZPO(OH) 2 . Where Z is an organic residue with hydrophobic properties. The organic radical Z can be described with the general molecular formula NXA 1 A 2 A 3 A 4 . N is a primary, secondary, tertiary or quaternary amine, A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are respectively hydrogen atoms or organic alkyl radicals and X is a counterion from the group of halogens or pseudohalogens. The alkyl radicals can be the same or different and consist of a carbon chain with n carbons. The alkyl radicals contain 3 <= n =< 16 carbon atoms, preferably 6 <= n =< 9 carbon atoms.
Die Phosphonsäure-Derivate können mit der allgemeinen Summenformel ZPO(OH)2 beschrieben werden. Wobei Z einen organischen Rest mit hydrophilen, ionischen und nicht-ionischen Eigenschaften ist. Der ionische, organische Rest W besteht aus einer Kohlenstoffkette mit n Kohlenstoffen und einer end-ständigen, polaren Gruppe. Die Kohlenstoffkette enthält 3 <= n =< 16 Kohlenstoffatome, bevorzugt n < 8 Kohlenstoffatome. Der nicht-ionische, organische Rest W besteht aus einer Kohlenstoffkette mit n Kohlenstoffen und einer Reihe Alkoxy-Einheiten. Die Kohlenstoffkette enthält 3 <= n =< 16 Kohlenstoff-atome, bevorzugt n < 8 Kohlenstoffatome. Die besteht entweder aus Ethoxy- oder Propoxy-Einheiten. Es handelt sich dabei um p wiederholende Einheiten, wobei 2 <= p <= 15 gilt.The phosphonic acid derivatives can be described with the general molecular formula ZPO(OH) 2 . Where Z is an organic residue with hydrophilic, ionic and non-ionic properties. The ionic, organic radical W consists of a carbon chain with n carbons and a terminal polar group. The carbon chain contains 3 <= n =< 16 carbon atoms, preferably n < 8 carbon atoms. The non-ionic, organic radical W consists of a carbon chain with n carbons and a series of alkoxy units. The carbon chain contains 3 <= n =< 16 carbon atoms, preferably n < 8 carbon atoms. It consists of either ethoxy or propoxy units. These are p repeating units, where 2 <= p <= 15 applies.
Es kann eine magnetische Schicht im Inneren des magnetischen Pigmentes vorgesehen sein. Dabei sind folgende Schichten (bzw. Schichtsysteme möglich):
- - Eisen-Silicium-Legierungen mit den Zusammensetzungen FexSiy und den Schichtdicken 0,03
bis 0,7 µm - - Magnetische Schichten aus Eisen (Fe), Cobalt (Co) oder Nickel (Ni) und ihren Legierungen mit den Zusammensetzungen FexNiy, FexCoy und NixCoy
- - Aluminiumhaltige (Al) Legierungen mit den Zusammensetzungen FexAly, CoxAly und NixAly in den Schichtdicken 0,03
bis 1,0 µm - - Chromhaltige (Cr) Legierungen und Oxide mit den Zusammensetzungen FexCry, AlxFeyCrz, CrO2, CoxAlyCrz und NixAlyCrz in den Schichtdicken 0,03
bis 1,0 µm
- - Iron-silicon alloys with the compositions Fe x Si y and the layer thicknesses 0.03 to 0.7 µm
- - Magnetic layers made of iron (Fe), cobalt (Co) or nickel (Ni) and their alloys with the compositions Fe x Ni y , Fe x Co y and Ni x Co y
- - Aluminum-containing (Al) alloys with the compositions Fe x Al y , Co x Al y and Ni x Al y in layer thicknesses of 0.03 to 1.0 µm
- - Chromium-containing (Cr) alloys and oxides with the compositions Fe x Cr y , Al x Fe y Cr z , CrO 2 , Co x Al y Cr z and Ni x Al y Cr z in layer thicknesses of 0.03 to 1.0 µm
Zur Herstellung der magnetischen Pigmente kann es notwendig werden, eine Pigment Vereinzelung durchzuführen. Dies kann z.B. wie folgt realisiert werden:
- - Vereinzelung über Dissolver
- - Vereinzelung durch Dispergieranlagen, die nach dem Rotor-Stator-Prinzip arbeiten.
- - Vereinzelung durch Einsatz von Dispergieranlagen, die Pigmente durch Vakuum oder Unterdruck vereinzeln.
- - Vereinzelung über ein rotierendes Magnetfelderfolgen, wodurch sich Pigmente die übereinander Konglomerate bilden, vom Magnetfeld induziert auseinander bewegen.
- - Einsatz eines rotierenden Permanentmagneten
- - Einsatz eines mehrpoligen Elektromagneten und elektronische Erzeugung eines Drehfeldes beliebiger Frequenz
- - Vereinzelung über Ultraschall
- - Vorherige Entmagnetisierung mittels abklingenden Magnetfeld und anschließende Vereinzelung durch eine der genannten Methoden
- - Vorherige Entmagnetisierung durch Durchströmen mehrerer elektrisch erzeugter, gekoppelter Drehfelder mit abnehmenden Feldstärken und anschließende Vereinzelung durch eine der genannten Methoden
- - Vorherige Entmagnetisierung durch Erhitzen der Pigmente über ihre Curie-Temperatur und anschließendes Abkühlen. Die Vereinzelung erfolgt mittels einer der genannten Methoden.
- - Kombination der beschriebenen Methoden.
- - Separation via dissolver
- - Separation by dispersion systems that work according to the rotor-stator principle.
- - Separation by using dispersing systems that separate pigments using vacuum or negative pressure.
- - Separation occurs via a rotating magnetic field, whereby pigments that form conglomerates on top of each other move apart induced by the magnetic field.
- - Use of a rotating permanent magnet
- - Use of a multi-pole electromagnet and electronic generation of a rotating field of any frequency
- - Separation via ultrasound
- - Previous demagnetization using a decaying magnetic field and subsequent separation using one of the methods mentioned
- - Previous demagnetization by flowing through several electrically generated, coupled rotating fields with decreasing field strengths and subsequent isolation using one of the methods mentioned
- - Previous demagnetization by heating the pigments above their Curie temperature and then cooling them. Separation is carried out using one of the methods mentioned.
- - Combination of the methods described.
Für die Herstellung der magnetischen Pigmente können Prägeformen verwendet werden, die z.B. wie folgt hergestellt werden können:
- In dem Herstellungsprozess können drei verschiedene Strukturen zur Erzeugung der Pigmente eingesetzt werden. Jeder der Strukturen setzt sich aus regelmäßigen, geometrischen Substrukturen zusammen. Diese Substrukturen können z.B. rund (beispielsweise kreisförmig, oval, etc.), polygonförmig, (z.B. dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig, achteckig, etc.), sternförmig (z.B.
4, 5, 6, 7, 8 oder mehr Zacken) sein. Bevorzugt werden quadratische oder hexagonale Substrukturen verwendet, wobei die hexagonale Substrukturen besonders bevorzugt sind. Die Pigmentgröße ist direkt proportional zur Größe der geometrischen Substrukturen.mit
- In the manufacturing process, three different structures can be used to produce the pigments. Each of the structures is composed of regular, geometric substructures. These substructures can be, for example, round (e.g. circular, oval, etc.), polygonal (e.g. triangular, square, pentagonal, hexagonal, heptagonal, octagonal, etc.), star-shaped (e.g. with 4, 5, 6, 7, 8 or more be spikes). Square or hexagonal substructures are preferably used, with hexagonal substructures being particularly preferred. The pigment size is directly proportional to the size of the geometric substructures.
Der erste Strukturtyp kann beispielsweise Hexagone umfassen, die sich an den Kanten berühren. Dadurch ist jedes Hexagon durch sechs weitere Hexagone umgeben. Die Hexagone weisen einen Höhenversatz auf, sodass keine zwei nebeneinander liegende Polygone auf derselben Höhe liegen. Der Höhenversatz h beträgt von Niveau zu Niveau 0,5 < h ≤ 4 µm. Aufgrund ihrer Anordnung wird dieser Strukturtyp im Folgenden als „Plateau-Struktur“ bezeichnet.The first type of structure can, for example, include hexagons that touch each other at the edges. This means that each hexagon is surrounded by six other hexagons. The hexagons have a height offset so that no two adjacent polygons are at the same height. The height offset h is 0.5 < h ≤ 4 µm from level to level. Due to their arrangement, this type of structure is referred to below as a “plateau structure”.
Der zweite Strukturtyp umfasst zur Veranschaulichung ebenfalls Hexagone. Bei diesem Typ grenzen die einzelnen Polygone ebenfalls an den Kanten aneinander, jedoch ist zwischen allen Kanten ein Abstand. Alle Hexagone liegen im Wesentlichen auf der gleichen Höhe. Der Abstand hat ein grabenähnliches Aussehen und weist im Querschnitt ein U-, V-, Halbkreis- oder Vierkantprofil auf. Der Graben hat eine Tiefe t von maximal 6 µm, bzw. 0,5 < t ≤ 6 µm und eine Breite b von 0,5 < b ≤ 6 µm. Der Strukturtyp wird im Folgenden als „Graben-Struktur“ bezeichnet.The second type of structure also includes hexagons for illustrative purposes. In this type, the individual polygons also border each other at the edges, but there is a distance between all edges. All hexagons are essentially at the same height. The spacing has a trench-like appearance and has a U, V, semicircular or square profile in cross section. The trench has a depth t of a maximum of 6 µm, or 0.5 < t ≤ 6 µm and a width b of 0.5 < b ≤ 6 µm. The structure type is hereinafter referred to as a “trench structure”.
Der dritte Strukturtyp umfasst zur Veranschaulichung ebenfalls Hexagone. Bei diesem Typ grenzen die einzelnen Polygone ebenfalls an den Kanten aneinander, jedoch ist zwischen allen Kanten ein Abstand. Alle Hexagone liegen im Wesentlichen auf der gleichen Höhe. Der Abstand hat ein bergkammähnliches Aussehen und weist im Querschnitt ein umgekehrtes U-, V-, Halbkreis- oder Vierkantprofil auf. Der Kamm hat eine Höhe hk von maximal 6 µm, bzw. 0,5 < hk ≤ 6 µm und eine Breite b von 0,5 < b ≤ 6 µm. Der Strukturtyp wird im Folgenden als „Kamm-Struktur“ bezeichnet.The third type of structure also includes hexagons for illustration. In this type, the individual polygons also border each other at the edges, but there is a distance between all edges. All hexagons are essentially at the same height. The spacing has a ridge-like appearance and has an inverted U, V, semicircle or square profile in cross section. The comb has a height h k of a maximum of 6 µm, or 0.5 < h k ≤ 6 µm and a width b of 0.5 < b ≤ 6 µm. The structure type is referred to below as a “comb structure”.
Die (hexagonalen) Grundflächen können leicht zu einander in der Höhe versetzt oder gegenüber der Grundfläche leicht verkippt zueinander sein.The (hexagonal) base areas can be slightly offset in height or slightly tilted relative to the base area.
Der zweite und dritte Strukturtyp können invers zueinander sein.The second and third structure types can be inverse to each other.
Es ist möglich, zusätzliche Nanostrukturen auf die regelmäßigen, geometrischen Substrukturen aufzubringen. Diese zusätzlichen Nanostrukturen können holographische oder andere optische Effekte oder Oberflächeneffekte erzeugen.It is possible to apply additional nanostructures to the regular, geometric substructures. These additional nanostructures can create holographic or other optical or surface effects.
Bei Strukturtyp zwei und drei können die Abstände durchgehend oder unterbrochen sein. Auf diese Weise kann auf die Effizienz der Sollbruchstelle Einfluss genommen werden.For structure types two and three, the spacing can be continuous or interrupted. In this way, the efficiency of the predetermined breaking point can be influenced.
Bei allen drei Strukturtypen sind die Oberflächen um den Winkel α gekippt. Sie liegen somit nicht zwingend parallel zur Oberfläche und können auch untereinander / zueinander verkippt sein. Für den Winkel α gilt:
- 0° ≤ α < 90°. Bevorzugt sind α < 45° und besonders bevorzugt α < 20°.
- 0° ≤ α < 90°. α <45° is preferred and α <20° is particularly preferred.
Die drei Strukturtypen werden auf lithographischen Weg in eine Polymermatrix geschrieben, welche anschließend galvanisch abgeformt und vervielfältigt wird. Am Ende dieses Prozesses wird ein metallisches Prägewerkzeug erhalten, dass vollflächig die gewünschten Strukturtypen und Substrukturen aufweist. Dieses Prägewerkzeug wird für die nachfolgenden Prozessschritte verwendet.The three structure types are written lithographically into a polymer matrix, which is then galvanically molded and reproduced. At the end of this process, a metallic embossing tool is obtained that has the desired structure types and substructures over its entire surface. This embossing tool is used for the subsequent process steps.
Es kann ein wasserablösbarer strukturierbarer Release-Coat (UV/Heißpräge/ Waschfarbe) verwendet werden.A water-removable, structurable release coat (UV/hot stamping/wash ink) can be used.
Aus
Ein Trägersubstrat (z.B. PET-Folie, gegebenenfalls druckvorbehandelt) wird gegebenenfalls mit Corona behandelt und mit einem Prägelack beschichtet, in welchen die definierten Strukturen geprägt werden. Zusätzlich zu den geprägten Sollbruchstellen, die die Pigmentgröße und -form definieren, können optional Strukturen geprägt werden, die die Oberflächenstruktur der Pigmente bestimmen. Diese Strukturen können die physikalischen sowie optischen Eigenschaften der Pigmente ändern oder als forensisches Merkmal dienen. Bei den Strukturen kann es sich um Nanostrukturen, Hologrammgitter oder Mikrostrukturen handeln. Typischerweise ist die Höhe dieser Oberflächenstrukturen kleiner als die der geprägten Sollbruchstrukturen, damit diese nicht als solche fungieren. Die in den Lack geprägten Oberflächenstrukturen werden auf das Pigment übertragen.A carrier substrate (e.g. PET film, optionally pre-treated for printing) is optionally treated with corona and coated with an embossing varnish in which the defined structures are embossed. In addition to the embossed predetermined breaking points that define the pigment size and shape, structures that determine the surface structure of the pigments can optionally be embossed. These structures can change the physical and optical properties of the pigments or serve as a forensic feature. The structures can be nanostructures, hologram grids or microstructures. Typically, the height of these surface structures is smaller than that of the embossed predetermined breaking structures so that they do not function as such. The surface structures embossed into the paint are transferred to the pigment.
Nach oder zeitgleich mit dem Prägen des Prägelacks erfolgt das UV-Härten des UV-Prägelacks bzw. das Härten mittels einer Heizwalze im Fall der Verwendung eines Heißprägelacks. Nach der Härtung ist die Prägelackschicht mit Wasser ablösbar (wasserlöslich oder wasserquellbar). Es ist sehr vorteilhaft für die Wasserablösbarkeit, wenn die Prägelackschicht nicht vollständig ausgehärtet ist.After or at the same time as the embossing of the embossing varnish, the UV hardening of the UV embossing varnish takes place or the hardening takes place using a heating roller in the case of using a hot embossing varnish. After curing, the embossed lacquer layer can be removed with water (water-soluble or water-swellable). It is very advantageous for water removability if the embossing lacquer layer is not completely cured.
Mithilfe der folgenden Parameter könnte der Aushärtegrad der UV-Prägelackschicht im Prägeprozess beeinflusst werden: Art des UV-Strahlers (konventioneller (eisendotierter) Quecksilber-Mitteldruckstrahler oder UV-LED-Strahler), Menge geeigneter Photoinitiatoren (wellenlängenabhängig), Temperatureintrag während des Prägeprozesses, Zugabe von Kettenüberträgern.The degree of curing of the UV embossing lacquer layer in the embossing process could be influenced using the following parameters: Type of UV emitter (conventional (iron-doped) mercury medium-pressure emitter or UV LED emitter), amount of suitable photoinitiators (wavelength-dependent), temperature input during the embossing process, addition of chain carriers.
Geeignete Rohstoffe für den UV-Prägelack sind Präpolymere und/oder Reaktivverdünner, wie Polyethylenglykoldiacrylat, ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, Acryloylmorpholin (siehe z.B. die Schrift
Rezeptur-Beispiele für einen wasserquellbaren UV-Prägelack:
- ◯ 75-90% Photomer 4159 (IGM)
- ◯ 5-20% ACMO
- ◯ 0,5-3% Polysiloxan-Tensid
- ◯ 2-7% Omnirad 2100 oder
- ◯ 75-93% Photomer 4056 (IGM)
- ◯ 5-20 % Photomer 4054
- ◯ 2-7% Omnirad 2100
- ◯ 75-90% Photomer 4159 (IGM)
- ◯ 5-20% ACMO
- ◯ 0.5-3% polysiloxane surfactant
- ◯ 2-7% Omnirad 2100 or
- ◯ 75-93% Photomer 4056 (IGM)
- ◯ 5-20% Photomer 4054
- ◯ 2-7% Omnirad 2100
Einsatz wasserablösbarer (ggf. wasserlöslicher), optional UV-vernetzbarer Dual-Cure-Thermoplaste:
- Rezeptur z.B:
- ◯ 95 % Laromer 8983 + 5 % Irgacure 819 DW
- ◯ 75 % Laromer 8983 + 20 % Laromer 9005 + 5 % Irgacure 819 DW
- Recipe e.g.:
- ◯ 95% Laromer 8983 + 5% Irgacure 819 DW
- ◯ 75% Laromer 8983 + 20% Laromer 9005 + 5% Irgacure 819 DW
Die Aushärtung/ Belichtung wird nur soweit durchgeführt, wie dies (Filmbildung und Vernetzung) für einen guten Release und die nachfolgenden Metallisierung (Temperaturbeständigkeit) erforderlich ist. Das Prägen wird in den Thermoplasten bevorzugt vor einer optionalen UV-Härtung durchgeführt.Curing/exposure is only carried out to the extent necessary (film formation and crosslinking) for a good release and subsequent metallization (temperature resistance). Embossing is preferably carried out in the thermoplastics before optional UV curing.
Optional kann entweder der mit den Sollbruchstrukturen geprägte wasserlösliche/wasserquellbare Lack oder der wasserunlösliche, geprägte UV-Lack mit einer Waschfarbe bedruckt werden, die im späteren Waschprozess die Ablösung der wohl-geformten Pigmente unterstützt oder im Falle des nicht löslichen UV-Lackes erst ermöglicht.Optionally, either the water-soluble/water-swellable varnish embossed with the predetermined breaking structures or the water-insoluble, embossed UV varnish can be printed with a washing ink, which supports the detachment of the well-formed pigments in the later washing process or, in the case of the insoluble UV varnish, makes it possible.
Eine Metallisieren kann wie folgt durchgeführt werden:
- Nach der Härtung des Prägelacks wird die gehärtete Prägelackschicht metallisiert. Die Pigmentmaterialschicht ist eine optisch wirksame Funktionsschicht mit zusätzlicher magnetischer Schicht, vorzugsweise ein farbkippendes Dünnschichtsystem mit der Schichtenfolge Absorber/ Dielektrikum/ Reflektor/ magnetische Schicht/ Reflektor/ Dielektrikum/ Absorber oder Absorber/Dielektrikum/Magnetischer Reflektor/Dielektrikum/ Absorber. Das Dünnschichtsystem kann dabei durch Elektronenstrahlverdampfer oder andere gängige PVD-Systeme aufgebracht werden.
- After the embossing varnish has hardened, the hardened embossing varnish layer is metallized. The pigment material layer is an optically effective functional layer with an additional magnetic layer, preferably a color-shifting thin-film system with the layer sequence absorber/dielectric/reflector/magnetic layer/reflector/dielectric/absorber or absorber/dielectric/magnetic reflector/dielectric/absorber. The thin film system can be applied using electron beam evaporators or other common PVD systems.
Im Falle des Einsatzes von Waschfarbe erfolgt die Metallisierung nach der Bedruckung des Prägelackes mit der entsprechenden Waschfarbe.If washing ink is used, the metallization takes place after the embossing varnish has been printed with the corresponding washing ink.
Ein optionales Waschen kann wie folgt durchgeführt werden:
- In einem Rolle-zu-Rolle Prozess wird das beschichtete bzw. metallisierte Substrat durch ein (gegebenenfalls heißes) Wasserbad gefahren und somit (gegebenenfalls mithilfe mechanischer Prozesse, wie Bürsten im Wasserbad oder über eine Rolle vor dem Wasserbad) die mit Wasser ablösbare Prägelackschicht aufgelöst oder gequollen, oder die Schicht der Waschfarbe an- oder aufgelöst, sodass die aufgedampfte Metallisierung gewissermaßen abgesprengt wird und die wohlgeformten, plättchenförmigen Effektpigmente gewonnen werden. Wenn der Prägelack wasserlöslich ist, werden die Pigmente abgetrennt (z.B. durch Dekantieren) und gewaschen. Wenn der Prägelack wasserquellbar ist, werden die Pigmente von gegebenenfalls im Wasser schwimmenden Prägelackstücken, die sich vom Trägersubstrat abgelöst haben, abgetrennt (z.B. durch Dekantieren, oder evtl. durch Abtrennen aufgrund von magnetischen Eigenschaften der Pigmente). Das Ablösen erfolgt mit Wasser, vorzugsweise in basischer Wasserlösung (Verseifung und Rückbildung der Carbanionen). Die Basizität kann über NaOH, Ammoniak, Amine und in wässriger Lösung basisch reagierende Salze, wie beispielsweise Alkalicarbonate erzeugt werden.
- In a roll-to-roll process, the coated or metallized substrate is passed through a (possibly hot) water bath and thus (if necessary with the help of mechanical processes, such as brushing in the water bath or using a roller in front of the water bath) the water-removable embossing varnish layer is dissolved or swollen, or the layer of washing color dissolves or dissolves, so that the vapor-deposited metallization is, so to speak, blasted off and the well-formed, platelet-shaped effect pigments are obtained. If the embossing varnish is water-soluble, the pigments are separated (e.g. by decanting) and washed. If the embossing varnish is water-swellable, the pigments are separated from any pieces of embossing varnish floating in the water that have detached from the carrier substrate (for example by decanting, or possibly by separating due to the magnetic properties of the pigments). The removal is carried out with water, preferably in a basic water solution (saponification and regression of the carbanions). The basicity can be generated via NaOH, ammonia, amines and salts that react basicly in aqueous solution, such as alkali metal carbonates.
Die Pigmentherstellung kann auch folgendermaßen ablaufen. Auf eine Trägerfolie (z. B. PET, gegebenenfalls druckvorbehandelt) wird ein wasserlöslicher oder wasserquellbarer UV-Lack gedruckt, die Graben-Strukturen eingeprägt und gehärtet. Dieser Lack verfügt über Eigenschaften, die die Haftung der Metallisierung reduzieren. Auch Heißprägelacke mit entsprechenden Eigenschaften sind hierfür denkbar. Diese Folie wird mit einem der genannten Schichtaufbauten nach dem PVD-Verfahren bedampft.
Eine zweite Trägerfolie (z. B. PET, gegebenenfalls druckvorbehandelt) wird mit einem bevorzugt wasserlöslichen, klebfähigen Lack bedruckt. Beide Rollen werden aufeinander kaschiert, so dass die Druckschichten übereinander liegen. Nach einer Ruhezeit von bis zu sieben Tagen werden die Folien trenngewickelt. Dabei werden die erhöhten, metallisierten Hexagone auf die klebrige Folie übertragen. Durch Waschen des bevorzugt wasserlöslichen, klebfähigen Lacks werden einzelne Pigmente erhalten.Pigment production can also proceed as follows. A water-soluble or water-swellable UV varnish is printed onto a carrier film (e.g. PET, optionally pre-printed), the trench structures are embossed and hardened. This paint has properties that reduce the adhesion of the metallization. Hot stamping varnishes with corresponding properties are also conceivable for this. This film is vapor-coated with one of the layer structures mentioned using the PVD process.
A second carrier film (e.g. PET, optionally pre-treated for printing) is printed with a preferably water-soluble, adhesive varnish. Both rolls are laminated on top of each other so that the print layers lie on top of each other. After a rest period of up to seven days, the films are separated. The raised, metallized hexagons are transferred to the sticky film. Individual pigments are obtained by washing the preferably water-soluble, adhesive varnish.
Entwässerung 1
Optional kann vor der Oberflächenbehandlung der Pigmente bei sehr geringem Pigmentanteil im Waschmedium (siehe Punkt „Waschen“) ein Entwässerungsschritt implementiert werden, um das Pigment im Waschmedium aufzukonzentrieren. Dies lässt sich beispielsweise durch eine Dekanterzentrifuge oder eine Kammerfilterpresse bewerkstelligen. Hierbei lässt ein Filterkuchen bzw. ein Pigmentslurry mit einem Feststoffgehalt von größer 5% und kleiner 95% erreichen, welches vom Filtrat abgetrennt werden kann.Optionally, a dewatering step can be implemented before the surface treatment of the pigments if the pigment content in the washing medium is very low (see point “Washing”) in order to concentrate the pigment in the washing medium. This can be accomplished, for example, with a decanter centrifuge or a chamber filter press. A filter cake or a pigment slurry with a solids content of greater than 5% and less than 95% can be achieved, which can be separated from the filtrate.
OberflächenbehandlungSurface treatment
Die Oberflächenbehandlung kann über nasschemische Prozesse erfolgen.The surface treatment can be carried out using wet chemical processes.
Die entwässerten, feuchten Pigmente werden z.B. in einem Lösemittel mit dem Gewichtsanteil w, der zwischen 5 und 75 % betragen kann, suspendiert. Das Lösemittel ist im Anwendungsbereich zwischen 5 und 95 °C flüssig und kann entweder organisch oder anorganisch sein. Als Lösemittel eignen sich Wasser, niedrige Alkohole bis sechs Kohlenstoffatome, Alkane ab fünf Kohlenstoffatome, Toluol, Xylole, organische Carbonate, DMSO, Ketone bis acht Kohlenstoffatome, cyclische und acyclische Ether ab zwei Kohlenstoffatome, Aldehyde bis sechs Kohlenstoffatome und Carbonsäuren bis sechs Kohlenstoffatome.The dewatered, moist pigments are suspended, for example, in a solvent with the weight proportion w, which can be between 5 and 75%. The solvent is liquid in the application range between 5 and 95 °C and can be either organic or inorganic. Suitable solvents include water, lower alcohols up to six carbon atoms, alkanes from five carbon atoms, toluene, xylenes, organic carbonates, DMSO, ketones up to eight carbon atoms, cyclic and acyclic ethers from two carbon atoms, aldehydes up to six carbon atoms and carboxylic acids up to six carbon atoms.
Durch Zugabe einer Säure oder Base, die im Lösemittel löslich ist, wird der pH-Wert eingestellt. Die Säuren beinhalten Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, Kohlensäure, Citronensäure, Methansäure, Ethansäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure oder Weinsäure. Die Basen beinhalten Ammoniak und seine organischen Derivate aus der Gruppe der Amine, wobei ein, zwei oder drei Wasserstoffatome des Ammoniaks durch organische Reste substituiert sein können, und wässrige Lösungen von Ammoniak, Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid. Auch pH-Wert-verändernde Salze aus den genannten Säuren und Basen können verwendet werden. Der angestrebte pH-Wert liegt zwischen pH = 2 und pH = 11. Die eingesetzte Säure oder Base beziehungsweise das eingesetzte Salz muss in der eingesetzten Menge mit dem Lösemittel mischbar sein, darf keine Reaktionen, Nebenreaktionen eingehen oder separate Phasen bilden.The pH value is adjusted by adding an acid or base that is soluble in the solvent. The acids include hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, carbonic acid, citric acid, methanoic acid, ethanoic acid, oxalic acid, succinic acid or tartaric acid. The bases include ammonia and its organic derivatives from the group of amines, where one, two or three hydrogen atoms of ammonia can be substituted by organic radicals, and aqueous solutions of ammonia, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide. pH-changing salts made from the acids and bases mentioned can also be used. The desired pH value is between pH = 2 and pH = 11. The acid or base or salt used must be miscible with the solvent in the amount used and must not enter into any reactions, side reactions or form separate phases.
Das Reaktionsgemisch wird durch die Zugabe eines organischen Silan- oder Phosphonsäure-Derivate vervollständigt. Beide Verbindungsklassen sollen die Oberflächeneigenschaften verbessern und die Pigmente allgemein vor chemischen Angriffen schützen. Die verbesserten Eigenschaften zeigen sich in erhöhter Hydrophilie, Lipophilie, Amphiphilie und/ oder zusätzliche reaktive, organische, funktionelle Gruppen, wie Acrylat-Gruppen oder Doppelbindungen. Die eingesetzte Menge richtet sich nach der eingesetzten Pigmentmenge und beträgt zwischen 1 und 10 %. Bevorzugt werden < 5 %. An dieser Stelle wird exemplarisch das Dynasylan PTMO von Evonik Industries AG genannt. Im Anschluss an die Zudosierung des Beschichtungsmaterials reagiert das Reaktionsgemisch in einem Reaktor unter kontinuierlichem Rühren oder Umwälzen für bis zu 8 h. Die Reaktionstemperatur liegt dabei zwischen 15 und 80 °C, bevorzugt zwischen 15 und 50 °C.The reaction mixture is completed by adding an organic silane or phosphonic acid derivative. Both classes of compounds are intended to improve surface properties and generally protect the pigments from chemical attacks. The improved properties are reflected in increased hydrophilicity, lipophilicity, amphiphilicity and/or additional reactive, organic, functional groups, such as acrylate groups or double bonds. The amount used depends on the amount of pigment used and is between 1 and 10%. <5% is preferred. The Dynasylan PTMO from Evonik Industries AG is mentioned as an example here. Following the addition of the coating material, the reaction mixture reacts in a reactor with continuous stirring or circulation for up to 8 hours. The reaction temperature is between 15 and 80 °C, preferably between 15 and 50 °C.
Die Oberfläche kann vor dem eigentlichen Behandlungsschritt mit einer Wasserstoffperoxidlösung aktiviert werden. Der Wasserstoffperoxidgehalt beträgt zwischen 1 und 15 %, bevorzugt < 10 %.The surface can be activated with a hydrogen peroxide solution before the actual treatment step. The hydrogen peroxide content is between 1 and 15%, preferably <10%.
Entwässerung 2
Vor der Endtrocknung der Pigmente müssen die Reaktionsreagenzien der Oberflächenbehandlung vom Pigment getrennt werden. Hierbei wird das Pigment erneut über eine Dekanterzentrifuge oder eine Kammerfilterpresse filtriert und der Filterkuchen bzw. das Pigmentslurry gewonnen. Optional kann das Pigment erneut mit einer Reinigungsflüssigkeit (z.B. Wasser) aufgeschwemmt, gespült und erneut entwässert werden. Hierbei lässt ein Filterkuchen bzw. ein Pigmentslurry mit einem Feststoffgehalt von größer 5 % und kleiner 95 % erreichen, welches vom Filtrat abgetrennt werden kann.Before the final drying of the pigments, the reaction reagents of the surface treatment must be separated from the pigment. Here, the pigment is filtered again using a decanter centrifuge or a chamber filter press and the filter cake or pigment slurry is obtained. Optionally, the pigment can be resuspended with a cleaning liquid (e.g. water), rinsed and dewatered again. A filter cake or a pigment slurry with a solids content of greater than 5% and less than 95% can be achieved, which can be separated from the filtrate.
Trocknungdrying
Um das Pigment zu trocknen wird der feuchte Filterkuchen/Pigmentslurry in ein Trocknersystem gegeben. Dies kann z.B. ein Vakuumtrockner sein. Das Pigment wird mit einer Restfeuchte unterhalb von 10 % endgetrocknet.To dry the pigment, the moist filter cake/pigment slurry is placed in a dryer system. This can be, for example, a vacuum dryer. The pigment is finally dried with a residual moisture content of less than 10%.
Sichtungsighting
Gegenfalls fallen im Pigmentfertigungsprozess Pigmentfragmente oder Pigmentverbunde an, z.B. durch mechanische Beanspruchung oder Verklebung des Pigmentes während der Oberflächenbehandlung, Entwässerung oder Trocknung. Um das Oberkorn und Unterkorn zu sichtigen, d.h. von Pigmenten der Wunschgröße zu trennen, können Zyklonsichter und Siebsysteme verwendet werden.Alternatively, pigment fragments or pigment composites arise in the pigment production process, e.g. due to mechanical stress or sticking of the pigment during surface treatment, dewatering or drying. In order to sift the upper and lower grains, i.e. to separate them from pigments of the desired size, cyclone sifters and sieve systems can be used.
Kapseln - Definition und HerstellungCapsules - definition and production
Definition/Ziele der VerkapselungDefinition/goals of encapsulation
Kern-Hülle System:
- - Das Pigment wird in einem flüssigen Kern beweglich, in einer festen Hülle verkapselt.
- - Das Pigment schwimmt im flüssigen (bevorzugt ölhaltigen) Kern
- - Das Pigment wird mit chemischen Mitteln im Zentrum gehalten
- - Das Pigment wird von der Kapselwand abgestoßen
- - Die Kapsel enthält genau ein Pigment oder nur wenige Pigmente
- - The pigment becomes mobile in a liquid core and encapsulated in a solid shell.
- - The pigment floats in the liquid (preferably oily) core
- - The pigment is held in the center using chemical means
- - The pigment is expelled from the capsule wall
- - The capsule contains exactly one pigment or only a few pigments
Aus dem Kapselaußendurchmesser D und der Stärke der Kapselhülle h ergibt sich der Durchmesser D' für den flüssigen Kapselkern zu: D' = D - 2h (entspricht somit dem Innendurchmesser der Kapselhülle).From the capsule outer diameter D and the thickness of the capsule shell h, the diameter D' for the liquid capsule core results in: D' = D - 2h (thus corresponds to the inside diameter of the capsule shell).
Der flüssige Kapselkern ist nur wenig größer als das Pigment:
Die Kapsel hat einen genau definierten Außendurchmesser mit geringer Schwankung.The capsule has a precisely defined outer diameter with little fluctuation.
Diese Schwankung kann z.B. über den Zielwert des Kapsel-Außendurchmessers D und/oder dem Polydispersitätsindex (PDI') definiert werden:
Kapselgrößenverteilung charakterisiert als PDI' mit PDI' = (σD/D)2, wobei σD die Standardabweichung der Kapsel-Außendurchmesserverteilung ist:
Die Kapselverteilung kann als monomodale Verteilung vorliegen (es liegt genau ein mittlerer Kapselaußendurchmesser vor) oder kann z.B. zwei oder drei mittlere Kapselaußendurchmesser mit der obigen Größenverteilung aufweisen (bi- oder tri-modale Verteilung).The capsule distribution can be a monomodal distribution (there is exactly one average capsule outer diameter) or can, for example, have two or three average capsule outer diameters with the above size distribution (bi- or tri-modal distribution).
Jede Kapsel enthält nur wenige Pigmente, bevorzugt weniger als 6, 5, 4 oder 2 Pigmente. Besonders bevorzugt enthält eine Kapsel genau 1 Pigment.Each capsule contains only a few pigments, preferably less than 6, 5, 4 or 2 pigments. One capsule particularly preferably contains exactly 1 pigment.
Es werden Verkapselungsverfahren verwendet, die eine äußerst schmale Größenverteilung der Kapseln begünstigen. Folgende Verfahren können z.B. eingesetzt werden:
- ◯ Mikrofluidik
- - Einsatz von zwei oder mehr Fluiden in einem einstufigen Prozess
- - Einsatz von zwei oder mehr Fluiden in einem mehrstufigen Prozess
- - Step-Emulsification-Reaktoren
- - Co-Flow-Reaktoren
- - Flow-Focusing-Reaktoren
- - Microchannel-Emulsification
- ◯ Co-Extrusion
- - Einsatz monozentrischen oder konzentrischen Düsen
- - Einsatz von zwei oder mehr Fluiden in einem einstufigen Prozess
- - Einsatz von zwei oder mehr Fluiden in einem mehrstufigen Prozess
- - Tropfenbildung mittels Vibration
- - Tropfenbildung über periodische Druckschwankungen der kontinuierlichen/ äußeren Phase
- • Beschreibung der Kapsel-Herstellung durch Mikrofluidik
- ◯ Microfluidics
- - Use of two or more fluids in a one-step process
- - Use of two or more fluids in a multi-stage process
- - Step emulsification reactors
- - Co-flow reactors
- - Flow focusing reactors
- - Microchannel emulsification
- ◯ Co-extrusion
- - Use of monocentric or concentric nozzles
- - Use of two or more fluids in a one-step process
- - Use of two or more fluids in a multi-stage process
- - Drop formation using vibration
- - Drop formation via periodic pressure fluctuations in the continuous/outer phase
- • Description of capsule production using microfluidics
Die Herstellung der Kapseln kann mittels Mikrofluidik erfolgen. Die Mikrofluidik ist in der Lage das geringe Flüssigkeitsvolumen innerhalb der Kapsel sicher zu händeln. Üblicherweise werden in der Mikrofluidik Volumina im Bereich von 10-9 bis 10-18 Liter verarbeitet. Durch Numbering-Up können auch größere Volumina eingesetzt und verarbeitet werden.The capsules can be produced using microfluidics. Microfluidics is able to safely handle the small volume of liquid within the capsule. Typically, volumes in the range of 10 -9 to 10 -18 liters are processed in microfluidics. Larger volumes can also be used and processed through numbering-up.
Zur Herstellung der Mikrokapseln werden Mikrotropfen benötigt. Mikrotropfen können durch T- und Y-förmige Cross-flow-Geometrien, Co-Flow-Geometrien, Flow-Focusing-Geometrien, Microchannel-Emulsification-Geometrie und Step-Emulsification-Geometrien erzeugt werden. Auch Kombinationen der genannten Grundgeometrien haben sich als geeignet erwiesen. Bevorzugte Geometrien müssen in der Lage sein mindestens zwei Fluide zu verarbeiten. Diese Fluide dürfen nicht mischbar sein und können sich in ihren Polaritäten, Viskositäten und Zusammensetzungen unterscheiden. Die Durchmesser der Strukturen liegen in der Größenordnung der geforderten Tropfengrößen, d < 100 µm. Zu- und Abflüsse aller Fluide können größer sein. Außerdem müssen die Strukturen in der Lage sein die geforderten Werte des Polydispersitätsindex zu erreichen.Microdrops are required to produce the microcapsules. Microdroplets can be created by T- and Y-shaped cross-flow geometries, co-flow geometries, flow-focusing geometries, microchannel emulsification geometry and step emulsification geometries. Combinations of the basic geometries mentioned have also proven to be suitable. Preferred geometries must be able to process at least two fluids. These fluids must not be miscible and may differ in their polarities, viscosities and compositions. The diameters of the structures are in the Magnitude of the required drop sizes, d < 100 µm. Inflows and outflows of all fluids can be larger. In addition, the structures must be able to achieve the required polydispersity index values.
Im einfachsten Aufbau werden bei dieser Methodik für die Mikrotropfen- beziehungsweise Mikrokapselbildung zwei unterschiedliche Fluide benötigt. Ein Fluid A stellt die zu vertropfende, dispersive Phase dar. Das andere Fluid ist die kontinuierliche Phase B. In der dispersen Phase A befinden sich die Pigmente, Additive und gelöste, vernetzbare Polymere. Die disperse Phase hat insgesamt einen unpolaren, oleophilen Charakter. Die kontinuierliche Phase hat einen hydrophileren Charakter und enthält, neben Additiven, auch einen gelösten Vernetzer. Als Additive werden alle Chemikalien zusammengefasst, die die Grenzflächeneigenschaften, die rheologischen Eigenschaften, die Dichte oder optischen Eigenschaften verändern. Das vernetzte Polymer kann aus der Gruppe der Polyurethane, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyamide, Polyacrylnitrile, Polycarbonate, Melaminharze oder Polyester stammen. Das Polymer darf nur in der dispersiven Phase B löslich sein. Der Vernetzer hingegen darf nur in der kontinuierlichen Phase A löslich sein. Beim Vertropfungsprozess kommt es zur Tropfenbildung, welche durch die unterschiedlichen hydrophilen und lipophilen Charakter der Fluide und dem Bestreben zur Oberflächenminimierung verursacht wird. Durch den Einsatz der Additive wird die Stabilität der gebildeten Tropfen deutlich erhöht. An der Grenzfläche zwischen diskontinuierlicher und kontinuierlicher Phase kommt es zur Reaktion zwischen vernetzbarem Polymer und Vernetzer. Abhängig von der Reaktionszeit kommt es zur Bildung einer Polymerhaut oder -wand. Durch Variation von den Fluiddrücken respektive Volumenströme kann direkt Einfluss auf die Menge der gebildeten Kapseln und auf den Durchmesser selbiger genommen werden.In the simplest structure, this methodology requires two different fluids for the formation of microdrops or microcapsules. One fluid A represents the dispersive phase to be dripped. The other fluid is the continuous phase B. The disperse phase A contains the pigments, additives and dissolved, crosslinkable polymers. Overall, the disperse phase has a non-polar, oleophilic character. The continuous phase has a more hydrophilic character and, in addition to additives, also contains a dissolved crosslinker. All chemicals that change the interface properties, rheological properties, density or optical properties are summarized as additives. The crosslinked polymer can come from the group of polyurethanes, polyacrylates, polymethacrylates, polyamides, polyacrylonitriles, polycarbonates, melamine resins or polyesters. The polymer may only be soluble in the dispersive phase B. The crosslinker, on the other hand, may only be soluble in the continuous phase A. During the dripping process, droplets form, which is caused by the different hydrophilic and lipophilic character of the fluids and the attempt to minimize surface area. By using the additives, the stability of the droplets formed is significantly increased. At the interface between the discontinuous and continuous phase, a reaction occurs between the crosslinkable polymer and the crosslinker. Depending on the reaction time, a polymer skin or wall is formed. By varying the fluid pressures or volume flows, the amount of capsules formed and their diameter can be directly influenced.
Die Reaktion kann ohne äußere Einflussnahme starten oder durch Änderung der Temperatur, Veränderung des pH-Wert oder IR-/ UV-Strahlung initiiert werden.The reaction can start without external influence or can be initiated by changing the temperature, changing the pH value or IR/UV radiation.
Die Tropfen- und Kapselbildung können auch durch das Vertauschen der beiden Phasen und ihrer Eigenschaften stattfinden. Dabei ist auf die Auswahl der Materialien und Apparatur zu achten.Droplet and capsule formation can also occur by exchanging the two phases and their properties. Care must be taken in the selection of materials and equipment.
Die Separation von gefüllten und leeren Kapseln kann durch ein statisches oder dynamisches, magnetisches oder elektrisches Feld erfolgen. Die Trennung und Sortierung unter Einsatz der Lorentz-Kraft ist möglich. Eine weitere Möglichkeit zur Trennung und Klassierung ist der Einsatz von schneckenförmigen Strukturen. Diese Strukturen ermöglichen die Separation der Kapseln durch ihre unterschiedlichen Strömungseigenschaften. The separation of filled and empty capsules can be done using a static or dynamic, magnetic or electric field. Separation and sorting using the Lorentz force is possible. Another option for separation and classification is the use of helical structures. These structures enable the capsules to be separated due to their different flow properties.
Abschließend werden die gebildeten Kapseln von der kontinuierlichen Phase abgetrennt und getrocknet.Finally, the capsules formed are separated from the continuous phase and dried.
In komplexeren Verkapselungsanordnungen können drei oder mehr Fluide verwendet werden. Dabei gibt es mindestens eine pigmenthaltige, disperse Phase, eine ebenfalls disperse Phase, die die spätere Kapselhülle bildet und eine kontinuierliche Phase, die gebildeten Tropfen voneinander trennt. Die Kapselhüllen-Phase kann aus einem Präpolymer oder Polymerlösung bestehen und entweder mit einem der anderen Fluid reagieren oder durch IR-/ UV-Strahlung oder Temperaturveränderung die Kapselwand bilden.In more complex encapsulation arrangements, three or more fluids may be used. There is at least one pigment-containing, disperse phase, a likewise disperse phase that later forms the capsule shell and a continuous phase that separates the formed drops from one another. The capsule shell phase can consist of a prepolymer or polymer solution and can either react with one of the other fluids or form the capsule wall through IR/UV radiation or temperature changes.
Die Bildung einer Kapsel aus mehr als drei Fluiden kann auf einem oder mehreren mikrofluidischen Verfahren basieren.The formation of a capsule from more than three fluids can be based on one or more microfluidic processes.
Die Tropfen- und Kapselbildung können auch durch das Vertauschen der beiden Phasen und ihrer Eigenschaften stattfinden. Dabei ist auf die Auswahl der Materialien und Apparatur zu achten. Um eine hohe Füllquote der Kapseln zu erreichen und eine hohe Zahl leerer Kapseln zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, den Vorschub der magnetischen Pigmente mit der dispersen Phase A durch ein bewegtes Magnetfeld zu unterstützen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind, ähnlich wie bei einem Linearmotor mit einem elektromagnetisch erregtem Stator, entlang der Zuführung von Phase B abwechselnd die Pole einer mindestens zwei-phasigen Anordnung von Elektromagneten angeordnet. Wie bei einem Schrittmotor werden die Phasen der Elektromagnete phasenversetzt angesteuert, sodass sich entlang des Zuführkanals der Phase A ein bewegtes Magnetfeld ausbilden, das die Pigmente einzeln in der passenden Geschwindigkeit zur Position der Tropfenbildung transportiert. Die Ansteuerfrequenz des mindesten zwei-phasigen Elektromagneten wird entsprechend der einzustellenden Fördergeschwindigkeit variiert.Droplet and capsule formation can also occur by exchanging the two phases and their properties. Care must be taken in the selection of materials and equipment. In order to achieve a high filling rate of the capsules and avoid a high number of empty capsules, it can be advantageous to support the advance of the magnetic pigments with the disperse phase A using a moving magnetic field. In a preferred embodiment, similar to a linear motor with an electromagnetically excited stator, the poles of an at least two-phase arrangement of electromagnets are arranged alternately along the supply of phase B. As with a stepper motor, the phases of the electromagnets are controlled with a phase offset, so that a moving magnetic field is formed along the feed channel of phase A, which transports the pigments individually at the appropriate speed to the position where the droplets are formed. The control frequency of the minimum two-phase electromagnet is varied according to the conveying speed to be set.
Der Druck p, der zur Förderung der kontinuierlichen Phase verwendet wird, kann zwischen 0 und 7000 mbar, bevorzugt zwischen 0 und 2000 mbar besonders bevorzugt zwischen 0 und 1500 mbar liegen. Durch geeignete Platzierung und Designauswahl der mikrofluidischen Strukturen kann auf die Förderung der kontinuierlichen Phase verzichtet und ein Becherglas oder anderes Gebinde, welches mit der kontinuierlichen Phase befüllt ist, verwendet werden. Dieses Gebinde fungiert als Teil der Tropfenbildung und gleichzeitig als Möglichkeit zum Lagern, Speichern oder Zwischenspeichern von gebildeten Tropfen oder Kapseln. Auch der Einsatz als Härtungsbad ist denkbar. Die kontinuierliche Phase wird während des Prozesses kontinuierlich durch einen Rührer, einen Dissolver oder eine Pumpe kontinuierlich homogenisiert oder umgewälzt.The pressure p, which is used to promote the continuous phase, can be between 0 and 7000 mbar, preferably between 0 and 2000 mbar, particularly preferably between 0 and 1500 mbar. Through appropriate placement and design selection of the microfluidic structures, the continuous phase can be dispensed with and a beaker or other container filled with the continuous phase can be used. This container acts as part of the drop formation and at the same time as a way to store, store or temporarily store formed drops or capsules. Its use as a hardening bath is also conceivable. The continuous phase is continuously homogenized or circulated during the process by a stirrer, a dissolver or a pump.
Der Druck p, der zur Förderung der dispersen Phase verwendet wird, kann zwischen 0 und 7000 mbar, bevorzugt zwischen 0 und 2000 mbar besonders bevorzugt zwischen 0 und 1500 mbar liegen. Die diskontinuierliche Phase wird während des Prozesses kontinuierlich durch einen Rührer, einen Dissolver oder eine Pumpe kontinuierlich homogenisiert oder umgewälzt.The pressure p, which is used to promote the disperse phase, can be between 0 and 7000 mbar, preferably between 0 and 2000 mbar, particularly preferably between 0 and 1500 mbar. The discontinuous phase is continuously homogenized or circulated during the process by a stirrer, a dissolver or a pump.
Alle Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt wer-den, haben eine Verarbeitungstemperatur zwischen -15 und +60 °C, bevorzugt zwischen 0 und 45 °C und besonders bevorzugt zwischen 15 und 35 °C.All liquids that are used as a disperse or continuous phase have a processing temperature between -15 and +60 °C, preferably between 0 and 45 °C and particularly preferably between 15 and 35 °C.
Alle Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt werden, haben eine Erstarrungstemperatur unter 0 °C, bevorzugt unter -15 °C und besonders bevorzugt unter -25 °C. Des Weiteren haben sie eine Siedetemperatur, die oberhalb von 105 °C, bevorzugt oberhalb von 150 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 250 °C liegt.All liquids that are used as a disperse or continuous phase have a solidification temperature below 0 ° C, preferably below -15 ° C and particularly preferably below -25 ° C. Furthermore, they have a boiling temperature which is above 105 °C, preferably above 150 °C and particularly preferably above 250 °C.
Alle Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt werden, haben Viskosität zwischen 0,2 und 150 mPa*s, bevorzugt zwischen 10 und 100 mPa*s liegen. Die Veränderung der Viskosität durch Zugabe von rheologischen Additiven, Temperaturänderungen oder teilweise Polymerisation ist möglich. Auch die reversible Erhöhung und/ oder Reduzierung der Viskosität, beispielsweise durch Guarkernmehl und seine Derivate und zu Hilfenahme von Temperatur, Zeit und pH-Werts-Änderungen, ist möglich.All liquids that are used as a disperse or continuous phase have a viscosity between 0.2 and 150 mPa*s, preferably between 10 and 100 mPa*s. Changing the viscosity by adding rheological additives, temperature changes or partial polymerization is possible. It is also possible to reversibly increase and/or reduce the viscosity, for example through guar gum and its derivatives and with the help of temperature, time and pH value changes.
Alle Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt werden, müssen eine Dichte zwischen 500 und 5000 kg/ m3, bevorzugt zwischen 800 und 3400 kg/m3 aufweisen. Diese Dichte kann durch Verdünnen oder Aufkonzentrieren verändert werden. Eine Veränderung der Dichte durch Änderung der Temperatur oder des pH-Werts ist denkbar. Die Erhöhung der Dichte kann beispielsweise durch das Lösen von Natriumpolywolframat erfolgen. Die Zugabe von Additiven, wie Wolframcarbid, zur weiteren Erhöhung der Dichte ist möglich.All liquids that are used as a disperse or continuous phase must have a density between 500 and 5000 kg/m 3 , preferably between 800 and 3400 kg/m 3 . This density can be changed by diluting or concentrating. A change in density by changing the temperature or pH value is conceivable. The density can be increased, for example, by dissolving sodium polytungstate. The addition of additives such as tungsten carbide to further increase the density is possible.
Die Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt werden, können organischer, anorganischer und gemischter Natur sein. Gemische aus organischen und anorganischen, Flüssigkeiten sind in jedem chemisch-physikalisch-möglichen Verhältnis denkbar. Die Stoffe werden im Folgenden näher definiert.The liquids that are used as a disperse or continuous phase can be organic, inorganic and mixed in nature. Mixtures of organic and inorganic liquids are conceivable in every chemical-physically possible ratio. The substances are defined in more detail below.
Im engeren Sinne zählen zu den organischen Flüssigkeiten natürliche und künstliche Triglyceride und andere Ester von gesättigten und ein- oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Dazu zählen auch Triglyceride und Ester, die aus gesättigten und ein- oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren bestehen und Gemische aus Triglyceride und Estern, die aus gesättigten und ein- oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren bestehen. Fettsäuren werden als aliphatische Monocarbonsäuren mit mindestens sechs Kohlenstoffatomen angesehen. Die entsprechenden Ester können mit einfachen oder mehrwertigen Alkoholen und Glycerin gebildet werden. Die Veresterung des Alkohols bzw. der organischen Säure muss dabei nicht vollständig sein. Hier sind Sonnenblumenöl, Sojaöl und Erdnussöl zu nennen.In a narrower sense, organic liquids include natural and artificial triglycerides and other esters of saturated and mono- or polyunsaturated fatty acids. This also includes triglycerides and esters, which consist of saturated and mono- or polyunsaturated fatty acids, and mixtures of triglycerides and esters, which consist of saturated and mono- or polyunsaturated fatty acids. Fatty acids are considered to be aliphatic monocarboxylic acids with at least six carbon atoms. The corresponding esters can be formed with simple or polyhydric alcohols and glycerol. The esterification of the alcohol or organic acid does not have to be complete. Sunflower oil, soybean oil and peanut oil should be mentioned here.
Auch der Einsatz von Mono- oder Dicarbonsäuren, die ein- oder mehrfach ungesättigt sind, ist denkbar. Auch Ester und Triglyceride, sowie Amide der genannten Säuretypen sind denkbar. Hier sind die Stearinsäure, die Caprylsäure und die Buttersäure als Beispiele zu nennen.The use of mono- or dicarboxylic acids that are mono- or polyunsaturated is also conceivable. Esters and triglycerides, as well as amides of the acid types mentioned, are also conceivable. Examples include stearic acid, caprylic acid and butyric acid.
Der Einsatz von linearen, verzweigen, cyclische, aromatischen, gesättigten und ungesättigten Mono- und Polyolen, wie Propandiol und Hexanol, ist denkbar.The use of linear, branched, cyclic, aromatic, saturated and unsaturated mono- and polyols, such as propanediol and hexanol, is conceivable.
Als weitere, organische Flüssigkeiten können gemischte und/ oder reine, aliphatische und/ oder aromatische, verzweigte und/ oder unverzweigte und n- und/ oder iso-Kohlenwasserstoffe und ihre Gemische eingesetzt werden. Hier sind Testbenzine als Beispiele zu nennen.Mixed and/or pure, aliphatic and/or aromatic, branched and/or unbranched and n- and/or iso-hydrocarbons and their mixtures can be used as further organic liquids. Examples include white spirits.
Als anorganische Flüssigkeiten ist Wasser zu nennen.Water is an inorganic liquid.
Weitere anorganische Flüssigkeiten sind die wässrigen Lösungen von anorganischen Salzen und Gasen in allen realisierbaren Konzentrationen und Gemischen zu nennen. Beispielsweise können wässrige Polywolframatlösungen verwendet werden.Other inorganic liquids include aqueous solutions of inorganic salts and gases in all feasible concentrations and mixtures. For example, aqueous polytungstate solutions can be used.
Als Flüssigkeiten mit gemischter Natur werden die wässrigen Lösungen von organischen Salzen wie Natriumdodecylsulfat und Lösungen organischer, wasserlöslicher Verbindungen wie Essigsäure und Ethanol angesehen. Auch Silikonöle werden zu dieser Gruppe gezählt.The aqueous solutions of organic salts such as sodium dodecyl sulfate and solutions of organic water-soluble compounds such as acetic acid and ethanol are considered to be liquids of mixed nature. Silicone oils are also included in this group.
Beschreibung der Kapsel-Herstellung durch Co-ExtrusionDescription of capsule production by co-extrusion
Das Verfahren untergliedert sich in die Extrusion und die Co-Extrusion. Der Unterschied liegt in der Anzahl der Flüssigkeiten, die verwendet werden. Bei der Extrusion wird lediglich eine Flüssigkeit verwendet. Die Beschreibung der eingesetzten Stoffe sowie Prozessparameter erfolgt im Anschluss an die Beschreibung des Herstellungsprozesses.The process is divided into extrusion and co-extrusion. The difference lies in the number of liquids used. Only a liquid is used during extrusion. The description of the materials used and process parameters follows the description of the manufacturing process.
Bei dem Verfahren gibt es grundsätzlich zwei Methoden, um die Tropfen zu bilden. Die erste Methode besteht darin eine Düse durch Anregung vibrieren zu lassen. Dabei nehmen die Amplitude und Frequenz maßgeblich auf die Tropfenbildung Einfluss. Die Vorhersage kann beispielsweise über die Rayleigh Instabilität erfolgen. Diese Methode wird als Vibrationstechnik bezeichnet. Die Tropfenbildung durch ein gezieltes Pulsieren der Flüssigkeit ist denkbar. Die zweite Methode ist das gezielte Abreißen eines Tropfens durch ein vorbeiströmendes Fluid. Dieses kann entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas sein, entsprechend wird die Methode AirJet- oder Flow Focusing-Verfahren bezeichnet. Ein Einflussfaktor hier ist beispielsweise das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten zueinander. Beide Methoden ermöglichen eine sehr enge Größenverteilung der Tropfen.There are basically two methods for forming the drops. The first method is to vibrate a nozzle by stimulating it. The amplitude and frequency have a significant influence on the formation of drops. The prediction can be made, for example, via the Rayleigh instability. This method is called vibration technique. Drop formation through targeted pulsation of the liquid is conceivable. The second method is the targeted tearing off of a drop by a fluid flowing past. This can be either a liquid or a gas, which is why the method is called AirJet or Flow Focusing. One influencing factor here is, for example, the relationship between the flow velocities. Both methods enable a very narrow size distribution of the drops.
Bei der Extrusion wird eine Flüssigkeit nach den genannten Methoden vertropft. Diese enthält neben dem Pigment auch Oberflächenadditive und ein reaktives Präpolymer. Das Präpolymer kann beispielsweise durch IR-/ UV-Strahlung, mit einem Gas oder einem Härtungsbad vernetzt werden. Die Härtung kann dann im freien Fall durch IR-/ UV-Strahlung oder Gas oder im Härtungsbad durch eine Vernetzerkomponente, UV-Strahlung oder Temperaturveränderung erfolgen. Das Härtungsbad und die pigmenthaltige Flüssigkeit dürfen dabei nicht mischbar sein. Die Härtungszeit bestimmt die Härte und die Dicke der Kapselwand.During extrusion, a liquid is dripped using the methods mentioned. In addition to the pigment, this also contains surface additives and a reactive prepolymer. The prepolymer can be crosslinked, for example, by IR/UV radiation, with a gas or a curing bath. Curing can then take place in free fall using IR/UV radiation or gas or in the curing bath using a crosslinking component, UV radiation or temperature changes. The hardening bath and the pigment-containing liquid must not be miscible. The curing time determines the hardness and thickness of the capsule wall.
Bei der Co-Extrusion strömen zwei oder mehr Flüssigkeiten durch eine konzentrische Düse und bilden dabei einen mehrschichtigen Fluidstrahl. Die Flüssigkeiten sind nicht mischbar. Die Tropfenbildung erfolgt entweder durch die vorbeiströmende, äußerste Flüssigkeit, durch Pulsieren einer oder mehrerer Flüssigkeiten oder durch Vibration. Die äußerste Flüssigkeit ist die kontinuierliche Phase, während die anderen Flüssigkeiten die diskontinuierliche Phase bilden. Die Kapselwand kann durch mehrere Weisen erzeugt werden. Sie kann durch Grenzflächenpolymerisation an der Grenzfläche von kontinuierlicher und diskontinuierliche Phase stattfinden. Dabei ist in einer Phase das Präpolymer und in der anderen der Vernetzter. Eine weitere Weise ist, dass die kontinuierliche Phase im freien Fall durch IR-/ UV-Strahlung, ein Gas, einem Bad oder eine Kombination davon gehärtet wird. Die dritte Methode ist Härtung einer der äußeren, dispersen Phasen durch IR-/ UV-Strahlung oder ein nicht mischbares Härtungsbad. Auch ein Gas könnte bei ausreichender Konzentration und Verweilzeit zur Härtung herangezogen werden. Auch hier sind Kombinationen des Verfahrens möglich.In co-extrusion, two or more liquids flow through a concentric nozzle, forming a multi-layered fluid jet. The liquids are not miscible. Drop formation occurs either through the outermost liquid flowing past, through pulsation of one or more liquids, or through vibration. The outermost liquid is the continuous phase while the other liquids form the discontinuous phase. The capsule wall can be created in several ways. It can take place through interfacial polymerization at the interface of continuous and discontinuous phases. The prepolymer is in one phase and the crosslinker is in the other. Another way is that the continuous phase is cured in free fall by IR/UV radiation, a gas, a bath or a combination thereof. The third method is curing one of the outer, disperse phases using IR/UV radiation or an immiscible curing bath. A gas could also be used for curing if the concentration and residence time are sufficient. Combinations of the process are also possible here.
Die so erzeugten Kapseln können zusätzlich quervernetzt oder oberflächenbehandelt werden.The capsules produced in this way can also be cross-linked or surface-treated.
Die fertigen Kapseln werden getrocknet.The finished capsules are dried.
Im letzten Schritt werden die Kapseln nach Funktionalität und Dispersität sortiert. Die funktionellen Kapseln können mit einem magnetischen oder elektromagnetischen Feld abgetrennt werden. Durch Sieb- oder Strömungsklassierung können die gewünschten Kapselgrößen abgetrennt werden.In the final step, the capsules are sorted according to functionality and dispersity. The functional capsules can be separated using a magnetic or electromagnetic field. The desired capsule sizes can be separated by sieve or flow classification.
Die Düse vibriert mit einer Frequenz f zwischen 0 und 20.000 Hz und bevorzugt zwischen 500 und 5000 Hz. Das Vibrieren folgt dabei einer Sinuswelle.The nozzle vibrates at a frequency f between 0 and 20,000 Hz and preferably between 500 and 5000 Hz. The vibration follows a sine wave.
Das Strömungsverhältnis von kontinuierlicher und diskontinuierlicher Phase zu einander beträgt < 2:1, bevorzugt < 5:1 und besonders bevorzugt < 10:1.The flow ratio of the continuous and discontinuous phases to one another is <2:1, preferably <5:1 and particularly preferably <10:1.
Die eingesetzten Oberflächenadditive können aus nichtionische, anionische, kationische oder amphotere Tenside sein. Bei den nichtionischen Tensiden sind Mehrfachalkohole, Ether und ihre Kombination in Form von Ethoxylaten zu nennen. Die eingesetzten anionischen und kationischen Tenside umfassen Carboxylate, Sulfonate wie Natriumdodecylbenzylsulfonat, Sulfate wie Natriumdodecylsulfat und quartäre Ammoniumverbindungen. Bei den zwitterionischen Tensiden sind Betaine wie Cocoamidopropylbetain und Sultaine zu nennen.The surface additives used can be nonionic, anionic, cationic or amphoteric surfactants. Non-ionic surfactants include polyalcohols, ethers and their combination in the form of ethoxylates. The anionic and cationic surfactants used include carboxylates, sulfonates such as sodium dodecyl benzyl sulfonate, sulfates such as sodium dodecyl sulfate and quaternary ammonium compounds. Among the zwitterionic surfactants, betaines such as cocoamidopropyl betaine and sultaine should be mentioned.
Der Druck p, der zur Förderung der kontinuierlichen Phase verwendet wird, kann zwischen 0 und 7000 mbar, bevorzugt zwischen 0 und 2000 mbar besonders bevorzugt zwischen 0 und 1500 mbar liegen. Durch geeignete Platzierung der mikrofluidischen Strukturen kann auf die Förderung der kontinuierlichen Phase verzichtet und ein Becherglas oder anderes Gebinde, welches mit der kontinuierlichen Phase befüllt ist, verwendet werden. Dieses Gebinde fungiert als Teil der Tropfenbildung und gleichzeitig als Möglichkeit zum Lagern, Speichern oder Zwischenspeichern von gebildeten Tropfen oder Kapseln. Auch der Einsatz als Härtungsbad ist denkbar. Die kontinuierliche Phase wird während des Prozesses kontinuierlich durch einen Rührer, einen Dissolver oder eine Pumpe kontinuierlich homogenisiert oder umgewälzt.The pressure p, which is used to promote the continuous phase, can be between 0 and 7000 mbar, preferably between 0 and 2000 mbar, particularly preferably between 0 and 1500 mbar. By appropriate placement of the microfluidic structures, the continuous phase can be dispensed with and a beaker or other container filled with the continuous phase can be used. This container acts as part of the drop formation and at the same time as a way to store, store or temporarily store formed drops or capsules. Its use as a hardening bath is also conceivable. The continuous phase is continuously homogenized or circulated during the process by a stirrer, a dissolver or a pump.
Der Druck p, der zur Förderung der dispersen Phase verwendet wird, kann zwischen 0 und 7000 mbar, bevorzugt zwischen 0 und 2000 mbar besonders bevorzugt zwischen 0 und 1500 mbar liegen. Die diskontinuierliche Phase wird während des Prozesses kontinuierlich durch einen Rührer, einen Dissolver oder eine Pumpe kontinuierlich homogenisiert oder umgewälzt.The pressure p, which is used to promote the disperse phase, can be between 0 and 7000 mbar, preferably between 0 and 2000 mbar, particularly preferably between 0 and 1500 mbar. The discontinuous phase is continuously homogenized or circulated during the process by a stirrer, a dissolver or a pump.
Alle Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt werden, haben eine Verarbeitungstemperatur zwischen -15 und +60 °C, bevorzugt zwischen 0 und 45 °C und besonders bevorzugt zwischen 15 und 35 °C.All liquids that are used as a disperse or continuous phase have a processing temperature between -15 and +60 °C, preferably between 0 and 45 °C and particularly preferably between 15 and 35 °C.
Alle Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt werden, haben eine Erstarrungstemperatur unter 0 °C, bevorzugt unter -15 °C und besonders bevorzugt unter -25 °C. Des Weiteren haben sie eine Siedetemperatur, die oberhalb von 105 °C, bevorzugt oberhalb von 150 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 250 °C liegt.All liquids that are used as a disperse or continuous phase have a solidification temperature below 0 ° C, preferably below -15 ° C and particularly preferably below -25 ° C. Furthermore, they have a boiling temperature which is above 105 °C, preferably above 150 °C and particularly preferably above 250 °C.
Alle Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt werden, haben Viskosität zwischen 0,2 und 150 mPa*s, bevorzugt zwischen 10 und 100 mPa*s liegen. Die Veränderung der Viskosität durch Zugabe von rheologischen Additiven, Temperaturänderungen oder teilweise Polymerisation ist möglich. Auch die reversible Erhöhung und/ oder Reduzierung der Viskosität, beispielsweise durch Guarkernmehl und seine Derivate und zu Hilfenahme von Temperatur, Zeit und pH-Werts-Änderungen, ist möglich.All liquids that are used as a disperse or continuous phase have a viscosity between 0.2 and 150 mPa*s, preferably between 10 and 100 mPa*s. Changing the viscosity by adding rheological additives, temperature changes or partial polymerization is possible. It is also possible to reversibly increase and/or reduce the viscosity, for example through guar gum and its derivatives and with the help of temperature, time and pH value changes.
Alle Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt werden, müssen eine Dichte zwischen 500 und 5000 kg/m3, bevorzugt zwischen 800 und 3400 kg/m3 aufweisen. Diese Dichte kann durch Verdünnen oder Aufkonzentrieren verändert werden. Eine Veränderung der Dichte durch Änderung der Temperatur oder des pH-Werts ist denkbar. Die Erhöhung der Dichte kann beispielsweise durch das Lösen von Salzen wie Natriumpolywolframat erfolgen. Die Zugabe von Additiven, wie Wolframcarbid, zur weiteren Erhöhung der Dichte ist möglich.All liquids that are used as a disperse or continuous phase must have a density between 500 and 5000 kg/m 3 , preferably between 800 and 3400 kg/m 3 . This density can be changed by diluting or concentrating. A change in density by changing the temperature or pH value is conceivable. The density can be increased, for example, by dissolving salts such as sodium polytungstate. The addition of additives such as tungsten carbide to further increase the density is possible.
Die Flüssigkeiten, die als disperse oder kontinuierliche Phase eingesetzt werden, können organischer, anorganischer und gemischter Natur sein. Gemische aus organischen und anorganischen, Flüssigkeiten sind in jedem chemisch-physikalisch-möglichen Verhältnis denkbar. Die Stoffe werden im Folgenden näher definiert.The liquids that are used as a disperse or continuous phase can be organic, inorganic and mixed in nature. Mixtures of organic and inorganic liquids are conceivable in every chemical-physically possible ratio. The substances are defined in more detail below.
Im engeren Sinne zählen zu den organischen Flüssigkeiten natürliche und künstliche Triglyceride und andere Ester von gesättigten und ein- oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Dazu zählen auch Triglyceride und Ester, die aus gesättigten und ein- oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren bestehen und Gemische aus Triglyceride und Estern, die aus gesättigten und ein- oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren bestehen. Fettsäuren werden als aliphatische Monocarbonsäuren mit mindestens sechs Kohlenstoffatomen angesehen. Die entsprechenden Ester können mit einfachen oder mehr-fahren Alkoholen und Glycerin gebildet werden. Die Veresterung des Alkohols bzw. der organischen Säure muss dabei nicht vollständig sein. Hier sind Sonnenblumenöl, Sojaöl und Erdnussöl zu nennen.In a narrower sense, organic liquids include natural and artificial triglycerides and other esters of saturated and mono- or polyunsaturated fatty acids. This also includes triglycerides and esters, which consist of saturated and mono- or polyunsaturated fatty acids, and mixtures of triglycerides and esters, which consist of saturated and mono- or polyunsaturated fatty acids. Fatty acids are considered to be aliphatic monocarboxylic acids with at least six carbon atoms. The corresponding esters can be formed with simple or multiple alcohols and glycerol. The esterification of the alcohol or organic acid does not have to be complete. Sunflower oil, soybean oil and peanut oil should be mentioned here.
Auch der Einsatz von Mono- oder Dicarbonsäuren, die ein- oder mehrfach ungesättigt sind, ist denkbar. Auch Ester und Triglyceride, sowie Amide der genannten Säuretypen sind denkbar. Hier sind die Stearinsäure, die Caprylsäure und die Buttersäure als Beispiele zu nennen.The use of mono- or dicarboxylic acids that are mono- or polyunsaturated is also conceivable. Esters and triglycerides, as well as amides of the acid types mentioned, are also conceivable. Examples include stearic acid, caprylic acid and butyric acid.
Der Einsatz von linearen, verzweigen, cyclische, aromatischen, gesättigten und ungesättigten Mono- und Polyolen, wie Propandiol und Hexanol, ist denkbar.The use of linear, branched, cyclic, aromatic, saturated and unsaturated mono- and polyols, such as propanediol and hexanol, is conceivable.
Als weitere, organische Flüssigkeiten können gemischte und/ oder reine, aliphatische und/ oder aromatische, verzweigte und/ oder unverzweigte und n- und/ oder iso-Kohlenwasserstoffe und ihre Gemische eingesetzt werden. Hier sind Testbenzine als Beispiele zu nennen.Mixed and/or pure, aliphatic and/or aromatic, branched and/or unbranched and n- and/or iso-hydrocarbons and their mixtures can be used as further organic liquids. Examples include white spirits.
Als anorganische Flüssigkeiten ist Wasser zu nennen.Water is an inorganic liquid.
Weitere anorganische Flüssigkeiten sind die wässrigen Lösungen von anorganischen Salzen und Gasen in allen realisierbaren Konzentrationen und Gemischen zu nennen. Beispielsweise können wässrige Polywolframatlösungen verwendet werden.Other inorganic liquids include aqueous solutions of inorganic salts and gases in all feasible concentrations and mixtures. For example, aqueous polytungstate solutions can be used.
Als Flüssigkeiten mit gemischter Natur werden die wässrigen Lösungen von organischen Salzen wie Natriumdodecylsulfat und Lösungen organischer, wasserlöslicher Verbindungen wie Essigsäure und Ethanol angesehen. Auch Silikonöle werden zu dieser Gruppe gezählt.The aqueous solutions of organic salts such as sodium dodecyl sulfate and solutions of organic water-soluble compounds such as acetic acid and ethanol are considered to be liquids of mixed nature. Silicone oils are also included in this group.
Die Temperatur des Härtungsbads kann zwischen -15 und +60 °C, bevorzugt zwischen 0 und 45 °C und besonders bevorzugt zwischen 15 und 35 °C liegen.The temperature of the curing bath can be between -15 and +60 °C, preferably between 0 and 45 °C and particularly preferably between 15 and 35 °C.
Als härtende Komponente im Härtungsbad können Isocyanate wie TDI und MDI, Glutardialdehyd und Formaldehyd verwendet werden. Der Einsatz von Dicarbonsäuren ist ebenfalls denkbar. Das Nachhärten erfolgt ggf. mit den gleichen Chemikalien.Isocyanates such as TDI and MDI, glutaraldehyde and formaldehyde can be used as the curing component in the curing bath. The use of dicarboxylic acids is also conceivable. Post-curing may be carried out using the same chemicals.
Das Präpolymer können Acrylate oder Methacrylate, genauer Epoxyacrylate, Polyesteracrylate, Polyetheracrylate, Urethanacrylate sein.The prepolymer can be acrylates or methacrylates, more precisely epoxy acrylates, polyester acrylates, polyether acrylates, urethane acrylates.
Die Härtungszeit kann bis zu 48 h, bevorzugt < 24 h, ganz bevorzugt < 1 h betragen.The curing time can be up to 48 hours, preferably <24 hours, most preferably <1 hour.
Die fertigen Kapseln werden bei < 200 °C, bevorzugt < 150 °C getrocknet.The finished capsules are dried at <200 °C, preferably <150 °C.
Erfolgt die Ausbildung der Kapselwand durch das Abkühlen und die daraus resultierende Verfestigung einer oder mehrerer Phasen, dann liegt die Schmelztemperatur dieser Phase(n) bei mindestens 150 °C, bevorzugt 200 °C und ganz bevorzugt 250 °C.
- • Beschreibung sonstiger Verkapselungsverfahren für enge monomodale Verteilung
- • Description of other encapsulation methods for narrow monomodal distribution
Im Folgenden werden weitere Verfahren benannt, die grundsätzlich zur Bildung von Tropfen mit enger Größenverteilung geeignet sind.Further methods are named below that are generally suitable for the formation of drops with a narrow size distribution.
Elektrostatisches Tropfen: Durch das Anlegen einer Spannung an die zu vertropfende und die aufnehmende Flüssigkeit bildet sich eine elektrostatische Kraft. Diese hilft bei der Überwindung der Adhäsionskraft. In der Das Verfahren eignet sich, um Tropfen mit Größen zwischen 300 µm und 5 mm in sehr engen Größenverteilungen herzustellen. In Versuchen wurde Tropfengröße bis etwa 50 µm Durchmesser reduziert. Die Härtung der pigmenthaltigen dispersen Phase würde wieder durch ein nicht mischbares Härtungsbad oder während des freien Falls mit IR-/ UV-Strahlung, einem Gas und/ oder einer Kombination stattfinden. Eine Härtung durch Temperaturveränderung ist ebenfalls möglich.Electrostatic dripping: By applying a voltage to the liquid to be dripped and the liquid to be absorbed, an electrostatic force is created. This helps to overcome the adhesion force. The process is suitable for producing drops with sizes between 300 µm and 5 mm in very narrow size distributions. In experiments, the droplet size was reduced to a diameter of around 50 µm. The hardening of the pigment-containing disperse phase would again take place using an immiscible hardening bath or during free fall with IR/UV radiation, a gas and/or a combination. Hardening by changing temperature is also possible.
Jet Cutter-Verfahren: Beim Jet Cutter-Verfahren wird ein laminarer Flüssigkeitsstrahl mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse gepresst. Direkt unterhalb der Düse befindet sich eine rotierende Scheibe, welche mit Hilfe von dünnen Drähten zylindrische Segmente aus dem Strahl schneidet. Die Oberflächenspannung führt anschließend dazu, dass aus den Zylindern sphärische Tropfen gebildet werden. Die Tropfenerzeugung basiert auf dem mechanischen Aufprall des Flüssigkeitsstrahls auf den Schneidedraht. Der Aufprall führt zum Schnitt, wodurch der zylindrischer Abschnitt und ein Schneideverlust entstehen. Der Schneideverlust kann in erster Näherung als Zylinder mit der Höhe des Drahtdurchmessers angenommen werden. Dieser Zylinder wird nach außen geschleudert und dort gesammelt und rückgewonnen. Für die Tropfenbildung sind lediglich der mechanische Schnitt und die Oberflächenspannung verantwortlich. Die Viskosität des Fluids hat keinen direkten Einfluss, wodurch auch hochviskose Flüssigkeiten verarbeitet werden können. Die Tropfengrößen liegen im Bereich von wenigen Hundert Mikrometern und mehreren Millimetern. Die wichtigsten Einflussgrößen sind der Düsendurchmesser, die Durchflussmenge an der Düse, die Anzahl der Schneidedrähte und die Rotationsgeschwindigkeit des Schneidewerkzeugs. Um eine enge Größenverteilung zu erhalten, muss die Düse gleichmäßig durchströmt werden. Die eingesetzten Pumpen müssen daher pulsationsfrei arbeiten. Daneben muss das Schneidewerkzeug eine konstante Rotationsgeschwindigkeit aufweisen. Das Werkzeug selbst muss ebenfalls gewissen Anforderungen erfüllen. Die Drähte müssen gleichmäßige Abstände zueinander aufweisen und sie müssen stets straff gespannt sein. Je dünner diese Drähte, welche meist rostfreiem Stahl oder zunehmend aus Polymerfasern bestehen, sind, desto weniger Schnittverlust entsteht. Auch hier kann die Härtung der pigmenthaltigen, dispersen Phase entweder in der Gasphase durch IR-/ UV-Strahlung, ein Gas und/ oder in einem nicht mischbaren Härtungsbad erfolgen. Eine Härtung durch Temperaturveränderung ist ebenfalls möglich.Jet Cutter Process: In the Jet Cutter process, a laminar jet of liquid is forced through a nozzle at high speed. Directly below the nozzle there is a rotating disk that uses thin wires to cut cylindrical segments from the jet. The surface tension then causes spherical drops to be formed from the cylinders. Droplet generation is based on the mechanical impact of the liquid jet on the cutting wire. The impact causes cutting, resulting in the cylindrical section and cutting loss. In a first approximation, the cutting loss can be assumed to be a cylinder with the height of the wire diameter. This cylinder is thrown outwards where it is collected and recovered. Only the mechanical cut and surface tension are responsible for the formation of drops. The viscosity of the fluid has no direct influence, which means that even highly viscous liquids can be processed. The droplet sizes range from a few hundred micrometers to several millimeters. The most important influencing factors are the nozzle diameter, the flow rate at the nozzle, the number of cutting wires and the rotation speed of the cutting tool. To have a narrow size distribution To maintain the flow, the nozzle must flow evenly. The pumps used must therefore work without pulsation. In addition, the cutting tool must have a constant rotation speed. The tool itself must also meet certain requirements. The wires must be evenly spaced and must always be taut. The thinner these wires, which are usually made of stainless steel or increasingly polymer fibers, are, the less cutting loss occurs. Here too, the pigment-containing, disperse phase can be hardened either in the gas phase using IR/UV radiation, a gas and/or in an immiscible hardening bath. Hardening by changing temperature is also possible.
Vorteilhaft kann eine Hydrophobierung auf den Pigmenten eingesetzt werden, um die Stabilität und Vereinzelung in unpolaren Trägerflüssigkeiten deutlich zu verbessern.Hydrophobization can advantageously be used on the pigments in order to significantly improve stability and separation in non-polar carrier liquids.
Ferner haben Versuche gezeigt, dass sich die Absetzstabilität von Dispersionen mit der Alkylrestlänge der Oberflächenbehandlungen in Ölen und Paraffinölen signifikant verbessert. Die besten Ergebnisse werden mit C8- und C16-Alkylresten erhalten.Furthermore, tests have shown that the settling stability of dispersions improves significantly with the alkyl residue length of the surface treatments in oils and paraffin oils. The best results are obtained with C8 and C16 alkyl radicals.
Es hat sich gezeigt, dass monodisperse Kapseln kein Hindernis darstellen. Weder mit flüssigem Kern oder vollständig gehärtet. Auch das gezielte Ummanteln/Verkapseln von festen Partikeln ist möglich. Es gibt Arbeiten aus der Mikrobiologie, in denen menschliche Eizellen (d = 200 µm) und Leberzellen (d = 70 µm) einzeln verkapselt werden. In der Technik werden kugelförmige Nanopartikel in gleichgroße Kapseln verpackt, um sie in der DisplayTechnik zu verwenden. Der aktuelle Stand ist also, dass Partikel und auch Suspensionen in einer ähnlichen Größenordnung wie vorliegenden Erfindung (± eine Zehnerpotenz) in monodisperse Kapseln verpackt werden können. Das Neue ist, dass flache Partikel, die annähernd zweidimensional sind verkapselt werden. Biologische Zellen und Nanopartikel hingegen sind annähernd kugelförmig.It has been shown that monodisperse capsules do not represent an obstacle. Neither with a liquid core nor completely hardened. The targeted coating/encapsulation of solid particles is also possible. There are works from microbiology in which human egg cells (d = 200 µm) and liver cells (d = 70 µm) are individually encapsulated. In technology, spherical nanoparticles are packed into capsules of the same size for use in display technology. The current status is that particles and suspensions of a similar size to the present invention (± a power of ten) can be packed into monodisperse capsules. The new thing is that flat particles that are approximately two-dimensional are encapsulated. Biological cells and nanoparticles, on the other hand, are approximately spherical.
Die Kombination aus wohlgeformten Pigmenten, die einen genau definierten Durchmesser aufweisen, zusammen mit einem der beschriebenen Mikroverkapselungsverfahren, die eine sehr enge Größenverteilung der Kapseln ermöglichen, führen zum gewünschten Ergebnis, nämlich der Verkapselung von vorzuweise einem Pigment mit genau definierter Außenkontur und Größe in einer Kapsel genau definierter Größe. In dieser Kombination kann auch der Vorteil erreicht werden, ein brillantes, interaktives magnetisches Sicherheitsfeature mit einem deutlich sichtbaren Farbumschlag zu realisieren.The combination of well-formed pigments that have a precisely defined diameter, together with one of the microencapsulation processes described, which enable a very narrow size distribution of the capsules, leads to the desired result, namely the encapsulation of a pigment with a precisely defined outer contour and size in a capsule precisely defined size. This combination also offers the advantage of creating a brilliant, interactive magnetic security feature with a clearly visible color change.
Druckfarbe und Druck - Definition und HerstellungPrinting ink and printing - definition and production
Hohe Flächendeckung an funktionsfähigen Kapseln (erfindungsgemäßen optisch variablen Elementen):
- ◯ Es wird die dichteste Kugelpackung ein- und zweilagig angestrebt
- ◯ > 80 % der Kapseln sind funktionsfähig
- ◯ Bevorzugt: > 90 % der Kapseln sind funktionsfähig
- ◯ Magnetsortierung der Kapseln vor der Farbherstellung
- • Trocknung oxidativ oder Strahlungsinduziert
- ◯ UV-Trocknung
- ◯ Elektronenstrahl-Trocknung
- ◯ Vernetzung zwischen Kapselmaterial und Bindemittel vorteilhaft
- • Beständigkeit der Farbschicht und der Kapseln gegenüber den üblichen chemischen und physikalischen Banknoten Beständigkeitstests
- • Einbringung in Hybrid-Fenster oder im klassischen BN-Fenster (Euro)
- • Druckschichtdicke < 100 µm, bevorzugt < 60 µm, besonders bevorzugt <= 40 µm
- • Druckverfahren: Tiefdruck, Stichtiefdruck, Siebdruck, bevorzugt Siebdruck
- ◯ The densest packing of spheres in one and two layers is sought
- ◯ > 80% of the capsules are functional
- ◯ Preferred: > 90% of the capsules are functional
- ◯ Magnetic sorting of the capsules before color production
- • Drying is oxidative or radiation-induced
- ◯ UV drying
- ◯ Electron beam drying
- ◯ Networking between capsule material and binder is advantageous
- • Resistance of the ink layer and the capsules to the usual chemical and physical banknote resistance tests
- • Installation in hybrid windows or in the classic BN window (Euro)
- • Print layer thickness <100 µm, preferably <60 µm, particularly preferably <= 40 µm
- • Printing process: gravure printing, intaglio printing, screen printing, preferably screen printing
Design - Erleichterte Erkennung des SicherheitsfeaturesDesign - Easier recognition of the security feature
Durch ein geschicktes Design, wird die Erkennung und Verifizierung des Sicherheitsmerkmales erleichtert und damit die Sicherheit erhöht.
- • Kontrasterhöhung durch
- - Dunklen oder schwarzen Untergrunddruck
- - Einfärbung des Bindemittels in einer Kippfarbe des ColorShift-Pigmentes
- - Einfärbung des Untergrunddrucks in einer Kippfarbe des ColorShift-Pigmentes
- • Verstärkung des Erkennungseffektes
- - Vervollständigung einer zuvor nur teilweise erkennbaren Information, z.B. eines Währungssymbols oder einer Wertzahl
- - Auftauchen einer verdeckten Information, z.B. durch geteilten Druck von feststehenden Kapseln oder einer sehr ähnlichen Farbe und funktionalen Kapseln. Die verdeckte Information wird anschließen durch die Bewegung eines Magneten unter dem Sicherheitselement sichtbar gemacht, indem sich ein dynamischer Farbeffekt der funktionalen Kapseln vom feststehenden Bereich optisch differenziert.
- • Contrast increase through
- - Dark or black background print
- - Coloring the binder in a color shift of the ColorShift pigment
- - Coloring the background print in a tipping color of the ColorShift pigment
- • Enhancement of the recognition effect
- - Completion of previously only partially recognizable information, e.g. a currency symbol or a value number
- - Emergence of hidden information, e.g. through split printing of fixed capsules or a very similar color and functional capsules. The hidden information is then made visible by moving a magnet under the security element, with a dynamic color effect of the functional capsules visually differentiating it from the fixed area.
Die erfindungsgemäßen Kapseln und Farbsysteme können auch als Absicherung von Markenartikeln gegen Produktpiraterie und für die Echtheitserkennung von ID-Dokumenten eingesetzt werden.The capsules and color systems according to the invention can also be used to protect branded products against product piracy and to detect the authenticity of ID documents.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. In den Figuren zeigen:
-
1 ein Wertdokument 4mit einem Sicherheitsmerkmal 2; -
2 eine vergrößerte Teilschnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in1 ; -
3 die vergrößerte Teilschnittansicht gemäß2 mit angelegtem lokalem Magnetfeld; -
4 die vergrößerte Teilschnittansicht gemäß2 mit angelegtem lokalem Magnetfeld, das eine andere Orientierung aufweist als in3 ; -
5 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Erzeugung des Sicherheitsmerkmals 2 in1 ; -
6 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrensabschnitts G1 in5 ; -
7 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrensabschnitts G3 in5 , und -
8 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrensabschnitts G5 in5 .
-
1 avaluable document 4 with asecurity feature 2; -
2 an enlarged partial sectional view along section line AA in1 ; -
3 the enlarged partial sectional view according to2 with applied local magnetic field; -
4 the enlarged partial sectional view according to2 with an applied local magnetic field that has a different orientation than in3 ; -
5 a flowchart to explain the generation of thesecurity feature 2 in1 ; -
6 a flowchart to explain the process section G1 in5 ; -
7 a flowchart to explain the process section G3 in5 , and -
8th a flowchart to explain the process section G5 in5 .
Bei der in
Wie insbesondere der vergrößerten Teilschnittansicht in
Da die Kapsel 5 kugelförmig mit einem Außendurchmesser D und einem Innendurchmesser D', der größer ist als die maximale laterale Ausdehnung d des magnetischen Farbpigments 8, ausgebildet ist, ist das magnetische Farbpigment 8 frei drehbar in der Kapsel 5 vorgesehen. Wie der vergrößerten Schnittdarstellung in
Natürlich ist es möglich, die Orientierung des lokalen Magnetfeldes und damit die Ausrichtung der magnetischen Farbpigmente 8 innerhalb der Kapseln 5 zu variieren, wie in
Somit lässt sich ein beliebiger Neigungswinkel der magnetischen Farbpigmente 8 relativ zur Oberseite 3 durch Ausrichten des lokalen Magnetfeldes einstellen. Wenn die magnetischen Farbpigmente 8 nicht nur eine einfache Farbschicht aufweisen, sondern beispielsweise eine farbkippende Beschichtung (beispielsweise eine entsprechende Interferenzstruktur mit z. B. Reflektor-Dielektrikum, teilreflektiver Deckschicht), können diese farbkippenden Effekte durch Ändern des Winkels, unter dem die magnetischen Farbpigmente 8 zur Oberseite 3 orientiert sind, für einen Betrachter der Oberseite 3 erzeugt werden. Durch entsprechende Bewegung des Magneten sind dann dynamische, kontrastreiche Farbeffekte zu beobachten, die den speziellen Sicherheitscharakter der neuartigen Sicherheitselements unterstreichen.This means that any angle of inclination of the
Die magnetischen Farbpigmente 8 weisen alle dieselbe Außenkontur auf. Diese kann beispielsweise rund (kreisrund, oval, etc.), polygonförmig (beispielsweise dreieckig, quadratisch, rechteckig, sechseckig, achteckig) oder sternförmig (mit beispielsweise vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr Zacken) sein.The
Die maximale laterale Ausdehnung d kann größer oder gleich 10 µm und kleiner oder gleich 50 µm sein. Insbesondere ist die Variation der maximalen lateralen Ausdehnung d relativ gering. So kann ein Polydispersitätsindex PDI = (σd/d)2, wobei σd die Standardabweichung der Verteilung der maximalen lateralen Ausdehnung d ist, größer oder gleich 0 und kleiner als 0,2, bevorzugt kleiner als 0,01, besonders bevorzugt kleiner als 0,003 sein.The maximum lateral extent d can be greater than or equal to 10 µm and less than or equal to 50 µm. In particular, the variation of the maximum lateral extent d is relatively small. Thus, a polydispersity index PDI = (σ d /d) 2 , where σ d is the standard deviation of the distribution of the maximum lateral extent d, greater than or equal to 0 and less than 0.2, preferably less than 0.01, particularly preferably less than be 0.003.
Die Dicke der magnetischen Farbpigmente 8 kann im Bereich von 0,5 bis 4 µm, bevorzugt im Bereich von 0,7 bis 3 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 2 µm liegen.The thickness of the
Bei dem flüssigen Kern 7 kann es sich insbesondere um einen bevorzugt ölhaltigen Kern handeln. Ferner sind das magnetische Farbpigment 8 und die Kapselwand so ausgebildet, dass das magnetische Farbpigment 8 von der Kapselwand abgestoßen wird. Der innere Kapseldurchmesser D' ergibt sich aus dem Außendurchmesser D der Kapsel 5 abzüglich dem Zweifachen der Stärke h der Kapselhülle. Der Innendurchmesser D' der Kapsel 5 ist bevorzugt nur etwas größer als die maximale laterale Ausdehnung d des magnetischen Farbpigmentes 8. Insbesondere kann folgende Bedingung erfüllt sein: 1 < D' / d < 2,0, bevorzugt 1,05 < D' / d < 1,5 und besonderes bevorzugt 1,1 < D' / d < 1,4.The
Der Außendurchmesser D der Kapsel 5 kann beispielsweise größer oder gleich 15 µm und kleiner oder gleich 100 µm mit einer Toleranz von +/-10 µm betragen. Bevorzugt kann der Außendurchmesser D größer oder gleich 15 µm und kleiner oder gleich 50 µm mit einer Toleranz von +/- 5 µm und besonders bevorzugt kann der Kapselaußendurchmesser D größer oder gleich 24 µm und kleiner oder gleich 35 µm mit einer Toleranz von +/- 3 µm betragen.The outer diameter D of the
Ein Polydispersitätsindex PDI' = (σD / D)2 für den Außendurchmesser D der Kapseln 5, wobei σD die Standardabweichung der Kapselaußendurchmesserverteilung ist, kann die folgende Bedingung erfüllen: 0 ≤ PDI' < 0,3, bevorzugt 0 ≤ PDI' < 0,2 und besonders bevorzugt 0 ≤ PDI' < 0,1.A polydispersity index PDI' = (σ D / D) 2 for the outer diameter D of the
Jede Kapsel 5 enthält bevorzugt nur wenige Farbpigmente 8, insbesondere enthält jede Kapsel 5 eins bis fünf Farbpigmente 8. Bevorzugt enthält jede Kapsel 5 weniger als vier Farbpigmente 8 und besonders bevorzugt enthält jede Kapsel 5 genau ein Farbpigment 8.Each
Nachfolgend werden beispielhaft die Verfahrensschritte zur Herstellung der optisch variablen Elemente 1 sowie zur Erzeugung des Sicherheitsmerkmals 2 beschrieben.The method steps for producing the optically
Um die optisch variablen Elemente 1 herzustellen, werden in einem Verfahrensabschnitt G1 (
In einem Verfahrensabschnitt G2 werden die so hergestellten magnetischen Farbpigmente 8 in der Kernflüssigkeit für die flüssigen Kerne 7 dispergiert.In a process section G2, the magnetic color pigments 8 produced in this way are dispersed in the core liquid for the
In einem darauffolgenden Verfahrensabschnitt G3 werden dann die in der Kernflüssigkeit dispergierten magnetischen Farbpigmente 8 verkapselt.In a subsequent process section G3, the
Im Verfahrensabschnitt G4 erfolgt dann eine Sortierung und/oder Qualitätsprüfung der so hergestellten optisch variablen Elemente 1.In process section G4, the optically
Um das gewünschte Sicherheitselement 2 herstellen zu können, wird in einem nachfolgenden Verfahrensabschnitt G5 eine entsprechende Druckfarbe mit den optisch variablen Elementen 1 erzeugt.In order to be able to produce the desired
Im Verfahrensabschnitt G6 wird dann mittels der Druckfarbe aus dem Verfahrensabschnitt G5 das gewünschte Sicherheitsmerkmal 2 auf die Oberseite 3 des Wertdokumentes 4 gedruckt.In process section G6, the desired
Nachfolgend werden die Verfahrensabschnitte G1, G3 und G5 noch detaillierter beschrieben. Im Verfahrensabschnitt G1 wird in einem ersten Schritt S1 eine Prägeform zur Herstellung der Farbpigmente 8 hergestellt.The process sections G1, G3 and G5 are described in more detail below. In process section G1, an embossing mold for producing the color pigments 8 is produced in a first step S1.
Im Schritt S2 wird ein Lack aufgebracht, der dann im Schritt S3 mit der Prägeform aus dem Schritt S1 geprägt wird. In einem optionalen Schritt S4 kann eine Waschfarbe aufgebracht werden. Im Schritt S5 wird eine Metallisierung durchgeführt, gefolgt von einem Waschschritt (Schritt S6) und einem ersten Entwässern (Schritt S7). Es folgt dann eine Oberflächenbehandlung (Schritt S8) sowie ein Entwässern samt Trocknen (Schritt S9).In step S2, a lacquer is applied, which is then embossed in step S3 with the embossing mold from step S1. In an optional step S4, a wash color can be applied. In step S5, metallization is carried out, followed by a washing step (step S6) and a first dewatering (step S7). This is then followed by surface treatment (step S8) and dewatering including drying (step S9).
Für die Verkapslung der Pigmente gemäß Verfahrensabschnitt G3 kann in einem Schritt S10 ein vereinzelter Transport der Pigmente in der Kernflüssigkeit durchgeführt werden. Im Schritt S11 werden die Pigmente im Kernzentrum stabilisiert.For the encapsulation of the pigments according to process section G3, individual transport of the pigments in the core liquid can be carried out in a step S10. In step S11, the pigments in the core center are stabilized.
Im Schritt S12 erfolgt eine Tropfen- und Grenzflächenbildung gefolgt von der Kapselbildung/Grenzflächenpolymerisation im Schritt S13.In step S12, droplet and interface formation occurs, followed by capsule formation/interface polymerization in step S13.
Zur Herstellung der Druckfarbe werden die Kapseln 5 in einem Bindemittel dispergiert (Schritt S14). Es folgt dann eine Farbformulierung mit Trocknungssystem (beispielsweise oxidativ, UV, strahlungsvernetzend etc.) im Schritt S15. Im Schritt S16 kann dann eine Qualitätssicherung durchgeführt werden, wie z. B. eine rheologische Messung.To produce the printing ink, the
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- optisch variables Elementoptically variable element
- 22
- SicherheitsmerkmalSecurity feature
- 33
- OberseiteTop
- 44
- Wertdokumentdocument of value
- 55
- Kapselcapsule
- 66
- feste Hüllesolid cover
- 77
- flüssiger Kernliquid core
- 88th
- magnetisches Farbpigmentmagnetic color pigment
- 99
- Magnetmagnet
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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