BRPI0911826A2 - método de alinhamento biaxial de plaquetas magnéticas - Google Patents

Abstract

<B>MéTODO DE ALINHAMENTO BIAXIAL DE PLAQUETAS MAGNéTICAS.<D> Um método de planarização de uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis suportados por uma rede longitudinal é revelado; uma rede suportando um revestimento de flocos não-esféricos orientáveis por campo é colocada entre imâs, de modo que os campos dos más atravessem a rede; o primeiro e terceiro imás são fornecidos em um lado de uma trilha de alimentação e um segundo imã é fornecido entre o primeiro e terceiro imás no outro lado da trilha de alimentação; o primeiro e terceiro imás têm a mesma polaridade e o segundo imã tem uma polaridade complementar ao primeiro e terceiro imás, de modo que um primeiro campo magnético transpondo a trilha de alimentação está presente entre o primeiro e segundo imáse o segundo campo magnético transpondo a trilha de alimentação está presente entre o segundo e terceiro más, em que os imás são posicionados de modo que uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis por campo se deslocando ao longo da trilha de alimentação experimentem uma primeira rotação conforme eles passam o segundo imã durante o movimento relativo entre a rede e os imás; a rede é então movida através dos campos passando os imás e o revestimento é subsequentemente curado.

Description

"MÉTODO DE ALINHAMENTO BIAXIAL DE PLAQUETASMAGNÉTICAS".

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

Partículas de pigmento dispersas em umveículo de tinta e impressas na superfície de um substrato podem teralta ou baixa refletância da luz incidente. Este refletância depende devários fatores diferentes. As propriedades óticas inerentes daspartículas de pigmento afetam significativamente a refletividade.

Pigmentos "metálicos" altamente refletivos são partículas na forma deflocos consistindo principalmente de alumínio ou de outro metalaltamente refletivo. O "efeito" metálico é obtido através da interaçãode diferentes características individuais, consistindo principalmente dotamanho e formato das partículas, bem como do comportamentolaminar ou não-laminar do pigmento.

As propriedades Iaminares e não-laminares sãocaracterísticas do pigmento determinadas pela capacidade daspartículas do pigmento "flutuar". Os pigmentos Iaminares flutuam emuma superfície da película de tinta de impressão como resultado daalta tração interfacial. Eles formam uma película de superfície coerentecujas propriedades refletivas dependem da pureza das partículas. Ospigmentos não-laminares são totalmente umedecidos pelo aglutinantee são distribuídos uniformemente por toda a espessura derevestimento. A característica laminar é descrita em PigmentosInorgânicos Industriais de autoria de G. Buxbaum; Wiley-VCH, ISBN 3-527-28878-3, 1998, p. 229. Como os pigmentos Iaminares e não-laminares se comportam de maneira diferente, eles fornecem umaaparência muito diferente. Por exemplo, partículas de pigmentosIaminares aluminosos se distribuirão de forma mais uniforme atravésda superfície da película; elas fornecerão um acabamento parecidocom cromo.

Um método comum de fabricação de partículasde pigmento "laminar" é através de moagem por esferas do pigmentona presença de vários lubrificantes como está descrito na Patente EUA6,379,804 nos nomes de Ackerman et al. O ácido esteáriconormalmente é utilizado para este propósito. O ácido repele uma tintalíquida ou veículo de pintura da superfície do pigmento empurrando aspartículas na direção de interface entre o ar e a superfície da tinta.Como resultado, as plaquetas flutuam na superfície de impressãoexibindo uma aparência semelhante a um espelho. Entretanto, umadesvantagem deste método é a reduzida resistência abrasiva: asimpressões contendo tais partículas "laminares" apresentam baixaresistência à sua escoriação, porque o ácido impede a adesão doveículo de tinta à superfície do floco.

Imagens impressas com partículas não-laminares, em contraste ao pigmento "laminar", não têm umaaparência semelhante a um espelho suave. Em vez disso, elas têm umacabamento parecido com "faíscas" manchadas. Por outro lado, estas imagens impressas têm uma resistência abrasiva muita boa porque oveículo de tinta forma um forte laço com uma superfície não-modificada de partículas de pigmento. Seria vantajoso fabricar umaimagem altamente refletiva impressa com partículas de pigmento não-Iaminar distribuídas na camada de tinta, paralela à superfície da tintasemelhante às partículas laminares.

É possível orientar as partículas na camada detinta mediante uma ação externa. Por exemplo, a Patente EUA2,418,479 no nome de Pratt et al., se refere à fabricação de películasde tinta de metal brilhante por escovamento ou cortes.Pratt na patente EUA 2,418,479 também revelaum método de fabricação de partículas com propriedades parecidascom Iaminares através de seu alinhamento no campo magnéticoaplicado. As partículas usadas para esta aplicação precisam sermagnéticas e preferivelmente refletivas. As partículas sendo dispersasem tinta líquida, revestidas na superfície de um substrato e expostas aum campo magnético externo, tendem a se alinhar com seu eixo fácilao longo das linhas do campo. As posições das partículas tornam-sefixas após sua orientação através da cura do aglutinante. Na ciênciados materiais, o termo "eixo fácil" refere-se à direção energeticamentefavorável da magnetização espontânea em um materialferromagnético. Este eixo é determinado por vários fatores, incluindo aanisotropia magnetocristalina e a anisotropia de formato. As duasdireções contrárias ao longo do eixo fácil normalmente sãoequivalentes e a direção real da magnetização pode ser qualquer umadelas.

O alinhamento de partículas magnéticas,dispersas em uma camada de um aglutinante orgânico em umasuperfície de um substrato e exposto a um campo magnético externo,é descrito em muitos livros e patentes, por exemplo, MagneticRecording [Gravação Magnética] por C. Denis Mee; McGraw-HiII BookCompany, ISBN 0-07-041271-5, Volume 1, p.164 ou The CompleteHandbook of Magnetic Recording [O Manual Completo de GravaçãoMagnética], por Finn Jorgensen; TAB Professional and ReferenceBooks, ISBN 0-8306-1979-8, 1988.

C. D. Mee descreve o alinhamento de partículasem uma mídia de gravação através da aplicação de um campomagnético paralelo à direção de transporte da rede. A configuraçãopreferida das partes do pólo magnético de um circuito de imãpermanente era um dos pólos contrários em ambos os lados da rede,que não tem componente de campo perpendicular no plano central. Oautor também descreve vários dispositivos magnéticos para orientaçãode partículas magnéticas ao longo da direção da rede. Entretanto, háum recurso particular comum no alinhamento de partículas relativo àsuperfície do substrato, realizado por estes dispositivos. As referênciasdeclaram claramente que, para fitas de gravação, as partículas sãoalinhadas com seu eixo fácil ao longo da direção da rede.

A maioria dos materiais magnéticos utilizadosna mídia de gravação são quase unidimensionais, tendo uma dimensãomuito maior que as outras duas, tal como, um formato semelhante afios ou agulhas. Como mostrado na Fig. Ia, uma partícula formadacomo uma plaqueta 101 pode ser considerada como um corpo físicobidimensional (XY) devido à grande relação de aspecto de suasdimensões: XeY que são substancialmente maiores que Z. Quandouma plaqueta é induzida por um campo magnético, ela experimentaum torque magnético sempre que seu vetor dipolo não estiver paralelocom o campo externo. A existência do torque magnético resulta narotação da partícula com seu eixo fácil ao longo da direção das linhasmagnéticas 102 de um campo externo; e o vetor dipolo da plaquetafica paralelo ao vetor do campo magnético. A partícula não gira e seestabiliza nesta posição até o campo ser removido. Em outraspalavras, a partícula fica orientada com sua diagonal mais longa, quepode ser considerada como uma dimensão maior, por exemplo, acoordenada X, paralela com as linhas do campo magnético aplicado,como está mostrado na Fig. Ia.

Entretanto, a segunda dimensão, Y, pode nãoestar sempre paralela ao substrato. De fato temos notado que ela estásempre inclinada em algum pequeno ângulo na direção do campomagnético aplicado. Esta pequena inclinação não é muito importantepara o desempenho geral da mídia de gravação, entretanto, ela setorna muito significativa nas indústrias de pintura e impressão para aprodução de revestimentos refletivos altamente duráveis em váriossubstratos.

Durante muitas décadas, foram feitastentativas para fabricar revestimentos brilhantes com material de flocorefletivo. Pratt et al., em 1947 revelou publicamente na Pat. EUA N02,418,479 um processo de orientação de pigmentos de floco metálico para fabricação de revestimentos brilhantes. Pigmentos, tais como,flocos ferromagnéticos, nas películas de pintura são posicionados emuma superfície planar simples através da reação a um campomagnético. A superfície da peça e os flocos estão localizados nadireção do campo magnético. Este método requer que a superfície da peça em que a película está disposta fique situada entre os pólosmagnéticos de modo que cada dimensão longa ou maior das partículasse alinhe ao longo da direção do campo magnético, como uma agulhade compasso. Pratt et al., revela um método que inclui a colocação deuma película úmida contendo flocos ferromagnéticos para ação de umcampo magnético e para o ângulo direcional entre a película e ocampo, fazendo variar de paralelo a perpendicular em curtos intervalosde tempo até que a película tenha secado. A mudança direcional entrea película e o campo pode ser produzida pela rotação da película oupor rotação planar do campo magnético. O sistema eletromagnético descrito na patente gera um campo magnético de rotação permitindoque o floco mude sua direção com a freqüência de 5 a 10 Hz. O campomagnético muda sua direção em 90°. Os imãs em um dos conjuntosforam deixados ocos e o substrato foi passado continuamente em umataxa predeterminada através do centro nestes imãs ocos.Embora a invenção de Pratt revelada naPatente EUA 2,418,479 tenho feito um avanço na técnica, ela temalgumas desvantagens. O uso do método de Pratt não é prático parasuperfícies de peças grandes visto que a intensidade do campomagnético teria que ser extremamente grande, sendo também difícil edispendiosa para construir. Além disso, tal método conforme descritonão funcionaria de modo a orientar a maioria dos flocos dispostos emuma película ou revestimento em uma superfície de peça não-planar deformato curvo ou complexo. Um exemplo de tal superfície é umcomponente em formato anelar ou plano aerodinâmico de aparelhos degeração de energia, tal como, um motor de turbina a gás.

James Peng na Pat. EUA N0 4,859,495,designada à Eastman Kodak e emitida em 1989 revela um método defabricação de uma película de gravação magnética tendo as partículasmagnéticas orientadas em qualquer dada direção, que compreende aaplicação de uma pintura magnética em um substrato, submetendo osubstrato que contém a pintura magnética em uma condição não fixa aum campo magnético giratório tendo componentes magnéticos queestão situados apenas em um plano perpendicular à dada direção efixando a pintura magnética. A orientação dos flocos ocorre na camadade aglutinante orgânico contendo flocos magnéticos dispersosrevestidos em uma superfície da rede móvel. Um sistema magnéticodescreve quatro bobinas Helmholtz. A segunda configuração descreveo sistema de um campo magnético giratório não tendo a componente Zenquanto a camada de pintura magnética está se movendo em umataxa rápida no substrato em uma condição fluida. Esta configuração éadequada para a fabricação de mídia magnética em larguras muitoamplas, por exemplo, até trinta e mesmo cinqüenta polegadas delargura visto que ela não é limitada da mesma maneira que as bobinasHelmholtz. A configuração utiliza duas placas condutivas, tais como,por exemplo, placas de cobre que são dispostas acima e abaixo darede móvel. A corrente na placa superior da rede móvel atravessa alargura da rede. A placa abaixo da rede móvel tem uma corrente queatravessa a placa na direção do movimento da rede móvel devida àfonte de tensão. As duas correntes forçadas pelas duas fontes detensão estão 90° fora de fase entre si, o que provoca um campomagnético giratório tendo componentes apenas na direção XeY semcomponente magnético fora do plano da rede ou na direção Z. Asdesvantagens deste método também são a falta de sua utilidade parasubstratos de grandes superfícies, problemas com uniformidade deorientação sobre grandes superfícies, destruição de uma orientaçãoprópria pela saída do campo magnético e falta de viabilidade da curaUV no campo.

A aplicação da patente EUA 2004/0052976 nosnomes de Buczek et al. revela o alinhamento de partículas não-esféricas com sua dimensão principal orientada geralmente ao longo deuma superfície da peça em relação à qual a partícula está disposta. Aspartículas, dispostas em um meio fluido, onde a viscosidade do qualpode ser aumentada para segurar as partículas na posição, sãoposicionadas usando uma força nas partículas. A força inclui uma forçade torque de um campo magnético, força do fluxo do meio fluido, forçada gravidade e força da tensão superficial, sozinha ou em combinaçãocom a força da gravidade.

Para controle do brilho ou reflexão de umasuperfície, camadas e folhas utilizam partículas metálicas não-esféricasna forma de flocos tendo uma dimensão maior, com a orientaçãorelativa do floco e as dimensões maiores em relação à superfície doartigo determinando o grau de brilho ou reflexão. Embora este métodotenha alguma utilidade para a fabricação de camadas de pinturabrilhantes, ele carece de viabilidade para impressão de imagensbrilhantes no topo de uma ampla rede móvel, por exemplo, emvelocidades de 100 - 500 ft/min.

Uma outra patente norte-americana que serefere ao alinhamento magnético de partículas é o documento US5,630,877 nos nomes de Kashiwagi et al. que revela o alinhamento departículas magnéticas ou flocos dispersos em aglutinante orgânico eexpostos a um campo magnético externo. Um método e um mecanismosão ensinados para produção de um produto tendo um modelo formadomagneticamente, capaz de formar um modelo desejado em formatosdiversamente diferentes com um claro reconhecimento visual, em altasvelocidades usando um procedimento simples e um produto pintadoproduzido por estes métodos e mecanismo. Entretanto, a patente nãodescreve como fazer as camadas brilhantes com as componentes XeYparalelas à superfície de uma ampla rede se movendo em altasvelocidades.

OBJETIVOS E RESUMO DA INVENÇÃO

É um objetivo da presente invenção, fornecerum sistema e método para impressão em altas velocidades sobre umextenso substrato, de um artigo resistente a desgaste e altamenterefletivo com tinta contendo plaquetas magnéticas que são expostas acampos magnéticos que orientam as plaquetas, tal que suas duasdimensões principais se tornem paralelas à superfície do substratofornecendo um brilho "laminar-semelhante" e um método deorientação das partículas.

Um outro objetivo desta invenção é a formaçãode folhas de plaquetas magnéticas na camada de tinta.Um outro objetivo desta invenção é umaumento da saturação em imagens impressas com tinta contendopigmentos magnéticos de deslocamento de cor.

Um outro objetivo da invenção é imprimir ascamadas com uma refletância e brilho ou percurso de cor "comolâmina".

Um outro objetivo da invenção é fornecer umdocumento de segurança contendo símbolos de segurança impressoscom tinta contendo plaquetas magnéticas de deslocamento de cororientadas no campo magnético aplicado até as duas dimensõesprincipais das plaquetas ficarem essencialmente paralelas à superfícieda tinta de modo que a saturação e a área de cor dinâmica da camadasejam aumentadas.

Um outro objetivo da invenção é a impressãoda camada contendo plaquetas magnéticas montadas em folhascontínuas bidimensionais.

Um objetivo principal desta invenção é fornecerum método e dispositivo para impressão de artigos e os artigospropriamente ditos impressos em um substrato plano com tintacontendo plaquetas magnéticas de deslocamento de cor ou metálicas,alinhadas no campo magnético dinâmico aplicado de forma tal quetodas as plaquetas sejam co-planares entre si e à superfície da tinta.

Esta invenção fornece artigos de segurançaimpressos com tintas contendo pigmentos de deslocamento de cor ourefletivos em uma superfície de uma ampla e rápida rede móvel oupapel tendo dimensões, por exemplo, de até 60" em velocidades de 50- 300 fpm.

Esta invenção fornece um método e sistemapara impressão de alta velocidade e um alinhamento de flocos depigmento magnético altamente refletivos que depois do alinhamento,enquanto a rede está se movendo em altas velocidades, produz umacabamento semelhante a um espelho. Tais impressões podem serfabricadas com a utilização de pigmentos magnéticos refletivos ou dedeslocamento de cor dispersos em um meio de transporte de tinta.

De acordo com esta invenção foi fornecido ummétodo de planarização de uma pluralidade de flocos não-esféricosorientáveis suportados por uma rede longitudinal consistindo do:fornecimento de uma rede suportando uma camada de flocos não-esféricos orientáveis por campo; fornecimento do primeiro eterceiros imãs em um lado de uma linha definindo uma trilha dealimentação e fornecimento de um segundo imã entre o primeiro eterceiro imãs no outro lado da linha, em que o primeiro e terceiro imãstêm uma mesma polaridade na frente da linha, e em que o segundoimã tem uma polaridade polar complementar ao primeiro e terceiroimãs na frente da linha, de modo que um primeiro campo magnéticotranspondo a linha esteja presente entre o primeiro e segundo imãs eo segundo campo magnético transpondo a linha esteja presente entreo segundo e terceiro imãs, em que os imãs são posicionados de modoque uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis por campoavançando ao longo da trilha de alimentação experimentem umaprimeira rotação conforme eles passam o segundo imã quando a redeestá se movendo; e, movimento relativo de pelo menos uma redesuportando os flocos e os imãs ao longo da trilha de alimentação de modo que os flocos passem seqüencialmente através do primeiro esegundo campos.

Os inventores desta invenção descobriram ummétodo para alinhamento de plaquetas óticas multicamadas,neutramente flutuantes, dispersas em aglutinante orgânico erevestidas sobre uma rede móvel rápida plana e posteriormenteexposta a um campo magnético externo até que as plaquetas formemuma montagem semelhante a uma folha que apresente (apóssolidificação da suspensão) refletância ótica de pelo menos 50% damesma estrutura ótica depositada em vidro ou um outro substratosuave apropriado. Tintas magnéticas vêm sendo utilizadas desde 1956em uma tecnologia de reconhecimento de caractere conhecida comoReconhecimento de Caractere por Tinta Magnética (MICR) e tambémcomo uma mídia de gravação magnética. Cada tinta magnética é umfluido magnetoreológico (MR) com mais ou menos controle de fluxomanifestado pelo campo magnético aplicado. As propriedadesreológicas das tintas magnéticas dependem das propriedades químicase físicas de um aglutinante e das partículas magnéticas dispersas ali. Areologia de partículas suspensas é bem descrita por S.W. Charles; Maisdescrições das propriedades reológicas de tintas magnéticas podem serencontradas em Reologia de dispersões e compostos de substânciaparticulada. CRC Press, ISBN 1- 57444-520-0, 2007 e no Periódico deMagnetismo e Materiais Magnéticos, 65 (1987), 350-358.

As características de fluxo dos fluidosmagnetoreológicos dependem fortemente do formato, tamanho esuscetibilidade das partículas magnéticas.

Existem dois fluidos magnéticos bemconhecidos e estudados. Uma suspensão com partículas magnéticascoloidais nano-escalonadas dispersas é chamada ferrofluido se ela ficarfortemente polarizada na presença de um campo magnético. Umasuspensão com partículas magnéticas micrométricas é chamadaMagnetoreológico (MR) se ela aumenta substancialmente suaviscosidade quando exposta a um campo magnético externo.

Entretanto, há uma outra classificação de fluido magnetoreológico quecontém plaquetas magnéticas em escala mícron que tem dimensõescom uma alta relação de aspecto. Estes fluidos, revestidos sobre umasuperfície de artigos, são usados como pinturas e tintas magnéticasrespondendo à força de um campo aplicado através da reorientaçãodas plaquetas magnéticas no campo. A viscosidade da tinta dependeda intensidade do campo, direção do campo, concentração departículas, viscosidade do aglutinante, suscetibilidade magnética dasplaquetas magnéticas, etc. Um exemplo de mudança da viscosidadecom o aumento de um campo magnético é demonstrado na Fig. lb.

Um pigmento magnético consistindo deplaquetas magnéticas planas com um tamanho médio de 20 χ 20 χ 0,5mícrons foi misturado com um meio de transporte de tinta de telagiratória na concentração de 20 wt%. A viscosidade foi medida comum viscômetro Brookfield modelo DV-II em 50 rpm. A viscosidade foimedida sem campo introduzido e também com poucos camposdiferentes gerados por dois imãs permanentes diferentementeespaçados um do outro para criar campos de intensidade diferente. Foipossível medir que na ausência do campo a viscosidade foi de 1742cP;e a viscosidade aumenta conforme a intensidade do campo cresce,chegando a 3544cP nm valor de campo de 0,74 T (740 Gauss).

Sabe-se que uma partícula magnética simplesdispersa em um aglutinante líquido e induzida por um campomagnético obtém um momento de dipolo magnético e se orienta comseu eixo fácil ao longo das linhas magnéticas do campo cancelando aintensidade de campo líquida tanto quanto possível e reduzindo aenergia armazenada naquele campo a um mínimo. Grandesquantidades de partículas suspensas em um aglutinante diluído, damesma forma, todas identicamente se orientam ao longo da direção docampo. Em uma suspensão com uma grande concentração deplaquetas expostas a um campo estático, elas sofrem váriasinterações.

A descrição detalhada do mecanismo deformação da cadeia é dada por J. Η. E Promislow, A. P. Gast; Cinéticada agregação de partículas coloidais paramagnéticas, J. Chem. Phys.,1995, 102, 5492-5498; e por E. Clement, M. R. Maxey, G. E.Karniadakis; Dinâmicas do encadeamento automontado em fluidosmagnetoreológicos; Langmuir, 2004, 20, 507-513.

Partículas dispersas no aglutinante e expostasa um campo experimentam, simultaneamente, movimento Browniano,atração magnética dipolar e interação hidrodinâmica multiestrutura. Aspartículas se agrupam formando estruturas de supra-partículas, taiscomo, cadeias quando a intensidade do dipolo (caracterizando arelação de atração magnética para difusão aleatória) excede um valorcrítico. Nas cadeias o pólo Norte de uma partícula é atraído para o póloSul de outra partícula e para outra partícula e assim por diante. Ascadeias são ressaltadas na direção de um campo magnético aplicadocomo mostrado na Fig. 2.

A Fig. 2 consiste de 16 partículas na forma de losangos 201 com os pólos Norte (preto) e Sul (branco) mostrados nafigura com cores diferentes para fins ilustrativos. A direção de umcampo magnético externo é indicada pela seta 202. As partículasformam quatro cadeias I-IV (mostradas através de linhas tracejadas)na direção do campo 202. Cada cadeia consiste do arranjo cabeça-a- cauda de quatro plaquetas: 1-4, 5-8, 9-12 e 13-16. Com o passar dotempo, as interações partícula / cadeia e cadeia / cadeia conduzem aum contínuo aumento do tamanho do agrupamento, aumentandotambém a viscosidade do sistema inteiro.Entretanto, se a direção do campo magnéticomostrada na Fig. 2 mudar repentinamente, por exemplo, girando em45° no sentido anti-horário, as plaquetas começarão a girarinstantaneamente em torno de seus centros até que novas forças deatração do campo magnético aplicado formem novas cadeias conformemostrado na Fig. 3a. É importante notar que as plaquetas 1-16 nasFiguras 2 e 3 mantêm fisicamente sua posição no substrato, entretantosua orientação polar gira 45° no sentido anti-horário. Como umresultado da reorientação polar das plaquetas, poucas novas cadeiasdas mesmas partículas 1-16 previamente mostradas na Fig. 2 foramformadas ao longo da nova direção do campo. Agora as plaquetas 5,10 e 15; 1,6,11 e 16; 2, 7 e 12; 3 e 8; 9 e 14 formaram as cadeiasmostradas pelas linhas tracejadas na Fig. 3. Uma outra alteração nadireção do campo provoca a formação de outras cadeias a partir dasmesmas partículas.

No caso mais extremo o campo pode mudarsua direção continuamente. Isso acontece quando o campo giraconforme revelado por Pratt na patente EUA 2,418,479. Prattmencionou o brilho de um revestimento de pintura quando umsubstrato com uma camada de pintura úmida foi inserido entre ospólos de dois imãs permanentes e girado. As partículas magnéticasdispersas em um aglutinante e expostas a um campo magnéticogiratório, experimentam simultaneamente um torque magnético queimpele seu movimento rotativo individual na direção das linhas decampo magnético, com atração centrípeta, que é uma atraçãomagnética para o centro do domínio e interações do fluxo induzido. Arepulsão hidrodinâmica equilibra a atração centrípeta das plaquetasmagnetizadas e conduz à formação de um agregado de váriaspartículas que gira com uma velocidade associada à distânciainterpartícula. Uma única plaqueta, quando dispersa em um meiolíquido, gira mais fácil ao redor de seu eixo Z pois a resistência aolíquido nas margens é substancialmente menor do que se a plaquetagirasse ao redor de seus eixos X ou Y. Isso é conduzido pela relação deaspecto das dimensões da plaqueta. Umas poucas partículas metálicasgirando no mesmo plano formam um agregado que é altamenterefletivo.

A visão do inventor é a de que os métodos eprocessos revelados até aqui por outros não são apropriados paraimpressão e alinhamento usando um substrato largo se movendo emalta velocidade, apesar de ser importante ter um alto rendimento emum- substrato largo. As patentes acima mencionadas para Pratt et al. ePeng et al descrevem processos onde um imã ou imãs estãolocalizados em ambos os lados ou debaixo de uma rede. Entretantoexistem limites à largura da rede visto que a magnitude de umadensidade de fluxo do campo magnético aplicado cai rapidamente como aumento da distância entre os pólos dos imãs. O imã giratóriorevelado na patente de Pratt praticamente não pode se tornar grande osuficiente para ser utilizado debaixo de uma rede ampla. Além disso, otempo de parada para as partículas giratórias ficarem orientadas emum campo giratório pode variar nas diferentes partes da rede ampla ea uniformidade do revestimento não poderia ser alcançada. Um outroaspecto negativo do preceito de Pratt é que as partículas dispersas nacamada de uma tinta úmida sobre uma superfície da rede, que semove no topo de um imã giratório rápido, simultaneamente irão girar ese mover na direção da rede ao longo de uma trajetória de saca-rolhas.

Uma outra questão que deve ser consideradaao alinhar flocos magneticamente sobre uma rede móvel é o campo desaída. O campo magnético de qualquer imã não é uniforme. Quando arede se move ao longo do imã, as partículas dispersas na tinta úmida erevestidas na superfície da rede respondem ao campo imediatamentee, portanto, passa através de suas diferentes orientações em relaçãoao substrato. A orientação das partículas no campo de saída é muitodiferente da orientação na parte do campo onde elas recebem umaorientação predeterminada particular. Como resultado do campo desaída, as imagens impressas alinhadas ficam "lavadas" com oscontornos ficando obscuros e sem nitidez.

Para alinhar plaquetas magnéticas dispersasem uma camada de tinta úmida onde os dois eixos principais eramparalelos à superfície do substrato, aplicamos um campo magnéticodinâmico gerado por um setup magnético localizado embaixo dosubstrato. Essa posição do dispositivo magnético provocando aorientação requerida das plaquetas permite seu uso para um substratode largura indefinida. O dispositivo gera um campo magnético com umângulo direcional inferior a 90°. A rede pode se mover com uma altavelocidade sobre ou através de tais sistemas magnéticos. Em vez darotação revelada na técnica anterior, o campo muda rapidamente suadireção forçando as partículas a oscilar rapidamente até que ambos oseixos principais das plaquetas fiquem paralelos ao substrato. A curapor ultravioleta da tinta contendo plaquetas orientadas no campoeliminou um efeito negativo do campo de saída.

Um princípio básico de operação dos sistemasmagnéticos dinâmicos revelados na Patente EUA 7,258,900 no nome deRaksha et al., Esta patente revela alinhamento por rede cruzada deplaquetas magnéticas dispersas em um meio de transporte de tinta erevestidas pela impressão sobre um substrato móvel rápido. As partículassão alinhadas entre duas filas de imãs estáticos posicionados abaixo da redecomo ilustrado esquematicamente na Fig. 3C, que é ilustrativo do métodoempregado. O substrato plano 22 se movimenta na direção do leitor. Asimagens 68 e 70 são impressas no topo do substrato 22 com a tintacontendo plaquetas magnéticas 16. A tinta ainda era úmida quando asimagens 68 e 70 foram introduzidas no campo dos imãs 62, 64 e 66.

Os imãs geram um campo magnético com aslinhas 72 que estão quase planas e paralelas ao substrato nos lugares ondeas imagens impressas estão localizadas no substrato. O alinhamento dasplaquetas 16 nas imagens úmidas 68 e 70 ao longo das linhas magnéticas72 é quase paralelo ao substrato.

A visão principal do alinhamento das partículasé demonstrada na Técnica Anterior Fig. 4. A rede 401 se movimenta nadireção 402. A camada de tinta úmida 403 contém as partículasmagnéticas 404 e 405. Os imãs 406 e 407 estão localizados embaixoda rede como ilustrado na Fig. 3C. As partículas 404 impressas na rede402 não possuem nenhuma orientação predeterminada. Após aspartículas se moverem com a rede para a área entre os imãs 406 e407, elas se orientam através da rede na direção do campo magnético408 com seus planos quase paralelos à rede.

É um objetivo desta invenção fornecer omelhor alinhamento de plaquetas em um processo de alta velocidadeonde a largura da rede não é um fator de limitação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Configurações de exemplo da invenção agoraserão descritas em conjunto com os desenhos, em que:

A Fig. Ia mostra o desenho de uma plaquetamagneticamente or ientável ou partícula exposta a um campomagnético, em que o alinhamento da partícula com relação ao campomagnético é ao longo do eixo X da partícula.A Fig. Ib mostra um gráfico da alteração daviscosidade com o campo magnético.

A Fig. 2 mostra um desenho de 16 partículasna forma de losangos ou flocos com os pólos Norte (preto) e Sul(branco) mostrados na figura com diferentes cores para finsilustrativos.

A Fig. 3a é um desenho parecido com a Fig. 2,em que os flocos ou partículas são girados ao longo das linhas decampo magnético formando uma folha de partículas,

A Fig. 3b é ilustrativa de um sistema da técnicaanterior, em que se tenta planarizar e alinhar flocos dispostos entredois imãs.

A Fig. 4 é a ilustração de um sistema datécnica anterior, em que os flocos que passam entre dois imãs dabarra são alinhados ao longo das linhas de campo entre os dois imãs.

A Fig. 5 mostra o diagrama de umaconfiguração da invenção em que imãs escalonados de polaridadescomplementares, por exemplo, Norte Sul ou Sul Norte sãoposicionados de modo a ficarem escalonados ao longo da trilha dealimentação para rotação de flocos, suportados por uma rede ao longoda trilha de alimentação conforme os flocos ou imãs são relativamentemovidos.

A Fig. 6 ilustra um arranjo mais complexo deimãs dispostos sozinhos em múltiplas trilhas de alimentação paralelas,efetuando o giro dos flocos dentro de um revestimento, antes da curado revestimento.

A Fig. 7 é um gráfico do percurso de corilustrando uma diferença em dois revestimentos, em que um foisubmetido a uma rotação usando o método desta invenção, e em que ooutro revestimento não foi.

A Fig. 8 é um gráfico ilustrando a luminânciade um revestimento não-orientado, versus um revestimento orientadode acordo com uma configuração desta invenção, versus uma lâmina.

A Fig. 9 retrata uma configuração destainvenção, em que um conjunto de cilindros sobre um eixo é utilizadopara rodar os flocos de acordo com o método desta invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Eletroímãs CA ou CC ou imãs permanentespodem ser utilizados de acordo com esta invenção para fornecercampos magnéticos dinâmicos. Uma vista superior de umaconfiguração de exemplo desta invenção é mostrada na Fig. 5.

Consultando agora a Fig. 5, a rede 501 semove na direção da seta 502. A tinta 503 contendo partículasmagnéticas é revestida na superfície da rede 501. As partículasmagnéticas na Fig. 5 são representações da partícula única 504 emdiferentes estágios de alinhamento no meio de transporte de tintaconforme ele se move através dos imãs 506-508. Quando a rede semove as partículas são afetadas pelo campo magnético criado pelosimãs. Os imãs são dispostos em formação zig-zag com ângulos 510menores que 90°. Quando a tinta 503 é impressa na rede 501 ela semove para a área entre os imãs. As partículas se orientam nasdireções 509 do campo mostrado na Fig. 5 pelas linhas tracejadas. Adireção 509 do campo muda conforme a rede se move na direção 502.

A partícula 504 sofre as rotações retratadas por setas na figura noplano da rede em ângulos 510 determinados pelo arranjo em zig-zagdos imãs. Descobrimos que o ângulo 510 funciona bem quando está nafaixa de 45° - 90°. Uma pluralidade de partículas magnéticas,passando através da área de alinhamento entre os imãs, também sofrevárias interações cabeça-a-cauda, ilustradas na Fig. 3. As partículas,girando no campo experimentam forças em diferentes direções. Asforças presentes são forças macroscópicas determinadas pelo campoaplicado e forças microscópicas determinadas pelos campos dosdipolos mais próximos. A força sobre uma única partícula é asomatória das forças devido a cada contribuição de campo. Aspartículas se moverão no plano da rede até que aumentem asuscetibilidade da camada de tinta ao longo das direções XY,maximizando assim a soma de suscetibilidade. Ao final do caminho detransição entre os imãs, as plaquetas formam uma estruturasemelhante a uma folha permanentemente ligada, onde as plaquetasmagnéticas estão orientadas com seu eixo XY paralelo à rede.

A Fig. 5 ilustra um arranjo linear de imãspermanentes que fornece uma mudança predeterminada da direção decampo conforme os flocos se movem pelos imãs. Poucas linhas podemser combinadas juntas e montadas em uma prensa de impressãoembaixo de uma ampla rede como ilustrado esquematicamente na Fig.6, onde a rede 601, esquematicamente mostrada transparente parapropósitos ilustrativos, é revestida com rótulos quadrados 602impressos com a tinta contendo partículas magnéticas no processo deimpressão anterior não mostrado na figura.

Imãs na forma de cubos 603, montados comoilustrado na Fig. 5, são localizados nas proximidades da rede 601 ediretamente abaixo desta em um banco de uma prensa de impressão,não mostrada na figura. A largura da rede pode variar na faixa de 6" a72". A velocidade da rede pode variar na faixa de 10 a 300 pés/min. Onúmero de imãs em uma única seqüência ao longo da rede podevariar, por exemplo, de 4 a 40 ou mais. Passando através de umcampo de imãs permanentes na direção 604 da rede, as plaquetasgiram no plano da rede até atingirem uma formação semelhante a umafolha estável, com seus eixos XeY paralelos à rede.

Conforme encontramos, diferentes montagensmagnéticas podem ser empregadas para girar as plaquetas magnéticasno plano de um substrato plano quando ele se move. Elas podem sereletroímãs CA com direção controlada do campo magnético gerado comelas conforme a rede se move. Eles também podem ser montagens deimãs permanentes com polaridades opostas. Os imãs podem estarembaixo da rede como ilustrado na Fig. 6 ou acima e embaixo (se amontagem consistir de duas partes). O principal recurso característicode todas estas montagens é seu campo que gira as partículasmagnéticas no plano de uma rede de movimento rápido.

Alternativamente, um pigmento magnético por deslocamento de corpode ser usado para impressão de artigos de segurança com altasaturação em cédulas bancárias, documentos valiosos, IDS, etc., comodemonstrado na amostra de laboratório abaixo.

A mudança de alinhamento no campomagnético de estático para dinâmico aumentou significativamente arefletância da luz e as propriedades de saturação das impressões.

Descobrimos que podemos fazer uma impressão de tinta contendoplaquetas refletivas planas com a refletância da camada impressa, queé de pelo menos 50% da refletância de um espelho.

É importante curar a montagem tipo folha deplaquetas no campo dinâmico, conforme revelado nas patentes /aplicações da Flex anteriores. O campo de saída do sistema magnéticodinâmico tem uma direção diferente daquela onde as plaquetas seorientam paralelas ao substrato.CONFIGURAÇÃO DE EXEMPLAR

O pigmento magnético por deslocamento decor foi fabricado por deposição a vácuo de uma pilha de película finade interferência ouro-a-verde em vácuo no topo de um substrato depoliéster. Uma parte do substrato foi cortada e deixada para mediçõesde cor posteriores. O restante do depósito foi retirado do substrato,triturado e dimensionado para pó de pigmento de 20 mícrons,conforme revelado nas patentes da Flex anteriores. As plaquetas depigmento foram dispersas no Meio de Transporte de Tinta de TelaGiratória Sericol claro, curável por UV, na concentração de 20 wt% erevestido na superfície de um papel com as técnicas de impressão detela. Uma metade da impressão úmida com plaquetas não-orientadasfoi cortada e a tinta foi curada com UV-leve. A segunda metade daimpressão foi anexada à rede funcionando através de um arranjomagnético para orientar as plaquetas com seus eixos XeY paralelos àrede. A impressão foi curada com UV leve após a conclusão doalinhamento. O percurso de cor de todas as três amostras com ooffgloss (polimento) de 10° foi analisado com o espectrogoniômetroZeiss. O gráfico do percurso de cor a*b* está ilustrado na Fig. 7. Alinha 701 corresponde à impressão contendo plaquetas não-orientadas.

A linha de percurso de cor 702 corresponde ao alinhamento tipo folhade plaquetas ouro-a-verde magnéticas orientadas em campo dinâmico.A curva 703 corresponde ao substrato de poliéster revestido a vácuocom a pilha de interferência ouro-a-verde. A luminância especularrefletida das mesmas amostras foi medida com o espectrofotômetroSF600 + . Os gráficos da luminância refletida Y estão demonstrados naFig. 8.

Esta invenção fornece um artigo resistente adesgaste e altamente refletivo impresso em um amplo substrato quese move em alta velocidade com a tinta contendo plaquetasmagnéticas e ainda exposto a um campo magnético dinâmico deconfiguração tal que as plaquetas ficam orientadas na tinta com seusdois eixos X e Y principais paralelos à superfície do substrato,fornecendo um brilho "laminar-semelhante". Este artigo resistente adesgaste e altamente refletivo pode ser parte de um documento desegurança, contendo símbolos de segurança impressos de acordo como método desta invenção, em que os eixos XeY das plaquetas ouflocos estão paralelos à superfície da tinta, o que aumenta a saturaçãoe a área de cor dinâmica do revestimento.

Além disso, esta invenção permite e fornece aformação de uma camada altamente refletiva de plaquetas magnéticasna camada de tinta através da exposição de uma multiplicidade deplaquetas ao campo magnético dinâmico, o que força as plaquetas agirar em ângulos menores que 90° no plano do substrato até queformem estruturas tipo folha estáveis.

Uma outra configuração desta invenção émostrada na Fig. 9, onde um arranjo de cilindros fornece basicamenteo mesmo efeito que o arranjo linear de imãs ao longo de uma trilha dealimentação mostrada na Fig. 5. Entretanto os cilindros na Fig. 9geram uma configuração mais compacta desta invenção. A trilha dealimentação continua no caminho através do qual a rede étransportada sobre os cilindros, com os imãs nesta configuraçãoestando igualmente e efetivamente espaçados ao longo da trilha dealimentação. Consultando agora a Fig. 9, duas rodas 902 e 904suportadas e giráveis com uma haste tendo imãs nesta, estãoespaçadas a uma distância "d". As rodas 902 e 904 são fixadas nahaste com parafusos de ajuste de modo que, quando a haste for giradaas rodas magnéticas giram com a haste. Os imãs têm a mesmaconfiguração escalonada que aquelas da Fig. 5. Uma rede, suportadaatravés de um arranjo de cilindros de suporte adjacentes às duasrodas 902 e 904 tem um perfil levemente superior ao das duas rodas ecarregam a rede ao longo da trilha de alimentação sem a rede fazercontato com os imãs. Os cilindros de suporte da rede são montados nahaste com rolamentos não-magnéticos. Em uma configuraçãopreferida, a rede pode ser movida na direção da trilha de alimentação,enquanto as rodas magnéticas 902 e 904 podem ser giradas em umadireção oposta no sentido anti-horário para aumentar a quantidade derotações de floco por minuto.

Claims (14)

1. a) "MÉTODO DE ALINHAMENTO BIAXIAL DE PLAQUETASMAGNÉTICAS", onde o método inclui a planarização de umapluralidade de flocos não-esféricos orientáveis suportados por umarede longitudinal caracterizado por consistir de: a) fornecimento deuma rede suportando uma camada de flocos não-esféricos orientáveispor campo; b) fornecimento do primeiro e terceiro imãs em umprimeiro lado de uma trilha de alimentação e fornecimento de umsegundo imã entre o primeiro e terceiros imãs em um segundo ladocontrário da trilha de alimentação, em que o primeiro e terceiro imãstêm uma mesma polaridade, e em que o segundo imã tem umapolaridade complementar ao primeiro e terceiro imãs, de modo que umprimeiro campo magnético transpondo a trilha de alimentação estejapresente entre o primeiro e segundo imãs e o segundo campo magnético transpondo a trilha de alimentação esteja presente entre osegundo e terceiro imãs, em que os imãs são posicionados de modoque uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis por campoavançando ao longo da trilha de alimentação experimentem umaprimeira rotação conforme eles passam o segundo imã durante o movimento relativo entre a rede e os imãs; e, c) movimento relativode pelo menos uma rede suportando os flocos e dos imãs formandodois pares de imãs complementares que se atraem.

2. a) "UM MÉTODO" conforme definido na reivindicação 1, em que aetapa (c) está caracterizada por compreender a movimentação da redeao longo da trilha de alimentação, e em que a trilha de alimentação édefinida por uma linha.

3. a) "UM MÉTODO" conforme definido na reivindicação 1, em que aetapa (c) está caracterizada por compreender a movimentação dosimãs ao longo da trilha de alimentação.

4.) "UM MÉTODO" conforme definido na reivindicação 1, em que aetapa (c) está caracterizada por compreender a movimentação dosflocos e dos imãs ao longo da trilha de alimentação.

5.) "UM MÉTODO" conforme definido na reivindicação 2,caracterizado pelo primeiro e o segundo campo magnético terem aprimeira e a segunda linhas de campo respectivamente, que estãosubstancialmente paralelas com a rede, e em que as primeiras linhasde campo cruzam a rede em um primeiro ângulo com relação à trilhade alimentação, e em que as segundas linhas de campo cruzam a redeem um segundo ângulo com relação à trilha de alimentação, e em quea primeira e a segunda linhas de campo não estão paralelas e não sãoortogonais com a trilha de alimentação.

6.) "UM MÉTODO" conforme definido na reivindicação 1,caracterizado pelo fato da etapa de fornecimento do primeiro, segundoe terceiro imãs também incluir o fornecimento de pelo menos umquarto imã posicionado em um mesmo lado da trilha de alimentaçãocomo o segundo imã, e em que um terceiro campo entre o terceiro equarto imãs cruza a trilha de alimentação, e em que a polaridade doquarto imã é a mesma que a do segundo imã e complementar àpolaridade do terceiro imã, de modo a gerar linhas de campo atravésda trilha de alimentação, em que os imãs são posicionados de modoque uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis por campoavançando ao longo da trilha de alimentação experimentem uma outrarotação conforme eles passam o terceiro imã quando a rede ou os imãsestão se movendo.

7.) "UM MÉTODO" conforme definido na reivindicação 1,caracterizado pelo primeiro e terceiro imãs serem embutidos ousuportados por uma primeira roda giratória, e em que o segundo imã éembutido ou suportado por uma segunda roda giratória, e em que atrilha de alimentação é coincidente com uma região entre a primeira esegunda rodas.

8.a) "UM MÉTODO" conforme definido na reivindicação 2,caracterizado pelo fato do primeiro campo magnético estar presenteentre o primeiro e segundo imã, e em que um segundo campomagnético esteja presente entre o segundo e terceiro imã, e em que oprimeiro e o segundo campos magnéticos atravessam a trilha dealimentação e uma direção de transporte da rede.

9.a) "UM MÉTODO" conforme definido na reivindicação 2,caracterizado pelos flocos possuírem um tamanho entre 2 e 100mícrons.

10.a) "UM MÉTODO" de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato dos tamanho dos flocos não variar por mais de 20%.

11.a) "UM MÉTODO" de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelos flocos serem de um tamanho e formato predeterminados.

12.a) "UM MÉTODO" de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelos primeiro, segundo e terceiro imãs serem imãs permanentes.

13.a) "UM MÉTODO DE PLANARIZAÇÃO DE UMA PLURALIDADE DEFLOCOS NÃO-ESFÉRICOS" orientáveis suportados por uma redelongitudinal estar caracterizado pelo fato de: a) fornecimento de umarede suportando uma camada de flocos não-esféricos orientáveis porcampo ao longo de uma trilha de alimentação; b) fornecimento de umaprimeira pluralidade de imãs em um lado da trilha de alimentação efornecimento de uma segunda pluralidade de imãs no lado contrário datrilha de alimentação, em que a primeira e a segunda pluralidade deimãs são alternadas, de modo que não fiquem diretamente uma sobrea outra ao longo da trilha de alimentação, em que a primeirapluralidade de imãs e a segunda pluralidade são dispostas perto datrilha de alimentação em localizações diferentes, e formam umapluralidade de pares de imãs tendo polaridades contrárias na frente datrilha de alimentação, tal que cada par tenha uma polaridadecomplementar, fornecendo um campo magnético que atravessa a trilhade alimentação, e em que os imãs são posicionados de modo que umapluralidade de flocos não-esféricos orientáveis por campo avançandoao longo da trilha de alimentação experimente uma variedade derotações conforme eles passam os imãs ao longo da rede; e, c)movimento relativo de pelo menos uma rede suportando os flocos edos imãs formando pares de imãs complementares que se atraem.

14.) "UM MÉTODO" conforme definido na reivindicação 13, em quepares de imãs adjacentes possuem um imã comum a ambos os pares.