BRPI0911826B1

BRPI0911826B1 - Método de planarização de uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis suportados por uma rede longitudinal

Info

Publication number: BRPI0911826B1
Application number: BRPI0911826-8A
Authority: BR
Inventors: Vladimir P. Raksha; Vladimir P Raksha; Paul G. Coombs; Paul G Coombs; Charles T. Markantes; Charles T Markantes; Wilfred C. Kittler; Wilfred C Kittler, Jr; Dave Williams; John D. Sonderman; John D Sonderman; Cornelis Jan Delst
Original assignee: Viavi Solutions Inc.
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2020-06-02
Also published as: TW201012558A; KR20160085236A; EP2157141B1; TW201609276A; TWI617365B; CN101653758A; KR101847633B1; TWI524949B; CN101653758B; EP2157141A1; KR101636774B1; JP5297939B2; KR20100021985A; JP2010042407A; US8137762B2; RU2499635C2; US20100040799A1; RU2009131227A; BRPI0911826A2

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 PLANARIZAÇÃO DE UMA PLURALIDADE DE FLOCOS NÃOESFÉRICOS ORIENTÁVEIS SUPORTADOS POR UMA REDE LONGITUDINAL

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

Partículas de pigmento dispersas em um veículo de tinta e impressas na superfície de um substrato podem ter alta ou baixa refletância da luz incidente. Este refletância depende de vários fatores diferentes. As propriedades óticas inerentes das partículas de pigmento afetam significativamente a refletividade. Pigmentos metálicos altamente refletivos são partículas na forma de flocos consistindo principalmente de alumínio ou de outro metal altamente refletivo. O efeito metálico é obtido através da interação de diferentes características individuais, consistindo principalmente do tamanho e formato das partículas, bem como do comportamento laminar ou não-laminar do pigmento.

As propriedades laminares e não-laminares são características do pigmento determinadas pela capacidade das partículas do pigmento flutuar. Os pigmentos laminares flutuam em uma superfície da película de tinta de impressão como resultado da alta tração interfacial. Eles formam uma película de superfície coerente cujas propriedades refletivas dependem da pureza das partículas. Os pigmentos não-laminares são totalmente umedecidos pelo aglutinante e são distribuídos uniformemente por toda a espessura de revestimento. A característica laminar é descrita em Pigmentos Inorgânicos Industriais de autoria de G. Buxbaum; Wiley-VCH, ISBN 3-527-28878-3, 1998, p. 229. Como os pigmentos laminares e nãolaminares se comportam de maneira diferente, eles fornecem uma aparência muito diferente. Por exemplo, partículas de pigmentos laminares aluminosos se distribuirão de forma mais uniforme através da superfície da película; elas fornecerão um acabamento parecido com cromo.

Um método comum de fabricação de partículas de pigmento laminar é através de moagem por esferas do pigmento na presença de vários lubrificantes

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2/21 como está descrito na Patente EUA 6,379,804 nos nomes de Ackerman et al. O ácido esteárico normalmente é utilizado para este propósito. O ácido repele uma tinta líquida ou veículo de pintura da superfície do pigmento empurrando as partículas na direção de interface entre o ar e a superfície da tinta. Como resultado, as plaquetas flutuam na superfície de impressão exibindo uma aparência semelhante a um espelho. Entretanto, uma desvantagem deste método é a reduzida resistência abrasiva: as impressões contendo tais partículas laminares apresentam baixa resistência à sua escoriação, porque o ácido impede a adesão do veículo de tinta à superfície do floco.

Imagens impressascom partículas não-laminares, em contraste ao pigmento laminar, não têm uma aparência semelhante a um espelho suave. Em vez disso, elas têm um acabamento parecido com faíscas manchadas. Por outro lado, estas imagens impressas têm uma resistência abrasiva muita boa porque o veículo de tinta forma um forte laço com uma superfície nãomodificada de partículas de pigmento. Seria vantajoso fabricar uma imagem altamente refletiva impressa com partículas de pigmento nãolaminar distribuídas na camada de tinta, paralela à superfície da tinta semelhante às partículas laminares.

É possível orientar as partículas na camada de tinta mediante uma ação externa. Por exemplo, a Patente EUA 2,418,479 no nome de Pratt et al., se refere à fabricação de películas de tinta de metal brilhante por escovamento ou cortes.

Pratt na patente EUA 2,418,479 também revela um método de fabricação de partículas com propriedades parecidas com laminares através de seu alinhamento no campo magnético aplicado. As partículas usadas para esta aplicação precisam ser magnéticas e preferivelmente refletivas. As partículas sendo dispersas em tinta líquida, revestidas na superfície de um substrato e expostas a um campo magnético externo, tendem a se alinhar com seu eixo fácil ao longo das linhas do campo. As posições das partículas tornam-se fixas após sua orientação através da cura do aglutinante. Na ciência dos materiais, o termo

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3/21 eixo fácil refere-se à direção energeticamente favorávelda magnetização espontânea em ummaterial ferromagnético. Este eixo é determinado por vários fatores, incluindo a anisotropia magnetocristalina e a anisotropia de formato. As duas direções contrárias ao longo do eixo fácil normalmente são equivalentes e a direção real da magnetização pode ser qualquer uma delas.

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

C. D. Mee descreve o alinhamento de partículas em uma mídia de gravação através da aplicação de um campo magnético paralelo à direção de transporte da rede. A configuração preferida das partes do pólo magnético de um circuito de ímã permanente era um dos pólos contrários em ambos os lados da rede, que não tem componente de campo perpendicular no plano central. O autor também descreve vários dispositivos magnéticos para orientação de partículas magnéticas ao longo da direção da rede. Entretanto, há um recurso particular comum no alinhamento de partículas relativo à superfície do substrato, realizado por estes dispositivos. As referências declaram claramente que, para fitas de gravação, as partículas são alinhadas com seu eixo fácil ao longo da direção da rede.

A maioria dos materiais magnéticos utilizados na mídia de gravação são quase unidimensionais, tendo uma dimensão muito maior que as outras duas, tal como, um formato semelhante a fios ou agulhas. Como mostrado na Fig. 1a, uma partícula formada como uma plaqueta 101 pode ser considerada como um corpo físico bidimensional (XY) devido à grande relação de aspecto de suas dimensões: X e Y que são substancialmente maiores que Z. Quando uma

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4/21 plaqueta é induzida por um campo magnético, ela experimenta um torque magnético sempre que seu vetor dipolo não estiver paralelo com o campo externo. A existência do torque magnético resulta na rotação da partícula com seu eixo fácil ao longo da direção das linhas magnéticas 102 de um campo externo; e o vetor dipolo da plaqueta fica paralelo ao vetor do campo magnético. A partícula não gira e se estabiliza nesta posição até o campo ser removido. Em outras palavras, a partícula fica orientada com sua diagonal mais longa, que pode ser considerada como uma dimensão maior, por exemplo, a coordenada X, paralela com as linhas do campo magnético aplicado, como está mostrado na Fig. 1a.

Entretanto, a segunda dimensão, Y, pode não estar sempre paralela ao substrato. De fato temos notado que ela está sempre inclinada em algum pequeno ângulo na direção do campo magnético aplicado. Esta pequena inclinação não é muito importante para o desempenho geral da mídia de gravação, entretanto, ela se torna muito significativa nas indústrias de pintura e impressão para a produção de revestimentos refletivos altamente duráveis em vários substratos.

Durante muitas décadas, foram feitas tentativas para fabricar revestimentos brilhantes com material de floco refletivo. Pratt et al., em 1947 revelou publicamente na Pat. EUA N° 2,418,479 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 em uma superfície planar simples através da reação a um campo magnético. A superfície da peça e os flocos estão localizados na direção do campo magnético. Este método requer que a superfície da peça em que a película está disposta fique situada entre os pólos magnéticos de modo que cada dimensão longa ou maior das partículas se alinhe ao longo da direção do campo magnético, como uma agulha de compasso. Pratt et al., revela um método que inclui a colocação de uma película úmida contendo flocos ferromagnéticos para

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5/21 ação de um campo magnético e para o ângulo direcional entre a película e o campo, fazendo variar de paralelo a perpendicular em curtos intervalos de tempo até que a película tenha secado. A mudança direcional entre a película e o campo pode ser produzida pela rotação da película ou por rotação planar do campo magnético. O sistema eletromagnético descrito na patente gera um campo magnético de rotação permitindo que o floco mude sua direção com a frequência de 5 a 10 Hz. O campo magnético muda sua direção em 90°. Os ímãs em um dos conjuntos foram deixados ocos e o substrato foi passado continuamente em uma taxa predeterminada através do centro nestes ímãs ocos.

Embora a invenção de Pratt revelada na Patente EUA 2,418,479 tenho feito um avanço na técnica, ela tem algumas desvantagens. O uso do método de Pratt não é prático para superfícies de peças grandes visto que a intensidade do campo magnético teria que ser extremamente grande, sendo também difícil e dispendiosa para construir. Além disso, tal método conforme descrito não funcionaria de modo a orientar a maioria dos flocos dispostos em uma película ou revestimento em uma superfície de peça não-planar de formato curvo ou complexo, Um exemplo de tal superfície é um componente em formato anelar ou plano aerodinâmico de aparelhos de geração de energia, tal como, um motor de turbina a gás.

James Peng na Pat. EUA N O 4,859,495, designada à Eastman Kodak e emitida em 1989 revela um método de fabricação de uma película de gravação magnética tendo as partículas magnéticas orientadas em qualquer dada direção, que compreende a aplicação de uma pintura magnética em um substrato, submetendo o substrato que contém a pintura magnética em uma condição não fixa a um campo magnético giratório tendo componentes magnéticos que estão situados apenas em um plano perpendicular à dada direção e fixando a pintura magnética. A orientação dos flocos ocorre na camada de aglutinante orgânico contendo flocos magnéticos dispersos revestidos em uma superfície da rede

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6/21 móvel. Um sistema magnético descreve quatro bobinas Helmholtz. A segunda configuração descreve o sistema de um campo magnético giratório não tendo a componente Z enquanto a camada de pintura magnética está se movendo em uma taxa rápida no substrato em uma condição fluida. Esta configuração é adequada para a fabricação de mídia magnética em larguras muito amplas, por exemplo, até trinta e mesmo cinquenta polegadas de largura visto que ela não é limitada da mesma maneira que as bobinas Helmholtz. A configuração utiliza duas placas condutivas, tais como, por exemplo, placas de cobre que são dispostas acima e abaixo da rede móvel. A corrente na placa superior da rede móvel atravessa a largura da rede. A placa abaixo da rede móvel tem uma corrente que atravessa a placa na direção do movimento da rede móvel devida à fonte de tensão. As duas correntes forçadas pelas duas fontes de tensão estão 90° fora de fase entre si, o que provoca um campo magnético giratório tendo componentes apenas na direção X e Y sem componente magnético fora do plano da rede ou na direção Z. As desvantagens deste método também são a falta de sua utilidade para substratos de grandes superfícies, problemas com uniformidade de orientação sobre grandes superfícies, destruição de uma orientação própria pela saída do campo magnético e falta de viabilidade da cura UV no campo.

A aplicação da patente EUA 2004/0052976 nos nomes de Buczek et al. revela o alinhamento de partículas nãoesféricas com sua dimensão principal orientada geralmente ao longo de uma superfície da peça em relação à qual a partícula está disposta. As partículas, dispostas em um meio fluido, onde a viscosidade do qual pode ser aumentada para segurar as partículas na posição, são posicionadas usando uma força nas partículas. A força inclui uma força de torque de um campo magnético, força do fluxo do meio fluido, força da gravidade e força da tensão superficial, sozinha ou em combinação com a força da gravidade.

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Para controle do brilho ou reflexão de umasuperfície, camadas e folhas utilizam partículas metálicas não-esféricas na forma de flocos tendo uma dimensão maior, com a orientação relativa do floco e as dimensões maiores em relação à superfície do artigo determinando o grau de brilho ou reflexão. Embora este método tenha alguma utilidade para a fabricação de camadas de pintura brilhantes, ele carece de viabilidade para impressão de imagens brilhantes no topo de uma ampla rede móvel, por exemplo, em velocidades de 100 - 500 ft/min.

Uma outra patente norte-americana que se refere ao alinhamento magnético de partículas é o documento US 5,630,877 nos nomes de Kashiwagi et al. que revela o alinhamento de partículas magnéticas ou flocos dispersos em aglutinante orgânico e expostos a um campo magnético externo. Um método e um mecanismo são ensinados para produção de um produto tendo um modelo formado magneticamente, capaz de formar um modelo desejado em formatos diversamente diferentes com um claro reconhecimento visual, em altas velocidades usando um procedimento simples e um produto pintado produzido por estes métodos e mecanismo. Entretanto, a patente não descreve como fazer as camadas brilhantes com as componentes X e Y paralelas à superfície de uma ampla rede se movendo em altas velocidades.

OBJETIVOS E RESUMO DA INVENÇÃO

É um objetivo da presente invenção, fornecer um sistema e método para impressão em altas velocidades sobre um extenso substrato, de um artigo resistente a desgaste e altamente refletivo com tinta contendo plaquetas magnéticas que são expostas a campos magnéticos que orientam as plaquetas, tal que suas duas dimensões principais se tornem paralelas à superfície do substrato fornecendo um brilho laminar-semelhante e um método de orientação das partículas.

Um outro objetivo desta invenção é a formação de folhas de plaquetas magnéticas na camada de tinta.

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Um outro objetivo desta invenção é um aumento da saturação em imagens impressas com tinta contendo pigmentos magnéticos de deslocamento de cor.

Um outro objetivo da invenção é imprimir as camadas com uma refletância e brilho ou percurso de cor “como lâmina”.

Um outro objetivo da invenção é fornecer um documento de segurança contendo símbolos de segurança impressos com tinta contendo plaquetas magnéticas de deslocamento de cor orientadas no campo magnético aplicado até as duas dimensões principais das plaquetas ficarem essencialmente paralelas à superfície da tinta de modo que a saturação e a área de cor dinâmica da camada sejam aumentadas.

Um outro objetivo da invenção é a impressão da camada contendo plaquetas magnéticas montadas em folhas contínuas bidimensionais.

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

Esta invenção fornece artigos de segurança impressos com tintas contendo pigmentos de deslocamento de cor ou refletivos em uma superfície de uma ampla e rápida rede móvel ou papel tendo dimensões, por exemplo, de até 60 em velocidades de 50 - 300 fpm.

Esta invenção fornece um método e sistema para impressão de alta velocidade e um alinhamento de flocos de pigmento magnético altamente refletivos que depois do alinhamento, enquanto a rede está se movendo em altas velocidades, produz um acabamento semelhante a um espelho. Tais impressões podem ser fabricadas com a utilização de pigmentos magnéticos refletivos ou de deslocamento de cor dispersos em um meio de transporte de tinta.

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De acordo com esta invenção foi fornecido um método de planarização de uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis suportados por uma rede longitudinal consistindo do: fornecimento de uma rede suportando uma camada de flocos não esféricos orientáveis por campo; fornecimento do primeiro terceiros ímãs em um lado de uma linha definindo uma trilha de alimentação e fornecimento de um segundo ímã entre o primeiro e terceiro ímãs no outro lado da linha, em que o primeiro e terceiro ímãs têm uma mesma polaridade na frente da linha, e em que o segundo ímã tem uma polaridade polar complementar ao primeiro e terceiro ímãs na frente da linha, de modo que um primeiro campo magnético transpondo a linha esteja presente entre o primeiro e segundo ímãs e o segundo campo magnético transpondo a linha esteja presente entre o segundo e terceiro ímãs, em que os ímãs são posicionados de modo que uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis por campo movendo-se ao longo da trilha de alimentação experimentem uma primeira rotação conforme eles passam o segundo ímã quando a rede está se movendo; e, movimento relativo de pelo menos uma rede suportando os flocos e os ímãs ao longo da trilha de alimentação de modo que os flocos passem sequencialmente através do primeiro e segundo campos.

Os inventores desta invenção descobriram um método para alinhamento de plaquetas óticas multicamadas, neutra mente flutuantes, dispersas em aglutinante orgânico e revestidas sobre uma rede móvel rápida plana e posteriormente exposta a um campo magnético externo até que as plaquetas formem uma montagem semelhante a uma folha que apresente (após solidificação da suspensão) refletância ótica de pelo menos 50% da mesma estrutura ótica depositada em vidro ou um outro substrato suave apropriado. Tintas magnéticas vêm sendo utilizadas desde 1956 em uma tecnologia de reconhecimento de caractere conhecida como Reconhecimento de Caractere por Tinta Magnética (MICR) e também como uma mídia de gravação magnética. Cada tinta magnética é um fluido magnetoreológico (MR) com mais ou menos

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10/21 controle de fluxo manifestado pelo campo magnético aplicado. As propriedades reológicas das tintas magnéticas dependem das propriedades químicas e físicas de um aglutinante e das partículas magnéticas dispersas ali. A reologia de partículas suspensas é bem descrita por S.W. Charles; Mais descrições das propriedades reológicas de tintas magnéticas podem ser encontradas em Reologia de dispersões e compostos de substância particulada. CRC Press, ISBN 1- 57444-520-0, 2007 e no Periódico de Magnetismo e Materiais Magnéticos, 65 (1987), 350-358.

As características de fluxodos fluidos magnetoreológicos dependem fortemente do formato, tamanho e suscetibilidade das partículas magnéticas.

Existem dois fluidos magnéticosbem conhecidos e estudados. Uma suspensão com partículas magnéticas coloidais nano-escalonadas dispersas é chamada ferrofluido se ela ficar fortemente polarizada na presença de um campo magnético. Uma suspensão com partículas magnéticas micrométricas é chamada Magnetoreológico (MR) se ela aumenta substancialmente sua viscosidade quando exposta a um campo magnético externo.

Entretanto, há uma outra classificação de fluido magnetoreológico que contém plaquetas magnéticas em escala mícron que tem dimensões com uma alta relação de aspecto. Estes fluidos, revestidos sobre uma superfície de artigos, são usados como pinturas e tintas magnéticas respondendo à força de um campo aplicado através da reorientação das plaquetas magnéticas no campo. A viscosidade da tinta depende da intensidade do campo, direção do campo, concentração de partículas, viscosidade do aglutinante, suscetibilidade magnética das plaquetas magnéticas, etc. Um exemplo de mudança da viscosidade com o aumento de um campo magnético é demonstrado na Fig. 1b.

Um pigmento magnético consistindo de plaquetas magnéticas planas com um tamanho médio de 20 x 20 x 0,5 mícrons foi misturado com um meio de transporte de tinta de tela giratória na concentração de 20 wt%. A viscosidade foi medida com um viscômetro Brookfield modelo DV-II em 50 rpm. A viscosidade

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11/21 foi medida sem campo introduzido e também com poucos campos diferentes gerados por dois ímãs permanentes diferentemente espaçados um do outro para criar campos de intensidade diferente. Foi possível 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 simples dispersa em um aglutinante líquido e induzida por um campo magnético obtém um momento de dipolo magnético e se orienta com seu eixo fácil ao longo das linhas magnéticas do campo cancelando a intensidade de campo líquida tanto quanto possível e reduzindo a energia armazenada naquele campo a um mínimo. Grandes quantidades de partículas suspensas em um aglutinante diluído, da mesma forma, todas identicamente se orientam ao longo da direção do campo. Em uma suspensão com uma grande concentração de plaquetas expostasa um campo estático, elas sofrem várias interações.

A descrição detalhada do mecanismo de formação da cadeia é dada por J. H. E Promislow, A. P. Gast; Cinética da 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 fluidos magnetoreológicos; Langmuir, 2004, 20, 507-513.

Partículas dispersas no aglutinante e expostas a um campo experimentam, simultaneamente, movimento Browniano, atração magnética dipolar e interação hidrodinâmica multiestrutura. As partículas se agrupam formando estruturas de supra-partículas, tais como, cadeias quando a intensidade do dipolo (caracterizando a relação de atração magnética para difusão aleatória) excede um valor crítico. Nas cadeias o pólo Norte de uma partícula é atraído para o pólo Sul de outra partícula e para outra partícula e assim por diante. As cadeias são ressaltadas na direção de um campo magnético aplicado como mostrado na Fig. 2.

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A Fig. 2 consiste de 16 partículas na forma de losangos 201 com os pólos Norte (preto) e Sul (branco) mostrados na figura com cores diferentes para fins ilustrativos. A direção de um campo magnético externo é indicada pela seta 202. As partículas formam quatro cadeias I - IV (mostradas através de linhas tracejadas) na direção do campo 202. Cada cadeia consiste do arranjo cabeçaa-cauda de quatro plaquetas: 1-4, 5-8, 9-12 e 13-16. Com o passar do tempo, as interações partícula / cadeia e cadeia / cadeia conduzem a um contínuo aumento do tamanho do agrupamento, aumentando também a viscosidade do sistema inteiro.

Entretanto, se a direção do campo magnético mostrada na Fig. 2 mudar repentinamente, por exemplo, girando em 45° no sentido anti-horário, as plaquetas começarão a girar instantaneamente em torno de seus centros até que novas forças de atração do campo magnético aplicado formem novas cadeias conforme mostrado na Fig. 3a. E importante notar que as plaquetas 1-16 nas Figuras 2 e 3 mantêm fisicamente sua posição no substrato, entretanto sua orientação polar gira 45° no sentido anti-horário. Como um resultado da reorientação polar das plaquetas, poucas novas cadeias das mesmas partículas 1-16 previamente mostradas na Fig. 2 foram formadas 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 cadeias mostradas pelas linhas tracejadas na Fig. 3. Uma outra alteração na direção do campo provoca a formação de outras cadeias a partir das mesmas partículas.

No caso mais extremo o campo pode mudar sua direção continuamente. Isso acontece quando o campo gira conforme revelado por Pratt na patente EUA 2,418,479. Pratt mencionou o brilho de um revestimento de pintura quando um substrato com uma camada de pintura úmida foi inserido entre os pólos de dois ímãs permanentes e girado. As partículas magnéticas dispersas em um aglutinante e expostas a um campo magnético giratório, experimentam simultaneamente um torque magnético que impele seu movimento rotativo

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13/21 individual na direção das linhas de campo magnético, com atração centrípeta, que é uma atração magnética para o centro do domínio e interações do fluxo induzido. A repulsão hidrodinâmica equilibra a atração centrípeta das plaquetas magnetizadas e conduz à formação de um agregado de várias partículas que gira com uma velocidade associada à distância interpartícula. Uma única plaqueta, quando dispersa em um meio líquido, gira mais fácil ao redor de seu eixo Z pois a resistência ao líquido nas margens é substancialmente menor do que se a plaqueta girasse ao redor de seus eixos X ou Y. Isso é conduzido pela relação de aspecto das dimensões da plaqueta. Umas poucas partículas metálicas girando no mesmo plano formam um agregado que é altamente refletivo.

A visão do inventor é a de que os métodos e processos revelados até aqui por outros não são apropriados para impressão e alinhamento usando um substrato largo se movendo em alta velocidade, apesar de ser importante ter um alto rendimento em um substrato largo. As patentes acima mencionadas para Pratt et al. e Peng et al descrevem processos onde um ímã ou ímãs estão localizados em ambos os lados ou debaixo de uma rede. Entretanto existem limites à largura da rede visto que a magnitude de uma densidade de fluxo do campo magnético aplicado cai rapidamente com o aumento da distância entre os pólos dos ímãs. O ímã giratório revelado na patente de Pratt praticamente não pode se tornar grande o suficiente para ser utilizado debaixo de uma rede ampla. Além disso, o tempo de parada para as partículas giratórias ficarem orientadas em um campo giratório pode variar nas diferentes partes da rede ampla e a uniformidade do revestimento não poderia ser alcançada. Um outro aspecto negativo do preceito de Pratt é que as partículas dispersas na camada de uma tinta úmida sobre uma superfície da rede, que se move no topo de um ímã giratório rápido, simultaneamente irão girar e se mover na direção da rede ao longo de uma trajetória de sacarolhas.

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

Para alinhar plaquetas magnéticas dispersas em uma camada de tinta úmida onde os dois eixos principais eram paralelos à superfície do substrato, aplicamos um campo magnético dinâmico gerado por um setup magnético localizado embaixo do substrato. Essa posição do dispositivo magnético provocando a orientação requerida das plaquetas permite seu uso para um substrato de largura indefinida. O dispositivo gera um campo magnético com um ângulo direcional inferior a 90 0 . A rede pode se mover com uma alta velocidade sobre ou através de tais sistemas magnéticos. Em vez da rotação revelada na técnica anterior, o campo muda rapidamente sua direção forçando as partículas a oscilar rapidamente até que ambos os eixos principais das plaquetas fiquem paralelos ao substrato. A cura por ultravioleta da tinta contendo plaquetas orientadas no campo eliminou um efeito negativo do campo de saída.

Um princípio básico de operação dos sistemas magnéticos dinâmicos revelados na Patente EUA 7,258,900 no nome de Raksha et al., Esta patente revela alinhamento por rede cruzada de plaquetas magnéticas dispersas em um meio de transporte de tinta e revestidas pela impressão sobre um substrato móvel rápido. As partículas são alinhadas entre duas filas de ímãs estáticos posicionados abaixo da rede como ilustrado esquematicamente na Fig. 3b, que é ilustrativo do método empregado. O substrato plano 22 se movimenta na

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15/21 direção do leitor. As imagens 68 e 70 são impressas no topo do substrato 22 com a tinta contendo plaquetas magnéticas 16. A tinta ainda era úmida quando as imagens 68 e 70 foram introduzidas no campo dos ímãs 62, 64 e 66.

Os ímãs geram um campo magnético com as linhas 72 que estão quase planas e paralelas ao substrato nos lugares onde as imagens impressas estão localizadas no substrato. O alinhamento das plaquetas 16 nas imagens úmidas 68 e 70 ao longo das linhas magnéticas 72 é quase paralelo ao substrato.

A visão principal do alinhamento das partículas é demonstrada na Técnica Anterior Fig. 4. A rede 401 se movimenta na direção 402. A camada de tinta úmida 403 contém as partículas magnéticas 404 e 405. Os ímãs 406 e 407 estão localizados embaixo da rede como ilustrado na Fig. 3b. As partículas 404 impressas na rede 402 não possuem nenhuma orientação predeterminada. Após as partículas se moverem com a rede para a área entre os ímãs 406 e 407, elas se orientam através da rede na direção do campo magnético 408 com seus planos quase paralelos à rede.

É um objetivo desta invenção fornecer o melhor alinhamento de plaquetas em um processo de alta velocidade onde a largura da rede não é um fator de limitação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

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

A Fig. 1a mostra o desenho de uma plaqueta magneticamente orientável ou partícula exposta a um campo magnético, em que o alinhamento da partícula com relação ao campo magnético é ao longo do eixo X da partícula.

A Fig. 1b mostra um gráfico da alteração da viscosidade com o campo magnético.

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

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

A Fig. 3b é ilustrativa de um sistema da técnica anterior, em que se tenta planarizar e alinhar flocos dispostos entre dois ímãs.

A Fig. 4 é a ilustração de um sistema da técnica anterior, em que os flocos que passam entre dois ímãs da barra são alinhados ao longo das linhas de campo entre os dois ímãs.

A Fig.5 mostra o diagrama de uma configuração da invenção em que ímãs escalonados de polaridades complementares, por exemplo, Norte Sul ou Sul Norte são posicionados de modo a ficarem escalonados ao longo da trilha de alimentação para rotação de flocos, suportados por uma rede ao longo da trilha de alimentação conforme os flocos ou ímãs são relativamente movidos.

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

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

A Fig. 8 é um gráfico ilustrando a luminância de um revestimento nãoorientado, versus um revestimento orientado de acordo com uma configuração desta invenção, versus uma lâmina.

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

DESCRIÇÃO DETALHADA

Eletroímãs CA ou CC ou ímãs permanentes podem ser utilizados de acordo com esta invenção para fornecer campos magnéticos dinâmicos. Uma

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17/21 vista superior de uma configuração de exemplo desta invenção é mostrada na Fig. 5.

Consultando agora a Fig. 5, a rede 501 se move na direção da seta 502. A tinta 503 contendo partículas magnéticas é revestida na superfície da rede 501. As partículas magnéticas na Fig. 5 são representações da partícula única 504 em diferentes estágios de alinhamento no meio de transporte de tinta conforme ele se move através dos ímãs 506-508. Quando a rede se move as partículas são afetadas pelo campo magnético criado pelos ímãs. Os ímãs são dispostos em formação zig-zag com ângulos 510 menores que 90°. Quando a tinta 503 é impressa na rede 501 ela se move para a área entre os ímãs. As partículas se orientam nas direções 509 do campo mostrado na Fig. 5 pelas linhas tracejadas. A direção 509 do campo muda conforme a rede se move na direção 502. A partícula 504 sofre as rotações retratadas por setas na figura no plano da rede em ângulos 510 determinados pelo arranjo em zig-zag dos ímãs. Descobrimos que o ângulo 510 funciona bem quando está na faixa de 45° - 90°. Uma pluralidade de partículas magnéticas, passando através da área de alinhamento entre os ímãs, também sofre várias interações cabeça-a-cauda, ilustradas na Fig. 3. As partículas, girando no campo experimentam forças em diferentes direções. As forças presentes são forças macroscópicas determinadas pelo campo aplicado e forças microscópicas determinadas pelos campos dos dipolos mais próximos. A força sobre uma única partícula é a somatória das forças devido a cada contribuição de campo. As partículas se moverão no plano da rede até que aumentem a suscetibilidade da camada de tinta ao longo das direções XY, maximizando assim a soma de suscetibilidade. Ao final do caminho de transição entre os ímãs, as plaquetas formam uma estrutura semelhante a uma folha permanentemente ligada, onde as plaquetas magnéticas estão orientadas com seu eixo XY paralelo à rede.

A Fig. 5 ilustra um arranjo linear de ímãs permanentes que fornece uma mudança predeterminada da direção de campo conforme os flocos se movem

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18/21 pelos ímãs. Poucas linhas podem ser combinadas juntas e montadas em uma prensa de impressão embaixo de uma ampla rede como ilustrado esquematicamente na Fig. 6, onde a rede 601, esquematicamente mostrada transparente para propósitos ilustrativos, é revestida com rótulos quadrados 602 impressos com a tinta contendo partículas magnéticas no processo de impressão anterior não mostrado na figura.

Ímãs na forma de cubos 603, montados como ilustrado na Fig. 5, são localizados nas proximidades da rede 601 e diretamente abaixo desta em um banco de uma prensa de impressão, não mostrada na figura. A largura da rede pode variar na faixa de 6 a 72. A velocidade da rede pode variar na faixa de 10 a 300 pés/min. O número de ímãs em uma única sequência ao longo da rede pode variar, por exemplo, de 4 a 40 ou mais. Passando através de um campo de ímãs permanentes na direção 604 da rede, as plaquetas giram no plano da rede até atingirem uma formação semelhante a uma folha estável, com seus eixos X e Y paralelos à rede.

Conforme encontramos, diferentes montagens magnéticas podem ser empregadas para girar as plaquetas magnéticas no plano de um substrato plano quando ele se move. Elas podem ser eletroímãs CA com direção controlada do campo magnético gerado com elas conforme a rede se move. Eles também podem ser montagens de ímãs permanentes com polaridades opostas. Os ímãs podem estar embaixo da rede como ilustrado na Fig. 6 ou acima e embaixo (se a montagem consistir de duas partes). O principal recurso característico de todas estas montagens é seu campo que gira as partículas magnéticas no plano de uma rede de movimento rápido.

Alternativamente, um pigmento magnético por deslocamento de cor pode ser usado para impressão de artigos de segurança com alta saturação em cédulas bancárias, documentos valiosos, IDS, etc., como demonstrado na amostra de laboratório abaixo.

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A mudança de alinhamento no campo magnético de estático para dinâmico aumentou significativamente a refletância da luz e as propriedades de saturação das impressões. Descobrimos que podemos fazer uma impressão de tinta contendo plaquetas refletivas planas com a refletância da camada impressa, que é de pelo menos 50% da refletância de um espelho.

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

CONFIGURAÇÃO DE EXEMPLAR

O pigmento magnético por deslocamento de cor foi fabricado por deposição a vácuo de uma pilha de película fina de interferência ouro-a-verde em vácuo no topo de um substrato de poliéster. Uma parte do substrato foi cortada e deixada para medições de 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 de pigmento foram dispersas no Meio de Transporte de Tinta de Tela Giratória Sericol claro, curável por UV, na concentração de 20 wt% e revestido na superfície de um papel com as técnicas de impressão de tela. Uma metade da impressão úmida com plaquetas não-orientadas foi cortada e a tinta foi curada com UV-leve. A segunda metade da impressão foi anexada à rede funcionando através de um arranjo magnético para orientar as plaquetas com seus eixos X e Y paralelos à rede. A impressão foi curada com UV leve após a conclusão do alinhamento. O percurso de cor de todas as três amostras com o offg/oss (polimento) de 10° foi analisado com o espectrogoniômetro Zeiss. O gráfico do percurso de cor a* b* está ilustrado na Fig. 7. A 20 linha 701 corresponde à impressão contendo plaquetas não-orientadas. A linha de percurso de cor 702 corresponde ao alinhamento tipo folha de plaquetas ouro-a-verde magnéticas orientadas em campo dinâmico. A curva 703 corresponde ao substrato de

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20/21 poliéster revestido a vácuo com a pilha de interferência ouro-a-verde. A luminância especular refletida das mesmas amostras foi medida com o espectrofotômetro SF600+. Os gráficos da luminância refletida Y estão demonstrados na Fig. 8.

Esta invenção fornece um artigo resistente a desgaste e altamente refletivo impresso em um amplo substrato que se move em alta velocidade com a tinta contendo plaquetas magnéticas e ainda exposto a um campo magnético dinâmico de configuração tal que as plaquetas ficam orientadas na tinta com seus dois eixos X e Y principais paralelos à superfície do substrato, fornecendo um brilho laminar-semelhante. Este artigo resistente a desgaste e altamente refletivo pode ser parte de um documento de segurança, contendo símbolos de segurança impressos de acordo com o método desta invenção, em que os eixos X e Y das plaquetas ou flocos estão paralelos à superfície da tinta, o que aumenta a saturação e a área de cor dinâmica do revestimento.

Além disso, esta invenção permite e fornece a formação de uma camada altamente refletiva de plaquetas magnéticas na camada de tinta através da exposição de uma multiplicidade de plaquetas ao campo magnético dinâmico, o que força as plaquetas a girar em ângulos menores que 90° no plano do substrato até que formem estruturas tipo folha estáveis.

Uma outra configuração desta invenção é mostrada na Fig. 9, onde um arranjo de cilindros fornece basicamente o mesmo efeito que o arranjo linear de ímãs ao longo de uma trilha de alimentação mostrada na Fig. 5. Entretanto os cilindros na Fig. 9 geram uma configuração mais compacta desta invenção. A trilha de alimentação continua no caminho através do qual a rede é transportada sobre os cilindros, com os ímãs nesta configuração estando igualmente e efetivamente espaçados ao longo da trilha de alimentação. Consultando agora a Fig. 9, duas rodas 902 e 904 suportadas e giráveis com uma haste tendo ímãs nesta, estão espaçadas a uma distância d. As rodas 902 e 904 são fixadas na haste com parafusos de ajuste de modo que, quando a haste for girada as rodas

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21/21 magnéticas giram com a haste. Os ímãs têm a mesma configuração escalonada que aquelas da Fig. 5. Uma rede, suportada através de um arranjo de cilindros de suporte adjacentes às duas rodas 902 e 904 tem um perfil levemente superior ao das duas rodas e carregam a rede ao longo da trilha de alimentação sem a 5 rede fazer contato com os ímãs. Os cilindros de suporte da rede são montados na haste com rolamentos não-magnéticos. Em uma configuração preferida, a rede pode ser movida na direção da trilha de alimentação, enquanto as rodas magnéticas 902 e 904 podem ser giradas em uma direção oposta no sentido anti-horário para aumentar a quantidade de rotações de floco por minuto.

Claims

1. Método de planarização de uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis suportados por uma rede longitudinal CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

a) fornecer uma rede suportando uma camada de flocos não-esféricos orientáveis por campo;

b) fornecer primeiro e terceiro ímãs em um primeiro lado de uma trilha de alimentação e fornecer um segundo ímã entre o primeiro e o terceiro ímãs em um segundo lado oposto à trilha de alimentação, em que o primeiro e o terceiro ímãs têm uma mesma polaridade, e em que o segundo ímã tem uma polaridade complementar aos primeiro e terceiro ímãs, de modo que um primeiro campo magnético transpondo a trilha de alimentação esteja presente entre o primeiro e o segundo ímãs e segundo campo magnético transpondo a trilha de alimentação esteja presente entre o segundo e o terceiro ímãs, em que os ímãs são posicionados de modo que uma pluralidade de flocos não esféricos orientáveis por campo movendo-se ao longo da trilha de alimentação experimentem uma primeira rotação conforme eles passam o segundo ímã durante o movimento relativo entre a rede e os ímãs; e

c) mover relativamente pelo menos um dentre a rede que suporta os flocos e os ímãs que formam dois pares de ímãs complementares que se atraem.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (c) compreende mover a rede ao longo da trilha de alimentação, e em que a trilha de alimentação é definida por uma linha.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (c) compreende mover os ímãs ao longo da trilha de alimentação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (c) compreende mover os flocos e os ímãs ao longo da trilha de alimentação.

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5. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro e o segundo campo magnético têm primeira e segunda linhas de campo, respectivamente, que são paralelas com a rede, e em que as primeiras linhas de campo cruzam a rede em um primeiro ângulo com relação à trilha de alimentação, e em que as segundas linhas de campo cruzam a rede em um segundo ângulo com relação à trilha de alimentação, e em que a primeira e a segunda linhas de campo não são paralelas e não são ortogonais com a trilha de alimentação.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de fornecer primeiro, segundo e terceiro ímãs também inclui fornecer pelo menos um quarto ímã posicionado em um mesmo lado da trilha de alimentação como o segundo imã, e em que um terceiro campo entre o terceiro e quarto ímãs cruza a trilha de alimentação, e em que a polaridade do quarto ímã é a mesma que a polaridade do segundo ímã e complementar à polaridade do terceiro imã, de modo a gerar linhas de campo através da trilha de alimentação, em que os ímãs são posicionados de modo que uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis por campo movendo-se ao longo da trilha de alimentação experimentem uma outra rotação conforme eles passam o terceiro ímã quando a rede ou os ímãs estão se movendo.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os primeiro e terceiro ímãs são embutidos ou suportados por uma primeira roda giratória, e em que o segundo ímã é embutido ou suportado por uma segunda roda giratória, e em que a trilha de alimentação é coincidente com uma região entre a primeira e segunda rodas.

8. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que um primeiro campo magnético está presente entre o primeiro e o segundo ímãs, e em que um segundo campo magnético está presente entre o segundo e o terceiro ímãs, e em que o primeiro e o segundo campos magnéticos atravessam a trilha de alimentação e uma direção de transporte da rede.

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9. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que os flocos possuem um tamanho entre 2 e 100 mícrons.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o tamanho dos flocos não varia por mais de 20%.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que os flocos são de um tamanho e formato predeterminados.

12. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que os primeiro, segundo e terceiro ímãs são ímãs permanentes.

13. Método de planarização de uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis suportados por uma rede longitudinal, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

a) fornecer uma rede suportando uma camada de flocos não-esféricos orientáveis por campo ao longo de uma trilha de alimentação;

b) fornecer uma primeira pluralidade de ímãs em um lado da trilha de alimentação e fornecer uma segunda pluralidade de ímãs em um lado oposto à trilha de alimentação, em que a primeira e a segunda pluralidades de ímãs são alternadas, de modo que não fiquem diretamente uma sobre a outra ao longo da trilha de alimentação, em que a primeira pluralidade de ímãs e a segunda pluralidade são dispostas perto da trilha de alimentação em localizações diferentes, e formam uma pluralidade de pares de ímãs tendo polaridades contrárias na frente da trilha de alimentação, de modo que cada par tenha uma polaridade complementar, fornecendo um campo magnético que atravessa a trilha de alimentação, e em que os ímãs são posicionados de modo que uma pluralidade de flocos não-esféricos orientáveis por campo movendo-se ao longo da trilha de alimentação experimente uma variedade de rotações conforme eles passam os ímãs ao longo da rede; e

c) mover relativamente pelo menos um dentre a rede que suporta os flocos e os ímãs que formam pares de ímãs complementares que se atraem.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo

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4/4 fato de que os pares de ímãs adjacentes possuem um ímã comum a ambos os pares.