CN101653758A - 磁性片晶的双轴向取向 - Google Patents

Abstract

公开了一种平面化由纵向卷筒纸支撑的多个可定向的非球形薄片的方法。支撑场可定向的非球形薄片的涂层的卷筒纸被设置在磁铁之间，以便来自磁铁的场横越卷筒纸。第一和第三磁铁被设置在进给路径的一侧上，而第二磁铁被设置在进给路径的另一侧上的第一和第三磁铁之间。第一和第三磁铁具有相同的极性，且第二磁铁具有与第一和第三磁铁的互补极性，以便跨越进给路径的第一磁场存在于第一和第二磁铁之间，以及跨越进给路径的第二磁场存在于第二和第三磁铁之间，其中磁铁被设置成使得当沿着所述进给路径移动的多个非球形场可定向的薄片在卷筒纸和磁铁之间的相对运动期间经过第二磁铁时，它们经历第一旋转。卷筒纸接着通过场移动而经过磁铁，且涂层随后被固化。

Description

磁性片晶的双轴向取向

发明背景

[0001]分散在油墨连接料(ink vehicle)中和印刷在衬底表面上的颜料颗粒可具有高或低的入射光反射率。该反射率取决于一些不同的因素。颜料颗粒的内在的光学特性明显影响反射系数。高度反射的“金属”颜料是主要由铝或其它高度反射的金属组成的薄片状颗粒。金属“效应”是通过不同的独立特征的交互作用而实现的，这些特征主要由颗粒尺寸和形状以及颜料的悬浮和非悬浮状态组成。

[0002]悬浮和非悬浮特性是由颜料颗粒的飘浮能力所确定的颜料特征。悬浮颜料由于高界面张力而飘浮在印刷油墨膜的表面上。它们形成连贯的表面膜，其反射特性取决于颗粒细度。非悬浮颜料被粘合剂充分湿润，并被均匀地分布在整个涂层厚度中。在G.Buxbaum创作的“Industrial Inorganic Pigments”中描述了悬浮；Wiley-VCH，ISBN3-527-28878-3，1998，p.229。由于悬浮和非悬浮颜料的表现不同，它们提供了非常不同的外观。例如，悬浮铝颜料的颗粒本身更均匀地分布在膜的整个表面上，它们将提供似铬的面层。

[0003]制造“悬浮”颜料颗粒的一种通用方法是通过在存在润滑剂时颜料的球磨，正如在以Ackerman等人名义的美国专利6,379,804中所描述的。硬脂酸通常被用于此目的。酸从在空气和油墨表面之间的界面方向上所推动颗粒的颜料表面推开液体油墨或油漆连接料。由此，片晶飘浮到展示像镜子一样的外观的印刷表面。然而，这种方法的缺点是减小的耐磨性：包含这样的“悬浮”颗粒的印刷物具有对其磨损的弱抗耐性，因为酸阻止了油墨连接料粘到薄片的表面。

[0004]与“悬浮”颜料相反，使用非悬浮颗粒印刷的图像没有光滑的像镜子一样的外观。反而，它们有带斑点的“火花状”面层。另一方面，这些印刷的图像具有非常好的耐磨性，因为油墨连接料形成与颜料颗粒的无改性表面强烈的粘合。制造使用非悬浮颜料颗粒印刷的高反射性图像是有利的，这些非悬浮颗粒分布在平行于油墨表面的油墨层中，类似于悬浮颗粒。

[0005]通过外部作用使油墨层中的颗粒定向是可能的。例如，以Pratt等人名义的美国专利2,418,479提到通过刷或刮来制造明亮的金属漆膜。

[0006]Pratt也在美国2,418,479中公开了使用似悬浮的特性通过颗粒在所施加的磁场中的取向来制造颗粒的方法。用于该应用的颗粒必须为磁性的，且优选地为反射的。分散在液体油墨中的、被涂在衬底的表面上并暴露给外部磁场的颗粒往往以沿着场线的其易轴(easy axis)取向。颗粒的位置在其定向之后通过粘合剂的固化变成固定的。在材料科学中，术语“易轴”指在铁磁材料中自发磁化的在能量上有利的方向。该轴由各种因素确定，包括磁晶体各向异性和形状各向异性。沿着易轴的两个相反的方向通常是等效的，且磁化的实际方向可为其中的任一个。

[0007]在很多书和专利中描述了分散在衬底表面上的有机粘合剂层中并暴露给外部磁场的磁性颗粒的取向，例如，C.Denis Mee的“Magnetic Recording”；McGraw-HillBook Company，ISBN 0-07-041271-5，Volume 1，p.164或Finn Jorgensen的“The CompleteHandbook of Magnetic Recording”；TAB Professional and Reference Books，ISBN0-8306-1979-8，1988。

[0008]C.D.Mee描述了在记录介质中的通过施加平行于卷筒纸(web)传输方向的磁场的颗粒的取向。永久磁铁电路的磁极靴的优选配置是在卷筒纸两侧上的相对的极之一，这两个极在中心平面中没有垂直场分量。作者也描述了用于使磁性颗粒沿着卷筒纸方向定向的各种磁性设备。然而，在通过这些设备相对于衬底的表面对颗粒取向中有特别的共同特征。这些参考文献清楚的描述了，为了录制磁带，颗粒被沿着卷筒纸方向的其易轴而取向。

[0009]用在记录介质中的大多数磁性材料是准一维的，其具有在比其它两维大得多的一维，例如类似于电线或针的形状。如图1a所示，由于尺寸的大的长宽比，形状如片晶101的颗粒可被认为是两维(XY)物理主体：实质上比Z大的X和Y。当片晶由磁场感应时，每当其偶极向量与外场不平行时，片晶便经受磁扭矩。磁扭矩的存在导致颗粒沿着外场的磁力线102的方向随着易轴旋转；且片晶的偶极向量变得平行于磁场向量。颗粒不旋转并在此位置上变得稳定，直到场被移除。换句话说，颗粒变得以其最长的对角线定向，该对角线可被认为是主维，例如与所施加的磁场的线平行的坐标X，如图1a所示。

[0010]然而，第二维Y可能不总是平行于衬底。事实上，我们注意到，它总是以某个小角度倾斜到所施加的磁场的方向。这个小的倾斜对于记录介质的总性能来说并不是非常重要，然而，它在油漆和印刷工业中对在各种衬底上产生耐久的高反射涂层来说就非常重要了。

[0011]几十年以来，对使用反射性片状材料制造明亮的涂层进行了尝试。Pratt等人于1947年在美国专利号2,418,479中公开揭露了使金属片状颜料定向用于制造明亮涂层的过程。例如铁磁薄片的漆膜中的颜料通过对磁场的反作用被置于普通平表面上。物品表面和薄片都位于磁场方向上。该方法需要将布置有膜的物品表面平放地置于磁极之间，以便颗粒的每个长维或主维本身沿着磁场方向取向，如罗盘的针所表现的。Pratt等人公开了一种方法，其包括：将包含铁磁薄片的湿膜置于磁场的作用下并且成膜与场之间的方向角，直到膜干燥，该场被制造成在短时间间隔内从平行改变到垂直。膜和场之间的方向变化可通过膜的旋转或通过磁场的平面旋转产生。在本专利中描述的电磁系统产生旋转的磁场，允许薄片以从5到10Hz的频率改变其方向。磁场将其方向改变了90°。在一组中的磁铁是中空的，且衬底以预定速率连续通过这些中空磁铁上的中心。

[0012]虽然在美国2,418,479中公开的Pratt的发明在本领域中产生了进步，但它有一些缺点。使用Pratt的方法对大的物品表面是不实际的，因为磁场强度必须非常大，且构造起来困难和昂贵。此外，如所述的这种方法将不会以使布置在弯曲或复杂形状的非平面物品表面上的膜或涂层上的大部分薄片定向而运作。这样的表面的一个例子是发电装置例如燃气涡轮发动机的环形或机翼形部件。

[0013]James Peng在转让给Eastman Kodak并在1989年发行的美国专利4,859,495中公开了制造具有在任何给定方向上定向的磁性颗粒的磁性记录膜的方法，该方法包括将磁性油漆涂到衬底上，使包含磁性油漆的衬底在未固定的条件下受到具有只位于垂直于给定方向的平面中的磁性分量的旋转磁场的作用，以及固定磁性油漆。薄片的定向出现在包含被涂在移动卷筒纸表面上的分散的磁性薄片的有机粘合剂层中。一个磁性系统描述4个亥姆霍兹线圈(Helmholtz coils)。第二实施例例描述了当磁性油漆层在流体条件下在衬底上以快速率移动时不具有Z分量的旋转磁场的系统。该实施例适合于制造宽度非常宽的磁性介质，例如宽度达到30甚至50英寸，因为它不限于使用与亥姆霍兹线圈的方式相同的方式。该实施例利用两个导电板，例如布置在移动卷筒纸之上和之下的铜板。在移动卷筒纸顶部上的板中的电流横穿移动卷筒纸的整个宽度。移动卷筒纸之下的板具有由于电压源而在移动卷筒纸的运动方向上横穿板的电流。两个电压源所施加的两个电流相对于彼此异相90°，且这产生具有只在X和Y方向上的分量而没有在卷筒纸平面之外或在Z方向上的磁分量的旋转磁场。该方法的缺点也是对大表面衬底缺乏实用性，在大表面上有定向的一致性的问题，通过出口磁场破坏正确定向，以及缺乏场内UV固化的实用性。

[0014]以Buczek名义的美国专利申请US 2004/0052976公开了非球形颗粒的取向，其主维通常相对于颗粒被布置的方向沿着物品表面定向。布置在流体介质中的颗粒使用颗粒上的力被定位，流体介质的粘度可被增加以将颗粒固定在适当的位置。该力包括来自磁场的扭矩力、来自流体介质的流动的力、重力以及单独的或与重力组合的表面张力。为了控制表面的亮度或从表面的反射，涂层和薄板使用具有主维的薄片形状的非球形金属颗粒，薄片和主维相对于物品表面的相对方向确定亮度或反射程度。虽然该方法对制造明亮的油漆涂层有一些实用性，但它对在例如以100-500ft/min的速度移动的宽卷筒纸顶部上印刷明亮图像缺乏实用性。

[0015]涉及颗粒的磁性取向的另一美国专利是以Kashiwagi等人名义的美国专利5,630,877，Kashiwagi等人公开了分散在有机粘合剂中并暴露给外部磁场的磁性颗粒或薄片的取向。教导了用于生产具有磁力地形成的图案的产品的方法和装置，其能够以高速使用简单的程序，以具有清楚的视觉可识别性的各种不同的形状形成期望图案，以及由这些方法和装置产生的涂漆产品。然而，该专利没有描述如何产生具有平行于以高速移动的宽卷筒纸的表面的X和Y分量的明亮涂层。

本发明的目的和概述

[0016]本发明的目的是提供用于使用包含磁性片晶的油墨以高速在宽衬底上印刷高度反射耐磨物品的系统和方法以及颗粒定向的方法，所述磁性片晶被暴露给使片晶定向的磁场，以使得它们的两个主维成为平行于提供“悬浮状”亮度的衬底的表面。

[0017]本发明的另一目的是在油墨层中形成磁性片晶的薄片。

[0018]本发明的另一目的是增加使用包含磁性变色颜料的油墨印刷的图像中的色度。

[0019]本发明的另一目的是印刷具有“类似箔的”反射率和亮度或颜色走动(colortravel)的涂层。

[0020]本发明的另一目的是提供包含安全标记的安全证件，该安全标记使用包含磁性变色片晶的油墨进行印刷，该磁性变色片晶在所施加的磁场中定向，直到片晶的两个主维变得本质上平行于油墨的表面，使得涂层的色度和动态颜色区得到增加。

[0021]本发明的另一目的是印刷包含组装在两维连续薄板中的磁性片晶的涂层。

[0022]本发明的主要目的是提供用于印刷物品的方法和设备以及使用包含金属或变色磁性片晶的油墨印刷在平坦衬底上的物品本身，磁性片晶以所有片晶彼此都共面并与油墨表面共面的方式在所施加的动态磁场中取向。

[0023]本发明提供了使用包含反射或变色颜料的油墨印刷在宽和快速移动的卷筒纸或纸的表面上的安全物品，卷筒纸或纸具有例如高达60”的尺寸以50-300fpm的速度移动。

[0024]本发明提供了用于高速印刷高度反射的磁性颜料薄片的取向的方法和系统，这些薄片在卷筒纸以高速移动时取向之后产生像镜子一样的面层。这样的印刷可利用分散在油墨连接料中的磁性反射的或变色颜料制造。

[0025]根据本发明，提供了使纵向卷筒纸所支撑的多个可定向的非球形薄片平面化的方法，该方法包括：

[0026]提供支撑场可定向的非球形薄片的涂层的卷筒纸；

[0027]在限定进给路径的线的一侧上提供第一和第三磁铁，并在该线的另一侧上提供第一和第三磁铁之间的第二磁铁，其中第一和第三磁铁具有面向线的相同的极性，且其中第二磁铁具有与面向线的第一和第三磁铁的互补极性，以便跨越线的第一磁场存在于第一和第二磁铁之间，以及跨越线的第二磁场存在于第二和第三磁铁之间，其中磁铁被设置成当卷筒纸移动时，随着沿着进给路径移动的多个非球形场可定向的薄片经过第二磁铁，它们经历第一旋转；以及

[0028]沿着进给路径相对移动支撑薄片的卷筒纸和磁铁中的至少一个，以使得薄片顺序地通过第一和第二磁场。

[0029]本发明的发明人发现了一种用于中性能漂浮的多层光学片晶的取向的方法，所述片晶被分散在有机粘合剂中，且被涂在平坦的快速移动的卷筒纸上并随后暴露给外部磁场，直到片晶形成薄板状组件，其展示(在悬浮液凝固之后)沉积在玻璃或另一适当的光滑衬底上的相同光学结构的至少50％的光学反射率。自从1956年以来在被称为磁性油墨字符识别(MICR)的字符识别技术中以及磁性记录介质中就已经在使用磁性油墨。每种磁性油墨都是通过所施加的磁场使用或多或少明显的流量控制的磁流变(MR)流体。磁性油墨的流变特性取决于粘合剂的物理和化学特性以及分散在那里的磁性颗粒。悬浮颗粒的流变学由S.W.Charles所充分描述；磁性油墨的流变特性的进一步的描述可在颗粒扩散和复合材料的流变学中找到。CRC Press，ISBN 1-57444-520-0，2007和在Magnetism and Magnetic Materials，65(1987)，350-358杂志中。

[0030]磁流变流体的流动特性很强程度地取决于磁性颗粒的尺寸、形状和磁化率。

[0031]有两种已知和经充分研究的磁流体。具有分散的纳米级胶状磁性颗粒的悬浮液在存在磁场时变得强烈极化的情况下被称为铁磁流体(ferrofluid)。具有微米尺寸的磁性颗粒的悬浮液在暴露给外部磁场时实质上增加其粘度的情况下被称为磁流变(MR)。然而，有包含微米尺寸的磁性片晶的另一种磁流变流体，该磁性片晶具有高长宽比的尺寸。涂在物品表面上的这些流体被用作通过场中磁性片晶的重新定向相应于所施加的场的力的磁性油漆和油墨。油墨的粘度取决于场强、场方向、颗粒浓度、粘合剂粘度、磁性片晶的磁化率等。在图1b中示出粘度随着磁场的增加而变化的例子。

[0032]由具有20x 20x 0.5微米的平均尺寸的平坦磁性片晶组成的磁性颜料以20wt％的浓度与旋转丝网油墨连接料混合。使用Brookfield粘度计模型DV-II以50rpm测量粘度。在没有引入场的情况下以及也在存在由两个永久磁铁所产生的一些不同的场的情况下测量粘度，这两个永久磁铁彼此不同地间隔开以产生不同强度的场。可能测量到，在没有场时粘度是1742cP；且在场强增加时粘度增加并在0.74T(740Gauss)的场强处达到3544cP。

[0033]已经知道，分散在液体粘合剂中并被磁场感应的单个磁性颗粒获得磁偶极矩，并以沿着场的磁线的其易轴定向，尽可能抵消净场强并将储存在该场中的能量降低到最小。悬浮在经稀释的粘合剂中的大量颗粒类似地都沿着场的方向相同地定向其自身。在具有被暴露给静磁场的大浓度片晶的悬浮液中，它们经受各种交互作用。链形成机制的详细描述由J.H.E Promislow，A.P.Gast；Aggregation kinetics of paramagneticcolloidal particles，J.Chem.Phys.，1995，102，5492-5498；以及E.Clement，M.R.Maxey，G.E.Karniadakis；Dynamics of self-assembled chaining in magnetorheological fluids；Langmuir，2004，20，507-513.给出。

[0034]分散在粘合剂中并暴露给场的颗粒同时经受布朗运动、偶极磁吸引和多体液力交互作用。当偶极强度(以磁吸引与随机扩散之比为特征)超过临界值时，颗粒结合在一起，形成例如链的超颗粒结构。在链中，一个颗粒的北极被吸引到另一颗粒的南极，且另一颗粒依此类推。链在所施加的磁场的方向上突出，如图2所示。

[0035]图2由具有北极(黑)和南极(白)的16个菱形颗粒201组成，为了说明的目的，北极和南极在图中以不同的颜色示出。外部磁场的方向由箭头202指示。颗粒在场202的方向上形成4个链I-IV(由虚线示出)。每个链由4个片晶的从头到尾的阵列组成：1-4、5-8、9-12和13-16。随着时间的过去，颗粒/链和链/链交互作用导致簇尺寸的连续增加和整个系统粘度的增加。

[0036]然而，如果图2所示的磁场方向突然变化，例如将它逆时针旋转45°，片晶将即刻开始绕着其中心旋转，直到所施加的磁场的新吸引力形成如图3a所示的新链。在图2和3中的片晶1-16物理地维持其在衬底上的位置，然而它们的极性方向逆时针旋转45°，注意到此很重要。作为片晶的极性重新定向的结果，一些新链沿着新的场方向从之前在图2中示出的相同颗粒1-16形成。现在片晶5、10和15；1、6、11和16；2、7和12；3和8；9和14形成在图3中由虚线示出的链。场的方向的另一变化使其它链从相同的颗粒形成。

[0037]在最极端的情况中，场可连续地改变其方向。这发生在场旋转时，如在美国专利2,418,479中由Pratt所公开的。Pratt提到当具有湿油漆层的衬底被插在两个永久磁铁的极之间并旋转时油漆涂层的变亮。被分散在粘合剂中并暴露给旋转磁场的磁性颗粒同时经受朝着磁场线的方向驱动其单独的旋转运动的磁扭矩、向心吸引和流致交互作用，向心吸引是朝着域中心的磁性吸引。液力排斥平衡了磁化片晶的向心吸引，并导致以与内部颗粒距离有关的速度旋转的一些颗粒的聚集体的形成。当单个颗粒被分散在液体介质中时，它较容易绕着其Z轴旋转，因为在边缘处对液体的阻力实质上小于片晶绕着其X或Y轴旋转的情况。它由片晶尺寸的长宽比推出。在相同平面中旋转的一些金属颗粒形成高度反射的聚集体。

[0038]发明人的观点是，直到此时由其他人公开的方法和过程不适合于使用以高速移动的宽衬底来印刷和取向，而期望在宽衬底上有高通过量。前面提到的Pratt等人和Peng等人的专利描述了一个或多个磁铁被置于卷筒纸的两侧或下面过程。然而，对卷筒纸的宽度存在限制，因为所施加的磁场的通量密度的大小随着磁铁的极之间的距离的增加而快速下降。在Pratt专利中公开的旋转磁铁实际上不能制造成大到足以在宽卷筒纸之下被利用。此外，用于旋转颗粒以在旋转场中变成定向的停留时间将在宽卷筒纸的不同部分中变化，且不能实现涂层的均匀性。Pratt的教导的另一负面是，分散在卷筒纸的表面上的湿油墨层中的、在快速旋转磁铁顶部上移动的颗粒将同时旋转，并在卷筒纸的方向上沿着螺旋形路径移动。

[0039]当在移动的卷筒纸上使薄片磁性地取向时应考虑的另一问题是出口场。任何磁铁的磁场都不是均匀的。当卷筒纸沿着磁铁移动时，分散在湿油墨中并涂在卷筒纸的表面上的颗粒对场立刻进行相应，因此，经受其相对于衬底的不同方位。颗粒在出口场中的方位非常不同于颗粒在其接受特定预定的定向的场的部分中的方位。作为出口场的结果，当轮廓变得模糊并失去锐度时，被取向的印刷图像变得“褪色”。

[0040]为了对分散在湿油墨层中的磁性片晶取向，其中两个主维平行于衬底的表面，我们施加由位于衬底下面的磁性装置产生的动态磁场。引起片晶的所需定向的磁性设备的该位置使得可以将它用于无限宽度的衬底。该设备产生具有小于90°的方位角的磁场。卷筒纸可在这样的磁性系统上或通过其中以高速移动。代替在现有技术中公开的旋转，场快速改变其方向，迫使颗粒快速振荡直到片晶的两个主维都变得平行于衬底。包含被定向在场中的片晶的油墨的紫外固化消除了出口场的负面效应。

[0041]以Raksha名义的美国专利7,258,900公开了动态磁性系统操作的基本原理。该专利公开了分散在油墨连接料中并通过印刷涂到快速移动的衬底上的磁性片晶的越过卷筒纸的取向。颗粒在两行静止的沿着卷筒纸定位的磁铁之间取向，如图3C所示，图3C说明所使用的方法。平坦衬底朝着读者移动。图像68和70使用包含磁性片晶16的油墨印刷在衬底22的顶部上。当图像68和70被引入磁铁62、64和66的场内时，油墨仍然是湿的。磁铁产生具有线72的磁场，线72几乎是平滑的且在被印刷的图像位于衬底上的位置平行于衬底。在湿图像68和70中的片晶16沿着磁线72的取向几乎平行于衬底。

[0042]在现有技术图4中展示了颗粒取向的顶视图。卷筒纸401在方向402上移动。湿油墨403的层包含磁性颗粒404和405。磁铁406和407位于卷筒纸之下，如图3C所示。印刷在卷筒纸402上的颗粒404没有任何预定的方位。一旦颗粒随着卷筒纸移动到磁铁406和407之间的区域中，它们本身就在磁场408的方向上越过卷筒纸定向，其平面几乎平行于卷筒纸。

[0043]本发明的目的是在高速过程中提供片晶的更好取向，在该过程中卷筒纸的宽度不是限制因素。

附图的简要说明

[0044]现在结合附图描述本发明的示例性实施例，其中：

[0045]图1a是暴露给磁场的磁性可定向的片晶或颗粒的图，其中颗粒相对于磁场的取向是沿着颗粒的X轴。

[0046]图1b是粘度变化与磁场的曲线。

[0047]图2是具有北极(黑)和南极(白)的16个菱形颗粒或薄片的图，为了说明的目的，北极和南极在图中以不同的颜色示出。

[0048]图3a是类似于图2的图，其中薄片或颗粒沿着磁场线旋转，形成颗粒的薄片。

[0049]图3b示出现有技术中的系统，其中该系统试图对被布置在两个磁铁之间的薄片进行平面化和取向。

[0050]图4是现有技术中的系统的图示，其中经过两个条形磁铁之间的薄片沿着两个磁铁之间的场线被取向。

[0051]图5是本发明的一个实施例的图示，其中互补极性例如北南或南北的交错磁铁被定位，以便当薄片或磁铁相对移动时磁铁沿着进给路径被交错，用于使由卷筒纸支撑的薄片沿进给路径旋转。

[0052]图6示出沿着多个平行的进给路径设置的磁铁的更复杂的布置，该进给路径引起在涂层固化之前涂层内薄片的旋转。

[0053]图7是示出两个涂层中的差异的颜色走动图，其中一个涂层使用本发明的方法而受到旋转的影响，其中另一个涂层则没有。

[0054]图8是示出非定向涂层的亮度，与根据本发明的实施例的定向涂层相比、与箔片相比的图。

[0055]图9示出本发明的一个实施例，其中根据本发明的方法使用在轴上的一组辊来旋转薄片。

详细描述

[0056]根据本发明，可使用AC或DC电磁铁或永久磁铁提供动态磁场。图5示出本发明的示例性实施例的俯视图。

[0057]现在参考图5，卷筒纸501以箭头502的方向移动。包含磁性颗粒的油墨503被涂覆在卷筒纸501的表面上。图5中的磁性颗粒表示出，随着其移动而经过磁铁506-508的在油墨连接料中的不同取向阶段的单个颗粒504。当卷筒纸移动时，颗粒被磁铁所产生的磁场影响。磁铁被以小于90°的角510而布置成Z字形形式。当油墨503被印刷在卷筒纸501上时，它移动到磁铁之间的区域中。颗粒将其本身以在图5中由虚线示出的场的方向509定向。随着卷筒纸以方向502移动而场的方向509改变。颗粒504经历在图中由箭头示出的、以在卷筒纸的平面中的由磁铁Z字形布置所确定的角510的旋转。我们发现，当角510在45°-90°的范围内时，它工作良好。经过磁铁之间的取向区的多个磁性颗粒也经历图3所示的多种从头到尾的交互作用。在场中旋转的颗粒经受在不同方向上的力。所提供的力是由所施加的场确定的宏观力和由附近偶极的场确定的微观力。作用于单个颗粒上的力，是归因于每个场的贡献的力的总和。颗粒将在卷筒纸的平面中移动，直到它们增加沿着XY方向的油墨层磁化率，从而最大化磁化率的和。到磁铁之间的过渡路径的终端，片晶形成永久连接的片状结构，其中磁性片晶的XY轴平行于卷筒纸而定向。

[0058]图5示出永久磁铁的线性布置，其随着薄片由磁铁移动而提供场方向的预定变化。可以将几行合并在一起并安装在宽卷筒纸下方的印刷机上，正如其在图6中所示意性示出的，在图6中为了说明的目的示意性地被示为透明的卷筒纸601被覆盖有正方形标签602，在图中未示出的前面的印刷过程中使用包含磁性颗粒的油墨印刷该标签602。如图5所示被组装的立方体形磁铁603位于图中未示出的印刷机的台上，磁铁603被置于最接近于卷筒纸601且在卷筒纸601的紧下方。卷筒纸的宽度可在6”到72”的范围内变化。卷筒纸的速度可在10到300ft/min的范围内变化。在沿着卷筒纸的一列中的磁铁的数量可以变化，例如可为4至40或更多。以卷筒纸的方向604经过永久磁铁的场的过程中，片晶在卷筒纸的平面内旋转，直到它们的X和Y轴平行于卷筒纸而达到稳定的片状结构。

[0059]如我们所发现的，不同的磁铁组件可被用于当其移动时旋转在平坦衬底的平面内的片晶。它们可为AC电磁铁，AC电磁铁具有当卷筒纸移动时随其产生的受控的磁场方向。它们也可为具有相反极性的永久磁铁的组件。磁铁可如图6所示在卷筒纸的下面，或在其上面以及其下面(如果该组件由两个部分组成)。所有这些组件的主要的典型特征是其具有在快速移动的卷筒纸的平面内旋转磁性颗粒的场。可替换地，变色磁性颜料可被用于以高色度将安全验证物品印刷至钞票上、贵重的文件上、身份证件(ID)上等，如下面在实验室样本中所展示的。

[0060]来自在静态到动态磁场中的取向的变化明显提高了光的反射率和油漆的色彩特性。我们发现，我们可使用包含具有印刷层反射率的平坦反射片晶进行印刷，该印刷层反射率为镜子的反射率的至少50％。

[0061]在动态场中固化片晶的片状组件很重要，如在早些时候的Flex专利/申请中所公开的。动态磁性系统的出口场的方向不同于片晶本身平行于衬底定向的方向。示例性实施例

[0062]通过在聚酯衬底顶部上的真空中的薄膜金色到绿色干扰堆栈的真空沉淀(vacuum deposition)来制造磁性变色颜料。衬底的一部分被切割掉，并被留下用于进一步的颜色测量。沉积物的其余部分被从衬底释放，磨碎并制造成尺寸为20微米的颜料粉末，如在早些时候的Flex专利中所公开的。颜料片晶以29wt％的溶度分散在UV可固化的清澈的Sericol旋转丝网油墨连接料中，并使用丝网印刷技术被涂覆在纸的表面上。具有非定向片晶的湿印刷物的一半被切割掉，且油墨使用UV光被固化。印刷物的另一半被连接到通过磁性阵列运行的卷筒纸，以便将片晶的X和Y轴平行于卷筒纸而定向。在取向完成之后使用UV光固化印刷物。使用Zeiss光谱仪分析光泽偏移10°的全部三个样本的颜色走动。图7示出a^*b^*颜色走动图。线701相应于包含非定向片晶的印刷物。颜色走动线702相应于在动态场中定向的金色到绿色磁性片晶的片状取向。曲线703相应于在真空中使用金色到绿色干扰堆栈被涂覆的聚酯衬底。使用SF600+光谱计测量相同样本的反射镜面亮度。图8示出了反射亮度Y的图。

[0063]本发明提供了高反射抗磨颗粒，该高反射抗磨颗粒被使用包含磁性片晶的油墨印刷在以高速移动的宽衬底上并进一步被暴露给如此配置的动态磁场，使得该片晶在油墨中以其两个主要的X和Y轴平行于该衬底的表面而定向，提供“似悬浮的”亮度。此高度反射抗磨颗粒可为包含根据本发明的方法印刷的安全验证标记的安全验证证件的一部分，其中片晶或薄片的X和Y轴平行于该油墨的表面，该油墨增加了涂层的色度和动态颜色区。

[0064]此外，本发明通过将多个片晶暴露给动态磁场，允许并提供油墨层中高度反射的磁性片晶层的形成，该动态磁场迫使片晶在衬底的平面中以小于90°的角旋转，直到它们形成稳定的片状结构。

[0065]图9示出本发明的另一实施例，其中辊的布置提供本质上与图5所示的进给路径旁边的磁铁的线性布置相同的效应。然而，图9中的辊产生本发明的更紧凑的实施例。进给路径保留，卷筒纸沿着该路径在辊之上被传送，且该实施例中的磁铁类似地并有效地沿着进给路径间隔开。现在参考图9，被支撑并以其上具有磁铁的轴旋转的两个轮902和904间隔开一段距离“d”。轮902和904使用固定螺钉被固定到轴，以便当轴被旋转时，磁性轮随着轴旋转。磁铁具有与图5中的交错配置相同的交错配置。由相邻于两个轮902和904的支撑辊的布置支撑的卷筒纸具有比两个轮稍微高的轮廓，并沿着进给路径传送卷筒纸，而卷筒纸不与磁铁接触。卷筒纸支撑辊使用非磁性轴承安装在轴上。在优选实施例中，卷筒纸可在进给路径的方向上移动，而磁性轮902和904可在相反的方向上逆时针旋转，以增加薄片每分钟的旋转量。

Claims (14)

1.一种平面化由纵向卷筒纸支撑的多个可定向的非球形薄片的方法，其包括：

a)提供卷筒纸，其用于支撑场可定向的非球形薄片的涂层；

b)在进给路径的第一侧上提供第一磁铁和第三磁铁，并在所述进给路径的第二相对侧上提供第一磁铁和第三磁铁之间的第二磁铁，其中所述第一磁铁和第三磁铁具有相同的极性，且其中所述第二磁铁具有与所述第一磁铁和第三磁铁的互补极性，以便跨越所述进给路径的第一磁场存在于所述第一磁铁和第二磁铁之间，以及跨越所述进给路径的第二磁场存在于所述第二磁铁和第三磁铁之间，其中所述磁铁被定位成使得当沿着所述进给路径移动的多个非球形场可定向的薄片在所述卷筒纸和所述磁铁之间的相对运动期间经过所述第二磁铁时，所述多个非球形场可定向的薄片经历第一旋转；以及

c)相对地移动用于支撑所述薄片的所述卷筒纸和所述磁铁中的至少一个，所述磁铁形成两对互补吸引的磁铁。

2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括沿着所述进给路径移动所述卷筒纸，且其中所述进给路径为一行。

3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括沿着所述进给路径移动所述磁铁。

4.如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括沿着所述进给路径移动所述薄片和所述磁铁。

5.如权利要求2所述的方法，其中所述第一磁场和所述第二磁场分别具有实质上平行于所述卷筒纸的第一场线和第二场线，且其中所述第一场线相对于所述进给路径以第一角度跨越所述卷筒纸，以及其中所述第一场线相对于所述进给路径以第二角度跨越所述卷筒纸，且其中所述第一场线和第二场线不平行也不垂直于所述进给路径。

6.如权利要求1所述的方法，其中提供第一磁铁和第三磁铁的所述步骤还包括至少提供第四磁铁，所述第四磁铁被设置在与所述第二磁铁相同的进给路径的一侧上，且其中在所述第三磁铁和第四磁铁之间的第三磁场跨越所述进给路径，以及其中所述第四磁铁的极性与所述第二磁铁的极性相同，并与所述第三磁铁的极性互补，以便产生跨越所述进给路径的场线，其中所述磁铁被定位成使得当所述卷筒纸或所述磁铁移动时，沿着所述进给路径移动的所述多个非球形场可定向的薄片在经过所述第三磁铁时经历另一旋转。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一磁铁和第三磁铁被第一旋转轮嵌入或支撑，且其中所述第二磁铁被第二旋转轮嵌入或支撑，以及其中所述进给路径与所述第一轮和第二轮之间的区域重合。

8.如权利要求2所述的方法，其中第一磁场存在于所述第一磁铁和第二磁铁之间，且其中第二磁场存在于所述第二磁铁和第三磁铁之间，以及其中所述第一磁场和第二磁场横越所述进给路径和卷筒纸传输方向。

9.如权利要求2所述的方法，其中所述薄片的尺寸在2和100微米之间。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述薄片的尺寸的改变不多于20％。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述薄片具有预定的尺寸和形状。

12.如权利要求2所述的方法，其中所述第一磁铁、第二磁铁和第三磁铁是永久磁铁。

13.一种平面化由纵向卷筒纸支撑的多个可定向的非球形薄片的方法，其包括：

a)沿着进给路径提供支撑场可定向的非球形薄片的涂层的卷筒纸；

b)在所述进给路径的第一侧上提供第一组多个磁铁，并在所述进给路径的相对侧上提供第二组多个磁铁，其中所述第一组多个磁铁和第二组多个磁铁是交错的，以便它们不沿着所述进给路径直接彼此跨越，其中所述第一组多个磁铁和第二组多个磁铁被设置在所述进给路径旁边不同的位置处，并面向所述进给路径形成具有相反极性的多对磁铁，以便每对磁铁具有互补极性，提供横越所述进给路径的磁场，且其中所述磁铁被定位成使得当沿着所述进给路径移动的多个非球形场可定向的薄片在其沿着所述卷筒纸经过所述磁铁时，所述多个非球形场可定向的薄片经历多个旋转；以及

c)相对地移动用于支撑所述薄片的所述卷筒纸和所述磁铁中的至少一个，所述磁铁形成互补吸引的磁铁对。

14.如权利要求13所述的方法，其中相邻的磁铁对具有一个被该两对磁铁共用的磁铁。

Images