DE102017009507A1

DE102017009507A1 - Verfahren zur Temperatur- oder Zeitüberwachung eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE102017009507A1
Application number: DE102017009507.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Schiffmann; Martin Imhof
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2019-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperatur- oder Zeitüberwachung eines Gegenstandes (300), bei dem der Gegenstand (300) mit einer passiven Anzeigeeinrichtung (1) versehen wird, die bei Beginn der Überwachung einen ersten Anzeigeinhalt (303) anzeigt und selbsttätig bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer zu einem anderen, zweiten Anzeigeinhalt (301) wechselt, wobei als Anzeigeinrichtung (1) ein optisch variabler Aufdruck (31) verwendet wird, der seine optischen Eigenschaften ändert, wenn ein Magnetfeld angelegt wird, und die geänderten Eigenschaften nur bis zu einem Temperaturschwellwert oder über eine Zeitspanne beibehält und danach verliert, wobei der Aufdruck (31) so ausgebildet wird, dass der Temperaturschwellwert der vorbestimmten Temperatur und/ oder die Zeitspanne der vorbestimmten Zeitdauer entspricht, und bei Beginn der Überwachung an die Anzeigeinrichtung (1) einer Magneteinrichtung (20') angelegt wird, die so ausgebildet ist, dass sie die optischen Eigenschaften zum ersten Anzeigeinhalt (303) ändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperatur- oder Zeitüberwachung eines Gegenstandes, bei dem der Gegenstand mit einer passiven Anzeigeeinrichtung versehen wird, die bei Beginn der Überwachung einen ersten Anzeigeinhalt anzeigt und selbsttätig bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer zu einem anderen, zweiten Anzeigeinhalt wechselt.
Gewisse Gegenstände müssen hinsichtlich ihrer Lagerungstemperatur oder Lagerungsdauer überwacht werden. Ein Beispiel hierfür sind gekühlte Lebensmittel oder Arzneimittel. Es ist hierfür bekannt, Etiketten aufzukleben, die beim Erwärmen auf eine bestimmte Temperatur oder nach einer gewissen Zeitdauer ihre Anzeige ändern. Nachteilig hierbei ist, dass die Überwachung mit der Produktion des Etiketts beginnt. Etiketten, die eine Kühlkette überwachen, müssen deshalb nach der Produktion gekühlt gelagert werden. Etiketten, die eine Zeitdauer überwachen, müssen möglichst umgehend nach der Produktion auf den zu überwachenden Gegenstand angebracht werden. Um diese Problematik zu vermeiden, sind aktive Displays bekannt, die mit Sensoren ausgestattet sind, welche eine Temperatur überwachen oder eine Zeitdauer messen. Solche aktiven Displays können zurückgesetzt werden, um eine Überwachungsperiode zu starten, vgl. WO 2007/009770 A1 . Sie sind jedoch vergleichsweise aufwändig und benötigen eine externe Energiequelle, beispielsweise eine Batterie. Dies ist nicht nur teuer in der Herstellung, sondern erschwert auch das Recycling.
Der Stand der Technik kennt weiter passive Displays, die durch eine Magneteinrichtung in einen gewissen Anzeigezustand geschaltet werden können.
Hierzu sei exemplarisch auf die WO 2014/117910 A1 , EP 3196045 A1 , EP 3196043 A1 und EP 2860500 B1 verwiesen. Diese Displays können mit einer geeignet gestalteten Magnetisierungseinrichtung mit einer Anzeigeinformation versehen werden und halten diese Magnetisierungsinformation, bis eine andersartige Magnetisierung stattfindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperatur- oder Zeitüberwachung eines Gegenstandes anzugeben, bei dem der Beginn einer Überwachungsdauer frei gewählt werden kann und dennoch keine externe Energiequelle für das Anzeigen einer Information erforderlich ist.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Im Verfahren zur Temperatur- oder Zeitüberwachung eines Gegenstandes wird der Gegenstand mit einer passiven Anzeigeeinrichtung versehen. Diese Anzeigeeinrichtung zeigt bei Beginn der Überwachung einen ersten Anzeigeinhalt an. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer wechselt die Anzeigeeinrichtung selbsttätig zu einem anderen, zweiten Anzeigeinhalt. Für die Anzeigeeinrichtung wird ein Aufdruck verwendet, der seine optischen Eigenschaften ändert, wenn ein Magnetfeld angelegt wird. Er wird so ausgebildet, dass es die geänderten Eigenschaften nur bis zu einem Temperaturschwellwert oder über eine Zeitspanne beibehält und danach verliert. Er wird weiter so ausgebildet, dass der Temperaturschwellwert der vorbestimmten Temperatur und/oder die Zeitspanne der vorbestimmten Zeitdauer entspricht.
Bei Beginn der Überwachung wird an die Anzeigeeinrichtung eine Magneteinrichtung angelegt. Diese ist so ausgebildet, dass sie ein Magnetfeld erzeugt, welches die optischen Eigenschaften zum ersten Anzeigeinhalt ändert. Der Beginn der Überwachung ist somit durch das Anlegen der Magneteinrichtung charakterisiert. Erst ab diesem Zeitpunkt führt eine Überschreitung des Temperaturschwellwertes dazu, dass die Anzeigeeinrichtung den zweiten Anzeigeinhalt anzeigt. Gleiches gilt für die Überschreitung der Zeitdauer. Der Beginn der Überwachung kann somit frei gewählt werden, und es ist nicht erforderlich, die Anzeigeeinrichtung zuvor unterhalb des Temperaturschwellwertes zu lagern oder nach der Produktion sofort einzusetzen. Gleichzeitig sind keine externen Energiequellen erforderlich, da die Anzeigeeinrichtung passiv arbeitet.
Alternativ oder ergänzend zum Anlegen der Magneteinrichtung bei Beginn der Überwachung kann an die Anzeigeeinrichtung dauerhaft ein Magnet angelegt werden, der so ausgebildet ist, dass er die optischen Eigenschaften - nach dem Überschreiten der vorbestimmten Temperatur und/oder nach dem Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer - zum zweiten Anzeigeinhalt ändert.
Die Anzeigeeinrichtung kann durch einfache Drucktechniken hergestellt werden. Somit besteht keine Recyclingproblematik, wie bei der nötigen separaten Behandlung von Batterien oder bei der Trennung von unterschiedlichen Folienschichten in Mehrschichtaufbauten.
Der zweite Anzeigeinhalt unterscheidet sich vom ersten Anzeigeinhalt. Er kann beispielsweise dadurch charakterisiert sein, dass im ersten Anzeigeinhalt eine bestimmte erkennbare Struktur, beispielsweise ein Logo, ein Schriftzug, eine bestimmte Farbe oder eine bestimmte Schwärzung vorliegt. Im zweiten Anzeigeinhalt kann ein anderes Logo, ein anderer Schriftzug, eine andere Färbung oder Schwärzung vorliegen. Alternativ ist es möglich, dass der zweite Anzeigeinhalt dadurch charakterisiert ist, dass der erste Anzeigeinhalt nicht mehr vorhanden ist. Als zweiter Anzeigeinhalt ist deshalb u. a. auch zu verstehen, dass keine Information mehr erkennbar ist, beispielsweise eine kontrastlose Fläche vorliegt.
Das Verfahren kann insbesondere eingesetzt werden, um eine Kühlkette zu überwachen. Dann ist der Gegenstand ein auf eine Mindesttemperatur zu kühlender Gegenstand. Die vorbestimmte Temperatur wird auf diese Mindesttemperatur eingestellt und die Magneteinrichtung wird angelegt, während der Gegenstand auf die Mindesttemperatur abgekühlt wird und damit die Überwachung beginnen soll. Gleichermaßen kann der Gegenstand auch ein Gegenstand sein, der auf eine bestimmte Verarbeitungstemperatur erwärmt werden soll. Beispiele wären auf dem Gebiet der Sterilisierung oder der Herstellung von Lebensmitteln zu sehen. Die Mindesttemperatur ist dann eine Mindesttemperatur, die in der Verarbeitung erreicht werden muss, beispielsweise um einen Gar- oder Sterilisierungsprozess durchzuführen. Es muss sich bei der Mindesttemperatur also nicht um eine Temperatur handeln, die gegenüber der Umgebungstemperatur abgesenkt ist; auch eine demgegenüber erhöhte Mindesttemperatur ist möglich. In alternativen Ausgestaltungen weist der Gegenstand bereits die Mindesttemperatur auf und wenn die Magneteinrichtung an die Anzeigeeinrichtung, die noch nicht die Mindesttemperatur aufweist, angelegt wird. Die Anzeigeeinrichtung kann beispielsweise mit einer anderen Temperatur auf den Gegenstand gebracht werden und/oder auf dem Gegenstand kurzfristig auf eine andere Temperatur gebracht (z.b. lokal erwärmt) werden, während die Magneteinrichtung angelegt wird, ohne dass der Gegenstand seine Mindesttemperatur verliert. Die Temperatur der Anzeigeeinrichtung mit dem ersten Anzeigeinhalt geht - insbesondere noch während die Magneteinrichtung angelegt ist - auf die Temperatur des Gegenstandes, also die Mindesttemperatur, über.
Die Einstellung des Temperaturschwellwertes bzw. der Zeitspanne kann besonders einfach erfolgen, wenn für den Aufdruck Magnetpigmente verwendet werden, die einen optischen Effekt haben, der die optischen Eigenschaften der Anzeige verursacht und mittels der Magneteinrichtung so geändert werden kann, dass der erste Anzeigeinhalt angezeigt wird. Die Magnetpigmente umfassen eine Matrix mit veränderlicher Viskosität. Die Viskosität wird insbesondere so eingestellt, dass sie beim Temperaturschwellwert oder nach der Zeitspanne (in der Regel innerhalb eines vorgegebenen Temperaturfensters) sich so ändert, dass die Magnetpigmente den optischen Effekt verlieren. Die Matrix behindert unterhalb des Temperaturschwellwertes bzw. vor Ablauf der Zeitspanne eine Rückstellung der Magnetpigmente aus einer Ausrichtung, die mit der Magneteinrichtung erzeugt wurde. Ändert sich die Viskosität aufgrund einer Temperaturänderung oder Zeitablauf (bei einem vorgegebenen Temperaturbereich, beispielsweise Raumtemperatur), können die Magnetpigmente ihre durch die Magneteinrichtung erhaltene Ausrichtung verlieren und der optische Effekt und damit der erste Anzeigeinhalt geht verloren.
Die Matrix kann insbesondere beim Temperaturschwellwert oder nach der Zeitspanne (innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs) einen die Viskosität steigernden Phasenübergang oder Glaspunkt zeigen. Wird die Matrix aus dem erstarrten Zustand in den Bereich des eingestellten Temperaturschwellwerts erwärmt, so

a) kommt es zu einem Phasenübergang des Marix-Materials von fest zu flüssig, oder
b) geht das feste Polymer beim Überschreiten der Glasübergangstemperatur Tg in einen zähflüssigen Zustand über, oder
c) nimmt die Viskosität des Matrixmaterials stark ab.

In allen drei Fällen wird durch Überschreiten des eingestellten Temperaturschwellwerts eine erhöhte Mobilität/ Beweglichkeit der magnetisch orientierbaren Partikel innerhalb der Matrix ermöglicht. Folglich kann entweder eine zuvor magnetisch ausgerichtete Information verloren gehen oder eine Information angezeigt werden, die zuvor unsichtbar war. Insbesondere würde im Falle eines unter der Matrix liegenden magnetischen Verifikators bei Überschreiten der Temperatur die Information (des Verifikators) erstmals sichtbar werden.
In einer Ausführungsform werden verkapselte Magnetpigmente verwendet, die jeweils ein Gemisch aus magnetisierbaren und magnetisch nicht orientierbaren Partikel in der Matrix aufweisen. In einer Abwandlung dieses Prinzips sind die magnetisch orientierbaren Partikel durch nicht magnetisch ausrichtbare Farbstoffe, die in der Matrix gelöst sind, ergänzt oder ersetzt. Bevorzugt weisen die magnetisierbaren Partikel und die magnetisch nicht orientierbaren Partikel eine unterschiedliche Farbe auf. Dieses Konzept, wie es aus den EP 3196043 A1 und EP 3196045 A1 bekannt ist, erlaubt es, durch die Magneteinrichtung die magnetisierbaren Partikel innerhalb der gekapselten Magnetpigmente an einer Seite zu agglomerieren, so dass von dieser Seite der Farbeindruck durch die magnetisierbaren Partikel gekennzeichnet ist. Sie verdrängen dabei die nicht magnetisierbaren Partikel oder Farbstoffe auf die gegenüberliegende Seite, von der ein Farbeindruck zu erkennen ist, der eben durch diese Partikel oder Farbstoffe geprägt ist.
Für die Rücksetzung des optischen Effektes nach Überschreiten des Temperaturschwellwertes oder Ablauf der Zeitspanne ist es zu bevorzugen, dass die magnetisierbaren Partikel eine höhere Dichte haben, als die magnetisch nicht ausrichtbaren Farbstoffe.
Für die Magnetpartikel kommen insbesondere die in EP 3196043 A1 und EP 3196045 A1 genannten Substanzen in Frage. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften werden hinsichtlich dieser Substanzen deshalb vollständig hier eingebunden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren können, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Realisierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente oder Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, können auch auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder funktionelle oder strukturelle entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. In den Figuren zeigen:

1a eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer optisch variablen Kapsel in nichtmagnetisiertem Zustand;
1b eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform einer optisch variablen Kapsel in magnetisiertem Zustand;
1c eine schematische Darstellung eines optisch variablen Elements in nichtmagnetisiertem Zustand;
1d eine schematische Darstellung eines optisch variablen Elements in magnetisiertem Zustand;
1e eine Ausführungsform einer Magnetfeldquelle; und
2a bis 2d den Einsatz einer Anzeigeeinrichtung mit den optisch variablen Kapseln der 1a bis 1e zum Überwachen der Kühlkette für einen Gegenstand.

Anhand der 1a bis 1d wird eine optisch variable Kapsel beschrieben, die als Magnetpigment eingesetzt wird. Mit diesem Magnetpigment wird ein Etikett für einen hinsichtlich der Temperatur oder Zeitdauer zu überwachenden Gegenstand bedruckt oder der Gegenstand wird selbst damit bedruckt oder eine Verpackung des Gegenstandes wird damit bedruckt. Die nachfolgende Beschreibung schildert zuerst den Aufbau der optisch variablen Kapsel, also der Magnetpigmente, sowie einer möglichen Magnetfeldquelle zur Erzeugung einer vorbestimmten Anzeige an einer Anzeigeeinrichtung, welche auf Basis dieser Magnetpigmente aufgebaut ist. Anschließend wird beschrieben, wie diese Magnetpigmente hinsichtlich eines Temperaturschwellwertes oder einer Zeitspanne eingestellt werden, die für die Beibehaltung eines magnetisch eingeprägten Bildes oder einer magnetisch eingeprägten Information relevant sind. Oberhalb dieses Temperaturschwellwertes oder nach Ablauf der Zeitspanne verliert die Anzeigeeinrichtung diese eingeprägte Information aufgrund bestimmter Eigenschaften einer Matrix der optisch variablen Kapsel. Diese Eigenschaft, die exemplarisch anhand der Viskosität der Matrix eingestellt wird, hat zur Folge, dass ein bestimmter Temperaturschwellwert oder eine bestimmte Zeitspanne erreicht werden muss, um den Anzeigeinhalt zu ändern. Das wird für die Zeit- oder Temperaturüberwachung des Gegenstandes verwendet.
In 1a ist eine Ausführungsform einer optisch variablen Kapsel 105 gezeigt, die als Magnetpigment 10 dient. Die Kapsel 105 enthält eine als erste Dispersion ausgebildete magnetisch ausrichtbare erste Phase bzw. ein erstes Fluid. Das erste Fluid umfasst ein Magnetmaterial, vorliegend Ferrofluid 100. Das Ferrofluid 100 umfasst kolloidal suspendierte magnetische Nanopartikel 104. Das erste Fluid (erste Phase) gibt aufgrund der Nanopartikel 104 eine erste Farbwiedergabe, nämlich rotbraun. Zudem befindet sich in der Kapsel 105 eine zweite Dispersion (vorliegend Pigmentdispersion; zweites Fluid) aus in einer Matrix 120 angeordneten magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmenten 110. Weiter kann das erste Fluid Farbpartikel zur Wiedergabe einer bestimmten Farbe umfassen (nicht dargestellt).
Die erste Dispersion und zweite Dispersion haben eine unterschiedliche Oberflächenspannung. Die erste Dispersion und zweite Dispersion in den Magnetpigmenten 10 sind - allgemein oder in zumindest einem Temperaturbereich - miteinander nicht mischbar.
Wird das Magnetpigment 10 in ein Magnetfeld gebracht, d. h. befindet sich in der Nähe der Kapsel 105 eine Magnetfeldquelle, beispielsweise ein Magnet 20 (siehe 1b), so orientiert sich in der Matrix 120 die erste Phase mit dem Magnetmaterial zum Magnet 20 hin. Die Nanopartikel 104 bewegen sich zum Magnet 20 hin und verdrängen die magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmente 110. Auf der dem Magneten 20 zugewandten Seite der Kapsel 105 wirkt entsprechend die Farbwiedergabe des Ferrofluids 100, auf der dem Magneten 20 gegenüberliegenden Seite der Kapsel 105 die Farbwiedergabe der dorthin verdrängten magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmente 110.
Diese Magnetpigmente sind aus der EP 3196043 A1 bekannt und können auch dahingehend abgewandelt oder ergänzt werden, dass das Ferrofluid durch magnetisch ausrichtbare Pigmente (mindestens teilweise) ersetzt wird, wie es in der EP 3196045 A1 beschrieben ist. In der Kapsel könnten demnach auch magnetisch ausrichtbare Pigmente mit einer ersten Farbgebung und magnetisch nichtausrichtbare Pigmente mit einer zweiten Farbgebung vorliegen.
1c zeigt ein Etikett 1 mit einem Aufdruck 31 aus Magnetpigmenten 10 gemäß 1a und 1b, angeordnet auf einer ersten Seite 2 eines Substrats 30. Die Magnetpigmente 10 sind z. B. in einer Druckschicht des Substrats 30 angeordnet.
1d zeigt die Kapseln 105 gemäß 1c bei Beaufschlagung mit einem Magneten 20. In Bereichen des Aufdrucks 31, an denen der Magnet 20 nicht angeordnet war, findet kaum bis keine Orientierung des Ferrofluids 100 (und/ oder der magnetisch ausrichtbaren Pigmente) statt. Bei den Magnetpigmenten 10, welche nicht mit magnetischem Feld beaufschlagt wurden, verbleibt eine zufällige Positionierung des Ferrofluids 100 und der magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmente 110 in den optisch variablen Kapseln 105 erhalten. Wurde eine Kapsel 105 einem Magnetfeld ausgesetzt, erfolgte eine die Orientierung und Positionierung des Ferrofluids 100 und der magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmente 110. Das Magnetfeld des Magneten 20 beeinflusst die Magnetpigmente 10 in dem Bereich der Druckschicht 31, an dem der Magnet 20 angeordnet ist. D. h., diese Magnetpigmente 10 ändern sich, indem sich das Ferrofluid 100 zu der Seite 3 hin bewegt, welche dem Magnet 20 zugeordnet ist. Die erste Phase verdrängt in der Matrix 120 die magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmente 110 an die dem Magnet 20 gegenüberliegende Seite des Magnetpigments 10. Dieser Zustand bleibt auch ohne Magnetfeld erhalten, bis eine natürliche Durchmischung einsetzt, z. B. durch Brown'sche Bewegung oder Gravitation. Bei den Magnetpigmenten 10, bei denen bereits eine Ausrichtung des Ferrofluids 100 erfolgte, bleibt diese in der Regel auch ohne das Magnetfeld über eine Zeitdauer erhalten, die von der Viskosität der Matrix 120 abhängt.
In erster Aufsicht (Pfeil A) ist folglich nach Anwendung des Magneten 20 gemäß 1d der Farbeindruck in der Farbe der Farbpartikel bzw. der magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmente 110 zu erkennen. Von der zweiten Seite 3 erscheint die Farbwiedergabe des Ferrofluids 100 (Pfeil B). Dieser Effekt wird eingesetzt, um eine Information an der ersten und/ oder zweiten Seite anzuzeigen.
Das Substrat 30 kann ein transparentes, transluzentes, opakes oder im Wesentlichen optisch dichtes Substrat auf Basis von Papier, insbesondere Fasermaterial, vorzugswiese Baumwollfasern, einem Folienmaterial oder einem Komposit von beiden, beispielsweise ein Hybrid-Substrat, sein. Das Substrat 30 kann eine Verpackungssubstrat sein, insbesondere ein Karton, eine Kartonagen, eine Folienverbundverpackung, ein Getränkekarton, eine Tiefziehverpackung, eine Medikamentenverpackung, eine Verpackung für sterile Produkte (wie Spritzen oder spezielle Babynahrung). Die Magnetpigmente 10 werden in einer Druckschicht 31 angeordnet, die z. B. eine Trägersubstanz umfasst, in der die Magnetpigmente 10 angeordnet sind. Die Trägersubstanz ist beispielsweise ein Bindemittel einer Farbe, insbesondere Druckfarbe, oder eines Lackes und/oder ein Folie, vorzugsweise Kunststofffolie und/oder Kunststofffaser, insbesondere ein Faserflies auf Basis der Kunststofffaser. Befindet sich ein Magnet 20 an der zweiten Seite 3 des Etiketts 1, vorliegend dessen Unterseite, im Bereich des Aufdrucks 31 mit den Magnetpigmenten 10, richtet sich das Ferrofluid 100 der Magnetpigmente 10 aus. D. h., das Ferrofluid 100 wandert durch die Matrix 120 zur Seite des Magneten 20. Dabei werden die magnetisch nicht ausrichtbaren Partikel 110 in der Matrix 120 zu der dem Magneten 20 gegenüberliegenden Seite verdrängt. In Aufsicht auf die erste Seite 2 (Pfeil A) erscheint im Bereich des Magnets 20 z. B. eine weiße Farbe (Farbe der magnetisch nicht ausrichtbaren Partikel 110). In Aufsicht auf die zweite Seite 3 (Pfeil B) bzw. in Durchsicht ist in diesem Bereich eine schwarze Farbe (Farbe des ersten Fluids bzw. des Ferrofluids 100) erkennbar.
Der Vorteil eines transparenten Substrats 30 liegt darin, dass eine Neuorientierung des ersten Fluids bzw. des Ferrofluids 100 und eine damit verbundene veränderte Farbwiedergabe des Etiketts 1, d. h. des Aufdrucks 31, sowohl auf der ersten Seite 2 als auch auf der zweiten Seite 3 festgestellt werden kann. Das ist jedoch optional.
In einer Ausführungsform befindet sich zumindest in Teilbereichen auf der Druckschicht und/ oder unterhalb der Druckschicht eine optisch variable Farbschicht auf Basis von Interferenzpigmenten. Bei Verwendung von dunkler erster oder zweiter Farbgebung (beispielsweise mit Ferrofluid 100 als erstes Fluid) ist dann ein besonders guter Farbeffekt in Form eines Colorshifts erkennbar.
Anstelle des in den 1b und 1d dargestellten Magneten 20 mit einer im Wesentlichen homogenen, quaderförmigen Struktur, kann gemäß 1e ein Magnet 20' mit strukturierter Oberfläche oder strukturiertem Volumen 201 verwendet werden. Die Strukturierung 201 codiert reliefartig eine Information mit Höhen 202 und Senken 203. Im Bereich der Senken 203 erfährt das Etikett 1 ein geringeres Magnetfeld, so dass sich in diesem Bereich das Ferrofluid 100 bzw. die magnetisch ausrichtbaren Pigmente weniger stark bis vorzugsweise nicht ausrichten. Die Magnetpigmente 10 geben entsprechend die Strukturierung 203 des Magneten 20' und somit eine codierte Information wieder.
Auch nachdem der Magnet 20 oder 20' entfernt wurde, bleibt für eine bestimmte Zeitdauer die Ausrichtung des Ferrofluids 100 oder der magnetisch ausrichtbaren Pigmente in den Magnetpigmenten 10 erhalten und damit der Farbeindruck. Je nach Viskosität der Matrix 120, in welcher sich die magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmente 110 und das Ferrofluid 100 befinden, tritt über diese Zeitdauer eine Durchmischung durch Brown'sche Bewegung oder Gravitation auf. Letzteres ist in der Regel der bestimmende Wirkprozess, wenn das Ferrofluid 100 oder die magnetisch ausrichtbaren Pigmente sich in ihrer Dichte von den magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmenten 110 unterscheiden. Dies ist besonders dann der Fall, wenn anstelle der magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmente 110 in der Matrix 120 gelöste Farbstoffe eingesetzt werden. Diese sind immer leichter als magnetisch nicht ausrichtbare Pigmente.
Die Durchmischung hat zur Folge, dass die mit den Magneten 20 oder 20' eingebrachte Information bzw. der damit erzeugte erste Anzeigeinhalt des Aufdrucks 31 je nach Temperatur oder Zeitdauer verloren geht. Er kann dabei entweder in einen nicht kontrastierten Anzeigezustand übergehen oder im Zusammenhang mit weiteren Druckmotiven, wie dies im anderen Zusammenhang aus der WO 2014/117910 A1 bekannt ist, in einen anderen Anzeigezustand. Wie lange der erste Anzeigeinhalt besteht, hängt von der Viskosität der Matrix 120 ab. Sie wird geeignet eingestellt.
Das Etikett 1 wird zum Überwachen einer Temperatur oder einer Zeitdauer eingesetzt. Die Temperatur wird dahingehend überwacht, ob eine vorbestimmte Temperatur überschritten wird. Die Zeitdauer hinsichtlich des Ablaufs einer vorbestimmten Zeitspanne. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass die Matrix 120 hinsichtlich ihrer Viskosität so eingestellt wird, dass sie oberhalb einer vorbestimmten Temperatur sich so ändert, dass vergleichsweise schnell (z. B. in unter 15 Minuten, bevorzugt in unter 5 Minuten) ein Durchmischen der magnetisch nicht ausrichtbaren Pigmente und des Ferrofluids 100 bzw. der magnetisch ausrichtbaren Pigmente durch die Brown'sche Bewegung oder die Schwerkraft erfolgt. Unterhalb der Temperatur ist die Viskosität hoch, so dass die Durchmischung nicht stattfindet. Hierzu können beispielsweise für die Matrix 120 Materialien eingesetzt werden, die beim Überschreiten einer kritischen Temperatur oder nach Ablauf einer gewissen Zeit einen Phasenübergang zeigen, beispielsweise von fest zu flüssig. Analoges gilt für die Zeitüberwachung. Hier wird die Viskosität so eingestellt, dass die Dauer der Durchmischung der vorbestimmten Zeitdauer (im Rahmen eines vorgegebenen Temperaturfensters) entspricht.
Ein Beispiel für ein Material der Matrix 120 ist Wasser. Durch Zusätze von Salzen oder Glycerin kann die kritische Temperatur oder die Zeitdauer eingestellt werden.
Eine andere Variante die Viskosität einzustellen, ist die Verwendung von gelartigen oder pastenartigen Materialien, die hinsichtlich ihrer Viskosität so eingestellt werden können, dass sie bei bestimmten Temperaturen oder nach einer bestimmten Zeitdauer erweichen. Ein Beispiel hierfür sind Mischungen aus einem Lösungsmittel (z. B. Wasser) und Polyethylenglycol (PEG). Hiermit sind nahezu beliebige Erweichungstemperaturen oder -dauern einstellbar. Polyethylenglycole mit einer mittleren Molekülmasse zwischen 200 g/mol und 400 g/mol sind bei Raumtemperaturen nicht flüchtige Flüssigkeiten. Bei einer Molekülmasse von 600 g/mol liegt ein Schmelzbereich von 17° bis 22° und somit eine pastenartige Konsistenz vor. Bei einer Molekülmasse über 800 g/mol sind PEG fest und werden als Schuppen oder Pulver in den Handel gebracht. Härte und Schmelzbereich steigen mit zunehmender Molekülmasse an. Durch Mischung eines festen PEG, z. B. einer Molekülmasse von 1.500 g/mol, mit einem flüssigen PEG, von beispielsweise 200 g/mol, kann ein wasserlösliches Produkt von salbenartiger Konsistenz hergestellt werden. Es findet beispielsweise in der Kosmetikindustrie seinen Einsatz. PEG ist in Wasser löslich. Sie sind in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar, wenn sie flüssig sind. Selbst bei einer Molekülmasse von 8.000 g/mol können noch 50%-ige Lösungen hergestellt werden. Somit kann für die Matrix 120 ein PEG geeigneter Molekülmasse verwendet werden, die so gewählt ist, dass bei der gewünschten Temperatur eine Verflüssigung eintritt. Der Schmelzbereich von PEG 400 liegt beispielsweise bei 4-8°C, von PEG 600 bei 17-22°C und von PEG 1000 bei 37-40°C. Alternativ können funktionale Mischungen aus PEG verschiedener Molekülmassen verwendet werden. Ein Beispiel ist eine Mischung aus 40 Gew.-% PEG 400 (200g/mol), 30 Gew.-% PEG 800 und 10 Gew.-% Lösemittel (Wasser oder Alkohol) sowie 20 Gew.-% aus magnetisch nicht ausrichtbaren und magnetisch ausrichtbaren Pigmenten oder Ferrofluiden. Eine andere Möglichkeit ist es, Polymere mit verschiedenen Glastemperaturen zu verwenden.
Der erste Anzeigeinhalt verschwindet und der zweite Anzeigeinhalt erscheint, wenn die ursprüngliche Ausrichtung des Ferrofluids 100 oder der magnetischen Pigmente in den Magnetpigmenten 10 verloren geht. Dies stellt eine Rückreaktion der Ausrichtung dar.
Die 2a bis 2b zeigen die Anwendung des Anzeigeelementes 1 zum Überwachen eines Gegenstandes 300, in diesem Fall einer Produktverpackung für ein gekühlt zu lagerndes Produkt. Vor Beginn der Überwachung wird die Produktverpackung 300 mit dem Etikett 1 versehen, wobei die Viskosität der Matrix 120 so eingestellt wird, dass ein Phasenübergang von fest nach flüssig bei einer Maximaltemperatur, welche das gekühlte Produkt erhalten darf, auftritt. 2a zeigt diesen Ausgangszustand. Erst wenn, wie in 2b gezeigt ist, mittels eines Magneten 20' am Etikett 1 ein Magnetfeld aufgebracht wird, das den ersten Anzeigezustand 303 bewirkt und zugleich das Produkt mit Etikett 1 gekühlt wird, beginnt der Überwachungszustand. Zuvor war noch der zweite Anzeigezustand 301 vorhanden, in diesem Fall eine kontrastlose Fläche.
Solange die Kühlkette erhalten bleibt und die voreingestellte Temperatur nicht überschritten wurden, bei welcher die Matrix 120 flüssig wird, zeigt sich der Zustand der 2c, in dem die Anzeigeeinrichtung 1 am Produkt 300 die erste Anzeige 303 darbietet. Wird die Temperatur überschritten, geht dieser erste Anzeigeinhalt 303 wegen der einsetzenden Durchmischung verloren und es zeigt sich auf der Anzeigeeinrichtung 1 wieder der kontrastlose Ursprungszustand, in diesem Fall der zweite Anzeigeinhalt 301.
Das Beschreiben mit dem Magneten 20' erfolgt gemäß 2b kurz bevor oder während die Produktverpackung 300 abkühlt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Matrix 120 zu diesem Zeitpunkt noch flüssig und ein Ausrichten der Ferrofluide 100 bzw. magnetisch ausrichtbaren Pigmente in den Kapseln 105 möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Etikett
2,3: Seite
10: Magnetpigment
20, 20': Magnet
30: Substrat
31: Aufdruck
100: Ferrofluid
104: Nanopartikel
105: Kapsel
110: magnetisch nicht ausrichtbares Pigment
120: Matrix
300: Produktverpackung
301: zweiter Anzeigeinhalt
303: erster Anzeigeinhalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/009770 A1 [0002]
WO 2014/117910 A1 [0004, 0033]
EP 3196045 A1 [0004, 0016, 0018, 0024]
EP 3196043 A1 [0004, 0016, 0018, 0024]
EP 2860500 B1 [0004]

Claims

Verfahren zur Temperatur- oder Zeitüberwachung eines Gegenstandes (300), bei dem der Gegenstand (300) mit einer passiven Anzeigeeinrichtung (1) versehen wird, die bei Beginn der Überwachung einen ersten Anzeigeinhalt (303) anzeigt und selbsttätig bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer zu einem anderen, zweiten Anzeigeinhalt (301) wechselt, dadurch gekennzeichnet, dass als Anzeigeinrichtung (1) ein optisch variabler Aufdruck (31) verwendet wird, der seine optischen Eigenschaften ändert, wenn ein Magnetfeld angelegt wird, und die geänderten Eigenschaften nur bis zu einem Temperaturschwellwert oder über eine Zeitspanne beibehält und danach verliert, wobei der Aufdruck (31) so ausgebildet wird, dass der Temperaturschwellwert der vorbestimmten Temperatur und/oder die Zeitspanne der vorbestimmten Zeitdauer entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beginn der Überwachung an die Anzeigeeinrichtung (1) einer Magneteinrichtung (20') angelegt wird, die so ausgebildet ist, dass sie die optischen Eigenschaften zum ersten Anzeigeinhalt (303) ändert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Anzeigeeinrichtung (1) dauerhaft ein Magnet angelegt wird, der so ausgebildet ist, dass er die optischen Eigenschaften - nach dem Überschreiten der vorbestimmten Temperatur und/oder nach dem Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer - zum zweiten Anzeigeinhalt (301) ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (300) ein auf eine Mindestemperatur zu kühlender oder zu erwärmender Gegenstand ist, die vorbestimmte Temperatur auf die Mindestemperatur eingestellt wird und die Magneteinrichtung (20') angelegt wird, während der Gegenstand auf die Mindesttemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (300) ein auf eine Mindesttemperatur zu kühlender oder zu erwärmender Gegenstand ist, die vorbestimmte Temperatur auf die Mindesttemperatur eingestellt wird, und der Gegenstand bereits die Mindesttemperatur aufweist, wenn die Magneteinrichtung (20') an die Anzeigeeinrichtung (1), die noch nicht die Mindesttemperatur aufweist, angelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Aufdruck (31) Magnetpigmente (10) verwendet werden, die einen die optischen Eigenschaften verursachenden optischen Effekt haben und mittels der Magneteinrichtung (20') hinsichtlich des optischen Effekts geändert werden, und die eine Matrix (120) mit veränderlicher Viskosität aufweisen, wobei die Viskosität so eingestellt wird, dass sie sich beim Temperaturschwellwert so ändert, dass die Magnetpigmente (10) den optischen Effekt verlieren.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (120) beim Temperaturschwellwert innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs einen die Viskosität steigernden Phasenübergang oder Glaspunkt zeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Aufdruck (31) Magnetpigmente (10) verwendet werden, die einen die optischen Eigenschaften verursachenden optischen Effekt haben und die eine Matrix (120) mit einer Viskosität aufweisen, die so gewählt ist, dass die Magnetpigmente den optischen Effekt über die Zeitspanne verlieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass verkapselte Magnetpigmenten (10) verwendet werden, die jeweils ein Gemisch magnetisierbaren (104) und magnetisch nicht orientierbaren Partikel (110) in der Matrix (120) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass verkapselte Magnetpigmenten (10) verwendet werden, die jeweils magnetisierbare Partikel (104) und in der Matrix (120) gelöste, magnetisch nicht orientierbare Farbstoffe aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbaren Partikel (104) eine höhere Dichte haben, als die magnetisch nicht orientierbaren Partikel (110) oder Farbstoffe.
System zur Temperatur- oder Zeitüberwachung eines Gegenstandes (300), umfassend eine passive Anzeigeeinrichtung (1), die an dem Gegenstand (300) angeordnet ist, die bei Beginn der Überwachung einen ersten Anzeigeinhalt (303) anzeigt und selbsttätig bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer zu einem anderen, zweiten Anzeigeinhalt (301) wechselt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (1) ein optisch variabler Aufdruck (31) ist, der seine optischen Eigenschaften ändert, wenn ein Magnetfeld angelegt wird, und die geänderten Eigenschaften nur bis zu einem Temperaturschwellwert oder über eine Zeitspanne beibehält und danach verliert, wobei der Aufdruck (31) so ausgebildet ist, dass der Temperaturschwellwert der vorbestimmten Temperatur und/oder die Zeitspanne der vorbestimmten Zeitdauer entspricht, und bei Beginn der Überwachung an die Anzeigeeinrichtung (1) einer Magneteinrichtung (20') angelegt werden kann, die so ausgebildet ist, dass sie die optischen Eigenschaften zum ersten Anzeigeinhalt (303) ändert.
System nach Anspruch 12 eingerichtet zur Temperatur- oder Zeitüberwachung durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.