DE102018007719A1

DE102018007719A1 - Partikel für den Fälschungsschutz

Info

Publication number: DE102018007719A1
Application number: DE102018007719.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Schiffmann; Martin Imhof; Karlheinz Mayer
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein anisotropes Druck-Partikel (14; 16) für den Einsatz in einer Druckfarbe (10) oder einem Lack für den Fälschungsschutz, welches zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche (14A, 14B; 16A, 16B) mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist. Bei einem Verfahren zum Erzeugen derartiger anisotroper Druck-Partikel (14; 16) werden zumindest zwei unterschiedliche Druckstoffe (72, 74; 92, 94; 118, 120) mit einem Druckverfahren direkt oder indirekt miteinander verbunden, um die zumindest zwei getrennten Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft Partikel für den Einsatz in einer Druckfarbe oder einem Lack für den Fälschungsschutz. Die Erfindung betrifft auch ein Herstellungsverfahren für solche Partikel, sowie eine Druckfarbe oder einen Lack mit derartigen Partikeln.
Die Partikel können auch in einen Kunststoffkörper eingebracht werden oder als Kern einer Kapsel verarbeitet werden.
Datenträger, wie beispielsweise Banknoten, Aktien, Anleihen, Urkunden, Gutscheine, Schecks, hochwertige Eintrittskarten, aber auch andere fälschungsgefährdete Papiere, wie Pässe oder sonstige Ausweisdokumente, sowie Produktverpackungen und Warensicherungselemente für Produktmarkenschutz, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitsdrucken versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Wertdokuments gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen.
Beim Sicherheitsdruck wird beispielsweise eine Druckfarbe aufgebracht, in der Partikel oder Pigmente mit vorgewählten speziellen Eigenschaften, beispielsweise bestimmten magnetischen oder lumineszierenden Eigenschaften dispergiert sind. Die vorgewählten Eigenschaften der Partikel oder Pigmente werden dann bei der Echtheitsprüfung abgefragt und dienen der Bestätigung der Echtheit des mit dem Sicherheitsdruck versehenen Datenträgers.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Partikel der eingangs genannten Art anzugeben, die einerseits einen hohen Fälschungsschutz gewährleisten und andererseits einfach und kostengünstig, idealerweise in dem im Sicherheitsbereich geforderten großtechnischen Maßstab herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung stellt ein anisotropes Druck-Partikel für den Einsatz in einer Druckfarbe oder einem Lack für den Fälschungsschutz bereit, welches zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist.
Partikulär aufgebaute Festkörper mit multifunktionellen Eigenschaften sind unter der Bezeichnung „Januspartikel“ seit einiger Zeit Gegenstand aktueller Forschung. Die Herstellung solcher Januspartikel erfolgt gegenwärtig meist durch Phasentrennung, Selbstorientierung oder Maskierung.
Bei der Herstellung von Januspartikeln durch Phasentrennung werden zwei unverträgliche flüssige Komponenten gemischt, etwa mittels Mikrofluidik. Die gemischten flüssigen Komponenten separieren sich anschließend wieder in ihre Ausgangskomponenten und bilden ein gemeinsames Januspartikel mit zwei unterschiedlichen Oberflächenbereichen.
Bei der Herstellung von Januspartikel durch Selbstorientierung kommen Verfahren zur Herstellung von Blockcopolymeren zum Einsatz. Durch Selbstorganisation der Polymere, beispielsweise an einer Phasengrenze der Beschichtungsmedien, können sich dabei abwechselnde Schichten unterschiedlicher Materialien und damit Januspartikel bilden.
Die Maskierung ist schließlich ein relativ altes und sicheres Verfahren zur Herstellung von Januspartikeln. Dabei wird zunächst ein Partikel mit nur einer ersten Eigenschaft auf ein Trägermedium appliziert, welches die Maske für die erste Eigenschaft darstellt. Von der gegenüberliegenden Oberseite wird dann durch Aufsprühen einer Flüssigkeit, Kondensation eines Gases oder durch Bedampfen oder Besputtern, beispielsweise mit einem Metall, die zweite Eigenschaft des Partikels erzeugt.
Alle der genannten Verfahren haben jedoch gewisse Nachteile. Beispielsweise ist es bei der Herstellung durch Phasentrennung schwierig sicherzustellen, dass die Phasentrennung im industriellen Maßstab zuverlässig funktioniert und dass, selbst wenn diese funktioniert, nicht anstelle eines Januspartikels zwei separate Partikel mit den beiden unterschiedlichen Eigenschaften erzeugt werden. Bei der Herstellung durch Selbstorientierung besteht das Problem, dass sich die Partikelgröße an den ausgewählten Stoffen orientiert. Bei der Maskierungsmethode liegt eine besondere Schwierigkeit darin, dass die Applikation auf einem Trägermedium in einer definierten Eindringtiefe funktioniert und das Beschichtungsmittel nicht mehrere Partikel miteinander verbindet, so dass bei einem Ablösen der beschichteten Partikel vom Trägermedium die Vereinzelung der Partikel misslingt oder die Beschichtung wieder abgelöst wird.
Eine weitere Schwierigkeit aller drei genannten Verfahren ist die zuverlässige Selektierung von Gutmaterial. Falls etwa eine der Eigenschaften eine Magnetseparation erlaubt, so wird ein Partikel auch dann als Gutmaterial akzeptiert, wenn es nur die magnetische Eigenschaft besitzt. Eine Selektierung über das spezifische Gewicht ist andererseits nur dann möglich, wenn sich die beiden Materialeigenschaften im spezifischen Gewicht deutlich unterscheiden. Die Separation ist auch sehr aufwendig, da zwei Durchgänge für die Selektierung benötigt werden.
Januspartikel werden gegenwärtig überwiegend in der Forschung hergestellt, wo die bei den beschriebenen Verfahren bestehenden Einschränkungen oftmals hinnehmbar sind. Die Verfahren sind zeit- und kostenaufwendig und insbesondere in ihrer Reproduzierbarkeit fehlerbehaftet, was dazu führt, dass die Partikel vielfach nur im Milligramm- oder Gramm-Maßstab hergestellt werden. Teilweise besteht bei Anwendung der beschriebenen Verfahren das Problem, dass eine definierte Ausrichtung der Janus-Grenzfläche zu einer permanent-magnetischen Magnetisierung des Partikels kaum oder nur schwer möglich ist. Erste Anwendungen für Januspartikel gibt es im medizinischen Bereich, wo in der Regel nur kleine Mengen benötigt werden.
Im Gegensatz dazu erlaubt der erfindungsgemäße Einsatz von Druckverfahren nunmehr eine reproduzierbare und skalierbare Herstellung anisotroper Partikel mit zumindest zwei getrennten Oberflächenbereichen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. Die mit Druckverfahren hergestellten anisotropen Partikel werden im Rahmen dieser Anmeldung als „Druck-Partikel“ bezeichnet.
Die Erfinder haben überraschend gefunden, dass mit Hilfe geeigneter Druckverfahren zumindest zwei unterschiedliche Druckstoffe direkt oder indirekt miteinander verbunden werden können, um die zumindest zwei getrennten Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zu erzeugen. Die unterschiedlichen Druckstoffe können insbesondere durch Continuous-Ink-Jetdruck, Ink-Jetdruck, Siebdruck, 3D-Druck, Dispenser-Drucksysteme (z.B. DMD100 von Kelenn technology) oder Aerosol-Printing-Systeme (z.B. Systeme von Optomec, Neotech AMT, Fraunhofer IWS Dresden) miteinander verbunden werden.
Um große Schichtdicken mittels Ink-Jet-Druck zu erzeugen, werden mit besonderem Vorteil thermoplastische Druckfarben, insbesondere thermoplastische, UV-vernetzende Druckfarben eingesetzt. Die Ink-Jet-Drucktinte wird dabei im Bereich des Druckkopfes erhitzt und damit ihre Viskosität erniedrigt. Bei der Applikation der Tinte auf dem Zielobjekt (dem partiellen Partikelaufbau oder dem Hilfsträger) kommt es durch eine schlagartige Temperaturabsenkung zu einer Erhöhung der Viskosität, so dass die Tinte nicht weiter verläuft.
Die unterschiedlichen Druckstoffe werden dabei mit Vorteil durch das Druckverfahren zueinander gepassert übereinander, überlappend zueinander, oder Stoß an Stoß angeordnet.
In einer vorteilhaften Herstellungsvariante ist vorgesehen, dass die unterschiedlichen Druckstoffe zunächst auf einen Hilfsträger aufgebracht und dort jeweils zu einem anisotropen Druck-Partikel verbunden werden und dass die gebildeten anisotropen Druck-Partikel dann von dem Hilfsträger abgelöst werden. Beispielsweise erfolgt die Ablösung der Partikel in einem Tauchbad, wobei es in diesem Fall sinnvoll ist, die Partikel mit Stützstellen zu versehen, um ein vorzeitiges Auseinanderbrechen zu verhindern. Vorzugsweise werden die Partikel mechanisch abgelöst. Die mechanische Ablösung kann mit Hilfe einer mechanischen Abstreifeinrichtung erfolgen, beispielsweise mittels Rakel, Bürste, Luftstrahl oder Wasserstrahl. Auch ein Abstreifen durch eine scharfkantige Umlenkung des in Form eines Endlosbandes ausgebildeten Hilfsträgers mit einem Zylinder mit kleinem Durchmesser oder einer feststehenden gerundeten Platte kommt in Betracht. Die feststehende Platte kann beispielsweise aus Kunststoff, poliertem Stahl, verchromtem poliertem Stahl, Teflon, PTFE oder keramisch beschichtetem Stahl bestehen. Auch eine Kombination der genannten Varianten ist gut geeignet, um erzeugte Partikel von dem Hilfsträger abzulösen. Weiter können die genannten Werkzeuge auch durch eine Ultraschallbeaufschlagung unterstützt werden.
Bei hohen Druckschichten (z.B. Ink-Jet-Schichten) werden vorzugsweise Stützschichten gedruckt, welche vermeiden, dass die applizierten Janusdruckschichten unkontrolliert verlaufen oder auf dem Hilfsträger spreiten. Diese Stützstellen stellen dabei eine Wandung für die Januspartikel dar und sind nachträglich wieder entfernbar.Die Stützstellen können dabei selbst aus einem wasserlöslichen Bindemittel wie z.B. PVOH oder einem nicht vollständig aushärtbaren UV-trocknenden Bindemittel (z.B. durch Unterkonzentration an Photoinitiator) bestehen, so dass ein Ablösen beispielsweise mit Aceton oder Ethanol möglich ist.
Die Stützstellen werden mit Vorteil bei jeder applizierten Janusschicht Inline erzeugt um die Passersituation der Stützstelle zu der Janusschicht zu verbessern und um Fehlstellen im Druck der Janusschichten zu vermeiden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante wird der Hilfsträger mit einer Lösemittel löslichen Schicht versehen. Diese Schicht kann beispielsweise wasserlöslich sein. Geeignet ist beispielsweise PVOH. Nach der Applikation der Partikel erfolgt die Pigmenttrennung durch einen Spülprozess.
Eine weitere Variante zur Abtrennung der Partikel vom Hilfsträger ist durch elektrostatische Aufladung der Partikel möglich.
Die Applikation der Partikel erfolgt vorzugsweise auf einen bahnförmigen Hilfsträger.
Als Hilfsträger kann ein Endlosband eingesetzt werden, welches nach der Ablösung der erzeugten Janus-Partikel und eines optional zusätzlichen Reinigungsvorgangs wieder bestückt bzw. bedruckt wird.
Als Hilfsträger kann auch Rollenmaterial eingesetzt werden, welches nach Ablösen der erzeugten Januspartikel wieder aufgewickelt wird und einer erneuten Bestückung zugeführt wird. Das Rollenmaterial kann gereinigt werden (z.B. offline) und dann wiederverwendet werden oder entsorgt werden.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung wird als Trägermaterial ein Hilfsträger-Bogen, vorzugsweise flexibel, oder eine Tafel, vorzugsweise steif, eingesetzt.
Der Einsatz von Bögen oder Tafeln weist den Vorteil auf, dass schnelle mit langsamen Prozess-Schritten besser kombiniert werden können.
Bei einer ersten möglichen Variante werden die Prozess-Schritte vereinzelt, wie im Folgenden beschrieben:
Beispielsweise werden die Tafeln in einem ersten Prozess-Schritt mit einer Ablöseschicht beschichten, z.B. drucktechnisch, und nach einer thermischen Trocknung wieder aufgestapelt. Im zweiten Prozess-Schritt erfolgt dann der Druck der Januspartikel. Das Ablösen der drucktechnisch erzeugten Januspartikel erfolgt dann in einem dritten Offline-Prozess-Schritt, da dieser beispielsweise mehr Zeit benötigt. Eine optimale Reinigung der Tafeln erfolgt dann in einem vierten Prozess-Schritt.
Bei einer zweiten möglichenVariante werden unterschiedlich schnelle Prozess-Schritte mit Hilfe von Weichen in einem Online-Prozess bzw. automatisierten Prozess so kombiniert, dass ein schneller-Prozess-Schritt nicht durch einen langsamen Prozess-Schritt ausgebremst wird.
Dies soll an dem nachfolgenden Beispiel mit den aufgelisteten Prozess-Schritten verdeutlicht werden:

1. Anlage Tafeln (Hilfsträger) mit Transporteinrichtung über Saug- und Bändertisch (analog Bogen-Offsetdruckmaschine)
2. Applikation Ablöseschicht (z.B. PVOH) mit Hilfe von Ink-Jet-Druck und thermische Trocknung mit Heißluft oder/ und IR-Strahler
3. Applikation der Janus-Partikel incl. UV-Trocknung
4. Weiche zu zwei Partikel-Ablöse-Stationen welche wechselseitig geschaltet werden (da der Ablöseprozess in diesem Beispiel mehr Zeit benötigt)
5. Zuführung der Tafeln an eine Reinigungsstation

Nach dem Ablösen kann eine Trennung der Partikel durch ein zentrifugales Verfahren in unterschiedliche Dichten erfolgen, wobei z.B. zu leichte Partikel - beispielsweise wegen fehlender zweiter magnetischer Beschichtung - als fehlerhafte Partikel aussortiert werden.
Mit Vorteil ist zumindest ein Druckstoff magnetisch und der zumindest eine magnetische Druckstoff wird nach dem Aufbringen und vor oder während seiner Trocknung oder Aushärtung magnetisch vororientiert. Um zu verhindern, dass die Partikel von einem starken äußeren Magnetfeld umorientiert werden, können die magnetischen Aufbauten der Partikel, wie grundsätzlich vom GMR (Giant Magneto Resistance) Effekt bekannt, mehrschichtig mit einer Abfolge von magnetischen und nichtmagnetischen dünnen Schichten ausgebildet werden. Derartige Schichtabfolgen haben sich als sehr widerstandsfähig gegenüber Ummagnetisierungen erwiesen.
Das genannte anisotropes Druck-Partikel ist vorteilhaft aus zwei oder mehr unterschiedlichen Druckstoffen, insbesondere aus zwei oder mehr unterschiedlichen Drucktinten gebildet, die an der Oberfläche des Partikels die genannten Oberflächenbereiche ausbilden. Die unterschiedlichen Druckstoffe sind mit Vorteil gepassert zueinander übereinander, überlappend zueinander oder Stoß an Stoß angeordnet.
Die getrennten Oberflächenbereiche unterscheiden sich vorteilhaft hinsichtlich eines oder mehrerer der physikalischen Eigenschaften der Gruppe, die gebildet ist aus:

- der Oberflächenspannung der Oberflächenbereiche,
- dem spezifischen Gewicht der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien,
- der Farbigkeit der Oberflächenbereiche, insbesondere dem Farbspektrum der Oberflächenbereiche im UV, VIS und/oder IR, , wobei der Begriff Farbigkeit sowohl nicht-farbvariable als auch farbvariable, beispielsweise farbkippende oder in anderer Weise optisch variable Gestaltungen einschließt,
- den magnetischen Eigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien,
- den Lumineszenzeigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien,
- der elektrischen Leitfähigkeit der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien,
- dem Glanz und der Reflektivität der Oberflächenbereiche,
- den Polarisationseigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, und
- der Opazität der eingesetzen Farbmittel.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die getrennten Oberflächenbereiche des Druck-Partikels gleiche Form und/oder Größe auf. In anderen Varianten kann es von Vorteil sein, die getrennten Oberflächenbereiche des Druck-Partikels mit unterschiedlicher Form und/oder Größe auszubilden, beispielsweise um eine der Eigenschaften des Druck-Partikels überwiegen oder sogar dominieren zu lassen.
Während das anisotrope Druck-Partikel grundsätzlich beliebige geometrische Form haben kann, ist es gegenwärtig besonders bevorzugt, wenn das anisotrope Druck-Partikel kugelförmig oder plättchenförmig ausgebildet ist.
Das anisotrope Druck-Partikel weist mit Vorteil eine maximale Ausdehnung von 3 - 70 µm, bevorzugt von 3 - 50 µm und besonders bevorzugt von 3 - 30 µm auf. Alternativ oder zusätzlich weist das Druck-Partikel ein Volumen unterhalb von 3,5 × 10^-13 m³, bevorzugt unterhalb von 1,25 × 10^-13 m³ und besonders bevorzugt unterhalb von 0,3 × 10^-13 m³ auf.
Der genaue Zusammenhang zwischen maximaler Ausdehnung und Volumen hängt von der Form der Druck-Partikel ab. Beispielsweise weisen kugelförmige anisotrope Druck-Partikel vorteilhaft eine maximale Ausdehnung von 3 - 70 µm, bevorzugt von 3 - 50 µm und besonders bevorzugt von 3 - 30 µm auf und haben entsprechend vorteilhaft ein Volumen zwischen 14 µm³ und 180.000 µm³, bevorzugt zwischen 14 µm³ und 65.000 µm³ und besonders bevorzugt zwischen 14 µm³ und 14.000 µm³.
Halbkugelförmige anisotrope Druck-Partikel weisen vorteilhaft eine maximale Ausdehnung von 1,5 - 35 µm, bevorzugt von 1,5 - 25 µm und besonders bevorzugt von 1,5 - 15 µm auf und haben entsprechend vorteilhaft ein Volumen zwischen 7 µm³ und 90.000 µm³, bevorzugt zwischen 7 µm³ und 32.500 µm³ und besonders bevorzugt zwischen 7 µm³ und 7.000 µm³.
Plättchenförmige anisotrope Druck-Partikel weisen vorteilhaft eine Pigmentdicke von 1 - 10 µm, bevorzugt von 1 - 7 µm auf. Zur Illustration wird von einer kreisrunden Flächenausdehnung der Partikel ausgegangen, die Ergebnisse für andere Flächenformen können dann leicht abgeleitet werden. Beispielsweise hat ein plättchenförmiges Druckpartikel mit einem Kreisscheiben-Durchmesser von 30 µm bei einer Dicke von 1 µm ein Volumen von 707 µm³, bei einer Dicke von 3 µm ein Volumen von 2.120 µm³. Ein plättchenförmiges Druckpartikel mit einem Kreisscheiben-Durchmesser von 50 µm hat bei einer Dicke von 3 µm ein Volumen von 5.890 µm³, bei einer Dicke von 5 µm ein Volumen von 9.820 µm³. Ein plättchenförmiges Druckpartikel mit einem Kreisscheiben-Durchmesser von 70 µm hat bei einer Dicke von 3 µm ein Volumen von 11.545 µm³, bei einer Dicke von 5 µm ein Volumen von 19.240 µm³.
In einer besonders bevorzugten Variante liegt die Dichte des Partikelmaterials im Bereich von 0,8 g/cm³ bis 4 g/cm³.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das anisotrope Druck-Partikel leicht beweglich und in seiner räumlichen Ausrichtung steuerbar, so dass insbesondere die Ausrichtung der getrennten Oberflächenbereiche nach Wunsch eingestellt werden kann. Diese Einstellung kann dauerhaft vorgenommen werden, beispielsweise durch eine Fixierung der räumlich ausgerichteten Partikel in einem Umgebungsmedium. Die Einstellung kann aber auch reversibel sein, etwa indem ein Druck-Partikel-Kern beweglich in einer Kapselhülle aufgenommen ist. Zu diesem Zweck weist das anisotrope Druck-Partikel vorzugsweise einen durch einen externen Magneten ausrichtbaren magnetischen Kern auf. Alternativ kommt auch eine Ausrichtung der Partikelkerne durch elektrische Felder in Frage, wozu die Kerne beispielsweise eine elektrische Ladung oder ein elektrisches Dipolmoment aufweisen oder ausreichend stark polarisierbar sind. Die Ausrichtbarkeit kann durch eine Fixierung der Druck-Partikel in einer Druckfarbe zerstört werden, oder kann, wie etwa bei den nachfolgend beschriebenen verkapselten Druck-Partikeln, auch dauerhaft erhalten bleiben.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist das Druck-Partikel eine Kapselhülle und ein in der Kapselhülle eingeschlossenes Trägerfluid auf, in dem zumindest ein Druck-Partikel-Kern dispergiert ist, der zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist. In dem Trägerfluid können auch mehrere gleichartige oder ungleichartige Druck-Partikel-Kerne enthalten sein. In dieser Weiterbildung wird also das zunächst erzeugte Druck-Partikel gemeinsam mit einem Trägerfluid dispergiert und verkapselt, so dass es zumindest ein Druckpartikelkern bildet, der zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften besitzt und innerhalb einer Kapselhülle eingeschlossen ist. Dieser ist im Falle eines magnetischen Partikels durch einen äußeren Stimulus mittels Magnetfeld reversibel ausrichtbar.
Um zu vermeiden, dass eine geänderte Lage der Partikelkerne dauerhaft erhalten bleibt, kann vorgesehen sein, dass nach einer Umorientierung der Partikelkerne eine Rückorientierung durch Ausnutzung gravimetrischer Kräfte und/oder durch elastische Rückstellkräfte des Trägerfluids der Kapsel erfolgt.
Die Erfindung enthält schließlich auch eine Druckfarbe oder einen Lack für den Fälschungsschutz in der bzw. in dem anisotrope Druck-Partikel der beschriebenen Art dispergiert sind.
Die Erfindung enthält weiter einen fälschungsgeschützten Gegenstand mit einer aufgebrachten, insbesondere aufgedruckten Schicht mit anisotropen Druck-Partikeln der beschriebenen Art. Die Schicht kann insbesondere durch Verwendung der oben genannten Druckfarbe bzw. des Lacks erzeugt werden. Bei dem fälschungsgeschützten Gegenstand kann es sich insbesondere um ein Wertdokument, wie eine Banknote, einen Pass, eine Urkunde, eine Ausweiskarte oder dergleichen handeln, oder auch um eine durch die Partikel-Schicht abgesicherte Produktverpackung. Der Gegenstand enthält vorteilhaft ein Substrat aus Papier, Kunststoff oder einem Papier-Kunststoff-Hybrid, auf das die Druck-Partikel-Schicht aufgebracht, insbesondere aufgedruckt ist.
Die Druck-Partikel-Schicht kann auf dem Gegenstand mit weiteren Schichten mit Sicherheitsmerkmalen kombiniert sein, deren Eigenschaften vorteilhaft mit den physikalischen Eigenschaften der Druck-Partikel wechselwirken. Beispielsweise können die Druck-Partikel lumineszierende Eigenschaften aufweisen und mit einer Lumineszenzschicht oder einer bereichsweise einen UV-Absorber enthaltenden Schicht überdruckt sein, so dass sich eine bereichsweise kombinierte oder bereichsweise modifizierte Lumineszenz ergibt.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:

1 schematisch eine Druckfarbe mit einem UV-trocknenden Bindemittel, in welches anisotrope Druck-Partikel zweier verschiedener Arten eingebracht sind,
2 ein Sicherheitssubstrat mit einem durch die Druckfarbe der 1 gebildeten Aufdruck mit bereichsweise unterschiedlichem Erscheinungsbild,
3 in (a) und (b) zwei verschiedene kugelförmige anisotrope Druck-Partikel,
4 in (a) und (b) zwei verschiedene plättchenförmige anisotrope Druck-Partikel,
5 in (a) bis (d) weitere vorteilhafte Formen anisotroper Druck-Partikel,
6 eine anisotrope Druck-Partikel-Kapsel mit einem kugelförmigen Druck-Partikel-Kern,
7 schematisch die Herstellung anisotroper Druck-Partikel durch Druck auf ein umlaufendes Endlosband,
8 schematisch die Herstellung magnetischer anisotroper Druck-Partikel basierend auf einer Herstellungsvorrichtung nach 7, und
9 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung anisotroper Druck-Partikel nach einem weiteren Herstellungsverfahren.

Die Erfindung wird nun am Beispiel einer Druckfarbe für den Sicherheitsdruck näher erläutert. 1 zeigt dazu schematisch eine Druckfarbe 10 mit einem UV-trocknenden Bindemittel 12, in das anisotrope Druck-Partikel 14, 16 zweier verschiedener Arten eingebracht sind. Jedes der Druck-Partikel der ersten Art 14 und der zweiten Art 16 weist zwei getrennte Oberflächenbereiche 14A, 14B bzw. 16A, 16B mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften auf.
Die unterschiedlichen Eigenschaften der Oberflächenbereiche 14A, 14B bzw. 16A, 16B sind in den Figuren durch unterschiedliche bzw. fehlende Schraffuren veranschaulicht. In der Praxis umfassen die unterschiedlichen Eigenschaften insbesondere eine oder mehrere physikalischen Eigenschaften aus der Gruppe, die gebildet ist aus der Oberflächenspannung der Oberflächenbereiche, dem spezifischen Gewicht der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, der Farbigkeit der Oberflächenbereiche, insbesondere dem Farbspektrum der Oberflächenbereiche im UV, VIS und/oder IR, den magnetischen Eigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, den Lumineszenzeigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, der elektrischen Leitfähigkeit der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien und dem Glanz und der Reflektivität der Oberflächenbereiche.
Konkret unterscheiden sich die Oberflächenbereiche 14A, 14B der Druck-Partikel 14 im Ausführungsbeispiel in ihrer Farbigkeit im sichtbaren Spektralbereich. Beispielsweise erscheinen die Oberflächenbereiche 14A Rot und die Oberflächenbereiche 14B Blau. Die Oberflächenbereiche 16A, 16B der Druck-Partikel 16 unterscheiden sich in ihren Lumineszenzeigenschaften, beispielsweise lumineszieren die Oberflächenbereiche 16A nach UV-Anregung Grün und die Oberflächenbereiche 16B Rot.
Der Durchmesser der kugelförmigen Druck-Partikel 14,16 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 25 µm. Die Druck-Partikel 14,16 sind zudem magnetisch, so dass sie bei oder nach dem Aufdrucken der Druckfarbe 10 und vor der Trocknung des Bindemittels durch ein externes Magnetfeld nach Wunsch ausgerichtet werden können. Im Ausführungsbeispiel wird die magnetische Ausrichtbarkeit durch die magnetischen Eigenschaften der die Oberflächenbereiche 14A, 14B, 16A, 16B ausbildenden Materialien selbst bereitgestellt, und zwar so, dass die Oberflächenbereiche 14A bzw. 16A jeweils einen magnetischen Nordpol und die Oberflächenbereiche 14B bzw. 16B jeweils einen magnetischen Südpol bilden. In anderen Gestaltungen kann die magnetische Ausrichtbarkeit auch durch ein weiteres, im Inneren des Partikels angeordnetes magnetisches Material bereitgestellt werden.
2 zeigt schematisch ein Sicherheitssubstrat 20, wie etwa eine Banknote, mit einem durch die Druckfarbe 10 der 1 gebildeten Aufdruck mit bereichsweise unterschiedlichem Erscheinungsbild. Dazu wurde die Druckfarbe 10 auf das Substrat 20 aufgedruckt und die anisotropen Druck-Partikel 14, 16 durch ein externes Magnetfeld so ausgerichtet, dass sie in ersten und zweiten Bereichen 22, 24 entgegengesetzt zueinander orientiert sind. Das Bindemittel 12 der Druckfarbe 10 wurde bei noch angelegtem Magnetfeld durch UV-Bestrahlung getrocknet und die eingestellte Ausrichtung der Druck-Partikel 14, 16 dadurch dauerhaft fixiert.
Im ersten Bereich 22 zeigen die Oberflächenbereiche 14A, 16A der Druck-Partikel 14,16 zum Betrachter hin, so dass der erste Bereich 22 im sichtbaren Spektralbereich einen roten Farbeindruck und nach UV-Anregung eine grüne Lumineszenz zeigt. Im zweiten Bereich 24 zeigen dagegen jeweils die gegenüberliegenden Oberflächenbereiche 14B, 16B der Druck-Partikel 14,16 zum Betrachter, so dass dieser Bereich im sichtbaren Spektralbereich einen blauen Farbeindruck und nach UV-Anregung eine rote Lumineszenz zeigt.
Die erfindungsgemäßen anisotropen Druck-Partikel werden nun mit Bezug auf die 3 bis 6 näher beschrieben. Die Druck-Partikel sind dabei jeweils in der weiter unten genauer geschilderten Art durch ein Druckverfahren hergestellt und bestehen aus zwei oder mehr durch das Druckverfahren direkt oder indirekt miteinander verbundenen Druckstoffen.
Zunächst zeigt 3(a) ein kugelförmiges anisotropes Druck-Partikel 30, das grundsätzlich wie die Druck-Partikel 14,16 der 1 und 2 ausgebildet ist. Allgemein weist das Druck-Partikel 30 zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche 32, 34 mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften auf, wobei vorteilhafte unterschiedliche physikalischen Eigenschaften weiter oben bereits genannt sind.
Die getrennten Oberflächenbereiche 32, 34 können gleiche Form und Größe aufweisen, wie in 3(a) gezeigt. Form und/oder Größe der Oberflächenbereiche 32, 34 können aber auch unterschiedlich sein, wie anhand des kugelförmigen anisotropen Druck-Partikels 36 der 3(b) illustriert, bei dem der Oberflächenbereich 34 die doppelte Fläche des Oberflächenbereichs 32 einnimmt, so dass die mit dem Oberflächenbereich 34 verbundene Eigenschaft, beispielsweise ein blauer Farbeindruck, die mit dem Oberflächenbereich 32 verbundene Eigenschaft, beispielsweise einen roten Farbeindruck, dominiert.
Der Durchmesser der kugelförmigen Partikel 30, 36 liegt zweckmäßig zwischen 3 µm und 70 µm, vorteilhaft zwischen 3 µm und 50 µm und besonders vorteilhaft zwischen 3 µm und 30 µm.
4 zeigt in (a) und (b) im Querschnitt eine weitere vorteilhafte geometrische Form, nämlich eine plättchenförmige Ausbildung anisotroper Druck-Partikel 40, 46. Das Aspektverhältnis der plättchenförmigen Druck-Partikel 40, 46, also das Verhältnis von Kantenlänge L zu Dicke D der Plättchen, beträgt vorzugsweise mehr als 5:1, insbesondere mehr als 10:1 und liegt besonders bevorzugt zwischen 20:1 und 200:1. Die Kantenlänge L der plättchenförmigen Druck-Partikel 40, 46 liegt zweckmäßig zwischen 3 µm und 70 µm, vorteilhaft zwischen 3 µm und 50 µm und besonders vorteilhaft zwischen 3 µm und 30 µm. Wie in 4(a) und 4(b) illustriert, können die getrennten Oberflächenbereiche 42, 44 sowohl entlang der Dickenrichtung D, als auch entlang einer der Kantenrichtungen L aneinander anschließen. Zwischen den getrennten Oberflächenbereichen kann alternativ eine Zwischenschicht vorliegen. Die Zwischenschicht ist dann vorteilhaft, wenn gegenseitige Beeinträchtigungen der beiden Oberflächenbereiche vermieden werden müssen. Beispielsweise können in den jeweiligen Oberflächenbereichen unterschiedliche Fluoreszenzfarbstoffe vorliegen und sich die Emissionen ohne vorliegende Zwischenschicht optisch unvorteilhaft überlagern.
Weitere vorteilhafte Formen von anisotropen Druck-Partikeln sind in der Aufsicht der 5(a), (b) und (d) gezeigt. Eine weitere vorteilhafte Form im Querschnitt zeigt 5(c). In allen Gestaltungen liegt die größte Abmessung der Partikel zweckmäßig zwischen 3 µm und 70 µm, vorteilhaft zwischen 3 µm und 50 µm und besonders vorteilhaft zwischen 3 µm und 30 µm.
Das Ausführungsbeispiel der 5(a) illustriert unterschiedliche Formen der Oberflächenbereiche 52, 54 eines anisotropen Druck-Partikels 50. Ein Oberflächenbereich 52 mit einer bestimmten physikalischen Eigenschaft kann auch mehrfach in einem Druck-Partikel auftreten, wie anhand des hantelförmigen Druckpartikels 56 der 5(b) illustriert. Auch bei dem Ausführungsbeispiel der 5(c), bei dem ein halbkugelförmiger Oberflächenbereich 52 auf einem plättchenförmigen Oberflächenbereich 54 angeordnet ist, und bei dem Ausführungsbeispiel der 5(d), bei dem zwei Kugelelemente oder zwei Kreisplatten miteinander verschmolzen sind, weisen die Oberflächenbereiche 52, 54 jeweils unterschiedliche Form und Größe auf.
6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine anisotrope Druck-Partikel-Kapsel 60, bei der ein kugelförmiger Druck-Partikel-Kern 62, der beispielsweise in der im Zusammenhang mit 3(a) beschriebenen Weise ausgebildet ist, in einer flüssigkeitsgefüllten Mikrokapselhülle 64 verkapselt ist. Als Trennmittel 66 kann dabei beispielsweise ein Öl vorgesehen sein, das die Beweglichkeit des Partikelkerns 62 innerhalb der Mikrokapselhülle 64 auch nach dem Aufdrucken und Trocknen einer die Druck-Partikel-Kapsel 60 enthaltenden Druckfarbe gewährleistet. Derartige Druck-Partikel-Kapseln 60 kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn die sichtbaren oder messbaren physikalischen Eigenschaften der Partikel auch nach dem Aufbringen der Partikel noch dauerhaft durch externe Stimuli veränderbar sein sollen. Beispielsweise kann ein magnetischer Druck-Partikel-Kern 62 bei der Echtheitsprüfung durch einen externen Magneten unterschiedlich ausgerichtet werden und dadurch dem Betrachter je nach Orientierung einen der beiden verschiedenen Oberflächenbereiche 62A, 62B zeigen.
Bei einer Verkapselung ist es von Vorteil, wenn die zu verkapselnden Partikel keine Plättchen-Struktur, sondern eine ausgeprägte 3D-Struktur (symmetrisch oder asymmetrisch) aufweisen, um „Glasplatteneffekte“ in einer Kapsel zu vermeiden. Bei Plättchen-Strukturen besteht die Gefahr, dass mehrere Plättchen aneinander lagern und diese zusammen verkapselt werden. Gewünscht ist jedoch üblicherweise die Verkapselung von einzelnen Partikeln in jeweils einer Kapsel. Je ausgeprägter die 3D-Struktur ist, umso wahrscheinlicher liegt auch nur ein Partikel pro Kapsel vor.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Variante werden die erzeugten Druck-Partikel mit einer Beschichtung in einem anschließenden Prozess versehen. Bei der Beschichtung wird hierbei zwischen einer die Form der Druckpartikel nicht verändernden Beschichtung und einer die Form verändernden Beschichtung unterschieden. Bei der die Form nicht verändernden Beschichtung wird beispielsweise die chemische Beständigkeit oder die Oberflächenspannung der Druck-Partikel beeinflusst. Die Beschichtung kann beispielsweise in einer Gasphase oder einer Sprühbeschichtung erfolgen. Bei der die Form verändernden Beschichtung geht es beispielsweise darum die mechanische und/oder chemische Beständigkeit der Druck-Partikel zu optimieren. Weiterhin kann die Form verändernde Beschichtung dazu beitragen, dass die Drehbarkeit der Partikel-Kerne in einer Kapsel optimiert wird oder bei der Verkapselung eine Anreicherung von Partikel-Kernen reduziert wird. Ein geeignetes Verfahren für eine solche Beschichtung ist beispielsweise das Verfahren der Firma Brace GmbH.
Der Einfachheit halber sind in den 3 bis 6 zur Illustration jeweils Druck-Partikel mit nur zwei unterschiedlichen Oberflächenbereichen dargestellt, es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch Gestaltungen mit drei oder mehr unterschiedlichen Oberflächenbereichen umfasst.
Die erfindungsgemäßen anisotropen Druck-Partikel können durch verschiedene Druckverfahren hergestellt werden, wobei bevorzugte Herstellungsverfahren nunmehr mit Bezug auf 7 bis 9 näher beschrieben werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 erfolgt die Herstellung der anisotropen Druck-Partikel 70 durch Druck auf ein umlaufendes Endlosband 80, welches an einer Abstreifstation durch eine mechanische Abstreifeinrichtung 82 läuft. Die Druck-Partikel 70 werden mit einem Continuous-Ink-Jet, einem Ink-Jet oder einem 3D-Drucker mit mindestens zwei verschiedenen Druckköpfen oder Druckdüsen auf das Endlosband 80 gedruckt. Die beiden verschiedenen, das Druck-Partikel 70 bildenden Druckstoffe 72, 74 werden gepassert übereinander und/oder nebeneinander gedruckt, um reproduzierbare Januspartikel zu erhalten.
Die Druckstoffe 72, 74 können UV-härtbare oder thermisch härtbare Polymere oder auch thermoplastische Kunststoffe sein. Das Polymer kann dabei nur ein Trägermedium für Partikel oder Farbstoffe mit einer gewünschten physikalischen Eigenschaft darstellen oder bereits selbst eine gewünschte Eigenschaft der Januspartikel bereitstellen. Es ist auch möglich, dass das Polymer nur ein temporäres Trägermedium für Partikel mit einer gewünschten physikalischen Eigenschaft darstellt. In dem Fall wird das Trägermedium beispielweise durch einen nachfolgenden Sinterprozess wieder verdampft. Zurückkommend auf die Darstellung der 7 werden die Partikel 70 auf das Endlosband 80 gedruckt, die Druckstoffe 72, 74 getrocknet und zur mechanischen Abstreifeinrichtung 82 transportiert. Das Abstreifen erfolgt im Ausführungsbeispiel durch eine scharfkantige Umlenkung des Endlosbandes 80 an einer feststehenden gerundeten Platte 84. Die abgelösten Partikel 72 werden in einer Auffangeinrichtung 86 aufgefangen und, gegebenenfalls nach Sortierung in Gut- und Schlecht-Partikel, weiterverarbeitet.
In einer Variante wird das Endlosband 80 nach dem Aufdrucken der Druck-Partikel 70 in einem Bad umgelenkt, in welchem sich eine Trennflüssigkeit befindet, die die Partikel 70 vom Band löst. Das Bad kann auch mit einem Ultraschallgeber bzw. einer Ultraschallsonde gekoppelt sein um den Trennvorgang der Partikel 70 vom Endlosband 80 zu unterstützen.
Das Endlosband 80 selbst besteht vorzugsweise aus einem Material, welches gerade noch eine Benetzung und damit Haftung des aufgedruckten Materials für die Januspartikel 70 zulässt. Dies ist hilfreich um sowohl das erste Material 74 als auch das zweite Material 72 gepassert zueinander drucken zu können. Das Endlosband 80 kann auch mit einer formgebende Matrize, beispielsweise in Form von Halbschalenmulden versehen sein, um die Form der Januspartikel 70 festzulegen.
Bei einer anderen Ausführungsform werden die Januspartikel beispielsweise auf einer wasserlöslichen physikalisch getrockneten PVOH-Beschichtung gedruckt. Nach der Bedruckung wird die Schicht auf dem Trägerband abgewaschen. Die in der Waschlösung befindlichen Pigmente können anschließend durch eine magnetische Abtrennung (falls sie eine magnetische Stoffkomponente aufweisen), durch Sedimentieren, Abfiltrieren, Zentrifugieren oder/und Sprühtrocknung zu trockenem Pigmentpulver verarbeitet werden.
Bei einer anderen Variante werden die Druckpartikel mittels einer klebrigen Trennfolie vom Trägerband abgenommen und die Partikel anschließend von der klebrigen Schicht mittels Wasser oder Lösungsmittel abgelöst.
In eine anderen, hier nicht illustrierten Herstellungsvariante erfolgt die Herstellung der Januspartikel auf Basis des Continuous-Inkjet-Drucks, wobei zwei oder mehr Druckköpfe so zueinander angeordnet und die Druckköpfe so miteinander synchronisiert sind, dass sich die ausgestoßenen Einzeltropfen noch in der Luft vereinen und zu einem gemeinsamen Partikel aushärten.
Genügt die Druckgeschwindigkeit eines einzelnen Druckers nicht um die gewünschte Menge an Druck-Partikeln 70 zu fertigen, so kann der Ausstoß durch eine Parallel-Produktion beliebig hochskaliert werden. Die typischen Risiken der Skalierbarkeit von Prozessen entfallen dabei.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 8 werden basierend auf einer Herstellungsvorrichtung nach 7 magnetische anisotrope Druck-Partikel 90 hergestellt. Bei dem Herstellungsverfahren der 8 wird zunächst ein erstes, magnetisches Material 92, das den ersten Oberflächenbereich bildet, mittels einer ersten Inkjetdüse 100 auf das umlaufende Band 80 gedruckt. Dann wird ein zweites Material 94, das den zweiten Oberflächenbereich bildet, mittels einer zweiten Inkjetdüse 102 auf das erste Material 92 gedruckt. Optional kann zwischen der ersten Inkjetdüse 100 und der zweiten Inkjetdüse 102 optional eine Trockenvorrichtung vorhanden sein (in 8 nicht gezeigt). Die Trockenvorrichtung, z.B. UV-LED, kann zur Zwischentrocknung genutzt werden. Im Ausführungsbeispiel ist das zweite Material 94 nichtmagnetisch und weist eine von dem ersten Material stark abweichende Farbe auf. Das magnetische Material 92 wird bis zur vollständigen Aushärtung der Druck-Partikel 90 durch das Magnetfeld eines externen Magneten 104 ausgerichtet. Die Härtung der erzeugten Druck-Partikel 90 erfolgt durch UV-Bestrahlung mit Hilfe einer UV-Lampe 106. Mit Vorteil wird das erste Material 92 vor dem Aufbringen des zweiten Materials 94 durch UV-Bestrahlung bereits vorgehärtet
Durch die Verwendung mehrerer Düsen eines Druckkopfes kann die Tropfengröße beeinflusst werden, durch die Verwendungen mehrere hintereinander liegender Druckköpfe mit unterschiedlichen Materialien ist auch eine mehrfarbige Codierung aus verschiedenartigen Materialien übereinander auf dem Endlosband 80 möglich.
In einer alternativen Ausführungsform sind die magnetisch orientierbaren Partikel nanoskalig mit nur einem oder wenigen Weisschen Bezirken, um eine N/S-Ausrichtung der an sich magnetischen Partikel in der Bindemittelmartix zu erreichen.
Die Januspartikel 90 können beispielsweise durch Änderungen der Schichtstärke, Farbgebung und Breite bzw. Form der erzeugten Januspartikel in kundenspezifischer Weise codiert werden.
9 zeigt schematisch eine Vorrichtung 110 zur Herstellung von erfindungsgemäßen anisotropen Druck-Partikeln 112 nach einem weiteren Herstellungsverfahren.
Bei dem Verfahren der 9 wird zunächst magnetisierbares Material, beispielsweise in Form von Kügelchen mit einer Größe von einigen Mikrometern, aus einem Vorratsbehälter 130 für Magnetkern-Schüttgut entnommen und über eine Vereinzelungseinrichtung 132 in ein Röhrchen 134 gebracht. Die Kügelchen werden dort durch einen Magneten 136 magnetisiert und über eine Beschleunigungseinrichtung 138, beispielsweise durch Luftdruck oder einen magnetischen Impuls, beschleunigt.
Nach dem Austritt aus dem Röhrchen 134 fliegen die beschleunigten magnetisierten Kügelchen 114 an einem Kamerasystem 140 vorbei, das die konkrete Flugrichtung des Kügelchens 114 bestimmt, bevor es in das Zentrum eines magnetischen Quadrupols 142 einfliegt. Die vier Spulen des Quadrupols 142 werden unter Berücksichtigung der gemessenen konkreten Flugrichtung so bestromt, dass die Flugbahn des Kügelchens 114 zu der gewünschten Zusammenkunftsposition 116 gelenkt wird.
Das gegebenenfalls flugbahnkorrigierte Kügelchen 114 durchfliegt dann die Zusammenkunftsposition 116, an der seitlich gegenüberliegend zwei Inkjet-Köpfe 144,146 positioniert sind, die synchron zwei verschiedenfarbige Tintentröpfchen 118, 120 ausstoßen, so dass die Tintentröpfchen 118, 120 und das magnetische Kügelchen 114 an der Zusammenkunftsposition 116 aufeinandertreffen.
Ein zweites Kamerasystem 148 beobachtet das Zusammentreffen der drei Partikel 118, 120, 114 von oben und einer weiteren Position. Die Daten dieses Kamerasystems 148 können zur Regelung der Flugbahn und zur Qualitätskontrolle mit anschließender Separation von Gut- und Schlecht-Partikel verwendet werden.
Im Erfolgsfall fügen sich die Tintentröpfchen 118, 120 und das magnetische Kügelchen 114 an der Zusammenkunftsposition 116 zu einem gewünschten, magnetischen Januspartikel 112 (Gut-Partikel) zusammen, welchen neben den zwei verschiedenfarbigen Oberflächenbereichen 122,124 einen magnetischen Kern 114 in seinem Inneren aufweist.
Die zusammengefügten Januspartikel 112 werden beispielsweise mittels einer UV-LED 150 ausgehärtet.
Diejenigen Partikel, bei denen die Zusammenfügung nicht oder nicht vollständig gelungen ist, werden von dem zweiten Kamerasystem 148 beispielsweise aufgrund einer unregelmäßigen Form oder einer vom Sollwert abweichenden Größe als Schlecht-Partikel erkannt und über einen Elektromagneten 152 in einen Ausschuss-Behälter 156 gelenkt. Die ausgehärteten Gut-Partikel 112 werden für die weitere Verarbeitung in einen Gut-Behälter 154 gelenkt und der Weiterverarbeitung zugeführt.
Die Darstellung der 9 zeigt einen sehr weitgehenden Systemausbau der Vorrichtung 110, der jedoch nicht in allen Fällen erforderlich ist. Verläuft beispielsweise die Flugbahn der Kügelchen 114 nach der Beschleunigungsstecke ausreichend konstant, so kann auf das erste Kamerasystem 140 und die Quadrupol-Ablenkvorrichtung 142 verzichtet und die Vorrichtung 110 dadurch vereinfacht werden.
Die beschriebenen Janus-Partikel bzw. Druck-Partikel 14,16 sind in einem ersten Anwendungsbeispiel als Sicherheitsmerkmal einer Druckfarbe 10 beigemischt, wie grundsätzlich in 1 illustriert. In dem Fall stellen die Form und die ortsunterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Oberflächenbereiche 14A, 14B bzw. 16A, 16B ein nachweisbares Sicherheitsmerkmal dar.
Der Anteil der Druck-Partikel 14,16 in der Druckfarbe 10 liegt zweckmäßig bei mindestens 0,1 %, vorteilhaft bei mehr als 3 %. Die maximale PartikelGröße (D90) orientiert sich an den eingesetzten Druckverfahren. Im Offsetdruck ist die maximale Partikelgröße vorteilhaft kleiner als 5 µm, während im Siebdruck eine maximale Partikelgröße unterhalb von 50 µm vorteilhaft ist. Die in der Druckfarbe 10 eingesetzten Druck-Partikel können gleichartig sein oder, wie im Ausführungsbeispiel der 1, auch ungleichartig sein und zwei oder mehr verschiedene Druck-Partikel-Arten enthalten.
Die Janus-Partikel bzw. Druck-Partikel können in einem weiteren Anwendungsbeispiel auch als visuell sichtbares Sicherheitsmerkmal einer Druckfarbe beigemischt sein. In dem Fall werden physikalisch orientierbare Druck-Partikel verwendet und die Farbe erst nach der Orientierung oder nach der Orientierung eines Teils der Druck-Partikel ausgehärtet. Die Ausrichtung der Druck-Partikel kann dabei mittels eines magnetischen Feldes, eines elektrischen Feldes, eines ortsabhängigen Abstoßungseffekts, bedingt beispielsweise durch eine ortsabhängige Oberflächenspannung, durch gravimetrische Kräfte, durch Kapillarkräfte im bedruckten Substrat oder durch eine Kombination der genannten Kräfte erfolgen.
Weiter können die Partikel auch nur in einem Teilbereich der aufgetragenen Farbe ausgerichtet werden, beispielsweise durch eine maskierte Trocknung oder eine nur bereichsweise magnetischen Orientierung.
Der Nachweis der Druck-Partikel kann mit Hilfsmitteln, wie etwa einer UV-Lampe, oder bei sichtbaren Farben auch ohne Hilfsmittel erfolgen. Die oben gemachten Angaben zum vorteilhaften Partikelanteil in der Druckfarbe (> 0,1 %, insbesondere > 3%) und zur Partikelgröße (< 5 µm bei Offsetdruck , <50 µm im Siebdruck) gelten auch in für dieses Anwendungsbeispiel.
In einem weiteren Anwendungsbeispiel können die Janus-Partikel bzw. Druck-Partikel auch in Form einer Kapsel 60 ausgebildet sein, wie in 6 gezeigt. Die Form der Kapsel 60 ist dabei beliebig. Die Kapsel 60 enthält ein Trägermedium 66 für die Druck-Partikel-Kerne 62 welches flüssig oder gasförmig sein kann. Das Trägermedium 66 kann in Abhängigkeit von der Temperatur oder einem licht- oder pH-Wert induzierten Orientierungszustand fest, flüssig oder gasförmig sein.
Während 6 nur einen einzigen Druck-Partikel-Kern 62 im Inneren einer Kapsel 60 zeigt, können im allgemeinen Fall auch mehrere gleichartige oder ungleichartige Druck-Partikel-Kerne in einer Kapsel 60 enthalten sein. Die Kapseln 60 können Bestandteil einer Druckfarbe, einer Beschichtung, eines Lacks oder eines Kunststoff sein. Durch die Verkapselung können die Druck-Partikel auch nachträglich in der aufgebrachten und ausgehärteten Druckfarbe, Beschichtungsmittel, Lack oder Kunststoff orientiert werden, wenn das Trägermedium einen flüssigen oder gasförmigen Zustand aufweist. Die Ausrichtung kann durch magnetische Kräfte, elektrische Kräfte, gravimetrische Kräfte oder auch durch starke Schüttelbewegungen erfolgen. Ein Nachweis mit Hilfsmitteln, wie etwa einem Magneten, ist auch innerhalb einer transparenten Kapsel möglich.
Eine Beschichtung mit Januspartikeln bzw. anisotropen Druck-Partikeln, Beschichtungen auf Basis verkapselter Januspartikel bzw. anisotroper Druck-Partikel oder in Kunststoffe eingearbeitete, verkapselte Januspartikel bzw. anisotrope Druck-Partikel können zur Absicherung von Wertdokumente wie Banknoten, Gutscheine, Zertifikate, Zeugnisse, Urkunden, ID-Dokumente, Ersatzteile, Nummernschilder, Markenschutz, Verpackungen und dergleichen eingesetzt werden. Sie können beispielsweise auch für schaltbare Displays genutzt werden.
Bezugszeichenliste

10: Druckfarbe
12: Bindemittel
14: anisotropes Druck-Partikel
14A, 14B: Oberflächenbereiche
16: anisotropes Druck-Partikel
16A, 16B: Oberflächenbereiche
20: Sicherheitssubstrat
22,24: Bereiche
30, 36: kugelförmiges anisotropes Druck-Partikel
32, 34: Oberflächenbereiche
40, 46: plättchenförmiges anisotropes Druck-Partikel
42, 44: Oberflächenbereiche
50, 56: anisotropes Druck-Partikel
52, 54: Oberflächenbereiche
60: anisotrope Druck-Partikel-Kapsel
62: Druck-Partikel-Kern
62A, 62B: Oberflächenbereiche
64: Mikrokapselhülle
66: Trennmittel
70: anisotrope Druck-Partikel
72, 74: Druckstoffe
80: Endlosband
82: mechanische Abstreifeinrichtung
84: feststehende gerundete Platte
86: Auffangeinrichtung
90: magnetische anisotrope Druck-Partikel
92: erstes magnetisches Material
94: zweites Material
100,102: Inkjetdüsen
104: externer Magnet
106: UV-Lampe
110: Vorrichtung
112: anisotrope Druck-Partikel/ Januspartikel
114: Kügelchen
116: Zusammenkunftsposition
118,120: Tintentröpfchen
130: Vorratsbehälter
132: Vereinzelungseinrichtung
134: Röhrchen
136: Magnet
138: Beschleunigungseinrichtung
140: Kamerasystem
142: magnetischer Quadrupol
144,146: Inkjet-Köpfe
148: Kamerasystem
150: UV-LED
152: Elektromagnet
154: Gut-Behälter
156: Ausschuss-Behälter

Claims

Anisotropes Druck-Partikel für den Einsatz in einer Druckfarbe oder einem Lack für den Fälschungsschutz, welches zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist.
Anisotropes Druck-Partikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck-Partikel aus zwei oder mehr unterschiedlichen Druckstoffen, insbesondere zwei oder mehr unterschiedlichen Drucktinten gebildet ist, die an der Oberfläche des Partikels die genannten Oberflächenbereiche ausbilden.
Anisotropes Druck-Partikel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Druckstoffe gepassert zueinander übereinander, überlappend zueinander oder Stoß an Stoß angeordnet sind.
Anisotropes Druck-Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die getrennte Oberflächenbereiche hinsichtlich einer oder mehrerer der physikalischen Eigenschaften der Gruppe unterscheiden, die gebildet ist aus: - der Oberflächenspannung der Oberflächenbereiche, - dem spezifischen Gewicht der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, - der Farbigkeit der Oberflächenbereiche, insbesondere dem Farbspektrum der Oberflächenbereiche im UV, VIS und/oder IR, wobei der Begriff Farbigkeit sowohl nicht-farbvariable als auch farbvariable, beispielsweise farbkippende oder in anderer Weise optisch variable Gestaltungen einschließt, - den magnetischen Eigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, - den Lumineszenzeigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, - der elektrischen Leitfähigkeit der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, - dem Glanz und der Reflektivität der Oberflächenbereiche, - den Polarisationseigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, und - der Opazität.
Anisotropes Druck- Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennten Oberflächenbereiche des Druck-Partikels gleiche Form und/oder Größe aufweisen.
Anisotropes Druck-Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck-Partikel kugelförmig oder plättchenförmig ausgebildet ist.
Anisotropes Druck-Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck-Partikel eine maximale Ausdehnung von 3 - 70 µm, bevorzugt 3 - 50 µm und besonders bevorzugt 3 - 30 µm aufweist, und/oder dass das Druck-Partikel ein Volumen unterhalb von 3,5 × 10^-13 m³, bevorzugt unterhalb von 1,25 × 10^-13 m³ und besonders bevorzugt unterhalb von 0,3 × 10^-13 m³ aufweist.
Anisotropes Druck-Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck-Partikel einen magnetischen Kern aufweist.
Anisotropes Druck-Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck-Partikel eine Kapselhülle und ein in der Kapselhülle eingeschlossenes Trägerfluid aufweist, in dem zumindest ein Druck-Partikel-Kern dispergiert ist, welcher zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist.
Druckfarbe oder Lack für den Fälschungsschutz in der/dem anisotrope Druck-Partikel nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dispergiert sind.
Fälschungsgeschützter Gegenstand mit einer aufgebrachten, insbesondere aufgedruckten Schicht mit anisotropen Druck-/Beschichtungs-Partikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren zum Erzeugen von anisotropen Druck-Partikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest zwei unterschiedliche Druckstoffe mit einem Druckverfahren direkt oder indirekt miteinander verbunden werden, um die zumindest zwei getrennten Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Druckstoffe durch Continuous-Ink-Jetdruck, Ink-Jetdruck, Siebdruck oder 3D-Druck miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Druckstoffe durch das Druckverfahren zueinander gepassert übereinander, überlappend zueinander, oder Stoß an Stoß angeordnet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Druckstoffe auf einen Hilfsträger aufgebracht und dort jeweils zu einem anisotropen Druck-Partikel verbunden werden und dass die gebildeten anisotropen Druck-Partikel dann von dem Hilfsträger abgelöst werden, vorzugsweise mechanisch abgelöst werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckstoff magnetisch ist und der zumindest eine magnetische Druckstoff nach dem Aufbringen und vor oder während seiner Trocknung oder Aushärtung magnetisch vororientiert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kern oder die magnetische Ausrichtung eine feste Orientierung zu der Ausrichtung der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aller erzeugten Janus-Partikel aufweist.