EP3501839A1 - Partikel für den fälschungsschutz - Google Patents

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EP3501839A1
EP3501839A1 EP18000778.3A EP18000778A EP3501839A1 EP 3501839 A1 EP3501839 A1 EP 3501839A1 EP 18000778 A EP18000778 A EP 18000778A EP 3501839 A1 EP3501839 A1 EP 3501839A1
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EP
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printing
coating
particle
surface areas
particles
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EP18000778.3A
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Peter Schiffmann
Martin Imhof
Karlheinz Mayer
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Definitions

  • the invention relates to particles for use in a printing ink or a paint for protection against counterfeiting.
  • the invention also relates to a production process for such particles, as well as a printing ink or a lacquer with such particles.
  • the particles can also be introduced into a plastic body or processed as the core of a capsule.
  • Data carriers such as banknotes, stocks, bonds, certificates, vouchers, checks, high-quality admission tickets, but also other forgery-prone papers, such as passports or other identification documents, as well as product packaging and merchandise security elements for product trademark protection, are often provided with security printing for security, which is a review of Allow the authenticity of the value document and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.
  • a printing ink is applied in which particles or pigments having preselected special properties, for example certain magnetic or luminescent properties, are dispersed.
  • the preselected properties of the particles or pigments are then queried during the authenticity check and serve to confirm the authenticity of the data carrier provided with the security print.
  • the present invention seeks to provide particles of the type mentioned above, on the one hand ensure high protection against counterfeiting and on the other hand, easy and inexpensive, ideally produced in the required in the field of security large-scale.
  • the invention provides an anisotropic printing / coating particle for use in an antifouling printing ink or varnish having at least two separate surface regions having different physical properties, wherein at least one of said surface regions is formed by a coating material and at least one component the particle is formed by a printing material, in particular a printing ink.
  • Janus particles Particularly structured solids with multifunctional properties have been the subject of current research under the name “Janus particles” for some time now.
  • the preparation of such Januspizer currently takes place mostly by phase separation, self-orientation or masking.
  • Janus particles In the production of Janus particles by self-orientation methods for the preparation of block copolymers are used. By self-organization of the polymers, for example at a phase boundary of the coating media, alternating layers of different materials and thus Janus particles can form.
  • the masking is a relatively old and safe method of producing Janus particles.
  • a particle having only a first property is first applied to a carrier medium, which represents the mask for the first property.
  • the second property of the particle is then produced by spraying a liquid, condensation of a gas or by steaming or sputtering, for example with a metal.
  • phase separation fabrication it is difficult to ensure that the phase separation works reliably on an industrial scale and that, even if it works, instead of a Janus particle, two separate particles having the two different properties are produced.
  • the problem is that the particle size is based on the selected substances.
  • a particular difficulty lies in the fact that the application works on a carrier medium in a defined penetration depth and the coating agent does not connect a plurality of particles with one another, so that separation of the particles fails or the coating is peeled off again when the coated particles are detached from the carrier medium ,
  • Another difficulty of all three mentioned methods is the reliable selection of good material. For example, if one of the properties allows magnetic separation, a particle is accepted as good material even if it has only the magnetic property. On the other hand, a selection via the specific weight is only possible if the two material properties differ significantly in specific gravity. The separation is also very complicated, since two passes are required for the selection.
  • Janus particles are currently predominantly produced in research where the limitations of the described methods are often acceptable.
  • the processes are time-consuming, costly and error-prone in particular in their reproducibility, with the result that the particles are often produced only on a milligram or gram scale.
  • the problem is that a defined orientation of the Janus interface to a permanent magnetic magnetization of the particle is hardly or only with difficulty possible.
  • First applications for Janus particles are in the medical field, where usually only small quantities are needed.
  • anisotropic particles having at least two separate surface regions with different physical properties.
  • the anisotropic particles produced in a combination of at least one printing method and at least one coating method are referred to in the context of this application as "printing / coating particles”.
  • the inventors have surprisingly found that with the aid of a suitable combination of printing and coating processes, at least two different substances, namely at least one printing material and at least one coating material, are directly or indirectly connected to one another can be used to create the at least two separate surface areas with different physical properties.
  • the at least one printing material can in particular by continuous ink jet printing, ink jet printing, screen printing, 3D printing, dispenser printing systems (eg DMD100 Kelenn technology) or aerosol printing systems (eg systems from Optomec, Neotech AMT, Fraunhofer IWS Dresden) are applied to an already existing constituent of the particle, for example a carrier constituent of the particle or to an auxiliary carrier (from which the particles are removed after their construction).
  • dispenser printing systems eg DMD100 Kelenn technology
  • aerosol printing systems eg systems from Optomec, Neotech AMT, Fraunhofer IWS Dresden
  • thermoplastic printing inks in particular thermoplastic, UV-crosslinking printing inks.
  • the inkjet printing ink is heated in the area of the print head and thus its viscosity is lowered.
  • the target object the partial particle structure or the auxiliary carrier
  • an abrupt lowering of the temperature leads to an increase in the viscosity so that the ink does not run any further.
  • support layers are preferably printed, which avoid that the applied Janus printing layers run uncontrolled or spread on the auxiliary carrier.
  • the support points can themselves consist of a water-soluble binder such as PVOH or a non-fully curable UV-drying binder (eg by sub-concentration of photoinitiator), so that a detachment For example, with acetone or ethanol is possible.
  • the interpolation points are advantageously generated inline with each applied Janus layer in order to improve the passer situation of the interpolation point to the Janus layer and to avoid defects in the pressure of the Janus layers.
  • the at least one coating material is applied in particular by a contactless coating method, wherein advantageously PVD (Physical Vapor Deposition) methods, CVD (Chemical Vapor Deposition) methods or spray coating methods are used.
  • the applicable PVD methods include, in particular, thermal evaporation, electron beam evaporation, laser beam evaporation, arc evaporation, molecular beam epitaxy, sputtering, ion beam assisted deposition, and ion plating.
  • the material to be evaporated is heated in a ladle by means of a laser, so that it passes into the gaseous phase and condenses inter alia on the substrate to be coated.
  • the vaporized material can be directed ballistically or by electric fields to the substrate to be coated, depending on the method.
  • the coating is carried out in a vacuum at typical working pressures of 10 -4 Pa to about 10 Pa.
  • oxides can also be deposited.
  • the layer thickness of the deposition is dependent inter alia on the amount of evaporated material, the chamber design, the substrate width and the web speed of the substrate.
  • Common materials for vapor deposition are metals such as copper, aluminum, chromium and the like.
  • the CVD methods which can be used in the context of the invention have individual methods which operate in the low-temperature range with reduced pressure ( ⁇ 200 mbar), so that coating is also sensitive to temperature Materials are possible.
  • temperatures from about 150 ° C are currently necessary.
  • the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is also suitable for the coating of temperature-sensitive materials.
  • aluminum can be deposited on materials by reduction of aluminum trichloride and hydrogen.
  • CVD method it is also possible, for example, to form layers from gaseous iron chloride (FeCl 3 ) and water vapor Fe 2 O 3 or to produce a blackening of one side of a particle by means of carbon deposition.
  • SiO 2 coatings are also possible.
  • Spray Coating is a high-pressure spray process in which the coating material is nebulised to produce the finest droplets, which are deposited on the product to be coated as a thin film of material.
  • the drying of the spray film is carried out, for example, by oxidative drying, thermally or photochemically induced.
  • the different printing and coating materials are advantageously matched to one another, overlapping one another, or arranged abutting.
  • the different printing and coating materials are first applied to a subcarrier and are each connected there to an anisotropic printing / coating particles and that the formed anisotropic printing / coating particles are then removed from the subcarrier , and preferably mechanically removed.
  • the mechanical detachment can take place with the aid of a mechanical stripping device, for example by means of a squeegee, brush, air jet or water jet.
  • a stripping by a sharp-edged deflection of the formed in the form of an endless belt subcarrier with a cylinder with a small diameter or a fixed rounded plate is considered.
  • the fixed plate may for example consist of plastic, polished steel, chromed polished steel, Teflon, PTFE or ceramic coated steel.
  • a combination of the mentioned variants is also well suited to detach particles generated from the auxiliary carrier.
  • the tools mentioned can also be supported by an ultrasound application.
  • the variant described above can bring a further Janus property by means of the middle layer produced by printing technology, which does not visually appear.
  • This can be, for example, a magnetic polarity (N / S pole perpendicular to the generated particle upper side.
  • the endless belt is deflected in a bath in which there is a separating liquid which dissolves the particles from the belt.
  • the bath can also be coupled with an ultrasound transmitter or an ultrasound probe be to assist in the separation of the particles from the endless belt.
  • the auxiliary carrier is provided with a solvent-soluble layer.
  • This layer may be water-soluble, for example. Suitable is about PVOH.
  • the said endless belt can also be provided with a shaping die, for example in the form of half shell troughs, in order to define the shape of the printing / coating particles.
  • a shaping die for example in the form of half shell troughs, in order to define the shape of the printing / coating particles.
  • the application of the particles is preferably carried out on a web-shaped auxiliary carrier.
  • an endless belt can be used, which is again fitted or printed after the replacement of the generated Janus particles and an optional additional cleaning process.
  • roll material can be used, which is wound up again after detachment of the generated Januspart and re-equipping is supplied.
  • the roll stock may be cleaned (e.g., offline) and then reused or disposed of.
  • an auxiliary carrier sheet preferably flexible, or a panel, preferably rigid, is used as the carrier material.
  • the process steps are separated as described below: For example, in a first process step, the panels are coated with a release layer, eg by printing, and stacked again after thermal drying. In the second process step, the generation of the Janusparticles takes place. The detachment of the generated Janusparticles then takes place in a third offline process step, as this, for example, requires more time. An optimal cleaning of the panels then takes place in a fourth process step.
  • process steps that are different in speed are combined with switches in an online process or an automated process in such a way that a faster process step is not slowed down by a slow process step.
  • At least one printing material is magnetic and the at least one magnetic printing material is magnetically preoriented after application and before or during its drying or hardening.
  • the output can be arbitrarily scaled up by a parallel production. The typical risks of scalability of processes are eliminated.
  • At least one of said surface areas is advantageously formed by a printing material, in particular a printing ink.
  • the separate surface areas of the particle have the same shape and / or size. In other variants, it may be advantageous to form the separate surface regions of the particle with different shape and / or size, for example, in order to outweigh or even dominate one of the properties of the particle.
  • anisotropic printing / coating particle may basically have any geometric shape, it is presently particularly preferred for the anisotropic printing / coating particle to be platelet-shaped or hemispherical in shape. In addition, spherical, dumbbell-shaped, rod-shaped or cylindrical designs are also considered.
  • the constituent part of the particle formed by said print material constitutes a carrier constituent which defines the spatial shape of the particle.
  • This carrier component does not necessarily have to form one of the mentioned surface areas, but can do this in advantageous embodiments.
  • the carrier component may be filled with a high density filler which allows for gravimetric alignment of the particle. Suitable fillers are, for example, barium sulfate having a density of about 4.5 g / cm 3 and titanium dioxide (4.2 g / cm 3 ) into consideration.
  • the carrier component is transparent and permits the perception of a material region arranged below or above the carrier component with desired physical, in particular visually perceptible or optically detectable properties.
  • the carrier component advantageously comprises a solvent or water-based binder, in particular a UV-crosslinking binder and particularly preferably a UV-drying binder.
  • the constituent part of the particle formed by said pressure substance forms one of said surface areas.
  • the volume fraction of the coating materials is advantageously less than 50%, preferably less than 30%, in particular less than 10% or even less than 5% by volume of the printed matter.
  • At least one coating material advantageously represents a two-dimensional coating of a constituent of the particle, in particular of the carrier constituent, formed by at least one pressurized substance.
  • the anisotropic printing / coating particle advantageously has a maximum extent of 3-70 ⁇ m, preferably 3-50 ⁇ m and particularly preferably 3-30 ⁇ m.
  • the printing / coating particle has a volume below 3.5 ⁇ 10 -13 m 3 , preferably below 1.25 x 10 -13 m 3, and more preferably below 0.3 x 10 -13 m 3 .
  • hemispherical anisotropic printing / coating particles advantageously have a maximum expansion of 1.5-35 .mu.m, preferably of 1.5-25 .mu.m and more preferably of 1.5-15 .mu.m, and correspondingly advantageously have a volume of between 7 .mu.m 3 and 90,000 ⁇ m 3 , preferably between 7 ⁇ m 3 and 32,500 ⁇ m 3 and more preferably between 7 ⁇ m 3 and 7,000 ⁇ m 3 .
  • Platelet-shaped anisotropic printing / coating particles advantageously have a pigment thickness of 1-10 ⁇ m, preferably 1-7 ⁇ m.
  • a circular area expansion of the particles is assumed, the results for other surface forms can then be easily derived.
  • a platelet-shaped particle with a circular disk diameter of 50 ⁇ m has a volume of 5,890 ⁇ m 3 at a thickness of 3 ⁇ m and a volume of 9,820 ⁇ m 3 at a thickness of 5 ⁇ m.
  • a platelet-shaped particle with a circular disk diameter of 70 ⁇ m has a volume of 11,545 ⁇ m 3 at a thickness of 3 ⁇ m and a volume of 19,240 ⁇ m 3 at a thickness of 5 ⁇ m.
  • the density of the particle material is in the range from 0.8 g / cm 3 to 4 g / cm 3 .
  • the anisotropic pressure / coating particle is easily movable and controllable in its spatial orientation, so that in particular the orientation of the separate surface areas can be set as desired.
  • This adjustment can be made permanently, for example by fixing the spatially oriented particles in a surrounding medium.
  • the adjustment can also be reversible, for example by a pressure / coating particle core being movably received in a capsule shell.
  • the anisotropic pressure / coating particle preferably has a magnetic core alignable by an external magnet.
  • an alignment of the particle cores by electric fields in question including the cores, for example, have an electric charge or an electric dipole moment or are sufficiently polarizable.
  • the orientability can be destroyed by a fixation of the printing / coating particles in a printing ink, or, as in the case of the encapsulated printing / coating particles described below, can also be permanently retained.
  • the printing / coating particle has a capsule shell and a carrier fluid enclosed in the capsule shell, in which at least one printing / coating particle core is dispersed, which has at least two separate surface regions with different physical properties and wherein at least one of said surface areas is formed by a coating material and at least one component of the particle core is formed by a printing material, in particular a printing ink.
  • the carrier fluid may also contain a plurality of similar or dissimilar pressure / coating particle cores.
  • the invention also includes a printing ink or anticorrosive paint in which anisotropic printing / coating particles of the type described are dispersed.
  • the invention further comprises an anti-counterfeit article with an applied, in particular printed layer with anisotropic printing / coating particles of the type described.
  • the layer can be produced in particular by using the above-mentioned printing ink or varnish.
  • the counterfeit-protected object may in particular be a value document, such as a banknote, a passport, a document, an identity card or the like, or else a product packaging secured by the particle layer.
  • the article advantageously contains a substrate made of paper, plastic or a paper-plastic hybrid to which the printing / coating particle layer is applied, in particular printed.
  • the pressure / coating particle layer may be combined on the article with further layers of security features, their own shafts advantageously interact with the physical properties of the printing / coating particles.
  • the printing / coating particles can have luminescent properties and be overprinted with a luminescent layer or a layer containing a UV absorber in some areas, resulting in luminescence combined in regions or in regions.
  • the invention also includes a method for producing anisotropic printing / coating particles of the type described, in which at least one printing material with a printing process and at least one coating material are directly or indirectly connected to one another by means of a coating process, with the at least two separate surface regions to produce different physical properties. Any drying or crosslinking of the constituents of the particle formed by printing processes can take place before or after the coating of the constituent.
  • the coating process is in any case not a printing process.
  • the different printing and coating materials are advantageously matched to one another, overlapping one another, or arranged abutting.
  • the different printing and coating materials are applied to a subcarrier and connected there in each case to form an anisotropic printing / coating particles.
  • the formed anisotropic printing / coating particles are then detached from the auxiliary carrier, preferably mechanically removed.
  • a possible Drying or crosslinking of the constituents of the particle formed by printing processes advantageously takes place after the detachment of the particles from the auxiliary carrier.
  • At least one printing material is magnetic and the at least one magnetic printing material is magnetically preoriented after application and before or during its drying or hardening.
  • the preorientation can also be done when applying a coating.
  • the particle has a magnetic core or is itself magnetic, the magnetic core or magnetic orientation advantageously has a fixed orientation to the orientation of the different physical properties of all the Janus particles produced.
  • the magnetic structures of the particles as basically known from the GMR (Giant Magneto Resistance) effect, can be formed in multiple layers with a sequence of magnetic and nonmagnetic thin layers. Such layer sequences have proven to be very resistant to remagnetization.
  • FIG. 1 schematically shows a printing ink 10 with a UV-drying binder 12, in the anisotropic pressure / coating particles 14,16 of two different types are introduced.
  • Each of the first type 14 and second type printing / coating particles 16 has two separate surface areas 14A, 14B, 16A, 16B having different physical properties.
  • the different properties of the surface regions 14A, 14B and 16A, 16B are illustrated in the figures by different or missing hatching of the substances forming the surface regions.
  • the printing / coating particle of the first type 14 is in Fig. 2 shown in more detail, wherein Fig. 2 (a) a cross section, Fig. 2 (b) a view from direction B and Fig. 2 (c) a view from direction C of Fig. 2 (a) shows.
  • the different properties in particular comprise one or more physical properties from the group formed by the surface tension of the surface areas, the specific gravity of the surface area forming materials, the Color of the surface areas, in particular the color spectrum of the surface areas in UV, VIS and / or IR, the magnetic properties of the surface areas or of the surface areas forming materials, the luminescence properties of the surface areas or the surface areas forming materials, the electrical conductivity of the surface areas or the surface area forming materials and the gloss and reflectivity of the surface areas.
  • the surface areas 14A, 14B of the pressure-coating particles 14 in the exemplary embodiment differ in their color in the visible spectral range.
  • surface areas 14A appear red and surface areas 14B blue.
  • the printing / coating particles of the second type 16 are basically constructed like the printing / coating particles of the first type 14 ( Fig. 2
  • the surface areas 16A, 16B of the pressure-coating particles 16 differ in their luminescence properties, for example, the surface areas 16A luminesce after UV excitation green and the surface areas 16B red.
  • the printing / coating particles of the first type 14 consist of two layers 18-1, 18-2 produced by printing technology, each formed by a red-reflecting printing ink.
  • the red-reflecting printing inks used in the production exhibit different rheological and / or surface-physical properties.
  • the printing-technically produced layers 18-1, 18-2 are provided with a coating 18-3 made of a blue-reflecting coating material coated with a coating process, in the exemplary embodiment by physical Gas phase deposition (PVD), is applied to the pressure-technically generated layers 18-1,18-2.
  • PVD physical Gas phase deposition
  • the particles 14 have a diameter (largest dimension) D of about 25 microns, their height H is about 20 microns.
  • the layer thickness of the coating 18-3 is only about 1 ⁇ m, so that the volume fraction of the coating material is very small compared to the volume fraction of the printing ink which forms the layers 18-1 and 18-2.
  • the printing / coating particles 14, 16 have not only the above-mentioned visual properties, but are also magnetic, so that they can be aligned as desired by the external magnetic field during or after the printing of the ink 10 and before the drying of the binder .
  • the magnetic alignability is determined by the magnetic properties of the materials forming the surface regions 14A, 14B, 16A, 16B, namely the above-mentioned printing ink of the layers 18-1, 18-2, the coating material of the coating 18-3, and the corresponding materials Itself provided such that the surface regions 14A and 16A each form a magnetic north pole and the surface regions 14B and 16B each form a south magnetic pole.
  • the magnetic orientability may also be provided by another magnetic material disposed inside the particle. This magnetic material is preferably provided by a printing material.
  • FIG. 3 schematically shows a security substrate 20, such as a banknote, with a through the ink 10 of Fig. 1 formed imprint with regionally different appearance.
  • the printing ink 10 was printed on the substrate 20 and the anisotropic printing / coating particles 14,16 aligned by an external magnetic field so that they are oriented in opposite directions to each other in first and second regions 22, 24.
  • the binder 12 of the printing ink 10 was dried while the magnetic field was still applied by UV irradiation and the set orientation of the printing / coating particles 14,16 thereby permanently fixed.
  • the surface regions 14A, 16A of the printing / coating particles 14, 16 point towards the viewer, so that the first region 22 shows a red color impression in the visible spectral range and green luminescence after UV excitation.
  • the opposing surface areas 14B, 16B of the printing / coating particles 14, 16 lead to the observer, so that this area shows a blue color impression in the visible spectral range and a red luminescence after UV excitation.
  • inventive anisotropic pressure / coating particles will now be described with reference to FIGS FIGS. 4 to 6 described in more detail.
  • the printing / coating particles can be produced, for example, in the manner described in more detail below.
  • a platelet-shaped anisotropic printing / coating particle 30 which consists of a print-engineered carrier component 32 having a first physical property and a coating 34 having a second, different physical property.
  • the carrier component 32 defines the basic shape of the particle 30, which is virtually unchanged by the comparatively thin coating 34.
  • the carrier component 32 and the coating 34 form two surface regions of the particle 30 of different physical Properties off.
  • the diameter D (largest dimension) of the particle 30 is between 3 ⁇ m and 70 ⁇ m, the height H of the particle typically in the range of a few micrometers.
  • substantially hemispherical pressure / coating particles 40 is similar to the particles 14, 16 of Figures 1 to 3 formed and consists of two printing layers 42-1, 42-2, wherein the layer 42-2 with a coating 44 is provided from a coating material.
  • the printing inks used in the production have different rheological and / or surface-physical properties.
  • the first printing-produced layer 42-1 forms a first surface area of the particle 40 with a first physical property
  • the coating 44 of the second pressure-produced layer 42-2 forms the second surface area with a second, different physical property.
  • the second print-produced layer 42-2 is transparent in this embodiment and / or has a different physical property from the first layer 42-1.
  • the substantially hemispherical pressure / coating particle 50 shown in cross-section is similar to the particles 14, 16 of FIGS. 1 to 3 formed and consists of two printing technology generated layers 52-1, 52-2, wherein the layer 52-2 is provided with a coating 54 of a coating material.
  • the printing inks used in the production have different rheological and / or surface-physical properties.
  • the first print-produced layer 52-1 is transparent, while the second Pressure generated layer 52-2 forms a first surface area of the particle 50 having a first physical property.
  • the coating 54 forms a second surface area having a second, different physical property.
  • the transparent layer 42-2 or 52-1 may have additional material properties which are outside the visible spectral range, such as UV-stimulable luminescence or IR absorption.
  • the transparent layer may also have a polarizing property that can be verified with an aid such as a polarizing filter.
  • FIG. 5 (a) 1 shows a platelet-shaped printing / coating particle 60 having a transparent, print-produced carrier component 62, which defines the size and basic shape of the particle 60, and which is provided with two coatings 64-1, 64-2 with different optical properties.
  • the transparent carrier component 62 does not cover the optical properties of the first coating 64-1, but these are covered by the second coating 64-2. From viewing direction 66, therefore, the optical properties of the first coating 64-1 are predominantly recognizable, while from the opposite viewing direction 68, the optical properties of the second coating 64-2 predominantly appear.
  • the platelet-shaped pressure / coating particle 70 of Fig. 5 (b) has a similar structure as the particle 60 of Fig. 5 (a) However, between the coatings 64-1, 64-2, an intermediate layer 72 is provided which serves to improve the adhesion of the second coating 64-2 or the orientation of the second coating 64-2 on the first coating 64-1.
  • the platelet-shaped pressure / coating particle 80 has the Fig. 5 (c) a similar structure as the particle 70 of Fig. 5 (b) on.
  • the intermediate layer 82 in this case represents a layer with a visually less attractive appearance, which is obscured by the second coating 64-2.
  • the intermediate layer 82 may be, for example, a magnetic or magnetizable layer, a good heat-conducting layer or an electrically conductive layer.
  • the intermediate layer 82 may also consist of several single or alternating layers.
  • the coatings 64-1, 64-2 are applied on opposite sides of a support member 62, as in FIG Fig. 5 (d) shown.
  • the carrier component 62 may also be semi-transparent or even opaque in this case in order to avoid a mutual visual influence on the coatings 64-1, 64-2.
  • the coatings 64-1, 64-2 may in particular be optically variable coatings, such as thin-film elements, interference layers or liquid crystal layers.
  • the coating 64-1 may be a color-shifting liquid crystal layer and the coating 64-2 may be a non-color-changeable coating.
  • liquid-crystal layers can also have light-polarizing properties have, in addition to the different colors, a second, different physical property of the coatings can represent.
  • FIG. 6 shows in (a) to (d) examples of the appearance of inventive printing / coating particles 90 in plan view.
  • a shape of the particles 90 is in particular a platelet shape, hemispherical shape, spherical shape, rod shape, the shape of a dumbbell, a fungus, a tetrahedron in question.
  • the relative proportions of the at least two different printing / coating materials of the particles according to the invention can be the same, approximately the same (volume or mass fractions within 10%) or unequal in relation to the volume or the mass of the particles.
  • a printing-technologically produced layer can be pretreated, for example by means of flame pretreatment, a corona pretreatment or a plasma pretreatment, also with process gas feed.
  • a printing technique produced layer can also be equipped with a primer layer or adhesive layer by spray coating.
  • Another possibility is to apply an adhesive layer, for example an oxidic coating, by means of PVD methods.
  • FIG. 7 shows as another embodiment an anisotropic pressure / coating particle capsule 100, in which a hemispherical particle core 102, for example, in connection with Fig. 2 described manner is encapsulated in a liquid-filled microcapsule shell 104.
  • a release agent 106 may be provided, for example, an oil that the mobility of the particle core 102 within the microcapsule shell 104 even after printing and drying a Guaranteed pressure-coating particle capsules 100 containing printing ink.
  • Such pressure / coating particle capsules 100 are used in particular when the visible or measurable physical properties of the particles should still be able to be changed permanently by external stimuli even after the particles have been applied.
  • a magnetic particle core 102 can be aligned differently during the authenticity check by an external magnet and thereby show the observer, depending on the orientation, one of the two different surface regions 102A, 102B.
  • the particles to be encapsulated do not have a platelet structure but a pronounced 3D structure (symmetrical or asymmetrical) in order to avoid "glass plate effects" in a capsule.
  • 3D structure symmetrical or asymmetrical
  • the encapsulation of individual particles in one capsule is usually desired. The more pronounced the 3D structure is, the more likely it is to have only one particle per capsule.
  • the generated printing / coating particles are provided with an additional coating in a subsequent process.
  • additional coating a distinction is made between an additional coating that does not change the shape of the particles and a shape-changing additional coating.
  • an additional coating which does not change the shape for example, the chemical resistance or the surface tension of the printing / coating particles is influenced.
  • the additional coating can be done, for example, in a gas phase or a spray coating.
  • a shape changing additional coating For example, it is important to optimize the mechanical and / or chemical resistance of the particles.
  • a shape-changing additional coating can contribute to optimizing the rotatability of the particle cores in a capsule or to reduce accumulation of particle cores during encapsulation. Suitable methods for such an additional coating are, for example, the method of Brace GmbH or an eddy current coating method.
  • the particles can be made more mechanically stable or chemically stable by the additional coating or / and the outer shape of the particles can be changed with a preferably transparent layer, for example to turn a rod-shaped particle into a spherical particle.
  • FIGS. 4 to 7 For illustration, printing / coating particles or particle cores having only two different surface regions are shown, but it will be understood that the invention also encompasses designs with three or more different surface regions.
  • anisotropic printing / coating particles of the present invention can be prepared by various combinations of printing and coating methods, with exemplary manufacturing methods now being described with reference to FIGS FIGS. 8 to 12 be explained in more detail.
  • a printing layer 112 is first produced on a carrier substrate 110 in partial regions, the shape and size of which define the two-dimensional and three-dimensional basic shape of the printing / coating particle.
  • a printing process For example, ink jet processes (DOD), laser printing, transfer printing processes, in particular thermal transfer printing processes based on fusible base materials, flexographic printing, screen printing or gravure printing can be used.
  • the printing-technologically produced layer 112 does not necessarily have to have one of the desired different physical properties of the finished particle, but instead can for example simply represent a transparent layer and / or form a carrier constituent of the finished particle.
  • the printing-produced layer 112 can be dried or cured before the subsequent process (for example in the case of a UV-curing binder) or it can be further processed without drying / curing.
  • At least one further layer 114 is unapassed by means of a coating method, such as spray coating, sputtering or PVD, and a multiplicity of the printing-technologically produced layer regions 112 are applied in a spanning manner.
  • a coating method such as spray coating, sputtering or PVD
  • at least one further desired physical property of the finished particle is generated.
  • the entire particle is dried or cured.
  • the layers 114 produced by means of coating processes are mechanically significantly more unstable than the printing-produced layers 112, inter alia because of the brittleness of the material and the layer thickness, separation of the particles from the carrier substrate 110 and / or a subsequent processing step results in separation not on one produced by printing technology layer 112, or located outside of the layers 112 areas 116 of the coating 114.
  • the predetermined breaking points In this case, the outer edges of the printing-technologically produced layers 112 are preferred.
  • FIG. 9 (a) shows for illustration a detached from the carrier substrate 110 raw particle 120, which comprises the pressure-technically generated layer 112, located on the layer 112 areas 118 of the coating 114, as well as on the left side of the raw particle 120 still existing coating projection 122 includes.
  • This supernatant is removed in a further processing step, so that the in Fig. 9 (b) shown finished Janus particles 124 is formed. It is understood that in this way it is also possible to build up particles with more than one print-produced layer and with more than one layer produced by a coating method on the carrier substrate 110.
  • the separation of the raw particles 120 from the carrier substrate 110 can take place in different ways, as already explained in more detail above.
  • a coating 114 is applied over a large area to a carrier substrate 110 using a coating method such as spray coating, sputtering or PVD. Then, in each case, a printing layer 112 is produced on the coating by means of a printing process in partial regions.
  • a printing process here too, for example, ink-jet processes (DOD), laser printing, transfer printing processes, in particular thermal transfer printing processes based on meltable base materials, flexographic printing, screen printing or gravure printing can be used.
  • FIG. 11 1 schematically shows a particle 126 detached from the carrier substrate 110, which comprises a print-produced layer 112 and areas 118 of the coating 114 located on or below the layer 112.
  • the shape and size of the printing layer 112 also defines the two-dimensional and three-dimensional basic shape of the printing / coating particle 126 by virtue of the registration-specific breaking off of the coating 114.
  • particles of more than one type produced by printing are also produced in this variant Layer can be constructed on the carrier substrate 110 with more than one layer produced by a coating process.
  • layer regions 112 are first printed onto a circulating endless belt 110.
  • the layer regions 112 are printed on the endless belt 110 with a continuous ink jet, an ink jet or a 3D printer. Then, a plurality of layer portions 112 together with the intermediate portions of the endless belt 110 are unpopulated with a coating 114.
  • the endless belt 110 runs at a stripping station by a mechanical stripping device 130.
  • the stripping takes place in the exemplary embodiment by a sharp-edged deflection of the endless belt 110 on a fixed rounded plate 132.
  • the detached raw particles 120 are collected in a collecting device 134 and, if necessary, by sorting in good and bad particles, processed to the finished printing / coating particles 124.
  • the coating supernatant 122 of the particles 120 has not yet been sufficiently removed from the carrier substrate 110 during the detachment process, then the supernatants 122 can be subsequently broken, for example, in a pigment mixer, for example a drum mixer. Alternatively, it is also possible, for example, to work with an air jet mill.
  • the free, that is not associated with a pressure-technically generated layer coating material can be removed for example by means of a water bath, in which the tinsel of the coating material float and can be skimmed off. Optionally, it can be helped with a Wassersprudler. In this case, the generated air bubbles help to accelerate the buoyancy of the baubles.
  • a separator may also be used to separate the coating layer not connected to a printing-technologically produced layer in order to produce the required product quality.
  • the proportion of the printing / coating particles 14,16 in the printing ink 10 is expediently at least 0.1%, advantageously more than 3%.
  • the maximum particle size (D90) is based on the printing and coating methods used. In offset printing, the maximum particle size is advantageously less than 5 ⁇ m, while in screen printing a maximum particle size of less than 50 ⁇ m is advantageous.
  • the printing / coating particles used in the ink 10 may be the same or, as in the embodiment of Fig. 1 may also be dissimilar and contain two or more different types of printing / coating particles.
  • the printing / coating particles can also be admixed in another application example as a visually visible security feature of an ink.
  • physically orientable printing / coating particles are used and the color is cured only after orientation or after orientation of a part of the particles.
  • the orientation of the particles can be effected by means of a magnetic field, an electric field, a location-dependent repulsion effect, for example due to a location-dependent surface tension, by gravimetric forces, by capillary forces in the printed substrate or by a combination of said forces.
  • the particles can also be aligned only in a partial region of the applied color, for example by a masked drying or only in some areas magnetic orientation.
  • the detection of the printing / coating particles can be done with aids, such as a UV lamp, or visible colors without aids.
  • aids such as a UV lamp, or visible colors without aids.
  • the Janus particles or printing / coating particles can also be formed in the form of a capsule 100, as in FIG Fig. 7 shown.
  • the shape of the capsule 100 is arbitrary.
  • the capsule 100 contains a carrier medium 106 for the particle cores 102, which may be liquid or gaseous.
  • the carrier medium 106 may be solid, liquid or gaseous, depending on the temperature or orientation state induced by light or pH.
  • Fig. 7 shows only a single particle core 102 inside a capsule 100
  • a plurality of identical or dissimilar particle cores may be contained in a capsule 100.
  • the capsules 100 may be part of an ink, a coating, a paint or a plastic. Due to the encapsulation, the printing / coating particles can also be subsequently oriented in the applied and cured printing ink, coating material, paint or plastic, if the carrier medium has a liquid or gaseous state.
  • the alignment can be done by magnetic forces, electrical forces, gravimetric forces or by strong shaking movements. Detection with aids, such as a magnet, is also possible within a transparent capsule.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein anisotropes Druck-/Beschichtungs-Partikel (14) für den Einsatz in einer Druckfarbe (10) oder einem Lack für den Fälschungsschutz, welches zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche (14A, 14B) mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist, wobei zumindest einer der genannten Oberflächenbereiche (14A, 14B) durch einen Beschichtungsstoff gebildet ist und zumindest ein Bestandteil des Partikels durch einen Druckstoff, insbesondere eine Drucktinte gebildet ist. Bei einem Verfahren zum Erzeugen derartiger anisotroper Druck-/ Beschichtungs-Partikel werden zumindest ein Druckstoff (112) mit einem Druckverfahren und zumindest ein Beschichtungsstoff (114) mit einem Beschichtungsverfahren direkt oder indirekt miteinander verbunden, um die zumindest zwei getrennten Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zu erzeugen. Die drucktechnisch erzeugten Schichten (18-1), (18-2) sind mit einer Beschichtung (18-3) aus einem blau reflektierenden Beschichtungsstoff versehen, dermit einem Beschichtungsverfahren. Die physikalische Eigenschaften können Folgendes sein: Oberflächenspannung; spezifisches Gewicht; Farbigkeit der Oberflächenbereiche, insbesondere dem Farbspektrum der Oberflächenbereiche im UV, VIS und/ oder IR, wobei der Begriff Farbigkeit sowohl nicht-farbvariable als auch farbvariable, bei spielsweise farbkippende oder in anderer Weise optisch variable Gestaltungen einschließt; magnetische Eigenschaften; Lumineszenzeigenschaften; elektrische Leitfähigkeit; Polarisationseigenschaften; Glanz und Reflektivität.

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/Beschichtungs-Partikel für den Einsatz in einer Druckfarbe oder einem Lack für den Fälschungsschutz bereit, welches zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist, wobei zumindest einer der genannten Oberflächenbereiche durch einen Beschichtungsstoff gebildet ist und zumindest ein Bestandteil des Partikels durch einen Druckstoff, insbesondere eine Drucktinte gebildet ist.
  • 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 kombinierte Einsatz von Druck- und Beschichtungsverfahren nunmehr eine reproduzierbare und skalierbare Herstellung anisotroper Partikel mit zumindest zwei getrennten Oberflächenbereichen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. Die in einer Kombination von zumindest einem Druckverfahren und zumindest einem Beschichtungsverfahren hergestellten anisotropen Partikel werden im Rahmen dieser Anmeldung als "Druck-/Beschichtungs-Partikel" bezeichnet.
  • Die Erfinder haben überraschend gefunden, dass mit Hilfe einer geeigneten Kombination von Druck- und Beschichtungsverfahren zumindest zwei unterschiedliche Stoffe, nämlich zumindest ein Druckstoff und zumindest ein Beschichtungsstoff, direkt oder indirekt miteinander verbunden werden können, um die zumindest zwei getrennten Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zu erzeugen.
  • Der zumindest eine Druckstoff kann 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) auf einen bereits vorhandenen Bestandteil des Partikels, beispielsweise einen Trägerbestandteil des Partikels oder auf einen Hilfsträger (von dem die Partikel nach ihrem Aufbau abgelöst werden) aufgebracht 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.
  • 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.
    Der zumindest eine Beschichtungsstoff wird insbesondere durch ein kontaktloses Beschichtungsverfahren aufgebracht, wobei vorteilhaft PVD (Physical Vapour Deposition)-Verfahren, CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahren oder Sprühcoating-Verfahren zum Einsatz kommen.
  • Die einsetzbaren PVD-Verfahren umfassen insbesondere thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen, Laserstrahlverdampfen, Lichtbogenverdampfen, Molekularstrahlepitaxie, Sputtern, Ionenstrahlgestützte Deposition und Ionenplattieren. Beispielsweise wird beim besonders gut geeigneten Laser- oder Elektronenstrahlverdampfen das zu verdampfende Material in einer Pfanne mittels Laser erhitzt, so dass dieses in die gasförmige Phase übergeht und unter anderem auf dem zu beschichtenden Substrat kondensiert. Das verdampfte Material kann je nach Verfahren ballistisch oder durch elektrische Felder zu dem zu beschichtenden Substrat gelenkt werden. Die Beschichtung erfolgt dabei im Vakuum bei typischen Arbeitsdrücken von 10-4 Pa bis etwa 10 Pa. Durch den Einsatz reaktiver Prozessgase lassen sich auch Oxide abscheiden. Die Schichtdicke der Abscheidung ist unter anderem abhängig von der verdampften Materialmenge, dem Kammerdesign, der Substratbreite und der Bahngeschwindigkeit des Substrates. Gängige Materialien zur Bedampfung sind Metalle wie Kupfer, Aluminium, Chrom und dergleichen.
  • Bei den im Rahmen der Erfindung einsetzbaren CVD-Verfahren gibt es einzelne Methoden, die im Niedertemperaturbereich mit reduziertem Druck (<200 mbar) arbeiten, so dass auch Beschichtung auf temperaturempfindlichen Materialien möglich sind. Bei CVD-Verfahren sind derzeit Temperaturen ab etwa 150 °C notwendig. Insbesondere die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) eignet sich auch für die Beschichtung temperaturempfindlicherer Materialien. Beispielsweise lässt sich durch Reduktion aus Aluminiumtrichlorid und Wasserstoff Aluminium auf Materialien abscheiden. Durch CVD-Verfahren können auch beispielsweise auch aus gasförmigem Eisenchlorid (FeCl3) und Wasserdampf Fe2O3 Schichten gebildet werden oder durch Kohlenstoff-Abscheidung eine Schwärzung einer Seite eines Partikeln erzeugt werden. Bei höheren Temperaturen sind beispielsweise auch SiO2-Beschichtungen sind möglich.
  • Sprühcoating ist ein Hochdrucksprühverfahren, in dem das Beschichtungsmaterial vernebelt wird, so dass feinste Tröpfchen entstehen, die sich auf dem zu beschichtenden Produkt als dünner Materialfilm niederschlagen. Die Trocknung des Sprühfilms erfolgt beispielsweise durch oxidierende Trocknung, thermisch oder photochemisch induziert.
  • Die unterschiedlichen Druck- und Beschichtungsstoffe werden bei der Erfindung mit Vorteil zueinander gepassert übereinander, überlappend zueinander, oder Stoß an Stoß angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Herstellungsvariante ist vorgesehen, dass die unterschiedlichen Druck- und Beschichtungsstoffe zunächst auf einen Hilfsträger aufgebracht und dort jeweils zu einem anisotropen Druck-/Beschichtungs-Partikel verbunden werden und dass die gebildeten anisotropen Druck-/Beschichtungs-Partikel dann von dem Hilfsträger abgelöst werden, und zwar vorzugsweise mechanisch abgelöst werden. 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 einer weiteren vorteilhaften Variante wird der Hilfsträger mit einer Releaseschicht in Form einer Wachsemulsion versehen. Nach einer thermischen Trocknung erfolgt eine vollflächige erste oder mehre PVD-Beschichtung(en) für die erste Januseigenschaft, eine oder mehrere drucktechnisch gepasserte Druckschichten übereinander und abschließend eine oder mehrere weitere PVD-Schichten für die zweite Januseigenschaft. Da die PVD-Schichten im Vergleich zur Druckschicht sehr dünn (wenige Nanometer) und spröde sind, definiert die drucktechnisch erzeugte Mittelschicht des Januspartikel die Partikelform und Größe.
  • Die zuvor beschriebene Variante kann mittels der drucktechnisch erzeugten Mittelschicht eine weitere Januseigenschaft mitbringen, welche optisch nicht in Erscheinung trifft. Dies kann beispielsweise eine magnetische Polarität sein (N/S-Pol senkrecht zur erzeugten Partikeloberseite.
  • In einer anderen vorteilhaften Variante wird das Endlosband nach dem Erzeugen der Druck-/Beschichtungs-Partikel in einem Bad umgelenkt, in welchem sich eine Trennflüssigkeit befindet, die die Partikel vom Band löst. Das Bad kann auch mit einem Ultraschallgeber bzw. einer Ultraschallsonde gekoppelt sein um den Trennvorgang der Partikel vom Endlosband zu unterstützen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Variante wird der Hilfsträger mit einer Lösemittel löslichen Schicht versehen. Diese Schicht kann beispielsweise wasserlöslich sein. Geeignet ist etwa PVOH. Nach der Applikation der Partikel erfolgt die Pigmenttrennung beispielsweise in der oben beschriebenen Weise in einem Trennflüssigkeitsbad.
  • Das genannte Endlosband kann auch mit einer formgebenden Matrize, beispielsweise in Form von Halbschalenmulden versehen sein, um die Form der Druck-/Beschichtungs-Partikel festzulegen.
    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 die Erzeugung der Januspartikel. Das Ablösen der 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. 1. Anlage Tafeln (Hilfsträger) mit Transporteinrichtung über Saug- und Bändertisch (analog Bogen-Offsetdruckmaschine)
    2. 2. Applikation Ablöseschicht (z.B. PVOH) mit Hilfe von Ink-Jet-Druck und thermische Trocknung mit Heißluft oder/ und IR-Strahler
    3. 3. Applikation der Janus-Partikel incl. UV-Trocknung
    4. 4. Weiche zu zwei Partikel-Ablöse-Stationen welche wechselseitig geschaltet werden (da der Ablöseprozess in diesem Beispiel mehr Zeit benötigt)
    5. 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.
  • Genügt bei dem Aufbringen eines Druckstoffs die Druckgeschwindigkeit eines einzelnen Druckers nicht um die gewünschte Menge an Druck-/Beschichtungs-Partikeln zu fertigen, so kann der Ausstoß durch eine Parallel-Produktion beliebig hochskaliert werden. Die typischen Risiken der Skalierbarkeit von Prozessen entfallen dabei.
  • Bei dem genannten anisotropen Druck-/ Beschichtungs-Partikel ist vorteilhaft zumindest einer der genannten Oberflächenbereiche durch einen Druckstoff, insbesondere eine Drucktinte gebildet.
  • Die getrennten Oberflächenbereiche unterscheiden sich vorteilhaft hinsichtlich einer 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,
    • den Polarisationseigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien, und
    • dem Glanz und der Reflektivität der Oberflächenbereiche.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die getrennten Oberflächenbereiche des Partikels gleiche Form und/oder Größe auf. In anderen Varianten kann es von Vorteil sein, die getrennten Oberflächenbereiche des Partikels mit unterschiedlicher Form und/oder Größe auszubilden, beispielsweise um eine der Eigenschaften des Partikels überwiegen oder sogar dominieren zu lassen.
  • Während das anisotrope Druck-/Beschichtungs-Partikel grundsätzlich beliebige geometrische Form haben kann, ist es gegenwärtig besonders bevorzugt, wenn das anisotrope Druck-/Beschichtungs-Partikel plättchenförmig oder halbkugelförmig ausgebildet ist. Daneben kommen auch kugelförmige, hantelförmige, stabförmige oder zylinderförmige Gestaltungen in Betracht.
  • In einer vorteilhaften Erfindungsvariante stellt der durch den genannten Druckstoff gebildeten Bestandteil des Partikels einen Trägerbestandteil dar, der die räumliche Form des Partikels definiert. Dieser Trägerbestandteil muss nicht notwendig auch einen der genannten Oberflächenbereiche bilden, kann dies aber in vorteilhaften Ausgestaltungen tun. Der Trägerbestandteil kann mit einem Füllstoff hoher Dichte gefüllt sein, der eine gravimetrische Ausrichtung des Partikels ermöglicht. Als Füllstoffe kommen beispielsweise Bariumsulfat mit einer Dichte von etwa 4,5 g/cm3 und Titandioxid (4,2 g/cm3) in Betracht.
  • In bevorzugten Ausgestaltungen ist der Trägerbestandteil transparent und erlaubt die Wahrnehmung eines unter bzw. über dem Trägerbestandteil angeordneten Materialbereichs mit gewünschten physikalischen, insbesondere visuell wahrnehmbaren oder optisch nachweisbaren Eigenschaften. Der Trägerbestandteil umfasst vorteilhaft ein Lösemittel oder wasserbasiertes Bindemittel, insbesondere ein UV-vernetzendes Bindemittel und besonders bevorzugt ein UV-trocknendes Bindemittel. In einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet der durch den genannten Druckstoff gebildeten Bestandteil des Partikels einen der genannten Oberflächenbereiche.
  • Der Volumenanteil der Beschichtungsstoffe beträgt mit Vorteil weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30%, insbesondere weniger als 10% oder sogar weniger als 5% des Volumenanteils der Druckstoffe.
  • Weiter stellt zumindest ein Beschichtungsstoff mit Vorteil eine flächige Beschichtung eines durch zumindest einen Druckstoff gebildeten Bestandteils des Partikels, insbesondere des Trägerbestandteils dar.
  • Das anisotrope Druck-/Beschichtungs-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-/ Beschichtungs-Partikel ein Volumen unterhalb von 3,5 x 10-13 m3, bevorzugt unterhalb von 1,25 x 10-13 m3 und besonders bevorzugt unterhalb von 0,3 x 10-13 m3 auf.
  • Der genaue Zusammenhang zwischen maximaler Ausdehnung und Volumen hängt von der Form der Partikel ab. Beispielsweise weisen halbkugelförmige anisotrope Druck-/Beschichtungs-Partikel 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-/Beschichtungs-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 Partikel 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 Partikel 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 Partikel 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 (Druck- und Beschichtungsstoffe) im Bereich von 0,8 g/cm3 bis 4 g/cm3. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das anisotrope Druck-/Beschichtungs-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-/Beschichtungs-Partikelkern beweglich in einer Kapselhülle aufgenommen ist. Zu diesem Zweck weist das anisotrope Druck-/Beschichtungs-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-/Beschichtungs-Partikel in einer Druckfarbe zerstört werden, oder kann, wie etwa bei den nachfolgend beschriebenen verkapselten Druck-/Beschichtungs-Partikeln, auch dauerhaft erhalten bleiben.
  • In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist das Druck-/ Beschichtungs-Partikel eine Kapselhülle und ein in der Kapselhülle eingeschlossenes Trägerfluid auf, in dem zumindest ein Druck-/Beschichtungs-Partikel-Kern dispergiert ist, der zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist und bei dem zumindest einer der genannten Oberflächenbereiche durch einen Beschichtungsstoff gebildet ist und zumindest ein Bestandteil des Partikelkerns durch einen Druckstoff, insbesondere eine Drucktinte gebildet ist. In dem Trägerfluid können auch mehrere gleichartige oder ungleichartige Druck-/Beschichtungs-Partikel-Kerne enthalten sein. In dieser Weiterbildung wird also das zunächst erzeugte Druck-/Beschichtungs-Partikel gemeinsam mit einem Trägerfluid dispergiert und verkapselt, so dass es zumindest einen Druck-/Beschichtungs-Partikelkern bildet, der 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 auch eine Druckfarbe oder einen Lack für den Fälschungsschutz in der bzw. in dem anisotrope Druck-/Beschichtungs-Partikel der beschriebenen Art dispergiert sind.
  • Die Erfindung enthält weiter einen fälschungsgeschützten Gegenstand mit einer aufgebrachten, insbesondere aufgedruckten Schicht mit anisotropen Druck-/Beschichtungs-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-/Beschichtungs-Partikel-Schicht aufgebracht, insbesondere aufgedruckt ist.
  • Die Druck-/Beschichtungs-Partikel-Schicht kann auf dem Gegenstand mit weiteren Schichten mit Sicherheitsmerkmalen kombiniert sein, deren Eigen-Schäften vorteilhaft mit den physikalischen Eigenschaften der Druck-/Beschichtungs-Partikel wechselwirken. Beispielsweise können die Druck-/Beschichtungs-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.
  • Die Erfindung enthält schließlich auch ein Verfahren zum Erzeugen von anisotropen Druck-/Beschichtungs-Partikeln der beschriebenen Art, bei dem zumindest ein Druckstoff mit einem Druckverfahren und zumindest ein Beschichtungsstoff mit einem Beschichtungsverfahren direkt oder indirekt miteinander verbunden werden, um die zumindest zwei getrennten Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zu erzeugen. Eine eventuelle Trocknung oder Vernetzung der durch Druckverfahren gebildeten Bestandteile des Partikels kann vor oder nach der Beschichtung des Bestandteils erfolgen.
  • Vorteilhaft einsetzbare Druck- und Beschichtungsverfahren sind an anderer Stelle bereits genannt und genauer beschrieben. Bei dem Beschichtungsverfahren handelt es sich in jedem Fall nicht um ein Druckverfahren. Die unterschiedlichen Druck- und Beschichtungsstoffe werden mit Vorteil zueinander gepassert übereinander, überlappend zueinander, oder Stoß an Stoß angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die unterschiedlichen Druck- und Beschichtungsstoffe auf einen Hilfsträger aufgebracht und dort jeweils zu einem anisotropen Druck-/Beschichtungs-Partikel verbunden. Die gebildeten anisotropen Druck-/Beschichtungs-Partikel werden dann von dem Hilfsträger abgelöst, vorzugsweise mechanisch abgelöst. Eine eventuelle Trocknung oder Vernetzung der durch Druckverfahren gebildeten Bestandteile des Partikels erfolgt vorteilhaft nach der Ablösung der Partikel von dem Hilfsträger.
  • 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. Die Vororientierung kann auch beim Aufbringen einer Beschichtung erfolgen. Weist das Partikel einen magnetischen Kern auf oder ist selbst magnetisch, so weist der magnetische Kern oder die magnetische Ausrichtung vorteilhaft eine feste Orientierung zu der Ausrichtung der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aller erzeugten Janus-Partikel auf. 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.
  • 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:
    • Fig. 1
    schematisch eine Druckfarbe mit einem UV-trocknenden Bindemittel, in welches anisotrope Druck-/ Beschichtungs-Partikel zweier verschiedener Arten eingebracht sind,
    Fig. 2
    eine genauere Darstellung eines der Druck-/ Beschichtungs-Partikel der Fig. 1, wobei (a) einen Querschnitt, (b) eine Aufsicht aus Richtung B und (c) eine Aufsicht aus Richtung C zeigt,
    Fig. 3
    ein Sicherheitssubstrat mit einem durch die Druckfarbe der Fig. 1 gebildeten Aufdruck mit bereichsweise unterschiedlichem Erscheinungsbild,
    Fig. 4
    in (a) bis (c) drei verschiedene anisotrope Druck-/ Beschichtungs-Partikel im Querschnitt,
    Fig. 5
    in (a) bis (d) weitere vorteilhafte Ausgestaltungen anisotroper Druck-/Beschichtungs-Partikel mit einem drucktechnisch erzeugten Trägerbestandteil im Querschnitt,
    Fig. 6
    in (a) bis (d) Beispiele für das Erscheinungsbild erfindungsgemäßer Druck-/Beschichtungs-Partikel in Aufsicht,
    Fig. 7
    eine anisotrope Druck-/Beschichtungs-Partikel-Kapsel mit einem halbkugelförmigen Partikelkern,
    Fig. 8
    eine schematische Illustration der Herstellung erfindungsgemäßer Druck-/Beschichtungs-Partikel auf einem Trägersubstrat,
    Fig. 9
    in (a) ein von dem Trägersubstrat der Fig. 8 abgelöstes Rohpartikel mit einem noch vorhandenen Überstand und in (b) das fertige Janus-Partikel,
    Fig. 10
    eine schematische Illustration der Herstellung erfindungsgemäßer Druck-/ Beschichtungs-Partikel auf einem Trägersubstrat nach einem weiteren Ausführungsbeispiel,
    Fig. 11
    ein von dem Trägersubstrat der Fig. 10 abgelöstes Partikel, und
    Fig. 12
    schematisch die Herstellung anisotroper Druck/ Beschichtungs-Partikel durch Druck und nachfolgende Beschichtung auf einem umlaufenden Endlosband.
  • Die Erfindung wird nun am Beispiel einer Druckfarbe für den Sicherheitsdruck näher erläutert. Figur 1 zeigt dazu schematisch eine Druckfarbe 10 mit einem UV-trocknenden Bindemittel 12, in das anisotrope Druck-/Beschichtungs-Partikel 14,16 zweier verschiedener Arten eingebracht sind. Jedes der Druck-/Beschichtungs-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 der die Oberflächenbereiche bildenden Stoffe veranschaulicht. Das Druck-/Beschichtungs-Partikel der ersten Art 14 ist in Fig. 2 genauer dargestellt, wobei Fig. 2(a) einen Querschnitt, Fig. 2(b) eine Aufsicht aus Richtung B und Fig. 2(c) eine Aufsicht aus Richtung C von Fig. 2(a) zeigt.
  • 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-Beschichtungs-Partikel 14 im Ausführungsbeispiel in ihrer Farbigkeit im sichtbaren Spektralbereich. Beispielsweise erscheinen die Oberflächenbereiche 14A Rot und die Oberflächenbereiche 14B Blau. Die Druck-/Beschichtungs-Partikel der zweiten Art 16 sind grundsätzlich wie die Druck-/Beschichtungs-Partikel der ersten Art 14 aufgebaut (Fig. 2), allerdings unterscheiden sich die Oberflächenbereiche 16A, 16B der Druck- Beschichtungs-Partikel 16 in ihren Lumineszenzeigenschaften, beispielsweise lumineszieren die Oberflächenbereiche 16A nach UV-Anregung Grün und die Oberflächenbereiche 16B Rot.
  • Mit Bezug auf Fig. 2 bestehen die Druck-/Beschichtungs-Partikel der ersten Art 14 aus zwei drucktechnisch erzeugten Schichten 18-1, 18-2, die jeweils durch eine rot reflektierende Drucktinte gebildet sind. Um die erste Schicht 18-1 flach und die zweite Schicht 18-2 halbkugelförmig auszubilden, weisen die bei der Herstellung eingesetzten, rot reflektierenden Drucktinten unterschiedliche rheologische und/oder grenzflächenphysikalische Eigenschaften auf. Die drucktechnisch erzeugten Schichten 18-1, 18-2 sind mit einer Beschichtung 18-3 aus einem blau reflektierenden Beschichtungsstoff versehen, dermit einem Beschichtungsverfahren, im Ausführungsbeispiel durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), auf die drucktechnisch erzeugten Schichten 18-1,18-2 aufgebracht ist.
  • Die Partikel 14 weisen einen Durchmesser (größte Abmessung) D von etwa 25 µm auf, ihre Höhe H beträgt dabei etwa 20 µm. Die Schichtdicke der Beschichtung 18-3 beträgt lediglich etwa 1 µm, so dass der Volumenanteil des Beschichtungsstoffs verglichen mit dem Volumenanteil der Drucktinte, die die Schichten 18-1 und 18-2 bildet, sehr gering ist.
  • Die Druck-/Beschichtungs-Partikel 14,16 weisen nicht nur die genannten visuellen Eigenschaften auf, sondern 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, nämlich die oben genannte Drucktinte der Schichten 18-1, 18-2, den Beschichtungsstoff der Beschichtung 18-3 und die entsprechenden Materialien der Partikel 16 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. Dieses magnetische Material wird vorzugsweise durch einen Druckstoff bereitgestellt.
  • Figur 3 zeigt schematisch ein Sicherheitssubstrat 20, wie etwa eine Banknote, mit einem durch die Druckfarbe 10 der Fig. 1 gebildeten Aufdruck mit bereichsweise unterschiedlichem Erscheinungsbild. Dazu wurde die Druckfarbe 10 auf das Substrat 20 aufgedruckt und die anisotropen Druck-/Beschichtungs-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-/Beschichtungs-Partikel 14,16 dadurch dauerhaft fixiert.
  • Im ersten Bereich 22 zeigen die Oberflächenbereiche 14A, 16A der Druck-/ Beschichtungs-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-/Beschichtungs-Partikel 14,16 zum Betrachter, so dass dieser Bereich im sichtbaren Spektralbereich einen blauen Farbeindruck und nach UV-Anregung eine rote Lumineszenz zeigt.
  • Vorteilhafte Gestaltungen erfindungsgemäßer anisotroper Druck-/Beschichtungs-Partikel werden nun mit Bezug auf die Figuren 4 bis 6 näher beschrieben. Die Druck-/Beschichtungs-Partikel können beispielsweise in der weiter unten genauer geschilderten Art hergestellt werden.
  • Zunächst zeigt Fig. 4(a) im Querschnitt ein plättchenförmiges anisotropes Druck-/Beschichtungs-Partikel 30, das aus einem drucktechnisch erzeugten Trägerbestandteil 32 mit einer ersten physikalischen Eigenschaft und einer Beschichtung 34 mit einer zweiten, unterschiedlichen physikalischen Eigenschaft beseht. Der Trägerbestandteil 32 definiert die Grundform des Partikels 30, die durch die vergleichsweise dünne Beschichtung 34 praktisch nicht verändert wird. Der Trägerbestandteil 32 und die Beschichtung 34 bilden zwei Oberflächenbereiche des Partikels 30 unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aus. Der Durchmesser D (größte Abmessung) des Partikels 30 liegt zwischen 3 µm und 70 µm, die Höhe H des Partikels typischerweise im Bereiche einiger Mikrometer.
  • Das in Fig. 4(b) im Querschnitt gezeigte, im Wesentlichen halbkugelförmige Druck-/Beschichtungs-Partikel 40 ist ähnlich wie die Partikel 14, 16 der Figuren 1 bis 3 ausgebildet und besteht aus zwei drucktechnisch erzeugten Schichten 42-1, 42-2, wobei die Schicht 42-2 mit einer Beschichtung 44 aus einem Beschichtungsstoff versehen ist. Um die erste Schicht 42-1 flach und die zweite Schicht 42-2 halbkugelförmig auszubilden, weisen die bei der Herstellung eingesetzten Drucktinten unterschiedliche rheologische und/oder grenzflächenphysikalische Eigenschaften auf. Die erste drucktechnisch erzeugte Schicht 42-1 bildet einen ersten Oberflächenbereich des Partikels 40 mit einer ersten physikalischen Eigenschaft, und die Beschichtung 44 der zweiten drucktechnisch erzeugten Schicht 42-2 bildet den zweiten Oberflächenbereich mit einer zweiten, unterschiedlichen physikalischen Eigenschaft. Die zweite drucktechnisch erzeugte Schicht 42-2 ist bei dieser Ausgestaltung transparent und/oder weist eine zur ersten Schicht 42-1 unterschiedliche physikalischen Eigenschaft auf.
  • Auch das in Fig. 4(c) im Querschnitt gezeigte, im Wesentlichen halbkugelförmige Druck-/Beschichtungs-Partikel 50 ist ähnlich wie die Partikel 14, 16 der Figuren 1 bis 3 ausgebildet und besteht aus zwei drucktechnisch erzeugten Schichten 52-1, 52-2, wobei die Schicht 52-2 mit einer Beschichtung 54 aus einem Beschichtungsstoff versehen ist. Um die erste Schicht 52-1 flach und die zweite Schicht 52-2 halbkugelförmig auszubilden, weisen die bei der Herstellung eingesetzten Drucktinten unterschiedliche rheologische und/oder grenzflächenphysikalische Eigenschaften auf. Die erste drucktechnisch erzeugte Schicht 52-1 ist dabei transparent, während die zweite drucktechnisch erzeugte Schicht 52-2 einen ersten Oberflächenbereich des Partikels 50 mit einer ersten physikalischen Eigenschaft ausbildet. Die Beschichtung 54 bildet einen zweiten Oberflächenbereich mit einer zweiten, unterschiedlichen physikalischen Eigenschaft.
  • In den Gestaltungen der Fig. 4(b) bzw. 4(c) kann die transparente Schicht 42-2 bzw. 52-1 zusätzliche Materialeigenschaften besitzen, welche außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegen, wie etwa eine im UV anregbare Lumineszenz oder IR-Absorption. Die transparente Schicht kann auch eine polarisierende Eigenschaft aufweisen, welche mit einem Hilfsmittel, wie etwa einem Polarisationsfilter verifiziert werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen anisotroper Druck-/Beschichtungs-Partikel mit einem drucktechnisch erzeugten Trägerbestandteil sind in den Querschnitten der Fig. 5(a) bis 5(c) gezeigt.
  • Figur 5(a) zeigt zunächst ein plättchenförmiges Druck-/Beschichtungs-Partikel 60 mit einem transparenten, drucktechnisch erzeugten Trägerbestandteil 62, der Größe und Grundform des Partikels 60 definiert, und der mit zwei Beschichtungen 64-1, 64-2 mit unterschiedlichen optischen Eigenschaft versehen ist. Der transparente Trägerbestandteil 62 verdeckt dabei nicht die optischen Eigenschaften der ersten Beschichtung 64-1, während diese jedoch von der zweiten Beschichtung 64-2 überdeckt werden. Aus Betrachtungsrichtung 66 sind daher überwiegend die optischen Eigenschaften der ersten Beschichtung 64-1 erkennbar, während aus der entgegengesetzten Betrachtungsrichtung 68 überwiegend die optischen Eigenschaften der zweiten Beschichtung 64-2 in Erscheinung treten.
  • Das plättchenförmige Druck-/Beschichtungs-Partikel 70 der Fig. 5(b) weist einen ähnlichen Aufbau wie das Partikel 60 der Fig. 5(a) auf, wobei allerdings zwischen den Beschichtungen 64-1, 64-2 eine Zwischenschicht 72 vorgesehen ist, die einer Verbesserung der Haftung der zweiten Beschichtung 64-2 oder der Orientierung der zweiten Beschichtung 64-2 auf der ersten Beschichtung 64-1 dient.
  • Schließlich weist das plättchenförmige Druck-/Beschichtungs-Partikel 80 der Fig. 5(c) einen ähnlichen Aufbau wie das Partikel 70 der Fig. 5(b) auf. Die Zwischenschicht 82 stellt in diesem Fall eine Schicht mit einem optisch weniger attraktiven Erscheinungsbild dar, welches von der zweiten Beschichtung 64-2 verdeckt wird. Die Zwischenschicht 82 kann beispielsweise eine magnetische oder magnetisierbare Schicht, eine gut wärmeleitende Schicht oder eine elektrisch leitfähige Schicht sein. Die Zwischenschicht 82 kann auch aus mehreren Einzel- oder Wechselschichten bestehen.
  • Weiter ist auch ein Aufbau möglich, bei dem die Beschichtungen 64-1, 64-2 auf gegenüberliegenden Seiten eines Trägerbestandteils 62 aufgebracht sind, wie in Fig. 5(d) gezeigt. Der Trägerbestandteil 62 kann in diesem Fall auch semitransparent oder sogar opak sein, um eine gegenseitige visuelle Beeinflussung der Beschichtungen 64-1, 64-2 zu vermeiden.
  • Bei den Beschichtungen 64-1, 64-2 kann es sich insbesondere um optisch variable Beschichtungen, wie etwa Dünnschichtelemente, Interferenzschichten oder Flüssigkristallschichten handeln. Beispielsweise kann die Beschichtung 64-1 eine farbkippende Flüssigkristallschicht und die Beschichtung 64-2 eine nicht-farbveränderliche Beschichtung sein. Flüssigkristallschichten können neben ihrer farbkippenden Wirkung auch lichtpolarisierende Eigenschaften aufweisen, die neben der unterschiedlichen Farbigkeit eine zweite, unterschiedliche physikalische Eigenschaft der Beschichtungen darstellen kann.
  • Figur 6 zeigt in (a) bis (d) Beispiele für das Erscheinungsbild erfindungsgemäßer Druck-/Beschichtungs-Partikel 90 in Aufsicht. Als Form der Partikel 90 kommt insbesondere eine Plättchenform, Halbkugelform, Kugelform, Stäbchenform, die Form einer Hantel, eines Pilzes, eines Tetraeders in Frage.
  • Die relativen Anteile der mindestens zwei verschiedenen Druck-/Beschichtungsstoffe der erfindungsgemäßen Partikel können bezogen auf das Volumen oder die Masse der Partikel gleich, annähernd gleich (Volumen- bzw. Massenanteile innerhalb von 10%) oder ungleich sein.
  • Um die Haftung einer Beschichtung zu verbessern kann eine drucktechnisch erzeugte Schicht beispielsweise mittels Flammvorbehandlung, einer Coronavorbehandlung oder einer Plasmavorbehandlung, auch mit Prozessgaszuführung, vorbehandelt werden. Eine drucktechnisch erzeugte Schicht kann auch mit einer Primerschicht oder Haftschicht mittels Sprühbeschichtung ausgestattet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Haftschicht, beispielsweise eine oxidische Beschichtung, mittels PVD-Verfahren zu applizieren.
  • Figur 7 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine anisotrope Druck-/Beschichtungs-Partikel-Kapsel 100, bei der ein halbkugelförmiger Partikel-Kern 102, der beispielsweise in der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Weise ausgebildet ist, in einer flüssigkeitsgefüllten Mikrokapselhülle 104 verkapselt ist. Als Trennmittel 106 kann dabei beispielsweise ein Öl vorgesehen sein, das die Beweglichkeit des Partikelkerns 102 innerhalb der Mikrokapselhülle 104 auch nach dem Aufdrucken und Trocknen einer die Druck-/Beschichtungs-Partikel-Kapseln 100 enthaltenden Druckfarbe gewährleistet. Derartige Druck-/ Beschichtungs-Partikel-Kapseln 100 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 Partikel-Kern 102 bei der Echtheitsprüfung durch einen externen Magneten unterschiedlich ausgerichtet werden und dadurch dem Betrachter je nach Orientierung einen der beiden verschiedenen Oberflächenbereiche 102A, 102B 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-/Beschichtungs-Partikel mit einer zusätzlichen Beschichtung in einem anschließenden Prozess versehen. Bei der zusätzlichen Beschichtung wird zwischen einer die Form der Partikel nicht verändernden zusätzlichen Beschichtung und einer die Form verändernden zusätzlichen Beschichtung unterschieden. Bei einer die Form nicht verändernden zusätzlichen Beschichtung wird beispielsweise die chemische Beständigkeit oder die Oberflächenspannung der Druck-/Beschichtungs-Partikel beeinflusst. Die zusätzliche Beschichtung kann beispielsweise in einer Gasphase oder einer Sprühbeschichtung erfolgen. Bei einer die Form verändernden zusätzlichen Beschichtung geht es beispielsweise darum die mechanische und/oder chemische Beständigkeit der Partikel zu optimieren. Weiterhin kann eine die Form verändernde zusätzliche 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. Geeignete Verfahren für eine solche zusätzliche Beschichtung sind beispielsweise das Verfahren der Firma Brace GmbH oder ein Wirbelstrombeschichtungsverfahren.
  • Die Partikel können durch die zusätzliche Beschichtung mechanisch stabiler oder chemisch stabiler gemacht werden oder/und es kann die äußere Form der Partikel mit einer vorzugsweise transparenten Schicht verändert werden, beispielsweise um aus einem stäbchenförmigen Partikel ein kugelförmiges Partikel zu machen.
  • Der Einfachheit halber sind in den oben beschriebenen Figuren 4 bis 7 zur Illustration jeweils Druck-/Beschichtungs-Partikel bzw. Partikelkerne 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-/Beschichtungs-Partikel können durch verschiedene Kombinationen von Druck- und Beschichtungsverfahren hergestellt werden, wobei beispielhafte Herstellungsverfahren nunmehr mit Bezug auf Figuren 8 bis 12 näher erläutert werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 wird auf ein Trägersubstrat 110 mit einem Druckverfahren zunächst in Teilbereichen jeweils eine Druckschicht 112 erzeugt, deren Form und Größe die flächige und die dreidimensionale Grundform des Druck-/Beschichtungs-Partikels definiert. Als Druckverfahren können dabei beispielsweise Ink-Jet-Verfahren (DOD), Laserdruck, Transferdruckverfahren, insbesondere thermische Transferdruckverfahren auf Basis von schmelzbaren Grundstoffen, Flexodruck, Siebdruck oder Tiefdruck zum Einsatz kommen. Die drucktechnisch erzeugte Schicht 112 muss nicht zwingend eine der gewünschten unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften des fertigen Partikels aufweisen, sondern kann beispielsweise einfach eine transparente Schicht darstellen und/oder einen Trägerbestandteil des fertigen Partikels bilden.
  • Die drucktechnisch erzeugte Schicht 112 kann vor dem nachfolgenden Prozess getrocknet oder gehärtet werden (beispielsweise im Fall eines UVhärtende Bindemittels) oder sie kann ohne Trocknung/Härtung weiterverarbeitet werden.
  • In einem weiteren Arbeitsschritt wird mittels eines Beschichtungsverfahrens, wie etwa Sprühcoating, Sputtern oder PVD, mindestens eine weitere Schicht 114 ungepassert und eine Vielzahl der drucktechnisch erzeugten Schichtbereiche 112 überspannend appliziert. Dabei wird mindestens eine weitere gewünschte physikalische Eigenschaft des fertigen Partikels erzeugt. Spätestens mit der letzten Beschichtung wird das gesamte Partikel getrocknet oder gehärtet.
  • Da die mittels Beschichtungsverfahren erzeugten Schichten 114 unter anderem aufgrund der Sprödigkeit des Materials und der Schichtdicke mechanisch deutlich instabiler sind als die drucktechnisch erzeugten Schichten 112, ergibt sich bei der Trennung der Partikel vom Trägersubstrat 110 und/oder einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt eine Abtrennung der nicht auf einer drucktechnisch erzeugten Schicht 112, beziehungsweise der außerhalb der Schichten 112 befindlichen Bereiche 116 der Beschichtung 114. Die Sollbruchstellen sind dabei bevorzugt die äußeren Kanten der drucktechnisch erzeugten Schichten 112.
  • Figur 9(a) zeigt zur Illustration ein von dem Trägersubstrat 110 abgelöstes Rohpartikel 120, welches die drucktechnisch erzeugte Schicht 112, die auf der Schicht 112 befindlichen Bereiche 118 der Beschichtung 114, sowie einen auf der linken Seite des Rohpartikels 120 noch vorhandenen Beschichtungsüberstand 122 umfasst. Diese Überstand wird in einem weiteren Bearbeitungsschritt entfernt, so dass das in Fig. 9(b) gezeigte fertige Janus-Partikel 124 entsteht. Es versteht sich, dass auf diese Weise auch Partikel mit mehr als einer drucktechnisch erzeugten Schicht und mit mehr als einer durch ein Beschichtungsverfahren erzeugten Schicht auf dem Trägersubstrat 110 aufgebaut werden können.
  • Die Trennung der Rohpartikel 120 vom Trägersubstrat 110 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wie weiter oben bereits näher erläutert.
  • Die Druck- und Beschichtungsverfahren können auch in umgekehrter Reihenfolge miteinander kombiniert werden, wie anhand der Figuren 10 und 11 erläutert. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.10 wird auf ein Trägersubstrat 110 zunächst mit einem Beschichtungsverfahren, wie etwa Sprühcoating, Sputtern oder PVD, großflächig eine Beschichtung 114 aufgebracht. Dann wird mit einem Druckverfahren in Teilbereichen jeweils eine Druckschicht 112 auf der Beschichtung erzeugt. Als Druckverfahren können auch hier beispielsweise Ink-Jet-Verfahren (DOD), Laserdruck, Transferdruckverfahren, insbesondere thermische Transferdruckverfahren auf Basis von schmelzbaren Grundstoffen, Flexodruck, Siebdruck oder Tiefdruck zum Einsatz kommen. Bei der Ablösung der Schichtenfolge 114, 112 vom Trägersubstrat bilden die äußeren Kanten der drucktechnisch erzeugten Schichten 112 Sollbruchstellen, die zu einem passergenauen Abbrechen der Beschichtung 114 an den Kanten der Druckschichten 112 führen.
  • Figur 11 zeigt schematisch ein von dem Trägersubstrat 110 abgelöstes Partikel 126, das eine drucktechnisch erzeugte Schicht 112, sowie auf bzw. unter der Schicht 112 befindliche Bereiche 118 der Beschichtung 114 umfasst. Durch das passergenaue Abbrechen der Beschichtung 114 definiert auch bei dieser Herstellungsvariante die Form und Größe der Druckschicht 112 die flächige und die dreidimensionale Grundform des Druck-/Beschichtungs-Partikels 126. Es versteht sich, dass auch bei dieser Variante Partikel mit mehr als einer drucktechnisch erzeugten Schicht und mit mehr als einer durch ein Beschichtungsverfahren erzeugten Schicht auf dem Trägersubstrat 110 aufgebaut werden können.
  • Bei dem in Fig. 12 genauer dargestellten Ausführungsbeispiel werden zur Herstellung der anisotropen Druck-/Beschichtungs-Partikel 124 zunächst jeweils Schichtbereiche 112 auf ein umlaufendes Endlosband 110 aufgedruckt. Die Schichtbereiche 112 werden mit einem Continuous-Ink-Jet, einem Ink-Jet oder einem 3D-Drucker auf das Endlosband 110 gedruckt. Dann wird eine Vielzahl von Schichtbereichen 112 zusammen mit den dazwischenliegenden Bereichen des Endlosbands 110 ungepassert mit einer Beschichtung 114 versehen.
  • Das Endlosband 110 läuft an einer Abstreifstation durch eine mechanische Abstreifeinrichtung 130. Das Abstreifen erfolgt im Ausführungsbeispiel durch eine scharfkantige Umlenkung des Endlosbandes 110 an einer feststehenden gerundeten Platte 132. Die abgelösten Rohpartikel 120 werden in einer Auffangeinrichtung 134 aufgefangen und, gegebenenfalls nach Sortierung in Gut- und Schlecht-Partikel, zu den fertigen Druck-/Beschichttings-Partikeln 124 weiterverarbeitet.
  • Sollte der Beschichtungsüberstand 122 der Partikel 120 beim Ablösevorgang vom Trägersubstrat 110 noch nicht ausreichend entfernt worden sein, so können die Überstände 122 beispielsweise in einem Pigmentmischer, etwa einem Trommelmischer, nachträglich gebrochen werden. Alternativ kann beispielsweise auch mit einer Luftstrahlmühle gearbeitet werden.
  • Das freie, also nicht mit einer drucktechnisch erzeugten Schicht verbundene Beschichtungsmaterial kann beispielsweise mittels eines Wasserbades entfernt werden, bei dem die Flitter des Beschichtungsmaterials aufschwimmen und abgeschöpft werden können. Gegebenenfalls kann dabei mit einem Wassersprudler nachgeholfen werden. In diesem Fall helfen die erzeugten Luftblasen den Auftrieb der Flitter zu beschleunigen. Alternativ kann beispielsweise auch mit einem Sichter eine Trennung der nicht mit einer drucktechnisch erzeugten Schicht verbundenen Beschichtungsschicht vorgenommen werden, um so die erforderliche Gutqualität zu erzeugen.
  • Der Anteil der Druck-/ Beschichtungs-Partikel 14,16 in der Druckfarbe 10 liegt zweckmäßig bei mindestens 0,1 %, vorteilhaft bei mehr als 3 %. Die maximale Partikel-Größe (D90) orientiert sich an den eingesetzten Druck- und Beschichtungsverfahren. 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-/Beschichtungs-Partikel können gleichartig sein oder, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, auch ungleichartig sein und zwei oder mehr verschiedene Druck-/ Beschichtungs-Partikel-Arten enthalten.
  • Die Druck-/Beschichtungs-Partikel (Janus-Partikel) können in einem weiteren Anwendungsbeispiel auch als visuell sichtbares Sicherheitsmerkmal einer Druckfarbe beigemischt sein. In dem Fall werden physikalisch orientierbare Druck-/Beschichtungs-Partikel verwendet und die Farbe erst nach der Orientierung oder nach der Orientierung eines Teils der Partikel ausgehärtet. Die Ausrichtung der 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-/Beschichtungs-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-/Beschichtungs-Partikel auch in Form einer Kapsel 100 ausgebildet sein, wie in Fig. 7 gezeigt. Die Form der Kapsel 100 ist dabei beliebig. Die Kapsel 100 enthält ein Trägermedium 106 für die Partikelkerne 102 welches flüssig oder gasförmig sein kann. Das Trägermedium 106 kann in Abhängigkeit von der Temperatur oder einem licht- oder pH-Wert induzierten Orientierungszustand fest, flüssig oder gasförmig sein.
  • Während Fig. 7 nur einen einzigen Partikelkern 102 im Inneren einer Kapsel 100 zeigt, können im allgemeinen Fall auch mehrere gleichartige oder ungleichartige Partikelkerne in einer Kapsel 100 enthalten sein. Die Kapseln 100 können Bestandteil einer Druckfarbe, einer Beschichtung, eines Lacks oder eines Kunststoff sein. Durch die Verkapselung können die Druck-/Beschichtungs-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-/Beschichtungs-Partikeln, Beschichtungen auf Basis verkapselter Januspartikel bzw. anisotroper Druck-/Beschichtungs-Partikel oder in Kunststoffe eingearbeitete, verkapselte Januspartikel bzw. anisotrope Druck-/ Beschichtungs-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-/Beschichtungs-Partikel
    14A, 14B
    Oberflächenbereiche
    16
    anisotropes Druck-/Beschichtungs-Partikel
    16A, 16B
    Oberflächenbereiche
    18-1, 18-2
    drucktechnisch erzeugte Schichten
    18-3
    Beschichtung
    20
    Sicherheitssubstrat
    22, 24
    Bereiche
    30
    plättchenförmiges Druck-/Beschichtungs-Partikel
    32
    Trägerbestandteil
    34
    Beschichtung
    40
    halbkugelförmiges Druck-/Beschichtungs-Partikel
    42-1, 42-2
    drucktechnisch erzeugte Schichten
    44
    Beschichtung
    50
    halbkugelförmiges Druck-/ Beschichtungs-Partikel
    52-1, 52-2
    drucktechnisch erzeugte Schichten
    54
    Beschichtung
    60
    plättchenförmiges Druck-/Beschichtungs-Partikel
    62
    Trägerbestandteil
    64-1, 64-2
    Beschichtungen
    66, 68
    Betrachtungsrichtungen
    70
    plättchenförmiges Druck-/ Beschichtungs-Partikel
    72
    Zwischenschicht
    80
    plättchenförmiges Druck-/Beschichtungs-Partikel
    82
    Zwischenschicht
    90
    Druck-/Beschichtungs-Partikel in Aufsicht
    100
    anisotrope Druck-/ Beschichtungs-Partikel-Kapsel
    102
    Partikelkern
    102A, 102B
    Oberflächenbereiche
    104
    Mikrokapselhülle
    106
    Trennmittel
    110
    Trägersubstrat
    112
    Druckschicht
    114
    Beschichtung
    116
    außerhalb der Schichten 112 liegende Bereiche
    118
    auf der Schicht 112 befindlichen Bereiche
    120
    Rohpartikel
    122
    Beschichtungsüberstand
    124
    fertiges Janus-Partikel
    126
    abgelöstes Partikel
    130
    Abstreifeinrichtung
    132
    gerundete Platte
    134
    Auffangeinrichtung

Claims (18)

  1. Anisotropes Druck-/Beschichtungs-Partikel für den Einsatz in einer Druckfarbe oder einem Lack für den Fälschungsschutz, welches zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist, wobei zumindest einer der genannten Oberflächenbereiche durch einen Beschichtungsstoff gebildet ist und zumindest ein Bestandteil des Partikels durch einen Druckstoff, insbesondere eine Drucktinte gebildet ist.
  2. Partikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der genannten Oberflächenbereiche durch einen Druckstoff, insbesondere eine Drucktinte gebildet ist.
  3. Partikel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Druck- und Beschichtungsstoffe gepassert zueinander übereinander, überlappend zueinander oder Stoß an Stoß angeordnet sind.
  4. 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,
    - den Polarisationseigenschaften der Oberflächenbereiche bzw. der die Oberflächenbereiche ausbildenden Materialien und
    - dem Glanz und der Reflektivität der Oberflächenbereiche.
  5. Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennten Oberflächenbereiche des Partikels gleiche Form und/oder Größe aufweisen.
  6. Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikel plättchenförmig, kugelförmig, halbkugelförmig, hantelförmig, stabförmig oder zylinderförmig ausgebildet ist.
  7. Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den genannten Druckstoff gebildeten Bestandteil des Partikels einen Trägerbestandteil darstellt, der die räumliche Form des Partikels definiert.
  8. Partikel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerbestandteil mit einem Füllstoff hoher Dichte gefüllt ist, der eine gravimetrische Ausrichtung des Partikels ermöglicht.
  9. Partikel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerbestandteil transparent ist.
  10. Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den genannten Druckstoff gebildeten Bestandteil des Partikels einen der genannten Oberflächenbereiche bildet.
  11. Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der Beschichtungsstoffe weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30%, insbesondere weniger als 10% des Volumenanteils der Druckstoffe beträgt.
  12. Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Beschichtungsstoff eine flächige Beschichtung eines durch zumindest einen Druckstoff gebildeten Bestandteils des Partikels, insbesondere des Trägerbestandteils darstellt.
  13. Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikel eine maximale Ausdehnung von 3 - 70 µm, bevorzugt 3 - 50 µm und besonders bevorzugt 3 - 30 µm aufweist, und/oder dass das Druck-/Beschichtungs-Partikel ein Volumen unterhalb von 3,5 x 10-13 m3, bevorzugt unterhalb von 1,25 x 10-13 m3 und besonders bevorzugt unterhalb von 0,3 x 10-13 m3 aufweist.
  14. Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikel einen magnetischen Kern aufweist.
  15. Partikel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikel eine Kapselhülle und ein in der Kapselhülle eingeschlossenes Trägerfluid aufweist, in dem zumindest ein anisotroper Druck/ Beschichtungs-Partikelkern dispergiert ist, welcher zumindest zwei getrennte Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist, und bei dem zumindest einer der genannten Oberflächenbereiche durch einen Beschichtungsstoff gebildet ist und zumindest ein Bestandteil des Partikelkerns durch einen Druckstoff, insbesondere eine Drucktinte gebildet ist.
  16. Druckfarbe oder Lack für den Fälschungsschutz in der/dem anisotrope Druck/Beschichtungs-Partikel nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dispergiert sind.
  17. Fälschungsgeschützter Gegenstand mit einer aufgebrachten, insbesondere aufgedruckten Schicht mit anisotropen Druck-/Beschichtungs-Partikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
  18. Verfahren zum Erzeugen von anisotropen Druck-/ Beschichtungs-Partikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem zumindest ein Druckstoff mit einem Druckverfahren und zumindest ein Beschichtungsstoff mit einem Beschichtungsverfahren direkt oder indirekt miteinander verbunden werden, um die zumindest zwei getrennten Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zu erzeugen.
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