MX2013004798A - Metodo de formacion de imagenes en arreglos coloidales cristalinos. - Google Patents

Abstract

Se describe un método para imprimir una imagen que difracta radiación. El método incluye ensamblar un arreglo periódico ordenado de partículas sobre un sustrato, en donde el arreglo de partículas difracta radiación en una banda de longitud de onda dependiente del ángulo de observación; imprimir una composición de formación de imágenes sobre una porción del arreglo en una configuración de una imagen; cambiar la banda de longitud de onda de la radiación difractada y cambiar el índice refractivo por la porción impresa del arreglo de manera que la porción impresa difracte radiación a una diferente banda de longitud de onda e intensidad de reflectividad de la porción restante del arreglo; y fijar la porción impresa del arreglo, de tal manera que la porción impresa del arreglo difracte radiación y exhiba la imagen.

Description

MÉTODO DE FORMACIÓN DE IMÁGENES EN ARREGLOS COLOIDALES CRISTALINOS CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a la impresión de imágenes utilizando arreglos coloidales cristalinos, más particularmente, a la creación de imágenes en arreglos coloidales cristalinos al imprimir una composición de formación de imágenes sobre un arreglo coloidal cristalino.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se han utilizado , materiales difractivos de radiación basados en arreglos coloidales cristalinos para una variedad de propósitos. Un arreglo coloidal cristalino (CCA) es un arreglo tri-dimensional ordenado de partículas coloidales mono-dispersas.

Tales dispersiones coloidales de partículas pueden formar estructuras cristalinas que tienen espaciamientos reticulares que son comparables a la longitud de onda de la radiación ultravioleta, visible o infrarroja. Estas estructuras cristalinas se han utilizado para filtrar bandas estrechas de longitudes de onda seleccionadas de un amplio espectro de la radiación incidente, mientras permiten la transmisión de longitudes de onda adyacentes de radiación. Se han creado dispositivos anteriores mediante partículas de dispersión en un medio líquido, por medio de lo cual las partículas se auto-alinean en un arreglo ordenado. Estas partículas se fusionan juntas mediante polimerización mutua o al introducir un solvente que dilata y fusiona las partículas entre si.

En otros casos de CCAs, se fija un arreglo ordenado en una matriz y puede utilizarse como un colorante cuando el arreglo fijo difracta la radiación en el espectro visible. Alternativamente, se fabrican CCAs para difractar radiación para utilizarse como filtros ópticos, interruptores ópticos y limitadores ópticos. Aunque estos CCAs utilizan espaciamiento inter-particulas constante, un CCA también puede funcionar como un detector cuando varia el espaciamiento inter-particulas en respuesta a los estímulos .

Más recientemente, se han utilizado CCAs para exhibir imágenes como se describe en la Publicación de Solicitud de Patente de E. U. No. 2009/0155545, incorporada en la presente mediante la referencia. Se produce una imagen al exponer una porción de un CCA a radiación y modificar otra porción del CCA, de tal manera que la primera porción y la otra porción, difracten radiación a diferentes longitudes de onda, haciendo detectable la imagen. La primera porción puede corresponder a la imagen con la segunda sirviendo como un fondo o viceversa en donde la primera porción es un fondo para una imagen producida en la segunda porción.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a un método para imprimir una imagen que difracta la radiación, que comprende ensamblar un arreglo periódico ordenado de partículas sobre un sustrato, en donde el arreglo de partículas difracta la radiación en una banda de longitud de onda que depende del ángulo de observación; imprimir una composición de formación de imágenes sobre una porción del arreglo en una configuración de una imagen; cambiar la banda de longitud de onda de la radiación difractada y cambiar el índice refractivo por la porción impresa del arreglo a de manera que la porción impresa difracte radiación a una diferente banda de longitud de onda y/o intensidad de reflectividad de la porción restante del arreglo; y fijar la porción impresa del arreglo, de tal manera que la porción impresa del arreglo difracte la radiación y exhiba la imagen.

También se incluye en la presente invención un método para producir una imagen que difracte 'radiación que comprende imprimir una dispersión de partículas sobre un sustrato en una configuración de una imagen, en donde las partículas se auto-ensamblan en un arreglo periódico ordenado dentro de la imagen; y recubrir las partículas con una composición de recubrimiento para fijar el arreglo periódico ordenado de partículas dentro de la imagen, de tal manera que la imagen difracta la radiación en una banda de longitud de onda detectable.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención incluye un método para producir una imagen que difracta radiación. Se produce un miembro representado en imagen al imprimir una composición de formación de imágenes sobre una porción de un arreglo periódico ordenado de partículas y fijar el arreglo impreso en un material de matriz. Puede utilizarse cualquier técnica de impresión adecuada, tal como impresión xerográfica, impresión por chorro de tinta, impresión flexográfica, serigrafía, huecograbado o rotograbado. En las modalidades descritas en la presente, la porción impresa puede corresponder a una imagen con la porción restante que no se imprimió sirviendo como un fondo en el miembro representado en imagen. Alternativamente, la porción impresa puede ser un fondo a una imagen producida en la porción restante del miembro representado en imagen. La composición de formación de imágenes cambia la banda de longitud de onda de radiación difractada y/o cambia el índice refractivo de la porción impresa del arreglo, de tal manera que la diferencia en propiedades ópticas entre la porción impresa y el resto del arreglo es detectable como una imagen. La imagen puede ser detectable por ejemplo, para autentificar o identificar un artículo al cual se aplica, o puede ser decorativa. La imagen es detectable al exponer el miembro representado en imagen a la radiación y detectar la radiación reflejada a partir del miembro representado en imagen como una imagen. Cada una de la radiación expuesta y la radiación reflejada puede estar en el espectro visible o invisible. En ciertas modalidades, una imagen producida de acuerdo con la presente invención puede ser detectable a simple vista. En otras modalidades, la imagen es detectable al utilizar un dispositivo óptico (tal como espectrofotómetro) para recuperar o ver la imagen .

Como se describe en la presente, se imprime un arreglo periódico ordenado de partículas con una composición de formación de imágenes para producir un miembro impreso. El miembro impreso se trata subsecuentemente para producir un miembro representado en imagen que comprende un arreglo periódico ordenado de partículas contenidas en una matriz. Por arreglo periódico ordenado de partículas, se entiende a un arreglo de partículas que difractan radiación. Las capas o planos paralelos formados por el arreglo periódico de partículas interactúan con la radiación incidente de acuerdo con la ley de Bragg. La luz difractada es goniocromática, i.e., la longitud de onda (color) depende del ángulo de observación. La longitud de onda de difracción de la luz en un ángulo dado es proporcional a la distancia entre los planos de Bragg formados por el arreglo periódico de partículas, que es proporcional al diámetro de partícula para esferas compactas. La longitud de onda de difracción de un miembro representado en imagen de la presente invención también depende del índice refractivo efectivo del miembro representado en imagen. El índice refractivo efectivo del miembro representado en imagen se aproxima cercanamente al volumen promedio del índice refractivo de los materiales del miembro representado en imagen, incluyendo las partículas y la matriz que rodea las partículas. La intensidad de la luz difractada depende de la variación del índice refractivo dentro del miembro representado en imagen como se dicta por el arreglo de las partículas y la matriz que las rodea. En general, un miembro representado en imagen de la presente invención incluye planos alternos, tales como los planos tomados a través de los centros de las partículas y los planos tomados a través de las periferias de las partículas. Los planos de los centros de las partículas se componen en general predominantemente de la composición de la partícula, y los planos de las periferias de las partículas se componen en general de la composición de la matriz, así como de la composición de la partícula. Debido a la diferencia en las composiciones de las capas altern'as, las capas alternas también tienen diferentes índices de refracción. La cantidad de las capas alternas, en el arreglo de partículas y la matriz, y el contraste del índice refractivo entre las capas alternas influyen en la intensidad de la difracción. Más capas de partículas producen mayor intensidad de difracción. El mayor contraste del índice refractivo entre las capas alternas también produce mayor intensidad de difracción. Puede lograrse un mayor contraste del índice refractivo entre las capas alternas al utilizar partículas y matriz que tengan una diferencia relativamente grande en sus respectivos índices de refracción. Alternativamente, la expansión direccional de las partículas y/o la matriz puede modificar la estructura en capas e incrementar el contraste del índice refractivo entre las capas.

Las partículas pueden tener una estructura de núcleo revestido en donde el núcleo se produce de una composición diferente de la composición del revestimiento. Las composiciones adecuadas para el núcleo de partícula incluyen polímeros, tales como poliestireno, poliuretano, polímeros acrílicos, polímeros alquídicos, poliéster, polímeros que contienen siloxano, polisulfuros, polímeros que contienen epoxia, o polímeros derivados de polímeros que contienen epoxia, así como materiales inorgánicos, tales como óxidos de metal (e.g., alúmina, sílice o dióxido de titanio) o semiconductores (e.g., seleniuro de cadmio). Las composiciones adecuadas para el revestimiento incluyen polímeros orgánicos (e.g., poliestireno, poliuretano, polímeros acrílicos, polímeros alquídicos, poliéster, polímeros que contienen siloxano, polisulfuros , polímeros que contienen epoxia o polímeros derivados de polímeros que contienen epoxia) , con la composición del revestimiento de partícula difiriendo del material de matriz para un arreglo particular de las partículas con núcleo revestido. El material de revestimiento puede ser no formador película (e.g., curado o reticulado) , lo que significa que el material de revestimiento permanece en su posición rodeando el núcleo de partícula sin formar una película del material de revestimiento de manera que las partículas con núcleo revestido permanezcan como partículas separadas dentro de la matriz polimérica. Como tal, el miembro representado en imagen puede incluir al menos tres regiones generales: la matriz, el revestimiento de partícula y el núcleo de partícula. Alternativamente, la composición de recubrimiento puede ser formadora de película, por medio de lo cual la composición de recubrimiento forma una película alrededor de los núcleos. La composición de núcleo y la composición de recubrimiento tienen diferentes índices de refracción. Además, puede variar el índice refractivo del revestimiento como una función del grosor del revestimiento en la forma de un gradiente o índice refractivo a través del grosor del revestimiento. El gradiente del índice refractivo puede ser el resultado de un gradiente en la composición del revestimiento a través del grosor del revestimiento. Para partículas que son en general esféricas, el diámetro del núcleo puede constituir de 85 hasta 95% del diámetro total de la partícula o 90% del diámetro total de la partícula con el revestimiento constituyendo el resto del diámetro de la partícula y teniendo una dimensión de grosor radial. Alternativamente, las partículas pueden tener una estructura en general unitaria. Como se utiliza en la presente, "estructura unitaria" se refiere a una característica de las partículas, teniendo cada una, una estructura generalmente uniforme sin estructuras componentes, aunque la composición de la misma puede variar a través de las partículas unitarias, tal como puede ocurrir en la difusión del solvente o matriz en la misma.

Los núcleos de partícula pueden producirse a través de la polimerización por emulsión de los monómeros precursores en la presencia de un surfactante, produciendo una dispersión de los núcleos. Los surfactantes adecuados para la dispersión de partículas poliméricas orgánicas incluyen pero no se limitan a, estireno sulfonato de sodio, l-alquiloxi-2-hidroxipropil sulfonato de sodio ( comercialmente disponible como Sipomer COPS-I de Rhodia Corporation) , propil sulfonato de acrilamida y alil sulfonato de sodio. Los surfactantes particularmente útiles son los que son mínimamente solubles en el fluido de dispersión (e.g., agua) de la dispersión de partícula. Los monómeros de revestimiento se agregan a la dispersión de partícula de núcleo junto con un surfactante (como se describe arriba) de tal manera que los monómeros de revestimiento se polimerizan sobre las partículas de núcleo. Las partículas de núcleo revestido se purifican a partir de la dispersión mediante técnicas tales como ultrafiltración, diálisis, o intercambio iónico para retirar materiales no deseados tales como monómero sin reaccionar, polímeros pequeños, agua, iniciador, surfactante, sal no unida, y grava (partículas aglomeradas) para producir una monodíspersión de partículas de núcleo revestido cargadas. La ultrafiltración es particularmente adecuada para purificar partículas cargadas. Cuando las partículas se encuentran en dispersión con otros materiales, tales como sales o sub-productos, pueden mitigarse las fuerzas de repulsión de las partículas cargadas; por lo tanto, la dispersión de partículas se purifica para contener esencialmente solo las partículas cargadas, las cuales después se repelen rápidamente entre sí y forman un arreglo periódico ordenado sobre un sustrato como se describe abajo.

Las partículas estructuradas unitarias pueden producirse al dispersar los monómeros con iniciadores en solución para producir partículas unitarias como se describe arriba con respecto a la preparación de los núcleos de las partículas con núcleo revestido. Se purifica una dispersión de las partículas unitarias como se describe arriba para producir una dispersión de solo las partículas unitarias cargadas, la cual forma entonces un arreglo ordenado sobre un sustrato como se describe abajo.

Al retirar el exceso de materia prima, subproductos, solvente y lo similar, la repulsión electrostática de las partículas cargadas hace que las partículas se auto-ensamblen en un arreglo periódico ordenado. La dispersión purificada de partículas se aplica a un sustrato y se seca. La dispersión de las partículas aplicada al sustrato puede contener 10-70% por volumen de las partículas cargadas o 30-65% por volumen de las partículas cargadas. La dispersión puede aplicarse al sustrato por inmersión, aspersión, con brocha, laminación, revestimiento de cortina, revestimiento de flujo, revestimiento por extrusión o al imprimir a través de impresión xerográfica, impresión con chorro de tinta, impresión flexográfica, serigrafía, impresión de huecograbado o rotograbado a un grosor deseado. El revestimiento en húmedo puede tener un grosor de 4-50 mieras, tal como 20 mieras. Al secar, el material contiene esencialmente solo las partículas que se han ¡ auto-ensamblado en un arreglo periódico ordenado.

De acuerdo con la presente invención, en general, la impresión de una composición de formación de imágenes sobre el arreglo periódico ordenado en la configuración de una imagen modifica las propiedades ópticas del miembro impreso en la porción impresa al incrementar el espaciamiento inter-part ículas y/o cambiar la diferencia del índice de refracción entre las partículas y la matriz. Como resultado, cambia la longitud de onda de difracción del arreglo periódico ordenado de las partículas y mediante esto cambia la intensidad de radiación reflejada al imprimir la composición de formación de imágenes de* manera que la imagen sea detectable en la porción impresa teniendo una diferente longitud de onda de difracción y/o intensidad de radiación reflejada.

En una primera modalidad de la presente invención, la composición de formación de imágenes es Una composición de matriz curable que comprende monómeros (los cuales pueden incluir componentes pre-poliméricos) para producir una matriz polimérica. La matriz puede ser un polímero orgánico tal como un polímero acrílico, poliestireno, poliuretano, polímero alquídico, poliéster, polímero que contiene siloxano, polisulfuro, polímero que contiene epoxia, y/o polímero derivado de un polímero que contiene epoxia. La composición de formación de imágenes incluye componentes monoméricos (incluyendo precursores poliméricos ) , de la matriz que pueden dispersarse o disolverse en un solvente. La composición de formación de imágenes que contiene monómeros se imprime sobre el arreglo periódico ordenado de partículas en la configuración de una imagen. Los monómeros llenan los vacíos intersticiales entre las partículas en el arreglo en la ubicación de la impresión (la porción impresa), los cuales pueden instar a las partículas en la porción impresa a separarse entre sí y cambiar la distancia inter-partícula, cambiando mediante esto las condiciones Bragg y la longitud de onda de difracción resultantes. Los monómeros también pueden difundirse en las partículas, dilatando mediante esto las partículas e incrementando además la distancia inter-partícula. La composición de formación de imágenes también cambia la diferencia del índice refractivo entre los planos alternos en la porción impresa, cambiando mediante esto el contraste del índice refractivo y la intensidad de la radiación reflejada en la porción impresa.

Puede mejorarse la difusión de los monómeros en las partículas al calentar el arreglo para incrementar la tasa de difusión de los materiales a partir de la composición de formación de imágenes en las partículas. La composición de formación de imágenes puede incluir también un solvente para mejorar la tasa y/o la concentración de los monómeros que se difunden en las partículas.

Teniendo el arreglo impreso una imagen impresa en el mismo, se recubre con una composición de recubrimiento transparente curable similar a la composición descrita en la Patente de E. U. No. 6,894,086 (incorporada en la presente mediante la referencia) para interpretar el arreglo de partículas con la composición de recubrimiento transparente curable, que se cura entonces. Por revestimiento, se entiende que la composición de matriz curable cubre al menos sustancialmente la totalidad del arreglo y al menos llena en parte los espacios intersticiales entre las partículas. La composición de recubrimiento transparente curable puede aplicarse por aspersión, con brocha, laminación, revestimiento por huecograbado, revestimiento de cortina, revestimiento de flujo, revestimiento por extrusión, impresión xerográfica, impresión con chorro de tinta, impresión flexográfica, serigrafía, impresión de huecograbado o rotograbado o lo similar. El arreglo revestido se somete a curado, tal como mediante radiación UV, para polimerizar los monómeros de la composición de formación de imágenes así como la composición de recubrimiento transparente.

Alternativamente, el curado de la composición de formación de imágenes y la composición de recubrimiento transparente pueden conducirse en etapas separadas. El miembro resultante representado en imagen incluye una porción impresa que recibe la composición de formación de imágenes y una porción de fondo que no recibe la composición de formación de imágenes. La porción impresa del miembro representado en imagen difracta la radiación en una banda de longitud de onda diferente de la porción de fondo y a una intensidad diferente de reflexión que la de la porción de fondo. Por una banda de longitud de onda diferente o longitud de onda diferente, se entiende que existe una diferencia discernible en la longitud de onda o banda de longitudes de onda difractadas por las dos porciones del miembro representado en imagen. La diferencia en la longitud de onda de difracción puede ser visible a simple vista o puede ser detectable mediante un dispositivo óptico, tal como un espectrofotómetro o lo similar. Puede utilizarse el miembro representado en imagen en lugar del sustrato o puede retirarse del mismo como una película de auto-soporte para utilizar otro soporte.

En una segunda modalidad, se imprime un arreglo periódico ordenado de partículas con una composición de formación de imágenes para modificar el espaciamiento inter-partículas y/o el índice refractivo de la porción impresa como se describe arriba y se cura antes de aplicar cualquier revestimiento subsecuente a fin de fijar la porción impresa del arreglo. El arreglo impreso curado se sobre-reviste entonces con una composición de coalescencia que fusiona las partículas en la porción de fondo, haciendo que la porción de fondo se vuelva sustancialmente incolora. Las composiciones de coalescencia adecuadas incluyen solventes orgánicos o monómeros de bajo peso molecular. Por sustancialmente incolora, se entiende que la porción de fondo no exhibe color que sea discernible a simple vista, pero puede parecer transparente, semi-transparente u opaca dependiendo del grado de coalescencia. Puede utilizarse el arreglo impreso- con la porción de fondo fusionada como un miembro representado en imagen tal como es o puede: sobre-revestirse con una composición de recubrimiento transparente como se describe arriba. Puede utilizarse el miembro representado en imagen en lugar del sustrato o puede retirarse del mismo como una película de auto-soporte para utilizarse sobre otro soporte.

Alternativamente, en lugar de coalescer la porción de fondo, puede tratarse el arreglo impreso curado a fin de distribuir y/o retirar las partículas en la porción de fondo para evitar que la porción de fondo difracte radiación. Puede distribuirse un arreglo periódico ordenado de partículas que no se cura mediante diversas técnicas que incluyen por ejemplo, al aplicar un solvente al arreglo que disuelve al menos parcialmente las partículas o por disrupción mecánica de las partículas. Las partículas distribuidas pueden retirarse del arreglo impreso curado, de tal manera que solo permanece intacta la porción representada en imagen del arreglo. El arreglo impreso curado con la porción de fondo retirada (o perturbada) puede utilizarse como un miembro representado en imagen tal como es o puede sobre-revestirse con una composición de recubrimiento transparente como se describe antes. Puede utilizarse el miembro representado en imagen en lugar del sustrato o puede retirarse del mismo como una película de auto-soporte para utilizarse sobre otro soporte .

En una tercera modalidad, un arreglo periódico ordenado de partículas se reviste primero con una composición de matriz curable que tiene monómeros que son adecuados para la difusión en las partículas. La composición de matriz curable puede revestirse sobre el arreglo en cualquier forma que no desorganice el arreglo, tal como por aspersión, laminación, revestimiento de cortina, revestimiento de flujo, revestimiento por extrusión, impresión xerográfica, impresión con chorro de tinta, impresión flexográfica, serigrafia, impresión de huecograbado o rotograbado o lo similar. La composición de matriz curable puede o no curarse. Los componentes de la composición de matriz curable pueden seleccionarse para no ser difusibles en las partículas sin tratamiento adicional. Teniendo el arreglo la composición de matriz curable, se imprime con una composición de formación de imágenes que dilata las partículas (e.g., el solvente o monómeros) , permitiendo mediante esto la difusión de los monómeros en la porción impresa del arreglo e incrementando el espaciamiento inter-partículas y el contraste del índice refractivo de la porción impresa. El arreglo impreso se cura, fijando así el espaciamiento inter-partículas en la porción impresa así como fijando las partículas dentro de las porciones impresas y de fondo dentro del material de matriz. Puede utilizarse el arreglo impreso como un miembro representado en imagen tal como es o puede sobre-revestirse con una composición de recubrimiento transparente como se describe arriba. Puede utilizarse el miembro representado en imagen en lugar del sustrato o puede retirarse del mismo como una película de auto-soporte para utilizarse en otro soporte.

En una cuarta modalidad de la invención, en lugar de ensamblar un arreglo de partículas en un sustrato que se imprime subsecuentemente, se imprime directamente una dispersión purificada de partículas similarmente cargadas sobre un sustrato en la configuración de una imagen. La dispersión impresa se seca de manera que las partículas se auto-ensamblen en un arreglo periódico ordenado que tenga la configuración de una imagen. Teniendo el sustrato una imagen impresa se reviste con una composición de matriz curable que incluye monómeros u otros materiales precursores poliméricos, como se describe arriba. La composición de matriz se cura para fijar la imagen impresa en una película de material de matriz curado. La película puede retirarse del sustrato como una forma de auto-soporte para la aplicación a otro soporte. Alternativamente, la película con imagen impresa puede producirse directamente sobre un soporte de uso final.

Al utilizar técnicas de impresión convencionales tales como impresión por chorro de tinta, puede producirse una imagen altamente detallada en el miembro representado en imagen para crear la adaptación masiva de imágenes. Debe apreciarse que las modalidades descritas en la presente pueden incluir un miembro representado en imagen que tenga más de una porción de imágenes. Por ejemplo, pueden imprimirse diferentes composiciones de formación de imágenes sobre un arreglo periódico ordenado de partículas y que tengan diferentes efectos sobre las porciones impresas respectivas. Una composición de formación de imágenes monomérica que se difunde fácilmente hacia las partículas puede utilizarse al imprimir una primera porción del arreglo, y puede utilizarse una composición de formación de imágenes monomérica que no se difunde tan fácilmente en las partículas, al imprimir una segunda porción del arreglo, ya sea al mismo tiempo o de manera secuencial. La dilatación de las partículas será mayor en la primera porción que en la segunda porción de manera que el miembro representado en imagen tenga dos porciones que difracten la radiación diferentemente entre sí. Alternativamente, puede imprimirse una segunda porción de un arreglo en un momento posterior al de una primera porción, de manera que difiera la cantidad de dilatación de las partículas entre las porciones primera y segunda, creando mediante esto diferentes propiedades de difracción. De esta manera puede crearse una imagen multicolor en un miembro representado en imágenes. Al controlar la dilatación de las partículas, puede producirse una imagen roja, una imagen azul y una imagen verde en el miembro representado en imagen. En el curado, es visible una imagen a todo color en el miembro de múltiples imágenes. Una imagen multi-color como se describe en la presente no se limita a imágenes rojas, azules y verdes para crear una imagen a todo color. Las imágenes de multi-color pueden utilizarse con imágenes de dos colores (dos tonos) o imágenes de más de tres colores. De igual modo, las imágenes pueden ser la positiva de una imagen o la negativa de una imagen. También es posible estratificar imágenes de diferentes colores para crear imágenes a todo color o imágenes que se muevan desde invisibles hasta visibles cuando cambia el ángulo de observación del elemento.

Los miembros representados en imagen de la presente invención pueden proporcionarse sobre una película de soporte o pueden retirarse de una película de soporte y triturarse en planchetas con imágenes individualmente representadas (grandes hojuelas con dimensiones planas , en el orden de 1-10 mm) u hojuelas más pequeñas. Alternativamente, los miembros representados en imagen pueden producirse directamente sobre un articulo, en donde la superficie del articulo funciona como un sustrato sobre el cual se reproduce el miembro representado en imagen.

Los miembros representados en imagen producidos de acuerdo con la presente invención también pueden aplicarse a un articulo u otra estructura física mediante una variedad de técnicas, tal como al utilizar adhesivos para unir una película que tiene un miembro representado en imagen en un artículo (como una calcomanía o lo similar) o mediante estampación en caliente de una película que tiene un miembro representado en imagen o que suministra !un miembro representado en imagen a un artículo. Los miembros representados en imagen pueden incorporarse en artículos tejidos (tales como las monedas) mediante hilos tejidos que contienen los miembros representados en imagen en el material tejido. Alternativamente, los miembros representados en imagen pueden mezclar en el material para producir el artículo (tal como un material resinoso o material tipo pulpa) . El artículo puede moldearse (incluyendo moldeo por inyección) o extruirse (incluyendo extrusión por fusión en caliente) , por medio de lo cual el miembro representado en imagen se co-extruye con el material que forma el artículo. Los miembros representados en imagen de la presente invención también pueden proporcionarse o incorporarse en fundas termo-encogibles para envolverse alrededor de los artículos.

Los miembros representados en imagen producidos de acuerdo con la invención que tienen una imagen pueden utilizarse en dispositivos marcadores, incluyendo documentos de valor, artículos de fabricación y su embalaje, y documentos credenciales. Al utilizar técnicas de impresión para producir los miembros representados en imagen, las imágenes pueden adaptarse rápidamente tal como para crear credenciales y lo similar que requieren imágenes personalizadas (tales como la cara de la persona) que no se copian fácilmente. Ejemplos de credenciales que pueden tener las imágenes producidas de acuerdo con la presente invención incluyen licencias para conducir, credenciales de identificación (del gobierno, de empresas y de centros educativos), pasaportes, visas, certificados de matrimonio, brazaletes de hospitales y diplomas. Ejemplos de documentos de valor incluyen moneda, tarjetas de crédito, certificados de cumplimiento, artículos de colección y tarjetas comerciales, escrituras, títulos o registros (e.g., automotrices), calcomanías de cumplimiento, boletos (e.g., de viaje, eventos o estacionamiento), timbres fiscales, monedas, timbres postales, cheques y giros postales, papelería, billetes de lotería, fichas y/o monedas, artículos controlados (e.g., evidencia), tarjetas de acceso, llaves, artículos de localización y seguimiento y como una parte de los códigos de barras. Los artículos de fabricación o embalaje de artículos de fabricación pueden incluir partes de aeronaves, partes automotrices tales como números de identificación de los vehículos, productos farmacéuticos y productos para el cuidado personal, medios grabados, ropa y calzado, dispositivos electrónicos, baterías, dispositivos oftálmicos, alcohol, artículos comestibles, tintas para impresión y consumibles de impresión, implementos de escritura, artículos de lujo tales como equipaje y bolsas de mano, artículos deportivos, software y embalaje de software, sellos de seguridad, obras de arte (incluyendo obras de arte originales) , materiales para la construcción, pertrechos, juguetes, combustible, equipo industrial, materiales biológicos y bienes de subsistencia, joyas, libros, antigüedades, artículos de seguridad (e.g., extinguidotes de fuego y dispositivos de filtración) , alfombras y otros muebles, productos químicos, dispositivos médicos, pinturas y recubrimientos, y ventanas y paneles transparentes. Estos ejemplos no deben entenderse como limitación y son solo una muestra de los dispositivos que pueden tener una imagen de acuerdo con la presente invención. Estos usos ejemplares de una imagen no deben entenderse como limitación.

EJEMPLOS Ejemplo 1: Arreglo de Partículas con Revestimiento de Núcleo Se preparó una dispersión de núcleo de poliestireno-divinilbenceno/partículas de revestimiento de estireno-metilmetacrilato-etilenglicol dimetacrilato-divinilbenceno en agua a través del siguiente procedimiento .

Se mezcló bicarbonato de sodio (4.9 g) de Aldrich Chemical Company, Inc., con 4090 g de agua desionizada y se agregó a una caldera de reacción de 12 litros equipada con un termopar, manta de calefacción, agitador, condensador de reflujo y entrada de nitrógeno. La mezcla se roció con nitrógeno durante 43 minutos con agitación y después se cubrió con nitrógeno. Se agregó aerosol MA80-I (46.8 g , en 410 g de agua desionizada) de Cytec Industries, Inc., a la mezcla con agitación seguida por un enjuague de 48 g 1 de agua desionizada. La mezcla se calentó a aproximadamente 50 °C utilizando una manta de calefacción. Se agregó con agitación monómero de estireno (832.8 g) , disponible de Aldrich Chemical Company, Inc. La mezcla se calentó a 60°C. Se agregó a la mezcla con agitación, persulfato de sodio de Aldrich Chemical Company, Inc. (12.5 g en 144 g >de agua desionizada) . La temperatura de la mezcla se mantuvo constante durante 40 minutos. Bajo agitación, se agregó a la mezcla, divinilbenceno (205.4 g) de Aldrich Chemical Company, Inc., y la temperatura se mantuvo a aproximadamente 60 °C durante 2.3 horas. Se agregó a la mezcla con agitación, Brij 35 (polioxietileno (23) lauril éter) de Aldrich Chemical Company, Inc., (5.0 g en 100 g de agua desionizada) . Después, se agregó a la mezcla con agitación, persulfato de sodio de Aldrich Chemical Company, Inc., (9.1 g en 900 g de agua desionizada). Se agregó a la mezcla de reacción con agitación, una mezcla de estireno (200 g) , metil metacrilato (478.8 g) , dimetacrilato de etilenglicol (48 g) y divinilbenceno (30.2 g) , , todos disponibles de Aldrich Chemical Company, Inc. Se agregó a la mezcla de reacción con agitación, Sipomer COPS-I (82.7 g de ácido 3-Aliloxi-2-hidroxi-l-propanosulfónico) de Rhodia, Inc. Cranbury, NJ., y seguido por una carga de agua desionizada (100 g) . La temperatura de la mezcla se mantuvo a 60 °C durante aproximadamente 4.0 horas.

La dispersión polimérica resultante se filtró a través de una bolsa de filtro de cinco mieras., La dispersión polimérica se ultra-filtró utilizando , un alojamiento de ultra-filtración de 4 pulgadas con una membrana de fluoruro de polivinilideno de 2.41 pulgadas, ambos de PTI Advanced Filtration, Inc., Oxnard, CA y se bombearon utilizando una bomba peristáltica a una tasa de flujo de aproximadamente 170 mi por segundo. Se , agregó agua desionizada (2985 g) a la dispersión después de haber retirado 3000 g de ultra-filtrado. Este intercambio se repitió varias veces hasta que se reemplazaron 11349 g de ultra-filtrado con 11348 g de agua desionizada. Se . retiró entonces el ultra-filtrado adicional hasta que el contenido de sólidos de la mezcla fue de 44.8 por ciento por peso.

El material se aplicó a través de un revestidor de extrusión de Frontier Industrial Technology, Inc. , Towanda, PA a un sustrato de tereftalato de polietileno (PET) de 2 milipulgadas de grosor y se secó a 180°F (82°C) durante 40 segundos a un grosor en seco de aproximadamente 7 mieras. La luz difractada del material resultante, a 518 nm se midió con un espectrofotómetro Cary 500 de Varían, Inc.

Ejemplo 2: Matriz de Acrilico Curable Se preparó una composición orgánica curable con radiación ultravioleta a través del siguiente procedimiento. Se mezcló 50/50 de, óxido de difenil (2 , 4 , 6-trimetilbenzoil ) fosfina/2-hidroxi-2-metil-propiofenona (0.15 g) de Aldrich Chemical Company, Inc., Milwaukee, I, se agregó con agitación a 5.0 g de diacrilato de glicol de polietileno (600) de Sartomer Company, Inc., Exton, PA.

Ejemplo 3: Matriz Acrilica Curable Se preparó una composición orgánica curable con radiación ultravioleta a través del siguiente procedimiento. Se mezcló 50/50 de, óxido de difenil (2,4, 6-trimetilbenzoil ) fosfina/2-hidroxi-2-metil-propiofenona (0.15 g) de Aldrich Chemical Company, Inc., Milwaukee, WI, se agregó con agitación a 5 g de diacrilato de neopentil glicol propoxilado (2) de Sartomer Company, Inc., Exton, PA.

Ejemplo 4: Arreglo Fijo La composición de recubrimiento curable con UV que se preparó en el Ejemplo 2 se depositó a las partículas del Ejemplo 1. Se colocó entonces una pieza de la película PET de 2 milipulgadas de grosor en la composición de recubrimiento depositada del Ejemplo 2 de manera que el arreglo del Ejemplo 1 se cubriera completamente. Se utilizó un rodillo en el lado superior del sustrato de PET para difundir y forzar a la composición de recubrimiento del Ejemplo 2 hacia los espacios intersticiales del arreglo del Ejemplo 1. La muestra se calentó a 250°F (121°C) hasta que se observó un cambio de color y después se curó con radiación ultravioleta utilizando una lámpara de mercurio de 100 W. Se separaron entonces las dos capas de PET. Esto dio como resultado una película que tuvo un color verde cuando se observó perpendicular o a 0 grados del observador y de color azul cuando se observó a 45 grados o más del observador.

Ejemplo 5: Impresión de un Arreglo de Partículas con Núcleo Reves ido La composición de recubrimiento curable con UV preparada en el Ejemplo 3 se inyectó con una jeringa en un cartucho de inyección de tinta piezoeléctrico. El cartucho de inyección de tinta se colocó entonces en un sistema de impresión (un Sistema de Impresión de Materiales, FujifilmDimatix™ modelo #DMP-2800, Santa Clara, CA) . Se cargó una imagen que consiste de un logo, texto y portarretrato de una persona en una formato bitmap de 1 bit en el software del sistema impreso. El sistema de impresión deposita cantidades en picolitros de la composición del Ejemplo 3 hacia los espacios intersticiales del sustrato descrito en el Ejemplo 1 para crear una imagen. Se colocó en la imagen depositada una pieza de película de PET de 2 milipulgadas de grosor. La muestra se calentó a 250°F (121°C) hasta que se observó un cambio de color y después se curó con luz ultravioleta utilizando una lámpara de mercurio de 100 W. Se separaron entonces las dos capas de PET, produciendo una película con imagen. La imagen tuvo un color verde y con fondo azul cuando se observa perpendicular o a 0 grados del observador y un color azul y fondo incoloro cunado se observa a 45 grados o más del observador.

La composición de recubrimiento curable con UV preparada en el Ejemplo 3, se depositó sobre la imagen curada. Se colocó entonces "una pieza de película de PET de 2 milipulgadas de grosor sobre la composición depositada del Ejemplo 3 de manera que el material se cubra completamente. Se utilizó un rodillo en el lado superior del sustrato de PET para difusión y se dejó que el material del Ejemplo 3 penetrara en la película. La muestra se curó entonces con radiación ultravioleta utilizando una lámpara de mercurio de 100 W. Se separaron entonces las dos capas de PET. La imagen tuvo un color verde más intenso y fondo azul cuando se observó perpendicular o a 0 grados del observador y color azul y fondo incoloro cuando se observó a 45 grados o más del observador.

Ejemplo 6: Impresión sobre un Arreglo de Partículas con Núcleo Revestido Fijo La composición de recubrimiento curable con UV preparada en el Ejemplo 3 se inyectó con una jeringa en un cartucho de inyección de tinta piezoeléctrico, el cual se colocó entonces en el sistema de impresión con un formato bitmap de 1 bit como se utilizó en el Ejemplo 5. El sistema de impresión deposita cantidades en picolitros de material del Ejemplo 3 para penetrar el sustrato descrito en el Ejemplo 4 y crear una imagen. Se colocó entonces una pieza de película de PET de 2 milipulgadas de grosor sobre la imagen depositada. La muestra se calentó a 250°F (121°C) hasta que se observó un cambio de color y después se curó con radiación ultravioleta utilizando una lámpara de mercurio de 100 W. Se separaron entonces las dos capas de PET.

La imagen resultante en la película tuvo un color verde y fondo azul cuando se observó perpendicular o a 0 grados del observador y color azul y fondo incoloro cuando se observó a 45 grados o más del observador.

La composición de recubrimiento curable con UV preparada en el Ejemplo 3, se depositó en la película con imagen. Se colocó entonces una pieza de película de PET de 2 milipulgadas de grosor sobre el material depositado del Ejemplo 3 de manera que el material se cubriera completamente. Se utilizó un rodillo en el lado superior del sustrato de PET para difusión y se dejó que el material del Ejemplo 3 penetrara la película. La muestra se curó entonces con radiación ultravioleta utilizando una lámpara de mercurio de 100 . Se separaron entonces las dos capas de PET . La imagen tuvo un color verde más intenso y fondo azul cuando se observó perpendicular o a 0 grados del observador y color azul y fondo incoloro cuando se observó a 45 grados o más del observador.

Se apreciará fácilmente por los expertos en la materia que pueden hacerse modificaciones a la invención sin apartarse de los conceptos descritos en la descripción anterior. Tales modificaciones son para considerarse incluidas dentro de las siguientes reivindicaciones, a menos que las reivindicaciones por su propio lenguaje, "lo establezcan expresamente de otro modo. Por consiguiente, las modalidades particulares descritas en detalle en la presente son solo ilustrativas y no limitantes del alcance de la invención, la cual da una amplitud completa de las reivindicaciones enmendadas y cualquiera de todos los equivalentes de las mismas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un método para imprimir una imagen que difracta radiación que comprende: ensamblar un arreglo periódico ordenado de partículas sobre un sustrato, en donde el arreglo de partículas difracta radiación en una banda de longitud de onda dependiente del ángulo de observación; imprimir una composición de formación de imágenes sobre una porción del arreglo en una configuración de una imagen; cambiar la banda de longitud de onda de la radiación difractada y/o cambiar el índice refractivo por la porción impresa del arreglo a fin de que la porción impresa difracte radiación a una diferente banda de longitud de onda e intensidad reflectiva de la porción restante del arreglo; y fijar la porción impresa del arreglo, de tal manera que la porción impresa del arreglo difracte radiación y exhiba la imagen.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la composición de formación de imágenes cambia la dimensión y el índice refractivo de las partículas en la porción impresa del arreglo, cambiando así la banda de longitud de onda difractada por la porción impresa del arreglo.

3. El método de la reivindicación 2, en donde la composición de formación de imágenes comprende monómeros que cambian la dimensión y el índice refractivo de las partículas en la porción impresa del arreglo.

4. El método de la reivindicación 3, en donde la composición de formación de imágenes comprende además un solvente que cambia la dimensión, de las partículas.

5. El método de la reivindicación 2, en donde las partículas tienen una estructura de núcleo revestido y la composición de formación de imágenes cambia la dimensión y el índice refractivo de los revestimientos de partícula.

6. El método de la reivindicación 2, que comprende además calentar el arreglo para mejorar el cambio de la dimensión de las partículas mediante la composición de formación de imágenes.

7. El método de la reivindicación 2, que comprende además revestir el arreglo con una composición de recubrimiento .

8. El método de la reivindicación 7, en donde la composición de recubrimiento es curable, comprendiendo además dicho método curar la composición de recubrimiento para producir una película que exhiba la imagen en la porción impresa y un fondo en la porción restante.

9. El método de la reivindicación 7, en donde la composición de recubrimiento fusiona las partículas en el arreglo que se encuentran en la porción impresa para producir una película que exhiba la imagen en la porción impresa y estando la porción restante sustancialmente sin color .

10. El método de la reivindicación 2, que comprende además retirar la porción restante del arreglo.

11. El método de la reivindicación 1, que comprende además revestir el arreglo con una composición de recubrimiento antes de imprimirla con la composición de formación de imágenes.

12. El método de la reivindicación 11, en donde la etapa de fijación comprende fijar la porción impresa, la porción restante y la composición de recubrimiento.

13. El método de la reivindicación 1, en donde la etapa de impresión comprende suministrar la composición de formación de imágenes a través de una impresora.

14. El método de la reivindicación 1, en donde la etapa de impresión comprende suministrar la composición de formación de imágenes a través de una impresión xerográfica, impresión por chorro de tinta, impresión flexográfica, serigrafia, huecograbado o rotograbado.

15. Un método para producir una imagen que difracta radiación que comprende: imprimir una dispersión de partículas sobre un sustrato en una configuración de una imagen, en donde las partículas se auto-ensamblan en un arreglo periódico ordenado dentro de la imagen; y revestir las partículas con una composición de recubrimiento para fijar el arreglo periódico ordenado de partículas dentro de la imagen, de tal manera que la imagen difracte radiación a una banda de longitud de onda detectable .

16. El método de la reivindicación 15, que comprende además imprimir una segunda dispersión de partículas sobre el sustrato en una configuración de una i ? ¦ segunda imagen, en donde la segunda imagen difracta radiación en una segunda banda de longitud de onda detectable .

17. El método de la reivindicación 15, que comprende además imprimir una composición de formación de imágenes sobre una porción del arreglo de partículas ·. en la imagen, en donde la composición de formación de imágenes cambia la difracción de longitud de onda de la porción del arreglo en la imagen impresa con la composición de formación de imágenes, de manera que la porción del arreglo en la imagen impresa con la composición de formación de imágenes difracte la radiación a una diferente longitud de onda del resto de la imagen.

18. El método de la reivindicación 15, en donde las partículas tienen una estructura de núcleo revestido y la composición de formación de imágenes cambia la dimensión del revestimiento de partícula.

19. El método de la reivindicación 15, en donde la etapa de impresión comprende suministrar la dispersión de partículas sobre el sustrato a través de una impresora.

20. El método de la reivindicación 15, en donde la etapa de impresión comprende impresión xerográfica, impresión por chorro de tinta, impresión flexográfica, serigrafía, huecograbado o rotograbado.