RU2650138C2 - Colorless sol-gel ink for ink-jet printing iridescent holographic images and method for producing thereof - Google Patents

Colorless sol-gel ink for ink-jet printing iridescent holographic images and method for producing thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2650138C2
RU2650138C2 RU2016105505A RU2016105505A RU2650138C2 RU 2650138 C2 RU2650138 C2 RU 2650138C2 RU 2016105505 A RU2016105505 A RU 2016105505A RU 2016105505 A RU2016105505 A RU 2016105505A RU 2650138 C2 RU2650138 C2 RU 2650138C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sol
titanium dioxide
ink
nanocrystalline
gel
Prior art date
Application number
RU2016105505A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016105505A (en
Inventor
Александр Валентинович Виноградов
Владимир Валентинович Виноградов
Александр Вячеславович Яковлев
Валентин Андреевич Миличко
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО)
Priority to RU2016105505A priority Critical patent/RU2650138C2/en
Publication of RU2016105505A publication Critical patent/RU2016105505A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2650138C2 publication Critical patent/RU2650138C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047Titanium dioxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/30Inkjet printing inks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/50Sympathetic, colour changing or similar inks

Abstract

FIELD: polygraphic industry.
SUBSTANCE: invention relates to sol-gel ink for ink-jet printing of iridescent holographic images on holographic paper or on a micro-embossed surface. Sol-gel ink comprises a nanocrystalline titanium dioxide sol of an anatase phase with an amorphous phase content of not more than 5 wt% in water and 60-70 wt% of ethyl alcohol. Solid content of said titanium dioxide sol in the ink is 1-5 wt%. Sol-gel ink has a surface tension of at least 25 mN/m, not more than 50 mN/m and a viscosity of not less than 2.1 mPa⋅s, not more than 20 mPa⋅s. Sol-gel ink is produced in two stages. At the first stage, the nanocrystalline titanium dioxide sol is obtained in water using a solution of titanium isopropoxide and 2-propanol, crystal formation and protonation. At the second stage, the sol-gel ink in the form of a nanocrystalline titanium dioxide sol in a solution of ethyl alcohol in water with the viscosity and surface tension required for ink-jet printing is produced from the nanocrystalline titanium dioxide sol in water.
EFFECT: invention provides a non-toxic ink based on chemically inert and environmentally safe titanium dioxide and environmentally acceptable ethyl alcohol and the possibility of a technologically simple and quick (no more than 5 minutes) ink-jet printing by conventional ink-jet printers unique and individual color iridescent holographic images on micro-embossed or holographic paper.
5 cl, 8 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению седиментационно-устойчивого золя кристаллических наночастиц диоксида титана преимущественно в фазе анатаза, используемого в качестве бесцветных золь-гель чернил для струйной печати цветных радужных голографических изображений, позволяющей получать методом струйной печати печатные изделия с цветными радужными голографическими изображениями, образованными, по крайней мере, одним прозрачным в видимой области спектра рефрактивным слоем ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с толщиной от 30 нм до 1 мкм, с показателем преломления более 1,7 и изменяющейся цветовой окраской в зависимости от толщины рефрактивного слоя ксерогеля.The invention relates to inorganic chemistry, in particular to the production of a sedimentation-stable sol of crystalline titanium dioxide nanoparticles, mainly in the anatase phase, used as colorless sol-gel ink for inkjet printing of color rainbow holographic images, which allows to print using inkjet printing products with color rainbow holographic images formed by at least one nanocrystalline xerogel refractory xerogel layer transparent in the visible region of the spectrum titanium dioxide having a thickness of 30 nm to 1 micron, with a refractive index of 1.7 and a color changing color depending on the thickness of the refractive layer xerogel.

Технология цветной печати бурно развивается и менее чем за 40 лет она преодолела путь от матричных принтеров с красящей лентой до 3D принтеров с печатью объемных цветных материалов, но при этом неизменным пока остается применение для окрашивания наборов чернил на основе красителей CMYK или RGB цветовой схемы, что неизбежно ограничивает и технологические возможности и цветопередачу. При этом чернила для струйной печати некоторых цветов экологически опасны, например, чернила желтого цвета обычно изготавливаются с применением токсичных соединений кадмия (Cd2+), в других случаях используются ионы хрома, ртути и свинца, а сами напечатанные обычными чернилами струйным методом цветные изображения выцветают от действия солнечных лучей, УФ излучения и высоких температур. Кроме этого высококачественные цветные изображения методом струйной печати, возможно, получать только на пористых подложках (обычно на специальных видах бумаги), которые после высыхания чернил обычно деформируются.Color printing technology is developing rapidly and in less than 40 years it has overcome the path from matrix printers with ink ribbon to 3D printers with the printing of bulk color materials, but the use for ink sets based on CMYK or RGB color schemes remains unchanged, which inevitably limits both technological capabilities and color reproduction. At the same time, ink for inkjet printing of some colors is environmentally hazardous, for example, yellow ink is usually made using toxic cadmium compounds (Cd 2+ ), in other cases, chromium, mercury and lead ions are used, and color images printed with ordinary inkjet method fade from the action of sunlight, UV radiation and high temperatures. In addition, it is possible to obtain high-quality color images using inkjet printing only on porous substrates (usually on special types of paper), which usually dry out after the ink dries.

В современных устройствах струйной печати используется несколько принципиально разных типов чернил [http://smart-t.ru/page.php?id=9]:Modern inkjet devices use several fundamentally different types of ink [http://smart-t.ru/page.php?id=9]:

- Чернила на водной основе (Water-based),- Water-based ink,

- Чернила на масляной основе,- Oil based ink,

- Чернила на основе растворителя (Solvent и EcoSolvent).- Solvent based inks (Solvent and EcoSolvent).

В чернилах на водной основе главным по объему компонентом является вода с незначительной долей глицерина и растворителя для получения требуемой для струйной печати вязкости и поверхностного натяжения чернил. В соответствии с природой содержащегося в них красящего агента чернила на водной основе разделяют на две основные группы: чернила на основе красителя (Dye) и пигментные (Pigment).In water-based inks, the main component by volume is water with a small proportion of glycerol and solvent to obtain the viscosity and surface tension of the ink required for inkjet printing. In accordance with the nature of the coloring agent contained in them, water-based inks are divided into two main groups: dye-based ink (Dye) and pigment (Pigment).

Чернила на основе красителя полностью растворены в жидкой среде, которой придают очень интенсивную окраску и обеспечивают максимальные оптические свойства за счет светопоглощения и равномерного распределения. Изображения, напечатанные чернилами на основе красителя, отличаются особой яркостью, но они в большинстве случаев достаточно легко смываются водой и не обладают высокой стойкостью к уф-излучению.The dye-based ink is completely dissolved in a liquid medium, which is given a very intense color and provides maximum optical properties due to light absorption and uniform distribution. Images printed with dye-based inks are particularly bright, but in most cases they are easily washed off with water and are not highly resistant to UV radiation.

Пигментные чернила представляют собой взвесь мелких частиц цветного неорганического пигмента. Они придают цвет также как и Dye чернила за счет поглощения света. Но так как пигмент не растворен в среде, часть света, попадающего на поверхность, им рассеивается. Этим объясняется пониженная по сравнению с чернилами, содержащими краситель, яркость. Пигментные чернила в значительно большей степени устойчивы к солнечным лучам и влаге. Иногда погружение отпечатка в воду (без механического воздействия на поверхность) не приводит к видимому размыванию изображения, а в комбинации с влагостойким носителем изображение без дополнительной защиты может использоваться на улице.Pigment ink is a suspension of small particles of colored inorganic pigment. They give color as well as Dye ink by absorbing light. But since the pigment is not dissolved in the medium, part of the light entering the surface is scattered by it. This explains the reduced brightness compared to dye-containing inks. Pigment inks are much more resistant to sunlight and moisture. Sometimes immersion of the print in water (without mechanical impact on the surface) does not lead to visible blurring of the image, and in combination with a moisture-resistant medium, the image can be used outdoors without additional protection.

Окрашивающим компонентом масляных чернил всегда является пигмент. Эти чернила обеспечивают очень высокое качество изображений и одновременно с этим устойчивость к негативному воздействию окружающей среды (воде и солнечным лучам) в течение достаточно продолжительного времени (около 1 года). Масляные чернила быстро высыхают, не имеют склонности к растеканию, что дает возможность получать отпечатки высокой четкости, контрастности и желаемой цветопередачи, они используется в устройствах с пьезоэлектрическими головками, но они не популярны из-за высокой цены и также как и как чернила на водной основе требуют носителей со специальным покрытием. Чернила на основе растворителя (Solvent) обычно содержат химически агрессивные и экологически опасные вещества, основу которых чаще всего составляет циклогексанон, а окрашивающим агентом всегда является пигмент. Такие чернила, не требуют обязательного использования материалов с покрытием (хотя специализированные материалы для сольвентной печати, несомненно, улучшают качество изображения).The coloring component of oil ink is always pigment. These inks provide very high image quality and at the same time resistance to the negative effects of the environment (water and sunlight) for a fairly long time (about 1 year). Oil inks dry quickly, do not have a tendency to spread, which makes it possible to obtain prints of high definition, contrast and the desired color rendition, they are used in devices with piezoelectric heads, but they are not popular because of the high price and also as well as water-based inks require media with a special coating. Solvent-based inks usually contain chemically aggressive and environmentally hazardous substances, most often based on cyclohexanone, and pigment is always the coloring agent. Such inks do not require the use of coated materials (although specialized solvent printing materials will undoubtedly improve image quality).

В отличие от изображений, выполненных водными и масляными чернилами, которые сохраняют свои качества не более года без защиты поверхности, неизменность «сольвентных» отпечатков наблюдается в течение 3-х лет, а иногда и более.Unlike images made with water and oil inks, which retain their qualities for no more than a year without surface protection, the invariance of “solvent” prints is observed for 3 years, and sometimes more.

Использование в экосольвентной печати менее вредных для человека и окружающей среды химических композиций, которые, тем не менее, обеспечивает надежную связь пигмента с поверхностью печатного носителя. Применение экосольвентных чернил позволило также снизить стоимость самих печатающих устройств за счет использования в них корпусов печатающих головок и элементов системы подачи чернил из менее дорогих материалов.The use in chemical solvent printing of less harmful chemical compositions for humans and the environment, which, nevertheless, provides a reliable connection of the pigment with the surface of the print medium. The use of eco-solvent ink has also reduced the cost of the printing devices themselves through the use of housings for the printheads and elements of the ink supply system from less expensive materials.

На смену стандартным сольвентным чернилам пришли менее опасные с экологической точки зрения, но не менее эффективные с точки зрения качества печати и устойчивости отпечатка при эксплуатации экосольвентные чернила, не содержащие опасных растворителей, но известные экосольвентные чернила обычно обладают пониженной устойчивостью к интенсивному абразивному воздействию.Standard solvent inks have been replaced by less environmentally hazardous, but no less effective in terms of print quality and print stability in use, eco-solvent inks that do not contain hazardous solvents, but well-known eco-solvent inks usually have a low resistance to intense abrasion.

Струйная печать требует тонкой настройки параметров вязкости и поверхностного натяжения чернил либо тонкой настройки принтера под определенный состав чернил. В большинстве случаев для этого используют такие добавки как глицерин для увеличения вязкости и ПАВ для уменьшения поверхностного натяжения, но это неизбежно уменьшает показатель преломления, в связи с увеличением объемной доли органической части в сухом остатке.Inkjet printing requires fine-tuning the viscosity and surface tension of the ink or fine-tuning the printer for a specific ink composition. In most cases, additives such as glycerin are used to increase the viscosity and surfactants to reduce surface tension, but this inevitably reduces the refractive index, due to an increase in the volume fraction of the organic part in the dry residue.

Известны чернила для струйного принтера и способ струйной печати с подавлением явления скручивания печатных материалов и стабильной эжекцией, включающие 62-77 мас. % воды, 10-18 мас. % красителя, 2,0-15 мас. % водорастворимых органических веществ, включающих X (%) водорастворимого органического вещества 1, и Y (%), водорастворимого органического вещества 2. Причем вязкость чернил составляет от 1 до 5 сП при 25°С, и содержание X (%) вещества 1 и содержание Y (%) вещества 2 удовлетворяет отношению формул (I) и формулы (II): (I) 0,15≤Y/X≤0,9; (II) 15 мас. % ≤X+Y≤32 мас. %. Соединение 1 является влагоудерживающим водорастворимым органическим соединением, имеющим разность между влагоудерживающей способностью в окружающей среде с температурой 23°С и влажностью 45% и влагоудерживающей способностью в окружающей среде с температурой 30°С и влажностью 80% в 36% или менее. Соединение 2 является водорастворимым органическим соединением, отличным от красителя и от водорастворимого органического соединения 1 [RU 2329288 C09D 11/00, B41J 2/01, В41М 5/00 Опубл. 20.07.2008,WO 2005/087879 (22.09.2005)].Known ink for an inkjet printer and an inkjet printing method with suppressing the phenomenon of twisting of printed materials and stable ejection, including 62-77 wt. % water, 10-18 wt. % dye, 2.0-15 wt. % water-soluble organic substances, including X (%) water-soluble organic matter 1, and Y (%), water-soluble organic matter 2. Moreover, the ink viscosity is from 1 to 5 cP at 25 ° C, and the content of X (%) of substance 1 and the content Y (%) of substance 2 satisfies the ratio of formulas (I) and formula (II): (I) 0.15≤Y / X≤0.9; (II) 15 wt. % ≤X + Y≤32 wt. % Compound 1 is a water-retaining water-soluble organic compound having a difference between a water-holding ability in an environment with a temperature of 23 ° C. and a humidity of 45% and a water-holding ability in an environment with a temperature of 30 ° C. and a humidity of 80% at 36% or less. Compound 2 is a water-soluble organic compound other than dye and water-soluble organic compound 1 [RU 2329288 C09D 11/00, B41J 2/01, B41M 5/00 Publ. July 20, 2008, WO 2005/087879 (September 22, 2005)].

Известны краска, устройство и способ струйной печати краской с вязкостью краски 100 мПа⋅с или менее на основе 50 до 80 мас. % органического растворителя, способного к испарению из отпечатанной краски. Краска включает отверждаемый УФ излучением материал, полимеризуемый по механизму свободнорадикальной полимеризации, фотоинициатор и диспергируемый краситель. Отверждаемый излучением материал содержит отверждаемый УФ-излучением олигомер, имеющий полиэфирную, уретановую или эпоксидную основную цепь, молекулярную массу от 500 до 4000 и вязкость от 0,5 до 20 Па⋅с при 60°С. Устройство для струйной печати указанной краской включает печатающий механизм, приспособление для испарения растворителя из отпечатанной краски и источник УФ излучения. Способ струйной печати с использованием указанной краски обеспечивает покрытия на подложках, в том числе на непористых поверхностях, с повышенной устойчивостью к растворителям и сухому трению [RU 2561095 C09D 11/00, C09D 11/10, B41J 2/00, B41J 11/00 Опубл. 20.08.2015, WO 2011/021052 2011.02.24].Known ink, device and method of inkjet printing with ink viscosity of 100 mPa⋅s or less based on 50 to 80 wt. % organic solvent capable of evaporation from printed ink. The paint includes a UV curable material polymerizable by the free radical polymerization mechanism, a photoinitiator and a dispersible colorant. The radiation curable material contains a UV curable oligomer having a polyester, urethane or epoxy backbone, a molecular weight of 500 to 4000 and a viscosity of 0.5 to 20 Pa · s at 60 ° C. The ink jet printing apparatus for said ink includes a printing mechanism, a device for evaporating the solvent from the ink, and a UV radiation source. The inkjet method using this ink provides coatings on substrates, including non-porous surfaces, with increased resistance to solvents and dry friction [RU 2561095 C09D 11/00, C09D 11/10, B41J 2/00, B41J 11/00 Publ. . 08/20/2015, WO 2011/021052 2011.02.24].

Известен способ получения композиции полисилоксана и органического титаната включающий силоксановый фотополимер содержащий титан, предназначенный для производства покрытия с высоким показателем преломления и устойчивого к истиранию для защиты изготовляемых из органических стекол очковых линз, который включает в качестве первого компонента фотополимера практически безводный гидролизат алкоксисилана, полученный путем гидролиза органосилана. В качестве второго компонента фотополимер содержит сложный эфир карбоновой кислоты титана, имеющего формулу (RCOO) нTiR '(4-n) (I), где N является целым числом от 1 до 4 включительно, R является числом атомов водорода или алкильных групп с 1-5 атомами углерода, и R 'представляет собой атом водорода, гидроксильную группу, или алкоксигруппу 1-5 С атомов. Реакция указанных первого и второго компонентов проводится до завершения образования указанного титан силоксанового фотополимера в отсутствии добавленной воды. После добавления воды и гидролиза гидролизуемых групп проходит дальнейшая полимеризация с получением стабильного водного золя, содержащего 20-30% по весу TiO2, относительно массы твердых материалов конечной композиции [US 5357024 C08G 77/58; C08G 79/00; C08K 5/09; C08L 83/04; C09D 183/04; C09D 183/14; 1994.10.18].A known method of obtaining a composition of polysiloxane and organic titanate comprising a siloxane photopolymer containing titanium, designed to produce a coating with a high refractive index and is resistant to abrasion to protect spectacle lenses made from organic glasses, which includes, as the first component of the photopolymer, anhydrous alkoxysilane hydrolyzate obtained by hydrolysis organosilane. As a second component, the photopolymer contains a titanium carboxylic acid ester having the formula (RCOO) nTiR '(4-n) (I), where N is an integer from 1 to 4 inclusive, R is the number of hydrogen atoms or alkyl groups with 1- 5 by carbon atoms, and R 'represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, or an alkoxy group of 1-5 C atoms. The reaction of these first and second components is carried out until the formation of the specified titanium siloxane photopolymer in the absence of added water. After adding water and hydrolysis of the hydrolyzable groups, further polymerization takes place to obtain a stable aqueous sol containing 20-30% by weight of TiO 2 relative to the weight of the solid materials of the final composition [US 5357024 C08G 77/58; C08G 79/00; C08K 5/09; C08L 83/04; C09D 183/04; C09D 183/14; 1994.10.18].

Известно напечатанное изделие, включающее подложку и изображение, напечатанное комбинацией цветов из шести чернил разного цвета. Каждый из цветов определен заданным соотношением чернил, имеющим полный тон заданного цвета и полутон заданного цвета. Каждое из шести чернил имеют величину объединенного цветового отличия dE полного тона L-C-H-a-b не более 2. Чернила объединены на изделии для получения цветов, отличных от шести цветов чернил. Каждое из шести чернил имеют величину объединенного цветового отличия dE полутона не более 3. Каждый из шести цветов содержит один или два пигмента. Способ печати изделия на аналоговом печатающем устройстве включает подготовку электронного файла данных заданного художественного изображения, включающего заданные цвета для соответствующих элементов художественного изображения. Выполняют пробную печать художественного изображения, печатая файл данных с помощью цифрового печатающего устройства. Параметры настройки печатающего устройства объединяют с электронным файлом художественного изображения. Обеспечивают множество мест печати копиями объединенных параметров путем настройки печатающего устройства и электронного файла, содержащего визуализацию художественного изображения. С использованием объединенных параметров настройки печатающего устройства и электронного файла данных художественного изображения печатают копии изделия поточечно, формируя полную картину составленного изображения [RU 2468923 В41М 1/14 Опубл. 10.12.2012, WO 2009/083857 2009.07.09].Known printed product, including a substrate and an image printed by a combination of colors of six inks of different colors. Each of the colors is defined by a predetermined ink ratio having a full tone of a given color and a halftone of a given color. Each of the six inks has a combined color difference dE of the full tone L-C-H-a-b of not more than 2. Ink is combined on the product to produce colors other than six ink colors. Each of the six inks has a combined color difference of dE halftone of no more than 3. Each of the six colors contains one or two pigments. A method of printing an article on an analog printing device includes preparing an electronic data file of a given artistic image, including the specified colors for the corresponding elements of the artistic image. Perform test printing of the artistic image by printing a data file using a digital printing device. Printer settings are combined with an electronic art image file. Provide multiple print locations with copies of the combined parameters by setting up a printing device and an electronic file containing visualization of the art image. Using the combined settings of the printing device and the electronic data file of the artistic image, copies of the product are printed dotwise, forming a complete picture of the composed image [RU 2468923 V41M 1/14 Publ. 12/10/2012, WO 2009/083857 2009.07.09].

Известен способ изготовления многокрасочных полиграфических репродукций, заключающийся в последовательном нанесении на поверхность запечатываемого материала красочных слоев различных цветов, несущих однокрасочные растровые изображения с разной линиатурой растра, по которому для повышения качества репродукции, линиатуру растра для каждого однокрасочного изображения выбирают из зависимости а/b*[(рбк)/рб]≤0.0007, где а шаг растра; b расстояние от глаза наблюдателя до рассматриваемого изображения; рб - коэффициент отражения запечатываемого материала; рк - коэффициент отражения соответствующей краски [RU 2043199 В41М 1/14 Опубл. 10.09.1995].A known method of manufacturing multicolor printing reproductions, which consists in sequentially applying to the surface of the printed material colorful layers of different colors, carrying monochromatic raster images with different raster lines, according to which, to improve the quality of reproduction, the raster lineature for each monochromatic image is selected from the dependence a / b * [ (r b- r k ) / r b ] ≤0.0007, where a is the raster pitch; b distance from the observer’s eye to the image in question; p b - reflection coefficient of the printed material; p to the reflection coefficient of the corresponding paint [RU 2043199 V41M 1/14 Publ. 09/10/1995].

Известно полутоновое изображение, полученное путем печатания на подложке, которое состоит из по меньшей мере двух видов расположенных в виде растра точек изображения различного цвета. Искомый цвет получают путем смешения цветов точек изображения, а на подложке сформированы флюоресцирующие точки изображения печатных красок, которые содержат флюоресцирующие при возбуждении определенным электромагнитным излучением пигменты, а также нефлюоресцирующие точки изображения печатных красок, содержащих цветные, нефлюоресцирующие при возбуждении определенным электромагнитным излучением пигменты. При этом указанные флюоресцирующие точки изображения и нефлюоресцирующие точки изображения размещены на подложке в шахматном порядке относительно друг друга. Таким образом обеспечивается получение полутонового изображения, которое отличается высоким блеском и близкими к реальному цветопередачей [RU 2264296 В41М 1/14 В41М 3/14 B42D 15/10 Опубл. 20.11.2005, WO 03/011606 (13.02.2003)].Known grayscale image obtained by printing on a substrate, which consists of at least two types located in the form of a raster image points of different colors. The desired color is obtained by mixing the colors of the dots of the image, and fluorescent image dots of printing inks are formed on the substrate, which contain pigments fluorescent when excited by a certain electromagnetic radiation, as well as non-fluorescent image dots of printing inks containing color, non-fluorescent pigments when excited by a certain electromagnetic radiation. Moreover, these fluorescent image points and non-fluorescent image points are placed on a substrate in a checkerboard pattern relative to each other. This ensures the obtaining of a grayscale image, which is distinguished by high gloss and close to real color rendition [RU 2264296 В41М 1/14 В41М 3/14 B42D 15/10 Publ. November 20, 2005, WO 03/011606 (February 13, 2003)].

Известно явление интерференции в тонких пленках, характерное тем, что на границе раздела фаз материалов, отличающихся друг от друга оптической плотностью, происходит формирование отраженного луча, с длиной волны равной толщине слоя материала с большим показателем преломления (RI), что воспринимается человеческим глазом как монохроматический цвет. В частности, интерференция наблюдается в мыльных пузырях (воздух/ПАВ в воде), в радужной оболочке многослойной структуры перламутра. Однако, насыщенность окраски - отвечающей за контрастность получаемого изображения во многом зависит от величины разности показателей преломления наносимого слоя и используемой подложки. Для усиления этого эффекта предпринимались попытки модификации полимеров при помощи различных наноразмерных кристаллических веществ. Такие подходы позволили получить высокий показатель преломления для органических полимеров, однако оптические свойства органических полимеров при этом резко ухудшались из-за отсутствия гомогенного распределения компонентов между собой и технологически не решенных проблем формирования пленок заданной толщины с точностью до 10 нм, комплиментарных по структуре длине световой волны.The phenomenon of interference in thin films is known, which is characterized by the fact that at the phase boundary of materials differing in optical density, a reflected beam is formed with a wavelength equal to the thickness of the material layer with a large refractive index (RI), which is perceived by the human eye as monochromatic color. In particular, interference is observed in soap bubbles (air / surfactant in water), in the iris of the multilayer structure of nacre. However, the saturation of the color, which is responsible for the contrast of the resulting image, largely depends on the magnitude of the difference in the refractive indices of the applied layer and the substrate used. To enhance this effect, attempts were made to modify polymers using various nanoscale crystalline substances. Such approaches made it possible to obtain a high refractive index for organic polymers, however, the optical properties of organic polymers deteriorated sharply due to the lack of a homogeneous distribution of components between themselves and technologically unsolved problems of forming films of a given thickness with an accuracy of 10 nm, complementary to the structure of the light wavelength .

Альтернативой физическим методам получения интерференционных пленок (методами лазерного напыления, температурного прокаливания, лазерного возбуждения металлов в кислороде с образованием оксидных слоев, вакуумного нанесения «масок» и т.п.) может быть получение пленок неорганических полимеров методами растворной химии. В частности, наибольшей перспективой считается технология низкотемпературного золь-гель синтеза, позволяющая получать монолитные пленочные кристаллические материалы при низких температурах и атмосферном давлении. Ланглет и др. показали применение данной технологии в области создания TiO2 покрытий для оптики и создания фотокаталитических покрытий на пленках.An alternative to physical methods for producing interference films (by laser spraying, thermal calcination, laser excitation of metals in oxygen with the formation of oxide layers, vacuum deposition of “masks”, etc.) can be the preparation of inorganic polymer films by solution chemistry methods. In particular, the technology of low-temperature sol-gel synthesis, which makes it possible to obtain monolithic film crystalline materials at low temperatures and atmospheric pressure, is considered the greatest prospect. Langlet et al. Showed the application of this technology in the field of creating TiO 2 coatings for optics and creating photocatalytic coatings on films.

Все известные методы создания интерференции не пригодны для цветной струйной печати.All known methods of creating interference are not suitable for color inkjet printing.

Неорганические коллоиды в настоящее время активно используются для пленочной печати биосенсоров и объектов электроники, но неизвестно их применение для струйной цветной печати. Вместе с тем до настоящего момента возможности струйной печати фокусировались микродиапазоном, то есть формированием элементов изображений на микронном уровне, большем, чем длины световых волн. Поэтому актуальна разработка неизвестных ранее технологий струйной печати неорганических наноструктур с точностью по толщине до 10 нм для создания основы развития новой стадии развития цветной струйной печати и разработки принципиально новых интерференционных методов формирования оптических структур нанообъектов методами струйной печати.Inorganic colloids are currently actively used for the film printing of biosensors and electronics, but their application for inkjet color printing is unknown. However, until now, the capabilities of inkjet printing have been focused by the microrange, that is, by the formation of image elements at the micron level, greater than the wavelengths of light. Therefore, it is relevant to develop previously unknown inkjet printing technologies for inorganic nanostructures with an accuracy of up to 10 nm in thickness to create the basis for the development of a new stage in the development of color inkjet printing and to develop fundamentally new interference methods for the formation of optical structures of nano-objects by inkjet printing methods.

Известен тонкопленочный элемент с интерференционной слоистой структурой для защищенных от подделки бумаг, ценных документов и подобных объектов, содержащий, по меньшей мере, два полупрозрачных поглощающих слоя и, по меньшей мере, один диэлектрический разделительный слой, расположенный между, по меньшей мере, двумя поглощающими слоями. Каждый из двух поглощающих слоев состоит из материала, имеющего комплексный показатель преломления N, действительная часть n и мнимая часть k которого, по меньшей мере, в части видимой области спектра отличаются в 5 или большее число раз, при наблюдении в отраженном свете тонкопленочный элемент имеет металлический блеск и по существу нейтральный цвет, а при наблюдении в проходящем свете он воспринимается в цвете, в проходящем свете тонкопленочный элемент имеет насыщенность цвета С* ab, определенную в цветовом пространстве CIELAB, более 15. Два поглощающих слоя состоят из разных материалов, причем действительная часть n1 и мнимая часть k1 материала одного из двух поглощающий слоев отличаются в 5 или большее число раз, по меньшей мере в части видимой области спектра, а действительная часть n2 и мнимая часть k2 материала другого из этих двух поглощающий слоев отличаются в 8 или большее число раз, предпочтительно в 10 или большее число раз, особенно предпочтительно в 15 или большее число раз. Один из поглощающих слоев или оба поглощающих слоя изготовлены из серебра или из алюминия. Диэлектрический разделительный слой изготовлен из SiOx или MgF2. В проходящем свете тонкопленочный элемент имеет насыщенность цвета С* ab, определенную в цветовом пространстве CIELAB, более 20, предпочтительно более 25. Тонкопленочный элемент при наблюдении под прямым углом - в проходящем свете виден зеленым и имеет насыщенность цвета С* ab более 30, предпочтительно более 40, или - в проходящем свете виден желтым и имеет насыщенность цвета С* ab более 20, или - в проходящем свете виден красным и имеет насыщенность цвета С* ab более 20, предпочтительно более 30, или - в проходящем свете виден голубым и имеет насыщенность цвета С* ab более 20, предпочтительно более 30 или тонкопленочный элемент в проходящем свете виден цветным и показывает эффект изменения цвета. Тонкопленочный элемент может быть скомбинирован с цветным светофильтром, предпочтительно с цветным печатным слоем или цветным напыленным слоем. Тонкопленочный элемент скомбинирован с рельефной структурой, в частности нанесен на дифракционную рельефную структуру или микрооптическую рельефную структуру [RU 2514589 B42D 15/00 Опубл. 27.04.2014, WO 2011/032665 2011.03.24].A thin-film element with an interference layered structure for counterfeit papers, valuable documents and similar objects is known, comprising at least two translucent absorbing layers and at least one dielectric separation layer located between at least two absorbing layers . Each of the two absorbing layers consists of a material having a complex refractive index N, the real part n and the imaginary part k of which, at least in the part of the visible region of the spectrum, differ 5 or more times, when observed in reflected light, the thin-film element has a metal luster and essentially neutral color, and when observed in transmitted light it is perceived in color, in transmitted light the thin-film element has a color saturation C * ab defined in the CIELAB color space of more than 15. Two p the absorbing layers are composed of different materials, the real part n1 and the imaginary part k1 of the material of one of the two absorbing layers differ 5 or more times, at least in the visible part of the spectrum, and the real part n2 and the imaginary part k2 of the material of the other the two absorbent layers differ by 8 or more times, preferably 10 or more times, particularly preferably 15 or more times. One of the absorbing layers or both of the absorbing layers are made of silver or aluminum. The dielectric separation layer is made of SiO x or MgF 2 . In transmitted light, the thin film element has a chroma C * ab, determined in CIELAB color space, more than 20, preferably greater than 25. The thin film element when viewed vertically - is visible in transmitted light and has a green color saturation C * ab of more than 30, preferably more than 40, or - in transmitted light is visible yellow and has a color saturation of C * ab of more than 20, or - in transmitted light is visible in red and has a color saturation of C * ab of more than 20, preferably more than 30, or - in transmitted light is visible in blue and has a saturation veto C * ab of more than 20, more preferably 30 or thin-film element in transmitted light and visible color shows the color change effect. The thin film element may be combined with a color filter, preferably with a color print layer or a color spray layer. The thin-film element is combined with a relief structure, in particular deposited on a diffraction relief structure or micro-optical relief structure [RU 2514589 B42D 15/00 Publ. 04/27/2014, WO 2011/032665 2011.03.24].

Известен способ получения дифрагирующих изображений в кристаллических коллоидных массивах включающий: формирование на подложке упорядоченного периодического массива частиц, где массив частиц дифрагирует в полосе длин волн, в зависимости от угла наблюдения; печать композиции изображения на части массива в конфигурации изображения; сдвиг полосы длин волн дифрагированного излучения и/или изменение показателя преломления в отпечатанной части массива, так что отпечатанная часть дифрагирует излучение при полосе длин волн и интенсивности отражения, отличающихся от остальной части массива; и фиксацию отпечатанной части массива таким образом, что отпечатанная часть массива дифрагирует излучение и проявляет изображение. Композиция изображения изменяет размеры, и показатель преломления частиц в отпечатанной части массива, в результате чего сдвигается полоса длин волн, дифрагируемая отпечатанной частью массива. Композиция изображения содержит мономеры, которые изменяют размеры, и показатель преломления частиц в отпечатанной части массива, и дополнительно содержит растворитель, изменяющий размеры частиц, имеющих структуру «ядро-оболочка», изменением размеров и показателя преломления оболочек частиц. Композиция внешнего слоя покрытия обеспечивает коалесценцию частиц массива в отпечатанной части с получением пленки, проявляющей изображение в отпечатанной части, где остальная часть при этом является практически бесцветной. Стадия печати включает в себя нанесение композиции изображения при помощи ксерографической печати, струйной печати, флексографической печати, шелкографии, металлографии или глубокой печати. Композиция изображения обеспечивает сдвиг дифракционной длины волны части массива в изображении, отпечатанном с использованием композиции изображения, так что часть массива в изображении, напечатанном при использовании композиции изображения, дифрагирует излучение при длине волны, отличной от остальной части изображения [RU 2013125497 G02B 1/00 Опубл. 10.12.2014, WO 2012/061207 2012.05.10].A known method of obtaining diffracting images in crystalline colloidal arrays comprising: forming on the substrate an ordered periodic array of particles, where the array of particles diffracts in the wavelength band, depending on the viewing angle; printing the image composition into parts of the array in the image configuration; shifting the wavelength band of the diffracted radiation and / or changing the refractive index in the printed part of the array, so that the printed part diffracts the radiation with a wavelength band and reflection intensity different from the rest of the array; and fixing the printed part of the array in such a way that the printed part of the array diffracts the radiation and displays an image. The image composition resizes and the refractive index of particles in the printed part of the array, resulting in a shifted wavelength band diffracted by the printed part of the array. The composition of the image contains monomers that resize, and the refractive index of the particles in the printed part of the array, and further comprises a solvent that resizes the particles having a core-shell structure by changing the size and refractive index of the particle shells. The composition of the outer layer of the coating provides for the coalescence of the particles of the array in the printed part to obtain a film showing the image in the printed part, where the rest of this is almost colorless. The printing step includes applying the image composition by xerographic printing, inkjet printing, flexographic printing, silk screen printing, metallography or intaglio printing. The image composition provides a shift of the diffraction wavelength of a part of the array in the image printed using the image composition, so that part of the array in the image printed using the image composition diffracts the radiation at a wavelength other than the rest of the image [EN 2013125497 G02B 1/00 Publ. . 12/10/2014, WO 2012/061207 2012.05.10].

Известна защитная печатная жидкость и способ печати с наночастицами, позволяющие защитить печатные материалы от поддельных перепечаток, например, при изготовлении денежных знаков, акций, чеков и других представляющих ценность бумаг. Печатная жидкость для печати через узкие сопла на предметы, в частности при изготовлении денежных знаков, акций, чеков, содержит несущую среду и наночастицы солей металлов в виде кристаллических твердых частиц со средним диаметром менее 300 нанометров, флуоресценцирующих или фосфоресцирующих при возбуждении УФ-излучением диапазона А, В или С или видимым светом. Испускаемое при этом излучение флуоресценции или фосфоресценции не лежит в диапазоне частот видимого света, диапазон частот возбуждения и диапазон частот испускания сдвинуты по частоте. Наночастицы содержат дотирующие добавки, по крайней мере, одного вида с диапазоном частот возбуждения и диапазоном частот испускания для флуоресценции или фосфоресценции. Способ печатания, включает операцию подачи вышепредложенной печатной жидкости через одно или несколько узких сопел. Подачу печатной жидкости (ей) проводят через несколько узких сопел, причем сопла регулируются по отдельности или группами относительно наличия или отсутствия подачи печатной жидкости. Сопла по отдельности или в группе регулируются относительно длительности или интенсивности истечения печатной жидкости [RU 2312882 C09K 11/08, C09D 11/00, B41J 2/00, В41М 3/14 Опубл. 20.12.2007, WO 03/052025 26.06.2003].Known protective printing fluid and a method of printing with nanoparticles, which protect printed materials from fake reprints, for example, in the manufacture of banknotes, stocks, checks and other valuable papers. The printing fluid for printing through narrow nozzles on objects, in particular in the manufacture of banknotes, stocks, checks, contains a carrier medium and nanoparticles of metal salts in the form of crystalline solid particles with an average diameter of less than 300 nanometers, fluorescent or phosphorescent when excited by UV radiation of range A , B or C or visible light. The emitted fluorescence or phosphorescence radiation does not lie in the frequency range of visible light, the frequency range of the excitation and the frequency range of the emission are shifted in frequency. Nanoparticles contain subsidizing additives of at least one type with a range of excitation frequencies and a range of emission frequencies for fluorescence or phosphorescence. A printing method includes the operation of supplying the above-described printing fluid through one or more narrow nozzles. The supply of printing fluid (s) is carried out through several narrow nozzles, the nozzles being individually or in groups regulated with respect to the presence or absence of the supply of printing fluid. The nozzles individually or in a group are regulated with respect to the duration or intensity of the outflow of the printing fluid [RU 2312882 C09K 11/08, C09D 11/00, B41J 2/00, B41M 3/14 Publ. December 20, 2007, WO 03/052025 06/26/2003].

Известны золь-гель процессы (англ. sol-gel process) - технологии получения материалов, в том числе наноматериалов, включающие получение золя с последующим переводом его в гель, то есть в коллоидную систему, состоящую из жидкой дисперсионной среды, заключенной в пространственную сетку, образованную соединившимися частицами дисперсной фазы, [https://ru.wikipedia.org/wiki/Золь-гель_процесс].The known sol-gel processes are known (sol-gel process) - technologies for producing materials, including nanomaterials, including the production of sols with their subsequent translation into a gel, that is, into a colloidal system consisting of a liquid dispersion medium enclosed in a spatial grid, formed by the connected particles of the dispersed phase, [https://ru.wikipedia.org/wiki/Zol-gel_process].

Золь (мн. ч. золи, от лат. solutio - раствор) - это высокодисперсная коллоидная система (коллоидный раствор) с жидкой (лиозоль) или газообразной (аэрозоль) дисперсионной средой, в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц, размер которых лежит в пределе от 1 до 100 нм [phttps://ru.wikipedia.org/wiki/Золи]Sol (plural sols, from Latin solutio - solution) is a highly dispersed colloidal system (colloidal solution) with a liquid (lyosol) or gaseous (aerosol) dispersion medium, in the volume of which another (dispersed) phase is distributed in the form of liquid droplets , gas bubbles or small solid particles, the size of which lies in the range from 1 to 100 nm [phttps: //ru.wikipedia.org/wiki/Zoli]

Figure 00000001
(ед. ч. гель, от лат. gelo - «застываю») - структурированные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Наличие трехмерного полимерного каркаса (сетки) сообщает гелям механические свойства твердых тел: отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость), [https://ru.wikipedia.org/wiki/Гели].
Figure 00000001
(unit, gel, from Latin gelo - “freeze”) - structured systems consisting of high molecular weight and low molecular weight substances. The presence of a three-dimensional polymer skeleton (mesh) informs the gels of the mechanical properties of solids: lack of fluidity, ability to maintain shape, strength and deformability (ductility and elasticity), [https://ru.wikipedia.org/wiki/Gels].

В противоположность гелям, в золях частицы дисперсной фазы не связаны в пространственную структуру, а свободно участвуют в броуновском движении [http://dic.academic.ru/dic.nsf/nanotechnology/449/Золь]. Известно, что большинство гелей термодинамически неустойчиво; при старении вследствие изотермической переконденсации или рекристаллизации обратимая по отношению к механическому воздействию коагуляцционная структура перерождается в необратимую конденсационно-кристаллизационную. Кроме того, многие гели подвержены синерезису - сокращению объема с выделением жидкой фазы в результате самопроизвольного уплотнения структурной сетки [http://www.xumuk.ru/encyklopedia/958.html].In contrast to gels, in sols, particles of a dispersed phase are not bound into a spatial structure, but freely participate in Brownian motion [http://dic.academic.ru/dic.nsf/nanotechnology/449/Zol]. Most gels are known to be thermodynamically unstable; during aging due to isothermal recondensation or recrystallization, the coagulation structure that is reversible with respect to the mechanical action degenerates into an irreversible condensation-crystallization structure. In addition, many gels are prone to syneresis - volume reduction with the release of the liquid phase as a result of spontaneous compaction of the structural network [http://www.xumuk.ru/encyklopedia/958.html].

Общее название «золь-гель процесс» (золь-гель технология, золь-гель способ)» объединяет группу методов получения (синтеза) материалов из растворов, существенным элементом которых является образование геля на одной из стадий процесса. В основе наиболее известного варианта золь-гель процесса лежат процессы контролируемого гидролиза соединений, обычно алкоксидов M(OR)x (М = Si, Ti, Zr, V, Zn, Al, Sn, Ge, Mo, W и др.) или соответствующих хлоридов, в водной или органической, чаще спиртовой, среде [здесь и далее https://ru.wikipedia.org/wiki/Золь-гель_процесс]. На первой стадии золь-гель процесса реакции гидролиза и поликонденсации приводят к образованию коллоидного раствора - золя - частиц гидроксидов, размер которых не превышает несколько десятков нм. Увеличение объемной концентрации дисперсной фазы или иное изменение внешних условий (рН, замена растворителя) приводят к интенсивному образованию контактов между частицами и образованию монолитного геля, в котором молекулы растворителя заключены в гибкую, но достаточно устойчивую трехмерную сетку, образованную частицами гидроксидов. Концентрирование золей с последующим гелеобразованием осуществляют путем диализа, ультрафильтрации, электродиализа, упаривания при относительно низких температурах или экстракции. Известно, что исключительно важную роль в золь-гель процессе играют процессы удаления растворителя из геля (сушки). В зависимости от метода их осуществления, могут быть получены различные продукты синтеза (ксерогели, амбигели, криогели, аэрогели).The general name “sol-gel process” (sol-gel technology, sol-gel method) ”unites a group of methods for the preparation (synthesis) of materials from solutions, the essential element of which is gel formation at one of the stages of the process. The most famous variant of the sol-gel process is based on the processes of controlled hydrolysis of compounds, usually alkoxides M (OR) x (M = Si, Ti, Zr, V, Zn, Al, Sn, Ge, Mo, W, etc.) or the corresponding chlorides, in an aqueous or organic, often alcoholic, environment [hereinafter https://ru.wikipedia.org/wiki/Zol-gel_process]. At the first stage of the sol-gel process of the hydrolysis and polycondensation reaction lead to the formation of a colloidal solution - sol - particles of hydroxides, the size of which does not exceed several tens of nm. An increase in the volume concentration of the dispersed phase or other changes in external conditions (pH, solvent replacement) lead to intensive contact formation between particles and the formation of a monolithic gel in which the solvent molecules are enclosed in a flexible but sufficiently stable three-dimensional network formed by hydroxide particles. Concentration of sols followed by gelation is carried out by dialysis, ultrafiltration, electrodialysis, evaporation at relatively low temperatures or extraction. It is known that the processes of solvent removal from the gel (drying) play an extremely important role in the sol-gel process. Depending on the method of their implementation, various synthesis products (xerogels, ambigels, cryogels, aerogels) can be obtained.

Аэрогель - это общее название для всех гелей с невысоким содержанием твердых веществ, поры которых заполнены воздухом, в более узком смысле они характеризуются тем, что при их получении используют сверхкритическую сушку, при получении криогелей - сублимационную сушку, а при получении ксерогелей - конвекционную субкритическую сушку.Airgel is the common name for all gels with a low solids content, the pores of which are filled with air, in a narrower sense, they are characterized by the fact that they are used for supercritical drying, for cryogels they are freeze-dried, and convection subcritical for xerogels .

Амбигель - продукт сушки водного или органического геля при атмосферном давлении, характеризующийся, в отличие от ксерогеля, низкими значениями плотности, приближающимися к плотности аэрогелей.Ambigel is a product of drying an aqueous or organic gel at atmospheric pressure, characterized, in contrast to xerogel, by low density values approaching the density of airgels.

Ксерогель (англ. xerogel) - продукт сушки аква- или алкогелей при атмосферном давлении в условиях, приводящих к коллапсу (схлопыванию) макропор и значительному увеличению плотности материал [http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2155].Xerogel is a product of drying aqua or alcohol at atmospheric pressure under conditions leading to the collapse (collapse) of macropores and a significant increase in the density of the material [http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2155].

Общими особенностями этих продуктов являются сохранение наноразмеров структурных элементов и достаточно высокие значения удельной поверхности (сотни м2/г), хотя их объемная плотность может отличаться в сотни раз. Большинство продуктов золь-гель синтеза используется в качестве прекурсоров при получении оксидных нанопорошков, тонких пленок покрытия оптических линз или керамики. В дисперсных системах на поверхности частиц (на границе раздела частица - дисперсионная среда) возникает двойной электрический слой [http://www.photocor.ru/theory/zeta-potential/]. Двойной электрический слой представляет собой слой ионов, образующийся на поверхности частицы в результате адсорбции ионов из раствора или диссоциации поверхностных соединений. Поверхность частицы приобретает слой ионов определенного знака, равномерно распределенный по поверхности и создающий на ней поверхностный заряд. Теории двойного электрического слоя широко используются для интерпретации поверхностных явлений, однако не существует прямых методов измерения потенциалов на границе адсорбционного слоя. Для количественного определения величины электрического заряда в двойном электрическом слое широко используется дзета-потенциал. Дзета-потенциал не равен адсорбционному потенциалу или поверхностному потенциалу в двойном электрическом слое. Тем не менее, дзета-потенциал часто является единственным доступным способом для оценки свойств двойного электрического слоя. При движении частицы двойной электрический слой разрывается. Место разрыва при перемещении твердой и жидкой фаз друг относительно друга называется плоскостью скольжения. Плоскость скольжения лежит на границе между диффузными и адсорбционными слоями, либо в диффузном слое вблизи этой границы. Потенциал на плоскости скольжения называют электрокинетическим или дзета-потенциалом (ζ-потенциал). Иными словами, дзета-потенциал - это разность потенциалов дисперсионной среды и неподвижного слоя жидкости, окружающего частицу [http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2155]. Важность дзета-потенциала состоит в том, что его значение может быть связано с устойчивостью коллоидных дисперсий. Дзета-потенциал определяет степень и характер взаимодействия между частицами дисперсной системы. Для молекул и частиц, которые достаточно малы, высокий дзета-потенциал будет означать стабильность, т.е. раствор или дисперсия будет устойчивы по отношению к агрегации. Когда дзета-потенциал низкий, притяжение превышает отталкивание, и устойчивость дисперсии будет нарушаться. Так, коллоиды с высоким дзета-потенциалом являются электрически стабилизированными, в то время, как коллоиды с низким дзета-потенциалом склонны коагулировать или флокулировать. Значение дзета-потенциала равное 30 мВ (положительное или отрицательное) можно рассматривать как характерное значение, для условного разделения низко-заряженных поверхностей и высоко-заряженных поверхностей. Чем больше электрокинетический потенциал, тем устойчивее коллоид. Известно, что при значениях дзета-потенциала от 0 до ± 30 мВ наблюдается плохая устойчивость коллоидных систем (возможна коагуляция или флокуляция), а при значениях больше ± 30 мВ - хорошая устойчивость коллоидных систем [http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2155].Common features of these products are the preservation of nanoscale structural elements and fairly high values of specific surface area (hundreds of m 2 / g), although their bulk density can differ hundreds of times. Most sol-gel synthesis products are used as precursors in the preparation of oxide nanopowders, thin films for coating optical lenses or ceramics. In disperse systems, a double electric layer appears on the particle surface (at the particle – dispersion medium interface) [http://www.photocor.ru/theory/zeta-potential/]. A double electric layer is an ion layer formed on the surface of a particle as a result of adsorption of ions from a solution or dissociation of surface compounds. The particle surface acquires a layer of ions of a certain sign, uniformly distributed over the surface and creating a surface charge on it. Theories of the double electric layer are widely used to interpret surface phenomena, but there are no direct methods for measuring potentials at the boundary of the adsorption layer. To quantify the magnitude of the electric charge in the double electric layer, the zeta potential is widely used. The zeta potential is not equal to the adsorption potential or surface potential in the double electric layer. However, the zeta potential is often the only available way to evaluate the properties of a double electric layer. When a particle moves, the double electric layer breaks. The place of the gap when moving the solid and liquid phases relative to each other is called the slip plane. The slip plane lies on the boundary between the diffuse and adsorption layers, or in the diffuse layer near this boundary. The potential on the slip plane is called the electrokinetic or zeta potential (ζ potential). In other words, the zeta potential is the potential difference between the dispersion medium and the fixed layer of liquid surrounding the particle [http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2155]. The importance of the zeta potential is that its value can be associated with the stability of colloidal dispersions. The zeta potential determines the degree and nature of the interaction between the particles of the dispersed system. For molecules and particles that are small enough, a high zeta potential will mean stability, i.e. the solution or dispersion will be stable with respect to aggregation. When the zeta potential is low, attraction exceeds repulsion, and dispersion stability will be violated. So, colloids with a high zeta potential are electrically stabilized, while colloids with a low zeta potential tend to coagulate or flocculate. A zeta potential value of 30 mV (positive or negative) can be considered as a characteristic value for the conditional separation of low-charged surfaces and high-charged surfaces. The greater the electrokinetic potential, the more stable the colloid. It is known that at values of the zeta potential from 0 to ± 30 mV, poor stability of colloidal systems is observed (coagulation or flocculation is possible), and at values greater than ± 30 mV, good stability of colloidal systems [http://thesaurus.rusnano.com/wiki / article2155].

Известен способ получения диспергируемых в воде наночастиц золя диоксида титана фазы рутила со средним диаметр частиц менее 30 нм высокой чистоты в водной среде, не имеющей ионных примесей и используемых для оптических материалов, имеющих высокий показатель преломления и имеющие высокую диэлектрическую постоянную и диспергируемость в растворителях без каких-либо ионных примесей, таких как Cl-, NO3 -, SO4 -2, включающий следующие стадии: производства смешанного растворителя из воды и перекиси водорода; гидролиз пероксида титаната и гидротермическая обработка раствора с растворением пероксида титаната и образованием золя диоксида титана [US 2006110319 C01G 23/047 2006-05-25].A known method of producing water dispersible nanoparticles of sols of titanium dioxide rutile phase rutile with an average particle diameter of less than 30 nm of high purity in an aqueous medium that does not have ionic impurities and is used for optical materials having a high refractive index and having a high dielectric constant and dispersibility in solvents without any any ionic impurities such as Cl - , NO 3 - , SO 4 -2 , comprising the following stages: production of a mixed solvent from water and hydrogen peroxide; hydrolysis of titanate peroxide and hydrothermal treatment of the solution with dissolution of titanate peroxide and the formation of a titanium dioxide sol [US 2006110319 C01G 23/047 2006-05-25].

Наиболее близким по технической сущности и получаемому техническому результату аналогом-прототипом золь-гель чернил и способу их получения является способ получения золя оксида титана, включающий стадии: а) повышения температуры реагента раствора, содержащего предшественник оксида титана в качестве растворителя для реакции до температуры реакции 70 до 95; б) получение золя оксида титана с добавлением кислотного катализатора с раствором реагента и проведения реакции золь-гель при удалении растворителя для реакции из него; и в) сушки готового золя методом сублимационной сушки, сушки нормальной давления или вакуумной сушки и повторное диспергирование высушенного титана в растворителе для дисперсии. Золь-гель реакцию при удалении растворителя для реакции на стадии б) проводят при температуре от 70 до 95°С. Растворитель для реакции и растворитель для диспергирования является одинаковым или разным одним или более растворителей, выбранных из группы, состоящей из воды, низшего спирта из C1-C5, высшего спирта С6 или более, этиленгликоль, и ацетил ацетона. Низший спирт представляет собой метанол, этанол, пропанол, изопропиловый спирт, бутиловый спирт, изобутиловый спирт или и высший спирт является поливиниловый спирт. Предшественник оксида титана представляет собой один или несколько соединений, выбранных из группы, состоящей из титана, тетраэтоксисилана тетраизопропоксититан, тетрабутоксицирконий титана, хлорид титанила, титанилсульфата и оксититанилсульфат. Кислотный катализатор представляет собой один или несколько соединений, выбранных из группы, состоящей из азотной кислоты, серной кислоты, соляной кислоты, и уксусной кислоты. Кислотный катализатор добавляют в количестве от 11 до 30 частей по массе в расчете на 100 частей по массе предшественника оксида титана. Один или более неорганических солей, выбранных из группы, состоящей из NaCl, KCl, NaBr и KBr, или одним или несколькими поверхностно-активными веществами, выбранными из группы, состоящей из натрия додецилсульфата, бромид цетилтриметил аммония и цетилтриметил аммония хлорид, добавляется к раствору реагента на стадии а) в количестве от 1 до 10 частей по массе в расчете на 100 частей по массе предшественника оксида титана. Первичные частицы диоксида титана, имеющие средний диаметр от 1 до 20 нм в кристаллической форме анатаза или рутила. Вторичные частицы диоксида титана имеют средний диаметр 200 нм или менее. Золь диоксида титана имеет содержание твердого вещества от 8 до 50 мас. %. Композиция для покрытия очков, очков промышленной безопасности или очков для отдыха содержит золь диоксида титана в количестве от 10 до 70 мас. % [WO 2007073043 2007-06-28 C01G 23/047 прототип].The closest in technical essence and the obtained technical result analogue prototype sol-gel ink and the method for their preparation is a method for producing a titanium oxide sol, which includes the steps of: a) increasing the temperature of the reagent solution containing the titanium oxide precursor as a solvent for the reaction to the reaction temperature 70 up to 95; b) obtaining a titanium oxide sol with the addition of an acid catalyst with a reagent solution and carrying out a sol-gel reaction while removing the solvent for the reaction from it; and c) drying the prepared sol by freeze-drying, normal pressure drying, or vacuum drying and re-dispersing the dried titanium in a dispersion solvent. The sol-gel reaction when removing the solvent for the reaction in stage b) is carried out at a temperature of from 70 to 95 ° C. The solvent for the reaction and the solvent for dispersion is the same or different one or more solvents selected from the group consisting of water, a lower alcohol from C 1 -C 5 , a higher alcohol C 6 or more, ethylene glycol, and acetyl acetone. The lower alcohol is methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, or isobutyl alcohol or and the higher alcohol is polyvinyl alcohol. The titanium oxide precursor is one or more compounds selected from the group consisting of titanium, tetraethoxysilane tetraisopropoxy titanium, titanium tetrabutoxy zirconium, titanyl chloride, titanyl sulfate and oxytitanyl sulfate. An acid catalyst is one or more compounds selected from the group consisting of nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, and acetic acid. The acid catalyst is added in an amount of 11 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the titanium oxide precursor. One or more inorganic salts selected from the group consisting of NaCl, KCl, NaBr and KBr, or one or more surfactants selected from the group consisting of sodium dodecyl sulfate, cetyltrimethyl ammonium bromide and cetyl trimethyl ammonium chloride are added to the reagent solution in step a) in an amount of from 1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the titanium oxide precursor. Primary particles of titanium dioxide having an average diameter of from 1 to 20 nm in the crystalline form of anatase or rutile. Secondary titanium dioxide particles have an average diameter of 200 nm or less. The titanium dioxide sol has a solids content of from 8 to 50 wt. % The composition for coating glasses, industrial safety glasses or leisure glasses contains a sol of titanium dioxide in an amount of from 10 to 70 wt. % [WO 2007073043 2007-06-28 C01G 23/047 prototype].

Технология получения золя наночастиц кристаллического диоксида титана по прототипу WO 2007073043 предполагает выполнение многостадийных операций, направленных на получение функциональных золь-гель порошковых и пленочных материалов. Стадии, описывающие получение порошка, включают протекание гидролиза с последующей протонизацией и дальнейшее осаждение с использованием сушки. При этом полученные в прототипе значения коэффициента преломления, не превышающие величины 1.6, позволяют сосредоточить области применения полученных покрытий на основе нанокристаллических золей TiO2 исключительно в качестве просветляющих (то есть обесцвечивающих!) и УФ защищающих слоев для очков различного функционального предназначения. Вместе с тем технология по прототипу WO 2007073043 не позволяет получать коллоиды на основе кристаллического диоксида титана без использования стадии полного обезвоживания или сушки. Это, в свою очередь, не позволяет достигать высоких значений показателя преломления (более 1.7) во всем видимом диапазоне даже после введения легколетучего растворителя и, следовательно, не оказывает маскирующего действия на микроэмбосированные (микротисненные) дифрагирующие полимеры.The technology for producing sols of crystalline titanium dioxide nanoparticles according to the prototype WO 2007073043 involves the implementation of multi-stage operations aimed at obtaining functional sol-gel powder and film materials. The steps for preparing the powder include hydrolysis followed by protonization and further precipitation using drying. At the same time, the refractive index values obtained in the prototype, not exceeding 1.6, allow us to concentrate the field of application of the coatings obtained on the basis of TiO 2 nanocrystalline sols exclusively as antireflective (that is, bleaching!) And UV protective layers for glasses for various functional purposes. However, the technology of the prototype WO 2007073043 does not allow to obtain colloids based on crystalline titanium dioxide without using the stage of complete dehydration or drying. This, in turn, does not allow to achieve high values of the refractive index (more than 1.7) in the entire visible range even after the introduction of a volatile solvent and, therefore, does not mask the microembosity (microte etched) diffracting polymers.

Известны методы формирования голографических изображений, основанные на дифракции и интерференции световых волн.Known methods for the formation of holographic images based on the diffraction and interference of light waves.

Основоположником голографии считается профессор государственного колледжа в Лондоне Деннис Габор, получивший в 1947 г. первую голограмму.The founder of holography is considered to be Dennis Gabor, a professor at London State College, who received the first hologram in 1947.

Голография (от греч. holos - весь, полный и grapho - пишу, черчу, рисую) - особые фотографический метод, при которых регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высшей степени похожие на реальные. Такая фотографическая запись называется голограммой. Автор термина «голография» Д. Габор подчеркивал, что метод позволяет зарегистрировать полную информацию об исследуемом объекте. Голография начала бурно развиваться и приобрела большое практическое значение после того, как, в результате фундаментальных исследований по квантовой электронике, выполненных советскими физиками Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым и американским ученым Чарльзом Таунсом, в 1960 г. был создан первый лазер. Первоначально голографические изображения формировались в лазерном свете, в частности первый портрет человека был снят с помощью рубинового лазера в 1967 году. Начало изобразительной голографии было положено работами Эмметта Лейта и Юриса Упатниекса из Мичиганского Технологического Института (США), получившими в 1962 г. первую объемную пропускающую голограмму, восстанавливаемую в лазерном свете. Решающее значение для развития изобразительной голографии имели работы академика Ю.Н. Денисюка, выполненные в 60-70-х годах XX века. Он впервые получил отражательные голограммы, позволяющие воспроизводить объемные изображения в обычном, белом свете. В 1969 г. Стивен Бентон из Polaroid Research Laboratories (США) изготовил пропускающую голограмму, видимую в обычном белом свете. Голограммы, изобретенные Бентоном, были названы радужными, так как они переливаются всеми цветами радуги, из которых состоит белый свет. Открытие Бентона позволило начать массовое производство недорогих голограмм путем «штамповки» (тиснением) интерференционных картин на пластик. Радужные голограммы именно такого типа широко применяются сегодня для защиты от подделок документов, банковских карточек и т.д. Благодаря Бентону радужная голография обрела популярность в широких слоях общества. Отличной чертой радужных голографических изображений является формирование периодических структур (с разным показателем преломления) на поверхности любого материала методом микроэмбоссирования (микротиснения). Радужные голограммы (голограммы Бентона) не требуют использования дорогостоящих фотополимерных лаков, технологически они могут быть легко масштабированы. Такие голограммы широко используются в самых различных приложениях, начиная от проверки подлинности и оптического хранения данных до интерферометрии, захвата частиц и фазового сопряжения. Классический процесс изготовления радужной голограммы трудоемкий и многостадийный. Сначала делают мастер-голограмму, которую записывают лазерной записью, прямой обработкой, или электронно-лучевой литографией, на тонком слое фоторезиста, после чего фоторезист сушат, удаляют неэкспонированные области при помощи лазера неприрывного излучения. Из полученного трафарета изготавливают металлическую матрицу, по которой затем прокатывают лавсановую пленку, и переносят ее на поверхностный голографический рельеф отверждаемых полимеров. Весь процесс получения радужного голографического изображения может продолжаться несколько дней. При этом для изготовления мастер-голограмм необходим строгий контроль температуры и виброизоляции. Соответственно доступной и быстрой печати отдельных радужных голографических изображений сегодня еще не известно. Учитывая сложность изготовления радужной голографии, масштабируемость достигается путем вдавливания матрицы-шаблона в поверхность полимеров, латексов и различных лаков, которые высыхают под действием температуры, окисления и/или ультрафиолетового отверждения с получением микро микроэмбоссированой (микротисненной) поверхности. Таким образом, получают или голографическую пленку (т.е. пленку, имеющую переменную 3D структуру), или одно изображение с голографическим эффектом в виде текста или изображения. Процесс передачи паттерна матрицы на полимерную ленту обычно занимает от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от сложности конструкции макета.Holography (from the Greek. Holos - complete, complete and grapho - I write, draw, draw) is a special photographic method in which images of three-dimensional objects are recorded and then restored, which are highly similar to real ones. Such a photographic record is called a hologram. The author of the term “holography” D. Gabor emphasized that the method allows you to register complete information about the investigated object. Holography began to develop rapidly and acquired great practical importance after, as a result of fundamental research in quantum electronics, performed by Soviet physicists N.G. Basov and A.M. Prokhorov and American scientist Charles Townes, in 1960, the first laser was created. Initially, holographic images were formed in laser light, in particular, the first portrait of a person was shot using a ruby laser in 1967. The beginning of fine holography was laid by the work of Emmett Leith and Juris Upatnieks of the Michigan Institute of Technology (USA), who received in 1962 the first volumetric transmission hologram reconstructed in laser light. The work of Academician Yu.N. Denisyuk, made in the 60-70s of the XX century. He first received reflective holograms that allow reproducing three-dimensional images in ordinary, white light. In 1969, Stephen Benton of Polaroid Research Laboratories (USA) made a transmission hologram visible in ordinary white light. The holograms invented by Benton were called rainbow, as they shimmer with all the colors of the rainbow that make up the white light. Benton's discovery made it possible to begin mass production of inexpensive holograms by “stamping” (stamping) interference patterns on plastic. Rainbow holograms of this type are widely used today to protect against forgery of documents, bank cards, etc. Thanks to Benton, rainbow holography has gained popularity in wide sections of society. An excellent feature of rainbow holographic images is the formation of periodic structures (with different refractive indices) on the surface of any material using microembossing (micro-embossing). Rainbow holograms (Benton holograms) do not require the use of expensive photopolymer varnishes, technologically they can be easily scaled. Such holograms are widely used in a wide variety of applications, ranging from authentication and optical data storage to interferometry, particle capture and phase conjugation. The classic process of making a rainbow hologram is laborious and multi-stage. First, a master hologram is made, which is recorded by laser recording, direct processing, or electron beam lithography, on a thin layer of photoresist, after which the photoresist is dried, unexposed areas are removed using a laser of continuous radiation. A metal matrix is made from the obtained stencil, on which the lavsan film is then rolled, and transferred to the surface holographic relief of the cured polymers. The whole process of obtaining a rainbow holographic image can last several days. Moreover, for the manufacture of master holograms, strict control of temperature and vibration isolation is necessary. Accordingly, affordable and fast printing of individual rainbow holographic images is not yet known today. Given the complexity of manufacturing rainbow holography, scalability is achieved by pressing a template matrix into the surface of polymers, latexes and various varnishes that dry out under the influence of temperature, oxidation and / or ultraviolet curing to obtain a micro microembossed (micro embossed) surface. Thus, either a holographic film (i.e., a film having a variable 3D structure) or a single image with a holographic effect in the form of text or image is obtained. The process of transferring a matrix pattern to a polymer tape usually takes from several hours to several days, depending on the complexity of the layout design.

Известен способ формирования голографического рисунка тиснением, состоящий из стадий: А. запись шаблона голографического рисунка на фоточувствительной пластине посредством лазерной голографии для изготовления оптической маски голографического рисунка; Б. дублирование голографического рисунка из оптического пластины на металлическую пластину с получением металлической пластины с голографическим рисунком; С. Передача лазерного голографического рисунка с металлической пластины на информационный слой водорастворимой пленки с формированием тисненного голографического шаблона; Д. передачу голографического рисунка с металлической пластины на информационный слой водорастворимой пленки и формирования рельефного голографического рисунка на поверхности основного материала подачей воды на водорастворимую пленку с формированием голографического рисунка на поверхности основного материала или на поверхности обрабатываемой детали, имеющей сложную форму; Е. образование на поверхности рельефного голографического рисунка дополнительного защитного слоя с акриловой кислотой или полиэфирным материалом толщиной 0,01 мкм до 100 мкм [US 8118960 В2 B01J 19/08; В32В 37/02; В41М 5/025 2010-01-07 WO 2007 CN 71181 20071205].A known method of forming a holographic embossed pattern, consisting of the stages: A. recording a holographic pattern on a photosensitive plate by means of laser holography for manufacturing an optical mask of a holographic pattern; B. duplication of the holographic pattern from the optical plate to the metal plate to obtain a metal plate with a holographic pattern; C. Transfer of a laser holographic pattern from a metal plate to the information layer of a water-soluble film with the formation of an embossed holographic pattern; D. transferring the holographic pattern from the metal plate to the information layer of the water-soluble film and forming a relief holographic pattern on the surface of the base material by supplying water to the water-soluble film with the formation of a holographic pattern on the surface of the base material or on the surface of the workpiece having a complex shape; E. the formation on the surface of the relief holographic pattern of an additional protective layer with acrylic acid or polyester material with a thickness of 0.01 μm to 100 μm [US 8118960 B2 B01J 19/08; B32B 37/02; B41M 5/025 2010-01-07 WO 2007 CN 71181 20071205].

Известен способ получения защитной ламинированной рельефной или тисненой голограммы, включающий необязательно прозрачную подложку, имеющую две стороны, по крайней мере, одна из двух сторон либо сам по себе тисненые или имеющие на ней слой с тиснением и слоем материала HRI с высоким визуальным разрешением с показателем преломления не менее на 0,3 высоким, чем у рельефной материала, граничащим с тисненой стороной или тисненым слой, включающий следующие стадии: а) кондиционирования внешней поверхности слоя неорганического материала HRI с высоким визуальным разрешением щелочным раствором или кислом растворе; б) сушки внешней поверхности слоя неорганического материала HRI с высоким визуальным разрешением; в) нанесение слоя клеевой композиции на условный внешней поверхности слоя неорганического HRI с высоким визуальным разрешением; и г) ламинирования внешней поверхности слоя материала HRI с высоким визуальным разрешением материала прозрачной полимерной пленкой [WO 2009037332 В32В 27/14; В32В 3/30; B42D 15/10; C09J 5/02; G03H 1/02; G09F 3/02 2009-03-26 US 20070973934 P 20070920].A known method for producing a protective laminated embossed or embossed hologram, comprising an optionally transparent substrate having two sides, at least one of the two sides, or itself embossed or having a layer with an embossed layer of HRI material with a high visual resolution with a refractive index not less than 0.3 higher than that of the relief material bordering the embossed side or the embossed layer, which includes the following stages: a) conditioning the outer surface of the inorganic material layer HRI with a high im visual resolution with an alkaline solution or acidic solution; b) drying the outer surface of the HRI inorganic material layer with high visual resolution; c) applying a layer of adhesive composition on the conditional outer surface of an inorganic HRI layer with high visual resolution; and d) laminating the outer surface of the HRI material layer with a high visual resolution of the material with a transparent polymer film [WO 2009037332 B32B 27/14; B32B 3/30; B42D 15/10; C09J 5/02; G03H 1/02; G09F 3/02 2009-03-26 US 20070973934 P 20070920].

Известен способ изготовления прозрачных изделий включающих микрорельефные изображения, такие как голограммы или дифракционной решетки, покрытые, по крайней мере, частично слоем материала, имеющего показатель преломления, отличающийся от показателя преломления прозрачного слоя около 0,2 единиц, который состоит из шагов: нанесения на прозрачную пленку слоя носителя с разделительным слоем, тиснения поверхности разделительного слоя с получением микрорельефного изображение; нанесения жидкости на микрорельефное изображение для формирования прозрачного слоя преломления, который увеличивает видимость, по меньшей мере, части изображения; нанесение клеевого слоя на прозрачный слой преломления. При этом преломляющий слой имеет показатель преломления, который отличается от показателя преломления прозрачного слоя в примерно 0,2 или более единицы. Жидкость наносят методом покрытия или способом печати: флексографии, глубокой печати, глубокой печати, офсетной, глубокой, офсетной, ротационной глубокой. Жидкость имеет вязкость в диапазоне от около 15 до около 50 сантистокс, преимущественно в диапазоне от около 21 до около 27 сантистокс, ее наносят в количестве около 0,5 до около 2,0 г/м2, преимущественно 0,8 до около 1,2 г/м2. Преломляющий слой формируют из жидкости, содержащей, по меньшей мере, одного материала из группы BiOCl, Sb2O5, TiO2-SnO2-ZrO2 и ZnO2Sb2O5 в форме дисперсии, растворы, суспензии и эмульсии, причем преломляющий слой имеет толщину приблизительно от 0,3 до 3,0 мкм, преимущественно от 0,5 до 1,0 микрон [US 6468380 B05D 1/28; B05D 7/24; G02B 5/18; G03H 1/02; G03H 1/18; 2002-10-22].A known method of manufacturing transparent products comprising microrelief images, such as holograms or a diffraction grating, covered at least partially by a layer of material having a refractive index different from the refractive index of a transparent layer of about 0.2 units, which consists of the steps of: applying to a transparent a film of a carrier layer with a separation layer, embossing the surface of the separation layer to obtain a microrelief image; applying liquid to the microrelief image to form a transparent layer of refraction, which increases the visibility of at least a portion of the image; applying an adhesive layer to a transparent refractive layer. In this case, the refractive layer has a refractive index that differs from the refractive index of the transparent layer by about 0.2 or more units. The liquid is applied by the coating method or by the printing method: flexography, gravure printing, gravure printing, offset, gravure, offset, rotational gravure. The liquid has a viscosity in the range of about 15 to about 50 centistokes, preferably in the range of about 21 to about 27 centistokes, it is applied in an amount of about 0.5 to about 2.0 g / m 2 , preferably 0.8 to about 1, 2 g / m 2 . The refractive layer is formed from a liquid containing at least one material from the group BiOCl, Sb 2 O 5, TiO 2 -SnO 2 -ZrO 2 and ZnO 2 Sb 2 O 5 in the form of dispersions, solutions, suspensions, and emulsions, and refractive the layer has a thickness of from about 0.3 to 3.0 microns, preferably from 0.5 to 1.0 microns [US 6468380 B05D 1/28; B05D 7/24; G02B 5/18; G03H 1/02; G03H 1/18; 2002-10-22].

Голографические интерференционные изображения в настоящее время обычно получают на широко доступной, на рынке голографической бумаге. Голографическая бумага является оптически переменным устройством, изменяющим внешний вид изображения в зависимости от источника света, угла света и угла обзора. Сами изображения воспроизводят на поверхности бумаги, или другого субстрата, исходной голографической матрицей микротиснением покрытия на поверхности бумаги. Затем поверхность в вакууме металлизируют, чтобы обеспечить очень яркий, блестящий, металлический блеск, который производит радужное голографическую изображения и делает его видимым. Голографическая бумага печатается с использованием специальных краски, высыхающей в результате окисления и/или ультрафиолетового отверждения. Кроме того, используют краски, высыхающие при удалении растворителей или воды.Holographic interference images are currently usually obtained on widely available, holographic paper in the market. Holographic paper is an optically variable device that changes the appearance of the image depending on the light source, light angle and viewing angle. The images themselves are reproduced on the surface of the paper, or other substrate, by the original holographic matrix by micro-embossing of the coating on the surface of the paper. The surface is then metallized in a vacuum to provide a very bright, shiny, metallic luster that produces a rainbow-colored holographic image and makes it visible. Holographic paper is printed using special inks that dry out as a result of oxidation and / or UV curing. In addition, paints that dry when solvents or water are removed are used.

Широкое распространение в компьютерной издательской деятельности в настоящее время получила струйная печать на декоративной бумаге, имеющей привлекательный внешний вид. Поздравительные открытки, папки, презентации, визитки, этикетки, теги, плакаты, канцелярские принадлежности, произведения искусства и т.д., цифровой печати массово изготавливаются сегодня в офисе и дома на струйных принтерах. При струйной печати обычно используются чернила на водной основе или на основе растворителей. Чернила для струйной печати на водной основе плохо совмещаются голографической бумагой, так как полимерная или металлизированная поверхность голографической бумаги плохо смачивается водой и плохо поглощает влагу. Чернила для струйной печати на основе растворителей обладают большей совместимостью с голографической бумагой, однако обычно используемые в чернилах для струйной печати растворители, например, этилацетат, метилкетон и ацетон, представляют опасность для человека и окружающей среды, и часто требуют специальных условий при использовании. Поэтому проблему совместимости широко используемых при струйной печати чернил на водной основе с голографической бумагой пытаются решать разработкой специальных покрытий голографической бумаги.Widespread in computer publishing is currently inkjet printing on decorative paper with an attractive appearance. Greeting cards, folders, presentations, business cards, labels, tags, posters, stationery, artwork, etc., digital printing are mass-produced today in the office and at home on inkjet printers. Inkjet printing typically uses water based or solvent based inks. Water-based inkjet inks do not combine well with holographic paper, because the polymer or metallized surface of holographic paper is poorly wetted by water and does not absorb moisture well. Solvent-based inkjet inks are more compatible with holographic paper, but solvents commonly used in inkjet inks, such as ethyl acetate, methyl ketone and acetone, are dangerous to humans and the environment, and often require special conditions when used. Therefore, they are trying to solve the compatibility problem of water-based inks widely used in inkjet printing with holographic paper by developing special coatings of holographic paper.

Известно предназначенное для струйной печати покрытие голографической бумаги, содержащей грунтовочный слой, первичный и вторичный слой. Вторичный слой включает в себя множество микроскопических пор, которые предпочтительно от 1 до 6 мкм в диаметре для проникновения чернила для струйной печати в покрытие в процессе печати. Покрытие совместимо с красками на водной основе и с растворителей основанных. Поры служат для закрепления чернил струйной печати, предотвращая их растекание при высыхании и ускорения скорости высыхания чернил. Кроме того, второй слой достаточно пористый, чтобы поглотить чернила, как он высохнет. Чем глубже второй слой, тем быстрее высыхание. Грунтовочный слой голографической бумаги изготовлен из материала группы, состоящей из акриловых, полиэфирных, уретановых, и виниловых смолы и нитроцеллюлозы, а вторичной слой из группы, состоящей из поливинилового спирта, желатин, целлюлоза, акриловые смолы и поливинилового пропилена и имеет множество механически образованных микроскопических пор, расположенных на нем, чтобы обеспечить места для закрепления и впитывания чернил струйной печати [US 6458449 В41М 5/52; В41М 5/00 Опубл. 2002-10-01].Known intended for inkjet printing coating holographic paper containing a primer layer, a primary and secondary layer. The secondary layer includes a plurality of microscopic pores, which are preferably 1 to 6 μm in diameter, to allow ink jet ink to enter the coating during printing. The coating is compatible with water based paints and solvent based paints. The pores serve to fix the inkjet ink, preventing them from spreading upon drying and accelerate the drying speed of the ink. In addition, the second layer is porous enough to absorb the ink as it dries. The deeper the second layer, the faster it dries. The primer layer of holographic paper is made of a material of the group consisting of acrylic, polyester, urethane, and vinyl resins and nitrocellulose, and the secondary layer of the group of polyvinyl alcohol, gelatin, cellulose, acrylic resins and polyvinyl propylene and has many mechanically formed microscopic pores located on it to provide space for fixing and absorbing inkjet ink [US 6458449 V41M 5/52; B41M 5/00 Publ. 2002-10-01].

Наиболее общим известным методом получения радужных голограмм является создание на поверхности обычно термопластичного субстрата микрорельефа, на котором происходит дифракция видимого света. Чаще всего дифракционный рельеф получают путем тиснения поверхности термопластичного субстрата, например, термопластичной полимерной пленки. Этот процесс происходит в результате контакта штампа из твердого материала с субстратом. При этом на поверхности штампа выгравировывают соответствующий микрорельеф в зеркальном отображении [Пат. США 3,578,845 (Brooks et al.)]. Известно, что дифракционный эффект тем выше, чем больше разница показателей преломления вещества субстрата и внешней среды. Поэтому часто поверхность микрорельефа покрывают тонкими слоями отражающих материалов, таких как алюминий, медь, золото и т.п. Альтернативно поверхность микрорельефа покрывают тонкими слоями прозрачных материалов, обладающих высоким показателем преломления, таких как сульфид цинка, оксид железа, оксид свинца, селенид цинка, сульфид кадмия, диоксид титана, оксид цинка, хлорид свинца, оксид церия, оксид кадмия, оксид неодима или оксид алюминия. Субстраты, покрытые прозрачными покрытиями с высоким показателем преломления, часто используются как элементы защиты от подделки в различных изделиях, таких, например, как банковские карты.The most common known method for producing rainbow holograms is to create on the surface a usually thermoplastic microrelief substrate on which diffraction of visible light occurs. Most often, the diffraction relief is obtained by embossing the surface of a thermoplastic substrate, for example, a thermoplastic polymer film. This process occurs as a result of the contact of a stamp from a solid material with a substrate. In this case, the corresponding microrelief in mirror image is engraved on the surface of the stamp [Pat. US 3,578,845 (Brooks et al.)]. It is known that the diffraction effect is higher, the greater is the difference between the refractive indices of the substrate substance and the external environment. Therefore, often the surface of the microrelief is covered with thin layers of reflective materials, such as aluminum, copper, gold, etc. Alternatively, the surface of the microrelief is coated with thin layers of high refractive index transparent materials such as zinc sulfide, iron oxide, lead oxide, zinc selenide, cadmium sulfide, titanium dioxide, zinc oxide, lead chloride, cerium oxide, cadmium oxide, neodymium oxide or oxide aluminum. Substrates coated with transparent coatings with a high refractive index are often used as anti-counterfeiting elements in various products, such as, for example, bank cards.

Процесс тиснения микрорельефа может быть реализован с помощью гравированного вала, как это описано в Пат. США 4,913,858 и 5,164,227 (Miekka et al). В данном случае субстрат в виде непрерывного полотна пропускают между гравированным валом и опорным валом. Термопластичный слой на субстрате подогревается до необходимой температуры, которая обеспечивает процесс тиснения под давлением или же подогревается непосредственно гравированный вал. Различают «мягкое тиснение» (soft embossing) и «твердое тиснение» (hard embossing). В первом случае процесс тиснения осуществляют перед нанесением покрытия с высоким показателем преломления. «Твердое тиснение» осуществляют через нанесенное покрытие с высоким показателем преломления. Полупрозрачные покрытия с высоким показателем преломления (например, ZnS или TiO2) наносят большей толщины, чем металлические покрытия для получения более яркой дифракционной картины. Обычно толщина покрытия ZnS составляет 400-600 ангстрем, в то время как покрытие алюминием имеет толщину 200 ангстрем или менее. Кроме того, полупрозрачные покрытия значительно тверже, чем металлические. ZnS имеет твердость по Моосу 4,5 в сравнении с 2,75 для алюминия. Это требует более высокого давления эмбоссирования, что, соответственно, приводит к необходимости использования более мощного оборудования для тиснения микрорельефа.The microrelief embossing process can be implemented using an engraved shaft, as described in US Pat. U.S. 4,913,858 and 5,164,227 (Miekka et al). In this case, a substrate in the form of a continuous web is passed between the engraved shaft and the support shaft. The thermoplastic layer on the substrate is heated to the required temperature, which ensures the embossing process under pressure, or the directly engraved shaft is heated. Distinguish between "soft embossing" (soft embossing) and "hard embossing" (hard embossing). In the first case, the embossing process is carried out before coating with a high refractive index. "Hard embossing" is carried out through the coating with a high refractive index. Translucent coatings with a high refractive index (for example, ZnS or TiO 2 ) cause a greater thickness than metal coatings to obtain a brighter diffraction pattern. Typically, the thickness of the ZnS coating is 400-600 angstroms, while the aluminum coating has a thickness of 200 angstroms or less. In addition, translucent coatings are much harder than metal coatings. ZnS has a Mohs hardness of 4.5 compared to 2.75 for aluminum. This requires a higher embossing pressure, which, accordingly, necessitates the use of more powerful equipment for embossing the microrelief.

Наиболее общим способом изготовления пленок с рельефоприемным термопластичным слоем является, например, нанесение термопластичного лака из растворов или водных дисперсий на поверхность пленок из полиэтилентерефталата или полипропилена при помощи известных методов, таких как глубокая печать, воздушный нож, роль-ракель т другие.The most common method for producing films with a thermoplastic layer is a thermoplastic layer, for example, applying thermoplastic varnish from solutions or aqueous dispersions to the surface of polyethylene terephthalate or polypropylene films using known methods, such as gravure printing, air knife, doctor blade and others.

Покрытия с высоким показателем преломления обычно наносят путем напыления в вакууме. При этом очень важно, чтобы в составе рельефоприемного слоя не осталось летучих веществ, которые будут испаряться в процессе вакуумирования и создавать на поверхности материала дефекты. Важным моментом является также то, что в процессе вакуумного напыления покрытия с высоки показателем преломления существует необходимость обработки достаточно большого по длине количества пленки, что обусловлено техническими параметрами процесса вакуумного напыления - необходима высокая скорость (500 м/мин) и требуется некоторое время для стабилизации процесса, существенно ограничивает изготовление малых количеств продукции, что очень важно при производстве защищенной продукции малых тиражей.High refractive index coatings are usually applied by vacuum deposition. In this case, it is very important that no volatile substances remain in the composition of the relief layer, which will evaporate during the evacuation process and create defects on the surface of the material. An important point is that in the process of vacuum deposition of a coating with a high refractive index, there is a need to process a sufficiently large amount of film, which is due to the technical parameters of the vacuum deposition process - a high speed is required (500 m / min) and some time is needed to stabilize the process , significantly limits the production of small quantities of products, which is very important in the production of protected products in small runs.

Известно получение субстратов с рельефоприемным слоем методом-производства соэкструзионных пленок, как это описано в Пат. США 7,157,135 (Wolfgang Decker at al). Рельефоприемный слой в соэкструзионной пленке должен иметь как минимум на 10°С меньшую температуру плавления, чем базовый субстрат. Толщина рельефоприемного слоя колеблется в диапазоне 0,1-2,0 мкм при толщине базового субстрата 7-120 мкм.It is known to obtain substrates with a relief layer by the method of production of coextruded films, as described in US Pat. U.S. 7,157,135 (Wolfgang Decker at al). The relief layer in the coextruded film should have at least 10 ° C lower melting point than the base substrate. The thickness of the relief layer varies in the range of 0.1-2.0 μm with a thickness of the base substrate of 7-120 μm.

Общими техническими недостатками известных способов получения радужных голограмм на поверхности обычно термопластичного субстрата микрорельефа является технологическая сложность и незащищенность микрорельефа от механических воздействий, поэтому вынуждены разрабатывать различные способы защиты радужных голографических изображений.The common technical disadvantages of the known methods for producing rainbow holograms on the surface of a usually thermoplastic microrelief substrate are the technological complexity and insecurity of the microrelief from mechanical stresses, so they are forced to develop various ways to protect rainbow holographic images.

Известно оптически изменяемое защитное устройство, содержащее, по меньшей мере, первую и вторую наложенную одна на другую дифракционные или голографические структуры, формирующие оптически изменяемые эффекты, при этом, по меньшей мере, первая структура имеет поверхностную рельефную микроструктуру, причем вторая структура, формирующая оптически изменяемые эффекты является видимой сквозь первую структуру. Первая структура, формирующая оптически изменяемые эффекты содержит дискретный металлический слой или содержит отражающий слой, сформированный диэлектрическим материалом с высоким показателем преломления, по существу, чисто решеточную структуру в сочетании с диэлектрическим слоем с высоким показателем преломления, а вторая структура, формирующая оптически изменяемые эффекты, содержит либо классическую голограмму, либо дифракционное устройство нулевого порядка, либо френелевую структуру. При этом первая и вторая структуры, формирующие оптически изменяемые эффекты содержат комплементарные дифракционные устройства нулевого порядка и формируют ортогональные голографические изображения, обычно создаваемые классической голографией. Вторая структура, формирующая оптически изменяемые эффекты, содержит поверхностную рельефную микроструктуру и непрозрачный отражающий слой. Первая и вторая поверхностные рельефные микроструктуры получены посредством разных процессов, либо растровой интерферометрии, либо литографической интерферометрии, либо электронно-лучевой литографии, либо классической радужной литографии. Способ изготовления защитного устройства, предусматривает обеспечение, по меньшей мере, первой и второй, наложенных одна на другую дифракционных или голографических структур, формирующих оптически изменяемые эффекты, причем, по меньшей мере, первая структура имеет поверхностную рельефную микроструктуру, вторая структура, формирующая оптически изменяемые эффекты является видимой сквозь первую структуру. Каждую структуру, формирующую оптически изменяемые эффекты, формируют тиснением соответствующей поверхностной рельефной микроструктуры в слой тиснения, в котором слой тиснения содержит лак или полимер тиснения. Каждую микроструктуру получают посредством другого процесса создания оригинала и наслаивают друг на друга с помощью промежуточного ламинирующего УФ-отвержаемого адгезива [RU 2004 129 336 B42D 15/10 опубл. 10.05.2005 WO 03/082598 09.10.2003].Known optically variable protective device containing at least the first and second superimposed on each other diffraction or holographic structures that form optically variable effects, while at least the first structure has a surface relief microstructure, the second structure forming optically variable effects is visible through the first structure. The first structure that forms optically variable effects contains a discrete metal layer or contains a reflective layer formed by a dielectric material with a high refractive index, essentially a purely lattice structure in combination with a dielectric layer with a high refractive index, and the second structure that forms optically variable effects contains either a classical hologram, or a zero-order diffraction device, or a fresnel structure. Moreover, the first and second structures that form optically variable effects contain complementary zero-order diffraction devices and form orthogonal holographic images, usually created by classical holography. The second structure, which forms optically variable effects, contains a surface relief microstructure and an opaque reflective layer. The first and second surface relief microstructures were obtained by different processes, either by scanning interferometry, or lithographic interferometry, or electron beam lithography, or classical rainbow lithography. A method of manufacturing a protective device involves providing at least a first and a second superimposed diffraction or holographic structures forming optically variable effects, wherein at least the first structure has a surface relief microstructure, the second structure forming optically variable effects is visible through the first structure. Each structure forming optically variable effects is formed by embossing the corresponding surface embossed microstructure into an embossing layer, in which the embossing layer contains varnish or embossing polymer. Each microstructure is obtained through another process of creating the original and layered on top of each other using an intermediate laminating UV curing adhesive [RU 2004 129 336 B42D 15/10 publ. 05/10/2005 WO 03/082598 10/09/2003].

Известна информационно-защитная этикетка, выполненная на бумажной или полимерной основе с возможностью закрепления ее на единице товара, на которой нанесен штриховой код, несущий идентификационную и содержательную информацию, которая содержит дополнительно дифракционный элемент защиты от копирования, имеющий поверхностный микрорельеф, создающий эффект оптической дифракции, выполненный на металлизированном полимерном носителе, нанесенном на основу этикетки. Поверхностный микрорельеф, создающий эффект оптической дифракции, дифракционного элемента защиты от копирования выполнен непосредственно на полимерной основе этикетки, которая выполнена металлизированной, ее основа со стороны, прикрепляемой к изделию, содержит клеевой слой. На основу этикетки нанесена защитная печать в виде микролиний и/или микротекста, невидимой краской, светящейся в свете УФ-детектора или видимой через красный оптический фильтр, а поверхностный микрорельеф, создающий эффект оптической дифракции, представляет собой голограмму Бентона или представляет собой дифракционную решетку, выполненную методом электронно-лучевой голографии [RU 9 542 G09F 3/00 Опубл. 16.03.1999].Known information-protective label made on a paper or polymer basis with the possibility of fixing it on a unit of goods, on which a bar code is printed that carries identification and content information, which additionally contains a diffractive copy protection element having a surface microrelief that creates the effect of optical diffraction, made on a metallized polymer carrier deposited on the base of the label. The surface microrelief, which creates the effect of optical diffraction, of the diffractive copy protection element, is made directly on the polymer basis of the label, which is metallized, its base on the side attached to the product contains an adhesive layer. The label is coated with a protective seal in the form of microlines and / or microtext, an invisible ink glowing in the light of a UV detector or visible through a red optical filter, and the surface microrelief, which creates the effect of optical diffraction, is a Benton hologram or a diffraction grating made by electron beam holography [RU 9 542 G09F 3/00 Publ. March 16, 1999].

Технические недостатки известных аналогов, устраняемые при реализации объекта патентования - технологическая сложность и длительность производства голограмм в единичном экземпляре, необходимость сложного дорогостоящего оборудования.The technical disadvantages of the known analogues that are eliminated by the implementation of the patented object are the technological complexity and the duration of the production of holograms in a single copy, the need for complex expensive equipment.

Известен способ создания защитной голограммы, включающий операции создания нужного изображения, записи голограммы с нужного изображения, создания металлической матрицы из голограммы нужного изображения, последующего тиражирования защитной голограммы по поверхности полимерной пленки путем тиснения на нее матрицей, согласно которого для повышения технологичности предварительно, до изготовления матрицы для тиражирования голографических изображений нужного изображения, состоящего из ряда поодиночных изображений, на поверхности полимерной пленки выполняют операцию создания металлической матрицы из каждого поодиночного голографического изображения, на поверхность полимерного материала наносят электропроводный слой, затем методом механической рекомбинации, который заключается в тиснении по поверхности имеющегося электропроводного слоя по очереди каждой металлической матрицей с поодиночным изображением, изготавливают общую матрицу, которая включает ряд голографических изображений и воссоздает зеркальное нужному изображение, а операцию тиражирования защитной голограммы на полимерной пленке выполняют путем тиснения на нее общей матрицей [RU 2258248 G03H 1/26, G03H 1/00, G06K 19/00 Опубл. 10.08.2005 Конвенционный приоритет 19.06.2001 UA 2001064261 РСТ WO 02/103457 (27.12.2002)]. Недостаток указанного способа заключается в его недостаточной технологичности, обусловленной необходимостью создания электропроводного слоя на поверхности матрицы. Для создания электропроводного слоя на поверхности матрицы используют операцию химического никелирования. Эта операция, во-первых, является недостаточно контролируемой, поэтому слой имеет разную толщину по площади матрицы, а во-вторых, является очень сложной в технологическом плане и довольно дорогой, что ограничивает использование упомянутого способа.A known method of creating a protective hologram, including the operation of creating the desired image, recording a hologram from the desired image, creating a metal matrix from the hologram of the desired image, then replicating the protective hologram on the surface of the polymer film by stamping it with a matrix, according to which to increase manufacturability beforehand, before making the matrix for replicating holographic images of the desired image, consisting of a series of single images, on the floor surface of a dimensional film, an operation is performed to create a metal matrix from each single holographic image, an electrically conductive layer is applied to the surface of the polymeric material, then by the mechanical recombination method, which embosses the existing electrically conductive layer on the surface of each metal image with a single image in turn, a common matrix is made, which includes a series of holographic images and recreates the desired image mirror, and the operation of replication is protective th hologram on polymer film by embossing to operate her general matrix [RU 2258248 G03H 1/26, G03H 1/00, G06K 19/00 Publ. 08/10/2005 Conventional priority 06/19/2001 UA 2001064261 PCT WO 02/103457 (12/27/2002)]. The disadvantage of this method is its lack of manufacturability, due to the need to create an electrically conductive layer on the surface of the matrix. To create an electrically conductive layer on the surface of the matrix, a chemical nickel plating operation is used. This operation, firstly, is not sufficiently controlled, therefore, the layer has a different thickness over the area of the matrix, and secondly, it is very complex in terms of technology and quite expensive, which limits the use of the above method.

Производство популярных сегодня радужных голограмм ежегодно увеличивается, однако технологии доступной и быстрой печати малотиражных и индивидуальных изображений с радужным голографическим эффектом до сих пор были не неизвестны.The production of today's rainbow-colored holograms is increasing annually, but the technology of affordable and fast printing of small-volume and individual images with a rainbow holographic effect has not yet been unknown.

Задачей достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является:The objective of the technical result of the invention is:

- получение нетоксичных чернил для цветной струйной печати уникальных радужных голографических изображений на основе химически инертного и экологически безопасного диоксида титана и экологически приемлемого водного раствора этилового спирта;- obtaining non-toxic inks for color inkjet printing of unique rainbow holographic images based on chemically inert and environmentally friendly titanium dioxide and an environmentally acceptable aqueous solution of ethyl alcohol;

- обеспечение возможности технологически простой, быстрой (не более 5 минут) струйной печати обычными струйными принтерами уникальных и индивидуальных цветных радужных голографических изображений на микроэмбосированной или голографической бумаге посредством специально приготовляемых бесцветных золь-гель чернил с возможностью последующего наблюдения на поверхности уникальных радужных голографических изображений в отраженном свете видимого спектра, которые могут быть использованы для моментальной защиты документов, печати фамилий, фотографий, печати персонализированных голограмм на именных документах, создания персонализированной сувенирной и печатной продукции широкого потребления, печати защищенных именных транспортных билетов, индивидуальных приглашений на мероприятия;- providing the possibility of technologically simple, fast (no more than 5 minutes) inkjet printing with ordinary inkjet printers of unique and individual color rainbow holographic images on microembos or holographic paper by means of specially prepared colorless sol-gel inks with the possibility of subsequent observation on the surface of unique rainbow holographic images in reflected in the light of the visible spectrum, which can be used for instant protection of documents, printing surnames , Photos, personalized printing holograms on the document name, create a personalized souvenir and printed production of consumer, secure printing of registered transport tickets, individual invitations to events;

- формирование посредством чернил для струйной печати оптических пленочных наноструктур из ксерогеля нанокристаллическигого диоксида титана с точностью до 10 нм, и показателем преломления более 1,7;- the formation by means of inkjet printing of optical film nanostructures of xerogel nanocrystalline titanium dioxide with an accuracy of 10 nm, and a refractive index of more than 1.7;

- получение не выцветающих от действия солнечных лучей и УФ излучения радужных голографических изображений;- obtaining rainbow holographic images that do not fade from the action of sunlight and UV radiation;

- обеспечение возможности повторного нанесения чернилами для струйной печати радужных голографических изображений и повторного использования подложки с возможностью удаления нанесенных слоев радужных голографических изображений водными растворителями.- providing the ability to re-apply ink for inkjet printing of rainbow holographic images and reuse of the substrate with the ability to remove deposited layers of rainbow holographic images with aqueous solvents.

Характерными отличительными результатами реализации предлагаемого изобретения являются:Typical distinctive results of the implementation of the invention are:

- получение и использование бесцветных золь-гель чернил, содержащих нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5%, с высоким показателем преломления более 1,7 во всем видимом диапазоне спектра после их высыхания, наносимых на голографическую бумагу или микроэмбосированную при помощи струйного принтера;- the preparation and use of colorless sol-gel inks containing nanocrystalline sol anatase with an amorphous phase content of not more than 5%, with a high refractive index of more than 1.7 in the entire visible range of the spectrum after drying, applied to holographic paper or microembos using an inkjet printer ;

- формирование бесцветными бесцветными золь-гель чернилами, содержащих нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5%., наноразмерного покрытия в виде напечатанного текста, цифр или рисунков, далее - изображений, покрываемых прозрачными полимерами или лаками с показателем преломления менее 1,6 с созданием оптического эффекта маскирования свободной от напечатанных золь-гель чернилами изображений областей голографической бумаги или микроэмбоссированной поверхности и выборочного отображения напечатанных золь-гель чернилами радужных голографических изображений;- the formation of colorless colorless sol-gel inks containing nanocrystalline anatase sol with an amorphous phase content of not more than 5%., a nanoscale coating in the form of printed text, numbers or drawings, hereinafter - images coated with transparent polymers or varnishes with a refractive index of less than 1.6 with the creation of an optical effect of masking free from sol-gel-printed ink images of areas of holographic paper or microembossed surface and selective display of printed sol-g spruce ink rainbow holographic images;

- защита поверхности радужного голографического изображения покрытием из прозрачных полимеров или лаков;- surface protection of the rainbow holographic image with a coating of transparent polymers or varnishes;

- возможность быстрого и технически простого получения посредством обычных струйных принтеров уникальных изображений с радужным голографическим эффектом с полным сохранением диффракционного эффекта и оптической прозрачности в видимом диапазоне света;- the ability to quickly and technically simple to obtain through conventional inkjet printers unique images with a rainbow holographic effect with full preservation of the diffraction effect and optical transparency in the visible range of light;

- возможность использования технологии струйной печати для создания обычными струйными принтерами уникальных радужных голографических изображений путем формирования на голографической бумаге нанослоев ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с высокой точностью без использования высоких температур и технически сложных физических процессов;- the possibility of using inkjet printing technology to create unique rainbow holographic images by conventional inkjet printers by forming nanocrystalline titanium dioxide xerogel nano-layers on holographic paper with high accuracy without using high temperatures and technically complex physical processes;

- технически простое управление толщиной рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с точностью до 10 нм посредством струйного нанесения с возможностью получения цветных радужных голографических изображений во всем диапазоне цветов видимого спектра света с контролируемой интерференцией с использованием одних и тех же бесцветных золь-гель чернил;- technically simple control of the thickness of the xerogel refractive layer of nanocrystalline titanium dioxide with an accuracy of 10 nm by inkjet printing with the possibility of obtaining color rainbow holographic images in the entire color range of the visible light spectrum with controlled interference using the same colorless sol-gel ink;

- отсутствие токсичных красителей в предлагаемых золь-гель чернилах для струйной печати радужных голографических изображений;- the absence of toxic dyes in the proposed sol-gel ink for inkjet printing of rainbow holographic images;

- высокая перспективность практической реализации предлагаемых решений с экологической стороны, так как применяемые системы на основе нанокристаллических золей анатаза диоксида титана нетоксичны и биоинертны.- high prospects for the practical implementation of the proposed solutions from the environmental side, since the systems used based on nanocrystalline sols of anatase titanium dioxide are non-toxic and bioinert.

Практическое получение недостижимых ранее технических результатов стало возможным только при использовании оригинальной специально приготовляемой коллоидной дисперсии нанокристаллического золя диоксида титана с высоким коэффициентом преломления во всем видимом диапазоне, соответствующей по реологическим свойствам чернилам для струйной печати. Это стало возможным благодаря созданию и использованию специальных бесцветных золь-гель чернил на основе нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы, при естественном высыхании которых образуются оптически прозрачные монолитные покрытия в виде высокорефрактивных слоев ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с коэффициентом преломления, более 1,7 во всем диапазоне видимого света.The practical obtaining of previously unattainable technical results became possible only when using the original specially prepared colloidal dispersion of a nanocrystalline sol of titanium dioxide with a high refractive index in the entire visible range corresponding to the rheological properties of inkjet inks. This was made possible thanks to the creation and use of special colorless sol-gel inks based on a nanocrystalline sol of titanium dioxide of a predominantly anatase phase, during natural drying of which optically transparent monolithic coatings are formed in the form of highly refractive xerogel layers of nanocrystalline titanium dioxide with a refractive index of more than 1.7 in all range of visible light.

Согласно изобретению предлагается принципиально новый способ приготовления методами растворной химии бесцветных золь-гель чернил для струйной печати радужных голографических изображений, обеспечивающих возможность создания рефрактивных покрытий с заданной толщиной с точностью до 10 нм, необходимых для избирательного маскирования радужных микроэмбоссированных материалов с показателем преломления менее 1.6.According to the invention, a fundamentally new method for preparing colorless sol-gel ink for inkjet printing of rainbow holographic images, which makes it possible to create refractive coatings with a given thickness with an accuracy of 10 nm, is necessary for the selective masking of rainbow microembossed materials with a refractive index of less than 1.6.

Предлагаемые золь-гель чернила для струйной печати радужных голографических изображений закладывают основы развития принципиально нового направления струйной печати радужных голографических изображений и позволяет освоить новые методы формирования оптических нанообъектов широкодоступными методами струйной печати с использованием обычных струйных принтеров на непористых микроэмбоссированных подложках и голографической бумаге.The proposed sol-gel inkjet ink for rainbow holographic images lays the foundation for the development of a fundamentally new direction of inkjet printing of rainbow holographic images and allows one to master new methods of forming optical nano-objects by widely available inkjet printing methods using conventional inkjet printers on non-porous microembossed substrates and holographic paper.

Поставленная задача решается и требуемый технический результат достигается тем, что золь-гель чернила для струйной печати радужных голографических изображений на голографической бумаге или на микроэмбоссированной (микротисненной) поверхности, содержат нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5%. в растворе этилового спирта в воде, характеризующиеся, по крайней мере, одним из следующей группы свойств:The problem is solved and the required technical result is achieved by the fact that the sol-gel inkjet ink for printing rainbow holographic images on holographic paper or on a microembossed (microte embossed) surface contains nanocrystalline anatase sol with an amorphous phase content of not more than 5%. in a solution of ethyl alcohol in water, characterized by at least one of the following group of properties:

наличием наночастиц диоксида титана в виде кристаллов диоксида титана преимущественно анатазной фазы с содержанием аморфной фазы диоксида титана не более 5%,the presence of titanium dioxide nanoparticles in the form of crystals of titanium dioxide of a predominantly anatase phase with a content of an amorphous phase of titanium dioxide of not more than 5%,

концентрацией нанокристаллических частиц диоксида титана не менее 1 мас. %,the concentration of nanocrystalline particles of titanium dioxide is not less than 1 wt. %

размером нанокристаллических частиц диоксида титана не более 100 нм,the size of the nanocrystalline particles of titanium dioxide is not more than 100 nm,

средним гидродинамическим диаметром частиц нанокристаллического золя диоксида титана не более 100 нм, преимущественно 15,8 нм,the average hydrodynamic particle diameter of the nanocrystalline sol of titanium dioxide is not more than 100 nm, mainly 15.8 nm,

дзета-потенциалом наночастиц диоксида титана не менее +10 мВ, преимущественно +36,1±5,3 мВ,the zeta potential of titanium dioxide nanoparticles is not less than +10 mV, mainly + 36.1 ± 5.3 mV,

возможностью формирования прозрачного в видимой области спектра рефрактивного слоя ксерогеля диоксида титана толщиной от 30 нм до 1000 нм с показателем преломления более 1,75,the possibility of forming a transparent in the visible spectrum of the refractive layer of xerogel titanium dioxide with a thickness of 30 nm to 1000 nm with a refractive index of more than 1.75,

концентрацией этилового спирта в воде не более 70 мас. % при преимущественном соотношении этиловый спирт : вода 3:1,the concentration of ethyl alcohol in water is not more than 70 wt. % with a predominant ratio of ethyl alcohol: water 3: 1,

длительностью седиментационной устойчивости нанокристаллического золя диоксида титана не менее 1 года.the duration of sedimentation stability of the nanocrystalline sol of titanium dioxide for at least 1 year.

При этом золь-гель чернила для струйной печати радужных голографических изображений на голографической бумаге или на микроэмбоссированной поверхности обладают:At the same time, sol-gel inkjet ink for printing rainbow holographic images on holographic paper or on a microembossed surface has:

вязкостью не более 20 мПа*с, преимущественно 2,1 мПа*с,viscosity no more than 20 MPa * s, mainly 2.1 MPa * s,

поверхностным натяжением не более 50 нН/м преимущественно 27 нН/м.surface tension of not more than 50 nN / m, mainly 27 nN / m.

Золь-гель чернил для струйной печати радужных голографических изображений на голографической бумаге или на микроэмбоссированной поверхности в виде нанокристаллического золя диоксида титана, в растворе этилового спирта в воде, получают в два этапа, на первом этапе получают нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5%. в воде, а на втором этапе из нанокристаллического золя диоксида титана в воде получают золь-гель чернила для струйной печати в виде нанокристаллического золя диоксида титана в растворе этилового спирта в воде, с требуемыми для струйной печати вязкостью и поверхностным натяжением.Ink sol-gel for inkjet printing of rainbow holographic images on holographic paper or on a microembossed surface in the form of a nanocrystalline sol of titanium dioxide, in a solution of ethyl alcohol in water, is obtained in two stages, at the first stage, a nanocrystalline anatase sol with an amorphous phase content of not more than 5 % in water, and in the second stage, a sol-gel inkjet ink is obtained from a nanocrystalline titanium dioxide sol in water in the form of a nanocrystalline titanium dioxide sol in a solution of ethyl alcohol in water with the viscosity and surface tension required for inkjet printing.

Нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5%. в воде получают путем получения раствора алкоксида титана смешением изопропоксида титана и 2-пропанола, гидролиза алкоксида титана с образованием устойчивых кристаллических зародышей диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде, проведения температурной дегидратации аморфного оксигидроксида титана нагревом до 70°С в кислой среде, созданием кислой среды и выдержкой при 80°С в течение 1-го часа с увеличением содержания кристаллической фазы оксида титана преимущественно анатазной фазы и с получением нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы, с размером кристаллов диоксида титана не более 100 нм преимущественно 5-20 нм, со средним гидродинамическим диаметром частиц золя не более 100 нм преимущественно 15,8 нм, с дзета-потенциалом частиц золя не менее +10 мВ преимущественно +36,1±5,3 мВ, стабилизации нанокристаллического золя диоксида титана путем протонизации частиц золя в присутствии азотной кислоты и выдержке не более 1-2 недель при комнатной температуре при постоянном перемешивании с получением стабильного нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде, характеризующегося: содержанием аморфной фазы диоксида титана не более 5%, размером кристаллов диоксида титана 5-100 нм, преимущественно анатазной фазы, средним гидродинамическим диаметром частиц золя не более 100 нм преимущественно 15.8 нм, дзета-потенциалом частиц золя не менее +10 мВ преимущественно +36,1±5,3 мВ.Nanocrystalline anatase sol with an amorphous phase content of not more than 5%. in water is obtained by obtaining a solution of titanium alkoxide by mixing titanium isopropoxide and 2-propanol, hydrolysis of titanium alkoxide to form stable crystalline nuclei of titanium dioxide predominantly anatase phase in water, conducting temperature dehydration of amorphous titanium oxyhydroxide by heating to 70 ° C in an acidic environment, creating an acidic environment and exposure at 80 ° C for 1 hour with an increase in the content of the crystalline phase of titanium oxide predominantly anatase phase and obtaining nanocrystalline sol d titanium oxide of a predominantly anatase phase, with a crystal size of titanium dioxide of not more than 100 nm, mainly 5-20 nm, with an average hydrodynamic diameter of sol particles of not more than 100 nm, mainly 15.8 nm, with a zeta potential of sol particles of not less than +10 mV mainly + 36.1 ± 5.3 mV, stabilizing the nanocrystalline sol of titanium dioxide by protonization of the sol particles in the presence of nitric acid and holding for no more than 1-2 weeks at room temperature with constant stirring to obtain a stable nanocrystalline sol of dio titanium oxide of a predominantly anatase phase in water, characterized by: a content of an amorphous phase of titanium dioxide of not more than 5%, a crystal size of titanium dioxide of 5-100 nm, a predominantly anatase phase, an average hydrodynamic diameter of sol particles of not more than 100 nm, mainly 15.8 nm, a zeta-potential of particles sol not less than +10 mV predominantly + 36.1 ± 5.3 mV.

Нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5% в растворе этилового спирта в воде получают путем доведения параметра вязкости нанокристаллического золя диоксида титана в воде до показателя не более 20 мПа*с посредством концентрирования золя наночастиц диоксида титана в воде до концентрации не менее 8 мас. % вакуумным выпариванием при температуре 50°С, получения необходимого поверхностного натяжения нанокристаллического золя диоксида титана не более 50 нН/м добавлением этилового спирта до концентрации этилового спирта в воде не более 70 масс. %, обеспечения фазового равновесия между водой и этиловым спиртом гомогенизацией в течении не более 12 суток с получением нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной формы в растворе этилового спирта в воде, характеризующегося по крайней мере одним из следующей группы свойств: наличием нанокристаллических частиц диоксида титана в виде кристаллов диоксида титана с содержанием аморфной фазы диоксида титана не более 5%, концентрацией нанокристаллических частиц диоксида титана не менее 1 мас. %, размером нанокристаллических частиц диоксида титана 5-100 нм, средним гидродинамическим диаметром частиц золя не более 100 нм, преимущественно 15,8 нм, дзета-потенциалом частиц золя не менее +10 мВ, преимущественно +36,1±5,3 мВ мВ, возможностью формирования прозрачного в видимой области спектра рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана толщиной от 30 нм до 1 мкм с показателем преломления более 1,75, концентрацией этилового спирта в воде не более 70 масс. % при преимущественном объемном соотношении этиловый спирт : вода 3:1, вязкостью не более 20 мПа*с, преимущественно 2,1 мПа*с, поверхностным натяжением не более 50 нН/м преимущественно 27 нН/м.Nanocrystalline anatase sol with an amorphous phase content of not more than 5% in a solution of ethyl alcohol in water is obtained by adjusting the viscosity parameter of a nanocrystalline titanium dioxide sol in water to an index of not more than 20 MPa * s by concentrating a sol of titanium dioxide nanoparticles in water to a concentration of at least 8 wt . % by vacuum evaporation at a temperature of 50 ° C, obtaining the required surface tension of a nanocrystalline sol of titanium dioxide not more than 50 nN / m by adding ethyl alcohol to a concentration of ethyl alcohol in water of not more than 70 mass. %, ensuring the phase equilibrium between water and ethyl alcohol by homogenization for no more than 12 days to obtain a nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly anatase in a solution of ethyl alcohol in water, characterized by at least one of the following group of properties: the presence of nanocrystalline particles of titanium dioxide in the form crystals of titanium dioxide with a content of an amorphous phase of titanium dioxide of not more than 5%, a concentration of nanocrystalline particles of titanium dioxide of not less than 1 wt. %, the size of nanocrystalline particles of titanium dioxide 5-100 nm, the average hydrodynamic diameter of the sol particles is not more than 100 nm, mainly 15.8 nm, the zeta potential of the sol particles is not less than +10 mV, mainly + 36.1 ± 5.3 mV mV , the possibility of forming a transparent in the visible spectrum of the refractive layer of xerogel of nanocrystalline titanium dioxide with a thickness of 30 nm to 1 μm with a refractive index of more than 1.75, the concentration of ethyl alcohol in water is not more than 70 mass. % with a predominant volume ratio of ethyl alcohol: water 3: 1, a viscosity of not more than 20 MPa * s, mainly 2.1 MPa * s, a surface tension of not more than 50 nN / m, mainly 27 nN / m.

Полученные золь-гель чернилами обычными струйными принтерами позволяют печатать радужные голографические изображения на голографической бумаге или на микроэмбоссированной поверхности в два этапа: на первом этапе на голографической бумаге или на микроэмбоссированной поверхности струйной печатью печатают золь-гель чернилами, содержащими нанокристаллическим золем диоксида титана в растворе этилового спирта в воде, оптически прозрачные изображения с показателем преломления более 1.7 во всем видимом диапазоне спектра после их высыхания указанных золь-гель чернил, а на втором этапе поверхность голографической бумаге или на микроэмбоссированной поверхности с напечатанными на ней золь-гель чернилами изображениями покрывают оптически прозрачным полимером или лаком с показателем преломления не более 1,6, с созданием оптического эффекта маскирования свободной от напечатанных золь-гель чернилами изображений областей голографической бумаги или микроэмбоссированной поверхности и выборочного отображения напечатанных золь-гель чернилами радужных голографических изображений.Obtained sol-gel inks using conventional inkjet printers allow printing rainbow holographic images on holographic paper or on a microembossed surface in two stages: at the first stage, sol-gel is printed on ink on a holographic paper or on a microembossed surface with ink containing a nanocrystalline titanium dioxide sol in an ethyl solution alcohol in water, optically transparent images with a refractive index of more than 1.7 in the entire visible range of the spectrum after they dry I indicated the sol-gel ink, and in the second stage the surface of the holographic paper or on the microembossed surface with the sol-gel ink printed on it is coated with an optically transparent polymer or varnish with a refractive index of not more than 1.6, with the creation of an optical masking effect free of printed sol-gel ink images of areas of a holographic paper or microembossed surface and selective display of sol-gel ink-printed rainbow holographic images Eden.

При этом при печати изображений золь-гель чернилами на голографической бумаге или на микроэмбоссированной поверхности формируется, по крайней мере, один прозрачный в видимой области спектра рефрактивный слой ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с толщиной от 30 нм до 1 мкм, с показателем преломления более 1,7, с изменяющейся цветовой окраской в зависимости от толщины рефрактивного слоя.In this case, when printing sol-gel images with ink on holographic paper or on a microembossed surface, at least one refractive layer of xerogel of nanocrystalline titanium dioxide with a thickness of 30 nm to 1 μm and a refractive index of more than 1.7 is transparent in the visible region of the spectrum , with varying color depending on the thickness of the refractive layer.

Управление цветовой окраской радужных голографических изображений, осуществляют формированием заданной толщины рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана посредством послойного нанесения золь-гель чернил до заданного значения толщины рефрактивного слоя ксерогеля, изменением концентрации твердой фазы в золь-гель чернилах, использованием набора золь-гель чернил с заданной концентрацией для формирования определенной толщины рефрактивного слоя ксерогеля диоксида титана с определенным цветом.The color of rainbow holographic images is controlled by forming a predetermined thickness of the xerogel refractive layer of nanocrystalline titanium dioxide by layer-by-layer application of sol-gel ink to a predetermined thickness of the xerogel refractive layer, by changing the concentration of the solid phase in sol-gel ink using a set of sol-gel ink from a predetermined concentration for the formation of a certain thickness of the refractive layer of xerogel titanium dioxide with a specific color.

На Фиг. 1 показаны графики зависимости поверхностного натяжения и вязкости от содержания этанола в золе диоксида титана.In FIG. 1 shows graphs of surface tension and viscosity versus ethanol content in a titanium dioxide sol.

На фиг. 2 и 3 представлены фото микроэмбоссированных (микротисненных) полимерных пленок, используемых для струйной печати радужных голографических изображений.In FIG. Figures 2 and 3 show photos of microembossed (micro-embossed) polymer films used for inkjet printing of rainbow holographic images.

На фиг 4 показаны стадии визуализации слоя диоксида титана на поверхности голографической микроэмбоссированной пленки полимера с получением радужного голографического текста и/или изображений в процессе струйной печати.Figure 4 shows the stages of visualization of a layer of titanium dioxide on the surface of a holographic microembossed polymer film with obtaining rainbow holographic text and / or images in the process of inkjet printing.

На фиг 5. представлены ЭСМ изображения пленок на основе диоксида титана на поверхности голографической бумаги, нанесенные вакуумным методом (а, б) и предлагаем методом струйной печати (в, г).In Fig. 5, ESM images of films based on titanium dioxide on the surface of holographic paper are presented, deposited by the vacuum method (a, b) and we offer the method of inkjet printing (c, d).

На фиг. 6 представлены СЭМ изображения покрытий после пяти тестов кросс секций и энергодисперсионный анализ пленок на основе диоксида титана, нанесенных на поверхность голографической бумаги вакуумным методом (а, б) и предлагаемым методом струйной печати (в, г).In FIG. Figure 6 shows SEM images of coatings after five tests of cross sections and energy dispersive analysis of films based on titanium dioxide deposited on the surface of holographic paper by the vacuum method (a, b) and the proposed inkjet printing method (c, d).

На фиг. 7а показан спектр отражения TiO2 пленки (а) и показатель преломления полученного струйным методом нанокристаллического TiO2 слоя в видимой области света (б).In FIG. 7a shows the reflection spectrum of the TiO 2 film (a) and the refractive index of the nanocrystalline TiO 2 layer obtained by the jet method in the visible light region (b).

На фиг. 8 показаны полученные на экране компьютера дизайнерские текст (а) и изображение (б), напечатанные слоем диоксида титана на голографической бумаге изображения и покрытые полимером цветные голографические изображения.In FIG. Figure 8 shows the designer text (a) and image (b) received on a computer screen, printed with a layer of titanium dioxide on holographic paper, images and polymer-coated color holographic images.

В отличие от известных способов создания радужных голографических изображений, которые реализуются обычно с использование технически сложного физического (лазерного, температурного или вакуумного) воздействия, предлагаемое изобретение основано на методах растворной химии.In contrast to the known methods for creating rainbow holographic images, which are usually realized using technically complex physical (laser, temperature or vacuum) effects, the proposed invention is based on the methods of solution chemistry.

Предлагаемые бесцветные золь-гель чернила для струйной печати радужных голографических изображений и способ их получения позволяют создавать тонкие интерфереционные рефрактивные слои экологически не опасного и биологически инертного неорганического материала (ксерогеля нанокристаллического диоксида титана), которые после нанесения на подложку обеспечивают два обязательных для наблюдения явления радужной голографии условия, а именно получение показателя преломления выше 1,7, то есть более высокого чем у простого полимера (1,5), а также формирование рефрактивного слоя после высыхания с заданной толщиной нанодиапазона, комплиментарной длине световой волны видимого спектра от 300 нм до 1 мкм с точностью до 10 нм.The proposed colorless sol-gel inkjet inks for rainbow holographic images and the method for their production allow creating thin interference refractive layers of environmentally friendly and biologically inert inorganic material (xerogel of nanocrystalline titanium dioxide), which, after application to the substrate, provide two phenomena of rainbow holography required for observation conditions, namely, obtaining a refractive index above 1.7, that is, higher than that of a simple polymer (1.5), as well as f formation of a refractive layer after drying with a given nanoscale thickness, complementary to the visible wavelength of the light spectrum from 300 nm to 1 μm with an accuracy of 10 nm.

При этом, в отличие от известных высокорефрактивных органических полимеров, требуемый для струйной печати параметр вязкости в золь-гель системах предлагаемых золь-гель чернил может быть настроен сравнительно простым путем управления стадией гелирования. В случае высокой степени химической протонизации поверхности наночастиц золя вязкость предлагаемых золь-гель чернил можно регулировать концентрацией растворителя в воде с предотвращением седиментации наночастиц золя.In this case, in contrast to the well-known highly refractive organic polymers, the viscosity parameter required for inkjet printing in the sol-gel systems of the proposed sol-gel inks can be set up in a relatively simple way by controlling the gelation stage. In the case of a high degree of chemical protonization of the surface of the sol nanoparticles, the viscosity of the proposed sol-gel ink can be controlled by the concentration of the solvent in water to prevent sedimentation of the sol nanoparticles.

Настройка требуемых для струйной печати реологических свойств предлагаемых золь-гель чернил осуществляется управлением фазового золь-гель перехода и введением в состав золь-гель чернил легколетучих растворителей, преимущественно - этилового спирта (далее - этанола). Именно это достоинство предлагаемых бесцветных золь-гель чернил делает их уникальными для применения в качестве материала для создания экологически безопасной струйной печати цветных радужных голографических текстов и изображений. Полученные посредством предлагаемых золь-гель чернил технологии печатные изделия с радужными голографическими текстами и изображениями обладают уникальными свойствами, такими как отсутствие изменения цвета, со временем, что является перспективным для долгосрочного хранения цветных голографических изображений, так как основной материал изображений (нанокристаллический диоксид титана) чрезвычайно стабилен, инертен и не разлагается в течение длительного времени.The rheological properties of the proposed sol-gel inks required for ink-jet printing are adjusted by controlling the phase sol-gel transition and introducing volatile solvents, primarily ethyl alcohol (hereinafter, ethanol), into the composition of the sol-gel ink. It is this advantage of the proposed colorless sol-gel ink that makes them unique for use as a material for creating environmentally friendly inkjet printing of color rainbow holographic texts and images. Printing products with rainbow holographic texts and images obtained using the sol-gel ink technology have unique properties, such as the absence of color change over time, which is promising for long-term storage of color holographic images, since the main material of images (nanocrystalline titanium dioxide) is extremely It is stable, inert and does not decompose for a long time.

Струйная печать предлагаемыми высокорефрактивными золь-гель чернилами позволяет использовать обычную голографическую бумагу и полимерные подложки без предварительного модифицирования и нанесения связующих слоев, которые обычно используются в струйной печати. Учитывая способность многих неорганических золей (коллоидов) к ресуспендированию предлагаемая технология печати является универсальной и может быть многократно использована при повторном нанесении изображения на полимерный субстрат или на ранее изготовленное голографическое изображение. Среди множества неорганических коллоидов, которые можно адаптировать к струйной печати и активно использовать уже сейчас, только несколько можно отнести к высокорефрактивным, обладающим высокой прозрачностью и не дорогие в использовании, например ZrO2, TiO2, ZnO.Inkjet printing with the proposed highly refractive sol-gel inks allows the use of ordinary holographic paper and polymer substrates without first modifying and applying the binder layers that are commonly used in inkjet printing. Given the ability of many inorganic sols (colloids) to resuspend, the proposed printing technology is universal and can be reused when re-applying the image to a polymer substrate or to a previously made holographic image. Among the many inorganic colloids that can be adapted to inkjet printing and are actively used right now, only a few can be classified as highly refractive, highly transparent and not expensive to use, for example ZrO 2 , TiO 2 , ZnO.

Наиболее предпочтительным из них является диоксид титана TiO2, по следующим причинам:Most preferred of these is titanium dioxide TiO 2 , for the following reasons:

- получение кристаллических золь-гель систем диоксида титана достаточно хорошо изучено,- the preparation of crystalline sol-gel systems of titanium dioxide is quite well understood,

- показатель преломления диоксида титана в фазе анатаза составляет 2,61,- the refractive index of titanium dioxide in the anatase phase is 2.61,

- ксерогель наноклисталлического диоксида титана полностью прозрачен в видимой области света,- xerogel nanocrystalline titanium dioxide is completely transparent in the visible region of the world,

- диоксид титана легко кристаллизуется в условиях температурной дегидратации, так как практически всегда имеет кристаллическое ядро,- titanium dioxide easily crystallizes under conditions of temperature dehydration, since it almost always has a crystalline core,

- высокое значение изоэлектрической точки (I.E.Р. = 5,9) позволяет получать высокостабильные, седиментационно устойчивые золи диоксида титана.- a high value of the isoelectric point (I.E.P. = 5.9) allows to obtain highly stable, sedimentation-stable titanium dioxide sols.

Как показали исследования авторов, для синтеза нанокрсталлических частиц TiO2 из алкоксидов титана наиболее предпочтителен изопропилат титана, образующий при гидролизе устойчивые кристаллические зародыши TiO2 преимущественно анатазной фазы. Стадия золеобразования, то есть формирование дисперсной твердой фазы нанокрсталлических частиц TiO2, включает последовательно стадии гидролиза и конденсации как механизма формирования и роста наночастиц.As the studies of the authors showed, for the synthesis of nanocrystalline TiO 2 particles from titanium alkoxides, titanium isopropylate is most preferable, which forms stable crystalline TiO 2 nuclei of predominantly anatase phase during hydrolysis. The stage of ash formation, that is, the formation of a dispersed solid phase of TiO 2 nanocrystalline particles, includes successively the stages of hydrolysis and condensation as a mechanism for the formation and growth of nanoparticles.

Схематично взаимодействие алкоголятов с водой (реакции гидролиза) можно представить следующим образом (где R - алкоксидный радикал, например С3Н7О):Schematically, the interaction of alcoholates with water (hydrolysis reaction) can be represented as follows (where R is an alkoxide radical, for example C 3 H 7 O):

≡Ti-OR+H2O→≡Ti-OH+R-(ОН)≡Ti-OR + H 2 O → ≡Ti-OH + R- (OH)

≡Ti-OH+RO-Ti→≡Ti-O-Ti≡+R-(OH)≡Ti-OH + RO-Ti → ≡Ti-O-Ti≡ + R- (OH)

≡Ti-OH+OH-Ti→≡Ti-O-Ti≡+H2O≡Ti-OH + OH-Ti → ≡Ti-O-Ti≡ + H 2 O

Использование изопропилата титана в качестве неорганического прекурсора, имеет ряд существенных преимуществ. К одним из наиболее важных относится возможность осуществления ступенчатого гидролиза, за счет регулирования условий синтеза.The use of titanium isopropylate as an inorganic precursor has several significant advantages. One of the most important is the possibility of stepwise hydrolysis, by regulating the synthesis conditions.

Figure 00000002
Figure 00000002

илиor

Figure 00000003
Figure 00000003

Из-за высокой реакционной способности такого прекурсора, его использование осуществляется с добавлением всевозможных органических модификаторов, позволяющих предотвратить процессы агрегации.Due to the high reactivity of such a precursor, its use is carried out with the addition of various organic modifiers that prevent aggregation processes.

В данном конкретном случае предотвращение агрегации осуществлялось протонированием поверхности наночастиц диоксида титана добавлением азотной кислоты.In this particular case, aggregation was prevented by protonating the surface of titanium dioxide nanoparticles with the addition of nitric acid.

После протекания гидролиза за формирование золя отвечают механизмы конденсации. Они протекают по следующим реакциям:After hydrolysis proceeds, the mechanisms of condensation are responsible for the formation of sol. They proceed according to the following reactions:

а) алкоксилирование:a) alkoxylation:

≡Ti-ОН+i-C3H7O-Ti≡→≡Ti-О-Ti≡+i-C3H7OH≡ Ti-OH + iC 3 H 7 O-Ti≡ → ≡ Ti-O-Ti≡ + iC 3 H 7 OH

б) оксилирование:b) oxidation:

≡Ti-ОН+ОН-Ti≡→≡Ti-О-Ti≡+H2O≡Ti-OH + OH-Ti≡ → ≡Ti-O-Ti≡ + H 2 O

в) оляция:c) olation:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Ключевую роль в дальнейшем структурировании играют процессы поликонденсации, способствующие образованию гибридных связей и формированию упорядоченных структур в виде массива геля по принципу гелеобразования:The key role in the further structuring is played by polycondensation processes that promote the formation of hybrid bonds and the formation of ordered structures in the form of a gel array according to the gelation principle:

Дегидратная поликонденсация:Dehydrated Polycondensation:

Figure 00000006
Figure 00000006

илиor

Figure 00000007
Figure 00000007

Депропанольная поликонденсация:Depropanol polycondensation:

Figure 00000008
Figure 00000008

Установлено, что периодичность таких структур существенно зависит от многих параметров и условий синтеза. Образование таких мостиков связи определяет наличие наноструктур в подобных материалах и их конечные свойства, обуславливая протекание золь-гель перехода в системе TiO2.It was established that the periodicity of such structures substantially depends on many parameters and synthesis conditions. The formation of such bond bridges determines the presence of nanostructures in such materials and their final properties, causing the occurrence of the sol-gel transition in the TiO 2 system.

Стадия гелеобразования при струйной печати радужных голографических изображений предлагаемыми золь-гель чернилами протекает уже непосредственно на подложке (на поверхности микроэмбоссированной или голографической бумаге), так как основным условием гелеообразования является увеличение плотности коагуляционного контакта, который достигается естественным удалением легколетечего растворителя, преимущественно этанола. В противном случае гелеобразование может протекать внутри картриджа с чернилами, что для стабильности струйной печати является недопустимым.The gelation stage during inkjet printing of rainbow holographic images by the proposed sol-gel inks proceeds directly on the substrate (on the surface of microembossed or holographic paper), since the main condition for gelation is an increase in the density of the coagulation contact, which is achieved by the natural removal of a volatile solvent, mainly ethanol. Otherwise, gelling may occur inside the ink cartridge, which is unacceptable for ink jet stability.

Предлагаемые по изобретению бесцветные золь-гель чернила для струйной печати цветных радужных голографических изображений в виде нанокристаллического золя диоксида титана в растворе этилового спирта в воде приготавливают в два этапа: на первом этапе получают нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5%. преимущественно анатазной фазы в воде, а на втором этапе из нанокристаллического золя диоксида титана в воде получают золь-гель чернила для цветной интерференционной струйной печати в виде нанокристаллического золя диоксида титана в растворе этилового спирта в воде с требуемыми для струйной печати плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением.The colorless sol-gel ink according to the invention for inkjet printing of color rainbow holographic images in the form of a nanocrystalline sol of titanium dioxide in a solution of ethyl alcohol in water is prepared in two stages: at the first stage, a nanocrystalline anatase sol with an amorphous phase content of not more than 5% is obtained. predominantly anatase phase in water, and in the second stage, a sol-gel ink for color interference inkjet printing is obtained from a nanocrystalline sol of titanium dioxide in water in the form of a nanocrystalline sol of titanium dioxide in a solution of ethyl alcohol in water with the density, viscosity and surface tension required for inkjet printing .

Для приготовления нанокристаллического золя диоксида титана в воде вначале готовят два раствора:To prepare a nanocrystalline sol of titanium dioxide in water, two solutions are first prepared:

для первого раствора используется 3-16 мл изопропоксида титана и 12-50 мл 2-пропанола. Такая концентрация обеспечивает содержание твердой фазы в итоговых золь-гель чернилах на уровне 1-5 мас. %;for the first solution, 3-16 ml of titanium isopropoxide and 12-50 ml of 2-propanol are used. This concentration provides a solids content in the final sol-gel ink at a level of 1-5 wt. %;

для приготовления второго раствора в 100 мл воды добавляют 0,7-2,4 мл азотной кислоты и смесь нагревают до 70°С для инициации процесса температурной дегидратации и увеличения содержание кристаллической фазы, после чего во второй раствор постепенно при перемешивании добавлялся первый.to prepare a second solution, 0.7-2.4 ml of nitric acid is added to 100 ml of water and the mixture is heated to 70 ° C to initiate the process of temperature dehydration and increase the content of the crystalline phase, after which the first is gradually added to the second solution with stirring.

Введение кислоты способствует изменению рН раствора, отвечающее за процесс кристаллообразования и увеличение ионной силы раствора, способствуя приросту мобильности молекул и ускорению растворения молекулярной «шубы» из лигандов и ионов кристаллических TiO2 зародышей. Вследствие этого увеличивается степень протонизации поверхности частиц до значения дзетта потенциала не менее +36,1±5,3 мВ, что обеспечивает высокую стабильность коллоидных частиц и приводит к требуемому размеру формирующихся кристаллических образований диоксида титана на уровне около 5-20 нм, преимущественно анатазной фазы. Полученную смесь выдерживают 1 час при температуре80°С, после чего закрывают герметично пленкой и выдерживают в течении 1-2 недель при комнатной температуре с перемешиванием. Длительная выдержка способствует достижению равновесию коллоидной системы золя и постепенному увеличению содержания кристаллической фазы до показателя не менее 95% относительно твердой фазы.The introduction of acid promotes a change in the pH of the solution, which is responsible for the process of crystal formation and an increase in the ionic strength of the solution, contributing to an increase in the mobility of the molecules and accelerate the dissolution of the molecular "coat" of ligands and ions of crystalline TiO 2 nuclei. As a result of this, the degree of protonization of the particle surface increases to a zeta potential value of at least + 36.1 ± 5.3 mV, which ensures high stability of colloidal particles and leads to the required size of the formed crystalline formations of titanium dioxide at a level of about 5-20 nm, mainly of the anatase phase . The resulting mixture was kept for 1 hour at a temperature of 80 ° C, after which it was sealed with a film and kept for 1-2 weeks at room temperature with stirring. Long exposure helps to achieve equilibrium of the colloidal system of the sol and a gradual increase in the content of the crystalline phase to an indicator of at least 95% relative to the solid phase.

Полученный раствор нанокристаллического золя диоксида титана в воде не отвечает по своим реологическим показателям критериям струйной печати, таким как плотность, вязкость и поверхностное натяжение, поэтому на втором этапе приготовления золь-гель чернил для интереференционной струйной печати нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5% в воде модифицируют легколетучим растворителем, преимущественно этиловым спиртом (этанолом).The resulting solution of a nanocrystalline sol of titanium dioxide in water does not meet the criteria for inkjet printing, such as density, viscosity and surface tension, in its rheological parameters, therefore, at the second stage of the preparation of sol-gel ink for interferential inkjet printing, nanocrystalline anatase sol with an amorphous phase content of not more than 5 % in water is modified with a volatile solvent, mainly ethyl alcohol (ethanol).

Преимущественный выбор этанола в качестве легколетучего растворителя обусловлен его низким поверхностным натяжением, экономической дешевизной и доступностью, способностью предварительного сольватирования в воде без разрушения двойного электрического слоя мицелл синтезированного нанокристаллического золя диоксида титана. Для получения требуемого для струйной печати показателя вязкости синтезированный золь диоксида титана в начале концентрируют упариванием в роторном испарителе под давлением при 50°С для доведения концентрации твердой фазы TiO2 до концентрации не менее 8 масс. %. Это необходимо для доведения параметра вязкости готовых золь-гель чернил на уровне не менее 2,1 мПа*с, чтобы обеспечить возможность выдавливания капли чернил из сопла печатной головки струйного принтера. Для получения требуемого для струйной печати поверхностного натяжения золь-гель чернил водный раствор золя нанокристаллического диоксида титана смешивают с этанолом, преимущественно следующей стехиометрии H2O/Этанол 1:3. Данная стехиометрия обуславливает набор необходимой плотности и поверхностного натяжения не ниже 25 мН/м. Полученный раствор гомогенизируют в течение не менее 12 суток для достижения фазового равновесия между растворителями.The predominant choice of ethanol as a volatile solvent is due to its low surface tension, economic cheapness and affordability, the ability to pre-solvate in water without destroying the double electric layer of micelles of the synthesized nanocrystalline sol of titanium dioxide. To obtain the viscosity index required for inkjet printing, the synthesized sol of titanium dioxide is first concentrated by evaporation in a rotary evaporator under pressure at 50 ° C to bring the concentration of the solid phase of TiO 2 to a concentration of at least 8 mass. % This is necessary to bring the viscosity parameter of the finished sol-gel ink to a level of at least 2.1 MPa * s, in order to ensure the possibility of squeezing a drop of ink from the nozzle of the print head of an inkjet printer. To obtain the surface tension required for inkjet printing, sol-gel ink, an aqueous solution of sols of nanocrystalline titanium dioxide is mixed with ethanol, mainly following the stoichiometry of H 2 O / Ethanol 1: 3. This stoichiometry determines the set of required density and surface tension of at least 25 mN / m. The resulting solution is homogenized for at least 12 days to achieve phase equilibrium between the solvents.

Основные реологические характеристики золь-гель чернил в зависимости от содержания этанола представлены в Таблице 1, где Z параметр вычислялся исходя из уравнения: Z=√(d⋅σ⋅δ)/η, где δ - плотность, d - диаметр сопла, σ - поверхностное натяжение, η - вязкость.The main rheological characteristics of the sol-gel ink depending on the ethanol content are presented in Table 1, where the Z parameter was calculated based on the equation: Z = √ (d⋅σ⋅δ) / η, where δ is the density, d is the nozzle diameter, and σ is surface tension, η - viscosity.

Figure 00000009
Figure 00000009

Эти данные позволяют установить, что наиболее оптимальными для струйной печати по зависимости параметров золь-гель чернил от концентрации этанола в нанокристаллическом золе диоксида титана преимущественной фазы анатаза являются золь-гель чернила, содержащие в своем составе около 70 мас. % этанола. При этом также установлено, что стабильность нанокристаллического золя диоксида титана резко понижается при добавлении этанола более 70 мас. %. Это связано с тем, что этанол изменяет строение двойного электрического слоя частиц TiO2, резко понижая их седиментационную устойчивость.These data allow us to establish that the most optimal for inkjet printing according to the dependence of the sol-gel ink parameters on the ethanol concentration in the nanocrystalline titanium dioxide sol of the predominant anatase phase are sol-gel ink containing about 70 wt. % ethanol. It was also found that the stability of the nanocrystalline sol of titanium dioxide decreases sharply with the addition of ethanol of more than 70 wt. % This is due to the fact that ethanol changes the structure of the double electric layer of TiO 2 particles, sharply lowering their sedimentation stability.

Струйная печать полученными золь-гель чернилами может осуществляться на поверхность практически любого материала, отвечающих условиям струйной печати, однако для получения тонких интерферирующих слоев подложка должна соответствовать следующим основным условиям:Inkjet printing with sol-gel ink can be carried out on the surface of almost any material that meets the conditions of inkjet printing, however, to obtain thin interfering layers, the substrate must meet the following basic conditions:

- иметь непористую, преимущественно гладкую или полированную поверхность с минимальным изменением высоты текстуры по оси z,- have a non-porous, mostly smooth or polished surface with a minimal change in the height of the texture along the z axis,

- обладать стойкостью к воздействию этанола и жидкостей со значением рН не менее 3,- be resistant to ethanol and liquids with a pH value of at least 3,

- содержать водонерастворимые субстраты.- contain water-insoluble substrates.

Формируемые в процессе приготовления золь-гель чернил наночастицы анатаза диоксида титана имеют строение чисто кристталической структуры, со средним размером кристаллитов около 5 нм, что соответствует направлению межслоевого расстояния бодицентрированной тетрагональной структуры анатаза. Нанокристаллизация решетки частиц диоксида титана крайне важна для получения интерференции в тонких пленках как уже отмечалось ранее. Данные просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМВР), подтверждают присутствие монокристалличной фазы с высокой степенью кристалличности. Данные рентгеновской диффракции синтезированных частиц диоксида титана показывают диффракционные пики на углах 25.411 (101), 37.911 (004), 48.011 (200), 54.011 (105), 54.911 (211) и 62.811 (204), что также подтверждает анатазную TiO2 фазу со средним размером кристаллитов на уровне не более 5, вычисленным по уравнению Шерерра. Эти данные полностью согласуются с данными просвечивающей электронной микроскопии и электронограммы.The titanium dioxide anatase nanoparticles formed during the preparation of sol-gel inks have a pure crystalline structure with an average crystallite size of about 5 nm, which corresponds to the direction of the interlayer distance of the body-centered tetragonal structure of anatase. The nanocrystallization of the lattice of particles of titanium dioxide is extremely important for obtaining interference in thin films as already noted. High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) confirms the presence of a single crystalline phase with a high degree of crystallinity. X-ray diffraction data for the synthesized titanium dioxide particles show diffraction peaks at angles of 25.411 (101), 37.911 (004), 48.011 (200), 54.011 (105), 54.911 (211) and 62.811 (204), which also confirms the anatase TiO 2 phase of co an average crystallite size of no more than 5 calculated by the Scherrer equation. These data are completely consistent with the data of transmission electron microscopy and electron diffraction.

Для печати тонких интерференционных слоев - однородность пленки имеет решающее значение для надежности продукта, и чернила, содержащие стабилизированные коллоидные наночастицы, необходимы для жидкофазного осаждения тонких пленок. Для оксидных частиц, чаще всего используют ПАВы для стабилизации коллоидных чернил. Однако, добавление поверхностно-активных веществ или полимеров может привести к значительной потере оптических свойств и стабильности для печатных пленок на основе диоксида титана. При исследовании использовался простой подход регулирования рН, для протонизации поверхности и увеличения стабильности частиц золя с целью достижения высокой гомогенности формируемых слоев. Протонизация поверхности частиц золя существенно смещает критическую точку гелеобразования, препятствуя развитию коагуляционного контакта между частицами. В результате структурообразование по механизму поликонденсации начинает происходить при силе взаимодействия 10-11-10-10 Н/контакт, когда расстояние между частицами снижается до 10-9 м. Такой подход позволяет существенно уменьшить диаметр сопла при сохранении высокой стабильности струйной печати. Таким образом, получение стабильных TiO2 золь-гель чернил, должно происходить в интервале рН между 2 и 5. Дзетта-потенциал нанокористаллических частиц диоксида титана в золь-гель чернилах составляет преимущественно +36 mV, что обеспечивает стабильное состояние золя. Для увеличения степени кристалличности частиц золя и соответствующего увеличения показателя преломления твердой фазы увеличивали ионную силу раствора введением соединения с высокой константой диссоциации в виде неорганической азотной кислоты (Ka = 24). Учитывая то, что протонирующий агент способен оказывать влияние на фазовый состав TiO2 в процессе кристаллизации аморфных частиц золя, этот выбор был обусловлен способностью азотной кислоты способствовать формированию наиболее фотоактивной фазы анатаза.For printing thin interference layers - film uniformity is critical to product reliability, and inks containing stabilized colloidal nanoparticles are necessary for liquid phase thin film deposition. For oxide particles, surfactants are most often used to stabilize colloidal ink. However, the addition of surfactants or polymers can lead to a significant loss of optical properties and stability for titanium dioxide-based printed films. In the study, a simple pH control approach was used to protonize the surface and increase the stability of sol particles in order to achieve high homogeneity of the formed layers. The protonization of the surface of the sol particles significantly shifts the critical point of gelation, preventing the development of coagulation contact between the particles. As a result, the structure formation by the polycondensation mechanism begins to occur when the interaction force is 10 -11 -10 -10 N / contact, when the distance between the particles decreases to 10 -9 m. This approach can significantly reduce the nozzle diameter while maintaining high inkjet printing stability. Thus, the preparation of stable TiO 2 sol-gel inks should occur in the pH range between 2 and 5. The zeta potential of nanocorrystalline particles of titanium dioxide in sol-gel ink is predominantly +36 mV, which ensures a stable state of the sol. To increase the crystallinity of the sol particles and the corresponding increase in the refractive index of the solid phase, the ionic strength of the solution was increased by introducing a compound with a high dissociation constant in the form of inorganic nitric acid (K a = 24). Considering that the protonating agent is able to influence the phase composition of TiO 2 during crystallization of amorphous sol particles, this choice was due to the ability of nitric acid to contribute to the formation of the most photoactive phase of anatase.

Наиболее популярные полиморфные модицификации TiO2 - рутил, анатаз и брукит имеют близкие значения показателя преломления, но преимущество получения анатаза обуславливается использованием рН ближе к нейтральному, минимизируя таким образом влияние коррозионных процессов в печати. Наличие легколетучего растворителя (этилового спирта) в золь-гель чернилах способствует быстрому высыханию чернил на пленке или на поверхности голографической бумаги. Этиловый спирт играет очень важную роль, потому что он является основным фактором, влияющим на скорость испарения растворителя. Недостаточная концентрации этанола может способствовать медленной сушке чернил на подложке, коалисценции и не прогнозируемому изменению морфологии, в то время как избыточная концентрация этанола ведет к снижению стабильности частиц из-за разрушения двойного изоэлектрического слоя.The most popular polymorphic modifications of TiO 2 - rutile, anatase and brookite have similar refractive indices, but the advantage of obtaining anatase is determined by using a pH closer to neutral, thereby minimizing the effect of corrosion processes in the print. The presence of a volatile solvent (ethyl alcohol) in the sol-gel ink contributes to the quick drying of the ink on the film or on the surface of holographic paper. Ethyl alcohol plays a very important role, because it is the main factor affecting the rate of evaporation of the solvent. A low concentration of ethanol can contribute to slow drying of the ink on the substrate, coalescence, and an unpredictable change in morphology, while an excess concentration of ethanol leads to a decrease in particle stability due to the destruction of the double isoelectric layer.

Для экспериментов использовался широко распространенный настольный принтер Canon Pixma IP2870, со стандартными картриджами PG745, CL-746. Печатающая головка, встроенная в картридж, имела размер капли 2 пл и диаметр сопла 1,280 мкм. После промывки картридж наполняли TiO2 приготовленными золь-гель чернилами, без дополнительного модифицирования. В конструкцию принтера и картриджа не вносились никакие конструктивные изменения. Вязкость определяли вискозиметром Brookfield НА / НВ, а поверхностное натяжение тензиометром Kyowa DY-700. Для управления цветом изображения, получаемого после высыхания золя рефрактивного слоя ксерогеля диоксида титана, необходимо формирование ровных гомогенных слоев, для достижения интерферирующего эффекта в твердых тонких пленках. Для изучения рельефа нанесенных структур использовали атомносиловую микроскопию (АСМ) для сканирования рельефа поверхности. По данным профилограммы АСМ изображений установлено, что изменение рельефа, не зависимо от количества наносимых слоев, изменяется не более чем на 20 нм в диапазоне до 1 мкм. Такая поверхность полностью обеспечивает условия возникновения интереференции в тонких пленках ксерогеля диоксида титана и может быть использована для технологии цветной печати струйным методом оптических наноструктур. Изменение рельефа поверхности связано с малым размером частиц, которые по данным ПЭМВР и СЭМ преимущественно имеют размер 1-5 нм и не превышают 10-15 нм. Это доказывает, что струйная печать золь-гель чернилами на основе нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно фазы анатаза в водном растворе этилового спирта легко достижима с высокой точностью, необходимой для построения интерферирующих слоев отдельных элементов цветных интерференционных изображений.For experiments, we used the widespread Canon Pixma IP2870 desktop printer, with standard PG745, CL-746 cartridges. The print head integrated in the cartridge had a droplet size of 2 PL and a nozzle diameter of 1.280 μm. After washing, the cartridge was filled with TiO 2 with prepared sol-gel ink, without further modification. No design changes were made to the design of the printer and cartridge. Viscosity was determined with a Brookfield HA / HB viscometer, and surface tension with a Kyowa DY-700 tensiometer. To control the color of the image obtained after drying the sol of the refractive layer of the xerogel of titanium dioxide, it is necessary to form even homogeneous layers in order to achieve the interfering effect in solid thin films. To study the relief of the deposited structures, atomic force microscopy (AFM) was used to scan the surface relief. According to the profilogram of AFM images, it was found that the change in the relief, regardless of the number of layers applied, changes by no more than 20 nm in the range up to 1 μm. Such a surface completely provides the conditions for the occurrence of interest in thin films of xerogel of titanium dioxide and can be used for color printing technology using the inkjet method of optical nanostructures. The change in surface topography is associated with a small particle size, which, according to the TEMP and SEM data, predominantly has a size of 1-5 nm and does not exceed 10-15 nm. This proves that sol-gel inkjet printing based on a nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly of the anatase phase in an aqueous solution of ethyl alcohol is easily achievable with the high accuracy necessary for constructing the interfering layers of individual elements of color interference images.

Известно, что для получения методом струйной печати изображений на РТ пленке ее предварительно нагревают до 70°С, для увеличения скорости сушки чернил, но использование добавки легколетучего этанола в используемых по изобретению золь-гель чернилах этого не требует, несмотря на то, что скорость испарения ниже 70°С. Градиент удаления растворителя предлагаемых и используемых золь-гель чернил позволяет получать плотную однородную пленку высокорефрактивного ксерогеля диоксида титана. По данным СЭМ наночастицы получаемого ксерогеля диоксида титана представляют собой сферические аггрегаты преимущественно 5-10 нм в диаметре плотно упакованные между собой. Результаты профилометрического анализа показывают, что пленка имеет криволинейную поверхность с небольшой шероховатостью, что говорит о высокой компактности агрегированных наночастиц, формирующих слои в процессе медленной сушки. Более детальный анализ текстуры поверхности обеспечивают АСМ изображения для разных слоев показывает, что наложение слоев не приводит к изменению структуры поверхности, за счет «залечивания» дефектов предыдущего слоя, вновь заполняемым золем. Сплошность слоев подтверждает отсутствие растрескивания поверхности, которая может возникать при быстрой сушке слоев и неравномерном нанесении материала на поверхность, что хорошо согласуется с классическими методами нанесения. Для определения соответствия определяемым величинам толщины слоя ксерогеля диоксида титана из спектров отражения использовали сканирующую электронную микроскопию ультравысокого разрешения (СЭМ - УВ). Для этого подложка подвергалась перпендикулярному разрезу в направлении движения печатной головки. Для определения границы раздела TiO2-подложка, с целью определения истинной толщины слоя ксерогеля диоксида титана, использовался энергодиспресионный анализ с функцией цветового контрастирования. В итоге наблюдали формирование близких к идеальному состоянию ровных слоев ксерогеля диоксида титана, что свидетельствует о безупречности печатной технологии и используемой композиции золь-гель чернил. Согласно полученным данным, достигается высокая однородность по толщине ксерогеля диоксида титана и согласованность между различными измерениями. Кроме того, установлено, что толщина слоев ксерогеля диоксида титана одинакова по периметру, не зависимо от количества нанесений. Также отчетливо видно, что полученные слои диоксида титана имеют плотный контакт с поверхностью подложки. Это обуславливается протеканием золь-гель перехода золь-гель чернил в процессе высыхания и конденсацией золя в плотный слой ксерогеля. Размер частиц ксерогеля диоксида титана, не превышающих 20 нм, позволяет осуществить депозицию предлагаемых золь-гель чернил с высокой проникающей способностью.It is known that in order to obtain images by inkjet printing on an RT film, it is preheated to 70 ° C to increase the drying speed of the ink, but the use of volatile ethanol additives in the sol-gel inks used in the invention does not require this, despite the fact that the evaporation rate below 70 ° C. The solvent removal gradient of the proposed and used sol-gel inks makes it possible to obtain a dense uniform film of highly refractive titanium dioxide xerogel. According to SEM, the nanoparticles of the resulting titanium dioxide xerogel are spherical aggregates of predominantly 5-10 nm in diameter, densely packed together. The results of profilometric analysis show that the film has a curved surface with a slight roughness, which indicates the high compactness of the aggregated nanoparticles forming the layers during slow drying. A more detailed analysis of the surface texture provides AFM images for different layers shows that the superposition of the layers does not lead to a change in the surface structure due to the "healing" of defects of the previous layer, again filled with sol. The continuity of the layers confirms the absence of surface cracking, which can occur during quick drying of the layers and uneven application of the material to the surface, which is in good agreement with classical methods of application. To determine the correspondence to the determined thicknesses of the xerogel layer of titanium dioxide from the reflection spectra, scanning electron microscopy of ultrahigh resolution (SEM - HC) was used. For this, the substrate was subjected to a perpendicular cut in the direction of movement of the print head. To determine the interface of the TiO 2 substrate, in order to determine the true thickness of the xerogel layer of titanium dioxide, we used energy dispersive analysis with a color contrast function. As a result, the formation of even layers of titanium dioxide xerogel close to perfect condition was observed, which indicates the impeccability of the printing technology and the sol-gel ink composition used. According to the data obtained, high uniformity in the thickness of the xerogel of titanium dioxide and consistency between different measurements is achieved. In addition, it was found that the thickness of the xerogel layers of titanium dioxide is the same along the perimeter, regardless of the number of applications. It is also clearly seen that the obtained titanium dioxide layers have close contact with the surface of the substrate. This is due to the occurrence of the sol-gel transition of the sol-gel ink during drying and the condensation of the sol into a dense xerogel layer. The particle size of the xerogel of titanium dioxide, not exceeding 20 nm, allows the deposition of the proposed sol-gel ink with high penetration.

Исследование механических свойств струйных покрытий ксерогеля диоксида титана на поверхности полиэтиленовых пленок было выполнено с использованием анализатора текстуры.The study of the mechanical properties of inkjet coatings of xerogel titanium dioxide on the surface of plastic films was performed using a texture analyzer.

Известно, что микротвердость осажденных из растворов пленок ксерогелей являются ключевым показателем, так как использование мягкой химии обычно ведет к потере механической стойкости, вследствие формирования высокой пористости слоя ксерогеля. Кроме того, струйная печать на таких непористых поверхностях, таких как стекло и полимеры, вызывает ряд сложностей не только вследствие коалисценции капель, но и вследствие низкой адгезии сухого слоя ксерогеля к подложке из стекла и полимера. Исследования показали падение механической прочности в 2 раза (для 7-го слоя относительно первого), что может быть обусловлено сравнительно низкой плотностью контакта между самими частицами ксерогеля после высыхания золя, и, как следствие, падением градиента механической твердости при увеличении толщины слоя ксерогеля.It is known that the microhardness of xerogel films deposited from solutions is a key indicator, since the use of soft chemistry usually leads to a loss of mechanical resistance due to the formation of a high porosity of the xerogel layer. In addition, inkjet printing on such non-porous surfaces, such as glass and polymers, causes a number of difficulties not only due to the coalescence of the droplets, but also because of the low adhesion of the dry xerogel layer to the glass and polymer substrate. Studies have shown a decrease in mechanical strength by a factor of 2 (for the 7th layer relative to the first), which may be due to the relatively low density of contact between the xerogel particles themselves after the sol has dried, and, as a result, a drop in the mechanical hardness gradient with increasing xerogel layer thickness.

Известно также, что послойное нанесение золя может вызвать деформацию предыдущих слоев, усложняя процесс получения иерархичных структур, поэтому для увеличения механической прочности ксерогелей используют температурную обработку при 300-500°С, увеличивая степень кристалличности и инициируя протекание межфазных взаимодействий с последующим спеканием. Очевидно, что воздействие таких высоких температур делает невозможным депозицию наносимых обычными методами слоев водного золя диоксида титана на полимерные подложки. Использование предлагаемых по изобретению золь-гель чернила для цветной струйной печати в виде нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы в растворе этилового спирта в воде позволяет получать из золя тонкие слои ксерогеля с регулированием толщины до 10 нм при комнатной температуре с прочным скреплением отдельных слоев ксерогеля друг с другом. Натурные исследования струйной печати цветных радужных голографических изображений предлагаемыми бесцветными золь-гель чернилами показали, что, несмотря на структурные особенности сформированных мокрыми методами растворной химии слоев ксерогеля диоксида титана их оптические свойства оказались аналогичными оптическим свойствам, прокаленным ксерогелям диоксида титана. Синтезированные золь-гель чернила можно классифицировать как перспективные высокорефрактивные покрытия учитывая, что во всем видимом диапазоне этот показатель преломления не опускается ниже 1.75, что с учетом высокой однородность нанесения при протекании золь-гель перехода говорит о перспективах их использования в качестве реальных заменителей органических рефрактивных полимеров. Для получения чернил для струйной печати на основе золя диоксида титана могут быть использованы следующие реактивы:It is also known that layer-by-layer deposition of a sol can cause deformation of previous layers, complicating the process of obtaining hierarchical structures, therefore, to increase the mechanical strength of xerogels, heat treatment is used at 300-500 ° C, increasing the degree of crystallinity and initiating the occurrence of interfacial interactions with subsequent sintering. Obviously, the effect of such high temperatures makes it impossible to deposit layers of titanium dioxide water sol applied by conventional methods on polymer substrates. The use of the inventive sol-gel inkjet ink in the form of a nanocrystalline sol of titanium dioxide of a predominantly anatase phase in a solution of ethyl alcohol in water makes it possible to obtain thin xerogel layers from the sol with regulation of thickness up to 10 nm at room temperature with strong bonding of individual xerogel layers to each other with a friend. Field studies of inkjet printing of color rainbow holographic images by the colorless sol-gel inks offered by the paper showed that, despite the structural features of titanium dioxide xerogel layers formed by wet solution chemistry, their optical properties turned out to be similar to the optical properties of calcined titanium dioxide xerogels. Synthesized sol-gel inks can be classified as promising highly refractive coatings, given that in the entire visible range this refractive index does not fall below 1.75, which, given the high uniformity of deposition during the sol-gel transition, indicates the prospects of their use as real substitutes for organic refractive polymers . The following reagents can be used to produce inkjet inks based on titanium dioxide sols:

- органические и неорганические прекурсоры титана, гидролизующиеся в водной среде. Например, изопропоксид титана 97%;- organic and inorganic precursors of titanium, hydrolyzed in the aquatic environment. For example, titanium isopropoxide 97%;

- легколетучие растворители, не разрушающие двойного электрического слоя титандиоксидных частиц и увеличивающие скорость сушки дисперсий. Например, этанол >96%;- volatile solvents that do not destroy the double electric layer of titanium dioxide particles and increase the drying speed of dispersions. For example, ethanol> 96%;

- протонирующие агенты на основе легко диссоциирующих соединений, например неорганических кислот. В частности азотная кислота (~65%);- protonating agents based on easily dissociating compounds, for example inorganic acids. In particular, nitric acid (~ 65%);

- среда для стабилизации коллоидных наночастиц, обеспечивающих сохранение дзетта потенциала на уровне не менее 20 мВ, например вода, сопротивлением не менее 50 МОм*см.- medium for stabilization of colloidal nanoparticles, ensuring the preservation of the zeta potential at a level of at least 20 mV, for example water, with a resistance of at least 50 MΩ * cm.

Для получения поверхностного, маскирующего покрытия титандиоксидного слоя в качестве лакового слоя могут быть использованы органические соединения, полимеризующиеся под действием внешних воздействий (температура, кислород, влажность воздуха, УФ и т.д.) и имеющих показатель преломления не более 1.6, например, изобутил метакрилат 97%, диспергированного в 99,6%-ном ацетоне. Наночастицы TiO2 синтезируют путем гидролиза изопропоксида титана в деионизированной воде при интенсивном перемешивании (1000 об) и с использованием азотной кислоты в качестве агента протонирования.To obtain a surface masking coating of the titanium dioxide layer, organic compounds polymerizing under the influence of external influences (temperature, oxygen, air humidity, UV, etc.) and having a refractive index of not more than 1.6, for example, isobutyl methacrylate, can be used as a lacquer layer. 97% dispersed in 99.6% acetone. TiO 2 nanoparticles are synthesized by hydrolysis of titanium isopropoxide in deionized water with vigorous stirring (1000 rpm) and using nitric acid as a protonation agent.

Для регулирования поверхностное натяжение и вязкость, водный раствор золя смешивают с этанолом. Зависимость поверхностного натяжения и вязкости в зависимости от содержания этанола в золе показана на фиг. 1.To regulate surface tension and viscosity, an aqueous sol solution is mixed with ethanol. The dependence of surface tension and viscosity as a function of the ethanol content in the ash is shown in FIG. one.

Полученный раствор гомогенизируют в течение 12 дней для завершения сольватации. Полученный золь упаривают в роторном испарителе при пониженном давлении при 50°С. Вязкость определяли с помощью вискозиметра Брукфилда НА / НВ, и поверхностного натяжения с помощью Kyowa DY-700 тензометра. Полученные золь-гель TiO2-чернила наносили на коммерчески доступные микрорельефные ПЭТ-пленки производства ООО «Паквижн» толщиной 20 мкм, обладающие следующим микрорельефным тиснением и показателем преломления 1,41 (А = 400 нм). Пленка предварительно не обрабатывали и не наносили на нее каких-либо слоев, модифицирующих ее поверхность. Для печати полученных золь-гель чернил диоксида титана использовали настольный офисный принтер Canon Pixma IP-2840 с объемом капли 2 пл. Для этого голографическую пленку фиксировали на обычном листе формата А4, обеспечивая требуемую толщину бумаги. Золь-гель чернил помещали в картридж без его дополнительной модификации. Толщина полученного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана при струйной печати золь-гель чернилами после сушки в воздухе и удаления растворителей не превышала 500 нм с, коэффициент преломления не менее 1,75±0,08 во всей видимой области спектра. После сушки поверхность голографической микротисненные пленки с нанесенным на поверхности слоем ксерогеля нанокристаллического диоксида титана покрывали слоем акрилового лака, состоящего из раствора 1:1 изобутилметакрилата в ацетоне посредством стержня Маера длиной 30 см, выполненным из никелевой проволоки диаметром 10 мм и толщиной проволоки 6 мкм. Толщина полученного из слоя лака гладкого глянцевого прозрачного покрытия после сушки не превышала 4 мкм с коэффициент преломления 1,34 (для луча света 400 нм). Время полного высыхания слоя лака с формированием готового голографического радужного изображения не превышало 30 мин. Для подтверждения состава сухого остатка в виде пленки анатаза после сушки золь-гель чернил использовали данные дифракции рентгеновских лучей на порошке с использованием Bruker D8 Advance.The resulting solution was homogenized for 12 days to complete solvation. The resulting sol was evaporated in a rotary evaporator under reduced pressure at 50 ° C. Viscosity was determined with a Brookfield HA / HB viscometer and surface tension with a Kyowa DY-700 strain gauge. The obtained sol-gel TiO 2 ink was applied onto commercially available microrelief PET films manufactured by Pakvizhn LLC with a thickness of 20 μm, having the following microrelief embossing and a refractive index of 1.41 (A = 400 nm). The film was not pretreated and no layers were applied on it, modifying its surface. To print the obtained sol-gel titanium dioxide ink, we used a Canon Pixma IP-2840 desktop office printer with a drop volume of 2 square meters. For this, the holographic film was fixed on a regular sheet of A4 format, providing the required paper thickness. The sol-gel ink was placed in the cartridge without further modification. The thickness of the obtained xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide during inkjet printing with sol-gel ink after drying in air and removal of solvents did not exceed 500 nm s, the refractive index of at least 1.75 ± 0.08 in the entire visible spectral region. After drying, the surface of the holographic microthermal film with a xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide deposited on the surface was covered with an acrylic varnish layer consisting of a 1: 1 solution of isobutyl methacrylate in acetone using a 30 cm long Mayer rod made of nickel wire with a diameter of 10 mm and a wire thickness of 6 μm. The thickness of the smooth glossy transparent coating obtained from the varnish layer after drying did not exceed 4 μm with a refractive index of 1.34 (for a light beam of 400 nm). The time of complete drying of the varnish layer with the formation of the finished holographic rainbow image did not exceed 30 minutes. Powder X-ray diffraction data using Bruker D8 Advance was used to confirm the dry solids composition of the anatase film after drying the sol-gel ink.

Для изучения слоев ксерогеля нанокристаллического диоксида титана, нанесенных струйным методом использвался сканирующей электронной микроскоп (СЭМ) с функцией поперечного сечения, включая энергодисперсионный анализ, после полного высыхания в вакуумном эксикаторе, пленка была исследована без дополнительного напыления со сверхвысоким разрешением 1 нм на электронном микроскопе Магеллан 400L (Field Emission Inc.).To study the xerogel layers of nanocrystalline titanium dioxide, sprayed using a scanning electron microscope (SEM) with a cross-section function, including energy dispersive analysis, after complete drying in a vacuum desiccator, the film was examined without additional sputtering with an ultrahigh resolution of 1 nm using a Magellan 400L electron microscope (Field Emission Inc.).

Оптические измерения отражения при нормальном падении проводили для получения показателей преломления слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана в пределах 400-800 нм. Для этого эксперимента была организована конфокальная оптическая схема. Падающий неполяризованный свет от галогенной лампы (HL-2000-FHSA) который был сфокусирован на поверхности пленки через 50х объектив микроскопа (Mitutoyo М план АРО, Н. А. 0.55). Отраженный свет был собран с помощью той же оптики, а затем анализировался с помощью спектрометра (HORIBA LabRam HR) с охлаждаемым ПЗС-камеры (Андор DU 420А-ОЕ) и 150 г 1 мм дифракционной решетки.Optical reflection measurements at normal incidence were performed to obtain the refractive indices of the xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide in the range of 400-800 nm. For this experiment, a confocal optical scheme was organized. Incident unpolarized light from a halogen lamp (HL-2000-FHSA) that was focused on the film surface through a 50x microscope objective (Mitutoyo M plan ARO, N.A. 0.55). The reflected light was collected using the same optics and then analyzed using a spectrometer (HORIBA LabRam HR) with a cooled CCD camera (Andor DU 420A-OE) and 150 g of a 1 mm diffraction grating.

Полученные спектры были нормированы по известному спектру галогенной лампы. Спектры пропускания голограммы напечатанной методом струйной печати были измерены с помощью Cary 8454 UV-VIS с системой диодной матрицы. TA.XTPlus анализатор текстуры (Stable Micro Systems, Великобритания) работающий в режиме горизонтального трений трения системы (А / HFS) был использован для определения прочности на сдвиг пленок TiO2 (тест скорости: 2,5 мм S-1 и расстояния: 95 мм). Полученные спектры были нормированы по известному спектру галогенной лампы. Практическая реализация изобретения позволяет получать радужные голограммы любой формы с помощью струйного принтера предлагаемых золь-гель чернил. Для этого необходимо в нужных местах замаскировать поверхность голографической микроэмбоссированной пленки золь-гель чернилами с высоким показателем преломления (HRI).The spectra obtained were normalized to the known spectrum of a halogen lamp. The transmission spectra of the hologram of the inkjet method were measured using a Cary 8454 UV-VIS with a diode array system. TA.XTPlus texture analyzer (Stable Micro Systems, UK) operating in the horizontal friction system (A / HFS) mode was used to determine the shear strength of TiO 2 films (test speed: 2.5 mm S-1 and distance: 95 mm ) The spectra obtained were normalized to the known spectrum of a halogen lamp. The practical implementation of the invention allows to obtain rainbow holograms of any shape using an inkjet printer of the proposed sol-gel ink. To do this, it is necessary to mask the surface of a holographic microembossed sol-gel film with high refractive index (HRI) in the right places.

Стадии визуализации слоя диоксида титана на поверхности голографической микроэмбоссированной пленки полимера с получением получения радужного голографического текста и/или изображений в процессе струйной печати показаны на фиг 4. Как выше указывалось, голографическая бумага известна как оптически переменное устройство, на котором вид изображения изменяется в зависимости от источника света, угла света, и от угла обзора. Радужное голографическое изображение, воспроизведенное на поверхности голографической бумаги или иного микроэмбоссированного субстрата, представляет собой воспроизведение исходной голографической матрицы на микроэмбоссированном (микротисненном) покрытии голографической бумаги. Показатель преломления (RI), такой голографической микроэмбоссированной бумаги, которую обычно получают из УФ-отверждаемого полимера, обычно находится в пределах от 1.3-1.59. Обычное сохранение микрорельефа материалов с таким же RI от жиров и влаги из воздуха обычно осуществляется металлизацией поверхности под вакуумом с получением яркого, блестящего металлического блеска, улучшающего голографическое изображение и делающее его видимым, или микроструктуру покрывают прозрачным диэлектрическим слоем с высоким коэффициентом преломления вакуумным осаждением или с использованием полимеров с показателем преломления RI не менее 1,7. Эта особенность сохранения дифракционного эффекта радужной голографии использована в изобретении для получения радужных голограмм с заданными изображениями посредством использования предлагаемых золь-гель чернил для струйной печати. Были приготовлены описанные выше специальные золь-гель чернила на основе водного коллоидного раствора нанокристаллического диоксида титана. Нанесение золь-гель чернил на поверхность открытой голографической бумаги или иной микроэмбоссированной поверхности создает после высыхания нанометровый высокорефрактивный слой, который предотвращает исчезновение дифракционной эффекта от применения лака или полимерного слой с низким коэффициентом преломления (фиг 4). Местное сохранение радужных голографических изображений обеспечивается по нескольким, реализованным в данном изобретении параметрам:The steps for visualizing a titanium dioxide layer on the surface of a holographic microembossed polymer film to produce rainbow holographic text and / or images during inkjet printing are shown in Fig. 4. As mentioned above, holographic paper is known as an optically variable device, in which the image varies depending on light source, light angle, and from the viewing angle. A rainbow holographic image reproduced on the surface of a holographic paper or other microembossed substrate is a reproduction of the original holographic matrix on a microembossed (micro embossed) coating of holographic paper. The refractive index (RI) of such a holographic microembossed paper, which is usually obtained from a UV-curable polymer, is usually in the range of 1.3-1.59. The usual preservation of the microrelief of materials with the same RI from fats and moisture from air is usually carried out by metallizing the surface under vacuum to obtain a bright, shiny metallic luster that improves the holographic image and makes it visible, or the microstructure is coated with a transparent dielectric layer with a high refractive index by vacuum deposition or with using polymers with a refractive index of RI of at least 1.7. This feature of maintaining the diffraction effect of rainbow holography is used in the invention to obtain rainbow holograms with predetermined images by using the proposed sol-gel ink for inkjet printing. The special sol-gel inks described above were prepared based on an aqueous colloidal solution of nanocrystalline titanium dioxide. The application of sol-gel ink to the surface of an open holographic paper or other microembossed surface creates a nanometer highly refractive layer after drying, which prevents the diffraction effect from disappearing from the use of varnish or a polymer layer with a low refractive index (Fig. 4). Local storage of rainbow holographic images is ensured by several parameters implemented in this invention:

1) коэффициент преломления микроэмбосированной пленки или голографической бумаги и прозрачного лакового покрытия является близким или идентичным;1) the refractive index of the micro-embossed film or holographic paper and the transparent lacquer coating is close or identical;

2) средний показатель преломления для ксерогеля нанокристаллического диоксида титана, наносимого струйной печатью, более 1,7 во всем видимом диапазоне света;2) the average refractive index for xerogel of nanocrystalline titanium dioxide, applied by inkjet printing, more than 1.7 in the entire visible range of light;

3) оптически прозрачный слой ксерогеля нанокристаллического диоксида титана, формируемый методом струйной печати и прозрачный покровный слой полимера или лака не изменяют светопропускание, полностью сохраняя эффект дифракции - основы радужной голографии;3) an optically transparent xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide, formed by inkjet printing and a transparent coating layer of a polymer or varnish do not change the light transmission, fully preserving the diffraction effect - the basis of rainbow holography;

4) слой ксерогеля нанокристаллического диоксида титана, формируемый методом струйной печати и покровный слой полимера или лака обладают высокой адгезий к подложке.4) the xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide formed by inkjet printing and the coating layer of the polymer or varnish have high adhesion to the substrate.

Практически любые изображения и тексты могут быть получено при вышеупомянутых условиях. Кроме того, учитывая высокую пористость слоя наночастиц диоксида титана и их гидрофильные свойства, можно наносить обычные чернила для струйной печати на верхние слои с высоким показателем преломления, комбинируя, таким образом, несколько оптических эффектов в тонких слоях. Для поддержания высокого контраста и повышения оптического эффекта радужной голографии важно наносить прозрачный диэлектрический слой с высоким показателем преломления. Чернила на основе нанокристаллического золя диоксида титана полностью отвечают этим требованиям, и после сушки образуют оптически прозрачное покрытие с высоким показателем преломления боле 1,7. Основным свойством этих наноизделий являются высокая степень кристалличности и способности фазового золь-гель перехода в процессе сушки в естественных атмосферных условиях без применения высоких температур. Получение диоксида титана использованием методов растворной химии без стадии отжига, а также достижение показателя преломления 1,7±0,1 ксерогеля диоксида титана в видимой области ранее известными способами было невозможно. Обычно используют прокаленный порошок нанокристаллического диоксида титана диспергированного в полимере, но этот подход не пригоден для струйной печати и не позволяет формировать тонкие слои с однородным точным нанораспределением рефракционной фазы.Almost any image and text can be obtained under the above conditions. In addition, given the high porosity of the layer of titanium dioxide nanoparticles and their hydrophilic properties, it is possible to apply conventional inkjet inks to the upper layers with a high refractive index, thus combining several optical effects in thin layers. To maintain high contrast and increase the optical effect of rainbow holography, it is important to apply a transparent dielectric layer with a high refractive index. Inks based on a nanocrystalline titanium dioxide sol fully meet these requirements, and after drying form an optically transparent coating with a high refractive index of more than 1.7. The main property of these nano-products is a high degree of crystallinity and the ability of the phase sol-gel transition during drying under natural atmospheric conditions without the use of high temperatures. Obtaining titanium dioxide using the methods of solution chemistry without annealing stage, as well as achieving a refractive index of 1.7 ± 0.1 xerogel of titanium dioxide in the visible region by previously known methods was impossible. Typically, a calcined nanocrystalline titanium dioxide powder dispersed in a polymer is used, but this approach is not suitable for inkjet printing and does not allow the formation of thin layers with uniform accurate nanodistribution of the refractive phase.

Согласно изобретению используют низкотемпературный золь-гель синтез для получения нанокристаллического диоксида титана с показателем преломления 1,75 при 400 нм. Для предотвращения фотокаталитического эффекта диоксида титана на органическую фазу, слой диоксида титана покрывают лаком, что предотвращает контакт между фотокатализатором и молекулами воды, делает его неактивным и безопасным для подложки в течение длительного времени. При этом экспериментальной найдена возможность получения нанокристаллического золя диоксида титана 2, с использованием только азотной кислоты в качестве протонирующего агента без каких-либо стабилизаторов. Для уменьшения поверхностного натяжения и увеличения скорости высыхания золь-гель чернил, модифицировали процесс получения нанокристаллического золя диоксида титана чернил, адаптируя их физико-химические свойства для струйной печати и равномерного нанесения. Отсутствие обычно используемых органических стабилизаторов, таких как полимеры и поверхностно-активных веществ, способствует быстрой конденсации нанокристаллического золя диоксида титана в процессе испарения растворителя, обеспечивая высокую адгезию к микрорельефной поверхности, обеспечивая золь-гель переход нанокристаллического золя диоксида титана в ксерогель непосредственно на подложке. В результате обеспечивается более высокая адгезия нанокристаллического диоксида титана к подложке по сравнению с использованием обычного вакуумного осаждения, что показано на фиг. 5.According to the invention, low-temperature sol-gel synthesis is used to produce nanocrystalline titanium dioxide with a refractive index of 1.75 at 400 nm. To prevent the photocatalytic effect of titanium dioxide on the organic phase, the titanium dioxide layer is varnished, which prevents contact between the photocatalyst and water molecules, makes it inactive and safe for the substrate for a long time. At the same time, an experimental possibility was found to obtain a nanocrystalline sol of titanium dioxide 2 , using only nitric acid as a protonating agent without any stabilizers. To reduce surface tension and increase the drying speed of sol-gel inks, we modified the process for producing nanocrystalline sols of titanium dioxide ink, adapting their physicochemical properties for inkjet printing and uniform application. The absence of commonly used organic stabilizers, such as polymers and surfactants, contributes to the rapid condensation of the nanocrystalline sol of titanium dioxide during the evaporation of the solvent, providing high adhesion to the microrelief surface, providing a sol-gel transition of the nanocrystalline sol of titanium dioxide to xerogel directly on the substrate. As a result, higher adhesion of nanocrystalline titanium dioxide to the substrate is achieved compared to using conventional vacuum deposition, as shown in FIG. 5.

На изображениях фиг. 5 ясно видно, что наблюдается крайне слабая адгезия TiO2 покрытия, нанесенного по вакуумной технологии на рельефную голографическую бумагу (а, б), в сравнении с адгезией TiO2 покрытия, нанесенного предлагаемым методом струйной печати (с, d). Это обусловлено тем, что метод вакуумного напыления требует предварительной активации микроэмбосированной голографической поверхности в потоке кислородной плазмы с образованием активных гидроксильных групп на поверхности полимера, в отличие от формирования золь-гель покрытий, которые обеспечивают физическую сшивку на поверхности в процессе сушки.In the images of FIG. 5 it is clearly seen that there is an extremely weak adhesion of the TiO 2 coating applied by vacuum technology to embossed holographic paper (a, b), in comparison with the adhesion of the TiO 2 coating applied by the proposed inkjet printing method (c, d). This is due to the fact that the vacuum deposition method requires the preliminary activation of a microembossed holographic surface in an oxygen plasma stream with the formation of active hydroxyl groups on the polymer surface, in contrast to the formation of sol-gel coatings that provide physical crosslinking on the surface during drying.

Эти выводы подтверждаются данными поперечного сечения, полученных после нанесения TiO2 различными способами (фиг. 6). Для оценки адгезионных свойств покрытия подвергали воздействию классической клейкой ленты испытаний на отслаивание. Результаты тестов кросс секций и энергодисперсионного анализа (ЭДС) пленок на основе диоксида титана, нанесенных на поверхность голографической бумаги вакуумным методом (а, b) и предлагаемым методом струйной печати (с, d) показывают высокие адгезионные свойства пленок TiO2. нанесенных струйным принтером по предлагаемому способу струйной печати (фиг. 6). Это подтверждается профилограммой ЭДС, где хорошо видно, что активный слой TiO2 нанесенный в вакууме легко отделяется от подложки. Установлено, что после пяти испытаний адгезии при помощи скотч-теста, непрерывность полученного по изобретению покрытия поддерживается на уровне 50%. TiO2 покрытия не сшиваются с полимерной подложкой после вакуумного напыления, что облегчает его легкое отделение, ухудшается устойчивость к механическим воздействиям. Предлагаемые коллоидные золь-гель чернила более устойчивы к внешнему механическому воздействию и обеспечивают высокую адгезию пленок диоксида титана к поверхности голографической бумаги. Изображение ЭДС профилографии для золь-гель диоксида титана напечатанного на струйном принтере, иллюстрирует преемственность и полное сохранение покрытия после пяти испытаний клейкой лентой, а также тесные контакты между нанесенным слоем TiO2 и полимерной подложки без предварительного гидроксилирования поверхности подложки.These findings are confirmed by cross-sectional data obtained after applying TiO 2 in various ways (Fig. 6). To assess the adhesive properties of the coating, the peeling was tested using a classic adhesive tape. The results of tests of cross sections and energy dispersive analysis (EMF) of films based on titanium dioxide deposited on the surface of holographic paper by the vacuum method (a, b) and the proposed inkjet method (c, d) show high adhesion properties of TiO 2 films. applied by an inkjet printer according to the proposed method of inkjet printing (Fig. 6). This is confirmed by the EMF profilogram, where it is clearly seen that the active TiO 2 layer deposited in vacuum is easily separated from the substrate. It was found that after five adhesion tests using an adhesive tape test, the continuity of the coating obtained according to the invention is maintained at 50%. TiO 2 coatings are not crosslinked with the polymer substrate after vacuum deposition, which facilitates its easy separation, and resistance to mechanical stress is impaired. The proposed colloidal sol-gel inks are more resistant to external mechanical stress and provide high adhesion of titanium dioxide films to the surface of holographic paper. The EMF profilography image for a sol-gel titanium dioxide printed on an inkjet printer illustrates the continuity and complete preservation of the coating after five adhesive tape tests, as well as the close contacts between the applied TiO 2 layer and the polymer substrate without prior hydroxylation of the substrate surface.

Оптические свойства нанокристаллического диоксида титана нанесенного методом струйной печати, такие как спектр отражения и дисперсии показателя преломления показаны на фиг 7. Поскольку исследуемое покрытие было расположено между двух изотропных сред (воздух и 2 мм подложки из плавленого кварца), на определенных длинах волн излучения можно наблюдать отражение минимумы в спектрах (например, излучение не "видеть" но на самом деле отражается от «виртуальной» границы между подложкой и воздухом). Коэффициент отражения для воздушно-стеклянной границы показан в виде красной пунктирной линией на фиг. 7а. Максимумы коэффициента отражения на фиг. 7а соответствуют положительной интерференции определенной длины волны излучения, отраженного от воздух-напечатанного слоя, границы стекла-напечатанного слоя. Таким образом, из экспериментальных данных по коэффициентам отражения можно получить показатель преломления дисперсии пленки. Эта взаимосвязь показана на фиг. 7, где разброс экспериментальных значений для показателей преломления, полученных из большой серии экспериментов, позволяет оценить показатель преломления 1,75±0,08 полученного струйным методом слоя нанокристаллического диоксида титана во всей видимой области спектра. Высокий показатель преломления полученного струйным методом слоя нанокристаллического диоксида титана (RI ~ 1,75), в отличие от полимерной голографической бумаги (RI ~ 1,41), приводит к маскировке микрорельефной поверхности, по сравнению с покрытыми лаком участками, что сохраняет дифракцию света на обработанных частях. Экспериментально установлено, что оптическая плотность образованных струйным методом TiO2 покрытий находится на одном уровне с прокаленными материалами.The optical properties of inkjet-printed nanocrystalline titanium dioxide, such as the reflection and dispersion spectra of the refractive index, are shown in Fig. 7. Since the coating under study was located between two isotropic media (air and 2 mm fused silica substrates), at certain radiation wavelengths, one can observe reflection of the minima in the spectra (for example, the radiation is not “seen” but is actually reflected from the “virtual” boundary between the substrate and air). The reflection coefficient for the air-glass boundary is shown as a red dotted line in FIG. 7a. The reflectance maxima in FIG. 7a correspond to the positive interference of a certain wavelength of radiation reflected from the air-printed layer, the boundary of the glass-printed layer. Thus, from the experimental data on the reflection coefficients, one can obtain the refractive index of the film dispersion. This relationship is shown in FIG. 7, where the scatter of experimental values for the refractive indices obtained from a large series of experiments makes it possible to estimate the refractive index 1.75 ± 0.08 of a nanocrystalline titanium dioxide layer obtained by the jet method in the entire visible spectral region. The high refractive index of the nanocrystalline titanium dioxide layer obtained by the jet method (RI ~ 1.75), unlike polymer holographic paper (RI ~ 1.41), leads to masking of the microrelief surface compared to the varnished areas, which preserves light diffraction by machined parts. It was experimentally established that the optical density of the coatings formed by the TiO 2 jet method is on a par with calcined materials.

Эти свойства были использованы, чтобы воспроизвести радужные голографические изображения (фиг. 8) путем выборочного нанесения предлагаемых золь-гель чернил с высоким коэффициентом преломления RI (более 1,7) на струйном принтере на обычной голографической бумаге с последующим нанесение лакового слоя с низким RI (1,34) посредством стержня Маера. Исчезновение радужного голографического эффекта в области не подвергавшихся воздействию предлагаемых TiO2 золь-гель чернил обусловлено тем, что показатели преломления голографической бумаги Бэнтона (1.41) и лакового слоя (1.34) близки друг другу, что приводит к тому, что свет не может интерферировать на границе между этими фазами и проходит через структуру слоев не изменяясь. С другой стороны, наличие промежуточного тонкого, прозрачного слоя нанокрислоллического слоя ксерогеля диоксида титана с высоким коэффициентом преломления приводит к сохранению голографического эффекта микроэмбосссрованной (микрорельефной) поверхности. Это не только вызывает отражение на границе раздела голографической бумаги и лака, но и увеличивает интенсивность отраженного луча, увеличивая основной радужный голографический эффект. Яркость полученного изображения определяется исключительно техническими особенностями струйного принтера и зависит от его разрешающей способности. На фиг. 8 с) отчетливо видно, что после нанесения высокорефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана и последующим формирование третьего слоя с низким показателем преломления голографический эффект не меняет своей яркости и полностью воспроизводит напечатанные изображения текста и рисунка в виде радужных голографических изображений. Наличие промежуточного тонкого слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с высоким коэффициентом преломления нанесенного методом струйной печати поверх голографической бумаги увеличивает коэффициент отражения в среднем на два порядка по сравнению с голографической бумагой, покрытой только полимерным лаком. Прозрачность конечной гетероструктуры в видимой области остается неизменной, даже наблюдается увеличение светопропускания полученной гетероструктуры на 2%.These properties were used to reproduce rainbow holographic images (Fig. 8) by selectively applying the proposed sol-gel ink with a high refractive index RI (more than 1.7) on an inkjet printer on ordinary holographic paper, followed by applying a varnish layer with a low RI ( 1.34) by means of the Maer rod. The disappearance of the iridescent holographic effect in the area not exposed to the proposed TiO 2 sol-gel ink is due to the fact that the refractive indices of the Banton holographic paper (1.41) and the lacquer layer (1.34) are close to each other, which leads to the fact that light cannot interfere at the boundary between these phases and passes through the structure of the layers without changing. On the other hand, the presence of an intermediate thin, transparent layer of a nanocrysallic xerogel layer of titanium dioxide with a high refractive index leads to the preservation of the holographic effect of the microembossed (microrelief) surface. This not only causes reflection at the interface between the holographic paper and varnish, but also increases the intensity of the reflected beam, increasing the main rainbow holographic effect. The brightness of the image is determined solely by the technical features of the inkjet printer and depends on its resolution. In FIG. 8c) it is clearly seen that after applying a highly refractive xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide and subsequent formation of a third layer with a low refractive index, the holographic effect does not change its brightness and fully reproduces printed images of the text and pattern in the form of rainbow holographic images. The presence of an intermediate thin xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide with a high refractive index deposited by inkjet printing over holographic paper increases the reflection coefficient by an average of two orders of magnitude compared to holographic paper coated only with polymer varnish. The transparency of the final heterostructure in the visible region remains unchanged, even a 2% increase in the light transmission of the resulting heterostructure is observed.

Высокая механическая прочность TiO2 покрытий и их адгезия к ПЭТФ голографической бумаге подтверждается результатами испытаний для определения коэффициента трения. Было обнаружено, что сила взаимодействия между пленкой и TiO2 голографической бумаги, 0.557min, близка к взаимодействию лака с чистым ПЭТ, 0,637. Это доказывает высокое сродство пленок и их высокую стабильность, как обычного органического субстрата. Диапазон измерения коэффициента трения в зависимости от толщины осажденного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана соответствует контактного взаимодействия классических органических полимеров.The high mechanical strength of TiO 2 coatings and their adhesion to PET holographic paper is confirmed by test results to determine the coefficient of friction. It was found that the interaction force between the film and TiO 2 of holographic paper, 0.557 min , is close to the interaction of varnish with pure PET, 0.637. This proves the high affinity of the films and their high stability, as a conventional organic substrate. The range of measurement of the friction coefficient depending on the thickness of the deposited xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide corresponds to the contact interaction of classical organic polymers.

В связи с этим, обеспечивается высокая адгезия слоев друг к другу. Экспериментально определено оптимально требуемое содержание этилового спирта, в объеме не менее 60%, в соответствии с данными оптической прозрачности, достижения маскирующего эффекта, и реологических свойств золь-гель чернил наиболее оптимальных свойств для струйной печати радужных голографических изображений.In this regard, high adhesion of the layers to each other is ensured. The optimum required ethanol content was determined experimentally, in a volume of at least 60%, in accordance with the data of optical transparency, achieving a masking effect, and rheological properties of sol-gel inks of the most optimal properties for inkjet printing of rainbow holographic images.

Реализация изобретения показывает эффективную и экономически выгодную стратегию развития струйной печати индивидуальных радужных голограмм с использованием обычной, широко распространенной голографической бумаги. Этот стало возможным за счет использования струйного принтера для формирования слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с высоким показателем преломления, который после его покрытия слоем лака обеспечивает защитную функцию для микрорельефа, сохраняя дифракционный эффект радужной голографии в обрабатываемой области. Образованная гетероструктура не изменяет оптическую прозрачность и, следовательно, сохраняет контраст изображения. Более того, по сравнению с традиционной технологией вакуумного нанесения TiO2 предлагаемый золь-гель метод обеспечивает высокую адгезию и образование плотной гетероструктуры с повышенной механической прочностью.The implementation of the invention shows an effective and cost-effective strategy for the development of inkjet printing of individual rainbow holograms using ordinary, widespread holographic paper. This became possible due to the use of an inkjet printer to form a xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide with a high refractive index, which, after coating it with a varnish layer, provides a protective function for the microrelief, while maintaining the diffraction effect of rainbow holography in the treated area. The formed heterostructure does not change the optical transparency and, therefore, maintains the contrast of the image. Moreover, in comparison with the traditional TiO 2 vacuum deposition technology, the proposed sol-gel method provides high adhesion and the formation of a dense heterostructure with increased mechanical strength.

Предлагаемый способ может значительно расширить возможности визуализации радужных голографических изображений и значительно упрощает процесс их изготовления. Обычно формирование цвета при струйной печати достигается комбинированием цветов CMYK или RGB. Согласно изобретения предлагается технология цветной печати с использованием одних чернил, полностью безопасными для использования. При этом предлагаемые золь-гель чернила существенно расширяют возможный выбор подложек для нанесения, в том числе позволяют использовать гибкие полимерные субстраты и гладкие твердые тела, что делает возможным нанесение по формату практически безграничным, и существенно облегчает технологию контролируемого с точностью до 10 нм нанесения интерференционных структур.The proposed method can significantly expand the visualization capabilities of rainbow holographic images and greatly simplifies the manufacturing process. Typically, ink color formation is achieved by combining CMYK or RGB colors. According to the invention, a color printing technology using only ink is completely safe for use. At the same time, the proposed sol-gel inks significantly expand the possible choice of substrates for application, including the use of flexible polymer substrates and smooth solids, which makes application in a format practically unlimited, and greatly facilitates the technology of application of interference structures controlled up to 10 nm .

В качестве печатных изделий могут быть изготовлены упаковочные материалы, метки, пакеты или другие печатные материалы, известные в данной области. Подложка может быть любым материалом, который используют в полиграфии в качестве подложки. Подложки могут включать полимерные пленки и другие полимерные материалы, различные виды бумаги, начиная от тонкой папиросной бумаги до рифленого картона, крафт-бумаги, мелованной папки. В качестве подложки могут также использоваться металлизированные пленки и металлическая фольга. Основная подложка может быть покрыта препаратами, известными в полиграфии для получения печатного художественного изображения. Печатное изделие может получить защитную и декоративную отделку после того, как художественное изображение будет напечатано на подложке. Печатная подложка может быть далее либо обработана в процессе изготовления упаковки, либо процесс ее обработки заканчивается печатью.As printed products, packaging materials, tags, bags or other printed materials known in the art can be made. The substrate may be any material that is used in the printing industry as a substrate. Substrates may include polymer films and other polymeric materials, various types of paper, ranging from thin tissue paper to corrugated cardboard, kraft paper, coated folders. Metallic films and metal foil can also be used as a substrate. The main substrate may be coated with preparations known in the printing industry to obtain a printed artistic image. The printed product may receive a protective and decorative finish after the artistic image is printed on the substrate. The printed substrate can be further processed in the manufacturing process of the package, or the process of processing ends with printing.

Форма радужных голографических изображений печатного изделия может быть изготовлена, сконфигурирована или просто сохранена в виде электронного компьютерного файла данных.The shape of the rainbow holographic images of the printed product can be made, configured, or simply saved as an electronic computer data file.

Размеры и величины, раскрытые в описании, не должны пониматься как строго ограниченные перечисленными точными числовыми значениями. Наоборот, если иначе не определено, каждый такой размер предназначен как для обозначения приведенного в описании значения, так и для функционально эквивалентного диапазона этого значения. Например, размер, раскрытый как "20 нм", означает "приблизительно 20 нм".The dimensions and values disclosed in the description should not be construed as strictly limited to the listed exact numerical values. On the contrary, unless otherwise specified, each such size is intended both to indicate the value given in the description and to the functionally equivalent range of this value. For example, a size disclosed as “20 nm” means “approximately 20 nm”.

Все документы, процитированные в подробном описании изобретения, в соответствующей части, включены здесь в качестве справочной информации; упоминание любого документа не должно рассматриваться как признание того, что этот документ раскрывает настоящее изобретение. Если любое значение или определение термина в описании противоречит любому значению или определению того же термина в документе, включенном в качестве справочной информации, то значение или определение термина, приведенное в описании, должно быть определяющим. Несмотря на то, что конкретные варианты выполнения и/или отдельные признаки настоящего изобретения были здесь описаны, для лиц, имеющих квалификацию в данной области, будет очевидно, что различные другие изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретения. Поэтому прилагаемая формула предназначена для того, чтобы охватить все такие изменения и модификации, которые находятся в пределах объема данного изобретения.All documents cited in the detailed description of the invention, in the relevant part, are included here as reference information; reference to any document should not be construed as recognition that this document discloses the present invention. If any meaning or definition of a term in the description contradicts any meaning or definition of the same term in the document included as reference, then the meaning or definition of the term given in the description should be defining. Although specific embodiments and / or individual features of the present invention have been described herein, it will be apparent to those skilled in the art that various other changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the appended claims are intended to cover all such changes and modifications that are within the scope of this invention.

Claims (7)

1. Золь-гель чернила для струйной печати радужных голографических изображений на голографической бумаге или на микроэмбоссированной поверхности, включающие нанокристаллический золь диоксида титана анатазной фазы с содержанием аморфной фазы не более 5 мас. % в воде и количественном содержании твердой фазы в золь-гель чернилах 1-5 мас %, и этиловый спирт в количестве 60-70 мас. %, причем золь-гель чернила имеют поверхностное натяжение не ниже 25 мН/м, не более 50 мН/м и вязкость не менее 2,1 мПа⋅с, не более 20 мПа⋅с.1. Sol-gel inkjet ink for printing rainbow holographic images on holographic paper or on a microembossed surface, including nanocrystalline anatase phase titanium dioxide sol with an amorphous phase content of not more than 5 wt. % in water and the quantitative content of the solid phase in sol-gel ink is 1-5 wt.%, and ethyl alcohol in an amount of 60-70 wt. %, and sol-gel ink has a surface tension of at least 25 mN / m, no more than 50 mN / m and a viscosity of at least 2.1 mPa⋅s, no more than 20 mPa⋅s. 2. Золь-гель чернила по п. 1, характеризующиеся тем, что содержат нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5 мас.% в растворе этилового спирта в воде, и по крайней мере одним из следующей группы свойств: наличием наночастиц диоксида титана в виде кристаллов диоксида титана преимущественно анатазной фазы с содержанием аморфной фазы диоксида титана не более 5 мас.%, концентрацией нанокристаллических частиц диоксида титана не менее 1 мас. %, размером нанокристаллических частиц диоксида титана не более 100 нм, средним гидродинамическим диаметром частиц нанокристаллического золя диоксида титана не более 100 нм, преимущественно 15,8 нм, дзета-потенциалом наночастиц диоксида титана не менее +10 мВ, преимущественно +36,1 ±5,3 мВ, возможностью формирования прозрачного в видимой области спектра рефрактивного слоя ксерогеля диоксида титана толщиной от 30 до 1000 нм с показателем преломления более 1,75, концентрацией этилового спирта в воде не более 70 мас. % при преимущественном соотношении этиловый спирт : вода 3:1, длительностью седиментационной устойчивости нанокристаллического золя диоксида титана не менее 1 года.2. Sol-gel ink according to claim 1, characterized in that they contain nanocrystalline anatase sol with an amorphous phase content of not more than 5 wt.% In a solution of ethyl alcohol in water, and at least one of the following group of properties: the presence of titanium dioxide nanoparticles in the form of crystals of titanium dioxide predominantly anatase phase with a content of an amorphous phase of titanium dioxide of not more than 5 wt.%, a concentration of nanocrystalline particles of titanium dioxide of not less than 1 wt. %, the size of the nanocrystalline particles of titanium dioxide is not more than 100 nm, the average hydrodynamic diameter of the particles of the nanocrystalline sols of titanium dioxide is not more than 100 nm, mainly 15.8 nm, the zeta potential of titanium dioxide nanoparticles is not less than +10 mV, mainly +36.1 ± 5 , 3 mV, the possibility of forming a transparent in the visible spectrum of the refractive layer of xerogel titanium dioxide with a thickness of 30 to 1000 nm with a refractive index of more than 1.75, the concentration of ethyl alcohol in water is not more than 70 wt. % with a predominant ratio of ethyl alcohol: water 3: 1, the duration of sedimentation stability of nanocrystalline sol of titanium dioxide for at least 1 year. 3. Золь-гель чернила по п. 1, характеризующиеся тем, что они обладают: вязкостью не более 20 мПа⋅с, преимущественно 2,1 мПа⋅с, поверхностным натяжением не более 50 мН/м, преимущественно 27 мН/м.3. Sol-gel ink according to claim 1, characterized in that they have: a viscosity of not more than 20 mPa⋅s, mainly 2.1 mPa⋅s, surface tension of not more than 50 mN / m, mainly 27 mN / m. 4. Способ получения золь-гель чернил для струйной печати радужных голографических изображений на голографической бумаге или на микроэмбоссированной поверхности по п. 1, заключающийся в том, что 4. The method of obtaining sol-gel ink for inkjet printing of rainbow holographic images on holographic paper or on a microembossed surface according to claim 1, which consists in the fact that на первом этапе получают нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5 мас. % в воде с использованием раствора изопропоксида титана и 2-пропанола в концентрации, обеспечивающей содержание твердой фазы в золь-гель чернилах 1-5 мас. %, кристаллообразования и протонизации добавлением этого раствора к водному раствору, содержащему азотную кислоту, в количестве, обеспечивающем степень протонизации частиц до значения дзета-потенциала не менее +10 мВ, преимущественно +36,1±5,3 мВ, и выдержки при герметичном закрытии и перемешивании в течение 1-2 недель, at the first stage, an anatase nanocrystalline sol with an amorphous phase content of not more than 5 wt. % in water using a solution of titanium isopropoxide and 2-propanol in a concentration that provides a solids content of sol-gel ink of 1-5 wt. %, crystal formation and protonization by the addition of this solution to an aqueous solution containing nitric acid, in an amount that ensures the degree of protonization of the particles to a zeta potential of at least +10 mV, mainly + 36.1 ± 5.3 mV, and exposure to tight closure and stirring for 1-2 weeks, на втором этапе проводят смешение и гомогенизацию полученного нанокристаллического золя диоксида титана анатаза в воде с этиловым спиртом, взятым в количестве, обеспечивающем золь-гель чернила с поверхностным натяжением не ниже 25 мН/м и не более 50 мН/м и вязкостью не менее 2,1 мПа⋅с, не более 20 мПа⋅с.at the second stage, the obtained nanocrystalline sol of anatase titanium dioxide is mixed and homogenized in water with ethyl alcohol, taken in an amount providing sol-gel ink with a surface tension of at least 25 mN / m and no more than 50 mN / m and a viscosity of at least 2, 1 mPa⋅s, not more than 20 mPa⋅s. 5. Способ по п. 4, характеризующийся тем, что нанокристаллический золь анатаза с содержанием аморфной фазы не более 5 мас.% в воде получают путем получения раствора алкоксида титана смешением изопропоксида титана и 2-пропанола, гидролиза алкоксида титана с образованием устойчивых кристаллических зародышей диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде, проведения температурной дегидратации аморфного оксигидроксида титана нагревом до 70оC в кислой среде, созданием кислой среды и выдержкой при 80°C в течение 1-го часа с увеличением содержания кристаллической фазы оксида титана преимущественно анатазной фазы и с получением нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы с размером кристаллов диоксида титана не более 100 нм, преимущественно 5-20 нм, со средним гидродинамическим диаметром частиц золя не более 100 нм, преимущественно 15,8 нм, с дзета-потенциалом частиц золя не менее +10 мВ, преимущественно +36,1±5,3 мВ, стабилизации нанокристаллического золя диоксида титана путем протонизации частиц золя в присутствии азотной кислоты и выдержки не более 1-2 недель при комнатной температуре при постоянном перемешивании с получением стабильного нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде с содержанием аморфной фазы диоксида титана не более 5 мас.%, с размером кристаллов диоксида титана 5-100 нм, преимущественно анатазной фазы, со средним гидродинамическим диаметром частиц золя не более 100 нм, преимущественно 15,8 нм, с дзета-потенциалом частиц золя не менее +10 мВ, преимущественно +36,1±5,3 мВ.5. The method according to p. 4, characterized in that the nanocrystalline anatase sol with an amorphous phase content of not more than 5 wt.% In water is obtained by obtaining a titanium alkoxide solution by mixing titanium isopropoxide and 2-propanol, hydrolysis of titanium alkoxide with the formation of stable crystalline dioxide nuclei predominantly anatase phase of titania in water, the temperature of dehydration of amorphous titanium oxyhydroxide heating to 70 ° c in an acidic medium, creating an acidic environment and heating at 80 ° c for 1 hour with increasing sod holding the crystalline phase of titanium oxide predominantly anatase phase and obtaining a nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly anatase phase with a crystal size of titanium dioxide of not more than 100 nm, mainly 5-20 nm, with an average hydrodynamic particle diameter of sol not more than 100 nm, mainly 15.8 nm , with a zeta potential of sol particles of at least + 10 mV, mainly + 36.1 ± 5.3 mV, stabilization of a nanocrystalline sol of titanium dioxide by protonization of sol particles in the presence of nitric acid and holding no more than 1-2 weeks at room temperature with constant stirring to obtain a stable nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly anatase phase in water with an amorphous titanium dioxide phase content of not more than 5 wt.%, with a size of crystals of titanium dioxide 5-100 nm, mainly anatase phase, with an average hydrodynamic diameter sol particles of not more than 100 nm, mainly 15.8 nm, with a zeta potential of sol particles of not less than +10 mV, mainly + 36.1 ± 5.3 mV.
RU2016105505A 2016-02-18 2016-02-18 Colorless sol-gel ink for ink-jet printing iridescent holographic images and method for producing thereof RU2650138C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105505A RU2650138C2 (en) 2016-02-18 2016-02-18 Colorless sol-gel ink for ink-jet printing iridescent holographic images and method for producing thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105505A RU2650138C2 (en) 2016-02-18 2016-02-18 Colorless sol-gel ink for ink-jet printing iridescent holographic images and method for producing thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016105505A RU2016105505A (en) 2017-08-23
RU2650138C2 true RU2650138C2 (en) 2018-04-09

Family

ID=59744699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016105505A RU2650138C2 (en) 2016-02-18 2016-02-18 Colorless sol-gel ink for ink-jet printing iridescent holographic images and method for producing thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2650138C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5840111A (en) * 1995-11-20 1998-11-24 Bayer Ag Nanodisperse titanium dioxide, process for the production thereof and use thereof
WO2007073043A2 (en) * 2005-12-20 2007-06-28 Lg Chem, Ltd. Titania sol, method of preparing the same, and coating composition comprising the same
CN102531406A (en) * 2012-01-17 2012-07-04 信义玻璃工程(东莞)有限公司 Antireflective coating solution and preparation method thereof, as well as photovoltaic glass and preparation method of photovoltaic glass

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5840111A (en) * 1995-11-20 1998-11-24 Bayer Ag Nanodisperse titanium dioxide, process for the production thereof and use thereof
WO2007073043A2 (en) * 2005-12-20 2007-06-28 Lg Chem, Ltd. Titania sol, method of preparing the same, and coating composition comprising the same
CN102531406A (en) * 2012-01-17 2012-07-04 信义玻璃工程(东莞)有限公司 Antireflective coating solution and preparation method thereof, as well as photovoltaic glass and preparation method of photovoltaic glass

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YAKOVLEV A.V. et. al. Sol-Gel Assisted inkjet HologramPatterning.-Advanced Functional Materials, 16.12.2015, v. 25, n.47, p. 7375-7380. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016105505A (en) 2017-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5862892B2 (en) Transparent magnetic intaglio printing ink
US8790459B2 (en) Colored reflective features and inks and processes for making them
TWI488922B (en) Magnetic pigments
US20070281177A1 (en) Colored Reflective Features And Inks And Processes For Making Them
JP5428463B2 (en) True / false judgment with color variable function
CN110945084A (en) Phosphonate surface functionalized titanium dioxide nanoparticles
RU2635908C2 (en) Printed product with protected printing polygraphic methods with rainbow holographic images
CN114401927A (en) Metal oxide nanoparticles
JP5229056B2 (en) True / false judgment with color variable function
WO2017065641A2 (en) Method for color interference inkjet printing
JP5434194B2 (en) True / false judgment with color variable function
JP5168188B2 (en) True / false judgment with color variable function
JP2010208240A (en) Authenticity determination body with color variable function
RU2641500C2 (en) Printed product with colour interference image
RU2650138C2 (en) Colorless sol-gel ink for ink-jet printing iridescent holographic images and method for producing thereof
RU2616151C1 (en) Method of ink-jet printing with colorless sol-gel ink of iridescent holographic images on holographic paper or micro-embossed surface and printed product with iridescent holographic images
US20120129967A1 (en) Method For Producing Thin Films And The Application Thereof
RU2618064C2 (en) Method of production sol-gel ink for colour interference jet printing
JP5110019B2 (en) True / false judgment with color variable function
WO2017065639A1 (en) Sol-gel inks for colour interference inkjet printing
CN114891367A (en) Flaky optical pigment, preparation method thereof and anti-counterfeiting element
CN114149726A (en) Dynamic optical effect layer and preparation method thereof