RU2743423C1 - Method of producing inorganic luminescent compound with given fractional composition - Google Patents

Method of producing inorganic luminescent compound with given fractional composition Download PDF

Info

Publication number
RU2743423C1
RU2743423C1 RU2020110017A RU2020110017A RU2743423C1 RU 2743423 C1 RU2743423 C1 RU 2743423C1 RU 2020110017 A RU2020110017 A RU 2020110017A RU 2020110017 A RU2020110017 A RU 2020110017A RU 2743423 C1 RU2743423 C1 RU 2743423C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
group
periodic table
luminescence
range
luminescent compound
Prior art date
Application number
RU2020110017A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Борисович Курятников
Георгий Валентинович Корнилов
Елена Михайловна Федорова
Егор Сергеевич Казарцев
Александра Александровна Торгашова
Виктор Геннадиевич Щепин
Игорь Васильевич Павлов
Ольга Игоревна Воскресенская
Андрей Алексеевич Андреев
Сергей Александрович Каплоухий
Виктор Алексеевич Абраменко
Юрий Алексеевич Портнягин
Василий Николаевич Осипов
Original Assignee
Акционерное общество "Гознак" (АО "Гознак")
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 Акционерное общество "Гознак" (АО "Гознак") filed Critical Акционерное общество "Гознак" (АО "Гознак")
Priority to RU2020110017A priority Critical patent/RU2743423C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2743423C1 publication Critical patent/RU2743423C1/en
Priority to PCT/RU2021/050055 priority patent/WO2021183007A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42DBOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/20Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof characterised by a particular use or purpose
    • B42D25/21Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof characterised by a particular use or purpose for multiple purposes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42DBOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/36Identification or security features, e.g. for preventing forgery comprising special materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7767Chalcogenides
    • C09K11/7769Oxides
    • C09K11/7771Oxysulfides

Abstract

FIELD: optics.SUBSTANCE: invention can be used in production of materials having specified optical and physical properties and intended for authenticity control of valuable documents. To produce material based on inorganic luminescent compound of rare-earth metals, charge is prepared, solid-phase synthesis, washing and milling of finished product. Solid-phase synthesis is carried out in two steps. At the first stage, a complex is synthesized, containing a group II element of the periodic table, selected from Mg, Ca, Zn, Sr, element III of the group of the periodic table from the range of lanthanides Er, Yb, Tm, Ho; element IV of the group of the periodic table, selected from Ti, Si, Zr, Ge. At the second step, the end product is synthesized. Ground product is fractionated using track membranes by tangential filtration. Size of not less than 90 % of the particles of the obtained material is a given value selected within interval 0.1–50 mcm.EFFECT: invention enables to obtain an efficient inorganic luminescent substance with a given fractional composition for incorporation into paper, plastic, composite materials, printing inks and ink-jet compositions.3 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области специальных материалов, обладающих заданными оптико-физическими свойствами, предназначенными для контроля подлинности ценных документов, и использующихся в качестве наполнителей в составе бумаги, пластика и других композиционных материалов, а также в качестве пигмента в полиграфических красках, струйных чернилах. Разработанные люминесцентные пигменты представляют собой мелкодисперсные порошки со специальными оптико-физическими свойствами, внедряемые в бумагу, пластик, клеевые слои или в печатную краску для придания конечному продукту, например, защищенному от подделки полиграфическому изделию, дополнительных специальных свойств, таких, как УФ и ИК люминесценция, антистоксовая люминесценция, ИК поглощение в заданном спектральном диапазоне и другие свойства.The invention relates to the field of special materials with specified optical and physical properties, designed to control the authenticity of valuable documents, and used as fillers in paper, plastic and other composite materials, as well as as a pigment in printing paints, inkjet ink. The developed luminescent pigments are fine powders with special optical-physical properties, embedded in paper, plastic, adhesive layers or in printing ink to give the final product, for example, a counterfeit-proof printed product, additional special properties, such as UV and IR luminescence , anti-Stokes luminescence, IR absorption in a given spectral range and other properties.

Данные пигменты могут применяться для придания полиграфическим изделиям как декоративных, так и специальных, в том числе скрытых машиночитаемых, оптико-физических свойств - для защиты данных изделий от полной, либо частичной подделки и несанкционированного копирования. В последнем случае они могут быть предназначены для визуального (органолептического) или приборного определения подлинности защищаемых полиграфических изделий, таких как банкноты и бланки ценных бумаг, этикетки, акцизные и почтовые марки, платежные и идентификационные документы, а также паспорта, проездные и прочие документы.These pigments can be used to give printed products both decorative and special, including hidden machine-readable, optical-physical properties - to protect these products from complete or partial counterfeiting and unauthorized copying. In the latter case, they can be designed for visual (organoleptic) or instrumental identification of the authenticity of protected printing products, such as banknotes and forms of securities, labels, excise and postage stamps, payment and identification documents, as well as passports, travel and other documents.

Как правило, специальные пигменты на основе неорганических люминесцентных соединений обладают средним размером частиц от 1 до 50 мкм и характеризуются неоднородным фракционным составом, при этом наличие крупных частиц ухудшает печатно-технологические свойства красок на их основе.As a rule, special pigments based on inorganic luminescent compounds have an average particle size of 1 to 50 microns and are characterized by an inhomogeneous fractional composition, while the presence of large particles impairs the printing and technological properties of inks based on them.

Для нормальной работы таких соединений в составе бумаги или красок при толщинах слоев материала-носителя от 1 до 100 мкм (аналогия с патентами G&D), необходимо обеспечить оптимальное количество пигмента в слое, а также обеспечить их удержание и стабильность дисперсии, то есть предотвратить их отторжение из носителя на всех последующих стадиях технологического процесса и при эксплуатации конечных изделий. С другой стороны, проблема отторжения и/или недостаточного удержания и стабильности дисперсии пигментов в бумаге или красках может быть решена в том числе за счет оптимального выбора фракционного состава пигмента.For the normal operation of such compounds in the composition of paper or paints with thicknesses of layers of the carrier material from 1 to 100 microns (analogy with G&D patents), it is necessary to ensure the optimal amount of pigment in the layer, as well as to ensure their retention and stability of the dispersion, that is, to prevent their rejection from the carrier at all subsequent stages of the technological process and during the operation of the final products. On the other hand, the problem of rejection and / or insufficient retention and stability of the dispersion of pigments in paper or paints can be solved, inter alia, by the optimal choice of the fractional composition of the pigment.

Наиболее распространенным видом специальных пигментов являются пигменты на основе неорганических люминесцентных соединений, обладающие люминесценцией в видимом и/или ИК диапазонах оптического спектра под воздействием УФ, видимого, ИК излучения, или совокупности различных возбуждающих воздействий (так называемые признаки комплексного принципа действия).The most common type of special pigments are pigments based on inorganic luminescent compounds, which have luminescence in the visible and / or IR ranges of the optical spectrum under the influence of UV, visible, IR radiation, or a combination of various exciting influences (the so-called signs of a complex principle of action).

В свою очередь, наиболее распространенным классом таких соединений являются вещества с кристаллической структурой, активированные ионами редкоземельных металлов (лантаноидами).In turn, the most common class of such compounds are substances with a crystal structure, activated by ions of rare earth metals (lanthanides).

Как правило, вещества данного класса обладают достаточно высокой твердостью (от 6 до 9 по шкале Мооса), и плохо переносят механический размол. Таким образом, важной задачей при синтезе и последующем производстве данных материалов является получение кристаллов с заданным размером частиц (фракционным составом) без последующего механического измельчения и/или разрушения.As a rule, substances of this class have a sufficiently high hardness (from 6 to 9 on the Mohs scale), and do not tolerate mechanical grinding. Thus, an important task in the synthesis and subsequent production of these materials is to obtain crystals with a given particle size (fractional composition) without subsequent mechanical grinding and / or destruction.

Синтез таких кристаллов можно описать тремя основными фазами:The synthesis of such crystals can be described in three main phases:

- составление и подготовка шихты;- preparation and preparation of the charge;

- твердофазный синтез кристаллов;- solid-phase crystal synthesis;

- постобработка пигмента (размол и отмывка).- pigment post-processing (grinding and washing).

Очевидно, что для исключения лишнего механического воздействия на сформированные кристаллы, целесообразно применять технологию, обеспечивающую получение кристаллов с заданным фракционным составом, и минимальное механическое воздействие на стадии постобработки и отмывки.Obviously, in order to exclude unnecessary mechanical action on the formed crystals, it is advisable to use a technology that ensures the production of crystals with a given fractional composition, and minimal mechanical action at the stage of post-processing and washing.

Из уровня техники известны решения US 4387112A, US 4047033A, RU 2379192, RU 2379195, RU 25256211, RU 2429272, RU 2401293, RU 2434926, RU 2516129, описывающие ценный документ с маркировкой на основе люминесцентного неорганического соединения на основе РЗМ, обладающего либо узкополосной люминесценцией, присущей ионам РЗМ, либо антистоксовой люминесценцией в видимом диапазоне спектра, либо свойством переизлучения в ближнем ИК диапазоне спектра, либо вспышечными и фотостимулируемыми эффектами, либо фосфоресценцией, либо комбинацией всего перечисленного. Однако данная группа изобретений не раскрывает необходимость использования для решения поставленной задачи способ получения пигмента с заданным фракционным составом, в том числе обеспечивающего удержание и стабильность дисперсии неорганического пигмента в бумаге или печатной краске, при этом не оказывающий значительного негативного влияния на основные специальные оптико-физические свойства пигмента, в частности - люминесцентные.From the prior art, solutions US 4387112A, US 4047033A, RU 2379192, RU 2379195, RU 25256211, RU 2429272, RU 2401293, RU 2434926, RU 2516129 are known, describing a valuable document with marking based on a luminescent inorganic compound based on rare earth metals, having either narrow-band luminescence inherent in REM ions, or anti-Stokes luminescence in the visible range of the spectrum, or the property of re-emission in the near-IR range of the spectrum, or flare and photostimulated effects, or phosphorescence, or a combination of all of the above. However, this group of inventions does not disclose the need to use to solve the problem posed a method for producing a pigment with a given fractional composition, including ensuring the retention and stability of the dispersion of inorganic pigment in paper or printing ink, while not having a significant negative effect on the main special optical and physical properties pigment, in particular - luminescent.

В частности, известен, патент RU 2516129, опубл. 20.05.2014, описывающий быстрокинетирующий инфракрасный люминофор на основе соединений иттрия или лантана, активированный трехвалентными ионами неодима и празеодима, который содержит в качестве соединения РЗЭ оксисульфид иттрия или лантана и имеет химический состав, соответствующий следующей эмпирической формуле:In particular, it is known patent RU 2516129, publ. 05/20/2014, describing a fast kinetic infrared phosphor based on yttrium or lanthanum compounds, activated by trivalent ions of neodymium and praseodymium, which contains yttrium or lanthanum oxysulfide as a REE compound and has a chemical composition corresponding to the following empirical formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Ln=Y, La; 2,5⋅10-3≤х≤2⋅10-2; 1⋅10-5≤у≤5⋅10-3.where Ln = Y, La; 2.5⋅10 -3 ≤х≤2⋅10 -2 ; 1⋅10 -5 ≤y≤5⋅10 -3 .

Ему присущи все ранее указанные преимущества и недостатки люминофоров такого типа.It has all the previously mentioned advantages and disadvantages of this type of phosphors.

Известны решения, изложенные в группе патентов RU 2614980, RU 2610592, RU 2610767, RU 2614687, RU 2614688, RU 2614690, RU 2614693, RU 2615695, RU 2615696 описывающие использование для контроля подлинности ценных документов люминесцентных неорганических соединений на основе РЗМ, обладающих люминесценцией в ближнем ИК диапазоне спектра под воздействием возбуждающего излучения в видимом, либо ИК диапазоне спектра, и обладающих свойством снижения интенсивности (оптического тушения) без изменения спектрального состава люминесцентного излучения под воздействием дополнительно приложенного излучения в УФ или видимом диапазоне спектра. Данная группа изобретений также не раскрывает необходимость использования для решения поставленной задачи способ получения пигмента с заданным фракционным составом, обеспечивающий требуемые печатно-технологические свойства красок на основе пигмента, и не оказывающий негативного влияния на основные специальные оптико-физические свойства люминесцентного пигмента.Known solutions are set forth in the group of patents RU 2614980, RU 2610592, RU 2610767, RU 2614687, RU 2614688, RU 2614690, RU 2614693, RU 2615695, RU 2615696 describing the use of luminescent inorganic compounds based on rare earth metals for authenticity control of valuable documents, having luminescence in near-IR range of the spectrum under the influence of exciting radiation in the visible or IR range of the spectrum, and having the property of reducing the intensity (optical quenching) without changing the spectral composition of luminescent radiation under the influence of additionally applied radiation in the UV or visible range of the spectrum. This group of inventions also does not disclose the need to use a method for obtaining a pigment with a given fractional composition, which provides the required printing and technological properties of pigment-based paints, and does not negatively affect the main special optical-physical properties of a luminescent pigment.

В частности, известен, патент RU 2615696, опубл. 06.04.2017, характеризующий люминофор на основе оксисульфида иттрия, активированный ионами Tm3+, содержащий в катионной подрешетке дополнительно в качестве катионов матрицы один из ионов La3+ и Gd3+, а в качестве соактивирующих ионов пару из ионов элементов II и IV или II и V групп Периодической системы Д.И. Менделеева и имеет химический состав, соответствующий следующей эмпирической формуле:In particular, patent RU 2615696, publ. 04/06/2017, characterizing a phosphor based on yttrium oxysulfide, activated with Tm 3+ ions, containing in the cation sublattice additionally as matrix cations one of La 3+ and Gd 3+ ions, and as co-activating ions a pair of ions of elements II and IV or II and V groups of D.I. Mendeleev and has a chemical composition corresponding to the following empirical formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Ln - один из ионов La3+, Gd3+;where Ln is one of the La 3+ , Gd 3+ ions;

Me1 - один из ионов элементов II группы Периодической системы Д.И. Менделеева - Са2+, Sr2+, Ва2+;Me 1 is one of the ions of the II group of D.I. Mendeleev - Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ ;

Me2 - один из ионов элементов IV (Ti4+, Zr4+, Si4+) или V (Nb5+, Та5+) группы Периодической системы Д.И. Менделеева;Me 2 is one of the ions of elements IV (Ti 4+ , Zr 4+ , Si 4+ ) or V (Nb 5+ , Ta 5+ ) of the group of the Periodic Table of D.I. Mendeleev;

0<х<0,80;0 <x <0.80;

0,0025≤у<0,05;0.0025 <y <0.05;

0,01≤z<0,1;0.01≤z <0.1;

0,005≤d<0,05.0.005≤d <0.05.

Известен патент RU 2614980, опубл. 31.03.2017, характеризующий защитную маркировку для приборного контроля подлинности изделия, выполненную на основе композиционных кристаллических неорганических люминесцентных соединений редкоземельных и щелочноземельных элементов, которая имеет химический состав, соответствующий следующей эмпирической формуле:Known patent RU 2614980, publ. 03/31/2017, characterizing the protective marking for instrumental control of the authenticity of the product, made on the basis of composite crystalline inorganic luminescent compounds of rare earth and alkaline earth elements, which has a chemical composition corresponding to the following empirical formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Ln1 - один из ионов La3+, Gd3+, Y3+ и/или любая из их комбинаций; Ln2 - один из ионов YD3+, Er3+, Nd3+, Се3+, Tm3+, Но3+ и/или любая из их комбинаций;where Ln 1 is one of the ions La 3+ , Gd 3+ , Y 3+ and / or any of their combinations; Ln 2 - one of the ions YD 3+ , Er 3+ , Nd 3+ , Ce 3+ , Tm 3+ , But 3+ and / or any of their combinations;

Me1 - один из ионов Mg2+, Са2+, Sr2+, Ва2+;Me 1 - one of the ions Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ ;

Ме2 - один из ионов Ti4+, Zr4+, Si4+, Ge4+, Sn4+;Ме 2 - one of the ions Ti 4+ , Zr 4+ , Si 4+ , Ge 4+ , Sn 4+ ;

0≤x≤0.60;0≤x≤0.60;

0.01≤y≤0.10;0.01≤y≤0.10;

0.005≤z≤0.05;0.005≤z≤0.05;

0≤n≤1;0≤n≤1;

0≤m≤1;0≤m≤1;

n+m=1,n + m = 1,

и строение кристаллической структуры, которое характеризуется высокой концентрацией ассоциированных безызлучательных центров захвата свободных носителей заряда, сформированных вокруг центров свечения, за счет чего предложенная маркировка обладает стоксовой и/или антистоксовой люминесценцией в спектральном диапазоне 400-2500 нм, возникающей под воздействием возбуждающего излучения, лежащего в спектральном диапазоне 700-1000 нм, и изменением по заданному закону интенсивности люминесценции без изменения ее спектрального состава под воздействием стимулирующего излучения, лежащего в спектральном диапазоне 300-700 нм.and the structure of the crystal structure, which is characterized by a high concentration of associated nonradiative trapping centers of free charge carriers formed around the luminescence centers, due to which the proposed marking has Stokes and / or anti-Stokes luminescence in the spectral range of 400-2500 nm, arising under the influence of exciting radiation lying in the spectral range of 700-1000 nm, and a change according to a given law of the intensity of luminescence without changing its spectral composition under the influence of stimulating radiation lying in the spectral range of 300-700 nm.

Данное изобретение не описывает способ получения вещества с заданными свойствами, а также не раскрывает способа получения мелкодисперсного вещества с микронными и субмикронными размерами частиц, и пигмента с заданным фракционным составом.This invention does not describe a method for producing a substance with desired properties, nor does it disclose a method for producing a finely dispersed substance with micron and submicron particle sizes, and a pigment with a given fractional composition.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение, описанное в патенте RU 2615696, опубл. 06.04.2017, характеризующее люминофор на основе оксисульфида иттрия, активированный ионами Tm3+, отличающийся тем, что он содержит в катионной подрешетке дополнительно в качестве катионов матрицы один из ионов La3+ и Gd3+, а в качестве соактивирующих ионов пару из ионов элементов II и IV или II и V групп Периодической системы Д.И. Менделеева и имеет химический состав, соответствующий следующей эмпирической формуле:Closest to the claimed invention is the technical solution described in patent RU 2615696, publ. 04/06/2017, which characterizes a phosphor based on yttrium oxysulfide, activated by Tm 3+ ions, characterized in that it contains in the cation sublattice additionally one of the La 3+ and Gd 3+ ions as matrix cations, and a pair of ions as co-activating ions elements of II and IV or II and V groups of D.I. Mendeleev and has a chemical composition corresponding to the following empirical formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Ln - один из ионов La3+, Gd3+;where Ln is one of the La 3+ , Gd 3+ ions;

Me1 - один из ионов элементов II группы Периодической системы Д.И. Менделеева - Са2+, Sr2+, Ва2+;Me 1 is one of the ions of the II group of D.I. Mendeleev - Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ ;

Me2 - один из ионов элементов IV (Ti4+, Zr4+, Si4+) или V (Nb5+, Та5+) группы Периодической системы Д.И. Менделеева;Me 2 is one of the ions of elements IV (Ti 4+ , Zr 4+ , Si 4+ ) or V (Nb 5+ , Ta 5+ ) of the group of the Periodic Table of D.I. Mendeleev;

0<х<0,80;0 <x <0.80;

0,0025≤у<0,05;0.0025 <y <0.05;

0,01≤z<0,1;0.01≤z <0.1;

0,005≤d<0,05.0.005≤d <0.05.

В патенте RU 2615696 также описан способ получения люминесцентных неорганических соединений на основе РЗМ, обладающих люминесценцией в ближнем ИК диапазоне спектра под воздействием возбуждающего излучения в видимом, либо ИК диапазоне спектра, и обладающих свойством снижения интенсивности (оптического тушения) без изменения спектрального состава люминесцентного излучения под воздействием дополнительно приложенного излучения в УФ или видимом диапазоне спектра. Известный способ включает операции подготовку шихты, твердофазный синтез, отмывку и измельчении готового продукта.Patent RU 2615696 also describes a method for producing luminescent inorganic compounds based on rare-earth metals having luminescence in the near-IR spectral range under the influence of exciting radiation in the visible or IR spectral range, and possessing the property of reducing the intensity (optical quenching) without changing the spectral composition of luminescent radiation under exposure to additionally applied radiation in the UV or visible spectral range. The known method includes the operations of preparing a charge, solid-phase synthesis, washing and grinding the finished product.

Недостатком известного способа является невозможность получения пигментов с заданным фракционным составом, что приводит зачастую к невозможности использования пигментов данного класса по назначению.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining pigments with a given fractional composition, which often leads to the impossibility of using pigments of this class for their intended purpose.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения неорганических специальных пигментов на основе РЗМ с заданным фракционным составом, лишенной недостатков традиционных методов синтеза.The objective of the present invention is to develop a method for producing inorganic special pigments based on rare-earth metals with a given fractional composition, devoid of the disadvantages of traditional methods of synthesis.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, - получение эффективного неорганического люминесцентного вещества с заданным фракционным составом, обладающего люминесценцией заданного спектрального состава в диапазоне длин волн 700-3000 нм под воздействием возбуждающего излучения, лежащего в диапазоне 700-1600 нм, и обладающего свойством изменения интенсивности люминесценции без изменения ее спектрального состава при воздействии стимулирующего излучения, лежащего в спектральном диапазоне 200-700 нм.The technical result achieved by the implementation of the proposed invention is to obtain an effective inorganic luminescent substance with a given fractional composition, having luminescence of a given spectral composition in the wavelength range of 700-3000 nm under the influence of exciting radiation lying in the range of 700-1600 nm, and having the property of changing luminescence intensity without changing its spectral composition when exposed to stimulating radiation lying in the spectral range of 200-700 nm.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения материала на основе неорганического люминесцентного соединения ионов редкоземельных металлов, включающего подготовку шихты, твердофазный синтез, отмывку и измельчение готового продукта, согласно предлагаемому изобретению, твердофазный синтез проводят в два этапа, причем на первом этапе синтезируют комплекс MeIII xMeIIyMeIVy,The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing a material based on an inorganic luminescent compound of rare-earth metal ions, including the preparation of a charge, solid-phase synthesis, washing and grinding the finished product, according to the invention, the solid-phase synthesis is carried out in two stages, and at the first stage the complex is synthesized Me III x Me II yMe IV y,

где: MeII - элемент II группы Периодической системы Mg, Са, Zn, Sr;where: Me II - an element of group II of the Periodic Table Mg, Ca, Zn, Sr;

MeIII - элемент III группы Периодической системы из ряда лантаноидов Er, Yb, Tm, Но;Me III - an element of the III group of the Periodic table from the series of lanthanides Er, Yb, Tm, Ho;

MeIV - элемент IV группы Периодической системы Ti, Si, Zr, Ge;Me IV - an element of group IV of the Periodic Table Ti, Si, Zr, Ge;

0,1≤X≤0,9;0.1≤X≤0.9;

0,01≤Y≤0,2;0.01≤Y≤0.2;

при этом исходные оксиды соответствующих элементов смешивают и прокаливают в присутствии Na2CO3 при температуре 1100°С в течение 3 часов, полученный при этом оксид измельчают до среднего размера частиц 1 мкм, и используют в качестве компонента шихты, дополнительно содержащей серу элементарную, литий углекислый, а также Y2O3, из которой на втором этапе синтезируют конечный продукт, при этом шихту прокаливают при температуре 1250°С в течение 3 часов, полученный спек измельчают и отмывают слабокислотным раствором и дистиллированной водой до рН=7, а на заключительной стадии измельченный продукт дважды фракционируют с использованием трековых мембран методом тангенциальной фильтрации, при этом размер не менее 90% частиц полученного материала составляет заданную величину, выбранную внутри интервала 0,1 мкм - 50 мкм.while the initial oxides of the corresponding elements are mixed and calcined in the presence of Na 2 CO 3 at a temperature of 1100 ° C for 3 hours, the resulting oxide is ground to an average particle size of 1 μm, and used as a component of the charge, additionally containing elemental sulfur, lithium carbon dioxide, as well as Y 2 O 3 , from which the final product is synthesized at the second stage, while the charge is calcined at a temperature of 1250 ° C for 3 hours, the resulting cake is crushed and washed with a weakly acidic solution and distilled water to pH = 7, and at the final stage, the crushed product is fractionated twice using track membranes by the method of tangential filtration, while the size of at least 90% of the particles of the obtained material is a predetermined value selected within the range of 0.1 μm - 50 μm.

Полученное конечное вещество, в котором элементы Mein-Men-MeIV образуют обособленные ассоциированные комплексы, обеспечивающие эффективное оптическое тушение ИК-люминесценции при фотостимуляции в видимом и/или ближнем ИК диапазоне спектра.The resulting final substance, in which the elements Me in -Me n -Me IV form separate associated complexes, providing effective optical quenching of IR luminescence during photostimulation in the visible and / or near IR spectral range.

Для отмывки пигмента предлагается ввести дополнительный этап фильтрования пигмента через трековые мембраны методом тангенциального фильтрования. Данный способ фильтрации целесообразно осуществлять дважды - через крупные и через мелкие мембраны - для выделения требуемой фракции пигмента. Полученное неорганическое люминесцентное соединение имеет размер частиц от 0,1 мкм до 50 мкм.To wash out the pigment, it is proposed to introduce an additional stage of pigment filtration through track membranes by the tangential filtration method. It is advisable to carry out this filtration method twice - through large and through small membranes - to isolate the required pigment fraction. The resulting inorganic luminescent compound has a particle size of 0.1 µm to 50 µm.

В одном из вариантов реализации его проводят с получением неорганического люминесцентного вещества с возможностью люминесценции заданного спектрального состава в диапазоне длин волн 300-3000 нм под воздействием возбуждающего излучения, лежащего в диапазоне 300-1600 нм, и обладает свойством изменения интенсивности люминесценции без изменения ее спектрального состава при воздействии стимулирующего излучения, лежащего в спектральном диапазоне 200-700 нм.In one embodiment, it is carried out to obtain an inorganic luminescent substance with the possibility of luminescence of a given spectral composition in the wavelength range of 300-3000 nm under the influence of exciting radiation lying in the range of 300-1600 nm, and has the property of changing the luminescence intensity without changing its spectral composition when exposed to stimulating radiation lying in the spectral range of 200-700 nm.

В некоторых вариантах реализации способ проводят с получением материала, представляющего собой неорганическое люминесцентное соединение на основе ионов редкоземельных металлов, характеризующегося антистоксовой люминесценцией зеленого или красного, или оранжевого, или голубого, или белого цвета свечения под воздействием ПК излучения в диапазоне длин волн (800-1100) нм.In some embodiments, the method is carried out to obtain a material that is an inorganic luminescent compound based on ions of rare earth metals, characterized by anti-Stokes luminescence of green or red, or orange, or blue, or white glow under the influence of PC radiation in the wavelength range (800-1100 ) nm.

Полученный материал может быть введен в основу и/или нанесен на поверхность носителя информации, в частности, введен в состав бесцветной маркировки, неразличимой на поверхности и/или в составе носителя информации при наблюдении при дневном освещении.The resulting material can be incorporated into the substrate and / or applied to the surface of the information carrier, in particular, incorporated into a colorless marking that is indistinguishable on the surface and / or in the composition of the information carrier when viewed in daylight.

Маркировка может быть нанесена на предмет культурной ценности или на носитель информации. Это не ограничивает перечень физических тел, на которые может быть нанесена указанная маркировка.Marking can be applied to a cultural property or to a storage medium. This does not limit the list of physical bodies on which the indicated markings can be applied.

Носитель информации, на который может быть нанесена указанная маркировка, представляет собой банкноту, акцизную марку, почтовую марку, паспорт, проездной документ, водительские права, удостоверение личности, ценную бумагу, пластиковую карту, этикетку, платежный документ. Указанный перечень не ограничивает список объектов, представляющих собой носители информации, на которые может быть нанесена указанная маркировка.The information carrier on which the indicated marking can be applied is a banknote, excise stamp, postage stamp, passport, travel document, driver's license, identity card, security, plastic card, label, payment document. The specified list does not limit the list of objects representing information carriers on which the specified marking can be applied.

Предлагаемое техническое решение поясняется примером.The proposed technical solution is illustrated by an example.

Пример 1.Example 1.

Способ получения неорганического люминесцентного соединения с оптической модуляцией, с размером частиц 3 мкм, обладающего следующей эмпирической формулой:A method for producing an inorganic luminescent compound with optical modulation, with a particle size of 3 μm, having the following empirical formula:

(Y0,98Yb0,01Ca0,005Ti0,005)2O2S(Y 0.98 Yb 0.01 Ca 0.005 Ti 0.005 ) 2O 2 S

При твердофазном синтезе используется двухэтапный синтез:Solid-phase synthesis uses a two-stage synthesis:

1. Формируется химическое соединение со структурной химической формулой (Yb0,50Ca0,25Ti0,25)2O3, путем смешивания и прокалки оксидовисходных веществ (Yb2O3, СаО, TiO2) в присутствии соды при температуре 1100°С в течение 3 часов.1. A chemical compound with the structural chemical formula (Yb 0.50 Ca 0.25 Ti 0.25 ) 2 O 3 is formed by mixing and calcining the oxides of the starting materials (Yb 2 O 3 , CaO, TiO 2 ) in the presence of soda at a temperature of 1100 ° C for 3 hours.

2. Полученный (Yb0,50Ca0,25Ti0,25)2O3:Na2O измельчается на шаровой мельнице до среднего размера частиц 1 мкм, и используется в качестве компонента шихты. Дополнительные компоненты шихты - Y2O3, LiCO3, S.2. Obtained (Yb 0.50 Ca 0.25 Ti 0.25 ) 2 O 3 : Na 2 O is ground in a ball mill to an average particle size of 1 μm, and is used as a component of the charge. Additional charge components - Y 2 O 3 , LiCO 3 , S.

Полученную шихту помещают в магниевые тигли и прокаливают в атмосфере инертного газа при температуре 1250°С в течение 3 часов. Полученный спек извлекают, измельчают и отмывают слабокислотным раствором и дистиллированной водой до рН=7.The resulting mixture is placed in magnesium crucibles and calcined in an inert gas atmosphere at a temperature of 1250 ° C for 3 hours. The resulting cake is extracted, crushed and washed with a weakly acidic solution and distilled water to pH = 7.

На завершающем этапе нужную фракцию люминофора (3 мкм) отфильтровывают через трековые мембраны методом тангенциального фильтрования в дистиллированной воде. Сначала проводят фильтрацию через крупную мембрану (размер треков 3 мкм) для отсечения крупной фракции с размером частиц более 3 мкм. Затем проводят фильтрацию через мелкую мембрану (размер треков 2 мкм) для удаления мелкой фракции.At the final stage, the required phosphor fraction (3 μm) is filtered through track membranes by tangential filtration in distilled water. First, filtration is carried out through a large membrane (track size 3 μm) to cut off the coarse fraction with a particle size of more than 3 μm. Then, filtration is carried out through a fine membrane (track size 2 μm) to remove fines.

Полученную фракцию высушивают в сушильном шкафу до пыления.The resulting fraction is dried in a drying oven until dusting.

Затем полученное неорганическое люминесцентное соединение с размером фракции 3 мкм вводится в состав бумаги, предназначенной для последующей печати проездных документов.Then the obtained inorganic luminescent compound with a fraction size of 3 μm is introduced into the composition of paper intended for subsequent printing of travel documents.

Claims (9)

1. Способ получения материала на основе неорганического люминесцентного соединения ионов редкоземельных металлов, включающий подготовку шихты, твердофазный синтез, отмывку и измельчение готового продукта, отличающийся тем, что твердофазный синтез проводят в два этапа, причем на первом этапе синтезируют комплекс MeIII XMeII YMeIV Y,1. A method of obtaining a material based on an inorganic luminescent compound of rare-earth metal ions, including preparation of a charge, solid-phase synthesis, washing and grinding the finished product, characterized in that the solid-phase synthesis is carried out in two stages, and at the first stage the complex Me III X Me II Y is synthesized Me IV Y , где MeII - элемент II группы Периодической системы Mg, Са, Zn, Sr;where Me II is an element of group II of the Periodic Table Mg, Ca, Zn, Sr; MeIII - элемент III группы Периодической системы из ряда лантаноидов Er, Yb, Tm, Но;Me III - an element of the III group of the Periodic table from the series of lanthanides Er, Yb, Tm, Ho; MeIV - элемент IV группы Периодической системы Ti, Si, Zr, Ge;Me IV - an element of group IV of the Periodic Table Ti, Si, Zr, Ge; 0,1≤X≤0,9;0.1≤X≤0.9; 0,01≤Y≤0,2;0.01≤Y≤0.2; при этом исходные оксиды соответствующих элементов смешивают и прокаливают в присутствии Na2CO3 при температуре 1100°С в течение 3 ч, полученный при этом оксид измельчают до среднего размера частиц 1 мкм и используют в качестве компонента шихты, дополнительно содержащей серу элементарную, литий углекислый, а также Y2O3, из которой на втором этапе синтезируют конечный продукт, при этом шихту прокаливают в атмосфере инертного газа при температуре 1250°С в течение 3 ч, полученный спек измельчают и отмывают слабокислым раствором и дистиллированной водой до рН 7, а на заключительной стадии измельченный продукт дважды фракционируют с использованием трековых мембран методом тангенциальной фильтрации, при этом размер не менее 90% частиц полученного материала составляет заданную величину, выбранную внутри интервала 0,1-50 мкм.while the initial oxides of the corresponding elements are mixed and calcined in the presence of Na 2 CO 3 at a temperature of 1100 ° C for 3 hours, the resulting oxide is ground to an average particle size of 1 μm and used as a component of the charge, additionally containing elemental sulfur, lithium carbonate , as well as Y 2 O 3 , from which the final product is synthesized at the second stage, while the charge is calcined in an inert gas atmosphere at a temperature of 1250 ° C for 3 h, the resulting cake is crushed and washed with a weakly acidic solution and distilled water to pH 7, and at the final stage, the crushed product is fractionated twice using track membranes by the tangential filtration method, while the size of at least 90% of the particles of the obtained material is a predetermined value selected within the range of 0.1-50 microns. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в результате получают люминесцентное соединение, обладающее возможностью люминесценции заданного спектрального состава в диапазоне длин волн 300-3000 нм под воздействием возбуждающего излучения, лежащего в диапазоне 300-1600 нм, и свойством изменения интенсивности люминесценции без изменения ее спектрального состава при воздействии стимулирующего излучения, лежащего в спектральном диапазоне 200-700 нм.2. The method according to claim 1, characterized in that the result is a luminescent compound capable of luminescence of a given spectral composition in the wavelength range of 300-3000 nm under the influence of exciting radiation lying in the range of 300-1600 nm, and the property of changing the luminescence intensity without changing its spectral composition when exposed to stimulating radiation lying in the spectral range of 200-700 nm. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в результате получают люминесцентное соединение на основе ионов редкоземельных металлов, характеризующееся антистоксовой люминесценцией зеленого, или красного, или оранжевого, или голубого, или белого цвета свечения под воздействием ИК-излучения в диапазоне длин волн 800-1100 нм.3. The method according to claim 1, characterized in that the result is a luminescent compound based on ions of rare earth metals, characterized by anti-Stokes luminescence of green, or red, or orange, or blue, or white luminescence under the influence of infrared radiation in the wavelength range 800-1100 nm.
RU2020110017A 2020-03-10 2020-03-10 Method of producing inorganic luminescent compound with given fractional composition RU2743423C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020110017A RU2743423C1 (en) 2020-03-10 2020-03-10 Method of producing inorganic luminescent compound with given fractional composition
PCT/RU2021/050055 WO2021183007A1 (en) 2020-03-10 2021-03-05 Method of producing an inorganic luminescent compound

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020110017A RU2743423C1 (en) 2020-03-10 2020-03-10 Method of producing inorganic luminescent compound with given fractional composition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743423C1 true RU2743423C1 (en) 2021-02-18

Family

ID=74666231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020110017A RU2743423C1 (en) 2020-03-10 2020-03-10 Method of producing inorganic luminescent compound with given fractional composition

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2743423C1 (en)
WO (1) WO2021183007A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1826982A3 (en) * 1991-01-09 1993-07-07 Ctabpoпoльckoe Apehдhoe Пpeдпpияtиe Hпo@ "Люmиhoфop" Method of luminophore treatment on the basis of yttrium compound activated with lanthanides
US5387836A (en) * 1991-09-03 1995-02-07 Kasei Optonix, Ltd. Rare earth oxysulfide phosphor and high resolution cathode ray tube employing it
RU2049106C1 (en) * 1991-05-29 1995-11-27 Научно-исследовательский институт "Платан" Process for preparing red heat oxysulfide luminophore
RU2615696C2 (en) * 2015-05-18 2017-04-06 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "ЛЮМ" INFRARED COMPLEX ACTING PHOSPHOR BASED ON YTTRIUM, LANTHANUM, GADOLINIUM OXYSULFIDES, ACTIVATED BY Tm3+ IONS
JP6201848B2 (en) * 2014-03-24 2017-09-27 三菱ケミカル株式会社 Phosphor, phosphor-containing composition, light emitting device, illumination device, and liquid crystal display device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1826982A3 (en) * 1991-01-09 1993-07-07 Ctabpoпoльckoe Apehдhoe Пpeдпpияtиe Hпo@ "Люmиhoфop" Method of luminophore treatment on the basis of yttrium compound activated with lanthanides
RU2049106C1 (en) * 1991-05-29 1995-11-27 Научно-исследовательский институт "Платан" Process for preparing red heat oxysulfide luminophore
US5387836A (en) * 1991-09-03 1995-02-07 Kasei Optonix, Ltd. Rare earth oxysulfide phosphor and high resolution cathode ray tube employing it
JP6201848B2 (en) * 2014-03-24 2017-09-27 三菱ケミカル株式会社 Phosphor, phosphor-containing composition, light emitting device, illumination device, and liquid crystal display device
RU2615696C2 (en) * 2015-05-18 2017-04-06 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "ЛЮМ" INFRARED COMPLEX ACTING PHOSPHOR BASED ON YTTRIUM, LANTHANUM, GADOLINIUM OXYSULFIDES, ACTIVATED BY Tm3+ IONS

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021183007A1 (en) 2021-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080274028A1 (en) Security pigments and the process of making thereof
US4452843A (en) Security paper
US8785866B2 (en) Compositions having multiple responses to excitation radiation and methods for making same
RU2571751C2 (en) Niobates and tantlated of alkali and alkali earth metals as substances of protective signs
US6802992B1 (en) Non-green anti-stokes luminescent substance
US7999237B2 (en) Valuable document
US20080087189A1 (en) Security pigments and the process of making thereof
SE450779B (en) SECURITY PAPERS WITH AUTHENTIC MARKS, SET FOR TESTING THE AUTHENTICITY OF SECURITY PAPERS AND DEVICE FOR TESTING SECURITIES
GB2258659A (en) An anti-stokes luminescent material
WO2002020695A1 (en) Doped nanoparticles
US8367188B2 (en) Authenticity mark in the form of luminescent substances
US8497012B2 (en) Authenticity mark in the form of a luminescent substance
GB2258660A (en) Anti-stokes luminescent material
JP7453240B2 (en) Raman marker
RU2743423C1 (en) Method of producing inorganic luminescent compound with given fractional composition
KR0178356B1 (en) Non-visible light-emitting materials and methods for their production
RU2730491C1 (en) Inorganic luminescent compound, marking using inorganic luminescent compound and information medium using inorganic luminescent compound
Chavez et al. Fingerprint detection on low contrast surfaces using phosphorescent nanomaterials
RU2725599C1 (en) Composite material for marking a material object
RU2799307C1 (en) Forgery-protected data carrier
RU2766111C1 (en) Composition for controlling authenticity of data medium (embodiments)
RU2797662C1 (en) Photostimulated luminescent compound
JPWO2018211829A1 (en) Afterglow oxysulfide phosphor and luminescent composition for authenticity judgment
EP4081611B1 (en) Composition of mvo4:yb3+,rem,d crystals, method of producing the same and uses of said composition
Singh et al. 12 Metal Oxides