DE4439455A1 - Verfahren zur Herstellung von dreidimensionale optische Effekte aufweisenden Beschichtungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Her­ stellung von dreidimensionale optische Effekte aufweisenden Be­ schichtungen durch Ausrichtung magnetisch orientierbarer, plätt­ chenförmiger Pigmente.

Drucke oder Lackierungen, die dreidimensionale optische Merkmale zeigen, eignen sich nicht nur für dekorative Zwecke, sondern sind vor allem auch von Interesse für die Herstellung fälschungssiche­ rer Materialien, also insbesondere für den Sicherheitsdruck, da sie nicht photokopiert werden können und daher eine leichte Un­ terscheidung von Original und Fälschung ermöglichen.

Derartige dreidimensionale optische Effekte können vorteilhaft durch Ausrichtung magnetischer, plättchenförmiger Pigmente im noch flüssigen Anwendungsmedium durch den Einfluß eines Magnet­ feldes erzeugt und durch anschließende Aushärtung des Anwendungs­ mediums fixiert werden.

In der US-A-2 570 856 wird bereits die magnetische Ausrichtung ferromagnetischer Metallpigmente beschrieben, jedoch wird hier kein praktikables Verfahren zur gezielten Herstellung dreidimen­ sionaler Effekte offenbart.

Aus der DE-A-39 38 055 sind verschiedene Methoden zur Erzeugung dreidimensionaler Muster durch Orientierung von magnetisierbaren, plättchenförmigen Pigmenten, insbesondere von Glimmer- und Aluminiumplättchen, die mit einer magnetischen Schicht belegt sind oder mit magnetischem Material vermischt werden, bekannt.

Eine dieser Methoden besteht darin, daß man durch Stanzen oder Ausschneiden das gewünschte Muster auf eine Mumetallfolie auf­ bringt, auf diese Folie die auszurichtende Schicht legt und unter der Folie ein Magnetfeld geeigneter Größe erzeugt, wodurch eine Ausrichtung der magnetischen Pigmentteilchen entsprechend dem ge­ wünschten Muster stattfinden soll. Nachteilig ist hierbei aber, daß über die Mumetallfolie keine optimale, d. h. vollständige, Feldkonfiguration der Magnetpartikel erreicht wird und daß für jedes Muster eine neue Mumetallfolie präpariert werden muß.

Nach einer zweiten Methode wird ein Schriftzug direkt durch Ent­ langfahren eines Permanentmagneten in einen feuchten Druck einge­ schrieben. Zur bleiben-den Ausrichtung der Pigmentteilchen ist je­ doch eine gewisse Einwirkzeit des Magnetfeldes, d. h. eine lang­ same Bewegung des Magneten, erforderlich, weshalb die Schicht teilweise schon vor der Beendigung des "Schreib"vorgangs ange­ trocknet ist.

Bei einer dritten Methode wird eine Magnetfeldbehandlung mit einer UV-Lichtbehandlung zur Aushärtung der Schicht kombiniert. Bei dieser komplizierten Variante wird die feuchte Schicht über eine Photomaske belichtet, dann werden die Pigmentteilchen in den noch feuchten Bereichen magnetisch ausgerichtet, und anschließend wird die ganze Schicht durch UV-Licht ausgehärtet.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den genannten Mängeln ab­ zuhelfen und ein praktikables Ausrichtverfahren bereitzustellen.

Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionale optische Effekte aufweisenden Beschichtungen durch Ausrichtung magnetisch orientierbarer, plättchenförmiger Pigmente gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Pigmente in der noch flüssigen Beschichtung durch das Magnetfeld eines zuvor mag­ netisch konfigurierten flächenförmigen Transfermediums ausrich­ tet.

Als magnetisierendes flächenförmiges Transfermedium eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere Kunststoffilme, in die hartmagnetische Teilchen eingearbeitet sind, es könnten jedoch auch andere flächenförmige Magnetbauformen verwenden wer­ den.

Die Kunststoffilme können auf einen dünnen Träger, z. B. eine Kle­ befolie, aufgebracht sein, vorzugsweise handelt es sich jedoch um trägerfreie Materialien, vor allem Magnetfolien bzw. Magnethaft­ folien oder Magnetbänder, wie sie allgemein im Handel erhältlich sind. Die Dicke dieser Materialien beträgt in der Regel 0,1 bis 5 mm.

Die in den Kunststoffilmen enthaltenen hartmagnetischen Teilchen können beispielsweise aus den folgenden hartmagnetischen Werk­ stoffen bestehen:
Hartferriten wie Barium- und Strontiumferrit; Seltenerdlegierun­ gen wie Samarium/Cobalt-Legierungen; der AlNiCo-Gruppe; Metall­ oxiden, die für die magnetische Informationsspeicherung verwendet werden, wie Cobalt enthaltendem γ-Eisen(III)oxid, Chromdioxid oder Reineisenteilchen.

Typische Abmessungen der hartmagnetischen Teilchen betragen im allgemeinen einige 10 µm bis herab zu 10 bis 20 nm.

Die Herstellung der Magnetteilchen kann in üblicher Weise, z. B. durch Sintern oder Schnellabschrecken und anschließende Zerklei­ nerung, erfolgen.

Die magnetischen Eigenschaften des Transfermediums müssen keinen besonderen Anforderungen genügen, jedoch sind Materialien mit ho­ her Sättigungsmagnetisierung generell vorteilhaft. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Koerzitivfeldstärke etwa genauso groß ist wie die Magnetisierung des gesamten Transfermediums, dies ist aber nicht Bedingung.

Die Dicke des Transfermediums entspricht vorzugsweise dem 0,3 bis 3fachen der in der fertigen Effektbeschichtung gewünschten Auflö­ sung.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die gewünschten dreidi­ mensionalen optischen Effekte über das Magnetfeld des zuvor ent­ sprechend konfigurierten Transfermediums auf die magnetisch orientierbaren plättchenförmigen Pigmente in der noch feuchten Beschichtung (z. B. Druck oder Lackierung) übertragen.

Hierbei empfiehlt es sich, das Transfermedium zunächst einheit­ lich zu magnetisieren, d. h. alle Magnetteilchen des Transfermedi­ ums einheitlich (bevorzugt senkrecht zur Oberfläche des Transfer­ mediums) auszurichten, und so bereits vorhandene Magnetisierungs­ muster zu entfernen. Dies geschieht zweckmäßig mit Hilfe eines starken, großflächigen Dauermagneten, z. B. auf der Basis von Neo­ dym/Eisen/Bor-Legierungen wie Nd₂Fe₁₄B.

Die anschließende Konfigurierung des Transfermediums, d. h. die gezielte Ummagnetisierung der Teilmagnete, zum Einschreiben der gewünschten Information bzw. des dreidimensionalen Musters, kann besonders vorteilhaft durch Relativbewegung des Transfermediums entweder zu (zwischen) den Polschuhen eines zweiseitigen Elektro­ magneten oder zu dem Polschuh eines einseitigen, nur an einer Seite mit einem Polschuh ausgerüsteten, stiftartig ausgeführten Elektromagneten erfolgen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der zweiseitigen und der einseitigen Ausführung sind schematisch in Fig. 1 und Fig. 2 abgebildet.

Fig. 1 zeigt die bevorzugte senkrechte Anordnung des beweglichen Transfermediums (T) im Spalt eines zweiseitig mit Polschuhen (P) ausgerüsteten Elektromagneten.

In Fig. 2 ist die bevorzugte senkrechte Anordnung des wiederum beweglichen Transfermediums (T) zum Polschuh (P) des einseitigen, stiftartig ausgeführten Elektromagneten abgebildet. Um den magne­ tischen Kreis effektiver zu gestalten, empfiehlt es sich, bei der einseitigen Ausführung einen teilweisen magnetischen Rückschluß durch Unterlegen einer weichmagnetischen Platte (W), z. B. aus Ei­ sen, zu erzeugen.

Selbstverständlich können die Spulen (S) in beiden Fällen an an­ deren Stellen des Magnetkreises orientiert sein oder ganz oder teilweise durch Permanentmagnete ersetzt sein.

Um eine gute Auflösung beim Einschreiben zu erreichen, empfiehlt sich, wie bereits in Fig. 1 und Fig. 2 angedeutet, die Verwendung sich verjüngender Polschuhe. Der Durchmesser in der Polschuh­ spitze hängt dabei von der gewünschten Ortsauflösung in der Ef­ fektbeschichtung ab und beträgt in der Regel etwa das 0,3 bis 3fache dieser Auflösung.

Die Feldstärke im Spalt des zweiseitigen Elektromagneten bzw. die Feldstärke vor dem Pol des einseitigen Elektromagneten (Stiftes) entspricht bevorzugt der Koerzitivfeldstärke des Transfermediums.

Die zweiseitige Ausführung des Elektromagneten ergibt in der Re­ gel eine bessere Auflösung des eingeschriebenen dreidimensionalen Musters. Die einseitigen stiftartige Ausführung ist jedoch leich­ ter zu handhaben. Je nach den Anforderungen wird man also der einen oder der anderen Ausführung den Vorzug geben.

Weiterhin bietet es sich an, den Einschreibvorgang (d. h. die Kon­ figurierung des Transfermediums) automatisiert mit Hilfe eines Plotters durchzuführen. Je nach der Geometrie ist es vorteilhaf­ ter, das Transfermedium oder den Magneten (oder beides) beweglich anzuordnen. Auf diese Weise können Schriftzüge oder Grafiken di­ rekt von einem Computer auf das Transfermedium übertragen werden.

Zur anschließenden Übertragung der dreidimensionalen Muster auf die Magnetpigment enthaltende Beschichtung bzw. auf das mit den Magnetpigmenten beschichtete (nach den gängigen Methoden be­ druckte, lackierte oder bestrichene) Material (z. B. Folie, Pa­ pier, Karton oder (bevorzugt nichtmagnetisches) Metall) wird das konfigurierte Transfermedium möglichst vollständig und gleichmä­ ßig mit der noch feuchten Beschichtung (Druck oder Lackierung), in der die Pigmentteilchen noch beweglich sind, in Kontakt ge­ bracht. Vorzugsweise wird des beschichtete Material einfach auf das Transfermedium gelegt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können alle magnetisch orientierbaren, plättchenförmigen Pigmente einfach und gezielt ausgerichtet werden. Beispielhaft seien die in der US-A-2 570 856 aufgeführten ferromagnetischen Metallplättchen und die in der DE-A-39 38 055 aufgeführten Glimmer- und Aluminiumplättchen, die mit Magnetit beschichtet sind, sowie die in der DE-A-43 13 541 und der älteren deutschen Patentanmeldung P 43 40 141.4 beschrie­ benen Aluminiumplättchen, die mit einer inneren Eisen, Cobalt, Nickel oder γ-Eisen<III)oxid (Maghemit) enthaltenden Schicht, einer weiteren nicht ferromagnetischen Metalloxidschicht und/oder einer äußeren passivierenden phosphat-, chromat- und/oder vana­ dathaltigen Schicht belegt sind, genannt.

Besonders hervorzuheben sind die in der älteren deutschen Patent­ anmeldung P 44 19 173.1 beschriebenen Aluminiumplättchen, die eine Mehrfachbeschichtung mit (A) Eisen, Cobalt, Nickel, Magnetit und/oder γ-Fe₂O₃, (B) Siliciumoxid und/oder Aluminiumoxid, (C) Me­ tall und/oder nichtselektiv absorbierendem Metalloxid aufweisen. Bei Lackierungen oder Drucken, die diese Pigmente enthalten, wer­ den die dreidimensionalen Effekte nicht nur von dem üblichen Hell/Dunkel-Flop, sondern auch von einem Farbwechsel zwischen den Interferenzfarben begleitet.

In der Regel betragen die Einwirkzeiten zur Ausrichtung der Pigmentteilchen unabhängig von der Komplexität der Muster nur 1 bis 100 sec.

Je nach Art des Beschichtungsmediums (beispielsweise sei hier auf die DE-A-39 38 055 verwiesen) kann der anschließende Trockenvor­ gang, nach dem die Pigmentteilchen und damit die dreidimensiona­ len optischen Effekte fixiert sind, durch eine zusätzliche UV-Be­ strahlung beschleunigt werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können dreidimensio­ nale optische Effekte vorteilhaft durch einfache Anpassung der Verfahrensparameter (Polschuhdurchmesser und Feldstärke des Ma­ gneten, Kontaktzeit, Dicke und Koerzitivfeldstärke des Transfer­ mediums) sicher und mit der gewünschten (guten) Auflösung, d. h. mit dem gewünschten Kontrast und der gewünschten Stärke, in ma­ gnetisch orientierbare, plättchenförmige Pigmente enthaltenden Beschichtungen wie Drucken oder Lackierungen erzeugt werden. Das vorliegende Verfahren zeichnet sich aufgrund seines geringen Zeitbedarfs (kurze Einschreibzeiten und kurze Übertragungszei­ ten), der Wiederverwendbarkeit des Transfermediums, das mit Hilfe eines starken Dauermagneten jederzeit wieder einheitlich magneti­ siert werden kann und dann für weitere Einschreibvorgänge erneut zur Verfügung steht, und der Möglichkeit zur Automatisierung durch Computersteuerung insbesondere auch durch seine Wirtschaft­ lichkeit aus.

Beispiele

Eine handelsübliche, 1 mm dicke, Bariumferrit enthaltende Magnet­ haftfolie (Fa. IBS, Berlin) wurde jeweils nach vollständiger Auf­ magnetisierung mit einem starken Dauermagneten (Nd₂Fe₁₄B) unter Bewegung mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 cm/sec wiederholt mit Hilfe eines zweiseitig mit Polschuhen ausgerüsteten Elektro­ magneten (Polschuhabstand etwa 1 mm, 2 Spulen mit je 480 Windun­ gen) mit einem Zickzackmuster beschrieben.

Polschuhdurchmesser und Strom wurden dabei wie in der Tabelle an­ gegeben variiert.

Auf die beschriebene Magnetfolie wurde anschließend jeweils für 60 sec ein noch feuchter Siebdruck gelegt.

Die hierfür benutzten Siebdrucke wurden jeweils durch Verdrucken (49er Sieb) einer Siebdruckfarbe, die 20 g magnetisierbares Pig­ ment (Beispiel 1 der DE-A-43 13 541) in 80 g einer handelsübli­ chen Bindemittellösung (Copolymerisat auf der Basis von Vinyl­ chlorid und Vinylisobutylether Laroflex® MP45 / Acetat/Alipha­ ten) auf Papier oder Folie aufgebracht.

Das Zickzackmuster war in allen Fällen im getrockneten Druck deutlich sichtbar und konnte nicht unverändert kopiert werden.

Weitere Einzelheiten zu diesen Versuchen sowie deren Ergebnisse können der folgenden Tabelle entnommen werden.

Tabelle

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von dreidimensiona1e optische Ef­ fekte aufweisenden Beschichtungen durch Ausrichtung magne­ tisch orientierbarer, plättchenförmiger Pigmente, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man die Pigmente in der noch flüssigen Be­ schichtung durch das Magnetfeld eines zuvor magnetisch konfi­ gurierten flächenförmigen Transfermediums ausrichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Transfermedium einen hartmagnetische Teilchen enthalten­ den Kunststoffilm, der auf einen zusätzlichen Träger aufge­ bracht sein kann, verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Transfermedium eine Magnetfolie oder ein Magnetband verwendet.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß man die magnetische Konfigurierung des Transfermedi­ ums nach dessen einheitlicher Magnetisierung durch Bewegung zwischen den beiden sich verjüngenden Polschuhen eines Elek­ tromagneten vornimmt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß man die magnetische Konfigurierung des Transfermedi­ ums nach dessen einheitlicher Magnetisierung mit einem stift­ artig ausgeführten, einseitigen Elektromagneten, gegebenen­ falls in Gegenwart einer weichmagnetischen Unterlage, vor­ nimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Transfermedium zur Konfigurierung senkrecht zu den Polschuhen anordnet.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß man einen Polschuhdurchmesser verwendet, der in etwa der Dicke des Transfermediums entspricht.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß man eine Feldstärke im Spalt des Elektromagneten verwendet, die in etwa der Koerzitivfeldstärke des Transfer­ mediums entspricht.