[go: up one dir, main page]

RU2641500C2 - Printed product with colour interference image - Google Patents

Printed product with colour interference image Download PDF

Info

Publication number
RU2641500C2
RU2641500C2 RU2015143539A RU2015143539A RU2641500C2 RU 2641500 C2 RU2641500 C2 RU 2641500C2 RU 2015143539 A RU2015143539 A RU 2015143539A RU 2015143539 A RU2015143539 A RU 2015143539A RU 2641500 C2 RU2641500 C2 RU 2641500C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sol
titanium dioxide
color
xerogel
nanocrystalline
Prior art date
Application number
RU2015143539A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015143539A (en
Inventor
Александр Валентинович Виноградов
Владимир Валентинович Виноградов
Александр Вячеславович Яковлев
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 RU2015143539A priority Critical patent/RU2641500C2/en
Priority to PCT/RU2016/000678 priority patent/WO2017065642A2/en
Publication of RU2015143539A publication Critical patent/RU2015143539A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2641500C2 publication Critical patent/RU2641500C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00Inking and printing with a printer's forme
    • B41M1/02Letterpress printing, e.g. book printing

Landscapes

  • Ink Jet Recording Methods And Recording Media Thereof (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Printing Methods (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

FIELD: printing industry.SUBSTANCE: invention relates to printed products with a colour interference image printed on an inkjet printer by means of sedimentationally stable sol-gel ink in the form of a sol of crystalline titania nanoparticles of the anatase phase, allowing to obtain a colour interference image formed by at least one transparent in the visible spectral range by the refractive layer Xerogel of titanium dioxide with a thickness of 300 nm to 1 mcm, with a refractive index of more than 1.7 and a variable coloration as a function of and the thickness refractive layer prepared using a sol-gel ink in the form of a nanocrystalline titanium dioxide sol in solution of ethanol in water.EFFECT: possibility of inkjet printing of printed products with colour interference images on non-porous surfaces.5 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к печатным изделиям с напечатанным на струйном принтере цветным интерференционным изображением посредством седиментационно устойчивых золь-гель чернил в виде золя кристаллических наночастиц диоксида титана преимущественно в фазе анатаза, позволяющих получать цветное интерференционное изображение, образованное по крайней мере одним прозрачным в видимой области спектра рефрактивным слоем ксерогеля диоксида титана с толщиной от 300 нм до 1 мкм, с показателем преломления более 1,7 и изменяющейся цветовой окраской в зависимости от толщины рефрактивного слоя.The invention relates to printed products with a color interference image printed on an inkjet printer by means of sedimentation-stable sol-gel inks in the form of sols of crystalline titanium dioxide nanoparticles mainly in the anatase phase, which allows to obtain a color interference image formed by at least one refractive layer transparent in the visible region of the spectrum xerogel titanium dioxide with a thickness of 300 nm to 1 μm, with a refractive index of more than 1.7 and a varying color in depending on the thickness of the refractive layer.

Уровень техникиState of the art

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 остается применение для окрашивания красителей CMYK или RGB цветовой схемы, что неизбежно ограничивает и технологические возможности, и цветопередачу.Color printing technology is booming and in less than 40 years it has gone from matrix printers with ink ribbon to 3D printers with the printing of bulk color materials, but the use of a color scheme for coloring CMYK or RGB dyes remains unchanged, which inevitably limits technological capabilities , and color rendition.

Наиболее распространенной и доступной является цветная струйная печать, однако для печати цветных изображений при струйной печати обычно требуются наборы цветных чернил и специальная бумага.Color inkjet printing is the most common and affordable, but color inkjets and specialty papers are usually required to print color images for inkjet printing.

При этом чернила для струйной печати некоторых цветов экологически опасны, например, чернила желтого цвета обычно изготавливаются с применением токсичных соединений кадмия (Cd2+), а напечатанные обычными чернилами струйным методом цветные изображения выцветают от действия солнечных лучей, УФ-излучения и высоких температур.Moreover, inkjet inks of some colors are environmentally hazardous, for example, yellow inks are usually made using toxic cadmium compounds (Cd 2+ ), and color images printed with ordinary inkjet inks fade from exposure to sunlight, UV radiation and high temperatures.

Кроме этого высококачественные цветные изображения методом струйной печати возможно получать только при использовании чернил с определенными физическими свойствами (определенной вязкости и поверхностного натяжения) и на пористых подложках (обычно на специальных видах бумаги, на которых чернила впитываются, но не расплываются), которые после высыхания чернил обычно деформируются.In addition, high-quality color images by inkjet printing can be obtained only when using inks with certain physical properties (of a certain viscosity and surface tension) and on porous substrates (usually on special types of paper on which ink is absorbed but not fuzzy), which after ink dries usually deformed.

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°C, 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°C и влажностью 45% и влагоудерживающей способностью в окружающей среде с температурой 30°C 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 a method of inkjet printing with the suppression of 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 viscosity of the ink is from 1 to 5 cP at 25 ° C, and the content of X (%) of the substance 1, and the Y content (%) 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 the water-holding ability in an environment with a temperature of 23 ° C and a humidity of 45% and the 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°C. 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 C атомов. Реакция указанных первого и второго компонентов проводится до завершения образования указанного титансилоксанового 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; С08K 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, including a siloxane photopolymer containing titanium, intended for the manufacture of coatings with a high refractive index and 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 of 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 the specified first and second components is carried out until the completion of the formation of the specified titansiloxane 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 имеет 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 compiled 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 a/b*[(pб-pк)/pб]≤0.0007, где а - шаг растра; b - расстояние от глаза наблюдателя до рассматриваемого изображения; pб - коэффициент отражения запечатываемого материала; pк - 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 colorful layers of various colors on a surface of a printed material, 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 * [ (p b -p k ) / p b ] ≤0.0007, where a is the raster step; b is the 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 on the substrate fluorescent dots of the image of printing inks are formed, which contain the pigments fluorescent when excited by a certain electromagnetic radiation, as well as non-fluorescent dots of the image of the 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 provides a grayscale image that 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)].

Известные чернила для цветной струйной печати не позволяют получать цветные интерференционные изображения.Known inks for color inkjet printing do not allow to obtain color interference images.

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.The phenomenon of interference in thin films is known, which is characterized in 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.

Важным преимуществом интерференции является естественность цветопередачи, так как при формировании интерференционного изображения используется весь спектр солнечного света, включающего максимально возможное количество цветов и оттенков, воспринимаемых человеческим глазом.An important advantage of interference is the natural color reproduction, since the entire spectrum of sunlight is used to form the interference image, including the maximum possible number of colors and shades perceived by the human eye.

Однако насыщенность окраски, отвечающей за контрастность получаемого изображения, во многом зависит от величины разности показателей преломления наносимого слоя и используемой подложки.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.

Для усиления этого эффекта предпринимались попытки модификации полимеров при помощи различных наноразмерных кристаллических веществ.To enhance this effect, attempts were made to modify polymers using various nanoscale crystalline substances.

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.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.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.

Ланглет и др. показали применение данной технологии в области создания TiO2 покрытий для оптики и создания фотокаталитических покрытий на пленках.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.

Известна масштабируемая монохроматичная интерференция на гладкой поверхности, формируемая или жидкой фазой, или твердым субстратом с минимальной шероховатостью, например искусственное получение интерферирующих слоев на полированном кремнии и на твердых органических полимерах.Known scalable monochromatic interference on a smooth surface, formed either by the liquid phase or by a solid substrate with minimal roughness, for example, the artificial preparation of interfering layers on polished silicon and on solid organic polymers.

Известно явление интерференции в тонких пленках, являющееся основополагающим для появления переливающегося эффекта при создании красок-хамелеонов.The phenomenon of interference in thin films is known, which is fundamental for the appearance of an iridescent effect when creating chameleon paints.

Известно появление цвета в микроструктурах фотонных кристаллов и коллоидных магнитных материалов, однако все известные методы создания и интерференции не пригодны для цветной струйной печати.The appearance of color in the microstructures of photonic crystals and colloidal magnetic materials is known, however, all known methods of creation and 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.Inorganic colloids are currently actively used for the film printing of biosensors and electronics, but their application for inkjet color printing is unknown.

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.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 urgent 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 forming optical structures of nano-objects by inkjet printing methods.

Струйная печать требует тонкой настройки параметров вязкости и поверхностного натяжения чернил либо тонкой настройкой принтера под определенный состав чернил. В большинстве случаев используют такие добавки, как глицерин для увеличения вязкости и ПАВ для уменьшения поверхностного натяжения. 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 viscosity and surfactants to reduce surface tension. This inevitably reduces the refractive index, due to an increase in the volume fraction of the organic part in the dry residue.

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 C* 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 поглощающих 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 поглощающих 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 C* 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 C* ab более 30, предпочтительно более 40, или - в проходящем свете виден желтым и имеет насыщенность цвета C* ab более 20, или - в проходящем свете виден красным и имеет насыщенность цвета C* ab более 20, предпочтительно более 30, или - в проходящем свете виден голубым и имеет насыщенность цвета C* 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].Known thin-film element with an interference layered structure for tamper-resistant papers, valuable documents and similar objects, containing 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 differ at least in the visible spectral region by 5 or more times, when observed in reflected light, the thin-film element has a metallic luster and a substantially neutral color, and when viewed in transmitted light is perceived at color in transmitted light the thin film element has a saturation C * ab color defined in the CIELAB color space, 15. Two more of the glossy layers consist 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 two absorbing 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 C * ab color saturation defined in the CIELAB color space of more than 20, preferably more than 25. The thin-film element when viewed at right angles is visible in transmitted green and has a C * ab color of more than 30, preferably more 40, or - in transmitted light is visible yellow and has a color saturation C * ab of more than 20, or - in transmitted light is visible in red and has a color saturation C * ab of more than 20, preferably more than 30, or - in transmitted light is visible in blue and has a saturation color is the 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 G02В 1/00. Опубл. 10.12.2014, WO 2012/061207 2012.05.10].A known method of obtaining diffracting images in crystalline colloidal arrays, including: the formation on the substrate of 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 composition of the image changes the size and refractive index of the 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 change the size and refractive index of the particles in the printed part of the array, and additionally contains a solvent that resizes 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 different from the rest of the image [RU 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 A, B или C 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 С09К 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 method of printing with nanoparticles, which allows to 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 onto 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 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. The 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].

Аналогов печатных изделий, полученных посредством цветной струйной печати бесцветными чернилами с наночастицами, в объеме проведенного поиска, не обнаружено.No analogs of printed products obtained by color inkjet printing with colorless ink with nanoparticles were found in the scope of the search.

Известны золь-гель процессы (англ. sol-gel process) - технологии 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 as the technology of materials, including nanomaterials, including the production of sol with its subsequent transfer to gel, that is, to a colloidal system consisting of a liquid dispersion medium enclosed in a spatial network formed connected particles of a 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 sol, 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].

Гели (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].Gels (unit gel, from lat. Gelo - “freeze”) are 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.nanotechnology/449/Золь].In contrast to gels, in sols, particles of the dispersed phase are not bound into the spatial structure, but freely participate in Brownian motion [http://dic.academic.ru/dic.nanotechnology/449/Zol].

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].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.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.

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/Зoль-гeль_пpoцecc].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_protsecc].

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.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.

Увеличение объемной концентрации дисперсной фазы или иное изменение внешних условий (pH, 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.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 the 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.

Концентрирование золей с последующим гелеобразованием осуществляют путем диализа, ультрафильтрации, электродиализа, упаривания при относительно низких температурах или экстракции.Concentration of sols followed by gelation is carried out by dialysis, ultrafiltration, electrodialysis, evaporation at relatively low temperatures or extraction.

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).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 in supercritical drying, in the preparation of cryogels, freeze-drying, and in the preparation of xerogels, convection subcritical drying .

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 материала [http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2155].Xerogel (English 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.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.

Большинство продуктов золь-гель синтеза используется в качестве прекурсоров при получении оксидных нанопорошков, тонких пленок покрытия оптических линз или керамики.Most sol-gel synthesis products are used as precursors in the preparation of oxide nanopowders, thin films for coating optical lenses or ceramics.

В дисперсных системах на поверхности частиц (на границе раздела частица - дисперсионная среда) возникает двойной электрический слой [http://www.photocor.ru/theory/zeta-potential/].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/].

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.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.

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.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.

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).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).

Иными словами, дзета-потенциал - это разность потенциалов дисперсионной среды и неподвижного слоя жидкости, окружающего частицу [http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2155].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].

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.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.

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.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.

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.The value of the zeta potential equal to 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.

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].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 имеющих 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 С01G 23/047 2006-05-25].A known method of producing water dispersible nanoparticles of sols of titanium dioxide sol of rutile phase with an average particle diameter of less than 30 nm 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 steps: 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 С01G 23/047 2006-05-25].

Аналогов печатных изделий с цветными интерференционными изображениями, образованными по крайней мере одним прозрачным в видимой области спектра рефрактивным слоем ксерогеля и полученными посредством цветной струйной печати бесцветными чернилами с наночастицами, в объеме проведенного поиска, не обнаружено.Analogues of printed products with color interference images formed by at least one xerogel refractive layer transparent in the visible region of the spectrum and obtained by color inkjet printing with colorless ink with nanoparticles were not found in the scope of the search.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому техническому результату аналогом-прототипом 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 нормального 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°C. Растворитель для реакции и растворитель для диспергирования является одинаковым или разным одним или более растворителей, выбранных из группы, состоящей из воды, низшего спирта из С15, 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 тетраизопропоксититана, 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 prototype analogue in technical essence and the obtained technical result is a method for producing a titanium oxide sol, comprising the steps of: a) increasing the temperature of the reagent solution containing the titanium oxide precursor as a solvent for the reaction to a reaction temperature of 70 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 of C 1 -C 5 , a higher alcohol of C 6 or more, ethylene glycol, and acetyl acetone. The lower alcohol is methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, isobutyl alcohol and / or 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.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. Moreover, the values of the refractive index 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 (i.e. bleaching) and UV-protective layers for glasses for various functional purposes.

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 позволяет формировать цветные интерфереционные наноструктуры.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 achieving 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 allow the formation of color interference nanostructures.

Задачи и технический результатTasks and technical result

Основной задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности изготовления струйным методом печати печатных изделий с цветными интерференционными изображениями на непористых поверхностях посредством специально приготовляемых бесцветных золь-гель чернил с возможностью наблюдения цветных изображений в отраженном свете видимого спектра, что само по себе особо уникально для струйного метода печати.The main objective of the invention is the ability to produce inkjet printing of printed products with color interference images on non-porous surfaces by means of specially prepared colorless sol-gel inks with the ability to observe color images in the reflected light of the visible spectrum, which in itself is especially unique to the inkjet printing method.

Техническими результатами, получаемым при реализации и использовании изобретения, являются:Technical results obtained by the implementation and use of the invention are:

- изготовления струйным методом печати печатных изделий с цветными интерференционными изображениями в виде оптических пленочных наноструктур из нанокристаллического золя диоксида титана с точностью до 10 нм, обеспечивающих появление управляемой интерференции, в то время как обычно струйная печать фокусируется на микрометровом манипулировании печатных объектов, и только в исключительных случаях переходит в наномасштаб;- the manufacture of inkjet printing of printed products with color interference images in the form of optical film nanostructures of nanocrystalline sols of titanium dioxide with an accuracy of 10 nm, providing controlled interference, while usually inkjet printing focuses on micrometer manipulation of printed objects, and only in exceptional cases goes into the nanoscale;

- изготовление печатных изделий с использованием нетоксичных чернил для цветной струйной печати на основе химически инертного диоксида титана, в то время как классические цвета струйной печати являются экологически опасными и включают использование токсических соединений, таких как Cd2+ для желтого картриджа;- the manufacture of printed products using non-toxic inkjet inks based on chemically inert titanium dioxide, while classic inkjet colors are environmentally hazardous and include the use of toxic compounds such as Cd 2+ for a yellow cartridge;

- изготовление печатных изделий методом струйной печати с цветными интерференционно окрашенными изображениями, не выцветающими от действия солнечных лучей и УФ-излучения, обладающими высокой адгезией к непористой подложке;- the manufacture of printed products by inkjet printing with color interference-colored images that do not fade from the action of sunlight and UV radiation, with high adhesion to a non-porous substrate;

- изготовление печатных изделий с возможностью повторного нанесения чернилами для струйной печати рефрактивных слоев и повторного использования подложки с возможностью удаления нанесенных слоев водными растворителями.- the manufacture of printed products with the possibility of reapplying ink for inkjet printing of refractive layers and reusing the substrate with the ability to remove the applied layers with aqueous solvents.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Характерной отличительной оригинальной особенностью изобретения является использование при струйной печати для создания цветных интерференционно окрашенных печатных изображений в виде нанослоев ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с высокой точностью без использования высоких температур и технически сложных физических процессов.A characteristic distinctive original feature of the invention is the use of inkjet printing to create color interference-colored printed images in the form of xerogel nanolayers of nanocrystalline titanium dioxide with high accuracy without the use of high temperatures and technically complex physical processes.

Это стало возможным благодаря использованию специальных золь-гель чернил на основе нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы, при естественном высыхании которых образуются оптически монолитные покрытия в виде рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с высоким коэффициентом преломления (более 2 во всем диапазоне видимого света).This became possible thanks to the use of special sol-gel inks based on a nanocrystalline sol of titanium dioxide of a predominantly anatase phase, during the natural drying of which optically monolithic coatings are formed in the form of a refractory xerogel layer of nanocrystalline titanium dioxide with a high refractive index (more than 2 in the entire range of visible light).

Управление толщиной рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана с точностью до 10 нм посредством струйного нанесения золь-гель чернил позволяет получать цветные изображения во всем диапазоне цветов видимого спектра света с контролируемой интерференцией с использованием одних бесцветных чернил.Controlling the thickness of the xerogel refractory layer of nanocrystalline titanium dioxide with an accuracy of 10 nm by means of a jet application of sol-gel ink allows to obtain color images in the entire color range of the visible light spectrum with controlled interference using only colorless ink.

Отсутствие красителей в предлагаемых золь-гель чернилах для цветной струйной печати обладает высокой перспективностью с экологической стороны, так как применяемые системы на основе нанокристаллических золей анатаза диоксида титана нетоксичны и биоинертны.The absence of dyes in the proposed sol-gel inks for color inkjet printing is highly promising from an environmental perspective, since the systems used based on nanocrystalline anatase titanium dioxide sols are non-toxic and bioinert.

Согласно изобретению при печати струйным методом цветных интерференционно окрашенных печатных изображений предлагается использовать приготовленные методами растворной химии золь-гель чернила для интерференционной струйной печати для создания цветных интерференционных изображений струйным методом, обеспечивающих возможность создания рефрактивных покрытий с заданной толщиной с точностью до 10 нм, необходимых для создания цветных интерференционных изображений даже на неподготовленных гладких полимерных пленках.According to the invention, when printing color interference-colored printed images by the inkjet method, it is proposed to use sol-gel ink prepared by the methods of solution chemistry for interference inkjet printing to create color interference images by the inkjet method, which makes it possible to create refractive coatings with a given thickness with an accuracy of 10 nm necessary to create color interference images even on unprepared smooth polymer films.

Предлагаемый подход закладывает основу для развития принципиально нового направления цветной печати и позволяет освоить новые методы цветной струйной печати при изготовлении печатных изделий с формированием оптических нанообъектов широкодоступными методами струйной печати с использованием обычных струйных принтеров на непористых подложках.The proposed approach lays the foundation for the development of a fundamentally new direction in color printing and allows one to master new methods of color inkjet printing in the manufacture of printed products with the formation of optical nano-objects by widely available inkjet printing methods using conventional inkjet printers on non-porous substrates.

Поставленная задача решается и требуемый технический результат достигается тем, что при изготовлении печатных изделий с напечатанным струйным методом цветными интерференционными изображениями при цветной струйной печати используют золь-гель чернила, содержащие нанокристаллический золь диоксида титана преимущественно анатазной фазы в растворе этилового спирта в воде, характеризующийся по крайней мере одним из следующей группы свойств:The problem is solved and the required technical result is achieved by the fact that in the manufacture of printed products with the inkjet method printed by color interference images for color inkjet printing using sol-gel ink containing nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly anatase phase in a solution of ethyl alcohol in water, characterized by at least 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 1-5 мас. %,the concentration of nanocrystalline particles of titanium dioxide 1-5 wt. %

размером нанокристаллических частиц диоксида титана 5-20 нм,the size of nanocrystalline particles of titanium dioxide 5-20 nm,

средним гидродинамическим диаметром частиц нанокристаллического золя диоксида титана не более 20 нм, преимущественно 15,8 нм,the average hydrodynamic particle diameter of the nanocrystalline sol of titanium dioxide is not more than 20 nm, mainly 15.8 nm,

дзета-потенциалом наночастиц диоксида титана не менее +30 мВ, преимущественно +36±5 мВ,the zeta potential of titanium dioxide nanoparticles is not less than +30 mV, mainly + 36 ± 5 mV,

возможностью формирования прозрачного в видимой области спектра рефрактивного слоя ксерогеля диоксида титана толщиной от 300 нм до 1000 нм с показателем преломления более 1,7,the possibility of forming a transparent in the visible spectrum of the refractive layer of the xerogel of titanium dioxide with a thickness of 300 nm to 1000 nm with a refractive index of more than 1.7,

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,

вязкостью не более 2,5 мПа*с, преимущественно 2,1 мПа*с,viscosity of not more than 2.5 MPa * s, mainly 2.1 MPa * s,

поверхностным натяжением не более 30 нН/м, преимущественно 27 нН/м,surface tension of not more than 30 nN / m, mainly 27 nN / m,

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.

Используемые золь-гель чернила для цветной интерференционной струйной печати, содержащие нанокристаллический золь диоксида титана, в растворе этилового спирта в воде, получают в два этапа:Used sol-gel ink for color interference inkjet printing containing nanocrystalline sol of titanium dioxide in a solution of ethyl alcohol in water, get in two stages:

на первом этапе получают нанокристаллический золь диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде,at the first stage receive a nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly anatase phase in water,

а на втором этапе из нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы 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.and in the second stage, a sol-gel ink for color interference inkjet printing in the form of a nanocrystalline titanium dioxide sol in a solution of ethyl alcohol in water is obtained from a nanocrystalline titanium dioxide sol of a predominantly anatase phase in water, with the density, viscosity and surface tension required for inkjet printing.

Нанокристаллический золь диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде получают путем:A nanocrystalline sol of titanium dioxide of a predominantly anatase phase in water is obtained by:

получения раствора алкоксида титана смешением изопропоксида титана и 2-пропанола,obtaining a solution of titanium alkoxide by mixing titanium isopropoxide and 2-propanol,

гидролиза алкоксида титана с образованием устойчивых кристаллических зародышей оксида титана анатазной фазы в воде,hydrolysis of titanium alkoxide to form stable crystalline nuclei of anatase titanium oxide in water,

проведения температурной дегидратации аморфного оксигидроксида титана нагревом до 70°C в кислой среде,conducting temperature dehydration of amorphous titanium oxyhydroxide by heating to 70 ° C in an acidic environment,

созданием кислой среды и выдержкой при 80°C в течение 1-го часа с увеличением содержания кристаллической фазы оксида титана анатазной фазы и с получением нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы с размером кристаллов диоксида титана не более 20 нм преимущественно 5-20 нм, со средним гидродинамическим диаметром частиц золя не более 30 нм преимущественно 15,8 нм, с дзета-потенциалом частиц золя не менее +30 мВ преимущественно +36±5 мВ,by creating an acidic medium and holding at 80 ° C for 1 hour with an increase in the content of the crystalline phase of the anatase phase titanium oxide and obtaining a nanocrystalline titanium dioxide sol of a predominantly anatase phase with titanium dioxide crystal size of not more than 20 nm, mainly 5-20 nm, with the average hydrodynamic diameter of the sol particles is not more than 30 nm, mainly 15.8 nm, with the zeta potential of the sol particles not less than +30 mV, mainly + 36 ± 5 mV,

стабилизации нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы путем протонизации частиц золя в присутствии азотной кислоты и выдержке в течение 1-2 недель при комнатной температуре при постоянном перемешивании с получением стабильного нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы с содержанием аморфной фазы диоксида титана не более 5%, с размером кристаллов диоксида титана 5-20 нм, преимущественно анатазной фазы, со средним гидродинамическим диаметром частиц золя не более 20 нм преимущественно 15,8 нм, с дзета-потенциалом частиц золя не менее +30 мВ преимущественно +36,1±5,3 мВ.stabilization of the nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly anatase phase by protonization of the sol particles in the presence of nitric acid and holding for 1-2 weeks at room temperature with constant stirring to obtain a stable nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly anatase phase with an amorphous phase of titanium dioxide of not more than 5% with a titanium dioxide crystal size of 5–20 nm, mainly of the anatase phase, with an average hydrodynamic diameter of the sol particles of not more than 20 nm ety of 15.8 nm, a zeta potential of the sol particles is not less than +30 mV advantageously + 36,1 ± 5,3 mV.

Золь-гель чернила для цветной интерференционной струйной печати в виде нанокристаллического золя диоксида титана в растворе этилового спирта в воде получают путем:Sol-gel ink for color interference inkjet printing in the form of a nanocrystalline sol of titanium dioxide in a solution of ethyl alcohol in water is obtained by:

доведения параметра вязкости нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде до показателя не более 2,1 мПа*с посредством концентрирования золя наночастиц диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде до концентрации не менее 8 мас. % вакуумным выпариванием при температуре 50°C,adjusting the viscosity parameter of a nanocrystalline sol of titanium dioxide of a predominantly anatase phase in water to an index of not more than 2.1 MPa * s by concentrating a sol of nanoparticles of titanium dioxide of a predominantly anatase phase in water to a concentration of at least 8 wt. % by vacuum evaporation at a temperature of 50 ° C,

получения необходимой плотности и поверхностного натяжения нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы не более 25 мН/м добавлением этанола до концентрации этилового спирта в воде не более 70 масс. %,obtaining the required density and surface tension of the nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly anatase phase of not more than 25 mN / m by adding ethanol to a concentration of ethyl alcohol in water of not more than 70 mass. %

обеспечения фазового равновесия между водой и этиловым спиртом гомогенизацией в течение не менее 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:ensuring phase equilibrium between water and ethyl alcohol by homogenization for at least 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:

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

концентрацией нанокристаллических частиц диоксида титана 1-5 мас. %,the concentration of nanocrystalline particles of titanium dioxide 1-5 wt. %

размером нанокристаллических частиц диоксида титана 5-20 нм,the size of nanocrystalline particles of titanium dioxide 5-20 nm,

средним гидродинамическим диаметром частиц золя не более 20 нм, преимущественно 15,8 нм,the average hydrodynamic diameter of the sol particles is not more than 20 nm, mainly 15.8 nm,

дзета-потенциалом частиц золя не менее +30 мВ, преимущественно +36±5 мВ мВ,the zeta potential of sol particles is not less than +30 mV, mainly + 36 ± 5 mV mV,

возможностью формирования прозрачного в видимой области спектра рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана толщиной от 300 нм до 1 мкм с показателем преломления более 1,7,the possibility of forming a transparent in the visible spectrum of the refractive layer of xerogel nanocrystalline titanium dioxide with a thickness of 300 nm to 1 μm with a refractive index of more than 1.7,

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

вязкостью не более 2,5 мПа*с, преимущественно 2,1 мПа*с,viscosity of not more than 2.5 MPa * s, mainly 2.1 MPa * s,

поверхностным натяжением не более 30 нН/м, преимущественно 27 нН/м. При цветной интерференционной струйной печати описанными выше золь-гель чернилами формируется на подложке по крайней мере один прозрачный в видимой области спектра рефрактивный слой ксерогеля нанокристаллического диоксида титана, преимущественно анатазной фазыsurface tension of not more than 30 nN / m, mainly 27 nN / m In color interference inkjet printing using the sol-gel ink described above, at least one refractive layer of xerogel of nanocrystalline titanium dioxide, mainly of anatase phase, transparent in the visible spectral region, is formed on the substrate

- с толщиной от 300 нм до 1 мкм,- with a thickness of 300 nm to 1 μm,

- с показателем преломления более 1,7, преимущественно более 2,- with a refractive index of more than 1.7, mainly more than 2,

- с изменяющейся цветовой окраской в зависимости от толщины рефрактивного слоя.- with changing color depending on the thickness of the refractive layer.

Формирование рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана преимущественно анатазной фазы может быть осуществлено посредством золь-гель чернил в виде нанокристаллического золя диоксида титана, в растворе этилового спирта в воде не только путем струйной печати, но и методами прокатки, распыления или окунания.The formation of a xerogel refractory layer of nanocrystalline titanium dioxide of a predominantly anatase phase can be carried out using sol-gel ink in the form of a nanocrystalline titanium dioxide sol in a solution of ethyl alcohol in water not only by inkjet printing, but also by rolling, spraying or dipping methods.

Управление цветом изображений, напечатанных подробно описанными выше золь-гель чернилами, в виде нанокристаллического диоксида титана преимущественно анатазной формы, осуществляют формированием заданного значения толщины рефрактивного слоя нанокристаллического диоксида титана преимущественно анатазной формы посредством:Color management of images printed in detail by the above-described sol-gel ink in the form of predominantly anatase nanocrystalline titanium dioxide is carried out by forming a predetermined thickness value of the predominantly anatase nanocrystalline titanium dioxide thickness by:

послойного нанесения золь-гель чернил до заданного значения толщины рефрактивного слоя ксерогеля,layer-by-layer application of sol-gel ink to a predetermined xerogel refractive layer thickness,

изменением концентрации твердой фазы в золь-гель чернилах,a change in the concentration of the solid phase in the sol-gel ink,

использованием набора золь-гель чернил с заданной концентрацией для формирования определенной толщины рефрактивного слоя ксерогеля диоксида титана с определенным цветомusing a set of sol-gel inks with a given concentration to form a certain thickness of the titanium dioxide xerogel refractive layer with a specific color

В результате цветной струйной печати описанными выше золь-гель чернилами в виде нанокристаллического диоксида титана преимущественно анатазной формы получают печатное изделие с цветным интерференционным изображением на поверхности, содержащее по крайней мере один рефрактивный слой по крайней мере одного рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана преимущественно анатазной фазы с толщиной рефрактивного слоя от 300 нм до 1 мкм, с показателем преломления рефрактивного слоя более 1,7 и с изменяющейся цветовой окраской в зависимости от толщины рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана.As a result of color inkjet printing with the above-described sol-gel ink in the form of a predominantly anatase nanocrystalline titanium dioxide, a printed product is obtained with a color interference image on the surface containing at least one refractive layer of at least one xerogel layer of a nanocrystalline titanium dioxide predominantly anatase phase with the thickness of the refractive layer from 300 nm to 1 μm, with a refractive index of the refractive layer of more than 1.7 and with a varying color Second, depending on the thickness of the refractive layer of nanocrystalline titanium dioxide xerogel.

Печатные изделия с цветным интерференционным изображением получают на непористой гладкой или полированной поверхности с минимальным изменением высоты текстуры по оси z, например на полиэтиленовой (PET) пленке, на поверхности стойкой к воздействию этилового спирта и жидкостей со значением pH не менее 3, на поверхности, содержащей водонерастворимые субстраты, на непрозрачной поверхности или поверхности, содержащей покрытия брегговского зеркала с сохранением цветопередачи не менее 1 года.Printed products with a color interference image are obtained on a non-porous smooth or polished surface with a minimum change in texture height along the z axis, for example, on a polyethylene (PET) film, on a surface resistant to ethyl alcohol and liquids with a pH value of at least 3, on a surface containing water-insoluble substrates on an opaque surface or a surface containing coatings of a Bragg mirror with preservation of color reproduction for at least 1 year.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1, 2, 3 показаны примеры напечатанных на струйном принтере цветных изображений, полученных в результате интерференции в тонких пленках ксерогеля нанокристаллического диоксида титана посредством золь-гель чернил.In FIG. 1, 2, 3 show examples of color images printed on an inkjet printer obtained by interference in thin xerogel films of nanocrystalline titanium dioxide by sol-gel ink.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

В отличие от известных способов создания интерфереционного эффекта на твердых материалах, то есть образования тонкопленочных рефрактивных структур с измененным показателем преломления, которые реализуются обычно с использованием технически сложного физического (лазерного, температурного или вакуумного) воздействия, предлагаемое изобретение основано на методах растворной химии.In contrast to the known methods for creating an interference effect on solid materials, that is, the formation of thin-film refractive structures with a modified refractive index, which are usually realized using technically complex physical (laser, temperature or vacuum) exposure, the invention is based on the methods of solution chemistry.

Предлагаемый метод получения золь-гель чернил для цветной струйной печати позволяет создавать тонкие (толщиной 5-10 нм) интерфереционные рефрактивные слои экологически не опасного и биологически инертного неорганического материала (ксерогеля нанокристаллического диоксида титана анатазной формы), которые после нанесения на подложку обеспечивают два обязательных для наблюдения явления интерференции 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 method for producing sol-gel ink for color inkjet printing allows you to create thin (5-10 nm thick) interference refractive layers of environmentally friendly and biologically inert inorganic material (xerogel nanocrystalline titanium dioxide anatase form), which after application to the substrate provide two binding observation of the phenomenon of interference conditions, namely obtaining a refractive index above 1.7, that is, higher than that of a simple polymer (1.5), as well as the formation of refract ivnogo layer after drying with a specified nanoscale thickness, length complementary light waves of the visible spectrum from 300 nm to 1 micron up to 10 nm.

При этом в отличие от известных высокорефрактивных органических полимеров, параметр вязкости в золь-гель системах может быть настроен сравнительно простым путем управления стадией гелирования. Более того, в случае высокой степени химической протонизации поверхности наночастиц золя вязкость будет определяться в основном концентрацией растворителя, при этом седиментация наночастиц золя в таком случае исключена.In this case, in contrast to the well-known highly refractive organic polymers, the viscosity parameter in sol-gel systems can be adjusted relatively simply by controlling the gelation stage. Moreover, in the case of a high degree of chemical protonization of the surface of the sol nanoparticles, the viscosity will be determined mainly by the concentration of the solvent, while sedimentation of the sol nanoparticles is then excluded.

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).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.

Именно это достоинство предлагаемых золь-гель чернил делает их уникальными для применения в качестве материала для создания экологически безопасной интерференционной цветной печати.It is this advantage of the proposed sol-gel ink that makes them unique for use as a material for creating environmentally friendly interference color printing.

Полученные по предлагаемой технологии цветные печатные изделия обладают уникальными свойствами, такими как отсутствие изменения цвета со временем, что является перспективным для долгосрочного хранения цветных изображений, так как основной материал (нанокристаллический диоксид титана) чрезвычайно стабилен, инертен и не разлагается в течение длительного времени.The color printed products obtained by the proposed technology have unique properties, such as the absence of color change over time, which is promising for the long-term storage of color images, since the main material (nanocrystalline titanium dioxide) is extremely stable, inert, and does not decompose for a long time.

Струйная печать предлагаемыми высокорефрактивными золь-гель чернилами позволяет использовать полимерные подложки без предварительного модифицирования и нанесения связующих слоев, которые обычно используются в струйной печати.Inkjet printing with the proposed highly refractive sol-gel inks allows the use of polymer substrates without prior modification and application of adhesive layers that are commonly used in inkjet printing.

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 изображение.Considering 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 image.

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 дорогих в использовании, например ZrO2, TiO2, ZnO.Among the many inorganic colloids that can be adapted to inkjet printing and actively used 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 нанокристаллического диоксида титана полностью прозрачен в видимой области света,- the xerogel of nanocrystalline titanium dioxide is completely transparent in the visible region of the light,

- 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 преимущественно анатазной фазы из алкоксидов титана наиболее предпочтителен изопропилат титана, образующий при гидролизе устойчивые кристаллические зародыши.As the studies of the authors have shown, for the synthesis of nanocrystalline TiO 2 particles of a predominantly anatase phase from titanium alkoxides, titanium isopropylate is most preferable, which forms stable crystalline nuclei during hydrolysis.

Стадия золеобразования, то есть формирование дисперсной твердой фазы, включает последовательно стадии гидролиза и конденсации как механизма формирования и роста наночастиц.The stage of ash formation, that is, the formation of a dispersed solid phase, 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 C3H7O):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-(OH)≡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 a number of significant advantages. One of the most important is the possibility of stepwise hydrolysis, by regulating the synthesis conditions.

Figure 00000001
Figure 00000001

илиor

Figure 00000002
Figure 00000002

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-C3H7О -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-Тi≡+H2O≡Ti-OH + OH-Ti≡ → ≡Ti-O-Ti≡ + H 2 O

в) оляция:c) olation:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Ключевую роль в дальнейшем структурировании играют процессы поликонденсации, способствующие образованию гибридных связей и формированию упорядоченных структур в виде массива геля, т.е. по принципу гелеобразования:The key role in 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, i.e. according to the principle of gelation:

Дегидратная поликонденсация:Dehydrated Polycondensation:

Figure 00000005
Figure 00000005

илиor

Figure 00000006
Figure 00000006

Депропанольная поликонденсация:Depropanol polycondensation:

Figure 00000007
Figure 00000007

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.The frequency 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 для интерференционной струйной печати предлагаемыми золь-гель чернилами протекает уже непосредственно на подложке, 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 gel formation stage for interference inkjet printing by the proposed sol-gel inks proceeds directly on the substrate, since the main condition for gel formation 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.

Золь-гель чернила для цветной интерференционной струйной печати в виде нанокристаллического золя диоксида титана, в растворе этилового спирта в воде приготавливают в два этапа,Sol-gel ink for color interference inkjet printing in the form of a nanocrystalline sol of titanium dioxide, in a solution of ethyl alcohol in water is prepared in two stages,

на первом этапе получают нанокристаллический золь диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде,at the first stage receive a nanocrystalline sol of titanium dioxide predominantly anatase phase in water,

а на втором этапе из нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной формы 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.and at the second stage, a sol-gel ink for color interference inkjet printing in the form of a nanocrystalline titanium dioxide sol in a solution of ethyl alcohol in water is obtained from a nanocrystalline titanium dioxide sol of a predominantly anatase form 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°C для инициации процесса температурной дегидратации и увеличения содержания 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 pH раствора, отвечающему 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±5 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.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, the degree of protonization of the particle surface increases to a zeta potential of at least + 36 ± 5 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.

Полученную смесь выдерживают 1 час при температуре 80°C, после чего закрывают герметично пленкой и выдерживают в течение 1-2 недель при комнатной температуре с перемешиванием.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.

Длительная выдержка способствует достижению равновесия коллоидной системы золя и постепенному увеличению содержания кристаллической фазы до показателя не менее 95% относительно твердой фазы.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 диоксида титана в воде модифицируют легколетучим растворителем, преимущественно этиловым спиртом (этанолом).The resulting solution of nanocrystalline sol of titanium dioxide in water does not meet the criteria for inkjet printing, such as density, viscosity, and surface tension, in terms of rheology, therefore, at the second stage of the preparation of sol-gel inks for interference inkjet printing, the nanocrystalline sol of titanium dioxide 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.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.

Для получения требуемого для струйной печати показателя вязкости синтезированный золь диоксида титана в начале концентрируют упариванием в роторном испарителе под давлением при 50°C 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.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.

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.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.

Данная стехиометрия обуславливает набор необходимой плотности и поверхностного натяжения не ниже 25 мН/м.This stoichiometry determines the set of required density and surface tension of at least 25 mN / m.

Полученный раствор гомогенизируют в течение не менее 12 суток для достижения фазового равновесия между растворителями.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 00000008
Figure 00000008

Эти данные показывают, 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 70 мас. % этанола.These data show that the most optimal for inkjet printing according to the dependence of the sol-gel ink parameters on the ethanol concentration in the nanocrystalline ash of titanium dioxide of the predominant anatase phase are sol-gel ink containing 70 wt. % ethanol.

При этом также установлено, что стабильность нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы резко понижается при добавлении этанола более 70 мас. %.It was also established that the stability of a nanocrystalline sol of titanium dioxide of a predominantly anatase phase sharply decreases with the addition of ethanol of more than 70 wt. %

Это связано с тем, что этанол изменяет строение двойного электрического слоя частиц TiO2, резко понижая их устойчивость.This is due to the fact that ethanol changes the structure of the double electric layer of TiO 2 particles, sharply lowering their stability.

Струйная печать полученными золь-гель чернилами может осуществляться на любую поверхность из любого материала, отвечающими 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 any surface of 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 pH 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 кристаллической структуры, со средним размером кристаллитов около 5 нм, что соответствует направлению межслоевого расстояния бодицентрированной тетрагональной структуры анатаза.Titanium dioxide anatase nanoparticles formed during the preparation of sol-gel inks have a purely 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.

Нанокристаллизация решетки частиц TiO2 крайне важна для получения интерференции в тонких пленках, как уже отмечалось ранее.The nanocrystallization of the lattice of TiO 2 particles is extremely important for obtaining interference in thin films, as already noted.

Данные просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМВР), подтверждают присутствие монокристалличной фазы с высокой степенью кристалличности.High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) confirms the presence of a single crystalline phase with a high degree of crystallinity.

Данные рентгеновской диффракции синтезированных TiO2 частиц 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 ТiO2 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 X-ray diffraction data of the synthesized TiO 2 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 TiO2.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 inks. However, the addition of surfactants or polymers can lead to a significant loss of optical properties and stability for TiO 2 printing films.

При исследовании использовался простой подход регулирования pH, 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.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.

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.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.

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 pH между 2 и 5.This approach can significantly reduce the diameter of the nozzle while maintaining high stability of inkjet printing. Thus, the preparation of stable TiO 2 sol-gel inks should occur in the pH range between 2 and 5.

Дзетта-потенциал нанокристаллических частиц TiO2 в золь-гель чернилах составляет преимущественно +36 mV, что обеспечивает стабильное состояние золя.The zeta potential of nanocrystalline TiO 2 particles in sol-gel ink is predominantly +36 mV, which ensures a stable state of the sol.

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 (Kа=24).To increase the crystallinity of sol particles and a 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).

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.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 pH ближе к нейтральному, минимизируя таким образом влияние коррозионных процессов в печати.The most popular polymorphic modifications of TiO 2 - rutile, anatase and brookite have similar refractive indices, but the advantage of producing anatase is determined by using a pH closer to neutral, thus minimizing the effect of corrosive processes in printing.

Наличие легколетучего растворителя (этанола) в золь-гель чернилах способствует быстрому высыханию чернил на пленке.The presence of a volatile solvent (ethanol) in the sol-gel ink contributes to the quick drying of the ink on the film.

Этанол 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, коалесценции и не прогнозируемому изменению морфологии, в то время как избыточная концентрация этанола ведет к снижению стабильности частиц из-за разрушения двойного изоэлектрического слоя.Ethanol 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.For experiments, we used the widespread Canon Pixma IP2870 desktop printer, with standard PG745, CL-746 cartridges.

Печатающая головка, встроенная в картридж, имела размер капли 2 мл и диаметр сопла 1,280 мкм.The print head integrated in the cartridge had a droplet size of 2 ml and a nozzle diameter of 1.280 μm.

После промывки картридж наполняли TiO2 приготовленными золь-гель чернилами, без дополнительного модифицирования.After washing, the cartridge was filled with TiO 2 with prepared sol-gel ink, without further modification.

В конструкцию принтера и картриджа не вносились никакие конструктивные изменения.No design changes were made to the design of the printer and cartridge.

Вязкость определяли вискозиметром Brookfield НА/НВ, а поверхностное натяжение тензиометром Kyowa DY-700.Viscosity was determined with a Brookfield HA / HB viscometer, and surface tension with a Kyowa DY-700 tensiometer.

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.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.

Для изучения рельефа нанесенных структур использовали атомносиловую микроскопию (АСМ) для сканирования рельефа поверхности.To study the relief of the deposited structures, atomic force microscopy (AFM) was used to scan the surface relief.

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.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.

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.The change in the surface topography is associated with a small particle size, which, according to the HRTEM and SEM data, predominantly has a size of 1-5 nm and does not exceed 10-15 nm.

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.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 PET пленке ее предварительно нагревают до 70°C, 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°C.It is known that in order to obtain images by means of inkjet printing on a PET film, it is preheated to 70 ° C to increase the drying speed of the ink, but the use of volatile ethanol additive in the sol-gel inks used according to the invention does not require this, despite the fact that the evaporation rate below 70 ° C.

Градиент удаления растворителя предлагаемых и используемых золь-гель чернил позволяет получать плотную однородную пленку высокорефрактивного ксерогеля диоксида титана.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.

По данным СЭМ наночастицы получаемого ксерогеля диоксида титана представляют собой сферические аггрегаты преимущественно 5-10 нм в диаметре, плотно упакованные между собой.According to SEM, the nanoparticles of the resulting titanium dioxide xerogel are spherical aggregates of predominantly 5-10 nm in diameter, tightly packed together.

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.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 with a newly filled sol.

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.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.

Для определения соответствия определяемым величинам толщины слоя ксерогеля диоксида титана из спектров отражения использовали сканирующую электронную микроскопию ультравысокого разрешения (СЭМ - УВ).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.

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.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.

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.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.

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 TiO2 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.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 a sol-gel transition of the TiO 2 ink during drying and 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.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.

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.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.

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.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 contact density between the xerogel particles themselves after the sol has dried, and, as a result, the gradient of mechanical hardness decreases 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°C, увеличивая степень кристалличности и инициируя протекание межфазных взаимодействий с последующим спеканием.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.

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.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.

Натурные исследования струйной печати цветных интерференционных изображений предлагаемыми 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.Full-scale studies of inkjet printing of color interference images by the proposed sol-gel ink 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.

Синтезированные золь-гель чернила можно классифицировать как перспективные высокорефрактивные покрытия, учитывая, что во всем видимом диапазоне этот показатель преломления не опускается ниже 1.85, что с учетом высокой однородности нанесения при протекании золь-гель перехода говорит о перспективах их использования в качестве реальных заменителей органических рефрактивных полимеров.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 1.85, 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.

Струйная печать осуществлялась в условиях многопроходной методики. Каждый слой полностью высушивали после печати, таким образом, чтобы следующий слой наносился по методу “мокрый на сухой”.Inkjet printing was carried out in a multi-pass technique. Each layer was completely dried after printing, so that the next layer was applied by the method of “wet on dry”.

Формирование интерференционного цветного изображение происходит при этом в процессе конденсации золь-гель чернил на поверхности подложки. Испарение растворителя и гелирование нанокристаллического золя диоксида титана с формированием заданной толщины слоя ксерогеля диоксида титана обеспечивает при этом возможность управления цветом печатного изображения в результате управляемой интерференции.The formation of an interference color image occurs in the process of condensation of the sol-gel ink on the surface of the substrate. Evaporation of the solvent and gelation of the nanocrystalline sol of titanium dioxide with the formation of the specified thickness of the xerogel layer of titanium dioxide provides the ability to control the color of the printed image as a result of controlled interference.

Натурные исследования показали практическую возможность формирования интерференционного цветного изображение при полном исключении температурного разогрева подложки для фиксации чернил, что положительно влияет на сохранение морфологии нанесенного слоя и существенно снижает коробление подложки после высыхания чернил.Full-scale studies have shown the practical possibility of forming an interference color image with the complete exclusion of temperature heating of the substrate for fixing ink, which positively affects the preservation of the morphology of the applied layer and significantly reduces warping of the substrate after the ink dries.

Низкая концентрация твердой фазы нанокристаллического диоксида титана в золь-гель обеспечивает осуществление высокоточного позиционирования наноструктур ксерогеля диоксида титана с высоким показателем преломления.The low concentration of the solid phase of nanocrystalline titanium dioxide in the sol-gel provides high-precision positioning of the nanostructures of the xerogel of titanium dioxide with a high refractive index.

Цветные интерференционные изображения, напечатанные этим методом, имели многоцветную окраску с высокой степенью детализации.Color interference images printed by this method had a multicolor color with a high degree of detail.

Появление цвета обуславливается появлением отраженных световых волн, образованных на границе раздела фаз двух материалов с различным показателем преломления TiO2/воздух и TiO2/полиэтилен. Интерферируя друг с другом, они образуют световую волну, комплиментарную толщине слоя, вызвавшего это явление.The appearance of color is caused by the appearance of reflected light waves formed at the phase boundary of two materials with different refractive indices of TiO 2 / air and TiO 2 / polyethylene. Interfering with each other, they form a light wave complementary to the thickness of the layer that caused this phenomenon.

Таким образом, появление цветного оттенка связано с толщиной наносимого слоя ксерогеля диоксида титана, которая по предлагаемому изобретению может регулироваться количеством нанесенных слоев.Thus, the appearance of a color shade is associated with the thickness of the applied xerogel layer of titanium dioxide, which according to the invention can be controlled by the number of layers applied.

Практически реализуя изобретение, впервые удалось получить цветное изображение с использованием бесцветных чернил на струйном принтере.Practically implementing the invention, for the first time it was possible to obtain a color image using colorless ink on an inkjet printer.

При использовании подобных бесцветных золь-гель чернил для струйной печати и при использовании предлагаемого метода цветной интерференционной струйной печати может быть получено практически любое цветное изображение, окрашенное во всем видимом диапазоне. Некоторые примеры представлены на фиг. 1, 2, 3.When using such colorless sol-gel inkjet inks and when using the proposed method of color interference inkjet printing, almost any color image painted in the entire visible range can be obtained. Some examples are presented in FIG. 1, 2, 3.

Уникальность предлагаемой цветной интеференционный струйной печати предлагаемыми золь-гель чернилами, содержащими нанокристаллический золь диоксида титана преимущественно анатазной фазы технологии, использованных материалов, и полученных новым способом изображений заключается в возможности использования для цветной интерференционной печати обычного и недорогого настольного струйного принтера.The uniqueness of the proposed color interference inkjet printing by the proposed sol-gel ink containing nanocrystalline sol of titanium dioxide of the predominantly anatase phase of the technology, the materials used and the images obtained by the new method consists in the possibility of using a conventional and inexpensive desktop inkjet printer for color interference printing.

Возможность настройки реологических свойств нанокристаллического золь диоксида титана и управление его золь-гель переходом обеспечивает широкий диапазон варьирования свойств, необходимых для получения золь-гель чернил.The ability to adjust the rheological properties of the nanocrystalline sol of titanium dioxide and control its sol-gel transition provides a wide range of variation of the properties required to obtain sol-gel ink.

Нанокристаллический золь диоксида титана преимущественно анатазной фазы, с содержанием аморфной фазы менее 5%, обеспечивает проявление уникальных оптических свойств.A nanocrystalline sol of titanium dioxide of a predominantly anatase phase, with an amorphous phase content of less than 5%, provides a manifestation of unique optical properties.

Конденсирование ксерогеля диоксида титана и его физическая сшивка с поверхностью немодифированной ПЭТ пленки способствует великолепной адгезии ксерогеля диоксида титана к поверхности гладкой подложки.The condensation of the xerogel of titanium dioxide and its physical crosslinking with the surface of an unmodified PET film contributes to the excellent adhesion of the xerogel of titanium dioxide to the surface of a smooth substrate.

Все это позволяет получить уникальные цветные интерференционные изображения с управляемой цветопередачей, сформованные на гибких и гладких полимерных поверхностях без использования высокотемпературной тепловой обработки.All this makes it possible to obtain unique color interference images with controlled color reproduction, formed on flexible and smooth polymer surfaces without the use of high-temperature heat treatment.

Уникальность полученных результатов заключается в практической возможности управлять струйной интерференционной печатью, формируя наноструктуры интерференционных цветных изображений с высокой точностью.The uniqueness of the results lies in the practical ability to control inkjet interference printing, forming nanostructures of interference color images with high accuracy.

Этого удалось достичь только в результате создания принципиально нового подхода по фиксации чернил для струйной печати на непористой полимерной подложке, а также путем нового способа синтеза нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы.This was achieved only as a result of the creation of a fundamentally new approach for fixing ink for inkjet printing on a non-porous polymer substrate, as well as by a new method for the synthesis of nanocrystalline sols of titanium dioxide predominantly anatase phase.

Протонизация поверхности частиц нанокристаллического золя диоксида титана способствует увеличению стабильности чернил и смещению фазового золь-гель перехода при атмосферной сушке.The protonization of the surface of the particles of nanocrystalline sols of titanium dioxide increases the stability of the ink and the shift of the phase sol-gel transition during atmospheric drying.

В результате впервые струйным способом печати получены масштабируемые оптические интерференционные наноструктуры.As a result, scalable optical interference nanostructures were obtained for the first time by inkjet printing.

Это является основой для использования мягкой химии при создании объектов квантовой коммуникации и эффективной площадки для транспорта фотонов в будущем.This is the basis for the use of soft chemistry in the creation of quantum communication objects and an effective platform for the transport of photons in the future.

Высокая точность нанесения и уникальные оптические характеристики получаемых слоев ксерогеля титана преимущественно анатазной фазы могут быть основой для получения пленарных волноводов, маскирования микроэмбосированной бумаги, а также формирования широкоугольной фотоиндуцированной панели как основа для создания суперкомпьютера, работающего по принципу фотон/сигнал.High precision of application and unique optical characteristics of the obtained layers of titanium xerogel of predominantly anatase phase can be the basis for obtaining plenary waveguides, masking microembosse paper, as well as forming a wide-angle photoinduced panel as the basis for creating a photon / signal supercomputer.

Характерной отличительной оригинальной особенностью изобретения является применение нанокристаллических золь-гель систем для создания управляемой интерференции в тонких пленках с использованием бесцветных чернил на основе нанокристаллических золей диоксида титана.A characteristic distinctive original feature of the invention is the use of nanocrystalline sol-gel systems to create controlled interference in thin films using colorless ink based on nanocrystalline titanium dioxide sols.

Управляемая многослойная печать высокорефрактивных слоев ксерогеля диоксида титана позволяет создавать на поверхности полимеров оптические наноструктуры, которые, интерферируя при взаимодействии с видимым светом, приводят к визуальному окрашиванию изображений.The controlled multilayer printing of highly refractive layers of titanium dioxide xerogel allows the creation of optical nanostructures on the surface of polymers, which, when interfering with interaction with visible light, lead to visual staining of images.

Наличие высокорефрактивного слоя или слоев ксерогеля диоксида титана, заключенного между воздухом и полимерной подложкой, позволяют выделять монохроматические отражения света, комплементарные по длине волны с толщиной этого слоя.The presence of a highly refractive layer or xerogel layers of titanium dioxide, enclosed between air and a polymer substrate, allows you to select monochromatic light reflections that are complementary in wavelength with the thickness of this layer.

Учитывая множественное количество цветов в видимом спектре, окраска создаваемых струйным принтером интерференционных изображений может быть практически любая.Considering the multiple number of colors in the visible spectrum, the color of the interference images created by the inkjet printer can be almost any.

Уникальные оптические, морфологические и текстурные свойства интерференционных тонких слоев ксерогеля диоксида титана позволяют реализовать это на практике.The unique optical, morphological, and textural properties of the interference thin layers of titanium dioxide xerogel make it possible to put this into practice.

В связи с этим изобретение не только способствует созданию новых технологий цветной печати, но и сохранят экологию окружающей среды и здоровье людей, защищая нашу планету.In this regard, the invention not only contributes to the creation of new color printing technologies, but also preserves the ecology of the environment and human health, protecting our planet.

Для увеличения контрастности цветопередачи подложка может быть непрозрачной или содержать покрытия типа брегговского зеркала.To increase the color contrast, the substrate may be opaque or contain coatings such as a Bragg mirror.

Для струйной печати цветных изображений предлагаемым способом использовалась полиэтиленовая (PET) пленка формата А4, толщиной 1.5 μm.For inkjet printing of color images, the proposed method used a polyethylene (PET) film of A4 format, 1.5 μm thick.

Контрастирование изображения достигалось использованием пленки черного цвета. Печать осуществлялась из черного картриджа, в который предварительно заливались полученные вышеописанным способом золь-гель чернила.Image contrast was achieved using black film. Printing was carried out from a black cartridge, into which the sol-gel ink obtained by the above method was previously poured.

Для печати цветных изображений по трехпроходной методике использовали в настройках повышенное качество печати, обеспечивающее двукратное увеличение нанесения чернил.To print color images using the three-pass method, the settings used increased print quality, providing a twofold increase in ink.

Для анализа структуры слоев использовали струйную печать со средним качеством, обеспечивающую нанесение высокорефрактивных слоев с увеличенной точностью, но с меньшим количеством наносимых чернил.To analyze the structure of the layers, medium-quality inkjet printing was used, which ensures the application of highly refractive layers with increased accuracy, but with less ink applied.

Печать проводили специально подготовленными файлами с маскированием областей, как показано на рисунке S4.The printing was carried out by specially prepared files with masking of areas, as shown in Figure S4.

Нанесение набора различно окрашенных чернил струйным методом - один из основных способов формирования цветных изображений.Applying a set of differently colored inks using the inkjet method is one of the main ways of forming color images.

Обычно формирование цвета при струйной печати достигается комбинированием цветов CMYK или RGB.Typically, ink color formation is achieved by combining CMYK or RGB colors.

Согласно изобретению предлагается технология цветной печати с использованием одних чернил, полностью безопасных для использования.According to the invention, a color printing technology using only inks that are completely safe to use is provided.

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.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 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.As printed products may be packaging materials, tags, bags or other printed materials known in the art. 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.

В качестве подложки могут также использоваться металлизированные пленки и металлические фольги.Metallic films and metal foils can also be used as a substrate.

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.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.

Рисунок художественного изображения печатного изделия может быть изготовлен, сконфигурирован или просто сохранен в виде электронного файла данных.An art image of a printed product can be made, configured, or simply saved as an electronic data file.

Художественное изображение может включать данные, касающиеся желательных или заданных цветов для соответствующих элементов изделия.The artistic image may include data regarding the desired or specified colors for the respective elements of the product.

Размеры и величины, раскрытые в описании, не должны быть поняты 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 understood 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.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.

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.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 (5)

1. Печатное изделие с цветным интерференционным изображением на поверхности, характеризующееся тем, что цветное интерференционное изображение выполнено в виде по крайней мере одного рефрактивного слоя ксерогеля нанокристаллического диоксида титана анатазной фазы с толщиной рефрактивного слоя от 300 нм до 1 мкм, с показателем преломления рефрактивного слоя более 1,7, с изменяющейся цветовой окраской в зависимости от толщины рефрактивного слоя, полученного с использованием золь-гель чернил в виде нанокристаллического золя диоксида титана в растворе этилового спирта в воде.1. A printed product with a color interference image on the surface, characterized in that the color interference image is made in the form of at least one xerogel xerogel nanocrystalline titanium dioxide anatase phase with a refractive layer thickness of 300 nm to 1 μm, with a refractive index of the refractive layer of more 1.7, with a varying color depending on the thickness of the refractive layer obtained using sol-gel ink in the form of a nanocrystalline sol of titanium dioxide in a solution of ethyl alcohol in water. 2. Печатное изделие с цветным интерференционным изображением на поверхности по п. 1, характеризующееся тем, что цветное интерференционное изображение получено с использованием золь-гель чернил, содержащих нанокристаллический золь диоксида титана анатазной фазы в растворе этилового спирта в воде в концентрации около 1-10 мас.%, с содержанием аморфной фазы не более 5%, с размером кристаллов 5-20 нм анатазной фазы, со средним гидродинамическим диаметром частиц не более 30 нм преимущественно 15,8 нм, с дзета-потенциалом не менее +30 мВ преимущественно +36±5 мВ, с возможностью формирования прозрачного в видимой области спектра рефрактивного слоя ксерогеля толщиной от 300 до 1 мкм с показателем преломления более 1,7, с концентрацией этанола в воде не более 70 мас.% при преимущественном объемным соотношении этиловый спирт : вода 3:1 с вязкостью не более 2,5 мПа*с, преимущественно 2,1 мПа*с, с поверхностным натяжением не более 30 нН/м преимущественно 27 нН/м, длительностью седиментационной устойчивости золя не менее 1 года.2. A printed product with a color interference image on the surface according to claim 1, characterized in that the color interference image is obtained using sol-gel ink containing nanocrystalline sol of anatase phase titanium dioxide in a solution of ethyl alcohol in water at a concentration of about 1-10 wt. %, with an amorphous phase content of not more than 5%, with a crystal size of 5-20 nm anatase phase, with an average hydrodynamic particle diameter of not more than 30 nm, mainly 15.8 nm, with a zeta potential of at least +30 mV, + 36 ± 5 mV, with the possibility of forming a transparent xerogel refractive layer transparent in the visible spectrum from 300 to 1 μm thick with a refractive index of more than 1.7, with an ethanol concentration in water of not more than 70 wt.% With a predominant volume ratio of ethyl alcohol: water 3: 1 with a viscosity of not more than 2.5 mPa * s, mainly 2.1 mPa * s, with a surface tension of not more than 30 nN / m, mainly 27 nN / m, and a sedimentation stability of the sol of at least 1 year. 3. Печатное изделие с цветным интерференционным изображением на поверхности по п. 1, характеризующееся тем, что цветное интерференционное изображение выполнено на непористой гладкой или полированной поверхности с минимальным изменением высоты текстуры по оси z, например на полиэтиленовой (PET) пленке, на поверхности, стойкой к воздействию этилового спирта и жидкостей со значением рН не менее 3, на поверхности, содержащей водонерастворимые субстраты, на непрозрачной поверхности или поверхности, содержащей покрытия брегговского зеркала, с сохранением цветопередачи не менее 1 года.3. A printed product with a color interference image on the surface according to claim 1, characterized in that the color interference image is made on a non-porous smooth or polished surface with minimal change in texture height along the z axis, for example, on a polyethylene (PET) film, on a surface resistant to the effects of ethyl alcohol and liquids with a pH value of at least 3, on a surface containing water-insoluble substrates, on an opaque surface or a surface containing coatings of a Bragg mirror, s storing the color at least 1 year. 4. Печатное изделие с цветным интерференционным изображением на поверхности по п. 1, характеризующееся тем, что управление цветом цветного интерференционного изображения на поверхности с формированием заданного значения толщины рефрактивного слоя осуществлено посредством послойного нанесения золь-гель чернил до заданного значения толщины рефрактивного слоя ксерогеля, изменением концентрации твердой фазы в золь-гель чернилах, или использованием золь-гель чернил с заданной концентрацией твердой фазы для формирования определенной толщины рефрактивного слоя ксерогеля диоксида титана с определенным цветом.4. A printed product with a color interference image on the surface according to claim 1, characterized in that the color of the color interference image on the surface with the formation of a predetermined value of the thickness of the refractive layer is carried out by layer-by-layer application of sol-gel ink to the specified value of the thickness of the refractive xerogel layer, by changing the concentration of the solid phase in the sol-gel ink, or using sol-gel ink with a given concentration of the solid phase to form a certain thickness color refractory xerogel titanium dioxide with a certain color. 5. Печатное изделие с цветным интерференционным изображением на поверхности по п. 1, характеризующееся тем, что цветное интерференционное изображение на поверхности получено с использованием золь-гель чернил, содержащих наночастицы диоксида титана анатазной фазы в растворе этилового спирта в воде характеризующиеся, по крайней мере, одним из следующей группы свойств: наличием наночастиц диоксида титана в виде кристаллов диоксида титана преимущественно анатазной фазы с размером кристаллов диоксида титана не более 200 нм, концентрацией наночастиц диоксида титана 1-5 мас.%, размером наночастиц диоксида титана 5-20 нм, преимущественно 5-10 нм, средним гидродинамическим диаметром наночастиц диоксида титана не более 20 нм, преимущественно 15,8 нм, дзета-потенциалом наночастиц диоксида титана не менее +30 мВ, преимущественно +36 мВ, возможностью формирования прозрачного в видимой области спектра рефрактивного слоя ксерогеля диоксида титана толщиной от 300 нм до 1 мкм с показателем преломления более 1,7, концентрацией этилового спирта в воде не более 70 мас.% при преимущественном соотношении этиловый спирт: вода 3:1, вязкостью не более 2,5 мПа*с, преимущественно 2,1 мПа*с, поверхностным натяжением не более 30 нН/м преимущественно 27 нН/м, длительностью седиментационной устойчивости золя нанокристаллических частиц диоксида титана не менее 1 года.5. A printed product with a color interference image on the surface according to claim 1, characterized in that the color interference image on the surface is obtained using sol-gel ink containing anatase titanium dioxide nanoparticles in a solution of ethyl alcohol in water, characterized by at least one of the following group of properties: the presence of titanium dioxide nanoparticles in the form of crystals of titanium dioxide of a predominantly anatase phase with a titanium dioxide crystal size of not more than 200 nm, concentration at titanium dioxide particles 1-5 wt.%, titanium dioxide nanoparticle size 5-20 nm, mainly 5-10 nm, average hydrodynamic diameter of titanium dioxide nanoparticles not more than 20 nm, mainly 15.8 nm, zeta potential of titanium dioxide nanoparticles not less than +30 mV, mainly +36 mV, the possibility of forming a transparent in the visible spectrum of the refractive layer of the xerogel of titanium dioxide with a thickness of 300 nm to 1 μm with a refractive index of more than 1.7, the concentration of ethyl alcohol in water is not more than 70 wt.% With a preferred ratio uh tyl alcohol: water 3: 1, viscosity no more than 2.5 MPa * s, mainly 2.1 MPa * s, surface tension not more than 30 nN / m, mainly 27 nN / m, sedimentation stability of sol of nanocrystalline particles of titanium dioxide not less 1 year
RU2015143539A 2015-10-12 2015-10-12 Printed product with colour interference image RU2641500C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015143539A RU2641500C2 (en) 2015-10-12 2015-10-12 Printed product with colour interference image
PCT/RU2016/000678 WO2017065642A2 (en) 2015-10-12 2016-10-07 Printed article with a colour interference image

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015143539A RU2641500C2 (en) 2015-10-12 2015-10-12 Printed product with colour interference image

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015143539A RU2015143539A (en) 2017-04-13
RU2641500C2 true RU2641500C2 (en) 2018-01-17

Family

ID=58518352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015143539A RU2641500C2 (en) 2015-10-12 2015-10-12 Printed product with colour interference image

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2641500C2 (en)
WO (1) WO2017065642A2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113518839A (en) 2019-03-04 2021-10-19 Viavi科技有限公司 Thin Film Interference Pigments with Nanoparticle Coatings
CN113728057A (en) 2019-03-04 2021-11-30 Viavi科技有限公司 Pigment comprising a nanoparticle coating
EP3854856B1 (en) * 2020-01-27 2023-08-23 Viavi Solutions Inc. Thin film interference pigments with a coating of nanoparticles
CN114921982A (en) * 2022-04-15 2022-08-19 奉节县楠恬印务有限公司 Production and manufacturing method of 3D (three-dimensional) ironing and dyeing pattern
GB2635891A (en) * 2023-09-29 2025-06-04 Iqs Group A S Optical security element

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09152679A (en) * 1995-12-01 1997-06-10 Oji Paper Co Ltd Photographic paper support
US20060110319A1 (en) * 2004-11-19 2006-05-25 Sang-Il Seok Rutile titania nano sols and process for manufacturing the same
RU2009102991A (en) * 2006-06-30 2010-08-10 Стик Тек Ой (Fi) FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIALS AND METHOD FOR PRODUCING THEM

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU96269U1 (en) * 2008-07-11 2010-07-20 ЗАО "Констеллейшн 3Ди Восток" COMBINED BRAND

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09152679A (en) * 1995-12-01 1997-06-10 Oji Paper Co Ltd Photographic paper support
US20060110319A1 (en) * 2004-11-19 2006-05-25 Sang-Il Seok Rutile titania nano sols and process for manufacturing the same
RU2009102991A (en) * 2006-06-30 2010-08-10 Стик Тек Ой (Fi) FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIALS AND METHOD FOR PRODUCING THEM

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017065642A2 (en) 2017-04-20
WO2017065642A3 (en) 2017-06-08
RU2015143539A (en) 2017-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7421026B2 (en) Oxide particles with controlled color properties and coating or film compositions containing the oxide particles
RU2641500C2 (en) Printed product with colour interference image
JP5085559B2 (en) Titanium dioxide sol, method for producing the same, and coating composition containing the same
CN100334165C (en) Shimmer pigments with high brilliance and chroma
Peymannia et al. Production of a stable and homogeneous colloid dispersion of nano CoAl2O4 pigment for ceramic ink-jet ink
JP6173481B2 (en) Method for producing zirconia colloid
JP2009519890A5 (en)
WO2017065641A9 (en) Method for color interference inkjet printing
EP3036110A1 (en) Printed image
WO2011004750A1 (en) High-refractive index powder and production method and application of same
CN114401927A (en) Metal oxide nanoparticles
JP5955853B2 (en) Brilliant black pigment
JP2022168134A (en) Method for producing oxide particles with controlled color properties, oxide particles, and coating or film-like compositions containing the oxide particles
Yakovlev et al. Inkjet printing of TiO2/AlOOH heterostructures for the formation of interference color images with high optical visibility
RU2618064C2 (en) Method of production sol-gel ink for colour interference jet printing
DE102009035673B4 (en) Process for making thin films and their use
RU2635908C2 (en) Printed product with protected printing polygraphic methods with rainbow holographic images
RU2650138C2 (en) Colorless sol-gel ink for ink-jet printing iridescent holographic images and method for producing thereof
WO2017065639A1 (en) Sol-gel inks for colour interference inkjet printing
Heydari et al. Effect of solvents and dispersants on polyol synthesis of V–ZrSiO4 nanopigment stable suspension for ink application
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
JP2020023419A (en) Organic solvent dispersion of flaky titanate, manufacturing method therefor, and application thereof
Li et al. Preparation of inverse opal zirconia
JP7498582B2 (en) Particles having a cavity inside an outer shell and an internal particle, a coating solution containing the particles, and a substrate with a transparent coating containing the particles
JP5977533B2 (en) Pigment and method for producing the same