типографская краска для защиты продукции от фальсификации

Формула изобретения

Типографская краска для защиты продукции от фальсификации, включающая пигмент с защитными свойствами, связующее и разбавитель, отличающаяся тем, что в качестве пигмента она содержит ультрадисперсный порошок редкоземельного феррит-граната, выбранного из группы, включающей Y₃Fe₅О ₁₂, Ln₃Fe₅O ₁₂, Y_xLn_3-x Fe₅O₁₂, где Ln - редкоземельный элемент, 0 х 3, Y_3-xBi_xFe ₅O₁₂, где 0 х 2, с размерами кристаллитов не более 100 нм в количестве не более 85% от веса краски при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ультрадисперсный порошок указанного
редкоземельного феррит-граната	5-85
Связующее	10-90
Разбавитель	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полиграфии, а именно к типографским краскам, и может быть использовано для печати ценных бумаг, в частности банкнот, акций, акцизных марок, бланков документных книжек, упаковки товарной продукции и т.д. известными способами полиграфии с целью защиты их от фальсификации (подделки).

Существует много способов защиты продукции от подделки. Они реализуются по следующим направлениям:

- защита бумаги-основы;

- использование специальных видов печати;

- использование специальных красок;

- создание определенного дизайна изделия с использованием графических элементов защиты от цветного ксерокопирования;

- создание и впрессовывание голограмм.

Перечисленные выше способы защиты ценных бумаг, в частности банкнот, акций, акцизных марок, бланков документных книжек, упаковки товарной продукции и т.д., от подделки предполагают в основном визуальный контроль оценки их подлинности. Однако при обработке большого объема ценных бумаг (проведение эмиссионно-кассовых операций), а также для учета и контроля различного рода документов (бланки паспортов, документных книжек и т.д.) широко используют считываемые с помощью автоматов признаки защиты, причем типичные методы определения подлинности включают в себя измерение специфических свойств материалов (магнитные, оптические, электрическая проводимость) Для создания защитного элемента обычно используется какой-либо материал с одним физическим признаком, и поэтому для повышения надежности защиты ценной бумаги, в частности банкнот, акций, акцизных марок, бланков документных книжек, упаковки товарной продукции, необходим набор нескольких защитных элементов.

Известен способ нанесения магнитной метки с помощью магнитного карандаша (№374016, СССР, 1969). Сущность способа заключается в изготовлении композиционной магнитной смеси на основе феррит бария BaFe₁₂ O₁₉ (75-90%), размер частиц от 1 до 5 мкм, и в заполнении этой смесью небольшой емкости типа авторучки.

Недостатком этого способа является то, что магнитная метка наносится на документ вручную, что накладывает существенные ограничения на его использование в широком масштабе.

Известны способы защиты ценных бумаг от подделки с помощью типографской краски за счет включения в ее состав маркирующих частиц, обладающих различными физическими свойствами, а именно инфракрасными (WO 98/28374, РСТ/ЕР 97/07009, 1999; JP 3223730 B2, 08153233А, 1994; RU 2149457 C1, 1999), люминесцентными (GB 2231572 A, 1990), магнитными (RU 2129579 C1, 1999; GB 2079506, 1982; GB 2168711, 1986). В известных изобретениях маркирующие частицы являются составной частью имеющейся по тональности типографской печатной краски, и концентрация их составляет от 0,0009% до 10% от веса краски. Это в свою очередь накладывает ограничения на технологические возможности таких типографских красок в плане использования их для создания самостоятельных графических цветных рисунков ценных бумаг.

Известен способ защиты с помощью метки из материала, включающего смесь по меньшей мере двух стабильных изотопов с различными массовыми числами (RU 2150749 C1; RU 95103037, 1997). Недостатком данного способа защиты ценных бумаг является его дороговизна и в какой-то степени не безопасность.

Известны способы идентификации ценных бумаг с помощью защитной магнитной нити (WO 9635586 А1, 1998). Она имеет пластичную подложку, на которую нанесен мягкий магнитный материал. Этот магнитный материал генерирует сигнал или серию сигналов в полосе опроса, создаваемого системой обнаружения для определения считывания или идентификации изделий на расстоянии. Недостатком этого способа защиты изделий от подделки является высокая стоимость самих изделий, систем для идентификации этих изделий, а также возможность имитации магнитной металлизированной нити в поддельных документах и ценных бумагах.

Наиболее близким к предлагаемой типографской краске для защиты продукции от фальсификации и принятым в качестве прототипа является изобретение RU №2160928 (20.12.2000 г.), где рассмотрена ценная бумага с множеством элементов защиты. При этом в изобретении перечисляются составы, используемые в типографской краске, причем в качестве пигмента приведены примеры смесей материалов, обладающих известными свойствами, на основе которых разработаны и используются типичные методы определения подлинности ценных бумаг, а именно флуоресценция, магнетизм, фосфоресценция, поглощение света ультрафиолетового, видимого, инфракрасного, причем на каждый признак защиты приводится свой состав типографской краски. Таким образом, ценная бумага должна обладать необходимым набором нескольких защитных элементов. Это в свою очередь требует использования определенной площади на самой ценной бумаги для их размещения, а для некоторых признаков защиты и определенного места. Что касается указанных в изобретении магнитных составов, то все они представляют собой оксиды железа либо смеси оксидов железа. Обладая магнитными свойствами, в то же время данные типографские составы имеют основной недостаток, а именно, черный цвет либо темно-коричневый, что позволяет их использовать лишь для печати черных или близких к черному фрагментов, таких как номер или небольшая метка на ценной бумаге. Это ограничивает использование защитного магнитного признака при печати цветных изображений ценных бумаг.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение идентификационной способности ценных бумаг, в частности банкнот, акций, акцизных марок, бланков документных книжек, упаковки товарной продукции и др. не только за счет магнитных свойств, но и за счет расширения оптических характеристик, а именно цвета в диапазоне 380-750 нм и ИК-прозрачности в диапазоне 0,74-3,0 мкм.

Это достигается тем, что согласно формуле изобретения типографская краска для защиты продукции от фальсификации, включающая пигмент с защитными свойствами, связующее и разбавитель, в качестве пигмента содержит ультрадисперсный порошок редкоземельного феррит-граната, выбранного из группы, включающей Y₃Fe ₅О₁₂, Ln₃Fe ₅O₁₂, Y_xLn _3-xFe₅O₁₂, где Ln - редкоземельный элемент, а 0 х 3, Y_3-xBi_xFe ₅O₁₂, где 0 х 2 с размерами кристаллитов не более 100 нм в количестве не более 85% от веса краски при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ультрадисперсный порошок
редкоземельного феррит-граната
с размерами кристаллитов до 100 нм	5-85
связующее	10-90
разбавитель	остальное

Типографскую краску для защиты продукции от фальсификации получают диспергированием ультрадисперсного порошка редкоземельного феррит-граната в связующем и смешением с разбавителем. Проведенные исследования заявленной типографской краски с использованием в качестве пигмента ультрадисперсного порошка редкоземельного феррит-граната с размерами кристаллитов не более 100 нм показали возможность наносить краску тонким слоем 0,7-3,0 мкм. При этом наибольшая величина коэрцитивной силы Н _c соответствует размеру частиц (кристаллитов) порядка 30 нм, что близко к размеру однодоменных частиц (фиг.1). Оптимальные оптические характеристики получены для размера кристаллитов порядка 40÷80 нм (фиг.2 и 3). Возможность введения в состав типографской краски до 85% ультрадисперсного порошка редкоземельного феррит-граната объясняется его низкой маслоемкостью в ультрадисперсном состоянии. Это позволяет существенно повысить магнитный признак заявленной типографской краски при сохранении ее необходимых оптических характеристик, а именно цвета в диапазоне 380-750 нм и ИК-прозрачности в диапазоне 0,74-3,0 мкм. Высокая степень дисперсности ультрадисперсного порошка редкоземельного феррит-граната (малые размеры частиц) обеспечивает стабильность дисперсной системы краски за счет равномерного распределения его в связующем, повышает печатные свойства краски, влияет на ее интенсивность, повышает ровность и блеск красочной пленки. Дальнейшее увеличение концентрации заявленного пигмента в типографской краске нарушает ее баланс и, что естественно, печатно-технологические свойства, а именно липкость, вязкость, высыхание и др. В качестве связующего использованы составы на основе алкидных смол, которые обычно применяются в офсетной печати, высокой печати, металлографской печати, трафаретной печати, флексографской печати и т.п. Состав разбавителя также определяется соответствующим способом печати.

Таким образом, использование в краске в качестве пигмента порошка редкоземельного феррит-граната в ультрадисперсном состоянии способствует получению краски, обладающей совокупностью защитных признаков, а именно магнитных свойств, цвета, ИК-прозрачности, причем согласно определению понятия "ультрадисперсный порошок" [1, 2], многочисленным литературным данным [3, 4], а также проведенным нами исследованиям [5], указанные порошки обладают существенно отличающимися свойствами от обычных крупно-зернистых порошков того же наименования. Следует также отметить, что повышенная из-за малого размера частиц пластичность (суперпластичность) ультрадисперсного нанокристаллического порошка делает его более технологичным по сравнению с крупным порошком (с микронным размером частиц) в типографском процессе нанесения защитных рисунков, а меньший размер частиц пигмента позволяет изготовить более сложный (с более тонкими элементами) рисунок, что дополнительно затрудняет подделку.

Материал подложки, на которую наносится типографская краска, практически не ограничен. Подложка может быть сделана из бумаги, пленки (полиэтиленовой, лавсановой и др.), пластика, металла и т.п. Запечатывание поверхности подложки может быть проведено с помощью офсетной печати, высокой печати, металлографской печати, трафаретной печати, флексографской печати и т.п. Предпочтительная толщина красочной пленки в готовом виде составляет 0,7-3,0 мкм, в общем 0,7-100 мкм. Практически красочная пленка закрепляется при комнатной температуре, но может закрепляться и с помощью нагревания в зависимости от вида используемого растворителя и применяемого способа печати.

На основе пигментов из ультрадисперсных порошков редкоземельных феррит-гранатов с размерами кристаллитов не более 100 нм были изготовлены образцы типографских красок с использованием лабораторного пробопечатного устройства. Примеры конкретной реализации заявленной краски и способы ее изготовления приводятся ниже.

Пример 1. Состав краски для трафаретной печати, %:

пигмент Y3Fe 5О12	85
связующее для красок ТНПФ
на основе пентафталиевой смолы	10
разбавитель уайт-спирит	5

Пигмент для реализации данного состава краски - ультрадисперсный порошок иттрий-феррит-граната Y₃Fe₅O ₁₂ с размером кристаллитов 76 нм. Поскольку цветовые свойства пигментов определяют по готовой краске, то с этой целью в лабораторных условиях с помощью ручного приспособления для наката краски (использовался колор-тестер производства Голландии) были изготовлены пробопечатные оттиски с различной толщиной красочного слоя (от 0,7 до 5 мкм) и с помощью спектроденситометра "Спектрокам 75 RE" измерены их цветовые и денситометрические характеристики. Цветовые характеристики указанного выше пигмента Y₃ Fe₅О₁₂ представлены в табл.1 (образец №1) и на фиг.4. Согласно полученным результатам цвет этого пигмента можно охарактеризовать как темно-зеленый средней насыщенности.

ТНПФ - четырехбуквенное обозначение соответствует назначению краски. Первая буква - способ печати: Т - трафаретная; вторая - материал, для которого предназначена краска: Н - невпитывающие поверхности, а именно, бумага, картон, полистирол общего назначения, обработанная полиэтиленовая пленка, алюминиевая фольга, металлы, покрытые эмалями; третья и четвертая буквы - тип пленкообразующего, на котором изготовлена краска: ПФ - пентафталевые смолы.

Краска указанного выше состава приготавливалась перед непосредственным применением ее на печатной машине: в связующее при постоянном перемешивании вводился разбавитель, состав тщательно перемешивался, а затем при дальнейшем постоянном перемешивании добавлялся пигмент из ультрадисперсного порошка феррит-граната.

Пример 2. Состав краски для офсетной и высокой печати, %:

пигмент Y3Fe 5О12	30
высоковязкий алкид из пентаэритрита и
фталевого ангидрида, модифицированный
льняным маслом	64
разбавитель льняное масло	6

Спектральный анализ пробопечатных оттисков (получены аналогичным образом, что и в примере 1) на основе пигмента Y₃Fe₅О ₁₂ (размер кристаллитов 36 нм), использованного в примере 2, показал, что цвет этого пигмента - наиболее чистый и яркий темно-зеленый цвет (табл.1, образец №2, фиг.5).

Пример 3. Состав краски для офсетной и высокой печати, %:

пигмент Bi2Y 3Fe5О12	55
высоковязкий алкид из пентаэритрита и
фталевого ангидрида, модифицированный
льняным маслом	39
разбавитель льняное масло	6

Спектральный анализ пробопечатных оттисков (получены аналогичным образом, что и в примере 1) на основе пигмента Bi₂Y₃Fe ₅О₁₂ (размер кристаллитов 29 нм), использованного в примере 3, показал, что цвет его темно-коричневый с низкой яркостью и невысокой насыщенностью (табл.1, фиг.6).

Технологический процесс изготовления красок для высокой и офсетной печати (примеры 2 и 3) заключался в следующем: композиционное связующее смешивалось с разбавителем, затем к данной смеси добавлялся пигмент из ультрадисперсного порошка феррит-граната; все тщательно перемешивалось с помощью мешалки; паста-замес через 30÷40 мин подвергалась перетиру на трехвальной краскотерочной машине до 4 раз с целью получения нужной степени перетира (<5 мкм - экспресс оценка по прибору «Клин», принятая в типографиях).

Приведенные примеры состава заявляемой нами краски показывают, что ее цветовые характеристики зависят как от элементного состава, входящего в нее пигмента, так и от исходных размеров частиц (размеров кристаллитов) самого пигмента.

Результаты производственного опробования заявленной краски для трафаретной печати и для высокой печати (печать нумерации) представлены на фиг.7 - образцы оттисков, отпечатанных в типографии способом трафаретной печати с использованием краски, разработанной в МИФИ на основе ультрадисперсного редкоземельного иттриевого феррит-граната (а - Y₃Fe ₅О₁₂ с размером кристаллитов 76 нм №1; б - Y₃Fe₅О ₁₂ с размером кристаллитов 36 нм) и фиг.8 - цветовые характеристики оттисков (трехзональные спектральные характеристики), отпечатанные способом высокой печати в производственных условиях краской на основе ультрадисперсного иттрий-феррит граната с размером кристаллитов 36 нм. Приведенные примеры показывают, что цветовые характеристики готовых оттисков зависят: от дисперсности используемого пигмента (в нашем случае от размера кристаллитов), его элементного состава, толщины красочной пленки на оттиске, а также от градационных характеристик используемого растра.

Магнитные свойства полученных оттисков оценивали с помощью портативного прибора "Ультрамаг-127". Результаты измерений (табл.1) показали, что прибор улавливает магнитный отклик при таких малых толщинах заявленной нами краски на оттиске. Спектральные характеристики оттисков оценивали по результатам измерений с помощью спектроденситометра "Спектрокам 75 RE". Коэффициент отражения оттисков, изготовленных с помощью заявленной краски, в видимой части спектра (380-750 нм) составил от 59 до 86% в зависимости от используемого пигмента, его дисперсности и толщины слоя краски на оттиске (табл.1 и 2). Измерение оттисков в ИК-спектре проводили на приборе UR-20 фирмы Карл-Цейсс. Заявленная типографская краска ИК-прозрачна в ближней ИК-области спектра от 0,74 до 3 мкм (табл.2) Сравнительные результаты физико-химических свойств трех типов пигментов на основе ультрадисперсных нанопорошков редкоземельных феррит-гранатов представлены в табл.2.

Таким образом, заявляемая типографская краска на основе ультрадисперсных нанопорошков редкоземельных феррит-гранатов позволяет в тонком слое 0,7-3,0 мкм быстро идентифицировать ценные бумаги, в частности банкноты, акции, акцизные марки, бланки документных книжек, упаковку товарной продукции и т.д. с целью определения их подлинности.

С помощью заявленной типографской краски для защиты продукции от фальсификации ценная бумага, в частности банкнота, акция, акцизная марка, бланк документной книжки, упаковка товарной продукции и др. обнаруживают защитные признаки, включающие в себя совокупность следующих характеристик, а именно магнитные свойства, цвет в диапазоне 380-750 нм, ИК-прозрачность в диапазоне 3,0-0,74 мкм.

Кроме того, вид защитного элемента запечатанного заявляемой типографской краской обычно не ограничивается и включает, например, розетки, фоновую сетку, элементы гравюры, цифры, символы, штрих-код и т.д. Площадь зоны признака защиты не ограничена. Для усиления эффекта электромагнитного поглощения предпочтительно, чтобы защитный элемент строился по модульному принципу с помощью линейного растра (регулярного и нерегулярного), т.е. представлял собой резонатор определенной структуры.

Источники информации

1. Словарь-справочник по новой керамике / Шведков Е.Л. и др.; Отв.ред. Трефилов В.И. - Киев: Наук. думка, 1991, с.217.

2. Морохов И.Д., Петинов В.И., Петрунин В.Ф., Трусов Л.И. УФН. 1981 г., Т.133. В.4. С 653-692.

3. Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. Сборник научных трудов VI Всероссийской (международной) конференции. М.: МИФИ, 2003 г., 584 с.

4. М.С.Roco, W.S. Bainbridge. Societal Implications of Nanoscience and Nanotecnology, Kluwer Academic Publishers, Doredrecht (Netherlands), 2001.

5. Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. Тезисы докладов VII Всероссийской конференции. М.: МИФИ, 2005 г., с.207

Таблица 1
Наименование образца	№№ п/п	Толщина слоя краски на оттиске, мкм	Магнитная чувств., (отн.ед.)	Цветовые характеристики
				X	Y	Z	L
1	2	3	4	5	6	7	11
Y3Fe 5О12 (обр.№1)	1	4,0	15,5	33,3	31,5	7,4	63,0
	2	3,6	13,6	36,6	35,1	9,3	65,8
	3	3,1	12,2	37,8	36,4	9,7	66,8
	4	2,6	9,3	42,6	41,7	12,9	70,7
	5	2,2	8,4	46,0	45,5	15,6	73,2
Y3Fe5О 12 (обр. №2)	1	6,4	15,3	30,2	30,1	11,6	61,7
	2	5,1	12,2	41,7	42,0	19,6	70,8
	3	4,1	9,2	45,9	46,6	26,0	73,9
	4	3,0	6,5	58,2	59,6	39,0	81,6
	5	2,8	4,9	66,8	68,6	49,5	86,3
Bi2Y3Fe 5О12 (обр. №3)	1	2,3	6,9	28,1	27,0	10,9	59,0
	2	1,9	6,7	33,2	32,2	13,8	63,5
	3	1,7	6,1	39,2	38,6	19,8	68,4
	4	1,2	4,3	50,7	50,6	27,5	76,4
	5	0,9	2,4	58,0	58,4	35,2	81,0

X, Y, Z - параметры цвета по международной колориметрической системе.

L - яркость (по коэффициенту отражения в диапазоне 380-750 нм)

Таблица 2
Наименование образца	РСА, ОКР, нм	Магнитные свойства пигмента (ультрадисперсного порошка феррит-граната)					Магнитная чувствительность тонких пленок (оттисков)	Оптические свойства			Маслоемкость, см3/100 г
		Нс, Э	s Гс·см3 /г	r Гс·см3 /г	Кп	max	при h=2,8 мкм	Вид. Спектр(L)	ик-поглощение см2/г	ик-пропускание Т,%
Y 3Fe5О12 (обр.№1)	76	24	33,7	6,2	0,184	10,7	9,3	70,7	750	75	18,5
Y3Fe 5О12 (обр. №2)	36	22	36,6	2,2	0,06	10	4,9	86,3	1050	94,3	20
Bi 2Y3Fe5О 12 (обр. №3)	29	43	24,8	5,7	0,230	5,6	6,9	59	716	83	17,5

РСА - рентгеноструктурный анализ; ОКР - область когерентного рассеивания, в нм Магнитные свойства образцов исследованы на ВН-метре, модель 7000А, в переменном магнитном поле 1500Э

по следующим параметрам:

коэрцитивная сила Н_с (Э),

намагниченность насыщения - _s Гс·см³ /г (emu/g);

остаточная намагниченность - _r Гс·см³ /г (emu/g);

коэффициент прямоугольности (К_п);

магнитная восприимчивость - _max.

Оптические хатактеристики: L - коэффициент отражения в диапазоне 380-750 нм

Маслоемкость - минимальное количество масла, необходимое для перевода порошка пигмента в пастообразное состояние.