您现在的位置:首页 > 印艺科技 > 设备材料 > 光学变色防伪油墨的设计原理

光学变色防伪油墨的设计原理

《广东印刷》2011年第3期 作者:徐遵燕 更新日期:2011-08-01

随着支票、钞票、护照、信用卡等高安全性文件的大量被伪造,工业上已经在光学领域寻找能成功保护文件不被复制的新技术。光学变色油墨就具有这种特征,它成功地保护了高安全性文件上不被伪造。今天,在护照或信用卡方面,世界上超过50个国家都使用具有颜色转角性质的防伪技术作为打假的手段,达到防伪的目的。
一、什么是光学变色油墨
光学可变油墨是一种在微型结构中包含有高精度干涉滤色片的,并依靠不同的角度显示两种不同颜色的一种印刷油墨(如图一)。
图一光学变色油墨的变色效果
光学变色油墨所特有的颜色转变性质已经被50多个国家选择用于货币的防伪,这种油墨在900和300的观察角度下呈现不同的颜色变化,从而保证了颜色不被复制。
这种用在光学变色油墨上的高性能的干涉滤色片,是在滚筒涂料设备上通过精密的真空沉积作用制成的。这种原料必须能够实现其最大限度的光学特性来达到预期的防伪效果,云母或通过湿化的石英原料就具有这种特性。
颜料粒子所具有的光学特性使其能够产生强烈的颜色转变特性(通过物理学现象产生颜色),颜料粒子大约只有1μm厚和20μm宽,其反射、吸收、入射和干涉原理大体上如图二所示。
图二 光变颜料的反射、吸收、入射和干涉示意图
由此可知,仅当精确到材料的每一层时才允许我们使用物理学现象来分析油墨。光学变色油墨是基于真空存储器中制造的干涉滤色片来展现油墨的这种颜色转变特性的,但是对这种颜色转变材料的选择很困惑。一般来说,合成的金属介质与全介质相比性能要好很多,这是因为金属介质具有很高的不透明性,且性价比比较高。
二、设计的可行性
我们先来区分以下三种选择:
颜料的设计(干涉滤色片);
油墨的设计(化学法);
文档的设计(图形和表格);
1.颜料的设计
这种真空存储的方法为颜料设计的可能性提供了很大的空间。它是通过改变每一层所使用材料的厚薄和不同层之间的顺序来实现的。这种设计表明,油墨是通过金属、介质、金属、介质、金属的叠加方式来实现颜色角度的变化。这样,油墨就可以得到最高的色度、饱和度、色相以及绚丽的颜色。举一个简单的例子,下面图三看到的是一个五层颜料的设计,每一层都有自己的特定任务去实现。
图三光变颜料的结构
①反射体。它可能由铝、镍、铬、铁、银或金等高反射材料组成,它们的作用就像是一面镜子,使得反射体具有均匀的颜色表面。我们可以通过高性价比、高反射率和抗化学性等特征来选择真正符合的材料。显然的,材料的这种肉眼可见的特征将影响颜料粒子最终的传导性、磁性等性质,同样也影响油墨的容纳力。
②间隔的装置。间隔的材料大约分为无机材料或有机材料,为了发挥材料的最大性能,材料必须具有最低的光学标准。通过实验证明,折射率﹤1.6的材料最合适,例如二氧化硅、二氧化镁或有机玻璃等。
吸收层和反射层之间的间隔距离和光学厚度决定了某个角度下的颜色特征,这个颜色可以是从UV光到最近的红外线之间的某一个波长区域下的任何颜色。我们无疑要考虑在电磁辐射以外的可视波段的特征,这种特征可以使“使用者”应用在高安全文件上(在分类和处理过程之中)。
上面这种情况的一个例子是在近红外线角度下的抑制作用。这个概念允许我们设计一种在近红外线90°时可视而在其他角度不可视的颜料(图四)。这个独特的特征通过检测设备很容易就可以区别出来。
图四 设计的从绿色到蓝色反射曲线以及有无红外线和紫外线的隐藏特征
吸收材料以及它的厚度决定了在90°角度下颜色的主要性质,例如抗化学性以及与油墨的相互作用、接触、分离和在流体油墨上的沉积等自然可见特性等。迄今为止,铬,镍、铁和它们的氧化物或合金已经成功地被运用在这种颜料的设计中。如今,光学变色油墨凭借其强大的颜色转变特征和拥有的磁性特性已经变为最新的工业标准。
2.油墨的设计
高安全文件传统的印刷工艺使用的是胶印、凹印和凸版印刷技术。干涉颜料粒子除非明确表示使用胶印进行印刷,否则,我们首先考虑的是把油墨体系应用在凹印印刷过程中。
凹印或钢版印刷的特征是:在很高的印刷压力下,从雕刻版上70-150μm的深度处把油墨转移到纸张上。钞票印刷的速度大约在2米/秒,使用塑料滚筒或纸张把剩余的油墨从雕刻版上除去,并且转印油墨层的厚度大约为30-50μm,可通过热空气瞬间固化,或者是在最初的24小时内通过纸张的相互挤压作用进行氧化干燥。
理想的光学变色颜料是包含弯曲产品在内的人造颜料,为了能使其可以一次性转移到基底上(凹版印刷),我们需要一种低粘度的油墨介质。相反地,在凹雕过程中则要寻求高粘度和强亲水特性的粘合系统。
这两种特性很难与天然的光学变色颜料相融合,但是,如果能选择正确的聚合体表面活性剂、稀释剂和催化剂的话就可以得到高性能的凹版光学变色油墨,而且这种油墨现在已经有超过50个国家的企业在使用。例如美国、捷克、俄国、意大利等。
凹印的光学变色油墨与钞票的设计已经能够很好的融合,它不需要额外的印刷途径或压力,并且具有很高的性价比。凹雕光学变色油墨是通过印刷在胶印基底上与光学变色油墨的颜色相匹配,然后在一定的角度下会看到颜色急剧增强的效果。这样,颜色转变图像就能够依靠某个观察角度的变化使一个可视信息完成“出现”或“消失”的转换(图五)。
图五 光学变色油墨的印刷情况
丝网印刷是指由一系列定义的刮墨刀在较低的印刷压力下通过一组丝网来传输低粘性油墨的印刷技术。这种技术是简单可行的,但是在分辨率、速度、油墨的干燥和安全部分有很大的局限性。最近,许多欧洲的钞票印刷选择丝网印刷技术,因为它允许通过光学变色油墨中使用的微干涉滤色片那样极小的颜料来转移图像。低粘性使得每个颜料粒子进行沉积作用时和到达底基时能够实现平行排列状态,并且可以重复使用原来的金属薄片。我们下一步发展目标是得到一种能够满足以下所有要求并具有氧化特性的丝网光学变色油墨:
①与现有工业上的所有高安全印刷基底相兼容。
②很好的支持胶印的预印和凹印的套印。
③完美的展示颜色的转变特征以及前面所定义的干涉片的兼容性。
如今,这种类型的丝网光学变色油墨在工业上已经使用了很多年,并且数亿钞票的流通也已经证明了这个概念的生存能力。上面所说的印刷压力有一个重要的缺点就是速度。因此这个印刷结构从我们的角度来说需要一个新的发展,那就是UV固化的光学变色油墨。
这种具有特殊特征的干涉颜料排除了已经明确阐述过的一种基于自由激发体的油墨。同样被专家了解的是,光引发这个概念使用了UV固化激发渗透所需要的全部系统。一个切实可行的办法是用阳离子系统来表现,它能聚合所有包含UV激发实现的阳离子到达墨膜的表面。这种所谓的二次硬化效果对温度有很强的依赖性。这种油墨系统在保存期限中通常会呈现以下两种规律和特征的优缺点。
优点:
印刷的稳定性没有限制;高反应性;高抵抗性;低挥发性。
缺点:两种系统;在定位上有限制;不能套印。
而另一个选择是所说的水基丝网印刷油墨。迄今为止,它的局限性是不允许把这种系统应用在工业上。其不好的表现主要是在存储上缺乏稳定性,只能通过成组的聚合体和颜料粒子之间的相互作用来实现。这种现象导致油墨粘度有很大的增加,并且存储两个月以上颜色的性能就会有所损失,因此其化学兼容性仍然需要继续研究,我们确信在不久的将来就能解决这些问题。
未来一个重要的选择是:通过光学变色颜料与机械可读材料的相结合来增强光学变色油墨的安全性。光学变色油墨的光变颜料中允许添加荧光、磷光、吸收红外线的颜料。所有这些材料本身没有颜色,因此不会影响光学变色油墨的颜色转变性质。
3.文档的设计
高安全性文档由于加入了新的光学安全特征,其审美和图像设计经历了一个急剧的改变。其最重要的光学安全特征是与光学变色油墨融合技术,并且在印刷设备上可进行印刷,凹版印刷很容易就可以实现这一过程。
这为传统钞票的三色设计打开了一个新的局面。光学变色油墨只是设计的一部分,可以在文档的任何位置印刷光学变色油墨。特别的,当文档倾斜观察时,可以通过选择光学变色印刷中胶印底色颜色来加强与改变颜色的对比。
凹版印刷为光学可变印刷品的设计提供了额外的安全性,这种光学变色图像的耐用性是通过凹版印刷光学变色油墨产生的,并且是显著的,也可以是被证明的。
印品的大小直接影响对这种特征的感知能力和可信性。通过实验证明,在选择图像环境时,是根据背景图像来提供光学安全特征所需要的表面。丝网印刷技术的应用为颜料薄片在墨膜上的定位提供了较好的理论研究,并且对颜色外观和颜色跃进进行了改进。
基于溶剂的油墨氧化干燥系统为底基提供了优先选择,并且在任何的环境中都能够保证套印在凹版上。
UV固化系统在奥地利货币、法郎流通中使用已经被认为在表现图像分辨率的一些局限性上起到显著的改进作用。
理想的应用和设计应该包含光学变色油墨上的颜色,它是在相同的印刷压力下通过胶印预先印好的,并且也可以在丝网印刷上应用基于溶剂氧化的光学变色油墨。在凹版上进行套印可以增强油墨的安全性和颜色外观。瑞士钞票或者瑞士联合银行的票据都清晰地展示了这个概念。
光学可变特征的进一步发展可以通过印刷两种非常接近的光学可变油墨来完成。例如,绿色-品红/绿色-蓝或金色-绿色/品红-绿色。当两种光学可变油墨的颜色相匹配后就可以在某个角度下显示相同的颜色,再加上一个适当的图像就可以在一个动态的方式下展示视觉信息(标识语、命名的数字、封条)。
可以通过对光学变色油墨在丝网印刷上进行压花来获得相似的固体表面,它依靠的是一个凹版印刷机、一组印版或一个薄片传输机运送一个底片图像。举个例子来说,来自瑞士信贷银行和瑞士联合银行供给的银行支票就是通过这个原理实现的。
三、结论
光学变色油墨是基于高性能的干涉滤色片来进行印刷的油墨,这种干涉滤色片是在滚筒涂料设备上制造合成的,如今在工业中大量运用。其高性价比、极好的耐用性、设计和应用上的自由性,这些特征使得其可以通过前面所说的高安全印刷机来实现。
印刷产品是由提供的材料和油墨严格控制的,它与高安全印刷机的联合应用,使得光学变色油墨最终呈现极好的光学安全特征。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注