ТАЙНОПИСЬ И МНОГОКРАТНОЕ ПОЗИТИВНО-НЕГАТИВНОЕ СЧИТЫВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ НА БЕСЦВЕТНЫХ ПРОЗРАЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНКАХ Российский патент 2013 года по МПК B41M5/00 G11B11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нескольким областям физики полимеров, полиграфии и защитных технологий, предназначенных для защиты от подделки упаковки и иных изделий, включающих пластиковые структуры с оптическими защитными признаками. Тайнопись может применяться для маркировки полимерных ярлыков или многослойных этикеток, размещаемых на упаковке с целями рекламы и повышения привлекательности товаров за счет вовлечения покупателя в процесс проверки подлинности товара или получения дополнительных сведений о сроках или условиях его хранения.

Уровень техники

Известны технические решения защиты пластиковых документов путем изготовления их в виде многослойных тонкопленочных структур, в которых запись идентифицирующих изображений и текста производится в разных слоях и на разных поверхностях полимерных слоев. При этом добиваются проявления специфических оптических эффектов при рассматривании изображений и текста под различными углами наблюдения и различных углах освещения. Например, в заявке US 2005/0035590 A1, МПК B41M 5/24, опубл. 17.02.2005, предложен способ тайнописи и идентификации документа, выполненного из многослойного полимерного материала, на различных поверхностях которого нанесены различные изображения. Изображения наносят на поверхности отдельных слоев до формирования многослойной структуры известными полиграфическими методами. Такой способ тайнописи не удобен, а во многих случаях и не применим, т.к. часто требуется проведение индивидуальной маркировки каждого изделия или проведение его персонализации после изготовления. По известному способу нанесение изображений на поверхности слоев невозможно проводить в процессе одного цикла печати, и невозможно осуществить персонализацию готового экземпляра.

Известен способ записи информации на полимерах путем теплового воздействия на окрашенный полимер, в котором в качестве полимера используют окрашенный текстильный материал на основе природных или синтетических полимеров, содержащий микрокапсулы с оболочкой из специально подобранного полимера. Внутри микрокапсул помещают «плохой» неполярный растворитель, вещество - цветообразователь и кислотный проявитель цвета. Нагревание материала с микрокапсулами приводит к растворению цветообразователя и проявителя в растворителе с получением интенсивно окрашенного вещества в микрокапсулах. Тепловое воздействие на такой полимер позволяет записывать информацию на текстильном материале (Андриевский А. «Живые» ткани в России, Текстиль 1 (3), 2003 г.). Запись информации производится не тайно и считывается визуально под любым углом зрения в позитивном или негативном варианте без инверсии тонов.

Известен также способ записи информации путем теплового воздействия на окрашенный полимер, согласно которому в качестве полимера используют полимерное изделие вытянутой формы, изготовленное из пластифицированного или непластифицированного, аморфного или аморфно-кристаллического полимера, который подвергают вытяжке в адсорбционно-активной среде ряда спиртов при температуре ниже температуры стеклования полимера, с последующей обработкой водным или спиртовым раствором нетермохромного красителя, выбранного из группы, включающей Родамин 6Ж, метиловый зеленый и метиленовый голубой, при температуре ниже температуры стеклования полимера, сушкой при температуре ниже температуры стеклования полимера и локальной термообработкой полимера при температуре не ниже температуры стеклования полимера. При этом в качестве полимера вытянутой формы могут быть использованы полимерные пленки, волокна, ленты, трубки, стержни. Данный способ основан на явлении крейзинга полимеров вытянутой формы при их вытяжке в специально подобранной адсорбционно-активной среде, приводящего к образованию в полимере открытой микропористой структуры, заполненной красителем (патент РФ 2385370, МПК D06P 5/20, опубл. 27.03.2010, - прототип).

Недостаток известного способа - сложность и повышенная материалоемкость технологии, отсутствие указаний на потенциальную возможность осуществления тайнописи на бесцветных полимерных пленках, а также использования способа записи информации для зашиты от подделки полиграфической продукции, пленочной упаковки и элементов гибкой тары, изготовленных из прозрачных термопластичных полимерных материалов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ скрытой записи информации на прозрачной пленке и считывания ее при наблюдении под различными углами или на просвет (способ тайнописи и идентификации маркировки) путем нанесения информационных символов и изображений на поверхность пленки локальным тепловым воздействием, например карбонизацией и/или гравированием с помощью лазерного луча. При этом в поверхностных слоях пленки толщиной 1-40 мкм, образуется два растрированных изображения, расположенных таким образом, что при наблюдении изображений под различными углами или на просвет наблюдаемое суммарное изображение плавно меняется от позитивного к негативному или наоборот, при этом первое и второе растрированные изображения выполнены прозрачными, и/или полупрозрачными, и/или светоотражающими, и/или люминесцирующими, и/или рельефными. Изобретение позволяет проводить индивидуальное маркирование защищаемого документа в едином цикле путем создания изменяемых в процессе наблюдения изображений в полимерной пленке. Известный способ тайнописи и идентификации маркировки - неразрывно связанная единым замыслом, положительным эффектом и технической реализацией совокупность операций, осуществляемых с материальным объектом (полимерной пленкой) для решения технической задачи - защиты полимерного изделия от подделки путем тайнописи локальным тепловым воздействием (патент РФ 2386544, МПК B42D 15/10, G02B 27/60, опублик. 20.04.2010).

Недостаток известного способа - сложность технологии, первоначальная частичная видимость символов, нанесенных на пленку карбонизацией или гравировкой, отсутствие указаний на потенциальную возможность осуществления тайнописи на однослойных полимерных пленках и использования способа для защиты от подделки пленочной упаковки и элементов гибкой тары.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение способа, получение невидимых невооруженным глазом изображений информационных символов до проведения деформации растяжения пленки и возможность использования способа для защиты от копирования и подделки пленочной упаковки и гибкой тары, изготовленной из термопластичных полимерных материалов.

Сущность изобретения

Поставленная техническая задача решается тем, что тайнопись на бесцветной прозрачной полимерной пленке и многократное позитивно-негативное считывание информации путем нанесения информационных символов на пленку с помощью локального теплового воздействия и наблюдения под различными углами или на просвет согласно изобретению осуществляется за счет использования в качестве полимерной пленки одноосно ориентированной жесткоэластической полиолефиновой пленки, локального теплового воздействия под давлением с последующей деформацией эластичного растяжения вдоль оси ориентации.

В качестве полимерной пленки одноосно ориентированной жесткоэластической полиолефиновой пленки используется жесткоэластическая пленка изотактического полипропилена, полученная экструзией расплава с ускоренной фильерной вытяжкой и охлаждением на термостатированном стальном цилиндре при температуре 80÷11°C, которая подвергается отжигу при 130÷60°C с фиксированными размерами в течение 7÷42 часов. Локальное тепловое воздействие осуществляется нагретым плоским штампом или штампом, имеющим форму информационного символа, с одной или двух сторон под давлением 200÷700 кПа при температуре 140÷480°C. Следующая за локальным тепловым воздействием деформация первого эластичного растяжения вдоль оси ориентации осуществляется сразу после теплового воздействия под давлением или при отсроченном считывании информации. Следующая за локальным тепловым воздействием деформация первого эластичного растяжения вдоль оси ориентации может осуществляться локально, т.е. в месте теплового воздействия или полностью, однократно или многократно без потери эффекта позитивно-негативного считывания информации при последующем хранении и эксплуатации изделия.

Предлагаемый способ тайнописи и многократного позитивно-негативного считывания информации - неразрывно связанная единым замыслом, положительным эффектом и технической реализацией совокупность операций, осуществляемых с материальным объектом (полимерной пленкой) для решения технической задачи - защиты полимерного изделия или упаковки от подделки путем локального теплового воздействия и последующей деформации растяжения пленки, из которой изготавливают защитные элементы упаковки (этикетку, марку, ярлык). Отделить способ тайнописи от способа многократного позитивно-негативного считывания информации в самостоятельные технические решения невозможно, т.к. последняя операция тайнописи - деформация эластичного растяжения вдоль оси ориентации в месте теплового воздействия - совпадает с приемом считывания информации. Считаем, что в заявке соблюдается принцип единства технического решения.

Изобретение иллюстрируется фотографиями прозрачной полимерной пленки с выявленной (считываемой) в позитивно-негативном варианте записью графической информации и примерами осуществления способа тайнописи.

Фиг.1 - фотография прозрачной полимерной пленки на темном фоне с записанной и выявленной графической информацией в форме отдельной полосы. 1 - выявление графической информации в позитивном варианте; 2 - выявление графической информации в негативном варианте.

Фиг.2 - фотография прозрачной полимерной пленки на темном фоне с записанной и выявленной графической информацией в форме сложного орнамента. 3 - пленка с тайнописью в нерастянутом состоянии; 4 - выявление в позитивном варианте графической информации при растяжении пленки; 5 - выявление в негативном варианте графической информации при растяжении пленки.

Фиг.3 - схема многослойного ярлыка полимерной упаковки, защищенной от фальсификации, с применением жесткоэластических пленок, многократно выявляющих записанную тайнописью защитную информацию. 6 - ярлык в исходном состоянии; 7 - ярлык с деформированной на 15% пленкой; 7 - ярлык с деформированной на 30% пленкой; 8 - ярлык с предельно растянутой пленкой.

Сведения, подтверждающие реализуемость изобретения

Предложение иллюстрируется примерами осуществления способа, а также результатами оптико-механических испытаний образцов прозрачной полимерной пленки. Для тепловой обработки использовали стенд моделирования режимов сварки полимеров RDM TEST EQUIPMENT.

Режимы термообработки пленок и результаты многократного позитивно-негативного считывания информационных символов, нанесенных тайнописью, представлены в следующих таблицах 1-4:

Качество полученных образцов пленки жесткоэластического полипропилена с тайнописью оценивали визуально по следующей семибалльной шкале:

1 балл - интервал малой прозрачности (модифицированный участок) до растяжения не виден, а при растяжении виден неявно и сохраняется на пленке при н.у. недолгое время (менее 30 суток);

2 балла - модифицированный участок до растяжения не виден, а при растяжении виден неявно, но сохраняется долго (неопределенное время*);

3 балла - модифицированный участок до растяжения не виден, а при растяжении виден явно;

4 балла - модифицированный участок до растяжения не виден, а при растяжении виден хорошо;

5 баллов - модифицированный участок до растяжения не виден, а при растяжении виден очень хорошо, пленка в месте модификации при растяжении белеет более равномерно;

6 баллов - на материале по краям модифицированного участка образуются отверстия, либо в местах модификации структуры пленки образуются белесые точки, модифицированный участок немного заметен до растяжения из-за наличия дефектов: небольшая деформация материала по краям среза и слегка заметное побеление материала. При растяжении размеры отверстий увеличиваются, для разрыва материала, в местах появления отверстий, необходимо приложить усилие, соизмеримое с прочностью пленки до модификации;

7 баллов - на материале по краям модифицированного участка образуются отверстия, и в месте модификации образуются белесые точки, модифицированный участок и белые точки заметны до растяжения, при растяжении происходит разрушение образца (разрыв). Иногда разрушение происходит до начала стадии побеления материала по краям от модифицированного участка. При растяжении пленки размеры отверстий быстро увеличиваются. Разрыв материала происходит в местах появления отверстий при деформации около 10%. Для разрыва пленки необходимо небольшое усилие, в несколько раз меньшее предела прочности немодифицированной пленки.

По данной классификации оптимальное качество тепловой модификации с целью осуществления тайнописи соответствует 5 баллам.

Образцы, которые были растянуты сразу после ожога, при последующих растяжениях проявляют белый цвет нанесенных тепловым воздействием символов более интенсивно, чем те, которые были растянуты по истечении 10 минут и более. При этом если образец растягивать сразу после осуществления тепловых операций тайнописи (спустя 2-3 мин, чтобы пленка успела остыть), то для растяжения потребуется существенно меньшее усилие, чем если его растягивать через 10-15 мин и более.

Пример 1. Осуществляют тайнопись и многократное позитивно-негативное считывание информации путем нанесения информационных символов на бесцветную прозрачную полипропиленовую пленку путем локального теплового воздействия и наблюдения под различными углами и на просвет. В качестве полимерной пленки используют одноосно ориентированную жесткоэластическую полипропиленовую пленку, полученную экструзией расплава полипропилена с ускоренной фильерной вытяжкой и охлаждением на термостатированном стальном цилиндре при температуре 90°C, которая подвергается отжигу при 150°C с фиксированными размерами в течение 10 часов. Локальное тепловое воздействие осуществляли нагретым плоским штампом с двух сторон под давлением 450 кПа при температуре 160°C. После локального теплового воздействия под давлением образцы пленки подвергали последующей деформации эластичного растяжения на 30% вдоль оси ориентации пленки полипропилена. Качество полученных образцов пленки жесткоэластического полипропилена с тайнописью соответствовало пяти баллам по семибалльной шкале.

Пример 2. Осуществляют тайнопись и многократное позитивно-негативное считывание информации по примеру 1, но температура нагретого плоского штампа - 140°C, время - 2 с, давление - 414 кПа (60 psi). Качество полученных образцов пленки жесткоэластического полипропилена с тайнописью соответствовало пяти баллам по семибалльной шкале.

Пример 3. Осуществляют тайнопись и многократное позитивно-негативное считывание информации по примеру 1, но температура нагретого плоского штампа - 160°C, время - 1 с, давление - 414 кПа (60 psi). Качество полученных образцов пленки жесткоэластического полипропилена с тайнописью соответствовало пяти баллам по семибалльной шкале.

Пример 4. Осуществляют тайнопись и многократное позитивно-негативное считывание информации по примеру 1, но температура нагретого плоского штампа - 170°C, время - 1 с, давление - 345 кПа (50 psi). Качество полученных образцов пленки жесткоэластического полипропилена с тайнописью соответствовало пяти баллам по семибалльной шкале.

Пример 5. Осуществляют тайнопись и многократное позитивно-негативное считывание информации по примеру 1, но температура нагретого плоского штампа - 150°C, время - 1 с, давление - 483 кПа (70 psi). Качество полученных образцов пленки жесткоэластического полипропилена, с тайнописью соответствовало пяти баллам по семибалльной шкале. Полученная тайнописью пленка с информацией сохраняется в неизменном виде более 4 месяцев.

Пример 6. Осуществляют тайнопись и многократное позитивно-негативное считывание информации по примеру 1, но температура горячего инструмента - 140-170°C, разность температур между нагревательными элементами - 50-150°C, давление - 200-500 кПа и время выдержки под давлением - 1-5 с. Получали образцы пленки с орнаментом «зебра» (Фиг.2), проявляющимся при растяжении пленки. Полученная тайнописью пленка с информацией сохраняется в неизменном виде более 2 месяцев.

Тайнопись на бесцветной прозрачной полимерной пленке и многократное позитивно-негативное считывание информации путем нанесения информационных символов на пленку с помощью локального теплового воздействия и наблюдения под различными углами или на просвет осуществляются за счет использования в качестве полимерной пленки одноосно ориентированной жесткоэластической полиолефиновой пленки, локального теплового воздействия под давлением с последующей деформацией эластичного растяжения вдоль оси ориентации. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Тайнопись на бесцветной прозрачной полимерной пленке и многократное позитивно-негативное считывание информации путем нанесения информационных символов на пленку с помощью локального теплового воздействия и наблюдения под различными углами или на просвет, отличающиеся тем, что осуществляются за счет использования в качестве полимерной пленки одноосно ориентированной жесткоэластической полиолефиновой пленки, локального теплового воздействия под давлением с последующей деформацией эластичного растяжения вдоль оси ориентации.

2. Тайнопись по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полимерной одноосно ориентированной жесткоэластической полиолефиновой пленки используется жесткоэластическая пленка изотактического полипропилена, полученная экструзией расплава с 4÷7-кратной фильерной вытяжкой и охлаждением на термостатированном стальном цилиндре при температуре 80÷110°C, которая подвергается отжигу при 130÷160°C с фиксированными размерами в течение 7÷12 часов.

3. Тайнопись по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что локальное тепловое воздействие осуществляется нагретым плоским штампом или штампом, имеющим форму информационного символа, с одной или двух сторон под давлением 200÷700 кПа при температуре 140÷180°C, а следующая за локальным тепловым воздействием деформация первого эластичного растяжения вдоль оси ориентации осуществляется сразу после теплового воздействия под давлением.