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一种可用于防伪技术中的光学变色薄膜


发布者:优发官网 日期:2021-02-16 13:05


  在颜色的设计上,可以为名贵色(如金色)、复合色(如紫红色)、纯单色(如饱和绿色),以使防伪颜色明显区别于普通油墨所能印制的颜色,从而提高防伪性能。

  在防伪特征的设计上,以人眼能够明显观测到为准则,即反射色颜色亮度较高,与周围环境有明显的对比度,改变不同观测角度,颜色变化明显。

  用简单的膜系生产成品率高的防伪膜。对于给定光谱反射率的防伪膜,既可以用全介质膜系,也可以用金属介质组合膜设计与制作,区别主要是膜层材料不同。实验证明,全介质膜需要的膜层多,制造工艺复杂,而金属介质组合膜层少,制作相对简单。

  金属反射层的作用是为了加强反射,使变色后颜色效果更明显。一般来说,大多数金属材料都有对光的反射特性,而Al是反射率最高的材料之一,又便于成膜,所以最终选择了Al作为反射层金属材料。Al的厚度对颜色变化没有直接的影响,选择大于85nm以上的膜厚即可实现反射。

  介质层主要决定的是膜系颜色变化,随着介质层厚度的增加,薄膜呈现颜色所对应的波长由短波向长波方向移动。本次实验分别选择了单层的Al2O3或者Al2O3与TiO2两种介质组合的介质层结构。对于单层的Al2O3,通过软件模拟发现,正入射情况下,介质层厚度在65nm以下,人眼分辨不出是否有颜色,厚度在80~130nm时呈现蓝紫色,厚度在130~430nm时,颜色由黄绿色向红色变化。

  半透半反层选用的同样是金属,对于整个膜系来说,其能起到增加颜色饱和度的作用,多选用吸收系数和折射率接近的金属材料,如Cr、Ti、Fe和Pd等,考虑到材料的稳定性,本实验选用Cr,通过软件模拟得出,Cr膜的厚度在4~10nm范围内较好。

  具体膜系设计方案如表1所示,选择不同厚度的金属层、介质层和半透半反层组合,可实现表1所示的颜色变化。

  表1中的方案1~3(通过变化膜系结构中各层的厚度来实现三种不同方案),均采用单层介质薄膜结构,对于自然光(复色光),可以采用干涉方法,使复色光通过某一薄膜层后,复色光中某一波长的光线反射增强。

  由增反膜原理可知,要想得到此结果,介质层的折射率n1、空气的折射率n0和反射层的折射率n2必须满足公式(1)的条件,薄膜的光学厚度必须满足公式(2)的条件。然而,这两个条件实际上很难满足,因为很难得到这样的材料。

  方案4采用了多层高折射介质膜,且可以解决上述问题。由公式(1)可知,要提高膜层材料的折射率n1,需要提高基层材料的折射率n2。多层镀膜就是在基底上先镀一层高折射率的膜,称为H膜,然后再镀一层低折射率的膜,称为L膜,最后镀一层高反射率的膜,称为H膜,如此间隔地镀膜就得到多层复合膜,方案4采用了折射率差异较大的TiO2和Al2O3。

  在前期理论分析与模拟的基础上,实验采用多靶磁控溅射的方式制备变色膜,各功能层均在真空状态下制备,避免了制备一层后在空气中暴露等不利因素。同时,采用厚度控制系统能精确控制薄膜厚度,而厚度是介质层制备时影响成膜效果的关键因素。因此,对于制备满足设计需要的变色薄膜,提高成膜质量非常关键。

  为便于防伪膜的转移,实验选用了不干胶基底材料,在其表面镀防伪变色膜。另外,考虑到实验的可实现性,本实验选用了两种不干胶基底材料:MZ0063(面纸为50mPET、胶黏剂为S333、底纸为80g/m

  白格拉辛),BW0299(面纸为50m透明BOPP、胶黏剂为S692N、底纸为30mPET)。表2为不同观察角度下获得的薄膜变色效果。

  实验结论本文分析模拟了光学变色薄膜的变色理论,即每个确定的膜系都具有特定的反射光谱,并随着入射角的变化而变化,所以,可通过这个理论分别来测量光变薄膜在不同角度下的反射率,从而更加明确地控制光变薄膜颜色变化,大大提高品的防伪作用。另外,在实验中,通过控制成膜条件及各功能层的厚度,制得了金属介质系列光学变色薄膜。对薄膜微观形貌与厚度进行表征,结果表明:以Al-Al2O3-Cr为组成结构,薄膜的颜色会发生从绿色到紫色的变化,以Al-TiO2-Al2O3-Cr为组成结构,薄膜的颜色会发生从紫红色到金色的变化,实验结果与理论变色结论一致。薄膜厚度与均匀性的控制往往是影响变色效果的关键因素,若厚度控制不精确,则达不到需要的变色效果;均匀性控制不好,则会使颜色变化不一致。区别于传统的在普通玻璃片和PET、BOPP薄膜上镀制防伪变色薄膜,选用不干胶基底的薄膜(表面材料为PET或BOPP)镀制防伪变色薄膜,可便于完成变色薄膜的转移,如应用于烟、酒包装的局部防伪,或是作为包装产品的基底承印材料。今后,可在该防伪变色薄膜上镀制不同的变色图案,有望实现更高级别的防伪。

  以上内容节选自科印传媒《标签技术》2014年第8期,更多期刊内容请关注期刊频道。


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