ES2250968T3 - Hoja de materia polimera amorfa que comprende particulas delgadas de interferencia de multiples capas. - Google Patents

Abstract

UNA LAMINA POLIMERICA (11) QUE CONSTA DE UNA PRIMERA CAPA DE MATERIAL POLIMERICO QUE TIENE UNA PRIMERA (12) Y SEGUNDA (13) SUPERFICIE PARALELA, UNA PLURALIDAD DE VIRUTAS DE PELICULA FINA DE INTERFERENCIA MULTICAPAS (16) DISPUESTAS EN LA PRIMERA CAPA DE MATERIAL POLIMERICO, TENIENDO DICHAS VIRUTAS SUPERFICIES PARALELAS PRIMERAS (17) Y SEGUNDAS (18) Y UNA ANCHURA Y GROSOR CON UN INDICE DE ASPECTO DE LA MENOS 2:1 PARA LA ANCHURA CON RESPECTO AL GROSOR, ESTANDO DICHAS VIRUTAS ORIENTADAS DE MANERA QUE YACEN EN PLANOS CON LAS PRIMERAS Y SEGUNDAS SUPERFICIES PARALELAS DE LOS MISMOS SUSTANCIALMENTE PARALELAS A LAS PRIMERAS Y SEGUNDAS SUPERFICIES PARALELAS DE LA PRIMERA CAPA DE MATERIAL POLIMERICO

Description

Hoja de materia polímera amorfa que comprende partículas delgadas de interferencia de mútiples capas.

La presente invención se relaciona con una película delgada de interferencia de varias capas de hoja polimérica que tiene escamas orientadas dispuestas en la misma, un producto que utiliza un mismo y único método.

En la Patente Nº 5.135.812, se describen varios tipos de escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas ópticamente variables y la forma en que dichas escamas se pueden incorporar en tintas y pinturas. Hay una necesidad de encontrar más usos para dichas escamas a fin de ampliar su aplicación, como por ejemplo, para encapsular las mismas en plástico y en particular con hojas de plástico extruido o coextruido.

En general, un objetivo de la presente invención es proporcionar una hoja de plástico que ha sido extruida y tiene escamas orientadas de película delgada de interferencia de múltiples capas en la misma, un producto que usa un mismo y único método.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado que se puede extruir.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado en la que las escamas están orientadas biaxialmente.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado en la que las escamas son ópticamente variables.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado que se puede fabricar en una línea de coextrusión convencional.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado que se puede aplicar sobre una malla de plástico que sirve de malla de substrato con una adherencia débil entre la hoja de plástico y el tejido de plástico.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado que tiene un substrato de plástico que puede ser blanco o de color.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado en la que se pueden proporcionar escamas en una de las capas o más.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo anterior en la que las escamas en las diferentes capas tienen colores diferentes.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado en la que las escamas son ópticamente variables con un desplazamiento cromático en una capa que es diferente del desplazamiento cromático en otra capa.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado en la que se pueden añadir colorantes adicionales a las escamas ópticamente variables para modificar el desplazamiento óptico o modificar los colores producidos.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado que se puede incorporar fácilmente en otros productos.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado que se puede cortar en tiras estrechas e incorporar como filamentos a ser utilizados en documentos de valor como, por ejemplo, los billetes de banco.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado en la que se pueden proporcionar cantidades de escamas relativamente bajas en la hoja y seguir alcanzando al mismo tiempo los efectos ópticos deseados.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una hoja de plástico del tipo mencionado que tiene superficies exteriores lisas.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un método para hacer la hoja de plástico del tipo mencionado en la que se utiliza un flujo mecánico para inducir la orientación de flujo laminar de las escamas de pigmentos en el producto óptico de película.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un método del tipo mencionado que estabiliza las características cromáticas de las escamas en la hoja de plástico.

Otros objetivos y características de la invención aparecerán a partir de la siguiente descripción en la que se indican detalladamente las realizaciones preferidas en conjunción con los dibujos adjuntos.

Por consiguiente, la presente invención proporciona una hoja polimérica que se detalla en la Reivindicación 1.

La Figura 1 es una vista isométrica parcialmente en sección transversal de una hoja polimérica con escamas orientadas de película delgada de interferencia de múltiples capas en la misma que incorpora la presente invención.

La Figura 2 es una vista transversal de una hoja polimérica coextruida que incorpora la presente invención incluida en un substrato de plástico.

La Figura 3 es una vista transversal de una hoja polimérica coextruida que incorpora la presente invención, que tiene escamas en capas en los lados opuestos de un substrato de plástico.

La Figura 4 es una vista transversal de una hoja polimérica que tiene un substrato con escamas en la misma que incorpora la presente invención con capas de plástico dispuestas a cada lado que pueden ser incoloras o estar teñidas de un color.

La Figura 5 es una vista transversal de una hoja polimérica que tiene una base polimérica gruesa incolora sobre la que hay una capa fina de material polimérico que contiene escamas ópticamente variables más materiales adicionales como tintes, pigmentos, escamas de aluminio, etc., con un barniz incoloro.

La Figura 6 es una vista en planta de un billete de banco que tiene un filamento intercalado en él hecho de hoja polimérica que incorpora la presente invención visible en un lado del billete de banco.

La Figura 7 es una vista transversal tomada a lo largo de la línea 6-6 de la Figura 5.

La Figura 8 es una vista similar a la Figura 6, pero que muestra la forma en que el filamento se intercala en el billete de banco para que sea visible en ambos lados del billete de banco.

La Figura 9 es una vista isométrica parcialmente en sección transversal de un documento de valor que incorpora una hoja polimérica de la presente invención.

En general, la hoja polimérica de la presente invención consta de una capa de material polimérico que tiene superficies paralelas primera y segunda. Una pluralidad de escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas se dispone en la capa de material polimérico. Las escamas tienen superficies primera y segunda paralelas espaciadas y tienen un ancho y un grosor con una relación entre dimensiones de al menos 2:1 correspondiente al ancho con respecto al grosor. Las escamas se ubican en planos siendo las superficies primera y segunda de las escamas sustancialmente paralelas a las superficies primera y segunda de la capa de material polimérico.

Más específicamente como se muestra en la Figura 1 de los dibujos, la hoja de plástico o de polímero 11 que tiene superficies paralelas espaciadas planas superior e inferior 12 y 13. La hoja polimérica 11 se puede formar por extrusión. Además, como se describe más adelante, se puede formar mediante coextrusión de películas en las que la hoja 11 forma una de las capas de la película coextruida.

La película que forma la hoja 11 debería tener un grosor de al menos dos veces el grosor de las escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas que normalmente tienen un grosor de aproximadamente 1 \mum de forma que la hoja 11 debería tener un grosor de aproximadamente el doble del grosor de las escamas o, en otras palabras, 2 \mum si las escamas tienen un grosor de 1 \mum.

En relación con la presente invención, se pueden usar varios tipos de polímeros, por ejemplo, con un polímero acuoso se puede usar alcohol polivinílico, acetato de polivinilo, polivinilpirrolidona, polietoxietileno, polimetoxietileno, ácido poliacrílico, poliacrilamida, polioxietileno, anhídrido polimaleico, hidroxietilcelulosa, acetato de celulosa y polisacáridos como goma arábiga y pectina. Si se va a utilizar una base de disolvente orgánico, prácticamente se puede usar cualquier sistema polimérico que sea disoluble. Este puede incluir los polímeros enumerados en los ejemplos acuosos anteriores pero también incluirá los polímeros adicionales de poliaectales, como, por ejemplo, polivinilbutiral, haluros de polivinilo como cloruro de polivinilo y cloruro de polivinileno, polidienos como polibutadieno, polialquenos como polietileno, poliacrilatos como acrilato polimetílico, polimetacrilatos como metacrilato polimetílico, policarbonatos como oxihexametileno de polioxicarbonilo, poliésteres como tereftalato de polietileno, poliuretanos, polisiloxanos, polisulfuros, polisulfonas, polivinilnitrilos, poliacrilonitrilos, poliestireno, polifenilenos como poli (2,5 dihidroxi-1, 4-fenilenoetileno), poliamidas, cauchos naturales, resinas de formaldehído y otros polímeros enumerados en Polymer Handbook (Second Edition), J. Brandrup, E.H. Emmergut, eds., John Wiley and Sons, NY, 1975 (páginas IV-242).

Una pluralidad de escamas o laminillas de película delgada de interferencia de múltiples capas 16 se dispone en la hoja 11 entre las superficies superior e inferior 12 y 13. Las escamas 16 tienen superficies paralelas superior e inferior 17 y 18 y tienen una dimensión o anchura máxima a lo largo de las superficies 17 y 18 y un grosor medido en dirección perpendicular a las superficies 17 y 18 por lo que las escamas tienen una relación entre dimensiones de al menos 2:1 con respecto a la anchura frente al grosor. Las escamas pueden ser de un único color o pueden ser ópticamente variables. Pueden fabricarse de acuerdo con la enseñanza de la Patente Nº 5.135.812. Los pigmentos ópticamente variables se pueden producir mediante todas las capas dieléctricas de película fina o capas dieléctricas metálicas que se describen en la Patente Nº 5.135.812.

El revestimiento de película fina de interferencia de múltiples capas dieléctricas metálicas que forma las escamas ópticamente variables puede ser en forma de una capa metálica opaca que tiene superficies primera y segunda con una capa dieléctrica de un bajo índice de refracción a cada lado de las superficies primera y segunda y una capa absorbente fina que tiene una ratio n/k de unidad próxima donde n es el índice de refracción y k es la constante de absorción. El material de bajo índice puede ser fluoruro de magnesio mientras que la capa absorbida puede ser cromo. La capa metálica gruesa sustancialmente opaca puede estar formada de aluminio.

Las escamas de pigmentos 16 que han de introducirse en la hoja polimérica a ser fabricada se pueden introducir en polímero seco y mezclarse con él inmediatamente antes de introducirse en sistema de alimentación de tolva de extrusión. La cantidad de escamas de pigmentos que se pueden añadir en la proporción deseada puede oscilar desde más del 30% a menos del 0,1% del peso con respecto al polímero. Con las escamas de pigmentos mezcladas con él, el polímero se calienta hasta fundirse totalmente. El polímero fundido con las escamas de pigmentos se pasa por una boquilla que se extruye sobre un tambor de fundición refrigerado para que el polímero fundido se enfríe rápidamente y se convierta en una película amorfa. Comúnmente el polímero fundido se enfría desde la temperatura de fusión de aproximadamente 275ºC hasta por debajo de 120ºC en 20 segundos.

Después, se lleva a cabo un estirado hacia delante para la orientación uniaxial del polímero calentando la película hasta alcanzar su temperatura de estirado, por encima de 90ºC y estirándola entre dos series de rodillos de presión, yendo la segunda serie más rápida que la primera serie para causar estiramiento en una dirección de la película a fin de hacer que las cadenas moleculares de la película se alineen en la dirección del estirado, lo que a su vez causa la orientación uniaxial de la película. Una vez que la película se ha orientado uniaxialmente, se somete a un estirado lateral para crear orientación biaxial u orientación en una dirección perpendicular a una orientación uniaxial. El estirado lateral se lleva a cabo en una máquina Stentor convencional (no se muestra) que precalienta la película hasta 80-90ºC y hace el estirado a una temperatura que oscila entre 100 y 120ºC sujetando los bordes de la película cuando está siendo estirada hacia delante en la máquina Stentor. Una vez finalizado el estirado lateral, la película orientada biaxialmente se pasa por un horno de cristalización convencional (no se muestra) que tiene una temperatura que oscila entre 200 y 300ºC para hacer, en primer lugar, que la película llegue a ser más cristalina agrupándose las cadenas moleculares en distribuciones regulares que proporcionan un aumento de densidad, para hacer, en segundo lugar, que las regiones amorfas se relajen y sirvan de zonas para eliminar tensiones y para hacer, en tercer lugar, que las zonas cristalinas lleguen a estar desorientadas fuera de la superficie plana de la película. Estos cambios generan propiedades identificables de la película. La relajación de las tensiones más la cristalización proporcionan una película muy estable dimensionalmente.

Se ha observado en relación con la presente invención que la orientación biaxial de la película tiene ventajas adicionales con respecto a la orientación de las escamas de pigmentos 16 en la película. Se ha observado que cuando la película pasa por el estirado de sentido directo, las escamas de pigmentos que tienen sus superficies primera y segunda 17 y 18 dispuestas perpendicularmente a la dirección del estirado se harán volcar de forma que sus superficies primera y segunda 17 y 18 se sitúan en planos que son paralelos a las superficies primera y segunda de la película 11. Asimismo, cuando la película está sujeta al estirado lateral, las escamas de pigmentos 16 que tienen sus superficies ubicadas en direcciones que son perpendiculares a la dirección del estirado lateral serán volcadas de forma que sus superficies primera y segunda 17 y 18 se sitúan en planos que son paralelos a las superficies primera y segunda de la película 11.

Los resultados de esta orientación biaxial de la película 11 se muestran en la Figura 1 en la que como se indica en sección transversal en el transverso de la película 11 de la Figura 1, las escamas de pigmentos 16 se sitúan en planos paralelos a las superficies 12 y 13 de la película. Asimismo, al mirar el elemento longitudinal transversal de la película que también se muestra en la Figura 1, la escamas 16 también se encuentran en planos paralelos a las superficies 12 y 13 de la película.

Se ha observado que es muy importante que este movimiento mecánico durante la orientación biaxial de la película cause la alineación adecuada de las escamas de pigmentos en la película que se describió previamente para que las escamas estén dispuestas bajo las superficies de la película a fin de proporcionar a la película superficies primera y segunda lisas 12 y 13. Este movimiento mecánico durante la orientación biaxial es también conveniente porque el polímero fundido sigue siendo viscoso de forma que las escamas tienen dificultad en asentarse dentro de la masa viscosa durante la formación de la película sin el uso del estiramiento mecánico descrito previamente. También se ha observado que cuanto más delgada es la película producida, mayor es la probabilidad de que todas o sustancialmente todas las escamas 16 sean orientadas adecuadamente. A modo de ejemplo, una película 11 puede tener un grosor de 2-5 \mum y las escamas de pigmentos pueden tener un grosor de 1-2 \mum.

Una vez que la película 11 se pasa por el horno de cristalización se puede enfriar y, después, cortar en tiras convenientes recortando los bordes y ajustándolas a las anchuras adecuadas, como por ejemplo anchuras de 1-3 milímetros. Los usos de la película indicados en la Figura 1 se describirán más adelante en conjunción con las realizaciones adicionales de la invención descritas en el presente.

Cuando se desea proporcionar un soporte adicional para la hoja polimérica 11, se puede suministrar un substrato o capa de substrato 21 para formar una estructura compuesta 22 que se muestra en la Figura 2. Este substrato o capa de substrato 21 tiene superficies paralelas separadas superior e inferior 26 y 27. Este substrato o capa primaria 21 se puede formar a partir de cualquier material polimérico peliculígeno sintético. Entre los materiales poliméricos apropiados se incluyen los materiales termoplásticos.

Esta capa de substrato o capa primaria 21 se puede orientar biaxialmente de la misma forma que la película 11 para causar estiramiento biaxial secuencial estirando primero en sentido directo y después en dirección lateral.

Debe tenerse en cuenta en conjunción con la presente invención que la orientación biaxial simultánea puede efectuarse extruyendo un tubo polimérico termoplástico que posteriormente se enfría, recalienta y, después, se expande mediante presión gaseosa interna para inducir orientación transversal en un sentido y causar orientación axial en el sentido opuesto. Esto se puede lograr retirando el tubo polimérico a un ritmo que inducirá la orientación longitudinal en ángulos rectos hacia el primer sentido de orientación causada por la expansión gaseosa.

También debe tenerse en cuenta que en conjunción con la presente invención tanto la capa secundaria 11 como la capa primaria 21 se pueden formar sustancialmente de forma simultánea mediante la coextrusión simultánea de las respectivas capas peliculígenas a través de los orificios independientes de una boquilla de orificios múltiples y uniendo después las capas todavía fundidas, o preferentemente mediante un único canal de coextrusión en el que las corrientes fundidas de los respectivos polímeros se unen primero en un canal que conduce a un colector de boquillas y después se extruyen conjuntamente a partir del orificio de boquilla en condiciones de flujo laminar sin entremezclarse para producir una hoja compuesta. Después, la hoja coextruida se puede estirar para efectuar la orientación molecular en sentido directo de ambas capas simultáneamente y, a continuación, se puede estirar lateralmente para producir la orientación biaxial de ambas capas y, después, inducir la cristalización parcial de la capa secundaria 11. En dichos casos puede preferirse termofijar bajo restricción dimensional a una temperatura superior a la temperatura de fusión cristalina del polímero de la capa segundaria y hacer que la película se enfríe para garantizar que el polímero de la capa secundaria permanece esencialmente amorfo. La termofijación de una película polimérica que comprende una capa primaria de poliéster y una capa secundaria de poliéster frío comúnmente se lleva a cabo a una temperatura que oscila entre 200 y 250ºC. Al proporcionar una segunda capa amorfa 11, el vaciado en torno a las escamas de pigmentos durante la orientación se elimina sustancialmente o por lo menos se reduce significativamente para proporcionar propiedades ópticas mejoradas para la película. Por tanto, como se muestra en la Figura 2, la capa secundaria 11 que contiene las escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas se proporciona en una superficie, como por ejemplo, en la superficie superior o primera 26 del substrato 21. Al utilizar dicha distribución de dos capas se puede proporcionar una capa 21 que es relativamente gruesa y una capa 11 que es muy fina, conteniendo esta capa fina o secundaria las escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas para hacer buen uso de las escamas ya que son el componente caro de la capa. Por tanto, es posible obtener saturación de color sustancialmente total teniendo dos o tres capas de escamas esparcidas al azar para proporcionar (realmente) un revestimiento continuo con una capa muy fina, por lo que se utiliza una pequeña cantidad de material a la vez que se sigue proporcionando la saturación de color deseada.

El movimiento de las escamas o laminillas 16 de forma que se sitúen en sus lados más amplios se logra mediante tres efectos. En la película colada con disolvente, las fuerzas gravitatorias tienen un gran impacto en hacer que las escamas 16 se asienten en sus lados amplios. Este asentamiento se ve aumentado por la tensión superficial que se crea durante el secado de la película colada que es similar al estiramiento biaxial descrito previamente. Con el efecto de la tensión superficial, cuando el polímero se seca y el disolvente se evapora, el polímero tiende a contraerse y aplanar las escamas. En la dirección del flujo durante el proceso de fundición, el flujo tenderá a orientar las escamas en dirección del flujo y permitirá a la vez que las escamas se asienten con la fuerza de la gravedad de forma que estén planas. Si el polímero es un material de termoimpregnación, entonces los esfuerzos cortantes presentes en la boquilla de ranura de revestimiento también hacen que las escamas estén planas. Por tanto, se puede observar que las escamas están orientadas prácticamente de la misma forma que durante el estiramiento biaxial de una película extruida.

En la realización de la invención que se muestra en la Figura 3, una de las capas 11 también se proporciona en la segunda superficie 27 para que se pueda conseguir el mismo efecto cromático o uno diferente en el otro lado del substrato 21. Las escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas 16 de la presente invención se pueden utilizar para proporcionar un pigmento de un único color o uno que es ópticamente variable. Por tanto, las dos capas diferentes 11 de los lados opuestos del substrato pueden tener diferentes colores o pueden tener características ópticamente variables diferentes o las mismas. Para aumentar la percepción del color, el substrato 21 se puede proporcionar con un tinte negro o, alternativamente, puede ser de colores para lograr efectos cromáticos diferentes. También puede ser blanco.

En la Figura 4 se muestra una estructura compuesta 32 en la que la capa central 11 es la capa que lleva las escamas y las capas exteriores 21 son incoloras o están teñidas de un color para proporcionar efectos cromáticos idénticos o diferentes en los lados opuestos de la capa 11.

Las estructuras compuestas que se muestran en las Figuras 3 y 4 se pueden coextruir de la forma descrita previamente. Debería tenerse en cuenta que, si se desea, se pueden proporcionar capas adicionales que también pueden ser coextruidas simultáneamente y estiradas biaxialmente de la forma descrita previamente.

Un compuesto de hoja polimérica que incorpora la presente invención puede tener un grosor que oscila entre 12 y 500 \mum, 3 y 175 \mum y preferentemente entre 3 y 30 \mum. A modo de ejemplo, las capas secundarias 11 pueden constituir entre el 1 y 50% y comúnmente entre el 1 y 20% del grosor total del compuesto. Las capas secundarias 11 preferentemente tienen un grosor de hasta 20 \mum y más preferentemente entre 0,5 y 10 \mum.

Las escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas adecuadas para el uso como pigmentos en la capa 11 comprenden revestimientos ópticos de múltiples capas, comúnmente de tres y cinco capas y más grandes para producir efectos ópticos intensamente dicroicos. A modo de ejemplo, las escamas ópticamente variables de cinco capas son preferentemente de diseño simétrico como se describe en la Patente nº 5.135.812 y comprenden una primera capa metálica semiopaca fina seguida en secuencia por una primera capa dieléctrica, una capa metálica reflectora gruesa, una segunda capa de material dieléctrico y una segunda capa metálica semiopaca fina. La primera capa metálica semiopaca y la capa dieléctrica están formadas por una subestructura de revestimiento óptico que es una versión invertida de la subestructura de revestimiento óptico de las segundas capas dieléctrica y metálica semiopaca. Cada una de las capas métalicas semiopacas finas comprende preferentemente una capa de cromo de 5 nanómetros nominales de grosor. Cada una de las capas dieléctricas se forma partir de un material dieléctrico como dióxido de silicio o fluoruro de magnesio para formar un grosor óptico de una pluralidad de semiondas con una longitud de onda de diseño específico. La capa metálica reflectora gruesa puede comprender una capa de aluminio formada con respecto a un grosor de aproximadamente 40 nanómetros o más para proporcionar alta opacidad y alta reflexión. Alternativamente, el lugar de usar cromo para la capa metálica semiopaca, se puede utilizar un material como el níquel y el acero inoxidable. En lugar de dióxido de silicio que tiene un índice de refracción de 1,46 para las capas dieléctricas, también se pueden usar otros materiales inorgánicos que tienen un índice de refracción de 1,65 o menos como el fluoruro de magnesio (1,38) y el óxido de aluminio (1,65). En lugar de aluminio como capa metálica reflectora, se pueden usar materiales como el oro, el cobre y la plata así como aleaciones magnéticas de cobalto y níquel.

Se pueden usar escamas ópticamente variables de tres capas de diseño similar a la estructura de cinco capas, pero la subestructura de revestimiento óptico de las segundas capas dieléctrica y metálica semiopaca se puede eliminar. Además, se pueden utilizar como escamas de interferencia los diseños ópticos de tres capas que se describen en la Patente estadounidense 5.278.590.

Un ejemplo preferido de una escama ópticamente variable de cinco capas muestra tintes de color verde oscuro y púrpura con cambios de ángulo de luz de incidencia. La escama ópticamente variable de color verde oscuro comprende una pluralidad de semiondas para una capa de dióxido de silicio en una longitud de onda de aproximadamente 515 nanómetros. Esto produce una escama ópticamente variable con un máximo de reflectancia de sexto orden en 515 nanómetros. Un pico de reflectancia de banda estrecha con aproximadamente el 60% de reflectancia o más en la longitud de onda de 515 nanómetros da lugar a reflectancia próxima a cero en longitudes de onda cercanas. Aunque los máximos de reflectancia de cuarto y octavo orden se producen en la zona de infrarrojo próximo y las zonas azules de longitud de onda corta, la escama sigue produciendo un color verde muy saturado. Debido al bajo índice de refracción (1,46) de la capa de dióxido de silicio y su elevado orden, se produce un gran desplazamiento cromático con cambios en el ángulo de visión del revestimiento. En un ángulo de visión de aproximadamente 45º, el valor máximo de sexto orden se desplaza hacia dentro de la zona azul y el valor máximo de cuarto orden se desplaza escala abajo hacia dentro de la zona roja, dejando una baja reflectancia en la zona verde de 515 nanómetros. Por tanto, el color aparente del revestimiento cambia de un verde oscuro a un púrpura a medida que aumenta el ángulo de visión.

Un segundo ejemplo preferido de una escama ópticamente variable de cinco capas comprende una capa de dióxido de silicio de una pluralidad de semiondas en aproximadamente 450 nanómetros. Este revestimiento tenía un valor máximo de reflectancia de cuarto orden en la parte roja del espectro y un valor máximo de sexto orden en la parte azul del espectro, lo que produjo un color púrpura oscuro al observarse en una incidencia normal. Al observarse en ángulos más grandes, el valor máximo de cuarto orden se desplazó hacia dentro de la zona verde con baja reflectancia en las zonas azul y roja. Esto hace que el color aparente del revestimiento cambie de púrpura a verde en ángulos de visión amplios.

Por tanto, normalmente las escamas ópticamente variables utilizadas en la presente invención para la inclusión en la capa secundaria o capa 11 de una película polimérica presentan dos colores distintos, un color cuando se ven en una dirección normal hacia la superficie de la escama y otro color cuando se ven en un ángulo sustancial como, por ejemplo, 45º con respecto a la superficie de la escama. Este drástico desplazamiento cromático se logra debido al uso de al menos una capa dieléctrica que tiene un bajo índice de refracción, preferentemente de 1,65 y más bajo.

Las escamas 16 adecuadas para el uso en la capa secundaria o capa 11 de una película polimérica según la presente invención preferentemente tienen un tamaño de partículas, es decir, el tamaño de la anchura máxima de la escama, de 0,5-200 \mum y preferentemente se encuentra dentro del intervalo de 1-20 \mum. El tamaño de partículas medio, es decir, la anchura máxima de las escamas, de las escamas es preferentemente 1-20 \mum.

La relación entre dimensiones, es decir, la relación entre la anchura máxima y el grosor, de las escamas ópticamente variables es apropiadamente superior a 2:1, y preferentemente está dentro del intervalo de 5-10:1.

Para obtener las propiedades ventajosas de la presente invención, la concentración de las escamas ópticamente variables presentes en la capa 11 estaba adecuadamente dentro del intervalo de 1-50% del peso y preferentemente 2-30% del peso con respecto al peso del polímero en la capa 11.

En relación con la presente invención se ha observado que es conveniente cocer las escamas de pigmentos a una temperatura relativamente alta como, por ejemplo, a 250ºC o más durante un período de tiempo que oscila entre 2 y 4 horas para hacer las escamas de pigmentos más duraderas. Aunque no se entiende exactamente lo que ocurre, se cree que la cocción a una alta temperatura en el aire o en el oxígeno mejora la durabilidad de las escamas. Sustancialmente se logran los mismos efectos colocando las escamas de pigmentos en la película polimérica durante la extrusión de la misma y durante la orientación biaxial de la película polimérica debido a las altas temperaturas utilizadas.

Aunque en relación con la presente invención se describió que las escamas de pigmentos 16 se podían añadir al material polimérico antes de la extrusión del mismo, se debería tener en cuenta que las escamas 16, si se desea, pueden añadirse durante la transferencia de monómero o en el autoclave. Sin embargo, se ha observado que se prefiere incorporar las escamas como una dispersión de glicol durante la fase de reacción de esterificación de la síntesis de poliéster. Alternativamente, las escamas de pigmentos se pueden añadir directamente al material polimérico antes de la extrusión. Por tanto, las escamas se pueden añadir como polvo seco en la fusión de polímero extruido a partir de las mismas.

Las capas de película hechas de conformidad con la presente invención pueden contener cualquiera de los aditivos empleados convencionalmente en la fabricación de películas poliméricas. Por tanto, en las capas primaria y/o secundaria, según sea apropiado, se pueden incorporar agentes como tintes, pigmentos, lubricantes, antioxidantes, agentes separadores, agentes tensioactivos, estabilizadores de luz ultravioleta, modificadores de viscosidad y estabilizadores de dispersión. En particular, los efectos ópticos dicroicos de las escamas ópticamente variables se pueden combinar con determinados colores de tinte y/o pigmentos de armonización o contraste añadidos al material polimérico de la segunda capa secundaria para producir otros colores con otros efectos de desplazamiento cromático. Los pigmentos y las tintas transparentes se pueden usar para tapar los colores no deseados, por ejemplo, como se describe en la Patente Nº 5.135.812.

Debería tenerse en cuenta que la estructura compuesta descrita en el presente también puede estar formada por materiales que se cierran herméticamente sobre ellos mismos o alternativamente se pueden proporcionar capas adicionales para que se pueda llevar a cabo el cierre hermético. También debería tenerse en cuenta que una película polimérica hecha de conformidad con la presente invención se puede aplicar sobre una o ambas superficies con uno o más revestimientos adicionales como tinta, laca y/o capas de metal para formar un material laminado o compuesto que presenta propiedades mejoradas, como agente antiestático, agente promotor de la adherencia o agente de desmoldeo, en comparación con los materiales componentes.

La orientación biaxial normalmente se puede llevar a cabo mediante estiramiento en sentido directo y lateral en proporciones adecuadas para llevar a cabo la producción de una película que tiene el grosor deseado. A modo de ejemplo, una película fue estirada en una proporción de 3,6 veces su dimensión original en sentido directo y de 4,2 veces su dimensión original en sentido lateral o transversal. El compuesto de la película se termofijó finalmente bajo restricción dimensional en un horno Stentor a una temperatura de aproximadamente 225ºC.

El producto óptico de película polimérica orientado biaxialmente hecho de conformidad con la presente invención como se describió previamente y que tiene escamas orientadas de película delgada de interferencia de múltiples capas se puede utilizar en muchos productos diferentes. Se pueden obtener efectos cromáticos especialmente novedosos y deseables que se pueden utilizar para varios fines decorativos. Cuando las escamas son en forma de pigmentos ópticamente variables, son especialmente útiles para proporcionar capacidades de seguridad en documentos de valor como, por ejemplo, billetes de banco, certificados, tarjetas de crédito así como en documentos de identificación como carnés de conducir y documentos similares. Para eliminar la necesidad de grandes cantidades de película, se pueden incorporar pequeñas porciones de la película polimérica en los documentos de valor. También se pueden incorporar en etiquetas o embalaje de artículos que pueden estar sujetos a falsificación. La presencia de incluso una pequeña cantidad de hoja polimérica en el documento de valor permite, por ejemplo, a un ciudadano de a pie, distinguir fácilmente entre un artículo genuino y un artículo falsificado al observar la presencia o ausencia de un desplazamiento cromático.

La seguridad se proporciona porque sería muy difícil, por no decir imposible, que un falsificador reprodujese las escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas debido a la complicada tecnología usada en las mismas. Además, incorporarlas en una película de polímero orientada biaxialmente para crear los efectos ópticos deseados requeriría un inmenso gasto de capital. Por otra parte, los documentos de valor no se pueden copiar en copiadoras de color porque las características ópticamente variables no se pueden duplicar mediante la copiadora de color.

En la Figura 5 se proporcionar otra estructura de hoja polimérica compuesta 34 en la que la hoja polimérica está provista de una base o substrato 36 que tiene superficies superior e inferior 37 y 38. El substrato base 36 en comparación con el substrato de las realizaciones descritas previamente puede ser relativamente grueso como, por ejemplo, de 5 milésimas de pulgada a 3/8 pulgadas y puede ser incoloro. La capa central 11 proporcionada en la superficie 37 puede ser del tipo descrito previamente y puede ser en forma de capa fina de material polimérico que contiene las escamas ópticamente variables 16 descritas previamente. Además de las escamas ópticamente variables, en la capa 11 se pueden incorporar otros materiales como tintes, pigmentos, escamas de aluminio y materiales similares. Estos tintes, pigmentos y demás se pueden usar para varios fines bien conocidos por los expertos en la materia. Por ejemplo, pueden usarse para tapar un color no deseado en varios ángulos. También pueden usarse para substraer un color. Se puede proporcionar una sobrecapa 39 encima de la capa 11 y esta sobrecapa puede estar formada por material adecuado relativamente duro como, por ejemplo, el barniz. Dicha estructura compuesta 34 que se muestra en la Figura 5 se puede utilizar en una serie de aplicaciones como por ejemplo para el revestimiento del suelo y otros efectos decorativos.

Un ejemplo de la forma en que se puede poner en práctica la invención al utilizar la película polimérica de la presente invención en un documento de valor 41 se muestra en la Figura 6 en la que el documento de valor es en forma de hoja de material como un billete de banco formado por papel que tiene un grosor que oscila entre 51-76 mm (2-3 milésimas de pulgada) y tiene superficies primera y segunda 42 y 43 espaciadas y paralelas con un filamento 46 que al menos está parcialmente intercalado en el papel del billete. El filamento 46 se extiende transversalmente por el billete adyacente a un borde del mismo como se muestra en la Figura 6 estando las partes espaciadas 46a del filamento expuestas en una superficie o en la superficie superior 42 y estando las partes intermedias 46b entrelazadas en el papel del billete de banco como se muestra en la Figura 7. Alternativamente, como se muestra en la Figura 8, el filamento 46 puede estar entrelazado en el papel del billete de banco haciendo visibles las partes espaciadas 46a desde la superficie 42, estando las partes intermedias 46b soterradas en el papel del billete y estando las partes espaciadas adicionales 46c visibles desde la otra superficie 43 del billete de banco.

El filamento 46 se puede formar a partir de la hoja polimérica orientada biaxialmente 11 o la película colada descrita previamente cortando la hoja 11 en tiras de anchuras adecuadas, como por ejemplo 38 -76 mm (1,5-3 milésimas de pulgada) y con un grosor de 0,5 milésimas de pulgada para proporcionar una tira alargada que sirve de filamento 46. Dicho filamento tendría una sección transversal rectangular. De acuerdo con la presente invención, el filamento podría incorporarse en el billete de banco como se muestra en la Figura 6 para eliminar un color o proporcionar un color o un efecto variable ópticamente desde un lado del billete de banco. Si se incorpora en el billete de banco como se muestra en la Figura 7 para que las partes del mismo sean visibles en los lados opuestos del billete, se pueden conseguir dos efectos cromáticos diferentes colores o efectos ópticamente variables en los lados opuestos del billete. Por ejemplo, se podría incorporar un desplazador de dorado a verde en un lado y un desplazador de verde a azul en el otro lado. Alternativamente, un lado podría ser simplemente un reflector metalizado, como por ejemplo que tenga escamas de aluminio incorporadas, teniendo el otro lado un efecto ópticamente variable.

Se debería tener en cuenta en relación con lo anterior que aparte de los filamentos, en los documentos de valor se pueden incorporar pequeñas porciones de la película polimérica de la presente invención para formar parte integral de los mismos. Por tanto, dichas porciones se pueden utilizar en tarjetas de crédito, certificados de tránsito o cualquier otro documento de valor.

Un ejemplo de un documento de valor se muestra en la Figura 9 que como se muestra en la misma puede ser en forma de un carné de conducir de California 51 de un tamaño adecuado para que se acople fácilmente a una billetera convencional, como por ejemplo 2'' x 3^{1/4} (5,1 cm x 8,3 cm). Está provisto de un substrato relativamente rígido 52 formado por un plástico adecuado del tipo descrito previamente. Puede tener un grosor adecuado, como por ejemplo 51-254 mm (2-10 milésimas de pulgada). Tiene superficies paralelas espaciadas planas superior e inferior 53 y 54. Una hoja 56 de un material adecuado como el papel puede estar laminada a la superficie 53 mediante la aplicación de calor y presión y el uso de adhesivo (no se muestra). La hoja 56 que depende de la aplicación para el documento de valor puede llevar una imagen o una fotografía 57 e información impresa 58 como se muestra en la Figura 8. La fotografía, por ejemplo, puede ser una fotografía en color y la información impresa puede ser en diferentes colores. En dicha aplicación, la hoja 56 puede ser opaca. Sin embargo, debería tenerse en cuenta que, si se desea, la hoja 56 puede estar formada por un material semitransparente.

Una hoja de polímero 61 que incorpora la presente invención se adhiere a la hoja 56 laminándola a la misma mediante el uso de un adhesivo transparente (no se muestra) y mediante la aplicación de calor y presión adecuados para completar el documento de valor. La hoja de polímero contiene escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas 62 del tipo descrito previamente. A modo de ejemplo, la hoja de polímero 61 en esta aplicación puede ser relativamente delgada, como por ejemplo 2-3 \mum. Las escamas pueden estar en una concentración relativamente baja, como por ejemplo en los intervalos inferiores indicados previamente para que la hoja de polímero 61 sea semitransparente a fin de permitir que el ojo humano visualice la información que está en la hoja 56, como por ejemplo la fotografía 57 y la información impresa 58. Las escamas 62 en dicha aplicación pueden ser de tipo ópticamente variable para proporcionar una concentración cromática relativamente baja en la que siga existiendo un desplazamiento cromático para el ojo humano, por lo que se proporciona un nivel adicional de seguridad al documento de valor 51.

En relación con esta invención y a modo de resumen, al incorporar las escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas en la película polimérica se puede maximizar el efecto óptico a partir de las escamas ópticas y minimizar la cantidad de escamas requerida. Esto es importante porque las escamas de pigmentos son relativamente caras en comparación con el coste de la película polimérica. Teóricamente, el mejor resultado óptico se puede obtener teniendo un único plano de las escamas tocándose unas a otras para que realmente sean una capa monomolecular con el mínimo uso de escamas. En la práctica, esta disposición óptima de las escamas es difícil de conseguir porque la hoja polimérica tiene una tercera dimensión y, por tanto, las escamas no pueden estar en un único plano. También puede haber alguna superposición de las escamas y algunos espacios entre las escamas. Sin embargo, mediante la orientación de las escamas en la hoja polimérica como se describió previamente, se consigue el óptimo rendimiento óptico de las escamas. Utilizando temperaturas relativamente altas en el proceso de extrusión superiores a 250ºC aproximadamente, se reduce la viscosidad del polímero fundido. Esto permite que las escamas se orienten más fácilmente de la forma deseada previamente descrita. Además, extruyendo y, después, estirando la película polimérica para que sea muy fina se optimiza la distribución de las escamas. Utilizando un fondo oscuro o negro, el espectador percibe un efecto óptico que es más luminoso que con un fondo blanco. Utilizando tintes en capas coextruidas, todavía se pueden conseguir efectos ópticos diferentes. La hoja polimérica que se crea en la presente invención por extrusión es muy estable y duradera.

Claims (27)

1. Una hoja polimérica de la presente invención que consta de una primera capa de material polimérico amorfo que tiene superficies paralelas primera y segunda, una pluralidad de escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas dispuesta en la primera capa de material polimérico, teniendo dichas escamas superficies paralelas primera y segunda y un ancho y un grosor con una relación entre dimensiones de al menos 2:1 correspondiente al ancho con respecto al grosor, orientándose dichas escamas de forma que las escamas se ubican en planos siendo las superficies paralelas primera y segunda de las escamas sustancialmente paralelas a las superficies paralelas primera y segunda de la primera capa de material polimérico, en la que dicha primera capa de material polimérico está orientada biaxialmente y las escamas se ubican en planos en la dirección de la orientación biaxial.

2. Una hoja según la reivindicación 1 junto con una segunda capa de material polimérico adherida a dicha primera capa, sirviendo dicha segunda capa de material polimérico de capa primaria y sirviendo dicha primera capa de material polimérico de capa secundaria.

3. Una hoja según la reivindicación 2 en la que dichas escamas son ópticamente variables.

4. Una hoja según la reivindicación 2 en la que dicha segunda capa es de color.

5. Una hoja según la reivindicación 4 en la que dicha segunda capa es cristalina.

6. Una hoja según la reivindicación 5 en la que dicha segunda capa de material polimérico tiene superficies paralelas primera y segunda y en la que dicha primera capa de material polimérico se dispone en la primera superficie de la segunda capa junto con una tercera capa de material polimérico adherida a la segunda superficie de la segunda capa, teniendo dicha tercera capa de material polimérico una pluralidad de escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas dispuestas en ella, estando orientadas dichas escamas de la tercera capa de forma que las escamas se ubican en planos siendo las superficies paralelas primera y segunda de las escamas paralelas a las superficies paralelas primera y segunda de la tercera capa.

7. Una hoja según la reivindicación 1 que está extruida.

8. Una hoja según la reivindicación 1 en la que dichas escamas están orientadas biaxialmente.

9. Una hoja polimérica según la reivindicación 2 en la que dicha primera capa y dicha segunda capa están coextruidas.

10. Una hoja polimérica según la reivindicación 9 en la que dicha capa primaria es cristalina.

11. Una hoja polimérica según la reivindicación 10 en la que tanto la capa primaria como la secundaria están orientadas biaxialmente.

12. Una hoja polimérica según la reivindicación 2 en la que dicha capa primaria es color.

13. Un producto de seguridad que comprende una hoja de material que tiene superficies primera y segunda, un artículo óptico que está incluido en la hoja de material, comprendiendo dicho artículo óptico una capa de material polimérico amorfo que tiene superficies paralelas primera y segunda, una pluralidad de escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas orientadas dispuestas en la capa de material polimérico, teniendo dichas escamas superficies paralelas primera y segunda y un ancho y un grosor con una relación entre dimensiones de al menos 2:1 correspondiente al ancho con respecto al grosor, siendo las superficies paralelas primera y segunda de las escamas paralelas a las superficies primera y segunda de la capa de material polimérico, y en la que dicha capa de material polimérico está orientada biaxialmente y las escamas se ubican en planos en la dirección de la orientación biaxial siendo las superficies primera y segunda de las escamas sustancialmente paralelas a las superficies primera y segunda de la
capa.

14. Un producto según la reivindicación 13 junto con una capa adicional de material polimérico adherida a la primera capa mencionada de material polimérico.

15. Un producto según la reivindicación 14 en el que dicha capa adicional de material polimérico es de color.

16. Un producto según la reivindicación 13 en el que dichas escamas son ópticamente variables.

17. Un producto según la reivindicación 13 en el que dicho artículo es en forma de tira alargada y en el que dicha tira está al menos parcialmente entrelazada en la hoja de material.

18. Un producto según la reivindicación 17 en el que dicha tira tiene porciones y en la que dichas porciones están expuestas visualmente a través de al menos una superficie del documento de valor.

19. Un producto según la reivindicación 18 en el que dicha tira tiene porciones adicionales y en la que dichas porciones adicionales están expuestas visualmente en la otra superficie de la hoja de material.

20. Un producto según la reivindicación 13 junto con una hoja que lleva una imagen dispuesta en la primera superficie subyacente al artículo óptico y en el que el artículo óptico es semitransparente para permitir que se visualice la imagen a través del artículo óptico.

21. Un producto según la reivindicación 13 junto con al menos un agente de relleno en forma de tinte o pigmento incorporado en el material polimérico.

22. Un producto según la reivindicación 21 en el que dicho tinte o pigmento se selecciona para tapar un color no deseado en varios ángulos.

23. Un método para formar un producto óptico que utiliza escamas de película delgada de interferencia de múltiples capas que tiene superficies paralelas primera y segunda y un ancho y un grosor con una relación entre dimensiones de al menos 2:1 correspondiente al ancho con respecto al grosor; y el método comprende fundir un material polimérico amorfo, introducir las escamas en el material polimérico, transformar el material polimérico fundido en una masa fundida con las escamas en el mismo para hacer que las escamas se orienten en la masa fundida cuando se está transformando en una hoja que tiene superficies paralelas primera y segunda para que las superficies primera y segunda de las escamas se ubiquen en planos paralelos a las superficies paralelas primera y segunda de la hoja, enfriar la hoja para hacer que la misma se solidifique para formar una hoja y calentar la hoja enfriada y estirar la hoja en las direcciones primera y segunda para causar la orientación biaxial de las cadenas moleculares en la hoja y al mismo tiempo causar la orientación de las escamas a fin de que se ubiquen en planos en las direcciones de orientación biaxial y, además, enfriar la hoja.

24. Un método según la reivindicación 23 junto con la coextrusión de la hoja con una capa adicional de material polimérico para que la capa adicional se adhiera a la primera superficie de la hoja.

25. Un método según la reivindicación 24 junto con la fase de introducir un color en la capa adicional de material coextruido.

26. Un método según la reivindicación 24 junto con la fase de coextruir otra capa de material polimérico para que la otra capa se adhiera a la segunda superficie de la hoja.

27. Un método según la reivindicación 23 junto con la fase de formar la masa fundida sobre un substrato liberable, estirar la hoja polimérica para orientar las escamas en el polímero cuando se solidifica y retirar la hoja polimérica solidificada del sustrato liberable.