Спосіб друкування нанофотонних елементів активних і розумних паковань

Реферат: Спосіб друкування нанофотонних елементів активних та розумних паковань включає нанесення нанофотонної композиції на задруковуваний матеріал тампонним способом друку. Для відтворення плашок до 55 % використовують фотополімерну друкарську форму тампонного способу друку, друкувальні елементи якої заглиблені на 30-100 мкм відносно пробільних елементів. UA 98759 U (54) СПОСІБ ДРУКУВАННЯ НАНОФОТОННИХ ЕЛЕМЕНТІВ АКТИВНИХ І РОЗУМНИХ ПАКОВАНЬ UA 98759 U UA 98759 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології поліграфічного виготовлення елементів паковань, які мають люмінесцентні властивості і містять нанорозмірні речовини, і може бути використана для створення друкованих нанофотонних сенсорів, які реагують на зміни стану запакованих харчових продуктів шляхом зміни люмінесцентних властивостей. Відомий спосіб друкування нанофотонних елементів активних і розумних паковань, який полягає в нанесенні нанофотонних композицій на задруковуваний матеріал у вигляді суцільних шарів. Недоліком відомого способу є відсутність незадрукованих ділянок плашки і, відповідно, незначного вкладу власної люмінесценції задруковуваного матеріалу у збільшення піку люмінесценції у короткохвильовій зоні спектру, що не дає можливості підвищити інтенсивність люмінесценції нанофотонного шару, а також не дає можливості змінювати колір люмінесценції [1]. Найближчим аналогом даної корисної моделі є спосіб друкування нанофотонних елементів активних і розумних паковань з використанням композиції, що містить нанокристали ZnO в полівінілпіролідоні [2], який полягає в тому, що нанофотонну композицію наносять на задруковуваний матеріал таким чином, щоб сформувати 100 % плашку максимально технологічно можливої для використовуваного способу друку товщини. При цьому зміну кольору люмінесценції нанофотонного елемента від синього до зеленого і жовтого здійснюють на етапі приготування нанофотонної композиції, використовуючи полівінілпіролідон з різною молекулярною масою - від 10000 до 360000 г/моль. Недоліками даного способу є великі норми витрат нанофотонної композиції та довготривале й енергозатратне сушіння/закріплення надрукованого нанофотонного елемента внаслідок великої товщини фарбового шару, неможливість підвищення інтенсивності власної люмінесценції нанофотонного елемента за рахунок люмінесценції задруковуваного матеріалу, а також неможливість змінювати колір люмінесценції нанофотонного елемента на етапі друкарських процесів, маючи готову нанофотонну композицію. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу друкування нанофотонниих елементів активних та розумних паковань шляхом зміни параметрів друкарської форми, а саме глибини друкувальних елементів і відсотку плашки, співвідношення інтенсивностей смуг люмінесценції нанофотонних елементів у короткохвильовій і довгохвильовій зонах спектра, що дозволяє змінювати кольором люмінесценції нанофотонних елементів на етапі друкарських процесів, маючи готову нанофотонну композицію. Поставлена задача вирішується тим, що друкування нанофотонних елементів активних і розумних паковань здійснюють шляхом нанесення нанофотонної композиції на задруковуваний матеріал тампонним способом друку, згідно з корисною моделлю, для відтворення плашок до 55 % використовують фотополімерну друкарську форму тампонного способу друку, друкувальні елементи якої заглиблені на 30-100 мкм відносно пробільних елементів; для відтворення плашок від 55 % використовують металеву друкарську форму тампонного способу друку, друкувальні елементи якої заглиблені на 100 мкм відносно пробільних елементів; для отримання кольору люмінесценції нанофотонних елементів, який відповідає більшому піку при довжині хвилі 525 нм (жовті відтінки), використовують плашки до 55 %; для отримання кольору люмінесценції нанофотонних елементів, який відповідає більшому піку при довжині хвилі 400 нм (сині та зелені відтінки), використовують плашки від 55 %. На фіг. 1 зображено спектри люмінесценції нанофотонного шару (композиція на основі полівінілпіролідону і нанокристалів ZnO) товщиною 100 мкм на поліпропіленовій плівці (крива 1); -2 колоїдного розчину нанокристалів ZnO, [ZnO]=210 моль/л (крива 2); шару полімеру (полівінілпіролідону), який міститься у складі наноотонної композиції, без люмінофору нанокристалів ZnO - на поліпропіленовій плівці (крива 3); поліпропіленової плівки. Нанофотонні елементи у вигляді друкованих шарів на папері або поліпропіленовій плівці характеризуються спектром люмінесценції, який має два піки - при довжині хвилі світла λ 400 нм і при λ 525 нм (фіг. 1, крива 1). Пік при λ 525 нм характерний для колоїдного розчину нанокристалів ZnO у складі нанофотонної композиції (фіг. 1, крива 2). Пік при λ 400 нм характерний для ПВП у складі нанофотонної композиції та поліпропіленової плівки. Незважаючи на те, що власна люмінесценція ПВП (фіг. 1, крива 3) та поліпропіленової плівки (фіг. 1, крива 4) незначні, за рахунок переносу енергії нанофотонна композиція характеризується вираженим піком люмінесценції при λ 400 нм. Зміна величини цього піку відносно до величини піку при λ 525 нм впливає на колір люмінесценції отриманого покриття, а також на інтегральну інтенсивність його люмінесценції. На фіг. 2 наведено залежність інтегральної інтенсивності люмінесценції нанофотонних елементів від відсотку плашки при використанні фотополімерних і металевих форм тампонного друку. Різний характер залежностей інтегральної інтенсивності люмінесценції нанофотонних 1 UA 98759 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 елементів від відсотку плашки пояснюється тим, що при використанні фотополімерних форм тампонного друку розмір растрової точки (тобто площа задрукованої поверхні) залишається сталим, визначаючи люмінесценцію при довжині хвилі світла λ 400 нм незадрукованих ділянок плашки за рахунок люмінесценції задруковуваного матеріалу (паперу або поліпропіленової плівки) і задрукованих ділянок при λ 400 нм за рахунок люмінесценції полівінілпіролідону, а при λ 525 нм за рахунок люмінесценції нанорозмірного люмінофора (ΖnΟ) у складі нанофотонної композиції. Змінюється глибина друкувальних елементів (тобто товщина отриманого шару покриття), визначаючи параболічну залежність інтенсивності люмінесценції при λ 400 нм від товщини шару задрукованих ділянок нанофотонного елемента (30-120 мкм) за рахунок люмінесценції полімеру - полівінілпіролідону у складі нанофотонної композиції і експоненціальну залежність інтенсивності люмінесценції від товщини шару задрукованих ділянок нанофотонного елемента (30-120 мкм) за рахунок люмінесценції ΖnΟ у складі нанофотонної композиції. При цьому пік при λ 525 нм завжди буде більшим піку при λ 400 нм за рахунок малої площі незадрукованих ділянок плашки і, відповідно, незначного вкладу власної люмінесценції задруковуваного матеріалу у збільшення піку при λ 400 нм. Тобто колір люмінесценції буде мати жовті відтінки. При використанні металевих форм тампонного друку розмір растрової точки (тобто площа задрукованої поверхні) змінюється, визначаючи лінійну залежність інтенсивності люмінесценції при λ 400 нм від площі незадрукованих ділянок задруковуваного матеріалу за рахунок його люмінесценції та лінійну залежність інтенсивності люмінесценції при λ 400 нм і при λ 525 нм від площі задрукованої ділянки нанофотонного елемента (12,5-87,5 % площі для плашок 12,587,5 % відповідно) за рахунок люмінесценції полімеру та люмінофора у складі нанофотонної композиції. Сталою залишається глибина друкувальних елементів (тобто товщина отриманого шару покриття), визначаючи люмінесценцію при λ 400 нм і при λ 525 нм задрукованих ділянок нанофотонного елемента (товщина шару 80 мкм) за рахунок люмінесценції полімеру та люмінофора у складі нанофотонної композиції. При цьому пік при λ 400 нм може бути більшим піку при λ 525 нм за рахунок більшої площі незадрукованих ділянок плашки з тим самим відсотком порівняно з фотополімерними формами і, відповідно, значного вкладу власної люмінесценції поліпропіленової плівки у збільшення піку при λ 400 нм. Тобто колір люмінесценції може мати і жовті (при переважанні піку при λ 525 нм над піком при λ 400 нм), і сині та зелені відтінки (при переважанні піку при λ 400 нм над піком при λ 525 нм). Спосіб здійснюють наступним чином: 1 етап. Отримання нанофотонної композиції з використанням наночастинок ΖnΟ і полівінілпіролідону за відомою методикою [1] шляхом поступового додавання полівінілпіролідону до колоїдного розчину наночастинок ΖnΟ при кімнатній температурі та інтенсивному перемішуванні до повного розчинення полівінілпіролідону. 2 етап. Виготовлення металевої або полімерної друкарської форми тампонного способу друку з відповідним відсотком плашки залежно від необхідного кольору нанофотонного елемента: плашки до 55 % використовують для отримання жовтих відтінків, а плашки від 55 % використовують для отримання синіх і зелених відтінків. 3 етап. Отримання відбитків шляхом нанесення нанофотонної композиції на друкарську форму, приведення друкарської форми в контакт із проміжним носієм (тампоном) і приведення тампону в контакт із задруковуваним матеріалом. За запропонованим способом отримують друковані люмінесцентні нанофотонні елементи, призначені для активних і розумних паковань, а також для захисту поліграфічної продукції від підробки. Шляхом зміни параметрів друкарської форми, а саме глибини друкувальних елементів і відсотку плашки, можна змінювати співвідношення інтенсивностей смуг люмінесценції нанофотонних елементів у короткохвильовій і довгохвильовій зонах спектра, що дозволяє змінювати кольором люмінесценції нанофотонних елементів на етапі друкарських процесів, маючи готову нанофотонну композицію. Запропоновано використовувати для відтворення плашок до 55 % фотополімерну друкарську форму, а для відтворення плашок від 55 % металеву друкарську форму тампонного способу друку, оскільки у першому випадку при різних відсотках плашки незмінним є розмір растрової точки, тобто площа задрукованої поверхні, а змінюється глибина друкувальних елементів, тобто товщина шару на відбитку; у другому випадку - навпаки. Ці фактори спричинюють різний характер зміни фотолюмінесцентних властивостей друкованих нанофотонних покриттів. Запропонований спосіб друкування нанофотонних елементів призначений для одержання нанофотонних ділянок із наперед заданими фотолюмінесцентними властивостями для 2 UA 98759 U 5 10 поліграфічного виготовлення активних і розумних паковань, які повідомляють про стан запакованого продукту і його поточну придатність до споживання шляхом зміни люмінесцентних властивостей друкованого нанофотонного елемента. Джерела інформації: 1. Патент України № 90396. МПК C09D5/22, опубл. 26.05.2014 "Спосіб отримання люмінесцентного покриття на основі нанорозмірного оксиду цинку і поліметилметакрилату для виготовлення друкованих елементів активних та розумних паковань". 2. Патент України № 90729. МПК C09D5/22, опубл. 26.05.2014 "Спосіб отримання люмінесцентного покриття на основі нанорозмірного оксиду цинку і полівінілпіролідону для виготовлення друкованих елементів активних та розумних паковань". ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Спосіб друкування нанофотонних елементів активних та розумних паковань, що включає нанесення нанофотонної композиції на задруковуваний матеріал тампонним способом друку, який відрізняється тим, що для відтворення плашок до 55 % використовують фотополімерну друкарську форму тампонного способу друку, друкувальні елементи якої заглиблені на 30-100 мкм відносно пробільних елементів. 2. Спосіб друкування нанофотонних елементів за п. 1, який відрізняється тим, що для відтворення плашок від 55 % використовують металеву друкарську форму тампонного способу друку, друкувальні елементи якої заглиблені на 100 мкм відносно пробільних елементів. 3. Спосіб друкування нанофотонних елементів за п. 1, який відрізняється тим, що для отримання кольору люмінесценції нанофотонних елементів, який відповідає більшому піку при довжині хвилі 525 нм (жовті відтінки), використовують плашки до 55 %. 4. Спосіб друкування нанофотонних елементів за п. 2, який відрізняється тим, що для отримання кольору люмінесценції нанофотонних елементів, який відповідає більшому піку при довжині хвилі 400 нм (сині та зелені відтінки), використовують плашки від 55 %. 3 UA 98759 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4