ES2306259T3 - Monocapas colestericas y pigmentos monocapa con propiedades particulares, su produccion y uso. - Google Patents
Monocapas colestericas y pigmentos monocapa con propiedades particulares, su produccion y uso. Download PDFInfo
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Abstract
Monocapa de cristal líquido que comprende una mezcla colestérica de cristal líquido tri-dimensionalmente reticulada y nanopartículas que tienen un tamaño de partícula del orden de 1 nm a 999 nm.
Description
Monocapas colestéricas y pigmentos monocapa con
propiedades particulares, su producción y uso.
La invención proporciona nuevas monocapas
colestéricas y pigmentos obtenidos a partir de las mismas con alto
brillo y cambio de color en función del ángulo de visión (efecto de
cambio/oscilación del color) con otras propiedades particulares
tales como magnetizabilidad, conductividad, fluorescencia,
fosforescencia y mayor poder cubriente, un procedimiento para su
producción y su uso.
Son ya conocidos los materiales que presentan
una estructura de cristal líquido (LC) con una fase quiral
(materiales LC), conocidos también como LCs colestéricos. La
producción de dichos materiales a partir de organosiloxanos LC se
describe, por ejemplo, en la Patente US 5.211.877. También se
producen y utilizan comercialmente pigmentos con sustancias
tri-dimensionalmente reticuladas y orientadas con
estructura líquida-cristalina y fase quiral
(pigmentos LC). Esto se describe, por ejemplo, en la publicación
alemana DE 42 40 743 A1 y en la Patente US 5.362.315.
Las capas colestéricas LC son con preferencia
altamente transparentes y reflejan la luz o permiten el paso de la
misma. Una característica de estas capas es la reflexión selectiva
del color como una función del ángulo de visión (efecto de
cambio/oscilación del color), conocido también como variabilidad
óptica. En las capas LC no se presenta la absorción. Por tanto, las
capas colestéricas o pigmentos producidos a partir de las mismas
mediante trituración no poseen ningún poder cubriente y, para
generar color, han de aplicarse a fondos oscuros, idealmente a un
fondo negro, de manera que la fracción de luz transmitida por las
mismas es absorbida por el fondo y se puede percibir su color de
reflexión, dependiendo del ángulo de visión. Alternativamente, se
pueden formular con pigmentos absorbentes, por ejemplo negro de
humo. El inconveniente importante de este método es que se elimina
una porción de su efecto de color, puesto que los pigmentos opacos
cubren algunas de las laminillas de pigmento LC por lo que dejan ya
de contribuir a la reflexión y de este modo al efecto de color.
Cuando en dichas capas LC han de introducirse
propiedades adicionales, por ejemplo conductividad, magnetismo,
color cambiado (propiedades colorísticas) o poder cubriente, la
dificultad es que, cuando se añaden materiales absorbentes u opacos
u otros materiales líquido-cristalinos a las mezclas
colestéricas LC, se deteriora su capacidad de orientación, con lo
que las propiedades de reflexión y de este modo el color y también
el brillo se pierden o al menos se reducen en gran medida. Estos
inconvenientes quedan confirmados en la Patente europea EP 1 009
776 B1, dado que la incorporación de pigmentos extraños en la matriz
colestérica da lugar a que se absorba o disperse una porción
considerable de la longitud de onda reflejada del pigmento LC, de
manera que se elimina sustancialmente la ventaja particular de los
pigmentos de interferencia colestéricos.
Un problema adicional se describe en la Patente
europea EP 1 009 776 B1, en donde se necesita una dispersión fina y
buena de pigmentos extraños en la matriz colestérica. Dicha
dispersión solo puede ser efectuada en combinación con aditivos
ajustados a la superficie del pigmento, por ejemplo ácidos grasos o
lecitinas, que, según se cree, rompen la formación de la
orientación helicoidal y de este modo el desarrollo óptimo de color.
Como consecuencia, se obtienen pigmentos colestéricos de
interferencia que proporcionan la impresión de un color nada
atractivo y tienen un bajo efecto de cambio/oscilación del
color.
Las publicaciones europeas EP 0 601 483 A1 y EP
0 686 674 A1 describen la incorporación de negro de humo o
pigmentos en la matriz colestérica.
Una posible solución a este problema se indica
en las Patentes EP 1 017 755 B1, EP 1 009 776 B1 y DE 196 19 973
A1, por ejemplo para la consecución de un mejor poder cubriente en
capas colestéricas LC o pigmentos obtenidos a partir de las mismas.
Se produce un producto multicapa. Este consiste en un emparedado de
dos capas colestéricas LC exteriores, polimerizadas y orientadas y
una capa intermedia, no líquido-cristalina, parcial
o totalmente absorbente de la luz que comprende, por ejemplo, negro
de humo como un aditivo absorbente. De acuerdo con la Patente
europea EP 1 017 755 B1, este aditivo absorbente puede poseer
también además propiedades magnéticas. De este modo, la EP 1 017
755 B1 rechaza de manera explícita la posibilidad de incorporar
cualquier tipo de partículas en una sola capa colestérica LC; en su
lugar, se propone la provisión de una capa separada adicional con
dichas partículas.
Cuando se obtienen pigmentos LC a partir de las
películas multicapa tal como, por ejemplo, en DE 198 20 885 A1, los
mismos tienen un poder cubriente que es poco influenciado por el
fondo y exhiben una superficie brillante y de cambio de color,
independientemente del lado que resida sobre el fondo. El
inconveniente de estos enfoques a la solución consiste en que
dichos laminados solo se pueden obtener mediante un procedimiento
complicado y de múltiples etapas. Además, los pigmentos obtenidos
por trituración a partir de este laminado tienen un alto espesor.
De este modo, los mismos no corresponden a los requisitos de espesor
usuales en los pigmentos para revestimientos y tintas de impresión,
puesto que el ámbito de aplicación para pigmentos en forma de
laminillas para una amplia variedad de técnicas de revestimiento e
impresión aumenta generalmente con los espesores de capas más finos
de las laminillas. Además, como se describe en la publicación
alemana DE 198 20 225 A1, existe en riesgo en los pigmentos
colestéricos multicapa de una deslaminación de la capa absorbente
respecto de la capa LC.
Por tanto, un objeto de la presente invención
consiste en proporcionar monocapas colestéricas
tri-dimensionalmente reticuladas y pigmentos
colestéricos obtenidos a partir de las mismas, que exhiben altas
características de brillo, poder de reflexión del color y efecto de
cambio/oscilación del color, y que tienen otras propiedades, por
ejemplo, características incrementadas de poder cubriente,
conductividad, luminiscencia, fluorescencia, fosforescencia,
propiedades colorísticas cambiadas en comparación con la mezcla LC
original sin aditivos, o magnetismo, sin tener que añadir
adicionalmente otra capa de material comprende dichas propiedades
adicionales.
Se ha comprobado, de manera sorprendente, que la
materia objeto subyacente de la invención se puede conseguir, en
contraste con el estado de la técnica, mediante la incorporación de
nanopartículas que portan propiedades adicionales en la matriz
colestérica, como resultado de lo cual se pueden lograr capas LC y
pigmentos LC con un mayor poder cubriente y/o con otras
propiedades, tal como magnetismo, sin dar lugar a los inconvenientes
antes detallados.
Por tanto, la presente invención proporciona
monocapas coléstericas de cristal líquido y pigmentos monocapa que
comprenden nanopartículas. Estas capas y pigmentos se preparan
preferentemente mezclando las nanopartículas con las mezclas
colestéricas de cristal líquido a una temperatura por encima del
punto de clarificación de la mezcla colestérica de cristal
líquido.
De acuerdo con la presente invención, las
nanopartículas se consideran como partículas que tienen un tamaño
de partícula en el intervalo nanométrico, es decir de 1 a 999 nm,
preferentemente de 10 a 500 nm.
De acuerdo con la presente invención, una
monocapa se considera como una sola capa que no está en contacto
con otras capas que comprenden material colestérico
líquido/cristalino. Un pigmento monocapa según la presente
invención comprende una sola capa con una mezcla colestérica de
cristal líquido tri-dimensionalmente reticulada y
nanopartículas.
Las mezclas colestéricas de cristal líquido de
la invención comprenden preferentemente
- A)
- 0,01-50% en peso, basado en el contenido total en sólidos, preferentemente 0,1-10% en peso, de nanopartículas seleccionadas del grupo consistente en óxidos metálicos, óxidos de hierro, polvos magnéticos, óxido de zinc, negros de humo, grafitos, sílices ahumadas, pigmentos luminiscentes, pigmentos fluorescentes, pigmentos fosforescentes, metales, aleaciones metálicas y pigmentos cromáticos o mezclas de los anteriores,
- B)
- al menos 20% en peso, basado en el contenido total en sólidos, preferentemente 60-99% en peso, de al menos uno o más compuestos tri-dimensionalmente reticulables que tienen la fórmula general media (1)
- en donde
- \vocalinvisible
- \textoinvisible
Y^{1}, Y^{2} son iguales o
diferentes y representan cada uno un grupo polimerizable, por
ejemplo un radical acrilato o metacrilato, un radical epoxi, un
radical isocianato, un radical hidroxilo, un radical viniléter o un
radical
viniléster,
A^{1}, A^{2} son radicales
idénticos o diferentes de fórmula general C_{n}H_{2n} en donde n
es un entero de 0 a 20 y uno o más grupos metileno pueden estar
reemplazados por átomos de oxígeno,
y
- M^{1}
- tiene la fórmula general -R^{1}-X^{1}-R^{2}-X^{2}-R^{3}-X^{3}-R^{4}-,
R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4}
son radicales divalentes idénticos o diferentes seleccionados del
grupo consistente en -O-, -COO-, -CONH-, -CO-, -S-, -C\equivC-,
-CH=CH-, -N=N-, -N=N(O)- o un enlace
C-C y
R^{2}-X^{2}-R^{3} o
R^{2}-X^{2} o
R^{2}-X^{2}-R^{3}-X^{3}
pueden ser también un enlace
C-C,
X^{1}, X^{2}, X^{3} son
radicales idénticos o diferentes seleccionados del grupo consistente
en 1,4-fenileno, 1,4-ciclohexileno,
arilenos o heteroarilenos B^{1}-, B^{2}- y/o
B^{3}-sustituidos que tienen de 6 a 10 átomos en
el anillo arilo que pueden contener de 1 a 3 heteroátomos del grupo
consistente en O, N y S, o cicloalquilenos B^{1}-, B^{2}- y/o
B^{3}-sustituidos que tienen de 3 a 10 átomos de
carbono,
y
B^{1}, B^{2}, B^{3} son
sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados del grupo
consistente en hidrógeno, alquilo C_{1}-C_{20},
alcoxi C_{1}-C_{20},
alquil(C_{1}-C_{20})tio,
alquil(C_{2}-C_{20})carbonilo,
alcoxi(C_{1}-C_{20})carbonilo,
alquil(C_{1}-C_{20})tiocarbonilo,
-OH, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -NO_{2}, formilo, acetilo y radicales
alquilo, alcoxi o alquiltio cada uno de ellos interrumpidos por
oxígeno éter, azufre tioéter o grupos éster y que tienen de 1 a 20
átomos de
carbono,
- C)
- 0,5 a 80% en peso, basado en el contenido total en sólidos, preferentemente 3 a 40% en peso, de al menos uno o más compuestos quirales de fórmula general media (2)
- en donde
V^{1}, V^{2} son iguales o
diferentes y representan cada uno un radical acrilato o metacrilato,
un radical epoxi, un radical viniléter o un radical viniléster, un
radical isocianato, alquilo C_{1}-C_{20}, alcoxi
C_{1}-C_{20},
alquil(C_{1}-C_{20})tio,
alcoxi(C_{1}-C_{20})carbonilo,
alquil(C_{1}-C_{20})tiocarbonilo,
-OH, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -NO_{2}, formilo, acetilo y radicales
alquilo, alcoxi o alquiltio cada uno de ellos interrumpidos por
oxígeno éter, azufre tioéter o grupos éster y que tienen de 1 a 20
átomos de carbono, o un radical
colesterol,
A^{1}, A^{2} se definen cada
uno como
anteriormente,
W^{1}, W^{2} tienen cada uno la
fórmula general
-R^{1}-X^{1}-R^{2}-X^{2}-R^{3}-,
R^{1}, R^{2}, R^{3} se
definen cada uno como anteriormente y R^{2} o
R^{2}-X^{2} o
X^{1}-R^{2}-X^{2}-R^{3}
pueden ser también un enlace
C-C,
X^{1}, X^{2} se definen cada
uno como anteriormente
y
- Z
- es un radical quiral divalente del grupo consistente en dianhidrohexitoles, hexosas, pentosas, derivados binaftílicos, derivados bifenílicos, derivados de ácido tartárico o glicoles ópticamente activos y, en el caso de que V^{1} o V^{2} sea un radical colesterol, es un enlace C-C.
De acuerdo con la presente invención, se pueden
emplear todas las nanopartículas convencionales en el sentido de la
presente invención. Dichas nanopartículas son comercialmente
disponibles o se pueden producir por vías comunes conocidas para
los expertos en la materia, por ejemplo mediante trituración de
partículas más grandes, por ejemplo, mediante procesos de molienda,
o convenientemente mediante síntesis directa a partir de precursores
solubles o gaseosos bajo condiciones controladas (tecnología
coloidal). De acuerdo con la invención, las nanopartículas
presentan propiedades adicionales, por ejemplo mayores
características de poder cubriente, conductividad, luminiscencia,
fluorescencia, fosforescencia o magnetismo. Estas propiedades
adicionales pueden ser utilizadas, por ejemplo, como características
de seguridad adicionales.
Las nanopartículas magnéticas se pueden
seleccionar, por ejemplo, del grupo consistente en elementos
ferromagnéticos, por ejemplo hierro, cobalto, níquel o aleaciones u
óxidos mixtos de los mismos, tales como ferritas M^{II}O x
Fe_{2}O_{3} en donde el metal divalente M usado es, por ejemplo,
zinc, cadmio, cobalto, manganeso, cobre o magnesio. Con hierro como
el metal divalente, el resultado es, por ejemplo, magnetita
Fe_{3}O_{4}. Tiene una preferencia particular el uso de
\gammaFe_{2}O_{3} o CrO_{2} como nanopartículas magnéticas.
Además, las nanopartículas magnéticas también pueden incluir
aleaciones de
aluminio-níquel-cobalto con
constituyentes principales tales como hierro, cobalto, níquel,
cobre o titanio, por ejemplo.
En el contexto de esta invención, la
luminiscencia abarca, como un término genérico, fluorescencia y
fosforescencia, las cuales difieren sustancialmente en los tiempos
de decadencia de la luminiscencia continuada. Las nanopartículas
luminiscentes pueden consistir, por ejemplo, en pigmentos orgánicos
fluorescentes tales como pigmentos de bis(azometina) o
materiales inorgánicos tales como apatitas, fluoritas, calcitas,
corundos, etc. Los materiales luminiscentes inorgánicos pueden ser
de origen natural (fluorita, etc) o sintético (sulfuro de zinc, etc)
y la luminiscencia puede proceder de cualquier tipo de sitio
luminiscente (grupo principal, grupo de transición o átomo de
tierras raras, ión o grupo atómico, etc).
En comparación con las publicaciones europeas EP
0 601 483 A1 y EP 0 686 674 A1, en donde se describe la
incorporación de negro de humo o pigmentos en la matriz
colestérica, las monocapas colestéricas de cristal líquido y
pigmentos monocapa que comprenden nanopartículas presentan la
ventaja sorprendente de que el uso de nanopartículas como aditivos
proporciona una reflexión del color sustancialmente más brillante y
más atractiva de la capa colestérica resultante o de los pigmentos
obtenidos a partir de la misma.
Según otra modalidad preferida, se emplean
nanopartículas orgánicas con propiedades de absorción, por ejemplo
pigmentos azoicos, pigmentos de complejos metálicos, por ejemplo
complejos metálicos azoicos y de azometina, pigmentos de
isoindolinona e isoindolina, pigmentos de ftalocianina, pigmentos de
quinacridona, pigmentos de perinona y perileno, pigmentos de
antraquinona, pigmentos de dicetopirrolpirrol, pigmentos de
tioíndigo, pigmentos de dioxazina, pigmentos de trifenilmetano y
pigmenos de quinoftalona.
De acuerdo con la invención, las nanopartículas
adecuadas con propiedades de pigmentos cromáticos, pigmentos negros
o pigmentos blancos son, por ejemplo, óxidos metálicos tales como
TiO_{2}, ZrO_{2}, Al_{2}O_{3}, ZnO, SnO_{2}, óxidos de
hierro, incluyendo especialmente magnetita negra (Fe_{3}O_{4}),
cromatos, vanadatos y sulfuros, una amplia variedad de tipos de
negro de humo, especialmente negros pigmentarios fácilmente
dispersables, pigmentos de grafito y partículas de pigmentos
blancos teñidas en exceso.
En una modalidad preferida, las nanopartículas
no han sido tratadas en la superficie, por ejemplo con aditivos
ajustados a la superficie del pigmento, tales como ácidos grasos o
lecitinas, lo cual, según se cree, no conduce sorprendentemente a
los inconvenientes descritos del estado de la técnica en forma de
una dispersión nada satisfactoria.
\newpage
En otra modalidad, las nanopartículas usadas
pueden ser sílices ahumadas en sus diversas dimensiones y
modalidades de partículas, por ejemplo como variantes hidrófilas o
hidrófobas.
Una mezcla de cristal líquido particularmente
preferida está basada en el uso de organosiloxanos reticulables o
en sustancias con fase nemática, esméctica, discótica o liotrópica
torsionada termotrópica.
La invención proporciona monocapas de cristal
líquido reticuladas, que tienen preferentemente un espesor de 0,5 a
50 \mum, obtenibles por polimerización de una mezcla colestérica
de cristal líquido tri-dimensionalmente reticulable
que contiene nanopartículas.
La invención proporciona además un procedimiento
para la producción de monocapas de cristal líquido, caracterizado
porque se utiliza una mezcla colestérica de cristal líquido
tri-dimensionalmente reticulante que comprende
nanopartículas, para obtener una película, preferentemente con un
espesor de 0,5 a 50 \mum, sobre un soporte, y en donde la
polimerización tri-dimensional de la película de
cristal líquido se efectúa, por ejemplo, por medio de curado con
haz de electrones, polimerización por ultrasonidos o polimerización
UV.
La mezcla colestérica de cristal líquido
tri-dimensionalmente reticulante que comprende
nanopartículas se obtiene preferentemente mezclando nanopartículas
con una mezcla colestérica de cristal líquido
tri-dimensionalmente reticulante a una temperatura
por encima del punto de clarificación, por medio de métodos
conocidos en el estado de la técnica, por ejemplo, Dispermats,
extrusionadoras, molinos de rodillos, mezcladores estáticos y
disolvedores.
La polimerización se efectúa preferentemente
mediante reticulación UV, en donde se añade de 0,1 a 3% en peso,
preferentemente de 0,5 a 1,5% en peso, de fotoiniciador a la mezcla
colestérica de cristal líquido tri-dimensionalmente
reticulante de la invención. Si resulta adecuado, también se pueden
añadir estabilizantes en un contenido de 50 a 3.000 ppm,
preferentemente de 200 a 1.000 ppm, con el fin de evitar una
polimerización prematura e incontrolada.
Se da preferencia a la obtención de una película
de 1 a 5 \mum de espesor sobre un soporte, por ejemplo una
película de PET. Esto se efectúa preferentemente mediante
revestimiento con rodillo o cuchilla a velocidades de la cinta de 1
a 200 m/min. La formación de la película se efectúa más
preferentemente a 20-80 m/min. Otras modalidades
preferidas trabajan con una película de laminación constituida, por
ejemplo, por PET, o bajo condiciones inertes, por ejemplo bajo una
atmósfera de N_{2}.
De este modo, se obtienen monocapas colestéricas
de cristal líquido de la invención con altas características de
brillo y capacidad de reflexión del color con efecto de
cambio/oscilación del color, que se pueden utilizar como un medio
para efectuar marcados de seguridad.
Las monocapas de la invención se emplean
preferentemente, por ejemplo, como un constituyente de un laminado
como una banda de seguridad o en forma de un elemento de película
similar a un holograma o cinegrama o billetes de banco o
certificados u otros documentos de valor.
Dichas monocapas se pueden procesar además
mediante un procedimiento de acuerdo con la invención para
proporcionar pigmentos monocapa colestéricos de cristal líquido.
Para ese fin, la monocapa se separa del soporte por medio de una
unidad de erosión adecuada, por ejemplo una unidad o cuchilla
separadora, para formar escamas bastas de cristal líquido que son
trituradas con útiles adecuados, por ejemplo unidades de molienda o
corte, para proporcionar pigmentos de cristal líquido, y
clasificadas opcionalmente por medio de cribado y tamizado. Los
pigmentos preparados de acuerdo con la invención tienen
preferentemente un espesor de 0,1 a 50 \mum y un diámetro de 10 a
1.000 \mum. Más preferentemente tienen un espesor de 0,5 a 6
\mum y un diámetro de 1 a 200 \mum.
Otra modalidad preferida para la producción de
monocapas y pigmentos de cristal líquido se efectúa a partir de una
solución orgánica de los componentes de la mezcla LC con
nanopartículas dispersas apropiadas. En este caso, se efectúa el
revestimiento en solución mientras se mantienen las otras
condiciones del contorno, implicando el revestimiento en solución
la evaporación inicial del disolvente después de efectuar el
revestimiento de película en húmedo y antes de realizar la
polimerización. La ventaja de esta variante reside en una dispersión
más simple, por ejemplo por medio de ultrasonidos, de los aditivos
en solución.
Los pigmentos de cristal líquido de la invención
así obtenidos se pueden emplear para productos impresos, para la
producción de pinturas y tintas, para la coloración de plásticos y
para la producción de bandas magnéticas. Los mismos presentan la
ventaja de que se pueden producir en espesores muy pequeños,
mientras se retienen las propiedades deseadas, siendo así
disponibles para un campo de aplicación muy amplio.
Los pigmentos de la invención, formulados como
tintas de impresión por ejemplo, se pueden emplear para
características ópticas imprimibles, por ejemplo en los documentos
del valor mencionado, siendo la ventaja el hecho de que se integra
una característica adicional además del efecto de oscilación del
color incopiable. Esta característica puede ser diseñada como una
característica obvia u oculta.
La invención proporciona además el uso de los
pigmentos de cristal líquido de la invención que comprenden
nanopartículas con propiedades magnéticas para la producción de
características de seguridad estructuradas, impresas, ópticamente
variables, en donde se obtiene un modelo de alineación adicional por
aplicación de un campo magnético externo durante la fase de curado
de una tinta de impresión que comprende nanopartículas magnéticas
que constituyen el pigmento de cristal líquido de la invención. En
una modalidad preferida, en el caso de pigmentos colestéricos LC
magnéticos de la invención, se aplica por tanto un campo magnético
al sustrato impreso directamente después de imprimir la
correspondiente tinta de impresión en un fondo preferentemente
oscuro antes del curado del aglutinante, de modo que se obtienen
modelos de alineación de los pigmentos LC magnéticos en la
característica impresa de acuerdo con la geometría seleccionada del
campo magnético, puesto que los pigmentos magnéticos en forma de
laminillas quedan alineados a lo largo de las líneas del campo. Un
factor crucial para dicho procedimiento es el ajuste correcto de la
viscosidad del ligante. Cuando un modelo impreso tratado de esta
manera se cura posteriormente bajo la acción de este campo magnético
externo, se obtiene una característica ópticamente variable que,
además de la característica de reconocimiento por parte del ser
humano del cambio de color y del efecto de polarización circular de
la luz reflejada que se conocen para los materiales colestéricos,
posee una información permanente en forma de un modelo de alineación
de los pigmentos. De esta manera, se proporciona un medio de
personalización individual de la característica de seguridad
ópticamente variable. Este modelo de personalización adicional
tiene la ventaja de que aumenta la seguridad
anti-falsificación. Dependiendo del diseño, dicho
modelo individual como una característica obvia puede ser reconocido
incluso por un lego sin otra ayuda y se puede emplear para
distinguir el original de una falsificación. Los ligantes de las
tintas de impresión empleados para dicho proceso pueden consistir en
una formulación a base de disolvente o agua o se pueden emplear
como un sistema de curado UV.
Los posibles métodos de impresión que se pueden
considerar como opciones para los pigmentos colestéricos de cristal
líquido de la invención incluyen los procedimientos del grupo
consistente en impresión con estarcido, impresión flexográfica e
impresión por grabado, pero también, por ejemplo, la impresión
offset e impresión por rotograbado e impresión por tampón.
Además, también es posible usar los pigmentos de
cristal líquido de la invención en revestimientos para aplicaciones
industriales o en automóviles. Otros posibles usos de los pigmentos
de cristal líquido de la invención son la coloración de materiales
plásticos por vía de técnicas de mezclas madre o de combinación, y
también el uso como bandas magnéticas de color variable que pueden
ser escritas y leídas.
La presente invención se ilustra a continuación
con detalle haciendo referencia a ejemplos no limitativos.
Se disolvieron 20,0 g de isosorburo (137 mmol) y
73,2 g de trietilamina (723 mmol) en 120 ml de tolueno. A 80ºC, se
añadió gota a gota, a 60 ml de tolueno, una solución de 60,5 g (287
mmol) de cloruro de 4-(acriloiloxi)benzoilo (preparada según
Lorkowski, H.J.; Reuther, F. Acta Chim. Acad. Sci. Hung. 1977, 95,
423-34). La mezcla se agitó a 80ºC durante 2 horas,
se mezcló entonces a temperatura ambiente con 80 ml de ácido
clorhídrico al 10%, se lavó la fase orgánica con agua (2 x 80 ml) y
solución de bicarbonato sódico al 10% (80 ml) y se secó sobre
sulfato sódico, y el disolvente se separó bajo presión reducida
hasta un contenido en tolueno de alrededor del 20% en peso. El
jarabe resultante se mezcló con 200 ml de etanol y 200 ml de
ciclohexano y se calentó a 80ºC con agitación. Después de enfriar y
filtrar, se obtuvo el
di-2,5-[4-(acriloiloxi)benzoil]isosorburo
en un rendimiento de 45,9 g (68% de la teoría) con un punto de
fusión de 115ºC.
Se pesaron 93 g de
bis[4-(4-acriloilbutoxi)benzoato] de
hidroquinona (obtenible según Broer, D.J.; Mol, G.N.; Challa, G.
Makromol. Chem. 1991, 192, 59), 7 g de
di-2,5-[4-(acriloiloxi)benzoil]isosorburo
(obtenible según el ejemplo 1), 1,00 g de fotoiniciador Irgacure®
819 y 0,20 g de
2,6-di-terc-butil-4-dimetilaminometilen)fenol
(Ethanox® 703, Ethyl Corp., Baton Rouge, LA 70801). Por medio de un
agitador de vidrio de precisión, la mezcla fue homogenizada a una
temperatura del baño de aceite de 150ºC hasta obtener una masa
fundida clara. La mezcla tiene un punto de clarificación de 146ºC y
una viscosidad de aproximadamente 200 mPas a 100ºC. Una película de
esta mezcla, que había sido producida entre dos platinas de
microscopio mediante esfuerzo cortante a 110ºC y reticulada bajo una
lámpara UV de laboratorio, poseía, cuando se observó sobre un fondo
negro, un color negro brillante que cambió a azul cuando se aumentó
el ángulo de visión. El máximo de reflexión de esta película a
0º/6º (espectrómetro Perkin-Elmer Lambda 18 UV/VIS)
se encontró en 516 nm.
Se fundieron 1,5 kg de una mezcla de cristal
líquido verde, obtenible según el ejemplo 2, a 130ºC en un armario
secador y luego se dispersaron en la misma 75 g de polvo magnético
negro MR 210 (200 nm, MR-Chemie GmbH,
D-59427 Unna) a 110ºC durante 40 minutos en un
disolvedor de laboratorio (de PC Labosystem, Switzerland) a una
velocidad máxima de esfuerzo cortante. Una película de esta mezcla,
que había sido producida entre dos platinas de microscopio por
esfuerzo cortante a 110ºC y reticulada bajo una lámpara UV, poseía,
cuando se observó sobre un fondo negro, un color verde metálico
brillante que cambió a azul cuando se aumentó el ángulo de visión.
El cambio de color en función del ángulo de visión pudo percibirse
claramente incluso sobre un fondo blanco.
La mezcla LC verde con polvo magnético
dispersado, obtenible según el ejemplo 3, se aplicó como una masa
fundida a 100ºC por medio de revestimiento con rodillo a una
película de PET (RNK 19, Mitsubishi Polyester Film, 65023
Wiesbaden) para proporcionar una película delgada de un espesor de 4
\mum aproximadamente y, para una mejor orientación y prevención
de la inhibición de oxígeno de las moléculas LC, se laminó con una
segunda película de PET. La película LC laminada fue entonces
reticulada tri-dimensionalmente bajo luz UV en la
máquina de revestimiento y se separó de nuevo la película de
laminación. La película así obtenida, cuando se observó con un
fondo negro por debajo, exhibió un color verde metálico brillante
que cuando la película fue oscilada, cambió a un azul brillante. El
cambio de color puede apreciarse claramente incluso sobre fondos no
absorbentes.
Una película LC con polvo magnético finamente
disperso, obtenible según el ejemplo 4, se separó de la película de
soporte con un sistema de erosión para obtener escamas bastas. Las
escamas fueron molidas en un molino de laboratorio y el material
molido se tamizó a través de un tamiz de 40 \mum. Los pigmentos
así obtenibles poseían un diámetro medio de laminillas de
aproximadamente 35 \mum. Una aplicación con cuchilla de 3% en
peso de estos pigmentos en un ligante transparente (por ejemplo
Tinted Clear Additive Deltron 941, PPG Industries,
UK-Suffolk IP14 2AD) exhibió, sobre un fondo negro,
un color verde metálico brillante que, cuando se osciló la muestra
revestida con cuchilla, cambió a un color azul metálico. La
correspondiente aplicación con cuchilla de estos pigmentos sobre un
fondo blanco exhibió, en comparación con el fondo negro, un efecto
de oscilación verde-azul más débil pero todavía
claro y con un alto brillo. Un imán relativamente pequeño atrae
estos pigmentos a distancias de hasta 1 cm y quedan recogidos en
los polos del imán. El uso de una dispersión de estos pigmentos
magnéticos LC en un ligante que todavía no ha sido curado, fue
posible, en un plato Petri, por aplicación de un imán en el
exterior del fondo del plato, para obtener modelos en base a la
diferente alineación/orientación de los pigmentos en el campo
magnético, los cuales fueron fijados mediante curado del
ligante.
De manera análoga al ejemplo 3, se incorporaron
20 g de una sílice ahumada (HDK® H 20, Wacker- Chemie GmbH, Munich)
en 1 kg de una mezcla colestérica LC verde obtenible según el
ejemplo 2. A partir de esta mezcla colestérica LC, se obtuvo una
película colestérica reticulada de manera análoga al ejemplo 4, a
partir de la cual fue posible producir pigmentos LC de la invención
con sílice dispersa de manera análoga al ejemplo 5. Los pigmentos
así obtenidos poseían un diámetro medio de laminillas de
aproximadamente 35 \mum. La aplicación con cuchilla de 2% en peso
de estos pigmentos en un ligante transparente (por ejemplo Tinted
Clear Additive Deltron 941, PPG Industries,
UK-Suffolk IP14 2AD) sobre un fondo negro exhibió un
color verdoso metálico brillante que, cuando se hizo oscilar la
muestra revestida con cuchilla, cambió a un tono azulado. En
comparación con los pigmentos colestéricos preparados con la misma
mezcla LC pero sin la adición de sílice ahumada, los pigmentos de
la invención exhibieron propiedades colorísticas muy diferentes. Los
mismos proporcionaron la impresión de tonalidades distintivamente
más metálicas y más brillantes en cada caso en los diferentes
ángulos de visión.
Claims (14)
1. Monocapa de cristal líquido que comprende una
mezcla colestérica de cristal líquido
tri-dimensionalmente reticulada y nanopartículas
que tienen un tamaño de partícula del orden de 1 nm a 999 nm.
2. Monocapa de cristal líquido según la
reivindicación 1, caracterizada porque las nanopartículas se
eligen del grupo consistente en óxidos metálicos, óxidos de hierro,
polvos magnéticos, óxido de zinc, negros de humo, grafitos, sílices
ahumadas, pigmentos fluorescentes, pigmentos fosforescentes,
metales, aleaciones metálicas y pigmentos cromáticos o mezclas de
los anteriores.
3. Monocapa de cristal líquido según la
reivindicación 1 o 2, caracterizada porque las nanopartículas
no han sido tratadas en su superficie.
4. Mezclas de cristal líquido según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizadas porque
comprenden:
- A)
- 0,01-50% en peso, basado en el contenido total en sólidos, de nanopartículas seleccionadas del grupo consistente en óxidos metálicos, óxidos de hierro, polvos magnéticos, óxido de zinc, negros de humo, grafitos, sílices ahumadas, pigmentos luminiscentes, pigmentos fluorescentes, pigmentos fosforescentes, metales, aleaciones metálicas y pigmentos cromáticos o mezclas de los anteriores,
- B)
- al menos 20% en peso, basado en el contenido total en sólidos, de al menos uno o más compuestos tri-dimensionalmente reticulables que tienen la fórmula general media (1)
- en donde
Y^{1}, Y^{2} son iguales o
diferentes y representan cada uno un grupo polimerizable, por
ejemplo un radical acrilato o metacrilato, un radical epoxi, un
radical isocianato, un radical hidroxilo, un radical viniléter o un
radical
viniléster,
A^{1}, A^{2} son radicales
idénticos o diferentes de fórmula general C_{n}H_{2n} en donde n
es un entero de 0 a 20 y uno o más grupos metileno pueden estar
reemplazados por átomos de oxígeno,
y
- M^{1}
- tiene la fórmula general -R^{1}-X^{1}-R^{2}-X^{2}-R^{3}-X^{3}-R^{4}-,
R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4}
son radicales divalentes idénticos o diferentes seleccionados del
grupo consistente en -O-, -COO-, -CONH-, -CO-, -S-, -C\equivC-,
-CH=CH-, -N=N-, -N=N(O)- o un enlace
C-C y
R^{2}-X^{2}-R^{3} o
R^{2}-X^{2} o
R^{2}-X^{2}-R^{3}-X^{3}
pueden ser también un enlace
C-C,
X^{1}, X^{2}, X^{3} son
radicales idénticos o diferentes seleccionados del grupo consistente
en 1,4-fenileno, 1,4-ciclohexileno,
arilenos o heteroarilenos B^{1}-, B^{2}- y/o
B^{3}-sustituidos que tienen de 6 a 10 átomos en
el anillo arilo que pueden contener de 1 a 3 heteroátomos del grupo
consistente en O, N y S, o cicloalquilenos B^{1}-, B^{2}- y/o
B^{3}-sustituidos que tienen de 3 a 10 átomos de
carbono,
y
B^{1}, B^{2}, B^{3} son
sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados del grupo
consistente en hidrógeno, alquilo C_{1}-C_{20},
alcoxi C_{1}-C_{20},
alquil(C_{1}-C_{20})tio,
alquil(C_{2}-C_{20})carbonilo,
alcoxi(C_{1}-C_{20})carbonilo,
alquil(C_{1}-C_{20})tiocarbonilo,
-OH, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -NO_{2}, formilo, acetilo y radicales
alquilo, alcoxi o alquiltio cada uno de ellos interrumpidos por
oxígeno éter, azufre tioéter o grupos éster y que tienen de 1 a 20
átomos de
carbono,
- C)
- 0,5 a 80% en peso, basado en el contenido total en sólidos, de al menos uno o más compuestos quirales de fórmula general media (2)
- en donde
V^{1}, V^{2} son iguales o
diferentes y representan cada uno un radical acrilato o metacrilato,
un radical epoxi, un radical viniléter o un radical viniléster, un
radical isocianato, alquilo C_{1}-C_{20}, alcoxi
C_{1}-C_{20},
alquil(C_{1}-C_{20})tio,
alcoxi(C_{1}-C_{20})carbonilo,
alquil(C_{1}-C_{20})tiocarbonilo,
-OH, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -NO_{2}, formilo, acetilo y radicales
alquilo, alcoxi o alquiltio cada uno de ellos interrumpidos por
oxígeno éter, azufre tioéter o grupos éster y que tienen de 1 a 20
átomos de carbono, o un radical
colesterol,
A^{1}, A^{2} se definen cada
uno como
anteriormente,
W^{1}, W^{2} tienen cada uno la
fórmula general
-R^{1}-X^{1}-R^{2}-X^{2}-R^{3}-,
R^{1}, R^{2}, R^{3} se
definen cada uno como anteriormente y R^{2} o
R^{2}-X^{2} o
X^{1}-R^{2}-X^{2}-R^{3}
pueden ser también un enlace
C-C,
X^{1}, X^{2} se definen cada
uno como anteriormente
y
- Z
- es un radical quiral divalente del grupo consistente en dianhidrohexitoles, hexosas, pentosas, derivados binaftílicos, derivados bifenílicos, derivados de ácido tartárico o glicoles ópticamente activos y, en el caso de que V^{1} o V^{2} sea un radical colesterol, es un enlace C-C.
5. Monocapa de cristal líquido según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque tiene un
espesor de película de 0,5 a 50 \mum.
6. Procedimiento para la producción de una
monocapa de cristal líquido según cualquiera de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque se utiliza una mezcla de
cristales líquidos colestéricos que reticulan
tri-dimensionalmente y nanopartículas, para obtener
una película con un espesor de 0,5 a 50 \mum sobre un soporte, y
luego se lleva a cabo la polimerización
tri-dimensional de la película de cristal
líquido.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque la mezcla de cristales líquidos
colestéricos que reticulan tri-dimensionalmente y
nanopartículas, se prepara mezclando nanopartículas a una
temperatura por encima del punto de clarificación de la mezcla
colestérica de cristal líquido.
8. Pigmentos monocapa de cristal líquido que
comprenden una monocapa de una mezcla colestérica de cristal
líquido, reticulada tri-dimensionalmente, y
nanopartículas.
9. Pigmentos de cristal líquido según la
reivindicación 8, caracterizado porque los pigmentos tienen
un espesor de 0,1 a 50 \mum y un diámetro de 10 a 1.000
\mum.
10. Pigmentos de cristal líquido según la
reivindicación 8 o 9, caracterizado porque los pigmentos
comprenden nanopartículas que tienen propiedades magnéticas.
11. Procedimiento para la producción de
pigmentos monocapa colestéricos de cristal líquido según cualquiera
de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque se
emplean las monocapas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a
5, por medio de una unidad de erosión adecuada, para producir
escamas bastas de cristal líquido, y estas se trituran con útiles
adecuados para proporcionar pigmentos de cristal líquido y
opcionalmente se clasifican.
12. Uso de las monocapas de cristal líquido
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 como un marcador de
seguridad.
13. Uso de los pigmentos monocapa de cristal
líquido según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 para
productos impresos, para la producción de pinturas y tintas, para
la coloración de materiales plásticos, para la producción de bandas
magnéticas y para realizar marcados de seguridad.
14. Uso según la reivindicación 13,
caracterizado porque los productos impresos son
características de seguridad estructuradas, impresas, ópticamente
variables, que tienen un modelo de alineación adicional que se puede
obtener por aplicación de un campo magnético externo durante la
fase de curado de una tinta de impresión que comprende los pigmentos
de cristal líquido.
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