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包装印刷防伪技术及其应用研究

时间:2009-09-17 15:58:52来源:科印网作者:陈希荣

  一、防伪的概念及其科学界定
  防伪技术是一门交叉边缘学科,涉汲光学、化学、物埋学、电磁学、计算机技术、光谱技术、印刷技术、邮码印刷、包装技术等诸多领域。包装印刷是防伪技术的一种主要手段,包装材料防伪技术是包装印刷防伪的一种主要方式。
  (一)包装印刷防伪技术
  造假与贩毒、走私同列为世界的三大公害。不法分子为了牟取暴利,不惜争取一切手段造假、不仅给生产厂家带来的损失,也造成了国家税收的大量流失。鉴于目前假冒伪劣产品充斥市场,所以防伪问题引起越来越多的重视。同时也对包装提出了新的要求,即包装要有防伪功能。
  包装防伪一般有三种形式。一种是包装本身就能防伪。比如BOPP激光防伪收缩膜包装和透视全息介质包装就属这种形式。另一种形式是在产品包装外面加贴防伪标识。目前这是防伪的主流。而纳米防伪技术是一项前沿科学技术,一出现就展现其强劲的应用前景。
  防伪标识利种类繁多。根据防伪技术所应用的主要学科不同,可以分为物理学功伪、化学防伪、电予学防伪、生物学防伪、纳米防伪和多学科防伪。根据防伪技术使用和识别范围不同,可以分为公众防伪、专业防伪和特殊防伪。另外,根据防伪标识生产所用的材料、工艺的不同,可以分为激光全息防伪、纸张防伪、油墨印刷防伪、电话电码防伪,重离子徽孔膜防伪等。不过现在应用最多的还是综合防伪。即将多种防伪技术同时应用到某一防伪标识中,这样可大大提高标识被仿冒的难度,令造假者望而却步。但不管是哪一种防伪标识,都要符合国际上对防伪包装技术提出的五项综合指标要求:时效性、美观性、识别性、通用性和经济性,即技术可靠性、产品独占性、识别简便性辨认唯一性和成本可用性。
  (二)防伪技术层次界定
  作为防伪技术,首要条件是造假者仿制不出用该技术制作的防伪标识,使消费者不用任何仪器仅凭眼观就能辨别防伪标识的真伪。这种使消费者一目了然的防伪标以生产技术,才能合乎市场的标准,才是第一层次的防伪技术。.
  防伪技术的第二层次,除应具备第一层次不可造假的特点外,就是消费者需要简单的仪器才能鉴别真伪。这是第二层次的防伪技术。
  用较复杂的仪器和专门的技术,消费者才能辨别防伪标识的真假,这是第三次的防伪技技术。
  防伪技术的三个层次,仅是针对商品防伪标识使用的技术层次而划分的,如果要满足特殊部门的特殊需要,正好与上述层次顺序相反,作为商品商标使用不方便的第三层次,下是特殊需要的第一层次。针对不同的使用对象,采用不同的方式,从面满足各个层次的需要,是防伪技术应用的关键。
  (三)纳米效应材料的界定
  量子物理学家、诺贝尔奖狱得者费曼曾预言:如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,会看到材料的性能产生丰富的变化。
  在宏观和微观领域之间存在一块近年来才引起人们极大兴趣和开拓的“处女地”,即所谓介观领域(50nm一500nm)由于三维尺寸都很细小,出现了许多奇异的崭新的物理性能。这个领域包括了从微米、亚微米、纳米到团簇尺寸(从几到时百个原子以上尺寸)的范围。
  1981年德国学者格莱特首次提出了纳米材料的概念。英国学者阿尔培特·佛朗将纳米材料定义为在0.1nm~100nm尺度范围内起关键作用的科学技术领域。因此,人们习惯上把纳米材料定义为在尺度上小于l00nm的材料,但这种界定在实际应用中会出现概念不清的问题。例如图1和图2是纳米硅灰石的2张高分辨透射电子显微镜照片,他们都是由几纳米的微晶团聚形成的纳米颗粒,图1的团聚颗粒尺度为1000nm,图2的团聚颗粒J之度为70nm,但他们都有纳米尺寸效应,因此不应以团聚的尺度计算材料的火小。
  所以,界定纳米材料的主要条件是;第一、具有0.1nm~100nm尺度的微品:第二、具有相应的纳米效应。因此,我们认为纳米材料的提法也不完善,纳米材料应改为一一纳米效应材料。
  我国纳米技术首席科学家白春礼院士认为,要规范纳米概念,对于应用性功能材料,只要有新内容,能强化功能就行,至于叫不叫纳米无所谓。采用纳米技术制造的材料可以实现原子的完美占位,最大限度地消除缺陷和杂质,使其物性达到或接近理论值。纳米材料具有优越的敏感性,在温敏、气敏湿敏等方面具有广阔的应用前景,这些特性的利用与开发,将会使防伪包装技术进入一个崭新的阶段。一般盒属微粒是黑色,具有吸收红外线等特点,而且表面积巨大,表面活性高,对周围环境敏感(温、热、光、湿度等)。因此,当把具有这些具有这些特的纳米微粒加入包装材料中,或制成涂料或上光剂涂于材料表面,人们在选择商品时便可通过热度、光线或温度加以鉴别,从而达到防伪目的。这也就是说利用纳米技术可实现包彩防伪、理化效应防伪等目的。从而提高防伪技术水平。
  (四)纳米防伪技术的科学界定
  纳米防伪即应用纳米技术在纳米尺度范围内分子原子水平上提高包装材米、包装印刷工艺的防伪性能的高新技术。但它并不拘限于小尺寸的界限,只要能拥有目标防伪的新特性。
  所谓“纳米包装”就是应用纳米技术,采用纳米材料,使包装具有超级功能或奇异特性的一类包装总汇。纳米包装材料,就是用晶粒尺寸为0.1~100(nm)单晶体或多晶体材料与其他包装材料复合制成的枘米复合包装材料。由于纳米级晶粒比常规材料的晶粒细小,因而其晶界上的原子数多于晶粒内部的原子数,形成高浓度晶界,从而赋予纳米技术研制料以许多不同常规材料的性能,诸如高强度、高硬度、高电阻率、低热导率.低弹性模量、低密度等等。纳米技术和纳米材料足日前国外存包装领域应用最多的高技术。英国应用纳米技术研制包装材料,使包装材料具备了多利-超高物理化学性能,对提高包装功能具有划时代意义。
  纳米防伪技术是近年来随着科技进步,市场需求变化和防伪技术手段的不断更新而研制开发的一个新的分支--纳米防伪学。是研究如何以最有效、撼可靠、最经济的防伪系统保护标的物不被伪造的一门边缘科学。是纳米技术与防伪技术的最佳结合。
  纳米技术足操作纳米世界(原子、分子)的科学技术。纳米科技是创造高性能、高效比、商功能等高新包装的最新技术。因此,纳米防伪有着强劲的发展动力和广阔的应用前景。
  1989年美国IBM公司成功地实现了世界.卜最小的纳米级商标图案,1992年,我国开发研究院为包装技术、隐形条码研制成功。纳米图像辨别名酒真伪,既快又准确。因而町以把白酒的纳米图像理解为它们的“基因图谱”。1994年美国的马萨诸塞州洲XMX公司狱得一项生产用予印刷油墨的、颗粒均匀的纳米微粒的专利。在颜料上纳米技术也给油墨制造业带来一个巨大的变革,它不再依赖于化学颜料而是选择适当体秋的纳米材料来呈现不同的颜色。因为有些物质在纳米级时,粒度不同颜色也不同,或不同物质不同颜色,如Ti02、Si02纳米粒子是白色,Cr203足绿色,Fe2O3是褐色。20世纪90年代,高保真印刷悄然向我们走来,它的网点大约在10-20μm之间,这表明印刷的材料离纳米层次已经不远了。

  二、防伪技术的形式、功能与特点
  (一)光学防伪技术
  目前在光学领域防伪的主要技术于段是利用薄膜干涉效应的多层介质膜结构、光栅结构和利用信息光学概念的各种类型的全息技术。主要利用光与物质槲互作用时产生的散射、反射、透射、吸收和衍射等基本规律,以获得某种特殊的视觉效果,从而达到识别产品真假的目的。
  1.新型纳米发光材料经几分钟的光照就能在黑暗中自行发光,用于印刷、工艺制品等诸多领域,如发光油墨、发光塑料、发光印花浆,发光化纤等。
  发光颜料可作为一种添加剂,均匀分布在各种透明介质中,如油墨、涂料、塑料料、橡胶、纸、胶片、印花浆、陶瓷轴料、玻璃、化纤、皮革等,实现介质的自发光功能,并可显示出本材料所具有的明亮色彩。其突出特点是对波长450纳米以下的短波可见光具有很强的吸收能力,吸收储存各种可见光(日光、荧光、紫外光、灯光等)后,在暗光外发光12-24小时以下,其发光强度和维持时章是传统荧光材料的30倍以上,且材料本身无毒、无害、不含任何放射性元素,其稳定性和耐候性优良。并可无限次循环使用。
  2.稀土光致显色剂,是由醇溶性树脂、氯化稀土、氨基羧酸钠、洒精络合而成,在日光及可见光下无色,在紫外光下放射出550纳米~-580纳米光波,而不同的络合方法义将呈现不尽相同的色光,保密性高。本发明配方合理,工艺简单,可用于防伪产品包装的标志、标识上,防伪效果显著。
  3.1997年,加拿大也制成发红光的InP量子点激光器,科学家普遍认为;量子点阵列激光器进入市场已为时不远了,最有前途的制备方法是通过自组织纵设计纳米结构,形成规则阵列的量子点激光器,它不需要平板印刷,也不需要通过腐刻来获得,可以代替价格昂贵的外延生长技术,大大降低激光器的成本,可以顸计它将发展成为制造下一代激光器的主导技术。并为激光全息防伪印刷的应用开拓了新领域。
  4.光材料由于纳米复合材料可达到分子水平相容,儿相小尺寸小于光波长,因而纳米复合材料较纯,聚合物透明性好。用溶胶凝胶法制得的材料一般是高度透明的,选择Fe2O2、V2O5作无机组分或WO2、M0O3片层无机物,会得到超导、光致变色、电致变色材料。
  5.德国一家公司最近研制出一种新型防伪标签系统,利用激光束把数据信息以微米大小的光点形式打入标签里,通过识别光点形成的全息图,鉴别产品的真伪。新系统结合了全息摄影和聚合材料薄膜的数据存储技术的优点,通过激光束将随机数量的光点烙在一片仅有二万分之一米厚的聚合材料薄膜上,每平方毫米薄膜可以烙一百万个光点,这些光点可形成一个三维全息图,代表一个图像、数字代码或是企业标识。此外,光点中还可以储存一千倍以上。使用时,通过特殊的读识装置和激光束,再现全息图,并读出光点储存的产品信息。标签防伪系统采用随机产生的光点,使得每标签的个全息图都各不相同,加之光点小本身还储存有特定的信息,使得对伪劣产品的鉴别更加准确、便捷。
  6.利用纳米硅灰石材料研制荧光陶瓷和荧光汕漆,可制成夜光杯等工艺荧光陶瓷,由硅灰石本身即为上佳陶瓷材料,纳米尺寸的陶瓷材料具有更好的机械加工性能,故可制成薄胎荧光陶瓷,其工艺性能同时得到本质性的提高。此外,纳米硅灰石也可以制成荧光油漆等防伪产品,兼具装饰、防伪2种功能,是一种新型的功能结构一体化材料。
  7.有机光致变色材料,光致变色有机化合物的合成方法和材料配方,分三种类型:(1)变色前后,两种状态都可长期稳定、光趋动双稳型:(2)光致变色后,在数分钟内可以热消色;(3)超快速变色体系,在纳秒至微秒变色。生产条件:一般有机合成和有机化工设备。应用范围:变色油墨和颜料、变色涂料、防伪商标,防伪纸张等。
  8.粒子全息镭技术,镭射全息防伪技术是利用镭射光学原埋,制造系统的印刷术无法
  伪造的效果例如:二维三维立体,微缩图元,暗藏标记,彩虹色反光,多层动感图像等。所以全息防伪是日前最受推祟及最有效的防伪方法。粒子全息镭射技术是由法国全息仿伪业公司独家发明和拥有。粒予全息镭射技术和和其他全息镭射技术的最大区别,是它的图象度高达3600dpi,而一般的全息镭息技术只有1200dpi,因而能够制作极其精细的图元,确保了防伪技术上的优势。粒子全息镭射技术的杰出性能除了具高度光度,二维三维主体,解象度(3600dpi)外,还具有微缩图片及微缩暗藏标记。
  9.激光防伪在计算机技术、激光全息技术、数字图像处理技术、精密光学控制技术、衍射光学制造技术和工艺发展的基础上,激光无油墨印刷技术有了突破性的发展,产生了激光防伪包装印刷这一新技术,在包装、印刷和防伪行业有了巨大的发展空间。数码激光图像技术的核心是数码激光图像的生成、处理、控制和制作技术,数码激光图象是完全不同于普通印刷图象的空间变化的新型图象,刘它的研究开发和应用将会带来多方面的技术进展和行业的技术进步,尤其为包装材料与印刷业带来一个重大的革新性变化:推动一个”激光防伪包装材料生产行业“的形成。
  10.用于防伪的数码光变图,在美国Intel公司在其芯片pentium111,微软公司在其windowsMe和windowsXP上采用了具有高度防伪性能的激光光变图像。在中国,维格数码光学公司研制了具有国际的水准的”数码激光全息照排系统“,以卓越的软件与硬件性能展示于Ⅱ上,它已成为激光宽行软包装、激光防伪包装、t~p,f6lJ、防伪标以、制版设备。
  Digital3DtrM能创造出高分辨率(508doi)、色彩变化丰富(16.7M)、3D立体、动态光变和具有编码加密特性的激光光变图像。能用Digital3DTM制作6GOmm×800mm面积的全息母版。因此,设计者能很容易地设汁和制作高水准的大幅面的防伪性光变图和立体图像,供防伪包装或其它防伪用途。“大幅面3D激光照排系统(Digital3DTM)”的应用将使中国的激光图像制品水平得到更大提高,应用领域会更加广泛。
  11.数字化像素全息,象素全息图是一种特殊的全息图,它由排列整齐的极小的点阵组成,每个点部包含衍射光栅,衍射光栅能将光线的不同颜色显示出来。今后彩色全息图、合成全息图像密码全息图将会广泛应川。
  12、三维真彩色模压全息,三维真彩色模压全息图是全息显示居于当前进际最高水平。该项目所用方法拍摄三维真彩色模压全息可以利用已有的拍摄一般3D模压全息图的通用设备,无需新的投资。它的特点是根据全息图的原理,除了横向编码外,特别具有纵向编码。
  发明再现位置重合的位置编码方法,创造性地拍摄以能够同时颜色编码和位胃编码的全息图,有创造性和新颖性,达到国际同类产品水平。该项目同时研究出在维模压全息图的光刻胶板过程如同拍摄二维彩色的光刻胶板一样方便,与一步彩虹相比较,相当于省去一个大孔径的相对孔径1:1的消色差透镜。并且也具有|其他方法制造全息图相同的的视场角和观察范围。

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