Защищенная бумага - RU2159826C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к защищенной бумаге и, в частности, к способу получения защищенной бумаги с помощью высококачественных водяных знаков.

Хорошо известно квалифицированным изготовителям бумаги, что ее прочность на разрыв может быть повышена путем использования сравнительно длинных синтетических волокон. Хлопковые волокна, используемые в производстве защищенной бумаги, такой, как бумага для банкнот, имеют обычно длину 1 мм. В то же время синтетические волокна, служащие для повышения прочности на разрыв, имеют обычно длину от 3 до 5 мм. Далее, хорошо известно в отрасли производства бумаги, что устойчивость бумаги к складыванию и растяжению обычно повышается при добавлении синтетических волокон только, если такие волокна могут быть эффективно связаны с окружающей матрицей хлопковых волокон. Подходящего типа связывание достигалось ранее тремя методами:
1. Один из методов заключается в использовании волокна, способного к образованию водородной связи, такого, как вискозное или поливинилового спирта (ПВС). Этот метод имеет ограниченную ценность из-за того, что площадь поверхности синтетических волокон обычно гораздо меньше, чем у натуральных, вследствие чего сила водородной связи с отдельными синтетическими волокнами пропорционально меньше, чем для целлюлозного волокна. Это снижение силы связи только частично компенсируется использованием волокон более длинных, чем целлюлозные или другие натуральные волокна.

2. Некоторую пользу приносит метод пропитки основы сильно связывающим компонентом, таким, как ПВС или желатин. На практике довольно сложно заставить этот метод работать эффективно, не прибегая или к использованию систем, основанных на растворителях, и/или горячему каландрированию, что нежелательно из-за высокой стоимости. В случае использования систем, основанных на растворителях, экологические соображения также делают неприемлемым этот подход.

3. Использовано также связующее волокно в сочетании с армирующим синтетическим волокном. При этом связующее волокно должно быть способно или плавиться или растворяться во время процесса сушки, способствуя тем самым связыванию синтетических и натуральных компонентов волокнистой основы.

Патент Нидерландов N 9301835 раскрывает методику получения бумаги для защищенных применений, в которой в дополнение к целлюлозным волокнам используются нерастворимые волокна поливинилового спирта или некоторое количество растворимых и нерастворимых волокон поливинилового спирта. Использование нерастворимых волокон поливинилового спирта улучшает прочность и жесткость бумаги по сравнению с бумагой, содержащей только целлюлозные волокна. По сравнению с бумагой, содержащей другие синтетические волокна, такие, как полиамидные или полиэтиленовые, бумага, соответствующая этому патенту, проявляет более высокие качества, как по жесткости, так и по четкости водяных знаков. Растворимые волокна поливинилового спирта, которые могут быть использованы в соответствии с содержанием патента, таковы, что растворяются в воде при температуре 60^oC или выше и в процессе растворения волокна исчезают. Молекулы поливинилового спирта действуют в качестве связующего агента и могут обеспечить такое влияние на поверхность бумаги, которое исключает необходимость ее нормальной обработки, необходимой для выполнения качественной печати. Из описания в целом становится ясно, что приемлемое качество водяных знаков достигается, даже, несмотря на использование синтетического волокна, в частности нерастворимых волокон поливинилового спирта. В отличие от изобретения, раскрытого в патенте Нидерландов N 9301835, настоящее изобретение касается получения защищенной бумаги повышенной прочности по сравнению с аналогичной бумагой на основе исключительно целлюлозных волокон и с повышенным качеством водяных знаков по сравнению с другими видами бумаг с использованием нерастворимых волокон PVOH, что достигается с помощью определенного количества волокон поливинилового спирта, способных растворяться при температурах в диапазоне от 95^oC до 100^oC.

Сформированный лицевой водяной знак является одним из решающих и важных признаков защиты банкнот от подделок. Этот вывод подтверждается почти повсеместным использованием таких водяных знаков на мировых валютах. При этом только высочайшее качество водяных знаков является решающим фактором, препятствующим возникновению подделок.

Оценка качества водяного знака является в значительной мере субъективным делом. Однако специалист в области получения формованных лицевых водяных знаков, относимых в патент Нидерландов N 9310835 к так называемым теневым водяным знакам, знакомы с несколькими достаточно четкими критериями качества. Высококачественный водяной знак отличается тремя ключевыми признаками:
Во-первых, он должен быть четко очерченным, то есть изображение не должно быть расплывчатым или смазанным.

Во-вторых, он должен быть высококонтрастным; то есть должна иметься заметная разница между светлыми и темными местами при рассматривании в проходящем свете. Светлые места, известные как блики, должны быть намного светлее тех мест, где водяные знаки отсутствуют. Темные места должны быть отчетливо темнее, чем окружающие места без водяных знаков.

В-третьих, для того, чтобы обеспечить максимальный эффект водяного знака и гарантировать устойчивое воспроизведение его изображения, фоновая основа бумаги (места без водяных знаков) должна быть однородной.

Из всех вышеперечисленных качеств контраст темных мест легче всего поддается количественной оценке. Это может быть сделано путем оценки количества волокон в местах водяного знака с более высокой поверхностной плотностью по сравнению с местами без водяных знаков.

В вышеописанном патенте Нидерландов нет описания критериев, используемых для оценки качества водяного знака. Кроме того, он не устанавливает, какие из субъективных аспектов качества водяного знака используются для получения оценки качества водяного знака на бумаге, содержащей нерастворимые волокна PVOH и на бумаге, содержащей другие синтетические волокна или только хлопковое волокно.

Традиционный подход к использованию синтетических волокон в бумагоделании требует от специалиста в данной области техники, выбирать волокно, имеющее максимум водородных связей, максимальную длину, совместимую с основой бумаги, и с оптимальной системой химического связывания. Следует также уяснить, что прочность на разрыв, в частности, зависит, прежде всего, от прочности волокон, а свойства, определяющие способность к складыванию пополам, зависят как от прочности волокна, так и от прочности связывания.

В производстве защищенной бумаги такой, как бумага для банкнот, очень важно максимально улучшить два важнейших физических свойства, а именно, прочность на разрыв и возможное число складываний пополам известное в этом деле, заключается в том, что для того, чтобы достигнуть хороших результатов в отношении этих двух физических характеристик следует использовать армирующее волокно, которое не разрушается ни при нагреве, ни водой, с целью поддержания максимальной прочности волокна. Неожиданно обнаружено, что использование волокон поливинилового спирта, которые являются растворимыми в процессе производства бумаги, по крайней мере, в некоторой степени при температурах в интервале от 95 до 100^oC, тем не менее, поддерживают прочностные характеристики в течение всего процесса производства бумаги, включая стадии осушки. В частности, обнаружено, что защищенная бумага, полученная в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, не теряет прочности во время стадий осушки, когда волокна окружены водой при температуре, приближающейся к 100^oC перед испарением воды.

Соответственно настоящее изобретение предлагает способ производства защищенной бумаги, такой, как бумага для банкнот, состоящий из, прежде всего в формировании бумагоделательной суспензии, включающей целлюлозные волокна и волокна поливинилового спирта, причем волокна поливинилового спирта растворимы в воде при температурах от 95 до 100^oC, обезвоживания бумагоделательной суспензии на профилированной путем тиснения проволочной сетке или другим методом, использующим тиснение, в котором тиснение создает профилированное чередование выступов и углублений, соответствующих темным и светлым местам водяного знака, после чего сформованную бумагу с рисунком водяного знака соответственно сушат, в результате чего получают защищенную бумагу.

Целлюлозные волокна могут составлять, по крайней мере, 50% бумагоделательной суспензии, они могут быть как пуховыми, так и чесаными волокнами; кроме того, волокна могут быть льняными, конопляными или волокнами манильской пеньки. Предпочтительно, чтобы целлюлозные волокна присутствовали в количестве, по крайней мере, 80% по весу, а более предпочтительно, по крайней мере, 90% по весу. Волокна поливинилового спирта, которые являются растворимыми в воде при температуре от 90 до 100^oC, могут находиться в количестве до приблизительно 10% по весу, предпочтительно в количестве от 2 до 10% и еще более предпочтительно от 4 до 8% по весу, где за основу взят вес волокон в бумагоделательной суспензии.

Волокна поливинилового спирта, которые являются растворимыми в воде при температуре от 95 до 100^oC, предпочтительно имеют длину до 5 мм, более предпочтительно от 3 до 5 мм; титр волокна (весовой номер) может быть до 2 денье, предпочтительно от 0,3 до 2 денье и еще более предпочтительно 1 денье.

Волокна поливинилового спирта, растворимые в воде при температуре от 95 до 100^oC, могут иметь сердцевину, образованную другими полимерными волоконными материалами, например, полиэфиром, полиамидной вискозой или нерастворимым в воде поливиниловым спиртом. Волокна, имеющие сердцевину, могут считаться подобным обычным волокном поливинилового спирта в том смысле, что они образуют поверхность, занятую поливиниловым спиртом, наличие которой является существенным в способе, соответствующем данному изобретению, для того, чтобы получить как хорошие прочностные свойства, так и хороший водяной знак, который важен для практических целей защиты документов, особенно банкнот. Волокна поливинилового спирта, имеющие описанную сердцевину, могут быть получены в процессе совместной экструзии или пучок материала сердцевины с волокнами, имеющими титр от 0,5 до 0,8 денье, может быть пропущен через ванну с поливиниловым спиртом, имеющим молекулярный вес от 50,000 до 150,000, в результате чего на волокна наносится покрытие из поливинилового спирта. Затем волокно сушат и после этого подвергают тепловой обработке для того, чтобы повысить растворимость поливинилового спирта при температуре в диапазоне от 95 до 100^oC, например 99^oC. Получающийся в результате пучок волокон, имеющих размер, например, 5 мм. Волокна, полученные таким образом, обеспечивают прочностные свойства и улучшенные характеристики связывания, а также оказывают существенно сниженное негативное влияние на нормальное ухудшение качества водяного знака по сравнению с непокрытыми волокнами этих материалов.

Существенной частью настоящего изобретения является достижение высокого качества водяных знаков. Хорошо известно, что если подвижность бумагообразующих волокон недостаточна, водяной знак становится слабым или фактически неразличимым. Это объясняется или недостаточностью гидродинамических сил для движения волокон или затруднениями для движения волокон из-за их большой длины. Такая иммобилизация не дает возможности волокнам аккумулироваться в углублениях профиля, предназначенного для образования водяных знаков и, мигрировать с выступов этого профиля во время процесса образования знака и приводит к низкому качеству водяного знака. Известно, что обычные бумагообразующие хлопковые волокна для защищенных бумаг имеют длину в диапазоне 1 мм, в то время как обычно используемые синтетические волокна имеют длину в диапазоне 3-5 мм. Хорошо известно, что большая длина синтетических волокон является причиной образования водяного знака с заметно более низким качеством именно благодаря присущей им более низкой подвижности.

Одним из существенных признаков настоящего изобретения является именно то, что волокна поливинилового спирта, растворимые в воде при температуре от 95 до 100^oC, из-за присущей им гладкости обнаруживают заметно повышенную подвижность в процессе приготовления бумаги, что в свою очередь, приводит к заметному улучшению качества водяного знака по сравнению с бумагой, содержащей нерастворимые волокна поливинилового спирта подобные тем, что раскрыты в патенте Нидерландов номер 9301835. Необходимость превосходного качества волокон поливинилового спирта, требуемого для настоящего процесса, вытекает из требования, как четкости, так и контраста водяных знаков, полученных с использованием этих волокон.

Когда бумагообразующие волокна находятся в виде суспензии, перед началом процесса формирования бумаги, концентрация волокон обычно составляет 0,2%, как это хорошо известно, в этой области. При этой концентрации имеется естественная тенденция волокон к взаимодействию. Для протяженных волокон такое взаимодействие приводит к их взаимному сцеплению. Это взаимное сцепление может привести к флоккуляции (выпадению хлопьев), причем мы обнаружили, что тенденция к сцеплению или флоккуляции заметно слабее в дисперсии волокон вследствие присутствия в суспензии волокон поливинилового спирта, растворимых в воде при температурах от 95 до 100^oC, по сравнению с нерастворимыми волокнами, описанными в патенте Нидерландов номер 9301835.

Использование волокон поливинилового спирта, растворимых в воде, при температурах от 95 до 100^oC может принести пользу как для повышения прочности свойств бумаги, так и получения превосходных свойств водяного знака. Это действительно неожиданная комбинация ценных свойств, которая не получается при использовании других водорастворимых волокон поливинилового спирта.

Предпочтительными для использования в настоящем изобретении волокнами поливинилового спирта являются те, которые получаются в процессе мокрого формования.

Изобретение будет проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. Готовят исходную заготовку, содержащую 5% от общего веса сухого 5 мм волокна, волокон PVOH типа VPB 102 (растворимых при 99^o C, длиной 5 мм) и 95% по весу хлопковых волокон, изготовленных обычным образом. Эту смесь выкладывают на профилированную форму бумагоделательной машины обычным образом, используемым для бумаги для банкнот. Сырая бумага затем получается обычным образом путем использования следующей последовательности процессов: прессование, сушка, пропитка поливиниловым спиртом, дальнейшая сушка, каландрирование и окончательная намотка на рулон.

Бумагу, полученную таким образом, испытывают на прочность к разрыву и многократному складыванию. Водяной знак визуально оценивают в соответствии с субъективными критериями, описанными выше. Бумага, изготовленная таким же способом, но из заготовки, состоящей на 100% по весу из хлопкового волокна, также подвергалась испытаниям для сравнения.

Полученные результаты приведены в табл. 1 и 2.

Пример 2. Одним из неожиданных аспектов настоящего изобретения является отчетливое улучшение качества водяного знака, достигаемое для волокон, растворимых при температуре около 99^oC, по сравнению с теми, которые нерастворимы, такие, как волокна VPB 103, описанные в вышеупомянутом патенте Нидерландов. Это иллюстрируется результатами испытаний, проведенных для таких волокон.

При прямом сравнении двух типов волокон, VPB 103 (нерастворимые, длиной 3 мм), описанных в предварительно упомянутом патенте Нидерландов, и VPB 102 (растворимые при 99^oC, длиной 3 мм), являющихся одними из предпочтительных волокон в этой заявке, следующие результаты были получены. Оценки были 3 категорий: хорошо, удовлетворительно, плохо, которые ставили квалифицированные специалисты в этой области. Бумага изготовлялась на ручной листовой машине "Британский Стандарт" и содержала 5% по весу волокон PVOH (см. табл. 3).

Дальнейшие испытания выявили следующую эмпирическую закономерность, связанную с контрастом водяного знака. Она заключалась в том, что процент дополнительной плотности волокон на темных участках водяного знака по сравнению с участками без водяных знаков был гораздо выше для волокон типа VPB 102, чем для волокон типа VPB 103 (см. табл. 4).

Контраст, достигнутый на волокнах VPB 102, на 40% лучше, чем для VPB 103 для портретного водяного знака и на 100% лучше в случае водяного знака в виде решетки. Это действительно замечательная и неожиданная разница в результате, которая отчетливо иллюстрирует выгоды, получаемые при специальном выборе волокна, указываемом в настоящей патентной заявке.

Реферат

Изобретение предназначено для производства защищенной бумаги, чья безопасность обеспечивается высококачественными водяными знаками. Способ включает приготовление суспензии для производства бумаги, содержащей волокна целлюлозы и волокна поливинилового спирта, которые растворимы в воде при 95 - 100^oС и имеют длину 3 - 5 мм, обезвоживание суспензии для производства бумаги на тисненой проволочной сетке или другим методом с использованием тисненой поверхности, в которой тиснение создает профиль в виде чередующихся выступов и впадин, соответствующих светлым и темным местам водяного знака, и таким образом сформированную бумагу с рисунком водяного знака после обезвоживания сушат, в результате чего получают защищенную бумагу. Обеспечивается повышение прочности бумаги. 6 з.п. ф-лы, 4 табл.

Формула