CZ217098A3 - Bezpečnostní papír - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká bezpečnostního papíru a zejména způsobu výroby bezpečnostního papíru, který je opatřen vysoce kvalitními vodoznaky.

Dosavadní stav techniky

Odborníkům na problematiku výroby papíru je dobře známo, že lze pevnost v roztržení u papíru zvýšit použitím relativně dlouhých syntetických vláken. Bavlněná vlákna používaná při výrobě bezpečnostního papíru jako je papír na bankovky jsou typicky dlouhá 1 mm. Syntetická vlákna zlepšující odolnost proti roztržení jsou ale typicky dlouhá 3 mm až 5 mm. Dále je v problematice výroby papíru Velmi dobře známo, že odolnost proti přeložení a pevnost v tahu lze také zlepšit přidáním syntetických vláken, ale pouze pokud se taková vlákna váží do okolní matrice bavlněných vláken. Vazby vhodného typu bylo v minulosti dosahováno třemi technikami:

1.Jednou z technik je použití vlákna, které je schopné vytvořit vodíkovou vazbu, jako je viskóza nebo polyvinylalkohol. Tato technika má ale omezenou použitelnost, protože povrch syntetických vláken je obecně mnohem menší v porovnání· s povrchem přírodních vláken, což vede k tomu, že síla vodíkových vazeb jednotlivých syntetických vláken je mnohem menší než u celulózových vláken. Toto snížení síly vazby je částečně kompenzováno použitím vláken větší délky než jsou celu lóžová nebo jiná přirozená vlákna.

2.Použití impregnace substrátu silným vazebným činidlem jako je polyvinylalkohol nebo gelatin. V praxi je ·· » « ··

I?

poněkud obtížné provést účinně tento způsob bez využití buď systémů založených na rozpouštědlech a/nebo horkého kalandrování, což ovšem není žádoucí z důvodu vysokých nákladů. V případě systémů založených na rozpouštědlech se proti jejich využití přidávají také argumenty na ochranu životního prostředí.

3.Použití pojivových vláken zabudovaných spolu se syntetickým vyztužujícím vláknem. Pojivové vlákno musí být schopné buď roztátí nebo rozpuštění během procesu sušení, čímž pak slouží k vazbě syntetických a přirozených složek vláknitého substrátu.

Holandská patentová publikace č. 9301835 popisuje způsob výroby papíru pro bezpečnostní použití a kromě celulózových vláken používá nerozpustná polyvinylalkoholová vlákna nebo určité množství rozpustných a nerozpustných polyvlnylalkoholových vláken. Použití nerozpustných polyvinylaikoho]ových vláken zlepšuje pevnost a tuhost papíru ve srovnání s papírem, který obsahuje pouze vlákna celulózy. Ve srovnání s papírem, který obsahuje jiná syntetická vlákna jako jsou polyamidová nebo polyethylenová vlákna, má papír podle tohoto vynálezu lepší tuhost a ohraničení vodoznaku. Rozpustná polyvinyla1koho1ová vlákna, která lze použit podle vynálezu jsou taková, která lze rozpustit ve vodě při teplotě 60°C nebo vyšší a během rozpouštění rozpustná vlákna zmizí-. Molekuly polyvinylal kohoiu působí jako vazebné činidlo a mohou poskytovat takový povrchový efekt, žě není potřebná žádná další povrchová úprava, aby bylo možno provést kvalitní tisk. Přihláška jako celek objasňuje, že rozumné kvality vodoznaku se dosáhne dokonce i když se použijí syntetická vlákna, konkrétně nerozpustná polyvinylalkoholová vlákna,. Na rozdíl od vynálezu popsaného v holandské patentové publikaci č. 9301835, se tento předkládaný vynález týká dosažení e· ··♦· • · · • . ·· • · · zlepšené pevnosti relativně k bezpečnostnímu papíru vyrobenému pouze z celulózových vláken a také zlepšené kvality vodoznaku relativně k jiným typům polyvinylalkoholových vláken tak, množství polyv i nyla1ko ho1o vých že se použije určité vláken, která se rozpouště j í_ při teplotách 95 °C až 100 °C.

Formou vyrobený vodoznak je jedním z nejkritičtějších a nejdůležitějších bezpečnostních vlastností používaných na bankovkách, aby se zabránilo jejich padělání. To je jasně ilustrováno téměř univerzálním použitím takových vodoznaků na všech světových měnách. Je důležité, aby vodoznak byl néjvyšší kvality, a tak odrazoval od padělání.

Posouzení kvality vodoznaku je nezbytně subjektivní povahy. Ale odborníci na výrobu formou vyráběných vodoznaků, které jsou v holandské patentové přihlášce 9310835 označovány jako stínový vodoznak, jsou obeznámeni s některými zřetelnými kritérii kvality. Vysoce kvalitní vodoznak se odlišuje ve třech klíčových vlastnostech:

Za prvé by měl být ostře vymezen, to znamená, že obrázek by neměl být roztřesený nebo rozmazaný.

Za druhé by měl být vysoce konstrastní, to znamená, že by měl být při pohledu v procházejícím světle jasný rozdíl mezi světlými a tmavými oblastmi. Světlé oblasti, označované jako zvýraznění, by měly být mnohém světlejší než místa, kde není vodoznak. Tmavé oblasti by měly být zřetelně tmavší než okolní oblasti bez vodoznaku.

Za třetí, aby měl -vodoznak co nejlepší efekt a zajišťoval důslednou reprodukovatelnost obrázku, pozadí tvořené papírem (oblast bez vodoznaku) by mělo být jednotné.

Ze všech uvedených kvalitativních vlastností je kontrast tmavé oblasti nej snadnější pro kvantifikaci. Tu lze provést odhadnutím množství vláken v oblastech s vyšší gramáží ve vodoznaku ve srovnání s oblastmi, kde vodoznak není.

« 0 0 «

Β 0 00

0000

00 • 0 0« 0 0/0 0

Uvedená holandská přihláška nepopisuje kritéria použitá pro posuzování kvality vodoznaku. Navíc neuvádí jaké subjektivní aspekty kvality vodoznaku byly použity pro posouzeni kvality vodoznaku u papíru obsahujícího nerozpustná polyvinylalkoholová vlákna a u papíru obsahujícího jiná syntetická vlákna nebo pouze bavlněná vlákna.

Tradiční	přístup k	použití s	yntetických vláken ve
výrobě papíru,	vede odbo	rní ka k tornu, že vybere vlákno,
které vytvoří	maximální	vodíkovou	vazbu, má maximální
délku shodnou	s vznikem papíru	a optimální chemický
vazebný systém	i·. Také je	třeba vzí'	t v úvahu, že zejména
pevnost v roztržení je	funkcí pr	binární síly vlákna a
odolnost při	překládání	je funkcí síly vlákna i sily
vazby.

Při výrobě bezpečnostního papíru jako je bankovkový papír, je důležité maximalizovat dvě důležité fyzikální vlastnosti, zejména pevnost v roztržení a odolnost při překládání. V dané problematice je běžné, že pro dosažení dobrých výsledků s ohledem na tyto dvě fyzikální vlastnosti, je vhodné použít vyztužující vlákna, která nebudou poškozena zahříváním nebo vodou, aby se udržela maximální síla vlákna. Nyní bylo překvapivě zjištěno, že použití pol yvi-nylalkoho.lových vláken rozpustných při výrobě papíru přinejmenším v určitém rozsahu při teplotách 95 °C až 100 °C, které nicméně udržují pevnost během celého procesu výroby papíru včetně sušicích stupňů je velmi vhodné. Konkrétně bylo objeveno, že -bezpečnostní papír vyrobený způsobem podle předkládaného vynálezu, není oslaben během sušení, kdy jsou vlákna před odpařením vody obklopena vodou při teplotě dosahující 100 °G.

Podstata ^máloa»

9999

9 9 · · • 9 99

9 9

9 99

· · ·

Předkládaný vynález poskytuje způsob výroby bezpečnostního papíru, jako je papír na bankovky, přičemž tento způsob zahrnuje tvorbu papírenské suspenze, která obsahuje celulózová vlákna a polyvinylalkoholová vlákna, přičemž polyvinylalkoholo-vá vlákna jsou rozpustná ve vodě při teplotách 95 °C až 100 °C, odvodnění papírenské suspenze vyt.lačovací m drátěným sítem nebo jinými vytlačovacími prostředky, přičemž vytlačováním vznikne tvar vrcholků, který odpovídá světlým a tmavým místům vodoznaku, a vzniklý papír po odvodněni a s vodoznakem se dále suší, aby vznikl výsledný bezpečnostní papír.

Celulózová vlákna tvoří přinejmenším 50 % hmotnostních papírenské suspenze a jedná se o lántrová i česaná vlákna, kromě toho se může jednat i o vlákna plátěného konopí nebo manilského konopí. Preferuje se, aby celulózová vlákna byla přítomna v množství přinejmenším 80 % hmotnostních a ještě výhodněji přinejmenším 90 % hmotnostních. Polyvinylalkoholová vlákna, která jsou rozpustná ve vodě při teplotě 90 °C až 100 °C jsou přítomna v množství až 10 % hmotnostních a s výhodou v množství 2 % hmotnostní až 10 % hmotnostních a ještě výhodněji 4 % hmotnostní až 8 % hmotnostních vztaženo na hmotnost vláken v papírenské suspenzi.

Polyvinylakoholová Vlákna, která jsou rozpustná ve vodě při teplotách 95 °C až 100 °C, mají s výhodou délku až 5 mm a ještě výhodněji 3 mm až 5 mm, denier těchto vláken je až 2 denier nebo s výhodou 0,3 denier až 2 denier a ještě výhodněji 1 denier. ·

Polyvinylakoholová vlákna, která jsou rozpustná ve vodě při teplotách 95 °C až 100 °C, mají jádro tvořené z některých odlišných, polymerních, vláknitých materiálů, například polyesteru, polyamidové viskózy nebo ve vodě rozpustného polyv.i nyl alkoholu. Tato vlákna s jádrem lze pokládat za ekvivalent k normálním polyvinylalkoholovým vláknům v tom, že poskytují polyvinyla1koholový povrch, který je nezbytný pro způsob podle předkládaného ··

I « • · *· ·· » · · « » · ·· ·· ··· · :·· ··

000 až povlak z a následně hmotnosti aplikován polyvinylalkoholu o 150 000, čímž je známo, pokud nedostatečná, neroz e z nat e1n ý. hydrodynamické vynálezu, aby se získala dobrá pevnost stejně jako dobrý vodoznak, který je nezbytný pro praktické využití na bezpečnostní dokumenty, zejména bankovky.

Polyvinylalkoholová vlákna, která mají uvedené jádro se vyrábějí vytláčovacím způsobem nebo se 0,5 denier až 0,8 denier silná vlákna materiálu jádra protahují lázní molekulové na vlákno polyvinylalkoholu. Vlákno se pak vysuší zahřeje, aby se zvýšila rozpustnost polyvinylalkoholu při 95 °C až 100 °C, např. 99 °C. Výsledné tažené vlákno se pak řeže, čímž vzniknou vlákna délky 5 mm. Tímto způsobem vyráběná vlákna mají zlepšenou pevnost a zlepšené vazebné vlastnosti a také mají menší vliv na normální zhoršení kvality vodoznaku ve srovnání s vlákny, která nejsou potažena.

Nejdůležitější částí předkládaného vynálezu je, že se dosahuje vysoce kvalitních vodoznaků. Jak je dobře je pohyblivost papírenských vláken vodoznak je slabý nebo prakticky To je způsobeno buď tím, že síly jsou nedostatečné, aby pohnuly vlákny, nebo tím, že jě pohyblivost vláken omezena jejich délkou. Tato nepohyblivost brání vláknům v hromadění v prohlubních vodoznakové raznice a v pohybu pryč od vrcholků této raznice při procesu tvorby vodoznaku a vede k tomu, že vodoznak má špatnou kvalitu. Je známo, že obvyklá papírenská bavlněná vlákna pro bezpečnostní papír jsou dlouhá 1 mm zatímco syntetická vlákna jsou obecně používána v délce 3 mm až 5 mm. Je dobře známo, že větší délka syntetických vláken obecně způsobuje, že vznikající vodoznak má znatelně nižší kvalitu, Což je způsobeno nižší pohyblivostí delších syntetických vláken.

Základním znakem předkládaného vynálezu je, že polyvinylalkoholová vlákna, která jsou rozpustná ve vodě při teplotách 95 °C až 100 °C, díky jejich kluzkosti, ·· ·· ·· ··· • · · · · · • · ·· · · · «·· <

·· • · · • Φ ·· vykazují znatelně zlepšenou výroby papíru, který naopak pohyblivost během stupně vede k znatelně zlepšené kvalitě vodoznaku ve srovnání s papírem obsahujícím nerozpustná polyvinylalkoholová vlákna, jako jsou ty, která jsou popsána v holandské patentové publikaci číslo 9 301 835. Skvělá použitelnost polyvinylalkoho-1ových vláken potřebných pro postup podle předkládaného vynálezu je zřejmá jak z ohraničení tak z kontrastu vodoznaků vyrobených za použití těchto vláken.

Když jsou papírenská vlákna v suspenzi před procesem výroby papíru, jejich koncentrace je typicky 0,2 % hmotnostních, jak je dobře známo v dané problematice. Při této koncentraci existuje přirozená tendence vláken interagovat. Pro dlouhá vlákna taková interakce vede k tomu, že se vlákna shlukují do chomáčů. Tyto chomáče mohou vést až k tomu, že se tvoří vločky a my jsme zjistili, že tendence ke vzniku chomáčů nebo vloček je znatelně nižší v disperzi vláken, která je výsledkem přítomnosti polyvinyla1koholových vláken, která jsou rozpustná ve vodě pří teplotách 95 °C až 100 °C, v suspenzi, ve srovnání s nerozpustnými vlákny, která jsou popsána v holandské patentové publikaci číslo 9 301 835.

Použití polyvinylalkoholových vláken, která jsou rozpustná ve vodě při teplotách 95 °C až 100 °C poskytuje užitek jak ve zlepšení pevnosti papíru, tak ve zlepšení vlastností vodoznaku. To je skutečně překvapující kombinace hodnotných vlastností, při ' použití jiných - ve po1yviny1a1koho1o vých vláken (vyztužujících) polyvinylal koholových vláken.

Preferovaná polyvinylalkoholová vlákna pro použití e předkládaného vynálezu jsou vlákna, která jsou které nelze dosáhnout vodě rozpustných nebo nerozpustných vyráběna vlhkým předením.

Předkládaný vynález bude dále popsán pomocí příkladů.

·· • · 9

9 99

99 9 9

9 ί

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Byla vyrobena suspenze obsahující 5 % hmotnostních celkových suchých vláken o délce 5 mm, VPB 102 polyviny1alkoholových vláken (rozpustných při 99 °C, 5 mm délky) a 95 % hmotnostních bavlněných vláken připravených běžným způsobem. Tato směs byla aplikována na razící formu papírenského stroje stejným způsobem jaký je běžně používán pro bankovkový papír. Vlhký papír pak byl zpracován běžným způsobem následujícími procesy: vytlačování, sušení, impregnace polyviny1alkoho]u, další sušení, kalandrování a konečné navinutí.

Takto vyrobený papír byl testován na přeložení a pevnost v roztržení. Vodoznak byl vizuálně hodnocen podle subjektivních kritérii, která již byla popsána. Papír vyrobený přesně stejným způsobem, ale ze suspenze obsahující 100 % hmotnostních bavlněných vláken, byl také otestován jako srovnání.

Byly získána následující výsledky:

Složení suspenze	Gramáž	Přeložení	Rozt) MD	'žení CD
MD	ČD
95 % hmotnostních bavlny, 5 % hmotnostních VPB102 x 5 mm	83	5200	3 000	1040	1200
100 % hmotnostních bavlny	83	3400	2160	800	960

MD = ve směru stroje

CD = příčně

Podmínky - 50 % relativní vlhkost

Složeni suspenze	Vodoznak	Pozadí
Kontrast	Ohraničení
95 % hmotnostních	dobrý	dobré	dobré

• ti • ti • · ti · • ti ·· • ti ti ti • ti ti ti • ti ·· ti· ···· • ti · • ti ti ti · · • ti ti • ti · • ti ·· • ti ti ti • ti ti ti titititi ti ti ti ti • ti ··

bavlny, 5 % hmotnostních VPB102 x 5 mm
100 % hmotnostních bavlny	dobrý	dobré	dobré

Příklad 2

Jedním z překvapivých aspektů předkládaného vynálezu je jasné zlepšení kvality vodoznaku, kterého sé dosahuje vlákny, která jsou rozpustná při teplotě 99 °C, ve srovnání s těmi, která jsou nerozpustná, jako vlákna VPB103 popsaná v uvedené holandské patentové přihlášce. To je ilustrováno výsledky testů prováděných na takových vláknech.

Při přímém srovnání dvou typů vláken, VPB103 (nerozpustné, 3 mm dlouhá) popsané v holandské přihlášce a VPB102 (rozpustná při 99 °C, 3 mm dlouhá), které je preferovaným vláknem pro předkládaný vynález, byly získány následující výsledky. Hodnocení bylo rozděleno do třech kategorií, dobrý, přiměřený, slabý podle posouzení odborníkem. Papír byl vyroben na britském standardním ručním stroji na listy a obsahoval 5 % hmotnostních pólyviny1alkoholových vláken.

Typ vláken	Vodoznak	Pozadí
Kontrast	Ohraničení
VPB 102	dobrý	dobré	dobré
VPB 103	' přiměřený	přiměřené	přiměřené

Další testy odhalily následující empirická data týkající se kontrastu vodoznaku. Ta ukazují, že procento zvýšení hustoty vláken v tmavých oblastech vodoznaku ve srovnání s oblastmi bez vodoznaku bylo mnohem větší u vláken VPB102 než u vláken VPB103.

·· ·· • · · · e · ·· • · · · · • · · · ·· ·· ·· ····

• 9 ·· • · · · · • · · ·· • · ···· · • · · · • ·· ··

Typ vláken	Kontrast	vodoznaku
	% zvýšení hustoty relativně k oblasti bez vodoznaku
	Portrétový vodoznak	Mřížkový vodoznak
VPB 102	14 %	8 %
VPB 103	10 %	4 %

Kontrast dosažený použitím VPB102 relativně k VPB103 byl o 40 % lepší u portrétového vodoznaku a o 100 % lepší u mřížkového vodoznaku. To je skutečně značný a překvapivý rozdíl a jasně ilustruje výhody výběru vlákna uvedeného v předkládané patentové přihlášce.

Průmyslová využitelnost

Způsob podle předkládaného vynálezu je průmyslově využitelný při výrobě bezpečnostního papíru s vysoce kvalitními vodoznaky.

Claims (10)

1. • · ·

   PATENTOVÉ NÁROKY • · · • · · • · ··· ·· · ···· 1. Způsob v ýroby bezpečnostního papíru, jako je bankovkový pap í r, vyznačuj ící s e t ; í m, že zahrnuje tvorbu papírenské suspenze, která obsahuje celulózová vlákna a polyvinylalkoholová vlákna, přičemž

   polyvi nylal koho.1 ová vlákna jsou rozpustná ve vodě při teplotách 95 °C až 100 °C, odvodnění papírenské suspenze vyt;] ačovaclm drátěným sítem nebo jinými vytlačovacími prostředky, přičemž vytlačováním vznikne tvar vrcholků, který odpovídá světlým a tmavým místům vodoznaku, a vzniklý papír po odvodnění a s vodoznakem se dále suší, aby vznikl výsledný bezpečnostní papír.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačuj í c í s e t í m, že celulózová vlákna jsou přítomna v množství přinejmenším 80 % hmotnostních celkové hmotnosti vláken v suspenzi.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se t í m, že celulózová vlákna jsou přítomna v množství přinejmenším 90 % hmotnostních celkové hmotnosti vláken v suspenzi.
4. 4. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že po]yviny1a 1 koho]ová vlákna jsou přítomna v množství 2 % hmotnostní až 10 % hmotnostních, vztaženo na hmotnost vláken.
5. 5. Způsob podle nároku 4, v y z n a č u j ící s e t í m, že polyvinylalkoholová vlákna jsou přítomna v množství 4 % hmotnostní až 8 % hmotnostních., vztaženo na hmotnost vláken.
6. 6. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že polyvinylalkoholová vlákna mají délku 3 mm až 5 mm.
7. 7. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, v y z n a č u j í c í s e t í m, že • · polyvinylalkoholová vlákna jsou 0,3 denier až 2 denier, s výhodou 1 denier.
8. 8. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že polyvinylalkoholová vlákna mají jádro tvořené jiným polymerním, vlákna tvořícím materiálem.
9. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že jádro je tvořeno polyesterem, polyamidem, viskózou nebo ve vodě nerozpustným
10. 10. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejicích nároků, vyznačující se t í m, že výsledný bezpečnostní papír je potiskován do formy hodnotného bezpečnostního dokumentu, jako je bankovka.