安全單據(jù)用基質(zhì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供安全單據(jù)，例如鈔票，支票，身份識(shí)別單據(jù)等用耐久基質(zhì)，和制造這一基質(zhì)的方法。由含紙纖維的懸浮液的漿料制造抗污紙基質(zhì)，所述紙基質(zhì)用微原纖化纖維素處理。微原纖化纖維素至少在基質(zhì)的表面處橋連由紙纖維形成且在紙纖維之間的孔隙空間，以提供抗污性?？蓪⑽⒃w化纖維素加入到漿料中，和/或在印刷之前和/或在印刷之后施加微原纖化纖維素。
【專利說(shuō)明】安全單據(jù)用基質(zhì)
[0001] 本發(fā)明提供用于安全單據(jù)，例如鈔票，支票，身份識(shí)別單據(jù)等的耐久基質(zhì)和制造這 一基質(zhì)的方法。特別地，本發(fā)明涉及在它們的表面上抗污物累積的耐久基質(zhì)，從而減少通過(guò) 分選機(jī)清理單據(jù)的速率或者在其他情況下被拒絕以供進(jìn)一步使用的速率，因?yàn)樵谠搯螕?jù)上 提供的信息變得難辨認(rèn)。
[0002] 在污物（例如油和污垢）可能在其內(nèi)累積并轉(zhuǎn)移到單據(jù)表面上的地方，安全單據(jù)， 例如鈔票，身份識(shí)別單據(jù)和其他這種多用途單據(jù)要進(jìn)行規(guī)則的處理和儲(chǔ)存。污物可最終累 積到使得在其上提供的安全特征或安全信息難以被人讀取或者機(jī)器審查的程度。在這一點(diǎn) 處，該單據(jù)必須退出流通，毀壞并替換，其代價(jià)由持票人或者鈔票管理當(dāng)局承擔(dān)。
[0003] 耐久的安全單據(jù)已經(jīng)是已知的。在一些國(guó)家，例如澳大利亞和加拿大，鈔票被印刷 在聚合物基質(zhì)上，所述聚合物基質(zhì)比常規(guī)的紙-基基質(zhì)具有提高的預(yù)期使用期限。盡管這 些聚合物基質(zhì)提供改進(jìn)的物理耐久性，但這伴隨發(fā)生許多缺點(diǎn)，例如增加的起始制造成本 和在嘗試摻入某些類型的安全器件，例如水印，包埋或開(kāi)窗的安全元件等中增加的復(fù)雜度， 所述安全器件將在其制造的同時(shí)摻入到紙-基基質(zhì)內(nèi)。另外，聚合物基質(zhì)具有聚合物的觸 感，這意味著這種鈔票不再具有常規(guī)的鈔票觸感和聲音。
[0004] 復(fù)合紙-聚合物基質(zhì)也是現(xiàn)有技術(shù)中已知的，且具有紙-聚合物-紙或聚合 物-紙-聚合物結(jié)構(gòu)的層壓基質(zhì)是可商購(gòu)的。這些在某種程度上解決了純粹聚合物-基 基質(zhì)的安全局限性，但再次具有非常高的制造成本。此外，它們可尤其遭受潮濕環(huán)境，其中 在紙和聚合物層之間的濕膨脹率的差別導(dǎo)致層狀基質(zhì)固有的脆弱性，這給偽造者提供了機(jī) 會(huì)。
[0005] 抗污的常規(guī)紙安全基質(zhì)也是可商購(gòu)的，例如由De La Rue (UK)制造的 Platinum?-涂布紙，或者獲自Crane&Co (USA)的AST-涂布紙。在這些系統(tǒng)中，合成聚合 物-基抗污涂層被施加到基質(zhì)表面上，施膠并密封它防止在流體中遇到的油和污垢進(jìn)入。
[0006] 盡管所有這些方法在某種程度上解決了提供耐久安全基質(zhì)的問(wèn)題，但仍然需要具 有提高的流通壽命的單據(jù)。特別地，仍然需要具有改進(jìn)的抗污性和物理完整度結(jié)合降低的 環(huán)境影響的安全基質(zhì)，其中包括壽命終止廢棄時(shí)的可生物降解性或者生產(chǎn)廢品的容易再制 漿。
[0007] 由于纖維素是最常發(fā)現(xiàn)的天然聚合物之一，因此多年來(lái)對(duì)加工纖維素纖維改進(jìn)它 們的有效性的方式進(jìn)行了許多研究。這導(dǎo)致研究了微原纖化纖維素。微原纖化是打開(kāi)纖維 結(jié)構(gòu)增加其表面與體積比的工藝。它還導(dǎo)致纖維變短，從而導(dǎo)致數(shù)量級(jí)為數(shù)微米到數(shù)十微 米的細(xì)粒度，使得微原纖維在水中顯示出具有假塑性和觸變性能的凝膠狀特征。制造微原 纖化纖維素（MFC)首次出現(xiàn)在二十世紀(jì)七十年代晚期。然而，前述性能使得MFC成為難以 處理的材料，結(jié)果商業(yè)使用MFC變得開(kāi)發(fā)緩慢。
[0008] 在包裝工業(yè)中，已發(fā)現(xiàn)MFC提高由聚合物的膠態(tài)顆粒制造的分散體涂層的水蒸氣 阻擋的性能。這描述于W0-A-2011/056130中。表明添加 MFC到分散體涂層中改進(jìn)水保持 能力并降低涂層的脆性。
[0009] W0-A-2011/078770公開(kāi)了在層狀布局中使用MFC，提供具有對(duì)液體，蒸汽和氣體 具有阻擋性能的紙或紙板基質(zhì)。為了提供這一性能，紙或紙板基質(zhì)具有第一纖維基層，含 MFC的第二層和含聚合物的第三層。提供MFC層，以增加纖維層的密度并使其表面光滑，這 反過(guò)來(lái)增加提供已知對(duì)液體/蒸汽具有阻擋的聚合物層的光滑度和粘合性。已發(fā)現(xiàn)，MFC和 聚合物層的組合提供良好的氧氣阻擋性能，這是使用聚合物涂層本身提供不了的。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)涉及使用MFC作為一部分聚合物基阻擋涂層。聚合物基阻擋涂層對(duì)于在 安全單據(jù)上使用來(lái)說(shuō)不是理想的，尤其作為要在其上印刷的安全紙用涂層，因?yàn)榈湫偷陌?全油墨干燥花費(fèi)的時(shí)間（油性平版印刷和凹版油墨）慢于其中油墨可在粗糙紙表面內(nèi)吸收 的紙。
[0011] 因此，對(duì)于以上所述的某些有限的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在紙和紙板工業(yè)中使用MFC是已知 的。通過(guò)令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出了當(dāng)使用紙基質(zhì)本身而不是與聚合物層聯(lián)合使用時(shí)， 它有利地提供預(yù)料不到水平的抗污性。另外，按照這一方式使用MFC材料使得能維持紙表 面的特征，所述特征提供改進(jìn)的抗污性且沒(méi)有顯著影響安全紙的油墨干燥特征。
[0012] 本發(fā)明的特征在于使用稱為微原纖化纖維素（MFC)的特定形式的纖維素纖維，將 其摻入到紙基質(zhì)的表面內(nèi)和/或施加到其上，以改進(jìn)由該基質(zhì)制造的安全單據(jù)，例如鈔票 的強(qiáng)度，并降低因每日操作導(dǎo)致的其污物吸收性。
[0013] 本發(fā)明因此提供抗污紙基質(zhì)（paper substrate)，它由紙纖維的懸浮液的紙楽制 造，并用微原纖化纖維素處理，使得至少在基質(zhì)的表面處微原纖化纖維素橋連由紙纖維形 成和在其間的孔隙空間，以提供抗污性。
[0014] 在印刷之前和/或在印刷之后，可將微原纖化纖維素加入到漿料中，和/或?qū)⑵涫?加到基質(zhì)上。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步包括由前述抗污紙形成的安全紙，它包括透明的微原纖化纖維素基 抗污涂層或清漆施加到其上的明顯的安全特征。
[0016] 本發(fā)明另外包括含前述抗污紙基質(zhì)的安全單據(jù)，其中在微原纖化纖維素作為涂層 施加到基質(zhì)表面上之前，印刷該單據(jù)。
[0017] 本發(fā)明還包括制造抗污紙基質(zhì)的方法，該方法包括下述步驟：由含紙纖維懸浮液 的漿料形成中間紙基質(zhì)，并用含微原纖化纖維素的涂料涂布該基質(zhì)，使得至少在基質(zhì)的表 面處微原纖化纖維素橋連由紙纖維形成和在其間的孔隙空間，以提供抗污性。
[0018] 本發(fā)明進(jìn)一步包括制造抗污紙基質(zhì)的方法，該方法包括下述步驟：添加微原纖化 纖維素到含紙纖維的懸浮液的漿料中，和形成基質(zhì)，使得至少在基質(zhì)的表面處微原纖化纖 維素橋連由紙纖維形成和在其間的孔隙空間，以提供抗污性。
[0019] 前述問(wèn)題因此基本上通過(guò)本發(fā)明得到解決。微原纖化纖維素（MFC)的優(yōu)點(diǎn)是，與 聚合物涂層相比，它固有地成本低，因?yàn)樗善胀ǖ脑牧?，例如木材或棉漿生產(chǎn)，而不是 借助基于石化的復(fù)雜的化學(xué)合成工藝。
[0020] 由于它令人驚奇地橋連紙中固有的表面孔結(jié)構(gòu)的能力，因此要求顯著較少的MFC 涂層，以便獲得與提供加工優(yōu)勢(shì)的相當(dāng)?shù)木酆衔锿繉酉嗤男Ч?。這是由于MFC的原纖維 性質(zhì)導(dǎo)致的，這種性質(zhì)使得它能橋連紙的孔結(jié)構(gòu)。與已知的聚合物基抗污涂層不同，本發(fā)明 的MFC涂層，當(dāng)加熱時(shí)不會(huì)流動(dòng)到紙基質(zhì)內(nèi)和因此將利用所有的MFC橋連孔結(jié)構(gòu)并因此改 進(jìn)抗污性。另一方面，在利用聚合物涂層的情況下，顯著的涂層體積將流動(dòng)到紙結(jié)構(gòu)內(nèi)和僅 僅一部分在表面上充當(dāng)抗污涂層。
[0021] 類似地，當(dāng)在造紙工藝過(guò)程中，將MFC摻入到基質(zhì)內(nèi)（而不是通過(guò)要求額外的加工 步驟的涂布工藝）時(shí)，這導(dǎo)致基質(zhì)孔隙率下降，與以常見(jiàn)方式制造的紙相比，這種下降會(huì)改 進(jìn)基質(zhì)的抗污性。
[0022] 有利地，由于MFC主要由物理改性的纖維素組成，因此它經(jīng)歷與基質(zhì)中的本體纖 維素相同的生物降解，和可將廢品通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的再制漿工藝，直接返回?fù)饺氲皆旒垵{料內(nèi)。
[0023] 在例如GB-A-2066145中公開(kāi)了生產(chǎn)微原纖化纖維素的方法，其中在高壓下纖維 素的液體懸浮液流經(jīng)孔隙，引起該懸浮液和在其內(nèi)包含的纖維爆炸性降壓。遺憾的是，通過(guò) 機(jī)械方式生產(chǎn)MFC所要求的能量消費(fèi)非常高，從而要求大約30000kWh/ton產(chǎn)品。特別地，在 W0-A-2007/091942中描述了備選的方法，該專利公開(kāi)了可借助其進(jìn)行木漿的微原纖化的酶 法，從而導(dǎo)致與GB-A-2066145中描述的產(chǎn)品相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，但能量消費(fèi)急劇下降?？捎扇魏?來(lái)源的纖維素材料制備本發(fā)明的MFC，其中包括木漿或優(yōu)選棉纖維。木漿含有40-50%纖維 素，而棉纖維含有最多約90%纖維素。
[0024] 與由其他天然纖維和特別地軟木和硬木紙漿衍生的纖維素相比，在棉纖維內(nèi)發(fā)現(xiàn) 的纖維素顯示出高的聚合度。較高的聚合度和較高的纖維素含量的組合使得通常更加難以 微原纖化或均化，由棉容易地生成MFC。由于工藝難度導(dǎo)致棉不是生成MFC的基礎(chǔ)材料的天 然選擇。
[0025] 下表給出了在以上引證的微原纖化工藝之前和緊跟在該工藝之后纖維素纖維尺 寸的一些典型數(shù)值：
[0026]
【權(quán)利要求】
1. 由含紙纖維懸浮液的漿料制造的抗污紙基質(zhì)，所述紙基質(zhì)用微原纖化纖維素處理， 使得微原纖化纖維素至少在基質(zhì)的表面處橋連由紙纖維形成且在紙纖維之間的孔隙空間， 以提供抗污性。
2. 權(quán)利要求1的抗污紙基質(zhì)，其中由棉漿生產(chǎn)微原纖化纖維素。
3. 權(quán)利要求1的抗污紙基質(zhì)，其中由木漿生產(chǎn)微原纖化纖維素。
4. 前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的抗污紙基質(zhì)，其中將微原纖化纖維素加入到漿料中。
5. 前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的抗污紙基質(zhì)，其中將微原纖化纖維素作為在含水介 質(zhì)內(nèi)纖維的懸浮液加入到漿料纖維素中，所述懸浮液的含固量為〇.〇l-lwt%，和優(yōu)選 0. 05-0. 5wt %。
6. 權(quán)利要求4或權(quán)利要求5的抗污紙基質(zhì)，其中將用量最多30wt %的微原纖化纖維素 加入到漿料中。
7. 前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的抗污紙基質(zhì)，其中在由紙纖維懸浮液形成中間紙基質(zhì)之 后，將微原纖化纖維素以涂料形式施加到基質(zhì)的表面上。
8. 權(quán)利要求7的抗污紙基質(zhì)，其中借助施膠壓機(jī)，施加微原纖化纖維素涂料。
9. 前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的抗污紙基質(zhì)，其中在印刷基質(zhì)之后，將微原纖化纖維素涂 料施加到基質(zhì)的表面上。
10. 權(quán)利要求7-9任何一項(xiàng)的抗污紙基質(zhì)，其中涂料的涂層重量范圍為0. l-5gsm，和優(yōu) 選0? 5_3gsm和最優(yōu)選lgsm。
11. 權(quán)利要求7-10任何一項(xiàng)的抗污紙基質(zhì)，其中微原纖化纖維素涂料是纖維在含水介 質(zhì)內(nèi)的懸浮液，該懸浮液的含固量為〇. l_30wt%，和優(yōu)選2-15wt%。
12. 前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的抗污紙基質(zhì)，其中在微原纖化纖維素中纖維的長(zhǎng)度為最 多100微米，和優(yōu)選最多50微米和甚至更優(yōu)選最多10微米。
13. 前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的抗污紙基質(zhì)，其中在微原纖化纖維素中纖維的寬度范圍 為l-100nm，優(yōu)選2_50nm，更優(yōu)選5_20nm和最優(yōu)選5nm。
14. 前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的抗污紙基質(zhì)，其中在微原纖化纖維素中纖維的厚度范圍 為l-100nm，優(yōu)選2_50nm，優(yōu)選5_20nm和最優(yōu)選5nm。
15. 由權(quán)利要求1-3或7-14任何一項(xiàng)的抗污紙形成的安全紙，它包括透明微原纖化纖 維素基抗污涂料或清漆施加到其上的明顯的安全特征。
16. 安全單據(jù)，它包括權(quán)利要求1-3或7-14任何一項(xiàng)的抗污紙基質(zhì)，其中在將微原纖化 纖維素涂料施加到基質(zhì)表面上之前，印刷該單據(jù)。
17. 制造抗污紙基質(zhì)的方法，該方法包括下述步驟：由含紙纖維懸浮液的漿料形成中 間紙基質(zhì)，和用由微原纖化纖維素形成的涂料涂布該基質(zhì)，使得微原纖化纖維素至少在基 質(zhì)的表面處橋連由紙纖維形成且在紙纖維之間的孔隙空間，以提供抗污性。
18. 權(quán)利要求17的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中在由紙纖維懸浮液形成中間紙基質(zhì)之 后，將微原纖化纖維素涂層施加到基質(zhì)的表面上。
19. 權(quán)利要求17或18的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中在造紙機(jī)上，通過(guò)施膠壓機(jī)在線 施加微原纖化纖維素涂層。
20. 權(quán)利要求17-19任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中在已經(jīng)印刷基質(zhì)之后，將 微原纖化纖維素涂料施加到基質(zhì)的表面上。
21. 權(quán)利要求20的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中微原纖化纖維素涂料的涂層重量范圍 為 0? l_5gsm，優(yōu)選 0? 5_3gsm，和最優(yōu)選 lgsm。
22. 權(quán)利要求17-21任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中微原纖化纖維素涂料是 纖維在含水介質(zhì)中的懸浮液，該懸浮液的含固量為〇. l_30wt%，和優(yōu)選2-15wt%。
23. 權(quán)利要求17-22任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中將微原纖化纖維素加入 到漿料中。
24. 權(quán)利要求23的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中將微原纖化纖維素以最多30wt%的用 量加入到漿料中。
25. 權(quán)利要求23或權(quán)利要求24的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中加入到漿料中的微 原纖化纖維素是纖維在含水介質(zhì)中的懸浮液，該懸浮液的含固量為〇.〇l-lwt%，和優(yōu)選 0. 05-0. 5wt %。
26. 制造抗污紙基質(zhì)的方法，該方法包括下述步驟：將微原纖化纖維素加入到含紙纖 維懸浮液的漿料中，和形成基質(zhì)，使得微原纖化纖維素至少在基質(zhì)的表面處橋連由紙纖維 形成且在紙纖維之間的孔隙空間，以提供抗污性。
27. 權(quán)利要求26的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中將微原纖化纖維素以最多30wt%的用 量加入到漿料中。
28. 權(quán)利要求26或權(quán)利要求27的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中將微原纖化纖維素以 纖維在含水介質(zhì)內(nèi)的懸浮液形式加入到漿料中，該懸浮液的含固量為〇.〇l-lwt%，和優(yōu)選 0. 05-0. 5wt %。
29. 權(quán)利要求26-28任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中在由紙纖維懸浮液形成 中間紙基質(zhì)之后，將微原纖化纖維素以涂料形式施加到基質(zhì)的表面上。
30. 權(quán)利要求29的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中借助施膠壓機(jī)，施加微原纖化纖維素 涂料。
31. 權(quán)利要求26-30任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中在已經(jīng)印刷基質(zhì)之后，將 微原纖化纖維素涂料施加到基質(zhì)表面上。
32. 權(quán)利要求31的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中微原纖化纖維素涂料的涂層重量范圍 為0? l_5gsm，和優(yōu)選0? 5_3gsm和最優(yōu)選lgsm。
33. 權(quán)利要求31或權(quán)利要求32的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中微原纖化纖維素涂料是 纖維在含水介質(zhì)中的懸浮液，該懸浮液的含固量為〇. l_30wt%，和優(yōu)選2-15wt%。
34. 權(quán)利要求17-33任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中由棉漿生產(chǎn)微原纖化纖 維素。
35. 權(quán)利要求17-33任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中由木漿生產(chǎn)微原纖化纖 維素。
36. 權(quán)利要求17-35任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中微原纖化纖維素內(nèi)纖維 的長(zhǎng)度為最多100微米，和優(yōu)選最多50微米和甚至更優(yōu)選最多10微米。
37. 權(quán)利要求17-36任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中微原纖化纖維素內(nèi)纖維 的寬度范圍為l_l〇〇nm，優(yōu)選2_50nm，優(yōu)選5_20nm和最優(yōu)選5nm。
38. 權(quán)利要求17-37任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中微原纖化纖維素內(nèi)纖維 的厚度范圍為l_l〇〇nm，優(yōu)選2_50nm，優(yōu)選5_20nm和最優(yōu)選5nm。
39. 權(quán)利要求17-38任何一項(xiàng)的制造抗污紙基質(zhì)的方法，進(jìn)一步包括施加額外的抗污 層的步驟。
40. 權(quán)利要求39的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中在印刷基質(zhì)之前，施加額外的抗污層。
41. 權(quán)利要求39的制造抗污紙基質(zhì)的方法，其中在已經(jīng)印刷基質(zhì)之后，施加額外的抗 污層。
【文檔編號(hào)】D21H27/00GK104350203SQ201380028188
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】R·拉特納庫(kù)馬, P·豪蘭 申請(qǐng)人:德拉魯國(guó)際公司