專利名稱：證券紙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及證券(security)紙，并特別是涉及一種帶有高質(zhì)量水印的證券紙的制造方法。
精通造紙工藝的人都知道，使用較長的合成纖維能增加紙張的抗撕強(qiáng)度。用于制造證券紙，例如紙幣紙的棉纖維的典型長度為1毫米。然而抗撕合成纖維的典型長度為3-5毫米。另一個在造紙工藝中眾所周知的事實(shí)是，添加合成纖維通?？梢允箍拐郫B和抗張強(qiáng)度增加，但是只有當(dāng)這些纖維與棉纖維的周圍基質(zhì)有效地結(jié)合在一起時，這種特性才能實(shí)現(xiàn)。以往通過三種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這種適當(dāng)形式的結(jié)合1.一種技術(shù)是使用一種能形成氫鍵的纖維，如粘膠纖維或聚乙烯醇。使用這種技術(shù)的有限性在于合成纖維的表面積通常比天然纖維低，從而使單個合成纖維的氫鍵力成比例地低于纖維素纖維。這種鍵合力的降低只是通過使用比纖維素或其它天然纖維更長的纖維得到了部分補(bǔ)償。
2.此種技術(shù)是用一種強(qiáng)力粘合劑如聚乙烯醇或膠質(zhì)浸入基質(zhì)。在實(shí)踐中若不采用溶劑基的系統(tǒng)和/或熱砑光工序，使該技術(shù)行之有效是十分困難的，但是兩者皆因成本高而不受歡迎。對溶劑基的系統(tǒng)而言，出于對環(huán)境的考慮也不宜依賴這種方法。
3.此種技術(shù)是將粘合劑纖維與一種合成增強(qiáng)纖維結(jié)合在一起。這種結(jié)合纖維必須能夠在干燥過程中熔融或溶解，從而實(shí)現(xiàn)纖維基質(zhì)中合成纖維和天然纖維的粘合。
荷蘭專利申請第9301835號透露了一種證券紙的制造工序，除了纖維素之外，使用了不溶性聚乙烯醇纖維，或者大量的可溶或不溶性聚乙烯醇纖維。與僅含纖維素纖維的紙相比較，不溶性聚乙烯醇纖維的采用改進(jìn)了紙的強(qiáng)度和硬度。與采用諸如聚酰胺或聚乙烯纖維的其它纖維的紙相比，根據(jù)該專利制造的紙顯示出更好的硬度和水印清晰度。根據(jù)該公開使用的可溶性聚乙烯醇纖維是溶于60℃及60℃以上的水中的那些，在溶解過程中，可溶性纖維消失了。聚乙烯醇分子在作為粘合劑的同時還可以提供一種表面效果，使得為了得到優(yōu)質(zhì)印刷效果而不需要通常的表面處理。該說明書總體上清楚地說明，即使采用一種合成纖維，即不溶性聚乙烯醇纖維，也可以得到相當(dāng)好的水印質(zhì)量。與荷蘭專利第9301835號透露的發(fā)明相反的是，本發(fā)明通過采用在95℃-100℃具有溶解能力的一定量的聚乙烯醇纖維，較之僅用纖維素纖維制造的證券紙改進(jìn)了紙的強(qiáng)度，較之其它類型的不溶性PVOH纖維也改進(jìn)了水印質(zhì)量。
模制凹凸水印是用于紙幣防偽的最關(guān)鍵、最重要的安全標(biāo)記。幾乎世界各國的貨幣都普遍采用這種水印就是明證。水印的完美質(zhì)量對于水印的防偽價值至關(guān)重要。
判定水印的質(zhì)量本質(zhì)上是一個主觀問題。然而那些精通生成模制凹凸水印，即荷蘭專利申請9301835號中稱之為影印水印工藝的人，熟悉幾種鑒別質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。一個高質(zhì)量的水印具有以下三個關(guān)鍵特征首先，清晰可辨；即圖形不應(yīng)模糊不清。
第二，應(yīng)具有高對比度；即透光觀察時明暗區(qū)域明顯不同。明區(qū)，又叫做高亮度區(qū)，應(yīng)比非水印區(qū)亮得多。暗區(qū)應(yīng)比周圍的非水印區(qū)明顯地暗。
第三，為了體現(xiàn)水印的最好效果和保證圖案始終一貫的重現(xiàn)性，紙(非水印區(qū))的背景制作應(yīng)當(dāng)是均勻一致的。
在所有上述的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，對暗區(qū)對比度的定量最容易?？梢酝ㄟ^估計比非水印區(qū)更高grammage(克重)的水印區(qū)的纖維數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。
上述的荷蘭專利申請沒有描述用于鑒別水印質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。而且，它沒有敘述用哪些關(guān)于水印質(zhì)量的主觀標(biāo)準(zhǔn)鑒定含不溶性PVOH纖維和含其它合成纖維或只含棉纖維的紙的水印質(zhì)量。
在造紙過程中使用合成纖維的傳統(tǒng)方法使精通該業(yè)的人選擇一種具有最大氫鍵力，符合紙張成型的最大長度和最佳化學(xué)鍵系統(tǒng)的纖維。同樣可以理解，抗撕強(qiáng)度尤其依賴?yán)w維強(qiáng)度的主要作用，而折疊性能則依賴?yán)w維強(qiáng)度和鍵合強(qiáng)度二者的作用。
在諸如紙幣的證券紙的生產(chǎn)過程中，使兩個重要物理特性，即抗撕強(qiáng)度和折疊性能的最佳化十分重要?，F(xiàn)有技術(shù)中指出，為了使兩種物理特性達(dá)到良好效果，可以適當(dāng)?shù)夭捎迷谑軣釙r或在水中都不受損害的增強(qiáng)纖維來保持最大的纖維強(qiáng)度。令人吃驚的發(fā)現(xiàn)是，將可溶性聚乙烯醇纖維用于溫度范圍至少達(dá)到95℃-100℃的造紙過程，它在包括干燥在內(nèi)的整個造紙過程中仍然保持了強(qiáng)度特性。特別發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的方法制造的證券紙在干燥階段，當(dāng)水分蒸發(fā)之前，纖維處于接近100℃的水中時，強(qiáng)度仍然沒有減弱。
因此，本發(fā)明提供一種制造證券紙，例如紙幣的方法，該方法包括生成由纖維素纖維和聚乙烯醇纖維組成的造紙懸浮液，其中聚乙烯醇纖維在95℃-100℃的水中可溶，將造紙懸浮液通過一個模壓金屬網(wǎng)或其它模壓方法脫水，經(jīng)模壓產(chǎn)生的突起和凹陷圖形相當(dāng)于水印的明暗區(qū)域，帶有水印圖案的脫水后的成型紙再經(jīng)過干燥制成最終的證券紙。
造紙懸浮液中的纖維素纖維含量至少在50％，既可以是壓毛纖維也可以是梳毛纖維；此外，纖維可以是亞麻纖維或呂宋麻(abaca)纖維。優(yōu)選纖維素纖維的含量至少在80％(重量)，特別優(yōu)選含量至少在90％(重量)。在95℃-100℃的水中可溶的聚乙烯醇纖維的含量可以約占到造紙懸浮液中纖維重量的10％(重量)，優(yōu)選2-10％(重量)，特別優(yōu)選4-8％(重量)。
在95℃-100℃的水中可溶的聚乙烯醇纖維的優(yōu)選長度可以達(dá)到5毫米，特別優(yōu)選3-5毫米；這些纖維的纖度可以達(dá)到2旦尼爾，優(yōu)選0.3-2旦尼爾，特別優(yōu)選1旦尼爾。
在95℃-100℃的水中可溶的聚乙烯醇纖維可以有一個由不同的聚合物纖維材料，如聚酯、聚酰胺粘膠絲或水不溶性聚乙烯醇纖維形成的芯。這些有芯纖維可以被視為等同于普通的聚乙烯醇纖維，因?yàn)樗鼈兲峁┮粋€按照本發(fā)明的方法形成的聚乙烯醇表面，以便使用于特殊目的的高安全性證券尤其是紙幣獲得優(yōu)良的強(qiáng)度性能以及優(yōu)良的水印。上述的有芯聚乙烯醇纖維可以通過共擠壓法制得，也可以將0.5-0.8旦尼爾的芯材料纖維束通過分子量為50,000-150,000的聚乙烯醇浴，使其涂敷一層聚乙烯醇。然后將纖維干燥，接著進(jìn)行熱處理，以便增加聚乙烯醇在95℃-100℃范圍內(nèi)，例如在99℃時的溶解度。將生成的束纖維切成5毫米長的人造短纖維。用這種方法生產(chǎn)的纖維與未涂敷的纖維相比，增強(qiáng)了強(qiáng)度性能，改進(jìn)了粘結(jié)特性和降低了通常不良水印質(zhì)量的影響。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)部分是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的水印效果。眾所周知，如果造紙纖維流動性差，水印質(zhì)量就差或者實(shí)際上難以辨認(rèn)。這是因?yàn)橐苿永w維的流體動力不夠充分，或者是因?yàn)槔w維的流動性受到其長度的限制。在成型時這種不流動性阻礙纖維在水印壓模的凹陷處聚集和從突起處移開，導(dǎo)致水印的質(zhì)量很差。已知通常用于制造證券紙的棉纖維是1毫米長，而通常使用的合成纖維是3-5毫米長。顯而易見，合成纖維更長，一般會因其本身的流動性差而引起水印質(zhì)量的顯著下降。
本發(fā)明的一個顯著特征是，可以在95℃-100℃的水中溶解的聚乙烯醇纖維，由于其本身的潤滑性，大大改善了紙張成型階段的流動性，從而導(dǎo)致紙的水印質(zhì)量比例如荷蘭專利公開第9301835號透露的含不溶性聚乙烯醇纖維的紙有了顯著提高。本工藝使用的聚乙烯醇纖維的優(yōu)異性能可見于水印的清晰可辨和對比度強(qiáng)。
在紙張成型之前，當(dāng)造紙纖維處于懸浮狀態(tài)時，已知工藝的典型纖維濃度是0.2％，這在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。在此濃度下，纖維自然傾向于相互影響。對于較長纖維而言，這種相互影響導(dǎo)致纖維纏繞在一起。這種纏繞聚集可以導(dǎo)致絮集，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在含有于95℃-100℃水溶的聚乙烯醇纖維的懸浮液中，纖維分散中纏繞或絮集的傾向顯著地低于荷蘭專利公開第9301835號中描述的不溶性聚乙烯醇纖維。
使用于95℃-100℃水溶的聚乙烯醇纖維既可以得到優(yōu)良的紙張強(qiáng)度，又可以得到上好的水印效果。這是一種優(yōu)良特性的驚人結(jié)合，在使用其它水溶性聚乙烯醇纖維或不溶性(增強(qiáng))聚乙烯醇纖維時尚未發(fā)現(xiàn)這種效果。
用于本發(fā)明的優(yōu)選聚乙烯醇纖維是經(jīng)濕紡工藝生產(chǎn)的。
現(xiàn)在對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明。
實(shí)施例1制備一種配料，含以總干纖維計5％(重量)的5毫米VPB102 PVOH纖維(99℃可溶，5毫米長)和95％(重量)的以普通方法制造的棉纖維。將其用于制造紙幣用紙的機(jī)器壓紋模具上。濕紙經(jīng)過下列普通方法加工碾壓，干燥，聚乙烯醇浸入，進(jìn)一步干燥，拋光和最后打卷。
對這種方法生產(chǎn)的紙張進(jìn)行折疊和撕扯試驗(yàn)。根據(jù)前述主觀鑒定標(biāo)準(zhǔn)對水印進(jìn)行視覺評價。對嚴(yán)格按照相同方法制造、但原料為100％(重量)棉纖維的紙也進(jìn)行了對比試驗(yàn)。
獲得結(jié)果如下
MD＝機(jī)器方向CD＝橫截面條件-50％RH
實(shí)施例2本發(fā)明的驚人方面之一是，與上述荷蘭專利申請描述的不溶性纖維，例如VPB103相比，采用約在99℃溶解的那些纖維實(shí)現(xiàn)了水印質(zhì)量的明顯改進(jìn)。用此類纖維進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果說明了這一點(diǎn)。
對兩種類型的纖維上述荷蘭專利申請描述的VPB103(不溶，3毫米長)和該申請優(yōu)選的纖維之一VPB102(在99℃溶解，3毫米長)進(jìn)行直接比較，獲得結(jié)果如下。由行家得出的評價結(jié)果分為三類好、中、差。紙用英國標(biāo)準(zhǔn)的手抄紙制紙機(jī)制造，PVOH纖維含量為5％(重量)。
進(jìn)一步的試驗(yàn)顯示了有關(guān)水印對比度的下列試驗(yàn)數(shù)據(jù)VPB102纖維在水印暗區(qū)較非水印區(qū)增厚的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了VPB103纖維。
VPB102達(dá)到的肖像水印對比度比VPB103好40％，條紋水印對比度比VPB103好100％。這是一種顯著而驚人的性能區(qū)別，清楚地說明了本專利申請所選擇的纖維的好處。
權(quán)利要求
1.一種制造證券紙，例如紙幣紙的方法，該方法包括生成由纖維素纖維和聚乙烯醇纖維組成的造紙懸浮液，其中聚乙烯醇纖維在95℃-100℃的水中可溶，將造紙懸浮液通過一個模壓金屬網(wǎng)或其它模壓方法脫水，經(jīng)模壓產(chǎn)生的突起和凹陷圖形相當(dāng)于水印的明暗區(qū)域，帶有水印圖案的脫水后的成型紙再經(jīng)過干燥制成最終的證券紙。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，纖維素纖維的含量至少占懸浮液中纖維總重量的80％(重量)。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征在于，纖維素纖維的含量至少占懸浮液中纖維總重量的90％(重量)。
4.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法，其特征在于，所指聚乙烯醇纖維的含量為纖維總重量的2-10％(重量)。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所指聚乙烯醇纖維的含量為纖維總重量的4-8％(重量)。
6.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法，其特征在于，聚乙烯醇纖維的長度為3-5毫米。
7.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法，其特征在于，聚乙烯醇纖維的纖度為0.3-2旦尼爾，優(yōu)選1旦尼爾。
8.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法，其特征在于，聚乙烯醇纖維有一個由不同聚合物合成纖維材料形成的芯。
9.權(quán)利要求8的方法，其特征在于，芯是由一種聚酯、聚酰胺、粘膠絲或水不溶性聚乙烯醇纖維形成的。
10.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法，其特征在于，制成的證券紙被印刷成有價證券，如紙幣。
全文摘要
本發(fā)明涉及證券紙,并特別是涉及一種帶有高質(zhì)量水印的證券紙的制造方法。該方法具體地包括:生成由纖維素纖維和聚乙烯醇纖維組成的造紙懸浮液,其中聚乙烯醇纖維在95℃—100℃的水中可以溶解,將造紙懸浮液通過一個模壓金屬網(wǎng)或其它模壓方法脫水,模壓處產(chǎn)生的突起和凹陷圖形相當(dāng)于水印的明暗區(qū)域,帶有水印圖案的脫水后的成型紙再經(jīng)過干燥制成最終的證券紙。
文檔編號D21H21/40GK1207784SQ9619959
公開日1999年2月10日 申請日期1996年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月12日
發(fā)明者P·豪蘭德, J·P·福爾克斯 申請人:波特爾斯有限公司