专利名称：证券纸的制作方法
技术领域：
本发明涉及证券(security)纸，并特别是涉及一种带有高质量水印的证券纸的制造方法。
精通造纸工艺的人都知道，使用较长的合成纤维能增加纸张的抗撕强度。用于制造证券纸，例如纸币纸的棉纤维的典型长度为1毫米。然而抗撕合成纤维的典型长度为3-5毫米。另一个在造纸工艺中众所周知的事实是，添加合成纤维通常可以使抗折叠和抗张强度增加，但是只有当这些纤维与棉纤维的周围基质有效地结合在一起时，这种特性才能实现。以往通过三种技术实现了这种适当形式的结合1.一种技术是使用一种能形成氢键的纤维，如粘胶纤维或聚乙烯醇。使用这种技术的有限性在于合成纤维的表面积通常比天然纤维低，从而使单个合成纤维的氢键力成比例地低于纤维素纤维。这种键合力的降低只是通过使用比纤维素或其它天然纤维更长的纤维得到了部分补偿。
2.此种技术是用一种强力粘合剂如聚乙烯醇或胶质浸入基质。在实践中若不采用溶剂基的系统和/或热砑光工序，使该技术行之有效是十分困难的，但是两者皆因成本高而不受欢迎。对溶剂基的系统而言，出于对环境的考虑也不宜依赖这种方法。
3.此种技术是将粘合剂纤维与一种合成增强纤维结合在一起。这种结合纤维必须能够在干燥过程中熔融或溶解，从而实现纤维基质中合成纤维和天然纤维的粘合。
荷兰专利申请第9301835号透露了一种证券纸的制造工序，除了纤维素之外，使用了不溶性聚乙烯醇纤维，或者大量的可溶或不溶性聚乙烯醇纤维。与仅含纤维素纤维的纸相比较，不溶性聚乙烯醇纤维的采用改进了纸的强度和硬度。与采用诸如聚酰胺或聚乙烯纤维的其它纤维的纸相比，根据该专利制造的纸显示出更好的硬度和水印清晰度。根据该公开使用的可溶性聚乙烯醇纤维是溶于60℃及60℃以上的水中的那些，在溶解过程中，可溶性纤维消失了。聚乙烯醇分子在作为粘合剂的同时还可以提供一种表面效果，使得为了得到优质印刷效果而不需要通常的表面处理。该说明书总体上清楚地说明，即使采用一种合成纤维，即不溶性聚乙烯醇纤维，也可以得到相当好的水印质量。与荷兰专利第9301835号透露的发明相反的是，本发明通过采用在95℃-100℃具有溶解能力的一定量的聚乙烯醇纤维，较之仅用纤维素纤维制造的证券纸改进了纸的强度，较之其它类型的不溶性PVOH纤维也改进了水印质量。
模制凹凸水印是用于纸币防伪的最关键、最重要的安全标记。几乎世界各国的货币都普遍采用这种水印就是明证。水印的完美质量对于水印的防伪价值至关重要。
判定水印的质量本质上是一个主观问题。然而那些精通生成模制凹凸水印，即荷兰专利申请9301835号中称之为影印水印工艺的人，熟悉几种鉴别质量的标准。一个高质量的水印具有以下三个关键特征首先，清晰可辨；即图形不应模糊不清。
第二，应具有高对比度；即透光观察时明暗区域明显不同。明区，又叫做高亮度区，应比非水印区亮得多。暗区应比周围的非水印区明显地暗。
第三，为了体现水印的最好效果和保证图案始终一贯的重现性，纸(非水印区)的背景制作应当是均匀一致的。
在所有上述的质量标准中，对暗区对比度的定量最容易。可以通过估计比非水印区更高grammage(克重)的水印区的纤维数量来实现。
上述的荷兰专利申请没有描述用于鉴别水印质量的标准。而且，它没有叙述用哪些关于水印质量的主观标准鉴定含不溶性PVOH纤维和含其它合成纤维或只含棉纤维的纸的水印质量。
在造纸过程中使用合成纤维的传统方法使精通该业的人选择一种具有最大氢键力，符合纸张成型的最大长度和最佳化学键系统的纤维。同样可以理解，抗撕强度尤其依赖纤维强度的主要作用，而折叠性能则依赖纤维强度和键合强度二者的作用。
在诸如纸币的证券纸的生产过程中，使两个重要物理特性，即抗撕强度和折叠性能的最佳化十分重要。现有技术中指出，为了使两种物理特性达到良好效果，可以适当地采用在受热时或在水中都不受损害的增强纤维来保持最大的纤维强度。令人吃惊的发现是，将可溶性聚乙烯醇纤维用于温度范围至少达到95℃-100℃的造纸过程，它在包括干燥在内的整个造纸过程中仍然保持了强度特性。特别发现，根据本发明的方法制造的证券纸在干燥阶段，当水分蒸发之前，纤维处于接近100℃的水中时，强度仍然没有减弱。
因此，本发明提供一种制造证券纸，例如纸币的方法，该方法包括生成由纤维素纤维和聚乙烯醇纤维组成的造纸悬浮液，其中聚乙烯醇纤维在95℃-100℃的水中可溶，将造纸悬浮液通过一个模压金属网或其它模压方法脱水，经模压产生的突起和凹陷图形相当于水印的明暗区域，带有水印图案的脱水后的成型纸再经过干燥制成最终的证券纸。
造纸悬浮液中的纤维素纤维含量至少在50％，既可以是压毛纤维也可以是梳毛纤维；此外，纤维可以是亚麻纤维或吕宋麻(abaca)纤维。优选纤维素纤维的含量至少在80％(重量)，特别优选含量至少在90％(重量)。在95℃-100℃的水中可溶的聚乙烯醇纤维的含量可以约占到造纸悬浮液中纤维重量的10％(重量)，优选2-10％(重量)，特别优选4-8％(重量)。
在95℃-100℃的水中可溶的聚乙烯醇纤维的优选长度可以达到5毫米，特别优选3-5毫米；这些纤维的纤度可以达到2旦尼尔，优选0.3-2旦尼尔，特别优选1旦尼尔。
在95℃-100℃的水中可溶的聚乙烯醇纤维可以有一个由不同的聚合物纤维材料，如聚酯、聚酰胺粘胶丝或水不溶性聚乙烯醇纤维形成的芯。这些有芯纤维可以被视为等同于普通的聚乙烯醇纤维，因为它们提供一个按照本发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证券尤其是纸币获得优良的强度性能以及优良的水印。上述的有芯聚乙烯醇纤维可以通过共挤压法制得，也可以将0.5-0.8旦尼尔的芯材料纤维束通过分子量为50,000-150,000的聚乙烯醇浴，使其涂敷一层聚乙烯醇。然后将纤维干燥，接着进行热处理，以便增加聚乙烯醇在95℃-100℃范围内，例如在99℃时的溶解度。将生成的束纤维切成5毫米长的人造短纤维。用这种方法生产的纤维与未涂敷的纤维相比，增强了强度性能，改进了粘结特性和降低了通常不良水印质量的影响。
本发明的实质部分是实现高质量的水印效果。众所周知，如果造纸纤维流动性差，水印质量就差或者实际上难以辨认。这是因为移动纤维的流体动力不够充分，或者是因为纤维的流动性受到其长度的限制。在成型时这种不流动性阻碍纤维在水印压模的凹陷处聚集和从突起处移开，导致水印的质量很差。已知通常用于制造证券纸的棉纤维是1毫米长，而通常使用的合成纤维是3-5毫米长。显而易见，合成纤维更长，一般会因其本身的流动性差而引起水印质量的显著下降。
本发明的一个显著特征是，可以在95℃-100℃的水中溶解的聚乙烯醇纤维，由于其本身的润滑性，大大改善了纸张成型阶段的流动性，从而导致纸的水印质量比例如荷兰专利公开第9301835号透露的含不溶性聚乙烯醇纤维的纸有了显著提高。本工艺使用的聚乙烯醇纤维的优异性能可见于水印的清晰可辨和对比度强。
在纸张成型之前，当造纸纤维处于悬浮状态时，已知工艺的典型纤维浓度是0.2％，这在现有技术中是公知的。在此浓度下，纤维自然倾向于相互影响。对于较长纤维而言，这种相互影响导致纤维缠绕在一起。这种缠绕聚集可以导致絮集，我们已经发现，在含有于95℃-100℃水溶的聚乙烯醇纤维的悬浮液中，纤维分散中缠绕或絮集的倾向显著地低于荷兰专利公开第9301835号中描述的不溶性聚乙烯醇纤维。
使用于95℃-100℃水溶的聚乙烯醇纤维既可以得到优良的纸张强度，又可以得到上好的水印效果。这是一种优良特性的惊人结合，在使用其它水溶性聚乙烯醇纤维或不溶性(增强)聚乙烯醇纤维时尚未发现这种效果。
用于本发明的优选聚乙烯醇纤维是经湿纺工艺生产的。
现在对本发明进行举例说明。
实施例1制备一种配料，含以总干纤维计5％(重量)的5毫米VPB102 PVOH纤维(99℃可溶，5毫米长)和95％(重量)的以普通方法制造的棉纤维。将其用于制造纸币用纸的机器压纹模具上。湿纸经过下列普通方法加工碾压，干燥，聚乙烯醇浸入，进一步干燥，抛光和最后打卷。
对这种方法生产的纸张进行折叠和撕扯试验。根据前述主观鉴定标准对水印进行视觉评价。对严格按照相同方法制造、但原料为100％(重量)棉纤维的纸也进行了对比试验。
获得结果如下
MD＝机器方向CD＝横截面条件-50％RH
实施例2本发明的惊人方面之一是，与上述荷兰专利申请描述的不溶性纤维，例如VPB103相比，采用约在99℃溶解的那些纤维实现了水印质量的明显改进。用此类纤维进行的试验结果说明了这一点。
对两种类型的纤维上述荷兰专利申请描述的VPB103(不溶，3毫米长)和该申请优选的纤维之一VPB102(在99℃溶解，3毫米长)进行直接比较，获得结果如下。由行家得出的评价结果分为三类好、中、差。纸用英国标准的手抄纸制纸机制造，PVOH纤维含量为5％(重量)。
进一步的试验显示了有关水印对比度的下列试验数据VPB102纤维在水印暗区较非水印区增厚的百分比远远超过了VPB103纤维。
VPB102达到的肖像水印对比度比VPB103好40％，条纹水印对比度比VPB103好100％。这是一种显著而惊人的性能区别，清楚地说明了本专利申请所选择的纤维的好处。
权利要求
1.一种制造证券纸，例如纸币纸的方法，该方法包括生成由纤维素纤维和聚乙烯醇纤维组成的造纸悬浮液，其中聚乙烯醇纤维在95℃-100℃的水中可溶，将造纸悬浮液通过一个模压金属网或其它模压方法脱水，经模压产生的突起和凹陷图形相当于水印的明暗区域，带有水印图案的脱水后的成型纸再经过干燥制成最终的证券纸。
2.权利要求1的方法，其特征在于，纤维素纤维的含量至少占悬浮液中纤维总重量的80％(重量)。
3.权利要求2的方法，其特征在于，纤维素纤维的含量至少占悬浮液中纤维总重量的90％(重量)。
4.上述任一项权利要求中的方法，其特征在于，所指聚乙烯醇纤维的含量为纤维总重量的2-10％(重量)。
5.权利要求4的方法，其特征在于，所指聚乙烯醇纤维的含量为纤维总重量的4-8％(重量)。
6.上述任一项权利要求中的方法，其特征在于，聚乙烯醇纤维的长度为3-5毫米。
7.上述任一项权利要求中的方法，其特征在于，聚乙烯醇纤维的纤度为0.3-2旦尼尔，优选1旦尼尔。
8.上述任一项权利要求中的方法，其特征在于，聚乙烯醇纤维有一个由不同聚合物合成纤维材料形成的芯。
9.权利要求8的方法，其特征在于，芯是由一种聚酯、聚酰胺、粘胶丝或水不溶性聚乙烯醇纤维形成的。
10.上述任一项权利要求中的方法，其特征在于，制成的证券纸被印刷成有价证券，如纸币。
全文摘要
本发明涉及证券纸,并特别是涉及一种带有高质量水印的证券纸的制造方法。该方法具体地包括:生成由纤维素纤维和聚乙烯醇纤维组成的造纸悬浮液,其中聚乙烯醇纤维在95℃—100℃的水中可以溶解,将造纸悬浮液通过一个模压金属网或其它模压方法脱水,模压处产生的突起和凹陷图形相当于水印的明暗区域,带有水印图案的脱水后的成型纸再经过干燥制成最终的证券纸。
文档编号D21H21/40GK1207784SQ9619959
公开日1999年2月10日 申请日期1996年12月18日 优先权日1996年1月12日
发明者P·豪兰德, J·P·福尔克斯 申请人:波特尔斯有限公司