Vesileima

Vesileima on nykyisin eritoten turvapainatuksessa käytetty paperin kuiturakenteessa oleva piilotettu graafinen elementti, joka näkyy tarkasteltaessa paperia valoa vasten. Vesileimoja valmistetaan useilla eri menetelmillä. Yhteistä näille menetelmille on kuitenkin se, että nestemäistä paperimassaa uudelleensijoitetaan, vähennetään tai puristetaan. Useimmiten tämä tehdään sylinterin päälle kiinnitetyillä kohollaan olevilla metallilangasta, selluloidista tai messingistä valmistetuilla elementeillä tai sylinterin verkkopintaa muotoilemalla. Vesileimat voidaan luokitella valmistustavan mukaan monisävyvesileimoihin, korostevesileimoihin ja pikselivesileimoihin. Menetelmiä voidaan myös yhdistellä.
Vesileimatutkimusta kutsutaan filigranologiaksi, joka vakiintui osaksi historian tutkimusta 1900-luvulla, mutta sen juuret yltävät vielä satakunta vuotta kauemmaksi. Vesileiman historia juontaa juurensa 1200-luvulle. Aluksi vesileima toimi paperin valmistajasta ja laadusta kertovana tunnuksena. Koneellistumisen myötä 1800-luvulla se kehittyi suosituksi turvapainoelementiksi.

Monisävyvesileima

Monisävyvesileimassa (engl. multi tone watermark) paperin kuidut asettuvat niin, että tiheys on vaihteleva: tämä saa paperiin aikaiseksi yksityiskohtaisen vaihtuvan kolmiulotteisen vaikutelman. Sama vesileima voi sisältää runkopaperia sekä vaaleampia että tummempia alueita. Monisävyvesileimoja käytetään etenkin pankin ihmistä kuvaavissa papereissa, kuten seteleissä. Monisävyvesileimoja on erittäin vaikea kopioida niiden yksityiskohtaisuuden ja tiheyden vaihteluiden vuoksi.

Korostevesileima

Korostevesileimassa (engl. highlight watermark) paperin paikallista paksuutta vähennetään, jolloin paperin läpinäkyvyys paranee. Korostevesileima tunnetaan myös nimellä elektrotypisesti muodostettu vesileima.

Pikselivesileima

Pikselivesileimatekniikalla saadaan tuotettua erittäin yksityiskohtaisia ja hankalasti kopioitavia efektejä paperiin. Menetelmässä paperin paksuutta vaihdellaan kuten monisävyvesileimassa, jotta saadaan haluttu vaaleampi tai tummempi efekti. Pikselitekniikka valitaan, kun halutaan tarkka jäljennös esimerkiksi valokuvasta.

Käyttö

Vesileimalle on käyttöä selvitettäessä paperin alkuperää. Vesileimaa voidaan käyttää esimerkiksi tarvittaessa paperia asiakirjoihin tai painotuotteisiin, joiden väärentäminen pitäisi saada vaikeaksi ja melko suurella varmuudella aidoksi tunnistaminen helpoksi. Tällaisia papereita ovat postimerkki- ja setelipaperi sekä etenkin aiemmin viralliset konekirjoituspaperit.
Väärennetyksi epäiltyä vesileimaa voi testata kostuttamalla paperia väkevällä alkaliliuoksella. Väärennetty vesileima häviää, mutta oikea jää jäljelle. Oikean vesileiman ei pitäisi näkyä UV-valossa toisin kuin painetun vesileiman.
Valmistusteknologiaa voidaan hyödyntää myös paperin ominaisuuksien muokkaamiseen. Kaupallisesti valmistetuissa savukkeissa on nähtävissä ohuita noin millimetrin välein sijoitettuja savukkeen ympäri kulkevia linjoja. Nämä linjat on valmistettu vesileimateknologialla kiinnittämällä vesileiman muodostavan sylinterin ympärille ohuita lankoja. Paperiin muodostuu vaaleampi linja langan kohdalle. Linjojen tarkoitus on estää savuketta palamasta epätasaisesti.
Papereissa käytetyille vesileimoille on olemassa sähköisiä vastineita: kuva voi olla esimerkiksi kauttaaltaan täynnä osittain läpinäkyviä tekstinpätkiä. Tällaisia voidaan käyttää esimerkiksi verkkokauppojen näytekuviin, jolloin käyttäjän tulee ostaa kyseinen kuva saadakseen vesileimattoman version.

Yleinen historia

Vanhimman tunnetun vesileiman valmisti Cartiere Miliani -paperitehdas vuonna 1282 Fabrianossa Italiassa. Vesileiman aihe oli risti, jonka keskellä ja päissä oli ympyrät. Kyseinen vesileima oli valmistettu metallisen seulan esittelyä varten. Toinen varhainen vesileima-aiheena käytetty kuva oli heraldinen lilja. Tällainen on löydetty vuodelle 1285 päivätystä paperista. Ensimmäisen kerran käsitettä “vesileima” käytti juristi Bartola de Sassoferrato 1340-luvulla arvioidessaan, pitäisikö paperinvalmistajalta kieltää toisen valmistajan vesileiman käyttö.
Vesileimat kehittyivät aikojen saatossa paperimestarin henkilökohtaisesta tunnuksesta paperitehtaan maantieteellisestä sijainnista tai paperin laadusta, eritoten mitoista, kertovaksi tunnukseksi. Vesileiman suosio kasvoi 1400-luvun puolessa välissä niin merkittäväksi, että tuolloin ilman vesileimaa tuotettiin vain vähäisiä määriä paperia.
Perinteiset vesileima-aiheet olivat tyypillisesti langasta tehtyjä kuvioita, jotka toistuivat paperissa vaaleampina kohtina. Merkittävin harppaus vesileiman kehityksessä asettuu 1700- ja 1800-lukujen vaihteeseen, jolloin metalliverkot kehittyivät sellaiseksi, että yksityiskohtien toistoa saatiin lisättyä puristamalla aihe suoraan verkon pintaan. Aluksi verkon pintaan puristetut muodot olivat kuitenkin yhä tasaisia pintoja.
Englantilaista William Henry Smithiä pidetään ensimmäisenä sekä vaaleita että tummia alueita sisältävän vesileiman kehittäjänä. Vuonna 1848 hän oivalsi, että mikäli verkkoon puristettava muoto on kolmiulotteinen reliefi, on lopputuloksena reliefin mukainen monisävyinen vesileima. Reliefin syvimmät kohdat keräävät enemmän kuituja ja toistuvat näin ollen tummempina. Puristukseen käytettävät kappaleet valmistettiin aluksi kaivertamalla reliefi vahaan ja kopioimalla aihe galvanoplastisesti metalliseksi laataksi.
Vesileimapaperin valmistus koneellistui 1800-luvulla. Sylinterin avulla paperimassan altaasta nostavan paperikoneteknologian kehitti John Dickinson vuonna 1808. T. J. Marshall kehitti egutöörin Englannissa vuonna 1825.

Historia Suomessa

Suomessa piispa Johannes Gezelius vanhempi perusti ensimmäisen paperimyllyn (1667 – 1713) Tomasbölen kylään lähelle Tammisaarta. Paperimyllyn tiedetään käyttäneen vesileimaa, joskin erittäin harvoin. Nykyisin Suomessa vesileimapaperia valmistaa Tervakosken paperitehdas.
Filigranologiaa käyttäen suomalaista paperinvalmistusta tutkinut Nils J. Lindberg on tehnyt aiheesta väitöskirjan. Väitöskirjassa on paljon piirustuksia vanhoista vesileimoista. Nykyisin on olemassa tietokantoja, joista voi halutessaan kaivaa esiin suomalaisten paperimyllyjen vesileimoja, jos vaikka sattuu saamaan käsiinsä oikein vanhan teoksen tai asiakirjan.

Valmistus

Vesileima luodaan jo paperia valmistettaessa siten, että vesileiman muotoinen kuvio puristuu tiukasti paperin valmistuksessa käytettävää massaa vasten. Paperi on siis vesileiman kohdalta ohuempaa tai paksumpaa kuin vesileimaa ympäröivä paperi. Valmistusmenetelmät voidaan jakaa karkeasti kolmeen päätyyppiin: käsinvalmistukseen sekä joko egutöörimenetelmään tai sylinterimenetelmään perustuvaan teolliseen prosessiin.

Egutöörimenetelmä

Egutööri (engl. dandy roll) on metalliverkkosylinteri, johon vesileiman aineisto on perinteisesti ommeltu metallilangalla sylinterin pinnalle painamaan kohokuvio paperiin. Egutööri muodostaa vesileiman viiralla olevaan paperimassaan massan ollessa vielä märkää. Rulla siis toisin sanoen ohentaa paperin paikallista paksuutta painaessaan paperiin halutun kuvioinnin. 
Menetelmässä on huomioitava perinteiseen käsityönä tapahtuvaan paperinvalmistukseen verrattuna paperin venyminen egutöörin vaikutuksesta. Mittatarkassa vesileima-aiheessa tulee kompensoida prosessin aiheuttama venymä. Koska perinteisessä paperinvalmistuksessa vesi valuu alas vesileima-aiheen läpi egutöörin puolestaan muodostaessa vesileiman jo kuivumisen aloittaneen liikkeessä olevan paperin pinnalle ylhäältä päin, tulevat käsin valmistetut vesileimat aina olemaan selkeämpiä ja yksityiskohtaisempia kuin konevalmisteiset.
Alun perin egutööri valmistettiin ruostumattomasta pronssista. Nykyisin käytetään myös kulutusta kestäviä synteettisiä materiaaleja.
Egutöörimenetelmällä pystytään valmistamaan monisävyvesileimoja, mutta vesileimatutkimuksen uranuurtajan Dard Hunterin mukaan vaaleita ja tummia sävyjä sisältävät vesileimat ovat parhaimmillaan sylinterimenetelmällä valmistettuna. Hunterin mukaan egutöörimenetelmällä valmistetut vesileimat ovat jotensakin himmeitä ja niistä uupuu kontrasti ja loisto.

Sylinterivesileima

Valmistettaessa vesileima sylinteritekniikalla (engl. cylinder mould watermark) rautalankaverkolla päällystetty sylinteri pyörii paperikoneen alkupäässä perälaatikossa puoliksi vedenpinnan alla. Sylinterin sisällä oleva imu vetää sulppua sylinteriä vasten. Sylinteri nostaa sulpun perälaatikosta viiralle. Viiran päällä vesileima-aiheen painavan egutöörin sijasta vesileima-aihe voidaan kiinnittää tai muotoilla myös tähän sylinteriin. Vesileima luodaan yleisimmin sylinterin pinnassa olevan reliefin avulla.
Sylinteritekniikalla valmistetussa vesileima-aiheessa voi olla paperikuitujen paikallista tiheyttä lisääviä tai vähentäviä yksityiskohtia, jolloin vesileima-aihe voi sisältää muuta paperia vaaleampia tai tummempia kohtia. Menetelmällä saavutetaan erittäin tarkka yksityiskohtien toisto ja vahva kontrasti; lisäksi tekniikkaa on erittäin vaikea kopioida yksityiskohtaisuutensa vuoksi. Sylinteritekniikka onkin yleisin ja luotettavin tapa valmistaa vesileimoja. Tekniikkaa käytetään valmistettaessa passeja, pankkipapereita tai muita virallisia asiakirjoja.
Sylinterivesileima on laadukkaampi kuin egutöörimenetelmällä valmistettu vesileima. Menetelmällä saavutetaan parempi kontrasti ja sävyntoisto. Tätä selittää se, että egutöörimenetelmässä osa vedestä on poistunut vesileiman puristuksen vaiheessa, sekä vettä poistuu myös vesileima-aiheen muodostavan egutöörin vastaiseen suuntaan, viiran läpi. Sylinteritekniikassa vesileima muodostetaan välittömästi hetkellä, jolloin veden poistuminen sulpusta alkaa. Vesi poistuu tässä vaiheessa vesileima-aiheen muodostavan sylinterin suuntaan mikä on omiaan parantamaan lopputuloksen laatua.
Paras sävyntoisto saavutetaan lyhytkuituisella paperimassalla.

Työnkulku luonnoksesta sylinterille

Vesileiman suunnittelu alkaa aiheen luonnostelusta. Luonnoksen perusteella valmistellaan vesileiman varsinainen aineisto suunnitteluohjelmistolla. Vesileima-aiheeseen määritellään, mitkä alueet ovat paperia tummempia ja mitkä vaaleampia. Näiden lisäksi vesileima-aihe voi sisältää portaattomia sävyliukuja tummasta vaaleaan.
Vesileima-aiheen aineiston viimeistelyä seuraa tyypillisesti asiakashyväksyntä. Aineiston avulla voidaan valmistaa myös lopputulosta jäljittelevä simulaatio, päätöksenteon helpottamiseksi.
Hyväksytystä vesileima-aiheesta tehdään 3D-muunnos korkopuristustyökalun kaiverrusta varten. Korkopuristustyökalu sisältää tyypillisesti naaraskappaleen ja uroskappaleen. Naaraskappaleessa pinnan tasoa syvemmällä olevat kohdat ovat uroskappaleessa kohollaan ja päin vastoin. Kappaleet kiinnitetään hydrauliseen puristimeen, jolla vesileima-aihe puristetaan kappaleiden väliin sijoitettuun verkkoon. Tässä vaiheessa on mahdollista valmistaa testiympäristössä ensimmäinen todellinen vedos vesileimasta ennen kokonaisen sylinterin valmistuksen aloittamista. Kokonaiseen sylinteriin vesileima-aihe toistetaan prosessin edellyttämän jakomitan ja asemoinnin mukaisesti. Tämän jälkeen verkko on valmis kiinnitettäväksi sylinterin ympärille.