МНОГОСЛОЙНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА ОСНОВЕ БУМАГИ И ЦЕННЫЙ ДОКУМЕНТ, ЗАЩИЩЕННЫЙ ОТ ПОДДЕЛКИ
MULTI-LAYER COMPOSITE ELEMENT BASED ON PAPER  AND VALUABLE COUNTERFEIT-PROOF DOCUMENT

Изобретение относится к технологии бумаги, получению бумаги с особыми характеристиками, сфере производства и обращения защищенных изделий из бумаги, в том числе полиграфической продукции, такой, как банкноты, паспорта, дипломы, идентификационные документы, проездные документы, пластиковые карты, бланки ценных бумаг и пр.
Задачей представленного технического решения является повышение защищенности ценного документа от подделки путем формирования в носителе ценного документа многослойного защитного элемента (признака подлинности), заключающегося в одновременном формировании на отдельных участках носителя ценного документа различного характера изменения прозрачности в заданном диапазоне оптического спектра, предназначенных для регистрации датчиками и сканерами счетно-сортировальных машин и банкнотоприемных устройств.
Данный многослойный защитный элемент позволяет создать ценный документ с водяными знаками, по-разному проявляющими свои свойства в видимом и ИК диапазонах оптического спектра.
Актуальность создания таких защитных признаков вызвана тем, что в последнее время с развитием копировально-множительной техники и ростом технического уровня фальшивомонетчиков появилась необходимость усиления традиционных признаков подлинности и создания на их базе признаков, которые создавали бы новое качество контроля подлинности на стандартном контрольном оборудовании, применяемом кассирами, банками, торговыми центрами.
Указанное оборудование, к которому можно отнести банкоматы и платежные терминалы, счетно-сортировальные машины и счетчики банкнот и кассовые визуализаторы, как правило, имеют в качестве стандартных функций возможность контроля визуального и ИК образа.
Как правило, принцип работы банкнотоприемных устройств и оптических сканеров счетно-сортировальных машин заключается в сравнении полученного видимого и ИК образа с некоторым эталонным значением, хранящимся во встроенной базе данных. В случае соответствия образов банкнота признается подлинной.
Таким образом, заданная совокупность или заданное взаимное соответствие плотностей видимого и ИК образа ценного документа может являться признаком подлинности.
Если ставить задачу контроля не только соответствия ИК и визуального образа заданным эталонам, но и заданное соотношение между их параметрами (например, распределением оптической плотности) в видимом диапазоне и ИК, можно получить дополнительное усиление защищенности ценного документа без усложнения контрольной техники.
В ряде случаев, например, при использовании для защиты ценных документов слабовидимых ИК абсорберов, данное требование выполняется практически автоматически на стадии обучения систем контроля и анализа оптического образа.
Задачей данного изобретения является распространить данную идеологию на контроль водяных знаков ценных документов, осуществляющийся, как правило, в проходящем свете.
Обычно бумага, производимая на бумагоделательной машине, имеет одинаковый вид при рассматривании ее в проходящем свете с верхней и оборотной стороны. Причем это справедливо не только для подлинных водяных знаков, но и для знаков, имитированных надпечаткой между слоями многослойной бумаги.
Настоящее изобретение направлено на нарушение идентичности образов водяных знаков, наблюдаемых с разных сторон в разных спектральных диапазонах, и таким образом автоматически решает задачу приборного (машинного) определения подлинности документа с водяным знаком. Также задачей изобретения является получение технического решения, которое не может быть имитировано традиционными методами имитаций водяных знаков, заключающихся в воспроизведении заданной оптической плотности подлинного водяного знака надпечаткой, в том числе между слоями бумаги.
Из существующего уровня техники известны решения, использующие в качестве маркировки на ценных документах красители с особенностями спектрального состава диффузного отражения, например, RU 2305119, описывающее защитную маркировку на ценном документе для определения подлинности. При этом предлагается использовать специальное красящее вещество, обладающее полосами поглощения в видимом и ближнем ИК диапазоне спектра, при этом идентификация указанной маркировки включает математическое преобразование спектральной информации в так называемые «гиперцветовые» координаты и сопоставление полученных координат с заданными (например, стандартными координатами R-G-B).
Известно также решение RU 2401208 С2, описывающее многослойную защищенную бумагу для изготовления банкнот или ценных документов, содержащую в первом слое бесконечный элемент защиты, который доступен по меньшей мере с одной стороны бумаги и покрыт со свободно доступной стороны вторым слоем бумаги, который имеет одно или более отверстий на участке элемента защиты.
В данном решении используется двухслойный принцип формирования элемента защиты на носителе, однако формируемый признак остается визуальным и задача автоматического (машинного) контроля подлинности ценного документа датчиками банкоматов здесь не решена.
В патенте US 2010/0295291 (Arjowiggins Security) патентуется лист, в котором содержится, по крайней мере, один водяной знак или псевдоводяной знак, так что, по крайней мере, часть водяного знака видна в проходящем свете только с одной стороны указанного листа. Такой результат достигается тем, что в листе между двумя слоями бумаги помещен светорассеивающий и светопроницаемый слой. Этот слой может проходить по всей поверхности первого и второго слоев или по части поверхности в области нахождения водяного знака. Если в таком листе водяные знаки в каждом из слоев разные и совмещены друг с другом и со светорассеивающим слоем, то в проходящем свете при рассматривании листа с одной и другой стороны видны разные водяные знаки. В указанном патенте нет технического решения по способу производства такого листа. Указывается, что слои могут быть как полимерными, так и бумажными. В зависимых пунктах формулы изобретения отмечается, что промежуточный слой представляет собой пленку, соединенную с поверхностью клеящим составом, или экструдирован, или импрегнирован между слоями. В патенте не рассматривается вариант использования между слоями бумаги светопоглощающего слоя.
В данном изобретении реализованы технические решения, позволяющие выявить визуальные особенности водяных знаков при многослойном способе производства бумажного полотна.
Наиболее близким к рассматриваемому изобретению является заявка RU 2010118092 A, (FR 2008/051832) описывающая лист, содержащий, по меньшей мере, один водяной знак или «псевдоводяной» знак, видимый только с одной стороны листа.
В отличие от предлагаемого изобретения данное решение не решает в полной мере задачу автоматического контроля подлинности и ориентировано на визуальный контроль подлинности, поскольку по умолчанию оговаривает только визуальные эффекты в видимом диапазоне спектра. Как следствие, данное решение может оказаться непригодным для подавляющего большинства банкнотоприемных устройств, ориентированных на одновременный контроль в видимом и ИК диапазонах оптического спектра.
Целью и задачей предложенного изобретения является формирование на ценном документе многослойного защитного признака и ценного документа на его основе, содержащего не менее одного дополнительного слоя, которые содержат водяные знаки, отличается тем, что композиционные составы слоев обладают различной зависимостью изменения оптической плотности в диапазоне оптического спектра от 0,2 до 2,5 мкм. Такие составы могут быть сформированы на основе пигментов (двуокиси титана, талька, сульфата бария, силикатов и т.д.), на основе красителей различной природы (металлоорганических фталоцианиновых, и др.), в виде пленочнных светорассеивающих, имеющих разную прозрачность, или непрозрачных материалов на основе полиэтилентерефталата, полипропилена, бумаги или нетканых материалов и других. Данное решение позволяет осуществлять уверенный автоматический контроль подлинности ценного документа на банкнотоприемных и счетно-сортировальных машинах без технического изменения последних.
Это происходит за счет того, что потенциальному поддельщику, при современном уровне развития копировальной техники и методов подделки, становится относительно просто сформировать псевдоводяные знаки надпечаткой поглощающим или светорассеивающим материалом на внутренних сторонах бумаги, кустарно склеенной из двух тонких. Полученный таким образом водяной знак, в целом, может визуально соответствовать подлинному знаку при наблюдении на просвет и будет также подобен ему при наблюдении в ИК визуализаторы. Соответственно, банкнотоприемные устройства также могут принять данный элемент в качестве подлинного, если его форма и контраст будут соответствовать заданным.
Однако значительной методической и технической трудностью для поддельщика может являться необходимость формирования совокупности водяных знаков, например, с обратной зависимостью оптической плотности в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра, не говоря уже о более широких спектральных диапазонах. При этом для банкнотприемного устройства эта своеобразная инверсия плотностей трудностей не составляет, поскольку решающее правило системы настраивается только на совокупность этих параметров при настройке («обучении») системы, и их взаимное распределение значения не играет. Важно только, чтобы это распределение в дальнейшем было постоянным для данного номинала банкноты.
Таким образом, описанный в данном изобретении признак подлинности имеет существенные отличия от вышеуказанных аналогов, поскольку предлагает использовать различия оптической плотности слоев не только в видимом, но и ИК диапазоне спектра, что существенно затрудняет и усложняет подделку, но не изменяет сущность и порядок контроля, а также используемое при этом оборудование.
Технический результат достигается тем, что многослойный композиционный защитный элемент на основе бумаги, состоящий из материала-основы и не менее одного дополнительного слоя, которые содержат водяные знаки, характеризуется тем, что композиционные составы слоев обладают различной зависимостью изменения оптической плотности в диапазоне оптического спектра от 0,2 до 2,5 мкм.
Предпочтительно, чтобы зависимость изменения оптической плотности композиционного состава слоев одинакова хотя бы на одном спектральном участке оптического спектрального диапазона, отличного от 0,2-2,5 мкм.
Предпочтительно материал-основа и дополнительный слой обладают одинаковой оптической плотностью в ИК диапазоне спектра, но различны по плотности в видимом диапазоне спектра.
Предпочтительно водяные знаки различных слоев хотя бы частично совмещены на просвет.
Предпочтительно водяные знаки слоев как минимум частично отличаются друг от друга по форме, размерам или оптической плотности.
Предпочтительно элемент содержит дополнительный слой, прозрачный в видимом диапазоне спектра и рассеивающий излучение в ИК диапазоне спектра или содержит дополнительный слой, прозрачный в ИК диапазоне спектра и рассеивающий излучение в видимом диапазоне спектра.
Предпочтительно различная оптическая плотность слоев в видимом и ИК диапазонах спектра достигается за счет применения в их составе светорассеивающих наполнителей с различным химическим составом и/или одинаковых наполнителей в различном процентном соотношении или их комбинаций.
Предпочтительно вид водяного знака в нем в отраженном и проходящем свете различается.
Предпочтительно между двумя слоями создаются светопоглощающие или светоотражающие среды в виде лент, связующих и пигментов, воздушных полостей или их сочетания.
Предпочтительно, чтобы  вводимые, по крайней мере, в один из слоев или между слоями среды являлись полимерными лентами.
Предпочтительно вводимые, по крайней мере, в один из слоев или между слоями ленты являются бумажными или изготавливаются из нетканого или тканого материала.
Предпочтительно вводимые, по крайней мере, в один из слоев ленты имеют два или более слоев и/или, по крайней мере, между двумя из них имеется воздушная прослойка (полость).
Предпочтительно вводимые, по крайней мере, в один из слоев среды содержат защитные признаки в виде голографических, печатных, металлизированных изображений, в том числе изображений видимых в различных областях длин волн, приборно идентифицируемые метки, метки, проявляющиеся при температурном воздействии, и другие идентификационные признаки.
Предпочтительно отдельные слои имеют окна (участки без материала), которые, по крайней мере, частично совпадают с введенными в бумагу средами.
Предпочтительно окна (участки без материала), в котором имеются на верхней и нижней поверхностях и совпадают или смещены друг относительно друга.
Предпочтительно, по крайней мере, один слой содержит водяные знаки, совмещенные с защитными лентами или участками, содержащими светорассеивающие/светопоглощающие среды.
Предпочтительно, по крайней мере, в двух слоях оптические характеристики слоев и водяных знаков в них подобраны таким образом, что при рассмотрении в проходящем свете видны, по крайней мере частично, только водяные знаки одного слоя.
Предпочтительно, по крайней мере, одно полотно формуется в виде отдельных участков.
Технический результат достигается также тем, что ценный документ, содержащий многослойный защитный элемент, состоящий из материала-основы и не менее одного дополнительного слоя, которые содержат водяные знаки, отличающийся тем, что композиционные составы слоев обладают различной зависимостью изменения оптической плотности в диапазоне оптического спектра от 0,2 до 2,5 мкм.
Предпочтительно ценный документ представляет собой банкноту, акцизную марку, бланк ценного документа, проездной документ, паспорт, удостоверение личности, водительское удостоверение, диплом, пластиковую карту или подобный документ и предназначен для контроля подлинности при помощи банкнотоприемного устройства с детекторами видимого и ИК диапазона, счетно-сортировальной машины со сканерами визуального и ИК образа или при помощи ИК визуализатора.
В данном изобретении реализованы технические решения, позволяющие выявить визуальные особенности водяных знаков при многослойном способе производства бумажного полотна, полимерных, композиционных и нетканых материалов, важные для повышения их функции в качестве защитных элементов.
Возможен вариант производства многослойной бумаги полимерных, композиционных и нетканых материалов с водяными знаками, по крайней мере, в двух слоях, в которой оптические характеристики слоев и водяных знаков подобраны таким образом, что при рассмотрении в проходящем свете совмещенных водяных знаков видны только водяные знаки слоя, находящегося ближе к наблюдателю.
Одна группа технических решений базируется на различной визуализации водяного знака при рассматривании в отраженном и проходящем свете при формировании их, по крайней мере, в двух различных слоях многослойного материала. Водяной знак в индивидуальном слое может формироваться с учетом хорошей его видимости в отраженном свете. Это достигается повышением рельефности знака, значительной разностью оптических характеристик поля материала и собственно водяного знака. Различие оптических характеристик поля и знака может быть увеличено путем крашения слоя с водяным знаком в массе или с поверхности или придания слою, лежащему под слоем с водяным знаком, светоотражающих или светопоглощающих свойств, отличающихся от свойств верхнего слоя. Это различие может быть достигнуто сплошным или локальным, совмещенным с водяным знаком верхнего слоя окрашиванием нижнего слоя или нанесением на нижнюю поверхность верхнего слоя пигментированного или окрашенного состава. Кроме того, между слоями возможно введение полос материалов с отличающимися оптическими свойствами в различном диапазоне спектра.
В заявке используются несколько терминов, носящих обобщающий характер, которые следует пояснить для понимания области патентования.
Под термином «водяной знак» следует понимать два типа водяных знаков, собственно водяной знак, формируемый в бумажном полотне в мокрой части бумагоделательной машины при отливе бумажного полотна, и так называемый «псевдоводяной знак», который формируется после отлива на стадии прессования или обработки бумажного полотна.
Собственно водяной знак формируется с помощью форм, создающихся штамповкой сетки цилиндровой машины или эгутера плоскосеточной машины, или с использованием филиграней, а также при сочетании штамповки и водонепроницаемых филиграней.
Псевдоводяные знаки могут быть получены путем тиснения бумажного полотна с использованием рельефной формы, путем нанесения на поверхность бумаги непрозрачной краски (печатью в том числе), путем нанесения химических веществ, придающих бумажному полотну локальную прозрачность.
Под терминами «дополнительный слой» или «светопоглощающие» и «светоотражающие среды» понимаются составы на основе пигментов со связующими, других ингредиентов и их смесей (двуокиси титана, талька, сульфата бария, силикатов и т.д.), на основе красителей различной природы (металлоорганических фталоцианиновых и др.), включающих, в оговариваемых случаях, люминесцентные агенты, излучающие при воздействии УФ излучения составы (ZnS, StS), а также ленты (бумажные, полимерные из нетканых материалов, вводимые между слоями многослойного материала или в один из слоев, создаваемые воздушные полости, обладающие способностью поглощать падающий на них свет или отражать свет в случае светоотражающих или поглощать в случае светопоглощающих сред. Такими средами могут быть металлизированные пленочные материалы (полиэтилентерефталат, полипропилен и другие с нанесением на них слоем алюминия, меди и т.д). Дополнительные слои могут покрывать непрерывно всю площадь бумаги, а могут быть расположены локально в виде продольных полос или дискретных участков разной формы, позиционированных с водяными знаками, как правило, в одном или двух слоях многослойной бумаги.
Предлагаемые технические решения одинаковы и для защитной нити, и для ленты, которые могут быть как полимерными, так и изготовленными из тканых и нетканых материалов, а также из бумаги. Под лентами понимаются полосы материалов шириной свыше 6 мм, под нитями полосы шириной до 6 мм.
Под термином «окно» понимаются участки бумаги или другого многослойного материала, содержащие введенные в нее среды в виде лент, визуализируемых композиций связующих на основе пигментов двуокиси титана, талька, сульфата бария, силикатов и т.д.), на основе красителей различной природы (металлоорганических фталоцианиновых или других включений - полимерных, пленочных, бумажных или нетканых материалов, при отсутствии слоя бумаги над ними. Окна могут иметь различную форму и быть, в том числе, шире участков, содержащих среды, введенные в бумагу в виде лент.
Под термином «формование бумажного полотна» (бумаги) подразумевается процесс образования слоя бумаги в мокрой части бумагоделательной машины. При этом мокрой частью может быть сеточный цилиндр и ванна цилиндровой бумагоделательной машины и плоская сетка плоскосеточной машины.
Предложенное техническое решение предназначено для использования в сфере производства и обращения защищенных от подделки ценных документов, таких как банкноты, паспорта, дипломы, идентификационные документы, проездные документы и бланки ценных бумаг и пр., успешно решает задачу повышения защищенности ценного документа от подделки путем нанесения светорассеивающих материалов на основе пигментов, красителей, полимерных пленочных материалов, а также нетканых и бумажных материалов между склеенными слоями бумаги.
Для реализации технического результата данного изобретения предлагается для определения подлинности ценного документа использовать банкнотоприемное устройство с детекторами видимого и ИК диапазона, счетно-сортировальную машину со сканерами визуального и ИК образа или ИК визуализатор.
Способы реализации предложенного изобретения проиллюстрированы в нижеприведенных примерах.
Пример 1
Многослойный защитный элемент в виде бумажного материала-основы и дополнительного бумажного слоя, с отличным от материала основы композиционным составом, нанесеннымо полосовым введением на бумажное полотно в процессе отлива бумаги, представлен на фиг. 1.
2
На первом слое сформирован первый водяной знак (фиг. 1). Дополнительный слой, выполненный способом полосового ведения в полотно материала-основы, содержащего в качестве основного наполнителя пигмент двуокиси титана (TiO), дополнительного светорассеивающего материала, представляющего из себя композицию на основе талька
Светорассеивающий материал обладает сходным коэффициентом диффузного отражения с материалом-основой в видимом диапазоне спектра и отличается от него в диапазоне спектра от 700 до 1500 нм.
При наблюдении многослойного элемента на просвет наблюдается водяной знак в виде символа, область дополнительного слоя не видна и не искажает общий вид многослойного элемента (фиг. 2). При наблюдении многослойного элемента на просвет в ближнем ИК диапазоне спектра область дополнительного слоя становится непрозрачна и искажает внешний вид водяного знака многослойного защитного элемента (фиг. 3).
Таким образом, подлинность ценного документа, содержащего многослойный защитный признак, может быть установлена путем наблюдения отличий в водяном знаке видимом и ИК диапазонах оптического спектра благодаря использованию дополнительного слоя с водяным знаком в виде полосы и обладающего заданной зависимостью изменения оптической плотности в диапазоне длин волн от 0,7 до 1,5 мкм.
Пример 2
Ценный документ в виде банкноты содержит многослойный защитный элемент в виде бумажного материала-основы и дополнительного бумажного слоя с отличным от материала основы композиционным составом.
При этом оба слоя многослойного защитного элемента формируют общий водяной знак (фиг. 2), состоящий их двух частей: на первом слое сформирована первая часть водяного знака, на дополнительном слое сформирована вторая часть общего знака.
Композиционный состав, содержащий металлоорганический фталоцианиновый краситель, в качестве дополнительного слоя обладает сходным коэффициентом диффузного отражения с материалом-основой, который представляет собой бумагу, наполненную двуокисью титана, в видимом диапазоне спектра, и отличается от него в диапазоне спектра от 700 до 2500 нм.
При наблюдении банкноты на просвет наблюдается общий водяной знак в виде символа (фиг. 2). При наблюдении банкноты на просвет в ближнем ИК диапазоне спектра область водяного знака дополнительного слоя становится более непрозрачной и разделяет водяной знак на две части с разной оптической плотностью (фиг. 4).
Таким образом, подлинность банкноты, содержащей многослойный защитный признак, может быть установлена путем наблюдения различия в изображении водяного знака видимом и ИК диапазонах оптического спектра благодаря использованию дополнительного слоя с отличающимся композиционным составом и обладающего отличной от материала-основы зависимостью изменения оптической плотности в диапазоне длин волн от 0,7 до 2,5 мкм.
Пример 3
Многослойный защитный элемент в виде двухслойного бумажного материала с введением между слоями в процессе производства бумаги дополнительного светопоглощающего слоя (в данном примере непрозрачной полимерной пленки).
В первом слое сформирован водяной знак (фиг. 5, поз 1). Дополнительный слой, выполненный способом ведения в полотно полосы односторонне металлизированного путем нанесения аллюминия или меди полиэтилентерефталата, который, по крайней мере частично, совмещен с водяным знаком.
В результате в отраженном свете в спектральном диапазоне (0,3-0,7) мкм при рассматривании защитного элемента со стороны водяного знака водяной знак хорошо виден (фиг. 5, поз. 2). В проходящем свете видна часть водяного знака, не совмещенная с непрозрачной полосой, и видна темная, отличающаяся от остального фона бумаги полоса.
Многослойный защитный элемент в виде бумаги со светопоглощающей средой между двумя слоями и водяным знаком в одном слое. Водяной знак виден в отраженном свете только с одной стороны:
На пояснительных иллюстрациях схематически изображены механизм отражения падающего излучения (фиг. 5, поз. 1, 2 и 3) и вид элемента в отраженном свете (фиг. 5, поз. 4).
Пример 4
Ценный документ в виде банкноты с многослойным защитным элементом в виде двухслойного бумажного материала - с окном в одном слое и совмещенным с этим окном водяным знаком в другом слое (фиг. 6, поз. 1, 2 и 3). Часть водяного знака перекрывается дополнительным светопоглощающим слоем, введенным в виде полосы, содержащей железосодержащий пигмент (фиг. 6, поз. 4), невидимым при обычном освещении 0,3-0,7 мкм и видимым в ИК диапазоне 0,7-2,5 мкм спектра.
Элемент отличается высокой контрастностью, видимой на просвет части водяного знака.
Подлинность банкноты, содержащей многослойный защитный признак, устанавливается путем наблюдения различия в изображении водяного знака видимом и ИК диапазонах оптического спектра благодаря использованию дополнительного слоя.