СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ БАНКНОТЫ
METHOD FOR TREATING SURFACE OF A BANKNOTE

Банкноты, первоначально называвшиеся бумажными деньгами, существуют с X века. Это платежное средство было введено в обращение торговцами китайским чаем, чтобы избегать перевозки металлических монет. Первые банкноты официально появились во Франции в 1803 году. С самого начала бумажные деньги изготавливались из хлопка. Однако в последние три десятилетия хлопок постепенно уступает свое место полимерам, которые, по утверждению изготовителей, являются более прочными. Вместе с тем, независимо от того, изготавливают банкноты из хлопка или из полимера(ов), их изготовление и их валоризация не меняются.
Последовательность процессов печати и выполнения защитных элементов (например, сухая офсетная печать, влажная офсетная печать, флексография, трафаретная печать или горячее тиснение …) позволяет получить конечный продукт с высокой добавленной стоимостью.
Первостепенной целью является увеличение срока обращения этой банкноты и предупреждение ее преждевременного износа.
Ставя перед собой цель увеличения срока службы этой ценной печатной продукции, необходимо, прежде всего, понимать причины, которые приводят к изъятию банкнот из обращения.
Сложность изготовления банкноты по определению является основным условием предупреждения попыток ее подделки.
Эффективным способом борьбы с подделками является применение нескольких типов защиты разных уровней.
Защитные элементы первого уровня являются элементами, различаемыми невооруженным глазом при дневном или искусственном освещении и не требующими использования специального прибора.
Присутствие водяного знака, окрашенных волокон, элементов, видимых на просвет, или различаемые на ощупь рельефные элементы, получаемые способом глубокой печати, представляют сбой примеры элементов первого уровня.
Так называемая защита второго уровня представлена элементами, обнаруживаемыми при помощи технологически несложных приборов, таких как лампы ультрафиолетового света и инфракрасные лампы. Это обеспечивает аутентификацию банкнот в рамках различных учреждений (торговых, банковских и т.д.). Таким образом можно различать рисунки или тексты, напечатанные невидимой краской, которая становится видимой в ультрафиолетовом или инфракрасном свете, флуоресцентные волокна, магнитные нити и т.д.
Наконец, третий уровень защиты требует применения сложных приборов и, следовательно, больших затрат. Отслеживанием этих защитных элементов, таких как меченые атомы в банкнотах, в основном занимаются центральные банки.
Одним из условий, необходимых для обеспечения роли этих видов защиты и их правильной аутентификации в течение времени, является нормальное старение банкноты. Центральные банки обязаны обменивать любую возвращенную банкноту (по разным причинам: загрязнение, разрыв, повреждение …), если она поддается идентификации не менее чем на 50%. Поэтому очень важно иметь возможность различать и контролировать многочисленные элементы, входящие в состав банкноты.
Следовательно, центральные банки все больше заинтересованы в повышении долговечности банкнот как с точки зрения механической прочности, так и в плане химической стойкости.
Таким образом, более чистый, более гигиеничный и более долговечный банковский билет можно вводить в обращение с одновременным обеспечением меньшей стоимости цикла его обращения.
Однако чтобы получить такой продукт, необходимо уяснить, что реально влияет на недолговечность банкнот и приводит к их изъятию из обращения.
Центральные банки были инициаторами многочисленных исследований для характеристики возможных причин изъятия банкнот. Среди указанных различных причин (DE HEIJ Hans. Durable Banknotes: an overview. In: Presentation of the BPC / Paper Committee to the BPC, May 2002, Prague) кроме всех прочих особо выделяют одну: загрязнение.
Оно на 60-80% является причиной изъятия банкнот из обращения. Одним из основных элементов этого загрязнения является человеческий кожный жир, естественным образом присутствующий на поверхности кожи.
По этой причине основные участники отрасли и, в частности, производители бумаги стараются найти решения, такие как бумага «высокой стойкости» или, например, покрытия против загрязнений. Они позволяют соответственно повысить механическую прочность и химическую стойкость банкнот.
Так, производителями бумаги были предложены различные составы. При этом различия меняются между составом волокнистого слоя (100% хлопка, смесь природных волокон, смесь природных и синтетических волокон, полимеры и т.д.) и «растворами», используемыми для формирования/пропитки слоя.
Например, природными волокнами, кроме хлопка, могут быть волокна льна или абаки, синтетические волокна являются волокнами на основе полиэтилена, полипропилена. Подложку можно выполнять даже исключительно из полипропилена, ориентированного в двух направлениях.
Что касается противозагрязнительного покрытия, то речь может идти, например, о составах на основе полиуретана или латекса. Разумеется, эти примеры не являются ограничивающими, и каждая бумага высокой стойкости может иметь свои особенности в зависимости от различных производителей.
Однако в результате конечные свойства этих видов бумаги являются сглаженными. Действительно, некоторые виды бумаги выигрывают по сравнению с другими с точки зрения механической прочности, тогда как другие обладают лучшими противозагрязнительными свойствами, но все эти подложки должны сохранять одну неотъемлемую характеристику: способность к печати.
Кроме повышенной стоимости, эти новые виды бумаги имеют другое слабое место. В результате всех видов обработки, которым они подвергаются во время изготовления бумаги, если даже срок службы подложек увеличивается, это не обеспечивает предохранения защитных печатных элементов, что, как было указано выше, является фундаментальным аспектом.
В документе WO 02051638 описана технология нанесения лакового покрытия на подложку методом флексографии в конце процесса изготовления банкноты. Этот лак, наносимый посредством дополнительной печати, повышает стойкость банкноты к загрязнению и, таким образом, полностью защищает печатное изображение. Посредством одного прохода в машине без переворачивания защищают от загрязнения обе стороны банкноты, то есть одновременно нанесенную краску и подложку. Этот лак ультрафиолетовой сушки является, например, одним из лаков, предложенных компанией Sicpa под названиями SicpaProtect 889354 и 889405. Можно также указать лак Protector 36.298.42 компании Schmidt Rhyner WESSCO и лак TerraGloss UV Special Coating VP-HB 100-080 компании Actega.
3
2
Тест на загрязнение (который будет описан ниже) характеризуется как разность измерения яркости L загрязненного образца и незагрязненного контрольного образца на участке без печати. Так, при проведении этого теста белая веленевая бумага, изготовленная на 100% из хлопка, показывает ΔL около 20-30 единиц, а эта же бумага, покрытая лаком SicpaProtect 889354, нанесенным методом флексографии при помощи анилоксового вала 6/6,5 см (то есть при переносе 2 г/м), показывает ΔL от 14 до 18, то есть улучшение составляет около 40%.
Этот результат сам по себе является примечательным, но, к сожалению, гидрофобные и олеофобные свойства такой бумаги с лаковым покрытием SicpaProtect 889354 являются довольно низкими.
Кроме того, в области упаковок пищевых продуктов известны попытки предохранения этих упаковок от агрессивного действия соков, соусов и жиров, по крайней мере, до момента потребления содержащихся в них продуктов.
2
2
m
2
n
Например, компания Solvay предложила изделия на основе фтора, известного своими свойствами, препятствующими прилипанию. Многие вещества обладают искомыми свойствами гидрофобии и олеофобии, в частности две водные дисперсии на основе перфторполиэфира (ПФПЭ, X-[-(CF-CF-O)-(CFO)-]-X). Первое вещество под названием FOMBLIN или 5134Х содержит ПФПЭ-уретан, другое вещество под названием 5135Х содержит аммониевые соли ПФПЭ-фосфата. Другое вещество на основе ПФПЭ-уретана, содержащее органические растворители, подвергли функционализации, то есть молекула основы дополнительно содержит реактивные химические функциональные группы. Оно может смешиваться с лаковыми матрицами, полимеризуемыми УФ-излучением, и может, таким образом, реагировать с образованием химических связей с этими матрицами для усиления своего скрепления/сцепления. Эти вещества были созданы в ответ на проблемы охраны здоровья и окружающей среды, связанные с ПФОК (перфтороктановая кислота) и ПФОС (перфтороктансульфонат). Вышеуказанные вещества на основе ПФПЭ не содержат ни ПФОК, ни ПФОС, как и их продукты разложения.
Эти вещества придают хорошие свойства защиты от масел и жиров подложкам из бумаги или картона. Их применяют для поверхностной обработки и наносят методом флексографии, гелиогравюры или любого другого известного способа нанесения.
Покрытие создает на поверхности невидимый химический барьер из ПФПЭ. Эти вещества получили широкое применение в производстве пищевых упаковок (например, пакеты с кормами для животных, коробки для пиццы). Кроме того, проверка на контакт с пищевыми продуктами показала их безвредность.
Заявитель поставил перед собой задачу устранения вышеуказанных недостатков, связанных с применением лака в изготовлении банкнот, при помощи способа, который позволяет усилить совокупность свойств, способствующих увеличению срока службы банкноты, таких как стойкость к загрязнениям, гидрофобия, олеофобия, способность отталкивать воду пота и жирные тела кожного жира, благодаря количественно определяемым барьерным эффектам.
В связи с этим объектом настоящего изобретения является способ поверхностной обработки банкноты, которая, по меньшей мере, на одной из своих противоположных сторон содержит, по меньшей мере, одно печатное изображение, представляющее собой, по меньшей мере, один рисунок, причем эта сторона и ее соответствующее печатное изображение имеют прозрачное защитное покрытие, согласно которому, посредством печати наносят покрытие, содержащее лак и химическое органическое соединение, содержащее атомы фтора в виде, по меньшей мере, одной перфторполиэфирной группы на указанной стороне, и производят его сушку.
Благодаря применению этой технологии получают следующие результаты/ преимущества/характеристики:
- обеспечение защиты всего ценного печатного продукта (то есть подложки и ее печатных элементов);
- повышение стойкости к загрязнениям по сравнению с известным методом нанесения лакового покрытия;
- улучшение гидрофобных свойств по сравнению с известным методом нанесения лакового покрытия;
- улучшение олеофобных свойств по сравнению с известным методом нанесения стандартного лакового покрытия, описанным в настоящем документе;
- улучшение вышеуказанных свойств происходит не в ущерб экономической эффективности и без применения сложных физических процессов, приводящих к существенному и даже неприемлемому повышению стоимости изготовления банкноты;
- обработка совместима с существующими технологиями печати, то есть само покрытие обладает способностью к печати;
- обработку можно применять при помощи способа печати путем флексографии, гелиогравюры или трафаретной печати;
- после изготовления защищенного документа и нанесения на него сухого покрытия обработка совместима с эпидермическим контактом и не является токсичной или аллергенной.
Согласно другим предпочтительным и неограничивающим отличительным признакам способа:
- указанное покрытие наносят печатным способом на указанную сторону в виде двух разных слоев, а именно сначала первого слоя лака и затем второго слоя, содержащего указанное химическое органическое соединение с атомами фтора в виде, по меньшей мере, одной перфторполиэфирной группы в водной основе или в основе растворителя;
- сушку указанного лака производят ультрафиолетовым излучением;
- указанное химическое органическое соединение с атомами фтора в виде, по меньшей мере, одной перфторполиэфирной группы находится в основе растворителя, совместимого с матрицей указанного лака, с которым его смешивают, в функционализированной форме, то есть способно реагировать с этой матрицей и образовывать химические связи для усиления его скрепления/сцепления;
- сушку второго слоя производят ультрафиолетовым излучением;
- указанное химическое соединение находится в водной основе;
- указанное покрытие наносят печатным способом на указанную сторону в виде смеси указанного лака, полимеризуемого ультрафиолетовым излучением, и указанного химического органического соединения с атомами фтора в виде, по меньшей мере, одной перфторполиэфирной группы в основе растворителя, совместимого с матрицей указанного лака, с которым его смешивают, в функционализированной форме, то есть способного реагировать с этой матрицей и образовывать химические связи для усиления его скрепления/сцепления;
- сушку указанной смеси производят ультрафиолетовым излучением;
- указанное покрытие включает в себя, по меньшей мере, одно бактерицидное, и/или противогрибковое, и/или противовирусное средство;
- указанное средство включено в указанный второй слой.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показана банкнота до применения заявленного способа, частичный схематичный вид сверху;
на фиг. 2 показана банкнота, полученная после осуществления первого этапа заявленного способа, упрощенный вид в разрезе по плоскости II-II фиг. 1;
на фиг. 3 показан упрощенный вид в разрезе по той же плоскости банкноты, полученной после осуществления второго этапа заявленного способа;
на фиг. 4 показана банкнота, дополнительно содержащая рисунок в виде F, выполненный из глянцевого лака вид, аналогичный фиг. 1;
на фиг. 5 показан вид, аналогичный фиг. 2, варианта осуществления, изображенного на фиг. 4;
на фиг. 6 показан вид, аналогичный фиг. 3, варианта осуществления, изображенного на фиг. 4.
Термин «лак» обозначает лаки инфракрасной/горячей воздушной сушки и лаки УФ сушки.
Предпочтительно речь идет об акриловом лаке на водной основе в случае первых лаков и о лаке на основе эпоксида или акрилата и растворителей в случае вторых лаков.
Лак инфракрасной/горячей воздушной сушки является, например, лаком производства компании Sicpa, таким как Sicpaprotect 803688W (акриловый полимер).
Что касается лака УФ сушки, то можно, например, использовать Sicpaprotect 889354 на основе мономеров семейства циклоалифатических эпоксидов, такой как «Chissonox 221 Monomer», которые полимеризуются с получением полиакрилатной матрицы из акрилатных соединений, в том числе таких как триметилолпропантриакрилат.
Лак "Actega terraGloss UV Special Coating VP-HB 100-080" тоже полимеризуется с получением полиакрилатной матрицы в том числе из ненасыщенной акриловой смолы.
Под термином «печатное изображение в виде рисунка» следует понимать любой печатный элемент, независимо от используемой краски, который образует любой рисунок в виде ажурной или не ажурной плоскости, причем этот рисунок может, в том числе, представлять собой буквенно-цифровой знак.
На фиг. 1 очень схематично показан документ 1, в данном случае банкнота, содержащий подложку 2, например, из бумаги или из хлопковых волокон, верхняя и нижняя противоположные стороны которой обозначены позициями 20 и 21.
На верхней стороне при помощи любого известного специалисту метода печатают рисунки 3, которые в данном случае представляют собой соответственно номинал банкноты (в данном случае 100), гильошировку и портрет.
Этот рисунок можно напечатать при помощи так называемой защитной краски.
Разумеется, на стороне 20 могут присутствовать и другие печатные элементы.
Разумеется, противоположная сторона 21 тоже может содержать идентичные, подобные или другие печатные элементы.
Как показано на фиг. 2, сторону 20 покрывают слоем бесцветного лака 4, определение которого было приведено выше.
Разумеется, фиг. 2 и следующие за ней фигуры представлены только в качестве примера, и пропорции, в частности, размеры по толщине не соответствуют действительности. Кроме того, в целях пояснения и чтобы не загромождать фигуры, покрытие лака показано только на стороне 20. Разумеется, в действительности и с целью оптимальной защиты покрытие наносят на обе противоположные стороны 20 и 21.
3
2
Этот слой лака был напечатан при следующих рабочих условиях и был описан выше (лак под названием SicpaProtect 889354, нанесенный способом флексографии при помощи анилоксового вала 6/6,5 см (то есть с переносом около 2 г/м) и высушенный УФ лампами  ртутного спектра 200 Вт/см при 65% их мощности).
После сушки методом флексографии и при помощи анилоксовых валов, идентичных вышеуказанному, на слой 4 наносят другой слой 5, содержащий химическое органическое соединение с атомами фтора в виде, по меньшей мере, одной перфторполиэфирной группы или, по меньшей мере, одно из его производных в версии водного основания. После сушки слоя 5 оба слоя 4 и 5 образуют покрытие R.
Сушку слоя 5 осуществляют методом выпаривания при помощи лампы инфракрасной/горячей воздушной сушки GRAFIX при 150°C.
В другом варианте осуществления указанная сушка представляет собой сушку ультрафиолетовым излучением вышеупомянутого типа, в частности, когда химическое органическое соединение с атомами фтора в виде, по меньшей мере, одной группы ПФПЭ, совместимое с сушкой ультрафиолетовым излучением, непосредственно смешивают с указанным лаком.
Вариант осуществления, представленный на фиг. 4-6, аналогичен описанному выше варианту. Он отличается только тем, что печатают рисунок 31, образующий "F", в виде глянцевого участка на матовом фоне или окруженного матовым фоном, как описано в документе FR 2958209.
Согласно не показанной на фигурах версии, лак и фторсодержащее химическое органическое соединение наносят печатным способом в виде только одного слоя.
Препятствующие прилипанию свойства покрытия R сокращают возможности взаимодействия и сцепления живых макроскопических патогенных организмов, таких как бактерии и грибки, и тем самым препятствуют их распространению.
Кроме того, можно предусмотреть включение в слой 5 биоцидных средств в виде легирующей примеси таким образом, чтобы обеспечивать не «пассивную» защиту от патогенных воздействий, как было указано выше, а «активную» защиту, как это происходит, например, с ионами серебра [см. N. Stoble et al.: "Silver Doped Perfluoropolyether-Urethane Coatings: Antibacterial Activity and Surface Analysis. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, том 72, 1 (2009). стр. 62-67].
Преимуществом придания покрытию R свойства активной защиты является очевидным, так как это происходит на последнем этапе печатания банкноты перед приданием ей конечного формата. Это в корне отличается от решения, предложенного в ЕР 03740577 (ARJOWIIGGINS), где описана защита только подложки при помощи пары биоцидных средств и ничего не упоминается о барьерном отталкивающем влиянии печатных красок (офсет, глубокая печать, трафаретная печать) и «пленок» (полиэфирные ленты) на реальную эффективность биоцидной обработки.
Были проведены исследования для наблюдения эффектов этих печатных элементов на банкнотах.
Стойкость к загрязнению была протестирована при помощи испытания на сухое загрязнение (тест Фритша). Речь идет о вибрационном приборе, в котором мелкие стеклянные шарики раскатывают и вдавливают в бумажный образец загрязняющий состав на основе песка, ила, активного угля, муки и моноолеата глицерина (жирное вещество, присутствующее в кожном жире). Тест длится 15 минут. Как было указано выше, яркость первоначально белой зоны измеряют в несколько заходов до и после воздействия загрязняющего состава. Полученная разность или ΔL позволяет характеризовать прилипание грязи к банкноте: чем меньше эта разность, тем выше стойкость к сухому загрязнению.
2
Гидрофобность характеризуют как сопротивление проникновению воды, а также как способность выталкивать эту воду на поверхность, называемую водоотталкиванием. Сопротивление проникновению воды измеряют при помощи теста Кобба (60 с). Речь идет о количестве воды в г/м, абсорбированном подложкой при помощи цилиндрического пропиточного шаблона в течение времени 60 секунд. Речь идет о тесте, распространенном в области производства бумаги и предназначенном для характеризации абсорбции бумаги. Существует также тест Кобба за 300 секунд, что позволяет определить, сохраняется ли эффект слоя после более длительного пребывания под водой.
Что касается водоотталкивания, оно представляет собой естественный процесс, в результате которого вода стекает в виде капель по поверхности бумаги за счет простой «силы тяжести», когда подложку наклоняют. Речь идет о визуальном тесте, который связывают с измерениями угла контакта (θ) капли воды за 500 мкс (при этом учитывают также значения поверхностного натяжения). Действительно, именно в этот момент можно считать, что эта капля стабилизируется на поверхности бумаги.
Олеофобность измеряют при помощи тестов на воздействие жирных веществ. Первый метод, называемый «кит-тестом», состоит в применении смеси касторового масла (жирное вещество) и растворителей с высокой точкой кипения, а именно толуола (ароматический растворитель) и n-гептана (алифатический растворитель).
В зависимости от различных пропорций вышеупомянутых веществ получают композицию, вязкость и поверхностное натяжение которой меняются обратно пропорционально ее агрессивности, то есть ее пропитывающей способности.
Композиция с высоким содержанием касторового масла находится внизу шкалы, тогда как композиция с высоким содержанием тяжелых растворителей находится вверху этой же шкалы.
Тестируют 12 композиций, и считается, что оценка равная 6 характеризует удовлетворительный барьер по отношению к жирам. Оценку производят визуально.
Был также применен другой тест, и в данном случае речь идет о тесте на жирные кислоты (ЖК). Принцип остается таким же, но композиция представляет собой смесь жирных кислот, одна из которых присутствует в человеческом кожном жире. Речь идет о смеси с разным пропорциями касторового масла (тяжелая фракция), олеиновой кислоты (промежуточная фракция) и октановой кислоты (легкая фракция) с уменьшающимися значениями вязкости. Тест осуществляют при температуре от 20°C до 60°C.
Тестируют 11 композиций и результаты тоже выражают в виде визуальной оценки. Чем выше положение в шкале, тем значительнее барьерный эффект по отношению к жирным веществам, что соответствует уменьшению содержания касторового масла в композиции, увеличению, затем уменьшению количества олеиновой кислоты и, наконец, увеличению количества октановой кислоты.
3
В нижеследующих таблицах приведены результаты тестов для ценных бумаг, подложка которых представляет собой веленевую бумагу на 100% из хлопка, на которой при последнем проходе методом флексографии нанесли лак SicpaProtect 889354 на анилоксовых валах 6/6,5 см (лицевая и оборотная стороны) и высушили при помощи УФ ламп  ртутного спектра 200 Вт/см при 65% их мощности, затем вещество под названием SOLVAY 5134 X на водной основе, высушенное горячим воздухом под печами оборудованными лампами инфракрасной/горячей воздушной сушки GRAFIX при 150°C.
Следует отметить, что соединение SOLVAY 5134 X (www.solvay.com/en/markets-and-products/featured-products/solvera.html) продается под маркой Solvera РТ 5060 и имеет следующую формулу:
Этот полимер получен путем реакции перфторполиэфир диола с изофорондиизоцианатом, сопровождающейся удлинением цепочки диметилолпропионовой кислоты, по следующей схеме:
Вопреки всем ожиданиям, результаты, полученные при обработке банкноты из хлопковой бумаги только одним лаком 5134 X, не были удовлетворительными (Таблица 1). Неожиданно выяснилось, что тест на загрязнение дал менее хорошие результаты, чем если бы подложки были покрыты только лаком SicpaProtect 889354 и если бы гидрофобность была отличной, что же касается олеофобных свойств, то они являются несущественными.
Кроме того, было подтверждено, что не обработанная бумага не обладает ни одним из искомых свойств и что бумага, покрытая только лаком, обладает противозагрязнительными качествами, но лишь в незначительной степени является гидрофобной и совсем не является олеофобной.
С другой стороны, сочетание лакового покрытия и обработки фторсодержащим веществом дает неожиданные результаты. Была достигнута реальная функциональная синергия при совместном применении сначала лака и затем вещества 5134 X (Таблица 2). Было отмечено существенное повышение свойств стойкости к загрязнениям и явное наличие свойств гидрофобности и олеофобности, причем речь не идет о простом добавлении свойств, связанных с каждым из компонентов.
На различных образцах были проведены тесты на стойкость, и оказалось, что защита покрытия R сохранилась после тестов на погружение в течение 30 минут с применением полярных растворителей (этанол, ацетон, диэтиленгликоль), неполярных растворителей (ксилен, керосин), хлорсодержащих растворителей (тетрахлорэтилен), синтетического пота, кислот при концентрации 5% (уксусная, соляная, серная), соды при концентрации 5%, окислителей при концентрации 5% (гипохлорит натрия, перекись водорода), горячей воды (100°C), промышленных щелоков (St Marc, Persil). Кроме того, покрытие R сохраняет эти свойства после теста на стойкость к свету (48 часов солнечного теста, на стойкость к нагреванию (120°C, 30 мин) и к влажному смятию. Наконец, после теста вышеупомянутого теста Фритша гидрофобные и олеофобные свойства сохраняются.
Другие не представленные в таблицах результаты позволили установить, что этот выигрыш можно увеличить для получения значений стойкости к загрязнению при ΔL≤5, меняя соотношение между количествами наносимых лака и вещества 5134Х. Кроме того, можно предположить, что предварительная поверхностная обработка, например, типа коронарной до нанесения лака УФ сушки или до сушки второго лака на водной основе, содержащего вещество 5134 X, может положительно повлиять на вышеуказанные результаты.
Были также проведены тесты с применением других вышеупомянутых продуктов Solvay, которые привели к аналогичным результатам обеспечения защиты.