БУМАГА, СОДЕРЖАЩАЯ СИНТЕТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
PAPER CONTAINING SYNTHETIC FIBRES

Настоящее изобретение относится к документам с волокнистой структурой, в частности к защищенным документам.
Изобретение относится, в частности, но не исключительно, к бумаге, пригодной для изготовления защищенных документов, и к способу ее изготовления.
Термин «защищенный документ» обозначает документ, имеющий отношение к безопасности, или ценный документ, такой как платежные средства, например банкноту, чек, банковскую карту или ваучер ресторана, документ, удостоверяющий личность, такой как удостоверение личности, виза, паспорт, в частности страница паспорта с личными данными, вкладыш «инкрустация», или водительское удостоверение, лотерейный билет, проездной билет или входной билет на культурные или спортивные мероприятия.
Известно, что для защиты от попыток фальсификации или подделки защищенного документа к подложке документа добавляют защитные элементы, например, в виде волокон, полос, пленок, нитяных структур или защитных нитей. Подложка документа сама по себе может состоять из материала, который трудно подделать, и тогда она называется «защищенной подложкой».
Поскольку срок службы защищенных документов в целом является критическим, были разработаны надежные подложки с «очень высокой износостойкостью».
В области защищенных подложек в форме листа известны целлюлозные подложки, так называемые «композитные» подложки, пластиковые подложки и так называемые «гибридные» подложки.
Целлюлозные подложки представляют собой волокнистые подложки, которые обычно получают с помощью процесса изготовления бумаги, также называемого влажным процессом, из целлюлозных волокон, таких как волокна широколиственных деревьев, хвойных пород, однолетних растений, в частности хлопка, или их смесей.
Термин «процесс изготовления бумаги» или «влажный процесс» обозначает обычный процесс изготовления бумаги, в частности, содержащий следующие последовательные стадии:
- дренирование суспензии волокон, которые могут быть предварительно очищены, необязательно содержащих наполнители и добавки, используемые обычно в процесс изготовления бумаги, и/или конкретные защитные элементы,
- прессование полученного влажного листа, и затем
- сушка.
Так называемые «композитные» подложки представляют собой целлюлозные подложки, волокнистая композиция которых содержит синтетические волокна помимо целлюлозных волокон. Такие волокна обычно внедряют в количестве менее 20 % по сухой массе по отношению к общей массе субстрата, и их использование позволяет увеличить механическую прочность подложки.
Присутствие целлюлозных волокон играет важную роль в запутывании и фиксации синтетических волокон, что позволяет развивать внутренний потенциал синтетических волокон. Фактически, при разработке механических характеристик материала листа важны характеристики полимера синтетических волокон, но также важна способность волокон к взаимодействию с другими. Присутствие очищенных целлюлозных волокон в значительной степени способствует образованию мостиковых связей между целлюлозой и полимером синтетических волокон.
Композитные подложки обеспечивают лучшую устойчивость к обороту, чем целлюлозные подложки. Выражение «устойчивость к обороту» означает комбинацию следующих свойств: сопротивление сгибанию, сопротивление разрыву и устойчивость к загрязнению.
Так называемые «гибридные» подложки содержат по меньшей мере одну целлюлозную или композитную подложку, связанную по меньшей мере с одним пластиковым слоем. Благодаря целлюлозной или композитной подложке, из которой они образованы, они обычно демонстрируют эквивалентное сопротивление разрыву и улучшенное сопротивление сгибанию.
Гибридные подложки, используемые в области защищенных подложек, в частности описаны в заявках WO 2006/066431, WO 2004/028825, EP 1 854 641, WO 03/054297 и WO 94/29105.
Пластиковые подложки обычно получают путем экструзии полимера. Эти подложки обычно имеют «очень высокую износостойкость».
Эти пластиковые подложки особенно подробно описаны в заявках ЕР 2 225 102, WO 99/67093, WO 97/01438 и WO 83/00659. Эти подложки демонстрируют хорошее сопротивление сгибанию и устойчивость к загрязнению, но их сопротивление распространению разрывов относительно невелико.
Кроме того, сложнее сделать их защищенными, поскольку эти подложки несовместимы с основными защитными элементами, используемыми для бумажных субстратов (целлюлозных, композитных или гибридных), такими как водяные знаки и внедрение защитных нитей, по меньшей мере частично в объем, например, как описано в заявках EP 059 056, GB 2 388 377 и GB 2 381 539.
Существуют также так называемые «нетканые» подложки. Нетканая подложка определена в стандартах ISO 9092 и EN 29092 как изготовленный лист, состоящий из пленки или слоя волокон, ориентированных направленно или случайным образом, связанных трением, и/или когезией, и/или адгезией, не включая бумагу и продукты, полученные путем ткачества, вязания, тафтинга или сшивания, включения закрепительных нитей или филаментов или сваленные путем влажного катания, независимо от того, сшиты они или нет.
Ассоциация производителей нетканых материалов (INDA) определяет их как «лист или пленку из натуральных волокон и/или изготовленных волокон или филаментов, не включая бумагу, которые не были сплетены и которые могут быть связаны друг с другом разными способами».
Эти субстраты и их изготовление более подробно описано в документах «Les non-tissés» («Нетканые материалы») (Gérard Coste, 25 июня 2004) и «Material Science & Engineering 554 – Nonwovens science and technology II» (Larry C. Wadsworth, весна 2004), доступных в интернете по следующим адресам:
- http://cerig.efpg.inpg.fr/tutoriel/non-tisse/summary.htm, и
- http://web.utk.edu/~mse/Textiles/index.html.
Нетканые материалы описаны как пригодные для использования в качестве защищенных подложек в заявках WO 2002/38368 и FR 2 447 995. Эти подложки обычно состоят из длинных нецеллюлозных волокон, например, длиной от 3 до 25 мм, и имеют высокий удельный объем и пористость, что означает, что они имеют низкую устойчивость к загрязнению.
Нетканые материалы производятся различными способами, в частности, путем сухого процесса, например, кардования или аэродинамическим способом (также называемым «Айрлайд»), процесса расплава, в частности экструзии (также называемой «Спанбонд») или экструзии с раздувом (также называемой «Мелтблаун»), путем влажного процесса (также называемого «Ветлэйд»), подобным процессу изготовления бумаги процессом или другими способами, в частности, путем растворения в растворителе (также называемом «Флэш спиннинг»).
Нетканые материалы, изготовленные путем влажного процесса, обычно содержат целлюлозные волокна в количестве, например, по меньшей мере 10  %, в частности, чтобы обеспечить лучшую когезию с полученным субстратом.
Более того, когда доля целлюлозных волокон в нетканых материалах, полученных путем влажного процесса, является низкой или даже нулевой, водородные связи, образованные между этими волокнами, не обеспечивают достаточной когезии с подложкой, и поэтому необходимо проводить по меньшей мере одну стадию связывания. Это связывание может быть осуществлено путем пропитывания, латексного напыления или покрытия, путем термофиксирования, путем иглопробивания или связывания водяной струей (также называемого «Спанлейс»).
Пример нетканого материала, содержащего мало или вообще не содержащего целлюлозные волокна, описан в заявке ЕР 2 438 599.
Механические свойства бумаги могут быть улучшены путем внедрения усиливающих волокон в объем бумаги. Эти усиливающие волокна обычно внедряют в количестве более 3 % по сухой массе относительно общей сухой массы волокон бумаги, и обычно они основаны на синтетических полимерах, таких как полиамид 6,6 (ПA 6,6) или полиэтилентерефталат (ПЭТ), для достижения механической прочности, которую обеспечивают эти полимеры, и по экономическим причинам, а также причинам, связанным с производством и хорошим взаимодействием бумаги с целлюлозными волокнами.
«Синтетические волокна» следует понимать как волокна, изготовленные с одним или несколькими синтетическими полимерами, которые являются полимерами, полученными в результате химического синтеза, в частности реакцией полимеризации мономеров, независимо от того, проходит ли при этом реакция образования поперечных связей.
Предпочтительно, нефибриллированные синтетические волокна имеют среднечисленную длину от 0,5 до 8 мм, более предпочтительно от 2 до 8 мм и еще более предпочтительно от 4 до 6,5 мм.
Для информации в следующей таблице приведены порядки величин сопротивления разрыву и сопротивления сгибанию описанных выше подложек.
Сопротивление разрыву определяется в соответствии со стандартом ISO 1974 «Бумага – Определение сопротивления разрыву – метод Эльмендорфа» и сопротивление сгибанию в соответствии со стандартом ISO 5626 «Бумага; определение сопротивления сгибанию».
Целлюлозные подложки
Композитные подложки
Гибридные подложки
Пластиковые подложки
Сопротивление разрыву (мН)
800
1100
800
25
Сопротивление сгибанию
2500
5000
более 5000
более 50000
С целью получения новых субстратов, обладающих улучшенными свойствами механической прочности, в частности улучшенным сопротивление разрыву и сопротивлением сгибанию, в частности сопротивлением разрыву, превышающим сопротивление защищенных бумажных подложек предшествующего уровня техники, и сопротивлением сгибанию, по меньшей мере эквивалентным сопротивлению пластиковых подложек, заявитель разработал собственную бумагу, содержащую:
- фибриллированные синтетические волокна; и
- нефибриллированные синтетические волокна.
Бумага такого типа также совместима с основными защитными элементами, применяемыми для бумаг, в частности водяными знаками и внедрением защитных нитей, по меньшей мере частично в объем.
Заявитель обнаружил, что хотя фибриллированные синтетические волокна вносят значительный вклад в формирование листа и визуализацию водяного знака, они вносят небольшой вклад в улучшение свойств механической прочности.
Заявитель также обнаружил, что хотя нефибриллированные синтетические волокна вносят значительный вклад в улучшение свойств механической прочности, они оказывают отрицательное воздействие на объем (удельный объем) бумаги и визуализацию водяного знака.
Таким образом, по-прежнему существует потребность в дальнейшем улучшении свойств механической прочности, в частности сопротивления разрыву и сопротивления сгибанию, без какого-либо чрезмерного неблагоприятного воздействия на формирование листа и визуализацию любого водяного знака.
Изобретение направлено на удовлетворение этой потребности, которая достигается с помощью бумаги, содержащей:
- фибриллированные синтетические волокна,
- нефибриллированные синтетические волокна с поперечным сечением, имеющим первый форм-фактор, и
- нефибриллированные синтетические волокна с поперечным сечением, имеющим второй форм-фактор, превышающий первый.
Наличие нефибриллированных синтетических волокон с различными форм-факторами позволяет дополнительно улучшить характеристики бумаги, как описано ниже.
Два форм-фактора предпочтительно отличаются по меньшей мере в два раза. Первый форм-фактор может быть близок к 1, что соответствует волокнам с приблизительно круглым поперечным сечением. Второй форм-фактор может быть больше 2, более предпочтительно больше 3 и еще более предпочтительно больше 5 или 10, что соответствует волокнам сплющенного, в частности приблизительно прямоугольного поперечного сечения. В одном из вариантов осуществления разница между первым и вторым форм-фактором больше или равна 3.
Подложка согласно изобретению представляет собой бумагу, что означает, что она получена с помощью процесса изготовления бумаги, в частности с помощью наклонного стола, плоского стола и/или процесса литья в цилиндр. Предпочтительным является процесс литья в цилиндр, например, чтобы достичь лучшего разрешения водяного знака или внедрить защитную нить, по меньшей мере частично в объем.
Таким образом, методы, обычно используемые для получения бумаги с защитными элементами, могут быть использованы для получения защитных элементов в подложке согласно изобретению. Кроме того, подложка в соответствии с изобретением обладает улучшенными свойствами по сравнению с целлюлозной бумагой, в частности большим сопротивлением разрыву.
Фибриллированные синтетические волокна
Фибриллированные волокна представляют собой волокна, которые имеют фибриллы, отходящие от тела волокна. Фибриллированные волокна могут представлять собой волокна, в которых по меньшей мере одна стенка частично разрушена, что приводит к частичному высвобождению фибрилл.
Такие волокна являются разветвленными за счет фибрилл, поперечное сечение которых намного меньше, чем у волокна во всем объеме, и это увеличивает взаимодействие этих волокон с другими волокнами, в частности синтетическими, и ограничивает способность волокон скользить относительно друг друга. Такие волокна описаны, например, в документах FR1317778 и FR2199015.
Таким образом, фибриллированные волокна играют важную роль в когезии бумаги в соответствии с изобретением, в частности в результате эффектов переплетения.
Бумага в соответствии с изобретением может содержать фибриллированные синтетические волокна, которые представляют собой полиамидные (ПА) волокна, полиэтиленовые (ПЭ) волокна, полипропиленовые (ПП) волокна, полиэтилентерефталатные (ПЭТ, также называемые полиэфирными) волокна, волокна из поливинилового спирта (ПВА), ароматического полиэфира (например, Vectran, выпускаемый компанией Kuraray), полиамид-имидные волокна, полиолефиновые волокна и предпочтительно полиакриловые волокна, например, такие как выпускаемые компанией Sterling под наименованием CFF 111-2. Предпочтительно, материал фибриллированных синтетических волокон имеет сопротивление разрыву от 300 до 600 МПа.
Присутствие фибриллированных синтетических волокон в соответствии с изобретением компенсирует отсутствие или меньшее количество целлюлозных волокон и позволяет получить требуемые механические характеристики с точки зрения сопротивления разрыву и сопротивления сгибанию.
Согласно предпочтительному варианту изобретения бумага содержит фибриллированные полиэтиленовые волокна, в частности волокна из полиэтилена высокой плотности. Фактически, помимо простоты их применения, эти волокна обеспечивают хорошую визуализацию водяных знаков. Доля фибриллированных полиэтиленовых волокон предпочтительно составляет более 50 % по сухой массе относительно общей сухой массы волокон. Средняя длина фибриллированных полиэтиленовых волокон предпочтительно составляет от 0,5 до 2 мм.
Особенно в случае, когда волокнистая композиция бумаги содержит по меньшей мере 20 %, предпочтительно по меньшей мере 50 % по сухой массе фибриллированных полиэтиленовых волокон, также возможно:
- создавать связи путем термосклеивания, в частности, для усиления бумаги,
- создавать паттерны, которые являются полупрозрачными и/или выпуклыми, в частности, путем тиснения, сжатия и/или термоформования и/или
- перерабатывать бумагу путем плавления в точке плавления полиэтилена, другие компоненты бумаги, как правило, имеют более высокие температуры плавления, чем полиэтилен.
Предпочтительно, фибриллированные синтетические волокна имеют среднюю длину от 0,5 мм до 8 мм, предпочтительно от 2 мм до 8 мм и более предпочтительно от 4 до 6,5 мм.
Удельная площадь поверхности фибриллированных синтетических волокон в соответствии с изобретением предпочтительно составляет от 35 до 75 м²/г, более предпочтительно около 50 м²/г. Она измеряется в соответствии со стандартом ISO 9277 «Определение удельной площади поверхности твердых веществ с помощью газовой адсорбции – метод БЭТ».
Предпочтительно, бумага согласно изобретению содержит более 5 % по сухой массе, более предпочтительно более 10 % по сухой массе и еще более предпочтительно более 20 % по сухой массе фибриллированных синтетических волокон относительно общей массы бумаги. Как вариант, бумага согласно изобретению содержит более 50 % по сухой массе фибриллированных синтетических волокон относительно общей массы бумаги. В одном из вариантов осуществления бумага согласно изобретению содержит менее 95 % по сухой массе фибриллированных синтетических волокон относительно общей массы бумаги.
Фибриллированные синтетические волокна могут быть белыми или окрашенными, в частности, иметь цвет, который может быть таким же или отличаться от того, который имеют другие синтетические волокна.
Уровень фибриллирования волокон может составлять от 5 до 700 мл и предпочтительно от 5 до 100 мл в соответствии со стандартом CSF.
Волокна могут содержать по меньшей мере один индикатор, позволяющий идентифицировать волокна с помощью определенных средств, в частности путем воздействия ультрафиолетового и/или инфракрасного излучения и/или воздействия химического индикатора. Таким образом, этот индикатор может быть люминесцентным индикатором, в частности флуоресцирующим при УФ или ИК излучении.
Фибриллированные волокна могут не иметь одинакового состава.
Нефибриллированные синтетические волокна с поперечным сечением с первым форм-фактором, в частности с приблизительно круглым поперечным сечением
Предпочтительно, чтобы форм-фактор этих волокон был меньше 1,5, более предпочтительно меньше или равен 1,3 и еще более предпочтительно 1,1, что соответствует приблизительно круглому поперечному сечению.
1/2
Форм-фактор определяется как отношение наибольшего внешнего измерения в поперечном сечении к наименьшему внешнему размеру в том же поперечном сечении. Таким образом, волокно идеально круглого поперечного сечения имеет форм-фактор, равный 1. Волокно овального поперечного сечения с низкой эксцентричностью может иметь форм-фактор близкий к 1. В случае прямоугольного поперечного сечения форм-фактор равен отношению ширины сечения к его толщине. В случае квадратного поперечного сечения форм-фактор равен  2.
Нефибрилированные синтетические волокна первого форм-фактора, в частности круглого поперечного сечения, предпочтительно выбирают из полиамидных (ПА), полиакрилатных, полипропиленовых (ПП), полиэтилентерефталатных (ПЭТ, также называемых полиэфирными) волокон, волокон из поливинилового спирта (PVA), ароматического полиэфира (например, Vectran, выпускаемый компанией Kuraray), полиамид-имидных волокон, волокон из сополимера этиленвинилового спирта (EVOH), полиолефиновых волокон и предпочтительно полиэтиленовых (ПЭ) волокон.
Эти нефибриллированные синтетические волокна более предпочтительно представляют собой полиамидные волокна среди других термопластичных волокон.
Бумага в соответствии с изобретением предпочтительно содержит менее 95 % по сухой массе, более предпочтительно менее 90 % по сухой массе и еще более предпочтительно менее 80 % по сухой массе указанных нефибриллированных синтетических волокон первого форм-фактора, в частности круглого поперечного сечения, относительно общей массы бумаги.
Количество сухой массы нефибриллированных волокон первого форм-фактора относительно общей массы бумаги предпочтительно больше или равно 5 %.
Предпочтительно, нефибриллированные синтетические волокна первого форм-фактора имеют среднечисленную длину от 3 до 6 мм и линейную плотность от 0,3 до 1,7 дтекс.
Предпочтительно, нефибриллированные синтетические волокна первого форм-фактора имеют линейную плотность ниже 2 дтекс, более предпочтительно ниже 1 дтекс и еще более предпочтительно ниже 0,5 дтекс. Нефибриллированными синтетическими волокнами первого форм-фактора являются, например, волокна, выпускаемые компанией Woongjin под наименованием Mini Eslon, и представляют собой волокна ПЭТ 0,3 дтекс или, например, волокна, выпускаемые под наименованием EP023 компанией Kuraray, и представляют собой волокна ПЭТ 0,33 дтекс. В частности, нефибриллированные синтетические волокна первого форм-фактора, в частности круглого поперечного сечения, могут представлять собой волокна из полиамида 6,6 1,7 дтекс 4 мм, выпускаемые компанией Rhodia, или полиэтилентерефталатные волокна, выпускаемые компанией Kuraray под наименованием EP023 5 мм.
Нефибриллированные синтетические волокна первого форм-фактора могут иметь тот же цвет, что и фибриллированные волокна, или другой цвет.
Нефибриллированные синтетические волокна второго форм-фактора, в частности сплющенного поперечного сечения, в частности прямоугольного
Эти волокна предпочтительно представляют собой волокна «сплющенного» поперечного сечения, то есть синтетические волокна, для которых поперечное сечение имеет ширину, большую или равную ширине, превышающей в три раза, предпочтительно в пять и более предпочтительно в 10 раз толщину этого же сечения. Таким образом, форм-фактор этих волокон предпочтительно больше или равен 3, более предпочтительно больше или равен 5 и еще более предпочтительно больше или равен 10.
Ширина поперечного сечения нефибриллированных синтетических волокон поперечного сечения со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором по меньшей мере 3, составляет предпочтительно от 5 до 25 мкм, более предпочтительно от 10 до 20 мкм.
Толщина поперечного сечения нефибриллированных синтетических волокон со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, составляет предпочтительно от 0,5 до 10 мкм, более предпочтительно от 1 до 5 мкм.
Предпочтительно, нефибриллированные синтетические волокна со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, выбирают из полиамидных (ПА), полиакрилатных, полипропиленовых (ПП), полиэтилентерефталатных (ПЭТ, также называемых полиэфирными) волокон, волокон из поливинилового спирта (PVA), ароматического полиэфира (например, Vectran, выпускаемый компанией Kuraray), полиамид-имидные волокна, волокна из сополимера этиленвинилового спирта (EVOH), полиолефиновые и предпочтительно полиэтиленовые (ПЭ) волокна.
Нефибриллированные синтетические волокна со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, являются более предпочтительно полиамидными волокнами и/или полиэфирными волокнами.
В частности, нефибриллированные синтетические волокна со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, могут представлять собой смешанные волокна из полиэфира и полиамида, выпускаемые компанией Kuraray, например, под наименованием Wramp W101, или полиэфирные волокна, выпускаемые компанией Teijin, например, под наименованием TA 14N.
Бумага в соответствии с изобретением предпочтительно содержит более 10 % по сухой массе, более предпочтительно более 15 % по сухой массе и еще более предпочтительно более 25 % по сухой массе нефибриллированных синтетических волокон со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, относительно общей массы бумаги. В одном из вариантов осуществления бумага в соответствии с изобретением содержит более 5 % по сухой массе нефибриллированных синтетических волокон относительно общей массы бумаги, причем количество нефибриллированных синтетических волокон второго форм-фактора составляет 10 % или больше по сухой массе относительно общей массы бумаги.
Бумага в соответствии с изобретением предпочтительно содержит менее 60 % по сухой массе, более предпочтительно менее 50 % по сухой массе и еще более предпочтительно менее 40 % по сухой массе нефибриллированных синтетических волокон со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, относительно общей массы бумаги.
В одном из вариантов осуществления количество по массе нефибриллированных синтетических волокон второго форм-фактора превышает количество по массе волокон первого форм-фактора.
Предпочтительно, нефибриллированные синтетические волокна со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, имеют среднечисленную длину от 2 до 10 мм, предпочтительно от 3 до 7 мм и более предпочтительно от 5 до 6 мм, и линейную плотность от 0,2 до 3 дтекс.
Нефибрилированные синтетические волокна со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, могут иметь тот же цвет, что и фибриллированные волокна, или другой цвет.
Нефибрилированные синтетические волокна со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, предпочтительно получают из многокомпонентных первичных волокон («расщепляемых волокон»), предпочтительно двухкомпонентных. Эти первичные волокна могут быть в виде сегментированной ленты, сегментированного креста или могут иметь многолопастное сечение, в частности трехлопастное, или круглое поперечное сечение, сегментированное на сектора, с полой серединой или нет. Примеры таких волокон показаны на Фиг. 1-6, описанных ниже.
Двухкомпонентные первичные волокна 1, показанные на этих фигурах, содержат первый компонент 2 и второй компонент 3. Они представляют собой, например, полиэфир и полиамид соответственно.
На Фиг. 1 показано двухкомпонентное первичное волокно 1 с поперечным сечением, сегментированным на сектора, так называемое «волокно с клиновидными сегментами». Сектора одного компонента чередуются с секторами другого компонента вокруг оси волокна. Сектора разделяются в пульпе, в ходе изготовления бумаги, например, путем перемешивания волокнистой суспензии. Чтобы обеспечить такое разделение (или расщепление), сектора могут быть связаны вместе растворимым адгезивом. Волокна такого типа изготавливаются экструзией.
На Фиг. 2 показано двухкомпонентное первичное волокно 1 так называемого поперечного сечения «с лентовидными сегментами» («волокно с лентовидными сегментами»).
На Фиг. 3 показано двухкомпонентное первичное волокно 1 так называемого «клиновидного с полой серединой» поперечного сечения («волокно с клиновидными сегментами и полой серединой»).
На Фиг. 4 показано двухкомпонентное первичное волокно 1 так называемого поперечного сечения «сегментированного креста» («сегментированное крестовидное волокно»).
На Фиг. 5 показано двухкомпонентное первичное волокно 1 так называемого «трехлопастного с коническим концом» поперечного сечения («трехлопастное волокно с наконечником»).
На Фиг. 6 показано двухкомпонентное первичное волокно 1 многослойного поперечного сечения, компоненты которого чередуются с одной стороны сечения к противоположной стороне, называемое «сопряженным» («сопряженное волокно»).
Предпочтительно, компоненты этих первичных волокон разделяются при изготовлении бумаги в соответствии с изобретением, с получением указанных нефибрилированных волокон с поперечным сечением со вторым форм-фактором, в частности сплющенных волокон с форм-фактором 3 или больше.
Нефибрилированные синтетические волокна прямоугольного поперечного сечения предпочтительно получают из двухкомпонентных волокон сопряженного поперечного сечения.
Предпочтительно, нефибриллированные синтетические волокна со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, имеют линейную плотность ниже 3 дтекс. Нефибриллированные синтетические волокна со вторым форм-фактором, в частности с форм-фактором 3 или больше, представляют собой, например, волокна, выпускаемые компанией Teijin под наименованием TA 14N, и являются полиэфирными волокнами или получены, например, путем диссоциации волокон, выпускаемых под наименованием Wramp W101 компанией Kuraray, которые представляют собой двухкомпонентные полиэфирные/полиамидные сопряженные волокна 3,3 дтекс перед расщеплением.
Во время диссоциации многокомпонентные первичные волокна могут образовывать только нефибриллированные синтетические волокна с форм-факторами 3 или больше. Как вариант, они образовывают оба волокна с форм-фактором строго меньше 3, в частности 2, более предпочтительно 1,1, и волокна с форм-фактором, строго больше 3. Все нефибриллированные синтетические волокна согласно изобретению, которые имеют разные форм-факторы, могут быть результатом диссоциации одного и того же типа первичных волокон. Как вариант, смесь нефибриллированных синтетических волокон различных форм-факторов в соответствии с изобретением является результатом введения волокон, имеющих первый форм-фактор, в частности волокон с круглым поперечным сечением, и многокомпонентных первичных волокон, в частности двухкомпонентных.
Другие волокна
Бумага в соответствии с изобретением может содержать менее 5 % по сухой массе несинтетических волокон, таких как целлюлозные волокна, относительно общей массы бумаги и предпочтительно менее 2 % по сухой массе нецеллюлозных волокон относительно общей массы бумаги, и более предпочтительно могут не содержать несинтетических волокон, таких как целлюлозные волокна.
В частности, в предпочтительном варианте осуществления волокна бумаги в соответствии с изобретением состоят исключительно из фибриллированных синтетических волокон и нефибриллированных синтетических волокон.
Обработка
Можно усилить когезию бумаги в соответствии с изобретением путем введения полимерного связующего вещества, такого как поливиниловый спирт (PVA) или стирол-акриловый сополимер, который проявляет синергию с синтетическими волокнами, что неожиданно позволяет также улучшить сопротивление сгибанию, так же как сопротивление разрыву. Полимерное связующее вещество может быть нанесено путем пропитывания, обработки поверхности или покрытия, при этом полимерное связующее вещество предпочтительно внедряется по меньшей мере частично в объем.
Композиция может содержать дисперсию анионного полимера, в частности флоккулированную. Композиция предпочтительно содержит по меньшей мере 3 % по сухой массе дисперсии анионного полимера, в частности флоккулированной. Эта дисперсия анионного полимера позволяет улучшить прочность на растяжение, когезию и сопротивление сгибанию бумаги.
Используемым латексом является, например, латекс, выпускаемый компанией Dow Chemicals под наименованием 94755.04 или латекс, который описан в международной заявке WO2008152299 или в заявке WO2014083527.
Композиция бумаги согласно изобретению может также содержать основной катионный флокулянт в количестве от 1 до 5 % по сухой массе относительно общей массы бумаги и необязательно вторичный катионный флокулянт в количестве от 0,1 до 0,5 % по сухой массе, выбранный из катионной смолы, полиакриламидов, полиэтилениминов, поливиниламинов и их смесей, предпочтительно катионной смолы и более предпочтительно полиамид(амин)эпихлоргидриновой смолы.
Могут использоваться другие связующие вещества, в частности прозрачное или полупрозрачное эластомерное связующее вещество, такое как полиуретан и коллоидный диоксид кремния, или связующее вещество, представляющее собой акриловый полимер или стирол-акриловый сополимер.
Для усиления прочности бумаги в бумагу с помощью анионной дисперсии могут быть внедрены хлопья (агрегаты) из полиуретана с большим удлинением при разрыве, например выше 600 %, в частности в соотношении от 5 до 45 % по сухой массе относительно общей массы бумаги.
Другие составляющие бумаги
Бумага в соответствии с изобретением может содержать любые добавки и соединения, традиционно используемые при изготовлении бумаги в процессе производства бумаги, такие как наполнители, удерживающие агенты, адгезивы и/или агенты, обеспечивающие влагопрочность, в частности эпихлоргидриновые смолы.
Бумага в соответствии с изобретением может, в частности, содержать пористые наполнители, в частности пластик, например, частицы поливинилхлорида (ПВХ), выпускаемые компанией Kem One под наименованием Lacovyl Pb 1302. Указанные наполнители, в частности, позволяют уплотнять бумагу в соответствии с изобретением.
Производство бумаги
Бумага в соответствии с изобретением может быть изготовлена обычными способами изготовления целлюлозной бумаги, за исключением стадий, связанных конкретно с наличием целлюлозных волокон, если они отсутствуют. В частности, стадия очистки, которая является особенно энергозатратной, может быть преимущественно исключена.
Способ изготовления может быть адаптирован к наличию защитных элементов, таких как водяной знак или защитная нить.
3
3
3
Объем бумаги предпочтительно меньше или равен 2,5 см/г, более предпочтительно меньше или равен 2 см/г и еще более предпочтительно меньше или равен 1,5 см/г.
Бумага может иметь толщину от 100 до 300 мкм, более предпочтительно от 100 до 150 мкм. Она измеряется в соответствии со стандартом ISO 534 «Бумага и картон – Определение толщины, плотности и удельного объема».
2
2
2
2
Плотность бумаги может составлять от 70 г/м до 150 г/м и предпочтительно от 90 г/м до 110 г/м. Она измеряется в соответствии со стандартом ISO 536 «Бумага и картон – Определение массы».
Водяной знак
Бумага в соответствии с изобретением может содержать водяной знак. Этот водяной знак может быть сформирован на цилиндрической пресс-форме или плоском столе.
Водяной знак может быть любого известного типа, например, светлый и/или темный, необязательно многотональный или с многотональным эффектом, например, как описано в патентах ЕР 1 122 360, ЕР 2 350 384 и ЕР 2 550 395.
Защитная нить
Бумага в соответствии с изобретением может содержать защитную нить, внедренную в объем или между двумя слоями бумаги согласно изобретению, связанных во влажной фазе. Защитная нить может быть по меньшей мере частично внедрена в бумагу.
Бумага может содержать волокнистую ленту, в частности целлюлозную волокнистую ленту, как описано в заявке WO2008043965, пластиковую ленту или трикотажную ленту, в частности как описано в заявке WO2006016088.
Нить может быть металлизированной, и/или голографичной, и/или с эффектом интерференции, и/или снабжена оптическими структурами, в частности линзами или зеркалами.
Многослойная бумага
Бумага в соответствии с изобретением может быть однослойной или многослойной.
В случае многослойной структуры слои могут иметь одинаковую или разную волокнистую композицию. В частности, бумага может содержать, с одной стороны, слой синтетических волокон в соответствии с изобретением, а с другой стороны, слой целлюлозных волокон, собранных во влажной фазе, слой согласно изобретению затем образует усиливающий слой.
Как вариант, бумага может содержать, с одной стороны, слой синтетических волокон, в частности, с водяными знаками, в соответствии с изобретением, волокнистая композиция которого способствует формированию листа, в частности просмотру сквозь, и визуализации водяного знака, а также с другой стороны, слой синтетических волокон в соответствии с изобретением, волокнистая композиция которого способствует свойствам механической прочности, причем указанные слои собирают во влажном состоянии.
Слои могут быть одного цвета или разных цветов.
Свойства
Пористость бумаги по Бендтсену может составлять от 0 мл/мин до 10000 мл/мин, более предпочтительно от 1 мл/мин до 7000 мл/мин. Она измеряется в соответствии со стандартом ISO 5636-3 «Бумага и картон: определение воздухопроницаемости (средняя величина); часть 3; метод Бендтсена».
Предпочтительно, сопротивление сгибанию при двойном перегибе по Шопперу бумаги в соответствии с изобретением составляет более 5000, более предпочтительно более 20000, еще более предпочтительно более 50000. Оно измеряется в соответствии со стандартом ISO 5626 «Бумага; определение сопротивления сгибанию».
Предпочтительно, сопротивление бумаги разрыву (измеренное в соответствии со стандартом ISO1974) превышает 1000 мН, предпочтительно превышает 2000 мН, более предпочтительно превышает 3000 мН. Он измеряется в соответствии со стандартом ISO 1974 «Бумага – Определение сопротивления разрыву, метод Эльмендорфа».
Изобретение позволяет получить синтетическую бумагу, механические свойства которой, в частности сопротивление сгибанию и сопротивление разрыву, выше, чем у обычной бумаги, при этом при необходимости могут быть получены качественные водяные знаки удовлетворительного разрешения.
Использование синтетических волокон, которые являются водоотталкивающими и менее чувствительными к воде, чем целлюлозные волокна, позволяет получить подложку повышенной прочности и, в частности, естественным образом более устойчивую к воздействию плесени.
Защитные элементы и защищенный документ
Бумага в соответствии с изобретением предпочтительно содержит защитный элемент, в частности водяной знак или защитную нить, например нить, внедренную в окне (окнах), как упомянуто выше.
Изобретение также относится к защищенному документу, содержащему бумагу в соответствии с изобретением.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения защищенный документ представляет собой банкноту. Защищенный документ может также представлять собой другой вид платежного средства, например, чек или ваучер ресторана, документ, удостоверяющий личность, такой как удостоверение личности, виза, паспорт, в частности страница личных данных паспорта, защитный ярлык, термоусадочную защитную гильзу, вклыдаш «преламинирование» или «инкрустрация» для паспорта или карты, в частности смарт-карты или водительских прав, лотерейный билет, проездной билет, входной билет на культурные или спортивные мероприятия, игральную карту или коллекционную карточку. Вкладыш представляет собой слой, являющийся подложкой для бесконтактного устройства связи, предпочтительно радиочастотного.
Бумага в соответствии с изобретением и/или защищенный документ, выполненный из бумаги в соответствии с изобретением, может содержать один или несколько дополнительных защитных элементов, как определено ниже.
Среди дополнительных защитных элементов некоторые из них могут быть обнаружены с помощью глаз, при дневном свете или в искусственном свете, без использования специального оборудования. Эти защитные элементы включают, например, цветные волокна или полосы. Считается, что эти защитные элементы являются элементами первого уровня.
Другие типы дополнительных защитных элементов могут быть обнаружены только с использованием относительно простого оборудования, такого как лампа, испускающая ультрафиолетовое (УФ) или инфракрасное (ИК) излучение. Эти  защитные элементы включают, например, волокна, полосы или частицы. Эти защитные элементы могут быть или не быть видимыми невооруженным глазом и, например, люминесцировать при освещении лампой Вуда, испускающей излучение с длиной волны 365 нм. Говорят, что эти защитные элементы относятся к элементам второго уровня.
Для обнаружениях других типов дополнительных защитных элементов требуется более сложное детектирующее оборудование. Эти защитные элементы, например, способны генерировать специфический сигнал, когда они подвергаются, одновременно или не одновременно, одному или нескольким внешним источникам возбуждения. Автоматическое обнаружение сигнала позволяет аутентифицировать документ, если необходимо. Эти защитные элементы включают, например, индикаторы в виде активных материалов, частиц или волокон, способных генерировать специфический сигнал, когда эти индикаторы подвергаются оптическому, электрическому, магнитному или электромагнитному возбуждению. Говорят, что эти защитные элементы относятся к элементам третьего уровня.
Дополнительный защитный элемент, или элементы, присутствующие в бумаге в соответствии с изобретением, или защищенный документ в соответствии с изобретением могут иметь защитные элементы первого, второго или третьего уровня.
В случае, когда в составе синтетической волокнистой композиции содержатся волокна термоплавкого термопластичного материала, в частности, полиэтилена, дополнительный защитный элемент или элементы могут быть прикреплены к документу простым нагреванием, что позволяет избежать использования термоплавкого клея.
Сравнительные испытания
Для демонстрации преимущественных свойств бумаги в соответствии с изобретением были проведены различные сравнительные испытания.
Далее:
- сопротивление разрыву измеряется в соответствии со стандартом ISO 1974,
- сопротивление сгибанию (или двойному перегибу, так называемому «сгибанию по Шопперу») измеряется в соответствии со стандартом ISO 5626,
- плотность измеряется в соответствии со стандартом ISO 536,
- толщина измеряется в соответствии со стандартом ISO 534 и позволяет вычислить объем (или удельный объем), который равен толщине, деленной на плотность,
- качество водяного знака оценивается визуально по шкале от 1 (плохое) до 6 (очень хорошее).
Исследованию подвергались необработанные подложки, то есть подложки без какой-либо обработки, как определено выше, и подложки с обработанной поверхностью, то есть пропитанные композицией поливинилового спирта или композицией стирол-акрилового сополимера.
Свойства подложки, волокнистая композиция которой состоит исключительно из фибриллированных синтетических волокон и нефибриллированных синтетических волокон круглого поперечного сечения (пример 1), сравнивали со свойствами подложки, волокнистая композиция которой соответствует примеру 1, за исключением того, что некоторые из нефибриллированных синтетических волокон круглого поперечного сечения заменены нефибриллированными синтетическими волокнами прямоугольного поперечного сечения (пример 2).
Результаты, представленные в следующей таблице, отражают тот факт, что смесь нефибриллированных синтетических волокон разных поперечных сечений и форм-факторов, в данном случае круглого и прямоугольного поперечного сечения, позволяет увеличить сопротивление разрыву и сгибанию без ухудшения качества водяного знака. Получены удовлетворительные свойства, в частности, хорошее сопротивление разрыву.
Пример 1
Пример 2
Фибриллированные полиэтиленовые волокна SWP E400
66 %
66 %
Нефибриллированные волокна из полиамида 6,6 круглого поперечного сечения Rhodia 1,7 дтекс полуматовые 4 мм
30 %
10 %
Полиамидные/полиэфирные нефибриллированные волокна Wramp W101 прямоугольного поперечного сечения
20 %
Необработанная подложка
Плотность
г/м²
88,2
85,5
Сопротивление разрыву
мН
511
1518
Качество водяного знака
Баллы
3,0
2,8
Подложка с обработанной поверхностью
Плотность
г/м²
105,7
115,9
Объем
см<sup>3</sup>/г
1,40
1,37
Сопротивление разрыву
мН
1884
2005
Сопротивление сгибанию
Число сгибов
8033
23787
Пропорции приведены по массе.
Свойства подложки, волокнистая композиция которой состоит из фибриллированных синтетических волокон и нефибриллированных синтетических волокон круглого поперечного сечения (пример 3), сравнивали со свойствами подложки, волокнистая композиция которой соответствует примеру 3, за исключением того, что нефибриллированные синтетические волокна круглого поперечного сечения полностью заменены нефибриллированными синтетическими волокнами прямоугольного поперечного сечения (пример 4).
Результаты, представленные в следующей таблице, отражают тот факт, что полная замена нефибриллированных синтетических волокон круглого поперечного сечения нефибриллированными синтетическими волокнами прямоугольного поперечного сечения не позволяет значительно увеличить сопротивление разрыву и сопротивление сгибанию и ухудшает качество водяного знака. Как видно из сравнения примеров, именно комбинация нефибриллированных синтетических волокон с различными форм-факторами, а именно волокон круглого поперечного сечения и волокон прямоугольного поперечного сечения в рассмотренных примерах, позволяет увеличить сопротивление разрыву и сопротивление сгибанию без чрезмерного ухудшения качества водяного знака.
Пример 3
Пример 4
Фибриллированные полиакриловые волокна CFF 111-2
10 %
10 %
Фибриллированные полиэтиленовые волокна SWP E400
76 %
76 %
Нефибриллированные волокна из полиамида 6,6  круглого поперечного сечения  Rhodia 1,7 дтекс полуматовые 4 мм
10 %
Полиамидные/полиэфирные волокна Wramp W101 прямоугольного поперечного сечения
10 %
Необработанная подложка
Плотность
г/м²
88,2
86,4
Сопротивление разрыву
мН
702
856
Качество водяного знака
Баллы
6
4,5
Подложка с обработанной поверхностью
Плотность
г/м²
92,8
96,6
Объем
см<sup>3</sup>/г
1,41
1,45
Сопротивление разрыву
мН
1082
701
Сопротивление сгибанию
Число двойных перегибов
1387
254
Пропорции приведены по массе.
В зависимости от предполагаемого применения может оказаться важным получить плотную подложку с низкой пористостью, в частности позволяющую получить качественный водяной знак.
Сравнивались свойства подложки, волокнистая композиция которой состоит из 76 % фибриллированных синтетических волокон, нефибриллированных синтетических волокон круглого поперечного сечения и 10 % нефибриллированных синтетических волокон прямоугольного поперечного сечения (пример 5):
- с одной стороны, с подложкой, волокнистая композиция которой состоит из 56 % фибриллированных синтетических волокон, нефибриллированных синтетических волокон круглого поперечного сечения и 30 % нефибриллированных синтетических волокон прямоугольного поперечного сечения (пример 6), и
- с другой стороны,  с подложками, волокнистая композиция которых состоит из 56 % фибриллированных синтетических волокон, нефибриллированных синтетических волокон круглого поперечного сечения и 30 % смеси нефибриллированных синтетических волокон прямоугольного поперечного сечения (пример 5) (пример 7).
Результаты, представленные в следующей таблице, отражают тот факт, что волокнистые композиции в примерах 6 и 7 позволяют достичь после обработки ими поверхности очень высоких уровней сопротивления разрыву и сопротивления сгибанию. Следует также отметить, что волокна Wramp W101 обеспечивают лучшее сопротивление разрыву, чем волокна Teijin TA 14N, что подчеркивает преимущества использования многокомпонентных первичных волокон.
Пример 5
Пример 6
Пример 7
Фибриллированные полиэтиленовые волокна SWP E400
76 %
56 %
56 %
Нефибриллированные волокна из полиамида 6,6 круглого поперечного сечения Rhodia 1,7 дтекс полуматовые 4 мм
10 %
10 %
10 %
Полиамидные/полиэфирные волокна прямоугольного сечения Wramp W101
10 %
30 %
15 %
Полиэфирные волокна прямоугольного поперечного сечения Teijin TA 14N
15 %
Необработанная подложка
Плотность
г/м²
89,6
92,2
86,5
Сопротивление разрыву
мН
919
2932
1852
Подложка с обработанной поверхностью
Плотность
г/м²
94,9
106,3
93,8
Объем
см<sup>3</sup>/г
1,35
1,44
1,45
Сопротивление разрыву
мН
1042
3770
1791
Сопротивление сгибанию
Число двойных перегибов
1029
более 15000
более 17000
Пропорции приведены по массе.
Выражение «содержащий» или «содержащий один» должно пониматься как синоним «содержащий по меньшей мере один», а «от и до» следует понимать как включительно, если не указано иное.