СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ С ПРОЗРАЧНЫМИ УЧАСТКАМИ И БУМАГА С ПРОЗРАЧНЫМИ УЧАСТКАМИ, ИЗГОТОВЛЕННАЯ С ПОМОЩЬЮ ЭТОГО СПОСОБА
METHOD OF MAKING PAPER WITH TRANSPARENT AREAS AND PAPER WITH TRANSPARENT SECTIONS, MADE USING THIS METHOD

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности, к производству бумаги для изготовления банкнот и других ценных документов, требующих повышенной защиты от фальсификации.
Известен способ (US 3140959 A, 14.07.1964) изготовления бумаги с имитацией водяного знака, в котором участки бумаги, соответствующие рисунку водяного знака, пропитывают раствором термореактивной смолы в органическом растворителе в присутствии отверждающего агента. После испарения растворителя и отверждения термореактивной смолы на бумаге образуются прозрачные участки, имитирующие водяной знак.
Известен способ (RU 2568398 C1, 20.11.2015) изготовления бумаги с прозрачными участками, в котором участки бумаги локально пропитывают раствором в органическом растворителе глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов в присутствии отверждающего агента. После испарения растворителя и отверждения указанных соединений на бумаге образуются прозрачные участки определенной формы.
Известен способ (RU 2639809 C1, 22.12.2017) изготовления бумаги с прозрачными участками, в котором в композиции бумаги используют в качестве наполнителя алюмосиликатный пигмент со средним размером частиц не более 7 мкм, а волокнистую суспензию окрашивают темным красителем до получения цветовой координаты L* бумаги не менее 90. Недостатком указанного технического решения является то, что средний размер частиц используемого в соответствии с этим способом алюмосиликатного пигмента существенно превышает средний размер частиц двуокиси титана (около 0,3-0,5 мкм), поэтому введение алюмосиликатного пигмента в бумагу способствует заметному ухудшению ее физико-механических свойств.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ (RU 2530419 C2, 20.11.2013) изготовления защитного элемента, в котором для увеличения контраста прозрачного участка формируют вокруг него непрозрачную область, используя печатные краски с оптически изменяемым эффектом, металлизированные или жидкокристаллические краски. Недостатком указанного технического решения является то, что площадь формируемой на бумаге непрозрачной области ограничена дизайном и размером защитного элемента. Кроме того, указанное техническое решение не предусматривает последующего запечатывания вышеуказанной непрозрачной области с применением всех основных способов печати.
Задача, решаемая изобретением, - повышение непрозрачности бумаги на всей площади печатного изделия за исключением прозрачного участка при сохранении хороших физико-механических свойств и способности бумаги воспринимать печатные краски при последующем запечатывании.
Это достигается тем, что предложен способ изготовления бумаги с прозрачными участками, включающий получение бумажной основы, формирование непрозрачной области, увеличивающей контраст прозрачного участка, и нанесение в область прозрачного участка состава для повышения прозрачности, причем непрозрачную область формируют путем нанесения на бумажную основу, по крайней мере, двух расположенных друг над другом покровных слоев, с одной или двух сторон бумажной основы, причем нижний покровный слой окрашен темным красителем таким образом, чтобы белизна бумаги, измеренная по нижнему покровному слою, была не более чем на 2% меньше белизны бумаги, измеренной по верхнему покровному слою.
Преимущественно, бумажная основа содержит не более 6% от веса абсолютно сухого волокна наполнителя или смеси наполнителей, выбранных из группы: алюмосиликатные пигменты, силикатные пигменты, каолин, тальк, мел, гипс, сульфат бария.
Преимущественно, покровные слои содержат двуокись титана.
Преимущественно, покровные слои наносят на бумагу печатным способом, используя двухкомпонентную кроющую белую краску с добавкой отвердителя.
Преимущественно, площадь непрозрачной области соответствует площади печатного изделия за вычетом площади прозрачного участка.
Преимущественно, непрозрачная область обладает способностью воспринимать печатные краски при последующем запечатывании бумаги офсетным, типоофсетным, высоким, трафаретным или металлографским способами печати.
Предложена бумага с прозрачными участками заданной формы, изготовленная заявленным способом.
Известно, что бумага для банкнот (далее - бумага) содержит в качестве наполнителя двуокись титана анатазной и/или рутильной формы. Применение двуокиси титана в качестве наполнителя обеспечивает бумаге при сохранении хороших физико-механических показателей высокую непрозрачность (не менее 90%), низкое свечение под УФ-излучением и некоторые другие характеристики. Однако, наличие двуокиси титана в бумаге затрудняет получение на ней прозрачных участков за счет нанесения так называемых составов для повышения прозрачности, в качестве которых обычно используют известные из области техники составы для имитации водяных знаков. Поэтому в заявляемом способе предпочтительно не использовать двуокись титана в качестве наполнителя для бумаги, или использовать в количестве, не превышающем 0,5% от веса абсолютно сухого волокна.
В качестве других наполнителей в заявляемом способе применяют пигменты с показателем преломления света менее 2, которые выбираются из группы: алюмосиликатные пигменты, каолин, тальк, мел, гипс, сульфат бария. Содержание этих наполнителей в бумаге может изменяться в диапазоне от 0 до 6% в пересчете на вес абсолютно сухого волокна. Если их содержание в бумаге превышает 6%, то наблюдается заметное ухудшение физико-механических характеристик бумаги (сопротивление раздиранию по Элмендорфу, прочность на излом при многократных перегибах).
Кроющие белые краски (далее - краски) находят широкое применение в полиграфии. Основным компонентом красок также является двуокись титана. Например, их используют для печати по прозрачным полимерным пленкам с целью получения белых непрозрачных подложек, восприимчивых к последующей цветной печати. Такими свойствами обладают, например, оболочки для пищевых продуктов и т.д. Обычно эти краски наносят на подложку офсетным, флексографским или глубоким способами печать.
В заявленном способе применяют краски на водной или спиртовой основе, отверждаемые нагреванием или УФ-излучением, которые наносят на бумагу флексографским или глубоким способами печати. Наиболее предпочтительно, чтобы эти краски представляли собой двухкомпонентную систему, состоящую из собственно краски и отвердителя для краски (далее - двухкомпонентные краски). Например, можно использовать двухкомпонентные краски, производимые компанией Janecke+Schneemann Druckfarben Gmbh. При совпадении свойств можно применить и краски других производителей. Обязательным условием при выборе красок является получение на бумаге белых непрозрачных покрытий, способных воспринимать последующую печать и устойчивых к воздействию горячих щелочных водных растворов.
Используя эти краски, наносят на бумагу с одной или двух сторон покровные слои. Причем суммарное количество покровных слоев с каждой стороны бумаги определяется требуемой непрозрачностью и другими характеристиками.
Один из нижних покровных слоев, по крайней мере с одной стороны бумаги, окрашивается темным красителем таким образом, чтобы белизна бумаги, измеренная по этому покровному слою, была не более чем на 2% меньше белизны бумаги, измеренной по верхнему неокрашенному покровному слою. Соблюдение этого условия позволяет существенно увеличить непрозрачность бумаги при сохранении высокой белизны, не прибегая к нанесению дополнительных покровных слоев, что экономически нецелесообразно.
В одном варианте исполнения, окрашенный покровный слой формируют непосредственно на поверхности бумаги, а поверх него наносят, по крайней мере один, неокрашенный покровный слой. Общее количество неокрашенных покровных слоев, нанесенных поверх окрашенного покровного слоя, может быть не более двух.
В другом варианте исполнения, окрашенный покровный слой формируют на бумаге между двумя неокрашенными покровными слоями. При этом предпочтительно, чтобы на окрашенном покровном слое и под ним располагалось по одному неокрашенному покровному слою. В частном случае над окрашенным покровным слоем может быть не более двух неокрашенных покровных слоев.
Под термином «темный краситель» подразумевается серый или черный красители, а также смеси цветных красителей, дающие при смешении серый цвет. Такие смеси можно приготовить, например, комбинируя между собой красители дополнительных цветов: желтый и фиолетовый, оранжевый и синий, бирюзовый и красный и другие. В зависимости от состава краски (на водной или спиртовой основе), красители необходимо предварительно растворить в соответствующем растворителе и добавить полученный раствор в краску. В частном случае красители имеют дисперсную форму и их добавляют в краску, например, в виде водной дисперсии.
В качестве красителя в заявленном способе используют нигрозин в водо- или спирторастворимой форме. Его добавляют в краску в виде раствора соответственно в воде или спирте и перемешивают. При совпадении свойств можно использовать и другие красители. Причем в каждом конкретном случае количество добавляемого в краску красителя зависит от требуемой непрозрачности бумаги и других характеристик. Применительно к нигрозину, максимальное количество добавляемого красителя не должно превышать 0,003% мае. в пересчете на вес краски.
Наносимые с одной или двух сторон покровные слои должны формировать на бумаге непрозрачную область, площадь которой соответствует площади печатного изделия за вычетом, площади расположенных на этом печатном изделии прозрачных участков. Это позволяет обеспечить требуемую непрозрачность и другие характеристики, которые не достижимы на бумаге, не содержащей двуокиси титана. Кроме того, получаемая непрозрачная область должна хорошо воспринимать печатные краски при последующем запечатывании бумаги офсетным, типоофсетным, высоким, трафаретным или металлографским способами печати.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Производят размол волокнистого сырья, состоящего в основном из хлопковых волокон, и готовят бумажную массу. В приготовленную бумажную массу вводят красители (прямые или кислотные), добавки для повышения прочности бумаги в сухом и мокром состоянии (натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, альгинат натрия, крахмал, полиамид(амин)эпихлоргидринная смола) и при необходимости, вещества для внутримассной проклейки бумаги (димеры алкилкетена). В приготовленную бумажную массу вводят наполнители, выбранные из следующей группы: алюмосиликатные пигменты, силикатные пигменты, каолин, тальк, мел, гипс, сульфат бария.
В качестве алюмосиликатных пигментов в способе изобретения используют товарные продукты торговой марки SIPERNAT производства Evonik Resource Efficiency GmbH или товарные продукты других изготовителей с аналогичными свойствами. Кроме того, в бумаге используют в качестве наполнителя не более 0,5% двуокиси титана от веса абсолютно сухого волокна. Причем наиболее предпочтительно, чтобы двуокись титана использовалась в бумаге в смеси с другим наполнителем или с несколькими другими наполнителями. Так в способе изобретения можно применять смеси наполнителей, состоящие из: мела и двуокиси титана; каолина и двуокиси титана; алюмосиликатного пимента и двуокиси титана; талька и двуокиси титана; мела, алюмосиликатного пигмента и двуокиси титана; мела, каолина и двуокиси титана и т.д. (во всех случаях предпочтительно использовать химически осажденный мел).
Бумагу изготавливают на круглосеточной или плоскосеточной бумагоделательной машине. В процессе изготовления предварительно подсушенное бумажное полотно обрабатывают в клеильном прессе или пропиточной ванне составом для поверхностной проклейки бумаги, содержащим поливиниловый спирт и другие необходимые добавки (пластификаторы, пеногасители, биоцидные добавки).
На следующем этапе на бумагу наносят с одной или двух сторон флексографским способом печати покровные слои, формирующие непрозрачную область. При этом на бумаге оставляют незапечатанными области, предназначенные для последующего получения прозрачных участков. Затем наносят на эти незапечатанные области составы для повышения прозрачности, в качестве которых можно использовать составы для имитации водяных знаков, подробно описанные в следующих документах: US 3085898 (16.04.1963), US 3288628 (29.11.1966), US 3985927 (12.10.1976), GB 1489084 (19.10.1977), US 4919044 (24.04.1990), US 5118526 (02.07.1992), US 2014/0178589 (26.06.2014). В частном случае в изобретении применяют разработанные заявителем составы на основе глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов, наносимые на бумагу флексографским способом печати и подробно описанные в документе RU 2568398, 20.11.2015.
После этого на бумаге с прозрачными участками и непрозрачной областью осуществляют печать офсетным, металлографским, высоким или трафаретным способами. Кроме того, можно сначала осуществить запечатывание бумаги вышеуказанными способами печати, а затем нанести на бумагу состав для повышения прозрачности.
Далее заявленный способ подробно объясняется на следующих примерах.
Пример 1.
2
На круглосеточной бумагоделательной машине по известной технологии и с использованием известных материалов изготовили банкнотную бумагу массой 90 г/м, с тем отличием, что при изготовлении бумаги использовали в качестве наполнителя химически осажденный мел в количестве 4% мас. от веса абсолютно сухого волокна. В процессе изготовления бумажное полотно обрабатывалось в пропиточной ванне составом для поверхностной проклейки бумаги, содержащим 4% раствор поливинилового спирта. После изготовления определили непрозрачность (ИСО 2471) и белизну (ИСО 2470) бумаги.
Пример 2.
Также как в примере 1, только вместо химически осажденного мела в качестве наполнителя для бумаги использовали алюмосиликатный пигмент SIPERNAT 350 в количестве 2% от веса абсолютно сухого волокна.
Пример 3.
Также как в примере 1, только вместо химически осажденного мела в качестве наполнителя для бумаги использовали каолин в количестве 3% от веса абсолютно сухого волокна.
Пример 4.
2
2
На бумагу, изготовленную в соответствии с Примерами 1-3, нанесли с каждой стороны флексографским способом печати по одному покровному слою весом 5-7 г/м, используя белую двухкомпонентную краску на спиртовой основе с отвердителем (FL-2 Pack White high Opaque Gr. 7/2 артикул 366665-14401, Janecke+Schneemann Druckfarben Gmbh). При нанесении с одной стороны бумаги в краску предварительно добавляли нигрозин, изменяя его соотношение в пересчете на вес краски от 0,001% до 0,005%. На бумаге предусмотрели наличие локальных зон без нанесения покровных слоев, предназначенных для последующего получения прозрачных участков. После отверждения краски нанесли на бумагу с каждой стороны еще по одному покровному слою весом 5-7 г/м, используя ту же краску, но без добавки нигрозина. После отверждения краски определили непрозрачность и белизну бумаги на участках нанесения покровных слоев.
Пример 5.
2
2
На бумагу, изготовленную в соответствии с Примерами 1-3, нанесли с каждой стороны флексографским способом печати по одному покровному слою весом 5-7 г/м, используя белую двухкомпонентную краску на спиртовой основе с отвердителем (FL-2 Pack White high Opaque Gr. 7/2 артикул 366665-14401, Janecke+Schneemann Druckfarben Gmbh). При нанесении с двух сторон бумаги в краску предварительно добавляли нигрозин, изменяя его соотношение в пересчете на вес краски от 0,001% до 0,005%. На бумаге предусмотрели наличие локальных зон без нанесения покровных слоев, предназначенных для последующего получения прозрачных участков. После отверждения краски нанесли на бумагу с каждой стороны еще по одному покровному слою весом 5-7 г/м, используя ту же краску, но без добавки нигрозина. После отверждения краски определили непрозрачность и белизну бумаги на участках нанесения покровных слоев.
Пример 6.
2
На бумагу, изготовленную в соответствии с Примерами 1-3, нанесли с каждой стороны флексографским способом печати по три покровных слоя весом 5-7 г/м каждый, используя белую двухкомпонентную краску на спиртовой основе с отвердителем (FL-2 Pack White high Opaque Gr. 7/2 артикул 366665-14401, Janecke+Schneemann Druckfarben Gmbh). С одной стороны бумаги в промежуточный покровный слой, расположенный между нижним и верхним покровными слоями, добавляли нигрозин, изменяя его соотношение в пересчете на вес краски от 0,001% до 0,005%. На бумаге предусмотрели наличие локальных зон без нанесения покровных слоев, предназначенных для последующего получения прозрачных участков. После отверждения краски определили непрозрачность и белизну бумаги на участках нанесения покровных слоев.
Пример 7.
2
На бумагу, изготовленную в соответствии с Примерами 1-3, нанесли с каждой стороны флексографским способом печати по три покровных слоя весом 5-7 г/м каждый, используя белую двухкомпонентную краску на спиртовой основе с отвердителем (FL-2 Pack White high Opaque Gr. 7/2 артикул 366665-14401, Janecke+Schneemann Druckfarben Gmbh). С обеих сторон бумаги в промежуточные покровные слои, расположенные между нижним и верхним покровными слоями, добавляли нигрозин, изменяя его соотношение в пересчете на вес краски от 0,001% до 0,005%. На бумаге предусмотрели наличие локальных зон без нанесения покровных слоев, предназначенных для последующего получения прозрачных участков. После отверждения краски определили непрозрачность и белизну бумаги на участках нанесения покровных слоев.
Пример 8.
Так же как в примере 7, только для нанесения на бумагу применили белую двухкомпонентную краску на водной основе с отвердителем (FL-White Gr.22 артикул 357160-64701, Janecke+Schneemann Druckfarben Gmbh).
Пример 9.
Все образцы бумаги, изготовленные в соответствии с примерами 2-8, запечатали по полному циклу изготовления полиграфического изделия (банкнота) типоофсетным, металлографским и высоким способами печати. Печать осуществляли на сформированной на бумаге непрозрачной области. Затем, через семь дней после запечатывания, испытали полученные печатные оттиски на устойчивость к стирке в горячих растворах мыла и стирального порошка.
Пример 10.
2
2
На все образцы бумаги, изготовленные в соответствии с примерами 2-8, нанесли с помощью резинового штампа в количестве от 18 г/м до 20 г/м состав для повышения прозрачности, состоящий из раствора меламиноформальдегидной смолы в диметилформамиде. Состав отверждали 1 минуту при 120°С, а затем три дня при температуре 20-22°С. После отверждения состава определили непрозрачность бумаги на участках нанесения состава.
Пример 11.
Так же как в примере 10, только для нанесения на бумагу использовали раствор эпоксидной смолы в этиленгликоль моноэтиловом эфире в присутствии отвердителя. После отверждения состава определили непрозрачность бумаги на участках нанесения состава.
Пример 12.
Так же как в примере 10, только для нанесения на бумагу использовали раствор триглицидилового эфира полиоксипропилентриола в этилацетате в присутствии отвердителя. После отверждения состава определили непрозрачность бумаги на участках нанесения состава.
Пояснение к примерам
В примерах 2-8 непрозрачность бумаги регулировали изменением соотношения нигрозина в нижних окрашенных покровных слоях, расположенных под верхними неокрашенными слоями, а также общим количеством нанесенных на бумагу покровных слоев. При этом в зависимости от дозировки нигрозина в окрашенных покровных слоях непрозрачность бумаги в области непрозрачных участков изменялась в диапазоне от 92% до 95%, а белизна - в диапазоне от 86% до 82% (исходные оптические характеристики бумаги: непрозрачность - от 81% до 83%, белизна - от 84% до 85%). При подборе дозировки нигрозина, наилучший результат с точки зрения баланса непрозрачности и белизны бумаги получался, если белизна бумаги, измеренная по нижнему окрашенному покровному слою, была не более чем на 2% меньше белизны бумаги, измеренной по верхнему неокрашенному покровному слою. Этот результат достигался при соотношении нигрозина в пересчете на вес краски не более 0,003%.
Все образцы бумаги показали хорошие печатные свойства при запечатывании, а полученные печатные оттиски продемонстрировали хорошую стойкость к воздействию горячих растворов мыла и стирального порошка (пример 9). Кроме того, все образцы бумаги показали высокую прозрачность в области прозрачных участков после нанесения на бумагу составов для повышения прозрачности (примеры 10-12). Причем максимальная разница в непрозрачности между непрозрачной областью и прозрачными участками на бумаге в этом случае составила более 50%.
Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить непрозрачность бумаги на всей площади печатного изделия, за исключением прозрачного участка, при сохранении высокой белизны, хороших физико-механических свойств и способности бумаги воспринимать печатные краски при последующем запечатывании.