СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ, ЗАЩИЩЕННОЙ ОТ ПОДДЕЛКИ, С ЛОКАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННЫМИ ЗАЩИТНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ И БУМАГА, ЗАЩИЩЕННАЯ ОТ ПОДДЕЛКИ, С ЛОКАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННЫМИ ЗАЩИТНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
METHOD TO MAKE PAPER WITH COUNTERFEIT PROTECTION, WITH LOCALLY ARRANGED PROTECTIVE ELEMENTS, DEVICE TO MAKE PAPER AND PAPER WITH COUNTERFEIT PROTECTION, WITH LOCALLY ARRANGED PROTECTIVE ELEMENTS

Изобретение относится к целлюлозно-бумажному производству, в частности к изготовлению бумаги, защищенной от подделки, которая содержит защитные элементы, расположенные на определенных участках бумажного полотна. Бумага, защищенная от подделки, применяется в производстве ценных бумаг и документов, требующих повышенного уровня защиты от подделки, таких как банкноты, паспорта, водительские удостоверения и т.д.
Известен способ изготовления бумаги (WO 96/14496, 17.05.1996), в котором защитные элементы в виде волокон, частиц и т.д. вводятся на определенные участки бумажного полотна в зоне его формования с помощью жидкого носителя с регулируемой величиной потока. При этом достигается достаточно высокая точность введения защитных элементов на заданные участки бумажного полотна с выдерживанием постоянства концентрации защитных элементов на этих участках.
Основным недостатком способа является погружение дозирующих трубок, через которые защитные элементы подаются на не полностью сформованное бумажное полотно, в бак сеточного цилиндра, что повышает вероятность попадания некоторого количества защитных элементов в бумажную массу и далее в бумагу. Кроме того, большая часть защитных элементов в этом случае оказывается в верхнем слое бумаги, что способствует их выщипыванию в процессе печати.
Использование полимерных материалов при производстве защищенной от подделок бумаги известно, например, из патента RU 2265524, 2004 (Конвенционный приоритет: 05.07.2000 (пп.1-73) DE 10032128), согласно которому используют полимерную пленку - подложку защитного элемента.
Известно решение, в котором при печатании защитного элемента для бумаги используют лак, который преимущественно представляет собой полимер, предпочтительно, целлюлозного типа и/или металлического типа, и/или пластикового типа, и/или пластикового типа с покрытием, нанесенным вакуумной металлизацией. Полимер, например, представляет собой смесь нитроцеллюлозных смол, предпочтительно нитроспиртов, дополненных смолами, улучшающими устойчивость к последующей обработке лака, например, гуммиарабиком и канифолью. Полимеры также могут представлять собой смесь смол, дополненную одним или несколькими промоторами адгезии, предпочтительно бутилацетаттартаниатом.
В другом варианте лак является нерастворимым и представляет собой нитроцеллюлозный полимер, содержащий наполнитель, природа которого меняется в зависимости от последующих функций знака, в частности, использование пигментов или электропроводящих или изолирующих наполнителей, таких как оксиды металлов, предпочтительно оксиды титана, железа, бора, никеля, хрома, сажа, оксид кремния, в чистом виде или в смеси. Нанесение лака целесообразно осуществлять с помощью любого средства для печатания, способного выполнять нанесение лака с большой точностью и с высоким разрешением RU 2243903, 2005 (публикация РСТ: WO 01/08901, 08.02.2001).
Однако известные способы направлены на решение иной технической задачи.
Наиболее близкое к заявляемому техническое решение предлагается в документе WO 2005/124023 A1, 29.12.2005, где описывается устройство и способ изготовления защищенной от подделки бумаги. Устройство включает главный сеточный цилиндр для формования первого слоя бумажного полотна, узел нанесения защитных элементов, содержащий форсунки, узел поддержания вакуума в зоне осаждения защитных элементов, вспомогательный сеточный цилиндр для формования второго слоя бумажного полотна, диффузор постоянного давления, соединенный с форсунками узла нанесения защитных элементов, накопительную емкость для аккумулирования защитных элементов, насос для подачи дисперсии защитных элементов из накопительной емкости в диффузор постоянного давления.
3
Способ изготовления защищенной от подделки бумаги (WO 2005/124023 A1, 29.12.2005) включает формование первого бумажного полотна на главном сеточном цилиндре, осаждение на определенные участки влажного бумажного полотна водной дисперсии, содержащей защитные элементы, через форсунки, формование второго бумажного полотна на вспомогательном сеточном цилиндре, соединение первого бумажного полотна с осажденными на нем защитными элементами со стороны осажденных защитных элементов со вторым бумажным полотном, прессование и сушку полученного бумажного полотна. Основной недостаток указанного способа - затруднения при транспортировке и нанесении дисперсии с концентрацией защитных элементов более 0,4 мас.% на первый слой влажного бумажного полотна, особенно, если защитные элементы представляют собой волокна с длиной более 5-6 мм, а также волокна, частицы, пластинки с удельным весом более 2-3 г/см. Это приводит к флуктуациям и колебаниям скорости подачи дисперсии, а также к образованию на бумаге участков с недостаточным или, наоборот, избыточным содержанием защитных элементов. Кроме того, при использовании в составе дисперсии двух и более видов защитных элементов, отличающихся удельным весом, формой, размером, наблюдается их неравномерное отложение на бумажном полотне в границах зон разной ширины, что ухудшает возможность совместного контроля этих защитных элементов, особенно при использовании машиночитаемых методов.
Известное техническое решение предусматривает централизованную подачу дисперсии защитных элементов (далее - дисперсии) в форсунки узла нанесения защитных элементов с помощью диффузора постоянного давления. При этом дисперсия в смеси с воздухом сначала подается в диффузор постоянного давления через входной коллектор, а затем через выходные коллекторы поступает в форсунки узла нанесения защитных элементов. К недостаткам известного технического решения относятся пульсация потока на входе в диффузор вследствие работы насоса и градиент скоростей потоков между разными подающими патрубками. При небольших объемах подаваемой жидкости пульсации потока становятся критичными, что ведет к нарушению равномерности подачи дисперсии и осаждения защитных элементов на бумажном полотне.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение качества бумаги за счет снижения пульсаций потоков дисперсии и повышения стабильности процесса осаждения защитных элементов в строго необходимом количестве на определенных участках бумажного полотна.
Для решения задачи предложены объекты, представленные в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы.
Предложен способ изготовления защищенной от подделки бумаги с локально расположенными защитными элементами, включающий формование первого бумажного полотна на первом сеточном цилиндре, осаждение на определенные участки влажного бумажного полотна водной дисперсии, содержащей защитные элементы, через форсунки, формование второго бумажного полотна на втором сеточном цилиндре, соединение первого бумажного полотна с осажденными на нем защитными элементами со стороны осажденных защитных элементов со вторым бумажным полотном, прессование и сушку полученного бумажного полотна, согласно изобретению водная дисперсия защитных элементов содержит, по крайней мере, один водорастворимый полимер в количестве 0,1-3,0 мас.%, при этом дисперсию защитных элементов подают с регулируемой скоростью через форсунки, каждая из которых снабжена насосом шнекового типа.
Предпочтительно, скорость подачи дисперсии защитных элементов составляет 0,5-5,0 л/с. В частности, в качестве водорастворимого полимера используют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или поливиниловый спирт. Водная дисперсия может содержать два или более видов защитных элементов, отличающихся удельным весом, и/или формой, и/или размером.
Предложено устройство для изготовления бумаги, защищенной от подделки, с локально расположенными защитными элементами, включающее первый сеточный цилиндр для формования первого бумажного полотна, накопительную емкость для аккумулирования дисперсии защитных элементов, связанную с содержащим форсунки узлом нанесения защитных элементов на первое бумажное полотно, узел поддержания вакуума в зоне осаждения защитных элементов, второй сеточный цилиндр для формования второго бумажного полотна и собирающую сетку для перемещения первого бумажного полотна от первого сеточного цилиндра ко второму сеточному цилиндру, согласно изобретению узел нанесения защитных элементов содержит группу насосов шнекового типа, каждый из которых соединен с форсункой с возможностью регулирования скорости подачи дисперсии защитных элементов в форсунки.
Предпочтительно, устройство дополнительно содержит блок управления, с которым соединен каждый из насосов для регулирования скорости подачи дисперсии защитных элементов в форсунки. Преимущественно, число форсунок равно числу насосов.
Предложена бумага, защищенная от подделки, с локально расположенными защитными элементами, изготовленная заявленным способом, с помощью заявленного устройства.
Для устранения флуктуации и колебаний скорости подачи дисперсии предлагается подавать дисперсию непосредственно в форсунки узла нанесения защитных элементов, соединив их с накопительной емкостью напрямую. Подачу дисперсии предлагается осуществлять с помощью насоса шнекового типа, преимуществом которого перед насосами других типов является отсутствие зависимости скорости подачи от уровня дисперсии в накопительной емкости. Производительность насоса шнекового типа можно регулировать в широком диапазоне, изменяя частоту оборотов шнека. Наиболее предпочтительно, чтобы производительность насоса при подаче дисперсии поддерживалась в диапазоне 0,5-5,0 л/с. При меньшей производительности невозможно обеспечить необходимую концентрацию защитных элементов на бумажном полотне. При производительности насоса более 5,0 л/с возникают сложности с поддержанием постоянной концентрации защитных элементов на бумажном полотне.
Предпочтительно, число насосов в группе равно числу форсунок в узле нанесения защитных элементов. Производительность каждого насоса регулируется индивидуально с помощью блока управления насосами.
Предлагается изменять вязкотекучие характеристики дисперсий защитных элементов добавкой водорастворимых полимеров, например натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, поливинилового спирта и т.д. Кроме указанных, допускается использовать и другие водорастворимые полимеры, позволяющие регулировать вязкотекучие характеристики дисперсий. Например, можно использовать водорастворимые эфиры целлюлозы, такие как метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза и т.д. Концентрацию водорастворимых полимеров в дисперсии поддерживают в диапазоне 0,1-3,0%. Снижение концентрации менее 0,1% способствует ухудшению текучести дисперсий и возникновению затруднений при их транспортировке и подаче на бумажное полотно. При концентрации более 3,0% наблюдается существенное повышение вязкости дисперсии, отражающееся на эффективности работы узла нанесения защитных элементов. В каждом конкретном случае концентрация водорастворимого полимера подбирается индивидуально, с учетом его свойств и характеристик защитных элементов, например их концентрации в дисперсии, формы, удельного веса, размера и т.д.
При изготовлении дисперсии целесообразно сначала приготовить раствор водорастворимого полимера, а затем диспергировать в нем необходимые защитные элементы, которые могут представлять собой волокна, частицы, характеризующиеся магнитными, люминесцентными, термохромными, фотохромными или другими свойствами. Причем в процессе изготовления дисперсий можно использовать и другие добавки, например смачиватели, поверхностно-активные вещества, пеногасители и т.д.
Заявленное техническое решение осуществляют следующим образом.
На чертеже показана общая схема заявленного устройства.
Устройство содержит накопительную емкость 1 для дисперсии защитных элементов, соединенную с группой насосов шнекового типа 2 и узлом нанесения защитных элементов с форсунками 3, первый сеточный цилиндр 4 для формования первого бумажного полотна 6а, второй сеточный цилиндр 5 для формования второго бумажного полотна 6б, собирающую сетку 7 для перемещения первого бумажного полотна от первого сеточного цилиндра ко второму сеточному цилиндру, узел поддержания вакуума 8 в зоне осаждения защитных элементов, а также блок управления 9 насосами.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Бумажную массу готовят одним из известных способов, применяемых в целлюлозно-бумажном производстве. Водная дисперсия защитных элементов хранится в накопительной емкости 1, которая соединена с насосами шнекового типа 2 для подачи дисперсии в форсунки 3. Бумажную массу осаждают на поверхности сеточных цилиндров 4 и 5, где под действием вакуума формуют первый 6а и второй 6б слои влажного бумажного полотна. Сформованный на первом сеточном цилиндре 4 первый слой 6а влажного бумажного полотна передается на собирающую сетку 7 и подводится к узлу нанесения защитных элементов с форсунками 3, напротив которого расположен узел 8 поддержания вакуума в зоне осаждения защитных элементов. Из накопительной емкости 1 с помощью дозирующих насосов шнекового типа 2 подают дисперсию защитных элементов к форсункам 3. Дисперсия содержит, по крайней мере, один водорастворимый полимер, содержание которого показано в таблице 1. Дисперсия через форсунки 3 подается на первый слой 6а влажного бумажного полотна напротив узла 8 поддержания вакуума в зоне осаждения защитных элементов. Защитные элементы под воздействием вакуума осаждаются на первом слое 6а влажного бумажного полотна, который затем перемещается на собирающей сетке 7, соединяется со вторым слоем 6б влажного бумажного полотна и подвергается дальнейшей обработке (прессование, сушка и т.д.) на известном технологическом оборудовании. Скорость подачи дисперсии защитных элементов регулируют с помощью блока 9 управления насосами.
3
Во всех примерах в качестве защитных элементов в дисперсии содержатся волокна со следующими характеристиками: длина - 6,5-7 мм, удельный вес - 2,6 г/см, концентрация - 0,68%.
Как видно из таблицы, добавка в дисперсию поливинилового спирта и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в количестве, предусмотренном изобретением (примеры 4, 5), позволяет в сравнении с прототипом (пример 1) получить хорошую равномерность осаждения защитных элементов на бумажном полотне.
Пример
Водорастворимый полимер
Равномерность осаждения защитного элемента∗
Тип
Характеристики
Концентрация, %
1 (прототип)
-
-
-
плохая
2
Поливиниловый спирт
Степень полимеризации 1100-1200 Степень гидролиза 98,5-99,2
0,07
плохая
3
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы
Степень полимеризации 250-300 Степень замещения 65-75
0,05
плохая
4
Поливиниловый спирт
Степень полимеризации 1100-1200 Степень гидролиза 98,5-99,2
2,1
хорошая
5
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы
Степень полимеризации 250-300 Степень замещения 65-75
0,8
хорошая
* - определяется на бумажном полотне визуально.
Таким образом, данное техническое решение позволяет осаждать на определенных участках бумажного полотна в необходимом количестве защитные элементы. Результатом является устранение затруднений, возникающих при транспортировке и подаче на бумажное полотно дисперсий защитных элементов и, следовательно, повышение качества бумаги.