CN100395406C - 证券纸或纸板制品及安全包装 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生产携带微米或是纳米结构如衍射光学元素的证券纸或纸板产品的方法，在该方法中，所述衍射结构是在所述产品生产过程中就整体地放入到所述证券纸或纸板产品中的。本发明还涉及一种用来生产携带微米或是纳米结构的安全包装的方法，在该方法中，所述衍射结构在所述安全包装材料的制造阶段就整体地放入到所述安全包装产品中的。本发明还涉及在形成衍射结构中包含鉴定信息的安全包装，其中，所述的衍射结构是包括在安全包装中至少下面形式中的一种：在嵌入到包装材料中时，是以用在生产安全包装的制造过程中的该胶料或是糊剂或是树脂的一部分的，或者是用在印刷安全包装或是安全包装材料的油墨中的一部分的。
Description
技术领域
本发明涉及用来生产带有用于提供鉴定信息的微米或是纳米结构如衍射光学元件的证券纸或纸板产品或是安全包装的方法。本发明还涉及在形成衍射结构时会含有鉴定信息的安全包装。
背景技术
衍射光学元件是光学元件，其中含有自然光波长的尺寸。用衍射光学元件，可以通过含有微米或纳米结构的宏观的光滑表面来控制光线的传播。这些结构在后被作为衍射结构。衍射光学元件的简单的例子是组成自然波长的周期槽(periodic groove)一维衍射光栅。当白色光束从衍射光栅通过或是反射时，会散射成光谱。“光学衍射在工业及商业上的应用”(由Turunen和Wyrowski编著，Akademie Verlag1997，ISBN3-05-50111733-1)中公开了光学衍射和元件及它们的使用和设计。这会在后面参照为“光学衍射”。
由现有技术中已知，用衍射结构也是与其它光学安全元件一样，如水印，用在有价文件和产品中都是为了鉴定的目的。衍射光学安全元件也是典型地嵌入到薄的薄箔里施加到文件中，作为单独的黏附剂被标记。光学安全件可包括各种通过各种方法能观察到的元件。按照“光学衍射”所说，这些可观察到的方法能被分成第一次在线检查、第二次在线检查和第三次在线检查等级。第一次在线检查是基于仅仅是即时可见、可听和可触及的人们的感受进行的。作为普通公众，他必须能通过裸眼进行第一次在线检查来分辨赝品和仿冒品。在第二次在线检查时，就用简单的工具来找出藏起来的安全件。这类工具例如是放大镜、条形码扫描器、激光指针、紫外线光源和自动取款机等。第三次在线检查牵涉法院调查的安全元件，是由专家用先进的技术和设备执行的。这类设备是相当昂贵的并且仅是世界上少数研究所才使用的。
制造衍射结构需要先进和复杂的系统，仅仅适用在先进的实验室中。因此衍射结构是相当难以仿冒的。
按照“光学衍射”的用衍射结构作为安全元件的优点，首先是，它们不能被彩色复印机或是现代桌面电脑出版设备所复制。第二，衍射结构的产品是牵涉相当多并且需要具有特殊设备和知识的。第三，光学变化效果通常是相当显著的并且因此在第一次在线检查时是相当便利的。
衍射结构通常是用微观平版方法制成的。美国专利US4662653中公开了一种光学衍射元件，其包括一连续反射表面，以及嵌入在预先设置来贮存鉴定信息的电介质层的多个非连续反射表面部分，并公开了形成这种元件的工序处理过程。
美国专利US5862750公开了一种盖印微观雕刻方法，其复制全息图、动力全息图或衍射图案，直接在纸上经过压花处理形成。在这种方法中，纸张是在压花所述微观雕刻到纸张之前进行预处理步骤的。所需的预处理是潮湿的步骤，会给纸张相对湿度为60％到80％之间的湿度。这种潮湿的纸然后在一定的温度和压力下通过压花组。按照所公开的内容，就不可能在未被处理的纸张上直接盖印微观雕刻。
美国专利US5871615中公开了一种在其生产期间将表面轮廓图案施加到纸张中的证券纸，当施加轮廓图案和之后的干燥过程中需要对纸张进行脱水。当在小角度光线下观察时，这个可触表面轮廓图案是可见的，这就方便进行验证或是鉴定用这种图案制成的安全文件。
美国专利US5981040中公开了一种用包括金属颗粒的树脂油墨生产全息图象。这种特殊油墨用来印刷灵敏文件来形成反射涂层，其中嵌入一垫片。反射涂层的嵌入区域以微弱不同于反射涂层的剩余区域的方向反射光线，从而产生全息图象。
美国专利US5974150中公开了包括含多个元件的介质的鉴定系统，它们是不同的、可探测到的以及以不规则图案设置的或是具有内在不规则的情况。该系统通过至少两个等级安全来提供对目标对象的鉴定，两个等级安全是物理等级，由可观察特征的认证证书提供，以及一信息等级，由认证证书的独特特征(比如可观察的特征)进行编码来提供和/或在证书上鉴定标记的目标对象。
美国专利US5961152中公开了一种证券纸，其有单纤维在在先的制造中被键接并嵌入纸张中。该单纤维通过黏附或是通过加热、加压被键接入纸张中。该单纤维可包括有安全特征的组合物，如反射单纤维、荧光单纤维及高抗张强度单纤维。
现有技术中安全件的问题是，它们制造昂贵、困难，或是很难与纸张成为一个整体，并且如果它们被应用成单独的黏附标签时易于仿冒。对含有衍射薄箔层的层叠包装材料有同样的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全包装材料和包装，是不昂贵且能很快大量生产的。
本发明的另一目的是，提供一种直接将安全元件压花到安全(证券)包装材料中的方法。
本发明的另一目的是，提供一种生产安全包装材料的方法，能使用现有的机器装备用来将衍射结构整体放入包装材料中。
本发明的另一目的是，提供一种通过用含有衍射结构的油墨、染料或其他适宜的有色或无色油漆液体，直接在包装材料上印刷安全标记的方法。
本发明的另一目的是，提供一种在纸或纸板生产处理过程中，用含有衍射结构的胶料或糊剂生产含有衍射机构的包装材料的方法。
本发明的另一目的是，提供一种在纸或纸板生产处理过程中，用含有衍射结构的配料生产含有衍射机构的包装材料的方法。
本发明提供了一种携带具有微米或纳米结构的衍射光学元件的证券纸或纸板产品，所述衍射光学元件在所述产品生产过程中整体地放入到所述证券纸或纸板产品中，其特征在于：衍射光学元件包括至少一个仅能由检查工具探测到的区域，并且衍射光学元件以下述形式整体放入所述证券纸或纸板产品中：(i)在造纸、整饰、加工或印刷过程中直接在纸上嵌入衍射光学元件；或(ii)通过将衍射光学元件嵌入到薄片中，通过切割、破碎或切断将薄片变成小片而得到包含衍射光学元件的小片，并将小片与在纸或纸板制造过程中使用的胶料、糊剂、树脂或配料混合；或者将该小片混合在印刷过程中所使用的油墨中。
公知的在现有技术中，是首先在湿的纸张上转送衍射结构到纸张上的。按照申请人的试验，已经发现，可以直接在纸张上嵌入衍射结构，而不用任何的会花费造纸处理步骤的辅助预备步骤。这个压花处理能与造纸、整饰、加工或是印刷处理的几个不同的步骤整体结合在一起。
按照本发明，用作安全元件的衍射结构是包括在制造步骤中插入元件到包装材料中的包装料本身的。不再需要任何加入安全信息的步骤。该安全元件被嵌入到包装材料的表面上，或是以小片与纸或纸板或包装材料的糊剂、胶料、树脂或是配料成为一体。衍射安全元件也能被混入到用在印刷包装时的油墨、染料或是油漆液体中。
本发明的优点在于，其能尽可能地以低成本生产安全包装并获得高等级安全性能。这样仿冒包装就相当困难，并且各种安全标记类型和安全等级就易于使用。安全信息能被包含在包装的任一部分，并且能以可见或不可见的形式出现。当用本发明的方法时能在包装中包含大量的信息。
因为按照本发明生产的安全包装成本相当低廉，就能应用于包装工业制造业，为用户包装易于仿冒的产品，如音乐CD，电脑产品、医药、香烟或是通常的任一商标产品。
本发明的优选实施例是生产带有所有安全检查等级水平的带有衍射结构的包装。
附图说明
下面将参照附图详细描述本发明，本发明不会受所述实施例的细节或各种变化的限制。
图1是衍射安全结构的示例简图。
图2是造纸机的侧视图。
图3是造纸机的压光机压区的示例图解。
图4是造纸机的Condebelt干燥系统的示例图解。
图5是表面施胶/填颜料装置的示例图解。
图6是挤压涂布线的示例图解。
具体实施方式
在造纸过程中嵌入安全性元件到包装材料里，需要在嵌入表面包含多个衍射结构垫片。衍射结构垫片是能在被需要的材料，如纸或纸板或包装材料幅料里嵌入衍射结构的元件。该衍射结构垫片优选是设置在适宜分布在嵌入表面的基体内，如造纸机或是在后面描述的印刷装置中的辊内的。因为垫片基体的所需衍射结构是首先由电子束、激光束、X-射线束、离子束得到的，或用其他平版方法在适宜的基底上涂布适当的抗蚀剂而获得的。这种微观表面凸起轮廓就形成在该抗蚀保护层上。这之后，所说的表面就通过电镀在镍中转换成阴表面轮廓。这样为大量的产品生成第二和第三发电垫片。生产垫片的过程在“光学衍射”中有详细描述。第三发电垫片然后就用来生产包装材料，所需的衍射结构与包装材料整体一起形成。
在安全材料中嵌入衍射结构的方法适用于各种等级印刷和包装的各类纸张、纸板或是包装材料。这类示例可以是普通纸(如新闻纸、SC纸、涂布机械纸、未涂布高级纸、涂布高级纸)、纸板(如卡片纸板、容器纸板、特种纸板)、特殊用纸(如电缆纸、电容器薄页纸、导电纸、装饰纸、照相纸、建筑纸、制袋用牛皮纸、柔韧包装纸、标签纸)。参见“纸和纸板等级”，造纸科学于技术系列第18部分，ISBN952-5216-18-7，对这些等级有详细信息。
图1所示为分成不同安全等级元件的衍射安全结构示例。在这个示例中，衍射安全结构包含有各种安全检验等级的区域。在A区域，在第一次线路检查时有图案能为裸眼查看。A区域包含两个安全对象A1和A2。对象A1是简单的波纹图案嵌入纸中，并裸眼就能看到。对象A2含有文字，要在适当的光照并在特定视角才能为裸眼所见。对象A2的文字也可以包含仅在第二或是第三等级检查工具才可读的微米或是纳米结构的信息。
在区域B，需要用第二次线路检查工具例如激光指针才可读。区域B包括嵌入在材料中的微米或是纳米(毫微)尺寸的安全结构。激光指针LP用来在区域B指示激光束到点x。激光束光线从点x的安全结构衍射光线并指示安全结构B1。
区域C包括微米或纳米结构，仅仅能通过第三等级检查工具才可读，即在研究实验室用的目前发展水平的最新设备才可读。示例安全对象C1就是由这类检查工具读出的。对象C1是微观刻度条形码，其确认安全、标记的对象。可选择地，包括第二和第三次线路检查等级的衍射结构，能以各种形式隐藏在由第一次线路检查等级结构的区域所覆盖的区域中。
按照本发明生产证券纸或纸板或安全包装的方法是按照前面所述将衍射结构嵌入到包装纸或是纸板中的。在本发明的另一实施例中，衍射结构是以含有衍射结构的小片包含在纸或纸板或安全包装材料中的。在这个方法中，衍射结构是嵌入到适宜材料的薄片中的，如铝或塑料薄膜中。通过研磨、切割、破碎或是切断将嵌入片变成小片，含有衍射结构小片的切断材料就生产出来，并将这种材料混到用于造纸或是印刷处理的初始材料中。该切断的材料可以混入到如油墨、胶料、糊剂、树脂或是配料中。
可用混有含衍射结构小片的配料在传统纸和纸板机上进行生产。用这种方法在造纸处理中生产出的纸或纸板会得到闪烁的表面，这是典型的衍射表面。当把含有衍射结构的小片混入胶料或是糊剂中时可用类似于公知的施胶和涂布的方法。含有衍射结构的切断材料也能加到油墨中，然后用在任一传统印刷系统中。
适宜的含衍射结构的小片的切断材料的尺寸在油墨、胶料、糊剂和树脂中为大约10μm，在配料中最大为1mm。含有衍射元件的信息能按照本发明用特殊的读取装置从证券纸或纸板或包装中认读。当用含衍射结构的油墨在安全包装中印刷时，含衍射元件的信息的衍射油墨印刷出的文字或是图案以及这个信息就能用特殊的读取设备认读出来。
直接在纸上嵌入或是印刷衍射结构的方法可以实现，如在造纸或是包装生产过程中用下面的部件来实现：
-开或关压光装置
-用申请人市售的干燥装置
-脉冲干燥装置
-凸印、凹印、平印或是其他商业适用的印刷系统
-挤压涂敷线
添加含有衍射结构的切断材料的方法适用于造纸或包装生产过程的下面的部件：
-浆料预备装置
-施胶装置
-涂布装置
-凸印、凹印、平印或是其他商业适用的印刷系统
-挤压涂敷线
-软包装材料生产线
图2所示为现代纸或纸板机侧视图。如图2所示，纸浆从流浆箱100流入到网部200再通过压榨部300。纸幅W从压榨部300经过干燥部400到柔软压光装置500。用薄膜施胶装置600来处理该纸幅。常规对纸幅的两面在这个阶段同时执行表面施胶、加填颜料或是涂布，但是纸幅的表面也可以单独顺次由这些装置处理。之后，纸幅由红外干燥和空气纸幅干燥进行干燥，然后经过后面的短的圆筒组。
纸幅在涂布组700、800处对纸幅的两面进行涂布。之后，纸幅在多压区压光机900处压光，在该处每个压区的单位长度荷载可有利地单独调整。最后，纸幅W经过绕卷机1000，在该处纸幅卷绕成卷。
图3所示为在压光机上施加嵌入衍射结构到纸中的示例。压光机的延伸压光压区N是在上辊550和鞋形辊551之间形成的。鞋形辊551包括一由固定柱525支撑的鞋形压榨区524，还有压光带520绕鞋形压榨区524，和固定柱525，并形成无端环带。通过鞋形压榨区524，在压区N产生所需负载。按照本发明，上辊550用衍射结构垫片涂布，然后衍射结构就转送到正通过压区N的纸或纸板幅W上。证券纸或纸板产品或是安全包装材料卷在包含该衍射垫片结构的形成表面和背面表面之间的辊隙通过。在另一实施例中，该压光带520上涂布有衍射结构垫片。尽管鞋形压光机已经在上面本发明中描述了，也能用在现有技术中的不论是开机或是关机的硬辊压光机、柔软压光机和超压光机中。
图4所示为Condebelt干燥系统的侧视图。Condebelt干燥系统是公知的，在专利FI-54514、FI-61537和FI-101237中可见。该Condebelt干燥系统典型是用在纸板机中。在Condebelt干燥系统中，纸幅W由精细结构网43和粗糙网44所携带，送到两个光滑钢带41和42之间的干燥装置48、49。上钢带41接触纸幅W是加热的而下钢带42是冷却的。屈服于高压和温度差，纸幅W中的水分蒸发，并产生蒸汽横布在网43和44上，并在冷却钢带或是下钢带42上冷凝。冷却水从干燥区域带走。这种干燥纸幅的方法有相当有利的强度特性而很少有CD向的收缩。就在纸幅的一个表面上获得平滑的表面。按照本发明在纸或纸板上直接嵌入衍射结构的方法，通过提供有衍射结构垫片的加热金属带网，是适宜于Condebelt干燥系统的。
在脉冲干燥处理中，带上携带的纸幅送入压榨压区。接触纸幅的辊被加热到100摄氏度以上。在这种公知的处理中，能获得相当平滑的纸幅表面。按照本发明的一个实施例，加热辊上提供有衍射垫片，直接将该衍射标记转送到纸幅表面上。美国专利US4324613中披露了脉冲干燥处理。
图5所示为表面施胶/填加颜料装置600的示意性视图，用于施胶和涂布纸张。在FI-93885和FI-81734中公开了表面施胶/填加颜料系统。表面施胶/填加颜料装置600包括施胶压榨辊602和603，因此第一辊602和第二辊603彼此形成一压区N，纸幅或纸板W通过该压区。在表面施胶/填加颜料装置600中，第一胶料薄膜F1通过第一涂布装置610计量涂布到第一辊的表面，相应地，第二胶料薄膜F2通过第二涂布装置620计量涂布到第二辊的表面605。在辊压区N，胶料薄膜F1和F2转送到通过压区的纸或纸板W上。被涂布的纸幅用标记W′表示。胶料薄膜F1和F2分别用刮棒涂布机分布到胶料压榨辊602和603的表面上，相当于在这个实施例中的表面施胶/填加颜料装置600的一个和另一个。在涂布装置610和620上，涂布剂是引入到涂布刮棒611和621前面的压力涂布剂室616和626中的。涂布刮棒611和621装配入托架612和622中，在涂布刮棒的整个长度上支撑涂布刮棒611和621，并以与辊602和603的旋转方向相反的方向旋转。按照本发明含有衍射结构的切断材料是加到胶料和糊剂中的，然后随其转送到表面施胶/填加颜料装置600上的纸幅中。
挤压是将热塑性塑料从固态变成融化状态的处理过程，并且在模中以压力抵靠基底压热塑性塑料。图6所示为挤压涂布线1200的示例。幅料(纸、铝或是薄膜)W从主解卷机1210上解卷。预处理装置1220依据材料例如为了增加黏附力来预处理幅料W。在挤压涂布装置1230，融化树脂(LDPE，PP，或是其他树脂)用挤压机1231挤压到幅料W上。树脂在挤压机1231中融化，并通过一平模挤压到幅料上，并马上冷却。挤压涂布装置1230包括有镀铬板表面的冷却辊1232、有橡胶表面的压力辊1233和有镀铬板表面的备用辊1234。
在压力辊1233和冷却辊1232之间的压区，挤压树脂与幅料相接触。冷却辊1232的目的是为了防止在冷却辊表面1232上黏附，而降低树脂(通常挤压温度范围从250摄氏度到300摄氏度之间)的温度到低于熔点的值。
作为选择，可以用树脂作为粘合剂层叠两个不同的幅料在挤压涂布装置1230上。在这种情况中，第二幅料是从第二解卷机1240上送来的。如果产品结构要求不同的层数，就可以用多于一个的挤压机来做。在这种情况下，从挤压机中挤压出的树脂通过进料板收集到模中。进料板的目的是从挤压机中收集材料保持不同的层。在这个处理中得到的涂布或是层叠的材料卷绕到卷绕机1290上。一个厚度量表1250通常是设置在卷绕机1290前面，用来测量最终被卷绕各种产品的厚度。可用自动控制系统来管理挤压模，以控制挤压材料的厚度。
按照本发明的方法优选适用于压力辊1233和冷却辊1232之间的压区的挤压线上。无论压力辊1233还是冷却辊1232上都可按照本发明提供衍射结构垫片。还可选择，将含衍射结构的切断材料混入挤压涂布树脂中。
按照本发明的方法也可用在证券纸、纸板或是包装的印刷处理中。通过压印将衍射结构嵌入到证券纸或纸板或安全包装材料片中。印刷处理可以是凸版、凹版、平版或是其他商业适用的印刷系统。印刷机上可任选设置嵌入装置，优选是在印刷线最后的印刷装置后设置。按照本发明，所述的嵌入装置是配置有衍射机构垫片的，可在印刷线上直接转送衍射标记到纸幅表面上。按照本发明的另一实施例，含有衍射结构的切断材料是加到油墨中再转送到被印刷材料上的。
可选择，按照本发明直接在纸或纸板或包装材料上嵌入衍射结构的方法也适用于片状材料。纸幅、纸板或包装材料的片材能用盖印装置通过盖印来嵌入。盖印装置可以安装在例如纸/纸板机、印刷机或类似机器上的纸页裁切机上。
激光指针是按照本发明优选的用来检查证券纸或纸板产品或安全包装的鉴别工具。激光指针相对是廉价并便于携带因此适宜为公众携带。当按照本发明用激光束指示安全标记时，用裸眼不能看到的特别效果就会显现。这些如公司、商标标记符就会从安全标记中显现或显示出来。
另外，用按照本发明的方法来生产安全标记的材料的用作鉴别的目的相同的方法也适用于用作装饰的目的。
下面，给出专利权利要求书，本发明的各种细节以及不同于上面的实施例都落入由权利要求书界定的本发明思想的内容中。
Claims (13)
1.一种携带具有微米或纳米结构的衍射光学元件的证券纸或纸板产品，所述衍射光学元件在所述产品生产过程中整体地放入到所述证券纸或纸板产品中，其特征在于：衍射光学元件包括至少一个仅能由检查工具探测到的区域，并且衍射光学元件以下述形式整体放入所述证券纸或纸板产品中：(i)在造纸、整饰、加工或印刷过程中直接在纸上嵌入衍射光学元件；或(ii)通过将衍射光学元件嵌入到薄片中，通过切割、破碎或切断将薄片变成小片而得到包含衍射光学元件的小片，并将小片与在纸或纸板制造过程中使用的胶料、糊剂、树脂或配料混合；或者将该小片混合在印刷过程中所使用的油墨中。
2.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：在所述造纸、整饰、加工或印刷过程中，衍射光学元件的嵌入是通过使纸或纸板卷通过支承辊和具有衍射垫片结构形成表面的辊之间的辊隙实现的。
3.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：在所述造纸、整饰、加工过程中衍射光学元件直接在纸上的嵌入是通过在Condebelt干燥装置或脉冲干燥装置中使纸或纸板卷干燥的过程中实现的。
4.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：在所述印刷过程中，衍射光学元件直接在纸上的嵌入在印刷装置中实现。
5.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：在所述造纸、整饰、加工或印刷过程中，衍射光学元件直接在纸上的嵌入通过在纸或纸板上压印实现。
6.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：将嵌有衍射结构的小片混入到在纸或纸板制造过程中所使用的配料中。
7.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：将嵌有衍射结构的小片混入到在纸或纸板制造过程中所使用的糊剂、胶料或树脂中。
8.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：将嵌有衍射结构的小片混入到在纸或纸板印刷过程中所使用的油墨中。
9.如权利要求6-8中任一所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：所述薄片包括铝或塑料。
10.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：证券纸或纸板产品是纸、纸板、硬纸板、瓦楞纸板、印刷纸、印刷硬纸板或柔性包装材料，其包括一层或多层纸、纸板、塑料和/或金属。
11.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：所述证券纸或纸板产品被挤压涂布或叠层。
12.如权利要求1所述的证券纸或纸板产品，其特征在于：所述衍射元件包括至少两个检查等级的区域。
13.包含衍射元件形式的鉴定信息的包装，其特征在于：所述包装由权利要求1-12中任一所述的证券纸或纸板产品制造。
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