CN111108246A - 防伪纸的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造防伪纸的方法。所述方法包括：制备包含软木纸浆和硬木纸浆的混合物的组合物A，和制备精磨纸浆和具有预先确定的磁特性的磁线的混合物B；通过将所述混合物B和所述组合物A混合来制备组合物C；稀释所述组合物C，并且以预先确定的密度形成包括所述磁线的纸浆单层D；从所述纸浆单层D中去除水分；在纸的至少一侧上形成至少一个保护涂层；和对于纸进行压光，因此获得带有完全嵌入到所述纸浆单层中的磁线的防伪纸结构。

Description

防伪纸的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造包括磁线/微线的类型的防伪纸的制造方法，以使得能够在EAS(电子商品监视)系统中检测到磁线的存在。
背景技术
为了防止伪造、高度机密信息的安全性以及其他目的，已经研究了多种类型的包含软磁微线的纸张(标签)。
例如，US 7,301,324描述了一种记录介质和用于检测此记录介质的检测系统。检测系统包括：磁场生成单元，所述磁场生成单元在预先确定的特定区域内生成交变磁场；检测单元，所述检测单元被设置成靠近特定区域，以用于检测磁通量的变化；以及记录介质，所述记录介质当被放置在特定区域内时能够被检测单元检测到。记录介质可以是包含磁线的两层或三层结构。在两层结构中，将磁线放置在事先准备的基板的一个面上，并在其上层叠另一基板。在三层结构中，将包含分散的线的单层基板(或湿纸)夹在不包含线的两个基板(或湿纸)之间。
发明内容
本发明提供了一种防伪纸(有时被称为“记录介质”)的新颖的制造方法，所述制造方法使得能够以高产量和高的可复现性批量地制造防伪纸。
防伪纸优选地构造成在被转让给本申请的受让人的WO16170527中所描述的防伪纸。此防伪纸/记录介质包括：由纸浆纤维形成的并且载有微线的纸浆结构，所述微线具有预先确定的材料成分的金属芯和涂覆在金属芯上的绝缘层；和在纸浆结构的至少一侧上的至少一个涂层。纸浆结构是单层结构，使得微线完全地嵌入到单层内。
为了有效地检测带有磁线的物体(即，可通过商业上可购得的EM门系统获得的快速检测和足够强的检测信号)，磁线的数量和分布是待控制的重要因素。此外，对于在其上待印刷信息的纸的情况，为了能够更好地进行印刷，带有线的纸的表面应足够平坦。所有这些因素对于纸张制造过程都是重要的，并且在此纸张的批量制造中甚至更为重要。
本发明提供了一种制造防伪纸的方法，所述防伪纸携带完全嵌入到纸内的磁线。方法包括：制备包含软木纸浆和硬木纸浆的混合物的组合物A，并且制备精磨纸浆和具有预先确定的磁特性的磁线的混合物B；通过将混合物B和组合物A混合来制备组合物C；稀释组合物C，并且以预先确定的密度形成包含磁线的纸浆单层D；从纸浆单层D去除水分；在纸的至少一侧上形成至少一个保护涂层，并且执行带有至少一个涂层的纸的压光，因此获得带有完全嵌入到纸浆单层内的磁线的防伪纸结构。
优选地，压光包括控制施加到纸上的压力和温度条件，使得大体上不影响磁线的磁特性，并且因此维持线的预先确定的磁特性。优选地，温度为至少70℃；并且压力大体上不超过4MPa。
优选地，以大于每平方厘米一个磁线的磁线密度布置磁线。
磁线的磁特性能包括：零或负磁致伸缩和大的巴克豪森效应。
包含软木纸浆和硬木纸浆的混合物的组合物A可以进一步包含以下项的一个或多个：着色剂、增白剂、强化剂和填料。替代地或另外地，可以将一个或多个这样的制剂以及填料添加到组合物C。
混合物B包括精磨纸浆的悬浮液，优选地使得磁线与纸浆悬浮液的重量比为1:15至1:20。可以通过取部分组合物A并且将此部分组合物A与磁线以1:15至1:20的重量比混合来产生组合物B。
组合物C的制备可以包括将混合物B以1:1000的比例添加到被缓慢搅拌的组合物A中。如上所述，当制备组合物C时可以添加制剂/填料。
优选地，纸浆单层D的形成包括将组合物C稀释至预先确定的浓度，将其泵送到造纸机的流浆箱，将悬浮液从流浆箱狭缝中排出，使得包含在组合物C中的干物质在塑料线上形成纸幅或纸片。控制塑料线的移动速度和来自流浆箱的组合物C的流量，以因此控制磁线的密度和磁线分布的均匀性。优选地，以联机方式(inline)执行涂覆过程，从而纸的至少一侧上形成保护涂层，将层纸幅干燥至水分含量小于7％，然后进行涂覆，涂覆重量为7克每平方米。
检查如此获得的纸结构(例如，在切成纸片之后)。这包括对嵌入的微线的磁特性和密度的测量，以确定所测量的特性是否与混合物B中的线的预先确定的磁特性匹配，以确保维持磁特性。
本发明也提供了一种通过上述方法制备的防伪纸，其中所述防伪纸包括带有选择的磁特性的磁线的布置，所述磁线以预先确定的磁线密度完全嵌入到纸内，使得磁线的所选择的磁特性大体上被维持。
附图说明
为了更好地理解本文公开的主题，并且举例说明如何在实践中实施所述主题，现在将仅通过非限制性示例的方式通过参考附图来描述实施例，各图为：
图1A和1B例示了可以通过本发明的方法制造的记录介质，其中图1A示意性地图示了记录介质的剖视图，而图1B示意性地图示了微线在记录介质中的分布；并且
图2图示了本发明的用于制造记录介质的方法的流程图。
具体实施方式
通过本发明的方法制造的记录介质/防伪纸包括单纸浆层，其中大量磁线完全嵌入到所述单纸浆层内，所述磁线以期望的高密度并且均匀地分布在层内，并且所述层的一侧或两侧上涂覆有涂层。如上所述，记录介质可以被构造为如在被转让给本受让人的WO16170527中所描述的情况。
在此方面，参考图1A和图1B，图1A和1B例示了这种记录介质10的主要特征。图1A是记录介质10的剖视图图，图中示出了，记录介质包括(构成活性层或固定层的)单纸浆层12，所述单纸浆层12载有嵌入到层12内的磁微线14的布置；和至少一个保护层16，所述保护层16至少在活性层12的一侧对活性层12进行涂覆(在图1A的示例中示出了在纸浆层12的两侧提供的两个此保护涂层16)。同样如在图1B中所示，微线14分布在整个活性层12内(在整个记录介质10上)。微线14位于纸浆层12内侧，并且甚至可以重叠，即以多于一个的行彼此上下叠置，在图中示例了两个此行R1和R2。
整个记录介质10(单层活性结构12和双侧涂层16)的厚度大约为80至120μm。磁线由金属芯和涂覆在金属芯上的绝缘体(如玻璃)组成。金属芯由具有大的巴克豪森效应的软磁合金制成，并且其横截面尺寸(直径)在5至15μm的范围内，并且其长度在4至10mm的范围内。
为了正确检测嵌入到记录介质中的微线，许多微线及其在记录介质中的分布是重要的因素。图1B示出了在记录介质10(例如，A4格式的纸)中微线大体上均匀地分布在纸内，所述微线以相对高的密度和随机定向(由相对于沿A4纸张的长边的y轴的倾斜角(θ)定义)布置。参考图2，图2图示了防伪纸/记录介质的制造过程中的主要步骤/阶段的流程图，所述防伪纸/记录介质包括带有选择的磁特性的磁线的布置，所述磁线以预先确定的磁线密度完全嵌入到纸内，使得大体上维持了磁线的选择的磁特性。
步骤1：制备“组合物A”，其包含软木纸浆和硬木纸浆的混合物；
步骤2：制备磁线和精磨纸浆的“混合物B”；
步骤3：通过将混合物B和组合物A混合来制备“组合物C”。如本示例所示，可以通过将混合物B添加到被缓慢搅拌的组合物A中来执行组合物C的制备；
步骤4：通过稀释组合物C形成包含磁线的“纸浆单层D”；
步骤5：从纸浆单层D去除水分，其结果是带有完全嵌入的磁线的单层纸浆结构；
步骤6：形成涂层；和
步骤7：压光/精加工阶段。
然后，可以将纸卷切成片，并且可以进行最终检查。
特别地，由于从步骤4开始的步骤/阶段连续地以联机方式进行，所以生产率也显著改进。
下文中将详细描述上述每个步骤。
组合物A的制备(步骤1)
制备组合物A，其包含软木纸浆和硬木纸浆的混合物。更具体地，组合物A是软木纸浆和硬木纸浆的混合物，并且还可以进一步包括如下项的一个或多个：着色剂和增白剂、强度强化剂、填料。组合物A典型地是液相组合物。
强度强化剂的示例包括：阳离子淀粉，羧甲基纤维素，甘露半乳聚糖。填料优选以至少15％至25％重量百分比的量添加，以改进最终纸的不透明性和尺寸稳定性。填料可以是基于碳酸钙、二氧化钛、高岭土或尿素的合成有机颜料。
磁线和精磨纸浆的混合物B的制备(步骤2)
此阶段涉及将磁线与精磨纸浆的悬浮液混合。
可以使用任何已知的用于制造玻璃涂覆的微线的合适技术来事先制备磁线(在所谓的“离线(off-line)”步骤中)。如上所述，用于记录介质的软磁微线可发射大的巴克豪森信号，所述信号由磁化反转所引起，所述信号可被(典型地整合在门组件中的)EAS检测器检测到。所述微线结构包括涂覆有例如玻璃的绝缘材料的软磁金属芯。
已经开发了带有非晶态金属芯的玻璃涂覆的微线，并且例如在美国专利No 6,441,737和No 8,978,415中进行了描述。用于金属芯的合适材料的一个示例是钴基合金。例如，Co-Fe-Si-B合金(例如，以原子百分比计包含77.5％的Co、4.5％的Fe、12％的Si和6％的B)，Co-Fe-Si-B-Cr合金(例如，以原子百分比计包含68.7％的Co、3.8％的Fe、12.3％的Si、11.4％的B和3.8％的Cr)或Co-Fe-Si-B-Cr-Mo合金(例如，以原子百分比计包含68.6％的Co、4.2％的Fe、12.6％的Si、11％的B、3.52％的Cr和0.08％的Mo)。
如下文所述，希望软磁金属芯具有接近零的或负的磁致伸缩。为制造纸状记录介质，如果软磁微线中的金属芯具有正磁致伸缩，则由于造纸过程中引入的机械应力，大的巴克豪森信号将降低或者在最坏的情况下将消失。应力典型地在造纸期间和之后施加。例如，纸浆纤维由于水分而伸长，并且由于干燥而收缩。微线在纸浆层中处于这种应力下。另一方面，当软磁金属芯具有接近零的或负的磁致伸缩时，大的巴克豪森信号将在微线上施加有应力的情况下更加稳定。因此，在造纸过程期间应适当控制这种应力的施加。通过控制合金成分，可以实现接近零的或负的磁致伸缩。例如，以原子百分比计含有67％的Co、5％的Fe、11％的Si、14％的B和3的％Cr的Co-Fe-Si-B-Cr合金显示出正磁致伸缩，而以原子百分比计含有67.7％的Co、4.3％的Fe、11％的Si、14％的B和3％的Cr的Co-Fe-Si-B-Cr合金显示出接近零的磁致伸缩。
微线中的(对于防伪纸特别有用的)金属芯的直径可以在5至15μm的范围内。绝缘材料(例如玻璃)的厚度在0.5至3μm的范围内。这是因为，较厚的(大于3μm)的玻璃涂层实际上对于在纸张制造期间以及在打印机和/或复印机(例如，电子照相打印机)中的纸张处理期间所施加的机械应力而言是脆弱的。当玻璃在造纸机和/或印刷机中破裂时，玻璃颗粒在机器零件的内部造成污染，这可能由于缩短的清洁周期而增加了机器维护成本。使用较薄的玻璃涂层使得微线更柔软，并且因此防止玻璃破裂效应。可以使用连续的Taylor-Ulitovsky方法制造涂覆玻璃的微线，所述方法在上述文献US 8,978,415中公开，并且然后将所述微线切成长度为大约9至10mm或更短的、优选4至7.5mm的段。
精磨纸浆是经过机械处理的软木纸浆或硬木纸浆，所述机械处理典型地在造纸过程中进行以增加机械强度。
混合物B的悬浮液的浓度优选地被调节为1.0％至2.0％。线与纸浆悬浮液的重量比优选为1:15至1:20。例如，可以通过将磁线与部分组合物A混合来制备带有适当含量的磁线的组合物B。
为了在混合物B的制备过程中充分浸没并且分散线，将线缓慢搅拌到悬浮液内。
组合物C的制备(步骤3)
将如上所述制备的混合物B与组合物A混合，但在将所有组分混合之后，剪切力受到限制，因其可能影响磁线。通过将磁线和精磨纸浆的混合物B与产生由软木纸浆和硬木纸浆的混合物组成的纸块的组合物A混合来制备组合物C。
在混合时可以添加着色剂和增白剂以及强化剂和填料中的一种或多种。可以使用多种强度强化剂，例如阳离子淀粉、羧甲基纤维素、甘露半乳聚糖。
另外，以至少15％至25％的重量百分比添加填料来改善最终纸的不透明度和尺寸稳定性。所使用的填料可以是基于碳酸钙、二氧化钛、高岭土或尿素的合成有机颜料。
此组合物的浓度为3.0％至4.0％。
将磁线和精磨纸浆的混合物B添加到被缓慢搅拌的组合物A中。比例为1:1000。不添加水。
混合物B中的磁线的数量估计为每升混合物0.8*107至1.5*107个。
通过长网造纸机稀释组合物C并且形成包含磁线的纸浆单层D(步骤4)
将在先前步骤中制备的包含磁线的组合物C稀释到小于10g/l的浓度，并且将其泵送到长网造纸机的流浆箱中。稀释后，1升悬浮液包含2000至4000个磁线。
所述组合物C从流浆箱狭缝中排出，并且将组合物C中包含的干物质倾倒在移动的塑料线上，从而在塑料线上形成纸幅(或纸片)。
通过对组合物C进行上述处理，在长网造纸机上形成单层纤维毡。
通过调节移动的塑料线的速度和来自流浆箱的组合物C的流量，可以以良好的可复现性确定纸张的每单位面积的磁线数(磁线的密度)。
线的均匀分布在很大程度上取决于在两个步骤(步骤3和4)中组合物中的线密度的调节。换言之，在制备组合物C期间(将混合物B和组合物A混合，同时缓慢搅拌组合物A)和在组合物C稀释以形成纸浆单层D期间将线密度(纸的每单位面积的磁线数)控制为希望的高密度，并且控制线的分布的均匀性。磁线的损失小于5％，典型地小于2％，这表明过程是环保的。
去除纸浆单层D的水分(步骤5)
在使用抽吸来除去纸幅(或纸片)中的水分之后，纸幅在处于压力下的辊之间通过时被加压并且挤出水，并且最后是一系列蒸汽加热的滚筒。纸幅中的水分被去除至少于7％。
形成涂层(第6步)
为了保护线不从纸中脱出(即完全嵌入到纸中)并且因此确保在纸上的可印刷性，以流水线的方式在先前的步骤5之后连续地执行(多层)保护性涂层(图1A中的16)的形成。
涂层由粘合剂、疏水剂、湿润剂、交联剂和平滑剂组成。
粘合剂的示例包括聚乙烯醇、阳离子淀粉、苯乙烯-丙烯酸酯、苯乙烯-丁二烯、聚乙酸乙烯酯胶乳、甘露半乳聚糖等。
疏水剂的示例为烷基烯酮二聚体或苯乙烯-马来酸酐。
湿润剂的示例为高级醇。
交联剂的示例为乙二醛和碳二亚胺。
平滑剂的示例为硬脂酸钙。
在已将纸幅干燥至水分含量小于7％之后，在造纸机上执行涂层的形成，而这在压光之前进行。可以使用施胶压机(或类似设备)来施加涂层。优选地，纸的两侧都被涂覆。涂层重量可以是7克每平方米。
压光处理(步骤7)
涂覆后进行压光处理。带有两组滚筒的背对背压光机用于对每个纸幅表面进行单独的压光。每组滚筒包括覆盖有钢和弹性体的辊。弹性体辊的粗糙度可以为Ra＝0.05微米。每组钢辊都在内部以水加热。压光期间纸幅的含水量变化小于1％。
本发明人已发现，在压光期间施加在幅上的压力对线的可检测性具有降低的影响。随着压力的升高，较高比例的线停止显示大的巴克豪斯效应。因此，此幅的压光在至少70℃、优选地至少80℃的高温和4MPa或更低、优选地3MPa或更低的低压下进行，以不损坏线。
如上所述制备的纸卷是在造纸机中制造的包含磁线的连续纸幅。
纸卷然后可以经历切割步骤，在此切割步骤期间将纸卷切割成最终产品的纸张尺寸。
因为所使用的磁线细，所以切割刀片的寿命也变长。
因为刀片退化，所以优点是消除了或至少明显降低了客户对于磁线从纸切面上伸出的担心。
然后，对如此制备的纸张进行最终检查。在此阶段期间，通过门中纸张的测试运行以电子方式检查磁线的密度。为此，检测纸中的线对由门所施加的磁场的磁响应，并且分析此数据以测量磁线的特征(巴克豪森效应)，并且计算在单位面积的纸内的磁线的物理存在量。分析所测量的磁特征以确定其是否与混合物B中的线的磁特性匹配，并且因此维持预先确定的/期望的磁特性。

Claims (15)

1.一种制造带有完全嵌入到纸中的磁线的防伪纸的方法，所述方法包括：
制备包含软木纸浆和硬木纸浆的混合物的组合物A，以及制备精磨纸浆和具有预先确定的磁特性的磁线的混合物B；
通过将所述混合物B和所述组合物A混合来制备组合物C；
稀释所述组合物C，并且以预先确定的密度形成包含所述磁线的纸浆单层D；
从所述纸浆单层D中去除水分；
在所述纸的至少一侧形成至少一个保护涂层；和
对于带有至少一个涂层的纸进行压光，因此获得带有完全嵌入到所述纸浆单层中的所述磁线的防伪纸结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压光包括控制施加到所述纸上的压力和温度条件，以大体上不影响所述磁线的磁特性，并且因此维持所述磁线的预先确定的磁特性。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述温度为至少70℃。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述压力大体上不超过4MPa。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以高于每平方厘米一根磁线的磁线密度布置所述磁线。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述磁线的磁特性包括零或负的磁致伸缩和大的巴克豪森效应。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述组合物A进一步包含以下项的一个或多个：着色剂、增白剂、强化剂和填料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述混合物B包括精磨纸浆的悬浮液，使得所述磁线与所述纸浆悬浮液的重量比为1:15至1:20。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述组合物C的制备包括以1:1000的比例将所述混合物B添加到被缓慢搅拌的所述组合物A中。
10.根据权利要求9的方法，其中所述组合物C的制备包括加入以下项的一个或多个：着色剂、增白剂、强化剂和填料。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述纸浆单层D的形成包括将所述组合物C稀释至预先确定的浓度，将所述组合物C泵送到造纸机的流浆箱，将所述悬浮液从流浆箱狭缝排出，使得包含在所述组合物C中的干物质在塑料线上形成纸幅或纸片。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，所述方法包括控制所述塑料线的移动速度和来自所述流浆箱的所述组合物C的流量，以因此控制所述磁线的密度和所述磁线的分布均匀性。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述涂覆过程以联机方式进行，将所述层纸幅干燥至水分含量小于7％，然后进行涂覆，所述涂层的重量为7克每平方米。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括：检查带有完全嵌入到所述纸浆单层中的磁线的所述防伪纸结构，所述检查包括测量所嵌入的微线的磁特性和密度，以及确定测量到的特征是否与所述混合物B中的线的所述预先确定的磁特性匹配。
15.一种防伪纸，所述防伪纸包括带有所选择的磁特性的磁线的布置，所述磁线以预先确定的磁线密度完全嵌入到纸内，所述防伪纸以根据前述权利要求中任一项所述的方法制造，使得磁线的所选择的磁特性大体上被维持。
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