DE112013005266T5

DE112013005266T5 - Reinigung von Banknoten und Urkunden mit superkritischem Fluid

Info

Publication number: DE112013005266T5
Application number: DE112013005266.0T
Authority: DE
Inventors: Nabil M. Lawandy
Original assignee: Spectra Systems Corp
Current assignee: Spectra Systems Corp
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-09-24
Also published as: IL238580A0; ES2539078B2; PL413349A1; ES2539078A2; CN104918720B; TN2015000166A1; EA201500487A1; KR20150082441A; DOP2015000095A; ZA201503879B; CL2015001120A1; ES2539078R1; EA030446B1; AT516338A5; PH12015500976A1; PE20151193A1; US9610619B2; RS20150286A1; AP2015008457A0; CN104918720A

Abstract

Ein Verfahren und ein System zum Reinigen eines Sicherheitsinstruments, wie einer Banknote, das ein Substrat, sichtbare Angaben und ein Sicherheitsmerkmal beinhaltet, umfassend: in Kontakt bringen des Sicherheitsinstruments mit einem superkritischen Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer, die ausreichend sind, um das Substrat zu reinigen und das Sicherheitsmerkmal und die sichtbaren Angaben nicht zu beeinträchtigen, wobei Reinigen des Substrats ein Entfernen einer oder mehrerer Substanzen vom Substrat in das superkritische Fluid beinhaltet. Die vom Substrat entfernten Substanzen können Fremdstoffe, Schmutz, Talg und pathogene Keime beinhalten.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 1. November 2012 eingereichten vorläufigen Anmeldung in den USA mit dem Aktenzeichen U.S. provisional application Ser. No. 61/721,296 .
TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Reinigen von Urkunden wie Banknoten, ohne dass diese dabei beschädigt werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von superkritischen Fluiden zum Reinigen von Urkunden oder Banknoten, ohne ihre sichtbaren Angaben, Druckfarben, Substrate oder Sicherheitsmerkmale zu beschädigen. Der Prozess ist auch wirksam zur Desinfektion der Urkunden oder Banknoten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In hohem Maße sicherheitsrelevante Urkunden wie Banknoten weisen Substrate auf, die aus verschiedenen Materialien gebildet sind. In den Vereinigten Staaten ist Papierwährung aus einem Faservlies in einer Kombination von 75% Baumwoll- und 25% Leinenfasern hergestellt. In den meisten anderen Ländern werden Substrate auf Basis von Pulpe verwendet. Einige Länder, wie Kanada, verwendeten Banknoten aus einem Gemisch von Baumwolle und Papier. Außerdem wurden in Ländern wie Australien, Neuseeland und Kanada Banknoten ausgegeben, die Polymersubstrate aufweisen, z. B. Substrate mit biaxial orientiertem Polypropylen. Das Substrat, das eine oder mehrere Lagen des Substratmaterials – beinhalten kann, kann Sicherheitsmerkmale wie laminierte Sicherheitsfäden aus Polymer oder Papier, Planchetten und Wasserzeichen, die direkt im Substrat ausgebildet sind, aufweisen. Beispielsweise enthält die Papierwährung in den USA kleine Segmente von roten und blauen Fasern, die zur sichtbaren Erkennung darin verteilt sind.
Banknoten tragen auch auf die Substrate aufgedruckte sichtbare Angaben. Die sichtbaren Angaben können Bilder umfassen, wie Portraits, Authentifizierungsinformationen wie Seriennummern oder beides. Die zum Bedrucken der Substrate verwendeten Tinten können spezielle Trockenfarbpigmente vermischt mit Ölen und Füllstoffen und Leuchtstoffpartikel, die geschichtete Mikrointerferenzschichten enthalten, umfassen. Solche Tinten umfassen Flexo-Tinten, Gravurtinten und dickere Tiefdrucktinten.
In hohem Maße sicherheitsrelevante Urkunden wie Banknoten sind in der Regel auf Substratmaterialien ausgebildet, die häufig mit Sicherheitselementen ausgerüstet sind, die schwierig nachzumachen sind, und die es auch einem Laien erlauben, die Echtheit der aufgedruckten Informationen oder der Urkunde zu prüfen. Sicherheitselemente können beispielsweise Fenstersicherheitsfäden sein, die in gewissen Bereichen auf der Oberfläche der Banknote sichtbar sind, aufgebrachte Folien, die ein transparentes oder metallisiertes geprägtes Hologramm aufweisen, Blindprägungen, sogenannte ”latente Bilder”, die durch eine Drucktechnik oder durch eine Druck- und Prägetechnik hergestellt werden, die unter unterschiedlichen Blickwinkeln unterschiedliche Informationen preisgeben, Drucke mit optisch variablen Pigmenten, die in Abhängigkeit von den Blickwinkeln unterschiedliche Farbeffekte erzeugen, und Drucke mit Metalleffektfarbe, die einen metallischen Schimmer aufweisen, zum Beispiel in einem Gold-, Silber- oder Bronzeton. Zusätzlich zu diesen ohne Hilfsmittel erkennbaren Merkmalen gibt es quasi-offenliegende Sicherheitsfäden, -fasern und -tinten, die unter Bestrahlung mit Ultraviolettlicht-(”UV”) oder Infrarotlichtquellen (”IR”) fluoreszieren oder phosphoreszieren.
Andere Sicherheitsmerkmale bei Papierwährungen umfassen numerische Wasserzeichen, Guilloche-Muster, das sind feine geometrische Muster, die durch eine geometrische Drehbank oder mathematisch erzeugt sind, Mikrodruck, digitale Wasserzeichen, Magnettinten und Magnetfäden, demetallisierte Sicherheitsfäden, holographische Zeichen, fluoreszierende Tinten, Sicherheitsfäden mit Linsenrasterfeld sowie fluoreszierende und nicht-fluoreszierende Sicherheitsfäden.
Hochgradig verdeckte Sicherheitsmerkmale umfassen ENIGMA (De La Rue International) und M (Geiseke und Devrient). Ein bedeutendes Sicherheitsmerkmal bei Währungen ist das M-Merkmal, wobei ”M” für ”maschinenlesbar” steht. Das M-Merkmal ist ein farbloses, anorganisches Oxid, das in das Papiersubstrat, die Drucktinte, Sicherheitstinte oder einen Sicherheitsfaden integriert ist, ohne dass es eine Veränderung im Erscheinungsbild der Banknote bewirkt. Das pulverförmige M-Merkmal kann in einer Spur in das Papiersubstrat eingesprüht werden, so dass ein spezieller Banknotennennwert damit identifiziert ist. Wenn es mit einem Lichtblitz aus einer starken Lichtquelle bestrahlt wird, emittiert das M-Merkmal in einem Sekundenbruchteil ein Lichtband, das schnell wieder verschwindet. Dieses wiederholbare, charakteristische Lichtband der Banknote kann von einer Leseeinrichtung authentifiziert werden. Die Zentralbanken schützen die Sicherheit des M-Merkmals, indem die Verwendung von Spezialsensoren zu seiner Erkennung erforderlich sind.
Da Fälscher raffinierter geworden sind, mussten auch die Sicherheitsmerkmale in solchen Urkunden weiterentwickelt werden, um ausgedehnte Fälschungen zu verhindern. Da die Substrate solcher Urkunden weiterentwickelt wurden, sind auch die Kosten zu ihrer Herstellung angestiegen, so dass auf diese Weise der Ersatz von verschlissener Währung ziemlich teuer wurde. Deshalb ist es von Bedeutung, dass solche Urkunden außer ihrer Sicherheit auch ein hohes Maß an Haltbarkeit aufweisen müssen.
Banknoten werden aus einer Reihe von Gründen aus dem Umlauf gezogen. Basierend auf einer Studie werden 81% der Noten wegen Verschmutzung eingezogen, 9% werden wegen Beschädigung durch mechanische Mittel, insbesondere Einreißen, eingezogen, 5% werden wegen Graffiti auf den Noten eingezogen, 4% werden wegen allgemeiner Abnutzung und Einrissen eingezogen und 1% werden wegen Beschädigung der Sicherheitselemente eingezogen. In der Regel fallen 60% bis 80% aller aussortierten Banknoten wegen Verschmutzung an.
Banknoten sind aufgrund von Anschmutzung und Einreißen der Noten, die von der Bevölkerung benutzt werden, für eine endliche Zeit im Umlauf. Beispielsweise sind ungefähr 4000 Doppelfaltungen (erst vorwärts und dann zurück) nötig, bevor ein US-Geldschein aus Papier zerreißt. Banknoten werden während ihrer Nutzungsdauer auf vielerlei Weise gehandhabt und erfahren eine Reihe von mechanischen Beanspruchungen, auch werden sie mit Substanzen in Kontakt gebracht, die die Noten verunreinigen können, was zu Schwierigkeiten bei ihrer Authentifizierung und im Gebrauch führt. Einer der Haupteinflussfaktoren auf die Lebensdauer einer Banknote, die für die niedrigsten Nennwerte am kürzesten ist, ist Verschmutzung. Eine Arbeit der holländischen Nationalbank hat gezeigt, dass die primäre Quelle von Verschmutzungen abgelagerter Talg nach Kontakt mit Fingern ist, wobei der Talg schließlich oxidiert und vergilbt. Weiterhin hat eine Studie des Microbiology Department der Universität von Karachi in Pakistan ermittelt, dass Währungsnoten auch Kontaminierungen tragen können, die zu Diarrhöe und Harnwegsinfektionen führen, außerdem zu Hautbrennen und septikämischen Infektionen. Eine Studie fand heraus, dass 26% der Noten große Mengen an Bakterien enthielten, und 80% der Noten trugen Spuren von Bakterien. Eine noch beunruhigendere Erkenntnis war, dass pathogene Keime, darunter Bakterien und Viren, auf Banknoten das Potential zur Entwicklung von Resistenzen gegen Antibiotika aufwiesen, was die Behandlung von Infektionskrankheiten noch erschwert.
Solch ”schmutziges” Geld ist nicht nur auf Entwicklungsländer beschränkt. Einige der Studien zu kontaminierter Währung aus den Vereinigten Staaten waren gleichermaßen aufschlussreich. In einer jüngeren Untersuchung, die für das Department of Endocrinology am Wright-Patterson Medical Center in Ohio durchgeführt wurde, haben Forscher 68 Eindollarnoten von einem Verkaufsstand bei einer Sportveranstaltung einer High-School und einer Kasse in einem Lebensmittelmarkt eingesammelt und sie auf Bakterienkontaminierung untersucht. Nur vier Scheine (sechs Prozent) enthielten keine nachweisbaren Keime.
Angesichts der riesigen Mengen an Banknoten, die selbst in kleinen Ländern in Umlauf sind, ist ein Bestimmen der Eignung von Banknoten nicht nur bei der Kostenkontrolle von Bedeutung, sondern stellt auch eine ernste technische Herausforderung hinsichtlich der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Genauigkeit dar. Darüber hinaus kann das Ausmaß der Verunreinigung einer Banknote nicht einfach in objektiven Regeln erfasst werden. Als Folge davon ist eine genaue Bestimmung der Eignung von Banknoten nicht nur aus Kostengesichtspunkten von Interesse, sondern sauberere Noten sind auch sicherer und attraktiver für die Bevölkerung. Studien haben gezeigt, dass Verschmutzung einer der primären Gründe dafür ist, dass Banknoten von Banknoteneignungssensoren, die sowohl Quellen für weißes Licht als auch spezifische Wellenlängen verwenden, als ungeeignet für den Umlauf beurteilt werden.
Um die Haltbarkeit und die Schmutzbeständigkeit dieser Substrate zu verbessern, ist es bekannt, wertvolle Urkunden mit einer schmutzabweisenden und/oder feuchtigkeitsbeständigen Schutzschicht zu verwenden, um die Lebensdauer der Urkunde und ihre Eignung für den Umlauf zu verlängern. Eine solche Schutzschicht enthält typischerweise Celluloseester oder Celluloseether zu einem höheren Anteil und mikronisiertes Wachs zu einem geringeren Anteil und wird über die gesamte Banknote aufgebracht. Das mikronisierte Wachs wird durch Verkneten oder Vermischen mit Öl, einem Tintenbinder oder einer Mischung davon dispergiert. Die mit der Schutzschicht frisch bedruckten Scheine können problemlos gestapelt werden, und ohne dass Druckerschwärze von einem Schein den darunter liegenden Schein befleckt.
Eine andere Beschichtungszusammensetzung, die nur ein Bindemittel und keine Füllstoffe enthält, wurde auf das Banknotenpapier aufgebracht, das aufgrund seiner Porosität eine große Oberflächenausdehnung oder eine hohe Oberflächenrauigkeit aufweist. Die Zusammensetzung wird in einer Schicht aufgebracht und weist eine Dicke mit einer glatten Oberfläche auf, so dass es damit wenig Möglichkeit für Schmutzablagerungen gibt. Weiter ist die Beschichtung dünn genug, dass sie die anderen genannten Eigenschaften des Papiers nicht beeinflusst.
Ein Problem bei diesem Ansatz liegt darin, dass bekannte Schutzschichten nicht haltbar sind oder sich abnutzen. Herkömmliche Schutzschichten, die Wasserlacke umfassen, können üblicherweise ein anspruchsvolles Anforderungsprofil nicht vollständig erfüllen. Zum Beispiel stehen sehr gute Qualitäten bei Abweisung und Anhaftung von Schmutz im Gegensatz zu einer Beständigkeit gegen das Eindringen von Flüssigkeiten und umgekehrt. Wasserlacke erfüllen deshalb derzeit die hohen Anforderungen an eine Schutzschicht beim Sicherheitsdruck, und insbesondere beim Banknotendruck, nur, wenn eine zweite Komponente in Form eines Vernetzungsmittels zugesetzt wird.
Ein weiteres Problem in Zusammenhang mit Banknoten liegt darin, dass Zentralbanken verschlissene und verschmutzte Noten auf Kosten der Steuerzahler ersetzen müssen. In den Vereinigten Staaten liegt das Volumen an erzeugten Noten bei Milliarden Noten pro Jahr (typischerweise 4–6 Milliarden). Die Produktion von Banknoten ist kostspielig, insbesondere im Fall der höheren Nennwerte, die viele Sicherheitsmerkmale aufweisen, die sowohl für die Bevölkerung und von Geldscheinautomaten maschinenlesbar und bei den Zentralbanken, die Hochgeschwindigkeitssortierer verwenden, zugänglich sind. Banknotensortierer von Gieseke und Devrient, De La Rue International und Toshiba verarbeiten Banknoten typischerweise bei Geschwindigkeiten von 10 bis 40 Banknoten/Sekunde und führen unter Verwendung von Sensoren im Durchlaufweg der Noten eine Anzahl von Diagnosen durch. Diese Sensoren sind eine Kombination von Authentifizierungssensoren sowie Noteneignungssensoren. Die Eignungssensoren verwenden primär Bildgebung und Analyse der aufgenommenen Bilder, um zu bestimmen, ob die Banknote zerstört oder zurück in Umlauf geführt werden sollte.
Die Kosten für ein Ersetzen von Banknoten sind signifikant, da die höheren Nennwerte Sicherheitsmerkmale der Stufen I, II und III zur Verwendung durch die Bevölkerung, kommerzielle Banken, Geldautomaten für Einzelnoten und Zentralbanken enthalten. In den Vereinigten Staaten beträgt das Währungsersatzbudget beispielsweise $ 747 Millionen und teilt sich auf wie folgt:
Noten zu $ 1 und $ 2–5,2 Cent pro Note
Noten zu $ 5 und $ 10–8,5 Cent pro Note
Noten zu $ 20 und $ 50–9,2 Cent pro Note
Noten zu $ 100–7,7 Cent pro Note
Noten zu $ 100 wie sie im Oktober 2013 herausgegeben werden – 13 Cent pro Note.
Bei über 150 Milliarden neuen Banknoten, die jedes Jahr weltweit hergestellt und gedruckt werden, haben die Kosten für den Ersatz ungeeigneter Währung $ 10 Milliarden jährlich erreicht. Zusätzlich zum Ersetzen der Noten, entstehen beträchtliche Abfallentsorgungskosten in Zusammenhang mit der Zerstörung der geschredderten Noten, die als ungeeignet bestimmt wurden. Dies beläuft sich auf ungefähr 150.000 Tonnen Abfall pro Jahr weltweit, bezogen auf den Gesamtumlauf von 150 Milliarden Noten weltweit. Das ist besonders problematisch für Polymernoten, die auch größere Umweltprobleme bezüglich Entsorgung durch Verbrennung und Deponierung darstellen.
Auf Grundlage dieser Fakten besteht ein Bedarf eine Möglichkeit zur Reinigung von Banknoten, die angeschmutzt, aber nicht zerrissen oder eingerissen sind, einzusetzen, die den Aufdruck und die Sicherheitsmerkmale der Note nicht angreift. Weiter besteht noch ein Bedarf an einem System, das eine gewisse Klasse von Eignungsparametern anwendet, um zu veranlassen, dass identifizierte Banknoten unter Verwendung eines Verfahrens, das den Aufdruck und die Sicherheitsmerkmale der Note nicht angreift, gereinigt werden, bevor eine Entscheidung getroffen wird, dass sie entweder zurück in Umlauf gebracht oder zerstört werden sollen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zum Reinigen von Banknoten, die angeschmutzt, aber nicht zerrissen oder eingerissen sind, wobei das Verfahren den Aufdruck und die Sicherheitsmerkmale der Banknoten nicht angreift, zur Verfügung zu stellen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Verfügung zu stellen, das eine gewisse Klasse von Eignungsparametern anwendet, um zu veranlassen, dass identifizierte Banknoten unter Verwendung eines superkritischen Fluids, das den Aufdruck und die Sicherheitsmerkmale der Banknoten nicht angreift, gereinigt werden, bevor eine Entscheidung getroffen wird, dass sie entweder zurück in Umlauf gebracht oder zerstört werden sollen.
Allgemein bietet die Erfindung in einem Aspekt ein Verfahren zum Reinigen eines Sicherheitsinstruments, das ein Substrat, sichtbare Angaben und ein Sicherheitsmerkmal beinhaltet, umfassend in Kontakt bringen des Sicherheitsinstruments mit einem superkritischen Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer, die ausreichend sind, um das Substrat zu reinigen und das Sicherheitsmerkmal und die sichtbaren Angaben nicht zu beeinträchtigen, wobei Reinigen des Substrats ein Entfernen einer oder mehrerer Substanzen vom Substrat in das superkritische Fluid beinhaltet.
Ausführungen der Erfindung beinhalten eines oder mehrere der folgenden Merkmale. Die sichtbaren Angaben können ein Bild, Authentifizierungsinformationen oder beides umfassen. Die eine oder die mehreren Substanzen können Fremdstoffe, Schmutz, Talg, pathogene Keime oder eine Kombination davon umfassen. Mindestens eine der einen oder der mehreren Substanzen kann in dem superkritischen Fluid löslich sein.
Das in Kontakt bringen kann weiter ein Strömen des superkritischen Fluids durch und um das Sicherheitsinstrument umfassen. Das Strömen kann ein Bewegen des Sicherheitsinstruments in dem superkritischen Fluid, Bewegen des superkritischen Fluids und Durchleiten von Ultraschallwellen durch das superkritische Fluid umfassen. Das Reinigen kann ein Desinfizieren umfassen. Das superkritische Fluid kann CO₂ beinhalten, und kann weiter eine ionische Flüssigkeit oder ein weiteres Gas umfassen.
Das Verfahren kann weiter ein Bestimmen der Eignung des Sicherheitsinstruments umfassen. Das Bestimmen der Eignung kann Abtasten das Sicherheitsinstruments zum Ermitteln von Informationen bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften des Sicherheitsinstruments und Bestimmen, ob die eine oder die mehreren Eigenschaften eines oder mehrere vorgegebene Kriterien erfüllen, umfassen. Die vorgegebenen Kriterien können ein akzeptables Maß an Einrissen, ein akzeptables Maß an Schlaffheit, ein akzeptables Maß an Graffiti und ein akzeptables Maß an Verschmutzung umfassen. Das Verfahren kann weiter ein Authentifizieren des Sicherheitsinstruments umfassen.
Das Verfahren kann weiter ein Einführen eines Einfangmaterials in das superkritische Fluid zum Entfernen mindestens eines Teils der einen oder der mehreren Substanzen aus dem superkritischen Fluid umfassen. Das Einfangmaterial kann ein Material mit hoher Oberflächenausdehnung umfassen, das pyrogene Kieselsäure beinhalten kann. Bei dem Verfahren kann die Dauer von 30 Minuten bis 12 Stunden betragen.
Allgemein bietet die Erfindung in einem anderen Aspekt ein Verfahren zum Reinigen einer Mehrzahl von Sicherheitsinstrumenten, wobei jedes Sicherheitsinstrument ein Substrat, sichtbare Angaben und ein Sicherheitsmerkmal beinhaltet, umfassend Sortieren der Sicherheitsinstrumente basierend auf einem oder mehreren vorgegebenen Kriterien, in Kontakt bringen der Sicherheitsinstrumente mit einem superkritischen Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer, die ausreichend sind, um die Substrate zu reinigen und die Sicherheitsmerkmale und die sichtbaren Angaben der Sicherheitsinstrumente nicht zu beeinträchtigen, wobei Reinigen der Substrate ein Entfernen einer oder mehrerer Substanzen von den Substraten in das superkritische Fluid beinhaltet.
Ausführungen der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Das Sortieren kann ein Abtasten der Sicherheitsinstrumente zum Bestimmen, ob eine oder mehrere Eigenschaften der Sicherheitsinstrumente das eine oder die mehreren vorgegebenen Kriterien erfüllen, umfassen. Das Verfahren kann weiter eine Kreislaufführung des superkritischen Fluids umfassen.
Allgemein bietet die Erfindung in einem anderen Aspekt eine Vorrichtung zum Reinigen eines Sicherheitsinstruments, das ein Substrat, sichtbare Angaben und ein Sicherheitsmerkmal beinhaltet, umfassend eine Kammer, die ein superkritisches Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer enthält, die ausreichend sind, um das Substrat zu reinigen und das Sicherheitsmerkmal und die sichtbaren Angaben des Sicherheitsinstruments nicht zu beeinträchtigen, und eine Struktur zum Halten des Sicherheitsinstruments in der Kammer, so dass das superkritische Fluid durch und um das Sicherheitsinstrument zirkuliert, um eine oder mehrere Substanzen in das superkritische Fluid zu entfernen.
Ausführungen der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Die Vorrichtung kann einen Bewegungsmechanismus zum Zirkulieren des superkritischen Fluids durch und um das Sicherheitsinstrument in der Kammer umfassen. Die Struktur zum Halten des Sicherheitsinstruments kann eine Ablage umfassen.
Allgemein bietet die Erfindung in einem anderen Aspekt eine Vorrichtung zum Reinigen einer Mehrzahl von Sicherheitsinstrumenten, wobei jedes Sicherheitsinstrument ein Substrat, sichtbare Angaben und ein Sicherheitsmerkmal beinhaltet, umfassend eine Sortiereinrichtung zum Bestimmen, ob die Sicherheitsinstrumente eine oder mehrere Eigenschaften aufweisen, die eines oder mehrere vorgegebene Kriterien erfüllen, eine Struktur zum Halten von Sicherheitsinstrumenten, die das eine oder mehrere vorgegebene Kriterien erfüllen, und eine Kammer, die ein superkritisches Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer enthält, die ausreichend sind, um die Substrate zu reinigen und die Sicherheitsmerkmale und die sichtbaren Angaben der Sicherheitsinstrumente nicht zu beeinträchtigen, bei der die Struktur zum Halten von Sicherheitsinstrumenten dazu ausgebildet ist, dass sie so in der Kammer angeordnet werden kann, dass das superkritische Fluid durch und um die Sicherheitsinstrumente zirkuliert, um eine oder mehrere Substanzen in das superkritische Fluid zu entfernen.
Allgemein bietet die Erfindung in einem anderen Aspekt ein Verfahren zum Restaurieren eines Materials, das ein Bild, Farbtexturen und/oder einen Aufdruck enthält, das umfasst in Kontakt bringen des Materials mit einem superkritischen Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer, die ausreichend sind, um das Material zu reinigen und das Bild, die Farbtexturen oder den Aufdruck nicht zu beeinträchtigen, wobei Reinigen des Materials ein Entfernen einer oder mehrerer Substanzen vom Material in das superkritische Fluid beinhaltet.
Ausführungen der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Das Material kann eine Urkunde sein, die einen Aufdruck enthält, oder ein Kunstwerk, das ein Gemälde mit Farbtexturen umfasst. Die eine oder die mehreren Substanzen können Fremdstoffe, Schmutz, Talg, pathogene Keime oder eine Kombination davon umfassen. Das superkritische Fluid kann CO₂ umfassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden leichter verständlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Phasendiagramm des superkritischen Fluids für Kohlendioxid zeigt,
2 ein Flussbild darstellt, das das Reinigen und Sortieren von Banknoten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 ein Flussbild darstellt, das das Reinigen und Sortieren von Banknoten gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 ein Flussbild darstellt, das den Reinigungszyklus der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 eine beispielhafte Hochdruckkammer für superkritisches Fluid zeigt,
6 einen Vergleich das gleichen Teils einer U.S. $ 1 Banknote vor und nach Beschichten und Oxidation einer Talgschicht zeigt,
7A Abbildungen einer U.S. $ 1 Banknote vor Behandlung mit Talg, nach Behandlung mit Talg und nach Reinigung mit einem superkritischen Fluid zeigt,
7B die Spektren für jede der in 7A dargestellten Abbildungen der U.S. $ 1 Banknote zeigt,
8 die Reflexionsspektren von Banknoten, die mit oxidiertem Talg beschichtet sind, vor und nach Reinigung mit superkritischen CO₂ gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
9 die Ergebnisse der Reinigung einer 5 Euronote gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
10A eine mit Motoröl verschmutzte Banknote vor und nach Reinigung mit einem superkritischen Fluid zeigt,
10B die Spektren der diffusen Reflexion der Banknote von 10A vor und nach Reinigung mit dem superkritischen Fluid zeigt,
11 die Fluoreszenzspektren von Sicherheitsfäden in Banknoten vor und nach Reinigung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
12 die Fluoreszenzspektren von Sicherheitsfäden in Banknoten vor und nach Reinigung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
13 die Robustheit von durch UV angeregten Emissionsmerkmalen in Sicherheitsfäden eines russischen Rubels zeigt.
14 die Robustheit von durch UV angeregten Emissionssicherheitsmerkmalen im Aufdruck auf einem chinesischen Yuan zeigt.
15 die Robustheit von durch UV angeregten Emissionssicherheitsmerkmalen im Aufdruck auf einem britischen Pfund vor und nach in Kontakt bringen mit einem superkritischen Fluid zeigt.
16A und 16B das Einschwingverhalten einer U.S. $ 1 Note, die im Umlauf ist, bzw. einer, die nicht im Umlauf ist, zeigen.
17A und 17B die Signale der ungebrauchten Note von 16B vor und nach Reinigung mit einem superkritischen Fluid zeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung stellt das Reinigen von Urkunden wie Banknoten unter Verwendung von superkritischen Fluiden zur Verfügung. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von Urkunden und Banknoten unter Verwendung von superkritischen Fluiden in einer Weise, bei der ihre darin enthaltenen sichtbaren Angaben, Druckfarben, Substrate oder Sicherheitsmerkmale nicht beschädigt oder anderweitig beeinträchtigt werden, zur Verfügung. Die Sicherheitsmerkmale und sichtbaren Angaben sind nicht beeinträchtigt, wenn sie für die Öffentlichkeit oder bei maschinenlesbarer Untersuchung für ihren vorgesehenen Zweck erkennbar bleiben. Die Substanzen, die von den Substraten der Urkunden entfernt werden können, umfassen Fremdstoffe, Schmutz, Talg von Benutzerhänden und pathogene Keime, darunter Bakterien und Viren. Ein solches Reinigen kann auch eine Wirkung zur Desinfektion der Banknoten haben. Es wird vermutet, dass die Anwendung der Reinigung mit superkritischem Fluid eine Verringerung der Anzahl an Banknoten, die jährlich ersetzt werden müssen, um 10% ermöglicht, während ein signifikanter Prozentsatz an verschmutzten Banknoten in den Umlauf zurückgeführt werden können, was auf diese Weise den Regierungen weltweit ungefähr $ 1 Milliarde pro Jahr einspart und die Umweltbelastung in Zusammenhang mit ungeeigneten Banknoten reduziert. Bei einer 10% Verringerung der jährlichen Produktion von Banknoten entspricht die geschätzte Abnahme der Kohlenstoffbilanz 10⁶ Tonnen CO₂.
Superkritische Fluide, insbesondere CO₂, vermischt mit anderen Gasen und Additiven, darunter ionische Flüssigkeiten, sind wirksame Lösungsmittel für eine Vielzahl von organischen Stoffen und wurden in einer Reihe von Reinigungs- und Extraktionsanwendungen verwendet, darunter Herstellung von Pharmazeutika, Parfumherstellung und Entkoffeinierung. Das Phasendiagramm des superkritischen Fluids für Kohlendioxid ist in 1 gezeigt. CO₂ zeigt einen superkritischen Punkt bei 72,9 atm und 304,25 K.
In der superkritischen Phase weist das CO₂-Material eine Dichte auf, die sich der von Flüssigkeit nähert, zeigt aber die Raumerfüllungseigenschaften einer gasartigen Substanz. Bei Kontakt mit CO₂ im superkritischen Zustand werden in gewissen Bereichen des Phasendiagramms viele organische Materialien ohne chemischen Angriff löslich. Insbesondere können die Materialien in das superkritische Fluid hinein entfernt werden, wenn ihre freie Energie gesenkt wird. Insbesondere ölige Substanzen wie Talg (auch nach Oxidation oder Hydrolyse), die hauptsächlich zur Verschmutzung von Banknoten beitragen, sowie andere Öle und Fremdstoffe sind im superkritischen CO₂ und anderen superkritischen Fluidgemischen löslich. Als wichtiger Punkt ist anzumerken, dass Banknoten nach ihrer Reinigung trocken sind, da CO₂ bei Raumtemperatur und Raumdruck sublimiert. Außerdem weist CO₂ als superkritisches Reinigungsmittel eine sehr geringe Umweltbelastung auf, da es eine der Treibhausgaskomponenten mit dem niedrigsten Einfluss darstellt. Jegliche Umweltbelastung in Zusammenhang mit der Verwendung von CO₂ ist minimal im Vergleich zu den Kosten und negativen Umweltbelastungen durch Entsorgen ungeeigneter Währung, z. B. durch Verbrennen oder auf Deponien. Weiterhin kann CO₂ zur Wiederverwendung und Kreislaufführung im Reinigungssystem nach Herausfiltern der Fremdstoffe recycelt werden.
Andere superkritische Fluide, insbesondere in Spurenmengen, können im Reinigungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann N₂O als superkritisches Fluid allein oder als Zusatz zu CO₂ verwendet werden. Da es eine dipolare Verbindung ist, erzeugt N₂O einen Löslichkeitsgrad im System, der mit CO₂ allein nicht erreicht werden kann. Gleichermaßen können CO oder SF₆ als superkritisches Fluid allein oder als Zusatz zu CO₂ verwendet werden. SF₆ ist wegen seiner starken elektronegativen Eigenschaften besonders geeignet in einem Reinigungssystem.
Zentralbanken verwenden Hochgeschwindigkeitssortiermaschinen, die mit optischen und mechanischen Inspektionssystemen bestückt sind, die die Banknoten untersuchen, um zu bestimmen, ob sie zerstört werden müssen oder zurück in Umlauf gebracht werden können. Insbesondere können solche Hochgeschwindigkeitssortiermaschinen verwendet werden, um Banknoten sowohl auf Echtheit und Eignung abzufragen. Die größten Sortiermaschinen arbeiten mit 40 Banknoten pro Sekunde und können bis zu 16 Sensoren aufweisen, um Fälschungen und Noten, die nicht für den erneuten Umlauf geeignet sind, zu entfernen. Die Eignungssensoren arbeiten primär mit optischer Bildanalyse und untersuchen eine Reihe von Parametern, darunter Einrisse, Klebestreifen, Graffiti und Anschmutzungen. Andere Sensoren können verwendet werden, um die Schlaffheit von Banknoten als weitere Größe zur Bestimmung, wann Noten geeignet sind oder ersetzt werden müssen, zu bestimmen. Außerdem können Banknoten authentifiziert werden, um zu bestimmen, ob sie gefälscht wurden, wobei Sicherheitsmerkmale der Noten verwendet werden, darunter sowohl offenliegende und maschinenlesbare Sicherheitsmerkmale. Authentifizierungsinformationen, die maschinentauglich sind, können auch alphanumerische oder Bilddaten sein, die auf die Banknoten aufgedruckt sind.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System zum Reinigen von Banknoten mit einem Eignungssensor zum Analysieren eingeführter Banknoten, der Noten auswählt, die aufgrund von Verschmutzung ungeeignet sind, aber ansonsten in Hinblick auf Schlaffheit und Fehlen von Abrissen, Einrissen und Graffiti noch brauchbar sind, zur Verfügung. Diese Parameter für akzeptable Eignungscharakteristiken können von der jeweiligen Zentralbank auf Grundlage von Populationstrends und Banknotenakzeptanzgrößen bestimmt und optimiert werden. In einer Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, können alle Banknoten in einer Reinigungskammer für superkritisches Fluid gereinigt werden und dann in Abhängigkeit davon, ob sie die vorgegebenen Eignungskriterien erfüllen, für eine Rückführung oder Zerstörung und/oder Schreddern sortiert werden. Wie in 3 gezeigt ist, können in einer anderen Ausführungsform Banknoten, die bis auf ihren Verschmutzungsgrad geeignet sind, in eine Reinigungskammer für superkritisches Fluid geleitet werden. Die ausgewählten Banknoten werden in die Kammer gebracht und superkritisches CO₂ wird bei optimalen Bedingungen von Druck, Temperatur und Dauer für die jeweilige Banknotennennwerte, Ausgestaltungen und Substrate angewendet, um Schmutzablagerungen von der Banknote zu entfernen. Die erforderlichen oder optimalen Bedingungen von Temperatur, Druck und Dauer hängen von der Flüssigkeit oder den Flüssigkeiten im superkritischen Fluid ab, ebenso von Zusätzen wie ionischen Fluiden oder weiteren Gasen. Die gereinigten Banknoten können dann zu einem zweiten Sortiersystem geleitet werden, das die mit superkritischem Fluid gereinigten Noten annimmt und eine Eignungsmessung durchführt, um diejenigen, die für eine Wiederverwendung durch die Bevölkerung bereit sind, von denen zu unterscheiden, die nicht erfolgreich gereinigt wurden. Die letzteren können aussortiert und zur Zerstörung und/oder zum Schreddern abgetrennt werden.
Banknoten, die sortiert worden sind oder die auf andere Weise dem Reinigungsprozess der vorliegenden Erfindung unterzogen werden, können in Haltestrukturen oder Ablagen platziert werden, die innerhalb der Kammer für superkritisches Fluid angeordnet sein können, und die es dem superkritischen Fluid erlauben durch und um sie zu strömen, so dass eine Reinigung bewirkt wird. Der Reinigungsprozess in der Kammer für superkritisches Fluid kann weiter durch die Verwendung eines Bewegungsmechanismus verstärkt werden, der Ultraschallwellen durch das superkritische Fluid leiten kann, die Banknoten (oder die Strukturen, die sie halten) bewegen kann oder auf andere Weise das superkritische Fluid bewegen kann.
In einer Ausführungsform weisen die Banknoten eine Dicke von 0,1 mm auf und können in Haltern oder Ablagen gehalten werden, die in einem Abstand von 0,5 mm voneinander getrennt sind. Aufgrund dieser Geometrie kann eine Kammer für superkritisches Fluid mit einem Volumen in der Größenordnung von 1 m³ über 1 Million Noten pro Tag reinigen. Wenn in den Vereinigten Staaten jedes Jahr 30 Milliarden Banknoten bearbeitet werden, könnten Kammern für superkritisches Fluid mit einem Volumen in der Größenordnung von 100 m³ die gesamte bearbeitete US-Währung reinigen, auch ohne vorheriges Sortieren der Noten.
Zur Vermeidung, dass Talg, der von den Banknoten abgezogen wurde, die Kammer überzieht oder sich erneut auf den Banknoten ablagert, und zur Vermeidung, dass superkritisches CO₂ sich mit dem in Lösung befindlichem Talg sättigt, kann ein Einfangmaterial vorgesehen werden, um den Talg aus dem superkritischen CO₂ zu entfernen. Während viele Einfangmaterialien eingesetzt werden können, um den Talg aus der Lösung von superkritischem CO₂ abzuziehen, wird bevorzugt pyrogene Kieselsäure eingesetzt. Das Einfangmittel hilft dabei, eine Sättigung des superkritischen Fluids zu verhindern und kann ein Material mit großer Oberflächenausdehnung sein, an der sich die Fremdstoffe anheften können. Pyrogene Kieselsäure ist ein synthetisches, amorphes, kolloidales Siliciumdioxid. Es wird durch Dampfhydrolyse von Chlorsilanen, wie Siliciumtetrachlorid, in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme bei 1800°C gebildet. Beim Verbrennungsprozess bilden sich geschmolzene Kügelchen aus amorphem Siliciumoxid. Pyrogene Kieselsäure ist ein weißes lockeres Pulver, das aus kugelförmigen Primärpartikeln besteht, die eine Durchschnittsgröße im Bereich von 7 bis 40 Nanometern im Durchmesser aufweisen, bei einer Oberfläche von 400 bis 50 Quadratmetern pro Gramm. Primärpartikel liegen nicht isoliert vor; sie bilden Aggregate und Agglomerate. Technische Eigenschaften der pyrogenen Kieselsäure sind nicht nur durch die Primärpartikel bestimmt, sondern auch durch die Agglomeratgrößenverteilung. Die pyrogene Kieselsäure weist keine klar definierte Agglomeratgröße auf. Die Partikelgrößenverteilung wird mit zunehmender mittlerer Partikelgröße breiter und die Tendenz zur Bildung von Agglomeraten verringert sich.
Während des Reinigungsprozesses wird bevorzugt das gesamte eingesetzte CO₂ aufgefangen, um zu verhindern, dass es in die Umwelt gelangt. Das aufgefangene CO₂ wird weiterhin zur Verwendung in nachfolgenden Reinigungsprozessen recycelt, um die Umweltbelastung durch den Reinigungsprozess insgesamt zu verringern. Der Reinigungsprozess der vorliegenden Erfindung minimiert die Belastung der Umwelt dadurch, dass die Tausenden von Tonnen geschredderter Währung, die in einer Deponie oder durch Verbrennung entsorgt werden müssen, verringert werden.
4 stellt den Reinigungszyklus der vorliegenden Erfindung dar. In einer alternativen Ausführungsform kann das Reinigungssystem in einem Tresor zur Bargeldlagerung vorgesehen sein, der so ausgebildet ist, dass ein superkritischer Fluidzustand innerhalb des Tresors möglich ist, um darin gelagerte Banknoten zu reinigen. Dies kann bei Banknoten ausgeführt werden, die noch zu bearbeiten sind, was eine höhere Ausbeute an Noten ergibt, die für eine Rückführung nach der Standardverarbeitung durch die Zentralbank geeignet sind. Ein solcher Tresor mit Reinigungskammer für superkritisches Fluid kann auch bei kommerziellen Banken verwirklicht werden, die eine Rückvergütung erhalten können, wenn sie diesen Schritt unternehmen.
Unter Verwendung einer Hochdruckkammer für superkritisches Fluid wurden Tests an Banknoten durchgeführt. Eine beispielhafte Kammer ist in 5 dargestellt, die eine $ 20 Banknote darin mit CO₂ in der superkritischen Phase zeigt. Die Kammer wurde aus 3/4'' Aluminium mit einem Beobachtungsfenster aus 1'' Plexiglaspolymer gebaut. Die Kammer wurde aus kaltgezogenen runden nahtlosen mechanischen Rohren (MT-1018) mit Gewindeendkappen oben und unten aus kaltgefertigten Stahlstäben AISI C1018 konstruiert. Die fertige Kammer wies einen Durchmesser von 6,75'' und eine Länge von ungefähr 12,75'' auf. Der Durchmesser betrug 5,875'', wobei eine Wanddicke von 0,4375'' verbleibt. Bei der Kammer wurden doppelte 1/4'' (npt) Gewindestücke in die Zylinderwand vor der Reinigungskammer zum Befüllen und Entleeren eingearbeitet, und ein zweiter Gewindesatz von 1/4'' (npt) in der oberen Abdeckung zur Installation einer Drucküberwachungseinrichtung und eines Sicherheitsventils. Die gefertigten Komponenten wurden zum Korrosionsschutz mit 0,0001'' bis 0,0003'' stromlos vernickelt. Die Kammer kann bei Temperaturen im Bereich von 25°C bis 60°C und bei Drücken bis zu 2000 psi über eine Dauer von 30 Minuten bis 12 Stunden betrieben werden. Außerdem kann die Kammer in ein wässriges Ultraschallbad getaucht werden, um den Reinigungsprozess zu verstärken.
Das hier beschriebene Testen wurde an allen Noten bei der gleichen Temperatur und dem gleichen Druck durchgeführt. Kurz gesagt, das Testen zeigte, dass Talg, Kaffee und Motoröl von den Banknoten entfernt wurden, ohne die Sicherheitsmerkmale der Noten zu beeinträchtigen. Darüber hinaus wurden in einem Test eine US $ 1 Note mit einer Kolonie von Micrococcus luteus, einem Hautbakterium, und 234 Kolonien von Hefen (Pilzen) unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gereinigt und desinfiziert, und keiner der pathogenen Keime verblieb auf der Note.
Beim Testen des Reinigungsprozesses der vorliegenden Erfindung wurden Banknoten mit einem Talgmaterial beschichtet, das primär aus 18% freien Fettsäuren, 37,8% Rindertalg und 18,3% Lanolin zusammengesetzt war. Nach ihrer Beschichtung wurden die Banknoten 8 Tage lang bei 90°C und 65% relativer Feuchte in eine Kammer mit Temperaturregelung gebracht, um ein beschleunigtes Altern und Umlaufen der Banknote zu simulieren. Nachdem Oxidation stattfindet, entwickelt der Talg eine gelbliche Färbung, die zusammen mit dem Index-Matching-Effekt zu einer angeschmutzten Note führte, die den bei umlaufender Währung gefundenen ähnlich ist. Als Beispiel zeigt 6 einen Vergleich nebeneinandergestellter gleicher Teile einer neuen US $ 1 Banknote vor und nach Beschichten und Oxidation mit einer Talgschicht.
Sobald die Noten angeschmutzt waren, wurden sie unter Verwendung von superkritischem CO₂ bei 50°C und 1600 psi 3 bis 8 Stunden lang gereinigt. Eine Charakterisierung wurde vorgenommen, um die Überlebensfähigkeit von verschiedenen Sicherheitsmerkmalen für Umgebungslicht bei Betrachtung unter UV-Licht und maschinenlesbaren Merkmalen wie magnetischen und hochgradig verdeckten Merkmalen, wie ENIGMA (De La Rue International) und M (Gieseke und Devrient), vor und nach dem Reinigungsprozess zu bestimmen. Das Entfernen von Talg wurde durch Messen des Spektrums der diffusen Reflexion untersucht und UV-Merkmale wurden davor und danach mit einem kalibrierten Fluorimeter charakterisiert. Außerdem wurde die Porosität mit einem im Haus entwickelten Photoporosimeter gemessen, was die Bestimmung von relativen Veränderungen ermöglichte, die durch den Reinigungsprozess mit dem superkritischen CO₂ bei US-Banknoten verursacht waren. Auf Basis von Pulpe hergestellte Banknoten aus den USA, Europa und China sowie Polymerbanknoten gebildet aus biaxial orientiertem Polypropylen, die vor dem Bedrucken mit einer anorganischen lichtundurchlässigen Schicht beschichtet wurden, wurden alle unter Anwendung dieser Methoden getestet.
Es wurden Experimente an einer Anzahl an Banknoten durchgeführt, wobei ein Schwerpunkt auf US-Banknoten aus Papier lag, das ungefähr 75% Baumwoll- und 25% Leinenfasern aufweist, und die vom United States Bureau of Engraving and Printing bedruckt wurden. Ergebnisse des Reinigungsprozesses sind in den 7A und 7B zu sehen. 7A stellt Abbildungen einer US $ 1 Banknote vor Behandlung mit Talg, nach Behandlung mit Talg und nach Reinigung mit superkritischem CO₂ bei 50°C über 8 Stunden mit Ultraschalleinwirkung dar. Es ist von Bedeutung anzumerken, dass US-Banknoten eine talgartige Tauchbeschichtung aufweisen, die zu einer gelblichen Färbung der Banknoten führt, selbst wenn sie brandneu sind. Dementsprechend kann eine Reinigung, wegen der Einschränkung bei den US-Banknoten, als nicht so wirksam zur Entfernung allen Talgs erscheinen, als dies tatsächlich der Fall ist. 7B stellt die Spektren für jede der in 7A abgebildeten US $ 1 Banknoten dar. Ausgehend von diesen Ergebnissen hat der Reinigungsprozess mit superkritischem CO₂ oxidierten Talg von US-Banknoten wirksam entfernt. Der Prozess entfernt in der Größenordnung von 20% der abgelagerten Talgschicht und scheint bevorzugt Reste zu entfernen, die für eine Absorption im Bereich 500 nm bis 650 nm verantwortlich sind, die wahrscheinlich die längeren Fettsäurekomponenten in der Mischung sind.
Die Ergebnisse der Reinigung auf diese Weise sind auch in den Schaubildern der 8 zu sehen. Es ist darin zu sehen, dass der hier offenbarte Prozess eine wesentliche Menge an Schmutz von den Noten reinigt, was durch den nahezu 10% Anstieg in der Reflexion der Note in den Spektren vom nahen Ultraviolett und sichtbaren Bereich belegt ist. Eine solche Reinigung erhöht nicht nur die Reinlichkeit und das Erscheinungsbild der Note, sondern erhöht auch die Maschinenlesbarkeit der Sicherheitsmerkmale auf der Note.
Wie in 9 sichtbar ist, demonstrieren die Gesamtergebnisse, die für eine 5 Euronote gezeigt sind, klare Ergebnisse des Reinigungsprozesses. Die linke Seite der Abbildung zeigt das Stück der Note, das unter Verwendung von superkritischem CO₂ bei 1600 psi und 55°C 8 Stunden lang gereinigt wurde. Vor der Reinigung wurde die Note mit Bey-Talg beschichtet und verweilte neun Tage lang bei 90°C und 70% relativer Feuchte.
Als weitere Demonstration der Wirksamkeit der superkritischen Reinigung von Banknoten wurden der Prozess an Banknoten getestet, die mit Motoröl (z. B. Shell ASE 20) verschmutzt waren. 10A stellt eine mit Motoröl angeschmutzte Banknote vor und nach dem Reinigen dar. Die Abbildungen zeigen eindeutig die Wirksamkeit des Reinigungsprozesses und die Angaben in 10B zeigen die Spektren der diffusen Reflexion vor und nach dem Reinigen.
Der Schlüssel zur Realisierbarkeit zum Recycling von verschmutzten Banknoten unter Verwendung dieser Reinigungstechniken ist eine trockene Entfernung der oxidierten Öle und anderen Fremdstoffe, während die Integrität und Brauchbarkeit der wichtigen und kostspieligen offenliegenden und maschinenlesbaren Sicherheitsmerkmale der Banknoten erhalten bleiben. Optische Untersuchungen aller Banknoten ergaben, dass keine Veränderungen in der Qualität oder dem Kontrast der Aufdrucke nach der Reinigung beobachtet wurden, darunter flexographische Tinten, Gravurtinten und Tiefdrucktinten sowie optische variable Tinten.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die Sicherheitsmerkmale der Banknoten durch den Reinigungsprozess entweder vollkommen unbeeinflusst bleiben oder leicht verringert werden. Insbesondere bleiben die magnetischen Tinten, Fluoreszenz von UV-aktiven Merkmalen, Hologramme, metallisierte und demetallisierte Fäden und optisch variable Tinten nach dem Reinigungsprozess intakt und funktionsfähig. Wie in 11 gezeigt ist, bleibt die Fluoreszenz des Sicherheitsfadens in einer US $ 20 Note insgesamt unbeeinflusst. Außerdem ist die Fluoreszenz des Fadens in einer US $ 5 Note nach extremer Einwirkung von superkritischem CO₂ etwas verringert, jedoch ist die Leistungsfähigkeit nicht so herabgesetzt, dass ein Verifizierungsprozess durch Sicht oder Maschine beeinträchtigt wäre. 12 zeigt die Fluoreszenz von Sicherheitsfäden bei verschiedenen Banknoten, namentlich Noten von US $ 5, US $ 10, US $ 20, US $ 50, US $ 100 und 50 Rupien, sowohl vor und nach einer Reinigung durch Einwirken von superkritischem CO₂.
Zusätzlich zu emittierenden Sicherheitsfäden wurden Polymersicherheitsfasern wie sie typischerweise in vielen Banknoten auf der Welt gefunden werden, untersucht. Beispielsweise wurden die Auswirkungen des Reinigungsprozesses auf die Fasern im russischen Rubel geprüft. Die in 13 dargestellten Daten zeigen die Robustheit der durch UV angeregten Emissionsmerkmale gegenüber dem Reinigungsprozess in Bezug auf die Sicherheitsfasern in der russischen 100-Rubelbanknote.
Durch langes UV angeregte emittierende Sicherheitsmerkmale werden auch oft auf eine Banknote aufgedruckt, wobei Lithographie-, Flexographie-, Gravur- und Tiefdruckverfahren angewendet werden. Beispiele hierzu sind der Yuan, der Euro und das britische Pfund. Aufgedruckte emittierende Merkmale wurden bei diesen und auch anderen Währungen untersucht, und die Ergebnisse zeigten bei den meisten von ihnen, dass sie in hohem Maße robust sind, wie es durch die Daten für den chinesischen Yuan in 14 dargestellt ist.
Experimente mit UK-Banknoten aus dem Vereinigten Königreich, die ein zweifarbiges UV-Emissionsmuster aufweisen, ergaben, dass diese Pigmente teilweise abgelöst wurden. Experimente nur unter thermischer Einwirkung bestätigten, dass dies entweder das Ergebnis einer Auflösung oder einer Reaktion mit dem CO₂ ist, und kein thermischer Abbau des Fluorophors oder Leuchtstoffs. 15 stellt das Muster vor und nach Einwirkung von superkritischem CO₂ bei 50°C über 8 Stunden und die aufgetretenen Spektralveränderungen dar. Es ist aus der Belastbarkeit am Beispiel des chinesischen Yuan klar, dass Tinten so formuliert werden können, dass sie im Reinigungsprozess belastbar sind, dass aber einige der vorhandenen Tintenbasen dies nicht sind.
Wie zuvor diskutiert spielen maschinenlesbare Sicherheitsmerkmale in der Banknotensicherheit eine bedeutende Rolle. Die am meisten verbreiteten maschinenlesbaren Sicherheitsmerkmale basieren auf Magnetismus und Kapazität und werden am häufigsten in Zahleinrichtungen für Einzelnoten genutzt, die von Bankautomaten bis Geldwechslern und Verkaufsautomaten reichen.
Die in einer Reihe von Banknoten, und insbesondere bei Banknoten in den USA und in Europa, verwendeten Magnettinten haben sich als robust und durch den Reinigungsprozess mit superkritischem Fluid bei 50°C und über bis zu 16 Stunden unverändert gezeigt. Kapazitive maschinenlesbare Merkmale wie sie in Sicherheitsfäden genutzt werden, die auf Metallisierung beruhen, haben einen Test bis zu 16 Stunden ebenso überstanden.
Zusätzlich zu den maschinenlesbaren Merkmalen, die im öffentlichen Bereich und von kommerziellen Banken verwendet werden, setzen Zentralbanken eine oder mehrere verdeckte Merkmale ein, die typischerweise bei Geschwindigkeiten bis zu 40 Banknoten/Sekunde in Hochgeschwindigkeitssortierern gelesen werden. Diese Merkmale sind nur den Zentralbanken, den Vollzugsbehörden und den Firmen, die sie liefern, bekannt. Eine dieser Technologien ist das über dreißig Jahre alte M-Merkmal, das von Siegfried Otto bei Gieseke und Devrient entwickelt wurde. Dieses Sicherheitsmerkmal erwies sich im Reinigungsprozess mit superkritischem Fluid als belastbar, da es auf anorganischem Material basiert. Wie bei den meisten emittierenden Tinten liegt der Schlüssel zur Beibehaltung der Robustheit in der richtigen Wahl des Ausgangsmaterials, wenn es ein Druckformat ist. Die verschiedenen ENIGMA-Sicherheitsmerkmalsignaturen von De La Rue International wurden getestet und haben sich nach dem Reinigungsprozess über 16 Stunden bei 50°C als robust und unverändert gezeigt.
Ein weiterer wichtiger Parameter, der zum Bestimmen der Eignung von Banknoten verwendet wird, ist Schlaffheit. Wenn Banknoten in Umlauf waren, führt der mechanische Abrieb durch Falten, Handhabung und Verwendung in Geldscheinautomaten zu einem Verlust an mechanischer Elastizität, was dazu führt, dass die Noten schlaff werden. Es wurde gezeigt, dass diese ”Schlaffheit” direkt mit Veränderungen in der Porosität der Banknote durch mechanischen Abrieb in Zusammenhang steht. Die Porosität der Banknoten nimmt im Gebrauch zu und manifestiert sich in einer geringeren effektiven Elastizitätskonstante. Schlaffheit wird im Bereich des automatischen Sortierens unter Verwendung von Akustik- und Ultraschall-Reflexion gemessen.
Die Porosität von Banknoten wurde gemessen, um die Auswirkungen von superkritischem CO₂ und erhöhter Temperaturen auf das Substrat zu bestimmen. Superkritisches CO₂ könnte ein Quellen des Fasernetzwerks auslösen, das eine Hysterese aufweisen und die Banknoten poröser machen könnte. Es ist auch möglich, da Papier ein nicht im Gleichgewicht befindliches Netzwerk ist, das relaxierte nach Behandlung mit superkritischem CO2 im Vergleich zum Ausgangszustand verdichtet sein könnte.
Die Messungen wurden unter Verwendung einer im Haus gebauten transienten Gasdiffusionsanlage mit Ar als Transportmittel vorgenommen. Das Ar-Gas wurde auf der anderen Seite der Note optisch detektiert. Das System verwendete ein Magnetventil, um einen Ar-Ausstoß zu erzeugen, der dann detektiert wurde, wenn er durch das Netzwerk diffundiert. Eigentlich war die Verzögerungszeit ein Maß für das Produkt von Porenanteil-Tortuosität. Die 16A und 16B stellen die Einschwingvorgänge für eine US $ 1 Note dar, die in Umlauf ist, bzw. für eine, die noch ungebraucht ist. Die Figuren demonstrieren, dass die ungebrauchte Note eine geringere Porosität aufweist, was sowohl zu einem verringerten Signal und einer längeren Verzögerung zum Ar-Puls führt, wie in der gelben Spur gezeigt. Die 17A und 17B stellen die Signale der ungebrauchten Note vor und nach Reinigung mit superkritischem CO₂ dar, und dass der Prozess keine Auswirkung auf die Porosität und damit die Schlaffheit der Note hat.
Das hierin offenbarte Verfahren zum Reinigen von Banknoten kann auch zum Reinigen und Restaurieren von anderen Materialien verwendet werden, darunter Bilder, Farbtexturen, Drucke oder Kombinationen davon, ohne die Integrität der Bilder, Farbtexturen und Drucke zu beeinträchtigen. Die Materialien können solche sein, bei denen eine Restaurierung gewünscht ist, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, Dokumente und Kunstwerke, wie Gemälde. Wie beim Verfahren zum Reinigen von Banknoten kann superkritisches Fluid, wie CO₂, zum Entfernen von Substanzen, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, Fremdstoffe, Schmutz, Talg und pathogene Keime von dem Material verwendet werden, ohne Bilder, Farbtexturen oder Aufdrucke zu zerstören, die sich auf dem Material befinden können.
Die oben angeführten Ausführungsformen und Beispiele dienen der Erläuterung und es können viele Variationen hierzu vorgenommen werden, ohne den Geist der Offenbarung oder den Rahmen der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Zum Beispiel können Elemente und/oder Merkmale verschiedener erläuternder und beispielhafter Ausführungsformen hierbei im Rahmen dieser Offenbarung miteinander kombiniert werden und/oder gegeneinander ausgetauscht werden. Die Gegenstände der Erfindung, zusammen mit verschiedenen Merkmalen der Neuheit, die die Erfindung kennzeichnen, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen herausgestellt und bilden Teil dieser Offenbarung. Zum besseren Verständnis der Erfindung, seiner praktischen Vorteile und der speziellen Ziele, die durch ihre Anwendungen erreicht werden, wird auf die begleitenden Zeichnungen und Beschreibung Bezug genommen, worin eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.

Claims

Verfahren zum Reinigen eines Sicherheitsinstruments, das ein Substrat, sichtbare Angaben und ein Sicherheitsmerkmal beinhaltet, umfassend: in Kontakt bringen des Sicherheitsinstruments mit einem superkritischen Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer, die ausreichend sind, um das Substrat zu reinigen und das Sicherheitsmerkmal und die sichtbaren Angaben nicht zu beeinträchtigen, wobei Reinigen des Substrats ein Entfernen einer oder mehrerer Substanzen vom Substrat in das superkritische Fluid beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die sichtbaren Angaben ein Bild, Authentifizierungsinformationen oder beides umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die eine oder die mehreren Substanzen Fremdstoffe, Schmutz, Talg, pathogene Keime oder eine Kombination davon umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine der einen oder der mehreren Substanzen in dem superkritischen Fluid löslich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das in Kontakt bringen weiter ein Strömen des superkritischen Fluids durch und um das Sicherheitsinstrument umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Strömen ein Bewegen des Sicherheitsinstruments in dem superkritischen Fluid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Strömen ein Bewegen des superkritischen Fluids umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Strömen ein Durchleiten von Ultraschallwellen durch das superkritische Fluid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Reinigen ein Desinfizieren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das superkritische Fluid CO₂ umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das superkritische Fluid weiter eine ionische Flüssigkeit oder ein weiteres Gas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend Bestimmen der Eignung des Sicherheitsinstruments.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Bestimmen der Eignung umfasst: Abtasten des Sicherheitsinstruments zum Ermitteln von Informationen bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften des Sicherheitsinstruments, und Bestimmen, ob die eine oder die mehreren Eigenschaften ein oder mehrere vorgegebene Kriterien erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Einrissen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Schlaffheit umfassen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Graffiti umfassen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Verschmutzung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend Authentifizieren des Sicherheitsinstruments.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend Einführen eines Einfangmaterials in das superkritische Fluid zum Entfernen mindestens eines Teils der einen oder der mehreren Substanzen aus dem superkritischen Fluid.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Einfangmaterial ein Material mit hoher Oberflächenausdehnung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Einfangmaterial pyrogene Kieselsäure umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dauer von 30 Minuten bis 12 Stunden beträgt.
Verfahren zum Reinigen einer Mehrzahl von Sicherheitsinstrumenten, wobei jedes Sicherheitsinstrument ein Substrat, sichtbare Angaben und ein Sicherheitsmerkmal beinhaltet, umfassend: Sortieren der Sicherheitsinstrumente basierend auf einem oder mehreren vorgegebenen Kriterien, in Kontakt bringen der Sicherheitsinstrumente mit einem superkritischen Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer, die ausreichend sind, um die Substrate zu reinigen und die Sicherheitsmerkmale und die sichtbaren Angaben der Sicherheitsinstrumente nicht zu beeinträchtigen, wobei Reinigen der Substrate ein Entfernen einer oder mehrerer Substanzen von den Substraten in das superkritische Fluid beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die sichtbaren Angaben ein Bild, Authentifizierungsinformationen oder beides umfassen.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die eine oder die mehreren Substanzen Fremdstoffe, Schmutz, Talg, pathogene Keime oder eine Kombination davon umfassen.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem mindestens eine der einen oder der mehreren Substanzen in dem superkritischen Fluid löslich ist.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das in Kontakt bringen weiter ein Strömen des superkritischen Fluids durch und um die Sicherheitsinstrumente umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem Reinigen ein Desinfizieren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das superkritische Fluid CO₂ umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das superkritische Fluid weiter eine ionische Flüssigkeit oder ein weiteres Gas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Sortieren ein Abtasten der Sicherheitsinstrumente zum Bestimmen, ob eine oder mehrere Eigenschaften der Sicherheitsinstrumente das eine oder die mehreren vorgegebenen Kriterien erfüllen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Einrissen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Schlaffheit umfassen.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Graffiti umfassen.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Verschmutzung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 23, weiter umfassend Authentifizieren der Sicherheitsinstrumente.
Verfahren nach Anspruch 23, weiter umfassend Einführen eines Einfangmaterials in das superkritische Fluid zum Entfernen mindestens eines Teils der einen oder der mehreren Substanzen aus dem superkritischen Fluid.
Verfahren nach Anspruch 23, weiter umfassend Führen des superkritischen Fluids im Kreislauf.
Vorrichtung zum Reinigen eines Sicherheitsinstruments, das ein Substrat, sichtbare Angaben und ein Sicherheitsmerkmal beinhaltet, umfassend: eine Kammer, die ein superkritisches Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer enthält, die ausreichend sind, um das Substrat zu reinigen und das Sicherheitsmerkmal und die sichtbaren Angaben des Sicherheitsinstruments nicht zu beeinträchtigen, und eine Struktur zum Halten des Sicherheitsinstruments in der Kammer, so dass das superkritische Fluid durch und um das Sicherheitsinstrument zirkuliert, um eine oder mehrere Substanzen in das superkritische Fluid zu entfernen.
Vorrichtung nach Anspruch 39, weiter umfassend einen Bewegungsmechanismus zum Zirkulieren des superkritischen Fluids durch und um das Sicherheitsinstrument in der Kammer.
Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der die Struktur zum Halten des Sicherheitsinstruments eine Ablage umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der die sichtbaren Angaben ein Bild, Authentifizierungsinformationen oder beides umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der die eine oder die mehreren Substanzen Fremdstoffe, Schmutz, Talg, pathogene Keime oder eine Kombination davon umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der mindestens eine der einen oder der mehreren Substanzen in dem superkritischen Fluid löslich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der Reinigen ein Desinfizieren umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der das superkritische Fluid CO₂ umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der das superkritische Fluid weiter eine ionische Flüssigkeit oder ein weiteres Gas umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der das superkritische Fluid weiter ein Einfangmaterial zum Entfernen mindestens eines Teils der einen oder der mehreren Substanzen aus dem superkritischen Fluid umfasst.
Vorrichtung zum Reinigen einer Mehrzahl von Sicherheitsinstrumenten, wobei jedes Sicherheitsinstrument ein Substrat, sichtbare Angaben und ein Sicherheitsmerkmal beinhaltet, umfassend: eine Sortiereinrichtung zum Bestimmen, ob die Sicherheitsinstrumente eine oder mehrere Eigenschaften aufweisen, die eines oder mehrere vorgegebene Kriterien erfüllen, eine Struktur zum Halten von Sicherheitsinstrumenten, die das eine oder die mehreren vorgegebenen Kriterien erfüllen, und eine Kammer, die ein superkritisches Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer enthält, die ausreichend sind, um die Substrate zu reinigen und die Sicherheitsmerkmale und die sichtbaren Angaben der Sicherheitsinstrumente nicht zu beeinträchtigen, bei der die Struktur zum Halten von Sicherheitsinstrumenten dazu ausgebildet ist, dass sie so in der Kammer angeordnet werden kann, dass das superkritische Fluid durch und um die Sicherheitsinstrumente zirkuliert, um eine oder mehrere Substanzen in das superkritische Fluid zu entfernen.
Vorrichtung nach Anspruch 49, weiter umfassend einen Bewegungsmechanismus zum Zirkulieren des superkritischen Fluids durch und um die Sicherheitsinstrumente in der Kammer.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der die Struktur zum Halten der Sicherheitsinstrumente eine Ablage umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der die sichtbaren Angaben ein Bild, Authentifizierungsinformationen oder beides umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der die eine oder die mehreren Substanzen Fremdstoffe, Schmutz, Talg, pathogene Keime oder eine Kombination davon umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der mindestens eine der einen oder der mehreren Substanzen in dem superkritischen Fluid löslich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der Reinigen ein Desinfizieren umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der das superkritische Fluid CO₂ umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der das superkritische Fluid weiter eine ionische Flüssigkeit oder ein weiteres Gas umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der das superkritische Fluid weiter ein Einfangmaterial zum Entfernen mindestens eines Teils der einen oder der mehreren Substanzen aus dem superkritischen Fluid umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Einrissen umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Schlaffheit umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Graffiti umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der die vorgegebenen Kriterien ein akzeptables Maß an Verschmutzung umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei der die vorgegebenen Kriterien umfassen, ob das Sicherheitsinstrument authentisch ist.
Verfahren zum Restaurieren eines Materials, das ein Bild, Farbtexturen und/oder einen Aufdruck enthält, umfassend: in Kontakt bringen des Materials mit einem superkritischen Fluid bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Dauer, die ausreichend sind, um das Material zu reinigen und das Bild, die Farbtexturen oder den Aufdruck nicht zu beeinträchtigen, wobei Reinigen des Materials ein Entfernen einer oder mehrerer Substanzen vom Material in das superkritische Fluid beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 64, bei dem das Material eine Urkunde ist, die einen Aufdruck enthält.
Verfahren nach Anspruch 64, bei dem das Material ein Kunstwerk ist.
Verfahren nach Anspruch 66, bei dem das Kunstwerk ein Gemälde mit Farbtexturen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 64, bei dem die eine oder die mehreren Substanzen Fremdstoffe, Schmutz, Talg, pathogene Keime oder eine Kombination davon umfassen.
Verfahren nach Anspruch 64, bei dem das superkritische Fluid CO₂ umfasst.