DE3003281A1 - Sicherheitspapier und seine herstellung - Google Patents
Sicherheitspapier und seine herstellungInfo
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Description
DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF
DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER
Ktünchen,
30. Oa-iuer 1980
Telefon 88 32 23
Telex: CO)5 23992
TK-2200
E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898,
V. St. A.
Sicherheitspapier und seine Herstellung
030032/0788
ΤΚ-2200
Die Erfindung betrifft Sicherheitepapier, insbesondere aus
flächenhaften Vliesstoff-Film-Fibrillen-Materialien hergestelltes
Sicherheitspapier.
Sicherheitspapier wird bei der Herstellung von Druckerzeugnissen verwendet, die einen genügenden Wert beinhalten, um
Fälschungsversuche herbeiführen zu können. In der Vergangenheit
ist Sicherheitspapier aus hochwertigen Cellulosepapieren
hergestellt worden. Diese Sicherheitspapiere weisen gewöhnlich spezifische Merkmale oder Materialien auf, die leicht identifizierbar,
aber sehr schwer reproduzierbar sind. Die Herstellung von Sicherheitspapieren erfolgt vielfach unter Ausbreiten
oder Verteilen kleinerer Mengen an den identifizierbaren Materialien in dem Papierstoff während der Nassverfestigung des Stoffs auf einer Papiermaschine. Zu den speziellen
Identifikationsmaterialien, die in Sicherheitspapieren vorgesehen worden sind, gehören faserartiges Material in
verschiedenen Formen, gefärbte Partikel, Seidenfäden, Partikel, die bestimmte anorganische Substanzen enthalten, fluoreszierende
Fasern, metallisierte Fasern, Metalldrähte, verschiedene nichtfaserartige thermoplastische Materialien und
dergleichen. Solche Identifikationsmaterialien sind in dem gesamten Sicherheitspapier verteilt oder in einer Schicht
nahe der Papiermittelebene vorgesehen worden. Auch Wasserzeichen sind verwendet worden, um bei dem Papier besondere
Musterungen auszubilden. Man hat solche Sicherheitspapiere
bei Banknoten, Papiergeld, Aktienzertifikaten, Pfandbriefen, juristischen Dokumenten, Pässen, Visas, Reisetickets und dergleichen
eingesetzt.
Bei dem in der FR-PS 1 34? 240 beschriebenen Verfahren zur
Herstellung von Sicherheitspapier werden Vliesstoffschichten,
die bindbare Thermoplast-Fasern enthalten, mit einer diskontinuierlichen Einlagerungsschicht aus Identifikationsmaterial
zusammengefügt und dann mittels Wärme und bzw. oder Druck gebunden. Die Patentschrift gibt jedoch keine Lehre
zu aus Polyäthylen-Filmfibrillen hergestellten, flächenhaften
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-ί-
Vliesstoffmaterialien oder zur Herstellung von Sicherheitspapier aus diesen.
Aus Polyäthylen-Film-Fibrillen hergestellte, flächenhafte
Vliesstoffmaterialien sind als solche bekannt (z. B. US-PS 3 169 899)· Man kennt auch verschiedene Methoden zum Binden
solcher flächenhaften Materialien (z. B. US-PS 3 44-2 740).
Keine dieser aus Polyäthylen-Film-Fibrillen hergestellte,
flächenhafte Vliesstoffmaterialien betreffenden Patentschriften gibt jedoch eine Lehre zur Verwendung solcher
flächenhaften Materialien für Sicherheitspapiere.
Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, durch das sich eine besondere Art flächenhaften Polyäthylenfilm-Fibrillenvliesstoffmaterials
zur Herstellung eines neuartigen, festen, dauerhaften, hochwertigen Sicherheitspapiers verwenden lässt.
Für den Begriff des flächenhaften Materials wird nachfolgend die Kurzbezeichnung Flächenmaterial verwendet.
Die Erfindung stellt ein Sicherheitspapier zur Verfügung, das
aus gebundenen Schichten oder Bahnen, die thermoplastische Fasern enthalten, und einer Identifikationsmaterial-Zwischenoder
-Einlagerungsschicht hergestellt ist und sich dadurch kennzeichnet, dass es im wesentlichen aus eigengebundenen
Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen besteht und eine Opazität von mindestens 70 % und eine EntSchichtungsfestigkeit
von mindestens 60 g/cm in der Ebene der Schicht hat, die das Identifikationsmaterial enthält. Zu den bevorzugten
Charakteristiken des Sicherheitspapiers gemäss der Erfindung
gehören ein Flächengewicht von 50 bis 150 g/m , eine Zähig-
2 2
keit von mindestens 25 cm.g/cm je g/m , eine Zugfestigkeit
von mindestens 100 g/cm je g/m , eine Elmendorf-Reissfestig-
keit von mindestens 3 g je g/m und eine Oberflächenabriebfestigkeit
von mindestens 5· Zu bevorzugten Identifikationsmaterialien gehören gefärbte Polymere in Form diskreter
Filmpartikel oder kurzer Fasern. In weiter bevorzugter Weise
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beträgt die Menge der Identifikationsmaterialien nicht mehr als etwa 0,5 % vom Gesamtgewicht des Sicherheitspapiers. Nach einer
anderen Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitspapier an seiner Oberfläche auch eine geprägte Musterung auf.
Die Erfindung stellt weiter ein Verfahren zur Herstellung von Sicherheitspapier zur Verfügung, bei dem Schichten oder Bahnen,
die bindbare thermoplastische Fasern enthalten, mit einer diskontinuierlichen Identifikationsmaterial-Zwisehen- oder
Einlagerungsschicht zusammengefügt und dann gebunden werden und das sich durch die der Reihe nach durchgeführten Stufen
kennzeichnet, dass man
A) die Einlagerungsschicht des Identifikationsmaterials mit
einem ersten und einem zweiten ungebundenen, leicht verfestigten Vliesstoff-Polyäthylenfilm-Fibrillenflächenmaterial
zusammenfügt, wobei jedes Flächenmaterial ein Flächengewicht im Bereich von 25 bis 75 e/o und eine
Dichte im Bereich von 0,15 bis 0,30 g/car hat,
B) den Flächenmaterialaufbau durch einen umbeheizten Spalt führt und in diesem eine Zusammenpressung im Bereich von
17 bis 85 kg/cm Breite des behandelten Flächenmaterials zur Einwirkung bringt, um einen leicht laminierten
Flächenmaterialaufbau zu bilden,
C) den leicht laminierten Flächenmaterialaufbau durch Hindurchführen
desselben, während er unter der Einwirkung von Zusammenpresshaltekräften steht, durch eine Erhitzungszone und genügendes Erhöhen der Temperatur einer Fläche
des Aufbaus, um zum Verschmelzen von Oberflächen-Filmfibrillen
im Sinne der Erzielung einer Abriebfestigkeit von mindestens 5 Zyklen zu führen, und Abkühlen des Aufbaus,
während er unter Haltekräften steht, auf eine Temperatur unter den Wert, bei dem der Aufbau sich wesentlich
verziehen oder schrumpfen würde, und dann Wiederholung der Arbeitsweise dieser Stufe zur Behandlung der anderen
Fläche des Flächenmaterialaufbaus und Erzielung eines gebundenen Flächenmaterials mit einer Opazität von mindestens
70 % und einer EntSchichtungsfestigkeit an der Iden-
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tifikationsmaterial-Ebene von mindestens 60 g/cm eigenbindet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsfοrm des Verfahrens gemäss
der Erfindung wird mit dem nichtbeheizten Walzenspalt ein Prägemuster auf dem Flächenmaterial erzeugt und mit dem Walzenspalt
eine Zusammenpressung im Bereich von 45 bis 70 kg/cm
zur Einwirkung gebracht.
Die Erfindung ist nachfolgend näher an Hand der Zeichnung beschrieben, in der
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine mit Sicherheitspapier gemäss
der Erfindung hergestellte Banknote zeigt,
Fig. 2 eine Schnittansicht der Banknote von Fig. 1 und
Fig. 3 im Fliessbild einen kontinuierlichen Prozess zur
Herstellung von Sicherheitspapier gemäss der Erfindung.
Bei der Draufsicht von Fig. 1 ist eine Kante der hier veranschaulichten, aus Sicherheitspapier gemäss der Erfindung
hergestellten Banknote entschichtet und zum Teil zurückgezogen, um das Identifikationsmaterial 55 freizulegen, das
bei dieser Veranschaulichung der Erfindung die Form kurzer,
gefärbter Fasern hat, die zwischen den zwei (partiell getrennt gezeigten) Schichten 51 und 52 des gebundenen Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterials
50 angeordnet sind. Die Oberfläche der Banknote ist zur Erläuterung mit dem Druck 53 und einem Prägemuster 54- dargestellt. Die
Fig. 2, die einen Querschnitt der Banknote nach Linie 2-2 von Fig. 1 durch die Banknotendicke wiedergibt, zeigt, wie
sich das Identifikationsmaterial 55 in einer horizontalen Ebene, im vorliegenden Falle an der Mittelebene der Flächenmaterialdicke
des gebundenen Vliesstoff-Polyäthylenfilm-Fibrillen-Flächenmaterialε
50» befindet.
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Der Hauptkörper des Sicherheitspapiers gemäss der Erfindung
wird von gebundenem Vliesstofflächenmaterial (Nonwoven Sheet) aus Polyäthylenfilmfibrillen gebildet. Das Flächenmaterial
ist eigengebunden, das heisst, es werden keine zusätzlichen Bindemittel oder Klebstoffe zur Erzielung des gebundenen
Gefüges verwendet. Im allgemeinen haben die Polyäthylenfilmfibrillen
die Form plexusfadenförmiger "Stränge", wie der in US-PS 3 081 519 beschriebenen, aus denen man dann
die Flächen- oder Blattmaterialien bildet, die nachfolgend gebunden werden. Die Filmfibrillen sind sehr dünne, bandartige,
faserartige Elemente, gewöhnlich mit einer Dicke, bestimmt mit einem Interferenzmikroskop, von weniger als
4- Mikrometer (4- Mikron). Die Filmfibrillen stehen innerhalb
des plexusfadenförmigen Strangs untereinander in Verbindung
und bilden ein eine Einheit darstellendes Netzwerk.
Der Begriff Polyäthylen soll in dem hier gebrauchten Sinne nicht nur Homopolymere des Äthylens umfassen, sondern auch
Ctopolymere, bei denen mindestens 85 % der wiederkehrenden
Einheiten Äthyleneinheiten sind. Das bevorzugte Polyäthylen-Polymere ist ein lineares Homopolyäthylen mit einer oberen
Grenze des Schmelzbereichs von etwa 130 bis 135° C, einer Dichte im Bereich von 0,94 bis 0,98 g/cnr und einem Schmelzindex
(bestimmt nach ASTM-Prüfnorm D-1238-57T, "Condition11 E)
von 0,1 bis 6,0.
Wie sich gezeigt hat, soll das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung zur Erzielung einer befriedigenden Funktion bei
seinem vorgesehenen Verwendungszweck eine Opazität von mindestens 70 %, vorzugsweise von me"hr als 75 %i und eine Entschichtungsfestigkeit
in der Ebene des Identifikationsmaterials von mindestens 60 g/cm, vorzugsweise von mehr als
120g/cm haben. Solche eigengebundenen Polyäthylenfilmfibrillen-Flächenmaterialien
sind im allgemeinen weiss, opak und glatt. Sie sind auch fest, zäh, reissfest und abriebfest. Zur Erzielung
eines optimalen Verhaltens hat das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung vorzugsweise eine Zugfestigkeit von
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mindestens 100 g/cm je g/m , eine Zähigkeit von mindestens
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25 cm.g/cm je g/m , eine Elmendorf-Reissfestigkeit von min-
25 cm.g/cm je g/m , eine Elmendorf-Reissfestigkeit von min-
destens 3 6 je g/m und eine Abriebfestigkeit von mindestens
5 Zyklen wie auch - im Interesse einer guten Bedruckbarkeit
und Druckfarbenhaftung - eine Oberflächenspannung von mindestens 4-5 dyn/cm. Vorzugsweise hat das Sicherheitspapier
ein Flächengewicht im Bereich von 50 bis 150 g/m , wenngleich
man auch mit Sicherheitspapier ausserhalb dieses Gewichtsbereiches ein zufriedenstellendes Verhalten erzielen kann.
Methoden zur Bestimmung der vorgenannten Charakteristiken
und Eigenschaften sind später noch im Detail beschrieben.
Das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung ist aussergewöhnlich
fest. Es ist nahezu unmöglich, es von Hand zu zerreissen.
Z. B. hat im Vergleich mit Kraftpapier von 82 g/m , das eine
Zähigkeit von etwa 0,07 cm.kg/cm hat, und Baumwollgewebe-
Bettuchstoff (Woven Cotton Sheeting) von 94· g/m , der eine
Zähigkeit von etwa 0,3 cm.kg/cm hat, Sicherheitspapier gemäss der Erfindung mit einem Flächengewicht von 87 g/m
eine Zähigkeit von etwa 2,3 cm.kg/cm .
Das Identifikationsmaterial in dem Sicherheitspapier kann von all den bekannten, in der Technik hierzu verwendeten Materialien
gebildet werden oder einen Aufdruck auf einer inneren Ebene des Papiers darstellen, wobei diese innere Ebene, wie
später noch ausgeführt, von der Oberfläche eines der Ausgangsflächenmaterialien gebildet wird, aus denen man das Sicherheitspapier
herstellt. Das Identifxkationsmaterial hat bei bevorzugten Ausführungsformen die Form kurzer, feintitriger,
farbiger oder gefärbter Fasern oder Fäden oder von - als Planchets bezeichneten - diskreten Teilchen farbigen oder
gefärbten Films und ist durch die Flachenmaterialoberflachen
hindurch sichtbar. Gewöhnlich wird in dem Sicherheitspapier
nur sehr wenig Identifikationsmaterial, bezogen auf das Papiergesamtgewicht,
benötigt. Vorzugsweise beträgt die Menge des Identifikationsmaterials bei dem Sicherheitspapier gemäss
der Erfindung nicht mehr als etwa 0,5 % vom Gesamtgewicht.
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Man kann mit weit grösseren Mengen, z. B. von 1 % oder mehr,
arbeiten, aber das Vorliegen sehr kleiner Mengen an Identifikationsmittel minimiert Jegliche nachteiligen Auswirkungen,
die das Identifikationsmittel auf die Bindung der Filmfibrillen
in dem Flächenmaterial und auf die Entschichtungsfestigkeit haben könnte. Bei der vorliegenden Erfindung liegt
das Identifikationsmaterial in einer Ebene der Sicherheitspapierdicke anstatt in Form einer gleichmässigen oder unregelmässigen
Verteilung in dem gesamten Papier vor.
Das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung kann auch auf
seiner Oberfläche mit leicht identifizierbaren, geprägten Kennzeichnungsmustern versehen sein. Das Prägemuster kann
opaker oder weniger opak als der Hintergrund sein.
Einen kontinuierlichen Prozess, mit dem das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung hergestellt werden kann, gibt
das Fliessbild von Fig. 3 wieder. Zu den Ausgangsmaterialien für diesen Prozess gehören zwei Rollen 11, 12 ungebundenen
Vliesstoff-Polyäthylenfilm-Fibrillen-Flächenmaterials 4-1, 4-2,
das nach den allgemeinen Methoden der US-PS 3 169 899 hergestellt
sein kann. Nach einer bevorzugten Arbeitsweise dieser Art zur Herstellung der ungebundenen Flächenmaterialien
wird ein Polymeres in Form linearen Polyäthylens mit einer Dichte von 0,95 g/cm , einem Schmelzindex von 0,9
(bestimmt nach ASTM-Prüfnorm D-1238-57T» "Condition* E) und
einer oberen Grenze des Schmelzbereichs von etwa 135° C aus einer 12%igen Lösung des Polymeren in Trichlorfluormethan
entspannungsgespönnen. Die Lösung wird kontinuierlich
Spinndüsenanordnungen mit einer Temperatur von 179° C und einem Druck von über etwa 85 bar.(etwa 85 Atmosphären)
zugepumpt. Die Lösung wird in jeder Spinndüsenanordnung durch eine erste Austrittsöffnung zu einer Druckminderzone und
durch eine zweite Austrittsöffnung in die Umgebungsatmosphäre
geführt. Der anfallende FiImfibrillen-Strang wird
mittels eines geformten, umlaufenden Prallorgans ausgebreitet und in Schwingbewegung versetzt, elektrostatisch aufge-
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laden und dann auf einem laufenden Band abgelegt. Die Spinndüsenanordnungen
sind zur Bildung eines Vlieses entsprechend der Ausbildung sich überlappender und kreuzender Ablagen auf
dem Band in Abständen angeordnet. Das Vlies wird dann durch Hindurchführen durch einen Walzenspalt, der auf das Vlies
eine Zusammenpressung mit etwa 1,8 kg/cm Vliesbreite zur Einwirkung bringt, leicht verfestigt. Dieses leicht verfestigte
Flächenmaterial wird zur Bildung zweier Flächenmaterialwickel
längsgeschlitzt. Die beiden Eollen oder Wickel dienen als die ersten und zweiten ungebundenen, leicht verfestigten
Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterialien, die als Ausgangsmaterialien
für das Verfahren gemäss der Erfindung vorgesehen sind. Allgemein sind für den Einsatz bei dem Verfahren
gemäss der Erfindung solche Flächenmaterialien mit einem
Flächengewicht im Bereich von 25 bis 75 g/m und einer Dichte
im Bereich von 0,15 bis 0,3 g/car geeignet.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das erste ungebundene, leicht verfestigte Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterial
41 horizontal von der Eolle 11 an einer Stelle vorbeigeführt,
an der Mittel 13 zur Aufbringung von Identifikationsmaterial
55 in das Flächenmaterial 41 vorgesehen sind.
Das zweite solche Flächenmaterial 42 wird von der Eolle 12
unter die Walze 14 geführt, so dass es direkt oben auf die Oberfläche des Flächenmaterials 41, die das Identifikationsmaterial 55 trägt, zur Bildung eines Flächenmaterialaufbaus
zu liegen kommt.
Der Flächenmaterialaufbau 43 wird dann durch Hindurchleiten durch den von den Walzen 15 und 16 gebildeten Walzenspalt
zusammengepresst. Die Walze 16 wird von hartem Metall gebildet und ist, wenn gewünscht, an ihrer Oberfläche mit einem Prägemuster
oder einer Prägeplatte 17 (ebenfalls aus hartem Metall)
versehen. Die Walze 15 weist eine Hartgummi-Oberfläche oder Oberfläche aus anderem Material auf, durch das die Walze eine
Shore — Durometer-Härte von mindestens etwa 70 D erhält (gemessen
nach den PrüfbeSchreibungen der ASTM-Prüfnormen D-1706-61
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und D-1484-59)· Mit dem gegebenenfalls vorliegenden Prägemuster
auf der Walze 16 kann das Sicherheitspapier zusätzliche
Identifikationsmarkierungen erhalten. Dabei kann eine breite Vielfalt von Prägemustern Verwendung finden. Erhabene
Muster, die Vorsprünge von 0,13 bis 0,25 mm über der restlichen
Oberfläche der Prägeoberfläche 17 bilden, erteilen dem Flächenmaterial geprägte Muster, die weniger opak als
nichtgeprägte Bereiche (d. h. Hintergrundbereiche) der fertiggestellten Sicherheitspapiere sind. In die Valzenoberflache
17 auf 0,13 bis 0,25 mm eingeschnittene Muster
ergeben entsprechende Bereiche bei dem fertiggestellten Sicherheitspapier, die opaker als der Hintergrund sind.
Der von den Walzen 15 und 16 gebildete Walzenspalt wird nicht beheizt. Bei der Durchführung der Kaltpressung - sei
es mit oder ohne Prägung - wirkt der Walzenspalt mit genügender Zusammenpressung auf den Flächenmaterialaufbau 43, um
einen eine Einheit darstellenden, leicht laminierten Flächenmaterial
auf bau 44 zu ergeben, aber nicht so stark, als dass eine übermässige Reduktion der Opazität des fertigen Sicherheitspapiers
herbeigeführt würde. Im allgemeinen arbeitet man hierbei mit Zusammenpressungen im Bereich von 17 bis
85 kg/cm Breite des Flächenmaterialaufbaus, wobei Zusammenpressungen
mit 45 bis 70 kg/cm bevorzugt werden.
Der aus dem Walzenspalt austretende, leicht laminierte Aufbau 44 ist noch nicht gebunden, hat aber eine genügende
Entschichtungsfestigkeit, um als einheitliches Gefüge handhabbar zu sein. Im allgemeinen hat der Aufbau 44 eine
Entsckichtungsfestigkeit " von etwa 15 g/cm oder mehr. Auch
Aufbauten 44 mit viel geringeren EntSchichtungsfestigkeiten
lassen sich bei Anwendung genügender Sorgfalt als einheitliche Gefüge handhaben, aber solche Aufbauten ergeben nachfolgend
keine adäquate Bindung an der Grenzfläche der beiden Filmfibrillen-Flächenmaterialien.
Der leicht laminierte Flächenmaterialaufbau 44 wird dann
einem ersten und einem zweiten Binder zugeführt, deren jeder
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im wesentlichen in der in UB-PS 3 442 7^0 beschriebenen Weise
arbeitet. Jeder Binder stellt im wesentlichen eine Modifikation einer Vorrichtung der Bauart Palmer des gewöhnlich bei
Textilfertigmacharbeiten verwendeten Typs dar.
Das Hauptheizelement in dem ersten Binder ist eine wasserdampfinnenbeheizte
umlaufende Trommel 1. Ein von der Trommel 1 angetriebenes, schweres endloses Band 2 aus Pilz oder
anderem Material läuft um die Trommel herum und wird mittels mehrerer leerlaufender Walzen 3» 3a, 3b, 3c, 3d und 3e ständig
wieder zu der beheizten Trommel zurückgeführt. Bestimmte leerlaufende Walzen sind einstellbar, um die Bandzugspannung
regeln zu können. Nach dem Umlauf um die Trommel 1 läuft das Band 2 um eine Kühlwalze 4.
Der leicht laminierte Flächenmaterialaufbau 44 läuft im Betrieb
des Binders um die leerlaufende Walze 3c, um in den
Spalt zwischen der beheizten Trommel und dem endlosen Band eingetragen zu werden. Der Aufbau 44 läuft um die beheizte
Trommel und dann um die leerlaufende Walze 3e zur Kühlwalze 4 und wird dann an der leerlaufenden Walze 7 von dem laufenden
Band getrennt. Auf diese Weise wird das partiell eigengebundene Flächenmaterial 45 erhalten, dass dann über die
Walzen 18 und 19 der zweiten Bin dungs einheit zugeführt wird,
die mit der ersten identisch ist und mit der Abänderung in gleicher Weise arbeitet, das nun die andere Fläche des
Flächenmaterials mit der beheizten Trommel in Kontakt kommt.
Alle mit Bezugszeichen mit Strichindex versehenen Teile der zweiten Bindungseinheit entsprechen den gleichen Teilen
bei der ersten Bindungseinheit. Das aus dem zweiten Binder austretende, eigengebundene Flächenmaterial 46 wird dann
auf der Rolle 20 aufgewickelt. Für bestimmte Arbeiten ist es erwünscht, das schwere endlose Band mittels einer Vorerhitzerwalze
9 vorzuerhitzen. Die Bänder werden hierbei von leerlaufenden Walzen 3a und 3b auf die Vorerhitzerwalze
geführt. Jeglicher Wärmeverlust kann durch eine beheizte Platte 10 unterhalb des Bandes ausgeglichen werden.
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Die wichtigste Värmelenkung wird bei Jedem Binder an der Haupttrommel
aufrechterhalten. Während des Betriebs wird die eine Seite des Flächenmaterials durch die Haupttrommel auf eine
Temperatur erhitzt, die im wesentlichen gleich der oberen Grenze des Schmelzbereichs des Filmfibrillen-Flächenmaterials
ist oder leicht darunter liegt. Während diese Fläche des Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterialaufbaus auf eine
Temperatur bei oder nahe der oberen Grenze des Schmelzbereichs des Flächenmaterials erhitzt wird, wird die andere
(mit dem Band im Kontakt stehende) Fläche des Aufbaus auf einer etwas geringeren Temperatur gehalten. Die Temperatur
der mit der Bindetrommel in Kontakt stehenden Fläche des Flächenmaterials ist zwischen 1 und 10° C höher als die
Temperatur der anderen Aufbaufläche. Durch die Aufrechterhalt ung eines Temperaturdifferentials während des Bindens
wird ein Flächenmaterial erhalten, das auf der der heissen
Trommel zugewandten Fläche abriebfester ist. Durch Hindurchführen des Flächenmaterials durch zwei Binder derart, dass
die Flachenmaterialflache, die im ersten Binder nicht mit
der beheizten Trommel in Berührung kam, mit der beheizten Trommel des zweiten Binders in Kontakt gebracht wird, werden
somit Produkte erhalten, die beidseitig gut abriebfest sind.
Während des Hindurchlaufs des Filmfibrillen-Flächenmaterialaufbaus
durch den ersten und zweiten Binder wird der Aufbau durch die Zugspannbänder 2 und 21 gegen die Trommeln 1 bzw. 1'
leicht zusammengepresst. Diese leichte Zusammenpressung braucht nur auszureichen, um ein wesentliches Schrumpfen des behandelten
Flächenmaterials, d. h. einen Gesamtflächenschrumpf
von mehr als etwa 15 % zu verhindern.
Beim Durchführen des obenbeschriebenen, kontinuierlichen Prozesses können in zufriedenstellender Weise Flächenmaterial-Geschwindigkeiten
von über 100 m/min Anwendung finden. Man fährt mit solchen Binder-Temperaturen und -Verweilzeiten,
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dass das Sicherheitspapier eine Entschichtungsfestigkeit von
mindestens 60 g/cm und eine Opazität von mindestens 70 %
erhält. Solche Bedingungen stellen sicher, dass das Verfahren sp ro dukt auch eine gute Abriebfestigkeit und gute
sonstige Festigkeitseigenschaften hat.
Nachdem der Eigenbindungsvorgang vollständig ist, kann jede
Oberfläche des Sicherheitspapiers in einer Einheit der Bauart Lepel mit einer elektrischen Koronaentladung behandelt
werden, um den Papieroberflächen eine Oberflächenspannung von mindestens 45 dyn/cm zu erteilen, was zufriedenstellende
Bedruckbarkeit des Papiers und Druckfarbenhaftung sicherstellt.
Man kann solche Ergebnisse in einer Einheit der Bauart Lepel mit Flächenmaterial-Geschwindigkeiten von etwa
45 bis 55 m/min bei einer Leistung von 1 kW erzielen.
Die hier und in den Beispielen genannten, verschiedenen Flächenmaterial-Charakteristiken werden nach den folgenden
Methoden bestimmt. Bei den Beschreibungen der Prüfmethoden
bezieht sich 11TAPPI11 auf die "Technical Association of Pulp
and Paper Industry11 und 11ASTM" auf die "American Society of
Testing Materials".
Zur Bestimmung der Opazität misst man die Lichtmenge, die durch einzelne, kreisförmige Bereiche des Sicherheitspapiers
von 5*1 cm Durchmesser (2 Zoll) hindurchtritt, mit einem
Opazitätsmesser (Bauart E. B. Eddy Opacity Meter der Thwing Albert Instrument Company). Zur Ermittlung der Opazität des
Flächenmaterialε werden dann mindestens fünfzehn solche
Einzelbestimmungen arithmetisch gemittelt. Venn das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung geprägte Bereiche aufweist,
sollen die Opazitätsmessungen in den nichtgepragten Flächen
erfolgen.
Die Entschichtungsfestigkeit wird mit einem Zugfestigkeitsprüfgerät
der Bauart Instron mit Linienkontakt-ELemmen von 2,5 x 7)6 cm (1 χ 3 Zoll) und mit einem Integrator der Bauart
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Instron (Herstellerin jeweils die Instron Engineering, Inc., Canton, Mass., V.St.A.) bestimmt. Man leitet die Entschichtung
einer 2,5 χ 17 cm Probe (1x7 Zoll) von Hand durch Aufspalten
des Flächenmaterials mit einem Stift über einem 2,5 x 2,5 cm Randbereich (1x1 Zoll) an der Flächenmaterialebene ein, bei
der sich das Identifikationsmaterial befindet. Der verbleibende 2,5 x 15»3 cm grosse Teil des Flächenmaterials bleibt
ungetrennt. Man arbeitet dann mit einer "C"-Last-Zelle unter
Einstellung auf eine Messlänge von 10,1 cm, eine Gleitkopf-Geschwindigkeit
von 12,7 cm/min, eine Schreibblatt-Geschwindigkeit von 5,1 cm/min und eine Vollskalenlast von 0,91 kg.
Man fügt in jede der Linienklemmen ein Ende einer der aufgespaltenen Schichten ein und bestimmt dann die Kraft, die
zum Auseinanderziehen des Flächenmaterials benötigt wird. Die Entschichtungsfestigkeit (kg/cm) ist gleich der Integrator-Anzeige,
dividiert durch den entsprechenden Umrechnungsfaktor, der sich nach der Grösse der Last-Zelle und den Messeinheiten
richtet.
Das Flächengewicht wird nach TAPPI T-4-10-0S-61 oder ASTM
D 646-50 bestimmt.
Die Dichte wird aus dem Flächengewicht und der Dicke des Flächenmaterials bestimmt. Die Dicke wird mittels einer
herkömmlichen Dickenmesslehre gemessen (z. B. einem Starrett-Gerät,
Katalog-Nr. 170, Herstellerin die L. S. Starrett Co.,
Ahtol, Mass., V.St.A.), die mit einem Druck von etwa 180 g/cm auf das Flächenmaterial einwirkt.
Die Zugfestigkeit wird nach TAPPI T-404 M-50 oder ASTM
D328-48 bestimmt.
Zur Bestimmung der Zähigkeit ermittelt man die Fläche unter der Kurve der Zugspannung gegen die Dehnung, erhalten nach
den oben für die Zugfestigkeit genannten TAPPI- oder ASTM-Prüfungen.
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Die Elmendorf-Reissfestigkeit wird nach TAPPI T-414 M-49
bestimmt.
Zur Bestimmung der Abriebfestigkeit dient ein Prüfgerät der
Bauart Crockmeter (S.N. OM-598 der Atlas Electric Device
Company, Chicago, 111., V.St.Α.). Direkt unter der Vollbewegung
des Gummifusses wird an der Basis des Messgeräts mit Klebeband ein Stück Sxliciumcarbidpapier angebracht, das dazu
dient, die Probe am Sichbewegen zu hindern. An der Schwingstange des Messgeräts wird eine Gummischeibe von 50 mm Durchmesser
und 10 mm Dicke angebracht (aus Radiermaterial "Pink Pearl No. 101" der Eberhard Faber). Der Schwingstangen-Griff
wird so gedreht, dass der Gummifuss auf der Probenoberfläche hin- und hergeht. Wenn die Störung (d. h. ein Aufstehen)
der ersten Oberflächenfaser auftritt, liest man an dem Gerätezähler die Zyklenzahl ab. Für jede Probe wird der Durchschnittswert
der Zyklenzahl bei fünf Prüfungen aufgezeichnet.
Bei Jedem der in diesen Beispielen beschriebenen Versuche diente als Ausgangsmaterial ein ungebundenes, leicht verfestigtes
Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterial,
das wie oben beschrieben nach den allgemeinen Methoden der US-PS 3 169 899 hergestellt war. Das leicht verfestigte
Flächenmaterial, das ein Flächengewicht von 42,5 g/o und
eine Dichte von etwa 0,25 g/cm hatte, wurde zur Bildung von
zwei Wickeln 46 cm breiten Flächenmaterials geschlitzt. Die Bildung von Sicherheitspapier mit diesen beiden Flächenmaterial-Wickeln
erfolgte nach dem Prozess von Fig. 3 mit
den Abänderungen, dass der Prozess nicht kontinuierlich durchgeführt wurde und die Filzbänder der Binder nicht vorerhitzt wurden. Anstelle der kontinuierlichen Zuführung zu
den Bindern wurde der aus dem unbeheizten Walzenspalt der Walzen 15 und 16 austretende, leicht laminierte Flächenmaterialaufbau
zuerst gesammelt und auf einer Rolle aufgewickelt, bevor die Eigenbindung erfolgte. Als Identifikationsmaterial
dienten in den vorliegenden Beispielen kurze,
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farbige Fäden oder kleine Stücke farbig&,n,thermopl astischen
Films (d. h. "Planchets"), die dem Sicherheitspapier in Beispiel
7 in einer Menge von etwa 0,12 g/m oder etwa 0,12 %
vom Gesamtgewicht des Endproduktes und in den anderen Beispielen in etwas geringerer Menge einverleibt wurden.
Beim Leichtlaminier- oder Kaltpress-Vorgang wurde der Flächenmaterial
auf bau mit einer Geschwindigkeit von 1357 m/min durch
den Walzenspalt der Walzen 15 und 16 geführt, die eine
Zusammenpressung gemäss Tabelle I ergaben. Die Oberfläche der Metallwalze 16 war in den verschiedenen Beispielen mit
verschiedenen Prägemusterungen versehen. Im allgemeinen dürften erhabene Prägemusterungen (0,13 bis 0,25 mm über der
restlichen Oberfläche der Walze) dem Flächenmaterialaufbau eine etwas festere Laminierung als in gleicher Weise eingeschnittene
Musterungen oder Flachwalzen, die mit bei der gleichen Walzenspalt-Zusammenpressung betrieben werden, erteilen. In den vorliegenden Beispielen hatte die Walze 16
einen Durchmesser von 30»5 cm und die Walze 15 einen solchen
von 25,4 cm.
Der auf der Bolle befindliche, leicht laminierte (d. h. kaltgepresste) Flächenmaterialaufbau wurde dann mit einer Geschwindigkeit
von 46 m/min den Bindern zugeführt. Der zur Beheizung der Trommeln des ersten und zweiten Binders eingesetzte
Sattwasserdampf wurde auf einem Druck P- von 2,62 bzw.
2,69 bar gehalten. Zur Ausbildung der Zusammenpress-Haltekräfte in den Bindern dienten 100-%-Wollfilz-Bänder von jeweils
etwa 3>6 kg/m Flächengewicht und etw.a 1 cm (1/4 Zoll Dicke)
Dicke. Die von den Bändern ausgeübte Haltekraft hinderte in Jedem Binder den Flächenmaterialaufbau daran, um mehr als
etwa 8 % zu schrumpfen.
Nach dem Eigenbindungsvorgang wurde jede Oberfläche des so
erhaltenen Sicherheitspapiers unter Hindurchführen mit einer Geschwindigkeit von 46 m/min durch eine mit 1 kW arbeitende
technische Einheit der Bauart Lepel mit einer elektrischen Koronaentladung behandelt,^ wobei jede Oberfläche des Papiers
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eine Oberflächenspannung im Bereich von 50 bis 52 dyn/cm erhielt.
Weitere Einzelheiten der Versuche und Charakteristiken der
anfallenden Produkte nennt die Tabelle I. Das Identifikationsraaterial
war durch die Oberflächen der Fertigflächenmaterialien hindurch sichtbar. Die Flächenmaterialien erwiesen
sich als für den Einsatz als Sicherheitspapier hochzufriedenstellend.
Die in der Tabelle I gebrauchten Elammerzahleη haben folgende
Bedeutung:
(1) P - "Planchets" - "ΤΜ » Fäden oder Fasern.
(2) Distanz, um die das Prägemuster gegenüber der restlichen
Valzenoberflache erhaben ist (positive Werte) oder
in diese eingeschnitten ist (negative Werte).
(3) Gemessen in der Maschinenrichtung (Länge) des Flächenmaterials.
(4) Durchschnitt der Messungen in Maschinenrichtung und
Querrichtung für ein Fertigflächenmaterial von 98 g/m .
Querrichtung für ein Fertigflächenmaterial von 98 g/m .
(5) Werte beider Oberflächen.
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!Tabelle
Beispiel | 2 | 18 | 3 | 18 | 4 | 18 | 5 | 3 | ■6 | 18 | 7 | ψ | |
1 | ro | ||||||||||||
,6 | ,6 | ,6 | 5 | ,5 | |||||||||
Identifikationsma | P | P | P | T | T | T | O | ||||||
terial (1) | P | ||||||||||||
Kaltpressung | +0, | -o, | -o, | +0,1 | +0, | +0,38 | |||||||
Prägehöhe, mnr ^ | +0,13 | ||||||||||||
Zusammenpressung, | 55 | 55 | 55 | 64, | 64 | 55,6 | |||||||
kg/cm | 55,6 | ||||||||||||
° Gebundenes Flächen- .
<f material
° Opazität, % 83 83 76 75 82 73 75
ω Entschichtungst^10
festigkeit, g/cm
(Q (3) 90 110 140 140 · 160 210 140
(Q (3) 90 110 140 140 · 160 210 140
-J Zugfestigkeit,
kg/cm (4) 12,4 12,0 13,4 12,5 11,6 11,8 12,2
Eeissfestigkeit,
kg (4) 0,50 0,45 0,41 0,36 0,41 0,36 0,36
Zähigkeit,/.s
cm.kg/cm2 ^ 2,9 2,7 3Λ 3,2 2,5 2,7 3,1
Abrieb f e stigT c-ν
keit, Zyklen^; 12/9 37/9 22/10 25/19 10/9 27/16 25/9
O CD CO hO
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- Ai-
Es wurde eine Reihe von Proben nach im wesentlichen den gleichen Arbeitsweisen und aus den gleichen Ausgangsflächenmaterialien
wie in Beispiel 7 mit der Abänderung hergestellt,
dass die Zusammenpressung in dem unbeheizten Walzenspalt wie in Tabelle II genannt zwischen 55,6 und 5,4- kg/cm variiert
wurde. Die Tabelle nennt auch die EntSchichtungsfestigkeit und Opazität der Endprodukte dieser Versuche. Wie die
Tabelle zeigt, ergaben die Kontrollproben 11 und 12, die bei Werten unter 17 kg/cm kaltgepresst wurden, Endprodukte
mit inadäquater EntSchichtungsfestigkeit (von unter 60 g/cm). Die schlechte EntSchichtungsfestigkeit bei den
Endprodukten von Versuch 11 und 12 war auch vom Auftreten von Blasen (d. h. nichtgebundenen Bereichen zwischen den
Ausgangsflächenmaterialien) begleitet. Im Gegensatz zu der zufriedenstellenden Bindung, die bei den Proben 7 bis 10
erhalten wurde, liessen sich die Kontrollproben 11 und
leicht von Hand entschichten.
Tabelle II
Beispiel | Probe | Kaitζusammen- pressung, kg/cm |
EntSchichtungs festigkeit , g/cm |
Opazität, % |
7 | 7 | 55,6 | 140 | 75 |
8 | 8 | 57,6 | 120 | 79 |
9 | 9 | 28,6 | 140 | 82 |
10 | 10 | 17,9 | 110 | 84 |
Kontroll versuch |
11 | 9,0 | 54- | 88 |
Kontroll versuch |
12 | 5.4 | 54 | 89 |
Ende der Beschreibung
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Claims (2)
- PatentansprücheSicherheitspapier, hergestellt aus gebundenen Schichten, die thermoplastische Fasern enthalten, und einer Identifikationsmaterial-Einlagerungsschicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Papier im wesentlichen aus eigengebundenen Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen besteht und eine Opazität von mindestens 70 % und eine Entschichtungsfestigkeit von mindestens 60 g/cm in der Ebene der Schicht hat, die das Identifikationsmaterial enthält.
- 2. Sicherheitspapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Papier ein Flächengewicht von 50 bis 150 g/m ,eine Zugfestigkeit von mindestens 100 g/cm je g/m ,ρ ρeine Zähigkeit von mindestens 25 cm.g/cm je g/m , eine Elmendorf-Reissfestigkeit von mindestens 3 g de g/m und eine Oberflächenabriebfestigkeit von mindestens 5 hat und das Identifikationsmaterial ein farbiges Material in Form diskreter Fasern oder Filmpartikel in einer Menge von nicht mehr als etwa 0,5 Gew.% des Papiers ist.3· Verfahren zur Herstellung von Sicherheitspapier unter Zusammenfügen von Schichten, die bindbare thermoplastische Fasern enthalten, mit einer diskontinuierlichen Identifikationsmaterial-Einlagerungsschicht und dann Binden der faserhaltigen Schichten, dadurch gekennzeich-- 1 030032/0788TK-2200net, dass manA) die Einlagerungsschicht des Identifikationsmaterials mit einem ersten und einem zweiten ungebundenen, leicht verfestigten Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen-Plächenmaterial zusammenfügt, wobei jedes Flächenmaterial ein Flächengewicht im Bereich von 25 bis75 g/m und eine Dichte im Bereich von 0,15 bis 0,30 g/cm5 hat,B) den Flächenmaterialaufbau durch einen unbeheizten Spalt führt und in diesem eine Zusammenpressung im Bereich von 17 bis 85 kg/cm Breite des behandelten Flächenmaterials zur Einwirkung bringt, um einen leicht laminierten Flächenmaterialaufbau zu bilden,C) den leicht laminierten Flächenmaterialaufbau durch Hindurchführen desselben, während er unter der Einwirkung von Zusammenpresshaltekräften steht, durch eine Erhitzungszone und genügendes Erhöhen der Temperatur einer Fläche des Aufbaus, um zum Verschmelzen von Oberflächen-Filmfibrillen im Sinne der Erzielung einer Abriebfestigkeit von mindestens 5 Zyklen zu führen, und Abkühlen des Aufbaus, während er unter Haltekräften steht, auf eine Temperatur unter den Wert, bei dem der Aufbau sich wesentlich verziehen oder schrumpfen würde, und dann Wiederholung der Arbeitsweise dieser Stufe zur Behandlung der anderen Fläche des Flächenmaterialaufbaus und Erzielung eines gebundenen Flächenmaterials mit einer Opazität von mindestens 70 % und einer EntSchichtungsfestigkeit an der Identifikationsmaterial-Ebene von mindestens 60 g/cm eigenbindet.Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass man in dem unbeheizten Spalt in Stufe B) dem Flächenmaterialaufbau ein geprägtes Muster erteilt und eine Zusammenpressung im Bereich von 4-5 bis 70 kg/cm zur Einwirkung bringt.0 3 0 0 3 2/0 78 8300328ΊΤΚ-22005· Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man mit einem unbeheizten Spalt arbeitet, der von zwei zusammenwirkenden Walzen gebildet wird, deren erste eine harte Metalloberfläche und deren zweite eine Oberfläche mit einer Härte von mindestens 70 Shore D hat.- 3 030032/0788
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