DE3003281C2

DE3003281C2 -

Info

Publication number: DE3003281C2
Application number: DE19803003281
Authority: DE
Inventors: Chi Chang Richmond Va. Us Lee; Richard Eli Newtown Square Pa. Us Ludwig
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1990-04-26
Also published as: NZ192738A; NL8000572A; US4247318A; NL187408B; JPS642719B2; DE3003281A1; GB2041827B; NL187408C; FR2447995B1; ZA80534B; IT8019544A0; CA1133818A; GB2041827A; JPS55103398A; IN152279B; IT1129684B; FR2447995A1

Description

Die Erfindung betrifft Sicherheitspapier, insbesondere aus flächenhaften Filmfibrillen-Vliesstoff-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 identifizier bar, aber sehr schwer reproduzierbar sind. Die Herstellung von Sicherheitspapieren erfolgt vielfach unter Ausbreiten oder Verteilen kleinerer Mengen an den identifizier baren Materialien in dem Papierstoff während der Naßver festigung des Stoffs auf einer Papiermaschine. Zu den speziellen Identifikationsmaterialien, die in Sicherheitspapieren vorgesehen worden sind, gehören z. B. faserartiges Material in verschiedenen Formen, gefärbte Partikel, Seidenfäden, Partikel, die bestimmte anorganische Substanzen enthalten, fluoreszierende Fasern, metallisierte Fasern, Metalldrähte und verschiedene nichtfaserartige thermoplastische Materialien. Solche Identifikationsmaterialien sind in dem gesamten Sicherheitspapier verteilt oder in einer Schicht nahe der Papiermittelebene vorgesehen worden. Auch Wasser zeichen sind verwendet worden, um bei dem Papier besondere Musterungen auszubilden. Man hat solche Sicherheitspapiere z. B. bei Banknoten, Papiergeld, Aktienzertifikaten, Pfandbriefen, juristischen Dokumenten, Päßen, Visas und Reisetickets eingesetzt.

Bei dem in der FR-PS 13 47 240 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/oder Druck gebunden. Die Patentschrift gibt jedoch keine Lehre zu aus Polyäthylen-Filmfibrillen hergestellten, flächenhaften Vliesstoffmaterialien oder zur Herstellung von Sicherheits papier aus diesen.

Aus Polyäthylen-Filmfibrillen hergestellte, flächenhafte Vliesstoffmaterialien sind als solche bekannt (z. B. US-PS 31 69 899). Man kennt auch verschiedene Methoden zum Binden solcher flächenhaften Materialien (z. B. US-PS 34 42 740). Keine dieser aus Polyäthylen-Film-Fibrillen hergestellte, flächenhafte Vliesstoffmaterialien betreffenden Patent schriften 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-Fibrillenvlies stoffmaterials zur Herstellung eines neuartigen, festen, dauerhaften, hochwertigen Sicherheitspapiers verwendet 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-Zwischen- oder -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 59 N/m in der Ebene der Schicht hat, die das Identifikationsmaterial enthält. Zu den bevorzugten Charakteristiken des Sicherheitspapiers gemäß der Erfindung gehören ein Flächengewicht von 0,05 bis 0,15 kg/m², eine Zähigkeit von mindestens 24 500 N/m je kg/m², eine Zugfestigkeit von mindestens 98 000 N/m je kg/m², eine Elmendorf-Reißfestigkeit von mindestens 29 N je kg/m² und eine Oberflächenabrieb festigkeit von mindestens 5. Zu bevorzugten Identifikations materialien gehören gefärbte Polymere in Form diskreter Filmpartikel oder kurzer Fasern. In weiter bevorzugter Weise beträgt die Menge der Identifikationsmaterialien nicht mehr als etwa 0,5% vom Gesamtgewicht des Sicherheitspapiers. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheits papier an seiner Oberfläche auch eine geprägte Musterung auf.

Zur Herstellung des Sicherheitspapiers werden Schichten oder Bahnen, die bindbare thermoplastische Fasern enthalten, mit einer diskontinuierlichen Identifikationsmaterial-Zwischen- oder -Einlagerungsschicht zusammengefügt und dann gebunden, wobei man die folgenden Stufen durchführt:

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 0,025 bis 0,075 kg/m² und eine Dichte im Bereich von 0,15 bis 0,30 g/cm³ hat,
B) den Flächenmaterialaufbau durch einen unbeheizten Spalt führt und in diesem eine Zusammenpressung im Bereich von 16,7 bis 83,3 kN/m Breite des behandelten Flächenmaterials zur Einwirkung bringt, um einen leicht laminierten Flächenmaterialaufbau zu bilden,
C) den leicht laminierten Flächenmaterialaufbau durch Hin durchführen desselben, während er unter der Einwirkung von Zusammenpreßhaltekräften steht, durch eine Erhitzungs zone und genügendes Erhöhen der Temperatur einer Fläche des Aufbaus, um zum Verschmelzen von Oberflächen-Film fibrillen 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 Identifikations material-Ebene von mindestens 59 N/m eigenbindet.

Bevorzugt wird mit dem nichtbeheizten Walzenspalt ein Prägemuster auf dem Flächenmaterial erzeugt und mit dem Walzen spalt eine Zusammenpressung im Bereich von 44,1 bis 68,6 kN/m 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 Flächen materialdicke des gebundenen Vliesstoff-Polyäthylenfilm- Fibrillen-Flächenmaterials 50, befindet.

Der Hauptkörper des Sicherheitspapiers gemäß der Erfindung wird von gebundenem Vliesstoffflächenmaterial 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 Polyäthylen filmfibrillen die Form plexusfadenförmiger "Stränge", wie der in US-PS 30 81 519 beschriebenen, aus denen man dann die Flächen- oder Blattmaterialien bildet, die nachfolgend gebunden werden. Die Filmfibrillen sind sehr dünne, band artige, faserartige Elemente, gewöhnlich mit einer Dicke, bestimmt mit einem Interferenzmikroskop, von weniger als 4 Mikrometer. 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 Copolymere, bei denen mindestens 85% der wiederkehrenden Einheiten Äthyleneinheiten sind. Das bevorzugte Polyäthylen- Polymere ist ein lineares Homopolyäthylen mit einer oberen Grenze des Schmelzbereichs von 130 bis 135°C, einer Dichte im Bereich von 0,94 bis 0,98 g/cm³ und einem Schmelz index (bestimmt nach ASTM-Prüfnorm D-1238-57T, "Condition" 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 mehr als 75%, und eine Entschichtungs festigkeit in der Ebene des Identifikationsmaterials von mindestens 59 N/m, vorzugsweise von mehr als 118 N/m 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 mindestens 98 000 N/m je kg/m², eine Zähigkeit von mindestens 24 500 N/m je kg/m², eine Elmendorf- Reißfestigkeit von mindestens 29 N je kg/m² und eine Abriebfestigkeit von mindestens 5 Zyklen wie auch - im Interesse einer guten Bedruckbarkeit und Druckfarbenhaftung - eine Oberflächen spannung von mindestens 45 × 10^-3 N/m. Vorzugsweise hat das Sicherheitspapier ein Flächengewicht im Bereich von 0,05 bis 0,15 kg/m², 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. Zum Beispiel hat im Vergleich mit Kraftpapier von 0,082 kg/m², das eine Zähigkeit von etwa 68,6 N/m je kg/m² hat, und Baumwollgewebe- Bettuchstoff von 0,094 kg/m², der eine Zähigkeit von etwa 294 N/m je kg/m² hat, Sicherheitspapier gemäß der Erfindung mit einem Flächengewicht von 0,087 kg/m² eine Zähigkeit von etwa 2254 N/m je kg/m².

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 Ausgangs flächenmaterialien gebildet wird, aus denen man das Sicher heitspapier herstellt. Das Identifikationsmaterial 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 Flächenmaterialoberflächen hindurch sichtbar. Gewöhnlich wird in dem Sicherheitspapier nur sehr wenig Identifikationsmaterial, bezogen auf das Papier gesamtgewicht, benötigt. Vorzugsweise beträgt die Menge des Identifikationsmaterials bei dem Sicherheitspapier gemäß der Erfindung nicht mehr als etwa 0,5% vom Gesamtgewicht.

Man kann mit weit größeren Mengen, z. B. von 1% oder mehr, arbeiten, aber das Vorliegen sehr kleiner Mengen an Identifikations material 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 Sicherheits papierdicke 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 Sicherheits papier 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 41, 42, das nach den allgemeinen Methoden der US-PS 31 69 899 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/cm³, 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 entspannungsgesponnen. Die Lösung wird kontinuierlich Spinndüsenanordnungen mit einer Temperatur von 179°C und einem Druck von über etwa 85 bar 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 Filmfibrillen-Strang wird mittels eines geformten, umlaufenden Prallorgans ausgebreitet und in Schwingbewegung versetzt, elektrostatisch aufgeladen und dann auf einem laufenden Band abgelegt. Die Spinn düsenanordnungen 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 1,76 kN/m Vliesbreite zur Einwirkung bringt, leicht verfestigt. Dieses leicht verfestigte Flächenmaterial wird zur Bildung zweier Flächenmaterialien längsgeschlitzt. Die beiden Rollen oder Wickel dienen als die ersten und zweiten ungebundenen, leicht verfestigten Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterialien, die als Ausgangs materialien 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 0,025 bis 0,075 kg/m² und einer Dichte im Bereich von 0,15 bis 0,3 g/cm³ geeignet.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das erste ungebundene, leicht verfestigte Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterial 41 horizontal von der Rolle 11 an einer Stelle vorbei geführt, an der Mittel 13 zur Aufbringung von Identifikations material 55 in das Flächenmaterial 41 vorgesehen sind. Das zweite solche Flächenmaterial 42 wird von der Rolle 12 unter die Walze 14 geführt, so daß es direkt oben auf die Oberfläche des Flächenmaterials 41, die das Identifikations material 55 trägt, zur Bildung eines Flächenmaterialaufbaus 43 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 und D-1484-59). Mit dem gegebenenfalls vorliegenden Prägemuster auf der Walze 16 kann das Sicherheitspapier zusätzlich 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 Walzen oberflächen 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 Flächen materialaufbau 44 zu ergeben, aber nicht so stark, als daß eine übermäßige Reduktion der Opazität des fertigen Sicherheits papiers herbeigeführt würde. Im allgemeinen arbeitet man hierbei mit Zusammenpressungen im Bereich von 16,7 bis 83,3 kN/m Breite des Flächenmaterialaufbaus, wobei Zusammen pressungen mit 44,1 bis 68,6 kN/m 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 Entschichtungsfestigkeit von etwa 14,95 N/m 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 im wesentlichen in der in US-PS 34 42 740 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 wasser dampfinnenbeheizte umlaufende Trommel 1. Ein von der Trommel 1 angetriebenes, schweres endlosen Band 2 aus Filz oder anderem Material läuft um die Trommel herum und wird mittels mehrerer leerlaufender Walzen 3, 3 a, 3 b, 3 c, 3 d und 3 e 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 3 c, 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 3 e 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, das dann über die Walzen 18 und 19 der zweiten Bindungseinheit zugeführt wird, die mit der ersten identisch ist und mit der Abänderung in gleicher Weise arbeitet, daß 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 Vor erhitzerwalze 9 vorzuerhitzen. Die Bänder werden hierbei von leerlaufenden Walzen 3 a und 3 b auf die Vorerhitzerwalze geführt. Jeglicher Wärmeverlust kann durch eine beheizte Platte 10 unterhalb des Bandes ausgeglichen werden.

Die wichtigste Wärmelenkung wird bei jedem Binder an der Haupt trommel 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 Schmelz bereichs 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 Aufrecht erhaltung eines Temperaturdifferentials während des Bindens wird ein Flächenmaterial erhalten, das auf der der heißen Trommel zugewandten Fläche abriebfester ist. Durch Hindurch führen des Flächenmaterials durch zwei Binder derart, daß die Flächenmaterialfläche, 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-Flächenmaterial aufbau durch den ersten und zweiten Binder wird der Aufbau durch die Zugspannbänder 2 und 2′ 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, daß das Sicherheitspapier eine Entschichtungsfestigkeit von mindestens 59 N/m und eine Opazität von mindestens 70% erhält. Solche Bedingungen stellen sicher, daß das Verfahrens produkt 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 × 10^-3 N/m zu erteilen, was zufriedenstellende Bedruckbarkeit des Papiers und Druckfarbenhaftung sicherstellt. Man kann solche Ergebnisse in einer Einheit der Bauart Lepel mit Flächenmaterial-Geschwindigkeiten von 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 "TAPPI" auf die "Technical Association of Pulp and Paper Industry" und "ASTM" 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 hindurchtritt, mit einem handelsüblichen Opazitätsmesser. Zur Ermittlung der Opazität des Flächenmaterials werden dann mindestens fünfzehn solche Einzelbestimmungen arithmetisch gemittelt. Wenn das Sicher heitspapier gemäß der Erfindung geprägte Bereiche aufweist, sollen die Opazitätsmessungen in den nichtgeprägten Flächen erfolgen.

Die Entschichtungsfestigkeit wird mit einem Zugfestigkeits prüfgerät der Bauart Instron mit Linienkontakt-Klemmen von 2,5 × 7,6 cm und mit einem Integrator der Bauart Instron bestimmt. Man leitet die Entschichtung einer 2,5 × 17 cm Probe von Hand durch Aufspalten des Flächenmaterials mit einem Stift über einem 2,5 × 2,5 cm Randbereich an der Flächenmaterialebene ein, bei der sich das Identifikationsmaterial befindet. Der verbleibende 2,5 × 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 aufge spaltenen Schichten ein und bestimmt dann die Kraft, die zum Auseinanderziehen des Flächenmaterials benötigt wird. Die Entschichtungsfestigkeit (kN/m) 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-410-OS-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, die mit einem Druck von etwa 17,6 · 10^-3 N/mm² auf das Flächenmaterial einwirkt.

Die Zugfestigkeit wird nach TAPPI T-404 M-50 oder ASTM D 828-48 bestimmt.

Zur Bestimmung der Zähigkeit ermittelt man die Fläche unter der Kurve der Zugspannung gegen die Dehnung, erhalten durch den oben für die Zugfestigkeit genannten TAPPI- oder ASTM- Prüfungen.

Die Elmendorf-Reißfestigkeit wird nach TAPPI T-414 M-49 bestimmt.

Zur Bestimmung der Abriebfestigkeit dient ein Prüfgerät der Bauart Crockmeter. Direkt unter der Vollbewegung des Gummifußes wird an der Basis des Meßgeräts mit Klebeband ein Stück Siliciumcarbidpapier angebracht, das dazu dient, die Probe am Sichbewegen zu hindern. An der Schwing stange des Meßgeräts wird eine Gummischeibe von 50 mm Durch messer und 10 mm Dicke angebracht. Der Schwingstangen-Griff wird so gedreht, daß der Gummifuß auf der Probenoberfläche hin- und hergeht. Wenn die Störung (d. h. ein Aufstehen) der ersten Oberflächenfasern auftritt, liest man an dem Geräte zähler die Zyklenzahl ab. Für jede Probe wird der Durch schnittswert der Zyklenzahl bei fünf Prüfungen aufgezeichnet.

Beispiele 1 bis 7

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 31 69 899 hergestellt war. Das leicht verfestigte Flächenmaterial, das ein Flächengewicht von 0,042 kg/m² und eine Dichte von etwa 0,25 g/cm³ hatte, wurde zur Bildung von zwei Wickeln 46 cm breiten Flächenmaterials geschlitzt. Die Bildung von Sicherheitspapier mit diesen beiden Flächen material-Wickeln erfolgte nach dem Prozeß von Fig. 3 mit den Abänderungen, daß der Prozeß nicht kontinuierlich durchgeführt wurde und die Filzbänder der Binder nicht vor erhitzt wurden. Anstelle der kontinuierlichen Zuführung zu den Bindern wurde der aus dem unbeheizten Walzenspalt der Walzen 15 und 16 austretende, leicht laminierte Flächen materialaufbau zuerst gesammelt und auf einer Rolle aufgewickelt, bevor die Eigenbindung erfolgte. Als Identifikationsmaterial dienten in den vorliegenden Beispielen kurze, farbige Fäden oder kleine Stücke farbigen, thermoplastischen Films (d. h. "Planchets"), die dem Sicherheitspapier in Beispiel 7 in einer Menge von etwa 0,12 g/m² 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 Flächen materialaufbau mit einer Geschwindigkeit von 13,7 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 Prägemustern 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 ein geschnittene 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 Rolle befindliche, leicht laminierte (d. h. kalt gepreßte) Flächenmaterialaufbau wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 46 m/min den Bindern zugeführt. Der zur Beheizung der Trommeln des ersten und zweiten Binders einge setzte Sattwasserdampf wurde auf einem Druck P _ü von 2,62 oder 2,69 bar gehalten. Zur Ausbildung der Zusammenpreß-Haltekräfte in den Bindern dienten 100%-Wollfilz-Bänder von jeweils etwa 3,6 kg/m² Flächengewicht und etwa 1 cm 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 eine Oberflächenspannung im Bereich von 50 × 10^-3 N/m bis 52 × 10^-3 N/m erhielt.

Weitere Einzelheiten der Versuche und Charakteristiken der anfallenden Produkte nennt die Tabelle I. Das Identifikations material war durch die Oberflächen der Fertigflächen materialien hindurch sichtbar. Die Flächenmaterialien erwiesen sich als für den Einsatz als Sicherheitspapier hochzufriedenstellend.

Die in der Tabelle I gebrauchten Klammerzahlen haben folgende Bedeutung:

(1) P = "Planchets" - "T" = Fäden oder Fasern.
(2) Distanz, um die das Prägemuster gegenüber der restlichen Walzenoberfläche 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/m².
(5) Werte beider Oberflächen.

Tabelle I

Beispiele 8 bis 10

Es wurde eine Reihe von Proben nach im wesentlichen den gleichen Arbeitsweisen und aus den gleichen Ausgangsflächen materialien wie in Beispiel 7 mit der Abänderung hergestellt, daß die Zusammenpressung in dem unbeheizten Walzenspalt wie in Tabelle II genannt zwischen 54,5 und 5,3 kN/m 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 16,7 kN/m kaltgepreßt wurden, Endprodukte mit inadäquater Entschichtungsfestigkeit (von unter 59 N/m). 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 12 leicht von Hand entschichten.

Tabelle II

Claims

1. Sicherheitspapier, hergestellt aus gebundenen Schichten, die thermoplastische Fasern enthalten, und einer Identifikationsmaterial- Einlagerungsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier aus eigengebundenem Vliesstoff aus Polyethylen-Film fibrillen und Identifikationsmaterial besteht und eine Opazität von mindestens 70% und eine Entschichtungsfestigkeit von mindestens 59 N/m in der Ebene der Schicht hat, die das Identifikationsmaterial enthält.

2. Sicherheitspapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier ein Flächengewicht von 0,05 bis 0,15 kg/m², eine Zugfestigkeit von mindestens 98 000 N/m je kg/m², eine Zähigkeit von mindestens 24 500 N/m je kg/m², eine Elmendorf-Reißfestigkeit von mindestens 29 N je kg/m² und eine Oberflächenabrieb festigkeit von mindestens 5 hat und das Identifikations material ein farbiges Material in Form diskreter Fasern oder Filmpartikel in einer Menge von nicht mehr als etwa 0,5 Gew.-% des Papiers ist.