DE4040347A1 - Verfahren zur herstellung von geldpapier u.ae. - Google Patents

Description

Zweck der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Papierherstellung, und zwar: Sicherheitspapier, das bei Geld­ scheinen und sonstigen Wertpapieren Verwendung findet.

Das beanspruchte Verfahren ist dazu bestimmt, eine spezi­ fische schmutzabweisende Behandlung zu erreichen, ohne daß bei der genannten Behandlung Mittel eingesetzt werden, welche Form­ aldehyd freisetzen.

Vorangegangene Sachkenntnisse

Wie es allgemein bekannt ist, bietet das Sicherheitspa­ pier, das als Grundlage für die Fertigung von Banknoten und sonstigen Wertpapieren Verwendung findet, außergewöhnliche phy­ sische Eigenschaften hinsichtlich der mechanischen Widerstands­ fähigkeit. Normalerweise werden für dessen Herstellung Rohstoffe eingesetzt, wie zum Beispiel pflanzliche Fasern mit hohem Alpha­ cellulosegehalt, wie die Fasern von Baumwolle, Leinen und weite­ ren einjährigen Pflanzen. Diese Fasern sind aufgrund des niedri­ gen Ligningehalts ihrer Ursprungspflanzen relativ leicht zu bleichen und bieten einen Einschuß der Fasern von großer Wi­ derstandsfähigkeit. Eigentlich besitzt ein typisches Sicher­ heitspapier eine Widerstandsfähigkeit von über 1 kg/mm in Längs­ richtung der Fertigung bzw. 2000 (doppel, gefaltet) und 60 g Reißkraft unter den entsprechenden üblichen Normversuchsbedin­ gungen. Ferner muß damit der Offsetdruck, die Chalkographie und die Typographie gleichzeitig möglich sein.

Trotzdem ist nicht der Verschleiß der Grund dafür, daß die Geldscheine in den entwickelten Ländern aus dem Umlauf von den Notenbankinstituten gezogen werden. Sondern dies ist auf den Schmutz zurückzuführen, der sich auf deren Oberfläche oder im Inneren abgelagert hat.

Daher ist der Schmutz in der Praxis das wichtigste Ele­ ment, das die Lebensdauer einer Banknote bzw. eines sonstigen Wertpapieres bedingt. Der Prozeß, durch welchen der Schmutz in das Papier eindringt, kann in Abhängigkeit der Schmutzsorte sehr unterschiedlich sein. Man kann hauptsächlich zwei Schmutzsorten unterscheiden: der flüssige und der feste Schmutz, wobei die erste Sorte wiederum in wäßrige Stoffe und in ölige Stoffe und Lösungsmittel gegliedert werden kann.

Wie es allgemein bekannt ist, wird der Einschuß der pflanzlichen Fasern, aus welchen das Papier besteht, bei Trock­ nung in der Maschine des eben geformten Bogens erreicht. Diese Verbindung ist daher empfindlich gegenüber Wasser bzw. sonstigen Flüssigkeiten, welche die Trennung dieser Verbindungen verursa­ chen können, wenn die Fasern feucht werden und sich wieder zer­ streuen.

Um das vorher erwähnte Problem zu beseitigen, werden nor­ malerweise dem Papier Stoffe nach Trocknung in der Maschine zu­ gegeben, welche ihm wasserabweisende Eigenschaften verleihen und mit dem Sammelbegriff "Leimungsmittel" bezeichnet werden, denn sie sind mit dem Leim verwandt. Ihre Funktion besteht darin, das Eindringen in das Papier der Flüssigkeiten, wie z. B.: Wasser, Öl, usw., zu verzögern. Später wurden andere Produkte ent­ wickelt, welche die Naßwiderstandsfähigkeit des Papiers erhöh­ ten, ohne die Eindringgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu verän­ dern. All diese Stoffe haben in unterschiedlichem Maße dazu beigetragen, das Papier vor dem Schmutz zu schützen, der der wichtigste Beschädigungsgrund ist. Bei der Herstellung von Geld­ papier und sonstigen Sicherheitspapieren wird meistens ein Lei­ mungsmitteltyp verwendet, der alte Verfahren durch Tauchen oder Pressen des bereits geformten Papiers in ein Bad mit Gelatinen oder künstlichen Ersatzprodukten, vorzugsweise auf der Basis von Polyvinylalkohol, nachahmt. Ebenfalls pflegt man Harze bzw. Mit­ tel mit Naßwiderstandsfähigkeit einzusetzen. Hier werden haupt­ sächlich zwei Sorten unterschieden, und zwar: auf der Basis von Melanin-Formaldehyd, die insbesondere in saurem Mittel verwendet wird, oder auf der Basis von Polyamin-Epichlorhydrin, die in neu­ tralem bzw. alkalischem Mittel verwendet wird. Die Leimungsmit­ tel auf Gelatinebasis enthalten oft einen zweiten Bestandteil auf Aldehydbasis wie der Formaldehyd, um sie unlöslich zu ma­ chen. Aus diesem Grund ist die Freiwerdung von Formaldehyd aus der Leimung, der Aushärtung oder der Polymerisation des Melanin­ harzes, die bei Freiwerdung von Formol erfolgt, bei Banknoten und sonstigen Sicherheitspapieren üblich. Folglich bergen diese Papiere Gefahren für die Gesundheit bei Handhabung in großen Mengen während der Fertigung von Banknoten und sonstigen Sicher­ heitsdokumenten.

Die Papierherstellung mit Leimungsbehandlungen und Naßwi­ derstandsfähigkeit ohne Formaldehyd ist technisch gelöst. Den­ noch ist die dadurch erreichte Naßwiderstandsfähigkeit und so­ gar die Trockenwiderstandsfähigkeit, die entscheidend für die Erhaltung der Grundstruktur ist, in der Regel wesentlich gerin­ ger als die Werte, die bei Verwendung von Stoffen mit Formol­ freiwerdung erreicht werden.

Die Leimung durch Tauchen oder Pressen hat eine erhebliche Wirkung auf die Verbesserung von der Widerstandsfähigkeit des Papiers, abgesehen von der Tatsache, daß es dadurch teilweise flüssigkeitsabweisend wird. Das Papier ist ein sehr anisotropes Material, dessen Eigenschaften von der Meßrichtung stark abhän­ gig, d. h.: in der Maschinenrichtung oder in Querrichtung. Dank der Leimung wird dieser anisotrope Charakter verringert. Eben­ falls werden dadurch die Fasern vor Eindringung von verschmutzen­ den Fremdkörpern geschützt, indem die Poren, die dieses Ein­ dringen ermöglichen, verschlossen werden. Ferner bildet sich da­ durch eine kompakte Masse, die den Zusammenhalt der Fasern ver­ bessert.

Jedes Leimungsmittel für das Tauch- bzw. Preßverfahren besitzt außerdem spezifische Eigenschaften. So zum Beispiel ist die Gelatine stark fettabweisend, obschon ihre Wasserdurchläs­ sigkeit eher gering ist und im Laufe der Zeit und durch die vom Geldumlauf hervorgerufene Rißbildung stark abnimmt. Aus diesem Grund weisen die mit Gelatine geleimten Geldscheine ab einem gewissen Zeitpunkt schnell Beschädigungserscheinungen auf. Der Polyvinylalkohol besitzt eine größere Eignung, um mit wasserun­ durchlässigen Eigenschaften versehen zu werden, obwohl er auf der anderen Seite nicht so stark ölabweisend wie die Gelatine ist. Dieser Umstand kann auf positive Weise genutzt werden, in­ dem eine bessere Bedruckbarkeit als beim mit Gelatine geleimten Papier erreicht wird. Abgesehen davon, treten im Falle Polyvi­ nylalkoholpapiers die vom Geldumlauf hervorgerufenen Beschädi­ gungserscheinungen allmählicher auf. Trotzdem gibt es Beschrän­ kungen rheologischer Art, um eine gute Imprägnierung des mit ho­ hem Polyvinylalkoholgehalt hergestellten Papiers zu erreichen.

Ein Grund, der für die schnelle Beschädigung einen großen Einfluß hat, kann mit dem Begriff "Veralterung" bezeichnet wer­ den. Die natürliche Oxydation jedes Stoffes der Chemie der Koh­ lenstoffverbindungen in Anwesenheit der Luft, welche durch un­ günstige klimatische Verhältnisse, wie hohe Temperatur und Feuchtigkeit insbesondere im tropischen und im Seeklima, baut die Zellulose, die Gelatine und den Polyvinylalkohol, sowie sonstige meist organische Papierbestandteile ab. Oft enthält der Schmutz Keime, nämlich Bakterien und vor allem Pilze, die sich von organischen Stoffen ernähren und somit die natürliche Veral­ terung beschleunigen.

Gemäß den vorher angeführten bestimmenden Faktoren soll das ideale Sicherheitspapier ausschließlich aus möglichst rei­ nen Rohstoffen hergestellt sein, welche im Falle von Polymeren die größte Kettenlänge aufweisen, damit der Abbau verzögert wird. Ebenfalls sollen sie eine gute Naß- und Trockenwider­ standsfähigkeit und eine wasserabweisende und in geringerem Maße ölabweisende Leimungswirkung haben, um eine optimale Bedruck­ barkeit zu gewährleisten. Sie sollen auch eine ausreichend sta­ bile Struktur aufweisen, die dem beim Geldumlauf entstehenden Zusammenfalten, Zerreißen, Zerknittern, Spannen, usw. standhal­ ten kann, und es soll nicht dazu neigen, Vertiefungen oder Flä­ chen entstehen zu lassen, an denen der feste Schmutz anhaften kann. Die wichtigste Beschränkung, um die vorherigen Bedingungen bei Verwendung des Leimungsmittels mit der größten Vielseitig­ keit, dem Polyvinylalkohol, zu erfüllen, besteht darin, daß der Polyvinylalkohol mit hoher Viskosität und somit auch mit hohem Molekulargewicht und großer Kettenlänge im Verhältnis von über 6% bei den gewöhnlichen Leimungstemperaturen von ca. 50°C nicht verarbeitet werden kann.

Beschreibung der Erfindung

Das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene Her­ stellungsverfahren für Sicherheitspapier löst das genannte Pro­ blem zu voller Zufriedenheit und beruht darauf, die Selbstpoly­ merisierungsfähigkeit des Polyvinylalkohols unter geeigneten Be­ dingungen auszunutzen, sowie auf der Verwendung von Polyvinylal­ kohol mit niedriger Viskosität und Polymerisationszahl, und das alles unter solchen Bedingungen, die die Selbstpolymerisation fördern, damit eine Struktur entsteht, die sämtliche Lücken zwi­ schen der Zellulose in einem größeren Maße als mit den bekann­ ten Herstellungsverfahren für Papiergeld u. ä. auffüllt.

Genauer ausgedrückt, geht man von einer Baumwolle- bzw. Leinenpapierbasis mit hoher Polymerisationszahl der Zellulose aus. Das Papier soll mit Fasern hergestellt sein, die bei über 90° gebleicht und über 50° SR veredelt wurden. Diese Messungen werden unter den für solche Versuche normalen Bedingungen durch­ geführt. Auf diese Weise wird eine beachtliche Kohäsion erzielt. Ferner werden mineralische Füllstoffe und Farbstoffe in Abhän­ gigkeit der gewünschten Mattheit und Farbe zugegeben. Ebenfalls soll es ein Harz mit Naßwiderstandsfähigkeit in neutralem Mit­ tel enthalten, das dem Papier eine 25% höhere Naßwiderstandsfä­ higkeit in bezug auf die Trockenwiderstandsfähigkeit verleiht, um dessen Schutz gegenüber Naßwerdung zu gewährleisten. Diese Messungen werden ebenfalls unter den normalen Versuchsbedingun­ gen durchgeführt.

Dieser Ausgangsstoff wird anschließend mit einem Lei­ mungsmittel auf Polyvinylalkoholbasis mit niedriger Viskosität, um eine gute Imprägnierung zu erzielen, geleimt. Dies erfolgt in einem Bad mit einer Konzentration nicht kleiner als 8%, so daß das Papier nach der Behandlung eine Mindestkonzentration von 5% enthält und unter diesen Bedingungen seine Selbstpolymerisation mit einem pH-Wert kleiner als 7 auf einfache Weise erfolgen kann. Der wasserabweisende Zusatz des Leimungsmittels soll ein Produkt auf der Basis von Roggendimeren o. ä. sein, obschon es auch Gelatine in einem Verhältnis bis 10% bezüglich des Poly­ vinylalkohols enthalten kann, was die zusätzliche Funktion hat, die Polymerisation zu erleichtern. Als zusätzliches Leimungsmit­ tel soll es CMC-Stärke oder Alginate enthalten, die dem Papier eine spezifisch hohe Trockenwiderstandsfähigkeit verleihen.

Ebenfalls können Mikrobenvernichtungsmittel zugegeben wer­ den, um einen von Pilzen hervorgerufenen biologischen Abbau zu verhindern. Diese Mittel sollen unlöslich und dispers sein, wie z. B. die Mikrobenvernichtungsmittel auf der Basis von Isothia­ zilonen, damit sie nicht durch Naßwerdung beeinträchtigt wer­ den. Diesem Bad können eventuell auch weitere spezifische Öl­ abweisungsmittel, Mithelfer für die Polyvinylalkohol- und die CMC-Wirkung, zugefügt werden. Zum Beispiel: Fluorhydrocarbide, mit der Dosierung eines Zusatzes, ohne daß sie Hauptbestandteil werden.

Zuletzt wird das Sicherheitspapier einer Satinierbehand­ lung unterzogen. Hierdurch verringert sich seine spezifische Fläche und somit auch die Möglichkeit eines Anhaftens von Fremd­ körpern. Das Satinieren dient zur gleichen Zeit auch dazu, sei­ nen inneren Zusammenhalt zu verbessern und die Poren zu reduzie­ ren. Dies soll nicht in einem so übermäßigen Grad erfolgen, daß die Grundstruktur der Fasern beschädigt wird. Aus diesem Grund soll diese Behandlung bei 10-60 Sekunden Bekk unter norma­ len Versuchsbedingungen durchgeführt werden.

Praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung

Die Umsetzung in die industrielle Praxis hat die vorher erwähnten Einflußfaktoren konkretisiert. Daraus ergeben sich verschiedene Varianten gemäß dem Nutzungszweck bzw. der Anwen­ dung in jedem Fall. In Abhängigkeit der technischen Spezifika­ tionen für das Endprodukt werden folgende Voraussetzungen fest­ gesetzt:

• 85-95% Baumwollfaser, gebleicht in Kämmaschine und Lei­ nen.
• 5-15% Baumwollfaser, gebleicht, und Leinen aus Schnitzel oder Linters.
• 1-10% Titandioxid, auf Fasern bezogen
• 1-10% Tonerdesilikat, auf Fasern bezogen
• 2-20% Polyamid-Epichlorhydrinharz
• 5-15% Polyvinylalkohol mit niedriger Viskosität
• 0,5-15% Produkt auf Roggendimerenbasis, auf Polyvinylalko­ hol bezogen
• 1-5% CMC, Stärke, Gelatine oder Alginate
• Satinierung bis 10-60 sec. Bekk.

Es ist nicht notwendig, die vorliegende Beschreibung noch weiter auszuweiten, damit jeder Fachmann auf dem Gebiet die Tragweite und die daraus resultierenden Vorteile verstehen kann.

Die Materialien, Form, Größe und Anordnung der Elemente sind veränderbar, falls dies keine wesentliche Veränderung der Erfindung bedeutet.

Die Begriffe, die in dieser Beschreibung vorkommen, sind im weiten Sinne zu verstehen und besitzen keinen einschränkenden Charakter.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Geldpapier u. ä., das ein Papier mit Schmutzschutzwirkung bezweckt und keinen Bestand­ teil auf Formaldehydbasis enthält. Dieses Papier soll geeignet sein, um mittels des Offset-, Chalkographie- und Typographiever­ fahrens gleichzeitig bedruckt zu werden, im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß man von Papier aus Baumwolle, Leinen oder sonstigen pflanzlichen Fasern, die zweckmäßig gebleicht und veredelt sind und sich durch eine hohe Polymerisationszahl der Zellulose auszeichnen, ausgeht. In einer ersten Behandlungsphase wird ein Harz mit Naßwiderstandsfähigkeit in neutralem Mittel zugegeben und eine Leimung mit Polyvinylalkohol mit niedriger Viskosität als Hauptbestandteil durchgeführt. Anschließend er­ folgt eine Satinierphase zwischen zehn und sechzig sec. Bekk, wobei vorgesehen wurde, daß der Polyvinylalkohol in einem Bad mit einer Konzentration von über 8% zugegeben wird. Auf diese Weise soll eine Imprägnierung des Papiers in einem Verhältnis von über 5% stattfinden. Ebenfalls wurde die Zugabe eines zu­ sätzlichen Leimungsmittels auf CMC-, Stärke- oder Alginatebasis vorgesehen, um die Trockenwiderstandsfähigkeit zu erhöhen, sowie die eventuelle Zugabe von Mikrobenvernichtungsmitteln und spezi­ fischen ölabweisenden Mitteln.