EP3504066A1 - Sicherheitselement, verfahren zum herstellen desselben und wertdokument - Google Patents

Sicherheitselement, verfahren zum herstellen desselben und wertdokument

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EP3504066A1
EP3504066A1 EP17758797.9A EP17758797A EP3504066A1 EP 3504066 A1 EP3504066 A1 EP 3504066A1 EP 17758797 A EP17758797 A EP 17758797A EP 3504066 A1 EP3504066 A1 EP 3504066A1
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EP
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polymer
security element
water
feature substance
element according
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Johann Kecht
Axel SCHLOSSBAUER
Stephan Steinlein
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a security element for securing value documents, comprising a feature substance-containing first polymer which is at least partially surrounded by a second polymer, wherein the first polymer is a hydrophobic, water-insoluble polymer, which at elevated pH and at elevated ambient temperature at a treatment time of at least 30 minutes is convertible into a hydrophilic, water-soluble polymer, and the second polymer is a hydrophilic, water-soluble polymer.
  • the invention furthermore relates to methods for producing the security element and to a security document having the security document.
  • Paper recycling processes which for environmental reasons should ideally also be subject to worn-out or defective production documents, in particular banknotes, usually take place at elevated temperature and at elevated pH.
  • Conventional security elements to secure value documents such as mottled fibers or planchettes with feature properties such as UV luminescence, IR absorption or photochromism, however, are so stable that they are not destroyed under the conditions of paper recycling processes.
  • the conventional security elements are only damaged and thus remain as visible, disturbing fragments in the paper pulp.
  • the invention has for its object to provide an improved security feature for securing value documents.
  • the invention is further based on the provision of manufacturing methods for such a security element and the provision of a security document provided with the value document.
  • a security element for securing value documents comprising a feature substance-containing first polymer which is at least partially surrounded by a second polymer, wherein the first polymer is a hydrophobic, water-insoluble polymer which is at elevated pH and at elevated ambient temperature at a treatment time of less than 60 minutes, preferably less than 30 minutes, is convertible into a hydrophilic, water-soluble polymer, and the second polymer is a hydrophilic, water-soluble polymer, wherein the increased pH greater than 12, preferably greater than 10, and the elevated ambient temperature is greater than 90 ° C, preferably greater than 60 ° C.
  • a security element according to any one of paragraphs 1 to 6, wherein the feature substance is a core-shell particle, wherein the core and the shell are preferably based on two different polymers, the shell is more preferably attackable by the action of aqueous bases and the shell is particularly preferably based on a melamine-formaldehyde condensation polymer.
  • a security element according to any one of paragraphs 1 to 8, wherein the weight ratio of the feature substance based on the first, hydrophobic, water-insoluble polymer is at least 1: 1, preferably at least 9: 1.
  • a further layer in particular a film based on a second polymer, to the layer based on a second polymer provided with the solution of the feature substance and of the first polymer.
  • first polymer is a hydrophobic, water-insoluble polymer that is convertible to a hydrophilic, water-soluble polymer at elevated pH and / or elevated ambient temperature
  • second polymer is a hydrophilic, water-soluble polymer
  • Value documents within the scope of the invention are items such as banknotes, checks, shares, tokens, identity cards, passports, documents and other documents as well as labels.
  • the value document substrate does not necessarily have to be a paper substrate, in particular it could be a plastic substrate or a substrate having both paper components and plastic components.
  • the present invention makes it possible to provide security elements, such as mottled fibers or planchettes, having feature properties such as UV luminescence, IR absorption or photochromism, which can be introduced into paper or applied to paper during papermaking and have sufficient stability to water and moisture so as not to be destroyed during papermaking. the.
  • security elements according to the invention are so unstable that they are destroyed under the more drastic conditions of the paper recycling process, ie at elevated temperature and at elevated pH. For the paper manufacturer, therefore, high cost savings are possible, moreover, the present invention is particularly advantageous in view of the ecological point of view.
  • value documents afflicted with production defects or worn value documents can easily be subjected to a conventional paper recycling process because the security elements are completely destroyed in the recycling process.
  • water-soluble polymers for example polyvinyl alcohol (PVA), and water-insoluble, hydrolysis-unstable polymers, for example polyvinyl acetate (PVAc).
  • PVA polyvinyl alcohol
  • PVAc polyvinyl acetate
  • the water-soluble polymer is preferably polyvinyl alcohol.
  • Polyvinyl alcohol is often a constituent of the paper pulp of documents of value because it is used, for example, in the gluing and therefore does not adversely affect the properties of the paper pulp obtained during recycling.
  • the security element is based in particular on a feature-containing first polymer which is completely or partially surrounded by a water-soluble second polymer.
  • the water-soluble second polymer ensures the compatibility of the security element with the paper, because it is loosely dissolved on contact with the wet paper pulp or the paper web and promotes the solid installation of the security element in the pulp.
  • the second polymer is preferably polyvinyl alcohol or its copolymers, for example polyvinylpyrrolidone-polyvinyl alcohol copolymers or polyvinyl alcohol-polyethylene glycol-graft copolymers.
  • polyvinyl alcohol has the best properties for incorporation into pulp, other water-soluble polymers such as polyvinylpyrrolidone are also suitable.
  • the first polymer containing the feature substances is expediently sufficiently moisture-stable in order to withstand the incorporation into the paper pulp without being damaged.
  • the first polymer is a hydrophobic, water-insoluble polymer, for example polyvinyl acetate or certain polyesters.
  • the hydrophobic polymer is characterized in that it can be converted to a hydrophilic polymer by increased pH and / or ambient temperature, e.g. by saponification of ester groups.
  • polyvinyl acetate can be gradually saponified to polyvinyl alcohol, which is then water-soluble.
  • certain polyesters and other polymers can be cleaved by saponification or other reactions to smaller, lower molecular weight units, thereby destroying the polymer.
  • the first, water-insoluble polymer converts in the recycling process so that it corresponds to the second (water-soluble) polymer type.
  • the combination of polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinyl acetate (PVAc) is particularly preferred because PVAc can easily be hydrolyzed to PVA and therefore no other polymers or polymer degradation products appear in the recycling process in addition to the harmless PVA.
  • Security elements according to the invention can be formed in different ways.
  • the feature substance can be introduced by extrusion into the first polymer and then coated with the second polymer.
  • a solution containing the first polymer and the feature substance can be applied to the second polymer and then covered by another layer of the second polymer.
  • the complete encapsulation of the first polymer by the second polymer is advantageous since otherwise sufficient and homogeneous incorporation into the paper substrate can not take place.
  • non-both sides covered security elements are added to the pulp, they are not well installed if the randomly distributed security elements touch the paper with their hydrophobic side. When fully wrapped, both sides of the security element are hydrophilic, and always build well into the pulp even when randomly arranged.
  • the security element is produced by printing or coating a PVA film with a solvent-based printing lacquer containing PVAc and the feature substance.
  • the printed film is laminated with a second PVA film so that no free PVAc surfaces exist. This facilitates the introduction of the later security element, since untreated PVAc, in contrast to PVA, does not have good compatibility with the paper pulp and thus incorporates poorly.
  • the security Elements can then be obtained, for example, by cutting or punching out the laminated films.
  • the PVAc surface of the isolated security elements is preferably covered by more than 80%, particularly preferably more than 90%, by PVA.
  • FIG. 3 shows a further example of the production according to the invention
  • FIG. 1, Case A shows an example of the production of security elements according to the invention.
  • the PVA film is printed over the entire surface, that is to say for the production of e.g.
  • the film may be cut into strips to obtain mottled fibers having the same dimensions of the strips.
  • FIG. 1, Case B shows another example of the production of security elements according to the invention.
  • the PVA film is printed with a pattern which corresponds to the shape of the later security element.
  • a pattern may be printed out of thin strips, which at the end represent the mottling fibers, or other motifs, such as waves, circles or triangles. These can be easily cut out at an appropriate distance from each other. Since the PVA is largely dissolved when introduced into the paper pulp, only the PVAc motif defined by the printing process remains as a visible security element.
  • an edge is left free (corresponding to FIG. 1, case B).
  • FIG. 2 Case C, shows another example of the production of security elements according to the invention.
  • an edge is left in one direction only.
  • FIG. 3 Case D, shows a further example of the production of security elements according to the invention.
  • lines or other patterns are printed with a skew angle relative to the cutting direction. This ensures that the pattern does not have to be aligned, or in other words, the pattern position is not on the cutting position has to be adjusted.
  • a sample spacing unsynchronized relative to the cutting width is selected, for example the distance between two printed lines is 1.01 times that
  • Cutting width As a result, e.g. controlled distributions can be generated on random pattern distributions, or it can be prevented that, for example, all imprinted lines of the cutting tool are cut exactly in the middle, as could be the case for a match between pattern spacing and cutting width.
  • Typical conditions in paper recycling are elevated temperatures, such as more than 60 ° C, preferably more than 90 ° C, and an elevated pH, for example a pH greater than 8, preferably a pH greater than 10, more preferably a pH greater than 12 at the same time applied high shear forces.
  • Typical treatment periods are z; B. a treatment duration of more than 30 min, preferably more than lh.
  • complete destruction is taken to mean that, when the paper pulp is used again, no larger components of the security element that are visible to the eye remain, but a homogeneous impression of the paper pulp is achieved.
  • the term "complete destruction" means that the iron oxide-containing polymer has essentially completely dissolved and no mottled fiber fragments or the like are more recognizable will still be present and homogeneously distributed in the paper pulp, but as there are usually only very small amounts of security elements relative to the pulp, they will no longer be perceived in a homogeneous distribution, only in places where the feature substance is in a higher concentration, such as In the polymer of the original security element, an increased and thus disturbing after recycling visibility is given.
  • the intensity of the feature substance used decreases by more than 50%, preferably by more than 90%.
  • the feature substance used is a core-shell particle.
  • the core-shell particle is based on two different polymers. More preferably, the polymer of the shell is accessible by the action of bases.
  • the type and thickness of the shell is chosen so that the feature substance on the one hand meets the necessary criteria for stability of base, which are necessary for use in documents of value, on the other hand, largely destroyed in the harder conditions of paper recycling.
  • the shell is preferably a layer of melamine-formaldehyde condensation polymer. Although melamine-formaldehyde
  • Condensation polymers are usually chemically very stable, the stability of the shell can be controlled very well on the thickness thereof, so that here a controlled adjustment of instability against hot aqueous bases is possible.
  • the weight ratio of the feature substance used is in particular at least 99: 1, preferably at least 9: 1, particularly preferably at least 1: 1.
  • the chain length of the used, surrounding the feature substance first polymer has an impact on the rate of hydrolysis, but also on the processability of the laminated film composite.
  • the first polymer in particular has a molecular weight of less than 100,000 g / mol.
  • the hydrolysis rate is particularly high.
  • the first polymer has a molecular weight of more than 500,000 g / mol.
  • the workability is particularly good.
  • the first polymer has a molecular weight in a range of 100,000 g / mol to 500,000 g / mol. In this case, a sufficient hydrolysis rate and a good processability are combined. For most applications, this third embodiment is technically advantageous, and therefore particularly preferred over the other two embodiments.
  • the PVA film has a thickness in the range of 10 to ⁇ , more preferably in a range of 15 to 60 ⁇ .
  • the PVA film is a so-called hot water-soluble PVA, which is a PVA which, in contrast to the so-called cold-water-soluble PVA, does not react at elevated temperature, e.g. above 60 ° C, completely dissolves.
  • elevated temperature e.g. above 60 ° C
  • the security elements are introduced into the water of the paper machine.
  • the security elements are scattered on the moist paper web, for example by using a vibrating trough.
  • the coating or printing of the PVA film uses a mixture based on the feature substance and a solution of polyvinyl acetate in an organic solvent.
  • the organic solvent is ethyl acetate or acetone.
  • the recyclable security elements described herein are combined with other, non-recyclable security elements or designed so that they are only partially recyclable. For example, in accordance with the invention, green mottled fibers according to the invention can be mixed with non-inventive red mottled fibers.
  • first (eg green) lines based on a hydrolyzable polymer can be printed and second (eg red) lines can be printed on the basis of a hydrolysis-stable printing ink.
  • first (eg green) lines based on a hydrolyzable polymer can be printed and second (eg red) lines can be printed on the basis of a hydrolysis-stable printing ink.
  • parts of a safety element from hydrolyzable or hydrolysis-stable constituents.
  • a printed flag with three national colors two national colors can be hydrolyzed and one country color can be made resistant to hydrolysis.
  • the non-recyclable security elements remain in the paper pulp, or the security elements are partly discolored or discolored. In this way it can be tracked, for example, if the paper mass is recycled material. This is advantageous, for example, to detect plagiarism based on stolen Toiletfabrik- Committee, or on the basis of recycled pulp from shredded banknotes.
  • Embodiment 1 blue luminescent mottled fibers
  • a P VA film having a thickness of 25 ⁇ m is coated with a solution of 1% by weight of polyvinyl acetate having a molecular weight of 140,000 g / mol, which contains 10% by weight of a UV-activatable blue-luminescent security pigment based on core-shell particles.
  • the solvent used is ethyl acetate.
  • the coating has a basis weight of 5 grams per square meter.
  • the applied layer is covered with a second PVA film having a thickness of 25 microns and laminated by passing a hot metal roller.
  • the laminated film composite is subsequently cut into mottled fibers of the size 5 mm ⁇ 1 mm and introduced into the paper stock during papermaking.
  • the paper is then recycled (at high shear, at 80 ° C, at a pH of 11, treatment time: 1 hour). From the resulting pulp a new paper is produced. Under UV light no mottled fibers or other abnormalities are more visible.
  • a polyamide fiber having the same security pigment as in Embodiment 1 is produced.
  • Polyamide fibers are widely used as mottling fibers for banknotes, their preparation is well known. However, they are non-recyclable fibers.
  • a paper with mottled fibers recognizable as blue stripes under UV light is obtained.
  • the paper is then recycled (high shear, 80 ° C, pH 11, 1 hour). From the resulting pulp a new paper is produced.
  • Embodiment 2 green luminescent mottled fibers
  • a PVA film with a thickness of 30 ⁇ is printed with a pattern of 5 mm long and 200 ⁇ thick strip.
  • the printing ink used is a mixture of acetone and 2 percent by weight of polyvinyl acetate of molecular weight 200,000 g / mol, which contains 5 percent by weight of a UV-activatable, green luminescent security pigment based on core-shell particles.
  • the pressure is 5 grams per square meter. After the proof has been dried, it is covered with a second PVA film having a thickness of 30 ⁇ m and laminated by passing a hot metal roller. The laminated film composite is then cut into pieces, each piece containing a strip of the printed stripe pattern, and incorporated into the paper stock during papermaking.
  • a PVA film having a thickness of 50 ⁇ m is coated with a solution of 1% by weight of polyvinyl acetate having a molecular weight of 140,000 g / mol, which contains 10% by weight of an IR absorber pigment based on core-shell particles.
  • the solvent used is ethyl acetate.
  • the coating has a basis weight of 5 grams per square meter.
  • the applied layer is covered with a second PVA film having a thickness of 50 microns and laminated by passing a hot metal roller.
  • the laminated film composite is subsequently cut into planchettes of the size 5 mm ⁇ 5 mm and introduced into the pulp during papermaking.
  • a paper is obtained which, when viewed with suitable equipment, e.g. with an IR sensor for bank notes, corresponding points with IR absorption shows.
  • a PVA film having a thickness of 25 ⁇ m is printed with a solution of 1% by weight of polyvinyl acetate having a molecular weight of 140,000 g / mol, which contains 10% by weight of a UV-activatable, red-luminescent security pigment based on core-shell particles ,
  • the solvent used is ethyl acetate.
  • the print pattern is based on a variety of objects in the form of small fish with a size of about 2 mm x 4 mm.
  • the pressure strength has a basis weight of 5 grams per square meter.
  • After evaporation of the ethyl acetate, the pressure is covered with a second PVA film having a thickness of 25 ⁇ and laminated by passing a hot metal roller.
  • the laminated film composite is then cut into pieces, each piece containing one of the fish-like objects, and placed in the pulp during papermaking.
  • Embodiment 5 partially recyclable planchettes
  • a PVA film with a thickness of 40 ⁇ is printed with a tricolor pattern of UV luminescent colors, such as a national flag the size 6 mm x 4 mm, which contains the colors blue, white and red.
  • the individual flags of the country are 10 mm apart on all sides so that they can be easily separated by cutting the film.
  • the blue and white portions of the pattern are printed with a pressure varnish consisting of a combination of luminescent pigment, ethyl acetate and polyvinyl acetate and then dried. The blue and white parts dissolve in the recycling process.
  • the red portions of the pattern are printed with a UV-curable printing ink containing the luminescent pigment and cured by UV irradiation. UV-curable printing inks are often used for printing value documents and generally show a very high stability to water and aqueous solutions. The red components are stable compared to the recycling process and thus remain unchanged.
  • a security paper which shows multicolored country flags under UV light.
  • the paper may also contain other (e.g., forensic) features or have special properties, e.g. haptic properties or optical properties.
  • haptic properties or optical properties When such a paper or remnants are recycled from value documents made therefrom, e.g. In order to produce counterfeits, clearly visible red portions of the original multicolored pattern remain in the recy- cled paper. The paper can thus be clearly identified as recycled material of the original security paper, even if the other characteristics (other characteristics, haptic and optical characteristics) are the same as those of the original security paper.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement zur Absicherung von Wertdokumenten, umfassend ein einen Merkmalsstoff enthaltendes erstes Polymer, das zumindest teilweise von einem zweiten Polymer umgeben ist, wobei das erste Polymer ein hydrophobes, wasserunlösliches Polymer ist, das bei erhöhtem pH- Wert und bei erhöhter Umgebungstemperatur bei einer Behandlungsdauer von weniger als 60 Minuten, bevorzugt weniger als 30 Minuten, in ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer umwandelbar ist, und das zweite Polymer ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer ist, wobei der erhöhte pH- Wert größer als 12, bevorzugt größer als 10, ist und die erhöhte Umgebungstemperatur größer als 90°C, bevorzugt größer als 60°C, ist.

Description

Sicherheitselement, Verfahren zum Herstellen desselben und Wertdokument
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement zur Absicherung von Wertdokumenten, umfassend ein einen Merkmalsstoff enthaltendes erstes Polymer, das zumindest teilweise von einem zweiten Polymer umgeben ist, wobei das erste Polymer ein hydrophobes, wasserunlösliches Polymer ist, das bei erhöhtem pH- Wert und bei erhöhter Umgebungstemperatur bei einer Behandlungsdauer von mindestens 30 Minuten in ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer umwandelbar ist, und das zweite Polymer ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren Verfahren zum Herstellen des Sicherheitselements und ein das Sicherheitselement aufweisende Wertdokument.
Papier-Recyclingprozesse, denen aus ökologischen Gründen idealerweise auch abgenutzte oder mit Produktionsmängeln behaftete Wertdokumente, insbesondere Banknoten, unterworfen werden sollten, finden üblicherweise bei erhöhter Temperatur und bei erhöhtem pH- Wert statt. Konventionelle Sicherheitselemente zur Absicherung von Wertdokumenten, z.B. Melierfasern oder Planchetten mit Merkmalseigenschaften wie etwa UV- Lumineszenz, IR- Absorption oder Photochromie, sind allerdings so stabil, dass sie unter den Bedingungen der Papier-Recyclingprozesse nicht zerstört werden. Typischerweise werden dabei die konventionellen Sicherheitselemente nur beschädigt und bleiben somit als sichtbare, störende Bruchstücke in der Papiermasse zurück. Folglich können abgenutzte Wertdokumente, aber auch Sicherheitselemente enthaltendes Sicherheitspapier als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Banknoten, das z.B. infolge von Produktionsfehlern (z.B. falsche Papierdicke, Risse in der Papierbahn, falsche Konzentration an Sicherheitselementen) nicht die Spezifikation zur Weiterverarbeitung erfüllt, aus Gründen der Sicherheit nicht ohne Weiteres einem konventionel- len Papier-Recyclingprozess unterworfen werden. Dem Papierhersteller entstehen auf diese Weise hohe Kosten bei der Entsorgung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Sicherheitsmerkmal zur Absicherung von Wertdokumenten bereitzustellen. Wünschenswert ist insbesondere die Bereitstellung eines Sicherheitselements, das eine ausreichende Stabilität gegenüber Wasser und Feuchtigkeit besitzt, sodass das Sicherheitselement unter den Bedingungen der Papierherstellung nicht zerstört wird, jedoch gleichzeitig so instabil ist, dass das Sicherheitselement unter den drastischeren Bedingungen des Papier- Recyclingprozesses zerstört wird. Der Erfindung liegen des Weiteren die Bereitstellung von Herstellungsverfahren für ein solches Sicherheitselement und die Bereitstellung eines mit dem Sicherheitselement versehenen Wertdokuments zugrunde.
Diese Aufgaben werden durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zusammenfassung der Erfindung
1. (Erster Aspekt der Erfindung) Sicherheitselement zur Absicherung von Wertdokumenten, umfassend ein einen Merkmalsstoff enthaltendes erstes Polymer, das zumindest teilweise von einem zweiten Polymer umgeben ist, wobei das erste Polymer ein hydrophobes, wasserunlösliches Polymer ist, das bei erhöhtem pH- Wert und bei erhöhter Umgebungstemperatur bei einer Behandlungsdauer von weniger als 60 Minuten, bevorzugt weniger als 30 Minuten, in ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer umwandelbar ist, und das zweite Polymer ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer ist, wobei der erhöhte pH- Wert größer als 12, bevorzugt größer als 10, ist und die erhöhte Umgebungstemperatur größer als 90°C, bevorzugt größer als 60°C, ist.
2. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach Absatz 1, wobei das Sicherheitselement bei Einbringung in eine feuchte Papiermasse eine Melierfaser oder Planchette ergibt. Bei der Einbringung wird das wasserlösliche zweite Polymer angelöst
chette oder Melierfaser sichtbar.
3. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach Absatz 1 oder 2, wobei der Merkmalsstoff lumineszierende, magnetische oder photochrome Eigenschaften aufweist und bevorzugt ein IR- Absorber oder ein UV- anregbarer Leuchtstoff ist.
4. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach einem der Absätze 1 bis 3, wobei das erste Polymer durch Verseifung im basischen Milieu in ein wasserlösliches Polymer umwandelbar ist.
5. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach Absatz 4, wobei das erste Polymer Polyvinylacetat oder ein Polyester ist und bevorzugt Polyvi- nylacetat ist.
6. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach einem der Absätze 1 bis 5, wobei das zweite Polymer Polyvinylalkohol oder ein Polyvinylalkohol- Copolymer, insbesondere ein Polyvinylpyrrolidon-Polyvinylalkohol- Copolymer oder ein Polyvinylalkohol-Polyethylenglykol-Graf t-Copolymer, ist und bevorzugt Polyvinylalkohol ist. 7. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach einem der Absätze 1 bis 6, wobei der Merkmalsstoff ein Kern-Hülle-Teilchen ist, wobei der Kern und die Hülle bevorzugt auf zwei unterschiedlichen Polymeren basieren, die Hülle weiter bevorzugt durch Einwirkung von wässrigen Basen angreifbar ist und die Hülle insbesondere bevorzugt auf einem Melamin-Formaldehyd- Kondensationspolymer basiert.
8. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach einem der Absätze 1 bis 7, wobei der Anteil des ersten, hydrophoben, wasserunlöslichen Polymers im Sicherheitselement weniger als 10 Gew.-% beträgt.
9. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach einem der Absätze 1 bis 8, wobei das Gewichtsverhältnis des Merkmalsstoffs bezogen auf das erste, hydrophobe, wasserunlösliche Polymer mindestens 1:1, bevorzugt mindestens 9:1, beträgt.
10. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach einem der Absätze 1 bis 9, wobei das erste, hydrophobe, wasserunlösliche Polymer ein Molekulargewicht in einem Bereich von 100 000 g/mol bis 500 000 g/mol aufweist.
11. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach einem der Absätze 1 bis 10, wobei das Sicherheitselement erhältlich ist durch ein Verfahren, umfassend
den Schritt des Einbringens eines Merkmalsstoffs in ein erstes Polymer mittels Extrusion; und
den Schritt des Umhüllens des so erhaltenen ersten Polymers mit einem zweiten Polymer. 12. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach einem der Absätze 1 bis 10, wobei das Sicherheitselement erhältlich ist durch ein Verfahren, umfassend
den Schritt des Bereitstellens einer Schicht, insbesondere einer Folie, auf Basis eines zweiten Polymers;
den Schritt des Auftragens einer einen Merkmalsstoff und ein erstes Polymer enthaltenden Lösung auf die Schicht auf Basis eines zweiten Polymers; und
den Schritt des Aufbringens einer weiteren Schicht, insbesondere einer Folie, auf Basis eines zweiten Polymers auf die mit der Lösung des Merkmalsstoffs und des ersten Polymers versehene Schicht auf Basis eines zweiten Polymers.
13. (Bevorzugte Ausgestaltung) Sicherheitselement nach Absatz 12, wobei die Schichten jeweils Folien mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 100 Mikrometer, bevorzugt 15 bis 60 Mikrometer, sind.
14. (Zweiter Aspekt der Erfindung) Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements zur Absicherung von Wertdokumenten nach einem der Absätze 1 bis 10, umfassend
den Schritt des Einbringens eines Merkmalsstoffs in ein erstes Polymer mittels Extrusion; und
den Schritt des Umhüllens des so erhaltenen ersten Polymers mit einem zweiten Polymer,
wobei das erste Polymer ein hydrophobes, wasserunlösliches Polymer ist, das bei erhöhtem pH- Wert und/ öder bei erhöhter Umgebungstemperatur in ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer umwandelbar ist, und das zweite Polymer ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer ist. 15. (Dritter Aspekt der Erfindung) Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements zur Absicherung von Wertdokumenten nach einem der Absätze 1 bis 10, umfassend
den Schritt des Bereitstellens einer Schicht, insbesondere einer Folie, auf Basis eines zweiten Polymers;
den Schritt des Auf tragens einer einen Merkmalsstoff und ein erstes Polymer enthaltenden Lösung auf die Schicht auf Basis eines zweiten Polymers; und
den Schritt des Aufbringens einer weiteren Schicht, insbesondere einer Folie, auf Basis eines zweiten Polymers auf die mit der Lösung des Merkmalsstoffs und des ersten Polymers versehene Schicht auf Basis eines zweiten Polymers,
wobei das erste Polymer ein hydrophobes, wasserunlösliches Polymer ist, das bei erhöhtem pH- Wert und/ oder bei erhöhter Umgebungstemperatur in ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer umwandelbar ist, und das zweite Polymer ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer ist.
16. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verfahren nach Absatz 15, wobei der Schritt des Auftragens einer einen Merkmalsstoff und ein erstes Polymer enthaltenden Lösung auf die Schicht auf Basis eines zweiten Polymers durch Aufdrucken eines Lösungsmittel-basierenden, den Merkmalsstoff und das erste Polymer enthaltenden Lacks erfolgt und der Schritt des Aufbringens einer weiteren Schicht auf Basis eines zweiten Polymers nach dem Trocknen des aufgedruckten Lacks erfolgt.
17. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verfahren nach Absatz 15 oder 16, umfassend den zusätzlichen Schritt des Zerschneidens des erhaltenen Schichtaufbaus in einzelne Sicherheitselemente. 18. (Vierter Aspekt der Erfindung) Wertdokument, insbesondere Banknote, umfassend ein Sicherheitselement nach einem der Absätze 1 bis 13.
19. (Bevorzugte Ausgestaltung) Wertdokument nach Absatz 18, wobei der Merkmalsstoff ein IR- Absorber oder ein UV-anregbarer Leuchtstoff ist und die Intensität der IR- Absorption des IR- Absorbers bzw. die Intensität der Emission des UV-anregbaren Leuchtstoffs nach dem Aussetzen des Wertdokuments in einem Milieu mit einem pH- Wert größer als 12, bevorzugt größer als 10, und einer Umgebungstemperatur größer als 90°C, bevorzugt größer als 60°C, während einer Behandlungsdauer von weniger als 60 Minuten, bevorzugt weniger als 30 Minuten, um mehr als 50%, bevorzugt um mehr als 90% abnimmt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wertdokumente im Rahmen der Erfindung sind Gegenstände wie Banknoten, Schecks, Aktien, Wertmarken, Ausweise, Pässe, Urkunden und andere Dokumente sowie Etiketten. Bei dem Wertdokumentsubstrat muss es sich nicht zwangsläufig um ein Papiersubstrat handeln, es könnte insbesondere ein Kunststoffsubstrat sein oder ein Substrat, das sowohl Papier-Bestandteile, als auch Kunststoffbestandteile aufweist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung von Sicherheitselementen, z.B. Melierfasern oder Planchetten, mit Merkmalseigenschaften wie UV-Lumineszenz, IR- Absorption oder Photochromie, die während der Papierherstellung in das Papier eingebracht oder auf das Papier aufgebracht werden können und gegenüber Wasser und Feuchtigkeit eine ausreichende Stabilität besitzen, um während der Papierherstellung nicht zerstört zu wer- den. Gleichzeitig sind die erfindungsgemäßen Sicherheitselemente so instabil, dass sie unter den drastischeren Bedingungen des Papier- Recyclingprozesses, d.h. bei erhöhter Temperatur und bei erhöhtem pH- Wert, zerstört werden. Für den Papierhersteller sind daher hohe Kosteneinsparungen möglich, darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung im Hinblick auf den ökologischen Gesichtspunkt besonders vorteilhaft. Mithilfe der erfindungsgemäßen Sicherheitselemente können z.B. fehlerhafte Sicherheits- papier-Bögen, mit Produktionsmängeln behaftete Wertdokumente oder abgenutzte Wertdokumente problemlos einem konventionellen Papier- Recyclingprozess unterworfen werden, weil die Sicherheitselemente im Re- cyclingprozess vollständig vernichtet werden. Erreicht wird dies insbesondere durch eine geeignete Kombination von wasserlöslichen Polymeren, z.B. Polyvinylalkohol (PVA), und wasserunlöslichen, Hydrolyse-instabilen Polymeren, z.B. Polyvinylacetat (PVAc). Es wird bevorzugt, dass das wasserunlösliche Polymer durch Verseifung im basischen Milieu in das wasserlösliche Polymer umgewandelt wird, sodass nur eine Polymerart vorliegt. Bei dem wasserlöslichen Polymer handelt es sich bevorzugt um Polyvinylalkohol. Polyvinylalkohol ist häufig in größeren Mengen Bestandteil der Papiermasse von Wertdokumenten, weil es z.B. bei der Verleimung eingesetzt wird und daher die Eigenschaften der beim Recycling gewonnenen Papiermasse nicht negativ beeinflusst.
Das Sicherheitselement basiert insbesondere auf einem Merkmalsstoffe enthaltenden ersten Polymer, welches ganz oder teilweise von einem wasserlöslichen zweiten Polymer umgeben ist. Das wasserlösliche zweite Polymer sorgt dabei für die Kompatibilität des Sicherheitselements mit dem Papier, weil es beim Kontakt mit der feuchten Papiermasse bzw. der Papierbahn ansatzweise gelöst wird und den festen Einbau des Sicherheitselements in die Papiermasse fördert. Bevorzugt handelt es sich bei dem zweiten Polymer um Polyvinylalkohol oder um dessen Copolymere, wie z.B. Polyvinylpyrrolidon- Polyvinylalkohol-Copolymere oder Polyvinylalkohol-Polyethylenglykol- Graft-Copolymere. Obwohl Poly vinylalkohol die besten Eigenschaften für einen Einbau in die Papiermasse besitzt, sind andere wasserlösliche Polymere, wie z.B. Polyvinylpyrrolidon, ebenfalls geeignet.
Das die Merkmalsstoffe enthaltende erste Polymer ist zweckmäßigerweise ausreichend feuchtigkeitsstabil, um den Einbau in die Papiermasse unbeschadet zu überstehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Polymer um ein hydrophobes, wasserunlösliches Polymer, beispielsweise Polyvinylacetat oder bestimmte Polyester. Das hydrophobe Polymer zeichnet sich jedoch dadurch aus, dass es durch einen erhöhten pH- Wert und/ oder eine erhöhte Umgebungstemperatur in ein hydrophiles Polymer umgewandelt werden kann, z.B. durch Verseif ung von Ester gruppen. Beispielsweise kann Polyvinylacetat schrittweise zu Polyvinylalkohol verseift werden, welcher dann wasserlöslich ist. Weiterhin können bestimmte Polyester und andere Polymere durch Verseif ung oder andere Reaktionen zu kleineren, niedermolekularen Einheiten gespalten werden, wodurch das Polymer zerstört wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wandelt sich das erste, wasserunlösliche Polymer im Recyclingprozess derart um, dass es dem zweiten (wasserlöslichen) Polymertyp entspricht. Die Kombination aus Polyvinylalkohol (PVA) und Polyvinylacetat (PVAc) ist dabei besonders bevorzugt, da sich PVAc leicht zu PVA hydrolisieren lässt und somit neben dem unbedenklichen PVA keine weiteren Polymere bzw. Polymerabbauprodukte im Recyclingprozess auftauchen.
Erfindungsgemäße Sicherheitselemente können auf unterschiedliche Weise gebildet werden. Beispielsweise kann der Merkmalsstoff durch Extrusion in das erste Polymer eingebracht werden und anschließend mit dem zweiten Polymer umhüllt werden. Alternativ kann eine das erste Polymer und den Merkmalsstoff enthaltende Lösung auf das zweite Polymer aufgetragen werden, und anschließend durch eine weitere Schicht des zweiten Polymers bedeckt werden. Die vollständige Umhüllung des ersten Polymers durch das zweite Polymer ist vorteilhaft, da ansonsten kein ausreichender und homogener Einbau in das Papiersubstrat erfolgen kann. Beispielsweise erfolgt bei Zugabe von nicht beidseitig bedeckten Sicherheitselementen in die Papiermasse kein guter Einbau, wenn die zufällig verteilten Sicherheitselemente mit ihrer hydrophoben Seite das Papier berühren. Bei vollständiger Umhüllung sind beide Seiten des Sicherheitselements hydrophil, und bauen sich auch bei zufälliger Anordnung immer gut in die Papiermasse ein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Sicherheitselement durch Bedrucken bzw. Beschichten einer PVA-Folie mit einem lösemittelbasierten Drucklack hergestellt, welcher PVAc und den Merkmalsstoff enthält. Bevorzugt wird die bedruckte Folie nach Trocknung des Drucklacks mit einer zweiten PVA-Folie laminiert, sodass keine freien PVAc-Oberflächen existieren. Dies erleichtert die Einbringung des späteren Sicherheitselements, da unbehandeltes PVAc im Gegensatz zu PVA keine gute Kompatibilität mit der Papiermasse hat und sich dadurch schlecht einbaut. Die Sicherheitsele- mente können dann z.B. durch Zerschneiden oder Ausstanzen der laminierten Folien gewonnen werden.
Bevorzugt ist die PVAc-Oberfläche der vereinzelten Sicherheitselemente zu mehr als 80%, insbesondere bevorzugt zu mehr als 90% mit PVA abgedeckt.
Es zeigen: zwei Beispiele für die Herstellung erfindungsgemäßer Sicher heitselemente; ein weiteres Beispiel für die Herstellung erfindungsgemäßer Sicherheitselemente;
Figur 3: ein weiteres Beispiel für die Herstellung erfindungsgemäßer
Sicherheitselemente.
Figur 1, Fall A, zeigt ein Beispiel für die Herstellung erfindungsgemäßer Sicherheitselemente. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die PVA-Folie vollflächig bedruckt, das heißt für die Herstellung von z.B. Melierfasern kann die Folie in Streifen geschnitten werden, wobei Melierfasern mit den gleichen Dimensionen der Streifen gewonnen werden.
Besonders dünne Melierfasern oder andere, durch Schneiden oder Stanzen nur schwer erhältliche Muster, können so jedoch nicht einfach hergestellt werden. In diesem Fall ist die folgende Ausführungsform (siehe Figur 1, Fall B) vorteilhafter: Figur 1, Fall B, zeigt ein weiteres Beispiel für die Herstellung erfindungsgemäßer Sicherheitselemente. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die PVA-Folie mit einem Muster bedruckt, welches der Form des späteren Sicherheitselements entspricht. Beispielsweise kann ein Muster aus dün- nen Streifen gedruckt werden, welche am Ende die Melierfasern darstellen, oder andere Motive, wie z.B. Wellen, Kreise oder Dreiecke. Diese können bei entsprechend gewähltem Abstand voneinander problemlos ausgeschnitten werden. Da bei Einbringung in die Papiermasse das PVA weitgehend aufgelöst wird, verbleibt somit nur noch das durch den Druckvorgang definierte PVAc-Motiv als sichtbares Sicherheitselement.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Aufdrucken des Musters in zwei Richtungen ein Rand freigelassen (entspricht Figur 1, Fall B). Dies bietet beispielsweise Vorteile/wenn mehrfarbige Muster oder komplexe Formen ausgeschnitten werden müssen, da dann die Schnittposition relativ zum Muster sichergestellt werden kann.
Figur 2, Fall C, zeigt ein weiteres Beispiel für die Herstellung erfindungsgemäßer Sicherheitselemente. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird beim Aufdrucken des Musters nur in einer Richtung ein Rand freigelassen. Dies bietet beispielsweise Vorteile, wie weniger Materialverbrauch, wenn das gedruckte Muster derart gestaltet ist, dass es durchschnitten werden kann. Figur 3, Fall D, zeigt ein weiteres Beispiel für die Herstellung erfindungsgemäßer Sicherheitselemente. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform werden Linien oder andere Muster mit einem Schrägwinkel relativ zur Schneidrichtung aufgedruckt. Hierdurch wird erreicht, dass das Muster nicht ausgerichtet werden muss, oder anders gesagt, die Musterposition nicht an die Schneidposition angepasst werden muss. Es entsteht z.B. beim Schneiden einer Folie mit einem schräg aufgedruckten Linienmuster in mehrere Streifen gleicher Breite immer die gleiche Längenverteilung an Linien, auch wenn die Folie leicht versetzt in das Schneidewerkzeug eingelegt wird. Ein Beispiel für ein schräg aufgedrucktes Linienmuster ist als Fall D in der Figur 3 dargestellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein relativ zur Schneidbreite unsynchronisierter Musterabstand gewählt, beispielsweise beträgt der Abstand zwischen zwei aufgedruckten Linien 1,01 Mal die
Schneidbreite. Hierdurch können z.B. kontrollierte Verteilungen an zufälligen Musterverteilungen erzeugt werden, oder es kann verhindert werden, dass durch eine unglückliche Positionierung des Schneidwerkzeugs beispielsweise alle aufgedruckten Linien genau mittig zerschnitten werden, wie es bei einer Übereinstimmung zwischen Musterabstand und Schneidbreite der Fall sein könnte.
Typische Bedingungen beim Papierrecycling sind erhöhte Temperaturen, wie z.B. mehr als 60°C, bevorzugt mehr als 90°C, und ein erhöhter pH- Wert, z.B. ein pH größer als 8, bevorzugt ein pH größer als 10, insbesondere bevorzugt ein pH größer als 12 bei gleichzeitig angewandten hohen Scherkräften. Typische Behandlungsdauern sind z;B. eine Behandlungsdauer von mehr als 30 min, bevorzugt mehr als lh. Um unter diesen Bedingungen eine vollständige Zerstörung des Sicherheitselements zu garantieren, sind spezielle Ausführungsformen vorteilhaft. Als„vollständige Zerstörung" wird dabei angesehen, dass bei erneutem Einsatz der Papiermasse keine größeren, mit dem Auge sichtbaren Bestandteile des Sicherheitselements verbleiben, sondern ein homogener Eindruck der Papiermasse erreicht wird. Insbesondere ist damit nicht gemeint, dass der Merkmalsstoff sich zersetzt. Wird z.B. eine rot gefärbte, eisenoxidhaltige Melierfaser als magnetisches Sicherheitselement eingesetzt, so ist mit dem Begriff„vollständige Zerstörung" hierbei gemeint, dass das Eisenoxid-enthaltende Polymer sich im Wesentlichen vollständig aufgelöst hat und keine Melierfaser-Bruchstücke oder Ahnliches mehr erkennbar sind. Die Eisenoxidpartikel werden weiterhin vorhanden sein und sich homogen in der Papiermasse verteilen. Da üblicherweise jedoch nur sehr geringe Mengen an Sicherheitselementen relativ zur Papiermasse vorhanden sind, werden diese bei homogener Verteilung nicht mehr wahrgenommen. Nur an Stellen, an denen der Merkmalsstoff in höherer Konzentration vorliegt, wie im Polymer des ursprünglichen Sicherheitselements, ist eine erhöhte und damit nach dem Recycling störende Wahrnehmbarkeit gegeben.
In bestimmten Fällen kann es trotzdem vorteilhaft sein, Merkmalsstoffe einzusetzen, welche sich beim Recyclingprozess in ihrer Wahrnehmbarkeit abschwächen bzw. zersetzen. Hierdurch wird gewährleistet, dass das recycelte Papier z.B. auch bei einer forensischen Analyse mithilf e eines Mikroskops oder anderen Hilfsmitteln nicht bzw. kaum von„frischem" Papier unterscheidbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verringert sich die Intensität des eingesetzten Merkmalsstoffs (beispielsweise die Intensität der Emission eines UV-anregbaren Leuchtstoffes, oder die Intensität der IR- Absorption eines IR- Absorbers) während der Behandlung beim Papierrecycling um mehr als 50%, bevorzugt um mehr als 90%.
Es wird darauf hingewiesen, dass in herkömmlichen, nicht-recycelbaren Sicherheitselementen der Merkmalsstoff durch das umgebende Substrat ge- schützt wird und somit selbst dann nicht im Recyclingprozess angegriffen wird, wenn der Merkmalsstoff eigentlich bei den Prozessbedingungen instabil sein sollte. Die Verwendung von sich auflösenden Sicherheitselementen ist somit inhärent notwendig, um den gewünschten Effekt zu erzielen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem eingesetzten Merkmalsstoff um ein Kern-Hülle-Teilchen. Bevorzugt basiert das Kern-Hülle-Teilchen auf zwei unterschiedlichen Polymeren. Weiter bevorzugt ist das Polymer der Hülle durch Einwirkungen von Basen an- greifbar. Bevorzugt wird die Art und Dicke der Hülle so gewählt, dass der Merkmalsstoff einerseits die notwendigen Kriterien zur Basenstabilität, welche für den Einsatz in Wertdokumenten notwendig sind, erfüllt, andererseits bei den härteren Bedingungen des Papierrecyclings größtenteils zerstört wird. Bevorzugt handelt es sich bei der Hülle um eine Schicht aus Melamin- Formaldehyd-Kondensationspolymer. Obwohl Melamin-Formaldehyd-
Kondensationspolymere normalerweise chemisch sehr beständig sind, lässt sich die Stabilität der Hülle sehr gut über deren Dicke steuern, sodass hier eine kontrollierte Einstellung der Instabilität gegenüber heißen wässrigen Basen möglich ist.
Um eine vollständige Hydrolyse des Sicherheitsmerkmals zu gewährleisten, sind zusätzlich bestimmte Rahmenbedingungen notwendig. Insbesondere bei der Verwendung von wasserunlöslichen Polymeren, welche erst noch zersetzt oder umgewandelt werden müssen, können nicht beliebig große Mengen eingesetzt werden, da die Hydrolyse ansonsten einen zu hohen Zeitaufwand verursacht und nicht innerhalb des üblichen Papierrecyclingschrittes abgeschlossen wird. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsfall basieren weniger als 10 Gewichtsprozent des Sicherheitselements auf dem wasserunlöslichen Polymer, besonders bevorzugt weniger als 1 Gewichtsprozent.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsfall ist das Gewichtsverhältnis des eingesetzten Merkmalsstoffs (z.B. das eingesetzte lumineszierende Pigment) bezogen auf das wasserunlösliche Polymer, welches den Merkmalsstoff umgibt, insbesondere mindestens 99:1, bevorzugt mindestens 9:1, besonders bevorzugt mindestens 1:1.
Weiterhin hat die Kettenlänge des eingesetzten, den Merkmalsstoff umgebenden ersten Polymers einen Einfluss auf dessen Hydrolysegeschwindigkeit, jedoch auch auf die Verarbeitbarkeit des laminierten Folienverbundes.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das erste Polymer daher insbesondere ein Molekulargewicht von weniger als 100 000 g/ mol. Hierbei ist die Hydrolysegeschwindigkeit besonders hoch.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt das erste Polymer ein Molekulargewicht von mehr als 500 000 g/ mol. Hierbei ist die Verarbeitbarkeit besonders gut.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt das erste Polymer ein Molekulargewicht in einem Bereich von 100 000 g/ mol bis 500 000 g/ mol. Hierbei werden eine ausreichende Hydrolysegeschwindigkeit und eine gute Verarbeitbarkeit vereint. Für die meisten Anwendungsfälle ist diese dritte Ausführungsform technisch vorteilhaft, und daher gegenüber den anderen beiden Ausführungsformen besonders bevorzugt. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die PVA-Folie eine Dicke im Bereich von 10 bis ΙΟΟμητ,, besonders bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 60μπι.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der PVA-Folie um sogenanntes heißwasserlösliches PVA, wobei es sich um ein PVA handelt, welches sich im Gegensatz zum sogenannten kaltwasserlöslichen PVA erst bei erhöhter Temperatur, z.B. oberhalb von 60°C, vollständig auflöst. Hierdurch wird es möglich, die Sicherheitselemente so einzustellen, dass sie durch direkte Zugabe in das Wasser der Papiermaschine in die Papierbahn eingebracht werden können, und sich das PVA erst im späteren Trock- nungsprozess durch Erhitzen der Papierbahn vollständig auflöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Sicherheitselemente in das Wasser der Papiermaschine eingebracht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Sicherheitselemente auf die feuchte Papierbahn gestreut, beispielsweise durch Verwenden einer Schüttelrinne.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Beschichtung bzw. Bedruckung der PVA-Folie eine Mischung, die auf dem Merkmalsstoff und einer Lösung aus Polyvinylacetat in einem organischen Lösungsmittel basiert, verwendet. Bevorzugt handelt es sich bei dem organischen Lösungsmittel um Ethylacetat oder Aceton. Es können weitere Bestandteile bzw. Lösungsmittel vorhanden sein, um die Druckeigenschaften des Drucklacks zu verbessern, z.B. die Viskosität und Benetzbarkeit. In einem bevorzugten Ausführungsfall werden die hier beschriebenen recyc- lefähigen Sicherheitselemente mit anderen, nicht-recycelfähigen Sicherheitselementen kombiniert bzw. derart gestaltet, dass sie nur teilweise recyclefä- hig sind. Beispielsweise können im Wertdokument erfindungsgemäße grüne Melierfasern mit nicht-erfindungsgemäßen roten Melierfasern gemischt werden. Alternativ können bei der Herstellung der Sicherheitselemente erste (z.B. grüne) Linien auf Basis eines hydrolysierbaren Polymers gedruckt werden und zweite (z.B. rote) Linien auf Basis eines hydrolysestabilen Drucklacks gedruckt werden. Es ist auf diese Weise auch möglich, Teile eines Si- cherheitselements aus hydrolisierbaren bzw. hydrolysestabilen Bestandteilen aufzubauen. Beispielsweise können bei einer gedruckten Flagge mit drei Landesfarben zwei Landesfarben hydrolysierbar und eine Landesfarbe hydrolysestabil gestaltet werden. Wird Papier bzw. ein Wertdokument mit einer entsprechenden Mischung aus recyclebaren und nicht-recyclebaren Sicherheitselementen recycelt, so verbleiben die nicht-recycelbaren Sicherheitselemente in der Papiermasse, bzw. es werden die Sicherheitselemente teilweise entfärbt oder verfärben sich. Auf diese Weise kann z.B. nachverfolgt werden, ob es sich bei der Pa- piermasse um recyceltes Material handelt. Dies ist vorteilhaft, um z.B. Plagiate auf Basis von gestohlenem Papierfabrik- Ausschuss, oder auf Basis von recycelter Papiermasse aus geshredderten Banknoten zu erkennen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbei- spielen beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1: blau lumineszierende Melierfasern Eine P VA-Folie mit einer Dicke von 25 μπι wird mit einer Lösung aus 1 Gewichtsprozent Polyvinylacetat der Molmasse 140 000 g/ mol beschichtet, welche 10 Gewichtsprozent eines UV-anregbaren, blau lumineszierenden Sicherheitspigments auf Basis von Kern-Hülle-Teilchen enthält. Als Lösungsmittel wird Ethylacetat gewählt. Die Beschichtung hat dabei ein Flächengewicht von 5 Gramm pro Quadratmeter. Nach Verdampfen des Ethyl- acetats wird die aufgebrachte Schicht mit einer zweiten PVA-Folie mit einer Dicke von 25μπι bedeckt und durch Passieren einer heißen Metallwalze laminiert. Der laminierte Folienverbund wird anschließend zu Melierfasern der Größe 5mm x 1 mm geschnitten und während der Papierherstellung in die Papiermasse eingebracht.
Man erhält ein Papier mit unter UV-Licht als blaue Streifen erkennbaren Melierfasern.
Das Papier wird anschließend recycelt (bei hohen Scherkräften; bei 80°C; bei einem pH- Wert von 11; Behandlungsdauer: 1 Stunde). Aus der resultierenden Papiermasse wird ein neues Papier hergestellt. Unter UV-Licht sind keine Melierfasern oder sonstige Auffälligkeiten mehr sichtbar.
Vergleichsbeispiel 1: blau lumineszierende Melierfasern
Eine Polyamidfaser mit dem gleichen Sicherheitspigment wie im Ausführungsbeispiel 1 wird hergestellt. Polyamidfasern sind als Melierfasern für Banknoten weit verbreitet, ihre Herstellung ist allgemein bekannt. Es handelt sich jedoch um nicht-recycelbare Fasern. Man erhält ebenso wie im Ausführungsbeispiel 1 ein Papier mit unter UV- Licht als blaue Streifen erkennbaren Melierfasern.
Das Papier wird anschließend recycelt (hohe Scherkräfte; 80°C; pH 11; 1 Stunde). Aus der resultierenden Papiermasse wird ein neues Papier hergestellt.
Unter UV-Licht sind ganze Melierfasern und deren Bruchteile, d.h. beschädigte bzw. abgeknickte Melierfasern im Papier sichtbar.
Ausführungsbeispiel 2: grün lumineszierende Melierfasern
Eine PVA-Folie mit einer Dicke von 30 μιη wird mit einem Muster aus 5 mm langen und 200 μπι dicken Streifen bedruckt. Als Drucktinte wird dabei eine Mischung aus Aceton und 2 Gewichtsprozent Polyvinylacetat der Molmasse 200 000 g/mol verwendet, welche 5 Gewichtsprozent eines UV-anregbaren, grün lumineszierenden Sicherheitspigments auf Basis von Kern-Hülle- Teilchen enthält.
Die Andruckstärke beträgt 5 Gramm pro Quadratmeter. Nach Trocknen des Andrucks wird dieser mit einer zweiten PVA-Folie mit einer Dicke von 30μιη bedeckt und durch Passieren einer heißen Metallwalze laminiert. Der laminierte Folienverbund wird anschließend in Stücke geschnitten, wobei jedes Stück einen Streifen des aufgedruckten Streifenmusters enthält, und während der Papierherstellung in die Papiermasse eingebracht.
Man erhält ein Papier mit unter UV-Licht als grüne Streifen erkennbaren Me- lierfaserri. Das Papier wird anschließend recycelt (hohe Scherkräfte; 80°C; pH 11; 1 Stunde). Aus der resultierenden Papiermasse wird ein neues Papier hergestellt. Unter UV-Licht sind keine Melierfasern oder sonstige Auffälligkeiten mehr sichtbar.
Ausführungsbeispiel 3: IR-Absorber-Planchetten
Eine PVA-Folie mit einer Dicke von 50 μιη wird mit einer Lösung aus 1 Gewichtsprozent Polyvinylacetat der Molmasse 140 000 g/mol beschichtet, welche 10 Gewichtsprozent eines IR- Absorberpigments auf Basis von Kern- Hülle-Teilchen enthält. Als Lösungsmittel dient Ethylacetat. Die Beschich- tung hat dabei ein Flächengewicht von 5 Gramm pro Quadratmeter. Nach Verdampfen des Ethylacetats wird die aufgebrachte Schicht mit einer zweiten PVA-Folie mit einer Dicke von 50 μπι bedeckt und durch Passieren einer heißen Metallwalze laminiert. Der laminierte Folienverbund wird anschließend in Planchetten der Größe 5 mm x 5 mm geschnitten und während der Papierherstellung in die Papiermasse eingebracht.
Man erhält ein Papier, welches bei Betrachtung mit geeigneten Geräten, z.B. mit einem IR-Sensor für Banknoten, entsprechende Stellen mit IR-Absorption aufzeigt.
Das Papier wird anschließend recycelt (hohe Scherkräfte; 80°C; pH 11; 1 Stunde). Aus der resultierenden Papiermasse wird ein neues Papier hergestellt. Bei erneuter Betrachtung sind keine Stellen mit IR-Absorption oder sonstige Auffälligkeiten mehr sichtbar. Ausführungsbeispiel 4: rot lumineszierende Formen
Eine PVA-Folie mit einer Dicke von 25 μιη wird mit einer Lösung aus 1 Ge- wichtsprozent Polyvinylacetat der Molmasse 140 000 g/mol bedruckt, welche 10 Gewichtsprozent eines UV-anregbaren, rot lurnineszier enden Sicherheitspigments auf Basis von Kern-Hülle-Teilchen enthält. Als Lösungsmittel dient Ethylacetat. Das Druckmuster beruht dabei auf einer Vielzahl an Objekten in Form kleiner Fische mit einer Größe von ca. 2 mm x 4 mm. Die An- druckstärke hat dabei ein Flächengewicht von 5 Gramm pro Quadratmeter. Nach Verdampfen des Ethylacetats wird der Andruck mit einer zweiten PVA-Folie mit einer Dicke von 25μηα bedeckt und durch Passieren einer heißen Metallwalze laminiert. Der laminierte Folienverbund wird anschließend in Stücke geschnitten, wobei jedes Stück eines der fischartigen Objekte ent- hält, und während der Papierherstellung in die Papiermasse eingebracht.
Man erhält ein Papier mit unter UV-Licht als kleine rote Fische erkennbaren Objekten. Das Papier wird anschließend recycelt (hohe Scherkräfte; 80°C; pH 11; 1 Stunde). Aus der resultierenden Papiermasse wird ein neues Papier hergestellt. Unter UV-Licht sind keine lumineszierenden Objekte oder sonstige Auffälligkeiten mehr sichtbar.
Ausführungsbeispiel 5: teilweise recyclingfähige Planchetten
Eine PVA-Folie mit einer Dicke von 40 μπχ wird mit einem dreifarbigen Muster aus UV-Lumineszenzfarben bedruckt, beispielsweise eine Landesflagge der Größe 6 mm x 4 mm, welche die Farben blau, weiß und rot enthält. Die einzelnen aufgedruckten Landesflaggen weisen auf allen Seiten jeweils einen Abstand von 10 mm voneinander auf, sodass sie problemlos durch Schneiden der Folie voneinander getrennt werden können. Die blauen und weißen Anteile des Musters werden mit einem Drucklack gedruckt, welcher aus einer Kombination von Lumineszenzpigment, Ethylacetat und Polyvinylacetat besteht, und anschließend getrocknet. Die blauen und weißen Anteile lösen sich im Recyclingprozess auf. Die roten Anteile des Musters werden mit einem UV-härtenden Drucklack gedruckt, welcher das Lumineszenzpigment enthält, und durch UV-Bestrahlung ausgehärtet. UV-härtende Drucklacke werden oft zum Bedrucken von Wertdokumenten eingesetzt und zeigen im Allgemeinen eine sehr hohe Stabilität gegenüber Wasser und wässrigen Lösungen. Die roten Anteile sind stabil gegenüber dem Recyclingprozess und verbleiben somit unverändert.
Werden derartige Planchetten während der Papierherstellung in die Papiermasse eingebracht, erhält man ein Sicherheitspapier, welches unter UV-Licht mehrfarbige Landesflaggen aufzeigt. Das Papier kann darüber hinaus weitere (z.B. unsichtbare bzw. forensische) Merkmale enthalten oder spezielle Eigenschaften besitzen, z.B. haptische Eigenschaften oder optische Eigenschaften. Werden ein solches Papier oder Reste aus daraus hergestellten Wertdokumenten recycelt, z.B. um Fälschungen herzustellen, so verbleiben im recy- celten Papier deutlich sichtbare rote Anteile des ursprünglichen mehrfarbigen Musters. Das Papier kann somit eindeutig als recyceltes Material des ursprünglichen Sicherheitspapieres identifiziert werden, selbst wenn die sonstigen Eigenschaften (andere Merkmale, haptische und optische Eigenschaften) mit denen des ursprünglichen Sicherheitspapieres übereinstimmen.

Claims

P a t e n t a n S p r ü c h e
1. Sicherheitselement zur Absicherung von Wertdokumenten, umfassend ein einen Merkmalsstoff enthaltendes erstes Polymer, das zumindest teilweise von einem zweiten Polymer umgeben ist, wobei das erste Polymer ein hydrophobes, wasserunlösliches Polymer ist, das bei erhöhtem pH- Wert und bei erhöhter Umgebungstemperatur bei einer Behandlungsdauer von weniger als 60 Minuten, bevorzugt weniger als 30 Minuten, in ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer umwandelbar ist, und das zweite Polymer ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer ist, wobei der erhöhte pH- Wert größer als 12, bevorzugt größer als 10, ist und die erhöhte Umgebungstemperatur größer als 90°C, bevorzugt größer als 60°C, ist.
2. Sicherheitselement nach Anspruch 1, wobei das Sicherheitselement bei Einbringung in eine feuchte Papiermasse eine Melierfaser oder Planchette ergibt.
3. Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Merkmalsstoff lu- mineszierende, magnetische oder photochrome Eigenschaften aufweist und bevorzugt ein IR- Absorber oder ein UV-anregbarer Leuchtstoff ist.
4. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Polymer durch Verseifung im basischen Milieu in ein wasserlösliches Polymer umwandelbar ist.
5. Sicherheitselement nach Anspruch 4, wobei das erste Polymer Polyvi- nylacetat oder ein Polyester ist und bevorzugt Poly vinylacetat ist.
6. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Polymer Polyvinylalkohol oder ein Polyvinylalkohol-Copolymer, insbesondere ein Polyvinylpyrrolidon-Polyvinylalkohol-Copolymer oder ein Polyvi- nylalkohol-Polyethylenglykol-Graft-Copolymer, ist und bevorzugt Polyvi- nylalkohol ist.
7. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Merkmalsstoff ein Kern-Hülle-Teilchen ist, wobei der Kern und die Hülle bevorzugt auf zwei unterschiedlichen Polymeren basieren, die Hülle weiter bevor- zugt durch Einwirkung von wässrigen Basen angreifbar ist und die Hülle insbesondere bevorzugt auf einem Melamin-Formaldehyd- Kondensationspolymer basiert.
8. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Anteil des ersten, hydrophoben, wasserunlöslichen Polymers im Sicherheitselement weniger als 10 Gew.-% beträgt.
9. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gewichtsverhältnis des Merkmalsstoffs bezogen auf das erste, hydrophobe, wasserunlösliche Polymer mindestens 1:1, bevorzugt mindestens 9:1, beträgt.
10. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste, hydrophobe, wasserunlösliche Polymer ein Molekulargewicht in einem Bereich von 100 000 g/mol bis 500 000 g/mol aufweist.
11. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Sicherheitselement erhältlich ist durch ein Verfahren, umfassend
den Schritt des Einbringens eines Merkmalsstoffs in ein erstes Polymer mittels Extrusion; und den Schritt des Umhüllens des so erhaltenen ersten Polymers mit einem zweiten Polymer.
12. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Sicherheitselement erhältlich ist durch ein Verfahren, umfassend
den Schritt des Bereitstellens einer Schicht, insbesondere einer Folie, auf Basis eines zweiten Polymers;
den Schritt des Auf tragens einer einen Merkmalsstoff und ein erstes Polymer enthaltenden Lösung auf die Schicht auf Basis eines zweiten Polymers; und
den Schritt des Aufbringens einer weiteren Schicht, insbesondere einer Folie, auf Basis eines zweiten Polymers auf die mit der Lösung des Merkmalsstoffs und des ersten Polymers versehene Schicht auf Basis eines zweiten Polymers.
13. Sicherheitselement nach Anspruch 12, wobei die Schichten jeweils Folien mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 100 Mikrometer, bevorzugt 15 bis 60 Mikrometer, sind.
14. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements zur Absicherung von Wertdokumenten nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend
den Schritt des Einbringens eines Merkmalsstoffs in ein erstes Polymer mittels Extrusion; und
den Schritt des Umhüllens des so erhaltenen ersten Polymers mit einem zweiten Polymer,
wobei das erste Polymer ein hydrophobes, wasserunlösliches Polymer ist, das bei erhöhtem pH- Wert und/ oder bei erhöhter Umgebungstemperatur in ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer umwandelbar ist, und das zweite Polymer ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer ist.
15. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements zur Absicherung von Wertdokumenten nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend
den Schritt des Bereitstellens einer Schicht, insbesondere einer Folie, auf Basis eines zweiten Polymers;
den Schritt des Auf tragens einer einen Merkmalsstoff und ein erstes Polymer enthaltenden Lösung auf die Schicht auf Basis eines zweiten Polymers; und
den Schritt des Aufbringens einer weiteren Schicht, insbesondere einer Folie, auf Basis eines zweiten Polymers auf die mit der Lösung des Merkmalsstoffs und des ersten Polymers versehene Schicht auf Basis eines zweiten Polymers,
wobei das erste Polymer ein hydrophobes, wasserunlösliches Polymer ist, das bei erhöhtem pH-Wert und/ oder bei erhöhter Umgebungstemperatur in ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer umwandelbar ist, und das zweite Polymer ein hydrophiles, wasserlösliches Polymer ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Auf tragens einer einen Merkmalsstoff und ein erstes Polymer enthaltenden Lösung auf die Schicht auf Basis eines zweiten Polymers durch Aufdrucken eines Lösungs- mittel-basierenden, den Merkmalsstoff und das erste Polymer enthaltenden Lacks erfolgt und der Schritt des Aufbringens einer weiteren Schicht auf Basis eines zweiten Polymers nach dem Trocknen des aufgedruckten Lacks erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, umfassend den zusätzlichen Schritt des Zerschneidens des erhaltenen Schichtaufbaus in einzelne Sicherheitselemente.
18. Wertdokument, insbesondere Banknote, umfassend ein Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
19. Wertdokument nach Anspruch 18, wobei der Merkmalsstoff ein IR- Absorber oder ein UV-anregbarer Leuchtstoff ist und die Intensität der IR- Absorption des IR- Absorbers bzw. die Intensität der Emission des UV- anregbaren Leuchtstoffs nach dem Aussetzen des Wertdokuments in einem Milieu mit einem pH- Wert größer als 12, bevorzugt größer als 10, und einer Umgebungstemperatur größer als 90°C, bevorzugt größer als 60°C, während einer Behandlungsdauer von weniger als 60 Minuten, bevorzugt weniger als 30 Minuten, um mehr als 50%, bevorzugt um mehr als 90% abnimmt.
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