EP4585748A1 - Verfahren zum herstellen eines langlebigen faser-substrats und faser-substrat - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines langlebigen faser-substrats und faser-substrat

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EP4585748A1
EP4585748A1 EP25150819.8A EP25150819A EP4585748A1 EP 4585748 A1 EP4585748 A1 EP 4585748A1 EP 25150819 A EP25150819 A EP 25150819A EP 4585748 A1 EP4585748 A1 EP 4585748A1
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EP
European Patent Office
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fiber substrate
polymer
glass transition
soft
transition temperature
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Application number
EP25150819.8A
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Rudolf Seidler
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Publication date
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    • D21H27/00—Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes

Definitions

  • PVOH polyvinyl alcohol
  • impregnations and coatings applied to the paper surface are essentially created in two ways. Either the substrate is treated with impregnations (e.g., PUs) in the size bath during the papermaking process instead of PVOH, which strengthens the paper pulp but offers little protection against contamination. Impregnations in the size bath and in the size press primarily penetrate the paper core and provide only limited surface protection.
  • impregnations e.g., PUs
  • Coatings as described above are applied using a coating process and, due to the nature of the process, are primarily located on the surface rather than in the paper pulp. Therefore, while they offer good protection against contamination, they have no effect on paper reinforcement (z-strength).
  • the fiber substrate is preferably produced or obtained using the described method. Therefore, the descriptions of the method or the structural features of the fiber substrate achieved thereby also apply to the fiber substrate itself, and vice versa. In particular, any feature described with respect to the method can be embodied in the fiber substrate, and vice versa.
  • a method for increasing the longevity of a fiber substrate comprises providing an untreated fiber substrate, impregnating the untreated fiber substrate with at least one soft polymer having a relatively low glass transition temperature to obtain an impregnated fiber substrate, drying the impregnated fiber substrate to obtain an impregnated and dried fiber substrate, and coating the impregnated and dried fiber substrate with at least one hard polymer having a higher glass transition temperature relative to the soft polymer to obtain a circulation-stable fiber substrate.
  • the surface of banknotes is impregnated and/or coated to provide better protection for the substrate.
  • the PVOH surface sizing is replaced with polyurethanes (PUs), for example.
  • PUs polyurethanes
  • a coating based on acrylates, for example, can be applied in an additional step.
  • the essential idea of the invention is that at least one "soft" polymer is introduced/impregnated into the untreated fiber substrate as an additive, and a relatively “hard” polymer is also provided as a surface coating.
  • the at least one soft polymer is not only present on one surface of the fiber substrate, but penetrates deep into the fiber substrate and permeates it, while the surface coating is essentially present only on the surface of the fiber substrate.
  • a downstream coating process refers to a coating process that takes place downstream of the impregnation, i.e., preferably also in the paper machine itself, but after an impregnation station in the paper machine. However, it is also conceivable to carry out the coating process in a different machine.
  • an untreated fiber substrate refers, in particular, to a fiber substrate to which strengthening additives (such as CMC and EPI) may already have been added, but not yet to soft and hard polymers according to the present disclosure, as described herein.
  • the untreated fiber substrate can, for example, be a fiber substrate from a wire section of a paper machine, which has already been dried and cooled.
  • the untreated fiber substrate for example, was pre-produced and taken from a warehouse and then fed to a corresponding post-treatment machine, which carries out the subsequent steps. Preferably, however, all steps of the process take place inline in a single paper machine.
  • the impregnated fiber substrate is first dried. Drying can be performed in any suitable manner, but generally occurs inline after impregnation (particularly since, as explained, the impregnated fiber substrate cannot be wound into rolls). Drying can be performed, for example, in an infrared dryer (IR dryer) with subsequent cylinder drying, as explained below with reference to one embodiment.
  • IR dryer infrared dryer
  • the at least one soft polymer comprises at least one of the following polymers: polyurethanes; and carboxylated anionic polyurethanes from the class of polyester polyurethanes, polyether polyurethanes, and polycarbonate polyurethanes.
  • the relatively low glass transition temperature relates to a corresponding elongation, which provides corresponding properties.
  • the relatively low glass transition temperature refers to a corresponding elongation that provides the same or at least very similar properties as a relatively low glass transition temperature of a comparative polymer (such as the other soft polymers described herein).
  • the elongation of a polymer describes its stretching behavior, with elongation being a form of deformation of the polymer.
  • Deformation is a change in shape that the polymer undergoes under stress. Under tensile stress, the polymer deforms by stretching and becomes longer. This is referred to as elongation.
  • Elongation can be expressed, for example, as a percentage elongation, i.e., the percentage change in the length of a polymer sample after stretching compared to the original length of the polymer sample.
  • Fungicidal and bactericidal additives provide effective protection of the fiber substrate against the growth of germs, especially the most important microscopic families of bacteria and fungi.
  • biocides fungicidal, virucidal, and bactericidal additives, as well as antifungal agents
  • biocides can provide additional, stronger protection, particularly for high-circulation applications such as the fiber substrate for banknotes.
  • Such additives also prevent the risk of cross-contamination with pathogenic germs such as bacteria, mold, and viruses.
  • biocides can also be added as additives. However, attention must always be paid to the safety of the biocides for human health and their environmental compatibility.
  • Corresponding biocides can, for example, be present in amounts of 0.05% to 0.8% based on the mass of the circulation-stable fiber substrate.
  • the circulation-stable fiber substrate comprises, based on a mass of the circulation-stable fiber substrate: between 70% and 90% of fibers, between 4% and 12% of the at least one soft polymer, and between 3% and 8% of the at least one hard polymer.
  • the proportion of fibers relative to the mass of the circulation-stable fiber substrate is preferably between 75% and 85%, more preferably between 77% and 83%, and most preferably between 79% and 82%.
  • the proportion of the at least one soft polymer relative to the mass of the circulation-stable fiber substrate is preferably between 5% and 10%, more preferably between 5% and 8%, and even more preferably between 5% and 7%. Most preferably, the proportion of the at least one soft polymer is 6%.
  • the proportion of the at least one hard polymer relative to the mass of the circulation-stable fiber substrate is preferably between 3% and 7%, more preferably between 4% and 7%, and even more preferably between 4% and 6%. Most preferably, the proportion of the at least one hard polymer is 5%.
  • the method further comprises, after coating the fiber substrate, printing the circulation-stable fiber substrate with at least one suitable printing process, such as offset printing, intaglio printing, and any other suitable printing process.
  • suitable printing process such as offset printing, intaglio printing, and any other suitable printing process.
  • a circulation-stable fiber substrate comprises a substrate core with a core impregnation and a surface coating.
  • the core impregnation comprises at least one soft polymer with a relatively low glass transition temperature.
  • the surface coating comprises at least one hard polymer having a higher glass transition temperature relative to the soft polymer.
  • the fiber substrate may contain all structural features resulting from the process described above in any combination.
  • the relatively low glass transition temperature of the at least one soft polymer is in a range between -45°C and 0°C.
  • the higher glass transition temperature of the at least one hard polymer is in a range between -15°C and 20°C.
  • the glass transition temperature of the at least one soft polymer is in a range between -45 °C and -20 °C, more preferably in a range between -40 °C and -20 °C, and most preferably in a range between -40 °C and -25 °C.
  • the glass transition temperature of the at least one hard polymer is in a range between -15 °C and 10 °C, more preferably in a range between -10 °C and 10 °C, and most preferably in a range between -10 °C and 0 °C.
  • a rotationally stable fiber substrate according to one of the above embodiments is disclosed.
  • the rotationally stable fiber substrate is manufactured according to one of the embodiments of the method described above.
  • the circulation-stable fiber substrate has all the advantages described with reference to the process.
  • Banknotes in particular, are subject to particularly high circulation stress due to their frequent circulation and therefore particularly benefit from the use of the fiber substrate described herein or a fiber substrate produced using the method described herein.
  • the disclosed circulation-stable fiber substrate can be used for all applications in which paper-like materials are used.
  • the section of the paper machine comprises an immersion bath 20 filled with a soft polymer 21 having a first, low, glass transition temperature T g,1 .
  • the soft polymer 21 is present in the form of an aqueous dispersion in the immersion bath 20. It should also be noted that the soft polymer 21 does not necessarily have to comprise only a single soft polymer 21, but can also be, for example, a mixture of different soft polymers 21, as long as the corresponding desired physical properties are present overall, ie, in particular, it is ensured that the corresponding glass transition temperature T g,1 is present.
  • the immersion bath 20 is arranged downstream of an arrangement of cooling rollers 50, which receives and cools an untreated fiber substrate 13 from a wire section with a subsequent drying section (e.g. a cylinder wire with a drying section; both not shown) of the paper machine.
  • a subsequent drying section e.g. a cylinder wire with a drying section; both not shown
  • Size press rollers 22 Downstream of the dipping bath 20 are size press rollers 22, which serve to press the absorbed at least one soft polymer 21 into the fiber substrate and simultaneously to "squeeze out” excess formulation on the substrate.
  • a drying device 30 Downstream of the size press rollers 22, in turn, is a drying device 30, here in the form of a flotation dryer 30 (for example, an IR dryer), which is configured to carry out (for example, contactless) drying of the impregnated fiber substrate 14 from the immersion bath 20 using IR radiation.
  • a flotation dryer 30 for example, an IR dryer
  • any other suitable (in particular contactless) drying device 30 can also be used.
  • the drying device 30 can, for example, also comprise contact-based drying (such as cylinder drying), which takes place subsequent to the contactless drying.
  • a coating device 40 Downstream of the drying device 30 is a coating device 40, here in the form of a roll coater 40 as described in detail above (in particular downstream within the same paper machine), which is configured to provide the impregnated and dried fiber substrate 15 with a coating of at least one hard polymer 41 having a second, higher (relative to the first, low glass transition temperature T g,1 of the at least one soft polymer 21 in the dip bath 20) glass transition temperature T g,2 .
  • the hard polymer 41 can be a single hard polymer 41 or any suitable mixture of any number of hard polymers 41, as long as the corresponding formulation has the corresponding desired physical properties, in particular the corresponding glass transition temperature T g,2 .
  • the method 100 begins with providing 110 an untreated fiber substrate 13.
  • the untreated fiber substrate 13 is a fiber substrate to which no corresponding additives according to the present disclosure have yet been added, in particular no impregnation with a soft polymer 21 and no coating with a hard polymer 41.
  • dry strength agents such as CMC
  • wet strength agents such as EPI
  • untreated refers to untreated with the soft and hard polymers according to the invention.
  • the untreated fiber substrate 13 is, for example, a Fiber substrate from a wire section of the printing press, such as a cylinder screen.
  • the untreated fiber substrate 13 essentially comprises only components of a regular paper substrate, as described hereinabove.
  • the untreated fiber substrate 13 can, for example, be the fiber substrate 13 from the chill rolls 50 of the Fig. 1 be.
  • the untreated fiber substrate 13 is impregnated 120 with at least one soft polymer 21, for example in the immersion bath 20 of the Fig. 1 takes place by pulling the untreated fiber substrate 13 through the dipping bath 20, e.g. over corresponding transport rollers.
  • the untreated fiber substrate 13 is completely immersed in the dipping bath 20 by the at least one soft polymer 21 (which, as described with reference to Fig. 1 described, for example in the form of an aqueous dispersion), so that both the upper surface and the lower surface of the untreated fiber substrate 13 come into contact with the at least one soft polymer 21.
  • the untreated fiber substrate 13 absorbs the at least one soft polymer 21 via the surfaces, which thus penetrates into the untreated fiber substrate 13.
  • the impregnation 120 also preferably comprises pressing in the absorbed at least one soft polymer 21, for example with the size press rollers 22 of the Fig. 1 . This also simultaneously squeezes out excess formulation from the fiber substrate.
  • the next process step involves drying 130 the now impregnated fiber substrate 14 emerging from the dip bath 20 (and the size press rollers 22).
  • the impregnated fiber substrate 14 is passed through a drying device 30, such as the IR flotation dryer 30 of Fig. 1
  • the impregnated fiber substrate 12 is dried accordingly.
  • an impregnated and dried fiber substrate 15 exits the drying device 30.
  • the impregnated and dried fiber substrate 15 is then coated 140 with at least one hard polymer 41, i.e., a polymer 41 that has a higher glass transition temperature T g,2 than the soft polymer 21.
  • a hard polymer 41 i.e., a polymer 41 that has a higher glass transition temperature T g,2 than the soft polymer 21.
  • the at least one hard polymer 41 can, for example, comprise at least one of the following polymers: polyacrylates; polyurethanes, and carboxylated polyurethanes. Preferably, the at least one hard polymer 41 is also in carboxylated form.
  • the glass transition temperature T g, 2 of the at least one hard polymer 41 which is higher than the glass transition temperature T g, 1 of the soft polymer 21, lies in a range between -15°C and 20°C.
  • the glass transition temperature T g,2 of the at least one hard polymer 41 is preferably in a range between -15°C and 10°C, more preferably in a range between -10°C and 10°C, and most preferably in a range between -10°C and 0°C.
  • the coating 140 of the impregnated and dried fiber substrate 15 with the at least one hard polymer 41 can be carried out, for example, in the roll coater 40 of the Fig. 1
  • the roller coater 40 of the Fig. 1 comprises, for example, two cliché rollers 42, 43 and two scoop rollers 44, 45.
  • a first roller 42 A third roller 44 (plate roller 42) picks up the at least one hard polymer 41 from a third roller 44 (scooping roller 44), and a second roller 43 (plate roller 43) picks up the at least one hard polymer 41 from a fourth roller 45 (scooping roller 45).
  • the third roller 44 and the fourth roller 45 pick up the at least one hard polymer 41 from a corresponding reservoir (not shown), which holds the at least one hard polymer 41, preferably also in the form of an aqueous dispersion.
  • the first roller 42 and the second roller 43 i.e., the plate rollers 42, 43
  • the scoop rollers 44, 45 are provided with an engraving that "scoops" a defined amount of the formulation from the reservoir and transfers it to the plate rollers 42, 43, which are in contact with the fiber substrate.
  • the application amount of formulation can then be controlled via the volume of the engraving and the relative speeds of the scoop rollers 44, 45 to the plate rollers 42, 43.
  • the roller coater 40 of the Fig. 1 Accordingly, the coating of the impregnated and dried fiber substrate 15 is carried out in a type of flexographic printing process, which applies the at least one hard polymer 41 over the entire surface.
  • the coating 140 of the surfaces of the impregnated and dried fiber substrate 15 can also be carried out in any other suitable manner.
  • the roller coater 40 of the Fig. 1 can also be configured with a different number and configuration of rollers.
  • the at least one soft polymer 21 penetrates into the core of the fiber substrate 10 itself during impregnation, the at least one hard polymer 41 lies at least substantially only on the surfaces of the impregnated and dried fiber substrate 15 and thus at least does not significantly penetrate the core of the fiber substrate 10, even though a certain near-surface penetration can of course occur.
  • the at least one soft polymer 21 leads to an increase in the z-strength and thus reduces the tendency of the fiber substrate 10 to fray, i.e., the tendency for the individual fibers of the fiber substrate 10 to separate from one another, thus leading to an increase in thickness and thus to a limpness of the fiber substrate 10.
  • one or more biocides and antifungals may be added to both the at least one soft polymer 21 and the at least one hard polymer 41, as described hereinabove.
  • the rotationally stable fiber substrate 10 can optionally be printed 150, followed by the optional application of a final coating (e.g., a UV varnish) for further surface protection.
  • a final coating e.g., a UV varnish
  • Printing 150 takes place separately from the remaining process steps of process 100 in a different machine.
  • the application of the final coating takes place after printing 150 in a different machine.
  • process 100 is interrupted during printing 150, and the application of the final coating 160 takes place thereafter.
  • FIG. 3 another exemplary circulation-stable fiber substrate 10, which, for example, is produced by the method 100 of Fig. 2 (using the paper machine part of the Fig. 1 or with any other suitable device) or in any other suitable manner.
  • the circulation-stable fiber substrate 10 has a substrate core 11, which is permeated/impregnated with at least one soft polymer 21 (indicated by dots).
  • the substrate core 11 without the at least one soft polymer 21 would, for example, correspond to the untreated fiber substrate 11 of the Fig. 1
  • the properties of the soft polymer 21 and the hard polymer 41, as well as all other features and properties of the circulation-stable fiber substrate 10, may be similar to those described with reference to the method 200 of Fig. 2 and the features and properties generally described in this disclosure. These features and properties are accordingly not repeated here.
  • the described process 200 and the described circulation-stable fiber substrate 10 enable a controlled use of a soft polymer as an impregnation, e.g., in an immersion bath/size bath. This enables, in particular, the absorption of larger quantities of the soft polymer than would be possible if it were added to the fiber mass, i.e., for example, in or before the wire section. Furthermore, disturbances in the charge balance during sheet formation, which would occur if the corresponding additives (i.e., in particular the soft polymers) were added to the fiber mass, are avoided. Carrying out the process inline after the wire section also enables the use of very soft and thus strength-enhancing additives for the fiber substrate.
  • the hard coating also offers better protection against contamination compared to applying the additives to the fiber mass or compared to simply impregnating without subsequent coating.
  • the hard coating also provides a remedy for the problem that fiber substrates impregnated only with soft polymers tend to stick together and thus cannot be wound into rolls.
  • the disclosure thus also provides for the windability of the rotationally stable fiber substrate 10.
  • the disclosed fiber substrate 10 and the corresponding method 100 are particularly advantageous for use with documents with high circulation and thus heavy use, such as banknotes, securities, visas, or identity documents.

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Abstract

Es wird ein Verfahren (100) zum Erhöhen der Langlebigkeit eines Faser-Substrats (10), beispielsweise für Banknoten, offenbart. Das Verfahren (100) umfasst das Bereitstellen (110) eines unbehandelten Faser-Substrats (10), das Imprägnieren (120) des unbehandelten Faser-Substrats (10) mit mindestens einem weichen Polymer (21) mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur (Tg), um ein imprägniertes Faser-Substrat (10) zu erhalten, das Trocken (130) des imprägnierten Faser-Substrats (10), und Beschichten (140) des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats (10) mit mindestens einem harten Polymer (41), welches bezogen auf das weiche Polymer (21) eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) aufweist, um ein umlaufstabiles Faser-Substrat (10) zu erhalten. Es wird ferner ein Faser-Substrat (10) mit einem Substrart-Kern (11) mit einer Kernimprägnierung mit einem weichen Polymer (12) mit relativ niedriger Glasübergangstemperatur (Tg) und mit einer Oberflächenbeschichtung (12) mit einem harten Polymer (41), das eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) umfasst, offenbart.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines langlebigen, insbesondere umlaufstabilen, Faser-Substrats sowie ein entsprechendes Faser-Substrat.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Bei der Papierherstellung, insbesondere bei der Herstellung von Banknoten-Substraten, werden Faser-Substrate verwendet, welche zum größten Teil aus Baumwolle bestehen. Bei besonderen Substraten kann die Baumwolle auch durch andere Faserstoffe, wie beispielsweise Flachs oder Zellstoff, ersetzt oder ergänzt werden. Dabei wird zunächst in einem Pulper ein Dickstoff erzeugt, welcher dann verdünnt wird. Der so erhaltende Dünnstoff wird dann beispielsweise in eine Rundsiebmaschine oder allgemein eine Siebpartie eingebracht, wo eine Stoffdichte von ca. 1 % vorliegt. Dabei können auch weitere Zusatzstoffe wie beispielsweise Füllstoffe (z.B. Titandioxid) zugegeben werden. Anschließend wird das in der Rundsiebmaschine erzeugte Roh-Substrat gepresst und getrocknet (beispielsweise mit dampfbeheizten Walzen), wobei auf bekannte Weise das eigentliche Papier gebildet wird. Dieses Rohpapier kann dann weiter veredelt und seiner Verwendung zugeführt werden.
  • In Verwendungen mit hoher Belastung sind widerstandsfähige Faser-Substrate notwendig. Insbesondere Banknoten und andere Dokumente sind dabei besonders starken Beanspruchungen ausgesetzt, welche aus deren häufigem Umlauf mit, unter anderem, häufigen Knickbelastungen resultieren. Derartige Belastungen können zu einer Art "Zerfasern" des Faser-Substrats führen. Die Faserfibrillen wechselwirken im Allgemeinen untereinander über Wasserstoff-Brückenbindungen. Bei Beanspruchung lösen sich diese Bindungen und damit die Fibrillen, womit das Substrat seine Festigkeiten verliert. In diesem Zusammenhang wird hierin der Begriff "Zerfasern" verwendet. Zudem weisen solche Dokumente mit häufigem Umlauf eine starke Beanspruchung durch Schmutzaufnahme in das Faser-Substrat auf, welche die Lebensdauer der Dokumente verringert.
  • Zum Verfestigen von Faser-Substraten können der Papiermasse deshalb vor oder in der Rundsiebmaschine verschiedene chemische Additive wie beispielsweise Nassverfestiger wie EPI (PAAE-Harz, d.h. Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harz) zugegeben werden. Ferner können auch Trockenverfestiger wie CMC (Carboxymethylcellulose) zugesetzt werden, welches beispielsweise in Kombination mit EPI Verwendung findet. Obwohl diese gängigen Papierverfestiger zwar eine gewisse Grundfestigkeit liefern, ist diese für starke Beanspruchung im Umlauf oftmals nicht ausreichend. Die Ursache hierfür sind vor allem zu geringe z-Festigkeiten (d.h. Festigkeiten senkrecht zur Papierebene) des Papierkerns, die im Umlauf zu einer deutlichen Erhöhung der Papierdicke führen. Eine sogenannte "Lappigkeit" der Banknoten ist die Folge. In neueren Entwicklung werden deshalb weitere Additive (Styrol-Butadien-Harze, Acrylate, Polyurethane) der Papiermasse (in der Siebpartie oder vorher) zugesetzt, um die z-Festigkeiten zu steigern. Dies wird beispielsweise in der EP 4 010 529 A1 beschrieben.
  • Ferner sind Oberflächenbeschichtungen bekannt, welche eine Verschmutzung der Oberfläche beispielsweise von Banknoten verhindern sollen. Imprägnierungen können zudem die Papiermasse verbessern. Bei einem Großteil der Faser-Substrate für Banknoten bestehen solche Oberflächenbeschichtungen aus Polyvinylalkohol (PVOH) als Hauptbestandteil. Die PVOH-Polymere bieten mit einer Auftragsmenge von typischerweise 2-3 g/m2 ges. und auch wegen seiner guten Wasserlöslichkeit wenig Schutz unter harten Umlaufbedingungen.
  • Für die in der Papiermasse eingesetzten Additive ist eine gute Retention, d.h. Anbindung an die Faser während des Blattbildungsprozesses notwendig. Die Retention kann in Abhängigkeit von der Dosiermenge und Dosierreihenfolge gering sein, was dadurch verstärkt wird, dass weitere Additive an die Faser angebunden werden müssen. Zudem ist der absolute Mengenanteil der verstärkenden Additive, den man in das Faser-Substrat einbringen kann, prozessbedingt gering. Störungen der Ladungshaushalte, Blattbildung und Wasserzeichenformation können bei höheren Zugabemengen die Folge sein. Damit ist ein Einsatz von weiteren festigkeitssteigernden Additiven neben CMC und EPI in der Papiermasse nicht zu empfehlen.
  • Die in der Papieroberfläche eingesetzten Imprägnierungen und Beschichtungen werden im Wesentlichen auf zweierlei Arten erzeugt. Entweder wird das Substrat im Papiermaschinenprozess statt mit PVOH mit Imprägnierungen (z.B. PU's) im Leimbad behandelt, was zwar zu einer Verstärkung der Papiermasse führt, jedoch wenig Schutz gegen Verschmutzung bietet. Imprägnierungen im Leimbad und in der Leimpresse dringen v.a. in den Papierkern ein und schützen die Oberfläche nur bedingt.
  • Beschichtungen wie oben beschrieben werden in einem Coating-Verfahren aufgebracht und befinden sich prozessbedingt v.a. auf der Oberfläche, weniger in der Papiermasse. Deshalb bieten sie zwar einen guten Schutz gegen Verschmutzung, haben jedoch keinen Effekt bezüglich der Papierverstärkung (z-Festigkeit).
    • Beschreibung
  • Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Faser-Substrat, beispielsweise für Banknoten, bereitzustellen, welches eine höhere Umlaufdauer durch gleichzeitige Verstärkung der z-Festigkeit und Erhöhung der Schmutzabweisung bietet.
  • Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Hierin wird ein Verfahren zum Erhöhen der Langlebigkeit eines Faser-Substrats und ein entsprechendes Faser-Substrat offenbart. Das Faser-Substrat wird vorzugsweise mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt bzw. erhalten. Daher gelten die Beschreibungen des Verfahrens bzw. der dadurch erreichten strukturellen Merkmale des Faser-Substrats auch für das Faser-Substrat selbst und umgekehrt. Insbesondere kann jedes Merkmal, das in Bezug auf das Verfahren beschrieben wird, in dem Faser-Substrat verkörpert sein und umgekehrt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Erhöhen der Langlebigkeit eines Faser-Substrats offenbart. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines unbehandelten Faser-Substrats, das Imprägnieren des unbehandelten Faser-Substrats mit mindestens einem weichen Polymer mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur, um ein imprägniertes Faser-Substrat zu erhalten, das Trocken des imprägnierten Faser-Substrats, um ein imprägniertes und getrocknetes Faser-Substrat zu erhalten, und das Beschichten des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats mit mindestens einem harten Polymer, welches bezogen auf das weiche Polymer eine höhere Glasübergangstemperatur aufweist, um ein umlaufstabiles Faser-Substrat zu erhalten.
  • Bei sogenannten "Durable Substrats" wird die Oberfläche von Banknoten mit Imprägnierungen und/oder Beschichtungen versehen, die einen besseren Schutz des Substrats liefern. Dabei wird die PVOH-Oberflächenleimung beispielsweise durch Polyurethane (PU's) ersetzt. Ferner kann in einem zusätzlichen Schritt eine Beschichtung beispielsweise auf Basis von Acrylaten aufgebracht werden.
  • Die erfindungswesentliche Idee liegt darin, dass mindestens ein "weiches" Polymer als Additiv in das unbehandelte Faser-Substrat eingebracht/imprägniert wird und zudem ein relativ "hartes" Polymer als Oberflächenbeschichtung vorgesehen wird. Das mindestens eine weiche Polymer ist dabei insbesondere nicht nur an einer Oberfläche des Faser-Substrats vorhanden, sondern zieht tief in das Faser-Substrat ein und durchsetzt dieses, während die Oberflächenbeschichtung im Wesentlichen nur an der Oberfläche des Faser-Substrats vorliegt.
  • Zugesetzte weiche Polymere im Faser-Substrat stellen aufgrund ihrer Eigenschaften eine gute Verstärkung der z-Festigkeit bereit und verhindern dadurch ein Ausfasern des Faser-Substrats bei starken Beanspruchungen im Umlauf. Das Einbringen/Imprägnieren der weichen Polymere findet dabei insbesondere nach der Trocknung und Abkühlung des unbehandelten Faser-Substrats aus dem Rundsieb statt. Die entsprechenden Additive müssen somit nicht bereits in der Siebpartie oder davor zugegeben werden, sondern es wird vielmehr das unbehandelte Faser-Substrat aus dem Rundsieb entsprechend nachbehandelt.
  • Die harten Polymere, welche die Oberfläche vor Schmutzaufnahme schützen sollen, werden dann in einem nachgelagerten Beschichtungsprozess, beispielsweise in einem Curtain-Coating oder Filmpress-Verfahren, oder auch in jedem anderen geeigneten Verfahren aufgebracht. Unter einem nachgelagerten Beschichtungsprozess ist dabei ein Beschichtungsprozess gemeint, der der Imprägnierung nachgelagert erfolgt, d.h. insbesondere vorzugsweise auch in der Papiermaschine selbst, aber nach einer Imprägnierstation in der Papiermaschine. Es ist allerdings auch denkbar, den Beschichtungsprozess in einer anderen Maschine durchzuführen.
  • Die Härte, d.h. ob ein Polymer weich oder hart ist, bezieht sich dabei in dieser Offenbarung auf eine Glasübergangstemperatur, des jeweiligen Polymers bzw. Additivs. Im Allgemeinen beschreibt die Glasübergangstemperatur (Tg) diejenige Temperatur, bei der ein amorphes Polymer von einem harten/glasartigen Zustand in einen weichen/lederartigen Zustand übergeht, oder umgekehrt. Die Glasübergangstemperatur beschreibt somit die Temperatur, unterhalb derer das Polymer starr ist. Wenn die Temperatur steigt, durchläuft das Polymer einen Übergangszustand, in dem die makromolekularen Ketten gegeneinander gleiten können, und das Polymer wird weich. Die Glasübergangstemperatur ist also mit den mechanischen Eigenschaften eines Polymers verknüpft. Dazu gehören beispielsweise die Zugfestigkeit, die Schlagfestigkeit, der Elastizitätsmodul und der Betriebstemperaturbereich. Die Glasübergangstemperatur steht somit in direktem Zusammenhang mit der Festigkeit eines Material. Polymere mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur sind weicher als Polymere mit einer höheren Glasübergangstemperatur.
  • Diese Allgemeinen Erläuterungen vorweggestellt, wird im Folgenden der Verfahrensablauf des offenbarten Verfahrens beschrieben.
  • In einem ersten Schritt wird ein unbehandeltes Faser-Substrat bereitgestellt. Dabei ist unter einem unbehandelten Faser-Substrat insbesondere ein Faser-Substrat gemeint, dem zwar bereits verfestigende Additive (wie CMC und EPI) zugesetzt sein können, aber noch keine weichen und harten Polymere gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie hierin beschrieben. Das unbehandelte Faser-Substrat kann beispielsweise ein Faser-Substrat aus einer Siebpartie einer Papiermaschine, welches bereits getrocknet und abgekühlt wurde, sein. Es ist allerdings auch denkbar, dass das unbehandelte Faser-Substrat beispielsweise vorproduziert wurde und aus einem Lager entnommen wird und dann einer entsprechenden Nachbehandlungsmaschine zugeführt wird, welche die nachfolgenden Schritte durchführt. Bevorzugt finden jedoch sämtliche Schritte des Verfahrens inline in einer einzigen Papiermaschine statt.
  • In einem zweiten Schritt findet ein Imprägnieren das unbehandelten Faser-Substrats mit mindestens einem weichen Polymer mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur statt. Dabei ist zu beachten, dass das mindestens eine weiche Polymer sowohl lediglich ein einziges weiches Polymer als auch eine Mischung aus einer beliebigen Anzahl an verschiedenen weichen Polymeren umfassen kann. Wichtig ist, dass das einzelne weiche Polymer oder die Mischung aus mehreren weichen Polymeren die gewünschte Glasübergangstemperatur aufweisen. Das Imprägnieren kann dabei in jeder geeigneten Weise, insbesondere an einer entsprechenden Station in einer Papiermaschine, stattfinden, die es ermöglicht, das Faser-Substrat mit dem weichen Polymer zu durchsetzen. Das mindestens eine weiche Polymer liegt vorzugsweise in einer wässrigen Dispersion vor, so dass das unbehandelte Faser-Substrat durch die entsprechende wässrige Suspension gezogen werden kann, wobei das weiche Polymer in das Faser-Substrat eindringt. Vorzugsweise findet das Imprägnieren in einem Tauchbad statt, wie weiter unten mit Bezug auf eine Ausführungsform beschrieben. Beim Imprägnieren kann das unbehandelte Faser-Substrat beispielsweise anstatt durch ein Polyvinylalkohol (PVOH)-Tauchbad (wie im Stand der Technik) durch ein Tauchbad mit dem entsprechenden weichen PolymerHarz gezogen werden.
  • Im Allgemeinen haben weiche Polymere, d.h. Polymere mit vergleichsweise niedriger Glasübergangstemperatur einen klebstoffartigen Charakter. Aus diesem Grund erzeugen weiche Polymere zwar gute Papierfestigkeiten, verursachen jedoch auch vielfach einen sogenannten "Tack" am Papier und sind deshalb in Rolle nicht wickelbar, da die Papierlagen verkleben. Weiterhin zeigen weiche Polymere auch eine schlechte Schmutzabweisung.
  • Um diese Nachteile zu vermeiden und zudem eine gute Schmutzabweisung zu erreichen, wird das Faser-Substrat gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich mit mindestens einem harten Polymer beschichtet, welches sich dann zumindest im Wesentlichen nur an der Oberfläche befindet und nicht in das Faser-Substrat selbst eindringt. Anders als die weichen Polymere liefern solche harten Polymere eine gute Schmutzabweisung und sind gut wickelbar. Deshalb ist eine aufeinanderfolgende inline-Applikation beider Systeme (d.h. dem Imprägnieren mit den weichen Polymeren und dem Beschichten mit den harten Polymeren) mit hinreichender Zwischentrocknung zielführend.
  • Es findet also zunächst ein Trocknen des imprägnierten Faser-Substrats statt. Das Trocknen kann dabei in jeder geeigneten Art erfolgen, erfolgt jedoch grundsätzlich inline nach dem Imprägnieren (insbesondere, da das imprägnierte Faser-Substrat, wie dargelegt, nicht in Rolle gewickelt werden kann). Das Trocken kann beispielsweise in einem Infrarot-Trockner (IR-Trockner) mit nachfolgender Zylindertrocknung erfolgen, wie weiter unten mit Bezug auf eine Ausführungsform dargelegt.
  • Nach dem Trocknen des imprägnierten Faser-Substrats, wird dieses mit mindesten einem weiteren, dieses Mal jedoch härteren, Polymer (d.h. einem Polymer mit einer im Vergleich zu dem mindestens einen weichen Polymer, das beim Imprägnieren verwendet wurde, höheren Glasübergangstemperatur) beschichtet. Das Beschichten kann dabei in jeder geeigneten Art und Weise erfolgen, beispielsweise in einer dem Trockner nachgelagerten Walzen-Beschichtungsstation der Papiermaschine (welche beispielsweise als eine Curtain-Coating-Station oder Filmpress-Station ausgestaltet sein kann).
  • Bei der Auswahl der Polymere besteht grundsätzlich großer Gestaltungsspielraum. Allerdings ist darauf zu achten, dass die Polymere die entsprechenden physikalischen Eigenschaften aufweisen, also insbesondere die entsprechenden Glasübergangstemperaturen zueinander aufweisen. Bei der Auswahl der Polymere kann beispielsweise auch ein Anteil aus nachwachsenden Rohstoffen im Polymer stammen. So kann beispielsweise die Polyolkomponente von Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen wie beispielsweise Zuckerrohr oder Pflanzenölen hergestellt werden. Der Biomasseanteil kann dabei beispielsweise je nach Anteil in der Polyolkomponente im Polymer bis über 50 % betragen.
  • Durch das beschriebenen Verfahren ist ein kontrollierter Einsatz des weichen Polymers als Imprägnierung, z.B. in einem Tauchbad/Leimbad möglich. Dies ermöglicht insbesondere eine Aufnahme von größeren Mengen des weichen Polymers als dies bei einem Einsatz in die Fasermasse, d.h. beispielsweise in oder vor der Siebpartie, möglich wäre. Zudem werden Störungen des Ladungshaushalts bei der Blattbildung, welche bei einer Zugabe der entsprechenden Additive (d.h. insbesondere der weichen Polymere) in die Fasermasse auftreten würden, vermieden. Die Inline-Durchführung des Verfahrens nach der Siebpartie ermöglicht zudem die Verwendung von sehr weichen und damit gut festigkeitssteigernden Additiven für das Faser-Substrat. Die harte Beschichtung bietet zudem einen besseren Schutz gegen Verschmutzungen im Vergleich zur Applikation der Additive in der Fasermasse oder im Vergleich dazu, dass nur eine Imprägnierung, ohne nachfolgende Beschichtung, vorgenommen wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Imprägnieren des unbehandelten Faser-Substrats in einem Tauchbad.
  • Beispielsweise kann das unbehandelte Fasersubstrat aus der Siebpartie (z.B. einem Rundsieb) kommend und nach einer ersten Trocknungsstrecke, vorteilhafterweise nach dem herunterkühlen (beispielsweise mit geeigneten Kühlwalzen), über entsprechende Transportwalzen durch ein Tauchbad/Leimbad, in dem sich eine wässrige Dispersion mit dem mindestens einen weichen Polymer befindet, gezogen werden. Dabei wird das unbehandelte Faser-Substrat von beiden Seiten vollständig von der wässrigen Dispersion bedecket und die wässrige Dispersion mit dem mindestens einen weichen Polymer zieht über die Oberflächen des Faser-Substrats in das Faser-Substrat ein. Es wird also ein üblicherweise im Stand der Technik verwendetes Tauchbad mit Polyvinylalkohol (üblicherweise in wässriger Lösung; dient zum Versiegeln der Oberfläche, um beispielsweise in nachfolgenden Druckprozessen des Ausstauben von Additiven bzw. Füllstoffen wie Titandioxid zu verhindern) durch ein Tauchbad mit einer wässrigen Dispersion, welche das mindestens eine weiche Polymer umfasst, ersetzt. Diese erfindungsgemäße Imprägnierung erfüllt die gleichen Aufgaben wie ein Tauchbad aus Polyvinylalkohol, führt aber zusätzlich noch zu einer guten Erhöhung der Festigkeit und damit der Umlaufstabilität des Faser-Substrats, wie weiter oben beschrieben.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Trocknen des imprägnierten Faser-Substrats in einer Trocknervorrichtung.
  • Die Trocknervorrichtung kann beispielsweise ein Infrarot-Trockner mit nachfolgender Zylindertrocknung sein. In dem Infrarot-Trockner (IR-Trockner) erfolgt dabei eine kontaktlose Trocknung in der Art eines Schwebetrockners. In dem nachfolgenden Zylindertrockner erfolgt dann eine kontaktbehaftete Trocknung des Papiersubstrats. Das Papiersubstrat wird dazu zunächst auf einem Transportband durch den IR-Trockner geführt und dabei unter Hitzeeinwirkung über Infrarotstrahlung getrocknet. Nachfolgend wird das Substrat in dem Zylindertrockner kontaktbehaftet nachgetrocknet. Diese Trocknervorrichtungen sind jedoch nur beispielhaft und es sollte erkannt werden, dass jede geeignete Trocknervorrichtung verwendet werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Beschichten des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats in einem Walzen-Beschichter.
  • Ein solcher Walzen-Beschichter kann beispielsweise zumindest zwei Walzen, vorzugsweise vier Walzen, umfassen, wobei das imprägnierte und getrocknete Faser-Substrat durch zwei der Walzen unter Druck geführt wird. Die an dem Faser-Substrat anliegenden Walzen (Klischeewalzen) dienen dazu, das mindestens eine harte Polymer auf das imprägnierte und getrocknete Faser-Substrat aufzubringen. Die Klischeewalzen sind vorzugsweise glatt und gummiert. Wenn nur zwei Walzen (d.h. nur die Klischeewalzen) verwendet werden, laufen diese an einer von dem Faser-Substrat entfernten Stelle durch ein Reservoir mit dem mindestens einen harten Polymer, vorzugsweise ebenfalls in der Form einer wässrigen Dispersion. Das mindestens eine harte Polymer wird dann von den an dem Faser-Substrat anliegenden Walzen (Klischeewalzen) auf das durchlaufende Faser-Substrat übertragen.
  • Vorzugsweise ist jedoch zwischen jeder der an dem Faser-Substrat anliegenden Klischeewalzen und dem Reservoir eine weitere Übertragungswalze (eine sogenannte Schöpfwalze) vorgesehen, welche das mindestens eine Polymer aus dem Reservoir aufnimmt und an die unmittelbar an dem Faser-Substrat anliegenden Klischeewalzen weitergibt. Diese ermöglicht insbesondere eine bessere Steuerung der Auftragsmenge. Die direkt an das imprägnierte und getrocknete Faser-Substrat anliegenden Klischeewalzen sind dabei gummiert und glatt, während die Schöpfwalzen mit einer Gravur versehen sind, die eine definierte Menge der Formulierung aus dem Reservoir "schöpfen" und an die Klischeewalzen, die an dem Faser-Substrat anliegen, übertragen. Die Auftragsmenge an Formulierung kann dann über das Volumen der Gravur und die Relativgeschwindigkeiten der Schöpfwalzen zu den Klischeewalzen gesteuert werden. Der Walzen-Beschichter ist demnach eine Art Flexodruck-Vorrichtung, welche inline nach dem Trockner angeordnet ist und das Faser-Substrat vollflächig mit dem mindestens einen harten Polymer bedruckt, d.h. beschichtet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt die relativ niedrige Glasübergangstemperatur des mindestens einen weichen Polymers in einem Bereich zwischen -45 °C und 0 °C.
  • Bevorzugt liegt die Glasübergangstemperatur des mindestens einen weichen Polymers in einem Bereich zwischen -45 °C und -20 °C, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen - 40 °C und -20 °C, und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen -40 °C und -25 °C.
  • Diese Temperaturbereiche der Glasübergangstemperatur haben sich als besonders bevorzugt zum Erhöhen der Umlaufstabilität des Faser-Substrats, d.h. insbesondere zum Erhöhen der z-Festigkeit, erwiesen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt die höhere Glasübergangstemperatur des mindestens einen harten Polymers in einem Bereich zwischen -15 °C und 20 °C.
  • Bevorzugt liegt die Glasübergangstemperatur des mindestens einen harten Polymers in einem Bereich zwischen -15 °C und 10 °C, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen - 10 °C und 10 °C, und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen -10 °C und 0 °C.
  • Diese Temperaturbereiche der Glasübergangstemperatur haben sich als besonders bevorzugt zum Erhöhen der Schmutzabweisung bei gleichzeitiger Beibehaltung der durch das mindestens eine weiche Polymer bereitgestellten Umlaufstabilität herausgestellt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das mindestens eine weiche Polymer zumindest eines der folgenden Polymere: weiche Polyacrylate, Styrolbutadiene, carboxylierte Styrolbutadiene, Polyacrylamide, weiche Polyacryle, weiche Polyacrylamide, Polystyrole, und Polyethylene.
  • Diese weichen Polymere haben sich als besonders wirkungsvoll bei der Erhöhung der z-Festigkeit erwiesen. Das mindestens eine weiche Polymer kann zudem jede beliebige Kombination der aufgeführten weichen Polymere enthalten, solange die entsprechende Formulierung insgesamt die gewünschten physikalischen Eigenschaften, insbesondere die gewünschte Glasübergangstemperatur, aufweist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das mindestens eine harte Polymer zumindest ein Polyacrylat.
  • Diese harten Polymere haben sich als besonders widerstandsfähig gegen Schmutzaufnahme erwiesen. Das mindestens eine harte Polymer kann zudem jede beliebige Kombination der aufgeführten harten Polymere enthalten, solange die entsprechende Formulierung insgesamt die gewünschten physikalischen Eigenschaften, insbesondere die gewünschte Glasübergangstemperatur, aufweist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das mindestens eine weiche Polymer zumindest eines der folgenden Polymere: Polyurethane; und carboxylierte anionische Polyurethane aus der Klasse der Polyester-Polyurethane, der Polyether-Polyurethane, und der Polycarbonat-Polyurethane. Die relativ niedrige Glasübergangstemperatur bezieht sich auf eine entsprechende Elongation, welche entsprechende Eigenschaften bereitstellt.
  • Bei Polyurethanen wird üblicherweise keine Glasübergangstemperatur definiert, sondern eine Elongation. Bei den Polyurethanen bezieht sich die relativ niedrige Glasübergangstemperatur demgemäß auf eine entsprechende Elongation, welche gleiche oder zumindest sehr ähnliche Eigenschaften, wie eine relativ niedrige Glasübergangstemperatur eines Vergleichspolymers (wie beispielsweise der hierin beschriebenen anderen weichen Polymere) bereitstellt.
  • Im Allgemeinen beschreibt die Elongation eines Polymers das Dehnungsverhalten des Polymers, wobei Dehnung eine Form der Verformung des Polymers ist. Die Verformung wiederum ist eine Formveränderung, die das Polymer unter Spannung erfährt. Bei einer Zugspannung verformt sich das Polymer durch Dehnung und wird länger. Dies wird unter Elongation verstanden. Die Elongation kann beispielsweise als prozentuale Elongation, d.h. als prozentuale Änderung der Länge einer Polymerprobe nach der Dehnung gegenüber der ursprünglichen Länge der Polymerprobe angegeben werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist dem mindestens einen weichen Polymer und/oder dem mindestens einen harten Polymer zumindest eines aus einem fungiziden Additiv, einem viruziden Additiv, einem bakteriziden Additiv, und einem Antimykotikum zugesetzt.
  • Fungizide und bakterizide Additive bieten einen wirksamen Schutz des Faser-Substrats gegen das Wachstum von Keimen, insbesondere der wichtigsten mikroskopischen Bakterien- und Pilzfamilien.
  • Viruzide Additive verhindern die Aufnahme von Viren (bzw. deren Überleben auf dem Faser-Substrat) und damit deren Übertragung beim Austausch des Faser-Substrats von Hand zu Hand. Derartige viruzide Additive können beispielsweise gegen humanpathogene Viren wie beispielsweise Retroviren, Cytomegalieviren, Rotaviren, Paramyxoviren, Polioviren, Hantaviren, Coxsackieviren, Enzephalomyokarditisvirus, Picornaviren, darunter Rhinoviren, zu nennen, DNA- oder RNA-Viren, insbesondere Flaviviridae, AIDS-Virus, Grippeviren, Pockenvirus, Gelbfiebervirus, Hepatitis-C-Virus, Herpesviren, Epstein-Barr-Virus, Varizella-Zoster-Virus, Rötelnvirus, Simian-Virus 40 oder SV40 oder auch Coronaviren wirksam sein.
  • Ein Antimykotikum ist eine antimikrobielle Substanz, die gegen durch Pilze verursachte Erkrankungen wirkt.
  • Obwohl das offenbarte Faser-Substrat aufgrund der Beschichtung mit dem harten Polymer und die dadurch erzielte hohe Resistenz gegen Schmutzaufnahme bereits ohne solche Zusätze einen guten Schutz gegen die Übertragung entsprechender Mikroorganismen bietet, kann die Zugabe entsprechender fungizider, viruzider und bakterizider Additive sowie von Antimykotika (zusammengefasst hierin auch als Biozide bezeichnet) insbesondere bei Verwendungen mit hohem Umlauf, wie bei Verwendungen des Faser-Substrats für Banknoten, einen zusätzlichen stärkeren Schutz bieten. Derartige Zusätze verhindern auch das Risiko einer Kreuzkontamination mit pathogenen Keimen wie Bakterien, Schimmelpilzen und Viren. Es sollte beachtet werden, dass auch noch andere Biozide als Additiv zugesetzt werden können. Dabei ist jedoch stets auf die gesundheitliche Unbedenklichkeit der Biozide für den Menschen und auf deren Umweltverträglichkeit zu achten.
  • Entsprechende Biozide können beispielsweise in Mengen von 0,05 % bis 0,8 % bezogen auf die Masse des umlaufstabilen Faser-Substrats vorhanden sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das umlaufstabile Faser-Substrat bezogen auf eine Masse des umlaufstabilen Faser-Substrats: zwischen 70 % und 90 % an Fasern, zwischen 4 % und 12 % des mindestens einen weichen Polymers, und zwischen 3 % und 8 % des mindestens einen harten Polymers.
  • Der Anteil an Fasern bezogen auf die Masse des umlaufstabilen Faser-Substrats liegt bevorzugt zwischen 75 % und 85 %, weiter bevorzugt zwischen 77 % und 83 %, und am meisten bevorzugt zwischen 79 % und 82 %.
  • Der Anteil an dem mindestens einen weichen Polymers bezogen auf die Masse des umlaufstabilen Faser-Substrats liegt bevorzugt zwischen 5 % und 10 %, weiter bevorzugt zwischen 5 % und 8 %, und noch weiter bevorzugt zwischen 5 % und 7 %. Am meisten bevorzugt ist der Anteil des mindestens einen weichen Polymers 6 %.
  • Der Anteil an dem mindestens einen harten Polymers bezogen auf die Masse des umlaufstabilen Faser-Substrats liegt bevorzugt zwischen 3 % und 7 %, weiter bevorzugt zwischen 4 % und 7 %, und noch weiter bevorzugt zwischen 4 % und 6 %. Am meisten bevorzugt ist der Anteil des mindestens einen harten Polymers 5 %.
  • Diese Formulierungen, und dabei insbesondere die entsprechenden Anteile an dem mindestens einen weichen Polymer und an dem mindestens einen harten Polymer haben sich in Kombination als besonders wirkungsvoll beim Erhöhen der Umlaufstabilität insgesamt, d.h. beim Erhöhen der z-Festigkeit unter gleichzeitigem Erhöhen der Schmutzabweisung erwiesen und stellen zudem eine gute Wickelbarkeit zur Verfügung (d.h. eine gute Reduzierung eines "Tack", wie weiter oben beschrieben).
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner nach dem Beschichten des Faser-Substrats, das Bedrucken des umlaufstabilen Faser-Substrats mit mindestens einem geeigneten Druckverfahren, wie beispielsweise Offset-Druck, Intaglio-Druck, und jedem anderen geeigneten Druckverfahren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein umlaufstabiles Faser-Substrat offenbart. Das Faser-Substrat umfasst einen Substrat-Kern mit einer Kemimprägnierung, und eine Oberflächenbeschichtung. Die Kernimprägnierung umfasst mindestens ein weiches Polymer mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur. Die Oberflächenbeschichtung umfasst mindestens ein hartes Polymer, welches bezogen auf das weiche Polymer eine höhere Glasübergangstemperatur aufweist.
  • Das Faser-Substrat kann insbesondere alle aus dem oben beschriebenen Verfahren resultierenden strukturellen Merkmale in beliebiger Kombination enthalten.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt die relativ niedrige Glasübergangstemperatur des mindestens einen weichen Polymers in einem Bereich zwischen -45 °C und 0 °C. Die höhere Glasübergangstemperatur des mindestens einen harten Polymers liegt in einem Bereich zwischen -15 °C und 20 °C.
  • Bevorzugt liegt die Glasübergangstemperatur des mindestens einen weichen Polymers in einem Bereich zwischen -45 °C und -20 °C, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen - 40 °C und -20 °C, und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen -40 °C und -25 °C.
  • Bevorzugt liegt die Glasübergangstemperatur des mindestens einen harten Polymers in einem Bereich zwischen -15 °C und 10 °C, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen - 10 °C und 10 °C, und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen -10 °C und 0 °C.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein umlaufstabiles Faser-Substrat gemäß einer der obenstehenden Ausführungsformen offenbart. Das umlaufstabile Faser-Substrat ist nach einer der Ausführungsformen des oben beschriebenen Verfahrens gefertigt.
  • Insbesondere weist das umlaufstabile Faser-Substrat sämtliche mit Bezug auf das Verfahren beschriebenen Vorteile auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Verwendung eines zuvor beschriebenen Faser-Substrats als Substrat für Banknoten, für Wertpapiere, für Visa, oder für Ausweisdokumente offenbart.
  • Insbesondere Banknoten weisen aufgrund der häufigen Weitergabe eine besonders hohe Umlaufbeanspruchung auf und profitieren deshalb besonders von der Verwendung des hierin beschriebenen Faser-Substrats bzw. von einem mit dem hierin beschriebenen Verfahren hergestellten Faser-Substrat. Grundsätzlich kann das offenbarte umlaufstabile Faser-Substrat aber für sämtliche Anwendungen, in welchen papierartige Stoffe verwendet werden, Anwendung finden.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    • Fig. 1
    zeigt eine hochschematische Darstellung eines Abschnitts einer Papiermaschine zur Durchführung des offenbarten Verfahrens zum Erhöhen der Langlebigkeit eines Faser-Substrats.
    Fig. 2
    zeigt ein Flussdiagramms eines Verfahrens zum Erhöhen der Langlebigkeit eines Faser-Substrats, welches beispielsweise mit dem Abschnitt der Papiermaschine aus Fig. 1 durchgeführt werden kann.
    Fig. 3
    zeigt schematisch einen Querschnitt eines umlaufstabilen Faser-Substrats, das beispielsweise unter Verwendung des Abschnitts einer Papiermaschine gemäß Fig. 1 bei Durchführung des Verfahrens gemäß Fig. 2 erhältlich ist.
    Detaillierte Beschreibung
  • Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
  • Fig. 1 zeigt eine hochschematische Darstellung eines Abschnitts einer Papiermaschine, welcher zur Durchführung des hierin offenbarten Verfahrens 100, welches weiter unten mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wird, verwendet werden kann.
  • Der Abschnitt der Papiermaschine umfasst ein Tauchbad 20, welches mit einem weichem Polymer 21 mit einer ersten, niedrigen, Glasübergangstemperatur Tg,1 befüllt ist. Das weiche Polymer 21 ist in Form einer wässrigen Dispersion in dem Tauchbad 20 vorhanden. Ferner ist zu beachten, dass das weiche Polymer 21 nicht zwangsläufig nur ein einzelnes weiches Polymer 21 umfassen muss, sondern beispielsweise auch eine Mischung aus verschiedenen weichen Polymeren 21 sein kann, solange insgesamt die entsprechenden gewünschten physikalischen Eigenschaften vorliegen, d.h. insbesondere sichergestellt ist, dass die entsprechende Glasübergangstemperatur Tg,1 vorliegt.
  • Das Tauchbad 20 ist einer Anordnung von Kühlwalzen 50 nachgeordnet, welche ein unbehandeltes Faser-Substrat 13 aus einer Siebpartie mit nachfolgender Trocknungsstrecke (z.B. einem Rundsieb mit Trocknungsstrecke; beides nicht dargestellt) der Papiermaschine aufnimmt und kühlt.
  • Dem Tauchbad 20 nachgeordnet wiederum sind Leimpresswalzen 22, welche dazu dienen, das aufgenommene mindestens eine weiche Polymer 21 zum einen in das Faser-Substrat zu pressen und gleichzeitige überschüssige Formulierung auf dem Substrat "abzuquetschen".
  • Den Leimpresswalzen 22 wiederum ist eine Trockenvorrichtung 30 nachgeordnet, hier in Form eines Schwebetrockners 30 (beispielsweise eines IR-Trockners), welche konfiguriert ist, eine (beispielsweise kontaktlose) Trocknung des imprägnierten Faser-Substrats 14 aus dem Tauchbad 20 mit IR-Strahlung vorzunehmen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass grundsätzlich auch jede andere geeignete (insbesondere kontaktlose) Trockenvorrichtung 30 verwendet werden kann. Zudem kann die Trocknervorrichtung 30 beispielsweise auch eine kontaktbehaftete Trocknung (wie beispielsweise eine Zylindertrocknung) umfassen, die nachfolgend zu der kontaktlosen Trocknung erfolgt.
  • Der Trockenvorrichtung 30 ist eine Beschichtungsvorrichtung 40, hier in Form eines, wie weiter oben im Detail beschriebenen Walzen-Beschichters 40, nachgeordnet (insbesondere nachgeordnet innerhalb der gleichen Papiermaschine), welche konfiguriert ist, das imprägnierte und getrocknete Faser-Substrat 15 mit einer Beschichtung aus zumindest einem harten Polymer 41 mit einer zweiten, höheren (in Bezug auf die erste, niedrige Glasübergangstemperatur Tg,1 des mindestens einen weichen Polymers 21 in dem Tauchbad 20), Glasübergangstemperatur Tg,2 zu versehen. Auch hier ist zu beachten, dass das harte Polymer 41 ein einzelnes hartes Polymer 41 oder jede geeignete Mischung aus einer beliebigen Anzahl von harten Polymeren 41 sein kann, solange die entsprechende Formulierung die entsprechenden gewünschten physikalischen Eigenschaften, insbesondere die entsprechende Glasübergangstemperatur Tg,2 aufweist.
  • Im Folgenden wird mit Bezug auf das Flussdiagram der Fig. 2 und unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 1 ein Verfahren 100 zum Erhöhen der Langlebigkeit (d.h. insbesondere der Umlaufstabilität) eines Faser-Substrats 10 beschrieben.
  • Das Verfahren 100 beginnt mit dem Bereitstellen 110 eines unbehandelten Faser-Substrats 13. Das unbehandelte Faser-Substrat 13 ist ein Faser-Substrat, dem noch keine entsprechenden Additive gemäß der vorliegenden Offenbarung zugesetzt wurden, insbesondere keine Imprägnierung mit einem weichen Polymer 21 und keine Beschichtung mit einem harten Polymer 41. Dem unbehandelten Faser-Substrat 13 können jedoch bereits Trockenfestmitteln (wie CMC) und Nassfestmitteln (wie EPI) zugesetzt sein. Dementsprechend bezieht sich "unbehandelt" auf unbehandelt mit den erfindungsgemäßen weichen und harten Polymeren. Das unbehandelte Faser-Substrat 13 ist beispielsweise ein Faser-Substrat aus einer Siebpartie der Druckmaschine, wie beispielsweise aus einem Rundsieb. Das unbehandelte Faser-Substrat 13 umfasst im wesentlichen nur Komponenten eines regulären Papier-Substrats, wie hierin weiter oben beschrieben. Das unbehandelte Faser-Substrat 13 kann beispielsweise das Faser-Substrat 13 aus den Kühlwalzen 50 der Fig. 1 sein.
  • In einem nächsten Schritt findet dann ein Imprägnieren 120 des unbehandelten Faser-Substrats 13 mit mindestens einem weichen Polymer 21, beispielsweise in dem Tauchbad 20 der Fig. 1 statt, indem das unbehandelte Faser-Substrat 13 durch das Tauchbad 20, z.B. über entsprechende Transportwalzen, gezogen wird. Das unbehandelte Faser-Substrat 13 wird dabei vollständig in dem Tauchbad 20 von dem mindestens einen weichen Polymer 21 (welches, wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, beispielsweise in Form einer wässrigen Dispersion vorliegt) bedeckt, so dass sowohl die obere Oberfläche als auch die untere Oberfläche des unbehandelten Faser-Substrats 13 in Kontakt mit dem mindestens einen weichen Polymer 21 kommen. Das unbehandelte Faser-Substrat 13 nimmt dabei über die Oberflächen das mindestens eine weiche Polymer 21 auf, welches somit in das unbehandelte Faser-Substrat 13 eindringt. Das Imprägnieren 120 umfasst zudem vorzugsweise ein Einpressen des aufgenommenen mindestens einen weichen Polymers 21, beispielsweise mit den Leimpresswalzen 22 der Fig. 1. Dadurch wird zudem gleichzeitig überschüssige Formulierung aus dem Faser-Substrat "abgequetscht".
  • Das mindestens eine weiche Polymer 21 kann beispielsweise mindestens eines der folgenden Polymere umfassen: weiche Polyacrylate, Styrolbutadiene, carboxylierte Styrolbutadiene, und Polyacrylamide. Vorzugsweise liegt das mindestens eine weiche Polymer 21 in carboxylierter Form vor. Die Glasübergangstemperatur Tg,1 des mindestens einen weichen Polymers 21 liegt in einem Bereich zwischen -45 °C und 0 °C. Bevorzugt liegt die Glasübergangstemperatur Tg,1 des mindestens einen weichen Polymers 21 in einem Bereich zwischen -45 °C und -20 °C, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen - 40 °C und -20 °C, und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen -40 °C und -25 °C.
  • Diese Polymere mit diesen Eigenschaften haben sich als besonders geeignet zur Erhöhung der z-Festigkeit des Faser-Substrats erwiesen.
  • Nach dem Imprägnieren 120 des unbehandelten Faser-Substrats 13 wird in einem nächsten Verfahrensschritt ein Trocknen 130 des aus dem Tauchbad 20 (und den Leimpresswalzen 22) austretenden, nun imprägnierten, Faser-Substrats 14 vorgenommen. Dazu wird das imprägnierte Faser-Substrat 14 durch eine Trockenvorrichtung 30, wie den IR-Schwebetrockner 30 der Fig. 1 geführt. Dabei wird das imprägnierte Faser-Substrat 12 entsprechend getrocknet. Am Ende des Schwebetrockners 30 tritt ein imprägniertes und getrocknetes Faser-Substrat 15 aus der Trockenvorrichtung 30 aus.
  • In einem nächsten Schritt erfolgt dann ein Beschichten 140 des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats 15 mit mindestens einem harten Polymer 41, d.h. einem Polymer 41, das eine höhere Glasübergangstemperatur Tg,2 als das weiche Polymer 21 aufweist. Im Allgemeinen, wenn hierin von weichen und harten Polymeren und von niedrigen und hohen Glasübergangstemperaturen gesprochen wird, dann sind diese Begriffe als relativ zueinander zu verstehen.
  • Das mindestens eine harte Polymer 41 kann beispielsweise zumindest eines der folgenden Polymere umfassen: Polyacrylate; Polyurethane, und carboxylierte Polyurethane. Bevorzugt liegt auch das mindestens eine harte Polymer 41 in carboxylierter Form vor. Die, im Vergleich zu der Glasübergangstemperatur Tg,1 des weichen Polymer 21 höhere Glasübergangstemperatur Tg,2 des mindestens einen harten Polymers 41 liegt in einem Bereich zwischen -15 °C und 20 °C. Bevorzugt liegt die Glasübergangstemperatur Tg,2 des mindestens einen harten Polymers 41 in einem Bereich zwischen -15 °C und 10 °C, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen -10 °C und 10 °C, und am meisten bevorzugt in einem Bereich zwischen -10 °C und 0 °C.
  • Diese Polymere mit diesen Eigenschaften haben sich als besonders geeignet zur Erhöhung der Schmutzabweisung des Faser-Substrats erwiesen.
  • Das Beschichten 140 des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats 15 mit dem mindestens einen harten Polymer 41 kann beispielsweise in dem Walzen-Beschichter 40 der Fig. 1 erfolgen. Der Walzen-Beschichter 40 der Fig. 1 umfasst beispielsweise zwei Klischeewalzen 42, 43 und zwei Schöpfwalzen 44, 45. Dabei nimmt eine erste Walze 42 (Klischeewalze 42) das mindestens eine harte Polymer 41 von einer dritten Walze 44 (Schöpfwalze 44) auf und eine zweite Walze 43 (Klischeewalze 43) nimmt das mindestens eine harte Polymer 41 von einer vierten Walze 45 (Schöpfwalze 45) auf. Die dritte Walze 44 und die vierte Walze 45 (d.h. die Schöpfwalzen 44, 45) wiederum nehmen das mindestens eine harte Polymer 41 aus einem entsprechenden Reservoir auf (nicht dargestellt), welches das mindestens eine harte Polymer 41, vorzugsweise ebenfalls in Form einer wässrigen Dispersion, vorhält. Die erste Walze 42 und die zweite Walze 43 (d.h. die Klischeewalzen 42, 43) sind vorzugsweise gummiert und glatt, während die Schöpfwalzen 44, 45 mit einer Gravur versehen sind, die eine definierte Menge der Formulierung aus dem Reservoir "schöpfen" und an die Klischeewalzen 42, 43, die an dem Faser-Substrat anliegen, übertragen. Die Auftragsmenge an Formulierung kann dann über das Volumen der Gravur und die Relativgeschwindigkeiten der Schöpfwalzen 44, 45 zu den Klischeewalzen 42, 43 gesteuert werden. Der Walzen-Beschichter 40 der Fig. 1 führt demnach eine Beschichtung des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats 15 in einer Art Flexodruck-Verfahren durch, welches das mindestens eine harte Polymer 41 vollflächig auf die Oberflächen aufbringt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Beschichten 140 der Oberflächen des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats 15 auch in jeder anderen geeigneten Art erfolgen kann. Zudem kann der Walzen-Beschichter 40 der Fig. 1 auch mit einer anderen Anzahl und Konfiguration von Walzen konfiguriert sein.
  • Nach dem Beschichten 140 des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats 15 ergibt sich das fertige umlaufstabile Faser-Substrat 10.
  • Während das mindestens eine weiche Polymer 21 beim Imprägnieren in den Kern des Faser-Substrats 10 selbst eindringt, liegt das mindestens eine harte Polymer 41 zumindest im Wesentlichen nur auf den Oberflächen des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats 15 auf und dringt somit zumindest nicht wesentlich in den Kern des Faser-Substrats 10 ein, auch wenn natürlich eine gewisse oberflächennahe Penetration stattfinden kann. Das mindestens eine weiche Polymer 21 führt zu einer Erhöhung der z-Festigkeit und verringert somit die Tendenz des Faser-Substrats 10 auszufasern, d.h. die Tendenz, dass sich die einzelnen Fasern des Faser-Substrats 10 voneinander lösen und so zu einer Erhöhung der Dicke und damit zu einer Lappigkeit des Faser-Substrats 10 führen.
  • Optional können sowohl dem mindestens einen weichen Polymer 21 als auch dem mindestens einen harten Polymer 41 eines oder mehrere Biozide und Antimykotika zugesetzt werden, wie hierin weiter oben beschrieben.
  • Nach dem Beschichten 140 kann optional ein Bedrucken 150 des umlaufstabilen Faser-Substrats 10 erfolgen und anschließen optional noch ein Aufbringen einer abschließenden Lackierung (beispielsweise eines UV-Lacks) zum weiteren Oberflächenschutz. Das Bedrucken 150 findet dabei getrennt von den verbleibenden Verfahrensschritten des Verfahrens 100 in einer anderen Maschine statt. Ebenso findet dann das Aufbringen der abschließenden Lackierung nach dem Bedrucken 150 in einer anderen Maschine statt. Das Verfahren 100 wird somit während des Bedruckens 150 unterbrochen und das Aufbringen der abschließenden Lackierung 160 erfolgt dann danach.
  • Abschließend zeigt Fig. 3 noch ein beispielhaftes umlaufstabiles Faser-Substrat 10, welches beispielsweise mit dem Verfahren 100 der Fig. 2 (unter Verwendung des Papiermaschinen-Teils der Fig. 1 oder mit jeder andere geeigneten Vorrichtung) oder auf jede andere geeignete Weise gefertigt wurde.
  • Das umlaufstabile Faser-Substrat 10 weist einen Substrat-Kern 11 auf, welcher mit mindestens einem weichen Polymer 21 durchsetzt/imprägniert ist (angedeutet durch Punkte). Der Substrat-Kern 11 ohne das mindestens eine weiche Polymer 21 würde beispielsweise dem unbehandelten Faser-Substrat 11 der Fig. 1 entsprechen. Auf beiden Oberflächen des Substrat-Kerns 11 befindet sich eine Oberflächenbeschichtung 12 aus mindestens einem harten Polymer 41.
  • Die Eigenschaften des weichen Polymers 21 und des harten Polymers 41 sowie alle anderen Merkmale und Eigenschaften des umlaufstabilen Faser-Substrats 10 können denjenigen, die mit Bezug auf das Verfahren 200 der Fig. 2 sowie denjenigen in dieser Offenbarung allgemein beschriebenen Merkmalen und Eigenschaften entsprechen. Diese Merkmale und Eigenschaften werden entsprechend hier nicht wiederholt.
  • Durch das beschriebene Verfahren 200 und das beschriebene umlaufstabile Faser-Substrat 10 ist ein kontrollierter Einsatz eines weichen Polymers als Imprägnierung, z.B. in einem Tauchbad/Leimbad möglich. Dies ermöglicht insbesondere eine Aufnahme von größeren Mengen des weichen Polymers als dies bei einem Einsatz in die Fasermasse, d.h. beispielsweise in oder vor der Siebpartie, möglich wäre. Zudem werden Störungen des Ladungshaushalts bei der Blattbildung, welche bei einer Zugabe der entsprechenden Additive (d.h. insbesondere der weichen Polymere) in die Fasermasse auftreten würden, vermieden. Die Inline-Durchführung des Verfahrens nach der Siebpartie ermöglicht zudem die Verwendung von sehr weichen und damit gut festigkeitssteigernden Additiven für das Faser-Substrat. Die harte Beschichtung bietet zudem einen besseren Schutz gegen Verschmutzungen im Vergleich zur Applikation der Additive in der Fasermasse oder im Vergleich dazu, dass nur eine Imprägnierung, ohne nachfolgende Beschichtung, vorgenommen wird. Die harte Beschichtung liefert zudem Abhilfe bei dem Problem, dass lediglich mit weichen Polymeren imprägnierte Faser-Substrate verkleben und damit nicht in Rolle wickelbar sind. Die Offenbarung stellt somit auch eine Wickelbarkeit des umlaufstabilen Faser-Substrats 10 bereit.
  • Das offenbarte Faser-Substrat 10 beziehungsweise das entsprechende Verfahren 100 sind insbesondere für die Verwendung für Dokumente mit hohem Umlauf und damit starker Beanspruchung, wie beispielsweise für Banknoten, für Wertpapiere, für Visa, oder für Ausweisdokumente, vorteilhaft.
  • Ergänzend ist noch darauf hinzuweisen, dass "umfassend" oder "aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Faser-Substrat
    11
    Substrat-Kern
    12
    Oberflächenbeschichtung
    13
    unbehandeltes Faser-Substrat
    14
    imprägniertes Faser-Substrat
    15
    imprägniertes und getrocknetes Faser-Substrat
    20
    Tauchbad
    21
    weiches Polymer
    22
    Leimpresswalzen
    30
    Trockenvorrichtung, Schwebetrockner
    40
    Walzen-Beschichter
    41
    hartes Polymer
    42
    erste Walze, Klischeewalze
    43
    zweite Walze, Klischeewalze
    44
    dritte Walze, Schöpfwalze
    45
    vierte Walze, Schöpfwalze
    50
    Kühlwalzen
    100
    Verfahren
    110
    Bereitstellen des unbehandelten Faser-Substrats
    120
    Imprägnieren des Faser-Substrats
    130
    Trocknen des Faser-Substrats
    140
    Beschichten des Faser-Substrats
    150
    Bedrucken des Faser-Substrats
    160
    Aufbringen einer abschließenden Lackierung (Top-Lack, UV-Lack)

Claims (15)

  1. Verfahren (100) zum Erhöhen der Langlebigkeit eines Faser-Substrats (10), das Verfahren (100) umfassend:
    Bereitstellen (110) eines unbehandelten Faser-Substrats (13);
    Imprägnieren (120) des unbehandelten Faser-Substrats (13) mit mindestens einem weichen Polymer (21) mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur (Tg,1), um ein imprägniertes Faser-Substrat (14) zu erhalten;
    Trocken (130) des imprägnierten Faser-Substrats (14), um ein imprägniertes und getrocknetes Faser-Substrat (15); und
    Beschichten (140) des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats (15) mit mindestens einem harten Polymer (41), welches bezogen auf das weiche Polymer (21) eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg,2) aufweist, um ein umlaufstabiles Faser-Substrat (10) zu erhalten.
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Imprägnieren (120) des unbehandelten Faser-Substrats (13) in einem Tauchbad (20) erfolgt.
  3. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Trocknen (130) des imprägnierten Faser-Substrats (14) in einer Trockenvorrichtung (30) erfolgt.
  4. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Beschichten (140) des imprägnierten und getrockneten Faser-Substrats (15) in einem Walzen-Beschichter (40) erfolgt.
  5. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die relativ niedrige Glasübergangstemperatur (Tg,1) des mindestens einen weichen Polymers (21) in einem Bereich zwischen -45 °C und 0 °C liegt.
  6. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die höhere Glasübergangstemperatur (Tg,2) des mindestens einen harten Polymers (41) in einem Bereich zwischen -15 °C und 20 °C liegt.
  7. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine weiche Polymer (21) zumindest eines der folgenden Polymere umfasst:
    weiche Polyacrylate;
    Styrolbutadiene,
    carboxylierte Styrolbutadiene,
    Polyacrylamide;
    weiche Polyacryle;
    weiche Polyacrylamide;
    Polystyrole; und
    Polyethylene.
  8. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine weiche Polymer (21) zumindest eines der folgenden Polymere umfasst:
    Polyurethane; und
    carboxylierte anionische Polyurethane aus der Klasse der Polyester-Polyurethane, der Polyether-Polyurethane, und der Polycarbonat-Polyurethane;
    wobei die relativ niedrige Glasübergangstemperatur (Tg,1) sich auf eine entsprechende Elongation, welche entsprechende Eigenschaften bereitstellt, bezieht.
  9. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine harte Polymer (41) zumindest ein Polyacrylat umfasst.
  10. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest einem dem mindestens einen weichen Polymers (21) und/oder dem mindestens einen harten Polymer (41) zumindest eines aus einem fungiziden Additiv, einem viruziden Additiv, einem bakteriziden Additiv, und einem Antimykotikum zugesetzt ist.
  11. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das umlaufstabile Faser-Substrat (10) bezogen auf eine Masse des umlaufstabilen Faser-Substrats (10) umfasst:
    zwischen 70 % und 90 % an Fasern;
    zwischen 4 % und 12 % des mindestens einen weichen Polymers (21); und
    zwischen 3 % und 8 % des mindestens einen harten Polymers (41).
  12. Umlaufstabiles Faser-Substrat (10), umfassend:
    einen Substrat-Kern (11) mit einer Kemimprägnierung, und
    eine Oberflächenbeschichtung (12);
    wobei die Kernimprägnierung mindestens ein weiches Polymer (21) mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur (Tg,1) umfasst; und
    wobei die Oberflächenbeschichtung (12) mindestens ein hartes Polymer (41), welches bezogen auf das weiche Polymer (21) eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg,2) aufweist, umfasst.
  13. Faser-Substrat (10) nach Anspruch 12, wobei die relativ niedrige Glasübergangstemperatur (Tg,1) des mindestens einen weichen Polymers (21) in einem Bereich zwischen -45 °C und 0 °C liegt; und
    wobei die höhere Glasübergangstemperatur (Tg,2) des mindestens einen harten Polymers (41) in einem Bereich zwischen -15 °C und 20 °C liegt.
  14. Umlaufstabiles Faser-Substrat (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das umlaufstabile Faser-Substrat mit einem Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wurde.
  15. Verwendung eines Faser-Substrats (10), hergestellt mit einem Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, oder eines Faser-Substrats (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, als Substrat für Banknoten, für Wertpapiere, für Visa, oder für Ausweisdokumente.
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Ecrothan 4075 - Data Sheet *

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