ES2317790B1 - Metodo de acondicionamiento de materiales minerales como aditivos de seguridad. - Google Patents
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Abstract
Método de acondicionamiento de materiales
minerales como aditivos de seguridad.
La invención se refiere a un método para el
acondicionamiento de materiales inorgánicos como aditivos de
seguridad, así como al material acondicionado así obtenido, a un
papel de seguridad que comprende dicho material inorgánico
acondicionado en su composición y al uso del material inorgánico
acondicionado para la fabricación de papel de seguridad.
Description
Método de acondicionamiento de materiales
minerales como aditivos de seguridad.
La invención pertenece al campo de los
materiales inorgánicos usados como elementos de seguridad en papel.
Más concretamente, la invención se refiere a un método para el
acondicionamiento de dichos materiales inorgánicos como aditivos de
seguridad, así como al material inorgánico acondicionado así
obtenido, a un papel de seguridad que comprende dicho material
inorgánico acondicionado en su composición y al uso del material
inorgánico acondicionado para la fabricación de papel de
seguridad.
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El empleo de medios de identificación con objeto
de asegurar la autenticidad de documentos o de objetos es muy
antiguo y hoy en día se siguen empleando métodos, cada vez más
sofisticados, con objeto de evitar falsificaciones. Estos métodos
implican tanto al material soporte, como al conjunto del elemento a
asegurar. Desde los diseños de logos hasta la incorporación de
componentes electrónicos.
En el caso de documentos y de papel moneda es
muy importante poder asegurar su autenticidad, por lo cuál, desde
hace bastantes años se incorporan elementos que dificulten su
falsificación. Se formulan composiciones de papel cada vez más
complejas, se realizan marcas de agua, etc. Desde hace años se
emplean componentes activos al papel, que en pequeñas proporciones
son capaces de hacerlos activos a determinados estímulos ya sea
radiación electromagnética, ya sean campos eléctricos, etc.
Ya desde los años 50 se describieron diversas
formas de autentificación de documentos empleando medios ópticos,
desde tarjetas de crédito (US 3679449), tarjetas de identificación
(US 2704634), para evitar la fotocopia de documentos (US 3713861),
documentos bancarios (US 3886083), tarjetas identificadoras (US
3928226), papel de seguridad (US 4183989).
Se han empleado distintos métodos de
autentificación como evitar fotocopias generando emisiones
fluorescentes, reflejando la radiación incidente, aportando
partículas magnéticas, etc. En el fondo todo ello consiste en
desarrollar alguna propiedad física, normalmente, en algún aditivo
o recubrimiento a aplicar al documento de seguridad.
La forma operatoria en la preparación de los
productos (documentos de valor soportados sobre papel) es siempre
la misma: una vez conocida la propiedad física a desarrollar en el
documento, se define la materia prima con los aditivos o dopantes
adecuados para diseñar la respuesta de forma que ésta se mantenga
en un rango deseado, ya sea de frecuencias, campo eléctrico,
permeabilidad magnética, etc. No obstante, el material activo,
obtenido mediante síntesis, cuyas propiedades de comportamiento
evaluable son conocidas, es necesario procesarlo para alcanzar las
características precisas para poder adicionarlo al papel.
La patente US 6344261 describe una serie de
materiales inorgánicos con capacidad luminiscente útiles como
elementos de seguridad. La patente describe, asimismo, la
preparación de dichos materiales que, tras su síntesis, son
incorporados directamente a la pasta de papel. Sin embargo, la
incorporación directa de los materiales pulverizados a la pasta de
papel da lugar a una dispersión insuficiente del material en el
papel que es deseable mejorar.
Los inventores de la presente invención han
desarrollado un método para el acondicionamiento de materiales
inorgánicos de cara a su incorporación a pastas de papel. Éste se
basa tanto en el uso de tamaños medios de partículas adecuados como
en la dispersión previa de dichas partículas en una solución
acondicionadora. El método de la presente invención permite obtener
dispersiones netamente mejoradas y más homogéneas del material
inorgánico de seguridad en la pasta de papel y por tanto papeles de
seguridad de mayor calidad.
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En primer lugar, la invención se refiere a un
método para el acondicionamiento de materiales inorgánicos
aplicables como aditivos de seguridad en papel que comprende:
- a)
- Calcinación y aglomeración del material inorgánico a una temperatura de hasta 1600ºC,
- b)
- Someter al material calcinado y aglomerado de a) a una o varias etapas de molienda hasta un tamaño medio de partícula de entre 2-20 \mum,
- c)
- Suspensión del material de b) en una solución acuosa con uno o más dispersantes,
donde, opcionalmente, antes de la
etapa a), puede llevarse a cabo otra etapa de
molienda.
En el contexto de la presente invención,
material inorgánico es toda aquella sustancia mineral utilizada
habitualmente como aditivo de seguridad para papel. Normalmente
estos minerales tienen alguna propiedad física que les permite
actuar como tales elementos de seguridad. Los materiales
inorgánicos usados como elementos de seguridad son normalmente
capaces de excitarse a ciertas longitudes de onda emitiendo a su vez
luminiscencia a otras longitudes diferentes. Los materiales
inorgánicos de la invención son minerales que comprenden tierras
raras ya que éstas tienen la capacidad de excitarse en la región
espectral visible y tienen un alto nivel de intensidad de emisión en
la región espectral cercana al infrarrojo. En una realización
preferida los materiales inorgánicos de la invención poseen una
estructura tipo perovskita como por ejemplo el titanato de estroncio
dopado con praseodimio u otras tierras raras. En otra realización
preferida el material inorgánico tiene una estructura de tipo
granate como por ejemplo el aluminato de ytrio dopado con erbio u
otras tierras raras.
En la primera etapa del método se lleva a cabo
la calcinación y aglomeración del material inorgánico sintetizado
previamente. Este tratamiento térmico sirve para mejorar ciertos
aspectos de los productos sintetizados como son su estabilidad
química, grado de cristalinidad, su tamaño de cristalito y su
estado de aglomeración. El tratamiento ha de ser diseñado en
función del material y método de síntesis por el que haya sido
sintetizado aunque de manera general la calcinación se llevará a
cabo a una temperatura no superior a 1600ºC. En una realización
preferida de la invención la calcinación se lleva a cabo entre 800
y 1300ºC.
La segunda etapa del procedimiento conlleva
someter al material aglomerado a una o varias etapas de molienda
hasta un tamaño medio de partícula dentro del rango de 2 a 20
\mum. Estos son tamaños compatibles con la preparación de papel.
Por un lado las partículas no pueden ser superiores a 20 \mum
para que queden perfectamente integradas en el espesor de la lámina
del papel final y para evitar su localización e identificación por
tratarse de un elemento de seguridad. Por otro lado, si la
concentración de partículas inferiores a 2 \mum es muy alta la
eficacia del producto será baja ya que durante el procedimiento de
fabricación del papel se perderá gran parte del material con las
aguas. Por tanto, los rangos de tamaños deben ser en un 100%
menores de 20 \mum y en un 95% mayores de 2 \mum. Es decir,
existe un rango de error del 5% pero solo para tamaños por debajo
del límite inferior. No cabe error, sin embargo, en el límite
superior ya que el acabado final del papel no sería satisfactorio
por las razones expuestas anteriormente. En cualquier caso en una
realización preferida de la invención el tamaño medio de las
partículas debe estar comprendido dentro del rango de 3 a 7
\mum.
Tras el tratamiento térmico, los materiales se
densifican, por lo que antes de la molienda fina hasta alcanzar el
tamaño de partícula deseado es preciso comenzar con una molienda
previa o quebrantado, que se puede realizar mediante técnicas como
la quebrantadura de mandíbulas, de martillos o de rodillo. Este
tipo de tratamientos se hacen por vía seca. En el caso de
aglomerados blandos se pueden utilizar sistemas de agitación de alta
cizalla, aprovechando esta etapa para la puesta en suspensión del
material.
Debido a que la granulometría precisa para la
pasta de papel debe ser fina como se mencionaba anteriormente, es
preciso pasar por sistemas de molienda por vía húmeda ya que
mediante vía seca se corre el riesgo de contaminar el material. Para
la molienda por vía húmeda se pueden usar métodos como los molinos
de bolas, sistemas de molienda por atrición o en el caso de que los
aglomerados sean relativamente débiles, sistemas de dispersión de
alta cizalla. Como es lógico, se pueden usar una combinación de
todas las técnicas anteriormente mencionadas tanto en seco como
húmedo para obtener la granulometría deseada.
El último paso del método comprende la
suspensión del material con la granulometría adecuada en agua en
presencia de uno o más agentes dispersantes. La cantidad de
dispersante ha de ser determinada según la unidad de material activo
a procesar. Como unidad de referencia debe usarse la superficie de
material que es la que tiene sentido reológico. Por ello, la
cantidad de agente dispersante necesario para la suspensión
dependerá de la superficie específica del producto final.
Son válidos para los fines de la presente
invención tanto los dispersantes orgánicos como los inorgánicos. En
cuanto al efecto dispersante predominante este puede ser de efecto
estérico como en el caso del poliacrilato de amonio o iónico como en
el caso del hexametafosfato sódico o mixto como por ejemplo en el
caso del polietilenglicol. Tanto el poliacrilato de amonio, como el
hexametafosfato sódico y el polietilenglicol representan los
dispersantes preferidos de la invención aunque otros dispersantes
también pueden resultar válidos. Los dispersantes pueden ser usados
individualmente o mezclados entre sí.
El método de la invención puede incluir varias
etapas opcionales dependiendo del tipo de material a procesar y del
uso que se le pretenda dar a la solución acondicionadora final.
En el primer caso, cuando el material que ha de
ser aglomerado no posee las dimensiones adecuadas para su
calcinación puede ser sometido a alguna etapa de molienda previa.
Esta molienda puede ser realizada por cualquiera de las técnicas
mencionadas anteriormente.
En el segundo caso, se puede dar la
circunstancia de que el material acondicionado vaya a ser utilizado
inmediatamente para la preparación del papel por lo que no existiría
problema alguno. No obstante, si la aplicación del material se va a
llevar a cabo con posterioridad y el material debe ser almacenado o
va a ser transportado éste puede ser sometido a una etapa de secado
para eliminar el agua. Esta etapa de secado se puede llevara a cabo
mediante filtro de prensa o por atomización. Esta última técnica es
preferible.
Cuando el material vaya a ser incorporado a la
pasta del papel, éste ha de ser resuspendido en agua. La presencia
del dispersante en el material secado favorece el restablecimiento
de la suspensión del material inorgánico de cara a su incorporación
a la pasta de papel.
Otro aspecto de la invención se refiere al
material inorgánico acondicionado obtenible de acuerdo con el
método de la invención.
Es asimismo objeto de la invención un papel de
seguridad que comprende un material inorgánico acondicionado
obtenible de acuerdo con el método de la invención.
Un último aspecto de la invención hace
referencia al uso de un material inorgánico acondicionado de
acuerdo con el método de la invención en la preparación de papel de
seguridad.
\vskip1.000000\baselineskip
Los siguientes ejemplos sirven para ilustrar la
presente invención aunque no pretenden tener un carácter limitativo
de la misma.
Para el caso de una sustancia activa
luminiscente con estructura tipo Perovskita, se toma ésta,
consistente en Titanato de Estroncio dopado con Praseodimio,
preparada según se describe en el trabajo de H. Yamamoto, S.
Okamoto y H. Kobayashi (Journal of Luminescence 100 (2002)
325-332).
Las cantidades adecuadas de SrCO_{3},
TiO_{2} y PrCl_{3} se homogenizan en molino de bolas en seco y
se introducen en un crisol de Cordierita-mullita de
forma baja y de 2 litros de capacidad. Dicho crisol se introduce en
un horno eléctrico capaz de alcanzar 1500ºC. Se calienta a una
velocidad de 2ºC/min hasta los 800ºC para lograr la descomposición
de las materias primas y posteriormente se sube la temperatura
hasta los 1300ºC a una velocidad de 3ºC/min. Se mantiene a la
mencionada temperatura durante 120 min y se enfría a una velocidad
de 3ºC/min. A la temperatura de 200º se abre el horno para acelerar
el enfriamiento.
Tras esta etapa, el polvo aglomerado obtenido se
somete a una molienda previa mediante una quebrantadora de
mandíbulas hasta un tamaño menor de 0.5 mm.
El polvo así obtenido se va a acabar de
desaglomerar en un equipo de agitación de alta cizalla continuo, de
la marca IKA. Para ello se prepara una mezcla consistente en un
49.9% en peso de agua desionizada, un 50% en peso de la sustancia a
desaglomerar y un 0,1% de hexametafosfato sódico. Dicha mezcla se
procesará con el agitador de alta cizalla mediante el sistema de
pasadas sucesivas para asegurarnos que todo el material pasa por la
cámara de desaglomeración. Las pasadas continúan hasta que el
tamaño de partícula de la suspensión, determinado mediante
dispersión de radiación láser indica que el 100% de la población
está por debajo de 20 micrómetros, y el tamaño medio entre 2 y 7
micrómetros, tamaños compatibles con la fabricación de papel.
La suspensión así obtenida se puede añadir a la
formulación de la pasta de papel correspondiente.
En caso de querer transportarla, se procede a
eliminar el agua, para lo cual se emplea un atomizador de rodete,
empleando una presión de aire de 6 Kgr/cm^{2} para mover el
rodete, una temperatura del aire de entrada de 350ºC.
Para la posterior puesta en suspensión es
suficiente emplear las mismas proporciones de polvo y agua (\sim
50:50% peso) y un agitador de alta velocidad.
Para el caso de una sustancia activa
luminiscente con estructura de granate, se toma ésta, consistente
en Aluminato de Ytrio dopado con Erbio, preparada según se describe
en el trabajo de A. Leleckaite y A. Kareiva (Optical Materials 26
(2004) 123-128).
Las cantidades adecuadas de Y_{2}O_{3},
Er_{2}O_{3} y Al(NO_{3})_{3}.9H_{2}O se
procesan según se describe a continuación. El oxido de Ytrio se
disuelve en una solución 0.2 molar de ácido acético a 65ºC. A esta
solución se añade el oxido de Erbio disuelto en ácido acético. A
continuación se añade el Nitrato de Aluminio, previamente disuelto
en agua. El conjunto se agita durante 3 horas a 65ºC.
Posteriormente se añade 1,2-etanodiol como agente
complejante. La solución se concentra mediante evaporación lenta a
65ºC hasta que se convierte en un gel transparente. El gel se
tritura mecánicamente y se introduce en un crisol de
Cordierita-mullita de forma baja y de 2 litros de
capacidad. Dicho crisol se introduce en un horno eléctrico capaz de
alcanzar 1500ºC. Se calienta a una velocidad de 2ºC/min hasta los
800ºC donde se mantiene 120 min para lograr la descomposición y
reacción de las materias primas. El aglomerado así obtenido se
somete a una molienda previa mediante una quebrantadora de
mandíbulas hasta un tamaño menor de 0.5 mm. Posteriormente se vuelve
a introducir en el crisol y en el horno, y se calienta hasta la
temperatura de 1000ºC a una velocidad de 3ºC/min. Se mantiene a la
mencionada temperatura durante 120 min. Y se enfría a una velocidad
de 3ºC/min. A la temperatura de 200º se abre el horno para acelerar
el enfriamiento.
Tras esta etapa, el polvo aglomerado obtenido se
somete a una molienda previa mediante una quebrantadora de
mandíbulas hasta un tamaño menor de 0,5 mm.
El polvo así obtenido se va a acabar de
desaglomerar en un equipo de agitación de alta cizalla continuo, de
la marca IKA. Para ello se prepara una mezcla consistente en un
54,7% en peso de agua desionizada, un 45% en peso de la sustancia a
desaglomerar y se añade un 0,3 % de poliacrilato de amonio (Dolapix
CE64 Zschimmer & Schwarz GMBH & Co KG). Dicha mezcla se
procesará con el agitador de alta cizalla mediante el sistema de
pasadas sucesivas para asegurarnos que todo el material pasa por la
cámara de desaglomeración. Las pasadas continúan hasta que el
tamaño de partícula de la suspensión, determinado mediante
dispersión de radiación láser indica que el 90% de la población está
por debajo de 100 micrómetros. Posteriormente la suspensión se
introduce en un molino de atrición con bolas de oxido de circonio
de 3 mm y así se procesa hasta alcanzar un tamaño medio entre 3 y 7
micrómetros, tamaños compatibles con la fabricación de papel. La
suspensión así obtenida se puede añadir a la formulación de la
pasta de papel correspondiente.
En caso de querer transportarla se procede a
eliminar el agua. Para secar la suspensión obtenida se emplea un
atomizador de rodete, empleando una presión de aire de 6
Kgr/cm^{2} para mover el rodete, una temperatura del aire de
entrada de 350ºC.
Para la posterior puesta en suspensión es
suficiente emplear las mismas proporciones de polvo y agua (\sim
50:50% peso) y un agitador de alta velocidad.
Claims (15)
1. Método para el acondicionamiento de
materiales inorgánicos aplicables como aditivos de seguridad en
papel que comprende:
- a)
- Calcinación y aglomeración del material inorgánico a una temperatura de hasta 1600ºC,
- b)
- Someter al material calcinado y aglomerado de a) a una o varias etapas de molienda hasta un tamaño medio de partícula de entre 2-20 \mum,
- c)
- Suspensión del material de b) en una solución acuosa con uno o más dispersantes,
donde, opcionalmente, antes de la
etapa a), puede llevarse a cabo otra etapa de
molienda.
2. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque el material inorgánico tiene una
estructura tipo perovskita.
3. Método según la reivindicación 2
caracterizado porque el material inorgánico con estructura
tipo perovskita es el titanato de estroncio dopado con praseodimio u
otras tierras raras.
4. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque el material inorgánico tiene una
estructura tipo granate.
5. Método según la reivindicación 4
caracterizado porque el material inorgánico con estructura
tipo granate es el aluminato de ytrio dopado con erbio u otras
tierras raras.
6. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque la calcinación y aglomeración del
material inorgánico se lleva a cabo a una temperatura de entre
800-1300ºC.
7. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque la molienda se lleva a cabo mediante
quebrantadura de mandíbulas, martillos o de rodillo; agitación de
alta cizalla; molinos de bolas; molienda por atrición, dispersión de
alta cizalla; o una combinación de las mismas.
8. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque la molienda se puede llevar a cabo por
vía seca o húmeda.
9. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque el tamaño medio de partícula obtenido
en la etapa b) está entre 3-7 \mum.
10. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque el dispersante es el hexametafosfato
sódico, polietilenglicol de bajo peso molecular o poliacrilato de
amonio o alguna de sus mezclas.
11. Método según la reivindicación 1 que
opcionalmente puede incluir una etapa de secado para el
almacenamiento del material inorgánico o para su transporte.
12. Método según la reivindicación 11
caracterizado porque el secado se lleva a cabo mediante
filtro de prensa o por atomización.
13. Material inorgánico acondicionado para su
incorporación en papel obtenible mediante el método de cualquiera
de las reivindicaciones 1-12.
14. Papel de seguridad que comprende en su
composición un material inorgánico acondicionado según la
reivindicación 13.
15. Uso de un material inorgánico acondicionado
según la reivindicación 12 en la preparación de papel de
seguridad.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200702610A ES2317790B1 (es) | 2007-10-04 | 2007-10-04 | Metodo de acondicionamiento de materiales minerales como aditivos de seguridad. |
PCT/ES2008/000602 WO2009043948A1 (es) | 2007-10-04 | 2008-09-24 | Método de acondicionamiento de materiales minerales como aditivos de seguridad |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200702610A ES2317790B1 (es) | 2007-10-04 | 2007-10-04 | Metodo de acondicionamiento de materiales minerales como aditivos de seguridad. |
Publications (2)
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ES2317790A1 ES2317790A1 (es) | 2009-04-16 |
ES2317790B1 true ES2317790B1 (es) | 2010-02-16 |
Family
ID=40513488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES200702610A Active ES2317790B1 (es) | 2007-10-04 | 2007-10-04 | Metodo de acondicionamiento de materiales minerales como aditivos de seguridad. |
Country Status (2)
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---|---|
ES (1) | ES2317790B1 (es) |
WO (1) | WO2009043948A1 (es) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69719343T2 (de) * | 1997-12-29 | 2003-10-30 | Sicpa Holding Sa | Überzugszusammensetzung, Verwendung von Teilchen, Verfahren zur Markierung und Identifizierung eines diese Überzugszusammensetzung enthaltenden Sicherheitsdokumentes |
DE19804021A1 (de) * | 1998-02-02 | 1999-08-05 | Giesecke & Devrient Gmbh | Wertdokument |
-
2007
- 2007-10-04 ES ES200702610A patent/ES2317790B1/es active Active
-
2008
- 2008-09-24 WO PCT/ES2008/000602 patent/WO2009043948A1/es active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
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ES2317790A1 (es) | 2009-04-16 |
WO2009043948A1 (es) | 2009-04-09 |
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