KR20050021023A - 발포체 안전 기질 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체화된 안전 요소를 갖는 배향된, 발포된 물품, 및 상기 물품의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 배향된 발포체 물품은 현금, 주식, 채권 증서, 출생 및 사망 증서, 토지 문서 및 권리서 등과 같은 인쇄된 보증 문서의 제조에 특히 유용하다.

Description

발포체 안전 기질{Foam Security Substrate}

본 발명은 일체화된 안전 요소를 갖는 배향된, 발포 물품을 포함하는 안전 기질에 관한 것이다.

보증 문서의 제조를 위해, 지폐용 종이가 다년간 바람직한 기질로 사용되어 왔다. 지폐용 종이는 인쇄가능성, 접힘가능성 및 내인열성을 포함하는 많은 바람직한 성질을 갖는다. 그러나, 종이는 특히 내구성인 기질이 아니어서 취급, 환경적 노출 및 수분에 의해 손상될 수 있다.

중합체 보증 문서는 그들의 종이 대응물에 비하여 몇 가지 장점을 제공한다. 특히, 중합체 은행권은 대단히 증가된 내구성, 및 안전 요소의 도입을 통한 위조에 대한 내성을 제공할 수 있다. 중합체 은행권은 위조를 단념시키도록 고안되는 안전 요소를 도입하는 독특한 기회를 제공한다. 은행권에 관련된 많은 특허들이 은행권 상의 어딘 가에 투명 창의 가능성을 언급하고 있으며, 이것은 진정성의 빠른 육안 검사를 제공하며 복사 기술로는 재생이 어렵다.

중합체 은행권의 요건은 특정 물리적 성질이 더욱 통상적으로 사용되는 종이 은행권과 유사해야 하는 것이다. 이러한 성질은 촉감, 강도, 내인열성, 취급, 접힘 및 내구김성에 관한 것이다. 그러나, 많은 응용의 경우, 중합체 필름은 종이 기질과 같은 질감 및 취급 특성을 제공하지 않는다.

미국 특허 제 4,536,016 호는 2축 배향된 중합체 필름 및 안전 특성의 도입을 위해 인쇄되지 않은 창을 갖는 은행권용 라미네이트의 사용을 가르쳐 준다. 그러나, 미국 특허 제 5,698,333 호 및 5,935,696 호는 '016 특허의 교훈에 근거한 은행권의 단점을 논의하며, 개선된 물리적 성질을 제공하는 폴리올레핀 라미네이트를 주요 기재로 하는 기질 구조를 제공한다. 미국 특허 제 5,393,099 호 및 5,449,200 호는 '016 호의 또다른 대체물을 제공하는데, 여기에는 종이-같은 성질을 포함하도록 하는 방법으로서 중합체 코어에 적층된 종이의 외부 층을 포함하는 은행권이 기재되어 있다.

미국 특허 제 5,234,729 호는 다수의 층을 가지며 광학적으로 독특한 성질을 나타내는 중합체 라미네이트를 가르쳐 준다. '729 특허는 심지어는, 상기 특허의 대상물은 플라스틱 통화로 형성될 수 있었지만 상기 응용에 요구되는 물리적 성질에 대처하지 못하였음을 시사한다. 추가의 참고문헌으로 미국 특허 제 4,162,343 호, 4,937,134 호 및 5,089,318 호를 참고하라. 미국 특허 제 6,045,894 호는 가치있는 특정 문서 상에 안전 요소로 사용될 수 있는 독특한 광학적 성질을 갖는 다층의 광학 필름을 가르쳐 주지만, 이 또한 그러한 필름이, 특히 은행권으로 요구되는 물리적 성질을 가져서, 은행권으로서 유용하도록 필요한 구현예를 가르쳐 주지는 못한다.

본 발명의 요약

본 발명은 기질의 시각적, 촉감적 또는 전자적 검증을 제공함으로써 위조를 단념시키기 위한, 적어도 하나의 배향된, 높은 용융-강도 폴리프로필렌 발포체 층, 및 적어도 하나의 안전 요소를 포함하는 안전 기질을 제공한다. 선택적으로, 상기 안전 기질은 잉크-수용적 층을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 적어도 하나의 배향된 높은 용융-강도 폴리프로필렌 발포체 층, 적어도 하나의 비-발포체 층, 및 적어도 하나의 안전 요소를 포함하는 다층 물품을 제공한다. 바람직하게는 상기 비-발포체 층은 열가소성 필름 층이다. 상기 안전 요소는 발포체 층, 비-발포체 층에 일체화될 수 있고, 상기 발포체와 비발포체 층의 사이 계면에 있거나, 상기 발포체 또는 비-발포체 층의 표면 상에 있을 수 있다. 바람직하게는, 상기 다층 구조는 두 개의 배향된 높은 용융 강도의 폴리프로필렌 발포체 층 및 그 발포체 층 들 사이에 배치된 열가소성 필름 층을 포함한다. 하나의 구현예에서, 열가소성 필름 층은 상기 다층 물품에 경직성을 부여하는 열가소성 중합체를 포함한다. 또다른 구현예에서, 상기 열가소성 필름 층은, 홀로그램 또는 광학적 필름 같은 안전 요소이거나 그를 포함한다.

본 발명은 또한, 안전 요소가 발포체 층, 비-발포체 층에 일체화되거나, 발포체와 비-발포체 층의 사이에 있거나, 발포체 또는 비-발포체 층의 어느 하나의 표면 상에 있을 수 있는, 적어도 하나의 배향된 높은 용융-강도 폴리프로필렌 발포체 층 및 적어도 하나의 열가소성 필름 층을 포함하는 안전 기질 물품을 제조하는 방법을 제공한다. 다층 물품은 상기 발포체 및 필름 층을 별도로 제조하고, 그들을 적층, 접착 또는 달리 한데 부착함으로써 제조되거나, 상기 별도의 층은 다층 물품으로 공압출될 수 있다. 유사하게, 상기 안전 요소도 상기 발포체 및/또는 필름 층에 적층, 접착 또는 달리 부착될 수 있거나, 다른 층(들)과 함께 다층 물품으로 공압출될 수 있다.

배향된 발포체 물품은 통화, 주식 및 채권 증서, 출생 및 사망 증서, 수표, 문서 및 권리서 등과 같은 인쇄된 보증 문서의 제조에 특히 유용하다. 중합체 문서는 그의 종이 대응물에 비하여 몇 가지 장점을 제공한다. 특히, 중합체 보증 문서는 대단히 증가된 내구성 및 안전 요소의 도입을 통한 위조에 대한 내성을 제공할 수 있다.

몇 가지 중합체 보증 문서의 요건은 특정 물리적 성질이, 보다 통상적으로 사용되는 종이 은행권과 유사해야 하는 것이다. 이러한 성질은 촉감, 강도, 내인열성, 취급, 접힘 및 내구김성에 관한 것이다. 상기 물품은 보증 문서에 사용될 경우, 구김 시험, 내약품성 시험 및 세탁 시험을 포함하는 미국 인쇄 출판국(U.S. Bureau of Engraving and Printing)의 하나 이상의 요건에 부합하거나 이를 초과한다. 인쇄국의 표준 시험법 300.002, 300.004 및 300,005를 참고할 수 있다.

유리하게는, 본 발명의 물품은 진정성을 확증하고 위조를 단념시키기 위해 시각적, 촉감적 또는 전자적 요소를 포함하는 안전 기질을 제공한다. 그러한 안전 요소의 예로서는, 색상 이동, 편광, 형광, 인광, 진주광택, 자성의 필름, 실 또는 섬유; 워터마크(watermark), 엠보싱, 반투명 또는 투명 영역, 액정, 홀로그램 표식, 반전 인쇄, 마이크로인쇄, 회절 요소, 반사 요소, 모아레(Moire) 유도 패턴, 광학 렌즈, 마이크로렌즈, 프레스넬(Fresnel) 렌즈, 광학적 필터, 편광 필터, 형광, 인광, 진주광택, 색상 이동 또는 자성의 잉크, 3차원 패턴 또는 엠보싱 등을 들 수 있다.

본 발명에서 사용되는 바:

"높은 용융 강도 폴리프로필렌"은 50 중량% 이상의 프로필렌 단량체 단위를 함유하며 190℃에서 25 내지 60 cN 범위의 용융 강도를 갖는 단독- 및 공중합체를 의미한다.

"안전 요소"는 안전 기질의 시각적, 촉감적 또는 전자적 검증을 제공하는 것 또는 그로부터 유래된 보증 문서이다.

"일체화된 안전 요소"는, 기질의 외관과 기능을 실질적으로 변화시키지 않고는, 상기 안전 요소가 안전 기질로부터 제거될 수 없는 것을 의미한다.

"보증 문서"는 위조될 우려가 있으며, 및 다음의 비한적인 예에서 선택될 수 있는 문서를 의미한다: 현금, 주식 및 채권 증서, 출생 및 사망 증서, 자동차 문서, 토지 문서 및 권리서 등.

"잉크 수용적"은 잉크에 의해 습윤되고 잉크가 거기에 부착되는 피복, 처리 또는 층을 의미한다.

알파-전이 온도 Tαc는 중합체의 결정자 부단위가 더 큰 라멜라 결정 단위 내에서 이동할 수 있는 온도를 의미한다. 상기 온도보다 높은 온도에서는 라멜라 미끄러짐이 발생할 수 있고, 중합체의 무정형 영역이 라멜라 결정 구조 내로 당겨짐에 따라 결정도가 증가하는 현상과 함께 연장된 사슬 결정이 형성된다.

"작은-셀 발포체"는 100 마이크로미터(μm) 미만, 바람직하게는 5 내지 50 μm(배향 전)의 평균 셀 치수를 갖는 발포체를 의미하고;

"폐쇄된-셀"은, 하나의 외부 표면으로부터 재료를 통하여 또다른 외부 표면까지 연장되는 연결된 셀 경로를 실질적으로 함유하지 않는 발포체를 의미하며;

"작업 온도"는 용융 혼합물 중 중합체 재료 전부가 용융되도록 압출 공정에서 획득되어야 하는 온도를 의미하고;

"출구 온도" 및 "출구 압력"은 압출기의 최종 영역(들)에서 압출물의 온도 및 압력을 의미하며;

"용융물 용액" 또는 "용융 혼합물" 또는 "용융물 혼합"은 중합체 재료(들), 임의의 바람직한 첨가제, 및 발포제(들)의 용융-배합된 혼합물을 의미하며, 여기에서 상기 혼합물은 압출기를 통해 가공되기 충분하게 유체이고;

"순정(neat) 중합체"는 소량의 전형적인 열-안정화 첨가제를 함유하지만, 충진재, 안료 또는 기타 착색제, 발포제, 미끄러짐제, 점착방지제, 윤활제, 가소제, 가공 보조제, 정전 방지제, 자외선 안정화제 또는 기타 성질 개질제를 함유하지 않는 중합체를 의미하며;

"발포체 밀도"는 발포체의 주어진 부피의 중량을 의미하고;

"밀도 감소"는 다음 수학식에 근거하여 발포체의 공극 부피를 측정하는 방법을 의미하며:

(식 중, ρ_R은 밀도 감소이고, ρ_f는 발포체 밀도이며, ρ_o는 원래 재료의 밀도이다);

"폴리분산성"은 특정 발포체 시료에 있어서 중량 평균 셀 직경을 수 평균 셀 직경으로 나눈 것을 의미하고; 이는 시료 중 셀 크기의 균일성을 측정하는 수단으로, 다음 수학식에 의해 정의된다:

"균일한"은 셀 크기 분포가 1.0 내지 2.0의 폴리분산성을 갖는 것을 의미하고;

"구형"은 일반적으로 둥근 것을 의미하며, 구형, 난형 또는 원형 구조를 포함할 수 있으며;

"중합체 매트릭스"는 발포체의 중합체성, 또는 "셀이 아닌" 부분을 의미하고;

"α-올레핀"은 -CH=CH₂ 기를 갖는 3 개 이상의 탄소 원자를 갖는 올레핀을 의미하며;

"총 당김 비"는 기계 및 횡단 방향의 당김 비의 곱, 즉 = MD x CD 를 의미한다.

도 1 및 2는 각각 실시예 3의 안전 요소의 반사 및 투과 현미경 사진이다.

도 3은 실시예 8의 배향되지 않은 물품의 현미경 사진이다.

도 4는 실시예 7의 배향되지 않은 물품의 현미경 사진이다.

안전 기질은 보증 문서를 검증하고 따라서, 위조자로 하여금, 무심코 보아서는 진짜 문서와 비슷한 문서를 제작하는 것을 방지하기 위해 하나 이상의 안전 요소를 포함하지만, 진짜 문서에 존재하는 것으로 알려진 시각적, 촉감적 또는 전자적 안전 요소는 부족하다.

시각적 또는 공공연한 안전 요소는 열 또는 압력의 적용에 의해, 시각을 변화시킴으로써, 또는 조명 조건을 조절함으로써 가역적이고, 예측가능하며 재현가능한 방식으로 변화가 나타나는 것들을 포함한다. 시각적 안전 요소의 예로서, 색상 이동, 이성체, 편광, 형광, 인광, 진주광택, 홀로그램, 반사적 자성의 필름, 실, 입자 또는 섬유; 워터마크(watermark), 엠보싱, 투명 또는 반투명 영역, 액정; 홀로그램, 광학 렌즈, 마이크로렌즈, 프레스넬(Fresnel) 렌즈, 광학적 필터, 편광 필터 및 반사적 요소; 광발색성 요소, 열발색성 요소, 액정, 모아레 패턴 또는 중첩되거나 중첩되지 않은 교차-격자에 의해 생성된 다른 유사한 패턴, 회절성, 렌즈 모양의 투명 격자, 엠보싱된 상 또는 여타 3차원 요소, 반전 인쇄, 워터마크 및 색상-이동, 이성체, 편광, 형광, 인광, 발광성, 진주광택, 자성의 잉크 및 이들의 조합을 들 수 있다.

어떤 시각적 안전 요소는 특정 파장, 편광 또는 역반사광의 빛 아래에서의 검사와 같은 특정 조건 하에서만 보일 수 있다. 훨씬 더 복잡한 시스템은 상기 문서를 검사하고 그 진정성을 입증하기 위해 자성 잉크 또는 전자 장치와 같은 전문화된 전자 장치를 필요로 한다. 시각적 안전 요소는 또한 기질 상에 3차원 또는 엠보싱된 패턴을 포함하며, 이는 또한 유리하게 촉감적 검증을 제공한다.

촉감적 안전 요소는 촉감에 의해 감지될 수 있는 요소들을 포함한다. 개별적인 3차원 요소가 여기에서 엠보싱으로 언급될 수 있으며, 이는 엠보싱 롤 또는 스탬프에 의해 물품에 부여될 수도 있지만, 피복, 적층, 성형, 압출 및 마이크로복제와 같은 여타 수단에 의해서도 부여될 수 있다. 엠보싱은 패턴, 또는 다른 표식의 형태일 수 있다. "패턴"은 반드시 규칙적인 반복 열을 의미하는 것은 아니지만, 3차원 요소가 촉감에 의해 감지될 수 있기만 하다면, 동일 또는 상이한 크기를 갖는 형태의 랜덤 배열을 의미할 수도 있다. 엠보싱의 수 및 간격, 뿐만 아니라 개개 엠보싱의 성격, 예를 들면 하나 이상의 층을 통과하는 깊이, 날카로운 반사 모서리의 정도, 크기 및 형태와 같은 것은 필요에 따라 변할 수 있다.

하나 이상의 발포체 층과 하나 이상의 비-발포체 층을 포함하는 다층 보증 물품에서, 안전 요소는 발포체 층에, 비-발포체 층에, 또는 둘 다에 일체화될 수 있다. 상기 안전 요소는 또한 상기 기질의 하나 또는 양쪽 주 표면 상에 별도의 요소를 포함할 수 있거나, 중간 층일 수도 있다. 안전 요소의 조합도 본 발명의 범위 내에 있다.

시각적이면서도 촉감적인 하나의 유용한 안전 요소는 기질의 주 표면 상의 3차원 패턴 또는 엠보싱이다. 안전 기질이 발포체 및 비-발포체 층을 포함하는 경우, 그러한 3-차원 엠보싱 또는 패턴은 발포체 또는 비-발포체 표면(들) 상에 있거나, 물품의 두께를 통하여 연장될 수 있다. 그러한 3차원 패턴은 성형, 패턴을 가진 다이를 이용하는 압출, 또는 엠보싱에 의해 제공될 수 있다.

발포체의 작은 셀 크기는 증가된 광 산란을 선도함으로써 발포체 층(들)을 불투명화제의 첨가 없이 불투명하게 만든다. 엠보싱은 발포체 및 발포체 셀/중합체 필름 계면으로부터의 광 산란을 현저하게 감소시켜, 반투명 또는 실질적으로 투명한 면적을 초래할 수 있다. "실질적으로 투명하다"는 것은 400 내지 700 나노미터 파장을 갖는 빛의 약 20% 이상, 바람직하게는 30% 이상이 여기에 기재된 시험 방법에 따라 1-밀리미터 두께 영역을 통과하는 것을 의미한다. 엠보싱 도구의 선택을 통해, 어떤 부분은 엠보싱되지 않은 채 (여전히 실질적으로 불투명하게) 남을 수 있는 한편, 엠보싱된 부분은 실질적으로 투명하여 반사 또는 투과된 빛에서 검증을 허용할 수 있다. 그러한 투명 영역은 칼라 복사기 또는 다른 디지털 영상 수단을 이용하여 위조될 수 없다. 엠보싱된 영역의 투명성 및 엠보싱되지 않은 영역의 불투명도는 투명 필름의 첨가를 통한 위조가 시도되지 않았음을 결정하는 데 유용하다. 진공, 가압된 분출, 쇠망치로 두들김, 도트 매트릭스 인쇄 헤드를 이용한 충격, 촉감적 압력 및 국소화된 용융을 포함하는, 실질적으로 투명한 영역을 제공하는 다른 방법들이 고려된다. 물품의 엠보싱은 촉감적 안전 요소를 제공하며, 이는 시각 장애인에게 바람직하다.

그러한 엠보싱 공정은 엠보싱 패턴의 적절한 선택에 의해 실질적으로 투명한 프레스넬 렌즈와 같은 시각적 안전 요소를 갖는 안전 기질을 제공할 수도 있다. 하나의 구현예에서, 발포체 층을 포함하는 안전 기질은 프레스넬 렌즈, 확대 렌즈, 마이크로렌즈 또는 기타 투명한 광학적 요소와 같은 실질적으로 투명한 광학적 안전 요소를 제조하기 위해 엠보싱 처리될 수 있다. 또다른 구현예에서는, 발포체 층 및 열가소성 필름 층을 포함하는 안전 기질이 발포체 층 위에 엠보싱되어 상기 필름 층 위에 안전 요소를 드러낼 수 있다. 상기 구현예에서, 발포체 층의 광학적 요소는 필름 층의 안전 요소와 함께 사용될 수 있다.

발포체/필름/발포체 구조에서, 엠보싱은 발포체 층의 두께를 통하여 실질적으로 투명한 영역을 형성함으로써 가운데의 필름을 드러낼 수 있다. 가운데의 필름은 투명 색상의 염료 또는 불투명 색상의 안료, 또는 보증 문서를 투과된 빛에서 보이도록 들어 올릴 경우 쉽게 구별될 수 있는 여타의 상기 언급된 시각적 안전 요소를 함유할 수 있다. 그렇지 않으면, 그러한 투명 영역은 홀로그램 및 여타 광학적 변동 요소, 반사적 요소, 금속화된 필름 또는 실, 광발색성 물질, 액정, 모아레 패턴, 편광 요소, 여타 투명 또는 반투명 영역, 영상, 포식, 워터마크 및 인쇄와 같은 비-발포체 필름 층의 안전 요소를 드러낼 수 있다. 그러한 안전 요소는 엠보싱되지 않은 영역에서는 눈에 띄지 않을 것이다.

하나의 특히 유용한 안전 기질은 엠보싱된 발포체/필름/발포체 구조의 열가소성 필름 층에 염료 또는 착색제가 첨가된 구현예를 포함한다. 염료 또는 착색제는 그대로 필름 층에 첨가되거나, 공압출된 요소로서 첨가되거나, 입자 또는 실의 형태로 첨가될 수 있다. 일반적으로, 발포체 층의 불투명도로 인하여, 필름 층의 착색제는 쉽게 보이지 않는다. 그러나, 상기 발포체 층의 하나 또는 양자를 엠보싱하면, 반투명 또는 실질적으로 투명한 영역이 형성되어 착색된 필름이 드러난다. 그러나, 형광 또는 인광 염료 또는 안료가 첨가될 경우, 그러한 특징은 투명 창이 없이 투과 광 또는 반사 광 아래에서 드러날 수 있다.

상기 안전 요소는 미국 특허 제 5,882,774 호(Jonza 등) 또는 양수인의 2002년 5월 6일자 출원한 함께 계류 중인 미국 특허 출원 제 10/139,893 호(Hebrink 등)에 기재된 것과 같은 다층 광학 필름을 포함할 수 있으며, 이는 발포체 셀이 파괴되는 엠보싱된 영역에서 더욱 완전하게 드러날 것이다. 어떤 구현예에서는 엠보싱은 발포체 층을 통하여 및 다층 광학적 필름 내부로 연장되어, 이것이 다층 필름의 광학적 성질을 변화시킬 것이다. 본 발명에 유용한 다층 필름은 보이거나 보이지 않는 파장의 임의의 부분을 커버하는 거울, 편광체 및 부분 편광체를 포함한다. 유리하게는 상기 다층 광학 필름은 폴리프로필렌 발포체와 같은 온도에서 배향되어 경제적인 1-단계 제조를 가능케 할 수 있다. 그렇지 않으면, 필름이 적층을 통해 발포체 층 내부에 놓여지는 경우에, 상기 필름은 연속적일 필요가 없다. 또다른 구현예에서, 통상의 또는 안전 잉크로 내부 표면(들) 상에 인쇄하는 것이 발포체 층을 한데 적층시키기 전에 수행될 수 있다.

안전 요소는 "K-형" 편광 필름과 같은 편광 필름 층을 포함할 수 있다. 하나의 그러한 유용한 필름이 2002년 2월 12일자 출원된 양수인의 함께 계류 중인 미국 특허출원 제 10/074,874 호에 기재되어 있다. 편광 필름은 별도로 제조되어, 발포체 층에 적층, 접착 및 달리 부착되거나, 발포체와 편광 필름은 동시에 공압출되고 배향될 수 있다. 하나의 구현예에서, 상기 보증 물품은, 발포체 층의 하나 또는 양자의 부분이 엠보싱되어 실질적으로 투명한 영역을 제공하여 편광 필름을 드러내는 발포체/편광 필름/발포체 구조를 포함한다.

안전 요소는 또한 마이크로렌즈 시트를 포함할 수도 있으며, 여기에서 복합 상은 시트의 위 또는 아래에, 또는 양쪽으로 떠오른다. 복합 상은 2-차원 또는 3-차원일 수 있다. 마이크로렌즈에 인접한 방사선 민감성 재료 층에 방사선을 적용하는 것을 포함하는, 그러한 상을 가진 시트를 제공하는 방법은 미국 특허 제 6,288,842 호(Florczak 등) 및 2002년 7월 2일자 출원된 양수인의 계류 중인 미국 특허 출원 제 09/898,580 호, 및 5,712,731 호(Drinkwater 등)에 개시되어 있으며, 이들은 여기에 참고문헌으로 도입된다.

안전 기질은 또한 2 개 이상의 안전 요소를 포함할 수 있는데, 이는 함께 시각적인 자가-검증을 제공한다. 하나의 구현예에서, 안전 기질은 두 개의 별도 편광 요소를 가질 수 있으며, 이는 함께 사용될 때 빛의 투과를 허용하지만, 첫번째 편광 요소가 두번째 것에 대하여 회전함으로써 투과율을 감소시킨다. 그러한 편광 요소는 열가소성 필름 층에 적층, 접착 또는 달리 부착되거나, 열가소성 필름 층과 함께 공압출되거나, 열가소성 필름 층 그 자체가 편광 필름일 수 있다. 또다른 구현예에서, 상기 안전 기질은 중첩될 때 탤벗(Talbot) 가장자리(fringe)로 알려진 어두운 밴드를 형성하는 두 개의 별도의 모아레-유도 패턴을 포함할 수 있다. 인쇄, 엠보싱 또는 새김이 당 분야에 공지된 바와 같이 별도의 요소 상에 모아레-유도 패턴을 제공할 수 있다.

두번째 상기 요소가 제공된다면, 단 하나의 상기 안전 요소만이 안전 기질 상에 존재할 필요가 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 예를 들면, 안전 기질은 편광 안전 요소를 포함할 수 있다. 그로부터 유래된 보증 문서의 진정성은, 편광 축 상에서 필터의 회전에 의해 빛의 감소된 투과를 함께 제공하는, 별도로 구비된 편광 필터에 의해 확인될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 2 개의 안전 요소를 포함하는 안전 기질의 자가-검증 특성은 많은 응용의 경우 바람직하다.

홀로그램(투명 또는 알루미늄 증기 피복된)의 고온 스탬프, 색상 이동 및/또는 자성의 잉크를 이용한 인쇄 및 강한 배경조명에 놓이면 분명해지는 작은 구멍들을 생성하는 레이저 융제와 같은 여타의 안전 요소가 실시될 수도 있다. 그러한 안전 요소는 발포체 층, 필름 층(만일 존재한다면), 또는 두 층 모두에 적용될 수 있다.

바람직하다면, 물품을 백색 불투명 피복으로 피복하는 것과 안전 인쇄 잉크를 사용하는 것을 기대할 수 있다. 일반적으로 TiO₂ 또는 CaCO₃와 같은 불투명화제가 상기 잉크-수용적 피복에 첨가될 수 있다. 작은 발포체 셀 크기 및 입사광의 산란 때문에 상기 발포층은 고유하게 불투명하기 때문에 추가의 불투명화제는 필요하지 않을 수도 있다. 바람직하다면, 어떤 영역은, 발포체 층을 적어도 부분적으로 용융시키고 셀을 붕괴시키는 열 및/또는 압력의 적용에 의해 물품 상에 엠보싱된 투명 또는 반투명 영역을 허용하도록 피복되지 않고 남아있을 수 있다.

배향된, 높은 용융-강도의 폴리프로필렌 발포체는 다량의 높은 용융-강도 폴리프로필렌, 및 반결정성 또는 무정형의 열가소성 중합체를 포함하는 소량의 두번째 중합체를 포함하는 발포가능한 혼합물을 사용하여 제조될 수 있다. 높은 용융-강도 폴리프로필렌 및 2종 이상의 첨가된 중합체를 포함하는 중합체 혼합물 및 배합물도 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명에 유용한 높은 용융 강도의 폴리프로필렌은 50 중량% 이상, 바람직하게는 70 중량% 이상의 프로필렌 단량체 단위를 함유하며, 190℃에서 25 내지 60 cN 범위의 용융 강도를 갖는 단독- 및 공중합체를 포함한다. 용융 강도는 상기 중합체를 41.9 mm의 길이를 갖는 2.1 mm 직경의 모세관을 통해 190℃에서 0.030 cc/sec의 속도로 압출시키고; 그 가닥을 일정 속도로 신장하면서 특정 연신율로 신장시키는 힘을 측정함으로써 신장 레오미터를 이용하여 편리하게 측정될 수 있다. 바람직하게는, 폴리프로필렌의 용융 강도는 WO 99/61520에 기재된 바와 같이 30 내지 55 cN의 범위이다.

통상의 이소택틱 폴리프로필렌과 같은 선형 또는 직쇄상 중합체의 용융 강도는 온도에 따라 급속히 감소된다. 반대로, 고도로 분지화된 폴리프로필렌의 용융 강도는 온도에 따라 급속히 감소하지 않는다. 용융 강도 및 신장 점도의 차이는 장쇄 분지의 존재로 인한 것이라고 일반적으로 생각된다. 유용한 폴리프로필렌 수지는 분지를 가지거나 가교된 것들이다. 그러한 높은 용융 강도의 폴리프로필렌은 당 분야에 일반적으로 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 직쇄 프로필렌의 제어된 산소 환경에서의 조사에 의해 제조된 응력-경화 신장 점도를 갖는 높은 용융 강도 폴리프로필렌을 기재하는 미국 특허 제 4,916,198 호(Scheve 등)를 참고해도 좋다. 다른 유용한 방법은 미국 특허 제 4,714,716 호(Park), WO 99/36466 (Moad 등) 및 WO 00/00520 (Borve 등)에 기재된 방법들과 같이 분지 및/또는 가교를 도입하기 위해 용융된 폴리프로필렌에 화합물을 가하는 방법들을 포함한다. 높은 용융 강도의 폴리프로필렌은 미국 특허 제 5,605,936 호(Denicola 등)에 기재된 것과 같은 수지의 조사에 의해 제조될 수도 있다. 또다른 유용한 방법은 문헌[J.I. Raukola, A New Technology To Manufacture Polypropylene Foam Sheet And Biaxially Oriented Foam Film, VTT Publications 361, Technical Research Center of Finland, 1998] 및 미국 특허 제 4,940,736 호(Alteepping과 Nebe)에 기재된 것과 같이 2가지 방식의 분자량 분포를 형성하는 것을 포함한다.

발포가능한 폴리프로필렌은 프로필렌 단독중합체로만 구성되거나 50 중량% 이상의 프로필렌 단량체 함량을 갖는 공중합체를 포함할 수 있다. 또한, 발포가능한 프로필렌은 프로필렌 단독중합체 또는 공중합체와 프로필렌 단독- 또는 공중합체 이외의 단독- 또는 공중합체의 혼합물 또는 배합물을 포함할 수 있다. 높은 용융 강도의 폴리프로필렌은 통상의 폴리프로필렌과 배합될 수 있지만, 단, 상기 배합물은 바람직한 용융 강도, 즉 30 내지 55 cN을 갖는다.

특히 유용한 프로필렌 공중합체는 프로필렌과 1종 이상의 비-프로필렌 단량체의 공중합체이다. 프로필렌 공중합체는 에틸렌, C3-C8 α-올레핀 및 C4-C10 디엔으로 구성되는 군에서 선택된 올레핀 단량체와 프로필렌의 랜덤, 블럭 및 그래프트화 공중합체를 포함한다. 프로필렌 공중합체는 C3-C8 α-올레핀으로 구성된 군에서 선택된 α-올레핀과 프로필렌의 삼원중합체를 또한 포함할 수 있는데, 여기에서, 상기 삼원중합체의 α-올레핀 함량은 바람직하게는 45 중량% 미만이다. C3-C8 α-올레핀으로서 1-부텐, 이소부틸렌, 1-펜텐, 3-메틸-1-부텐, 1-헥센, 3,4-디메틸-1-부텐, 1-헵텐, 3-메틸-1-헥센 등을 들 수 있다. C4-C10 디엔의 예로서 1,3-부타디엔, 1,4-펜타디엔, 이소프렌, 1,5-헥사디엔, 2,3-디메틸 헥사디엔 등을 들 수 있다.

발포가능한 조성물에서 높은 용융 강도 폴리프로필렌에 첨가될 수 있는 여타 소량(50 중량% 미만)의 반결정성 중합체로서 고밀도, 중간 밀도, 저밀도 및 선형 저밀도 폴리에틸렌, 플루오로중합체, 폴리(1-부텐), 에틸렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 스티렌/부타디엔 공중합체, 에틸렌/스티렌 공중합체, 에틸렌/에틸 아크릴레이트 공중합체, 이오노머 및 스티렌/에틸렌/부틸렌/스티렌(SEBS)과 같은 열가소성 엘라스토머, 및 에틸렌/프로필렌/디엔 공중합체(EPDM)를 들 수 있다.

소량(50 중량% 미만)의 무정형 중합체가 상기 높은 용융 강도의 폴리프로필렌에 첨가될 수 있다. 적합한 무정형 중합체는 예를 들면, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아크릴, 폴리메타크릴, 엘라스토머, 예를 들면 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS)과 같은 스티렌 블럭 공중합체, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블럭 공중합체(SEBS), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 스티렌과 디엔의 랜덤 및 블럭 공중합체(예, 스티렌-부타디엔 고무(SBR)), 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체 고무, 천연 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 폴리에틸렌-테레프탈레이트(PETG)를 포함한다. 무정형 중합체의 다른 예로서, 폴리스티렌-폴리에틸렌 공중합체, 폴리비닐시클로헥산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 클로라이드, 열가소성 폴리우레탄, 방향족 에폭시드, 무정형 폴리에스테르, 무정형 폴리아미드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS) 공중합체, 폴리페닐렌 옥시드 알로이, 고 충격 폴리스티렌, 폴리스티렌 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 플루오르화된 엘라스토머, 폴리디메틸 실록산, 폴리에테르아미드, 무정형 플루오로중합체, 무정형 폴리올레핀, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리페닐렌 옥시드-폴리스티렌 알로이, 적어도 1종의 무정형 성분을 함유하는 공중합체, 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.

바람직하게는, 다층 물품의 상기 발포체 층의 두께는 약 20 내지 약 100 mils 두께(~500 내지 2500 마이크로미터(μm)) 범위이다. 다층 기질의 각각의 비-발포체 층은 1 내지 40 mils(~25 내지 1000 마이크로미터)의 범위일 수 있다. 상기 비-발포체 층이 내부 경직화 층일 경우, 그 두께는 일반적으로 약 10 내지 30 mils(~250 내지 750 마이크로미터)이다. 비-발포체 층이 잉크-수용적 열가소성 필름 층일 경우, 그 두께는 일반적으로 약 1 내지 4 mils (~25 내지 100 마이크로미터)이다. 다층 물품의 총 두께는 원하는 최종 용도에 따라 변할 수 있지만, 보증 문서의 경우, 그 두께는 일반적으로 배향 이전에 약 20 내지 120 mils (~500 내지 3050 마이크로미터)이다. 배향-후 두께는 그보다 적을 것이다. 다층 물품 및 개별적인 필름 및 발포체 층의 두께(또는 부피 분획)는 최종-용도 응용 및 상기 다층 필름의 원하는 복합 기계적 성질에 주로 의존한다. 그러한 다층 물품은 적어도 2 개 층, 바람직하게는 적어도 3 개 층의 구조를 갖는다.

높은 용융 강도의 폴리프로필렌 외에도, 상기 발포체 층은 염료, 미립자 물질, 착색제, 자외선 흡수 물질, 무기 첨가제, 안전 요소 등과 같은 여타 첨가된 성분을 함유할 수 있다. 유용한 무기 첨가제로서, TiO₂, CaCO₃, 또는 규회석 유리 섬유 및 운모와 같은 높은 종횡비의 충진재를 들 수 있다. 발포체 층은 또한 안전 요소, 특히 실, 입자, 섬유 또는 필름의 형태로 색상 이동, 편광, 형광, 인광, 발광성, 진주광택, 반사적, 자성의 또는 홀로그램 성질을 갖는 소량 함유물로서 용융물에 첨가되고 공압출될 수 있는 것들을 함유할 수 있다.

본 발명은 또한 적어도 하나의 배향된 높은 용융 강도의 폴리프로필렌 발포체 층, 적어도 하나의 비-발포체 층 및 적어도 하나의 안전 요소를 포함하는 다층 안전 기질을 제공한다. 상기 안전 요소는 발포체 층, 비-발포체 층 또는 그 양자에 일체화될 수 있다. 바람직하게는 상기 비-발포체 층은 열가소성 필름 층이다. 예를 들면, 발포체/필름/발포체 구조에서, 발포체 층의 실질적으로 투명한 영역은 아래에 있는 필름 층을 시각적으로 드러낼 수 있다. 예를 들면 상기 필름 층은 착색되거나, 색상 이동 성분, 홀로그램, 역반사 성분, 반사 성분, 편광 성분 또는 발포체 층(들)에 의해 통상적으로 눈에 띄지 않는 여타의 시각화가능한 요소를 포함할 수 있다.

열가소성 필름 층은 안전 요소를 제공하는 것 이외의 목적으로 다층 구조에 사용될 수 있다. 상기 층은 굽힘 경도와 같은 취급 특성을 포함하는 물품의 물리적 성질을 개선하기 위해 첨가될 수 있다. 그대로, 다층 물품은 내부 필름 층이 굽힘 경도와 같은 취급 성질을 향상시키기 위해 사용된, 발포체/ 필름/ 발포체 구조를 가질 수 있다. 유리하게는, 상기 발포체/필름/발포체 구조는 외부의 발포체 층이 더욱 부드러울수록 더욱 종이 같은 촉감을 준다.

본 발명의 다층 필름의 비-발포체 층에 사용되는 중합체 재료는 1종 이상의 용융-가공가능한 유기 중합체를 포함하며, 이는 열가소성 또는 열가소성 엘라스토머 재료를 포함할 수 있다. 열가소성 재료는 일반적으로 그들의 유리 전이 온도보다 충분히 높게 가열되면 유동하거나, 그들의 용융 온도 이상에서 반결정성이며, 식히면 고체가 되는 재료이다.

일반적으로 비엘라스토머로 간주되는 본 발명에 유용한 열가소성 재료는 예를 들면, 이소택틱 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 극저밀도 폴리에틸렌, 중간 밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리부틸렌 같은 폴리올레핀, 에틸렌/프로필렌 공중합체 등의 비엘라스토머 폴리올레핀 공중합체 또는 삼원 중합체 및 이들의 배합물; 이. 아이. 듀퐁 드 네모아 사(E.I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, DE)로부터 엘박스(ELVAX)라는 상품명 하에 시판되는 것들과 같은 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체; 이. 아이. 듀퐁 드 네모아로부터의 프리마코어(PRIMACOR)와 같은 에틸렌 아크릴산 공중합체; 이. 아이. 듀퐁 드 네모아 사로부터 설린(SURLYN)이라는 상품명 하에 시판되는 것들과 같은 에틸렌 메타크릴산 공중합체; 이. 아이. 듀퐁 드 네모아 사로부터 상품명 바이넬(BYNEL) 하에 시판되는 것들과 같은 에틸렌 비닐 아세테이트 아크릴레이트 공중합체; 폴리메틸메타크릴레이트; 폴리스티렌; 에틸렌 비닐 알코올; 무정형 폴리에스테르를 포함하는 폴리에스테르; 제온 케미칼(Zeon Chemical)로부터 시판되는 제오넥스(ZEONEX)와 같은 지환족 무정형 폴리올레핀 및 폴리아미드를 포함한다. 점토 및 활석과 같은 충진재가 상기 열가소성 재료의 굽힘 경도를 향상시키기 위해 첨가될 수 있다.

본 발명에서, 바람직한 유기 중합체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부틸렌 단독- 및 공중합체를 포함하는 폴리올레핀의 단독- 및 공중합체이다.

엘라스토머 성질을 갖는 열가소성 재료는 전형적으로 열가소성 엘라스토머 재료라 불리운다. 열가소성 엘라스토머 재료는 주위 온도에서 공유결합에 의해 가교된 것처럼 작용하여 높은 탄성 및 낮은 크리프를 나타내지만, 열가소성 비엘라스토머 같이 가공되며 그들의 연화점보다 높게 가열될 경우 유동하는 재료로 일반적으로 정의된다. 본 발명의 다층 필름에 유용한 열가소성 엘라스토머 재료는 예를 들면, 선형, 방사형, 별모양 및 테이퍼된 블럭 공중합체 (예, 스티렌-이소프렌 블럭 공중합체, 스티렌-(에틸렌-부틸렌) 블럭 공중합체, 스티렌 (에틸렌-프로필렌) 블럭 공중합체 및 스티렌-부타디엔 블럭 공중합체); 이. 아이. 듀퐁 드 네모아 사로부터 하이트렐(HYTREL)이라는 상품명 하에 시판되는 것과 같은 폴리에테르에스테르; 엘라스토머 에틸렌-프로필렌 공중합체; 모턴 인터내셔널 사(Morton International, Inc., Chicago, IL)로부터 모르탄(MORTHANE)이라는 상품명 하에 시판되는 것과 같은 열가소성 엘라스토머 폴리우레탄; 폴리비닐에테르; 화학식 -(CH₂CHR)_x (식 중, R은 2 내지 10 개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기)으로 표시되는 것들과 같은 폴리-α-올레핀-기재 열가소성 엘라스토머 재료, 및 다우 플라스틱 사(Dow Plastics Co., Midland, MI)로부터 시판되는 에틸렌/폴리-α-올레핀 공중합체인 어피니티(AFFINITY)와 같이 메탈로센 촉매를 기재로 하는 폴리-α-올레핀을 포함한다.

상기 다층 필름은 전형적으로 용융 공정(예, 압출)에 의해 제조된다. 바람직한 방법에서, 발포체 및 비-발포체 층은 일반적으로 동시에 형성되어 용융 상태에서 결합되고 냉각된다. 즉, 바람직하게는, 상기 층들은 실질적으로 동시에 용융-가공되고, 더욱 바람직하게는, 상기 층들은 실질적으로 동시에 공압출된다. 이러한 방식으로 형성된 생성물은 통합된 구조를 가지고 광범위하게 유용하고 독특하며 예상치 못한 성질들을 가지며, 이것이 광범위한 보증 문서 응용에 제공된다. 상기 층들은 별도로 제조된 다음, 적층, 접착 또는 달리 한데 부착될 수도 있다.

상기 안전 기질은 또한 발포체 층, 비-발포체 층 또는 그들 사이의 접착을 개선하기 위한 안전 요소 사이에 선택적인 결합 층을 가질 수 있다. 유용한 결합 층은 에틸렌 비닐 아세테이트 중합체, 및 개질된 에틸렌 비닐 아세테이트 중합체(산, 아크릴레이트, 말레산 무수물로, 개별적으로 또는 조합되어 개질된)와 같은 압출가능한 중합체를 포함한다. 상기 결합 층은 상기 물질 그 자체로서 또는 상기 중합체들과 열가소성 중합체 성분과의 배합물로서 구성될 수 있다. 결합 층 중합체의 사용은 당 분야에 공지되어 있고 접착되는 두 층의 조성에 의존하여 변한다. 압출 피복을 위한 결합 층은 상기 나열된 재료의 동일 종류 및 압출 피복된 층의 접착을 향상시키기 위해 통상적으로 사용되는 폴리에틸렌이민과 같은 여타 물질을 포함할 수 있다. 결합 층은 발포체 층, 비-발포체 층 또는 안전 요소에 공압출, 압출 피복, 적층 또는 용매 피복 공정에 의해 적용될 수 있다.

선택되는 중합체 및 첨가제, 층의 두께 및 사용된 가공 변수에 의존하여, 상기 다층 물품은 전형적으로 상이한 수의 층에서 상이한 성질을 가질 것이다. 즉, 동일한 성질(예, 인장 강도, 탄성율, 굽힘 경도, 내인열성)이, 2 개의 다른 재료에 비교할 경우, 2 개의 특정 재료에 대하여 상이한 수의 층에서 최대가 될 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 발포체 층은 일반적으로 양호한 인열 진행 내성을 갖지만, 보다 열악한 인열 개시 내성을 갖는다. 열가소성 필름은 일반적으로 양호한 인열 개시 내성을 갖지만, 보다 열악한 인열 진행 내성을 갖는다. 발포체 및 열가소성 필름 층을 모두 갖는 다층 물품은 양자의 바람직한 특질을 제공한다. 각각의 비-발포체 층은, 상이한 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수도 있지만, 전형적으로 같은 재료 또는 재료들의 조합을 포함한다.

향상된 굽힘 경도가 요구되는 경우에, 상기 비-발포체 층은 바람직하게는 열가소성 필름 층이다. 굽힘 경도는 내부 또는 외부 층에 의해 향상될 수 있지만, 다층 물품의 내부 층에 의한 것이 바람직하다. 굽힘 경도는 실시예 부분에 기재된 시험 방법을 이용하여 핸들-오-미터(Handle-O-Meter^tm)를 사용하여 측정될 수 있다. 다층 물품의 굽힘 경도는 발포체 층 그 자체의 굽힘 경도의 바람직하게는 2 배 이상이며, 핸들-오-미터^tm를 사용하여 측정될 때 가장 바람직하게는 40 N 이상이다. 상기 값은 보증 문서에 사용되는 종이 기질의 것에 필적할 만하다.

굽힘 경도를 향상시키는 데 유용한 경성의 재료는 무정형 및 반결정성 열가소성 단독- 및 공중합체(및 이들의 혼합물 및 배합물)를 포함한다. 특히 유용한 재료는 입자 충진된 폴리프로필렌, 특히 10 내지 40 중량%의 TiO₂, CaCO₃, 또는 규회석, 운모 또는 유리 섬유와 같은 높은 종횡비의 충진재를 함유하는 폴리프로필렌과 같은 입자 충진된 폴리올레핀을 포함한다.

다른 유용한 경성 재료의 예로서, 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, α-메틸 스티렌과 같은 알킬 스티렌, 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴의 단독- 및 공중합체, 에틸렌과 비닐 알코올(EVOH 등)의 공중합체, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄; 에틸렌-노르보르넨 공중합체(Zeonex^tm 등)와 같은 에틸렌과 고리형 올레핀의 공중합체, 특정 고 탄성율 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트를 들 수 있다.

상기 안전 기질은 잉크 수용적 표면을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 잉크 수용적 표면을 제공하는 하나의 유용한 수단은 그 표면 에너지를 증가시킴으로써 표면의 조건을 변화시키는 특수 처리의 사용에 있다. 증가된 표면 에너지를 위한 표면 처리는 산화 전처리 또는 잉크-수용적 피복의 사용을 포함한다. 산화 전처리는 화염, 자외선 방사, 코로나 방전, 플라스마, 화학적 산화제 등의 사용을 포함한다.

잉크 수용적 표면은 먼저 상기 발포체 (또는 다층일 경우 필름) 기질을 화염 처리 또는 코로나 처리함으로써 제공될 수 있다. 상기 표면 처리는 발포체 표면에 세 가지 특성을 제공하는 것으로 생각된다. 통합되는 세 가지의 특성은 벌크 재료에 비하여 처리된 표면의 산소 또는 아미노 함량의 증가, 표면의 친수성의 증가 및 표면의 산도의 증가이다. 기질의 표면에 대한 상기 처리들은 적용된 잉크의 습윤 및 부착을 향상시킨다.

또다른 잉크-수용적 층은 중합체 피복으로부터 유래될 수 있다. 유용한 잉크-수용적 피복은 상기 발포체 층 위에 피복 및 부착될 수 있는 수성-기재 또는 유기 용매-기재의 계로부터 임의의 중합체일 수 있다. 바람직하게는, 상기 잉크-수용적 피복은 방수성이지만 수성-기재 분산액으로부터 피복될 수 있다. 그러한 잉크 수용적 피복의 비제한적인 예로서 에틸렌-아크릴산 공중합체 및 이들의 염, 스티렌-아크릴산 공중합체 및 이들의 염, 및 기타 (메트)아크릴 잔기 함유 중합체, 비닐피롤리돈 단독 중합체 및 공중합체 및 그의 치환된 유도체, 비닐 아세테이트 공중합체(예, 비닐피롤리돈과 비닐 아세테이트의 공중합체; 비닐 아세테이트와 아크릴산의 공중합체 등) 및 이들의 가수분해된 유도체, 폴리비닐 알코올; 할로겐-치환된 탄화수소 중합체, 아크릴산 단독 중합체 및 공중합체; 아크릴아미드 단독 중합체 및 공중합체; 셀룰로오스 중합체; 스티렌과 알릴 알코올, 아크릴산 및/또는 말레산 또는 그 에스테르와의 공중합체, 알킬렌 옥시드 중합체 및 공중합체; 젤라틴 및 개질 젤라틴; 다당류; 및 미국 특허 제 5,766,398 호; 4,775,594 호; 5,126,195 호; 5,198,306 호에 개시된 것 등을 들 수 있다.

바람직하게는 상기 잉크 수용적 층은 상기 발포체 층에 영구적으로 부착되며 친수성, 잉크 흡착성의 피복 재료일 수 있다. 잉크 수용적 층은 시각적으로 투명, 반투명 또는 불투명할 수 있다. 상-투명한, 잉크 수용적 층이 광범위하게 다양한 친수성, 잉크 흡착성의 피복 재료로부터 제조될 수 있다. 통상의 산업적 실제에서, 상기 잉크 수용적 층은 특정의 인쇄 기술 및 거기에 사용되는 관련된 잉크를 위해 조화된 적합한 잉크 수용성을 제공하도록 전형적으로 조성된다. 일반적으로, 상기 잉크 수용적 층에 적합한 조성물은 미국 특허 제 4,775,594 호(Desjarlais); 미국 특허 제 5,126,195 호(Light); 및 미국 특허 제 5,198,306 호(Kruse)에 개시되어 있다.

잉크 수용적 층은 수용성일 수도 있는 적어도 1종의 친수성 중합체 또는 수지를 포함할 수 있다. 적합한 친수성 중합체 또는 수지로서 치환된 폴리비닐 알코올을 포함하는 폴리비닐 알코올; 치환된 폴리비닐 피롤리돈을 포함하는 폴리비닐 피롤리돈; 비닐 피롤리돈/비닐 아세테이트 공중합체; 비닐 아세테이트/아크릴 공중합체; 아크릴산 중합체 및 공중합체; 아크릴아미드 중합체 및 공중합체; 셀룰로오스 중합체 및 공중합체; 알릴 알코올, 아크릴산, 말레산, 에스테르 또는 무수물 등의 스티렌 공중합체; 알킬렌 옥시드 중합체 및 공중합체; 젤라틴 및 개질 젤라틴; 다당류 등을 들 수 있다. 바람직한 친수성 중합체로 폴리(비닐 피롤리돈); 치환된 폴리(비닐 피롤리돈); 폴리(비닐 알코올); 치환된 폴리(비닐 알코올); 비닐 피롤리돈/비닐 아세테이트 공중합체; 비닐 아세테이트/아크릴 공중합체; 폴리아크릴산; 폴리아크릴아미드; 히드록시에틸셀룰로오스; 카르복시에틸셀룰로오스; 젤라틴; 및 다당류를 들 수 있다.

특히 유용한 잉크-수용적 피복은 에틸렌 비닐 아세테이트, 일산화탄소 및 메틸 아크릴레이트의 공중합체; 산 및/또는 아크릴레이트 개질된 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체; 및 에틸렌과 임의의 2종의 극성 단량체, 예를 들면 비닐 아세테이트와 일산화탄소의 삼원중합체를 포함한다. 잉크-수용적 피복으로 유용한 시판되는 개질된 올레핀 수지로서: 산-아크릴레이트 개질된 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체인 바이넬(BYNEL) 3101, 에틸렌/비닐 아세테이트/일산화탄소의 삼원중합체인 엘발로이(ELVALOY) 741; 에틸렌/비닐 아세테이트/일산화탄소의 삼원중합체인 엘발로이 4924; 에틸렌과 메틸 아크릴레이트의 공중합체인 엘발로이 1218AC; 개질된 에틸렌/아크릴레이트/일산화탄소 삼원중합체인 푸자본드(FUSABOND) MG-423D를 들 수 있다. 이들은 모두 이. 아이. 듀퐁 드 네모아(E.I. duPont De Nemours, Wilmington DE)로부터 시판된다.

다른 유용한 잉크-수용적 피복으로서 미국 특허 제 5,721,806 호, 6,316,120 호, 5,240,767 호, 5,834,098 호 및 2001년 6월 29일 자로 출원된(지금은 승인된) 양수인의 함께 계류 중인 미국 특허 출원 제 09/896,497 호에 기재된 것들을 들 수 있다.

잉크 수용적 층은 또한 적합한 정도의 친수성 및/또는 여타 바람직한 물리적 및 화학적 특성을 부여하도록 기타 수불용성 또는 소수성 중합체 또는 수지를 함유할 수 있다. 이러한 부류의 적합한 중합체 또는 수지는 스티렌, 아크릴, 우레탄 등의 중합체 및 공중합체를 포함한다. 이러한 유형의 바람직한 중합체 및 수지는 스티렌화된 아크릴 공중합체; 스티렌/알릴 알코올 공중합체; 니트로셀룰로오스; 카르복실화된 수지; 폴리에스테르 수지; 폴리우레탄 수지; 폴리케톤 수지; 폴리비닐 부티랄 수지; 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

중합체 또는 수지 성분 외에도, 상기 잉크 수용적 층은 매염제, 계면활성제, 미립자 물질, 착색제, 자외선 흡수 물질, 유기 산, 광학적 표백제, 정전 방지제, 점착 방지제 등과 같은 기타 첨가 성분을 함유할 수 있다. 인쇄된 잉크를 상기 잉크 수용적 층에 고정시키기 위해 사용될 수 있는 매염제는 예를 들면 중합체성 사차 암모늄 염, 폴리(비닐 피롤리돈) 등과 같은 임의의 통상적인 매염제일 수 있다. 상기 잉크 수용적 층을 위한 피복 보조제로서 사용되는 계면활성제는 임의의 비이온성, 음이온성 또는 양이온성 계면활성제일 수 있다. 특히 유용한 것은 플루오로계면활성제, 알킬페녹시폴리글리시돌 등이다.

잉크 수용적 층은 또한 미립자 첨가제를 함유할 수 있다. 그러한 첨가제는 잉크 수용적 표면, 특히 그것이 인쇄된 후의 거침 특성을 향상시킬 수 있다. 적합한 미립자 첨가제로서 실리카, 백묵, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 고령토, 소성된 점토, 파이로필라이트(pyrophylite), 벤토나이트, 제올라이트, 활석, 합성 알루미늄 및 칼슘 실리케이트, 규조토, 무수 규산 분말, 수산화 알루미늄, 중정석, 황산 바륨, 석고, 황산 칼슘 등과 같은 무기 입자; 및 폴리메틸메타크릴레이트, 코폴리(메틸메타크릴레이트/디비닐벤젠), 폴리스티렌, 코폴리(비닐톨루엔/t-부틸스티렌/메타크릴산), 폴리에틸렌 등의 비드를 포함하는 중합체 비드와 같은 유기 입자를 들 수 있다. 상기 중합체 비드는 중합체를 가교하기 위한 소량의 디비닐벤젠을 포함할 수 있다.

잉크 수용적 층은 또한 착색제, 예를 들면 염료 또는 안료를 함유할 수 있다. 상기 층은, 예를 들면 2-히드록시벤조페논; 옥살아닐리드; 아릴 에스테르 등과 같이 자외선 방사를 강하게 흡수함으로써 주위의 자외선에 의해 아래에 있는 상에 대한 손상을 감소시키는 성분; 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐) 세바세이트 등과 같은 방해된 아민 광 안정화제; 및 이들의 조합을 함유할 수 있다.

상기 잉크 수용적 층의 pH 및 친수성을 조절하기 위해 사용될 수 있는 유기 산은 전형적으로, 알콕시아세트 산, 글리콜산, 이염기성 카르복실 산 및 그의 1/2 에스테르, 3염기성 카르복실 산 및 그의 부분 에스테르, 방향족 술폰산, 및 이들의 혼합물과 같은 비-휘발성 유기산이다. 바람직한 유기 산으로서, 글리콜산, 메톡시 아세트산, 시트르산, 말론산, 타르타르산, 말산, 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 숙신산, 옥살산, 5-술포-살리실산, p-톨루엔술폰산 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상을 가진 층의 시각적 외관을 개선하기 위해 사용될 수 있는 광학적 표백제는 임의의 통상적인 상용성의 광학적 표백제, 예를 들면 시바-가이기(Ciba-Geigy)로부터 티노팔(Tinopal^tm)이라는 상표 하에 시판되는 광학적 표백제일 수 있다.

또다른 유용한 잉크-수용적 피복이 미국 특허 제 6,008,286 호에 기재된 바, 이는 용매로부터 피복되어 낮은 에너지 기질과 접착제, 피복, 인쇄 잉크 등 간의 접착을 향상시키는, 탄화 수소 중합체, 할로겐-치환된 탄화수소 중합체 및 치환된 지방족 이소시아네이트의 혼합물을 포함하는 조성물을 제공한다.

잉크-수용적 피복을 위해, 화염 또는 코로나 전처리 없이, 용매 기재의 또는 수성 기재의 열경화성 하도가 사용될 수도 있다. 미국 특허 제 6,001,469 호는 예를 들면 열가소성 폴리올레핀과 함께 사용되는 상기 유형의 하도 및 상도를 기재하고 있다. 상기 재료는 130℃ 부근의 온도에서 30 분 동안 기질 상에서 적합하게 경화될 수 있다. 유사하게 WIPO 공개 WO 94/28077은 130℃에서 40 분 동안 열 처리를 필요로 하는 수성-기재의 조성물을 기재하고 있다. 고온 처리는 열가소성 폴리올레핀 중합체의 표면 형태학에도 영향을 줄 수 있다는 것이 공지되어 있다(예를 들면 R. Ryntz in "Waterborne, High Solids Powder Coatings Symposium," Univ. of Southern Mississippi 1995 참고). 그러한 변화는 어떤 경우에는 유익할 수 있지만, 다른 경우에 상대적으로 높은 경화 온도는 재료의 융점에 충분히 근접하여 기질의 치수 변화 및 관련된 문제를 일으킬 수 있다.

또다른 유용한 잉크-수용적 피복 조성물이 양수인의 함께 계류 중인 공개된 출원 제 2002/0013399 (Groves)에 기재되어 있다. 이 참고문헌은 물에 분산되는 유체 하도를 형성하여 수분산된 하도 조성물을 제공하도록 유기 용매 중 할로겐화된 탄화수소 중합체의 용액과 그 용액에 첨가된 분산제를 포함하는 수 분산된 하도 조성물을 기재하고 있다. 유기 용매는 시클로헥산, 헵탄, 헥산, 크실렌, 톨루엔, 클로로톨루엔, 혼합 탄화수소 용매 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있다.

잉크 수용적 피복 층은 또한 잉크를 흡수하는 능력을 갖는 무기 입자를 함유할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 무기 입자는 잉크 착색제를 결합하는 능력을 갖는다. 잉크 흡수 능력은 흡수되는 잉크 조성물에 따라 변할 수 있으므로, 바람직한 흡수 능력은 수분 흡수 능력에 의해 기재될 것이다. 바람직한 구현예에서, 유기 입자는 20 μl/g 및 0.2 ml/g 사이의 수분 흡수 능력을 갖는다.

적합한 무기 입자는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 바람직한 금속 산화물은 금홍석, 일산화 티탄, 삼산화 이티탄과 같은 산화 티탄; 실리카, 계면활성제 피복된 실리카 입자, 제올라이트, 및 예를 들면 PCT 공개 출원 WO 99/03929에 기재된 것과 같은 플루오르화된 실리카 등의 산화 규소; 알루미나와 같은 산화 알루미늄, 예를 들면 보에마이트(boehmite), 슈도-보에마이트(pseudo-boehmite), 바이에라이트(bayerite), 옥시수산화 알루미늄 같은 혼합 산화물, 실리카 코어를 갖는 알루미나 입자; 지르코니아 및 수산화 지르코늄과 같은 산화 지르코늄; 및 이들의 혼합물을 포함하며, 산화 규소 및 산화 알루미늄이 특히 바람직하다.

실리카는 잉크의 안료 입자 및 상기 안료 입자와 관련된 임의의 분산제와 상호작용하는 것으로 밝혀졌다(안료첨가된 잉크에서). 본 발명에 유용한 실리카는 단독으로 또는 발연 실리카와의 혼합물로서의 무정형 침전된 실리카를 포함한다. 그러한 실리카는 약 15 nm 내지 약 6 μm 범위의 전형적인 주요 입자 크기를 갖는다. 상기 입자 크기는 넓은 범위를 갖는데, 이는 본 발명에서 2 가지 상이한 종류의 실리카가 유용하기 때문이다. 선택적인 발연 실리카는 무정형의 침전된 실리카에 비하여 훨씬 더 작은 입자 크기를 가지며 전형적으로 양자가 존재하는 경우에 실리카 혼합물의 보다 적은 비율을 구성한다. 일반적으로 양자가 혼합물 중에 존재할 경우, 실리카(무정형:발연)의 중량 비는 약 1:1을 초과하는 범위이며 바람직하게는 약 3:1을 초과한다.

본 발명에 따르는 바람직한 방법에서, 문자, 이미지, 텍스트, 로고 등과 같이 인쇄된 표식이 인쇄 공정을 이용하여 상기 잉크 수용적 층에 적용된다. 유기 용매-기재 잉크, 수성-기재 잉크, 상 변화 잉크 및 방사선 중합가능한 잉크를 포함하는 다양한 잉크가 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다. 사용되는 인쇄 기술에 따라, 바람직한 잉크는 수성-기재 잉크를 포함할 수 있다. 각종 착색제를 사용하는 잉크가 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다. 일부 응용에 적합할 수 있는 착색제의 예로서 염료-기재 착색제 및 안료 기재 착색제를 들 수 있다. 적합할 수 있는 인쇄 방법의 예로서, 레이저 인쇄, 그라비어 인쇄, 옵셋 인쇄, 실크 스크린 인쇄, 정전기 인쇄, 요판 인쇄 및 철판 인쇄를 들 수 있다.

배향된, 높은 용융-강도의 폴리프로필렌 발포체는

(1) 적어도 1종의 높은 용융 강도 폴리프로필렌과 적어도 1종의 발포제를 출구 성형 오리피스를 갖는 장치 중에서 발포제가 폴리프로필렌 전체에 균일하게 분포되어 있는 용융 혼합물을 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 혼합하는 단계;

(2) 상기 용융 혼합물을 발포를 방지하기에 충분한 압력으로 유지하면서, 장치의 출구에서 용융 혼합물의 온도를 상기 순정 폴리프로필렌의 용융 온도보다 30℃ 이내로 높은 출구 온도까지 감소시키는 단계;

(3) 상기 혼합물을 출구 성형 오리피스로 통과시켜 그 혼합물을 대기압에 노출시킴으로써, 발포제가 팽창하여 셀 형성을 일으켜 발포체 형성을 초래하는 단계, 및

(4) 상기 발포체를 배향시키는 단계에 의해 제조될 수 있다.

이와 같이 생성된 발포체는 100 마이크로미터 미만의 평균 셀 크기를 가지며, 유리하게는 배향 단계 이전에 50 마이크로미터 미만의 평균 셀 크기를 갖는 발포체를 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 생성된 발포체는 70% 이상의 폐쇄된 셀 함량을 갖는다. 압출 및 이어지는 배향의 결과, 원래의 구형 셀은 기계 방향으로 신장되어 편구의 타원체 형태를 취할 수 있다. 발포체의 작은 셀 크기는 광 산란을 증가시키고, 불투명화제의 첨가 없이 상기 발포체에 유리하게 불투명도를 부여한다.

단일-나사, 이중-나사 또는 탠덤(tandem) 압출 시스템을 이용하는 압출 공정으로 본 발명의 발포체를 제조할 수 있다. 이 방법은 1종 이상의 높은 용융 강도 프로필렌 중합체(및 프로필렌 중합체 배합물을 형성하기 위한 임의의 선택적 중합체)를 발포제, 예를 들면 물리적 또는 화학적 발포제와 혼합하고 가열하여 용융 혼합물을 형성하는 것을 수반한다. 압출 시스템 중 온도 및 압력 조건은 중합체 재료 및 발포제를 균질의 용액 또는 분산액으로 유지하기에 충분한 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 중합체 재료는 순정 폴리프로필렌의 용융 온도보다 30℃ 이내로 높은 온도에서 발포되어, 균일한 및/또는 작은 셀 크기와 같은 바람직한 성질을 보인다.

화학적 발포제가 사용되는 경우, 상기 발포제를 순정 중합체에 첨가하고, 혼합하고, 폴리프로필렌(압출기 내)의 T_m보다 높은 온도로 가열하여 긴밀한 혼합을 보장한 다음 화학적 발포제의 활성화 온도까지 더 가열하면 발포제의 분해가 초래된다. 상기 시스템의 온도 및 압력을 조절하여 실질적으로 하나의 상을 유지시킨다. 활성화 시 형성되는 기체는 상기 용융 혼합물 내에 실질적으로 용해 또는 분산된다. 수득되는 단일-상 혼합물을 출구/성형 다이 이전에 압출기의 냉각 영역(들)로 통과시켜, 순정 중합체의 용융 온도보다 30℃ 이내로 높은 온도로 식히는 한편, 압력은 1000 psi(6.9 MPa) 이상으로 유지한다. 일반적으로 화학적 발포체는 압출기에 도입되기 전에, 혼합 호퍼 등에서 순정 중합체와 건조 배합된다.

화학적 또는 물리적 발포제와 함께, 상기 용융 혼합물은 성형 다이를 통해 압출기를 빠져나갈 때, 훨씬 낮은 대기 압력에 노출되어 발포제(또는 그의 분해 생성물)를 팽창시킨다. 이것이 용융 혼합물의 발포를 초래하는 셀 형성을 일으킨다. 상기 용융 혼합물 출구 온도가 순정 폴리프로필렌의 T_m 보다 30℃ 이내로 높은 온도일 경우, 발포제가 용액 밖으로 나오면서 중합체의 T_m의 증가가 폴리프로필렌의 결정화를 일으키고, 이것이 다시 몇 초 이내에, 가장 전형적으로는 몇 분의 1초 이내에 발포체 셀의 성장 및 유착을 저지한다. 이것이 중합체 재료 중 작고 균일한 공극의 형성을 바람직하게 초래한다. 출구 온도가 순정 폴리프로필렌의 T_m보다 30℃ 이내로 높은 온도일 경우, 중합체의 신장 점도는 발포제가 용액 밖으로 나옴에 따라 증가하고 폴리프로필렌은 급속히 결정화된다. 높은 용융 강도의 폴리프로필렌이 사용될 경우, 상기 신장 증점 성질은 특히 현저하다. 이러한 요인은 몇 초 이내에, 또는 가장 전형적으로 몇 분의 1초 이내에 발포체 셀의 성장 및 유착을 저지한다. 바람직하게는, 상기 조건 하에서, 중합체 재료의 작고 균일한 셀의 형성이 일어난다. 출구 온도가 순정 중합체의 T_m보다 30℃를 초과하여 더 높은 경우, 중합체 재료의 냉각은 좀 더 시간이 걸려서, 불균질의 저지되지 않은 셀 성장의 결과를 가져올 수 있다. T_m의 증가 뿐만 아니라, 발포제가 팽창할 때 발포체의 단열적 냉각이 일어날 수 있다.

물리적 또는 화학적 발포제는 가소성을 갖게 될 수 있다; 즉, 중합체 재료의 T_m 및 T_g를 낮출 수 있다. 발포제의 첨가와 함께, 상기 용융 혼합물은, 그렇지 않으면 요구되었을 것보다 상당히 낮은 온도에서 가공 및 발포될 수 있으며, 어떤 경우에는 높은 용융 강도 폴리프로필렌의 용융 온도 아래에서 가공될 수도 있다. 보다 낮은 온도는 상기 발포체를 식히고 안정화할 수 있다; 즉 더 이상의 셀 성장을 저지하기에 충분한 고체화의 지점에 도달하여 보다 작고 보다 균일한 셀 크기를 생성할 수 있다.

화학적 발포제는 상기 발포제의 분해 온도보다 낮은 온도에서 상기 중합체에 첨가되며, 전형적으로 압출기에 도입되기 전 실온에서 상기 중합체 공급물에 첨가된다. 다음, 발포제를 혼합하여 그것이 중합체 전체에, 폴리프로필렌의 용융 온도보다 높지만 화학적 발포제의 활성화 온도보다는 낮은 온도에서, 분해되지 않은 형태로 분포되게 한다. 일단 분산되면, 화학적 발포제는 상기 혼합물을 발포제의 분해 온도보다 높은 온도로 가열함으로써 활성화될 수 있다. 발포제의 분해는 N₂, CO₂ 및/또는 H₂O 같은 기체를 유리시키지만, 셀 형성은 계의 온도 및 압력에 의해 제한된다. 유용한 화학적 발포제는 전형적으로 140℃ 이상의 온도에서 분해되거나 분해 보조제를 포함할 수 있다. 발포제의 배합물이 사용될 수도 있다.

그러한 물질의 예로서, 아조디카본아미드, 아조디이소부티로니트릴, 벤젠술폰히드라지드, 4,4-옥시벤젠 술포닐-세미카바지드, p-톨루엔 술포닐 세미-카바지드, 바륨 아조디카르복실레이트, N,N'-디메틸-N,N'-디니트로소테레프탈아미드 및 트리히드라지노 트리아진을 포함하는, 합성 아조-, 카보네이트- 및 히드라지드-기재의 분자를 들 수 있다. 상기 물질의 구체적인 예로서 셀로겐(Celogen) OT(4,4' 옥시비스벤젠술포닐히드라지드), 히드로세롤(Hydrocerol) BIF (카보네이트 화합물과 폴리카본산의 제제), 셀로겐 AZ (아조디카본아미드) 및 셀로겐 RA (p-톨루엔술포닐 세미카바지드)가 있다. 다른 화학적 발포제로서 이산화탄소를 방출시키는 중탄산 나트륨/시트르산 배합물 같은 흡열 반응성 물질을 들 수 있다. 구체적인 예로서 리디 인터내셔널 사(Reedy International Corp)의 사폼(SAFOAM^tm) 제품을 들 수 있다.

상기 발포가능한 중합체 혼합물 내에 도입되는 발포제의 양은 밀도 감소에 의해 측정할 때 10%를 초과하는, 더욱 바람직하게는 20%를 초과하는 공극 함량을 갖는 발포체를 생성하도록 선택된다. 일반적으로, 발포체의 공극 함량이 클수록 발포체 밀도, 중량 및 이어지는 최종 용도를 위한 재료 비용이 감소된다.

단일 단계의 압출 장치가 발포체를 제조하기 위해 사용될 수 있으며 화학적 발포제와 함께 사용하기 바람직한 방법이다. 폴리프로필렌과 발포제의 용융 혼합물을 형성하기 위해 이중-나사 압출기가 사용될 수 있지만, 단일 나사 압출기가 사용될 수도 있음이 이해될 것이다. 폴리프로필렌은 호퍼를 이용하여 압출기 내로 도입된다. 화학적 발포제는 전형적으로 중합체와 함께 첨가되지만 더 하류에 첨가될 수도 있다. 물리적 발포제는 유체 취급 수단을 이용하여 중합체가 용융되는 지점으로부터 하류의 위치에서 첨가될 수 있다.

화학적 발포제가 사용되는 경우, 중간 영역은 일반적으로 화학적 발포제를 개시하기 충분한 상승된 온도에서 유지된 다음, 냉각기 영역으로 이어진다. 압출기의 초기 영역(들)의 온도는 폴리프로필렌을 용융시켜 발포제(들)와 함께 균질의 용융 혼합물을 제공하기에 충분해야 한다. 압출기의 마지막 영역(들)은 바람직한 압출물 출구 온도를 획득하도록 조정된다. 균질의 발포가능한 혼합물을 제조하기 위해 단일 단계 압출 공정을 이용하는 것은 혼합 및 보다 짧은 거리에 걸쳐 작업 온도 및 압력으로부터 출구 온도 및 압력으로의 전이를 필요로 한다. 적합한 용융물 혼합을 이루기 위해, 압출기 나사의 거의 첫번째 절반은 중합체를 반죽하여 그것을 압출기를 통해 이동시키는 혼합 및 운반 요소를 가질 수 있다. 나사의 두번째 절반은 중합체 재료와 발포제를 식히면서 균질한 혼합물로 혼합하기 위한 분배적 혼합 요소를 가질 수 있다.

작업 및 출구 압력(및 온도)은 발포제가 압출기 내에서 셀 형성을 일으키는 것을 방지하기에 충분해야 한다. 작업 온도는 중합체 재료를 용융시키기 충분한 것이 바람직하지만, 압출기의 마지막 영역(들)은 압출물을 출구 온도에 이르게 할 온도인 것이 바람직하다.

압출기의 출구 말단에서, 상기 발포가능하고 압출가능한 조성물을 성형 출구 오리피스를 갖는 다이 내로 계량하여 넣는다. 일반적으로, 발포제가 용융 혼합물로부터 분리될 때, 그의 중합체 재료에 대한 가소화 작용은 감소되고, 중합체 재료의 전단 점도 및 탄성율은 증가한다. 전단 점도 증가는 T_g에서보다 T_m에서 더 예민하여, 반결정성 중합체를 위한 발포 온도의 선택을 무정형 중합체의 경우보다 훨씬 더 엄격하게 만든다. 중합체 재료의 온도가 순정 중합체의 T_m에 근접하고 더욱 점성이 됨에 따라, 셀은 쉽게 팽창 또는 유착될 수 없다. 발포체 재료가 더 냉각되면, 이는 다이의 출구-성형 오리피스의 일반적인 형태로 고체화된다.

발포제 농도, 출구 압력 및 출구 온도는 발포체 밀도, 셀 크기 및 셀 크기의 분포를 포함하는 수득되는 발포체의 성질에 중대한 영향을 줄 수 있다. 일반적으로, 출구 온도가 낮을 수록, 발포된 재료의 셀 크기는 더 균일하고 더 작아진다. 이는, 보다 낮은 출구 온도에서는 신장 점도가 더 높아서 더 느린 셀 성장을 초래하기 때문이다. 상기 재료를 통상의 압출 온도보다 낮은 온도, 즉 순정 중합체 재료의 T_m보다 30℃ 이내로 높은 온도에서 압출하는 것은 작고 균일한 셀 크기를 갖는 발포체를 생성한다.

일반적으로, 용융 혼합물이 다이를 빠져나올 때는, 짧은 거리에 걸쳐 큰 압력 강하를 갖는 것이 바람직하다. 용액이 다이를 빠져나올 때까지 용액을 비교적 높은 압력에서 유지하는 것이 균일한 셀 크기를 형성하는 데 도움을 준다. 출구 압력과 주위 압력 사이의 큰 압력 강하를 유지하는 것은 또한 용융 혼합물의 신속한 발포에도 기여한다. 균일한 셀을 갖는 발포체를 형성하기 위한 하한은 사용되는 특정 발포제/중합체 계에 의존할 것이다. 일반적으로, 본 발명에 유용한 높은 용융 강도 폴리프로필렌의 경우, 허용가능하게 균일한 셀을 형성하기 위한 보다 낮은 출구 압력 한계는 약 7 MPa (1000 psi), 바람직하게는 10 MPa (1500 psi), 더욱 바람직하게는 14 MPa (2000 psi)이다. 가장 작은 셀 크기는 낮은 출구 온도 및 높은 발포제 농도에서 생성될 수 있다. 그러나 임의의 주어진 온도 및 압력에서, 중합체가 발포제로 과포화되어 2-상의 계가 형성되기 때문에, 그 이상의 농도에서 폴리분산성이 증가하는 발포제 농도가 존재한다.

특정 용융 혼합물에 대한 적정 출구 온도, 출구 압력 및 발포제 농도는 사용되는 중합체(들)의 종류 및 양; 점도를 포함하는 중합체의 물리적 성질; 중합체(들)와 발포제의 상호 용해성; 사용되는 첨가제의 종류 및 양; 생성되는 발포체의 두께; 원하는 밀도 및 셀 크기; 발포체가 또다른 발포체 또는 발포되지 않은 재료와 함께 공압출되는지 여부; 및 다이 간격 및 다이 오리피스 디자인과 같은 다수의 요인에 의존할 것이다.

높은 용융 강도의 배향된 발포체의 제조에 관한 더 상세한 내용은, 지금은 포기된 미국 특허 출원 제 09/602,032 호의 우선권을 주장하는 양수인의 공개된 출원 WO02/00412에서 찾아볼 수 있다.

발포체의 물리적 성질을 적정화하기 위해, 상기 중합체 사슬은 적어도 하나의 주축(단일축)을 따라서 배향될 필요가 있으며, 2 개의 주축(2축)을 따라서 배향될 수도 있다. 분자 배향의 정도는 일반적으로 당김 비, 즉 마지막 길이 대 원래 길이의 비로 정의된다.

배향 시, 발포체의 폴리프로필렌 성분에 보다 큰 결정도가 부여되고 발포체 셀의 치수가 변한다. 전형적인 셀은 주요 방향 X 및 Y를 가지며, 각각 기계 및 횡단 방향의 배향도에 비례한다. 발포체의 면에 수직인 주요하지 않은(minor) 방향 Z는 배향 이전의 셀의 단면 치수와 실질적으로 동일하게 (또는 약간 작게) 유지되므로, 발포체의 밀도는 배향과 함께 감소한다. 배향 후, 셀은 일반적으로 편구의 타원체 형태이다.

배향 조건은 발포체의 완전성이 유지되도록 선택된다. 따라서 기계 및/또는 횡단 방향으로 신장할 때, 배향 온도는 연속 상의 실질적인 인열 또는 파열을 피하고 발포체의 완전성이 유지되도록 선택된다. 배향 온도가 너무 낮거나 배향 비(들)가 과도하게 높을 경우, 발포체는 특히 인열, 셀 파열 또는 심지어는 최악의 파괴에 대하여 취약하다. 일반적으로 발포체는 순정 폴리프로필렌의 유리 전이 온도와 용융 온도 사이의 온도에서 배향된다. 바람직하게는, 배향 온도는 상기 순정 중합체의 알파 전이 온도보다 높다. 그러한 온도 조건은 발포체의 완전성을 잃지 않고 X 및 Y 방향에서 적정 배향을 허용한다.

배향 후 셀들은 비교적 형태가 평탄하고 구별되는 경계를 갖는다. 셀은 일반적으로 기계(X) 및 횡단(Y) 방향(배향 방향)의 주요 축을 갖는 발포체의 주 표면과 같은 평면에 있다. 셀의 크기는 균일하고 발포제의 농도, 압출 조건 및 배향도에 비례한다. 폐쇄된 셀의 백분율은 높은 용융 강도의 폴리프로필렌을 사용하는 경우 배향 후에 실질적으로 변하지 않는다. 반대로, 종래의 폴리프로필렌 발포체의 배향은 셀 붕괴 및 발포체의 인열을 초래하여 폐쇄된 셀의 백분율을 감소시킨다. 발포체 매트릭스 중 셀 크기, 분포 및 양은 주사 전자 현미경과 같은 기술에 의해 측정될 수 있다. 유리하게는, 보다 큰 셀 크기를 갖는 발포체에 비하여 작은 셀 크기가 발포체 물품의 불투명도를 증가시키고, 불투명화제를 필요로 하지 않을 수 있다.

배향 단계에서, 발포체를 기계 방향으로 신장시키고, 횡단 방향으로 동시에 또는 이어서 신장시킬 수 있다. 신장 조건은 중합체 매트릭스의 결정도 및 발포체의 공극 부피를 증가시키도록 선택된다. 배향된 발포체는 배향되지 않은 발포체에 비하여 비교적 낮은 밀도를 가짐에도 불구하고 현저하게 향상된 인장 강도를 갖는 것으로 밝혀졌다.

발포체는 폴리프로필렌의 알파 전이 온도보다 높고 용융 온도보다는 낮은 온도에서 서로 수직인 방향으로 신장함으로써 2축 배향될 수 있다. 일반적으로, 상기 필름을 먼저 한 방향으로 신장시킨 다음 상기 첫번째 방향에 수직인 두번째 방향으로 신장시킨다. 그러나, 신장은 바람직하다면 동시에 양 방향으로 수행될 수도 있다. 2축 배향이 바람직한 경우에는, 발포체를 2 개의 주 축을 따라 순차적으로 배향하는 것보다 발포체를 동시에 배향하는 하는 것이 바람직하다. 동시 2축 배향은 순차적인 2축 배향에 비하여 인장 강도 및 내인열성과 같은 향상된 물리적 성질을 제공하며, 비-발포체 층이 더 낮은 용융의 중합체인 발포체/비-발포체 다층 구조의 제조를 가능케 하는 것으로 밝혀졌다. 상기 동시의 2축 배향은 편평한 또는 관 모양의 필름 라인 상에서 수행될 수 있다.

동시 2축 배향된 발포체를 포함하는 다층 물품 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 그러나, 발포체 층은 제조되고 배향되고, 이어서 별도로 제조된 배향되거나 배향되지 않은 열가소성 필름 층에 적층될 수 있다. 발포체/열가소성 필름(이는 일체화된 안전 요소를 가질 수 있다)을 포함하는 다층 물품이 요구되는 경우, 상기 층을 공압출하고 상기 복합 물품을 동시에 2축 배향하는 것이 바람직하다.

전형적인 순차적 배향 공정에서, 상기 필름은 일련의 회전 롤러에 걸쳐 압출 방향으로 먼저 신장되고, 이어서 텐터 장치를 이용하여 횡단 방향으로 신장된다. 그렇지 않으면, 발포체는 텐터 장치 내에서 기계 및 횡단 방향 모두로 신장될 수 있다. 발포체는 한 방향 또는 양 방향으로 3 내지 70 배의 총 당김 비(MD x CD)로 신장될 수 있다. 일반적으로 작은 셀 크기의 발포체를 이용하여 더 큰 배향이 수득될 수 있다; 100 마이크로미터보다 큰 셀 크기를 갖는 발포체는 20 배를 초과해서는 쉽게 배향되지 않는 한편, 50 마이크로미터 이하의 셀 크기를 갖는 발포체는 총 당김 비 70 배까지 신장될 수 있었다. 또한, 작은 평균 셀 크기를 갖는 발포체는 보다 큰 인장 강도, 파열까지의 신장율, 향상된 접착 성질 및 신장 후 불투명도를 나타낸다.

첫번째 배향(또는 신장) 단계 도중 중합체 발포체의 온도는 발포체 성질에 영향을 준다. 일반적으로, 첫번째 배향 단계는 기계 방향에서이다. 배향 온도는, 가열된 롤의 온도에 의해, 또는 예를 들면 당 분야에 공지된 것과 같은 적외선 램프에 의해 방사선 에너지를 가함으로써 조절될 수 있다. 온도 조절 방법의 조합이 사용될 수도 있다. 배향 온도가 너무 낮으면 발포체의 인열 및 셀 파열의 결과를 가져올 수 있다. 배향 온도가 너무 높으면 셀 파괴 및 롤러에 대한 부착을 일으킬 수 있다. 배향은 일반적으로 순정 폴리프로필렌의 유리 전이 온도와 용융 온도 사이의 온도에서, 또는 약 110 내지 170℃, 바람직하게는 110 내지 140℃에서 수행된다. 첫번째 배향에 수직인 방향의 두번째 배향이 바람직할 수 있다. 상기 두번째 배향의 온도는 일반적으로 첫번째 배향의 온도와 유사하거나 더 높다.

발포체가 신장된 후 이는 더 가공될 수 있다. 예를 들면, 발포체는, 신장의 양 방향에서 수축에 대하여 발포체를 제지하면서 폴리프로필렌을 더 결정화시키기 충분한 온도를 상기 발포체에 적용함으로써 어닐링 또는 열-경화될 수 있다.

바람직하다면, 당 분야에 공지된 기술에 의해 열 및/또는 압력 하에 상기 물품을 엠보싱함으로써 투명 또는 반투명 영역이 발포체 물품 또는 다층 물품에 부여될 수 있다. 엠보싱 단계는 별도의 단계로서 발포체의 압출 직후에 일어나거나, 이어지는 인쇄 또는 피복 공정 도중 일어날 수 있지만, 상기 엠보싱 단계는 바람직하게는 배향된 물품 상에 수행된다. 엠보싱은 발포체 층의 셀을 붕괴시켜 사진복사에 대항하는 투명 또는 반투명 영역을 초래한다.

발포체의 최종 두께는 압출 두께, 배향도 및 임의의 추가 공정에 의해 부분적으로 결정된다. 상기 방법은 종래 기술 방법에 의해 일반적으로 수득될 수 있는 것보다 더 얇은 발포체를 제공한다. 대부분의 발포체는 셀 크기에 의해 두께가 제한된다. 배향과 조합된 작은 셀 크기(< 50 마이크로미터)는 보다 큰 셀의 발포체에 비하여 1 내지 100 mils(~25 내지 2500 마이크로미터)의 발포체 두께 및 보다 큰 불투명도를 허용한다. 보증 문서 응용을 위해, 배향된 발포체 층(들)의 두께는 약 1 내지 10 mils (~25 내지 259 마이크로미터), 바람직하게는 2 내지 6 mils (~50 내지 150 마이크로미터)인 것이 바람직하다.

본 발명은 적어도 하나의 높은 용융 강도 폴리프로필렌 발포체 층을 포함하는 다층 물품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 발포체는, 상기 발포체보다 실질적으로 높거나 낮은 가공 온도를 갖는 재료와 함께, 여전히 바람직한 구조 및 셀 크기를 수득하면서 공압출될 수 있다. 상기 발포체를 압출 시 인접하는 고온 중합체에 노출시키는 것은, 특히 더 뜨거운 재료와 직접 접촉하는 것들은, 발포체 셀들로 하여금 그들의 바람직한 크기 이상으로 성장 및 유착을 계속하거나 상기 발포체 재료의 용융 또는 붕괴를 일으킬 수 있을 것으로 예상되었다. 상기 발포체는 비-발포체 열가소성 중합체 층과 함께 공압출되거나 잉크-수용적 층과 함께 공압출될 수 있다. 유리하게는, 상기 열가소성 필름 층은 전술한 것들과 같은 안전 요소일 수 있다.

그렇지 않으면, 상기 발포체 층은 별도로 제조된 열가소성 중합체 필름 층 또는 잉크-수용적 층에 접착, 적층 또는 달리 부착될 수 있다. 발포체 층은 또한 열가소성 중합체 필름 층 또는 잉크-부착 층과 함께 용융 피복될 수도 있다. 열가소성 필름 층일 수 있는 안전 요소가 별도로 제조된 열가소성 중합체 필름 층 또는 발포체 층에 접착, 적층 또는 달리 부착될 수도 있다. 또다른 구현예에서, 상기 안전 요소는 발포체와 열가소성 필름 층 사이에 접착, 적층 또는 달리 부착된 별도의 층을 포함할 수 있다.

본 발명의 공압출 공정은 2 이상의 층을 포함하는 발포체 재료를 제조하는 데 사용될 수 있다. 층을 가진 재료 또는 물품은 다이에 적절한 공급 블럭, 예를 들면 다층 공급블럭을 장치함으로써, 또는 클뢰렌(Cloeren, Orange, Texas)으로부터 시판되는 3-층 날개 다이와 같은 복수-날개(multi-vaned) 또는 다중(multi-manifold) 다이를 이용하여 제조될 수 있다. 복수의 인접한 발포체 층을 갖는 재료 또는 물품은 동일 또는 상이한 재료를 포함하는 발포체 층을 가지고 제조될 수 있다. 본 발명의 발포체 물품은 하나 이상의 내부 및/또는 외부 발포체 층(들)을 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 높은 용융 강도 폴리프로필렌 발포가능한 재료를 포함하는 각각의 압출가능한 재료는 용융 혼합물이 다-층 공급블럭 또는 다중 다이 상의 상이한 송입구로 공급되고 다이를 빠져나오기 전에 한데 합쳐지는 전술한 압출 방법의 하나를 이용하여 가공될 수 있다. 열가소성 필름 및 결합 층과 같은 여타 종류의 재료를 갖는 본 발명의 발포체를 압출하기 위해 다-층 공정이 사용될 수도 있다. 복수의 층을 가진 물품이 제조될 경우, 유사한 점도를 갖는 재료를 사용하여 인접한 층을 형성하고 이것이 층간 접착을 제공하는 것이 바람직하다. 다층 물품이 발포체 층과 필름 층(하나의 또는 양쪽 표면 상에)을 포함할 경우, 단일 층 발포체를 포함하는 경우보다 큰 배향도 및 향상된 인장 성질이 가능할 수 있다.

유리하게는 상기 안전 요소는 미국 특허 제 6,447,875 호(Norquist 등) 및 5,429,856 호(Krueger 등)에 기재된 것들과 같은 "내포-공압출(inclusion-coextrusion)" 공정에 의해 발포체 층(들) 또는 열가소성 필름 층 내에 도입될 수 있다. 상기 공정에 의해, 적어도 하나의, 바람직하게는 복수의 안전 요소 "코어"가 발포체 또는 열가소성 필름의 어느 하나의 매트릭스에 삽입된다. 코어는 압출(세로) 방향으로 연속적이고, 측방에는 공간을 가지며, 가로 방향에서는 불연속적이다. 코어(들)의 열가소성 중합체는 발포체 층(들) 또는 열가소성 필름 층(들)의 것과 동일 또는 상이할 수 있다. 코어의 수, 단면 크기 및 형태는 필요에 따라 변할 수 있다.

코어 안전 요소는 용융물 가공가능한 열가소성 중합체 및 그 안에 용해 또는 분산된 시각적 안전 요소를 포함한다. 코어의 열가소성 중합체에 용해 또는 분산될 수 있는 코어 안전 요소로 유용한 물질은 염료, 안료 및 색상 이동, 편광, 형광, 인광, 진주광택의, 반사성, 금속성 및 자성의 입자를 포함한다. 그렇지 않으면, 상기 코어는 고유하게 착색거나, 형광, 인광, 색상-이동 또는 편광인 열가소성 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 코어는 UV 광 하에 형광을 발하는 폴리에틸렌 나프탈레이트를 포함할 수 있다.

코어 요소는 발포체 층, 열가소성 필름 층에 완전히 삽입되거나, 다층 구조의 인접한 필름 및/또는 발포체 층 사이의 계면에 삽입될 수 있다. 예를 들면, 안전 기질은 두 층 사이의 계면에 코어 요소(들)가 삽입되어 있는 발포체/발포체 구조를 포함할 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 보증 물품은 코어 요소(들)가 인접하는 필름 층들 사이, 또는 발포체와 필름 층 사이의 계면에 삽입되어 있는 발포체/필름/필름 구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 보증 물품은 열가소성 필름이 열가소성 필름 매트릭스 내에 삽입된 복수의 안전 요소 코어를 포함하는 발포체/열가소성 필름/발포체 구조를 포함할 수 있다. 본 구현예에서, 안전 요소는 발포체 층(들)의 실질적으로 투명한 영역에서 또는 발포체 층의 촉감적 침하에 의해 불투명한 발포체 층을 통해 드러날 수 있다. 어떤 구현예에서, 그러한 투명 영역은 형광 또는 인광 코어 요소와 함께일 필요가 없다.

다층 발포체 물품은 또한 비발포체 층을 발포체 층에 적층하거나, 압출된 발포체를 그들의 각각의 성형 오리피스를 빠져나올 때 접착제와 같은 어떤 부착 수단을 사용하여 층 형성함으로써 제조될 수 있다. 유용한 적층된 구조는 열가소성 필름 층 또는 부직 층과 같은 스크림 층을 갖는 높은 용융 강도 폴리프로필렌 발포체 층을 포함한다. 사용가능한 기타 기술은 미국 특허 제 5,429,856 호에 기재된 압출 피복 및 내포(inclusion) 공압출을 포함한다. 다층 물품은 전술한 바와 같이 배향될 수 있다.

선택적인 잉크-수용적 표면은 발포체 또는 비-발포체(필름) 표면의 코로나, 플라스마 또는 화염-처리와 같은 표면 처리를 포함하거나, 발포체 표면 상에 하도 피복과 같은 잉크-수용적 피복을 포함하거나, 잉크-수용적인 적층되거나 공압출된 중합체 필름을 포함할 수 있다.

질소 코로나 처리는 당업자에게 공지된 바와 같은 임의의 시판 코로나 처리기 상에서 수행될 수 있다. 코로나 면적을, 200 ppm 미만, 바람직하게는 50 ppm 미만의 산소 농도까지, 질소로 정화한다. 코로나 에너지는 0.1 내지 5.0 J/cm² 사이여야 한다. 질소 코로나 처리 도중 폴리프로필렌 발포체 기질의 온도는 필름의 유리 전이 온도보다 높지만 필름의 용융 온도보다 낮아야 하며 바람직하게는 실온이다.

상기 공정의 경우 코로나에서 바람직한 산소 농도는 200 ppm 미만, 가장 바람직하게는 20 ppm 미만이다. 이와 같이 낮은 산소 농도의 부가적 유익은 생성되는 NO_x 및 O₃의 낮은 수준으로 인하여 배출물의 환경적 제어가 필요하지 않다는 것이다.

화염 처리는 당업자에게 공지된 임의의 시판 기체 화염 장치 상에서 수행될 수 있다. 고속 또는 리본 버너가 사용될 수 있다. 연소 혼합물의 공기:연료 비는 화학량론적 비(공기:천연 가스 혼합물의 경우 전형적으로 9.6) 미만이어야 하며, 바람직하게는 부피 비로 8.8 내지 9.4 사이이다. 상기 공기:연료 혼합물이 소위 "환원적" 또는 "풍부한" 화염을 생성한다. 약 1000 BTU/ft³의 에너지 값을 갖는 천연 가스가 바람직한 연료이지만, 아세틸렌, 에탄, 프로판, 부탄 또는 액화 석유 가스(LPG) 등의 여타 기체상 탄화수소가, 공기:연료 비가 화학량론적 양 미만으로 조절되는 한, 사용될 수도 있다. 공기가 바람직한 산화제이지만, 산소 또는 산소-풍부한 공기가 사용될 수도 있으며, 단, 공기:연료 비는 역시 화학량론적 양 미만으로 조절된다.

연료의 바람직한 유량은 폴리프로필렌 발포체 안감의 주어진 폭, 두께 및 가공 속도에 대하여 적정 열 배출량을 제공하도록 조절될 수 있다. 연소된 기체의 부피는 화염처리되는 폴리프로필렌 발포체 1 평방 미터 당 천연 가스 0.4 내지 6.0 리터, 바람직하게는 폴리프로필렌 발포체 1 m² 당 천연 가스 0.6 내지 1.5 리터 사이여야 한다. 화염에의 노출 시간은 폴리프로필렌 발포체에 대한 열적 손상을 방지하도록 0.001 내지 0.05 초 사이여야 한다.

일부 응용에 적합할 수 있는 화염 처리 장치가 플린 버너 사(Flynn Burner Corporation, New Rochelle New York, USA), 에어러건 사(Aerogon Company Ltd., Alton, United Kingdom); 및 셔먼 트리터즈 사(Sherman Treaters Ltd., Thame, United Kingdom)로부터 시판된다. 일부 응용에 적합할 수 있는 코로나 처리 장치가 에너컨 인더스트리즈 사(Enercon Industries Corporation, Menomonee Falls, Wisconsin, USA); 필라 테크놀로지스(Pillar Technologies, Hartland, Wisconsin, USA); 및 코로텍 사(Corotec Corporation, Farmington, Connecticut, USA)로부터 시판된다.

배향된 발포체 기질 상에 잉크-수용적 피복을 사용할 경우, 상기 잉크 수용적 층은 약 0.5 내지 약 250 g/m² 사이의 중량을 갖는다. 바람직한 구현예에서, 상 수용적 층은 약 1 내지 약 100 g/m² 사이의 중량을 갖는다. 특히 바람직한 구현예에서, 상기 상 수용적 층은 약 2 내지 약 50 g/m² 사이의 중량을 갖는다. 피복 중량은 충진재, 무기 재료, 첨가제 등에 의존하여 변할 수 있음이 잘 인식되어야 한다.

일부 응용에 적합할 수 있는 잉크 수용적 피복을 위한 적용 기술의 예로서 피복, 인쇄, 침지, 분무 및 솔질을 들 수 있다. 일부 응용에 적합할 수 있는 피복 공정의 예로서 직접 및 반전의 롤 피복, 나이프 피복, 분무 피복, 플러드(flood) 피복 및 압출 피복을 들 수 있다. 일부 응용에 적합할 수 있는 인쇄 공정의 예로서 스크린 인쇄, 철판 인쇄 및 그라비어 인쇄를 들 수 있다.

잉크-수용적 층의 피복 용액은 증점제를 포함할 수 있다. 특히, 증점제는 낮은 전단 속도에서 높은 점도 및 높은 전단 속도에서 낮은 점도의 조합을 제공하도록 선택될 수 있다. 일부 응용에 적합할 수 있는 증점제의 예로서 전분, 아라비아 검, 구아르 검 및 카르복시메틸셀룰로오스를 들 수 있다. 또한, 상기 피복 용액은 전술된 및 당 분야에 공지된 것과 같은 불투명화제를 더 포함할 수 있다.

피복 용액은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 용매를 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 피복 용액의 용매 및 입자는 상기 입자가 상기 용매 중에 실질적으로 불용성이도록 선택된다. 바람직한 용매는 물 및/또는 글리콜 에테르(예, 디에틸렌 글리콜)를 포함한다.

일부 응용에서는, 기질의 습윤을 돕기 위해 피복 용액 중에 계면활성제를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 일부 응용에 적합할 수 있는 계면활성제의 예로서 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 및 양쪽이온성 계면활성제를 들 수 있다. 계면활성제의 상품명의 예로서 조닐(ZONYL) 및 플루오라드(FLUORAD)를 들 수 있다. 조닐 FSN은 이. 아이. 듀퐁 드 네모아 사(E.I. Du Pont de Nemours Corporation, Wilmington, Delaware, USA)로부터 시판되는 플루오르화된 계면활성제의 상품명이다. 플루오라드 FC-754 웰 스티뮬레이션 애디티브(WELL STIMULATION ADDITIVE)는 미네소타 마이닝 앤 매뉴팩처링(3M Company, St. Paul, Minnesota, USA)으로부터 입수가능한 플루오르화된 계면활성제의 상품명이다.

스크린 인쇄 기술에 의한 잉크 수용적 피복의 응용에 유용한 계면활성제는 양이온성, 음이온성 및 비이온성일 수 있다. 스크린 인쇄에 의해 적용하기 바람직한 계면활성제는 양이온성 계면활성제이다. 스크린 인쇄에 의해 적용하기 유용한 용액은 약 0% 내지 약 50% 사이의 글리콜 에테르를 포함할 수 있다. 스크린 인쇄에 의해 적용하기 바람직한 용액은 약 5% 내지 약 40% 사이의 글리콜 에테르를 포함할 수 있다. 스크린 인쇄에 의해 적용하기 특히 바람직한 용액은 약 10% 내지 약 35% 사이의 글리콜 에테르를 포함할 수 있다.

시험 방법

엠보싱

본 발명의 발포체 기질을 자성 롤 및 강철 모루 롤에 의해 닙-형태로 엠보싱 처리하였다. 새겨진 강철 플레이트를 자성 롤 주위에 감쌌다. 자성 롤 및 강철 모루 롤을 고정점까지 유도 가열하였다. 플레이트는 25 내지 140 마이크로미터 높이의 도드라진 상의 형태를 가졌고 화학적 에칭 공정(Xynatech, Rio Rancho, New Mexico)에 의해 제조되었다. 기질을 실내 공기를 통하여 닙에 적용되는 압력으로 1.5 m/분의 속도로 간격-없는(non-gapped) 폐쇄된 닙에 통과시켰다. 열과 압력의 조합이 기질을 압축하여, 거기에서 강철 플레이트의 영상이 도드라지고, 더 얇은, 새겨진 도드라진 상과 정확히 유사한 더욱 투명한 영역을 만들었다.

상 투명도

투과광 기재를 갖는 폴라로이드 MP-3 복사 스탠드 및 탬런(Tamron) 35-80 매크로 줌 렌즈가 고정된 레이카(Leica) DC-300 디지털 카메라를 이용하여 기질 중 엠보싱된 상의 투명도를 측정하였다. 카메라의 출력을 개인용 컴퓨터 상에 수거하고, ADCIS 아펠리온(Aphelion) 상 분석 소프트웨어 패키지를 이용하여 분석하였다. 엠보싱된 기질의 각 시료에 대하여, 카메라의 시야 내에 깨끗하고 긁힘이 없는 유리의 10 cm x 15 cm 조각 위에 5%, 10% 및 20% 투과율을 갖는 3 개의 중성 밀도 필터를 놓고, 보정 상을 포획하였다. 상기 필터 및 유리를 제거하고, 상기 유리 조각으로 덮어 편평하게 유지된 스탠드 상에 시료를 놓고, 상기 엠보싱된 상을 통해 투과된 빛(엠보싱된 상의 빛/보정된 빛의 비로 제공되는)을 "엠보싱된"으로 측정하였다. 필름의 엠보싱 처리되지 않은 영역을 통해 투과된 빛을 "배경"으로 측정하였다. 상 투명도는 엠보싱된 값에서 배경 값을 감한 것으로 정의된다.

발포체 밀도 (ASTM D792-86)

발포체 시료를 12.5 mm x 12.5 mm 견본으로 절단하고 고정밀 저울 (모델 AG245, Mettler-Toledo, Greifensee, Switzerland 제조) 상에서 칭량하였다. 각 시료의 부피는 실온(23±1℃)에서 대체된 물의 질량을 측정함으로써 수득되었다. 각 시료의 부력은 저울의 특수 부속품을 이용하여 그램으로 측정하였다. 발포체의 밀도는 그 질량을 그 부력으로 나눔으로써 얻었고, 23℃에서 물의 밀도는 1 g/cm³으로 가정하였다. 본 측정의 정확도는 ±0.02 g/cm³이다.

발포체 셀 크기

5 kV 및 10 kV에서 작동되는 주사 전자 현미경(모델 JSM-35C JEOL USA, INc., Peabody, MA)을 이용하여 모든 발포체 시료에 대하여 주사 전자 현미경법(SEM)을 수행하였다. 시료는 액체 질소에서 2 내지 5 분 동안 동결시키고 이어서이를 파쇄하여 제조하였다. 얇은 팔라듐-금 피복을 상기 시료 상에 증발시켜 전도성 표면을 조성하였다. 최소 10개 셀의 셀 직경을 측정하고 기록하였다.

바지(trouser) 인열

약 23℃에서 인열 진행 내성을 측정하기 위해 신테크 시험 장치(Sintech Testing Device, MTS, Research Triangle Park, NC) 상에서 바지 인열 시험이 수행되었다. 시료를 57 mm x 102 mm 견본으로 절단한 다음, 그들의 두께를 측정하였다. 25 mm 떨어져 있고 32 mm의 길이를 갖는 두 개의 슬릿을 하나의 연부로부터 긴 쪽에 평행한 방향으로 절단하였다. 이렇게 하여 형성된 탭을 접어 상부 집게에 고정시키고 바닥의 2 개 탭을 하부 집게에 고정시켰다. 시료를 254 mm/분의 속도로 잡아당겨 형성된 탭을 따라 인열되게 하였다. 탭 연부를 따라서 인열을 진행시키는 평균 힘을 측정하였다. 중간 80%의 크로스헤드 이동에 대하여 평균 인열력을 계산하고, 시료 당 두 개의 슬릿이 있으므로 평균 부하를 2로 나눈다. 각 시료에 대하여 최소 5 회 반복하여 시험하였다.

그레이브즈(graves) 인열

약 23℃에서 인열 진행 및 초기 내성의 조합을 측정하기 위해 신테크 시험 장치 상에서 그레이브즈 인열 시험을 수행하였다. 시료를 그레이브즈 인열 치수의 다이를 이용하여 천공하고, 그 두께를 측정하여 기록하였다. 시료는 길이 약 100 mm, 폭 20 mm, 및 인열이 시작되는 중간에서 90°노치를 가졌다. 시료를 신테크 내에 클램프로 고정시키고 254 mm/분의 속도로 잡아당기면 응력-변형 곡선이 만들어졌다. 상기 곡선 아래의 면적으로 정의되는 파열까지의 에너지(ETB)를 측정하였다. 각 시료에 대하여 이를 적어도 6 회 반복하였다.

굽힘 경도

굽힘 경도 시험은 실온에서 핸들-오-미터 시험 장치(Thwing-Alpert Instrument Company, Philadelphia, PA) 상에서 수행되었다. 시료를 100 mm 사방으로 절단하고 그 두께를 측정 및 기록하였다. 시료를 기계적 암에 의해 10 mm 슬릿으로 강제로 통과시켰다. 이를 수행하는 데 필요한 최대 힘을 각 시료에 대하여 MD 및 TD 양쪽에서 측정하였다. 각 시료에 대하여 최소 6 회 반복하여 시험하였다.

인쇄가능성/잉크 부착

발포체 시료를 80℃로 조정된 가열 패드 상에 놓고 몇 분 동안 평형이 되도록 두었다. 미국 인쇄 출판국(BEP, Washington, DC)로부터 입수된 표준 검정 화폐 잉크를 #6 마이어(Meyer) 막대를 이용하여 80℃에서 필름 표면 상에 펴발랐다. 잉크 처리된 필름을, BEP에 의해 권장된 실온에서 2주에 거의 상응하는 바, 75℃에서 3 시간 동안 노화시켰다. 건조 후, 차폐 테이프(3M Company, St. Paul, MN)의 13 mm 조각을 2 kg 롤러의 3 번 통과를 이용하여 굴려 붙였다. 시험 테이프를 즉시 90°각 및 2.8 m/분의 속도에서 슬립/필 시험기(Slip/Peel Tester, Instrumenters, Inc., Strongsville, OH)를 이용하여 잉크처리된 발포체의 표면으로부터 벗기었다. 다음, 발포체를 시험 테이프에 의해 제거된 잉크의 양을 기준으로 1 내지 5의 척도로, 잉크가 제거되지 않은 것은 1로, 실질적으로 모든 잉크가 제거된 것은 5로 정성적으로 등급화하였다. 명시된 경우에, 건조 및 경화된 잉크 피복을 홀더 내에 1.25 cm 떨어져 놓여진 두 개의 평행한 면도날을 이용하여 일련의 평행 선으로 새겼다. 약 90 도의 각에서 첫번째 일련의 선들과 교차하도록 두번째 일련의 평행선을 새겼다. 새겨진 시료에 대한 잉크 시험은 새겨지지 않은 잉크 시험에 비하여 어느 정도는 더 엄격한 시험으로 간주된다.

구김 평가

발포체 기질 재료의 구김 내성 및 회복성을 평가하기 위해, 다음의 기술을 사용하였다. 재료의 두께를 측정하는 디지매틱 인디케이터(Digimatic Indicator) 모델 1DF-112E(Mitutoyo, Japan)에 수정을 가하였다. 7 mm의 두께를 갖는 25.4 mm 직경의 폴리카보네이트 원판을 제조하여 디지매틱의 4.83 mm 직경 편자 위에 꼭 맞추어 하중력을 보다 넓은 면적에 걸쳐 퍼지게 하였다. 따라서, 같은 스프링 힘의 경우, 발포체 두께를 측정하기 위해 아래로 누르는 응력은 원래 힘의 3.6%였다. 각각 67 x 67 mm 정사각형에 대하여, 원래의 발포체 또는 종이 두께 및 구김에 따르는 시료 두께의 5회 측정을 기록하였다. 이는 중앙 및 각 모퉁이로부터 약 15 mm 아래 안쪽의 위치에서 수행되었다. 시료의 구김은 IGT 구김 시험기(Research North America, Cherry Hill, NJ)를 이용하여 수행되었다. 시료를 아래방향으로 및 횡단방향으로 번갈아 말음으로써 8 회의 구김을 수행하였다. 구겨진 시료의 회복율은 구겨진 시료를 편평한 스테인레스 스틸 벽돌 아래에 놓아, 기계제작용 화강암 테이블 상에서 24 시간 동안 시료에 0.7, 1.4 및 2.1 kPa의 압력을 준 다음, 상기 시료를 다시 5 개 위치에서 측정하고 평균함으로써 결정되었다.

총 불투명도

색상 구(Color Sphere), 모델 8860(BYK-Gardner USA, Silver Spring, MD)을 갖는 TCS II 분광광도계를 이용하여 TAPPI 시험 방법 T-425에 따라 발포체 시료의 불투명도를 측정하였다.

세탁가능성

상기 필름을 미국 인쇄 출판국 (U.S. Bureau of Engraving and Printing) 시험 방법 STM 300.002.94a에 준하여 세탁하였다. 세탁 및 헹굼 물의 온도는 62℃였다.

비교예 1

옵셋 인쇄용으로 디자인된 피복을 갖는 시판 폴리올레핀-기재 마이크로-공극 합성 종이(Polyart 75#, Arjobex America, Charlotte, NC)를 상기 시험의 일부에 따라 시험하였다. 상기 재료의 총 불투명도는 98%였고, 두께는 130 미크론이었다. 마이크로-공극 입자 뿐만 아니라 마이크로-공극의 존재가 높은 불투명도의 결과를 가져왔고, 이를 종이 대체물로서 유용하게 한다. 상기 합성 종이에 구김 평가 및 인열 시험을 진행시키고, 그의 각종 기계적 성질을 측정하였다 (표 1). 잉크 부착을 측정하면, 새겨지지 않은 경우 2의 값이, 새겨진 경우 3의 값이 측정되었고, 양호한 잉크 부착에 해당하였다(표 2 참고).

비교예 2

비교예 1의 합성 종이를 전술한 방법을 이용하여 엠보싱 처리하였다. 상기 재료를 91℃ 및 39 kg/직선 cm의 압력에서 1.5 m/분으로 엠보싱 처리하였다. 엠보싱된 상은 반사광에서는 약간 보였고 투과된 빛에서는 훨씬 감지하기가 어려웠다. 상 투명도는 0.1로 측정되었다. 상이 투과된 빛에서 매우 보기 어려웠으므로, 이 값은 매우 조악한 투명성에 해당한다. 엠보싱된 재료의 시료에 구김 평가 시험을 수행하였다. 엠보싱된 상은 구겨진 시료에서는 극도로 찾기 어려웠는데, 즉, 엠보싱된 구겨진 시료는 비교예 1의 엠보싱되지 않은 구겨진 시료와 매우 유사하게 보여서, 엠보싱된 합성 종이는 실시가능한 안전 요소가 아님을 나타내었다. 구김 후의 상 투명도는 0으로 측정되었다; 즉, 구겨진 엠보싱된 상은 구겨진 시료의 나머지 부분으로부터 확인가능하지 않았다. 상기 엠보싱된 재료의 또다른 시료에 전술한 세탁 시험을 수행하여, 유사한 결과를 얻었는데, 즉, 엠보싱된 세탁된 시료를 엠보싱되지 않은 세탁된 시료로부터 구별하기는 매우 어려웠다. 세탁가능성 및 구김가능성 시험은 위조자가 임의의 가짜 은행권을 구겨서 그것이 "낡은" 지폐로서 통과될 수 있을지를 결정한다. 구겨진 엠보싱은 반사 또는 투과된 빛에서 분명하지 않았다.

실시예 1

색스톤(Saxton) 단일 단계 나사가 구비된 6.4 cm 단일 나사 압출기(SSE)(Davis-Standard Corp., Cedar Grove, NJ)에서 43%의 높은 용융 강도 폴리프로필렌(Profax PF814^TM, Montell North America, Inc., Wilmington, DE), 40%의 통상적인 폴리프로필렌, (PP 3376 Fina Inc., Dallas, TX), 15%의 엘라스토머 폴리에틸렌, (Affinity^TM 8200 Dow Chemical, Midland, MI) 및 1.5 중량%의 FM1307 화학적 발포제(폴리에틸렌에 부하된 50% 아조디카본아미드)(Ampacet Co., Tarrytown, NY), 및 0.5% "매혹의 숲(Enchanted Forest)" 농축물 (4:1 녹색 안료/PP 비, PolyOne Corp.)의 혼합물을 40 rpm 및 144℃ - 226℃ - 147℃의 온도 프로파일로 압출하였다. 출구 용융물 온도는 134℃로, 124 kg/cm² (1760 psi)의 출구 압력을 형성하였다. 상기 압출된 혼합물의 약 반을 "T" 접합을 사용하여 두 개의 흐름으로 분할하여 182℃에서 20.3 cm 공급블럭/다이 조립품에서 2 개의 외피 층을 생성하였다. 44 mm 데이비스 표준 단일 나사 압출기를 이용하여 발포되지 않은 코어 층을 다이 내에 공급하였다(23RPM). 코어 층은 PP 3376 및 규회석 520S^TM(Fibertec Inc., Bridgewater, MA)의 75/25 배합비로 구성되었다. 규회석은 발포체의 굽힘 경도를 증가시키기 위해 사용된 높은 종횡비의 점토 충진재이다. 수득되는 발포체 시트를 정적 피닝(static pinning)이 장치된 48℃의 크롬 성형 롤 상에서 식힌 다음, 1.82 m/분의 선속도로 수거하였다. 발포체/비-발포체/발포체(F/NF/F) 구조가 40/20/40 두께 비로 제조되었다.

상기 발포체를 길이 배향기(LO) 및 텐터를 이용하여 2.8 (MD) x 5.8 (CD)의 당김 비로 140 미크론 두께까지 2축 배향하였다. LO 롤의 온도는 133℃였고, 텐터 영역은 모두 166℃였다. 발포된 외피는 매우 유용한 종이-같은 촉감을 제공한 한편, 발포되지 않은 코어는 인장 탄성율/굽힘 경도가 증가되어 상기 재료는 기계적 성질에서도 더욱 종이와 유사하다.

발포체 시트를 1 J/cm²에서 질소의 존재 하에 코로나 처리하여 잉크 부착을 향상시켰다. 잉크 부착을 측정하면, 새겨지지 않은 경우 2의 값으로, 새겨진 경우 4의 값으로 평가되어, 매우 양호한 잉크 부착을 나타내었다(표 2 참고).

발포체 중 착색제는 새 미화 1 달러 지폐의 인쇄되지 않은 부분과 매우 유사한 색상을 제공한다.

배향된 발포체는 불투명하였고 호주 5 달러 지폐로 예시되는 세큐런시(Securency^TM) 은행권(Securency Pty Ltd., Craigieburn, VIC, Australia)의 플라스틱-같은 촉감 성질에 비하여, 발포된 외피로 인하여 종이-같은 느낌을 가졌다. 또한, 바지 및 그레이브즈 인열 시험에서 측정된 굽힘 경도 및 인열 성질은 새 미화 1 달러 지폐의 것과 유사하여, 인쇄된 세큐런시^TM에 비해 명백한 개선을 제공한다. 인쇄는 기질에 두께를 부가할 것이므로, 상기 발포체의 굽힘 경도 및 인열 성질은 인쇄에 의해 향상될 수 있다.

실시예 2

실시예 1의 다층 발포체를 시험 방법 부분에 기재된 방법을 이용하여 엠보싱 처리하였다. 상기 재료를 91℃ 및 39 kg/직선 cm의 닙 압력에서 1.5 m/분으로 엠보싱 처리하였다. 엠보싱은 발포된 재료의 총 불투명도, 굽힘 경도, 또는 인열 성질에 영향을 주지 않았다. 상이 도드라졌고, 140-미크론 형태로부터 투명한 표식 및 더 짧은 형태로부터 질감을 가진 면적을 가졌다. 질감을 가진 엠보싱된 영역은 반사된 빛에서는 약간 식별가능하였고, 투과된 빛에서는 매우 식별가능하여, 워터마크-형(watermark-type) 안전 특성을 제공하였다. 상 투명도는 0.26으로 측정되었다. 이는 상이 반사 및 투과된 빛에서 분명하였으므로, 양호한 상 투명도에 해당한다.

발포된 재료에 구김 평가 시험을 수행 후, 상기 시료는 어떤 부분에서는 173 마이크로미터 두께였고, 2.1 kPa 힘으로 평활화한 후에는, 구겨지지 않은 시료의 경우 130 마이크로미터 두께에 비하여, 150 마이크로미터 두께를 유지하였다. 엠보싱된 안전 요소는 비교예 2에서 제조된 엠보싱과는 달리, 그대로 유지되었다. 엠보싱되고 이어서 구겨진 시료의 상 투명도는 0.24로 측정되었다. 엠보싱된 상은 비교예 2의 합성 종이보다 구김 후에 더 잘 잔존하였다.

실시예 3

색스톤 단일 단계 나사가 구비된 6.4 cm 단일 나사 압출기에서 43.5%의 높은 용융 강도 폴리프로필렌(Profax^TM PF814, Montell North America, Inc., Wilmington, DE), 40%의 통상적인 폴리프로필렌, (PP 3376 Fina Inc., Dallas, TX), 15%의 엘라스토머 폴리에틸렌, (Affinity^TM 8200 Dow Chemical, Midland, MI) 및 1.5 중량%의 FM1307 화학적 발포제(폴리에틸렌에 부하된 50% 아조디카본아미드)(Ampacet Co.)의 혼합물을 40 rpm 및 138℃ - 224℃ - 148℃의 온도 프로파일로 압출하였다. 출구 용융물 온도는 137℃ 였고, 출구 압력은 16.6 MPa였다. 상기 압출된 혼합물의 약 반을 "T" 접합을 사용하여 두 개의 흐름으로 분할하여 182℃에서 20.3 cm 공급블럭/다이 조립품에서 2 개의 외피 층을 생성하였다. 38 mm 데이비스 표준 단일 나사 압출기를 이용하여 발포되지 않은 코어 층을 다이 내에 공급하였다(23RPM). 코어 층은 PP 3376, 규회석 520S 및 시그널 그린 형광 착색제(Day-Glo, Cleveland, OH)의 74/25/1 배합비로 구성되었다. 수득되는 발포체 시트를 16℃ 및 2.81 m/분의 선속도에서 크롬 성형 롤 상에서 식혔다. 발포체/비-발포체/발포체(F/NF/F) 구조가 40/20/40 두께 비로 제조되었다. 상기 발포체를 LO 및 텐터를 이용하여 3 (MD) x 4.5 (CD)의 당김 비에서 140 마이크로미터 두께로 배향하였다. LO 롤의 온도는 133℃였고, 텐터 영역은 160℃로 조정되었다. 상기 배향된 발포체를 상기 시험 방법 부분에 기재된 바와 같이 엠보싱 처리하였다. 상기 발포체 재료를 91℃ 및 39 kg/직선 cm의 닙 압력에서 1.5 m/분으로 엠보싱 처리하였다. 상이 도드라졌고, 140-미크론 형태로부터 투명한 표식 및 더 짧은 형태로부터 질감을 가진 면적을 가졌다. 질감을 가진 엠보싱된 영역은 반사된 빛에서는 약간 식별가능하였고, 투과된 빛에서는 매우 식별가능하여, 워터마크-형(watermark-type) 안전 특성을 제공하였다.

상 투명도는 0.38로 측정되었고, 상은 반사 및 투과에서 쉽게 눈에 띄었으므로 우수한 상 투명도를 나타내었다. 엠보싱된 시료의 구김 시험 후 상 투명도는 0.36이었으므로, 상기 특징은 구김 시험에도 유지되었다. 엠보싱된 상은 구김에 대하여 비교예 2의 합성 종이보다 현저하게 더 많이 잔존하였다.

배향된 발포체의 인열 및 굽힘 경도 특성을 측정하였고, 그 결과를 표 1에서 새 미화 1 달러 지폐 및 새 호주 5 달러 지폐와 비교하였다. 결과는 엠보싱 전과 후에 유사하였다. 기계적 성질은 새 미화 1 달러 지폐의 것과 매우 유사하였다.

코어 층에 형광 착색제를 은밀한 안전 요소로서 첨가하였다. 이는 주위 조명 하에서는 감지되지 않았지만 UV 광으로 조사하면 밝은 녹색으로 형광을 발하였다. UV 광 검사 하에, 엠보싱된 영역 및 엠보싱되지 않은 영역 사이에 콘트라스트가 높아져서, 엠보싱된 영역은 밝은 녹색 배경에 대하여 보다 어둡게 나타났다.

배향된 발포체를 1 J/cm²에서 질소의 존재 하에 코로나 처리하여 잉크 부착을 향상시켰다. 잉크 부착을 측정하면, 새겨지지 않은 경우 및 새겨진 경우 모두 2의 값으로, 매우 양호한 잉크 부착에 해당하였다(표 2 참고).

실시예 4

두 개의 발포체 층과 다층 광학 필름(MOF)을 이용하여 F/MOF/F 샌드위치로 라미네이트를 제조하였다. 색스톤 단일 단계 나사가 구비된 6.4 cm 단일 나사 압출기에서 78%의 높은 용융 강도 폴리프로필렌(Profax^TM PF814, Montell North America, Inc., Wilmington, DE), 7.5%의 통상적인 폴리프로필렌, (PP 3376 Fina Inc., Dallas, TX), 10%의 엘라스토머 폴리에틸렌, (Affinity^TM 8200 Dow Chemical, Midland, MI), 2.5%의 규회석 520S, 및 2.0 중량%의 FM1307 화학적 발포제(폴리에틸렌에 부하된 50% 아조디카본아미드)(Ampacet Co.)의 혼합물을 40 rpm 및 138℃ - 226℃ - 138℃의 온도 프로파일로 압출하였다. 출구 용융물 온도는 132℃였고, 출구 압력은 84 kg/cm²(1200 psi)였다. 상기 압출된 혼합물의 약 반을 "T" 접합을 사용하여 182℃의 20.3 cm 공급블럭/다이 조립품에서 두 개의 흐름으로 분할하였다. 본 시료의 경우에는 비발포체 코어 층이 없었다. 수득되는 발포체 시트를 38℃ 및 5.05 m/분의 선속도에서 크롬 성형 롤 상에서 식혔다. 상기 발포체를 LO 및 텐터를 이용하여 2.8 (MD) x 6.5 (CD)의 당김 비에서 64 미크론 두께로 배향하였다. LO 롤의 온도는 133℃였고, 텐터 영역은 155℃로 조정되었다.

다층 광학 필름(MOF)은 10 mm 폭의 조각으로 절단된 래리언트 라이트 필름(Radiant Light Film) CM590(3M Co., St. Paul, MN)이었다. MOF와 발포체를, 접착제 층으로서 폴리에틸렌-아크릴산 공중합체(EAA, Bynel 3101, Dupont, Wilmington, DE) 8 미크론 필름을 이용하여 한데 적층하였다. EAA 필름을 상기 발포체의 위에 놓고, MOF 조각을 조각들 사이 150 mm 간격으로 MD로 놓았다. EAA 시트 및 발포체 층을 위에 놓아 F/EAA/MOF/EAA/F 구조를 생성하였다. 이 재료를 129℃, 0.28 MPa, 및 3.1 m/분의 선속도로 적층기에 통과시켰다. 반사된 빛에서, 상기 조각은 등황색으로 나타났지만, 투과된 빛에서(즉, 상기 구조를 광원까지 들어 올리면) 상기 조각은 밝은 청색이어서, 신속하고 독특한 진정성의 검증을 제공하였다.

비교예 3

비교예 1의 합성 종이(SP)를 실시예 4에 사용된 것과 같은 조건에서 MOF 조각 및 EAA 필름에 적층하여 SP/EAA/MOF/EAA/SP 구조를 제조하였다. 합성 종이의 높은 불투명도가 반사 또는 투과된 빛에서 MOF로부터 어떠한 광학적 효과가 식별되는 것을 방해하였다.

실시예 5

실시예 4의 발포체 라미네이트를 시험 방법 부분에 기재된 방법을 이용하여 엠보싱 처리하였다. 상기 라미네이트를 91℃ 및 닙의 39 kg/직선 cm의 압력으로 1.5 m/분에서 엠보싱 처리하였다. 상이 도드라져, 독특한 광학적 안전 요소를 제공하였다. 140-미크론 형태로부터의 표식은 반사광에서 금박 같은 외관으로 다중-색상을 가졌다. 상기 표식은 투과된 빛에서는 (즉, 상기 엠보싱된 상을 광원으로 들어올리면) 녹색, 청색 및 보라색이 보이는 다중-색상이었다. 실시예 4의 엠보싱되지 않은 및 엠보싱된 시료 사이의 투과된 색상의 차이는 MOF 층의 압축으로 인한 것이며, 이것이 필름의 광학 성질을 변화시킨다.

비교예 4

비교예 4의 SP/EAA/MOF/EAA/SP 라미네이트 구조를 상기 시험 방법 부분에 기재된 방법을 이용하여 엠보싱하였다. 상기 라미네이트를 91℃ 및 닙의 39 kg/직선 cm의 압력으로 1.5 m/분에서 엠보싱 처리하였다. 합성 종이의 높은 불투명도가 반사 또는 투과된 빛에서 MOF로부터 엠보싱되거나 엠보싱되지 않은 영역에 어떠한 광학적 효과가 식별되는 것을 방해하였다.

실시예 6

다층 광학 필름을 미국 특허 제 6,096,247 호에 기재된 방법을 이용하여 화염 엠보싱 처리한 것 외에는 실시예 4에서와 같이 라미네이트를 제조하였다. 상기 필름을, 공기:연료 고정점 비 9.6에서 리본 버너(Flynn Burner Corporation, New Rochelle, NY)에 의해 공급되는 개방된 천연-가스 공급된 화염(50 BTU/hr) 위에서 80 m/분으로 통과시켰다. 필름의 배면은 클로로술폰화 엘라스토머(American Roller Company, Union Grove, WI)로 덮인 급냉 롤과 접촉하였다. 다음, 상기 필름을 93℃ 및 6.2 kg/cm²의 압력에서 엠보싱 처리하였다.

다음, 화염 엠보싱된 MOF 및 발포체 층들을 실시예 4에서와 같은 방법 및 조건을 이용하여 적층 및 엠보싱 처리하였다. 140-미크론 형태로부터의 표식은 반사광에서 금박 같이 보이는 다중-색상을 가졌다. 반사광에서, MOF 조각은 등황색으로 나타났지만, 투과된 빛에서는 상기 조각은 밝은 청색이어서, 신속하고 독특한 진정성의 검증을 제공한다. MOF 중 화염 엠보싱된 상은 또한 투과에서도 관찰가능하였으며, 더 높은 수준의 보증을 제공하였다.

실시예 7

미국 특허 제 6,447,875 호에 기재된 방법을 사용하여 발포체 매트릭스 중 삽입된 코어를 통해 안전 요소를 제공하였다. 코어는 5% 청색 착색제(Ampacet Co.)로 안료첨가된 3376 폴리프로필렌으로 구성되었다. 상기 코어를 38% 프로팩스^TM PF814 폴리프로필렌, 20% 어피니티^TM 8200 폴리에틸렌, 38% PP 3376 폴리프로필렌 및 4 중량%의 FM 1307H 화학적 발포제의 용융 혼합물로 공압출하였다. 청색 코어를 4.4 cm 킬리온(Killion) 단일 나사 압출기로 56 rpm 및 232℃에서 압출하였다. 상기 매트릭스-형성 재료를 색스톤 단일 단계 나사가 장치된 6.4 cm 단일 나사 압출기(Davis-Standard Corp.) 중 35 rpm 및 132℃ - 237℃ - 165℃의 온도 프로파일로 혼합 및 용융시켰다. 출구 용융물 압력은 26 MPa였다. 두 개의 압출기를 193℃에서 작동되는 457 mm "코어" 다이에 연결하였다. 상기 코어 다이는 '875 특허에 기재된 것들과 유사하였다. 내부 착색된 발포되지 않은 코어를 갖는 압출된 발포체 시트를 32℃에서 크롬 성형 롤 상에서 1.6 m/분의 선속도로 냉각시켰다. 압출물은 0.5 g/cc의 밀도 및 1.27 mm의 두께를 가졌다. 포함된 코어는 3.0 mm 폭 x 0.28 mm 두께였다.

다음, 공압출된 발포체를 카로(Karo) IV 배치 배향기(Bruckner GmbH)를 이용하여 기계(MD) 및 횡단(CD) 방향 모두에서 5 (MD) x 5 (CD)의 당김 비로 동시에 배향시켰다. 배향기의 온도는 155℃였다. 배향된 발포체는 코어가 없는 영역에서 0.05 mm 두께였고 코어가 존재하는 영역에서는 0.127 mm였다. 포함된 코어는 9.27 mm 폭을 가졌다. 코어의 두께는 측정될 수 없었다. 코어는 발포체의 표면에서 반사 및 투과된 빛에서 매우 잘 보여, 워터마크-형의 안전 요소를 제공하였다.

실시예 8

매트릭스가 어떠한 발포제도 없이 3376 폴리프로필렌만으로 구성된 것 외에는 실시예 7에서와 같이 공압출된 필름을 제조하였다. 4.4 cm 킬리온 단일 나사 압출기를 이용하여 25 rpm 및 232℃에서 청색 코어를 압출하였다. 매트릭스-형성 폴리프로필렌을 색스톤 단일 단계 나사가 구비된 6.4 cm 단일 나사 압출기(Davis-Standard Corp.) 중 35 rpm 및 137℃ - 215℃ - 232℃의 온도 프로파일로 혼합 및 용융시켰다. 출구 용융물 압력은 20 MPa였다. 두 개의 압출기를 193℃에서 작동되는 457 mm "코어" 다이에 연결하였다. 상기 코어 다이는 '875 특허에 기재된 것들과 유사하였다. 내부 착색된 발포되지 않은 코어를 갖는 압출된 발포체 시트를 32℃에서 크롬 성형 롤 상에서 3.5 m/분의 선속도로 냉각시켰다. 압출물은 0.5 g/cc의 밀도 및 0.279 mm의 두께를 가졌다. 포함된 코어는 1.54 mm 폭 을 가졌다. 코어의 두께는 정확하게 측정될 수 없었다.

다음, 공압출된 발포체를 카로(Karo) IV 배치 배향기(Bruckner GmbH)를 이용하여 기계(MD) 및 횡단(CD) 방향 모두에서 5 (MD) x 5 (CD)의 당김 비로 동시에 배향시켰다. 배향기의 온도는 155℃였다. 배향된 필름은 코어가 없는 영역에서 0.0152 mm 두께였다. 포함된 코어는 6.35 mm 폭을 가졌다. 코어는 1개 층의 필름을 통하여 투과된 빛에서 약간 보일 수 있었고 2개 층의 필름을 통해서 볼 때는 쉽게 눈에 띄었다. 다음, 배향된 필름을 실시예 4에서 제조된 단일-층 발포체의 두 층 사이에 스프레이마운트(Spraymount) 접착제(3M Co., St. Paul, MN)를 이용하여 적층하였다. 청색 코어가 상기 발포체 층을 통해, 특히 투과된 빛에서, 보일 수 있었고, 이는 워터마크-형의 안전 요소를 제공하였다.

실시예 9

95% 3376 폴리프로필렌 및 5% 적색 안료 매스터배치(Polyone, Elk Grove Village, IL)의 배합물을 200℃에서 소규모의 하케(Haake) 원뿔형 이중 나사 압출기를 이용하여 용융 혼합한 다음, 펠렛화하였다. 다음 펠렛을 200℃ 및 352 kg/cm² (5000 psi)의 고온 프레스를 이용하여 0.635 mm 두께의 시트로 압축하고, 이어서 카로 IV 배향기를 이용하여 기계 및 횡단 방향 모두에서 4 배 배향하여, 0.025 mm 두께의 필름을 제조하였다. 상기 재료의 1.0 cm 폭 조각을 실시예 4에서 제조된 단일-층 발포체의 두 층 사이에 스프레이마운트 접착제(3M Co., St. Paul, MN)를 이용하여 적층하였다. 적색 코어가 반사 및 투과된 빛 모두에서 상기 발포체 층을 통해 보일 수 있었고, 이는 워터마크-형의 안전 요소를 제공하였다.

실시예 10

95% 3376 폴리프로필렌 및 5% 인광 안료(United Mineral & Chemical Corp., Lyndhurst, NJ)의 배합물을 200℃에서 소규모의 하케 원뿔형 이중 나사 압출기를 이용하여 용융 혼합한 다음, 펠렛화하였다. 다음, 펠렛을 200℃ 및 352 kg/cm² (5000 psi)의 고온 프레스를 이용하여 0.635 mm 두께의 시트로 압축하고, 이어서 카로 IV 배향기를 이용하여 기계 및 횡단 방향 모두에서 4 배 배향하여, 0.025 mm 두께의 필름을 제조하였다. 상기 재료의 1.0 cm 폭 조각을 실시예 4에서 제조된 단일-층 발포체의 두 층 사이에 스프레이마운트 접착제(3M Co., St. Paul, MN)를 이용하여 적층하였다. 코어는 반사 및 투과된 빛에서 보이지 않았지만, UV ("검정") 램프 하에 놓여지면 청녹색으로 빛났다.

시료 ID	굽힘 경도(N)	바지 인열(N)	그레이브즈 ETB (N-mm)	인쇄되지 않은 영역의 불투명도(%)	두께(μm)
비교예 1	68	0.7	110	98	130
새 미화 1 달러	85	1.0	10	94	125
세큐런시 (호주 5 달러)	60	0.3	12	91	130
유로 5	54	0.7	5	94	110
실시예 1	93	0.6	25	92	125
실시예 2	53	0.6	25	94	125

잉크 부착 결과
실시예	표면 처리	부착 시험	새겨진 부착 시험
비교예 1	"옵셋 피복된"	2	4
실시예 1	코로나 처리된	2	3
실시예 3	코로나 처리된	2	2
엠보싱된 실시예 3	코로나 처리된	2	2

Claims (33)

1. 하나 이상의 배향된 높은 용융-강도 폴리프로필렌 발포체 층과 하나 이상의 안전 요소를 포함하는 안전 기질.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 안전 요소가 시각적 안전 요소인 안전 기질.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 시각적 안전 요소가 인쇄된 표식, 반전 인쇄, 색상 이동, 이성체, 편광, 형광, 발광성, 인광, 진주광택, 홀로그램, 반사적, 금속성, 자성의 필름, 실, 입자 또는 섬유; 워터마크(watermark), 엠보싱, 투명 또는 반투명 영역, 액정; 홀로그램, 광학 렌즈, 마이크로렌즈, 프레스넬(Fresnel) 렌즈, 광학적 필터, 편광 필터 및 반사적 요소; 광발색성 요소, 열발색성 요소, 액정, 모아레 패턴, 회절성, 렌즈 모양의 투명 격자, 엠보싱된 요소 또는 여타 3-차원 요소, 반전 인쇄, 워터마크; 및 색상-이동, 이성체, 편광, 형광, 인광, 진주광택의 잉크; 및 이들의 조합의 군에서 선택되는 것인 안전 기질.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 안전 요소가 엠보싱인 안전 기질.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 엠보싱이 실질적으로 투명한 영역을 제공하는 안전 요소.
6. 제 1 항의 발포체 층 및 적어도 하나의 열가소성 필름 층을 포함하는 다층 물품.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 안전 요소가 상기 열가소성 필름 층에 일체화된 다층 물품.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 안전 요소가 상기 발포체 층에 일체화된 다층 물품.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 안전 요소가 인쇄된 표식, 반전 인쇄, 색상 이동, 이성체, 편광, 형광, 발광성, 인광, 진주광택, 홀로그램, 반사적, 금속성, 자성의 필름, 실, 입자 또는 섬유; 워터마크(watermark), 엠보싱, 투명 또는 반투명 영역, 액정; 홀로그램, 광학 렌즈, 마이크로렌즈, 프레스넬(Fresnel) 렌즈, 광학적 필터, 편광 필터 및 반사적 요소; 광발색성 요소, 열발색성 요소, 액정, 모아레 패턴, 엠보싱된 상 또는 여타 3-차원적 요소, 반전 인쇄, 워터마크 및 색상-이동, 이성체, 편광, 형광, 인광, 진주광택 또는 자성의 잉크; 및 이들의 조합의 군에서 선택되는 다층 물품.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 안전 요소가 상기 발포체 층의 실질적으로 투명한 영역을 통해 나타나는 다층 물품.
11. 제 6 항에 있어서, 2 개 이상의 안전 요소를 포함하며, 그것이 함께 시각적 안전 요소를 제공하는 다층 물품.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 안전 요소가 편광 요소 또는 모아레 패턴인 다층 물품.
13. 제 6 항에 있어서, 상기 안전 요소가 열가소성 필름 층에 삽입된 하나 이상의 코어를 포함하는 안전 기질.
14. 제 6 항에 있어서, 상기 안전 요소가 열가소성 필름 층에 삽입된 복수의 측방으로 공간배치된 코어를 포함하는 안전 기질.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 코어가 염료 또는 안료를 갖는 열가소성 중합체, 또는 그 안에 용해 또는 분산된 색상 이동, 편광, 형광, 발광성, 인광, 반사성, 금속성 또는 자성의 입자를 포함하는 안전 요소.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 코어가 착색된, 인광, 진주광택 또는 형광의 중합체를 포함하는 안전 기질.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 안전 요소가 내포 공압출 공정에 의해 상기 발포체 층과 함께 공압출된 기질.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 안전 요소가 내포 공압출 공정에 의해 상기 필름 층과 함께 공압출된 기질.
19. 제 6 항에 있어서, 2 개의 높은 용융-강도의, 배향된 중합체 발포체 층과 그 사이에 배치된 열가소성 필름 층을 갖는 기질.
20. 제 6 항에 있어서, 상기 열가소성 필름 층이 상기 발포체 층과 함께 공압출된 기질.
21. 제 6 항에 있어서, 상기 열가소성 필름 층이 상기 발포체 층에 적층된 기질.
22. 제 6 항에 있어서, 상기 열가소성 필름 층이 배향된 기질.
23. 제 6 항에 있어서, 상기 열가소성 필름 층이 배향되지 않은 기질.
24. 제 6 항에 있어서, 상기 열가소성 필름 층 및 40 뉴턴 이상의 굽힘 강도를 갖는 상기 높은 용융 강도의 발포체 층을 포함하는 다층 기질.
25. 제 1 항에 있어서, 상기 높은 용융-강도 중합체가 190℃에서 25 내지 60 cN의 용융 강도를 갖는 기질.
26. 제 1 항에 있어서, 상기 배향이 2축 배향인 기질.
27. 제 1 항에 있어서, 상기 중합체가 50 중량% 이상의 프로필렌 단량체 단위를 함유하는 단독중합체 및 공중합체를 포함하는 높은 용융-강도의 폴리프로필렌인 기질.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 공중합체가 프로필렌과 C3-C8 α-올레핀 및 C4-C10 디엔으로 구성된 군에서 선택된 α-올레핀의 랜덤, 블럭 및 그래프트화 공중합체로부터 선택된 기질.
29. 제 1 항에 있어서, 상기 높은 용융 강도의 폴리프로필렌이 다량의 상기 높은 용융 강도의 폴리프로필렌과 소량의 추가 반결정성 또는 무정형 중합체의 배합물을 포함하는 기질.
30. 제 1 항에 있어서, 상기 발포체 층의 표면 상에 안전 요소를 포함하는 기질.
31. 제 1 항에 있어서, 상기 발포체 층에 분산된 안전 요소를 포함하는 기질.
32. 제 1 항에 있어서, 상기 안전 요소가 상기 발포체에 적층된 기질.
33. 제 1 항의 기질을 포함하는 보증 문서.