KR20170096245A - 보안문서를 위한 기재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보안 문서용 기재와 제조 방법을 제공한다.
특히 내구성 기재에 관한 것으로 기재 표면에 오물의 빌드업에 저항성이 갖게하여 이로써 문서가 분류 기계에 의하여 골라지거나 문서에 제공된 정보가 읽을 수 없게되도록 한다.

Description

보안문서를 위한 기재 {Registry for security documents}

본 발명은 보안 문서용 기재와 제조 방법을 제공한다.

내오물성의 전통적인 종이 보안 기재는 상업적으로 이용가능한데, 예를 들어 Crane & co (USA)으로 부터의 AST-코팅지가 있다. 이러한 시스템에서는 합성 폴리머 기반 오물 저항성 코팅이 기재의 표면에 도포되어, 오일 및 먼지의 진입에 대항하여 기재를 번짐방지처리(size) 및 밀봉한다.

보안 종이의 보관시 오염화 방지를 위한 문제 해결

폴리에테르- 폴리우레탄 수지계 시스템의 개발

보안 종이에 사이즈 프레스를 활용하여 오염도를 낮추고 보안종이의 기능을 유지.

셀룰로오스는 가장 흔히 발견되는 천연 폴리머 중 하나로, 이를 활용한 섬유 가공 방법들에 대한 많은 연구들이 수년 동안 수행되었다. 이는 셀룰로오스를 마이크로피브릴화하는(microfibrillation) 연구로 이끌었다. 마이크로피브릴화는 섬유 구조를 개방해서 이들의 표면 대 부피 비를 증가시키는 공정이다. 이는 또한 섬유의 단축화를 초래하는데, 즉 수 마이크론 내지 수십 마이크론 정도의 미세입자 크기를 초래함으로써, 마이크로피브릴(microfibril)이 물에서 유사 플라스틱 특성 및 요변성 특성을 갖는 겔 같은 특징을 발휘하도록 하였다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(microfibrillated cellulous:MFC)의 제조는 1970년대 후반에 처음 나왔다. 그러나 상술한 특성은 MFC를 다루기 어려운 재료로 만들어서 MFC의 상업적인 사용은 개발이 늦었다.

패키징 산업에서, MFC 폴리머의 콜로이드 입자로부터 만들어진 분산 코팅(dispersion coating)의 수증기 장벽(water vapour barrier)의 특성을 향상시킨다는 것이 발견되었다. 분산 코팅에 MFC의 첨가는 수분 보유 능력을 향상시키고 코팅의 깨지기 쉬움을 감소시키는 것으로 나타났다.

MFC 층은 섬유층의 밀도를 증가시키고 이의 표면을 매끄럽게 하기 위하여 제공되며, 이는 결과적으로 폴리머 층의 평탄성 및 점착성을 증가시키며, 액체/증기에 공지된 장벽을 제공한다. MFC 및 폴리머 층의 조합은 우수한 산소 장벽 특성을 제공한다는 것이 발견되었는데, 이는 폴리머 코팅의 단독 사용에 의해서는 제공되지 않는다.

종래 기술은 MFC를 폴리머계 장벽 코팅의 부분으로서 사용하는 것에 관련되어 있다. 폴리머계 장벽 코팅은 인쇄가 예정되어 있는 보안 종이용 코팅으로써의 사용에는 이상적이지 않은데, 이는 전형적인 보안 잉크(오일계 리소그래피 잉크 및 요각 잉크)가 마르는데 걸리는 시간이 잉크가 거친 종이 표면 내로 흡수될 수 있는 종이 상에서보다 더 느릴 것이기 때문이다.

따라서 MFC의 용도는 상술한 바와 같이 몇몇 한정된 용도로만 종이 및 판지 산업에서 알려져 있다. 종이 기재에 폴리머 층과 함께는 아니고, 단독으로 사용되는 경우 MFC가 유리하게도 예상 밖 수준의 오물 저항성을 제공한다는 사실을 통해 본 발명을 가능하게 하였다. 또한 이러한 방식으로 MFC 재료를 사용하는 것은 종이 표면의 특색이 유지되도록 하는데 이는 보안 종이의 잉크 건조 특성에 심각한 영향을 끼치지 않고 개선된 오물 저항성을 제공한다.

본 발명은 셀룰로오스 섬유의 특별한 형태의 용도에 관한 것이며, 이는 종이 기재의 표면 내로 혼입되거나 종이 기재의 표면에 도포되어, 상기 기재로 만들어진 보안 문서의 강도를 향상시키고 일상적인 취급으로 인한 오물 흡수를 감소시킨다.

따라서 본 발명은 종이 섬유들의 현탁물을 포함하는 종이원료(stock)로부터 만들어지고 마이크로피브릴화 셀룰로오스로 처리된 오물 저항성 종이 기재를 제공하는데 종이 섬유들에 의하여 형성된 기공 공간을 메워(bridge) 오물 저항성을 제공한다.

상기 마이크로피브릴화 셀룰로오스는 종이원료에 첨가될 수 있고, 인쇄 전, 후에 상기 기재에 도포될 수 있다.

본 발명은 또한 투명 마이크로피브릴화 셀룰로오스계 오물 저항성 코팅 또는 바니시가 도포된 공개 보안 특징(overt security feature)을 포함하는 오물 저항성 종이로부터 형성된 보안 종이를 포함한다.

본 발명은 또한 오물 저항성 종이 기재 제조 방법을 포함하는데 이는 종이 섬유들의 현탁물을 포함하는 종이원료로부터 중간 종이 기재를 형성하는 단계 및 상기 마이크로피브릴화 셀룰로오스가 한 표면에서 종이 섬유들에 의하여 형성된 기공 공간을 메워 오물 저항성을 제공하도록 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 코팅으로 상기 기재를 코팅하는 단계를 포함한다. .

MFC는 폴리머코팅에 비하여 선천적으로 저가라는 것이 장점인데, 이는 석유화학 제품에 기초하는 복잡한 화학 합성 공정에 의하기 보다 목재 또는 목화 펄프 같은 보통 원료로부터 생산되기 때문이다.

종이의 선천적 표면 기공 구조를 메우는 능력 때문에 동등한 폴리머 코팅과 동일한 효과를 얻기 위해서 훨씬 적은 MFC 코팅이 요구되며 이는 공정상의 이익을 제공한다. 이는 종이의 기공 구조를 메울 수 있게 하는 MFC의 섬유성질에 기인한다. 알려진 폴리머계 오물 저항성 코팅과 다르게, 본 발명의 MFC 코팅은 가열될 때 종이 기재 내로 흘러 들어가지 않을 것이며 모든 MFC가 기공 구조를 메우는데 사용될 것이다. 따라서 오물 저항성을 향상시킬 것이다. 반면 폴리머 코팅의 경우에는 코팅의 상당한 부피가 종이 구조 내로 흘러 들어갈 것이며 일부만이 표면에서 오물 저항성 코팅으로서 작용할 것이다.

물리적으로 개질된 셀룰로오스로 이루어진 MFC를 사용하면 이는 상기 기재의 벌크 셀룰로오스와 동일한 생물학적 분해를 거치며 스포일(spoil)은 표준 리펄핑(re-pliping) 공정에 의하여 종이제조 원료 내로 곧바로 다시 혼입될 수 있다.

기계적 수단으로 MFC를 제조하는데 요구되는 에너지 소비는 매우 높으며 제품 1톤당 대략 30000kWh을 필요로 한다. 본 발명의 MFC는 목재 펄프 또는 목화 섬유를 포함하는 셀룰로오스계 재료의 임의의 공급원으로부터 제조될 수 있다. 목재 펄프는 40-50% 셀룰로오스를 포함하는 반면 목화 섬유는 약 90%에 달하는 셀룰로오스를 포함한다.

목화 섬유에서 발견되는 셀룰로오스는 다른 천연 섬유 및 특히 연질 및 경질 목재 펄프로부터 유도되는 셀룰로오스와 비교하여 더 높은 종합도를 보인다. 더 높은 종합도 및 더 높은 셀룰로오스 함량의 조합은 마이크로피브릴화 또는 균질화를 통하여 MFC를 용이하게 생성하는 것을 일반적으로 더 어렵게 한다. 공정의 어려움으로 인하여 목화는 MFC 생산을 위한 기본 재료의 당연한 선택은 아닐 것이다.

MFC에서 섬유의 길이는 100마이크론까지 일 수 있으며 바람직하게는 50마이크론 이하이고 가장 바람직하게는 10마이크론 이하이다.

MFC에서 섬유의 폭은 1내지 100nm 범위일 수 있고 2내지 50nm일 수 있고, 5내지 20nm일 수 있고 가장 좋은 것은 대략 5nm이다.

섬유의 두께는 2내지 50nm이거나 5 내지 20nm 또는 5nm이다.

특히 공정 동안 섬유의 모든 치수는 3자리 수 이상만큼 줄어든다.

MFC는 오물 저항성을 증가시키기 위해 종이 기재의 외부 표면에 도포되는 코팅으로 사용되어 은행권 같은 보안 문서가 제조될 수 있는 기재를 제공한다. 전통적으로 사용되는 폴리머 기반 코팅은 15-30%의 오물 지수를 제공하기 위해 대략 2그램/m²(gsm)의 코팅 중량을 필요로 한다. MFC를 사용하면 비슷한 수준의 오물 저항성이 0.1 내지 5gsm범위, 0.5 내지 3gsm범위 및 가장 좋게는 1gsm 보다 훨씬 더 낮은 코팅 중량으로 얻을 수 있다.

본 명세서에서 오물 지수는 미코팅 기재 및 코팅 기재 사이의 광도 차이의 비로 정의되며 표준 오물 절차에 따르면 퍼센트로 표현된다. MFC는 비마이크로피브릴화 섬유 사이의 공극과 더 강한 상호 작용을 가지며, 기재의 비마이크로피브릴화 섬유 사이의 공극을 메우는데 더 효율적인 것으로 여겨진다. 이는 풀린 섬유 말단의 수 및 기재의 전체적인 표면적인 감소하여 오염의 동반적 감소를 가져오는 것을 의미한다. MFC는 경화하면서 결정되고, 이는 공극을 밀봉하여 오일계 오물에 저항하는 것을 돕는다. 또한 코팅 및 기재 사이의 흡습성 차이의 제거는 상술한 현존하는 적층형 보안 기재에서의 약점을 해결한다.

종이는 이의 기계적 강도를 셀룰로오스 마이크로피브릴 사이의 수소 결합으로부터 얻는다. MFC 또한 셀룰로오스이며 MFC의 나노피브릴 사이에서뿐만 아니라 종이 섬유의 셀룰로오스 마이크로피브릴과도 수소결합을 형성할 수 있는 능력을 가질 것이다. 따라서 이는 베이스 종이 섬유에 잘 붙을 것이다.

MFC는 doctor blades, dip roll coating, gravure, flexography 등과 같은 코팅 방법으로 종이 기재에 도포할 수 있으며 딥 코팅 및 그라비아가 바람직한 기술이다. MFC는 전형적으로 바람직하게는 수성 매질 종이, 섬유 현탁물의 형태로 기재에 전달되며, 상기 현탁물은 중량 대 중량으로 대략 3%의 고형분 함량을 가진다. 보안 종이 기재 상에 코팅으로서 MFC를 사용하는 특별한 장점은 중량 대 중?U으로 0.1 내지 30% 범위의 고형분 함량, 2내지 15% 범위의 고형분 함량을 갖는 현탁물로부터 제조되는 코팅이 투명하며 워터마크 또는 매립되거나 부분적으로 매립된 Security thread 같은 종이 기재 내에 혼입된 보안 특징의 외관에 영향을 미치지 않는다. 또한 종이 기계 라인에서 size press를 이용하여 기재에 전달될 수도 있다. 이 경우 MFC는 물과 혼합되어 약 1-30% 건조 중량, 1-10% 건조중량 범위의 고형분 함량을 갖는 수성 배합물이 얻어진다.

MFC는 생산의 종이제작 단계에서 이를 표준 목화 섬유 종이원료와 혼합함으로써 종이 기재의 몸체 전체에 걸쳐서 혼입된다. 전형적인 예에서 목화 섬유계 기재의 벌크에 10% MFC의 추가는 15%정도의 오물 지수를 제공한다. 상기 종이원료는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 종이 섬유의 현탁물에 줄양으로 30%의 양까지 첨가함으로써 형성된다. MFC는 섬유의 수계 매질 중의 현탁물이며 이는 0.01 내지 1% w/w의 고형분 함량, 0.05 내지 0.5% w/w의 고형분 함량을 갖는다.

MFC는 인쇄 후 바니시로 사용되어 코팅후 보안 문서의 유통 내구성을 더욱 향상시킨다. 인쇄 잉크는 접착력을 최적화 하도록 배합한다. 목화계 기재 및 MFC계 인쇄후 바니시는 동일한 화학적 성질을 공휴하기 때문에 바니시, 잉크 및 기재 사이의 접착은 또한 최적화 된다. 인쇄후 바니시는 적합한 코팅 기술로 도포한다. 플렉소그래피 기술은 MFC 3%w/w 현탁물로 대략 1gsm의 코팅 중량을 퇴적시키는데 사용될 수 있다. MFC 코팅의 배합은 마감된 보안 문서 상의 밑에 있는 인쇄 및 다른 보안 특징을 손상시키지 않도록 충분히 투명하도록 선택되어야 한다. MFC 3% w/w 현탁물로부터 대략 1gsm의 코팅 중량은 투명할 것이다. MFC 현탁물의 고형분 함량에 대한 바람직한 범위는 0.1 내지 30%w/w, 2내지 15% w/w 이다.

초기 종이원료에 존재하는 섬유는 모두 천연 섬유 또는 천연 및 합성 섬유의 혼합물, 모두 합성 섬유일 수 있다. 사용되는 섬유는 예를들어 PVOH, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리 올레핀이다.

MFC를 사용하여 주로 요구되는 이익은 개선된 오물 저항성을 제공하는 것임에도 불구하고 종이에 사용되거나 첨가되는 MFC의 비가 증가함에 따라 종이 기재의 강도에서의 수반하는 증가, 공극률에서의 감소 및 double folds tests에서의 개선이 있음이 또한 발견되었다. 더블 폴드 테스트는 일정 하중 하에서 종이가 반복적으로 접혀질 때 종이의 내구성을 측정하는 것이다. Schopper 더블 폴드 테스터기는 종이가 파손될 때까지 접혀질 수 있는 횟수를 측정하는데 사용될 수 있다. 접힘 강도(folding strength) 는 종이가 파손될 때가지의 더블 폴드의 수로 인용된다.

종이 기재에서의 강도의 증가 및 더블 폴드 테스트 결과에서의 향상은 목재계 MFC에 비하여 목화계 MFC가 종이 원료에 첨가되었을 때가 더 현저하였다. 목화계 MFC로부터의 추가적인 강도 이점은 은행권 또는 다른 보안 기재로서 유통 중일 때 종이 기재에서의 기공 생성을 감소시킨다는 것이다. 공극에서의 감소는 오염의 감소로 이어지는데 오물은 은행권 또는 보안 기재의 표면 상의 공극에 축적되는 경향이 있기 때문이다.

다른 구현예에서 MFC는 종이원료에 혼입될 수 있고 동시에 인쇄전 코팅 또는 인쇄후 코팅으로 도포될 수 잇다. 이 경우 인쇄전 코팅은 size press를 이용하여 도포될 수 있다.

추가적인 오물 저항성 층이 또한 종이 상에 코팅될 수 있다. 이것은 통상적인 인쇄전 코팅의 형태를 가질 수 있으며 폴리우레탄 분산물계와 같은 전형적으로 수성 수지 바인터 시스템이다..

폴리에테르-폴리우레탄 수지계 시스템이 전형적으로 사이즈 프레스에 사용된다. 종이원료에 MFC를 혼입시키면서 종이 기재에 통상적인 인쇄전 반오물(anti-soil) 코팅을 도포하는 것은 종이원료에 MFC를 혼입시키지 않은 상태에서 관찰된 것에 비하여 오물 저항성에 있어 놀라울 정도로 상당한 개선을 가져온다.

일례로 종이원료는 종이 섬유의 현탁물에 목화 유래 MFC를 중량으로 15% 함량으로 첨가함으로써 형성되었다. 생성된 종이는 사이즈 프레스로 추가 코팅되었는데 이때 에스테르 결합을 가지는 수지(폴리에스테르 수지 및 폴리에테르 수지), 폴리우레탄 수지, 관능화된 폴리우레탄 수지(카르복실화된 폴리우레탄 수지), 및 코플리며(우레탄-아크릴 수지, 폴리에테르-우레탄 수지 및 스티렌 아크릴레이트 수지) 및 이들의 혼합물 같은 열가소성 수지의 선택으로부터 얻어진 수성 배합물을 이용한다. 그러한 폴리우레탄 코팅의 코팅 중량은 0.05 내지 20gsm이나 0.5 내지 5gsm 이다.

오물 저항성에서의 향상은 MFC가 종이 기재에 혼입되고 동시에 사이즈 프레스를 사용하여 코팅으로 도포될 때 관찰되었다. 종이원료는 목화 유래 MFC를 종이 섬유의 현탁물에 중량으로 15%함량으로 첨가하여 형성되었고 사이즈 프레스를 이용하여 건조 중량 기준으로 대략 2%의 농도로 목화 유래 MFC를 번짐방지처리 한다. 번짐방지액(size)은 건조 중량 2%의 고형분 함량을 갖는 수성 배합물을 형성하기 위해 목화 유래 MFC와 물을 혼합하여 제조된다. 생성된 종이가 이어서 추가적인 오물 저항성 층과 같은 폴리우레탄 분산물 배합물의 건조 코팅 2gsm으로 코팅되는 경우 오물 저항성에 있어 상당한 추가적인 향상이 얻어졌다. 종이원료에 MFC를 배합하고 사이즈 프레스를 이용하여 MFC를 도포한 다음 통상적인 폴리우레탄 오물 저항성 코팅을 하여 통상적인 폴리우레탄 제품으로 전형적으로 달성되는 것돠 비교하여 50% 향상된 오물 저항성을 얻었다.

이러한 향상은 MFC에 의한 종이 내의 미세 공극의 효과적인 폐쇄로 설명될 수 있다. 이것은 통상적인 폴리우레탄 코팅 같은 추가적인 오물 저항성 층의 양을 줄일 것인데 이는 종이 내의 공극으로 침투될 것이므로 더 많은 코팅이 표면에서 이용가능하다. 이는 오물의 침투 및 축적을 감소시키는 표면 상에 더 잘 붙는 폴리우레탄 배합물의 필름을 발생시킨다.

은행, 기업 등 보안을 중시하면서도 보안종이를 일상적으로 사용하는 곳에서 오염없이 보안종이의 기능을 활용할 수 있다.

Claims (1)

1. 보안종이의 표면에 오염 방지를 위한 코팅 기법 활