DE3003281A1 - Sicherheitspapier und seine herstellung - Google Patents

Sicherheitspapier und seine herstellung

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DE3003281A1 DE19803003281 DE3003281A DE3003281A1 DE 3003281 A1 DE3003281 A1 DE 3003281A1 DE 19803003281 DE19803003281 DE 19803003281 DE 3003281 A DE3003281 A DE 3003281A DE 3003281 A1 DE3003281 A1 DE 3003281A1
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Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER
Patentanwälte
Ktünchen,
30. Oa-iuer 1980
J'onianBcnrift / PoBtal Addreea Poetfach ββΟΙΟΘ. SOOO München 8Θ PlenzenaueretraGe 28
Telefon 88 32 23
Telegramme: CheminduB München
Telex: CO)5 23992
TK-2200
E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898,
V. St. A.
Sicherheitspapier und seine Herstellung
030032/0788
ΤΚ-2200
Die Erfindung betrifft Sicherheitepapier, insbesondere aus flächenhaften Vliesstoff-Film-Fibrillen-Materialien hergestelltes Sicherheitspapier.
Sicherheitspapier wird bei der Herstellung von Druckerzeugnissen verwendet, die einen genügenden Wert beinhalten, um Fälschungsversuche herbeiführen zu können. In der Vergangenheit ist Sicherheitspapier aus hochwertigen Cellulosepapieren hergestellt worden. Diese Sicherheitspapiere weisen gewöhnlich spezifische Merkmale oder Materialien auf, die leicht identifizierbar, aber sehr schwer reproduzierbar sind. Die Herstellung von Sicherheitspapieren erfolgt vielfach unter Ausbreiten oder Verteilen kleinerer Mengen an den identifizierbaren Materialien in dem Papierstoff während der Nassverfestigung des Stoffs auf einer Papiermaschine. Zu den speziellen Identifikationsmaterialien, die in Sicherheitspapieren vorgesehen worden sind, gehören faserartiges Material in verschiedenen Formen, gefärbte Partikel, Seidenfäden, Partikel, die bestimmte anorganische Substanzen enthalten, fluoreszierende Fasern, metallisierte Fasern, Metalldrähte, verschiedene nichtfaserartige thermoplastische Materialien und dergleichen. Solche Identifikationsmaterialien sind in dem gesamten Sicherheitspapier verteilt oder in einer Schicht nahe der Papiermittelebene vorgesehen worden. Auch Wasserzeichen sind verwendet worden, um bei dem Papier besondere Musterungen auszubilden. Man hat solche Sicherheitspapiere bei Banknoten, Papiergeld, Aktienzertifikaten, Pfandbriefen, juristischen Dokumenten, Pässen, Visas, Reisetickets und dergleichen eingesetzt.
Bei dem in der FR-PS 1 34? 240 beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Sicherheitspapier werden Vliesstoffschichten, die bindbare Thermoplast-Fasern enthalten, mit einer diskontinuierlichen Einlagerungsschicht aus Identifikationsmaterial zusammengefügt und dann mittels Wärme und bzw. oder Druck gebunden. Die Patentschrift gibt jedoch keine Lehre zu aus Polyäthylen-Filmfibrillen hergestellten, flächenhaften
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Vliesstoffmaterialien oder zur Herstellung von Sicherheitspapier aus diesen.
Aus Polyäthylen-Film-Fibrillen hergestellte, flächenhafte Vliesstoffmaterialien sind als solche bekannt (z. B. US-PS 3 169 899)· Man kennt auch verschiedene Methoden zum Binden solcher flächenhaften Materialien (z. B. US-PS 3 44-2 740). Keine dieser aus Polyäthylen-Film-Fibrillen hergestellte, flächenhafte Vliesstoffmaterialien betreffenden Patentschriften gibt jedoch eine Lehre zur Verwendung solcher flächenhaften Materialien für Sicherheitspapiere.
Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, durch das sich eine besondere Art flächenhaften Polyäthylenfilm-Fibrillenvliesstoffmaterials zur Herstellung eines neuartigen, festen, dauerhaften, hochwertigen Sicherheitspapiers verwenden lässt.
Für den Begriff des flächenhaften Materials wird nachfolgend die Kurzbezeichnung Flächenmaterial verwendet.
Die Erfindung stellt ein Sicherheitspapier zur Verfügung, das aus gebundenen Schichten oder Bahnen, die thermoplastische Fasern enthalten, und einer Identifikationsmaterial-Zwischenoder -Einlagerungsschicht hergestellt ist und sich dadurch kennzeichnet, dass es im wesentlichen aus eigengebundenen Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen besteht und eine Opazität von mindestens 70 % und eine EntSchichtungsfestigkeit von mindestens 60 g/cm in der Ebene der Schicht hat, die das Identifikationsmaterial enthält. Zu den bevorzugten Charakteristiken des Sicherheitspapiers gemäss der Erfindung
gehören ein Flächengewicht von 50 bis 150 g/m , eine Zähig-
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keit von mindestens 25 cm.g/cm je g/m , eine Zugfestigkeit
von mindestens 100 g/cm je g/m , eine Elmendorf-Reissfestig-
keit von mindestens 3 g je g/m und eine Oberflächenabriebfestigkeit von mindestens 5· Zu bevorzugten Identifikationsmaterialien gehören gefärbte Polymere in Form diskreter Filmpartikel oder kurzer Fasern. In weiter bevorzugter Weise
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beträgt die Menge der Identifikationsmaterialien nicht mehr als etwa 0,5 % vom Gesamtgewicht des Sicherheitspapiers. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitspapier an seiner Oberfläche auch eine geprägte Musterung auf.
Die Erfindung stellt weiter ein Verfahren zur Herstellung von Sicherheitspapier zur Verfügung, bei dem Schichten oder Bahnen, die bindbare thermoplastische Fasern enthalten, mit einer diskontinuierlichen Identifikationsmaterial-Zwisehen- oder Einlagerungsschicht zusammengefügt und dann gebunden werden und das sich durch die der Reihe nach durchgeführten Stufen kennzeichnet, dass man
A) die Einlagerungsschicht des Identifikationsmaterials mit einem ersten und einem zweiten ungebundenen, leicht verfestigten Vliesstoff-Polyäthylenfilm-Fibrillenflächenmaterial zusammenfügt, wobei jedes Flächenmaterial ein Flächengewicht im Bereich von 25 bis 75 e/o und eine
Dichte im Bereich von 0,15 bis 0,30 g/car hat,
B) den Flächenmaterialaufbau durch einen umbeheizten Spalt führt und in diesem eine Zusammenpressung im Bereich von 17 bis 85 kg/cm Breite des behandelten Flächenmaterials zur Einwirkung bringt, um einen leicht laminierten Flächenmaterialaufbau zu bilden,
C) den leicht laminierten Flächenmaterialaufbau durch Hindurchführen desselben, während er unter der Einwirkung von Zusammenpresshaltekräften steht, durch eine Erhitzungszone und genügendes Erhöhen der Temperatur einer Fläche des Aufbaus, um zum Verschmelzen von Oberflächen-Filmfibrillen im Sinne der Erzielung einer Abriebfestigkeit von mindestens 5 Zyklen zu führen, und Abkühlen des Aufbaus, während er unter Haltekräften steht, auf eine Temperatur unter den Wert, bei dem der Aufbau sich wesentlich verziehen oder schrumpfen würde, und dann Wiederholung der Arbeitsweise dieser Stufe zur Behandlung der anderen Fläche des Flächenmaterialaufbaus und Erzielung eines gebundenen Flächenmaterials mit einer Opazität von mindestens 70 % und einer EntSchichtungsfestigkeit an der Iden-
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tifikationsmaterial-Ebene von mindestens 60 g/cm eigenbindet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsfοrm des Verfahrens gemäss der Erfindung wird mit dem nichtbeheizten Walzenspalt ein Prägemuster auf dem Flächenmaterial erzeugt und mit dem Walzenspalt eine Zusammenpressung im Bereich von 45 bis 70 kg/cm zur Einwirkung gebracht.
Die Erfindung ist nachfolgend näher an Hand der Zeichnung beschrieben, in der
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine mit Sicherheitspapier gemäss der Erfindung hergestellte Banknote zeigt,
Fig. 2 eine Schnittansicht der Banknote von Fig. 1 und
Fig. 3 im Fliessbild einen kontinuierlichen Prozess zur Herstellung von Sicherheitspapier gemäss der Erfindung.
Bei der Draufsicht von Fig. 1 ist eine Kante der hier veranschaulichten, aus Sicherheitspapier gemäss der Erfindung hergestellten Banknote entschichtet und zum Teil zurückgezogen, um das Identifikationsmaterial 55 freizulegen, das bei dieser Veranschaulichung der Erfindung die Form kurzer, gefärbter Fasern hat, die zwischen den zwei (partiell getrennt gezeigten) Schichten 51 und 52 des gebundenen Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterials 50 angeordnet sind. Die Oberfläche der Banknote ist zur Erläuterung mit dem Druck 53 und einem Prägemuster 54- dargestellt. Die Fig. 2, die einen Querschnitt der Banknote nach Linie 2-2 von Fig. 1 durch die Banknotendicke wiedergibt, zeigt, wie sich das Identifikationsmaterial 55 in einer horizontalen Ebene, im vorliegenden Falle an der Mittelebene der Flächenmaterialdicke des gebundenen Vliesstoff-Polyäthylenfilm-Fibrillen-Flächenmaterialε 50» befindet.
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Der Hauptkörper des Sicherheitspapiers gemäss der Erfindung wird von gebundenem Vliesstofflächenmaterial (Nonwoven Sheet) aus Polyäthylenfilmfibrillen gebildet. Das Flächenmaterial ist eigengebunden, das heisst, es werden keine zusätzlichen Bindemittel oder Klebstoffe zur Erzielung des gebundenen Gefüges verwendet. Im allgemeinen haben die Polyäthylenfilmfibrillen die Form plexusfadenförmiger "Stränge", wie der in US-PS 3 081 519 beschriebenen, aus denen man dann die Flächen- oder Blattmaterialien bildet, die nachfolgend gebunden werden. Die Filmfibrillen sind sehr dünne, bandartige, faserartige Elemente, gewöhnlich mit einer Dicke, bestimmt mit einem Interferenzmikroskop, von weniger als 4- Mikrometer (4- Mikron). Die Filmfibrillen stehen innerhalb des plexusfadenförmigen Strangs untereinander in Verbindung und bilden ein eine Einheit darstellendes Netzwerk.
Der Begriff Polyäthylen soll in dem hier gebrauchten Sinne nicht nur Homopolymere des Äthylens umfassen, sondern auch Ctopolymere, bei denen mindestens 85 % der wiederkehrenden Einheiten Äthyleneinheiten sind. Das bevorzugte Polyäthylen-Polymere ist ein lineares Homopolyäthylen mit einer oberen Grenze des Schmelzbereichs von etwa 130 bis 135° C, einer Dichte im Bereich von 0,94 bis 0,98 g/cnr und einem Schmelzindex (bestimmt nach ASTM-Prüfnorm D-1238-57T, "Condition11 E) von 0,1 bis 6,0.
Wie sich gezeigt hat, soll das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung zur Erzielung einer befriedigenden Funktion bei seinem vorgesehenen Verwendungszweck eine Opazität von mindestens 70 %, vorzugsweise von me"hr als 75 %i und eine Entschichtungsfestigkeit in der Ebene des Identifikationsmaterials von mindestens 60 g/cm, vorzugsweise von mehr als 120g/cm haben. Solche eigengebundenen Polyäthylenfilmfibrillen-Flächenmaterialien sind im allgemeinen weiss, opak und glatt. Sie sind auch fest, zäh, reissfest und abriebfest. Zur Erzielung eines optimalen Verhaltens hat das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung vorzugsweise eine Zugfestigkeit von
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mindestens 100 g/cm je g/m , eine Zähigkeit von mindestens
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25 cm.g/cm je g/m , eine Elmendorf-Reissfestigkeit von min-
destens 3 6 je g/m und eine Abriebfestigkeit von mindestens 5 Zyklen wie auch - im Interesse einer guten Bedruckbarkeit und Druckfarbenhaftung - eine Oberflächenspannung von mindestens 4-5 dyn/cm. Vorzugsweise hat das Sicherheitspapier
ein Flächengewicht im Bereich von 50 bis 150 g/m , wenngleich man auch mit Sicherheitspapier ausserhalb dieses Gewichtsbereiches ein zufriedenstellendes Verhalten erzielen kann. Methoden zur Bestimmung der vorgenannten Charakteristiken und Eigenschaften sind später noch im Detail beschrieben.
Das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung ist aussergewöhnlich fest. Es ist nahezu unmöglich, es von Hand zu zerreissen.
Z. B. hat im Vergleich mit Kraftpapier von 82 g/m , das eine
Zähigkeit von etwa 0,07 cm.kg/cm hat, und Baumwollgewebe-
Bettuchstoff (Woven Cotton Sheeting) von 94· g/m , der eine Zähigkeit von etwa 0,3 cm.kg/cm hat, Sicherheitspapier gemäss der Erfindung mit einem Flächengewicht von 87 g/m
eine Zähigkeit von etwa 2,3 cm.kg/cm .
Das Identifikationsmaterial in dem Sicherheitspapier kann von all den bekannten, in der Technik hierzu verwendeten Materialien gebildet werden oder einen Aufdruck auf einer inneren Ebene des Papiers darstellen, wobei diese innere Ebene, wie später noch ausgeführt, von der Oberfläche eines der Ausgangsflächenmaterialien gebildet wird, aus denen man das Sicherheitspapier herstellt. Das Identifxkationsmaterial hat bei bevorzugten Ausführungsformen die Form kurzer, feintitriger, farbiger oder gefärbter Fasern oder Fäden oder von - als Planchets bezeichneten - diskreten Teilchen farbigen oder gefärbten Films und ist durch die Flachenmaterialoberflachen hindurch sichtbar. Gewöhnlich wird in dem Sicherheitspapier nur sehr wenig Identifikationsmaterial, bezogen auf das Papiergesamtgewicht, benötigt. Vorzugsweise beträgt die Menge des Identifikationsmaterials bei dem Sicherheitspapier gemäss der Erfindung nicht mehr als etwa 0,5 % vom Gesamtgewicht.
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Man kann mit weit grösseren Mengen, z. B. von 1 % oder mehr, arbeiten, aber das Vorliegen sehr kleiner Mengen an Identifikationsmittel minimiert Jegliche nachteiligen Auswirkungen, die das Identifikationsmittel auf die Bindung der Filmfibrillen in dem Flächenmaterial und auf die Entschichtungsfestigkeit haben könnte. Bei der vorliegenden Erfindung liegt das Identifikationsmaterial in einer Ebene der Sicherheitspapierdicke anstatt in Form einer gleichmässigen oder unregelmässigen Verteilung in dem gesamten Papier vor.
Das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung kann auch auf seiner Oberfläche mit leicht identifizierbaren, geprägten Kennzeichnungsmustern versehen sein. Das Prägemuster kann opaker oder weniger opak als der Hintergrund sein.
Einen kontinuierlichen Prozess, mit dem das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung hergestellt werden kann, gibt das Fliessbild von Fig. 3 wieder. Zu den Ausgangsmaterialien für diesen Prozess gehören zwei Rollen 11, 12 ungebundenen Vliesstoff-Polyäthylenfilm-Fibrillen-Flächenmaterials 4-1, 4-2, das nach den allgemeinen Methoden der US-PS 3 169 899 hergestellt sein kann. Nach einer bevorzugten Arbeitsweise dieser Art zur Herstellung der ungebundenen Flächenmaterialien wird ein Polymeres in Form linearen Polyäthylens mit einer Dichte von 0,95 g/cm , einem Schmelzindex von 0,9 (bestimmt nach ASTM-Prüfnorm D-1238-57T» "Condition* E) und einer oberen Grenze des Schmelzbereichs von etwa 135° C aus einer 12%igen Lösung des Polymeren in Trichlorfluormethan entspannungsgespönnen. Die Lösung wird kontinuierlich Spinndüsenanordnungen mit einer Temperatur von 179° C und einem Druck von über etwa 85 bar.(etwa 85 Atmosphären) zugepumpt. Die Lösung wird in jeder Spinndüsenanordnung durch eine erste Austrittsöffnung zu einer Druckminderzone und durch eine zweite Austrittsöffnung in die Umgebungsatmosphäre geführt. Der anfallende FiImfibrillen-Strang wird mittels eines geformten, umlaufenden Prallorgans ausgebreitet und in Schwingbewegung versetzt, elektrostatisch aufge-
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laden und dann auf einem laufenden Band abgelegt. Die Spinndüsenanordnungen sind zur Bildung eines Vlieses entsprechend der Ausbildung sich überlappender und kreuzender Ablagen auf dem Band in Abständen angeordnet. Das Vlies wird dann durch Hindurchführen durch einen Walzenspalt, der auf das Vlies eine Zusammenpressung mit etwa 1,8 kg/cm Vliesbreite zur Einwirkung bringt, leicht verfestigt. Dieses leicht verfestigte Flächenmaterial wird zur Bildung zweier Flächenmaterialwickel längsgeschlitzt. Die beiden Eollen oder Wickel dienen als die ersten und zweiten ungebundenen, leicht verfestigten Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterialien, die als Ausgangsmaterialien für das Verfahren gemäss der Erfindung vorgesehen sind. Allgemein sind für den Einsatz bei dem Verfahren gemäss der Erfindung solche Flächenmaterialien mit einem
Flächengewicht im Bereich von 25 bis 75 g/m und einer Dichte im Bereich von 0,15 bis 0,3 g/car geeignet.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das erste ungebundene, leicht verfestigte Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterial 41 horizontal von der Eolle 11 an einer Stelle vorbeigeführt, an der Mittel 13 zur Aufbringung von Identifikationsmaterial 55 in das Flächenmaterial 41 vorgesehen sind. Das zweite solche Flächenmaterial 42 wird von der Eolle 12 unter die Walze 14 geführt, so dass es direkt oben auf die Oberfläche des Flächenmaterials 41, die das Identifikationsmaterial 55 trägt, zur Bildung eines Flächenmaterialaufbaus zu liegen kommt.
Der Flächenmaterialaufbau 43 wird dann durch Hindurchleiten durch den von den Walzen 15 und 16 gebildeten Walzenspalt zusammengepresst. Die Walze 16 wird von hartem Metall gebildet und ist, wenn gewünscht, an ihrer Oberfläche mit einem Prägemuster oder einer Prägeplatte 17 (ebenfalls aus hartem Metall) versehen. Die Walze 15 weist eine Hartgummi-Oberfläche oder Oberfläche aus anderem Material auf, durch das die Walze eine Shore — Durometer-Härte von mindestens etwa 70 D erhält (gemessen nach den PrüfbeSchreibungen der ASTM-Prüfnormen D-1706-61
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und D-1484-59)· Mit dem gegebenenfalls vorliegenden Prägemuster auf der Walze 16 kann das Sicherheitspapier zusätzliche Identifikationsmarkierungen erhalten. Dabei kann eine breite Vielfalt von Prägemustern Verwendung finden. Erhabene Muster, die Vorsprünge von 0,13 bis 0,25 mm über der restlichen Oberfläche der Prägeoberfläche 17 bilden, erteilen dem Flächenmaterial geprägte Muster, die weniger opak als nichtgeprägte Bereiche (d. h. Hintergrundbereiche) der fertiggestellten Sicherheitspapiere sind. In die Valzenoberflache 17 auf 0,13 bis 0,25 mm eingeschnittene Muster ergeben entsprechende Bereiche bei dem fertiggestellten Sicherheitspapier, die opaker als der Hintergrund sind.
Der von den Walzen 15 und 16 gebildete Walzenspalt wird nicht beheizt. Bei der Durchführung der Kaltpressung - sei es mit oder ohne Prägung - wirkt der Walzenspalt mit genügender Zusammenpressung auf den Flächenmaterialaufbau 43, um einen eine Einheit darstellenden, leicht laminierten Flächenmaterial auf bau 44 zu ergeben, aber nicht so stark, als dass eine übermässige Reduktion der Opazität des fertigen Sicherheitspapiers herbeigeführt würde. Im allgemeinen arbeitet man hierbei mit Zusammenpressungen im Bereich von 17 bis 85 kg/cm Breite des Flächenmaterialaufbaus, wobei Zusammenpressungen mit 45 bis 70 kg/cm bevorzugt werden.
Der aus dem Walzenspalt austretende, leicht laminierte Aufbau 44 ist noch nicht gebunden, hat aber eine genügende Entschichtungsfestigkeit, um als einheitliches Gefüge handhabbar zu sein. Im allgemeinen hat der Aufbau 44 eine Entsckichtungsfestigkeit " von etwa 15 g/cm oder mehr. Auch Aufbauten 44 mit viel geringeren EntSchichtungsfestigkeiten lassen sich bei Anwendung genügender Sorgfalt als einheitliche Gefüge handhaben, aber solche Aufbauten ergeben nachfolgend keine adäquate Bindung an der Grenzfläche der beiden Filmfibrillen-Flächenmaterialien.
Der leicht laminierte Flächenmaterialaufbau 44 wird dann einem ersten und einem zweiten Binder zugeführt, deren jeder
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im wesentlichen in der in UB-PS 3 442 7^0 beschriebenen Weise arbeitet. Jeder Binder stellt im wesentlichen eine Modifikation einer Vorrichtung der Bauart Palmer des gewöhnlich bei Textilfertigmacharbeiten verwendeten Typs dar.
Das Hauptheizelement in dem ersten Binder ist eine wasserdampfinnenbeheizte umlaufende Trommel 1. Ein von der Trommel 1 angetriebenes, schweres endloses Band 2 aus Pilz oder anderem Material läuft um die Trommel herum und wird mittels mehrerer leerlaufender Walzen 3» 3a, 3b, 3c, 3d und 3e ständig wieder zu der beheizten Trommel zurückgeführt. Bestimmte leerlaufende Walzen sind einstellbar, um die Bandzugspannung regeln zu können. Nach dem Umlauf um die Trommel 1 läuft das Band 2 um eine Kühlwalze 4.
Der leicht laminierte Flächenmaterialaufbau 44 läuft im Betrieb des Binders um die leerlaufende Walze 3c, um in den Spalt zwischen der beheizten Trommel und dem endlosen Band eingetragen zu werden. Der Aufbau 44 läuft um die beheizte Trommel und dann um die leerlaufende Walze 3e zur Kühlwalze 4 und wird dann an der leerlaufenden Walze 7 von dem laufenden Band getrennt. Auf diese Weise wird das partiell eigengebundene Flächenmaterial 45 erhalten, dass dann über die Walzen 18 und 19 der zweiten Bin dungs einheit zugeführt wird, die mit der ersten identisch ist und mit der Abänderung in gleicher Weise arbeitet, das nun die andere Fläche des Flächenmaterials mit der beheizten Trommel in Kontakt kommt. Alle mit Bezugszeichen mit Strichindex versehenen Teile der zweiten Bindungseinheit entsprechen den gleichen Teilen bei der ersten Bindungseinheit. Das aus dem zweiten Binder austretende, eigengebundene Flächenmaterial 46 wird dann auf der Rolle 20 aufgewickelt. Für bestimmte Arbeiten ist es erwünscht, das schwere endlose Band mittels einer Vorerhitzerwalze 9 vorzuerhitzen. Die Bänder werden hierbei von leerlaufenden Walzen 3a und 3b auf die Vorerhitzerwalze geführt. Jeglicher Wärmeverlust kann durch eine beheizte Platte 10 unterhalb des Bandes ausgeglichen werden.
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Die wichtigste Värmelenkung wird bei Jedem Binder an der Haupttrommel aufrechterhalten. Während des Betriebs wird die eine Seite des Flächenmaterials durch die Haupttrommel auf eine Temperatur erhitzt, die im wesentlichen gleich der oberen Grenze des Schmelzbereichs des Filmfibrillen-Flächenmaterials ist oder leicht darunter liegt. Während diese Fläche des Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterialaufbaus auf eine Temperatur bei oder nahe der oberen Grenze des Schmelzbereichs des Flächenmaterials erhitzt wird, wird die andere (mit dem Band im Kontakt stehende) Fläche des Aufbaus auf einer etwas geringeren Temperatur gehalten. Die Temperatur der mit der Bindetrommel in Kontakt stehenden Fläche des Flächenmaterials ist zwischen 1 und 10° C höher als die Temperatur der anderen Aufbaufläche. Durch die Aufrechterhalt ung eines Temperaturdifferentials während des Bindens wird ein Flächenmaterial erhalten, das auf der der heissen Trommel zugewandten Fläche abriebfester ist. Durch Hindurchführen des Flächenmaterials durch zwei Binder derart, dass die Flachenmaterialflache, die im ersten Binder nicht mit der beheizten Trommel in Berührung kam, mit der beheizten Trommel des zweiten Binders in Kontakt gebracht wird, werden somit Produkte erhalten, die beidseitig gut abriebfest sind.
Während des Hindurchlaufs des Filmfibrillen-Flächenmaterialaufbaus durch den ersten und zweiten Binder wird der Aufbau durch die Zugspannbänder 2 und 21 gegen die Trommeln 1 bzw. 1' leicht zusammengepresst. Diese leichte Zusammenpressung braucht nur auszureichen, um ein wesentliches Schrumpfen des behandelten Flächenmaterials, d. h. einen Gesamtflächenschrumpf von mehr als etwa 15 % zu verhindern.
Beim Durchführen des obenbeschriebenen, kontinuierlichen Prozesses können in zufriedenstellender Weise Flächenmaterial-Geschwindigkeiten von über 100 m/min Anwendung finden. Man fährt mit solchen Binder-Temperaturen und -Verweilzeiten,
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dass das Sicherheitspapier eine Entschichtungsfestigkeit von mindestens 60 g/cm und eine Opazität von mindestens 70 % erhält. Solche Bedingungen stellen sicher, dass das Verfahren sp ro dukt auch eine gute Abriebfestigkeit und gute sonstige Festigkeitseigenschaften hat.
Nachdem der Eigenbindungsvorgang vollständig ist, kann jede Oberfläche des Sicherheitspapiers in einer Einheit der Bauart Lepel mit einer elektrischen Koronaentladung behandelt werden, um den Papieroberflächen eine Oberflächenspannung von mindestens 45 dyn/cm zu erteilen, was zufriedenstellende Bedruckbarkeit des Papiers und Druckfarbenhaftung sicherstellt. Man kann solche Ergebnisse in einer Einheit der Bauart Lepel mit Flächenmaterial-Geschwindigkeiten von etwa 45 bis 55 m/min bei einer Leistung von 1 kW erzielen.
Die hier und in den Beispielen genannten, verschiedenen Flächenmaterial-Charakteristiken werden nach den folgenden Methoden bestimmt. Bei den Beschreibungen der Prüfmethoden bezieht sich 11TAPPI11 auf die "Technical Association of Pulp and Paper Industry11 und 11ASTM" auf die "American Society of Testing Materials".
Zur Bestimmung der Opazität misst man die Lichtmenge, die durch einzelne, kreisförmige Bereiche des Sicherheitspapiers von 5*1 cm Durchmesser (2 Zoll) hindurchtritt, mit einem Opazitätsmesser (Bauart E. B. Eddy Opacity Meter der Thwing Albert Instrument Company). Zur Ermittlung der Opazität des Flächenmaterialε werden dann mindestens fünfzehn solche Einzelbestimmungen arithmetisch gemittelt. Venn das Sicherheitspapier gemäss der Erfindung geprägte Bereiche aufweist, sollen die Opazitätsmessungen in den nichtgepragten Flächen erfolgen.
Die Entschichtungsfestigkeit wird mit einem Zugfestigkeitsprüfgerät der Bauart Instron mit Linienkontakt-ELemmen von 2,5 x 7)6 cm (1 χ 3 Zoll) und mit einem Integrator der Bauart
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Instron (Herstellerin jeweils die Instron Engineering, Inc., Canton, Mass., V.St.A.) bestimmt. Man leitet die Entschichtung einer 2,5 χ 17 cm Probe (1x7 Zoll) von Hand durch Aufspalten des Flächenmaterials mit einem Stift über einem 2,5 x 2,5 cm Randbereich (1x1 Zoll) an der Flächenmaterialebene ein, bei der sich das Identifikationsmaterial befindet. Der verbleibende 2,5 x 15»3 cm grosse Teil des Flächenmaterials bleibt ungetrennt. Man arbeitet dann mit einer "C"-Last-Zelle unter Einstellung auf eine Messlänge von 10,1 cm, eine Gleitkopf-Geschwindigkeit von 12,7 cm/min, eine Schreibblatt-Geschwindigkeit von 5,1 cm/min und eine Vollskalenlast von 0,91 kg. Man fügt in jede der Linienklemmen ein Ende einer der aufgespaltenen Schichten ein und bestimmt dann die Kraft, die zum Auseinanderziehen des Flächenmaterials benötigt wird. Die Entschichtungsfestigkeit (kg/cm) ist gleich der Integrator-Anzeige, dividiert durch den entsprechenden Umrechnungsfaktor, der sich nach der Grösse der Last-Zelle und den Messeinheiten richtet.
Das Flächengewicht wird nach TAPPI T-4-10-0S-61 oder ASTM D 646-50 bestimmt.
Die Dichte wird aus dem Flächengewicht und der Dicke des Flächenmaterials bestimmt. Die Dicke wird mittels einer herkömmlichen Dickenmesslehre gemessen (z. B. einem Starrett-Gerät, Katalog-Nr. 170, Herstellerin die L. S. Starrett Co., Ahtol, Mass., V.St.A.), die mit einem Druck von etwa 180 g/cm auf das Flächenmaterial einwirkt.
Die Zugfestigkeit wird nach TAPPI T-404 M-50 oder ASTM D328-48 bestimmt.
Zur Bestimmung der Zähigkeit ermittelt man die Fläche unter der Kurve der Zugspannung gegen die Dehnung, erhalten nach den oben für die Zugfestigkeit genannten TAPPI- oder ASTM-Prüfungen.
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Die Elmendorf-Reissfestigkeit wird nach TAPPI T-414 M-49 bestimmt.
Zur Bestimmung der Abriebfestigkeit dient ein Prüfgerät der Bauart Crockmeter (S.N. OM-598 der Atlas Electric Device Company, Chicago, 111., V.St.Α.). Direkt unter der Vollbewegung des Gummifusses wird an der Basis des Messgeräts mit Klebeband ein Stück Sxliciumcarbidpapier angebracht, das dazu dient, die Probe am Sichbewegen zu hindern. An der Schwingstange des Messgeräts wird eine Gummischeibe von 50 mm Durchmesser und 10 mm Dicke angebracht (aus Radiermaterial "Pink Pearl No. 101" der Eberhard Faber). Der Schwingstangen-Griff wird so gedreht, dass der Gummifuss auf der Probenoberfläche hin- und hergeht. Wenn die Störung (d. h. ein Aufstehen) der ersten Oberflächenfaser auftritt, liest man an dem Gerätezähler die Zyklenzahl ab. Für jede Probe wird der Durchschnittswert der Zyklenzahl bei fünf Prüfungen aufgezeichnet.
Beispiele 1 bis 7
Bei Jedem der in diesen Beispielen beschriebenen Versuche diente als Ausgangsmaterial ein ungebundenes, leicht verfestigtes Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen-Flächenmaterial, das wie oben beschrieben nach den allgemeinen Methoden der US-PS 3 169 899 hergestellt war. Das leicht verfestigte
Flächenmaterial, das ein Flächengewicht von 42,5 g/o und eine Dichte von etwa 0,25 g/cm hatte, wurde zur Bildung von zwei Wickeln 46 cm breiten Flächenmaterials geschlitzt. Die Bildung von Sicherheitspapier mit diesen beiden Flächenmaterial-Wickeln erfolgte nach dem Prozess von Fig. 3 mit den Abänderungen, dass der Prozess nicht kontinuierlich durchgeführt wurde und die Filzbänder der Binder nicht vorerhitzt wurden. Anstelle der kontinuierlichen Zuführung zu den Bindern wurde der aus dem unbeheizten Walzenspalt der Walzen 15 und 16 austretende, leicht laminierte Flächenmaterialaufbau zuerst gesammelt und auf einer Rolle aufgewickelt, bevor die Eigenbindung erfolgte. Als Identifikationsmaterial dienten in den vorliegenden Beispielen kurze,
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farbige Fäden oder kleine Stücke farbig&,n,thermopl astischen Films (d. h. "Planchets"), die dem Sicherheitspapier in Beispiel 7 in einer Menge von etwa 0,12 g/m oder etwa 0,12 % vom Gesamtgewicht des Endproduktes und in den anderen Beispielen in etwas geringerer Menge einverleibt wurden.
Beim Leichtlaminier- oder Kaltpress-Vorgang wurde der Flächenmaterial auf bau mit einer Geschwindigkeit von 1357 m/min durch den Walzenspalt der Walzen 15 und 16 geführt, die eine Zusammenpressung gemäss Tabelle I ergaben. Die Oberfläche der Metallwalze 16 war in den verschiedenen Beispielen mit verschiedenen Prägemusterungen versehen. Im allgemeinen dürften erhabene Prägemusterungen (0,13 bis 0,25 mm über der restlichen Oberfläche der Walze) dem Flächenmaterialaufbau eine etwas festere Laminierung als in gleicher Weise eingeschnittene Musterungen oder Flachwalzen, die mit bei der gleichen Walzenspalt-Zusammenpressung betrieben werden, erteilen. In den vorliegenden Beispielen hatte die Walze 16 einen Durchmesser von 30»5 cm und die Walze 15 einen solchen von 25,4 cm.
Der auf der Bolle befindliche, leicht laminierte (d. h. kaltgepresste) Flächenmaterialaufbau wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 46 m/min den Bindern zugeführt. Der zur Beheizung der Trommeln des ersten und zweiten Binders eingesetzte Sattwasserdampf wurde auf einem Druck P- von 2,62 bzw. 2,69 bar gehalten. Zur Ausbildung der Zusammenpress-Haltekräfte in den Bindern dienten 100-%-Wollfilz-Bänder von jeweils etwa 3>6 kg/m Flächengewicht und etw.a 1 cm (1/4 Zoll Dicke) Dicke. Die von den Bändern ausgeübte Haltekraft hinderte in Jedem Binder den Flächenmaterialaufbau daran, um mehr als etwa 8 % zu schrumpfen.
Nach dem Eigenbindungsvorgang wurde jede Oberfläche des so erhaltenen Sicherheitspapiers unter Hindurchführen mit einer Geschwindigkeit von 46 m/min durch eine mit 1 kW arbeitende technische Einheit der Bauart Lepel mit einer elektrischen Koronaentladung behandelt,^ wobei jede Oberfläche des Papiers
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eine Oberflächenspannung im Bereich von 50 bis 52 dyn/cm erhielt.
Weitere Einzelheiten der Versuche und Charakteristiken der anfallenden Produkte nennt die Tabelle I. Das Identifikationsraaterial war durch die Oberflächen der Fertigflächenmaterialien hindurch sichtbar. Die Flächenmaterialien erwiesen sich als für den Einsatz als Sicherheitspapier hochzufriedenstellend.
Die in der Tabelle I gebrauchten Elammerzahleη haben folgende Bedeutung:
(1) P - "Planchets" - "ΤΜ » Fäden oder Fasern.
(2) Distanz, um die das Prägemuster gegenüber der restlichen Valzenoberflache erhaben ist (positive Werte) oder in diese eingeschnitten ist (negative Werte).
(3) Gemessen in der Maschinenrichtung (Länge) des Flächenmaterials.
(4) Durchschnitt der Messungen in Maschinenrichtung und
Querrichtung für ein Fertigflächenmaterial von 98 g/m .
(5) Werte beider Oberflächen.
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!Tabelle
Beispiel 2 18 3 18 4 18 5 3 ■6 18 7 ψ
1 ro
,6 ,6 ,6 5 ,5
Identifikationsma P P P T T T O
terial (1) P
Kaltpressung +0, -o, -o, +0,1 +0, +0,38
Prägehöhe, mnr ^ +0,13
Zusammenpressung, 55 55 55 64, 64 55,6
kg/cm 55,6
° Gebundenes Flächen- .
<f material
° Opazität, % 83 83 76 75 82 73 75
ω Entschichtungst^10 festigkeit, g/cm
(Q (3) 90 110 140 140 · 160 210 140
-J Zugfestigkeit,
kg/cm (4) 12,4 12,0 13,4 12,5 11,6 11,8 12,2
Eeissfestigkeit,
kg (4) 0,50 0,45 0,41 0,36 0,41 0,36 0,36
Zähigkeit,/.s
cm.kg/cm2 ^ 2,9 2,7 3Λ 3,2 2,5 2,7 3,1 Abrieb f e stigT c-ν
keit, Zyklen^; 12/9 37/9 22/10 25/19 10/9 27/16 25/9
O CD CO hO
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- Ai-
Beispiele 8 bis 10
Es wurde eine Reihe von Proben nach im wesentlichen den gleichen Arbeitsweisen und aus den gleichen Ausgangsflächenmaterialien wie in Beispiel 7 mit der Abänderung hergestellt, dass die Zusammenpressung in dem unbeheizten Walzenspalt wie in Tabelle II genannt zwischen 55,6 und 5,4- kg/cm variiert wurde. Die Tabelle nennt auch die EntSchichtungsfestigkeit und Opazität der Endprodukte dieser Versuche. Wie die Tabelle zeigt, ergaben die Kontrollproben 11 und 12, die bei Werten unter 17 kg/cm kaltgepresst wurden, Endprodukte mit inadäquater EntSchichtungsfestigkeit (von unter 60 g/cm). Die schlechte EntSchichtungsfestigkeit bei den Endprodukten von Versuch 11 und 12 war auch vom Auftreten von Blasen (d. h. nichtgebundenen Bereichen zwischen den Ausgangsflächenmaterialien) begleitet. Im Gegensatz zu der zufriedenstellenden Bindung, die bei den Proben 7 bis 10 erhalten wurde, liessen sich die Kontrollproben 11 und leicht von Hand entschichten.
Tabelle II
Beispiel Probe Kaitζusammen-
pressung,
kg/cm		 EntSchichtungs
festigkeit ,
g/cm		 Opazität, %
7 7 55,6 140 75
8 8 57,6 120 79
9 9 28,6 140 82
10 10 17,9 110 84
Kontroll
versuch		 11 9,0 54- 88
Kontroll
versuch		 12 5.4 54 89
Ende der Beschreibung
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Claims (2)

  1. Patentansprüche
    Sicherheitspapier, hergestellt aus gebundenen Schichten, die thermoplastische Fasern enthalten, und einer Identifikationsmaterial-Einlagerungsschicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Papier im wesentlichen aus eigengebundenen Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen besteht und eine Opazität von mindestens 70 % und eine Entschichtungsfestigkeit von mindestens 60 g/cm in der Ebene der Schicht hat, die das Identifikationsmaterial enthält.
  2. 2. Sicherheitspapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Papier ein Flächengewicht von 50 bis 150 g/m ,
    eine Zugfestigkeit von mindestens 100 g/cm je g/m ,
    ρ ρ
    eine Zähigkeit von mindestens 25 cm.g/cm je g/m , eine Elmendorf-Reissfestigkeit von mindestens 3 g de g/m und eine Oberflächenabriebfestigkeit von mindestens 5 hat und das Identifikationsmaterial ein farbiges Material in Form diskreter Fasern oder Filmpartikel in einer Menge von nicht mehr als etwa 0,5 Gew.% des Papiers ist.
    3· Verfahren zur Herstellung von Sicherheitspapier unter Zusammenfügen von Schichten, die bindbare thermoplastische Fasern enthalten, mit einer diskontinuierlichen Identifikationsmaterial-Einlagerungsschicht und dann Binden der faserhaltigen Schichten, dadurch gekennzeich-
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    net, dass man
    A) die Einlagerungsschicht des Identifikationsmaterials mit einem ersten und einem zweiten ungebundenen, leicht verfestigten Vliesstoff-Polyäthylen-Filmfibrillen-Plächenmaterial zusammenfügt, wobei jedes Flächenmaterial ein Flächengewicht im Bereich von 25 bis
    75 g/m und eine Dichte im Bereich von 0,15 bis 0,30 g/cm5 hat,
    B) den Flächenmaterialaufbau durch einen unbeheizten Spalt führt und in diesem eine Zusammenpressung im Bereich von 17 bis 85 kg/cm Breite des behandelten Flächenmaterials zur Einwirkung bringt, um einen leicht laminierten Flächenmaterialaufbau zu bilden,
    C) den leicht laminierten Flächenmaterialaufbau durch Hindurchführen desselben, während er unter der Einwirkung von Zusammenpresshaltekräften steht, durch eine Erhitzungszone und genügendes Erhöhen der Temperatur einer Fläche des Aufbaus, um zum Verschmelzen von Oberflächen-Filmfibrillen im Sinne der Erzielung einer Abriebfestigkeit von mindestens 5 Zyklen zu führen, und Abkühlen des Aufbaus, während er unter Haltekräften steht, auf eine Temperatur unter den Wert, bei dem der Aufbau sich wesentlich verziehen oder schrumpfen würde, und dann Wiederholung der Arbeitsweise dieser Stufe zur Behandlung der anderen Fläche des Flächenmaterialaufbaus und Erzielung eines gebundenen Flächenmaterials mit einer Opazität von mindestens 70 % und einer EntSchichtungsfestigkeit an der Identifikationsmaterial-Ebene von mindestens 60 g/cm eigenbindet.
    Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass man in dem unbeheizten Spalt in Stufe B) dem Flächenmaterialaufbau ein geprägtes Muster erteilt und eine Zusammenpressung im Bereich von 4-5 bis 70 kg/cm zur Einwirkung bringt.
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    5· Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man mit einem unbeheizten Spalt arbeitet, der von zwei zusammenwirkenden Walzen gebildet wird, deren erste eine harte Metalloberfläche und deren zweite eine Oberfläche mit einer Härte von mindestens 70 Shore D hat.
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