证券纸

本发明涉及证券(security)纸，并特别是涉及一种带有高质量水印的证券 纸的制造方法。

精通造纸工艺的人都知道，使用较长的合成纤维能增加纸张的抗撕强 度。用于制造证券纸，例如纸币纸的棉纤维的典型长度为1毫米。然而抗 撕合成纤维的典型长度为3-5毫米。另一个在造纸工艺中众所周知的事实 是，添加合成纤维通常可以使抗折叠和抗张强度增加，但是只有当这些纤 维与棉纤维的周围基质有效地结合在一起时，这种特性才能实现。以往通 过三种技术实现了这种适当形式的结合：

1.一种技术是使用一种能形成氢键的纤维，如粘胶纤维或聚乙烯醇。使 用这种技术的有限性在于合成纤维的表面积通常比天然纤维低，从而使单 个合成纤维的氢键力成比例地低于纤维素纤维。这种键合力的降低只是通 过使用比纤维素或其它天然纤维更长的纤维得到了部分补偿。

2.此种技术是用一种强力粘合剂如聚乙烯醇或胶质浸入基质。在实践中 若不采用溶剂基的系统和/或热砑光工序，使该技术行之有效是十分困难 的，但是两者皆因成本高而不受欢迎。对溶剂基的系统而言，出于对环境 的考虑也不宜依赖这种方法。

3.此种技术是将粘合剂纤维与一种合成增强纤维结合在一起。这种结合 纤维必须能够在干燥过程中熔融或溶解，从而实现纤维基质中合成纤维和 天然纤维的粘合。

荷兰专利申请第9301835号透露了一种证券纸的制造工序，除了纤维素 之外，使用了不溶性聚乙烯醇纤维，或者大量的可溶或不溶性聚乙烯醇纤 维。与仅含纤维素纤维的纸相比较，不溶性聚乙烯醇纤维的采用改进了纸 的强度和硬度。与采用诸如聚酰胺或聚乙烯纤维的其它纤维的纸相比，根 据该专利制造的纸显示出更好的硬度和水印清晰度。根据该公开使用的可 溶性聚乙烯醇纤维是溶于60℃及60℃以上的水中的那些，在溶解过程中， 可溶性纤维消失了。聚乙烯醇分子在作为粘合剂的同时还可以提供一种表 面效果，使得为了得到优质印刷效果而不需要通常的表面处理。该说明书 总体上清楚地说明，即使采用一种合成纤维，即不溶性聚乙烯醇纤维，也 可以得到相当好的水印质量。与荷兰专利第9301835号透露的发明相反的 是，本发明通过采用在95℃-100℃具有溶解能力的一定量的聚乙烯醇纤 维，较之仅用纤维素纤维制造的证券纸改进了纸的强度，较之其它类型的 不溶性PVOH纤维也改进了水印质量。

模制凹凸水印是用于纸币防伪的最关键、最重要的安全标记。几乎世界 各国的货币都普遍采用这种水印就是明证。水印的完美质量对于水印的防 伪价值至关重要。

判定水印的质量本质上是一个主观问题。然而那些精通生成模制凹凸水 印，即荷兰专利申请9301835号中称之为影印水印工艺的人，熟悉几种鉴 别质量的标准。一个高质量的水印具有以下三个关键特征：

首先，清晰可辨；即图形不应模糊不清。

第二，应具有高对比度；即透光观察时明暗区域明显不同。明区，又叫 做高亮度区，应比非水印区亮得多。暗区应比周围的非水印区明显地暗。

第三，为了体现水印的最好效果和保证图案始终一贯的重现性，纸(非 水印区)的背景制作应当是均匀一致的。

在所有上述的质量标准中，对暗区对比度的定量最容易。可以通过估计 比非水印区更高grammage(克重)的水印区的纤维数量来实现。

上述的荷兰专利申请没有描述用于鉴别水印质量的标准。而且，它没有 叙述用哪些关于水印质量的主观标准鉴定含不溶性PVOH纤维和含其它合 成纤维或只含棉纤维的纸的水印质量。

在造纸过程中使用合成纤维的传统方法使精通该业的人选择一种具有 最大氢键力，符合纸张成型的最大长度和最佳化学键系统的纤维。同样可 以理解，抗撕强度尤其依赖纤维强度的主要作用，而折叠性能则依赖纤维 强度和键合强度二者的作用。

在诸如纸币的证券纸的生产过程中，使两个重要物理特性，即抗撕强度 和折叠性能的最佳化十分重要。现有技术中指出，为了使两种物理特性达 到良好效果，可以适当地采用在受热时或在水中都不受损害的增强纤维来 保持最大的纤维强度。令人吃惊的发现是，将可溶性聚乙烯醇纤维用于温 度范围至少达到95℃-100℃的造纸过程，它在包括干燥在内的整个造纸过 程中仍然保持了强度特性。特别发现，根据本发明的方法制造的证券纸在 干燥阶段，当水分蒸发之前，纤维处于接近100℃的水中时，强度仍然没 有减弱。

因此，本发明提供一种制造证券纸，例如纸币的方法，该方法包括生成 由纤维素纤维和聚乙烯醇纤维组成的造纸悬浮液，其中聚乙烯醇纤维在95 ℃-100℃的水中可溶，将造纸悬浮液通过一个模压金属网或其它模压方法 脱水，经模压产生的突起和凹陷图形相当于水印的明暗区域，带有水印图 案的脱水后的成型纸再经过干燥制成最终的证券纸。

造纸悬浮液中的纤维素纤维含量至少在50％，既可以是压毛纤维也可 以是梳毛纤维；此外，纤维可以是亚麻纤维或吕宋麻(abaca)纤维。优 选纤维素纤维的含量至少在80％(重量)，特别优选含量至少在90％(重 量)。在95℃-100℃的水中可溶的聚乙烯醇纤维的含量可以约占到造纸悬 浮液中纤维重量的10％(重量)，优选2-10％(重量)，特别优选4-8％ (重量)。

在95℃-100℃的水中可溶的聚乙烯醇纤维的优选长度可以达到5毫 米，特别优选3-5毫米；这些纤维的纤度可以达到2旦尼尔，优选0.3-2旦 尼尔，特别优选1旦尼尔。

在95℃-100℃的水中可溶的聚乙烯醇纤维可以有一个由不同的聚合物 纤维材料，如聚酯、聚酰胺粘胶丝或水不溶性聚乙烯醇纤维形成的芯。这 些有芯纤维可以被视为等同于普通的聚乙烯醇纤维，因为它们提供一个按 照本发明的方法形成的聚乙烯醇表面，以便使用于特殊目的的高安全性证 券尤其是纸币获得优良的强度性能以及优良的水印。上述的有芯聚乙烯醇 纤维可以通过共挤压法制得，也可以将0.5-0.8旦尼尔的芯材料纤维束通过 分子量为50,000-150,000的聚乙烯醇浴，使其涂敷一层聚乙烯醇。然后将 纤维干燥，接着进行热处理，以便增加聚乙烯醇在95℃-100℃范围内，例 如在99℃时的溶解度。将生成的束纤维切成5毫米长的人造短纤维。用这 种方法生产的纤维与未涂敷的纤维相比，增强了强度性能，改进了粘结特 性和降低了通常不良水印质量的影响。

本发明的实质部分是实现高质量的水印效果。众所周知，如果造纸纤维 流动性差，水印质量就差或者实际上难以辨认。这是因为移动纤维的流体 动力不够充分，或者是因为纤维的流动性受到其长度的限制。在成型时这 种不流动性阻碍纤维在水印压模的凹陷处聚集和从突起处移开，导致水印 的质量很差。已知通常用于制造证券纸的棉纤维是1毫米长，而通常使用 的合成纤维是3-5毫米长。显而易见，合成纤维更长，一般会因其本身的流 动性差而引起水印质量的显著下降。

本发明的一个显著特征是，可以在95℃-100℃的水中溶解的聚乙烯醇 纤维，由于其本身的润滑性，大大改善了纸张成型阶段的流动性，从而导 致纸的水印质量比例如荷兰专利公开第9301835号透露的含不溶性聚乙烯 醇纤维的纸有了显著提高。本工艺使用的聚乙烯醇纤维的优异性能可见于 水印的清晰可辨和对比度强。

在纸张成型之前，当造纸纤维处于悬浮状态时，已知工艺的典型纤维 浓度是0.2％，这在现有技术中是公知的。在此浓度下，纤维自然倾向于相 互影响。对于较长纤维而言，这种相互影响导致纤维缠绕在一起。这种缠 绕聚集可以导致絮集，我们已经发现，在含有于95℃-100℃水溶的聚乙烯 醇纤维的悬浮液中，纤维分散中缠绕或絮集的倾向显著地低于荷兰专利公 开第9301835号中描述的不溶性聚乙烯醇纤维。

使用于95℃-100℃水溶的聚乙烯醇纤维既可以得到优良的纸张强度， 又可以得到上好的水印效果。这是一种优良特性的惊人结合，在使用其它 水溶性聚乙烯醇纤维或不溶性(增强)聚乙烯醇纤维时尚未发现这种效果。

用于本发明的优选聚乙烯醇纤维是经湿纺工艺生产的。

现在对本发明进行举例说明。

实施例1：

制备一种配料，含以总干纤维计5％(重量)的5毫米VPB102 PVOH 纤维(99℃可溶，5毫米长)和95％(重量)的以普通方法制造的棉纤维。 将其用于制造纸币用纸的机器压纹模具上。湿纸经过下列普通方法加工： 碾压，干燥，聚乙烯醇浸入，进一步干燥，抛光和最后打卷。

对这种方法生产的纸张进行折叠和撕扯试验。根据前述主观鉴定标准对 水印进行视觉评价。对严格按照相同方法制造、但原料为100％(重量)棉 纤维的纸也进行了对比试验。

获得结果如下： 配料组成 Grammag e 折叠 MD      CD 撕扯 MD      CD 95％棉 5％VPB102 X 5mm 83 5200    3000 1040    1200 100％棉 83 3400    2160 800     960 MD＝机器方向 CD＝横截面 条件-50％RH   配料组成       水印 对比度    清晰度    背景 95％棉 5％VPB102 X 5mm     好     好     好 100％棉     好     好     好 实施例2：

本发明的惊人方面之一是，与上述荷兰专利申请描述的不溶性纤维，例 如VPB103相比，采用约在99℃溶解的那些纤维实现了水印质量的明显改 进。用此类纤维进行的试验结果说明了这一点。

对两种类型的纤维：上述荷兰专利申请描述的VPB103(不溶，3毫米 长)和该申请优选的纤维之一VPB102(在99℃溶解，3毫米长)进行直 接比较，获得结果如下。由行家得出的评价结果分为三类：好、中、差。 纸用英国标准的手抄纸制纸机制造，PVOH纤维含量为5％(重量)。     纤维类型      水印 对比度  清晰度     背景     VPB102   好      好     好     VPB103   中      中     中

进一步的试验显示了有关水印对比度的下列试验数据：VPB102纤维 在水印暗区较非水印区增厚的百分比远远超过了VPB103纤维。     纤维类型         水印对比度 相对于非水印区增厚的百分比％     肖像水印   条纹水印     VPB102     14％     8％     VPB103     10％     4％

VPB102达到的肖像水印对比度比VPB103好40％，条纹水印对比度比 VPB103好100％。这是一种显著而惊人的性能区别，清楚地说明了本专利 申请所选择的纤维的好处。