Новые защитные технологии
Совсем недавно, в только что ушедшем 2016 году, Гознак получил патенты на оригинальные технологии защиты ценных бумаг.
АО «Гознак» получило в России патент на способ изготовления денег (и других бумаг, требующих защиты от подделки) с прозрачными участками. И конечно, на саму бумагу, полученную таким способом.
Другой патент касается полимерного материала с волокнами, флуоресцирующими в обычном видимом свете. Информация об этом есть в базах данных Роспатента. Во врезках приведена выдержка из текста патентов. Как записано в документации к изобретениям, цель новых технологий — усилить защиту от подделок.
Прозрачное «окно»
Деньги с прозрачными вставками уже выпускаются в некоторых странах. Например, в Австралии местные доллары имеют прозрачные «окна». В зависимости от достоинства банкноты они изображают разные реалии южного континента: цветок эвкалипта, птицу лирохвоста, созвездие Южного Креста и др. Широко известны канадские пластиковые деньги с понастоящему большими областями прозрачных вставок. Выпускали банкноты с «окошком» и в Гонконге.
Так что же здесь нового, спросит искушенный читатель? А то, что всё это были денежные знаки из пластика. А патент Гознака называется «Способ изготовления бумаги с прозрачными участками...».
Для тех, кто в теме, поясняем: предложена локальная пропитка участков бумаги глицидиловыми эфирами моно и полиатомных спиртов. По мнению авторов патента, это гораздо технологичнее, чем наклеивание прозрачного пластика на бумагу, как это делают в почтовой индустрии, когда сквозь окошко в конверте виден адрес, написанный на вложенном внутрь листке бумаги. В качестве примера банкноты с подобным окошком можно привести банковский билет в 5 левов, выпущенный в Болгарии в 2005 году и ставший первой в мире гибридной банкнотой (Varifeye®) с «прозрачным окном».
Рис. 1. Банкнота номиналом в 5 австралийских долларов с прозрачными зонами
Способ изготовления бумаги с прозрачными участками и бумага с прозрачными участками, изготовленная с помощью этого способа
Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству бумаги для изготовления банкнот, чеков, сертификатов, векселей, паспортов, удостоверений личности, талонов на бензин, билетов на развлекательные мероприятия и других документов, требующих защиты от подделки.
Задача, решаемая изобретением, — получение на бумаге прозрачных участков без образования на поверхности бумаги твердых пленок, препятствующих последующему процессу запечатывания.
Такой технический результат особенно заметен на бумагах с высокой непрозрачностью, которые используются, например, для изготовления банкнот, так как известные из уровня техники композиции растворов не позволяют получить на таких бумагах пропиткой участки с достаточно высокой прозрачностью.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления бумаги с прозрачными участками определенной формы, в котором участки бумаги локально пропитывают раствором соединений с эпоксидными группами в присутствии отверждающего агента, согласно изобретению, в качестве соединений с эпоксидными группами применяют глицидиловые эфиры моно- и полиатомных спиртов, выражаемых обобщенной формулой:
R-(O-CH2-CH-CH2)n
\ /
O
где n = 1-3, a R — остаток моно- или полиатомного спирта, и характеризующихся динамической вязкостью при температуре 25 °C не более 150 мПа·с.
Преимущественно глицидиловые эфиры моно- и полиатомных спиртов растворяют в органическом растворителе в массовом отношении от 30 до 90%.
Преимущественно растворы глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов в органическом растворителе наносят печатным способом на участки бумаги толщиной не более 80 мкм, полученные в процессе ее отлива на бумагоделательной машине.
В частности, прозрачные участки имеют форму геометрических фигур, символов, букв или цифр, видимых в проходящем свете.
В частности, на бумагу с прозрачными участками наносят печатные изображения. В другом варианте предварительно на бумагу наносят печатные изображения, а затем проводят пропитку бумаги с получением прозрачных участков.
Предложена бумага с прозрачными участками, изготовленная заявленным способом.
В качестве глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов в способе изобретения используют моноглицидиловый эфир н-бутанола, моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва, моноглицидиловый эфир 2-этилгексанола, диглицидиловый эфир диэтиленгликоля, диглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля, триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола, диглицидиловый эфир 1,4-бутандиола, диглицидиловый эфир неопентилгликоля, триглицидиловый эфир триметилолпропана и др. Причем для получения необходимого эффекта указанные соединения можно применять как по отдельности, так и в виде смеси двух и более соединений.
Эти соединения представляют собой бесцветные или светло-желтые низковязкие жидкости, которые содержат эпоксидные группы с массовой долей от 7,5 до 30% и хорошо сочетаются со всеми известными отвердителями эпоксидных смол. Например, для их отверждения можно использовать алифатические или ароматические полиамины, ангидриды кислот, кислоты Льюиса и т.д. В качестве растворителей для этих соединений применяют изопропиловый спирт, этилацетат, пропилацетат, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, диметилформамид, а также их смеси и т.д.
Динамическая вязкость глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов, в соответствии с изобретением, должна быть при температуре 25 °C не более 150 мПа·с, или, что еще более предпочтительно, не более 50 мПа·с. Если их динамическая вязкость при температуре 25 °C превышает 150 мПа·с, то при растворении продукта в органическом растворителе в массовом отношении более 50% наблюдаются проблемы, связанные с ухудшением проникновения полученного раствора в структуру бумаги.
В растворы глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов можно добавлять и другие соединения, содержащие эпоксидные группы. Например, в качестве этих соединений можно использовать диглицидиловый эфир гомоолигомера эпихлоргидрина, моноглицидиловый эфир алкилфенола, моноглицидиловый эфир третбутилфенола. Кроме того, с целью защиты от подделки в растворы глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов можно добавлять соединения, растворимые в органических растворителях, которые обладают свойствами люминесценции при облучении УФ-излучением с длиной волны возбуждения 365 или 254 нм, а также свойствами поглощения в ИК-области спектра.
Нанесение растворов глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов в органических растворителях (далее — растворов) на заданные участки бумаги осуществляют печатными способами. Для этого можно использовать глубокий, трафаретный или флексографский способы печати. Например, при применении флексографского способа печати эти растворы можно наносить на бумагу, используя анилоксовые валы с линиатурой 60-120 линий/см2 и краскоемкостью 10-24 см3/м2. Причем вязкость растворов, измеренная на воронке с диаметром отверстия 4 мм, в этом случае должна быть в диапазоне 10-35 секунд или, что еще более предпочтительно, — 10-15 секунд.
При необходимости для повышения прозрачности растворы можно наносить на заданные участки одновременно с обеих сторон бумаги.
Формирование прозрачных участков после нанесения на бумагу растворов печатными способами условно осуществляется в два этапа. На первом, наиболее коротком этапе происходит испарение растворителя и впитывание раствора в бумагу. Для ускорения процесса на данном этапе бумагу целесообразно нагревать до температуры 85-140 °C. На втором этапе, который наиболее длителен по времени и полностью завершается уже на накате или в стопе, впитавшийся в бумагу раствор претерпевает окончательное отверждение. Этот этап обычно длится в течение 3-4 дней после нанесения раствора на бумагу.
Бумагу изготавливают на круглосеточной или плоскосеточной бумагоделательной машине. Она может содержать в своем составе древесную, хлопковую целлюлозу, а также синтетические волокна (капроновые, полиэфирные). Кроме того, бумага может содержать в своем составе наполнители (двуокись титана), добавки для повышения прочности бумаги в сухом и мокром состоянии (натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, полиамид(амин)эпихлоргидринная смола), вещества для проклейки бумаги в массе (димеры алкилкетена), красители (прямые, кислотные). В процессе изготовления бумага проклеивается с поверхности водным раствором поливинилового спирта, а также, что менее предпочтительно, водными дисперсиями полиуретана, акрилата или стиролакрилата. При необходимости бумага может содержать водяные знаки, волокна, нити и другие защитные признаки.
Растворы предпочтительно наносить на участки бумаги толщиной не более 80 мкм. Это позволяет получить на бумаге после впитывания раствора и отверждения прозрачные участки с высокой прозрачностью. Обычно бумага, используемая для изготовления банкнот, при массе 90 г/м2 имеет толщину 100-130 мкм. На такой бумаге участки заданной формы и размера, имеющие меньшую толщину по сравнению с толщиной бумаги, можно сформировать в процессе отлива бумажного полотна. Например, для изготовления этих участков можно использовать в процессе отлива бумаги на бумагоделательной машине эгутер или формный цилиндр с водонепроницаемыми элементами (филигранями), которые имеют размер и форму этих участков. Причем толщину бумаги в этом случае можно изменять за счет растрирования и изменения толщины этих водонепроницаемых элементов.
Прозрачные участки, полученные за счет нанесения на бумагу растворов печатными способами (далее — прозрачные участки), должны иметь форму и размер, предусмотренные дизайном изделия. Например, они могут располагаться на листе бумаги симметрично совмещаемым фрагментам водяного знака (RU 2475578, 20.02.2013). Причем в этом случае им придается форма и размер совмещаемых фрагментов водяного знака. В простейшем случае прозрачные участки могут иметь форму квадрата, круга, эллипса и т.д.
После полного отверждения раствора прозрачные участки можно запечатывать обычными способами печати, применяемыми для изготовления ценных документов, в том числе банкнот. Например, на прозрачных участках можно осуществлять печать офсетным, металлографским, высоким или трафаретным способами. Кроме того, можно сначала осуществить запечатывание заданных участков бумаги вышеуказанными способами печати, а затем нанести на них раствор с целью получения прозрачных участков.
Уровень прозрачности прозрачных участков оценивали, измеряя оптическую плотность бумаги с помощью просветного денситометра Χ-Rite. При этом уменьшение оптической плотности обозначало повышение прозрачности бумаги.
Таким образом, заявляемый способ позволяет получить на бумаге по сравнению с известным уровнем техники участки с более высокой прозрачностью без образования на поверхности бумаги пленок, препятствующих последующему процессу запечатывания. Результат достигается за счет нанесения на бумагу растворов глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов, которые хорошо впитываются в структуру бумаги, в том числе и при концентрации глицидиловых эфиров моно- и полиатомных спиртов в растворе более 50%. Причем наибольший эффект от применения способа изобретения достигается на бумагах с высокой непрозрачностью, которые используются, например, для изготовления банкнот или других ценных документо
Прозрачную бумагу предлагается использовать «для изготовления банкнот, чеков, сертификатов, векселей, паспортов, удостоверений личности, талонов на бензин, билетов на развлекательные мероприятия и других документов, требующих защиты от подделки».
Надо отметить один важный момент — прозрачное окно само по себе является достаточно сильным защитным элементом, так как его, например, невозможно получить и даже имитировать цифровыми методами. Это сразу отсекает огромный массив продукции непрофессиональных фальшивомонетчиков (casual counterfeiters), деятельность которых в последнее время становится серьезной проблемой.
Кроме того, прозрачное окно является основой, на которой реализованы многие новые защитные элементы, невозможные на бумажном носителе. Так, фирма Securency разработала около десятка только визуальных защитных признаков, которые реализуются на прозрачном окне. Одним из них является WinDOE®, в котором прозрачное окно используется как основа для нанесения голографического изображения, которое выявляется в проходящем свете. Одним из достоинств этого защитного элемента, несомненно, является то, что он эффективно работает при слабой освещенности, так как на темном фоне контрастно выявляется дифракционная картина.
Рис. 2. Банкнота номиналом в 20 канадских долларов с прозрачной областью
Прозрачное окно можно использовать для идентификации подлинности, для чего следует перегнуть банкноту и совместить окно с определенным изображением на ней.
Известный производитель банкнотной продукции голландская фирма Joh.EnschedE разработала защитный элемент MicroSam® (Micro Screen Angle Modulation), предназначенный для прозрачного окна. Изображение, состоящее из тонких линий, наносится на прозрачное окно (microSam screener) и на банкноту (microSam image). При их совмещении выявляется скрытое изображение, видимое сквозь прозрачное окно. Этот защитный элемент применен на памятной банкноте в 10 долларов Новой Зеландии.
Светящийся материал
Кроме того, в Гознаке изобрели новый волокнистый материал. Если добавить его в бумагу, та начнет светиться. Традиционно это происходит при облучении ультрафиолетом. Но в патенте говорится и об обычном освещении: «Защитные свойства такой бумаги могут быть определены визуально под воздействием света видимой и/или ультрафиолетовой
и/или инфракрасной области спектра».
Если деньги станут светиться в обычном свете — это будет необычное зрелище.
Добавим, что волокна — это один из традиционных компонентов защиты бумаги. Как правило, их вводят в состав бумаги на технологической стадии отлива. В качестве «защитных» в практике бумажного производства применяют волокна натуральные или искусственные (синтетические или полимерные), а также их смеси. Для этого в процессе их изготовления или последующей обработки им придаются те или иные специальные свойства, обеспечивающие защиту от подделки конечной бумажной продукции, в том числе ценных бумаг и документов.
Известны различные виды и различные методы изготовления волокон, применяемых в качестве защитных элементов для бумаги. Одним из видов таких волокон являются полимерные волокна или созданные на их основе композиции, содержащие соответствующие функциональные добавки, в том числе частицы красителей, пигментов, люминофоров и т.п.
Волокнистый полимерный материал для защиты бумаги от подделки, способ его изготовления, защищенная от подделки бумага с таким материалом и изделие (ценный документ)
Изобретение относится к технологии бумаги, в частности к защитным волокнам со специальными свойствами.
Сущность изобретения заключается в использовании широкого круга различных по составу и структуре полимеров, образующих микроволокна из растворов органических растворителей методом электроформования. Формующие растворы содержат защитные вещества, выбранные из числа УФ- и ИК-люминофоров, включая термозависимые люминофоры и квантовые точки. Сформованные микроволокна с защитными веществами измельчают до нужного размера и диспергируют в водной среде.
Полученную водную дисперсию микроволокон и частиц, состоящих из произвольно переплетенных между собой микроволокон, вводят в состав бумажной массы, где они равномерно распределяются в суспензии бумажной массы и встраиваются в структуру бумаги в процессе ее изготовления с эффективным сохранением защитных веществ как в объеме, так и на поверхности или локальной части ценной бумаги или документа. Содержащие люминофоры микроволокна и их образования в виде волокнистых частиц легко идентифицируются при проверке подлинности ценных бумаг, в том числе при облучении светом УФ- или ИК-диапазона.
Предлагаемый способ изготовления волокнистого материала включает изготовление полимерного волокна с диаметром волокна 0,1-10 мкм, содержащего люминофоры, и последующее измельчение полимерного волокна до получения смеси отдельных микроволокон и частиц из хаотично переплетенных микроволокон размером до 200 мкм, предпочтительно —
30-100 мкм. Этап измельчения полимерного волокна проводится в водной среде с добавлением смачивателя для удобства измельчения, предотвращения электризуемости материала и агрегации микроволокон. Полученный волокнистый материал, представляющий собой дисперсию смеси отдельных и переплетенных полимерных микроволокон в виде частиц указанного размера, вводится в суспензию бумажной массы.Размер получаемых образований, в том числе в виде частиц (или узлов) полимерных микроволокон, является контролируемым параметром и зависит от заданных условий измельчения. Внедряя в бумагу полимерные микроволокна и образующиеся из них волокнистые частицы с различным распределением по размеру, можно добиваться разных заданных физических эффектов.
Волокнистый материал может быть внедрен в бумагу различными способами: в бумажную массу различной концентрации, в один из слоев или на заранее определенные участки отливаемого бумажного полотна.
Бумага, полученная по заявляемому способу, содержит волокнистый материал в виде отдельных полимерных микроволокон и частиц полимерных микроволокон, обладающий по меньшей мере одним защитным свойством. Защитные свойства такой бумаги могут быть определены визуально под воздействием света видимой и/или УФ- и/или ИК-области спектра, а также различными инструментальными методами анализа.
Под ценными документами подразумеваются такие сделанные по традиционной технологии объекты, как банкноты, удостоверения личности, чеки, акции, акцизные марки и т.п.
Под люминофорами понимаются вещества, способные преобразовывать поглощаемую энергию в световое излучение. В качестве люминофоров используются вещества с люминесцентными свойствами, содержащие редкоземельные элементы, такие как La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Sc, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Y, Lu, или же ионы Bi, Cd, Pb, Ni, Sn, Sb, W, Tl, Ag, Cu, Zn, Ti, Mn, Cr, V, равно как и органические люминофоры, такие как люминофоры, относящиеся к классам ароматических углеводородов и их замещенных, соединений с арилэтиленовыми и арилацетиленовыми группами, соединений с экзоциклической С=N-группой, пяти- и шестичленным гетероциклическим соединениям, карбонилсодержащим соединениям, производным нафталевой кислоты и др., а также любую комбинацию из указанных люминофоров.
Одним из вариантов заявляемого способа получения волокнистого материала является использование в качестве защитного маркера веществ из класса УФ- и/или ИК-люминофоров, растворимых или нерастворимых в органических растворителях, органического или неорганического происхождения, концентрация которых составляет от 0,2 до 10% масс.
Для данных веществ, объединенных в один функциональный класс, известно, что свечение неорганических люминофоров (фосфоров) может быть обусловлено как свойствами его основного вещества (основания), так и примесями — активаторами. Активатор образует в основании центры люминесценции. Активаторами чаще всего являются перечисленные выше соли редкоземельных элементов или элементов актиноидного ряда.
Свечение органических люминофоров (люминофоры, органолюминофоры) обусловлено химическим строением органических соединений и сохраняется в различных агрегатных состояниях. По химическому строению различают следующие органические люминофоры: ароматические углеводороды или их производные полифенильные углеводороды, углеводороды с конденсированными ароматическими ядрами или арилэтиленовой и арилацетиленовой группировками, пяти- и шестичленные гетероциклы и их производные, соединения с карбонильными группами; к органическим люминофорам относят также комплексы металлов с органическими лигандами
Комментарии специалистов
«Специалисты в НИИ Гознака постоянно изобретают новые технологии защиты, — говорит художник Юрий Ковердяев, в 1990х годах участвовавший в создании российских денег. — Защита не стоит на месте. Ведь по пятам идут неглупые ребята».
По его словам, нередко новации касаются именно бумаги. В 1818 году Гознак был создан именно как «Экспедиция заготовления государственных бумаг» при Министерстве финансов царского правительства. Это учреждение состояло из бумажной фабрики и типографии.
Рис. 3. Банкнота номиналом в 5000 российских рублей с волокнами, люминесцирующими в УФ-диапазоне
Как рассказал Ковердяев, и сейчас бумагу для российских денег Гознак делает сам.
«Это большое объединение, в нем много предприятий. Даже некоторые станки сами для себя делают, — прокомментировал художник. — Когда бумагу производишь сам, можно давать технологам интересные, необычные задания».
«Появление новых банкнот непременно потребует перенастройки банкоматов и устройств для проверки денег», — отметила эксвицепрезидент СМП банка Елена Дворовых.
«Сколько денег это потребует, трудно предсказать, — заявила она. — Возможно, придется менять купюроприемники. А может, обойдемся перенастройкой техники».
По словам представителя другого банка, финансовые организации иногда заключают с поставщиками техники договор об обслуживании. В этом случае обновление софта произойдет бесплатно.
Комментарии Гознака
В связи с участившимися запросами представителей СМИ о двух полученных недавно АО «Гознак» патентах, считаем необходимым сообщить следующее: «Действительно, специалисты Гознака разработали технологию изготовления банкнотной бумаги и других защищенных от подделки ценных бумаг с включенными в них прозрачными участками. Еще одна разработка, о которой идет речь, — создание полимерного материала с волокнами, флуоресцирующими не только в ультрафиолетовой или в инфракрасной области спектра, но и в обычном видимом свете. На обе эти разработки Роспатент выдал АО “Гознак” соответствующие патенты.
Это интересные и перспективные технологии, но говорить об их применении на практике пока рано. АО “Гознак” предлагает их использование при создании защищенных от подделки изделий».