Бумажная масса для защиты бумаги от подделки

Изобретение относится к области производства офсетной бумаги, в частности для получения специальных бумаг, обладающих защитными свойствами от подделок.

В настоящее время существует достаточно много различных методов борьбы с фальсификацией полиграфической продукции, способных обеспечить высокий уровень защиты. К таким технологиям относятся орловская и металлографическая печать, полутоновые водяные знаки, полимерная нить в бумажной массе, микроперфорация и многие другие (Фролов М.В. Формирование защитной структуры полиграфического изображения с использованием полиграфической системы воспроизведения. Дис…. канд.тех.наук. Москва :МГУП. 2005).

Известно, что для получения бумаги может быть использована бикомпонентная бумажная масса, состоящая из волокнистых материалов различной природы. Так, например, известна ценная бумага, содержащая волокнистый бумажный материал, в котором присутствуют волокна чистого хлопка, а в качестве защиты - цветные флуоресцирующие волокна (Пат. РФ 2170788, D 21 Н 21/40, опубл. 20.07.2001, БИ 20).

Недостатком предлагаемого изобретения является то, что в аналоге используется чистое дорогостоящее хлопковое волокно. Технология изготовления бумаги в промышленных масштабах из чистой хлопковой целлюлозы экономически нецелесообразна. Кроме того, для получения водяного знака требуется значительное количество подготовительных операций с выполнением определенных условий.

Наиболее близким по сущности и достигаемому результату является волокнистый материал для защиты бумаги от подделки, содержащий хлопковые волокна и профилированные окрашенные и неокрашенные синтетические волокна, прочно удерживаемые в массе (Генис А.В., Архипов М.С., Крылов А.Л. и др. Волокнистый материал для защиты бумаги от подделки. RU, 2217542. 22.08.2002).

Недостатком этого аналога является трудоемкость процесса изготовления профилированного волокна с определенным значением коэффициента разветвленности.

Получение профилированного волокна для введения в бумажную массу заключается в том, что требуются специальные фильеры для его формирования, т.е. получение такого волокна предусматривается для специальных целей.

Должны точно соблюдаться пределы значений коэффициента разветвленности, что вызывает определенные трудности при получении таких волокон и их использовании.

Так, например, при значении коэффициента разветвленности <6,2 не достигается необходимой изрезанности профилей, в результате чего не происходит необходимого сцепления указанных волокон с хлопковыми волокнами. Кроме того, растет вероятность агрегации синтетических волокон. Немаловажным фактом является также дороговизна используемого хлопкового волокна.

В аналоге в волокнистый материал для защиты от подделки бумаги, содержащей хлопковые волокна, вводятся профилированные окрашенные и профилированные неокрашенные синтетические волокна. В предлагаемой заявке используются обычные непрофилированные отходы синтетического волокна нитрон производства ОАО «Navoiyazot».

Задачей предлагаемого изобретения является получение бумаги из отходов местного сырья, имеющей прочностные характеристики, не уступающие стандартным для офсетной бумаги, а также обладающей защитными свойствами.

Поставленная задача решается тем, что волокнистая бумажная масса содержит хлопковые волокна (линт), непрофилированные неокрашенные синтетические волокна - отходы нитрона и окрашенные специальным составом отходы натурального шелка при следующем соотношении компонентов; мас. %:

В качестве хлопкового волокна используются коротковолокнистые отходы хлопка (линт или пух), остающиеся на семенах хлопчатника после отделения нормального волокна и имеющие длину от 5 до 20 мм. Содержание линта в хлопчатнике составляет 4-6 %. Содержание целлюлозы в хлопке колеблется от 95 до 98 % в зависимости от сорта.

Известно, что целлюлоза, являясь основной составной частью хлопковых (и других растительных волокон), относится к углеводам. Формулу целлюлозы изображают по-разному, но нас с целью описания процесса, происходящего в процессе получения предлагаемой нами бумаги, устроит формула

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n,

подчеркивающая, что на каждый глюкозный остаток приходится три гидроксильные группы (Кричевский Г.Б., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М.: Легпромбытиздат. 1985. С. 640).

В качестве непрофилированного неокрашенного синтетического волокна использовались отходы полиакрилонитрильного волокна (нитрона) - тройного сополимера, содержащегося 92,5% акрилонитрила, 6,0% метил акрилата и 1,5% итаконовой кислоты.

Таким образом, макромолекула нитрона содержит такие реакционноспособные группы, как - СООН. И наконец, в бумажную массу вводятся отходы натурального шелка, обработанные составом, содержащим соль поливалентного металла. 1 кг отмытых от различных загрязнений обычным способом отходов натурального шелка погружают в обрабатывающую ванну, содержащую 10 л воды, 30 г нитрита натрия, 30 г соли сульфата меди (или Cо, Fe или Ni) и 17 мл концентрированной H₂SO₄ (ρ=l,84 г/м³) или 28,8 мл СН₃СООН с ρ=1,0412 г/м³. Содержимое перемешивают, подогревают до 90°C и сразу же охлаждают, отфильтровывают, промывают водой и используют в качестве добавки в бумажную массу (Пред.пат. № 3825, оп. РА № 3, 1996).

В результате обработки отходы натурального шелка окрашиваются с образованием комплексного соединения типа

В качестве ионов металлов (Me) могут выступить ионы некоторых поливалентных металлов (Fe, Cu, Co, Ni), которые, образуя окрашенные соединения между макромолекулами белка, способны образовывать связи с карбоксилами нитрона и гидроксилами целлюлозы.

Схема взаимодействия окрашенных белковых комплексов с функциональными группами сополимера нитрона и целлюлозы представлена ниже:

и

В результате возникновения таких связей при высушивании бумажной массы происходит упрочнение бумажного листа.

Сущность изобретения заключается в том, что введение окрашенных специальным способом отходов натурального шелка приводит не только к повышению прочностных показателей бумаги, но и при совместном использовании с отходом нитрона дает возможность получить окрашенные участки полотна, не поддающиеся подделке, что значительно увеличивает степень защиты от подделки.

Изготовление бумажных композиций осуществляли в соответствии с ГОСТ 14363.4-79. Бумажная масса кроме волокнистых продуктов содержит стандартный набор химических реагентов: каолин (белая глина) - алюмосиликат А1₂Оз28Юз^-2Н₂О обогащенный Ангренского месторождения «Узбекуголь» TYTSh 12-14:99 с содержанием: Al₂О -40% , SiO₂ -46%, Н₂О -14%; квасцы (глинозем) AI₂(SO₄) K₂ SO₄-24 H₂O ГОСТ 4329-77; полиакриламид (унифлок) - водорастворимый полимер продукт полимеризации и щелочного омыления нитрила акриловой кислоты (CH₂=CHCN) ТУ 6-00-0203843-24-90 производства «Navoiyazot» ОАО; канифоль сосновая, п.№27 ГОСТ 19113-84 ОАО «Лесохимик».

При стандартном изготовлении бумаги в любом случае используют клеящие вещества, вспомогательное вещество и наполнители. Это постоянные величины, и они в нашей работе не меняются.

Переменной величиной является состав волокнистого полуфабриката, общее количество которого принимается за 100%. Для изготовления бумажного листа готовят 2%-ную бумажную массу. Волокнистые компоненты берут из расчета получения отливки массой 1 квадратного метра 70 г/м². Затем осуществляют размол на лабораторном масс-ролле. Степень помола поддерживается на уровне 60° Шоппера-Ринглера.

Физико-механические свойства экспериментальных бумаг, содержащих волокна непрофилированных неокрашенных отходов нитрона и окрашенных отходов натурального шелка, при массе 1 кв.м. 70 г/м²

Пример 1. Бумажную массу готовят смешиванием водной дисперсии, содержащей 100% измельченный на лабораторном ролле хлопковый линт. Это контрольный вариант. Полученные результаты приведены в таблице.

Пример 2. Бумажную массу готовят смешиванием водной дисперсии, содержащей 95% измельченный на лабораторном ролле хлопковый линт - непрофилированные неокрашенные отходы синтетического волокна нитрон - 2,5% и окрашенные отходы натурального шелка - 2,5 %.

Защитные волокна (непрофилированные неокрашенные отходы синтетические и окрашенные отходы натуральный шелк в присутствии поливалентных металлов) вводят в мягкую бумажную массу в процессе создания бумаги.

Благодаря предлагаемому составу появится возможность реализовать отходы хлопкоочистительной промышленности, синтетических и натуральных волокон местного производства, а также нивелировать целый ряд объективных причин, затрудняющих возможность производства бумажной продукции на отечественных предприятиях, в масштабе республики решить проблему защиты ценных бумаг широкого потребления.