防伪纸及其制造方法 发明领域
本发明涉及防伪纸及其制造方法，更确切地讲涉及一种称为“夹丝，带窗口纸”的防伪纸，夹在构成该种防伪纸的合成层之间的丝暴露于最外层纸层上所开的窗口处，并涉及制造这种防伪纸的一种方法。
背景技术
称为“夹丝纸”的防伪纸是众所周知的，其中纸的厚度方向上夹入一种细长的丝状物。这种细长丝状物的一个典型例子是下文所要叙述的一种丝。夹丝纸需要用非常复杂的技术来制造，因而对防伪效果有重要的影响。因此防伪纸在很多国家广泛用于制造银行票据。
夹丝纸可以分为两大类。第一类夹丝纸中的细长丝状物夹在其间，并不暴露于纸的表面；第二类夹丝纸称为“夹丝，带窗口纸”，该种纸中，夹入其中的细长丝状物地一部分暴露于纸的表面。
已提出了各种各样制造第一类纸的方法。其中包括：日本专利公开说明书No.51-130309/1976中公开的一种方法，该方法在长网造纸机一薄片部分的纸浆液流中放置了一个喷嘴，一种细长的丝状物与水流一起从该喷嘴喷出并被嵌入到金属丝布上沉积出的网中；日本专利公开说明书No.2-169790/1990中公开的一种方法，该法使用一种细长丝状物加入装置，将细长丝状物加入从长网造纸机的一个液流盒中流出的纸浆中，加入工作是通过在向纸浆中加入细长元件的同时还提供一股气流用以使细长元件和纸浆相互隔开的方式实现的；日本专利出版物No.5-40080/1993中公开的一种方法，该法使用一个具有两个或更多纸浆槽的圆网造纸机来使两层或多层纸结合在一起，并且一种细长丝状物从一内壁具有凸起和凹陷的管子中送出以夹入纸层之间。
制造第二类纸-“夹丝，带窗口纸”的方法有：日本专利出版物No.5-85680/1993中公开的一种方法，该法中一种带凹槽的皮带装置被浸没在金属丝布上的纸浆悬浊液里，该装置中一条细长的丝状物从一个具有凹陷和凸起部分的导向机构的凸起端穿过；美国专利No.4462866中公开的一种方法，其中一个具有凸起部分的金属丝网被用做圆网造纸机的表面金属丝网，而且在细长丝状物被送出与金属丝网的凸起部分相接触的过程中，该细长丝状物就被夹入到纸的厚度方向上，以便将该细长元件夹入纸中并且在窗口处露出； 日本专利公开说明书No.6-272200/1994中公开的一种方法，其中在长网造纸机金属丝布的一个回转筒上装有一个压缩空气喷嘴，用于间断地将沉积在嵌入网中的细长丝状物上的纸浆吹去，以使细长元件暴露出来。
具有字母或图案水印的“水印纸”也需要较高的制造技术，并且在防伪领域有较长的使用历史。由于防伪效果随防伪纸上所用的防伪手段数目的增加而增加，所以发展起来了各种各样的防伪纸，它们将上述的“夹丝带窗口纸”技术和“水印”技术相结合。英国使用的英镑纸钞就是这样的一个例子，它在指定的位置上有夹丝窗口而在另一不同的位置上有水印的肖像。
这些传统纸具有一个共同的缺点，即这种纸不能被卷得过长。因为其中的金属丝通常具有几十微米厚，并且是在纸的一个特定位置连续插入或嵌入的，当纸被卷起时，在夹丝处的纸的厚度逐渐增加直至在该处产生皱纹。调查表明当厚度约为15μm的丝被连续地插入100g/m2的纸中时，将这种纸卷大约1000米会导致夹丝处出现皱纹。一旦产生皱纹，其后卷起的纸就不能使用了。纸能否被卷成卷对后面工序的生产率有很大影响，在后序工序中纸将被印上图案，因为如果纸不能卷成卷，它必须被压上束状纹。
在不同位置上使用“夹丝带窗口纸”技术和“水印”技术制成的防伪纸上，在“夹丝，窗口”位置和“水印”位置上都难以进行印刷。如果该处要印上图案，只能使用非常浅的颜色。这减少了纸上可以做装饰印刷的面积，限制了所印图案的设计。
发明内容
本发明提供了一种新的改进型防伪纸，该纸可以解决上述的传统问题，并且还提供了制造这种防伪纸的一种方法。
在造纸过程中将夹丝纸向滚子上缠绕时产生皱纹的原因是如上所述的由于夹入或嵌入的丝而引起的纸厚度的局部增加。本发明的发明者在如下假设下进行了研究，这一假设是如果在纸厚方向上以某种方式抵消纸厚的局部增长是可以部分地减小纸的厚度的话，那么皱纹就可被消除，发明者发现上述问题可以通过在纸表面提供具有纸厚减小的特殊尺寸的窗口部分，并在该处插入丝以使丝在那些窗口部分处露出的方法来解决。然而使用这种方法，当纸被置于光下，窗口整个看上去是白色透明的，给人一种不自然的印象。发明者继续进行进一步的研究并发现，这一缺点可以由在窗口部分通过水印印上字母或图案来消除，而且在印刷图案方面的限制可以通过在纸的同一位置同时作出“夹丝窗口”部分和“水印”部分来解决。在窗口部分印制水印防止整个窗口部分纸厚变小，因而也有效地防止了当纸被卷成卷时皱纹的产生。
本发明的防仿纸包括：具有至少两层纸的合成纸，包括最外层和另一层；窗口部分，开于最外层上并在最外层的纵向上以一定间隔排列；水印字母或图案，印于窗口部分；以及丝，夹在最外层和另一层之间，该丝在窗口部分露出来。
此时，纸纵向上窗口部分的长度(X)与同方向上两窗口间的非窗口部分的长度(Y)之间的比值设置为3∶1至1∶2，以便由此确保当连续地将纸卷成卷时不会产生皱纹，并且使纸表面图案设计具有较令人满意的效果。
本发明制造上述防伪纸的方法包括如下步骤：
用多槽圆网造纸机制造合成纸有以下两种方法，该纸至少具有两层纸，包括一层最外层和另一层：
(a)在末槽前面的一个槽中制做另一层，然后在末槽中制做最外层，该层具有在纸层流动方向上以一定间隔排列的窗口部分，并在该窗口部分中印有字母或图案的水印；
(b)在第一槽中制做最外层，该层具有在纸层流动方向上以一定间隔排列的窗口部分，并在该窗口部分中印有字母或图案的水印，然后在第二槽或后序槽中制做另一层；
在将最外层和另一层合成在一起之前，在这两层间插入一根丝，以使丝穿过最外层的窗口部分；
由此制成了合成纸，其中在最外层的窗口部分印有水印，而且在窗口部分有丝露出来。
附图简述
图1是一个实施例的平面图，该例是使用本发明防伪纸制成的赠卷；
图2是图1中窗口部分俯视的放大图；
图3是沿图2中A-A′线剖开的侧视图；
图4是一种多槽式圆网造纸机的示意图，该机适用于按本发明的造纸方法制造防伪纸；
图5是一个用于制造窗口部分和水印的模子的局部示意图，该模子安装在图4所示的圆网造纸机中所用圆柱的表面金属丝网上；
图6是多槽式圆网造纸机另一个实施例的示意图，该机适用于按本发明的造纸方法制造防伪纸；
图7是一个用于制造窗口和水印的模子的局部示意图，该模子安装在图6所示的圆网造纸机中所用圆柱的表面金属丝网上。
实施本发明的最佳方式
本发明的防伪纸将以一种赠卷为例进行阐述，该赠卷使用一种包含两层纸层的防伪纸制成，如图1，2和3所示。所示的防伪纸有两层：最外层3和另一层4，且最外层3上具有窗口部分1，该窗口部分在纵向(即造纸过程中纸层的流动方向)相间排列，并且在窗口部分1中印有字母或图案的水印2。一根丝5夹在最外层3和与其相邻的层4之间并且在窗口部分1处露出。
本发明还提供了一种制造具有上述结构的防伪纸的安全高效的方法。
为了实施本发明防伪纸的制造方法，必须先制备纸浆。纸浆由如下方法制得：将适当比例的木浆和非木浆混合并打浆，木浆如：针叶木漂白硫酸盐浆(NBKP)，阔叶木漂白硫酸盐浆(LBKP)和针叶木漂白亚硫酸盐纸浆(NBSP)；非木浆如：麻、棉和禾秆，再加入适量填料、纸张干强剂、纸张湿强剂、胶粘剂、固定剂、助留剂、排水辅助剂、防泡剂、染料、颜料、萤光剂等，直至游离度被调整到通常400～250mlC.S.F范围内。
制造具有两层或多层纸的合成纸，通常使用多槽式圆网造纸机。本发明也可使用这种圆网造纸机。图4示出一个具有两个槽的圆网造纸机，该机用于制造具有两层纸3、4的合成纸(图3)。该机包括：第一槽11(在末槽前面)，用于制造纸层4，该层既没有窗口部分1也没有水印2；第二槽12(末槽)，用于制造纸层3，该层具有窗口部分1和水印2。
槽12中的圆柱12a具有一层表面金属丝网12b，该网上通过细金属丝，焊剂或粘结剂连接有一个模子13，如图5所示，该模与窗口部分1相对应，由金属，树脂或纸制成。尽管在图中所示的本实施例中，与窗口部分相应的模子13是矩形，但该模子也可以是正方形，圆形，椭圆形或其它形状。模子13上有空心部分13a，该部由通孔构成用以制出字母或图案的水印2来。
在为制造最外层3而将图5中的模子13安装到浸在槽12中的圆柱的表面金属丝网12b上的过程中，希望将模13互相间隔以使窗口部分1在沿由箭头W所示的纸层流动方向(纸的纵向)上的长度X和窗口部分间的非窗口部分6同方向上的长度Y的比值设置在3∶1和1∶2之间。窗口部分1的间隔比设置在此范围内的原因是，在这个范围内的间隔比保证了在把纸卷成卷的过程中上述的防止产生皱纹的效果，同时从纸面上图案设计的意义上讲也是所希望的。
图4是圆网造纸机的槽11中的圆柱11a装有一个表面金属丝网，其上没有安装模子。在具有无模表面金属丝网的圆柱11a上沉积出的纸层4被传送到叠层14上，然后送到圆柱12a处，该圆柱上装有模13，并浸在槽12中，在该圆柱上由圆柱12a形成的最外层3被叠在第一层4上形成两层合成纸。在层4和层3被结合到一起之前，在由箭头V所指的位置处，丝5插入其中。该丝也可在圆柱12a进入槽12中的纸浆悬浊液之前由箭头V′所示位置插入。插入丝5的方法中包括：一种方法，该法中丝是从一个具有凹凸不平内壁的送丝管送进的，如在上述的由本专利申请人提交的日本专利出版物No.5-40080/1993中提出的一样，还包括一种由上述美国专利No.4462866中提出的方法以及其它方法。
尽管在图4中安装在圆柱12a上的模13仅在几个分散的位置上被简化地示出，但应当明白它们实际上是以一定间隔装到圆柱12a的整个圆周上的。
通过使用本发明的上述方法，可以制造出具有图1至3所示构造的防伪纸。也就是说，在具有模13的圆柱12a上沉积出一最外层3带有窗口部分1，该部分在与模13对应的位置上没有沉积纸浆，而其中字母或图案的水印2沉积有纸浆。丝5被插入层3和4之间以穿过窗口部分1。这样，丝5就在窗口1处露出而在无窗部分6处夹在层3和4之间。
在本发明的制造防伪纸的方法中，可能在造纸过程中要通过使用施胶装置及类似装置将淀粉，聚乙烯醇和各种各样的表面胶粘剂加在纸表面上。进而，可根据需要对纸进行压光处理或粉光处理来提高表面平滑度。
本发明中使用的丝5可以包括通常防伪所用的各种各样的丝，例如：金-银丝，全息摄影丝，磁性丝，萤光丝等。例如，金-银丝是通过真空蒸发并在聚脂膜上沉积金属铝，并且在铝沉积表面上加上一层树脂保护层，然后用微型切条机将其切成丝制得的。通过将树脂保护层涂成黄色使得制得的丝呈金色。使用热敏粘结剂使丝与纸粘结较为理想，该种粘结剂在造纸机的烘缸中由被热量激活以使丝和纸之间的粘结更加牢固。
就装在本发明的圆柱12a上的模13的尺寸而言，图5中所示的纸层流动方向W上的长度X优选设置为5～30mm，而图1中所示的与流动方向垂直的横向长度Z优选设置为10～50mm。模13的尺寸与图1所示的纸的窗口部分1的尺寸相一致。当窗口部分1的尺寸比这一范围内的尺寸小时，在窗口部分1水印出的字母和图案就太小了；而当窗口部分1比这一范围内的尺寸大时，丝5的露出是长度过长，从设计平衡的角度讲降低了设计的美观性。
本发明的防伪纸的定量通常是70～150g/m2。最外纸层和另一纸层的合成比最好设在20∶80至80∶20之间。例如，定量为100g/m2的两层合成纸具有20∶80的合成比，这意味着这种纸包括定量为20g/m2的最外层纸层和定量为80g/m2的另一纸层。如果最外层的合成比小于20，字母或图案的水印很可能不能清楚地确定，当该合成比大于80时，水印会很容易破坏。
在上述本发明方法实施例中，没有窗口或水印的平纸层在第一槽11(在末槽前)中制得，然后具有窗口部分和水印的最外层在第二槽12(末槽)中制得，如图4所示。然而，这种方法可能会被转化成图6所示的结构，其中具有窗口部分和水印的最外层在第一槽21中制得，而平纸层在第二槽22(末槽)中制得。在这种情况下，用于制造窗口部分和水印的模23以与上述相同的方式安装到浸在第一槽21中的圆柱21a表面金属丝网的整个圆周上。模23中用于水印字母或图案的空心部分23a如图7所示与图5中所示的相反。
实施例1
浆液制备
将按重量计20份的NBKP和80份的LBKP混合并打浆，制成具有350ml C.S.F的稀浆，再向该稀浆中加入10份粘土，0.3份纸强度剂(由Arakawa kagaku Kogyo K.K.生产的“Polystron 1991”牌)，1.0份胶粘剂(由Arakawa Kagaku，Kogyo K.K.生产的“Sizepine E”牌)，和适量硫酸铝以制备纸浆。
金属丝布的制造
准备一定数量的树脂盘，10mm宽，25mm长，0.3mm厚。这些盘在13a部分处被打出1.2mm宽的沟槽形成字母“A”和“B”的轮廓，且这些空心部分等间隔排列以形成模13(图5)。接下来，使用一种粘结剂在圆网造纸机圆柱的表面金属丝网12b(1300mm宽)上粘上模13的树脂盘，以使模在纸层流动方向W上以5mm为间隔排列成一条直线。在表面金属丝网12b的横向上等间隔地排列着6行这样的模。
造纸
在图4所示的两槽圆网造纸机中，浸在第一槽中的圆柱11a上装有无模表面金属丝网，而浸在第二槽中的圆柱12a上装有带模13的表面金属丝网12b。上述纸浆以50m/min的速度沉积在这些金属丝网上，以从第一槽制得第一层纸层4，而从第二槽制得第二层纸层3(最外层)，将第二层叠压在第一层上面而制成两层合成纸。在此过程中，一条宽1.0mm厚15μm的金-银丝在与模13的中心相应的位置上被插在第一层(干重量当量为50g/m2)和第二层(干重量当量为50g/m2)之间，使用的方法是上述日本专利出版物No.5-40080/1993中所提出的方法。接着，湿网以常用方法进行脱水，然后用圆柱干燥机烘干，这样就制成了由两层合成纸组成的防伪纸。这样制成的纸具有沿纸纵向的长度X为10mm的窗口部分1，以及沿同方向的长度Y为5mm的非窗口部分6，在窗口部分1中印有1.2mm宽的字母“A”和“B”的水印，丝5在窗口部分1露出而在非窗口部分6处夹在纸层之间。当纸由造纸机的卷纸器卷成一卷时，甚至在卷过600米之后也不会出现皱纹。
发明的工业适用性
本发明的上述制造方法和用此法制得的防伪纸有如下显著的优点：
(1)因为水印的字母或图案2和丝5的露出部分均在窗口部分1内，这种防伪纸在设计方面具有好的外观。当纸进行印刷时，由水印2和丝5的露出部分在不同位置引起的对将要印制的图案设计方面的限制可以被消除，这样的限制包括，例如，当希望印制装饰图案时会出现印刷面积减小的问题。
(2)在用造纸机的卷纸器将纸连续地卷成卷的情况下，本发明可以防止出现皱纹，否则就会由于夹入丝而引起局部纸厚的增加而产生皱纹。这一优点使得用旋转印刷机印制卷纸成为可能，在使用束状纹纸的印刷效率方面有明显的提高。
(3)当用这种纸制成的证券等物被大量堆叠时，该叠堆可以很容易的处理并且不易坍塌，因为在夹丝部分没有局部鼓起。同时，当大量的证券堆叠在一起以便用自动光学文字识别机进行阅读时，也很容易进行处理，因为在其夹丝部分没有局部鼓起。
由于具有这些优点，本发明的防伪纸适用于印制银行票据、支票、股票、公债、赠券、信用卡、秘密文件、护照、身份证等。