Способ изготовления бесцветного синтетического волокна для защиты бумаги от подделки

 

Использование: производство бумаг, защищенных от подделки, из синтетических волокон со специфическими свойствами. Сущность изобретения: полиамидное волокно с красной флуоресценцией получают осаждением на поверхности исходного волокна хелатного комплекса европия или самария из раствора в органическом растворителе. Затем на волокне прививают фотоинициатор - метиловый эфир бензоина. После этого полимеризуют на поверхности волокна олигоэфиракрилат в среде водно-аммиачного раствора гексаметилентетраамина под действием УФ-излучения.

Изобретение относится к способам обработки синтетических волокон с целью их модификации для получения заданных свойств. Основная область применения таких волокон производство деловых, документных и ценных бумаг, защищенных от подделки.

Существуют различные способы обработки химических волокон для придания им определенных оптических свойств. Их окрашивают с поверхности под давлением в автоклавах, обрабатывают раствором оптических отбеливателей и люминофоров, которые закрепляют на поверхности с помощью различных технологических приемов. Особое место среди оптических отбеливателей и люминофоров, используемых для данных целей, в последние годы занимают соединения редкоземельных элементов (РЗЭ) и, в частности, их смешанные хелатные комплексы, придающие волокнам ярко-красную флуоресценцию. В патенте [1] описан способ изготовления флуоресцирующих волокон, на которые хелаты РЗЭ, например европия (Eu) и тербия (Tb), нанесены методом осаждения в результате поверхностной обработки их раствором в органическом растворителе.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технологическому решению является способ изготовления бесцветного синтетического волокна для защиты бумаги от подделки, в котором для поверхностного флуоресцентного окрашивания применены хелаты на основе различных β-ди-кетонов и азотсодержащих органических оснований [2] Необходимо отметить, что такие волокна отличаются низкой технологичностью в условиях отлива бумаги, обусловленной гидролитической нестабильностью хелатов РЗЭ в кислых средах, а также их невысокой (не более 60^oC) термостойкостью. А так как при изготовлении защищенных бумаг используют бумажную массу, pH которой, как правило, 5 7, то флуоресценция волокна частично гасится уже в процессе отлива бумаги. В последующем, при хранении ценных бумаг интенсивность флуоресценции волокна продолжает снижаться за счет наличия в бумажной массе наполнителей, имеющих кислый характер.

Для придания волокнам гидролитической стабильности их покрывают полимерными оболочками, которые наносят путем полимеризации мономеров в присутствии инициаторов [3] Например, известен способ нанесения полимерной оболочки на полиэтилентерефталатное волокно прививкой акриловых мономеров (акриламида, акриловой и метакриловой кислот) в присутствии инициатора (перекиси бензоила) при тепловом воздействии. Полимеризация может быть вызвана также действием ионизирующего излучения, УФ-света, электронного разряда [4] Для полиамидных волокон способы нанесения покрытий путем привитой полимеризации в патентной литературе не приводятся.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение гидролитической стабильности бесцветных полиамидных волокон с красной флуоресценцией для защиты бумаги от подделки. Поставленная техническая задача решается за счет того, что на полиамидном волокне осаждают хелатный комплекс РЗЭ европия (Eu) или самария (Sm) из раствора в органическом растворителе и дополнительно формируют пространственно-сшитую оболочку путем прививки инициатора с последующей полимеризацией олигоэфиракрилата в среде 5 - 7 мас. водно-аммиачного раствора гексаметилентетраамина при pH 9,5 10,5 под воздействием УФ-излучения.

Полученная таким образом полимерная оболочка на полиамидном волокне предотвращает воздействие на хелатный комплекс РЗЭ агрессивных компонентов бумажной массы при ее подготовке и отливе, а также обеспечивает его устойчивость по отношению к разложению при хранении готовой бумаги. Использование УФ излучения позволяет проводить процесс полимеризации при умеренной температуре (не более 50^oC), что не оказывает отрицательного влияния на интенсивность флуоресценции. Проведение процесса формирования оболочки на волокне в водно-аммиачном растворе гексаметилентетраамина (уротропина) при pH 9,5 10,0 обосновано высокой химической устойчивостью хелатного комплекса в данной среде.

Достигнутая стабильность флуоресцентных свойств полиамидных волокон с полимерной оболочкой позволяет использовать их в качестве надежного средства защиты бумаги от подделки, предназначенной для производства акций, сертификатов, денежных знаков и т. п. Кроме этого, наличие полимерной пространственно-сшитой оболочки на полиамидном волокне, находящемся в бумаге, является дополнительным защитным элементом для установления подлинности бумаги методами технико-криминалистических исследований.

Изобретение осуществляют следующим образом. Для производства бумаги, содержащей в качестве защитного элемента бесцветные флуоресцирующие волокна используют полиамидные нити диаметром 50 мкм, нарезанные длиной 3 5 мм, которые в количестве 5 г помещают в химический стакан и постепенно добавляют 25 мл 1 мас. раствора в ацетоне смешанного хелатного комплекса европия или самария. Содержимое стакана тщательно перемешивают и выдерживают в закрытом состоянии в течение 24 ч. Затем добавляют воду до выделения хелатного комплекса в виде мутной взвеси. Через 2 часа волокна отделяют от раствора и высушивают на воздухе. Полученные полиамидные волокна имеют ярко-красную флуоресценцию (λ_эм. 612 нм), бесцветные в видимой области спектра, но их флуоресцентные характеристики при введении волокон в бумажную массу оказались неустойчивыми. С целью исключения негативного влияния бумажной массы на свойства волокон их покрывают полимерной оболочкой. На первом этапе к волокнам прививают фотоинициатор метиловый эфир бензоила. Для чего в 2 мас. раствор фотоинициатора в изопропиловом спирте помещают волокна, обработанные смешанным хелатным комплексом европия, самария из расчета 6 г волокон на 100 мл раствора. Полученную смесь выдерживают 30 мин при комнатной температуре, после чего производят ускоренное испарение изопропанола под вакуумом (остаточное давление не более 12 мм рт. ст.). В результате фотоинициатор тонким слоем осаждается на волокне.

Полиамидные волокна с хелатным комплексом и осажденным на них фотоинициатором помещают в реакционную емкость (навеска 1,5 г) и приливают смесь следующего состава (мас. ч.): 5% водно-аммиачный раствор уротропина (pH 8,5) 93,8 мономер ДМЭГ (диметилакрилатэтиленгликоля), очищенный перегонкой 6,0 эмульгатор (ОП-10) 0,2 Реакционную массу подвергают интенсивному эмульгированию с помощью магнитной мешалки (1500 об/мин) и облучают УФ-светом в течение 30 мин. При этом температура реакционной среды не превышает 37^oC.

В результате получают водную дисперсию волокон, покрытых полимерной оболочкой, которую отчетливо можно наблюдать с помощью обычного оптического микроскопа при увеличении 67 крат. Оболочка имеет зернистое строение и представляет собой пространственно-сшитую структуру.

Эту дисперсию вводят в бумажную массу перед отливом из расчета 50 мл дисперсии на 1 л бумажной массы с содержанием сухих веществ 30 г/л. Бумажное полотно, отлитое на лабораторной бумагоделательной машине, содержит 25 30 флуоресцирующих волокон на 1 кв. дм.

Визуальные наблюдения и инструментальные исследования с помощью спектрофлуориметра MPF 24A фирмы "Hitachi" (Япония) показали, что интенсивность флуоресценции волокон после отлива бумаги не изменилась. Хранение бумаги в течение 3 лет также не привело к заметному снижению интенсивности флуоресценции волокон.

Формула изобретения

Способ изготовления бесцветного синтетического волокна для защиты бумаги от подделки, включающий осаждение на его поверхности хелатного комплекса редкоземельного элемента из раствора в органическом растворителе, отличающийся тем, что в качестве синтетического волокна используют полиамидное, в качестве редкоземельного элемента европий или самарий, и дополнительно на волокне формируют пространственно-сшитую оболочку путем прививки фотоинициатора и последующей полимеризации олигоэфиракрилата в среде 5 7%-ного водно-аммиачного раствора гексаметилентетраамина при рН 9,5 10,5 под воздействием УФ-излучения.