способ изготовления бесцветного синтетического волокна для защиты бумаги от подделки

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.

Описание изобретения к патенту

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 -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 (_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.