KR100648430B1 - 은행권 용지 내구성 향상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 습윤지력증강제와 더불어 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)나 구아 검(Guar gum)을 첨가하여 원지를 제조하는 단계, 원지를 폴리비닐알코올, 변형 요소수지 및 촉매를 포함하는 표면 처리액으로 처리하는 단계, 상기 표면 처리액으로 처리된 원지를 경화액으로 처리하는 단계, 및 상기 경화액으로 처리된 원지를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 은행권 용지 제조 방법이 개시된다. 종래의 원지 제조시에는 습윤지력증강제만을 첨가하였으나 본 발명의 방법에서는 이에 추가로 음이온성을 띄는 CMC나 구아 검을 첨가하고 이후에 기존보다 투입량을 증가시킨 습윤지력증강제를 첨가하여 원지의 물성(특히 습윤강도)을 향상시켰고 종래의 표면 처리액인 폴리비닐알코올 수용액에 변형 요소수지 및 촉매를 첨가한 새로운 표면 처리액으로 표면처리공정을 실시함으로써 섬유-고분자간 결합력을 강화시켜 물리적 저항성을 향상시킨다. 본 발명에 따른 방법은 인쇄 적성의 저하 없이 은행권 등의 보안 용지의 물리적 저항성 및 내오염성을 향상시킴으로써 보안 용지의 유통 수명을 늘릴 수 있다.

내구성, CMC, 구아 검(Guar gum), 변형 요소수지, 촉매

Description

은행권 용지 내구성 향상 방법{THE METHOD FOR IMPROVING THE DURABILITY OF THE BANKNOTE PAPER}

본 발명은 내구성이 강화된 보안 용지 및 이의 제조방법으로, 보다 상세하게는 습윤지력증강제와 더불어 카르복시 메틸 셀룰로오스(carboxy methyl cellulose, 이하 CMC라 칭함) 또는 구아 검(Guar gum)을 첨가하여 원지를 제조하고 폴리비닐알코올, 변형 요소수지 및 촉매를 포함하는 함침액를 사용함으로써 섬유-고분자간에 강인한 결합구조를 형성하여 물에 젖은 상태에서 강한 외력이 가해져도 물리적 변형이 없는 내구성이 강화된 은행권 용지의 제조 방법에 관한 것이다.

은행권 등의 보안 용지의 유통 수명을 향상시키기 위한 방법으로, 스위스나 네덜란드에서는 은행권 표면에 바니쉬를 도포하여 보안 용지의 유통 수명을 10 내지 30% 정도 향상시켰으며, 호주에서는 은행권을 플라스틱 재질의 폴리머로 제조함으로써 종이 은행권 보다 4배 정도의 유통 수명을 향상시켰다.

일반적인 종이 은행권의 유통 수명을 향상시키기 위한 종래 기술은 다음과 같다.

미국 특허 제5,660,919호에는 인쇄 적성과 유통내구성이 우수한 용지를 제조하는 방법이 개시되어 있는데, 벤토나이트나 클레이 등의 무기 충전제와 수용성의 폴리우레탄, 아크릴레이트 공중합체, 선택적으로 카르복실화된 S/B(styrene-butadiene) 공중합체 등의 엘라스토머계 바인더(elastomeric binder)를 포함하는 코팅액을 적어도 용지의 한 면에 처리하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 고품질의 인쇄와 더불어 유통내구성이 향상된 보안 용지를 제조함에 있어서, 옵셋인쇄/요판인쇄 등의 인쇄 적성과 유통내구성을 동시에 부여하기 위한 표면처리와 함침액의 조성과 관련된다. 상기 미국 특허에서 개시된 바인더는 단독으로 사용되거나 일반 제지용 바인더와 혼합 사용이 가능하다. 도공 방식은 리버스 롤(reverse roll), 챔피온(champion), 빌-블레이드(bill-blade), 에어나이프 코터 등이 가능하며, 도공량은 건조시 기준으로 약 10g/m² 이다. 상기 미국 특허는 안료가 존재하기 때문에 보안 용지 내에 존재하는 은화나 은선 등의 보안 요소가 불투명해질 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 특허 공개 공보 제1998-7002528호에는 투명한 코팅액을 용지의 양면에 처리하여 인열성, 내오염성, 물리적 저항성 및 내세탁성이 요구되는 보안 용지의 내구성을 향상시키는 방법이 기술되어 있다.

대한민국 특허 공개 공보 제2001-0071507호는 은행권 유통 수명을 결정하는 주된 요인은 다공성에 기인하는 은행권 표면에서의 오염이라 설명하고, 이의 개선을 위해 폴리아미드 래커, 아크릴레이트 또는 아크릴레이트 함량이 높은 바인더를 단독 또는 가교제와 더불어 도포함으로써 투명 보호층을 표면에 형성하여 내오염도를 향상시킨 기술이 개시되어 있다. 투명 보호층의 처리는 초지기 내에서 용지를 만드는 과정 중에 이루어지거나, 용지를 만든 후 인쇄 방식이나 코팅 방식으로 이루어진다.

상기에서 언급된 보안 용지(은행권)의 유통 수명 향상과 관련된 선행 기술들은, 보안 용지의 물리적 저항성 보다는 표면에서의 내오염성을 향상시키고자 하는 내용이 대부분이다. 그러나, 보안 용지의 유통 수명 향상을 위해서는 단순히 표면에서의 내오염성이 향상되어야 할 뿐만 아니라 보안 용지의 구김, 마찰 및 찢어짐 등의 훼손에 대한 물리적 저항성이 기본적으로 요구된다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 국내 특허출원 제 10-2004-0107208에서는 종래의 표면 처리액인 폴리비닐알코올 수용액에 변형 요소수지 및 촉매를 첨가한 새로운 표면 처리액을 사용하여 표면처리공정을 실시함으로써 추가적 코팅 설비 없이 인쇄 적성의 저하 없이 내구성이 강화된 보안 용지를 제조할 수 있는 보안 용지의 제조방법을 개시하고 있으나 습식 내구성 평가방법에 있어 미흡한 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원지 제조시 습윤지력증강제와 더불어 CMC나 구아 검(Guar gum)을 사용함으로써 최종 용지의 습윤강도를 향상시켜 내구성이 보다 향상된 은행권 용지를 제조하는 방법을 제공하 고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 보안 용지를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 내구성이 강화된 은행권 용지의 제조방법은, 습윤지력증강제와 더불어 CMC 또는 구아 검(Guar Gum)을 첨가하여 원지를 제조하는 단계, 원지를 폴리비닐알코올, 변형 요소수지 및 촉매를 포함하는 함침액으로 처리하는 단계, 상기 함침액으로 처리된 원지를 경화액으로 처리하는 단계, 및 상기 경화액으로 처리된 원지를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

습윤지력증강제로는 헤라클레스 인코포레이티드(Hercules Incorporated)의 키멘 557H(Kymene 557H)를 사용하였고, 바람직하게는, 키멘 557H는 지료의 전건 섬유량에 대해서 0.5 내지 1.2 중량%의 범위로 사용한다. 음이온성을 나타내는 CMC 또는 구아 검은 한국워솔의 2% 용액상태 제품을 사용하였다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 CMC 또는 구아 검은 지료의 전건 섬유량에 대하여 0.1 내지 0.6 범위의 중량%로 사용한다.

광의의 표면처리 공정은 협의의 함침 공정과 경화 공정으로 나누어진다. 상기 협의의 함침 공정에서 사용되는 표면 처리액은 폴리비닐알코올, 변형 요소수지 및 촉매를 포함한다.

본 발명에서 사용되는 폴리비닐알코올의 함량은 전체 표면 처리액을 기준으로 2 내지 7 중량%의 범위이다.

본 발명에서 사용되는 변형 요소수지는 유리 포름알데히드를 생성시키지 않는 변형된 요소수지라면 그 종류에 제한 없이 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들면, BASF사의 디메틸 디하이드록시 에틸렌 우레아(dimethyl dihydroxy ethylene urea, 상표명 Fixapret NF) 등이 있다.

전체 표면 처리액 내에서의 변형 요소수지의 함량은 1 내지 10 중량% 이고, 바람직하게는 3 내지 5 중량%이다. 변형 요소수지의 함량은 상기 범위 내에서 내구성 증진효과가 탁월하다.

본 발명에서는 NH₄HSO₄ 등과 같은 암모늄염, HOCH₂CH₂NH₂HCL 등과 같은 아민염, MgCl₂나 ZnCl₂와 같은 금속염 등이 촉매로 사용될 수 있다. 상기 촉매들은 용해되어서 자체적으로 또는 열을 받아서 산성을 나타내는 특징이 있다. 상기 촉매의 함량은 상기 변형 요소수지의 중량에 대해서 10 내지 20 증량% 이다.

원지를 표면 처리하는데 사용되는 상기 표면 처리액의 온도는 50 내지 60 ℃ 이 바람직하다. 상기 온도 범위에서 표면 처리액은 용지내로 용이하게 침투할 수 있다.

원지에 대한 표면 처리 공정이 끝난 후, 원지를 경화액으로 처리한다.

경화액으로는 1 내지 3 중량%의 붕사 또는 붕산액 등이 있다. 경화 공정을 실시하는 이유는 인장강도 등의 강도 향상을 위하고, 용지가 물에 젖었을 때 표면 처리액이 녹아 나오는 것을 방지하기 위함이다.

경화액 처리 공정 후, 원지를 건조한다. 건조 온도는 100℃ 이상, 건조 시 간은 3분 이상이 바람직하다.

이하, 하기 실시예를 통해 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하지만 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

원지 제조

실시예 1

증해 표백된 면섬유를 3.5 중량%의 농도로 28°SR 까지 고해기로 고해한 후, 55°SR까지 리파이너(refiner)로 리파이닝하여 지료를 제조하였다. CMC를 지료의 전건 섬유량에 대하여 0.5% 첨가한 후 10초간 교반시키고 습윤지력증강제인 키멘 557H를 1.0% 첨가한 후 압착탈수하고 건조하여 원지를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하나 CMC 대신 구아 검을 0.5% 첨가하여 원지를 제조하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일하게 지료를 처리한 후 습윤지력증강제인 키멘 557H를 0.7% 첨가하여 원지를 제조하였다.

표면 처리

실시예 3

6 중량%로 용해된 폴리비닐알코올 수용액에, 변형 요소수지(BASF사, Fixapret NF) 5 중량%, MgCl₂ 금속염 촉매(BASF사, Condensol N) 0.5 중량%를 첨가 하여 표면 처리액을 제조하였다. 상기 표면 처리액을 65 ± 3℃로 유지하면서 상기 실시예 1에서 만들어진 원지를 상기 표면 처리액에 10 초간 함침한 후 압착 프레스를 이용하여 과량을 제거하였다. 이 후, 상기 원지를 5 중량% 농도의 붕사액에 5 초간 함침한 후 압착 프레스를 이용하여 과량을 제거하였다. 도포량은 건량기준으로 약 6g/m²이 되도록 하였다. 이렇게 처리된 원지를 실린더 건조기를 이용하여 표면 온도 100℃에서 3분간 건조하였다.

실시예 4

실시예 3과 동일하나 실시예 2에서 제조한 원지를 사용하여 표면처리를 수행하였다.

비교예 2

6 중량%로 용해된 폴리비닐알코올 수용액을 65 ± 3℃로 유지하면서 상기 비교예 1에서 만들어진 원지를 상기 폴리비닐알코올 수용액에 10 초간 함침한 후 압착프레스를 이용하여 과량을 제거하였다. 상기 원지를 5 중량% 의 붕사액에 5 초간 함침한 후 압착프레스를 이용하여 과량을 제거하였다. 도포량은 건량기준으로 약 6g/m²이 되도록 하였다. 이렇게 처리된 원지를 실린더 건조기를 이용하여 표면 온도 100℃에서 3분간 건조하였다.

비교예 3

실시예 3과 동일하나 비교예 1에서 제조된 원지를 사용하여 표면처리를 수행하였다.

상기와 같이 제조된 보안 용지를 아래의 방법을 이용하여 평가하였다.

용지 물성

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 보안 용지를 20℃, 65%( 상대습도)의 조건에서 24시간 조습처리한 후 KS M 7014 및 KS M 7068에 의거하여 인장강도와 내절도를 각각 측정하였다.

습식 내구성

습식 내구성의 평가에는 3차원 혼합기(TURBULA)를 사용하였다. 시료는 은행권 소절 크기로 잘라 구김시험장치를 이용하여 4회 구김처리한 후 직육면체 형태의 목재 시편거치대에 밀착시켜 장착하여 준비하였다. 오염물은 인공땀, 색 파우더 및 그리스(Grease)로 이루어진다. 2L의 통에 측정하고자 하는 시료, 표준이 되는 시료, 2개의 시편거치대 총 4개를 넣고, 지름 2cm의 세라믹 비드 25개를 넣고, 마지막으로 오염물을 넣어 67rpm 조건에서 5, 10, 15 및 20분 오염실험을 실시하였다. 본 평가에서는 시편이 파괴되지 않고 견디는 시간을 측정하였다.

	건인장강도 (kgf/15mm)	습인장강도 (kgf/15mm)	내절강도 (회)	습식내구성 (분)
비교예 2	12.9	2.7	3689	5
비교예 3	13.0	4.4	3712	15
실시예 3	13.1	4.9	3825	20
실시예 4	13.0	4.8	3742	20

상기 표 1의 물성 측정 결과를 보면, 건인장강도와 내절도에 있어서는 실시예 3, 실시예 4에 따른 보안 용지가 비교예 2 및 비교예 3에 따른 보안 용지와 큰 차이를 나타내지 않음을 알 수 있다. 그러나, 습인장강도에 있어서는 실시예 3 및 실시예 4에 따른 보안 용지가 비교예 2에 따른 보안용지에 비해서 월등히 우수한 것으로 나타났다. 즉, 원지 제조시 습윤지력증강제와 더불어 CMC 또는 구아 검을 적용한 것이 습윤강도를 향상시켰고 변형요소수지가 포함된 함침액을 처리함으로써 섬유간 구조를 강인하게 유지한 것에 원인이 있는 것으로 판단된다.

습식 내구성 평가에 있어서도 실시예 3 및 실시예 4에 따른 보안 용지는 오염시간 20분에서도 파괴되지 않고 견딘 반면, 비교예 2에 따른 보안용지는 15분 까지는 견뎠으나 20분에서는 파괴되었고 비교예 1에 따른 보안 용지는 5분 까지는 견뎠으나 이후에는 파괴되는 결과를 보였다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 원지제조시 습윤지력증강제와 더불어 CMC 또는 구아 검을 첨가하여 원지를 제조하고 폴리비닐알코올, 변형 요소수지, 촉매를 포함하는 함침액으로 표면처리공정을 수행함으로써 부가적인 코팅 설비나 특수약품의 코팅 없이 내구성이 보다 강화된 보안 용지를 제조할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (13)

1. 습윤지력증강제와 더불어 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC) 또는 구아 검(Guar gum)을 첨가하여 원지를 제조하는 단계;

   원지를 폴리비닐알코올, 변형 요소수지 및 촉매를 포함하는 표면 처리액으로 처리하는 단계;

   상기 표면 처리액으로 처리된 원지를 경화액으로 처리하는 단계; 및

   상기 경화액으로 처리된 원지를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 CMC 또는 구아 검은 지료의 전건 섬유량에 대하여 0.1 내지 0.6 중량%인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 변형 요소수지는 보안 용지에서 유리 포름알데히드를 검출시키지 않는 변형된 요소수지인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 촉매는 암모늄염, 아민염 또는 금속염인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 변형 요소수지의 함량은 전체 표면 처리액 내에서 1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 변형 요소수지의 함량은 3 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 촉매의 함량은 상기 변형 요소수지의 함량에 대해서 10 내지 20 범위의 비율인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 경화액은 붕사 또는 붕산액인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
9. 제 1항에 있어서, 상기 건조 단계에서, 건조 온도는 100℃ 이상이고, 건조 시간은 3분 이상인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
10. 제 1항에 있어서, 상기 습윤지력증강제는 지료의 전건 섬유량에 대하여 0.5 내지 1.2 중량%인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
11. 제 1항에 있어서, 상기 폴리비닐알코올은 전체 표면 처리액을 기준으로 하여 2 내지 7 중량%인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 촉매는 변형 요소수지의 중량에 대하여 10 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 내구성이 강화된 보안 용지의 제조 방법.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 보안 용지.