防伪包装与设计作业.doc

第 11 页 共 11 页 200802204115 摘要纸张是印刷各种证券及包装的物质基础，一些采用特殊工艺制造的专用纸基本上就有防伪特点，即防伪纸。用途广泛，使用方便，符合环保，而且具有技术，材料双重防伪等特性，主要用于各种证件，证券，证书，票据，商标，产品说明，外观包装以及军事，公安，国防等相关行业使用的防复印纸，保密用纸等。因此，纸张防伪及其防伪技术，是多学科交叉技术的产物，其前景非常广阔。关键字：防伪纸 水印 安全线 热致 光致 磁性The abstractThe paper is prints each kind of negotiable securities and the packing material base, some use the special craft manufacture the special-purpose paper basically to have the forgery-proof characteristic, namely forgery-proof paper.The versatility, the easy to operate, conforms to the environmental protection, moreover has the technology, characteristics and so on material dual forgery-proofs, mainly uses in each kind of credential, the negotiable securities, the certificate, the bill, the trademark, the product explained, the outward appearance packing as well as the military, the public security, correlation profession uses and so on national defense guards against the manifold paper, keeps secret uses the paper and so on.Therefore, the paper forgery-proof and the forgery-proof technology, is the multi-disciplinary overlapping technical product, its prospect is extremely broad. Key words: Forgery-proof paper Watermark The safety line thermal light sends magnetism正文目前生产具有防伪功能的纸一般有两种方法，一种是采用水印纸辊；另一种是纸浆中添加一些防伪功能，如荧光纤维，彩色纤维，变色纤维，磁性粉等。纸张的防伪技术大致有如下几种：水印防伪；印刷防伪（采用具有防伪功能的油墨如荧光油墨进行印刷）；利用特殊技术将金属或树脂制成的线丝或荧光物质加入物质形成安全线防伪；热敏防伪；光敏防伪；化学防伪；加入彩色或荧光油墨进行印刷纸防伪；激光全息图标防伪；添加其他特殊物质于纸张的防伪。如果要求较高，通常使用多钟而不是单一的防伪技术，如新版人民币则采用安全线，水印，彩色纤维，光旋转隐行数字，正反面特种重合图案，紫外光下消荧光等多种防伪。开发新型高效的防伪技术已成为我国和世界防伪技术的主要发展方向。彩色纤维因易于辨认及可根据客户要求在纸张抄造过程中特定采用的特点而越来越多被用于商品的包装，如我国香烟品牌在外包装使用添加有彩色纤维的包装纸板。一水印纸具有水印防伪的专用纸只能在拥有长网造纸机这种大型设备的单位生产，并且要配合水印防伪设备，无此项技术设备厂家是无法生产水印防伪纸的，无形中对造假者提高了门。同时，水印防伪纸是制定的大型造纸厂里按特殊要求生产的，市场上没有流通。（一）传统纸张水印 在纸幅的成型过程中利用网上成形技术在纸页刚刚交织形成还带有一定水分时通过特殊工艺使湿纸页部分组织变位，形成各种标记或图案，在普通背面光的照射下，可以看到清晰透明的水印图案。纸张水印经定形成纸后，绝不会因色光温度变化而发生强烈变形，它与纸张浑然一体不分离，易于大规模生产，且能在同等生产工艺设备条件下保持前后一致，又因水印图案层次概括简练，轮廓柔润，工艺复杂，很难精确仿造，所以复制的难度极大，有极强的防伪特性。水印防伪技术从制造方式分为两种：一是在造纸过程中产生水印效果，本文称之为传统水印技术；二是利用印刷产生水印效果，本文称之为印刷水印技术。传统水印技术一直为大家所熟悉并公认为有效防伪手段之一，但由于传统水印固有的缺点：制作周期长、设计图案不灵活、工艺复杂、造价高昂，限制了它的使用范围：从成本考虑，仅适用于大批量产品的水印制造。 1.1传统水印技术发展历程和制造工艺 传统水印纸(铸模水印纸)是在造纸过程中，通过机械手段使纸张产生水印效果。它的制造工艺包含设计、雕模、制网、抄纸等复杂工艺。当纸张处于潮湿状态时，通过机械手段改变部分纤维密度，破坏纤维原有构成，纸页干燥后，由于纸张纤维结构改变造成各部分透光性的差别，便会产生预先设计的水印图案。机械手段包含两种：利用网上成型技术，在丝网上安装预先设计的特定水印图文印版；利用具有特殊雕刻纹路的滚筒印压湿纸页。传统水印防伪技术工艺较为复杂，成本过高，但其防伪性能好，安全性高，模仿难度大，水印效果好，比较适合于大批量产品生产。 1.2传统水印产生原理 传统水印产生原理是基于纸张光学原理。纸张是由多孔纤维等物料组成的不均一体系，多孔纤维之间隔着空气，在造纸过程中，为提高纸张不透明度，还添加一些填料等物质，加填纸张可以看作主要由纤维、空气、填料3部分组成。光线照射纸张时，存在3个界面：纤维一空气、填料一空气、纤维一填料。由于纤维和填料的折射率相近，因此光散射主要集中在纤维一空气、填料一空气界面，折射率相对差值越大，散射和漫反射越多，使纸张不透明。1.3水印技术概况 印刷水印技术即是利用印刷工艺将水印防伪材料添加到纸张表面，水印防伪材料渗透到纸张内部，通过印后工序(烘干或者其他固化方式)使纸张干燥，结束后便可以观测到清晰的水印图案。印刷水印技术与传统水印技术相比具有以下优势：成本低、工序简单、图案灵活、可满足小批量产品防伪。现在常用的印刷方式是丝印和胶印。印刷水印技术中用到的水印防伪材料市面上称为水印油墨。 32水印油墨实现水印原理和传统水印相比，水印油墨实现纸张水印效果原理有些不同。水印油墨中含有各种物质，但是必须具备一种特殊的物质，这种物质在印刷压力的作用下，通过自由渗透和加压渗透到纸张内部，填满纸张孔隙，挤走纸张内部空气。根据光学原理可知：添加这种物质后，光线照射到纸张时，纸张内部存在4种物质，多个散射界面，如果这种物质折射率和纤维相近，便可以起到两方面作用：一是挤走纸张内部的空气，替换纤维一空气，填料一空气界面；二是由于和纤维折射率相近，相对于原有的纤维填料一空气界面，这种物质添加到纸张内部使得这部分纸张内部光学性质均一，光散射大大减少，透明度提高。1.4水印油墨国内外现状 1)热水印油墨。它是通过加热能够使纸张透明的物质，使之熔化、渗进纸张内部，改变纸张的光线性质，使纸张透明。或者加热蜡达到透明效果。 2)紫外光固化水印油墨。它是通过树脂、胶凝剂、紫外光吸收剂等物质在紫外光的作用下实现水印效果。 除这两种水印油墨外，还有通过喷墨方式实现水印效果的水印油墨。不同的印刷方式、油墨干燥方式都会影响水印油墨的组成，因此对于水印油墨的研究必须根据实际印刷方式具体研究。 （二）数字水印 数字水印和传统水印有着不同的概念，其基本原理是利用了图像中的随机噪声，在图像像素的光照信息内作一些修改，称为加一些“水印能”。在平淡区域这种能加的少一点，在细节区域加的多一些，使观察者无法察觉。分为可见水印和不可见水印。可见水印只能用于图案的固定位置，用于鉴别作品的所有权；不可见水印为是视觉不可见，它主要用于标识作品所属权和追踪作品的来源。数字水印的流程2.1 数字水印技术的基本原理数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容中，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密（包括公开密钥、私有密钥）体系来加强，在水印的嵌入，提取时采用一种密钥，甚至几种密钥的联合使用。数字水印可以分为空间域数字水印和变换域数字水印两大类实现较早的数字水印算法从本质上来说都是空间域上的，通过改变某些象素的灰度将要隐蔽的信息嵌入其中，将数字水印直接加载在数据上。空间域方法具有算法简单、速度快、容易实现的优点。特别是它几乎可以无损的恢复载体图象和水印信息，这对于某些应用是必要的，可以细分为如下几种方法：1最低有效位法，该方法就是利用原始数据的最低几位来隐蔽信息的，具体取多少位以人的听觉或视觉系统无法察觉为原则。2Patchwork方法及纹理映射编码方法，该方法是通过任意选择N对图象点，增加一点亮度的同时，降低相应另一点的亮度值来加载数字水印。3文档结构微调方法，在通用文档图象（postcript）中隐藏特定二进制信息的技术，主要是通过垂直移动行距，水平调整字距，调整文字特性等来完成编码。 基于变换域的技术可以嵌入大量比特的数据而不会导致不可察觉的缺陷，往往通过改变频域的一些系数的值，采用类似扩频图象的技术来隐藏数字水印信息。这类技术一般基于常用的图象变换，基于局部或全部的变换，这些变换包括离散余弦变换（DCT）、小波变换（WT）、付氏变换（FT或FFT）以及哈达马变换（Hadamard Traansform）等等。其中基于分块的DCT是最常用的变换之一。频域方法具有如下优点：（1）在频域中嵌入的水印的信号能量可以分布到所有的象素上，有利于保证水印的不可见性；（2）在频域中可以利用人类视觉系统的某些特性，可以更方便、更有效的进行水印的编码。不过，频域变换和反变换过程中是有损的，同时其运算量也很大，对一些精确或快速应用的场合不太适合。目前常用的方法有平面隐藏法和基于DCT或DFT的系数隐藏法2.2数字水印的应用随着数字水印技术的发展，数字水印的应用领域也得到了扩展，数字水印的基本应用领域是版权保护、隐藏标识、认证和安全不可见通信。当数字水印应用于版权保护时，潜在的应用市场在于电子商务、在线或离线地分发多媒体内容以及大规模的广播服务。数字水印用于隐藏标识时，可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。数字水印的认证方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印的安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。2.3数字水印的发展数字水印正处在迅速发展的过程中，掌握其发展方向对指导数字水印的研究有着重要的意义，我们认为今后数字水印的技术研究将侧重于完善数字水印理论、提高数字水印算法的稳健性、安全性、研究其在实际网络中的应用及建立相关标准等方面。在网络信息技术迅速发展的今天，数字水印技术的研究具有明显的意义，数字水印技术将对保护各种形式的数字产品起到重要的作用，但必须认识到数字水印技术并非万能的，必须配合密码学技术及认证技术、数字签名或者数字信封等技术一起使用。一个实用的数字水印方案必须有这些技术的配合才能抵抗各种攻击，构成完整的数字产品版权保护解决方案。二防复印纸随着现代复印技术的发展，复印机的功能正向着高速，高品质，多功能，复合化及彩色化发展，因此文字文献，有价证券，票据等都有可能被违法复印伪造，所以防复印纸在防伪技术和现代军事，公安，国防等领域也有广泛的用途。(1) 防复印纸的基本要求 让复印后的文字，图形，信息内容成为完全不能辨认，或者复印件的内容能一目了然知道是伪造的（2）防复印纸及防复印技术 它的特点是在纸上印有底色花纹印刷，花纹图案，这是一种极细的网点花纹或隐藏文字。图案一经复印，“不可复印”“无效”“作废”等花纹利用着色特性的防伪复印纸 特定的颜料和染料将基纸着色，复印时经曝光，因文字图案部分和背景有相同的吸收，反差消失，对感光体曝光时几乎全曝光，复印件全部变黑而不能形成图案。目前以实用化的颜色是红褐色。（3）常见的防复印纸a) .含有光变色材料的防复印纸 在纸基上涂有化学变色材料为可逆性的Stenhouse 和 Thionine 颜料 b) .含有热变色材料的防复印纸 在纸基上涂有高温变色材料为荧烷发热消色的苯酚显色剂，氨基苯汞双硫腙盐等有荧光材料的防复印纸 c) 利用光漫反射的防复印纸 在纸基上涂有一层粒径很小而发射率较大的材料，如铝粉，10纳米粒径的二氧化钛，吸收红内线的玻璃粒子，通过纸面漫发射来覆盖或减少纸与图像的反差，使复印件呈现黑色d) 利用偏振光的复印纸 但它已被淘汰三热致变色的防伪纸（一）热致变色材料颜色变化机理结构变化 有机化合物的颜色随温度而发生的变化多数是由分子结构变化造成的。这类变化包括酸碱，酮烯醇，内酰亚胺内酰胺等之间的平衡移动及分子受热开环等。a.晶体结构或晶体常数的改变 b.有机化合物分子的变化c.配合物几何构型的变化热分解 绝大多数的碳酸盐，草酸盐，铵盐及含有易挥发小分子配体NH3.CO.O2等的有色金属配合物或可脱水的热致变色无机材料，其颜色变化是由于热分解反应生成了新的有色物质，由于热分解反应的不可逆性，所以颜色变化基本上不可逆。反应平衡移动 有两种或两种以上自身没有热致变色现象的物质组成混合物质，受热后由于分子间化学反应而显示颜色变化，（二）热致变色防伪纸主要类型主要有液晶和无色染料两大类热致变色液晶有两类，对于TM系列产品，当温度超过一定时，颜色消失，达到设定温度时颜色又重现，低于设定温度时不受颜色消失，温度变化在使用前可随意调节。对于TC系列产品，当温度达到设定的温度时其颜色变化呈现赤橙黄绿青蓝紫，变色温域可任意改变，但颜色不可随意调节，温度高于或低于设定温域时，液晶呈透明状，无色可透视底物颜色。液晶热致变色材料的分子是呈螺旋状排列的，当温度改变时其螺距发生变化，因而反射光发生变化，是颜色改变，但由于液晶的化学敏感，变色范围大，都为深色，而且是非连续性的，价格也较贵，所以应用受到限制。液晶防伪感温液晶在分子结构上兼有液晶和固体的特性，当受到温度刺激时，分子排列和螺距发生变动，从而使光波的折射波长发生偏移而引起颜色的变化。感温液晶最大特点是温度范围广（-20110度）；变化敏感，几秒钟内变色；精确度高，可精确到+-0.5度，但防伪有效性低四光致变色防伪纸4.1光致变色物质及机理 目前应用较多的光致变色化合物有螺嗞喃，荧烷素，DSD酸，三苯甲烷系化合物，有机汞化合物，付精酸酐，二氢吲哚嗪，硫腚，双二苯咪唑，含微分散卤的玻璃粉末，二苯基偕肼腙金属盐等。光致变色有离子键裂开引起的光色互变，如三苯甲烷系化合物和螺嗞喃；由游离基裂开引起的光色互变；有同分异构体的顺反式转变引起的光色互变，如增白剂；由质子转变引起的光色互变，如邻硝基苯甲酸等。4.2添加纤维丝，彩点加密的防伪纸 1.在纸浆中添加彩色彩色化学纤维或荧光纤维，前者用肉眼看到，后者必须在紫外线的照射下，其颜色呈红蓝橘红居多，目前很多国家的钞票采用了这种方式，如美元，人民币，瑞士法郎，荷兰盾，奥地利先令等都采用了混有彩色纤维的纸张4.3在抄纸过程中将金属丝，表面镀金属薄膜的塑料丝带荧光的金属丝，镀有光学致变材料的薄膜或磁性材料插入纸层中，这种丝线在复印过程中难于再现。将具有荧光或发光等化学功能的材料（一般是塑料薄膜或金属薄片）制成一定形状（如圆形或多角形的小片）分散在纸层中，如墨西哥，芬兰的纸币。4.4加某种特殊物质的防伪纸 如利用生物具有抗原，抗体特异反应的原理，将极微量的抗原加入纸浆或纸张的局部。也可在纸中添加微量化学元素以分辨真假五磁性防伪纸5.1磁性防伪纸的防伪原理 将纸基衬上涂布具有磁性的磁粉或在制造时将磁粉按特殊方式加入纸浆中，从而用于各种包装及各类票证和证件的印刷从外观上与普通纸无差别。5.2制作方法 有混入抄纸法和涂布成型法 选择抄纸衬基要求采用平滑度非常高的优质纸或涂布纸而且其变形和伸缩性很小。磁性材料主要有氧化铁，四氧化三铁，二氧化铬或在氧化铁内加铬的三价氧化铁一般要求这些磁性材料体的顽磁性在250到350Oe，粒子直径为0.5到0.1微米左右。磁性涂料主要由磁性材料，胶黏剂溶剂及其他助剂等组成。耐磨磁性防伪涂料的配比材料名称比例（质量）材料名称比例（质量）-氧化铁磁粉75聚氨基甲酸酯15氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂15甲苯100润滑剂（硅油等）0.7聚异氰酸酯0.7硝化纤维素1.2上述组成的磁性涂料研磨后充分搅拌，然后便可涂布在纸上，厚度约为10到20微米，防伪纸再经干燥，压光和分切便是得所需的防伪纸。六激光全息纸膜当今流行的众多防伪手段和方法中，全息术依然是最富有生命的防伪方法。纸基激光膜是1990年问世的，其原理是用印刷在纸基材的表面将需要“曝光”的部位遮盖而使“激光”部位大放异彩。由于全息术和镀铝技术的进步，各类纸基材本身可以转移的办法达到镀铝层和全息信息，大幅度降低成本。另一部分，纸基激光膜可以同时提高光度，引用到制盒，外包装，书刊封面及插页，贺卡等，设计构思奇妙，充分发挥印刷的大面积和连续性优势，省却了烫金的麻烦和耗损。并具备一线、二线防伪功能。如性能优越的一线防伪标识高分子纳米材料VCC核径迹防伪，只要用一滴水或水笔，普通消费者便能直接轻易检验商品真假。目前已在名优烟酒、音像、书刊、高档名牌产品等的包装商标；还在护照、证卡、票证的防伪等方面广泛应用。将核径迹与激光全息技术结合，即在激光会息膜上形成的原子核迹径防伪加密图像，就可极大地提高激光全息膜的防伪效果。 6.1激光全息纸。可分为膜贴纸和纯纸两种。膜贴纸是以激光全息PET或OPP膜贴合不同类型的纸而制成，经过贴合的卡纸不仅挺性更佳，不易撕裂，而且膜面可防水。激光全息纯纸则是通过先进的压印技术直接将激光全息图纹印在纸张上，其最大的特点是符合环保。不论是激光全息膜贴纸还是纯纸，都适用于一般油墨或UV油墨的印刷。除了是绝佳的纸盒、书刊杂志封面或海报材料外，用于礼品包装纸、口香糖、肥皂等包装上也有很好的效果。此外，标签是激光全息纸应用的另一个主要领域，为适应这个市场的需求，激光全息纸又推出了激光全息湿强纸，它虽然也是纯纸材，但不会受低温或潮湿的气候所破坏，而且可以制成自动水洗标，因此特别适合在回收类酒瓶和冷藏食品的标签上使用。 6.2激光全息烫金箔。激光全息烫金箔是对具有烫印功能的薄箔进行全息激光处理，形成二维、三维、点阵、旋状、合成全息等图像，具有高光泽、五彩缤纷并可变幻万千的色彩，克服了普通烫金技术存在形式单调、质量不高、缺乏防伪效果等缺陷。激光全息烫金箔有普通烫金箔和透明激光全息烫金箔，在激光全息烫金箔中，不同的全息效果之间可以互相组合，同时还可以加上双通道、部分镀铝、分色效果、微刻字、隐藏信息等多种防伪元素，在对印品和纸张进行表面整饰的加工中，以有效的高等级的防伪手段达到其独特的版权保护。此外，激光全息烫金箔染色层是光栅，显示色彩或图像的不是颜料，而是激光束作用后在转印层表面微小坑纹(光栅)形成的全息图案，其生成相当复杂，有很好的防伪效果，烫金箔的应用范围主要有有价票证、烟酒、药品、时装、钟表、电脑软件等的包装、标签印刷后的表面特殊整饰等，此外，还有激光全息刮刮乐烫金，适用于奖券、电话卡等的密码保护，同时具有防伪和装潢的效果。 6.3激光全息冷烫箔。它是利用印刷和压合的技术，将激光全息箔转移到承印物上。它打破了传统烫金依靠热压转移金箔的传统工艺，而使用一种新的技术冷压技术来转移金箔，不仅解决了热烫金印刷中难以解决的工艺问题，并且避免了制作金属印版过程中对环境造成的污染，还能大量地节约能源。冷烫箔具有印刷速度快、生产周期短、材料适用面广、印刷精度高、防伪效果好、节约成本、可充分利用原有设备、提高生产效率、符合环保印刷要求等优点，是近年来欧美印刷行业中的最新科技成果。激光全息冷烫箔同样可以透明冷烫，达到防伪和品牌标识的统一性。 6.4激光全息铝箔。就是在普通铝箔上面加印激光全息图像，从而提高了包装品的防伪功能和外观效果。在包装上具有良好的加工适应性等特点，非常适合于机械化生产。铝箔主要应用的对象是药品包装，由于它具有优良的遮光性、防潮性、阻气性和保味性，对药品的光、气、湿、味起着几乎绝对的阻隔保护作用，从而大大提高了药品的保质期。但是一般铝箔没有防伪功能，而激光全息铝箔由1于多了一道激光全息加工工艺，使仿冒者无法轻易取得或复制相同的材料，因此，可提高药品的防伪性能。七防伪纸板7.1分层染色防伪纸板 上海科斯造纸防伪技术公司研制的分层纸板，在纸板造纸工程中内部纸浆层进行分层染色，利用纸板本身的可撕性及可打磨性，将防伪识别功能延伸到了纸板的内部结构中，更重要的是这种内层彩色结构必须在造纸过程中完