鈔券用安全紙張抗老化之研究

全文

(1)國立臺灣師範大學圖文傳播學系碩士論文. 鈔券用安全紙張抗老化之研究 An Anti-aging Test Of High Security Banknote Paper. 研究生：吳惠敏指導教授：楊美雪教授. 中華民國 102 年 6 月. 1.

(2) 致謝這篇論文，終於在無數個絞盡腦汁與無眠夜晚的努力下，順利孵育。身為在職專班的學生，如何在家庭、工作與學業之間得到充分的滿足與平衡，是我求學階段最重要的課題。首先，真的很感謝指導教授-楊美雪老師，在我斷斷續續因家庭、工作而中斷的學業上，總是耐心、細心的給我指引方向。當我因挫折而幾乎要放棄時，也總能適時的提點我、拉我一把。楊老師給我的不僅是研究本身的知識，更是她那種對研究認真、堅定與永不放棄的態度。謝謝您，楊老師! 另外，我也要感謝任職的中央印製廠，總經理陳永輝先生、技研室主任周中興先生、管制科主任黃清雄先生、副主任李憲林先生及組長魏彩玲女士，給予我專業上的支持與協助，這篇論文的誕生，您們是重要的推手! 而我實驗室可愛的夥伴們，怡君、雅慧、怡惠、奕生及尚潔，也很感謝有你們在工作上的配合，使我在工作瑕餘時能專注於研究上。再來，我要感謝我的老公及兩個可愛的寶貝，朗朗與歆歆。在我論文進入最後衝刺的階段時，老公你總是從不抱怨的、默默的分攤著照顧家裡的責任。朗朗和歆歆，你們也為了讓我有寧靜思考的空間，總是靜靜的在一旁閱讀與畫畫。念研究所是一種自我的實現，但是有你們我的人生才是完整的。真的謝謝有你們! 最後，我遠在台東的父母-吳振貴先生與黃素貞女士。辛苦大半輩子，只希望換來子女幸福。您們在我心中是最無私偉大的父母，希望我也能成為您們一輩子的驕傲。我愛您們!.

(3) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 中文摘要在資訊發達與複製科技進步的今天，安全文件的製作與流通變成一門專業的知識，更多的防偽科技與功能被賦予文件安全性的任務，尤以鈔券為甚。而作為鈔券用安全紙張，因為須承載防偽安全功能及作為鈔券流通時之載體，因此扮演著相當重要的角色。本研究希望藉由加速老化試驗，來探討鈔券用安全紙張之抗老化性能。本研究以鈔券用安全紙張為研究對象，分別為傳統棉質鈔券用安全紙張 C 及兩種三明治鈔券用安全紙張 D、H，並採用不同熱加速老化類型及有無紫外線老化之試驗，進行紙張性能(白度、耐折度)保留率之評估，了解並比較其抗老化之能力。茲將本研究重要發現分述如下：一、. 耐折度對加速老化之敏感度高於白度。. 二、. 濕熱加速老化對鈔券用安全紙張之影響小於乾熱加速老化。. 三、. 整體而言，鈔券用安全紙張 D 之抗老化能力最佳，其次為 C，最後為 H。. 四、. 鈔券用安全紙張 D 之光學性能表現最佳。而鈔券用安全紙張 H 在無紫外線老化之乾熱加速老化試驗之性能表現最佳，但在紫外線老化下性能老化最嚴重。. 五、. 在紫外光老化下，安全紙張 C 及 D 發生「光漂白」效果。其原因乃因紙張填充料為二氧化鈦，二氧化鈦與紫外光發生光催化漂白所致。. 關鍵字：鈔券用安全紙張、紙張老化、加速老化試驗. I.

(4) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. ABSTRACT In today, as the advancement of Information and replication technology. The production and circulation of the security documents become a professional knowledge. More anti-counterfeiting technology and function is given the tasks of documents security, especially banknotes. As the high security banknote paper, because have to carrying anti-counterfeiting security features and as a carrier in the circulation of banknotes, it play a a much important role. This study hope to investigate the anti-aging ability of the high security banknotes paper by accelerated aging test. In this study, high security banknote paper as the research subjects, traditional cotton banknotes of security paper C and two kind of three-layer-substrated banknotes security paper D & H. Using the thermal accelerated aging and the UV degradation test to evaluate the retention of paper performance (ISO brightness & folding endurance) ,then to understand and compare their anti-aging ability. The important findings of the study are as follows: 1. Folding endurance is more sensitivity than ISO brightness in the accelerated aging test. 2. The moist-heat accelerated aging is less effect than the dry-heat accelerated aging. 3. Overall, the high security banknotes paper D has the best anti-aging ability, followed by C, and the last H. 4. The best optical performance is the high security banknotes paper D. And the high security banknotes paper H has the best performance in the dry-heat accelerated aging without UV degradation, but under UV degradation the performance degradation is the most serious. 5. Under UV deterioration, the banknote security paper C and D have occur " photpcatalysis bleaching ", its causes that paper filler is titanium dioxide (TiO2). Titanium dioxide and ultraviolet light catalytic bleaching caused. Titanium dioxide and UV excitation occur the photocatalytic bleaching.. Keyword: High security banknote paper, Paper aging, Accelerated aging test II.

(5) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 目. 錄. 中文摘要 ………………………………………………………………………… I ABSTRACT ……………………………………………………………………… II 目錄 ……………………………………………………………………………… III 圖目錄 …………………………………………………………………………… V 表目錄 …………………………………………………………………………… VII 第壹章. 緒論 …………………………………………………………………… 1. 第一節. 研究背景與動機 …………………………………………………… 1. 第二節. 研究目的與問題 …………………………………………………… 5. 第三節. 研究假設 …………………………………………………………… 7. 第四節. 名詞釋義 …………………………………………………………… 9. 第五節. 研究範圍與限制 …………………………………………………… 10. 第六節. 研究流程 …………………………………………………………… 11. 第貳章. 文獻探討 ……………………………………………………………… 12. 第一節. 鈔券之老化 ………………………………………………………… 12. 第二節. 紙張纖維的老化. 第三節. 紙張加速老化試驗 ………………………………………………… 31. 第四節. 文獻探討小結 ……………………………………………………… 48. 第叁章. ………………………………………………… 20. 研究設計 ……………………………………………………………… 49. 第一節. 研究架構 …………………………………………………………… 49. 第二節. 研究變項 …………………………………………………………… 50. 第三節. 研究與試驗方法 …………………………………………………… 52. 第四節. 研究對象 …………………………………………………………… 54. 第五節. 研究工具 …………………………………………………………… 57. 第六節. 研究實施 …………………………………………………………… 59. 第七節. 資料分析 …………………………………………………………… 61. III.

(6) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第肆章. 研究結果與討論. …………………………………………………… 63. 第一節. 鈔券用安全紙張之性能老化程度分析 …………………………… 64. 第二節. 熱加速老化類型及紫外線老化之性能老化程度分析 …………… 88. 第三節. 三種鈔券用安全紙張間性能優劣之比較 ………………………… 116. 第伍章. 研究結論與建議. …………………………………………………… 126. 第一節. 研究結論 …………………………………………………………… 126. 第二節. 研究建議 …………………………………………………………… 136. 中文參考文獻. ………………………………………………………………… 141. 外文參考文獻. ………………………………………………………………… 146. 附錄一. 鈔券用安全紙張試驗後之性能數據表. IV. …………………………… 156.

(7) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 圖目錄圖 1-1. 研究流程. ……………………………………………………………… 11. 圖 2-1. 影響鈔券老化之因素. 圖 2-2. 在分揀流程中毆元的老化類型所佔比例……………………………… 15. 圖 2-3. 歐元鈔券老化階段. 圖 2-4. 紙張老化的影響因素. 圖 2-5. 氙弧燈模擬日光分布圖. 圖 2-6. 120 篇紙張老化研究運用之老化加速技術統計. 圖 2-7. 120 篇紙張老化研究的評估方法分析統計. 圖 3-1. 研究架構圖. 圖 3-2. 鈔券用安全紙張 D 在 150℃，3 小時之熱融情形. 圖 3-3. 鈔券用安全紙張 D 縱面 SEM 結構圖 ………………………………… 55. 圖 3-4. 鈔券用安全紙張 D 之製程示意圖. 圖 3-5. 鈔券用安全紙張 H 結構示意圖 ………………………………………. 圖 3-6. 研究實施圖. 圖 4-1. 鈔券用安全紙張 C：乾熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率…… 65. 圖 4-2. 鈔券用安全紙張 C：乾熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率…… 66. 圖 4-3. 鈔券用安全紙張 C：濕熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率…… 68. 圖 4-4. 鈔券用安全紙張 C：濕熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率…… 69. 圖 4-5. 鈔券用安全紙張 C 之性能保留率. ………………………………………………… 14. …………………………………………………… 16 ………………………………………………… 25 ……………………………………………… 40 ……………………. 45. …………………………. 46. …………………………………………………………… 49 …………………. 53. …………………………………… 55 56. …………………………………………………………… 60. …………………………………… 70. 圖 4-6 鈔券用安全紙張 D 耐折度測試次數在 100000 次時之情形. ………. 72. 圖 4-6. 鈔券用安全紙張 D：乾熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率…… 73. 圖 4-7. 鈔券用安全紙張 D：乾熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率…… 75. 圖 4-8. 鈔券用安全紙張 D：濕熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率…… 76. 圖 4-9. 鈔券用安全紙張 D：濕熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率…… 77. 圖 4-10 鈔券用安全紙張 D 之性能保留率. V. …………………………………… 78.

(8) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 圖 4-12 鈔券用安全紙張 H：乾熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率…… 81 圖 4-13 鈔券用安全紙張 H：乾熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率…… 82 圖 4-14 鈔券用安全紙張 H：濕熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率…… 83 圖 4-15 鈔券用安全紙張 H：濕熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率…… 84 圖 4-16 鈔券用安全紙張 H 之性能保留率. …………………………………… 85. 圖 4-17 三種鈔券用安全紙張在乾熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率. …………………………………………………………………… 116. 圖 4-18 三種鈔券用安全紙張在乾熱加速老化- 有紫外線老化之性能保留率. …………………………………………………………………… 118. 圖 4-19 三種鈔券用安全紙張在濕熱加速老化- 無紫外線老化之性能保留率. …………………………………………………………………… 120. 圖 4-20 三種鈔券用安全紙張在濕熱加速老化- 有紫外線老化之性能保留率. …………………………………………………………………… 122. VI.

(9) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 表目錄 ……………………………………… 2. 表 1-1. 耐久型鈔券用安全紙張之種類. 表 2-1. 回檢瑕疵鈔券分類統計. 表 2-2. 紙張加速老化試驗相關規範. ………………………………………… 32. 表 2-3. 老化機制與評估項目之關係. ………………………………………… 42. 表 3-1. 2✕2 因子設計表. 表 3-2. 研究對象基本資料. …………………………………………………… 56. 表 3-3. 加速老化試驗設備. …………………………………………………… 57. 表 3-4. 紙張性能檢測儀器. …………………………………………………… 58. 表 4-1. 鈔券用安全紙張 C 之白度及耐折度(老化前). ………………………. 64. 表 4-2. 鈔券用安全紙張 C：乾熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率 …. 65. 表 4-3. 鈔券用安全紙張 C：乾熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率. 表 4-4. 鈔券用安全紙張 C：濕熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率 …. 67. 表 4-5. 鈔券用安全紙張 C：濕熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率 …. 69. 表 4-6. 鈔券用安全紙張 D 之白度及耐折度(老化前). 表 4-7. 鈔券用安全紙張 D：乾熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率 …. 73. 表 4-8. 鈔券用安全紙張 D：乾熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率 …. 74. 表 4-9. 鈔券用安全紙張 D：濕熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率 …. 76. 表 4-10 鈔券用安全紙張 D：濕熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率 …. 77. 表 4-11 鈔券用安全紙張 H 之白度及耐折度(老化前). ………………………. 80. 表 4-12 鈔券用安全紙張 H：乾熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率 …. 80. ……………………………………………… 17. ……………………………………………………… 50. … 66. ……………………… 73. 表 4-13 鈔券用安全紙張 H：乾熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率. … 81. 表 4-14 鈔券用安全紙張 H：濕熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率 … 表 4-15 鈔券用安全紙張 H：濕熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率. 83. … 84. 表 4-16 鈔券用安全紙張 C 之描述統計 ………………………………………. 88. 表 4-17 鈔券用安全紙張 C：BoX’M 檢定 ……………………………………. 89. VII.

(10) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 表 4-18 鈔券用安全紙張 C：二因子檢定摘要表. …………………………… 90. 表 4-19 鈔券用安全紙張 C：受試者間效應項之檢定摘要…………………… 90 表 4-20 鈔券用安全紙張 C：二因子顯著性比較表 …………………………. 91. 表 4-21 鈔券用安全紙張 C：熱加速老化類型與無紫外線老化之多變量檢定 92 表 4-22 鈔券用安全紙張 C：熱加速老化類型與無紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 92. 表 4-23 鈔券用安全紙張 C：熱加速老化類型與有紫外線老化之多變量檢定 93 表 4-24 鈔券用安全紙張 C：熱加速老化類型與有紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 94. 表 4-25 鈔券用安全紙張 C：乾熱加速老化與有無紫外線老化之多變量檢定 94 表 4-26 鈔券用安全紙張 C：乾熱加速老化與有無紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 95. 表 4-27 鈔券用安全紙張 C：濕熱加速老化與有無紫外線老化之多變量檢定 95 表 4-28 鈔券用安全紙張 C：濕熱加速老化與有無紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 96. 表 4-29 鈔券用安全紙張 C：單純主要效果之多變量變異數分析摘要表 …… 96 表 4-30 鈔券用安全紙張 D 之描述統計 ………………………………………. 98. 表 4-31 鈔券用安全紙張 D：BoX’M 檢定 ……………………………………. 99. 表 4-32 鈔券用安全紙張 D：二因子檢定摘要表. …………………………… 99. 表 4-33 鈔券用安全紙張 D：受試者間效應項之檢定摘要…………………… 100 表 4-34 鈔券用安全紙張 D：二因子顯著性比較表 …………………………. 101. 表 4-35 鈔券用安全紙張 D：熱加速老化類型與無紫外線老化之多變量檢定 101 表 4-36 鈔券用安全紙張 D：熱加速老化類型與無紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 102. VIII.

(11) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 表 4-37 鈔券用安全紙張 D：熱加速老化類型與有紫外線老化之多變量檢定 102 表 4-38 鈔券用安全紙張 D：熱加速老化類型與有紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 103. 表 4-39 鈔券用安全紙張 D：乾熱加速老化與有無紫外線老化之多變量檢定 103 表 4-40 鈔券用安全紙張 D：乾熱加速老化與有無紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 104. 表 4-41 鈔券用安全紙張 D：濕熱加速老化與有無紫外線老化之多變量檢定 104 表 4-42 鈔券用安全紙張 D：濕熱加速老化與有無紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 105. 表 4-43 鈔券用安全紙張 D：單純主要效果之多變量變異數分析摘要表 …… 105 表 4-44 鈔券用安全紙張 H 之敘述統計 ………………………………………. 106. 表 4-45 鈔券用安全紙張 H：BoX’M 檢定 ……………………………………. 107. 表 4-46 鈔券用安全紙張 H：二因子檢定摘要表. …………………………… 108. 表 4-47 鈔券用安全紙張 H：受試者間效應項的檢定分析摘要表…………… 109 表 4-48 鈔券用安全紙張 H：二因子顯著性比較表. ………………………… 109. 表 4-49 鈔券用安全紙張 H：熱加速老化類型與無紫外線老化之多變量檢定 110 表 4-50 鈔券用安全紙張 H：熱加速老化類型與無紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 111. 表 4-51 鈔券用安全紙張 H：熱加速老化類型與有紫外線老化之多變量檢定 111 表 4-52 鈔券用安全紙張 H：熱加速老化類型與有紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 112. 表 4-53 鈔券用安全紙張 H：乾熱加速老化與有無紫外線老化之多變量檢定 112 表 4-54 鈔券用安全紙張 H：乾熱加速老化與有無紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 113. 表 4-55 鈔券用安全紙張 H：濕熱加速老化與有無紫外線老化之多變量檢定 113. IX.

(12) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 表 4-56 鈔券用安全紙張 H：濕熱加速老化與有無紫外線老化之受試者間效應項檢定. ……………………………………………………………… 114. 表 4-57 鈔券用安全紙張 H：單純主要效果之多變量變異數分析摘要表 …… 114 表 4-58 三種鈔券用安全紙張在乾熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率. 116. 表 4-59 三種鈔券用安全紙張在乾熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率. 118. 表 4-60 三種鈔券用安全紙張在濕熱加速老化-無紫外線老化之性能保留率. 120. 表 4-61 三種鈔券用安全紙張在濕熱加速老化-有紫外線老化之性能保留率. 121. 表 4-62 三種鈔券用安全紙張在加速老化試驗後之性能保留率排序 ………. 124. 表 5-1. 鈔券用安全紙張 C：單純主要效果多變量分析 ……………………. 130. 表 5-2. 鈔券用安全紙張 H：單純主要效果多變量分析 ……………………. 131. 表 5-3. 鈔券用安全紙張 D：單純主要效果多變量分析 ……………………. 132. X.

(13) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第壹章. 緒. 論. 本研究旨在藉由加速老化試驗，探討鈔券用安全紙張之抗老化性能。本章共分為六個小節，第一節為研究背景與動機，第二節為研究目的與問題，第三節為研究假設，第四節為名詞釋義，第五節為研究範圍與限制，第六節為研究流程，茲詳細說明各節內容如後。. 第一節研究背景與動機鈔券是財富的安全文件，日常生活中所有的經濟活動，幾乎都倚賴鈔券作為交易媒介。雖然信用卡的問世，改變了人類的消費習慣與文化，甚至取代部分鈔券的使用 (NeuB, 2008)，但鈔券仍是一般大眾交易時最可靠和常使用的貨幣(Kornilov, 2010)。研究指出，大眾喜愛鈔券的程度與瞭解鈔券的程度呈正相關(De Heij, 2010a)。因此本研究以鈔券最基本、最重要構成的元素－「鈔券用安全紙張」為研究對象，其研究背景與動機如下：. 壹、鈔券用安全紙張在鈔券上扮演重要角色安全紙張顧名思義則是乘載安全文件的載體。安全紙張（high security paper）是指紙的載體本身具有防偽功能，可作為確定或驗證其文件真偽之證據（Williams & Anderson, 2007）。而「安全紙張」與「防偽紙張（security paper）」皆使用防偽特徵於紙張上，因此容易被混淆誤用。兩者最大的差異在於「鈔券用安全紙張」的來源、銷售與印刷皆經過控管，僅使用於鈔券、護照、身分證等具國家安全或政策等級之安全文件上；而「防偽紙張」則取得較容易，多用於商業用途的安全文件上，如票據、商標等（Landqart security paper, 2011a）。在資訊發達與複製科技進步的今天，安全文件的製作與流通變成一門專業的知識，更多的防偽科技與功能被賦予文件安全性的任務，尤以鈔券為甚；而作為鈔券基材的鈔券用安全紙張就扮演著相當重要的角色。首先，鈔券用安全紙張是鈔券的被印材亦是使用最多的材料，所有的安全防偽功 1.

(14) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 能必須承載於上，研究指出鈔券設計中有四種最基本的防偽特徵分別是：浮水印、安全線、光影變化薄膜、凹版印紋（De De Heij, 2005）；其中浮水印、安全線及光影變化薄膜在鈔券用安全紙張抄造時即嵌入紙張，而後再與凹版印刷結合。因此鈔券用安全紙張扮演著安全防偽功能之承載體（Taxy, 2011）。同時，美國 Crane Currency (2009)紙廠研究亦發現，鈔券所使用的防偽特徵雖有數十種，但大眾在鑑別鈔券真偽時，首先仍以鈔券用安全紙張固有之防偽功能如安全線、浮水印，及棉製鈔券特殊的質感等，做為優先識別的證據。顯示，使用者已視鈔券用安全紙張與鈔券為一體(Antoci, 2011；Haslop, 2008)。因此，鈔券用安全紙張不僅是鈔券的載體，亦是鈔券的保護體。. 貳、各國紛紛採用耐久型鈔券用安全紙張棉質鈔券用安全紙張的發展歷史已有 300 年(Haslop, 2008; Lang & Barry, 2005)， 2000 年時全球約 97％的鈔券用安全紙張皆以棉質為主(Wohlmannstetter, 2001)。但 1988 年塑質鈔券用安全紙張的出現（王湘渝，2006）後，提供各國鈔券用安全紙張使用的另一項選擇。截至 2010 年已有 33 個國家使用過塑質鈔券用安全紙張(Ahlers ＆ Martin et al., 2010)，亦使棉質鈔券用安全紙張的主流地位受到挑戰。為此，各大鈔券造紙廠紛紛推出新配方、技術與材質組合的耐久型鈔券用安全紙張來因應(Bonnell, 2011b)。耐久型鈔券用安全紙張之種類，如表 1-1 所示：表 1-1 耐久型鈔券用安全紙張之種類種類. 塗佈技術. 合成纖維紙基. 紙廠. 系列名稱. Louisenthal. Long-Life. FNMT-RCM. FLESURE. 功能特性說明以棉為紙基，加上表面抗污處理. TM. Crane. AST. Arjo Wiggins. BioGuard. Arjo Wiggins. Diamone. Louisenthal. Synthec. 紙基特殊處理，減少微生物滋生增加紙張機械抗性. (下頁接續). 2.

(15) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 複合紙基（三明治紙）纖維結構增強技術. Louisenthal. Hybrid. Landqart. Durasafe. 融合棉纖維與高分子優勢，使紙張同時具有傳統紙張優良的印刷適性，及高分子紙的強度。. Portals. Cornerstone. 改變紙張結構，增加強度. 2003 年歐洲中央銀行以全球共 155 個中央銀行為對象，進行一項鈔券用鈔券用安全紙張的使用調查，結果發現約雖有 2/3 的國家鈔券仍以棉質鈔券用安全紙張為主，而其餘 1/3 國家至少發行過一種塑質鈔券。其中，使用棉質鈔券用安全紙張之國家中，有 37％選擇使用結構強化技術之安全紙張，以及 43％的國家採用塗佈技術之安全紙張(Meuer & Martin, 2011)。顯示，各國紛紛開始採用耐久型鈔券用安全紙張。. 叁、鈔券用安全紙張耐久性研究漸受重視自 1950 年起各國央行開始針對如何有效使用鈔券進行研究(Balke, 2009)，研究發現，鈔券的耐久性與鈔券用安全紙張的選用間有很著一定程度的關聯(Heji, 2002； LandQart, 2013)。Poole(2005)指出增加鈔券耐久性的二大策略中，其中一個策略即是使用耐久型鈔券用安全紙張。 1996 年泰國為了改善泰銖通品質，採用塑質鈔券用安全紙張作為 50 元泰銖基材，但最後卻因為民眾使用習慣不足而退出流通的前車之鑑 ( 雷文達， 2007 ； Jeraratanasopa, 2001 )。因此各國央行為了確認各類耐久型鈔券用安全紙張的適用性，紛紛展開研究。墨西哥中央銀行在 2002 年為了發行塑質鈔券，曾針對塑質鈔券用安全紙張的特性進行大規模試驗(Bnak of Mexico, 2010) ； 2010 年也針對傳統棉質鈔券用安全紙、耐久型鈔券用安全紙張、塑質鈔券用安全紙及印後塗佈技術進行實驗比對(Guamer, 2011)。歐元區則在 2003 年為了改善低面額鈔券的流通品質，對耐久型鈔券用安全紙張著手進行研究(European central bank，以下簡稱 ECB，2010)。因為研究指出低面額鈔券在流通及交易頻繁下，傳統的棉質鈔券用安全紙張其平均壽命是一年或以下，而. 3.

(16) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 塑質鈔券用安全紙張的耐久性較高但有防偽功能使用的限制，複合材質的耐久性鈔券用安全紙張結合兩者優勢應為更好的選擇(Kornilov, 2010)。類似的研究計劃亦在瑞士進行(Wettstein & Lieb, 2000)；發行塑膠鈔券為主的幾個國家如澳大利亞、紐西蘭、越南等國也陸續發表有關塑質鈔券用安全紙張流通研究或與傳統纖維鈔券用安全紙張之比較研究(Coventry, 2001；Boaden, 2005；Thanh, 2009)。同時，國際間亦成立了幾個跨國的鈔券研究組織，其成立的目的之一就是研究如何增進鈔券耐久性，並發展可行且有效的試驗方法，進而共享成果於所有的參與國(Koeze, 2006)。. 肆、加速老化試驗增進對鈔券用安全紙張性能抗老化之了解雖然目前各國在發行鈔券前，除了進行鈔券設計與防偽的相關試驗研究外(De Heij, 2010b)，亦開始針對鈔券的耐久性與流通性進行試驗(Bonnell, 2011b)，但多著重在印成品的耐髒汙、耐搓揉及油墨耐磨擦等試驗，對於鈔券用安全紙張的擇選多半依據前述試驗，以專家評估方式決定(ECB，2010)。然而鈔券的耐久性取決於所採用鈔券用安全紙張之抗老化能力。因為鈔券用安全紙張在流通中必須抵禦所有類型的環境條件，從高溫到零下、從潮濕到乾燥(Antoci, 2011)。而加速老化試驗是研究紙張老化的最佳方式之一(Zervos, 2010；Arnold, 2003)，不但可以從中了解影響該屬紙張老化的因素，亦可從中比較不同紙張之抗老化程度 (Porck & Teygeler, 2000)。因此藉由紙張加速老化試驗，可了解不同劣化條件對鈔券用安全紙張老化的影響程度(Hotle et al., 2008)，增進對鈔券用安全紙張抗老化能力之了解。. 4.

(17) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第二節研究目的與問題本研究以鈔券用安全紙張作為研究對象，以與目前本國使用類似材質之傳統棉質鈔券用安全紙張，及兩種最新之複合材質「三明治鈔券用安全紙張」，進行加速老化試驗。其中傳統棉質安全紙張以 C 為代號，三明治安全紙張則分別以 D 及 H 作為研究對象之代號。而紙張性能抗老化程度之指標，則以白度保留率及耐折度保留率做為指標。其保留率越高，則該紙張之抗老化程度越高。本研究之目的及問題如下：. 壹、研究目的一、. 探討鈔券用安全紙張經加速老化試驗後，其紙張抗老化程度。. 二、. 了解鈔券用安全紙張經不同加速老化試驗後，其紙張抗老化程度之差異。. 三、. 比較三種鈔券用安全紙張經加速老化試驗後，其紙張抗老化程度。. 貳、研究問題 1.鈔券用安全紙張經乾熱加速老化-無紫外線老化後，紙張性能保留率為何？ 2.鈔券用安全紙張經乾熱加速老化-有紫外線老化後，紙張性能保留率為何？ 3.鈔券用安全紙張經濕熱加速老化-無紫外線老化後，紙張性能保留率度為何？ 4.鈔券用安全紙張經濕熱加速老化-有紫外線老化後，紙張性能保留率度為何？ 5.鈔券用安全紙張經不同的熱加速老化試驗及有無紫外線老化後，其紙張性能保留率是否有顯著差異？ (1). 鈔券用安全紙張經不同之熱加速老化下，無紫外線老化，其紙張性能保留率是否有顯著差異？ (2). 鈔券用安全紙張經不同之熱加速老化下，有紫外線老化，其紙張性能保留率是否有顯著差異？ 5.

(18) 鈔券用安全紙張抗老化之研究 (3). 鈔券用安全紙張在乾熱加速老化下，經有無紫外線老化，其紙張性能保留率是否有顯著差異？ (4). 鈔券用安全紙張在濕熱加速老化下，經有無紫外線老化，其紙張性能保留率是否有顯著差異？ 6.三種鈔券用安全紙張經不同的熱加速老化試驗及有無紫外線老化後，其紙張性能保留率之排序如何？. 6.

(19) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第三節研究假設假設一 H0：鈔券用安全紙張經不同的熱加速老化試驗及有無紫外線老化，其紙張性能保留率無顯著差異。 μdh uv_ pp = μdh Nuv_ pp = μwh uv_ pp = μwh Nuv_ pp (μ：平均值，dh：乾熱加速老化試驗，wh：濕熱加速老化試驗，uv：紫外線老化，Nuv：無紫外線老化，pp：paper performance 紙張性能）假設二 H0：鈔券用安全紙張在不同熱加速老化下，無紫外線老化，其紙張性能保留率無顯著差異。 H0：μdh Nuv_ pp =μwh Nuv_ pp (μ：平均值，dh：乾熱加速老化試驗，wh：濕熱加速老化試驗，Nuv：無紫外線老化，pp：paper performance 紙張性能）假設三 H0：鈔券用安全紙張在不同熱加速老化下，有紫外線老化，其紙張性能保留率無顯著差異。 μdh Uv_ pp = μwh Uv_ pp (μ：平均值，dh：乾熱加速老化試驗，wh：濕熱加速老化試驗，Uv：有紫外線老化，pp：paper performance 紙張性能）. 7.

(20) 鈔券用安全紙張抗老化之研究假設四 H0：鈔券用安全紙張在乾熱加速老化下，經有無紫外線老化，其紙張性能保留率無顯著差異。 H0：μdh Uv_ pp = μdh Nuv_ pp (μ：平均值，dh：乾熱加速老化試驗，Uv：有紫外線老化，Nuv：無紫外線老化，pp：paper performance 紙張性能）假設五 H0：鈔券用安全紙張在濕熱加速老化下，經有無紫外線老化，其紙張性能保留率無顯著差異。 H0：μwh Uv_ pp = μwh Nuv_ pp (μ：平均值，wh：濕熱加速老化試驗，Uv：有紫外線老化，Nuv：無紫外線老化，pp：paper performance 紙張性能）. 8.

(21) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第四節名詞釋義茲將本研究提及之重要名詞，做以下定義： 1.安全紙張(High Security Paper)：指原料及製程受控管不易取得，且本身即具有高度防偽功能之紙張，用於安全文件之被印材，通常承載安全防偽特徵(DeLaRue, 2011)。本研究所指稱者是「鈔券用」安全紙張。 2.耐久型鈔券用安全紙張(Durable-type Security Paper)：為一種透過特殊製程，隨時可進行後製印刷(ready to print)，並在流通後大幅提升其耐用年限的鈔券用安全紙 (Jeraratanasopa, 2001)。 3.加速老化試驗(Artificial accelerated aging test)：隨著時間物質發生不可逆轉的變化稱為「老化」(Zervos, 2010)；在更嚴苛的條件下，老化情形將會加速，稱之為「加速老化」（中華民國國家標準，1993b）；以實驗方法模擬自然老化過程中的物化性反應並加速之，即稱為加速老化試驗(Porck, 2000)。 4.紙張性能(Paper Performance)：指紙張本身保有之性質，如光學特性、物理及化學性質等，可透過儀器的量測所得之能力（中華民國國家標準，1993b）。本研究以耐折度及白度作為紙張性能的測試指標。 5.紙張性能保留率(Retention of paper performance)：指的是紙張經加速老化處理後，其物理性質殘留率，又稱紙張性能殘留率(中華民國國家標準，1993b)。 6.紙張抗老化程度(Degree of Anti-aging of paper)：本研究以耐折度與白度作為紙張性能指標。鈔券用安全紙張經試驗後，計算所得之保留率作為紙張抗老化程度評估之依據。保留率越高，則該紙張之抗老化程度越高。 7.紙張耐久性(Paper Permanence)：紙張本身經長時間保持化學和物理性質穩定的能力(Zervos, 2009)，亦即該紙張的使用壽命或可以保存最長時間(Gertz, 1992)。 8.耐流通性(Durability)：原指某一物品承受某一項考驗的能力(Wikipedia, 2011)或在使用時，以抵抗磨損並撕毀的能力(Zervos, 2010)。本研究指鈔券在發行流通時承受反覆交易、儲存等過程之能力。 9.

(22) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第五節研究範圍與限制一、研究範圍鈔券用安全紙張可被研究的面向很多，如組成、印刷適性、印刷表現及耐流通等。其中耐流通研究又可再細分為安全紙張劣化試驗、耐化學溶劑試驗、洗滌試驗、耐髒汙試驗等(Bonnel, 2011c；Silva & Ariyaratne, 2011)，本研究以鈔券用安全紙張之抗老化能力為研究面向。. 二、研究限制 1.. 本研究雖為鈔券用安全紙張之加速老化研究，惟鈔券用安全紙張種類繁多、組成及配方亦不相同，因此無法類推於所有的鈔券用安全紙張。. 2.. 本研究以未進行印刷之鈔券用安全紙張為研究對象。由於印刷之加工方式、印墨組成等因素，皆會影響其抗老化能力，因此研究結果無法類推至印刷後之成品。. 3.. 本研究透過加速老化試驗，了解傳統棉質鈔券用安全紙張與三明治鈔券用安全紙張之抗老化程度並比較差異。然而紙張在實際環境下劣化之因素交錯複雜，且以加速劣化預估實際老化時間之預測模型，在國際間尚無一致性的共識（鄧宏遠，2006）。因此，本研究僅能進行相對性的評估，無法進行實際流通時間之推估(Bansa, 2002；TAPPI, 2008)。. 10.

(23) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第六節研究流程本研究主要以鈔券用安全紙張為研究對象，分別以乾熱、濕熱加速老化及有無紫外線老化進行試驗，並以紙張性能測試了解其抗老化程度，進而得出研究結果。本研究之流程如下圖 1-1：. 圖 1-1 研究流程 11.

(24) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第貳章. 文獻探討. 本章節分為四部分，由於本研究研究對象為鈔券用安全紙張。因此第一部份討論「鈔券之老化」，就影響鈔券老化的因素，鈔券之老化類型與階段及目前實驗室耐流通分析技術進行闡述，在整理鈔券流通與老化之相關研究；第二部份為「安全紙張之老化」，就安全紙張中纖維紙張之老化、影響因素與機制進行探討，再整理學者進行之相關研究；第三部份為「紙張加速老化試驗」，以紙張加速老化試驗的緣起與發展，並對目前的加速老化技術與應用加以說明，最後再進行相關研究的探討。最後彙整歸納結論，撰寫本章第四節文獻探討小結。. 第一節鈔券之老化鈔券因為不同的面額與交易模式、頻率、使用習慣及保存環境等因素，比一般紙張面臨更嚴峻的考驗，因此需要透過研究了解其耐久性(Ward, 2011)。本節首先針對鈔券在流通中，引發老化之因素與其老化之情形進行說明，再介紹目前鈔券耐流通相關技術，最後彙整鈔券流通之相關研究。. 壹、鈔券之流通與老化鈔券的流通過程是個複雜的體系，其耐久性(paper permanence)不但需要有良好的耐儲藏性(storability)，亦需要良好的耐流通性(durability)。研究指出鈔券的老化除了會造成成本上的損失、增加健康風險，同時鈔券上安全防偽功能的損壞，亦會造成民眾對鈔券的信心喪失、國家形象下降等負面影響(Anonymous, 2003；De Heij, 2006)。以下對鈔券老化之影響因素及老化類型、階段，茲作說明：. 一、. 影響鈔券老化的因素鈔券的老化是指鈔券的形貌、功能受損至一定程度，甚至被判定為廢券(unfit. banknote)而無法再流通。De Heij(2002b)指出，鈔券的老化會因流通當地之氣候與使用文化而異。澳洲進行 8 個國家的鈔券流通研究時發現，每個國家鈔券的流 12.

(25) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 通壽命皆有差異。以各國最低面額之鈔券為例，部分國家僅 6 個月，但卻有國家可達 18 個月 (Coventry, 1999)；而越南政府亦指出潮濕氣候是該國鈔券加速老化的主要原因(Thanh, 2005)。另外，泰國民眾「對折鈔券」的使用習慣（雷文達， 2007），易導致摺痕處破裂；本國鈔券亦有類似之困擾，故央行推行使用長夾平放鈔券，做為延長鈔券壽命的策略之一（行政院全球資訊網，2010）。另外，Bonnell(2011a)則認為鈔券用安全紙張之特性與性能，亦可能影響鈔券的老化。Coventry(2001)研究發現 10 元澳幣在使用棉質鈔券用安全紙張時僅有不到一年的流通壽命，改為塑質鈔券用安全紙張時則增至 6-7 年。越南實驗室測試亦顯示塑質鈔券用安全紙張比棉質鈔券用安全紙張耐用，約高出約 3-4 倍的壽命(Thanh, 2005)。Lang & Barry(2005)認為原因在於：塑質鈔券用安全紙張為非多孔性、非纖維性結構，因此能抵抗流通時濕、熱、髒汙與油脂等所引起的鈔券老化。此原理與棉質鈔券安全紙張表面塗布特殊塗層，來可延緩鈔券之老化 (Wohlmannstetter, 2001；NeuB, 2008)相同。但亦有研究表明，無論採用何種耐久性安全紙張，在相同紙基條件下，耐久性仍取決於其流通區域的差異(Bonnell, 2011a)。 Ward(2011)則認為鈔券的老化，其面額影響甚鉅。一般而言，低面額鈔券之流通壽命最短，約 2 年左右(Ward, 2011)，甚至有些地區在 1 年以下(Kornilov, 2010)。而研究指出，低面額鈔券老化的原因在於：透過交易時皮脂累積在鈔券上；皮脂含有水分與油脂，而存放場所的潮濕、熱，使鈔券加速老化(Balke, 2011； Saadabi, Ali, Omer, Ahmed & Asa, 2011)；因此通常交易次數頻繁之低面額鈔券，其老化與損壞的情況較中、高面額嚴重(Cleland, 2011；Coventry, 2001)。歸納前述文獻，整理影響鈔券老化的因素，如圖 2-1：. 13.

(26) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 圖 2-1 影響鈔券老化的因素二、. 鈔券老化的類型與階段因為鈔券用安全紙張的不同，鈔券老化的類型略有不同。一般而言，「髒污」. 是棉質鈔券最常見的老化類型(Buitelaar, 2008)。造成髒污的原因主要是因為鈔票紙張具多孔性，在交易過程及環境中容易吸收潮濕、污染物顆粒等造成髒汙(Leon & Walter, 2011)。髒汙之組成相當複雜，可能包含油脂、灰塵，甚至細菌、微生物等(Balke, 2009)。在一項美鈔汙染物之分析研究中，發現 72 ％的樣本中含有肺炎球菌、腸桿菌類、及菌孢絲等(Saadabi et al., 2011)；也因此髒汙的鈔券常被認為是流行傳染病可能的傳播途徑之ㄧ，尤其是流通範廣且交易頻繁的低面額鈔券(Feglo & Nkansah, 2010)。鈔券老化的類型與比例，因不同國情與地區而異。牙買加分析該國鈔券老化的類型，結果發現 80%以髒汙為主的老化，其次是 14%破損、5%塗鴉損毀及 1% 安全防偽特徵喪失(Currency News, 2012)。在歐元鈔券老化類型分析研究中，將棉質鈔券的老化類型分為髒污(soil)、切割(mutilation)、撕裂(tears)、污漬(stains)、膠帶(tape)、皺紋(wrinkles)、折角(folded corners)、鬆脫(limpness)和塗鴉(graffitiy) 九種(Horst, Meeter, Theeuwes & Woude, 2011)。這些瑕疵在自動分揀流程中所佔. 14.

(27) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 的比例，如下圖 2-2。. 9%. 6% 1%. 折角. 34% 9%. 髒污膠帶污漬塗鴉. 14%. 撕裂. 27%. 混合瑕疵. 圖 2-2 在分揀流程中歐元的老化類型所佔比例資料來源：”What is a fit banknote ? The Dutch public responds” by Frank van der Horst, Martijn Meeter, Jan Theeuwes & Marcel van der Woude, 2011, DNB Occasional Studies , 9, 4, 13.. 另外，塑膠鈔券因為所使用之安全紙張材質不同，因此老化的類型也與一般棉質鈔券不同。贊比亞銀行在 2003 年推出了 K1000 和 K500 的塑質鈔券，由於印刷技術與塑質基材配合不良，主要的老化類型多為油墨褪色；2005 年進行印刷技術的改良後，再進行分析(Mulomba, 2007)，結果發現最主要形成廢券(unfit banknote)的原因是破損，包括撕裂與燒融，其次才是髒污。巴西進行的調查亦發現類似的結論。巴西央行依據鈔券分揀回收統計，將塑質鈔券的老化程度分成九級；而老化的類型則分成下列六種：熱融或燒毀、切割或撕裂、摺痕或皺紋、髒污、塗鴉及製造過程產生的缺陷 (Brazilian central bank, 2003)。足見鈔券用安全紙張之不同，亦影響鈔券老化的類型與分佈。而一般棉質鈔券老化的階段，以歐元為例可分為五階段（如圖 2-3）。由新鈔券第零階段至脆弱的第 4 階段，通常鈔券在第 3、4 階段時會被判定為廢券而退出流通(Balke, 2011；Markus & Balke, 2011)。. 15.

(28) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第 1 階段第 2 階段. 第 3 階段. 第 4 階段. 圖 2-3 歐元鈔券老化階段註：. 表示折角或輕微皺摺，. 損、纖維鬆動等瑕疵，. 表示灰塵、髒污等，. 表示因髒污所伴隨的磨. 表示穿透或撕裂瑕疵。. 資料來源：”From fit to unfit – How banknote become soiled.”by Peter Balke, 2011, Retrieved from http://www.dnb.nl/publicatie/publicaties-dnb/dnb-betalingsverkeer. 貳、鈔券流通與老化的相關研究鈔券流通與老化相關研究，一般分成實驗室測試及實際流通統計兩種方式進行。 Blake(2009)以90℃及50%相對濕度對棉質鈔券進行老化後發現：因為熱導致纖維素氧化，產生氧化基團，進而產生紙張變黃，約在實驗進行9天後，測試鈔券及變成「無法流通」鈔券。同樣在斯里蘭卡也曾以｢未流通」及「無法流通」之鈔券進行105℃熱加速老化測試(Silva and Ariyaratne, 2011)。研究發現有三：首先為高溫潮濕的環境下會引發鈔券強度的加速退化；再者鈔券在吸濕後含水量大幅增加，鈔券的鬆度增加其強度下降，鈔券壽命因而減少20.7%；而崁入式安全線會使CD方向的強度減少 4.3%。其中高溫潮濕之環境會引起鈔券老化之結論，與Williams & Anderson(2007). 16.

(29) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 在加拿大、歐盟等9個地區進行鈔券流通的實證研究結果類似。其結果發現，首先是高緯度之溫、寒帶國家鈔券較不易老化，因為氣溫與濕度較低；其次是，高面額之平均流通壽命高於低面額。顯見，劉通環境與面額都是影響鈔券老化之因素。在老化類型研究方面，De Heij(2002)研究發現：流通回收之廢劵中，「髒污」為主要的老化類型，「折角」瑕疵則多出現在新鈔，另外撕裂、磨損等機械破壞的鈔券通常也伴隨著髒污。該研究共統計了 2 家紙廠及 3 個國家銀行的研究數據，結果如下表 2-1：表 2-1 回檢瑕疵鈔券分類統計. 瑕疵(Defects) 項目髒污 (Soiling) 折角撕裂損壞塗寫破壞磨損破壞防偽功能破壞共計. Louisenthal 紙廠. DeLaRue 紙廠. 荷蘭銀行. 哥倫比亞銀行. 美國. 81 ％. 60 ％. 70 ％. 80 ％. 64 ％. 9 ％ 5 ％ 4 ％ 1 ％ 100 ％. 20 ％ 20 ％ 100 ％. 25 ％ 5 ％ 100 ％. 20 ％. 36 ％. 100 ％. 100 ％. 資料來源：”Durable banknotes: an overview” by Hans de De Heij, 2002. Presentated at the BPC Paper Committee to the BPC General Meeting.. 而 2011 年荷蘭 Nederlandsche 銀行再透過分析鈔券分揀機制回收之鈔券，將不適宜(un-fit)鈔券分成 5 階段，再分別檢測其微觀粗糙度(micro roughness)、剛挺度(stiffness)、透氣度(porosity)、厚度、重量和髒汙的光學分佈。研究發現：鈔券的初始老化可從粗糙度與透氣度的增加、剛挺度的下降來得知，這些數值變化來自於棉紙內部纖維的鬆弛，因此纖維間孔隙擴大；而孔隙的擴大提供了髒污進入纖維的機會，進而導致鈔券的老化變成廢券(Balke, 2011)。研究中亦指出，鈔券的老化過程是來自於纖維的氧化與皮脂累積導致的自然老化。纖維的氧化會導致鈔券紙張的黃化，而皮脂的累積則更加速鈔券的老化包括髒污、脆化等. 17.

(30) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. (Balke, 2011)。荷蘭銀行在 1985 年針對鈔券印刷後塗佈塗層對鈔券耐流通的影響研究 (Koeze & Gelder, 1985)。該研究以該國低面額鈔券研究對象，將鈔券紙分成三種不同的塗佈成份，分別為 CAP、UMC 及 Mowital B3OH。在進行 2 年半的流通觀察。研究發現：塗佈 CAP 的鈔券流通期最長，將近 100 週，其他塗佈條件約為 80~90 週的流通壽命，皆遠高於未塗佈的 30 週。在紙基性能方面，Nada, El-Kady, Simonian, Basalah and Goher (2011)針對傳統安全紙及合成紙進行了熱加速老化試驗，用以了解不同溫度下（100-200℃）對傳統安全紙和合成紙其機械性能老化效果進行了研究。結果發現：合成紙張在超過 80℃後，發生軟化及部分熔融的情形。因此得出，在熱加速老化試驗中，傳統棉質安全紙張優於合成紙張之結論。 Jeraratanasopa(2001)比較傳統棉質安全紙與耐久性塗佈安全紙張之耐用性。研究發現，經打皺後試驗及髒污試驗後，耐久性塗佈安全紙性能優於傳統棉質安全紙。其後再以耐久性塗佈安全紙進行鈔券流通，發現其流通時間是傳統棉質安全紙之 2 倍。Louisenthal 紙廠（2010）之耐流通研究結果亦顯示，耐久性塗佈安全紙張相較於純棉安全紙張，約可省下 20％的成本；與塑膠紙相比則可省下約 30 ％。 De La Rue 紙廠則針對棉質鈔券、塑膠鈔券用安全紙、預塗佈鈔券用安全紙及三明治紙鈔券用安全紙進行耐流通分析(Ward, 2011)。研究發現不同種類的安全紙張其性能不同，所得之耐久性亦不同。其發現如下： 1. 色差分析：由高至低，分別為傳統棉質鈔券用安全紙、預塗佈棉紙鈔券用安全紙、混合纖維紙鈔券用安全紙、三明治鈔券用安全紙、塑質鈔券用安全紙。 2. 透氣度分析：由高至低，分別為傳統棉質鈔券用安全紙、預塗佈棉紙鈔券用安全紙、混合纖維紙鈔券用安全紙，而三明治鈔券用安全紙及塑質. 18.

(31) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 鈔券用安全紙則不影響。另外，墨西哥銀行進行了不同種類安全紙張之流通研究(Guamer, 2011)，該研究同時包含了實驗室試驗及流通數據統計分析。實驗室試驗分析發現：預塗佈棉紙再加上印刷後塗佈，比傳統棉質安全紙張有更長的流通週期，約增加了 70~85％的壽命；而混合纖維安全紙張雖然沒有顯著的增加壽命，但卻增加了鈔券的機械性能。依據上述實驗室研究結果，2008 年墨西哥央行發行了 200 披索紀念鈔券，並以四種類型的安全紙張進行印刷，分別為傳統棉紙、傳統棉紙加上凡立水塗佈、預塗佈棉紙及預塗佈棉紙加上凡立水塗佈，流通結果與實驗結果相類似，也因此促成之後墨西哥央行以「預塗佈棉紙加上凡立水塗佈」作為該劵發行的安全紙張(Guamer, 2011)。. 19.

(32) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 第二節紙張纖維的老化過去二千年，紙張是人類沉默的伴侶(Strlic & Kolar, 2003)。它是複雜的天然高分子聚合物，由纖維素、半纖維素、木質素、過渡金屬、膠料、填充料等組合而成(Barnski et al., 2004)，會因環境、使用及時間影響等，產生物理、化學性質的改變、降解或老化。而鈔券用安全紙張則除了取得不易、原料及製程需經嚴格控管外，事實上亦是紙張的一種，因此透過紙張纖維之老化亦可了解安全紙張之老化。. 壹、紙張纖維的老化與影響因素紙張經過時間的流逝，發生不可逆轉的變化，紙張性質衰退或喪失，以致不再適合作為信息載體的情形，稱之為老化(Jablonsky, Katuscak, Kavik & Kacikov, 2011；Zervos, 2010)。中華民國國家標準(1993a)亦定義：「紙與紙板在室溫下經長時間之暴露，多項性質將會貶質，此一類型稱為「老化」。紙張的老化類型，通常有脆化、破損、斑點、黃化等（張鴻銘，2006）現象。影響紙張老化的因素很複雜。Strlic & Kolar(2003)認為影響紙張穩定性有：紙張的 pH 值、酸的水解、脫酸處理、氧化、過渡金屬、木質素、大氣污染物、髒污及光等因素。Waterhouse(1988)將紙張的老化歸咎於溫濕度、輻射、污染物等生物、物理和化學因素。 Zervos(2010)則以試驗方式區分，指出影響紙張之老化因素有溫度、濕度與含水量、pH 值、光線、污染物及其他因素。Erhard(2008)則指出溫度是紙張老化速度的主要因素，除外減少高能量的光暴露、防止霉菌侵擾、不使用酸性填料及採用中性製程，都可以避免紙張了老化。另外在俄羅斯圖書館的研究發現紙張上出現的褐斑與紙張的製造過程、光線的照射與持續時間、儲存條件及鐵離子(Fe3+)的存在等呈正相關(Teygeler, 2004)。張鴻銘（2006）將紙張發生老化的因素分為紙張材質與組成、人為破壞及環. 20.

(33) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 境污染等。其中紙張材質與組成係指紙張本身製程的材料，包含紙張纖維、加工、添加劑等；而人為破壞則有使用習慣及典藏等，環境因素則包含熱、水分、濕度及污染氣體、蟲害等等。溫台祥與楊時榮（2010）則提出有關影響紙質文獻老化之環境參數為溫度、相對濕度、光線、有害氣體與微粒污染物，並建議應依各地氣候情況、舒適度、控管技術、現有建築物、建築材料及經費花費等進行儲存的設置。歸納以上學者之研究，茲將紙張老化的影響因素分為內部、外部因素。內部因素指紙張本身的成分與組成造成的影響；外部因素則指外在環境如溫度、相對濕度、光線等影響。一、內部因素： 1. 紙張纖維及組成：紙張以纖維素、半纖維素、木質素等組合而成，皆具有不同的老化之機制。纖維素(cellulose)本身是中性的，為三者中最不易降解之成分，僅在酸性環境中易水解(Williams, 1981)，溫度是影響纖維素降解(degradation)速度最主要的因素。通常纖維素提供支撐紙張的物理強度，因此纖維素降解會造成紙張力學強度的下降(Zervos, 2010)。半纖維素(hemicellulose)則為兩種以上的聚糖，在光、熱、酸、鹼的情況下會產生複雜的氧化、水解交互作用，進而使紙力下降（楊淑蕙與裴繼誠， 2012）。木質素(lignin)除了易產生酸性的降解產物外，其光敏性亦是日光照射下產生黃化的主因（Andrady & Searle, 1995），因為木質素會吸收紫外線，產生發色團而黃化(Reyden, 1991)。Gertz,(1992)在光與污染老化研究中發現，含木質素紙張的黃化速度遠遠超過無木質素紙張。不同的植物其纖維組成比例不同，因此製成紙張後之耐久性亦不一。一般而言，半纖維素與木質素含量對紙張的耐久性影響較大，因此紙張的耐久性主要取決於纖維素的純度和含量(王艷萍與韓紅梅，2005)。根據 ISO 標準，針對需永久保存的文獻、檔案等對使用紙張的要求，紙張應由棉纖維、棉短. 21.

(34) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 絨纖維、大麻纖維、亞麻纖維或其混和物，而棉花為耐久性最高的原料(李景仁與周崇潤， 2004) 。棉花是自然界中纖維素含量最的植物，高達 95%~100%的含量(陳嘉川、謝益民、李彥春、劉溫霞、劉玉，2008)，因為不含半纖維素及木質素，因此較耐用(Erhard, 2008；Shahani, 2004)。 2. 紙張的加工、添加劑： Gertz(1992)指出，在相同老化條件下鹼性紙張的強度下降幅度低於酸性紙張。因為酸會吸附空氣中的水分後，催化酸的反應，使紙張中有機成分的變質、纖維斷裂進而老化(Baranski et al., 2000)。夏滄琪（2006）研究發現圖書館中典藏1820年至1940年西文期刊中，1850年以前之紙張白度及pH值均較高，而在1876年至1940年間則因為以明礬作為上膠劑，因其屬酸性上膠，紙張pH值均在5以下導致紙張泛黃且脆弱。原因在於十九世紀年間造紙工藝，為了增加紙張的書寫性，因此添加了明礬，但明礬中的鋁易與其他化合物作用，而使得硫酸根（SO42－）殘留在紙層中，形成酸性紙張。另外，張豐吉(2005)研究不同酸鹼度之紙張在自然老化5000天後發現，酸性紙張老化情形高於鹼性紙張。另外為了使紙張抗水、光滑、增加白度及不透明度等性能，通常會在抄製過程上膠(sizing) 及添加填充料。上膠劑則雖使紙張產生較佳的抗水性，但卻亦受紫外線影響，造成紙張的耐折度下降(李鴻麟、張上鎮、王國財， 1990)；而填充料如碳酸鈣、白土、鈦白(TiO2)等，容易吸附空氣中的溼氣，亦使紙張水解、紙力衰退。值得一提的是俗稱鈦白的二氧化鈦(TiO2)，為紙張常用之填充料及塗佈成分，但二氧化鈦亦為一種半導體光觸媒。雖然作為紙張填充料之二氧化鈦比表面積為10～30 m2/g，與作為光觸媒劑之比表面積為100～300 m2/g(中華造紙製漿協會，2012)，相差甚多，但與紫外光仍會產生部分的光催化漂白 (photocatalyst bleaching)效果，可適度延緩紙張的老化。不過，因為紙張為. 22.

(35) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 有機材質，因此紙張纖維是否會因為二氧化鈦發生分解，仍需視其與紙張結合製程而定(大橋俊平、福垣内曉、浦元明與市浦英明，2005)。 3. 油墨及其他：油墨的組成成分複雜，除含各色顏料、色料外，尚有乾燥劑、延展劑及微量元素（鐵、銅、錳等）等成分，因此誘發紙張老化的因子更多(Lundeen, 1983)，同時Cu2+, Fe2+, F63+等都是光敏劑，它們對光的吸收和傳遞導致了纖維素、半纖維素的光氧化降解，亦是紙張泛黃的主要因素(孫禮春與王景翰， 2005)，另外鐵離子其退化機制是酸與空氣中的濕氣產生水解，及鐵催化纖維素的氧化(Jablonsky et al., 2011)，這些都可能造成紙張的老化。二、外部因素：紙張雖會因材質結構隨著時間而產生自然的老化類型，但更亦受環境的影響而發生水解降解、氧化等，而產生劣化、脆化現象(夏滄琪，2011)。環境所引發的影響因子有氧、濕氣、光、熱和其他污染氣體等(Reyden, 1991)，如下述： 1. 氧：無論是何種老化方式都需要氧氣參與反應，例如在溫暖、高濕度容易孳生微生物，而氧氣的存在易助長微生物的生長。紙張氧化導致過氧化物及羧基的生成。研究指出，在90℃下及0~100%相對濕度範圍內，氧氣濃度與紙張的老化呈線性關係(肖穩發與鄺生魯，1999)。胡元(2005)研究亦發現在惰性氣體及真空下紙張不會發生老化。因此在保存紙質文物、藝術品，通常以去除包裝內的氧氣，作為延長保存的方法之一(謝靜敏、謝義勇及岩素芬， 2010)。 2. 濕度與熱：對於紙張的穩定性，溫度與濕度是最重要的兩個因素 (Debeljak & Gregor-Svetec, 2011；Bigourdan & Reilly, 2002)。早期的研究發現紙張在乾燥. 23.

(36) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 和潮濕的邊界會出現變色(Teygeler, 2004)，原因在於潮濕的大氣易使紙張發生水解，且利於微生物生長，進而產生紙張的衰敗。一般而言，高相對濕度比低相對濕度對紙張的耐久性更為不利，因為高的相對濕度會使紙張含水量增加，進而產生水解(Shahani, 1995)。且而大氣中的CO2、NO2、SO2，極易被紙張中的水分所吸收，形成無機酸造成紙張的酸化進而加速紙張的損壞 (Zervos & Moropoulou, 2006)。而熱、高溫則容易使老化反應加速。研究指出，純纖維素在38~98℃間，每提高10℃降解速度加快3.5倍(孫禮春與王景翰，2005)。因此溫度與相對濕度常作為紙張老化研究的操作因子。Mecklenburg & Tumosa(1999)指出濕度影響反應的類型，而溫度影響反應的速率。且相對濕度與溫度有相輔相成的效果：在相對濕度條件恆定下，溫度越高，紙張老化越大；而在相同溫度下，相對濕度越高，紙張老化也越大(尹慧道與徐樂， 2002)；意即溫度與濕度呈現一種相乘的效果(夏滄琪，2011)。 3. 光：光線為誘發紙張產生黃化的最主要原因之ㄧ。光的作用主要是紙張在受光照後，產生的光熱、光化學及光敏作用(Zervos, 2010)。光熱作用是指光輻射產生的熱能在紙張纖維的氧化作用；光化學作用則是光的能量激發分子運動；光敏作用則是紙張中含有某些物質，照光後誘發發色團使之變色（Andrady & Searle，1995）。 Feller(1994)研究指出光所產生的波長必須被物質吸收才可能引發化學反應，亦即每種聚合物都有它吸收的波長段，亦稱為「波長吸收的專一性」。纖維素則吸收紫外線，尤其是波長300nm以下的能量，並產生光解或光敏反應，但其餘波長對純纖維素不直接產生光的降解(Andrady, Hamid & Torikai, 2003)。紙張的木質素為光敏物質，一般日光照射下即可誘發紙張泛黃、老化(Mcgarry, Schmidt & Heitner, 2004；李鴻麟等，1989)。 4. 酸性氣體或微生物等：. 24.

(37) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 空氣中的酸性氣體易與氧、水結合反應，造成紙張的衰敗(Baranski et al., 2000)。例如 CO2 與水形成碳酸易使紙張黃化與使微生物滋長；NO2與水形成硝酸可使纖維發生降解、氧化作用(Zervos, 2010)。另外空氣中的灰塵與髒污可能含有吸濕、催化活性的化合物，或者提供微生物如真菌類滋長的養分 (Strlic & Kolar, 2003)。紙質文物最常發現的「褐斑」即是真菌類所引起的老化。研究指出，在室溫下，隨相對濕度增高至70 %以上，真菌類於生長越發茂盛，而相對濕度60 % 以下，可抑制真菌類微生物於紙張上之繁衍(夏滄琪、張豐吉，2002)。歸納上述，以下為紙張老化的影響因素，如下圖 2-4：. -. 紙張的纖維及組成加工添加劑油墨其他. -. 氧氣濕度/含水量溫度光酸性氣體微生物及其他. 圖 2-4 紙張老化影響因素圖. 貳、紙張纖維之熱、濕度與光的老化機制當紙張纖維受到老化因素影響時，纖維素分子上的糖苷鍵和碳原子間的鍵結斷裂，引起纖維素的降解，進而造成紙張的物理、化學及機械性能的改變。一般而言，纖維與紙張的老化可分為七大化學反應，分別為水解、氧化、交聯、結晶、光解、光敏化及光氧化(Lundeen, 1983；Hotle et al., 2008)。在自然老化情形下，紙張的老化通常是一個連鎖或是交互作用的反應，因此要釐清其老化反應機制是很困難的(Zervos, 2010)。例如在紙張水解老化反應時，. 25.

(38) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 紙張含水量提升引發紙張中游離酸產生酸水解，再和氧產生氧化反應，進而發生回色現象、物理強度衰退等情形。但這些過程仍需取決於紙張的溫度、酸度、含水量和氧氣等因素的影響(Baranski et al., 2000)。傳統的鈔券用安全紙張是以棉做為主要之原料。棉是自然界中純度最高、品質最好的纖維素來源，且其質地柔韌、物理強度佳(胡玉洁等，2012)，比木漿纖維適合作為安全紙張之原料。Erhard (2008)指出，棉纖維比木纖維在相同條件下老化程度較低，原因有二：一是棉沒有半纖維素及羧基酸，因此酸含量更低、更耐用；二是棉纖維的結晶度與聚合度都比木纖維高，較不易老化。但不同製程的棉纖維聚合度初始值差異頗大，因此相同條件下老化，不同製程的棉纖維老化程度不同。棉的纖維素(cellulose)含量約有 90~96%，纖維素為多 β-D 仳喃葡萄糖基，以 1, 4-β 苷鍵相互結合而成的線性高分子，其化學結構分子式為(C6H10O5)n (楊淑蕙與裴繼誠，2012；夏滄琪，2011)，因此纖維素是一個非常大且穩定的原子鏈，所製成的紙張能拉伸及彎曲，而不會輕易斷裂(Gertz, 1992)。但由棉纖維製成之紙張具多孔性，且纖維素的分子存在許多親水官能基(-OH)，吸水性良好，亦容易產生吸濕、水解，進而產生老化(陳嘉川等，2008)。。本研究所進行的熱、光及相對濕度(水分)等所進行之老化機制，同時因為新棉為純纖維素，因此棉質鈔券用安全紙張的老化某程度上就是纖維素的老化。以下以纖維素的老化機制分述之：一、. 纖維素的熱降解：纖維受熱老化稱為熱降解(thermal degradation)。嚴謹的來說，「熱降解」. 是不包含氧氣參與的反應；一般研究中所進的熱老化實際上指的是熱氧化反應，也就是由熱能與氧氣的參與所引起的反應(Feller, 1994)。棉纖維素的老化主要取決於溫度(Erhard, 2008)。纖維素在高溫下老化，其結構、物理和化學性質發生改變，包括聚合度和強度的下降、纖維素分解、揮發性成分的逸出和質量損失，甚至發生碳化反應(陳嘉川等，2008)。. 26.

(39) 鈔券用安全紙張抗老化之研究. 纖維素從受熱降解、分解至碳化的過程可分為幾個階段。首先，在 100 ℃以下的老化反應，紙張強度下降的幅度取決於纖維紙張水分的含量、加熱介質和老化時間等因素(LeVan, 1989)。從李鴻麟、張上鎮與王國財(1990)研究中可以發現，在 100℃內溫度越高、時間越久，紙張之老化程度越高。另外亦有研究指出，在 25~150℃所進行的熱老化，在此階段的反應較其他階段緩慢，濕度 ( 水分 ) 是一個輔助關鍵 ( 陳嘉川等， 2008) 。 Cocca, Arienzo & D’Orazio(2011)研究發現，純纖維素的 Whatman 濾紙在 100℃的乾熱加速老化 500 小時，纖維素會因熱氧化，形成羧基、羰基和過氧化氫基團的斷裂。第二階段在溫度 150~240℃時，纖維素的葡萄糖基開始快速脫水，在 240 ℃以下之老化表現是紙力的損失，及少許因為水分蒸發、CO、CO2 等揮發所導致的質量損失。Hotle et al.(2008)在研究中指出純棉濾紙在 150℃時，隨著時間的增加，純棉濾紙的質量減少，但剛性(stiffness)卻隨之增加，原因為高溫下水分蒸發，纖維結構起了變化，紙張變脆。第三階段大約在 240~400℃時。Karlovits & Gregor-Svetec(2012)進行纖維素從 200℃~500℃之研究，以紅外線光譜分析發現主要變化發生在約 250℃，此時此時糖苷鍵斷裂，產生新的降解產物。第四階段發生在 400℃以上，此時產生纖維塑發生焦化、碳化現象(楊淑蕙與裴繼誠，2012 )。二、. 纖維素的光降解：紙張發生老化主要取決於光的波長，照射的波長越短能量越強，紙張越. 容易老化；其次是空氣中的氧含量。研究發現在惰性氣體及真空下紙張不會發生老化 ( 胡元， 2005) 。纖維素因光產生的老化可分為「直接光降解 (photolysis)」及「光敏降解(photo-sensilysis)」。當纖維吸收光的輻射能而引起引起 C-C 键和 C-O 键的斷裂稱為「直接光解」。「直接光解」會使紙張變脆、紙張強度降低(孫春禮與王景翰，2005)，而引起纖維素直接光降解的能量約在 334~418 kJ/mol 之間(陳嘉川等，2008)。. 27.