CN101638015A - 用等离子体提高铝版表面能的方法 - Google Patents

Abstract

一种用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：用等离子体发生装置产生等离子体，将普通铝版通过该等离子体，实现对普通铝版表面的活化处理，达到提高铝版表面能的目的；然后在处理后的铝版表面喷墨；所述的普通铝版是指经过电解粗化和阳极氧化的工艺使表面形成细致的砂目的铝合金版。本发明的优点是：表面处理均匀性好；具有表面清洗作用和刻蚀作用，增加接触比表面积，提高润湿附着性和铺展性，涂布层可以很薄，且不会出现脱涂、涂布不均匀的问题，同时避免了表面活性剂的使用对版材表观产生的负面影响；直接在砂目层表面处理，无中间层，活性粒子产生强化学键，提高附着力，所制得的印版耐印率高；生产成本低，处理速度快。

Description

用等离子体提高铝版表面能的方法

技术领域

本发明涉及一种用等离子体提高铝版表面能的方法，应用的领域包括：喷墨CTP加工过程中砂目铝版喷墨前的表面处理，传统PS、CTP版生产过程中底涂前的砂目铝版表面处理、涂感光胶前对底涂层的表面处理。

背景技术

环保型喷墨CTP(计算机直接制版)胶印版以其制作工艺简单，无晒版、显影工序，环保、印刷成本低的优点逐渐被越来越多的印刷企业所接受。它的生产过程是直接把墨水打印在铝版基上，但由于铝版基是不易吸附墨水的，故墨水打印在铝版基上时不能良好铺展以至产生流淌，不能形成清晰的图文。

在传统的CTP、PS(预涂感光)版生产过程中存在由于版基表面能过低，而引起的底涂液、感光胶涂布过程中脱涂、涂布不均匀、涂层过厚等一系列的问题。

在环保型喷墨CTP胶印版生产过程中，为提高版材的表面能通常采用表面涂层的方法，而铝版本身表面能较低使得涂布较为困难，获得的薄涂层表面厚度不均一、性质差别大，厚涂层则改变了版材原有表面特征，不利于后续应用；也有采用改进型阳极氧化工艺，虽然同样也能获得超亲水的大面积均匀膜材料，但这种改进型工艺工序复杂，不适合大工业化生产。

在传统CTP、PS版生产过程中，在感光胶涂布之前预涂底涂层也可改善版基表面能以利于涂布感光胶，但并不能完全满足感光胶涂布的要求，而且底涂层涂布过程也较为困难，易出现脱涂和涂层厚度不均匀。

在传统CTP、PS版生产过程中，也有直接在感光胶中加入表面活性剂改善版基表面能的情况，但表面活性剂的加入易引起CTP、PS版表面出现绿点、蓝点，影响版材使用效果。

现有技术有涂层法(申请号200810115386.5专利申请)，在经电解粗化、阳极氧化处理过的铝版基上涂布喷墨接收层涂层，该涂层主要由水溶性高分子化合物和表面活性剂组成，分子间的间隙很小，其重量百分比为2.5-100∶1。在喷墨打印时，墨滴渗透版材涂层高分子的间隙，达到吸收墨滴及降低扩散，使图文清晰。其存在的缺点是：涂布，铝版表面能低涂布较为困难，获得的薄涂层表面厚度不均一、性质差别大，厚涂层则改变了版材原有表面特征，不利于后续应用；干燥，涂布后必须有干燥设备，涂布以及干燥设备都较为复杂，在线生产难度大；涂层附着性有限，耐印量较大时，涂层容易脱落，导致印版的耐印率低。

另一现有技术是改进型阳极氧化(申请号200610011259.1专利申请)，其主要方法是，借鉴制备有序多孔氧化铝的制备方法，对其进行扩展应用到获得大面积的高度亲水的阳极氧化铝膜材料。以经过电化学抛光的铝箔为阳极，以铂片为阳极，在选自硫酸、草酸、含水的磷酸或贫水(草酸的乙醇和水的混合溶液)中的一种电解质溶液中，运用电化学氧化的方法，经过一步或两步氧化，然后剥除铝基底，再经过扩孔出去阻挡层，制备了不同形貌的面积可控的高度亲水的氧化铝膜。其存在的缺点：该方法虽然能获得高度亲水的阳极氧化铝膜材料，但工序繁多且复杂，不可控因素多，因此大工业化生产相当困难。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用等离子体提高铝版表面能的方法，以解决现有技术存在的铝版的表面能较低，致使铝版表面不能快速、牢固、稳定地吸附涂布液，从而使喷墨CTP生产过程中墨水在铝版表面铺展不均匀，以及传统CTP、PS版生产过程中涂布工序产生的一系列问题。

本发明的技术方案是：一种用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：用低温等离子体发生装置产生等离子体，将普通铝版通过该等离子体或将等离子体射流喷射在铝版表面，实现对普通铝版表面处理，达到提高铝版表面能的目的；然后在处理后的铝版表面喷墨、涂布底涂液或涂布感光胶；所述的普通铝版为砂目铝版基。

所述的等离子体发生装置为平板式等离子体发生装置，在大气压条件下，在两个可调间距的平行设置的平板电极上施加工作电源，中间通入工作气体，该工作电源可为直流高压、交流高压或射频电源；该工作气体包括：空气、氩气、氦气、氮气、氧气的一种，或为上述部分或全部气体的混合气体。

所述的等离子体发生装置为射流式等离子体发生装置，包括等离子体射流枪、工作电源和工作气体，等离子体射流枪由主体、旋流器、中心电极、射流喷头和喷头连接管，管形的主体的下端通过喷头连接管与射流喷头螺接，在主体的上端连接旋流器，在该旋流器的上端连接一绝缘盖体，在盖绝缘盖体的顶端连接进气管，并穿过接线端子，在该主体的轴心装有中心电极，其顶端与所述的旋流器的中心连接，并与所述的接线端子电连接；所述的中心电极的材质为金属，优选铜，所述的主体和喷头连接管的材质可为耐高温绝缘材料或外部金属内部绝缘镀膜层结构，所述的喷头的材质采用耐高温金属材料，优选不锈钢或钨；所述的接线端子与等离子体射流枪的工作电源，所述的进气管与工作气体源连接。

所述的射流喷头设有圆喷口、扁喷口或环形喷口；所述的工作气体包括：空气、氩气、氦气、氮气和氧气中的一种，或为上述部分或全部气体的混合气体，优选空气。

在所述的圆喷口连接有引流管，该引流管为直管，或上部为直管、下端有弯头，或上部为直管、下端有长扁口。

所述的旋流器由设在内外套筒之间的沿圆周均布的多个旋流叶片组成，各个旋流叶片均向一个方向倾斜15°～75°；该旋流器的外套筒嵌入主体或盖体内，内套筒内穿过所述的中心电极。

采用所述的射流式等离子体发生装置进行处理的方式包括：采用单个的等离子体射流枪局部处理、单等离子体射流枪往复扫描式处理；该局部处理方式是，将射流枪直接在需处理的区域上方手动式进行喷射等离子体，表面处理；单等离子体射流枪往复式，为简单的用步进式电机驱动的往复式传动装置，即逐行式往复处理；或者采用排状等离子体射流枪在线处理方法，与所述的其他处理方法的区别等离子体枪直线排列，排状等离子体枪的宽度大于等于处理基材的宽度，无往复，一次性大幅面处理，适合大型生产线。

在进行处理时，被处理的普通铝版位于等离子体射流的相对位置包括：喷口射流区或喷口下游区，在无引出封闭管时，该等离子体射流焰长度L一般为2-5cm，在射流焰的长度L内为射流区，超过射流长度N为下游区一般为5-10cm。

本发明的优点是：

1、设备稳定性高，表面处理均匀性好；

2、刻蚀作用，增加接触比表面积，提高润湿附着性；

3、表面清洗作用，增加润湿速度、铺展性；

4、涂布层可以很薄，且不会出现脱涂、涂布不均匀的问题，同时避免了表面活性剂的使用对版材表观产生的负面影响；

5、直接在砂目层表面处理，无中间层，活性粒子产生强化学键，提高附着力，所制得的印版耐印率高；

6、设备、处理工序简单，工作气体为空气，电能消耗低，生产中几乎无材料损耗，生产成本低；

7、处理速度快，适合于小批量生产，也适合于大批量生产线的在线处理。

附图说明

图1是本发明采用的单个等离子体射流枪的分体结构示意图；

图2是本发明采用的单个等离子体射流枪的组装结构示意图；

图3是所述的等离子体射流枪的圆喷口喷头的结构示意图；

图4是图3的仰视图；

图5是所述的等离子体射流枪的扁喷口喷头侧面的结构示意图；

图6是图5的仰视图；

图7是所述的等离子体射流枪的环形喷口喷头侧面的结构示意图；

图8是图7的仰视图；

图9是本发明的旋流器的结构示意图；

图10是本发明的直管引流管的结构示意图；

图11是本发明的弯头引流管的结构示意图；

图12是本发明的长扁口引流管的结构示意图；

图13是采用圆喷口喷头的排状等离子体射流枪在线处理的示意图；

图14是采用单个扁喷口喷头的等离子体射流枪在线处理的示意图；

图15是等离子体射流枪喷口射流区和喷口下游区的示意图；

图16是本发明平板放电式处理装置的示意图；

图17是未处理的铝版表面水滴接触角的示意图；

图18是采用本发明方法处理后的铝版表面水滴接触角的示意图。

具体实施方式

参见图1～图18，本发明一种用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：用等离子体发生装置产生等离子体，将普通铝版通过该等离子体或将等离子体射流喷射在铝版表面，实现对普通铝版表面处理，达到提高铝版表面能的目的；然后在处理后的铝版表面喷墨、涂布底涂液或涂布感光胶。所述的普通铝版一般是用铝合金版经过电解粗化阳极氧化、微米纳米氧化硅纳米涂层法或等离子体喷涂陶瓷法(现有技术)使其表面形成细致砂目的砂目铝基版，一般的PS版、CTP版生产线、等离子体喷涂、表面涂布法生产的砂目版均能满足要求。

所述的用等离子体的处理方法包括：采用平板式等离子体发生装置和射流式等离子体发生装置进行处理。

1、参见图16，平板放电式处理是利用高频、高压电源11使两个平板电极9和10之间产生辉光放电等离子体，将铝版6在两个平板电极9和10之间沿箭头方向移动(根据需要一次通过或多次往复移动)。放电的等离子体中包含大量的活性物质，对其内的版材能产生刻蚀、清洗有机污染物、活化材料表面的作用，从而使材料比表面积增大、表面活性增强、表面清洁，使之成为超亲水性材料。两个平板电极9和10的长度(与图16图面垂直方向)大于铝版6的宽度(与图16图面垂直方向)。

两个平板电极9和10的间距可调；工作电源11可为直流高压、交流高压、射频电源；工作气体：空气、氩气、氦气，氮气、氧气，或为上述部分或全部混合气体。本发明的工艺对环境没有特别要求，无需特殊仪器过滤、净化，普通大气环境即可。

2、等离子体射流式处理：等离子体射流是流经冷弧等离子体射流枪(参见图1和图2)的空气气流，它包含大量的氧原子在内的氧基活性物质，射流冲击材料表面时能起到刻蚀、清除有机污染物、活化材料表面的作用，从而使材料比表面积增大、表面活性增强、表面清洁，使之成为超亲水性材料。

参见图1～图9，所述的等离子体发生装置为射流式等离子体发生装置，包括等离子体射流枪1、工作电源11和工作气体，等离子体射流枪1由主体1、旋流器16、中心电极17、射流喷头3和喷头连接管2，管形的主体1的下端通过喷头连接管2与射流喷头3螺接，在主体1的上端连接旋流器16，在该旋流器16的上端连接一绝缘盖体15，在盖绝缘盖体15的顶端连接进气管5，并穿过接线端子4，在该主体1的轴心装有中心电极17，其顶端与所述的旋流器16的中心连接，并与所述的接线端子4电连接；所述的主体和喷头连接管2的材质可为耐高温绝缘材料或外部金属内部绝缘镀膜层结构，所述的喷头3的材质采用耐高温金属材料，优选不锈钢或钨；所述的接线端子4与等离子体射流枪1的工作电源11，所述的进气管5与工作气体源连接。

所述的工作气体包括：空气、氩气、氦气、氮气和氧气中的一种，或为上述部分或全部气体的混合气体，优选空气。本发明的工艺对环境没有特别要求，无需特殊仪器过滤、净化，普通大气环境即可。

工作时喷头3接地(图2)，加上高压后铜电极17与喷头3之间产生电弧，枪体内高速旋涡气流冲散电弧，从喷头3的喷口处喷射出等离子体射流，此处的等离子体射流温度在150-300度之间。

枪体中，主体1可为耐高温绝缘材料或外部金属内部绝缘镀膜层结构(金属优选不锈钢，绝缘镀膜层可为氧化硅、氧化铝、陶瓷)；进气口4进入枪体的高速气流经旋流器16产生高速旋涡气流，制作材料可为耐高温材料；盖体15为耐高温绝缘塑料或陶瓷。

喷头连接管2为独立结构，用以控制铜质的中心电极17与喷头3之间的放电距离，从而调节射流的直径、以及射流的长度，连接管2为耐高温绝缘材料或外部金属内部绝缘镀膜层结构(金属优选不锈钢，绝缘镀膜层可为氧化硅、氧化铝、陶瓷)。

喷头3为独立结构，喷口属于耗材，在射流枪工作过程中易受到电弧的刻蚀，加工成独立结构是为了便于更换，便于加工，降低成本。可将喷头3的喷口加工成三种特殊形状以满足不同处理的要求(参见图3～图8)，从上到下依次为圆形喷口(图3、图4)、扁形喷口(图5、图6)、环形喷口(图7、图8)，圆形喷口喷出的是圆柱形射流，直径较小(1cm以下)；扁形喷口喷出的是狭缝式射流，射流属扁长式，面积大(扁长处直径：1-10cm)；环形喷口喷出的是环形射流，射流面积大，均匀(圆环外圈直径：1-10cm)。喷头3的材料采用耐高温金属材料，优选不锈钢、钨。

参见图10～图12，根据需要可在所述的圆喷口的喷头2连接有引流管，该引流管有三种结构，一种为直管12(图10)，或图11所示的上部为直管12、下端有弯头13的结构，或图12所示的上部为直管12、下端有长扁口14的结构。

引出管是针对圆形喷口的一个设计，用于汇聚射流，增加射流的处理距离(图10)、处理角度(图11)、处理面积(图12)。图12的长扁口设计处理效果与图5和图6所示的扁口喷头处理效果相似，但圆形喷口相对扁形喷口加工方便，引出管工作中不损耗，降低生产成本。同时由于射流枪为电弧放电产生的等离子体流，故射流中必存在火星，增加引出管则可以避免火星到达处理材料表面。引出管与喷口螺旋连接，材料为耐高温材料，长度为1-20cm。

参见图9，旋流器16由设在内外套筒之间的沿圆周均布的多个旋流叶片161组成，各个旋流叶片161均向一个方向倾斜15-75度。旋流器16的外套筒嵌入主体1的上端内，内套筒内穿过中心电极17。

射流枪的三个独立部件(管形的主体1、射流喷头3和喷头连接管2)之间通过螺纹连接，如果外部都是金属则可由管身直接接地，达到喷口接地的效果。工作电源11的电压为5-30KV，电流为1-5A，工作气体的气流流速为50-1000l/h。

对铝版表面处理方式包括：单个的等离子体射流枪1局部处理、单等离子体射流枪往复扫描式处理。局部处理方式是，将射流枪直接在需处理的区域上方手动式进行喷射等离子体，表面处理；单等离子体射流枪往复式，为简单的往复式传动装置，即逐行式往复处理，带步进式电机，以上两者适合小规模作坊式生产。

排状等离子体射流枪在线处理方法(参见图13)，与所述的其他处理方法的区别等离子体枪直线排列，排状等离子体枪的宽度大于等于处理基材的宽度，无往复，一次性大幅面处理，适合大型生产线。单等离子体射流枪扁口在线处理方法依次处理的宽度较圆口喷头的处理宽度大，生产效率较高。

不论是采用单个的等离子体射流枪还是排状等离子体射流枪，都可根据工艺需要更换合适的喷头3。被处理样品位置包括：喷口射流区，喷口下游区。等离子体射流焰7(参见图15)长度L一般为2-5cm，在射流焰7的长度L内为射流区，超过射流长度N为下游区一般为5-10cm(以上为无引流管的情况)，而有引流管时就要根据管长，在引流管的出口处皆为下游区。射流等离子体工作气体包括：空气、氩气、氦气，氮气、氧气，或为上述部分或全部混合气体。

射流等离子体7一般为电弧放电产生的射流，也可以为介质阻挡放电原理产生的射流，或为辉光放电产生的射流，电源可为直流高压、交流高压、射频电源。

一个具体实施例：

原材料：普通铝版(表面腐蚀、阳极氧化后的铝砂目版)；

使用设备：电弧等离子体专用电源11(低电压高电流)，如图2所示的等离子体枪1；

处理过程：以扫描式将射流喷射在处理铝版的表面，采用射流区(距离喷头3的距离为小于L的区域)处理(参考图15)；

接着就可以进行喷墨或涂布工艺，喷墨是CTP加工过程中砂目铝版喷墨；涂布是传统PS、CTP版生产过程中底涂或涂布感光胶。

处理前后的普通铝版样品的效果参见图17和图18，图17所示是未处理样品表面的去离子水水滴8接触角a测试图，a约67°。图18所示是采用本发明处理样品表面的去离子水水滴8接触角a测试图，a小于10°，说明处理后样品表面能大为提高。

平板式处理方法过程与上述射流式类似，只要将等离子体作用在铝版表面即有类似的效果。

Claims (8)

1、一种用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：用低温等离子体发生装置产生等离子体，将普通铝版通过该等离子体或将等离子体射流喷射在铝版表面，实现对普通铝版表面处理，达到提高铝版表面能的目的；然后在处理后的铝版表面喷墨、涂布底涂液或涂布感光胶；所述的普通铝版为砂目铝版基。

2、根据权利要求1所述的用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：所述的等离子体发生装置为平板式等离子体发生装置，在大气压条件下，在两个可调间距的平行设置的平板电极上施加工作电源，中间通入工作气体，该工作电源可为直流高压、交流高压或射频电源；该工作气体包括：空气、氩气、氦气、氮气、氧气的一种，或为上述部分或全部气体的混合气体。

3、根据权利要求1所述的用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：所述的等离子体发生装置为射流式等离子体发生装置，包括等离子体射流枪、工作电源和工作气体，等离子体射流枪由主体、旋流器、中心电极、射流喷头和喷头连接管，管形的主体的下端通过喷头连接管与射流喷头螺接，在主体的上端连接旋流器，在该旋流器的上端连接一绝缘盖体，在盖绝缘盖体的顶端连接进气管，并穿过接线端子，在该主体的轴心装有中心电极，其顶端与所述的旋流器的中心连接，并与所述的接线端子电连接；所述的中心电极的材质为金属，优选铜，所述的主体和喷头连接管的材质可为耐高温绝缘材料或外部金属内部绝缘镀膜层结构，所述的喷头的材质采用耐高温金属材料，优选不锈钢或钨；所述的接线端子与等离子体射流枪的工作电源，所述的进气管与工作气体源连接。

4、根据权利要求3所述的用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：所述的射流喷头设有圆喷口、扁喷口或环形喷口；所述的工作气体包括：空气、氩气、氦气、氮气和氧气中的一种，或为上述部分或全部气体的混合气体，优选空气。

5、根据权利要求4所述的用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：在所述的圆喷口连接有引流管，该引流管为直管，或上部为直管、下端有弯头，或上部为直管、下端有长扁口。

6、根据权利要求3所述的用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：所述的旋流器由设在内外套筒之间的沿圆周均布的多个旋流叶片组成，各个旋流叶片均向一个方向倾斜15°～75°；该旋流器的外套筒嵌入主体或盖体内，内套筒内穿过所述的中心电极。

7、根据权利要求3所述的用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：采用所述的射流式等离子体发生装置进行处理的方式包括：采用单个的等离子体射流枪局部处理、单等离子体射流枪往复扫描式处理；该局部处理方式是，将射流枪直接在需处理的区域上方手动式进行喷射等离子体，表面处理；单等离子体射流枪往复式，为简单的用步进式电机驱动的往复式传动装置，即逐行式往复处理；或者采用排状等离子体射流枪在线处理方法，与所述的其他处理方法的区别等离子体枪直线排列，排状等离子体枪的宽度大于等于处理基材的宽度，无往复，一次性大幅面处理，适合大型生产线。

8、根据权利要求7所述的用等离子体提高铝版表面能的方法，其特征在于：在进行处理时，被处理的普通铝版位于等离子体射流的相对位置包括：喷口射流区或喷口下游区，在无引出封闭管时，该等离子体射流焰长度L一般为2-5cm，在射流焰的长度L内为射流区，超过射流长度N为下游区一般为5-10cm。

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