CN102576197A - 改善柔性印刷版印刷性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用感光性印刷坯板制作浮雕图像印刷元件的方法。用激光烧蚀感光性印刷坯板而产生原位掩模，该感光性印刷坯板具有设置在至少一个光可固化层上的激光可烧蚀层。然后，通过该原位掩模将该印刷坯板曝光于至少一种光化辐射源以有选择地交联并固化部分的光可固化层。在该曝光步骤期间，空气进入该至少一个光可固化层的扩散被限制并且优选地在该曝光步骤期间，调整该至少一种光化辐射源的照明的类型、强度及照射入射角中的至少一个。所获得的浮雕图像包含许多网点，并且产生的该许多网点的网点形状在瓦楞纸上印刷时可高度地耐印刷凹槽状效果。

Description

改善柔性印刷版印刷性能的方法

技术领域

本发明通常涉及一种制备浮雕图像柔性印刷元件的方法，该方法在其上提供一种改良的浮雕结构。

背景技术

柔性印刷是一种通常用于高容量运行的印刷方法。柔性印刷被用于在各种基材(如纸张、纸板料(paperboard stock)、瓦楞纸板、薄膜(film)、箔(foil)及层压板)上印刷。报纸及杂货袋是显著的例子。只通过柔性印刷就可经济地印刷粗糙表面及伸缩薄膜。柔性印刷版为在开放区域上具有凸出图像元素的浮雕板。大体而言，该版稍微有点软，具有足以包绕印刷筒的柔韧度和足以印刷超过一百万份的耐用度。主要基于其耐用性及容易制作，该版为印刷机提供了许多优势。

瓦楞纸板通常包含一个瓦楞芯纸，该瓦楞芯纸通常为一层称为“凹槽(flute)”的打褶的或多槽的纸板，其邻接于被称为“衬垫”的平板纸或类纸层。传统的瓦楞纸板结构包括夹在两个衬垫层之间的凹槽层。其他的具体实施例可包含多层凹槽和/或衬垫。该凹槽夹层为瓦楞纸板提供结构刚性。由于瓦楞纸板用于包装并形成箱子和容器，因此经常在构成瓦楞纸板外部表面的衬垫层上印刷包装的识别信息。由于下方凹槽层的不均匀支撑，外部衬垫层常会有轻微的压痕。

在瓦楞纸板基材上印刷时可能会遇到的问题是出现被称为“凹槽状”的印刷效果(该印刷效果也被称为“带状(banding)”或“条状(striping)”或“波浪状(washboarding)”)。在装配完瓦楞纸板之后，当对该瓦楞纸板外部表面的衬垫进行印刷时，会出现凹槽状。该凹槽状效果在深色印刷的区域(即高密度条带)上是可见的，该深色印刷的区域与浅色印刷区域(即对应于其下方瓦楞纸板的凹槽结构处的低密度条带)相互交替。该较深色印刷发生于打褶内层结构最上层部分支撑的衬垫印刷表面。凹槽状效果在着墨面积占小部分总面积的拥有色度或色彩值的印刷图像区域以及油墨覆盖较为完全的印刷图像区域可能较明显。当以用数字工作流程方法制造的柔性印刷元件进行印刷时，此凹槽状效果通常更加明显。并且，增加印刷压力不会消除条状，且该增加的压力可能损坏该瓦楞纸板基材。因此，对瓦楞纸板基材进行印刷时，需要其他的方法来减少条状或凹槽状。

由制造商提供的传统柔性印刷版是由衬层或支撑层、一个或多个未曝光的光可固化层、保护层或滑膜(slip film)、以及常用的保护盖板按顺序制得的多层制品。

支撑片或衬层为版提供支撑。该支撑片或衬层可由透明或不透明材料制成，如纸张、纤维素薄膜、塑胶或金属。优选的材料包括由合成聚合物材料如聚酯、聚苯乙烯、聚烯烃类、聚酰胺类等制得的片材。通常最广泛使用的支撑层是聚对苯二甲酸乙二醇酯的柔性薄膜。支撑片可非强制选择地包含黏着层以更安全地附着于光可固化层上。非强制选择地，在支撑层和一个或多个光可固化层之间还可以提供防晕层。该防晕层用来将光可固化树脂层的非图像区域中由散射的UV光所造成的晕光降到最低。

光可固化层可包含任何已知的光聚合物、单体、引发剂、反应性或非反应性的稀释剂、填充剂及染料。术语“光可固化的”是指一种组合物，该组合物经历在光化辐射的作用下发生聚合反应、交联、或任何其他固化或硬化反应，其结果是该材料的非曝光部分可以有选择地与曝光(固化)部分相分离并移除，从而形成固化材料的三维图案或浮雕图案。优选的光可固化材料包括弹性化合物、具有至少一个末端乙烯基的烯性不饱和化合物、和光引发剂。在Goss等人的第0 456 336 A2及0 640 878A1号欧洲专利申请；第1,366,769号英国专利；Berrier等人的第5,223,375号美国专利；MacLahan的第3,867,153号美国专利；Allen的第4,264,705号美国专利；Chen等人的第4,323,636、4,323,637、4,369,246和4,423,135号美国专利；Holden等人的第3,265,765号美国专利；Heinz等人的第4,320,188号美国专利；Gruetzmacher等人的第4,427,759号美国专利；Min的第4,622,088号美国专利以及Bohm等人的第5,135,827号美国专利中公开了典型的光可固化材料，它们的各主题都通过引用方式整体地并入本文。可以使用一种以上光可固化层。

光可固化材料通常在至少某些光化波长区内通过自由基聚合而交联(固化)并硬化。本文使用的光化辐射为能够在曝光部分引起化学改变的辐射。光化辐射包含如增强光(如，激光)及非增强光，特别是在UV及紫光波段区。虽然其他光源普遍为本领域技术人员所公知，但常用的光化辐射源为水银电弧灯。

滑膜是一薄层，其为光聚合物防尘且增加处理的容易度。在常规(“模拟”)板的制作方法中，UV光可透过该滑膜。在本方法中，印刷机将盖板从印刷版坯板上剥落并在滑膜层上放置负片。然后将该板和负片通过该负片由UV光进行整片曝光。曝光于光源的区域固化或硬化，而将未曝光区域移除(显影)以在该印刷版上形成浮雕图像。除了滑膜，也可用磨砂层来提高操作板的简易度。该磨砂层通常包含悬浮于水性黏合剂溶液中的细小颗粒(二氧化硅或类似物)。将该磨砂层涂覆于光聚合物层上，然后进行空气干燥。为了光可固化层随后的UV整片曝光，在该磨砂层上放置负片。

在“数字”或“直接制板”的薄板制作方法中，通过储存在电子数据文件中的图像来引导激光，该激光用于在数字(即，激光可烧蚀)掩模层上制造原位负片，该数字掩模层通常是经修饰以包含不透辐射材料的滑膜。通过将该掩模层曝光于选定波长及强度的激光器的激光辐射下以烧蚀部分激光可烧蚀层。激光可烧蚀层的实例公开于，例如Yang等人的第5,925,500号美国专利和Fan的第5,262,275及6,238,837号美国专利中，它们各主题皆通过引用的方式整体地并入本文。

成像之后，将感光印刷元件显影以移除光可固化材料层的未聚合部分并在该固化感光印刷元件中展现出交联浮雕图像。通常显影的方法包含通常用刷子以多种溶剂或水清洗。其他用于显影的可能手段包括使用气刀或热加吸墨纸。所获得的表面具有能够复制预印刷图像的浮雕图案。该浮雕图案通常包括许多网点，除了其他的因素之外，该网点的形状及浮雕的深度影响印刷图像的品质。在浮雕图像显影之后，该浮雕图像印刷元件可被装配于印刷机上开始印刷。

光可固化树脂组合物通常在曝光于光化辐射时经自由基聚合而固化。然而，该固化反应可被通常溶解在该树脂组合物中的分子氧所抑制，因为氧气具有自由基清除剂的作用。因此，需要在图像成像曝光之前将溶解氧自该树脂组合物中移除，以便该光可固化树脂组合物可以更快速并更均匀地固化。

溶解氧的移除可通过例如：将感光树脂薄板在曝光之前放置于不活泼气体(如二氧化碳气体或氮气)中过夜以置换其中的溶解氧来完成。该方法的一个显著的缺点是不方便且难处理并且该装置需要较大的空间。

另一个已经被使用的方法包含使该薄板在光化辐射下预曝光(即“无网曝光(bump exposure)”)。在无网曝光期间，在薄板经历较高密度主曝光剂量的光化辐射之前，使用低密度“预曝光(pre-exposure)”剂量的光化辐射以敏化该树脂。该无网曝光被应用于整个薄板区域并且短暂而低剂量曝光该薄板，该曝光降低氧气的浓度，因而抑制该薄板(或其他印刷元件)的光聚合作用并且协助保持成品薄板上的细致特征(即，突出网点、精细线、孤立网点，等等)。然而，该预敏化作用步骤也会造成需要补充的阴影色调，从而降低图像中半色调的色调范围。

碰撞曝光也需要只限于抑制溶解氧的特定条件，如曝光时间、照射光线密度等。此外，如果感光树脂层具有超过0.1mm的厚度，该低密度碰撞曝光剂量的微弱光线不足以到达该感光树脂层的某些部分(即，最靠近基材层且最远离光化辐射源的感光层侧)，在该处溶解氧的移除是不充分的。在后续的主要曝光中，因为剩余的氧气将使得这些部分固化不充分。其他的努力都涉及单独的特定薄板配置或其与无网曝光结合。

例如，Kawaguchi的第5,330,882号美国专利(其主题通过引用的方式全部地并入本文中)建议使用单独的染料，将其加入至树脂中以吸收至少为100nm处波长的光化辐射，该光化辐射从主感光引发剂吸收的波长中去除。其能够单独地优化用于无网和主引发剂的引发剂量。不幸的是，这些染料为弱引发剂并且需要延长的无网曝光时间。此外，这些染料使树脂在普通室内光线下敏化，所以在工作环境下需要不方便的黄色安全灯光。再者，Kawaguchi描述的方法使用常规的宽带型光化辐射光源以无网曝光，因此也易于在树脂的较低层留下大量氧气。

Sakurai的第4,540,649号美国专利(其整体内容通过引用方式并用于本文中)描述了一种光可聚合组合物，该光可聚合组合物含有光聚合引发剂、缩合反应产物和至少一种水溶性聚合物，其中缩合反应产物是N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟甲基甲基丙烯酰胺、N-烷氧甲基丙烯酰胺或N-烷氧甲基甲基丙烯酰胺与三聚氰胺衍生物的缩合反应产物。根据发明人所述，该组合物消除了预曝光调节的需求且产生出化学和热稳定的薄板。

其他努力专注于加入脱氧剂至该树脂组合物中以阻止氧气的作用。脱氧剂在树脂系统中使用在如Chambers，Jr.的第3,479,185号美国专利及Goff等人的第4,414,312号美国专利中有描述，它们的主题皆通过引用方式整体地并入本文中。

然而，所有这些方法在制造用来生产优异网点结构的浮雕图像印刷元件上仍有缺陷，当设计用来印刷瓦楞纸板基材时尤其如此。因此，需要一种改良的制备浮雕图像印刷元件的方法，该浮雕图像印刷元件具有改良的浮雕结构，其类似于或优于用于瓦楞纸板基材印刷的传统类比工作流程的浮雕结构。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种浮雕图像印刷版，其在瓦楞纸板基材上印刷时能产生好的结果。

本发明的另一个目的是生产一种浮雕图像印刷版，其在瓦楞纸板基材印刷时能减少印刷凹槽。

本发明的另一个目的是就印刷表面、边缘清晰度、肩角、深度及网点高度而言，在浮雕图像印刷元件上产生优良的网点结构。

本发明的另一个目的是在印刷元件上提供一种网点形状，该网点形状高度耐印刷凹槽。

本发明的另一个目的是控制浮雕图像印刷元件的印刷表面的表面粗糙度。

为此，本发明一般地涉及用感光印刷坯板制作浮雕图像印刷元件的方法，所述感光印刷坯板包含布置在至少一个光可固化层上的激光可烧蚀掩模层，该方法包括下列步骤：

a)有选择地激光烧蚀所述激光可烧蚀掩模层以产生原位掩模并露出部分光可固化层；

b)通过该原位掩模将该激光烧蚀印刷坯板曝光于至少一种光化辐射源中以有选择地交联及固化部分的光可固化层；

其中在步骤(b)之前通过在原位掩模及光可固化层任一未覆盖的部分上配置扩散阻碍层来抑制氧扩散进入该至少一个光可固化层，其中该扩散阻隔层具有小于6.9×10^-9m²/秒的氧气扩散系数，优选小于6.9×10^-10m²/秒，最优选小于6.9×10^-11m²/秒。该扩散阻隔层优选是从由下列各物组成的群组中选出的：

i)在曝光步骤前，在该原位掩模上及该光可固化层任一暴露部分上层压阻隔膜；和

ii)在曝光步骤前，在该原位掩模上及该光可固化层任一暴露部分上涂布液体层，优选油；

其中该阻隔膜和/或该液体层具有小于6.9×10^-9m²/秒的氧气扩散系数，优选小于6.9×10^-10m²/秒，最优选小于6.9×10^-11m²/秒。

附图说明

图1描绘一种印刷元件，该印刷元件与不具有本发明益处的印刷元件曝光的网点比较，其具有许多呈现本发明独特的网点/肩结构的网点。

具体实施方式

本发明的发明人已发现印刷网点的形状及构造对其印刷的方式有深切的影响。了解这一点后，可以通过本文描述的方法来控制印刷网点产生的形状。使用这些方法也减少了凹槽状倾向。

为了减少印刷于瓦楞纸板基材的印刷凹槽，本发明的发明人已发现必须(1)在曝光步骤移除空气；并优选(2)调整照明的类型、强度及入射角。

同时使用这些方法形成的网点形状高度耐印刷凹槽并在印刷机上显现特殊的压印宽容度(即在印刷期间，当施加更多压力于该薄板时抵抗印刷增益改变量)。

本文中的发明人已发现有益于改变成形于印刷元件上的印刷网点形状的最重要的方法是在曝光于光化辐射期间移除或限制空气扩散进入该光可固化层。本发明人已发现空气进入该光可固化层的扩散可通过以下方式限制：

(1)在该柔性板上层压阻隔膜以覆盖该光可固化层的任一暴露部分及原位掩模。在用激光烧蚀产生原位掩模后并且曝光于光化辐射之前应用该薄膜可获得最大效益。本发明的发明人还已发现该片可用于将预定的纹理赋予给薄板的印刷表面，以上是本方法的额外功能及益处。

(2)在该原位掩模及任一未覆盖的光聚合物层上涂布液体层，优选油；

其中该阻隔膜和/或液体层具有小于6.9×10^-9m²秒的氧气扩散系数，优选小于6.9×10^-10m²/秒，最优选小于6.9×10^-11m²/秒。

调整照明的类型、强度及入射角对该点也是有用的且可以通过多种方法完成。例如，在曝光步骤期间可以在板上使用准直栅格(collimating grid)以完成照明的类型、强度及入射角的调整。类比板用准直栅格的运用在Randall的第6,245,487号美国专利中相对于类比印刷版进行了描述，其主题通过引用方式整体地并入本文中。或者，可以使用点光源或其他的半相干光源(semi-coherent lightsource)。这些光源依据光源及曝光单元图样能不同程度地调整其光谱、能量集中度及入射角。这些点光源的实例包括Olec Corporation的OVAC曝光单元及Cortron Corporation的eXact曝光单元。最后，可以用全相干光源(fully coherent)(如激光)曝光。激光光源的实例包括用于如Luscher Xpose成像器及Heidelberg Prosetter成像器等设备的U.V.激光二极管。其他可调整该照明的类型、强度及入射角的光源也可以用于本发明的实践中。

在一个具体实施方式中，本发明通常涉及用感光印刷坯板制作浮雕图像印刷元件的方法，该感光印刷坯板包含布置在至少一个光可固化层上的激光可烧蚀掩模层，该方法包括下列步骤：

a)有选择地激光烧蚀该激光可烧蚀层以产生原位掩模并露出部分该光可固化层；

b)通过该原位掩模将该激光烧蚀的印刷坯板曝光于至少一种光化辐射源以有选择地交联并固化部分的光可固化层，

其中在曝光步骤中空气进入该至少一个光可固化层的扩散是通过选自下列的方法的至少一种来抑制的：

i)在曝光步骤之前在该光可固化层任一未覆盖的部分及该原位掩模上层压阻隔膜；和

ii)在该曝光步骤之前在该光可固化层任一未覆盖的部分及该原位掩模涂布液体层，优选油。

广泛的材料可作为该阻隔膜层。本发明人已经确认生产有效的阻隔层的三个特性包含光学透明性、低厚度及氧气输送抑制。用低的氧气扩散系数来测量氧气输送抑制。如上所述，该薄膜(或该液体层)的氧气扩散系数应该小于6.9×10^-9m²/秒，优选小于6.9×10^-10m²/秒，最优选小于6.9×10^-11m²/秒。

适合用作本发明的阻隔膜层的材料的实例包含那些传统上在柔性印刷元件中用作释放层的材料，如聚酰胺、聚乙烯醇、羟烷基纤维素、乙烯与乙酸乙烯酯共聚物、两性互聚物、乙酸丁酸纤维素、烷基纤维素、丁缩醛(butryal)、环化橡胶和一个或多个上述的组合。此外，薄膜如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯树脂及类似的透明膜也可以用作阻隔模。在一个优选的具体实施方式中，该阻隔膜层包含聚丙烯膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。一种特别优选的阻隔膜为Fuji Films的Fuji

Final Proof薄膜。

该阻隔膜应该尽可能薄且与该膜操作构造上的需求和该膜/光聚合物薄板的组合一致。阻隔膜的厚度优选约1至100微米，最优选约1至5微米。

该阻隔膜需要有足够的光学透明性以便该薄膜不会有害地吸收或使得用于曝光该感光印刷坯板的光化辐射偏向。如此，该阻隔膜优选具有至少为50％的光学透明性，最优选至少75％。

该阻隔膜需要对于氧气扩散有足够的不透性以便在曝光于光化辐射期间其可有效地限制氧气扩散至该光可固化层中。本文的发明人已确定当如本文所述以上述的厚度使用上述的阻隔膜材料基本上可以限制氧气扩散进入该光可固化层。

除了限制氧气扩散进入该光可固化层，该阻隔膜可以被用来赋予或压印期望的纹理至该印刷元件的印刷表面上或将该印刷元件的印刷表面的表面粗糙度控制在理想的程度。在本发明的一个具体实施方式中，阻隔膜包含糙面精整并且糙面精整的纹理可以被转移至板表面用于对该印刷版的表面上提供期望的表面粗糙度。例如，在一个具体实施方式中，该糙面精整提供约700至约800nm的平均表面粗糙度。在此例中，该阻隔膜包含聚丙烯胶膜，其上具有固化的光聚合物层，且该固化的光聚合层上具有轮廓明显的拓扑图案。该阻隔膜表面的纹理或粗糙度将于层压步骤期间被压印至光聚合物(光可固化)层的表面。一般而言，此处所述的表面粗糙度可以利用Veeco Optical Profilometer，型号：Wyko NT 3300(Veeco Instruments，Plainville，NY)测得。

在本发明的另一个具体实施方式中，该阻隔膜包含平滑的纳米技术膜，该纳米技术膜的粗糙度小于100nm。在此具体实施方式中，该印刷版的平均表面粗糙度可以被控制在小于约100nm。

可以在传统的层压方法中使用压力和/或热将该阻隔层层压至该印刷版的表面上。

在另一个具体实施方式中，在曝光步骤之前，可以用液体层覆盖印刷版，优选油层，且该油可以是透明或着色的。此处所述的液体或油作为另一种形式的阻隔膜。与固体阻隔膜一样，使用的该液体对用来曝光该光可固化层的光化辐射源可透光是重要的。该液体层的可透光性优选至少为50％，最优选至少75％。该液体层必须也具有上述氧气扩散系数以能够基本上抑制氧气扩散进入该光可固化层。该液体也必须足够粘使其在处理期间维持在原处。本文的发明人已确定厚度为1μm至100μm且包含下述任一种油的液体层都能符合前述标准：石蜡或环烷烃油、硅酮油和植物油。应将液体在产生原位掩模后且在印刷坯板曝光于光化辐射之前涂布于印刷元件的表面。

如本文所述，在感光印刷坯板曝光于光化辐射之后，显影该印刷坯板以在其中显露浮雕图像。可通过各种方法完成显影，包括例如但不限于：水显影、溶剂显影和热显影。

最后，将浮雕图像印刷元件安装在印刷机的印刷滚筒上即可开始印刷。

Claims (18)

1.一种用感光性印刷坯板制作浮雕图像印刷元件的方法，所述感光性印刷坯板包含布置在至少一个光可固化层上的激光可烧蚀层，该方法包含如下步骤：

a)有选择地激光烧蚀该激光可烧蚀层以产生原位掩模，并露出部分的该光可固化层；

b)通过该原位掩模将该激光烧蚀的印刷坯板曝光于至少一种光化辐射源下，以有选择地交联并固化部分的光可固化层，

其中在该曝光步骤中，空气进入该至少一个光可固化层的扩散是通过选自至少一种下列的方法进行限制的：

i)在步骤(b)之前，在该光可固化层的任一暴露部分上及该原位掩模上层压阻隔膜；和

iii)在步骤(b)之前，在该光可固化层的任一暴露部分上及该原位掩模上涂布液体层；

其中该阻隔膜和/或该液体层的氧气扩散系数小于6.9×10^-9m²/秒。

2.如权利要求1所述的方法，其中使用阻隔膜，且该阻隔膜包含从由聚酰胺、聚乙烯醇、羟烷基纤维素、乙烯与乙酸乙烯酯共聚物、两性互聚物、乙酸丁酸纤维素、烷基纤维素、丁缩醛、环化橡胶、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯和两种或多种前述的组合构成的群组中选出的材料。

3.如权利要求1所述的方法，其中使用阻隔膜，且该阻隔膜包含具有规定表面粗糙度的表面，并且其中该阻隔膜表面的规定表面粗糙度被压印于该光可固化层上。

4.如权利要求3所述的方法，其中该阻隔膜包含平滑表面，该平滑表面的平均表面粗糙度小于约100nm。

5.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)之前用油层覆盖该光可固化层的任一暴露部分及该原位掩模。

6.如权利要求1所述的方法，其中使用压力和/或热使该阻隔膜层压于该光可固化层的任一暴露部分及该原位掩模。

7.如权利要求1所述的方法，其中在曝光步骤期间，调整该至少一种光化辐射源的照明的种类、强度及入射角中的至少一个。

8.如权利要求2所述的方法，其中在曝光步骤期间，调整该至少一种光化辐射源的照明的种类、强度及入射角中的至少一个。

9.如权利要求2所述的方法，其中该阻隔膜的厚度为约1至约100微米。

10.如权利要求9所述的方法，其中该阻隔膜的厚度为约1至约5微米。

11.如权利要求2所述的方法，其中该阻隔膜包含聚丙烯薄膜。

12.如权利要求3所述的方法，其中该阻隔膜包含聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上具有固化的光聚合物层。

13.如权利要求12所述的方法，其中该固化的光聚合物层上具有规定的拓扑结构图案，且其中在该层压步骤中，该光聚合物层被压印至该光可固化层的表面。

14.如权利要求1所述的方法，进一步包含通过由从水显影、溶剂显影和热显影构成的群组中选出的方法将感光性印刷坯板显影以在其中露出浮雕图像的步骤。

15.如权利要求5所述的方法，其中该油层的厚度为1μm至10μm。

16.如权利要求3所述的方法，其中该阻隔膜具有至少50％的光学透明性。

17.如权利要求15所述的方法，其中该油层具有50％的光学透明性。

18.如权利要求1～17中任一项所述的方法，其中该氧气扩散系数小于6.9×10^-10m²/秒。

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