CN103879167A - 一种印刷版版材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种印刷版版材，包括层叠设置的亲油层和亲水层，亲油层为铜层，亲水层是表面粗糙度为0.5～0.8μm的铬层，使得铬层与蒸馏水的静接触角为2-8度，赋予铬层超亲水性能，有效增强使用版材的印刷版非图文区域的锁水能力，使得喷射到亲油层表面的油墨不会向四周溢出，从而起到节省无效油墨消耗的作用，并保证了印刷质量。本发明所述的一种印刷版版材的制备方法，从源头上消除了电镀铬制版过程中的主要污染源，不但减少了环境污染，而且保障了工作人员的职业安全和健康，具有积极的社会效益；亲水层成膜速度快、自动化程度高，有效降低了生产中的劳动力成本；制版过程不产生环境污染物，节省了污染物处理的费用，具有显著的经济效益。

Description

一种印刷版版材及其制备方法

技术领域

本发明涉及印刷版版材制造技术领域，具体涉及一种印刷版版材及其制备方法。

背景技术

印刷机的印刷版是指传递油墨至承印物上的用于印刷图文的载体，通常将其分为凸版、凹版、平版以及孔版四类。其中平版是指印刷版上的图文部分和非图文部分基本在同一平面上，图文部分由亲油材料制造、非图文部分由亲水材料制造；印刷时，根据油水不相溶的原理，先由印刷机的供水装置向平版的非图文部分供水，然后由印刷机的供墨装置向平版供墨，由于平版的非图文部分不受水的保护，因此，油墨只能被供到平版的图文部分，之后平版先将图文部分的油墨转移到设置在平版滚筒的压印滚筒间的橡皮滚筒上的橡皮布上，再转印到承印物表面。

平版版材通常分为金属版材、非金属版材和包括CTP版材、无水胶印PS版材等的新型版材。其中，金属版材中的多层金属版是由两层或三层金属层叠组合而成的平版，通常以钢或铝皮作版基，以铜层为亲油层、铬层为亲水层。多层金属版耐印力高、可达百万印以上，在钞券印制等大印量需求领域有着广泛的应用。

电镀工艺技术成熟、成本低，现有多层金属版中亲水层通常由电镀工艺制备，多层金属版的制作工艺为：步骤一、对第一铜层进行单面磨版处理，使其表面形成砂目结构；步骤二、在第一铜层的磨版面上电镀一层第二铜层；步骤三、在第二铜层上电镀一层铬层。

然而，电镀铬却存在着较大的环境污染处理问题。由于重金属铬会在人体中富集，在镀铬环境中工作的人员，长期接触镀铬液、铬酸雾等有害物质后，易发生“铬中毒”以及肾功能损伤等健康问题，而截至目前为止，这种状况并没有有效的解决措施。

另外，由于电镀工艺本身限制，现有多层金属版中电镀铬层的蒸馏水静接触角仅能达到20°左右，因此，所述电镀铬层只能算是亲水层，尽管可以在一定程度上起到节省油墨的作用，但是铬层的亲水性还有很大的提升空间。

磁控溅射技术是物理气相沉积技术的一种，从二十世纪七十年代初期开始发展，现已广泛应用到光学、材料、半导体、电子等领域。磁控溅射可实现高速大面积沉积均匀膜层，可大规模连续生产，不会产生污染环境的废水、废气和废渣，符合国家的环保政策。因此，从环保的角度看，采用磁控溅射镀铬技术取代传统的电镀铬工艺是一条重要的工艺改革途径。

发明内容

本发明在解决传统制版工艺中电镀铬存在环境污染问题的基础上，所要进一步解决的技术问题是电镀铬层亲水性不够高的问题。进而提供一种通过磁控溅射工艺制备超亲水铬层的方法以及该方法制备的一种印刷版版材，赋予其表面具有2-8°的蒸馏水静接触角，从而赋予其超亲水的特性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种印刷版版材，包括层叠设置的亲油层和亲水层，所述亲油层为铜层，所述亲水层是表面粗糙度为0.5～0.8μm的铬层。

所述铬层的厚度为3.0～5.0μm。

所述铜层为冷轧压延黄铜层或冷轧压延紫铜层。

所述铜层的厚度为0.4～0.5mm。

一种所述印刷版版材的制备方法，包括如下步骤：

S1、对铜层表面进行粗糙处理，使得所述铜层表面的粗糙度为0.4～0.7μm，然后进行超声清洗并干燥；

S2、将所述铜层安装在磁控溅射设备中的冷却辊筒上，利用脉冲偏压对所述铜层粗糙处理后的表面进行表面活化；

S3、在所述铜层活化表面溅射沉积铬层。

步骤S2中所述的脉冲偏压为200～800V，占空比设置为25～75%，表面活化时间为10～30分钟，工作压强为4～6Pa；所述的冷却辊筒自转的电机控制频率为10～30Hz。

步骤S3中所述溅射沉积步骤所用靶材为铬靶，所述铬靶为柱状孪生靶，数量为2～5对，均平行设置，且均匀分布在冷却辊筒周围。

步骤S3中所述溅射沉积步骤的功率为20～60kW，时间为1.0～4.5小时，基底温度为20～80℃，工作压强为0.4～0.6Pa。

步骤S1中所述粗糙处理的工艺为球磨工艺。

步骤S1中所述超声清洗的超声频率为20～120kHz，超声功率为600～3600W，清洗时间为5～20分钟，所用清洗液为浓度为0.5～1.5wt%的NaOH水溶液。

步骤S1中所述的干燥步骤为将超声清洗完毕的所述铜层置于烘版机内，60～80℃的条件下干燥8～15分钟。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明所述的一种印刷版版材，包括层叠设置的亲油层和亲水层，亲油层为铜层，亲水层是表面粗糙度为0.5～0.8μm的铬层，使得铬层与蒸馏水的静接触角为2-8度，赋予铬层超亲水性能，有效增强使用所述版材的印刷版非图文区域的锁水能力，使得喷射到亲油层表面的油墨不会向四周溢出，从而起到节省无效油墨消耗的作用，并保证了印刷质量。

2、本发明所述的一种印刷版版材，设置在铜层上的铬层具有较大的硬度，使得本发明所述的印刷版版材具有较好的耐磨性，耐印力可以达到200万印以上。

3、本发明所述的一种印刷版版材的制备方法，采用磁控溅射工艺在表面粗糙度为0.4～0.7μm的铜层上进行超亲水铬层的制备，通过铜层表面的粗糙度与磁控溅射工艺相结合，赋予铬层合适的粗糙度和厚度，在铬层表面形成具有一定微观结构的沟壑与凸起，增大铬层的锁水能力，使其具有超亲水性能；不但从源头上消除了电镀铬制版过程中的主要污染源——含铬废水和含铬酸雾，减少了环境污染，从而保障了工作人员的职业安全和健康，具有积极的社会效益；而且，赋予铬层超亲水性能，大幅改善现有技术中铬层的亲水性能，有效减少印制过程中油墨的用量，提高了经济效益。

4、本发明所述的一种印刷版版材的制备方法，采用磁控溅射的方法制备，设置有2～5对孪生铬靶，均平行设置，且均匀分布在冷却辊筒周围，既保证了镀层的均匀性，又有效控制镀层溅射速率，保证镀层质量。

5、本发明所述的一种印刷版版材的制备方法，与传统电镀铬制版工艺相比，制备铬层之前无需再电镀铜层，有效简化了制备工艺，降低了生产成本；而且磁控溅射工艺成膜速度快、自动化程度高，能有效降低生产中的劳动力成本；另外，本发明所述的一种印刷版版材的制备方法不产生污染环境的废水、废气和废渣，节省了“三废”处理的费用，具有显著的经济效益。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明所述一种印刷版版材的结构剖视图；

图2是实施例1中所制备的一种印刷版版材中所述铬层与水接触角的状态图；

图3是实施例1中所制备的一种印刷版版材中所述铬层表面形貌图（放大倍数为2136倍）；

图4是实施例2中所制备的一种印刷版版材中所述铬层与水接触角的状态图；

图5是实施例2中所制备的一种印刷版版材中所述铬层表面形貌图（放大倍数为2136倍）；

图6是对比例1中所制备的一种印刷版版材中所述铬层与水接触角的状态图；

图7是对比例1中所制备的一种印刷版版材中所述铬层表面形貌图（放大倍数为2136倍）；

图8是对比例2中所制备的一种印刷版版材中所述铬层与水接触角的状态图；

图9是对比例2中所制备的一种印刷版版材中所述铬层表面形貌图（放大倍数为2136倍）。

图1中附图标记表示为：1-铜层、2-铬层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

本实施例提供一种印刷版版材及其制备方法，如图1所示，所述印刷版版材包括层叠设置的亲油层和亲水层，所述亲油层为铜层1和所述亲水层为表面粗糙度为0.8μm的铬层2，所述铬层2的厚度为3.0μm。

本实施例中所述铜层1为冷轧压延黄铜层，厚度为0.5mm；作为本发明的其他实施例，所述铜层1还可以为冷轧压延紫铜层，厚度为0.4～0.5mm，均可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

具体制备方法，包括如下步骤：

S1、采用球磨工艺对铜层1的表面进行粗糙处理，具体为：将球磨机的转速调整为120转每分钟，球磨粗磨细磨分别选择320目和400目的金刚砂，粗磨与细磨工艺时间分别为30和45分钟，使得所述铜层表面的粗糙度为0.7μm；再将处理后的铜层1放置在浓度为1wt%的NaOH水溶液中超声清洗10分钟，超声频率为100kHz，超声功率为2000W，再用去离子水清洗；将清洗完毕的铜层1放置在烘版机中，70℃干燥10分钟。

S2、将步骤S1中清洗、干燥后的所述铜层1安装在磁控溅射设备中的冷却辊筒上，开始抽真空，真空度达到6.0×10^-3Pa时，开启冷却辊筒旋转，电机频率设置为20Hz；同时通入工作气体氩气，流量为50sccm；对所述冷却辊筒施加450V的脉冲偏压，占空比设置为50%，工作压强为5Pa，对铜层1粗糙处理后的表面进行表面活化，时间为20分钟。

S3、开启4对柱状孪生铬靶，所述铬靶均平行设置，在所述铜层1活化后的表面溅射沉积铬层；每个铬靶的溅射功率设置为11kW，溅射沉积功率为44kW，时间为1.25小时，基底温度为25℃，工作压强为0.5Pa。采用中频磁控溅射铬靶在所述铜层1中铜层表面溅射铬层2作为亲水层，待铬层2冷却后取出。

利用德国德菲OCA-20视频接触角测量仪检测本实施例所述铬层2与蒸馏水的静接触角，可以观察到水珠立即铺展，接触角约为2°，如图2所示。

利用日本KEYENCE VK-9710三维激光扫描显微镜测量本实施例所述的铬层2的表面形貌。图3是放大倍数为2136的铬层2表面形貌图，显示了所述铬层2微观表面具有一定结构的沟壑和凸起，从而增加了铬层表面的锁水能力，使得本实施例制备的铬层2具有超亲水性能。

采用SJ-210Mitutoyo粗糙度检测仪检测铬层的表面粗糙度，测得铬层的表面粗糙度为0.8μm。

实施例2

本实施例提供一种印刷版版材及其制备方法，如图1所示，所述印刷版版材包括层叠设置的亲油层和亲水层，所述亲油层为铜层1和所述亲水层为表面粗糙度为0.5μm的铬层2，所述铬层2的厚度为5.0μm。

本实施例中所述铜层1为冷轧压延黄铜层，厚度为0.4mm；作为本发明的其他实施例，所述铜层1还可以为冷轧压延紫铜层，厚度为0.4～0.5mm，均可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

具体制备方法，包括如下步骤：

S1、采用球磨工艺对铜层1的表面进行粗糙处理，具体为：球磨机的转速调整为120转每分钟，球磨粗磨细磨分别选择300目和500目的金刚砂，粗磨与细磨工艺时间分别为10和15分钟，使得所述铜层表面的粗糙度为0.4μm，再将处理后的铜层1放置在浓度为1.5wt%的NaOH水溶液中超声清洗5分钟，超声频率为20kHz，超声功率为3600W，再用去离子水清洗；将清洗完毕的铜层1放置在烘版机中，60℃干燥15分钟。

S2、将步骤S1中清洗、干燥后的所述铜层1安装在磁控溅射设备中的冷却辊筒上，开始抽真空，真空度达到6.0×10^-3Pa时，开启冷却辊筒旋转，电机频率设置为30Hz；同时通入工作气体氩气，流量为50sccm；对所述冷却辊筒施加200V的脉冲偏压，占空比设置为75%，工作压强为4Pa，对铜层1粗糙处理后的表面进行表面活化，时间为10分钟。

S3、开启5对柱状孪生铬靶，所述铬靶均平行设置，在所述铜层1活化后的表面溅射沉积铬层；每个铬靶的溅射功率设置为12kW，溅射沉积功率为60kW，时间为1.0小时，基底温度为80℃，工作压强为0.4Pa。采用中频磁控溅射铬靶在所述铜层1中铜层表面溅射铬层2作为亲水层，待铬层2冷却后取出。

利用德国德菲OCA-20视频接触角测量仪检测本实施例所述铬层2与蒸馏水的静接触角，可以观察到水珠立即铺展，接触角约为8度，如图4所示。

利用日本KEYENCE VK-9710三维激光扫描显微镜测量本实施例所述的铬层2的表面形貌。图5是放大倍数为2136的铬层2表面形貌图，显示了所述铬层2微观表面具有一定结构的沟壑和凸起，从而增加了铬层表面的锁水能力，使得本实施例制备的铬层2具有超亲水性能。

采用SJ-210Mitutoyo粗糙度检测仪检测铬层的表面粗糙度，测得铬层的表面粗糙度为0.5μm。

实施例3

本实施例提供一种印刷版版材及其制备方法，如图1所示，所述印刷版版材包括层叠设置的亲油层和亲水层，所述亲油层为铜层1和所述亲水层为表面粗糙度为0.6μm的铬层2，所述铬层2的厚度为4.0μm。

本实施例中所述铜层1为冷轧压延紫铜层，厚度为0.45mm。

具体制备方法，包括如下步骤：

S1、采用球磨工艺对铜层1的表面进行粗糙处理，具体为：球磨机的转速调整为120转每分钟，球磨粗磨细磨分别选择400目和600目的金刚砂，粗磨与细磨工艺时间分别为30和35分钟，使得所述铜层表面的粗糙度为0.5μm，再将处理后的铜层1放置在浓度为0.5wt%的NaOH水溶液中超声清洗20分钟，超声频率为120kHz，超声功率为600W，再用去离子水清洗；将清洗完毕的铜层1放置在烘版机中，80℃干燥8分钟。

S2、将步骤S1中清洗、干燥后的所述铜层1安装在磁控溅射设备中的冷却辊筒上，开始抽真空，真空度达到6.0×10^-3Pa时，开启冷却辊筒旋转，电机频率设置为10Hz；同时通入工作气体氩气，流量为50sccm；对所述冷却辊筒施加800V的脉冲偏压，占空比设置为25%，工作压强为4Pa，对铜层1粗糙处理后的表面进行表面活化，时间为30分钟。

S3、开启2对柱状孪生铬靶，所述铬靶均平行设置，在所述铜层1活化后的表面溅射沉积铬层；每个铬靶的溅射功率设置为10kW，溅射沉积功率为20kW，时间为3.6小时，基底温度为20℃，工作压强为0.6Pa。采用中频磁控溅射铬靶在所述铜层1中铜层表面溅射铬层2作为亲水层，待铬层2冷却后取出。本步骤中，若将溅射时间延长至4.5小时，则制得的所述铬层2的厚度为5.0μm。

利用德国德菲OCA-20视频接触角测量仪检测本实施例所述铬层2与蒸馏水的静接触角约为5度。

对比例1

本对比例提供一种印刷版版材及其制备方法，具体结构与制备方法同实施例中所述的印刷版版材；唯一不同的是，所述铜层的表面粗糙度为0.08μm，即所述铜层与所述铬层的接触面为光滑表面，制备方法步骤S1中无需对所述铜层表面进行粗糙处理。

利用德国德菲OCA-20视频接触角测量仪检测本实施例所述铬层2与蒸馏水的静接触角，接触角约为64度，如图6所示。

利用日本KEYENCE VK-9710三维激光扫描显微镜测量本实施例所述铬层2的表面形貌。图7是放大倍数为2136的铬层2表面形貌图，显示了所述铬层2微观表面显著区别于图3和图5，不具备锁水微观结构，影响铬层表面的亲水性能。

采用SJ-210Mitutoyo粗糙度检测仪检测铬层的表面粗糙度，测得铬层的表面粗糙度为0.08μm。

对比例2

本对比例提供一种印刷版版材及其制备方法，具体结构同实施例中所述的印刷版版材。

具体制备方法为：

S1、采用球磨工艺对铜层1的表面进行粗糙处理，具体为：将球磨机转速调整为120转每分，球磨粗磨细磨分别选择200目和320目金刚砂，粗磨与细磨工艺时间分别为30和30分钟，使得所述铜层表面的粗糙度为1.0μm，再将处理后的铜层1放置在浓度为1wt%的NaOH水溶液中超声清洗10分钟，超声频率为100kHz，超声功率为2000W，再用去离子水清洗；将清洗完毕的铜层1放置在烘版机中，80℃干燥10分钟。

S2、将步骤S1中清洗、干燥后的所述铜层1安装在磁控溅射设备中的冷却辊筒上，开始抽真空，真空度达到6.0×10^-3Pa时，开启冷却辊筒旋转，电机频率设置为10Hz；同时通入工作气体氩气，流量为50sccm；对所述冷却辊筒施加1000V的脉冲偏压，占空比设置为50%，工作压强为10Pa，对铜层1粗糙处理后的表面进行表面活化，时间为30分钟。

S3、开启4对柱状孪生铬靶，所述铬靶均平行设置，在所述铜层1活化后的表面溅射沉积铬层；每个铬靶的溅射功率设置为5kW，溅射沉积功率为20kW，时间为3小时，基底温度为100℃，工作压强为0.5Pa。采用中频磁控溅射铬靶在所述铜层1中铜层表面溅射铬层2作为亲水层，待铬层2冷却后取出。

利用德国德菲OCA-20视频接触角测量仪检测本实施例所述铬层2与蒸馏水的静接触角，接触角约为47度，如图8所示。

利用日本KEYENCE VK-9710三维激光扫描显微镜测量本实施例所述铬层2的表面形貌。图9是放大倍数为2136倍的铬层2表面形貌图，从图中可以看出所述铬层2微观表面的凸起和沟壑尺寸较大，影响了铬层2的表面能，使得铬层2不具备超亲水性能。

上述实施例和对比例中，所述磁控溅射设备为北京实力源公司生产的SP-1512S型真空镀膜机。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种印刷版版材，包括层叠设置的亲油层和亲水层，其特征在于，所述亲油层为铜层，所述亲水层是表面粗糙度为0.5～0.8μm的铬层。

2.根据权利要求1所述印刷版版材，其特征在于，所述铬层的厚度为3.0～5.0μm。

3.根据权利要求1或2所述印刷版版材，其特征在于，所述铜层为冷轧压延黄铜层或冷轧压延紫铜层。

4.根据权利要求1-3任一所述印刷版版材，其特征在于，所述铜层的厚度为0.4～0.5mm。

5.一种权利要求1-4任一所述印刷版版材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对铜层表面进行粗糙处理，使得所述铜层表面的粗糙度为0.4～0.7μm，

然后进行超声清洗并干燥；

S2、将所述铜层安装在磁控溅射设备中的冷却辊筒上，利用脉冲偏压对所

述铜层粗糙处理后的表面进行表面活化；

S3、在所述铜层活化表面溅射沉积铬层。

6.根据权利要求5所述的印刷版版材的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的脉冲偏压为200～800V，占空比设置为25～75%，表面活化时间为10～30分钟，工作压强为4～6Pa；所述的冷却辊筒自转的电机控制频率为10～30Hz。

7.根据权利要求5或6所述的印刷版版材的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述溅射沉积步骤所用靶材为铬靶，所述铬靶为柱状孪生靶，数量为2～5对，均平行设置，且均匀分布在冷却辊筒周围。

8.根据权利要求7所述的印刷版版材的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述溅射沉积步骤的功率为20～60kW，时间为1.0～4.5小时，基底温度为20～80℃，工作压强为0.4～0.6Pa。

9.根据权利要求5-8任一所述的印刷版版材的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述粗糙处理的工艺为球磨工艺。

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