CN104512142A - 成像构件以及包含所述成像构件的油墨基数字印刷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于与亲水性和/或水性润湿流体一起使用的油墨基数字印刷系统，其包括具有成像构件材料的成像构件，所述成像构件材料在成像表面处为亲水性的。

Description

成像构件以及包含所述成像构件的油墨基数字印刷系统
技术领域
本公开涉及可用于可变数据油墨基数字印刷的成像构件表面材料。特别地，本公开涉及可用于形成成像构件表面的亲水性材料。
背景技术
油墨基数字印刷系统包括具有成像表面(如板或橡皮布(blanket))的成像构件。成像表面必须满足一系列要求以使高速可变数据油墨基数字印刷成为可能。在相关技术系统中，例如，成像表面必须构造为使用润湿流体润湿表面，并将润湿流体固定于表面上。成像表面必须构造为从激光成像系统吸收光辐射，润湿和固定随后施用至成像构件表面的油墨，并使油墨从表面脱离。
润湿流体防止油墨转印至板的非印刷区域、或背景或非图像区域处。印刷区域为成像构件表面上的区域，在所述区域上，在将施用的润湿流体层暴露于辐射之后，润湿流体挥发。非印刷区域为成像构件表面上的区域，在所述区域上，润湿流体保持在暴露于辐射的区的外部。已发现可用于油墨基数字印刷的示例性的成像构件表面材料包括疏水性聚合物，如硅氧烷、部分或完全氟化的氟硅氧烷和FKM含氟弹性体。已发现与润湿上述成像构件表面材料可相容并适用于油墨基数字印刷的示例性的润湿流体包括疏水性流体，如烃类、碳氟化合物、氟醚、有机硅氧烷、氟代有机硅氧烷。关于使用这些疏水性流体的问题涉及可能不排放至环境中或被防止以显著的量保持在印刷品上的挥发流体的包含和捕集。水为有利的用于胶版印刷的润湿流体，因为其便宜且环境友好，并因此不需要挥发流体再捕集或监测印刷物上的疏水性流体。
发明内容
发现适用于形成用于油墨基数字印刷的成像构件的亲水性材料使得水 或其他亲水性材料和/或水性溶液能够用作润湿流体材料。希望改进的板材料用于使成本有效、高品质、高速的油墨基数字印刷成为可能。提供了包括亲水性板材料的成像构件表面或板材料、其形成方法以及数字胶版印刷系统。亲水性板材料使得亲水性或极性润湿流体或润版液(如水、乙二醇或水性溶液)的使用成为可能。根据实施例的方法，可通过等离子体氧化而直接由疏水性材料产生亲水性表面。因此，可形成可重写的板表面；经氧化的表面是暂时的。或者，可通过后氧化改性而使板具有永久亲水性。后氧化改性可包括但不限于将极性或带电分子共价连接至新氧化的表面，以永久使表面具有亲水性。
在一个实施例中，用于油墨基数字印刷的成像构件可包括成像构件表面，所述成像构件表面包括亲水性成像表面。
在一个实施例中，油墨基数字印刷系统可包括成像构件、润湿流体计量系统、激光成像系统和油墨系统，所述成像构件具有亲水性成像构件表面，所述润湿流体计量系统用于将润湿流体的层施用至所述成像构件表面，所述激光成像系统用于润湿流体图案化，所述油墨系统用于将油墨施用至具有设置于其上的图案化润湿流体的成像构件表面。
在一个实施例中，用于形成具有极性或亲水性润湿流体的用于油墨基数字印刷的成像构件的方法可包括通过氧化疏水性表面材料而将疏水性成像构件表面材料转化为亲水性成像构件表面材料。
示例性的实施例在本文描述。然而，可预期示例性的实施例的范围和精神涵盖引入本文描述的系统的特征的任何系统。
附图说明
图1显示了相关技术的油墨基数字印刷系统的侧视简图；
图2显示了根据一个示例性实施例的形成成像构件表面的方法。
具体实施方式
示例性实施例旨在涵盖可包括于如本文描述的装置和系统的精神和范围内的所有替代形式、改变形式和等同形式。
与量相连使用的修饰语“约”包括所述的值，并具有上下文所述的含义(例如，其至少包括与特定量的测量相关的误差程度)。当用于具体的值时，其也应该被认为是公开了所述值。
参见附图以适应对用于油墨基数字印刷的系统的理解，所述系统使用具有成像构件的系统，成像构件表面材料及其形成方法对于所述具有成像构件的系统是可用的。
“可变数据平版印刷”或“油墨基数字印刷”或“数字胶版印刷”为用于在基材上产生图像的可变图像数据的平版印刷，在图像形成过程中每次在基材上表现图像后所述图像是可改变的。“可变数据平版印刷”包括使用平版印刷油墨的油墨图像的胶版印刷，其中图像基于数字图像数据，而所述数字图像数据在图像之间可改变。油墨基数字印刷使用可变数据平版印刷系统或数字胶版印刷系统。“可变数据平版印刷系统”为构造为使用平版印刷油墨并基于数字图像数据的用于平版印刷的系统，所述数字图像数据在图像之间是可变的。
这种系统公开于Stowe等人的2011年4月27日提交的题为“Variable Data Lithography System(可变数据平版印刷系统)”的美国专利申请No.13/095,714(“714申请”)中，所述专利申请的公开内容以全文引用方式并入本文。公开于714申请中的系统和方法涉及对之前尝试的可变数据成像平版印刷标记概念的各个方面的改进，所述概念基于润湿流体的可变图案化以获得有效的真正可变的数字数据平版印刷。
714申请描述了用于油墨基数字印刷的一个示例性可变数据平版印刷系统100，如例如图1中所示的系统。在此提供图1中所示的示例性系统100的一般描述。有关图1的示例性系统100中所示的单独的部件和/或子系统的另外的细节可见于714申请中。
如图1所示，示例性系统100可包括成像构件110。图1中所示的实施例中的成像构件110为鼓，但该示例性表示不应被解释为排除其中成像构件110包括鼓、板或带或另一目前已知或之后开发的构造的实施例。
成像构件110用于在转印辊隙112处将油墨图像施用至图像接受介质基材114。转印辊隙112由作为图像转印机构160的部分的加压辊118形成，所述加压辊118在成像构件110的方向上施加压力。图像接收介质基材114不应被认为是局限至任何特定的组成，例如纸、塑料或复合材料片材膜。示例性系统100可用于在多种图像接受介质基材上产生图像。714申请也解释了可使用的广泛范围的标记(印刷)材料，包括具有大于10重量％的颜料密度的标记材料。正如714申请，本公开将使用术语油墨指代宽范围的印刷或标记材料，以包括通常被理解为油墨、颜料和可通过示例性系统100施用 以在图像接受介质基材114上产生输出图像的其他材料的那些。
714申请表示和描述了成像构件110的细节，包括成像构件110由在结构安装层上形成的可再成像的表面层组成，所述结构安装层可为例如圆柱形芯，或在圆柱形芯上的一个或多个结构层。
系统100包括润湿流体系统120，所述润湿流体系统120通常包括一系列辊，所述一系列辊可被认为是润湿辊或润湿单元，以用于使用润湿流体均匀润湿成像构件110的可再成像的表面。润湿流体系统120的目的是将通常具有均匀和受控厚度的润湿流体的层递送至成像构件110的可再成像的表面。润湿流体系统120可包括构造用于通过网纹辊、蒸气沉积或目前已知或之后开发用于施用润湿流体的薄层的任何其他过程而计量润湿流体的系统。
如上所述，已知的是诸如润版液的润湿流体可主要包含水以及任选的少量的异丙醇或乙醇，添加所述任选的少量的异丙醇或乙醇以降低表面张力和降低支持随后的激光图案化所需的蒸发能，如在下文更详细地描述。也可将少量的某些表面活性剂添加至润版液。或者，可使用其他合适的润湿流体以提高油墨基数字平版印刷系统的性能。示例性的润湿流体包括水、Novec7600(1，1，1，2，3，3-六氟-4-(1，1，2，3，3，3-六氟丙氧基)戊烷，并具有CAS#870778-34-0)和D4(八甲基环四硅氧烷)。其他合适的润湿流体例如公开于题为“Dampening Fluid For Digital Lithographic Printing(用于数字平版印刷的润湿流体)”的2011年10月28日提交的共同待审的美国专利申请13/284,114中，所述专利申请的公开内容以全文引用方式并入本文。
一旦将润湿流体计量至成像构件110的可再成像的表面上，则可使用传感器125测量润湿流体的厚度，所述传感器125可提供反馈以控制通过润湿流体系统120将润湿流体计量至成像构件110的可再成像的表面上。
在通过润湿流体系统120将精确且均匀量的润湿流体提供至成像构件110的可再成像的表面上之后，可使用光学图案化子系统130，以通过使用例如激光能逐个图像地将润湿流体层图案化而在均匀润湿流体层中选择性地形成潜像。通常，润湿流体不有效吸收光能(IR或可见光)。成像构件110的可再成像的表面应理想地吸收从接近表面的光学图案化子系统130发射的激光能(可见的或不可见的，如IR)的大部分，以使在加热润湿流体中浪费的能量达到最少，并使热量的侧向扩展达到最小，从而保持高空间分辨率能力。或者，可将适当的辐射敏感组分添加至润湿流体，以协助吸收入射辐射激光能。尽管光学图案化子系统130如上描述为激光发射器，但应了解可使 用多种不同的系统以传递光能，从而将润湿流体图案化。
参照714申请中的图5详细描述示例性系统100的光学图案化子系统130所进行的图案化过程中的工作中的机构。简言之，来自光学图案化子系统130的光学图案化能量的施加产生润湿流体的层的部分的选择性去除。
在通过光学图案化子系统130将润湿流体层图案化之后，将成像构件110的可再成像的表面上的图案化层提供至墨辊(inker)子系统140。墨辊子系统140用于将油墨的均匀层施用至润湿流体的层和成像构件110的可再成像的表面层上。墨辊子系统140可使用网纹辊以将胶印油墨计量至一个或多个油墨形成辊上，所述一个或多个油墨形成辊与成像构件110的可再成像的表面层接触。单独地，墨辊子系统140可包括其他常规元件(如一系列计量辊)以提供油墨至可再成像的表面的精确进给速率。墨辊子系统140可将油墨沉积至表示可再成像的表面的成像部分的腔，而在润湿流体的无格式部分上的油墨不附接至那些部分。
位于成像构件110的可再成像的层中的油墨的内聚力和粘性可通过多种机制改变。一个这种机制可涉及使用流变学(复粘弹性模量)控制子系统150。流变学控制系统150可在可再成像的表面上形成油墨的部分交联的芯，以例如增加相对于可再成像的表面层的油墨内聚强度。固化机制可包括光学或光固化、热固化、干燥或化学固化的各种形式。也可经由多种物理冷却机制以及经由化学冷却而使用冷却来改变流变学。
然后使用转印子系统160将油墨从成像构件110的可再成像的表面转印至图像接受介质114的基材。当基材114经过成像构件110与加压辊118之间的辊隙112时进行转印，使得成像构件110的可再成像的表面的空隙内的油墨与基材114物理接触。在已通过流变学控制系统150改变油墨的粘附力的情况下，油墨的改变的粘附力使得油墨粘附至基材114，并从成像构件110的可再成像的表面上分离。小心控制转印辊隙112处的温度和压力条件可允许油墨从成像构件110的可再成像的表面至基材114的转印效率超过95％。尽管可能的是一些润湿流体也可润湿基材114，但这种润湿流体的体积将是最小的，并将快速蒸发或被基材114吸收。
在某些胶印系统中，应认识到图1未显示的胶印辊可根据已知的间接转印方法首先接收油墨图像图案，然后将油墨图像图案转印至基材。
在将油墨的大部分转印至基材114之后，必须从成像构件110的可再成像的表面上去除任何残余的油墨和/或残余的润湿流体，优选不刮擦或磨损该 表面。可使用气刀来去除残余的润湿流体。然而，预期可能保留某个量的油墨残余物。这种剩余油墨残余物的去除可通过使用某个形式的清洁子系统170而完成。714申请描述了这种清洁子系统170的细节，所述清洁子系统170包括与成像构件110的可再成像的表面物理接触的至少第一清洁构件，如粘性或粘着构件，所述粘性或粘着构件从成像构件110的可再成像的表面的润湿流体中去除残余油墨和任何剩余的少量表面活性剂化合物。可随后使所述粘性或粘着构件与光滑辊接触，残余油墨可从所述粘性或粘着构件转印至所述光滑辊，随后通过例如刮片从所述光滑辊上除去油墨。
714申请详细说明了其他机构，成像构件110的可再成像的表面的清洁可通过所述其他机构而得以促进。然而，无论清洁机构为何，从成像构件110的可再成像的表面上清洁残余油墨和润湿流体对于防止所提出的系统中的重影是必要的。一旦得以清洁，则将成像构件110的可再成像的表面再次提供至润湿流体系统120，通过所述润湿流体系统120将润湿流体的新层提供至成像构件110的可再成像的表面，并重复所述过程。
成像构件的可再成像的表面可包括聚合物弹性体，如硅橡胶和/或氟硅橡胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。可再成像的表面可由在安装层上的相对较薄的层形成，选择所述相对较薄的层的厚度以平衡印刷或标记性能、耐久性和可制造性。
术语“硅氧烷”是本领域公知的，并指具有由硅原子和氧原子形成的主链和含有碳原子和氢原子的侧链的聚有机硅氧烷。为了本申请的目的，术语“硅氧烷”也应理解为排除含有氟原子的硅氧烷，而术语“氟硅氧烷”用于涵盖含有氟原子的硅氧烷类。其他原子可存在于硅橡胶中，例如，在交联过程中用于将硅氧烷链连接在一起的胺基中的氮原子。聚有机硅氧烷的侧链也可为烷基或芳基。
本文所用的术语“烷基”指完全由碳原子和氢原子组成的完全饱和的基团。烷基可包括直链、支链或环状的链。例如，直链烷基通常具有式-CnH2n+1。
术语“芳基”指完全由碳原子和氢原子组成的芳族基团。当芳基与碳原子的数值范围相连描述时，其不应被解释为包括取代的芳族基团。
根据实施例的成像构件表面和油墨基数字印刷系统包括亲水性成像构件表面材料，所述亲水性成像构件表面材料使得水或水性润版液能够例如在数字胶版印刷过程中使用。特别地，根据一个实施例的油墨基数字印刷系统包括亲水性成像表面。可使用任何合适的亲水性组合物来形成根据实施例的 成像构件表面。例如，亲水性特性的聚合物可包括合成橡胶，如聚醚-酯弹性体、聚氨酯、聚氨酯-聚醚和共聚物混合物。可进行PDMS或聚(乙烯基甲基)硅氧烷(PVMS)的氧等离子体氧化，以产生亲水性表面。诸如PVMS的可交联硅氧烷表面可与含有一系列亲水性官能团(包括胺、氢氧化物、醚、离子、酸或盐)的可反应组分反应，以使表面具有亲水性。在一个优选实施例中，使用经氧化的PDMS以形成亲水性的成像构件表面。
根据实施例的方法可包括通过在形成成像构件表面材料的有机聚合物的表面部分(如图1中所示的成像板的表面)上产生亲水性基团，从而形成成像构件表面材料。例如，PDMS的氧化在聚合物的表面部分处产生亲水性二氧化硅和硅烷醇基团。
亲水性成像构件或板材料使得使用水、乙二醇或其他水性溶液作为润湿流体或润版液成为可能。例如，水和乙二醇是润湿流体的便宜、易得且环境有利的选择。构造用于胶版印刷的水性润湿流体可购得，并特别设计与胶印油墨一起使用。水具有与合适的非水性润湿流体(例如八甲基环四硅氧烷)的汽化热(44kJ/mol)可相比的汽化热(例如40.65kJ/mol)。根据实施例，疏水性成像构件表面材料可通过例如等离子体氧化而转化为亲水性表面材料。
举例而言，PDMS或二甲聚硅氧烷为硅氧烷族的矿物-有机聚合物(含有碳、硅和氧的结构)，且用于形成交联PDMS的组分是易得的。PDMS的化学式为CH3[Si(CH3)2O]nSi(CH3)3，其中n为重复单体SiO(CH3)2]单元的数量。PDMS具有如下结构式：
在交联之后，PDMS变为疏水性弹性体。当使用诸如水的极性溶剂来润湿由交联PDMS形成的表面时，溶剂往往形成珠状且不铺展，从而使得水对 于作为用于阻挡油墨的润湿流体是无效的。可使用等离子体来氧化PDMS，由此改变PDMS的表面化学以产生使表面亲水的硅烷醇末端和/或二氧化硅末端。因此，等离子体氧化使得PDMS表面和由PDMS形成的材料表面可顺从使用亲水性溶液或溶剂的润湿。大气等离子体和氩等离子体通常用于等离子体氧化。在实施例中，经等离子体氧化的交联PDMS可具有包括但不限于二氧化硅、硅烷醇基团、羧酸和/或羟基的暴露基团或表面基团。
实例
使用市售(道康宁公司(Dow Coming Corporation))的双组分体系来制备交联PDMS，所述双组分(基料和固化剂)分别以10∶1的比例混合。使用Harrick等离子体清洗器/杀菌器(PDC-32G型)实现PDMS表面的氧化。
接触角(CA)测量证实，当PDMS的等离子体氧化达10秒时，由疏水性表面转变成亲水性表面。接触角为液体界面接触固体界面的角度。接触角为表面疏水性的标准，并可用于确定表面的可湿性。接触角测量示于表1中。
表1-CA测量
1Anal.Chem.，2006，78，27，7446
含氟弹性体和氟硅氧烷的等离子体氧化也产生由水和乙二醇润湿的亲水性表面。
使用手推墨辊印刷测试表征油墨基数字印刷系统。测试由如下组成：使用棉签棒将润湿流体的条设置于成像板上，用油墨将手推墨辊上墨，以及将油墨滚动至成像板上。然后使用另一清洁辊将油墨从板转印至纸，所述另一清洁辊用于将压力施加至与板接触的纸的背部。进行测试，以测试板材料用亲水性润湿流体润湿并产生其中施用润湿流体的非成像区域的能力。在初始转印之后进行连续转印，以表征油墨从板转印至纸的转印效率。
由使用聚酯丙烯酸酯UV可固化油墨的手推墨辊印刷测试产生结果，所述聚酯丙烯酸酯UV可固化油墨具有用于胶版印刷且本领域技术人员已知的组成。测试的板材料包括a)未经氧化的PDMS硅氧烷和b)经氧化的PDMS硅氧烷。测试的润湿流体包括(a)水、b)乙二醇(EG)和c)八甲基环四 硅氧烷。结果表明，八甲基环四硅氧烷官能在未经氧化的(疏水性)硅氧烷板上良好产生UV可固化的油墨的非成像区域。在硅氧烷上使用八甲基环四硅氧烷的一个缺点在于导致板材料的尺寸改变的板-润湿流体相互作用。当用作润湿流体时，水不润湿未经氧化的硅氧烷的表面，因此无法在存在UV可固化油墨的情况下用于成像。此外，乙二醇不润湿未经氧化的硅氧烷板的表面，且不在存在UV可固化油墨的情况下用于成像。当硅氧烷板通过等离子体处理氧化时，八甲基环四硅氧烷、水和乙二醇润湿表面，且可通过施用UV可固化油墨而有效进行表面的成像。乙二醇和水的混合物(50∶50，bp～110℃；90∶10，bp～145℃)也有效润湿经等离子体氧化的硅氧烷，90∶10混合物对于阻挡油墨非常有效。
使用经氧化的硅氧烷板和润湿流体，由手推墨辊印刷测试聚酯丙烯酸酯UV可固化油墨产生结果，所述润湿流体包括a)水、b)乙二醇和c)获自斯泰公司(Siltech Corporation)的2％SILSURF水溶液。三种润湿流体(水、乙二醇和2％SILSURF水溶液)中的每一个润湿经氧化的硅氧烷板。发现，在不存在非成像区域中的背景的情况下，2％SILSURF水溶液和乙二醇对于使UV可固化油墨成像是特别有效的。
使用如下板材料产生来自在氟硅氧烷上使用聚酯丙烯酸酯UV可固化油墨的手推墨辊印刷测试的结果：a)未经氧化的氟硅氧烷和b)经氧化的氟硅氧烷。润湿流体包括：a)水和b)经氧化的氟硅氧烷与2％SILSURF水溶液。发现，水不润湿未经氧化的氟硅氧烷表面，且不用于使施用的油墨层成像。发现，水润湿经氧化的氟硅氧烷，且使油墨部分成像。发现，2％SILSURF水溶液润湿经氧化的氟硅氧烷，并用于通过施用经施用的油墨层而产生图像。
根据实施例的成像构件表面材料和用于制备这种材料的方法可用于形成例如能够使用极性或亲水性润湿流体的数字胶版印刷板。已发现，亲水性成像构件表面材料有利于使用油墨和极性润版液充分润湿成像构件表面或板。
根据实施例的成像构件表面包括亲水性板材料，所述亲水性板材料可由便宜市售且坚固的材料形成。这种板可与便宜且环境友好的极性润版液(如水、诸如乙二醇的二醇、醇类或水性表面活性剂溶液)一起使用。
用于形成具有亲水性表面的成像构件的方法可包括将疏水性成像构件表面转变为亲水性成像构件表面。例如，图2显示了用于形成亲水性成像构 件的方法，其包括在S2001处提供适用于润湿、激光暴露和涂墨的疏水性成像构件表面材料聚合物。例如，所述材料可为成型为构成成像构件表面的硅氧烷。或者，所述材料可为例如烷基或芳基聚合物、氟硅氧烷，或含氟弹性体。
方法可包括在S2005处将疏水性聚合物材料转变为适合与水性润湿流体一起使用的亲水性板材料。例如，方法可包括通过等离子体氧化而处理在S2001处提供的材料，以在材料聚合物的表面上形成亲水性端基。在方法中，可通过将极性或带电分子共价连接至聚合物的表面而使所述转变永久。
应了解如上公开的和其他的特征和功能或者它们的替代形式可有利地结合至许多其他不同的系统或应用中。而且，本领域技术人员可随后进行各种目前未预见的或意料之外的替代形式、改变形式、变型形式或改进。

Claims (10)

1.一种用于油墨基数字印刷的成像构件，所述成像构件包括：
成像构件表面，所述成像构件表面包括亲水性成像表面。
2.根据权利要求1所述的成像构件，所述成像构件表面还包括在聚合物的表面处具有亲水性基团的经交联的硅氧烷聚合物，所述亲水性基团使得所述经交联的硅氧烷的表面具有亲水性。
3.根据权利要求1所述的成像构件，所述成像构件表面还包括经等离子体氧化的交联PDMS。
4.根据权利要求2所述的成像构件，所述成像构件表面还包括具有共价附接的极性或带电分子的交联PDMS。
5.根据权利要求1所述的成像构件，所述成像构件表面还包括氟硅氧烷。
6.根据权利要求1所述的成像构件，所述成像构件表面还包括含氟弹性体共聚物，其中所述含氟弹性体共聚物的两个或更多个单体选自六氟丙烯(HFP)、四氟乙烯(TFE)、偏二氟乙烯(VDF)、全氟甲基乙烯基醚(PMVE)和乙烯(ET)，其中所述含氟弹性体共聚物的氟含量在约60wt％至约70wt％的范围内。
7.一种油墨基数字印刷系统，其包括：
成像构件，所述成像构件具有亲水性成像构件表面；
润湿流体计量系统，所述润湿流体计量系统用于将润湿流体的层施用至所述成像构件表面；
激光成像系统，所述激光成像系统用于润湿流体图案化；和
油墨系统，所述油墨系统用于将油墨施用至具有设置于其上的图案化润湿流体的成像构件表面。
8.根据权利要求6所述的系统，所述成像构件表面材料还包括具有选自二氧化硅、硅烷醇基团、羧酸和/或羟基的暴露基团的经等离子体氧化的交联PDMS。
9.根据权利要求6所述的系统，所述成像构件表面材料还包括经化学改性的亲水性氟硅氧烷。
10.根据权利要求6所述的系统，所述成像构件表面材料还包括经化学改性的亲水性含氟弹性体。
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