CN109073967B - 制造图案化的柔性版印刷板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造图案化的柔性版印刷板的模拟方法，所述方法包括将柔性图案化基板压印到未固化的软光致聚合物板中以形成所述图案化的柔性版印刷板。

Description

制造图案化的柔性版印刷板的方法
技术领域
本公开整体涉及一种制造图案化的柔性版印刷板的方法，并且更具体地涉及一种模拟方法，其中柔性图案化基板被压印到未固化的软聚合物中。
背景技术
用于产品和包装件的膜可以受益于微尺寸图案。此类图案可提供各种效应，诸如：光学效应(例如，透镜效应、全息效应)、触觉效应(例如，感知的柔软性)和/或功能效应(例如，表面特性)。将微尺寸图案赋予到膜上有多种不同的方式。已知的方法是使用可固化涂层和图案化设备来赋予此类图案。
这种方法可以若干方式采用。一种方式是使用具有蚀刻或雕刻的浮雕的刚性(或半刚性)印刷板(例如金属板)；然而，此类板可能是昂贵的。另一种方式是使用聚合物印刷板，该聚合物印刷板使用选择性掩蔽制成。然而，选择性掩蔽需要精确的设备控制，并且常常在洗涤步骤中使用苛刻溶剂。另一种方式是使用有纹理的浇注膜的连续卷；然而，此类卷需要单独的纤维网处理设备，并且该卷必须定期更换。因此，这些向膜赋予微尺寸图案的方式存在缺陷。
发明内容
然而，本公开的实施方案可用于经济地向膜赋予微尺寸图案，而无需单独的纤维网处理设备。可将柔性图案化基板压入未固化的软光致聚合物板中以形成图案化的柔性版印刷板，该柔性版印刷板可用于将微尺寸图案赋予到膜上的可固化涂层中。这种模拟压印过程不需要精确的设备控制或洗涤步骤的使用。在一些实施方案中，基板可为可商购获得的膜，并且板可作为可商购获得的坯料开始，因此板的制造可为廉价的。在常规柔性版印刷设备上，所得的柔性版印刷板可与可商购获得的涂层一起使用，并且可持续数千个循环，因此板也是使用简单且廉价的。柔性版印刷板可用于在产品和包装件上印刷微尺寸图案，其中此类图案可提供各种效应，包括光学效应、触觉效应和/或功能效应。
附图说明
图1为示出方法中的步骤的流程图。
图2A示出了柔性图案化基板。
图2B示出了未固化的软光致聚合物板。
图2C示出了固化板的一侧的步骤。
图2D示出了从板上移除掩模的步骤。
图2E示出了处理板的步骤。
图2F示出了将基板压印到板中的步骤。
图2G示出了将基板压印到板中的另一个步骤。
图2H示出了部分固化板的一侧的步骤。
图2I示出了从板上移除基板的步骤。
图2J示出了完全固化板的步骤。
图2K示出了处理板的步骤。
具体实施方式
图1为示出根据本公开的实施方案的制造图案化的柔性版印刷板的方法100中的步骤的流程图。步骤101包括提供柔性图案化基板，如结合图2A所述。步骤102包括提供未固化的软光致聚合物板，如结合图2B所述。步骤103包括固化板的一侧，如结合图2C所述。步骤104包括从板上移除掩模，如结合图2D所述。步骤105包括处理板，如结合图2E所述。步骤106包括将基板压印到板中，如结合图2F和图2G所述。步骤107包括部分固化板的一侧，如结合图2H所述。步骤108包括从板上移除基板，如结合图2I所述。步骤109包括完全固化板，如结合图2J所述。步骤110包括处理板，如结合图2K所述。结果111是由方法100产生的图案化的柔性版印刷板。
在方法100的各种实施方案中，步骤中的任一个可作为多个部分步骤执行，和/或步骤中的任一个可以本领域已知的任何方式修改，和/或步骤中的一个或多个可省略，和/或可添加一个或多个附加步骤，和/或步骤中的一个或多个可在时间上重叠，和/或步骤中的一个或多个可同时执行，和/或步骤中的一个或多个可在不同时间执行，和/或步骤中的一个或多个可以不同顺序执行，并且可以任何可行组合来组合这些另选的实施方案中的任一个中的一个或多个。
图2A示出了柔性图案化基板201的端视图，该柔性图案化基板具有作为主表面的第一侧201-1和作为主表面的第二侧201-2，其中第二侧被认为是图案化的主表面，因为第二侧201-2的至少一部分包括浮雕特征，该浮雕特征为凸起201-p和凹陷201-r，其具有50纳米至150微米的高度(从最深凹陷到最高凸起垂直于基板测得)，其中突起201-p和凹陷201-r全部一起形成示例性图案201-a2p，其用作在图1的方法100中制造的柔性版印刷板的主图案；在各种实施方案中，基板上的图案可具有浮雕特征，该浮雕特征包括任何种类的、任何形状的、任何宽高比的任何数量的突起和/或凹陷，其具有本领域已知的任何分布，具有可以任何方式变化的这些配置中的任一种，只要图案具有50纳米至150微米，诸如50纳米至75微米、50纳米至37微米、50纳米至15微米、50纳米至7微米、37至75微米、7至15微米、7至150微米、15至150微米、37至150微米、或75至150微米，或由前述值中的任一个的任何组合形成的任何范围的高度。
柔性图案化基板可以柔性图案化膜的形式商购获得，诸如购自BreitTechnologies(Overland Park,Kansas,United States)的浇注和固化全息膜(CAST ANDCURE holographic film)。然而，柔性图案化基板可为任何合适的材料，其为柔性材料(例如薄的、易弯的、片状材料)并且具有浮雕特征图案，该浮雕特征图案具有如本文所述的高度，并且可根据图1的方法100进行处理；柔性图案化基板的示例包括：有纹理的纸材、织物、微压花膜、光学透镜膜。然而，还预期图案化基板可为刚性的图案化基板，诸如金属片、模制塑料片、硅晶片等等。
图2B示出了未固化的软光致聚合物板202-b的端视图，该软光致聚合物板具有作为主表面的第一侧202-b1和作为主表面的第二侧202-b2，其中保护性掩模202-bm设置在第一侧202-b1的至少部分上，并且光致聚合物材料202-bp设置在第二侧202-b2的至少部分上；在各种实施方案中，未固化的软光致聚合物板可具有各种总体厚度，诸如0.1毫米至10.0毫米的总体厚度，或介于0.1毫米和10.0毫米之间的任何0.1毫米增量的总体厚度，或由这些厚度值中的任一个形成的任何范围；示例性总体厚度包括1.14毫米(0.045")和1.70毫米(0.067")；在另选的实施方案中，未固化的软光致聚合物板可不具有掩模。
未固化的软光致聚合物可以柔性版板(具有和不具有掩模层)的形式商购获得，诸如：购自DuPont(Wilmington,Delaware,United States)的CYREL FAST(例如类型DFUV、DFR、DFM和DFP)柔性版板，或购自MacDermid,Inc.(Morristown,Tennessee,UnitedStates)的柔性版板，诸如类型UVR、MAX和MVP；或者未固化的软光致聚合物板可由一种或多种合适的材料(诸如单体、低聚物和/或光引发剂的混合物；常见形式包括丙烯酸酯和有机硅)制成，其通过暴露于可见光和/或紫外光而固化成硬化状态，如本领域已知的。
图2C示出了固化板202-c的一侧的步骤的端视图，该板202-c与图2B的板202-b相同，其中编号类似的元件以相同方式配置，除了如下所述之外，其中固化源203-c(诸如紫外光或电子束发射器)发射固化能量203-ce(例如，热和/或光)，该固化能量203-ce至少部分固化光致聚合物材料202-cp的至少外部部分的至少部分，使得光致聚合物材料202-cp具有固化部分202-cpc和未固化部分202-cpu；在各种实施方案中，光致聚合物材料的一个部分、多个部分或全部可通过一个或多个固化源部分或完全固化，以便在板内产生底部结构。然而，在另选的实施方案中，可不产生底部。例如，固化源(用于与本文公开的任何固化步骤一起使用)可为DeGraf Concept 400 ECLF板固化系统(DeGraf Concept 400 ECLF platecuring system)(购自Glunz&Jensen(Ringsted,Denmark))。
图2D示出了从板202-d上移除掩模202-dm的步骤的端视图，该板202-d与图2C的板202-c相同，其中编号类似的元件以相同方式配置，除了如下所述之外，其中示出移除过程204(诸如激光烧蚀)，其横跨第一侧202-d1移动204-d并且在光致聚合物材料202-dp的未固化部分202-dpu的表面上暴露未掩蔽区域201-d1r，以制备板202-d以用于随后的处理和/或压印，如下所述，其中在图2D的实施方案中，移除所有掩模，使得所有第一侧202-d1变成未掩蔽区域；在各种实施方案中，可以移除保护性掩模的一部分、多个部分或全部；在各种实施方案中，未掩蔽区域可为连续的或不连续的；在不具有保护性掩模的另选的实施方案中，可省略移除掩模这一步骤。例如，可使用CDI Spark 4835内嵌UV数字柔版图像编排机(CDISpark 4835 Inline UV Digital Flexo image setter)(购自Ghent(Belgium)的ESKO)烧蚀掩模。
图2E示出了处理板202-e的步骤的端视图，该板202-e与图2D的板202-d相同，其中编号类似的元件以相同方式配置，除了如下所述之外，其中处理源205-e(诸如喷雾嘴、刮刀或压延棒)提供处理205-et，其至少部分地处理板202-e的未固化部分202-epu的至少外部部分的至少部分以改善其在接触后释放表面的能力。所述处理的示例是喷涂薄的有机硅涂层；在各种实施方案中，喷涂在板的未固化部分的外部部分的一个部分上、多个部分上或全部上。未固化部分可使用任何类型的方式部分或完全处理以改善可释放性，如本领域已知的；然而，在另选的实施方案中，可省略处理这一步骤。省略了释放处理步骤的实施方案的示例是使用可商购获得的形式的柔性版板，其具有较低表面能以改善可释放性。
图2F示出了将图2A的柔性图案化基板201压印到软光致聚合物板202-f的未固化部分202-fpu的暴露表面中的步骤的端视图，该板202-f与图2E的板202-e相同，其中编号类似的元件以相同方式配置，除了如下所述之外，其中相反的向内力206-f1和206-f2的分布提供将基板201和板202-f压向彼此的压力，使得向板202-f赋予基板201的图案201-f2p，并且图案201-f2p的突起和凹陷至少将未固化部分202-fpu的外部部分成形为该板202-f的图案202-f1p，该图案202-f1p是图案201-f2p的反转，其中基板201的浮雕特征的凸起和凹陷分别成为板202-f上的浮雕特征的凹陷和凸起；其中相反的向内力可由本领域已知的各种机械设备提供，包括例如图2G的压辊；在各种实施方案中，可使用任何种类的合适的机械设备，用一个或多个柔性图案化基板对未固化部分的外部部分的一个部分、多个部分或全部压印一次或多次；在另选的实施方案中，一种制造图案化的柔性版印刷板的方法还可包括在压印步骤之前和/或期间施加热(例如通过提供传导、对流和/或辐射的加热器)以进一步软化软光致聚合物板。
图2G示出了机械设备的一部分的侧视图，该机械设备可用于将图2A的柔性图案化基板201压印到软光致聚合物板202-g的未固化部分202-gpu的暴露表面中的步骤中，该软光致聚合物板202-g与图2F的板202-f相同，其中编号类似的元件以相同方式配置，除了如下所述之外，其中第一辊206-r1围绕第一轴线206-r1c逆时针旋转206-r1r，而第二辊206-r2围绕第二轴线206-r2c顺时针旋转206-r2r，并且辊206-r1和206-r2一起提供在辊206-r1与206-r2之间将基板201和板202-g压向彼此的相反向内力的分布，使得当基板201和板202-g在辊206-r1和206-r2之间穿过206-g时，向板202-f赋予基板201的图案；其中该对辊可由(加热的或不加热的)轧辊层压机提供，如本领域已知的，包括例如购自MacDermid,Inc.(Morristown,Tennessee,United States)的型号为62 Pro S的LUX层压机(LUXLaminator)。在各种实施方案中，基板和板可通过一对或多对此类辊一次或多次，其在任一侧或两侧上具有或不具有载体片。在另选的实施方案中，可使用如本领域已知的其它种类的层压机或压机(具有或不具有辊)。
图2H示出了部分固化板202-h的一侧的步骤的端视图，该板202-h与图2F的板202-f相同，其中编号类似的元件以相同方式配置，除了如下所述之外，而根据图2F和/或图2G的压印步骤，板202-h仍然与图2A的柔性图案化基板201接触，其中位于基板201的第一侧201-1的外部的第一固化源203-h1发射固化能量203-h1e，该固化能量203-h1e行进穿过基板201(其具有允许传输固化能量的材料性质(例如半透明))并且至少部分地固化光致聚合物材料202-hp的未固化部分202-hpu的至少一部分的至少部分，并且其中位于板202-h的第二侧202-h2的外部的第二固化源203-h2发射固化能量203-h2e，该固化能量203-h2e行进穿过板202-h(其具有允许传输固化能量的材料性质(例如半透明))并且至少部分地固化光致聚合物材料202-hp的未固化部分202-hpu的至少一部分的至少部分，使得未固化部分202-hpu变得至少部分被固化，这允许基板201更容易地从板202-h上移除而不会扭曲或损坏形成在板202-h上的图案202-h1p；在各种实施方案中，光致聚合物材料的一个部分、多个部分或全部可通过一个或多个固化源部分固化，以便允许移除板。在一些另选的实施方案中，一个或多个固化源可仅用在一侧上；在其它另选的实施方案中，部分固化这一步骤可被全部固化步骤取代；在其它另选的实施方案中，移除基板之前的部分固化这一步骤可被省略。通常，固化能量落在UV光谱内，诸如UV-A(315纳米至400纳米波长)、UV-B(280纳米至315纳米波长)和UV-C(100纳米至280纳米波长)，并且可由配置成提供此类频率的各种源诸如水银灯泡或LED固定装置来提供。
图2I示出了板202-i的一侧的端视图，该板202-i与图2H的板202-h相同，其中编号类似的元件以相同方式配置，除了如下所述之外，其中图2A的柔性图案化基板201从板201上移除208-i(例如通过拉离/剥离)，从而留下具有第一侧202-i1和第二侧202-i2的板202-i，其中板202-i的光致聚合物材料202-ip具有设置在第二侧202-i2上的固化部分202-ipc和设置在第一侧202-i1上的部分固化的部分202-ippc，并且第一侧202-i1的至少部分包括突起202-p和凹陷202-r，它们一起形成示例性图案202-i1p，其是在图1的方法100中制造的柔性版印刷板上的赋予图案；在各种实施方案中，板上的图案可具有任何种类的、任何形状的、任何宽高比的任何数量的突起和/或凹陷，其具有本领域已知的任何分布，具有可以任何方式变化的这些配置中的任一种，并且具有由主图案赋予的任何高度(从最深凹陷至最高凸起垂直于板测得)，诸如50纳米至150微米的高度，诸如50纳米至75微米、50纳米至37微米、50纳米至15微米、50纳米至7微米、37至75微米、7至15微米、7至150微米、15至150微米、37至150微米、或75至150微米，或由前述值中的任一个的任何组合形成的任何范围。在另选的实施方案中，其中部分固化步骤被完全固化步骤取代，在后续步骤中，部分固化的部分为完全固化的部分；在其它另选的实施方案中，其中省略了部分固化步骤，在后续步骤中，部分固化的部分为固化的部分。
图2J示出了完全固化板202-j的光致聚合物材料202-jp的步骤的端视图，该板202-j与图2I的板202-i相同(由图2I的步骤产生的板可在图2J的步骤中使用，而不需要洗涤部分固化的光致聚合物材料的介入步骤)，其中编号类似的元件以相同方式配置，除了如下所述之外，其中位于板202-j的第一侧202-j1的外部的第一固化源203-j1发射固化能量203-j1e，该固化能量203-j1e行进到设置在第一侧202-j1上的部分固化的部分202-jppc并且促进完全固化光致聚合物材料202-jp的该部分，并且其中位于板202-j的第二侧202-j2的外部的第二固化源203-j2发射固化能量203-j2e，该固化能量203-j2e行进穿过设置在板202-j的第二侧202-j2(其具有允许传输固化能量的材料性质(例如半透明))上的固化部分202-jpc并且促进完全固化光致聚合物材料202-jp的该部分，使得部分固化的部分202-jppc变得完全固化，这最终固化形成在板202-j上的图案202-j1p并进一步制得用于最终用途的板202-j；在各种实施方案中，光致聚合物材料的一个部分、多个部分或全部可通过一个或多个固化源完全固化，以便最终固化板的图案；在一些另选的实施方案中，一个或多个固化源可仅用在一侧上；在其它另选的实施方案中，其中部分固化步骤被完全固化步骤取代，可省略完全固化板这一随后步骤。
图2K示出了处理板202-k的光致聚合物材料202-kp的步骤的端视图，该板202-k与图2J的板202-j相同，其中编号类似的元件以相同方式配置，除了如下所述之外，其中位于板202-k的第一侧202-k1的外部的第一处理源203-k1发射防粘能量203-k1e，该防粘能量203-k1e行进到设置在第一侧202-k1上的完全固化的材料202-kpc并且促进光致聚合物材料202-kp的进一步聚合，并且其中位于板202-k的第二侧202-k2的外部的第二固化源203-k2发射防粘能量203-k2e，该防粘能量203-k2e行进到设置在第二侧202-k2上的完全固化的材料202-kpc并且促进光致聚合物材料202-kp的进一步聚合，使得光致聚合物材料202-kp变得完全聚合，这最终制得用于最终用途的板202-k；在各种实施方案中，光致聚合物材料的一个部分、多个部分或全部可通过一个或多个处理源来处理，以便使板的材料防粘。在一些另选的实施方案中，一个或多个处理源可仅用在一侧上；在其它另选的实施方案中，可以本领域已知的任何其它方式使固化的光致聚合物板防粘，例如通过将板浸入一种或多种化学溶液(诸如卤素溶液)中；在其它另选的实施方案中，可以省略使板防粘这一处理步骤。通常，防粘能量落在UV-C光谱(100纳米至280纳米波长)内。
因此，如上所述，本公开的实施方案可用于经济地向膜赋予微尺寸图案，而无需单独的纤维网处理设备。可将柔性图案化基板压入未固化的软光致聚合物板中以形成图案化的柔性版印刷板，该图案化的柔性版印刷板可用于将微尺寸图案赋予到膜上的可固化涂层中。这种模拟压印过程不需要精确的设备控制或洗涤步骤的使用。在一些实施方案中，基板可为可商购获得的膜，并且板可作为可商购获得的坯料开始，因此板的制造可为廉价的。在常规柔性版印刷设备上，所得的柔性版印刷板可与可商购获得的涂层一起使用，并且可持续数千个循环，因此板也是使用简单且廉价的。柔性版印刷板可用于在产品和包装件上印刷微尺寸图案，其中此类图案可提供各种效应，包括光学效应、触觉效应和/或功能效应。
在另一个实施方案中，可使用标准柔性版印刷板来印刷涂层和第二轧制辊隙点，其中图案化的柔性版印刷板安装在其上以在固化之前模制涂层。
本公开尤其预期以下段落A至F中阐述的实施方案：
A.图1的方法100，其中省略了步骤104。
B.图1的方法100，其中省略了步骤105。
C.图1的方法100，其中省略了步骤107。
D.图1的方法100，其中省略了步骤109。
E.图1的方法100，其中省略了步骤110。
F.根据段落A至E中任一项所述的方法，以任何可行的组合进行。
如本文所用，术语“编号类似”是指用于对应元件的相似的字母数字的标识，如下所述。编号类似的元件的标识具有相同的后两位数字；例如，具有以数字20结尾的标识的一个元件和具有以数字20结尾的标识的另一个元件为编号类似的。编号类似的元件的标识可具有不同的第一数字，其中该第一数字与其图号匹配；例如，标记为320的图3的元件与标记为420的图4的元件为编号类似的。编号类似的元件的标识可具有相同或可能不同(例如与具体实施方案对应)的后缀(即，虚线符号后的标识部分)；例如，标识为320-a的图3A中元件的第一实施方案和标识为320-b的图3B中元件的第二实施方案为编号类似的。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
除非明确排除或以其它方式限制，本文中引用的每一篇文献，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请以及本申请对其要求优先权或其有益效果的任何专利申请或专利，均据此全文以引用方式并入本文。对任何文献的引用不是对其作为与本发明的任何所公开或本文受权利要求书保护的现有技术的认可，或不是对其自身或与任何一个或多个参考文献的组合提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中的术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中的相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。
虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出多个其他变化和修改。因此，本文旨在于所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (8)

1.制造图案化的柔性版印刷板的模拟方法，所述方法的特征在于，其包括：
提供具有至少一个突起或凹陷的包括图案化的主表面的柔性图案化基板；
提供包括第一侧和第二侧的未固化的软光致聚合物板，其中所述第一侧与所述第二侧相对；
固化所述软光致聚合物板的第二侧以形成光致聚合物板的固化的第二侧和光致聚合物板的未固化的第一侧；
将柔性图案化基板的图案化的主表面压印到光致聚合物板的未固化的第一侧中；
通过所述柔性图案化基板部分固化所述光致聚合物板的第一侧以形成所述光致聚合物板的部分固化的第一侧，其中所述柔性图案化基板允许固化能量达到所述光致聚合物板的第一侧；
从所述光致聚合物板的部分固化的第一侧移除所述柔性图案化基板；
完全固化所述光致聚合物板的部分固化的第一侧以形成包括图案化的主表面的图案化的柔性版印刷板，其中在不洗涤所述部分固化的软光致聚合物板的情况下，完全固化所述部分固化的软光致聚合物板以形成所述图案化的柔性版印刷板，以及其中所述图案化的柔性版印刷板的图案化的主表面具有高度为50纳米至150微米的浮雕特征，并且所述未固化的软光致聚合物板在其上具有保护性掩模；
通过激光烧蚀将所述保护性掩模的至少一部分从所述未固化的软光致聚合物板上移除，以在所述未固化的软光致聚合物板上形成未掩蔽区域；以及
所述压印包括将所述柔性图案化基板的至少一部分压印到所述未掩蔽区域中。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括在所述压印之前，处理所述未固化的软光致聚合物板以改善所述未固化的软光致聚合物板的可释放性。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括在所述压印之前或期间向所述未固化的软光致聚合物板施加热。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述压印包括使用压力将所述柔性图案化基板压印到所述未固化的软光致聚合物板。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述压印包括压印所述柔性图案化基板，所述柔性图案化基板包括图案，以产生以下效应中的一个：全息效应、光学效应或触觉效应。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述柔性图案化基板对紫外光是半透明的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述部分固化包括以下步骤中的一个：
a.通过所述柔性图案化基板使所述未固化的软光致聚合物板暴露于固化源；
b.在所述部分固化之前移除所述柔性图案化基板；
c.使所述软光致聚合物板的所述图案化的主表面暴露于固化源；或者
d.将所述软光致聚合物板的未图案化的主表面暴露于所述固化源。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括在所述完全固化之后，处理所述图案化的柔性版印刷板以减小所述图案化的主表面上的表面能。
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