CN110799901B - 由液体光致聚合物树脂产生凸纹图像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由液体光致聚合物树脂制备凸纹图像或模具的方法，该方法包括以下步骤：a)将图像膜放置到曝光玻璃上；b)将覆盖膜放置在图像膜上并吸出真空c)将基板材料放置在底部玻璃上d)将液体光致聚合物树脂层浇铸到基板材料上；d)当液体光致聚合物树脂层被浇铸到基板材料上时，将柔性聚酯片材层压到液体光致聚合物树脂层的背面上；以及e)通过图像膜使液体光致聚合物树脂层曝光以选择性地交联和固化可光致聚合树脂层并形成固化的凸纹图像，其中所述固化的凸纹图像的深度小于浇铸的液体可光致聚合树脂的高度。

Description

由液体光致聚合物树脂产生凸纹图像的方法

技术领域

本发明整体涉及由液体可光致聚合树脂产生凸纹图像的方法。

背景技术

可光致聚合的和/或可光致固化的和/或可辐射固化的树脂能够被选择性地交联和固化以在生产凸纹图像印刷板(包括柔性版印刷板)期间形成凸纹图像。在其他应用中，这些图像也是所期望的，包括生产标识牌，诸如标牌、显示面板、装饰性罩、相同板、盲文板等，以及上述中的一者或多者的组合。这些树脂还能够用于制作用于生产模具的母板凸纹图案，以产生铸件，包括青铜和其他金属铸件。

目前用于制得柔性版印刷板的常见方法利用可光致聚合的，也称为感光的、可光成像的光致聚合物，可光硬化的或可光致固化的树脂组合物。虽然许多不同的可光致聚合树脂组合物是已知的，但它们共享这样的质量：当暴露于某些波长的光时，树脂自身反应以形成不溶于墨的结构。因此，可光致聚合树脂组合物能够被用来形成用于光致聚合物板的硬的、墨不溶性的、凸起表面(即，凸纹图像)。

可光致聚合树脂可作为由浇铸的可光致聚合树脂制得的固体板或通过形成液体可光致聚合树脂层并将所形成的树脂层暴露于光化辐射，然后显影以移除可光致聚合树脂层的未固化的部分来加工。液体可光致聚合树脂提供优于固体片材聚合物的优点，因为未固化的树脂能够从非图像区域回收以供稍后再利用。与片材聚合物相比，液体可光致聚合树脂在柔韧性方面具有另外的优点，从而能够仅通过改变机器设置来生产具有广泛变化的厚度的图像。

在用于制备印刷板或其他凸纹图像的典型方法中，将承载图像的透明片或负片，即具有对应于希望赋予印刷板的图像的反转的不透明区域的透明膜，放置在玻璃台板上，并且用透明的聚合物覆盖膜覆盖，然后将液体可光致聚合树脂从树脂容器中释放出来，并借助调平刀片将其浇铸到覆盖膜上。通过真空将承载图像的透明片和覆盖膜固定到台板上，使得空气被位移并且在液体可光致聚合层中不产生气泡。大体上在浇铸液体可光致聚合树脂的同时，将基板诸如聚合物膜放置于可光致聚合树脂层上。光化辐射的第二源可被定位在基板上方。在这种情况下，玻璃台板设置在基板和第二光化辐射源之间，以提供用于控制可光致聚合树脂层厚度均匀性的装置，方法是在曝光之前降低玻璃台板，使其停留在垫片上并与基板接触。

然后使液体可光致聚合树脂暴露于光化辐射，以交联和固化可光致聚合树脂，并产生凸纹图像印刷板或其他凸纹图像产品。曝光可为覆盖层曝光，其中整个表面暴露于光化辐射(即，以形成底板层)或可以为成像曝光，其中可光致聚合的底板层通过膜负片或其他光掩模曝光。

通过使浇铸的可光致聚合树脂通过膜负片或其他光掩模暴露于光化辐射来对可光致聚合树脂成像，以选择性地交联和固化可光致聚合树脂。图像通常从板的至少一个侧面，优选地从正面曝光，并且在一些情况下可如上所述从顶部和底部成像。光化光诸如紫外光通过膜负片或其他光掩模被导向可光致聚合的树脂层。结果是，液体可光致聚合树脂被选择性地交联和固化，以形成将图像在负片上镜像的印刷图像表面。当暴露于光化辐射时，液体可光致聚合树脂聚合并且从液态转变为固态以形成凸起的凸纹图像。

使用显色剂溶液洗涤被透明片的不透明区域保护而不受光化辐射影响的树脂层区域。固化的区域不溶于显色剂溶液中，因此在显影后，获得由固化的可光致聚合树脂形成的凸纹图像。固化的树脂同样不溶于某些墨中，因此可用于如上所述的柔性版印刷中。授予Plambeck的美国专利号2,760,863描述了使用可光致聚合树脂制备印刷板的另一种典型方法。上述方法的变型是将液体可光致聚合树脂暴露于树脂层的两个侧面上的光化辐射。参见，例如，授予Yonekura等人的美国专利号3,848,998。

在所有未暴露于紫外线辐射的区域中，可光致聚合树脂在曝光后保持为液体，并且随后能够被复原和回收。在典型的方法中，在另一工艺步骤中将未固化的可光致聚合树脂物理地从板上移除，使得其能够被再利用以制作另外的板。然后通过使用洗出溶液的喷嘴洗涤或刷洗移除剩余的液体可光致聚合树脂的任何残余痕量，以获得经洗涤的板，留下固化的凸纹图像。该回收技术不仅节省了可光致聚合树脂的材料成本，而且降低了显影化学的使用和成本，并且制作更安全且更易于处理的较轻的凸纹图像板。

然后能够使用显色剂溶液或如本领域中所公知的其他显影方法，将残留在由图像或膜负片的不透明区域保护而免受光化辐射影响的可光致聚合树脂的区域中的液体可光致聚合树脂的残余痕量洗去。固化的区域不溶于显色剂溶液中。然后，可使固化的印刷板经受各种后曝光步骤。例如，可将板完全浸入水中并暴露于光化辐射，诸如从光源发射出的UV光，以执行整个板的完全固化并提高板强度。显影后，获得由固化的可光致聚合树脂形成的凸纹图像。

液体制版工艺也描述于例如授予Kojima等人的美国专利号5,213,949，授予Strong等人的美国专利号5,813,342，以及授予Long等人的美国专利公布号2008/0107908中，每个文献的主题以引用方式全文并入本文。

授予Gybin等人的美国专利公布号2003/0111771描述了一种用于制作浇铸物体的模具制作方法，该专利公布的主题以引用方式全文并入本文。Gybin描述了一种形成模具的方法，该模具能够用于制作定制的模塑物体或制作低体积模制组件。包括至少一层感光材料的感光膜层合物选择性地暴露于光化辐射，并且移除对应于感光材料的曝光部分或未曝光部分的部分。移除该部分在层压膜中形成凸纹表面，然后可将浇铸材料施加到凸纹表面上以形成浇铸制品。合适的浇铸材料包括但不限于石膏、树脂和低熔点金属合金。

授予Wojcik的美国专利号4,668,607描述了在浇铸模具的生产中使用感光树脂，尤其是与浇铸金属(包括青铜)一起使用的另一种方法，该方法包括形成原模，然后从原模形成母模，该专利的主题以引用方式全文并入本文。在制造青铜铸件(包括例如装饰性或纪念饰板等)的过程中，通常制备母模，将青铜或其他金属倒入其中。

成像曝光和显影液体可光致聚合树脂的典型方法产生凸纹图像，其中凸纹包括固化的光致聚合物的凸起图案，并且该凸起图案包括凸起图案的基本上平坦的顶表面和凸起图案的顶表面遇到凸起图案的侧壁的点处的锋利边缘。这是典型的抵靠平坦表面或在由平坦表面形成的压印下的固化，如在液体光致固化中所做的那样，并且产生期望的结果，尤其是对于其中需要基本上平面的印刷表面来产生良好结果的凸纹图像印刷。

然而，在其他应用中，圆化的/平滑的图像边缘将是优选的并且是所期望的，使得在凸起图案的顶表面遇到凸起图案的侧壁的点处不具有锋利边缘。例如，在标牌应用、青铜浇铸和模塑应用以及涉及形成盲文点字的应用中，通常需要圆化的/平滑的图像边缘。

因此，期望提供一种固化液体可光致聚合树脂的方法，以产生具有圆化的和/或平滑边缘的凸纹图像。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种处理液体可光致聚合树脂以在其中产生凸纹图像的方法。

本发明的另一个目的是提供固化此类液体可光致聚合树脂以产生具有所需特性的凸纹图像的改进方法。

本发明的另一个目的是提供一种固化此类液体可光致聚合树脂的改进方法，以产生具有圆化的和/或平滑边缘的凸纹图像。

本发明的另一个目的是提供一种在浇铸模具的生产中处理液体可光致聚合树脂的改进方法。

为此，本发明涉及由液体光致聚合物树脂产生凸纹图像或模具的方法，该方法包括以下步骤：

a)将图像膜放置到曝光单元的曝光玻璃上；

b)将覆盖膜放置到图像膜上，并且在覆盖膜和曝光玻璃之间施加真空，以将覆盖膜和图像膜绷紧拉到曝光玻璃上；

c)将基板材料片材放置到曝光单元的底部玻璃上，并且将基板材料暂时粘附到底部玻璃，优选地其中该基板材料在基板材料的一侧上涂覆有粘合剂层，使得该粘合剂涂层位于基板材料离底部玻璃最远的一侧上；

d)将光致聚合物树脂浇铸到基板材料上，并且将柔性聚酯片材层压在光致聚合物树脂的顶部上，优选地其中该柔性聚酯片材在一侧上涂覆有粘合剂层，使得粘合剂涂层位于柔性聚酯片材的相邻于光致聚合物树脂的一侧上；以及

e)通过图像膜使光致聚合物树脂曝光以选择性地交联和固化光致聚合物树脂并形成固化的凸纹图像或模具，其中固化的凸纹图像或模具的深度小于浇铸的光致聚合物树脂的高度。

附图说明

当结合以下附图阅读时，将更充分地理解本发明，其中：

图1示出了根据本发明的印刷板制造方法。

图2示出了通过本发明的方法产生的印刷板的部分示意性剖视图。

各图中编号相同的元件旨在表示类似的元件。

具体实施方式

本发明整体涉及一种产生光致固化的凸纹图像元件的方法，该光致固化的凸纹图像元件包括可光致聚合树脂，该凸纹图像元件可用于柔性版印刷板，用于浇铸模具，尤其是与青铜一起使用，以及用于标志板诸如显示面板、装饰性罩、名称牌、盲文板等。

具体地讲，并且如图1所示，本发明涉及由液体光致聚合物树脂产生凸纹图像或模具的方法，该方法包括以下步骤：

a)将图像膜50放置到曝光单元的曝光玻璃60上；

b)将覆盖膜20放置到图像膜50上，并且在覆盖膜20和曝光玻璃60之间施加真空，以将覆盖膜20和图像膜50绷紧拉到曝光玻璃60上；

c)将基板材料片40放置到曝光单元的底部玻璃10上，并且将基板材料40暂时粘附到底部玻璃10上，优选地其中基板材料40在基板材料40的一侧上涂覆有粘合剂层(未示出)，使得该粘合剂涂层位于基板材料40离底部玻璃最远的一侧上；

d)将光致聚合物树脂浇铸到基板材料40上，并且将柔性聚酯片材70层压在光致聚合物树脂30的顶部上，优选地其中柔性聚酯片材70在一侧上涂覆有粘合剂层(未示)，使得粘合剂涂层位于柔性聚酯片材70的相邻于光致聚合物树脂的一侧上；以及

e)通过图像膜50使光致聚合物树脂30曝光以选择性地交联和固化光致聚合物树脂30并形成固化的凸纹图像或模具，其中固化的凸纹图像或模具的深度小于浇铸的光致聚合物树脂30的高度。

本文所述的方法产生凸纹图像图案，其中凸纹图案包括圆化的/平滑的图像边缘。换句话讲，并且如图2所示，所产生的凸纹图案80在凸起的凸纹图案的顶表面90遇到凸起的凸纹图案的侧壁92的点处不具有锋利边缘，而是凸纹图案80的边缘94是平滑的或圆化的。

将液体光致聚合物树脂30浇铸在已覆盖有基板材料10的底部玻璃40的顶部上。光致聚合物树脂30可以是在未固化时为流体，并且在暴露于选择性波长的光化辐射时硬化的任何材料。此类光致聚合物树脂常用于光致聚合物印刷制版工业中，并且因此是本领域的技术人员所熟知的。可采用一种或多种不同的光致聚合物树脂或树脂组合物。

当未固化时为流体并且在暴露于选择性波长的光化辐射时硬化的任何液体光致聚合物树脂可用于本发明的实践中。液体可固化光致聚合物树脂的示例包括在上文和授予Kai等人的美国专利号3,794,494，授予Ibata等人的美国专利号3,960,572，以及授予Pohl的美国专利号4,442,302中所述的那些，每个文献的主题以引用方式全文并入本文。

优选地，置于图像膜20和曝光玻璃50上方的覆盖膜60为双轴定向聚丙烯(BOPP)膜、聚酯膜，或聚对苯二甲酸乙二醇酯(聚对苯二甲酸乙二酯)膜，并且优选地对光化辐射是透明的。为了有助于移除，可以用剥离剂诸如硅氧烷剥离剂或在本领域中是已知的其他剥离剂处理覆盖膜20。另外，在覆盖膜20上吸出真空以便移除折痕并将其保持在曝光玻璃60上的适当位置。

大体上在将光致聚合物树脂层30浇铸到粘附到底部玻璃40上的基板材料10上的同时，将柔性聚酯片材70层压到光致聚合物树脂层30上。基板材料40可优选地包括选自由以下项构成的组的材料：聚酯膜、丙烯酸膜、丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂、酚醛树脂，以及上述中的一者或多者的组合，以举例的方式而非限制性方式给出。该基板材料40对于光化辐射应是透明的或半透明的。如果基板材料衍射曝光辐射以便赋予图像分辨率，则可使用准直光来克服衍射。基板材料40优选地在最靠近光致聚合物层30(即离底部玻璃10最远)的一侧上涂覆有粘合剂层。

柔性聚酯片材70为聚酯片材，其对于光化辐射应是透明的或半透明的。优选地，柔性聚酯片材在最靠近光致聚合物树脂30的一侧上涂覆有粘合剂层。

然后，通过曝光玻璃60、图像膜50、覆盖膜20和柔性聚酯片70提供对光化辐射的曝光，以选择性地交联和固化液体可光致聚合树脂层。

在一个优选的实施方案中，曝光受到限制，使得小于液体可光致聚合树脂的整个高度被固化。浇铸的可光致聚合树脂层30的总厚度比固化的凸纹图像80的高度高约10％至50％。更优选地，浇铸的可光致聚合树脂层30的总厚度比固化的凸纹图像80的高度高约25％。

此外，浇铸的可光致聚合树脂层30的总厚度通常介于约100密耳和约200密耳之间，更优选地介于约125密耳和约175密耳之间。所得的固化的凸纹图像80的高度通常介于约75密耳和约175密耳之间，更优选地介于约100密耳和约150密耳之间。例如，合适的凸纹图像80可由浇铸为约150密耳至约200密耳厚的树脂的层并且“未固化”的树脂制得，使得所得的固化的凸纹图像80的厚度为约125密耳。

所得凸纹图像80在凸起图案的顶表面94遇到凸起图案的侧壁90的点处具有圆化的/平滑边缘92，如图2所示。该方法要求成像曝光不会以足够的强度穿透浇铸的液体可光致聚合层30的整个厚度，从而使光致聚合物树脂贯穿其整个厚度固化。已令人惊奇地发现，本文所述的可光致聚合树脂层30的刻意曝光不足防止固化的树脂表现出当液体光致聚合物树脂层的整个高度固化时存在的平坦和/或锋利边缘。通过以这种方式固化，将曲线构建到图像中。

一旦曝光步骤完成，可如本领域的技术人员一般所熟知的那样进行附加的工艺步骤。这些附加步骤可包括以举例而非限制的方式从可光致聚合元件的表面回收未固化的液体光致聚合物，对凸纹图像进行显影，对凸纹图像进行后曝光，剥离凸纹图像，以及干燥和光修整凸纹图像。

可使用各种方法来对凸纹层进行显影。例如，可洗涤未固化的可光致聚合树脂，使用气刀将其吹走，或者能够将其吸走或用橡皮扫帚移除。可使用上述方法中的两种或更多种的组合。优选地，使用市售显色剂单元中的一个将未固化的可光致聚合树脂洗涤、乳化或溶解。

所使用的具体显色剂溶液将取决于所使用的可光致聚合树脂的具体组成，并且一般是本领域的技术人员所熟知的。一般来讲，使用含水碱性溶液。此外，还可能期望在显影溶液中使用少量的洗涤剂或表面活性剂。

显影后，可光致聚合树脂层可“后曝光于”光化辐射，即经受第二光化辐射曝光，该第二光化辐射曝光可具有与第一光化辐射曝光相同或不同的质量和量。使板经受光化辐射曝光可为本发明的可光致聚合层提供更完整的固化，从而提供更持久的凸纹图像。

最后，如果需要，可通过例如在图像上吹热空气或通过使用红外加热器来干燥图像。

本文所述的方法可用于产生光致固化的凸纹图像，该光致固化的凸纹图像包括选自由以下项构成的组的特征：文本、字符、盲文点字、线、其他图像以及上述一者或多者的组合。在另一个实施方案中，本文所述的方法可用于产生可用作显示面板、装饰性罩、名称牌、盲文板等的光致固化的标识牌。

本文所述的相同方法可用于形成模具。一旦形成固化的凸纹图像，就可将浇铸材料施加到对应于所期望的凸纹图像的模具上，以形成浇铸制品。如上所述，浇铸材料通常选自由以下项构成的组：石膏、树脂和低熔点金属合金。

如果将更高温度的金属合金或其他更高温度的模塑材料浇铸到如上所述产生的模具中，则可能需要通过将如上所述的可包括沙和蜡的模具制作材料填充到模具中以复制互补的凸纹图案来形成中间“母”模；以及移除模具，其中产生母模，其随后可用于浇铸金属或其他高温模塑制品。然后，可通过将浇铸金属或其他高温模塑材料浇铸到母模中来制作金属制品或其他高温制品。浇铸金属选自由以下项构成的组：熔融的青铜、银、铝、金、铂、铜以及上述中的一者或多者的组合。在一个实施方案中，浇铸金属为熔融的青铜。

虽然上文参考本发明的具体实施方案描述了本发明，但显而易见的是，在不脱离本文所公开的发明构思的情况下可作出许多改变、修改和变型。因此，其旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和广泛范围内的所有此类改变、修改和变型。本文引用的所有专利申请、专利和其他出版物均全文以引用方式并入本文。

Claims (19)

1.一种由液体光致聚合物树脂产生凸纹图像或模具的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将图像膜放置到曝光单元的曝光玻璃上；

b)将覆盖膜放置到所述图像膜上，并且在所述覆盖膜和所述曝光玻璃之间施加真空，以将所述覆盖膜和所述图像膜绷紧拉到所述曝光玻璃上；

c)将基板材料片材放置到所述曝光单元的底部玻璃上，并且将所述基板材料暂时粘附到所述底部玻璃；

d)将光致聚合物树脂浇铸到所述基板材料上并且将柔性聚酯片材层压在所述光致聚合物树脂的顶部上；以及

e)通过所述图像膜使所述光致聚合物树脂曝光以选择性地交联和固化所述光致聚合物树脂并形成固化的凸纹图像或模具，其中所述固化的凸纹图像或模具的深度小于浇铸的光致聚合物树脂的高度，

其中该凸纹图像包括凸起的凸纹图案，其在该凸起的凸纹图案的顶表面与该凸起的凸纹图案的侧壁相遇的点处具有圆化的边缘。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基板材料在所述基板材料的一侧上涂覆有粘合剂层，使得所述粘合剂涂层位于所述基板材料离所述底部玻璃最远的一侧上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述柔性聚酯片材在一侧上涂覆有粘合剂层，使得所述粘合剂涂层位于所述柔性聚酯片材的相邻于所述光致聚合物树脂的一侧上。

4.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：从液体可光致聚合树脂层回收未固化的液体可光致聚合树脂，对固化的可光致聚合树脂层进行显影，对所述固化的可光致聚合树脂层进行后曝光，以及在步骤e)之后干燥所述固化的可光致聚合树脂层。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述覆盖膜选自由以下项构成的组：聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和双轴定向聚丙烯。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述基板包括选自由以下项构成的组的材料：聚酯膜、丙烯酸膜、丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂、酚醛树脂以及上述一者或多者的组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述基板包括标牌材料。

8.根据权利要求1所述的方法，其中准直光用于步骤e)的所述曝光。

9.根据权利要求1所述的方法，其中浇铸的可光致聚合树脂层的总厚度比所述固化的凸纹图像的高度高10％至50％。

10.根据权利要求9所述的方法，其中浇铸的可光致聚合树脂层的总厚度比所述固化的凸纹图像的高度高25％。

11.根据权利要求1所述的方法，其中浇铸的可光致聚合树脂层的所述总厚度介于100密耳和200密耳之间。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述固化的凸纹图像的高度介于75密耳和175密耳之间。

13.根据权利要求1所述的方法，其中形成模具，所述方法包括向所述模具施加对应于所期望的凸纹图像的浇铸材料以形成浇铸制品的步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述浇铸材料选自由以下项构成的组：石膏、树脂和低熔点金属合金。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：

a)将模具制作材料填充到所述模具中以复制互补的凸纹图案；以及

b)移除所述模具，

其中母模用于产生浇铸金属制品。

16.一种金属制品，所述金属制品通过将浇铸金属浇铸到根据权利要求13所述的方法制得的所述母模中而制得。

17.根据权利要求16所述的金属制品，其中所述浇铸金属选自由以下项构成的组：熔融的青铜、银、铝、金、铂、铜以及上述中的一者或多者的组合。

18.一种光致固化的凸纹图像，所述光致固化的凸纹图像包括选自由以下项构成的组的特征：根据权利要求1所述的方法制备的文本、字符、盲文点字、线、其他图像以及上述一者或多者的组合。

19.一种根据权利要求1所述的方法制备的光致固化的标识牌。