CN1264851A - 能量要求降低的平版成象 - Google Patents

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Abstract

能量要求降低的平版印版成象,采用的印刷件具有一个固件片基、片基上的放气且照射光吸收层、在平版亲和性方面与片基性能相反的最上层。使照射光吸收层接受激光照射造成此层变热,活化放气层,使气态分解产品快速释放和膨胀,拉伸最上层,从而在照射区上方产生了气泡,破坏成象层,气泡颈部膨胀超过了入射激光束的直径,由此使最上层和下面的成象层在照射区外脱离片基,结果产生了比入射光束直径大的象点。

Description

能量要求降低的平版成象
本发明涉及数字印刷方法和材料。更具体而言，本发明涉及利用数控激光输出(digitally controlled laser output)的联机(on-press)或离线(off-press)的平版印版结构(lithographic printing-plate constructions)的成象。
在平版胶印术(offset lithography)中，可印刷图象(printable image)在印刷件(printing member)上呈受墨(亲油的)和斥墨的(疏油的)表面区的图案。一旦将油墨供给这些区域，则可以充分地将油墨按图象方式很逼真地传给记录介质。干式印刷系统采用了其斥墨部充分斥墨的印刷件，以便可以直接应用。均匀供给印刷件的油墨只按图象方式传给记录介质。通常，印刷件首先接触被称为橡皮滚筒(blanket cylinder)的柔顺的中间表面(compliant intermediatesurface)，而柔顺的中间表面再将图象转印到纸张或其它记录介质上。在典型的单张纸印刷系统(sheet-fed press system)中，记录介质被扣到(pinned)压印滚筒(impression cylinder)上，压印滚筒使记录介质接触橡皮滚筒。
在湿式平版印刷系统中，非图象区是亲水的，所需油墨斥力是通过在上墨前(prior to inking)先给印版涂覆润版液(或润湿液)〖dampening(or“fountain”)solution〗而产生的。润湿液防止了油墨粘附到非图象区，但是它不影响图象区的亲油特性。
传统的制版技术多耗时，并且需要足以容纳所需化学药剂的设备设施。为克服这些缺陷，业内人士已经研制出了许多种印版成象的电子替代系统。在这些系统中，数控仪器按照体现待印图象的图案改变素印版(blank plate)的受墨性。USP 5,339,737、US5,783,364和US5,807,658披露了用于激光放电式成象装置的各种平版印版结构，所述文献的全部内容在此作为参考被引入，其中包括了上述湿印版和直接供墨的干印版。可以在离线制版机(stand-aloneplatemaker)上给印版添加图象，或者直接在印刷机上对印版进行成象。
可以用来自便宜的固态激光器的近红外光脉冲对激光成象材料进行成象。这样的材料一般显示出对近红外线照射光的非线形反应，即对短期激光脉冲显示出比较强的成象流量临界阈(relatively sharp imaging-influence threshold)，而对自然光(ambient light)基本上没有反应。印版设计者的一个目标就是在保持理想性能，如持久性、可加工性和内兼容性，的同时，降低成象反应所需的激光流量临界阈。
对光热材料(photothermal material)通常提出的一项对策是，加入高能(如自氧化)成分〖energetic(e.g.，self-oxidizing)composition〗，它们在实践中给成象过程贡献了化学能。例如，上述专利US5,339,737披露了因加热而经历高能化学分解(energetic chemical decomposition)的硝化纤维素层。不幸的是，这些材料没有显示出降低成象所需的流量临界阈。相反地，它们被用作高能材料的替换物，并且基本上可替换，或者作为转印材料(transfer-type material)中的推动层(propellant layer)(见例如：USP 5,308,737、USP 5,278,023、USP5,156,938和US5,171,650)。
已惊奇地发现，热活化的放气成分(gas-forming composition)与强烈吸收成象照射光的材料的组合物被用作激光成象结构中的共激活成象层(co-activeimaging layer)时，所述组合物导致了受激光脉冲影响的区域明显扩大(与只采用其中一种成分作为成象层的结构相比)。结果明显降低了形成具有预定大小的象点(image spot)所需的流量。
本发明的印刷件包括一个固体片基、片基上的放气和照射光吸收层以及其平版亲和性能(lithographic affinity)与片基相反的最上层。放气和照射光吸收层的顺序取决于成象模式，即是对最上层照射激光，还是对片基照射激光。在工作中，对照射光吸收层照射激光，造成此层剧烈变热。这又激活了放气层，造成气态分解产物快速放出和膨胀。气体拉伸最上层并在照射区上产生气泡，成象层在这里被破坏。如果此过程足够迅速、猛烈(explosive)，则气泡颈(neckof the bubbles)膨胀超过了入射激光束直径，从而在此照射区外使最上层和下面的成象层脱离片基。整个受影响区域在成象后的清理过程中容易除去，从而导致了大于入射激光束直径的象点。另外，由于分解气体包容在气泡内，因此没有环境污染的危险。
成象后的清理可以用手完成(通过清理液擦洗或干擦，如US5,540,150所述)，或者使用接触式清理装置(例如，如US5,148,746所述的转动刷)，或者其它适用方式(例如，如US5,755,158所述)。
应该强调的是，如本文所采用，术语“印版”或“印刷件”是指任何类型的印刷件或能够记录下由对油墨和/或润湿液有不同亲和性的区域限定的图象的表面。适当的结构包括安装在印版滚筒上或印刷机上的传统平面状或弧形平版印版，但也可以包括无缝印版滚筒(如印版滚筒的滚筒表面)、环带或其它结构。
另外，术语“亲水”就印刷行业的意义而使用，意味着对一种液体的表面亲和性，所述液体防止油墨粘附至表面。这样的液体包括水、含水或不含水的润版液、单液油墨系统的非墨相。因此，本发明的亲水表面显示出了相对于油基材料，对于这些材料之一的优先亲和性。
结合附图，根据以下对本发明的具体描述将更容易理解上述内容，其中：
图1是可以根据本发明成象的平版印版的放大截面图；和
图2A-图2C示出了作用于图1所示印版的本发明的成象过程。
参见图1，本发明印版的一个代表实施方案包括一最上层10、一个照射光吸收层12和一个放气层14以及片基20。层10和片基20对油墨或不粘附油墨液体显示出了相反的亲和性，层10通常是聚合物层。在此印版的一个方案中，层10是斥墨的硅氧烷聚合物(silicone polymer)，片基20是亲油的聚酯或铝材；结果，形成了干式印版。在第二种、即湿式印版中，表面层10是亲水材料，片基20是亲油、疏水的。
优选的硅氧烷配方是如美国专利RE35,512所述的加成固化(addition-cure)聚硅氧烷，这篇文献的内容在此作为参考被引入。适用的亲水聚合物包括聚乙烯醇材料(如由PA，Allentown的Air Products提供的Airvol 125材料)。
片基20最好是高强度、稳定且柔软的，它可以是聚合物膜或是纸或金属片。聚酯膜(在一个优选实施方案中，由DE，Wilmington的E.I.杜邦de Nemours公司出售的MYLAR或MELINEX膜)提供了适用的例子。一种优选的聚酯膜厚度为0.007英寸，但是可以有效地利用更厚或更薄的膜。纸基片一般浸润有聚合物而具有防水性、尺寸稳定性和强度。铝是优选的金属片基。
根据成象层12、14的厚度和光学密度，片基(或其下的层)可以反射成象照射光而使光线返回成象层。例如，铝片基20可以经过抛光来反射成象照射光。作为金属反光片基20的替换方案，也可以采用含有反射成象照射光(如红外线)的染料的一层材料。一种适用作红外线反射片基的材料是由DE，Wilmington的ICI Films提供的白329胶卷，它将反射红外线的硫酸钡用作白色颜料。优选的厚度为0.007英寸，或者如果所述结构被层压到金属基底(如USRE35,512所述的那样)上，则优选厚度为0.002英寸。
根据未审结申请09/122,261(申请日为1998年7月24日，名称为“METHODOF LITHOGRAPHIC IMAGING WITH REDUCED DEBRIS-GENERATEDPERFORMANCE DEGRADATION AND RELATED CONSTRUCTIONS”)，其中这篇文献的所有内容作为参考被引入本文，可以将绝缘(如聚硅烷)层设置在最上层10与层12、14之间以控制碎片(for purposes of debris management)。出于相同的目的，可以将固体填料如粒状氧化硅分散到固体最上层10内，以产生有亲水位点的碎片(debris)，使它们与清理溶液相容。
层12可以是很薄的金属层(50埃-250埃，对钛来说，最好是250埃)，它在暴露于空气时，可以形成或可以不形成自身的氧化表面12。该层因IR照射而剥离(ablate)，从而经受严重过热并由此点燃(igniting)层14。尽管优选材料是钛，层12的其它适用材料单独地或混合地包括其它d区(d-block)(过渡)金属、铝、铟、硅和铋。在混合情况下，金属成合金或金属间物状态。
作为可以与上述金属层12结合使用或替代上述金属层12的替换材料，有包括至少一种金属与至少一种非金属的化合物的金属无机层，或者是这样的化合物的混合物的层。这样的层通常被涂覆成50埃-500埃的厚度，最佳厚度主要取决于当吸收激光能时快速加热到很高温度的要求，但也取决于功能上的考虑，即层间粘附需要和耐印刷所用流体的作用。适用金属无机层的金属成分可以是d区(过渡)金属、f区(镧系)金属、铝、铟或锡，或者上述元素的混合物(合金，或者在存在更确定成分的情况下，是金属间物)。优选金属包括钛、锆、钒、铌、钽、钼和钨。非金属成分可以是至少一种p区元素硼、碳、氮、氧和硅。所述的金属/非金属化合物可以有或没有确定的化学配比，而且在某些情况下(如，铝-硅化合物)它们可以是合金。优选的金属/非金属组合包括TiN、TiON、TiOx(0.9≤x≤2.0)、TiC和TiCN。
层14包括或构成一种在快速加热时放出气体(如氮气)的材料。释放氮气的热反应聚合物一般包含了热分解官能团。聚合物本身可以是释放气体的物质，或者可含有分散或通过其它方式与聚合物晶格融为一体的分解物质(如重氮盐或其它聚合物)。热分解官能团包括偶氮、叠氮化物和硝基，如参见US5,308,737和US5,278,023。热分解官能团可以在聚合前被加入放气聚合物中，或者通过对现有聚合物的改良(如用亚硝酸钠对芳香环进行重氮化，或者在存在三乙胺的情况下，用甲苯磺酰基叠氮化物将重氮基转移到胺或β-二酮上)。
放气材料可以是高能聚合物(energetic material)，它在这里被定义为含这样的官能团的聚合物，所述官能团在快速加热(通常在nsec-msec时间段内)到临界阈温度的情况下放热地分解而产生高压气体。例如，这样的聚合物可以包含叠氮基、硝酸基和/或硝氨基官能团。高能聚合物例如选自聚[双(叠氮甲基)]氧杂环丁烷(BAMO)、缩水甘油基叠氮聚合物(GAP)、叠氮甲基甲基氧杂环丁烷(AMMO)、聚乙烯基硝酸酯(PVN)、硝基纤维素、丙烯酸类和聚碳酸酯。
层14的材料可以包括对成象照射光敏感的(即吸收成象照射光)化合物。这使得照射光穿过层12(或在层12剥离后的成象脉冲余部)，从而帮助加热层14。例如，在IR成象的情况下，可以有利地采用IR吸收染料(如Kodak IR-810染料，这可以从NY，Rochester的Eastman Kodak Co.的Eastman Fine Chemicals那里买到)或者颜料(如由MI，Holland的BASF Corp.的Chemicals Division提供的Heliogen Green L8730绿色颜料)。
适于与本发明的印刷件联合使用的成象装置包括至少一个在最大印版反应区内发射激光的激光器，即其λmax非常接近层12最强吸收的区域的波长区域。激光器可以是二极管激光器，或者对于更高速的情况来说，它可以是Q开关型YAG激光器(Q-switched YAG laser)。发射近红外线的二极管激光器的具体描述在′512和US5,385,092、US5,822,345、US4,577,932、US5,517,359、US5,802,034、US5,475,416和5,521,748中被完全披露(这些文件在此作为参考引入)，另外参见公开的欧洲专利申请0601485。YAG激光器和在其它电磁光谱范围内发射激光的激光器对于本领域的普通技术人员来说是众所周知的。
层14的厚度当然取决于所选材料。但是，厚度通常为0.5μm-3μm。
适当的成象结构也在′512、′092、′345和上述其它专利中描述了。概括地说，可以通过透镜或其它光导元件将激光输出直接供给印版表面，或者从远处的激光器中用光纤缆线将激光输出直接传递给素印版表面。控制器和有关的定位硬件(positioning hardware)保持激光输出相对印版表面的精确定位并且使激光输出扫描表面，而且在与所选点或印版面相邻的位置上启动激光器。控制器根据输入图象信号工作，而所述信号对应于被复制到印版上的原始图文，从而产生了精确的原始图文的正或负图象。图象信号作为位图数据文件(bitmapdata file)被储存在计算机中。这样的文件可以通过光栅图象处理器(raster imageprocessor)(RIP)或其它适当的装置产生。例如，RIP可以接受页描述语言(page-description language)的输入数据，或为页描述语言的组合和至少一种图象数据文件(image data file)的形式，其中页描述语言限定所有需要转移到印板上的特征。位图(bitmap)的结构限定色调以及网点频率和角度(screen frequenciesand angles)。
成象装置本身可以仅作为印版机地工作，或者可以被直接并入平版印刷工作中。在后一种情况下，印刷可以在给素印版添加图象之后马上开始进行，由此明显减少了印刷机准备时间(press set-up time)。成象装置可以被设计成平台式记录装置形式或者被设计成轮转式记录装置形式，而素平版印版安装在滚筒的外圆柱形表面或内圆柱形表面上。显然，外滚筒设计方案在原地即在平版印刷机上更适用，在这中情况下，印版滚筒本身就构成了记录装置或绘图机的鼓式组件。
在鼓式结构中，所需的激光束与印版之间的相对运动通过下述方式达到：使滚筒(及装在其上的印版)绕其轴线转动并使激光束平行于转轴移动，由此周向扫描印版，从而图象轴向“生长”。或者，激光束平行于滚筒轴移动，并且在每次经过印版后倾斜增大，从而印版图象周向“生长”。在这两种情况下，在激光束扫描完一次后，印版表面将具有对应于(正或反)原文件或图形的图象。
在平台式结构中，使激光束横穿印版轴线并且在每次经过后沿另一轴线转向。当然，所需的激光束与印版之间的相对运动可以是通过印版移动而不是激光束移动(或者同时移动激光束)而实现的。
无论激光束如何进行扫描，一般对于联机应用来说，优选使用许多激光器并引导激光输出成单书写阵列。接着，在每次沿印版或横穿印版地移动后，使书写阵列转向移动了一段由阵列发出的激光束数目和所需转速(即单位长度内的象点数目)决定的距离。可被设计用来适应于印版高速移动(即通过使用高速电机)的并由此采用高激光脉冲率的离机应用(off-press application)通常能将单个激光器用作成象源。
图2A-图2C示出了本发明的工作模式。使激光输出穿过层10，因此，吸收层12重叠在放气层14上方。YAG激光器发生出单模式(single-mode)光束，即发射具有径向对称高斯能量分布特性的光束。光束能密度按照单中心峰值方式集中并且径向降低，并且根据高斯函数在各方向上平缓降低。单模式激光脉冲在50处示出了，用箭头表示径向能量分布。与之相比，二极管激光器发射帽形能量截面分布，而在光束外周处出现了陡降。实际上，可以在任何激光截面形状的情况下实施本发明，尽管具有中心密集光束能的高斯YAG形状有助于用短期脉冲成象的能力。
在任何一种情况下，成象脉冲冲击层12，使该层吸收能量并引起下层14快速加热。层14又产生气态热分解产物，夹在最上层10下面。层10是弹性的，所以形成了气泡60(图2G)。气泡颈或底部处于片基10平面内，而层12、14基本上在气泡初始直径d(对应于入射激光束50的直径)内剥离。
如果层14释放了足够的足够压力的气体，则气泡60颈部将膨张超过照射区d，由此克服了层14与片基20之间的粘附力。受影响区域的直径d′＞d，通过后续图象清理操作将层12、14的脱离部分和层10一起除去。因此，所形成的象点具有大于入射激光束直径的直径。
并不意外地，通过实验发现，在入射光束区域上的图象区的增大主要取决于层14的材质。例如，在层10是硅氧烷而层14是丙烯酸类聚合物时，YAG激光器发射具有10μJ能量的110nsec激光脉冲产生了面积比在结构发射层14(constructions omitting layer 14)上所获面积大50％的象点。在代之以更高能的硝基纤维素层14的情况下，所形成的象点面积据观察大了一倍。当采用二极管激光器时，对具有硅氧烷层10和硝基纤维素层14的结构照射4μsec的脉冲激光造成象点尺寸增大50％。
效果还取决于成象脉冲的时间长短。必须快速发送能量以便产生反应。很长的脉冲(即超过30μsec)因热降(heat-sinking)和分散效果而无法聚集足够的热量来产生任何成象效果。因此，本发明的激光成象印版没有经历自然光线下的自然反应。10μsec级的照射时间融化了金属层12并造成它径向回缩，结果在随后清理时产生了象点，但是象点实际上要比入射光束直径小。已发现，5μsec级的或更短的照射时间产生了理想效果，即产生了大于有效光束面积的象点。可以通过采用二极管激光器或YAG系统获得这些照射时间，尽管YAG系统目前因具有更高的输出功率而能够产生时间短许多的激光脉冲(即nsec级脉冲)。时间更短的脉冲即使在总发送能量较少的情况下，也可以因热分散机会减少而导致更高的放大率。
因此，上述内容叙述了一个非常有利的激光记录方法，这帮助了激光流量要求减少地可靠成象。本文所用的术语和语句被用作描述措词而不是限定措词，因此在使用这样的术语和语句时，决不是要排除所示或所述特征或其部分的任何等同形式，而应该认为，在所要求保护的本发明范围内可以做出各种修改。

Claims (31)

1.一种平版印刷件的成象方法，它包括以下步骤：
a.提供一种印刷件，它具有(i)一个固体片基，(ii)在片基上的第一、第二成象层，(iii)最上层，最上层和片基对于油墨和油墨不粘附液体中的至少一种具有不同的亲和性，第一成象层包含一热活化放气成分，第二层在吸收成象照射光时变得足够热并使气体从第一层中释放出来；
b.选择性地按照代表图象的图案照射印刷件，从而使第一成象层、第二成象层由此被破坏，并且最上层在照射区脱离；和
c.除去印刷件接受照射光的第一层的余部，由此暴露出片基而形成平版图象。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，照射步骤包括根据图形使印刷件接受激光束，激光束具有一光束直径，每次照射激光束均造成第一层和第二层破坏并且造成最上层在一个大于光束直径的区域内脱离。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，最上层是疏油的，片基是亲油的。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，最上层是硅氧烷。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，最上层是亲水的，片基是亲油的。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，最上层是聚乙烯醇。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一层是高能聚合物，第二层是金属。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，金属层至少包含以下一种：(i)d区过渡金属，(ii)铝，(iii)铟，(iV)锡。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，金属是钛。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一层是高能聚合物，第二层包含一种含一种金属与一种非金属的金属无机化合物。
11.根据权利要求7的方法，其特征在于，高能聚合物包括至少一种选自偶氮、叠氮化物和硝基的官能团。
12.根据权利要求7的方法，其特征在于，高能聚合物选自：聚[双(叠氮甲基)]氧杂环丁烷、缩水甘油基叠氮聚合物、叠氮甲基甲基氧杂环丁烷、聚乙烯基硝酸酯、硝基纤维素、丙烯酸类、聚碳酸酯。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一层在片基上，第二层在第一层上，最上层对于成象照射光来说基本上是透明的，使成象照射光透过最上层。
14.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一层在片基下，第二层在第一层上，片基对于成象照射光基本上是透明的，使成象照射光穿过片基。
15.根据权利要求1的方法，其特征在于，照射步骤包括根据图形使印刷件接受激光束照射，所述激光束具有不大于5μsec的脉冲期。
16.根据权利要求13的方法，其特征在于，第一层包含一种对成象照射光敏感的材料。
17.一种平版印刷件，它包括：
a.一个固体片基；
b.片基上的第一成象层和第二成象层；和
c.最上层，最上层与片基对于油墨和油墨不粘附液体中的至少一种具有不同的亲和性，第一成象层包含一热活化放气成分，第二层包含一种在吸收成象照射光时变得足够热并从而使气体从第一层中释放出来的材料。
18.根据权利要求17的部件，其特征在于，最上层是疏油的，片基是亲油的。
19.根据权利要求1 8的部件，其特征在于，最上层是硅氧烷。
20.根据权利要求17的部件，其特征在于，最上层是亲水的，片基是亲油的。
21.根据权利要求20的部件，其特征在于，最上层是聚乙烯醇。
22.根据权利要求17的部件，其特征在于，第一层是高能聚合物，第二层是金属。
23.根据权利要求22的部件，其特征在于，金属层至少包含以下一种：(i)d区过渡金属，(ii)铝，(iii)铟，(iV)锡。
24.根据权利要求23的部件，其特征在于，金属是钛。
25.根据权利要求17的部件，其特征在于，第一层是高能聚合物，第二层包含一种含一种金属与一种非金属的金属无机化合物。
26.根据权利要求25的部件，其特征在于，高能聚合物包括至少一种选自偶氮、叠氮化物和硝基的官能团。
27.根据权利要求25的部件，其特征在于，高能聚合物选自聚[双(叠氮甲基)]氧杂环丁烷、缩水甘油基叠氮聚合物、叠氮甲基甲基氧杂环丁烷、聚乙烯基硝酸酯、硝基纤维素、丙烯酸类和聚碳酸酯。
28.根据权利要求17的部件，其特征在于，第一层位于片基上，第二层位于第一层上。
29.根据权利要求17的部件，其特征在于，第一层位于片基下，第二层位于第一层上。
30.根据权利要求25的部件，其特征在于，高能聚合物包含一种对成象照射光敏感的材料。
31.根据权利要求30的部件，其特征在于，敏感材料是吸收红外线的染料或吸收红外线的颜料。
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