CN1806205A - 用于光聚合物印刷版的数字处理的高反射性基底 - Google Patents

用于光聚合物印刷版的数字处理的高反射性基底 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改进的可数字成像的凸版印刷元件，在激光和其它光化辐射的数字来源下曝光时，该元件具有增加的直接固化成像速度。本发明的印刷元件包括位于光敏树脂层下方的反射层，使得光化辐射的光子不被反射层吸收，而是反射回到光敏层中，从而加速了印刷元件的固化速率。

Description

用于光聚合物印刷版的数字处理的高反射性基底
技术领域
本发明涉及一种改进的可数字成像的凸版印刷元件，在激光和其它光化辐射的数字来源下曝光时，该元件具有增加的直接固化成像速度。
背景技术
柔性版印刷广泛地用于报纸生产及包装材料的装饰性印刷。在柔性版印刷中，将一层柔性印刷介质放置于柔性基底(如钢、铝或合成聚合物的薄片)上而形成印刷版或印刷套筒。在印刷介质中形成对应欲印刷负像的凸版图案。将该版安装于印刷机上，开始印刷。
在柔性版印刷版的制造中，将光敏印刷材料涂布到基底上以形成印刷版或印刷套筒。涂布侧曝光而形成欲印刷图像的负像，造成印刷介质的曝光部分的光聚合，然后该部分实体上硬化且对溶剂去除具有抵抗性。印刷介质的未曝光且因此未固化的部分通过用溶剂清洗而去除，留下欲印刷图像的凸版图案。将该印刷版安装于印刷机上，开使印刷。
非柔性版印刷版(如活版印刷版)同样用于印刷报纸、购物指南和书籍。因与上述柔性版应用所公开的相同的原因，已发展用于非柔性版印刷应用的光敏树脂组合物。使用光敏印刷介质制造活版印刷版与柔性版印刷应用本质上相同。
直接固化指这样一种成像方式，其中版(或其它印刷元件)的光聚合物吸收一些光化辐射，造成使光聚合物聚合(即，固化)的化学反应，使其不溶于清洗溶剂。内聚能(即，光化辐射)以所需图案的形式导引至光敏基质的表面上。
已提出各种方法以增加柔性版和活版印刷元件在激光和其它光化辐射的数字来源下曝光时的直接固化成像速度。例如，已致力于发展具有较高反应性的光敏树脂。在所需图像被扫描到光敏树脂上时，即使使用短时激光曝光，这种材料预期也可产生较完全的光反应(例如，交联、交联键的分解、重排等)。这种反应性光敏树脂体系中的一种可从Roberts等人的美国第5,976,763号专利中得到，其内容在此全部并入作为参考。
其它的努力集中在使光敏材料接受主要成像曝光(即，图像方式曝光，imagewise exposure)前，在曝光过程(即，逆向扫描光束曝光)的非成像部分使用电磁能量，使用使光敏材料接受相对低能量预曝光的设备增强光敏材料的图像方式曝光。这种概念讨论于Mueller等人的美国第6,262,825号专利，其内容在此全部并入作为参考。然而，该过程需要两个曝光步骤，因此增加了处理光敏材料所需的时间。
本发明的发明人已发现，在使用光化辐射的数字来源进行图像方式曝光时，使用位于光敏树脂层下方的高反射层可极大地提高光聚合物凸版印刷版的成像速度，同时保持良好的分辨率。光化辐射的光子不被反射层吸收，而是反射回到光聚合物中，在该处它们加速了印刷元件的固化。
虽然此前反射层尚未被计划用于柔性版或活版的凸版图像印刷元件，但已建议将其用于其它的方法。
例如，已提议将高反射性基底用于制造图像接收元件。Chiang等人的美国第5,380,695号专利，其内容在此全部并入作为参考，公开了一种包含支撑体的图像接收元件，其中支撑体可包含透明、不透明或半透明材料，优选带有反射性(不透明)支撑体的元件用于制造身份证明文件，在该文件中通过不透明背景的衬托观看图像日期。Chiang等人的文献中并未建议反射性支撑体可用于制造凸版图像印刷版。
同样地，Lu的美国第5,468,540和5,670,096号专利，其内容在此全部并入作为参考，描述了一种作为透明表层以保护文件不被篡改的回射性物体。而且，其也没有建议反射层可用于制造凸版图像印刷版。
Williams等人的美国第5,636,572号专利，其内容在此全部并入作为参考，描述了位于IR敏感层下方的一个表面层，其用于将IR辐射反射回到IR敏感层中以增加净能量吸收并降低激光功率需求。然而，Williams描述的发明针对的是石版印刷版，并且关心的是将IR辐射反射回到IR敏感层中，而非本发明的发明人所建议的光化辐射。
本发明的发明人已发现，高的基底反射率的益处特别在于以光化辐射实质上内聚(即，“高亮度”)的数字来源使版成像。具有非内聚性光化辐射来源的常规曝光系统，由于反射的辐射大量散射至非图像区域中，实际上因高反射性基底而受到损害。高的基底反射率的有害效果讨论于Min的美国第4,622,088号专利，其内容在此全部并入作为参考。Min描述了，在使用高反射性支撑体时，通过在图像方向具有透明性的透明区域的斜行光线以不为90°的角度到达基底表面，而且在反射后造成在非图像区域中的聚合。Min教示了，当光聚合物层在辐射反射性支撑体上时，因充分吸收光化辐射的干扰层使得反射少于入射辐射的35％，从而可克服此缺点。吸收反射辐射的层或非辐射散射层或抗光晕层可通过下述方法制造：将实质上吸收光化辐射的细微分割染料或颜料分散于树脂或聚合物(其附着于支撑体和光不溶图像上)的溶液或水性分散液中，将其涂布于支撑体上并干燥形成固定层。这种概念还讨论于Gruetzmacher等人的美国第4,460,675号专利，及Chen等人的美国第4,423,135号专利，其内容在此全部并入作为参考。
此外，Telser等人的美国第6,037,101号专利，其内容在此全部并入作为参考，公开了一种光敏记录材料，其中如果使用高反射板或片作为基底，则该反射板或片含有适当的抗光晕剂，如碳黑或氧化锰。作为可替代的方案，抗光晕剂可作为相对于基底独立的层而被涂覆或可存在于粘附促进层中或光聚合物层中。
因此，在本领域中，对于这样的方法有明确需求，所述方法可增强光敏材料的“图像方式”曝光敏感度，因而使光成像尽可能快速地进行，可将光敏材料快速转化成最终物体。此外，对于可数字成像的柔性版凸版印刷元件仍有需求，其要求在暴露于内聚性光化辐射来源时，可提供增加的直接固化成像速度。
发明内容
本发明提出一种改进的可数字成像的凸版印刷元件，在激光和其它光化辐射的数字来源下曝光时，该元件具有增加的直接固化成像速度，该元件包括反射层、位于该反射层之上的至少一层光可固化层、和非强制选择的位于该至少一层光可固化层之上的可移除覆盖层，其中该印刷元件使用光化辐射的数字来源成像。
本发明还建议了一种增加可数字成像的凸版印刷元件的直接固化成像速度的方法，该方法包括以下的步骤：提供一种光可固化凸版印刷元件，该元件包括反射层、位于该反射层之上的至少一层光可固化层、和非强制选择的位于该至少一层光可固化层之上的可移除覆盖层，并且使该光可固化凸版印刷元件暴露于光化辐射来源而将该光可固化凸版印刷元件直接固化。
本发明的印刷元件包括位于光敏树脂层下方的反射层，使得光化辐射的光子不被反射层吸收，而是反射回到光敏层中，从而加速了印刷元件的固化速率。
具体实施方式
本发明人已发现，在使用光化辐射的数字来源进行图像方式曝光时，使用高反射性基底可极大地提高光敏凸版印刷元件的成像速度，同时保持良好的分辨率。光化辐射的光子不被反射层吸收，而是反射回到光敏层中，在该处它们加速了印刷元件的固化。
直接固化指这样一种成像方式，其中印刷元件中的光聚合物吸收一些光化辐射，造成使光聚合物聚合或固化的化学反应，使其不溶于后续的清洗溶剂。内聚能(即，光化辐射)以所需图案的形式导引至光敏基质的表面上。
预期可用于实施本发明的光敏材料包括活版印刷版、柔性版印刷版等。印刷元件可用于各种印刷应用，包括报纸、插页、标识、包装、预印衬垫、标牌、标签等。
光聚合物树脂的化学组成可为任何类型，包括例如(甲基)丙烯酸酯类树脂(例如，参见美国第5,348,844号专利，其内容在此全部并入作为参考)、硫醇(thiolene)类树脂(例如，参见美国第3,783,152号专利，其内容在此全部并入作为参考)、乙烯基醚类树脂(例如，参见美国第5,446,073号专利，其内容在此全部并入作为参考)、阳离子型树脂(例如，参见美国第5,437,964号专利，其内容在此全部并入作为参考)、重氮类树脂(例如，参见美国第4,263,392号专利，其内容在此全部并入作为参考)等，及其任何两种或更多种的适当组合。
根据光敏材料所需的最终用途，本发明的光敏材料可具有不同的厚度。例如，对于活版印刷应用，光敏材料的厚度可为约5密耳～约50密耳的范围，优选范围为约10密耳～约30密耳。对于柔性版印刷应用，光敏材料的厚度可为约8密耳～约250密耳的范围，优选范围为约100密耳～约120密耳。
本发明的印刷元件可在高反射层之上含单层或多层可光成像光敏树脂，而且可非强制选择地包括保护性覆盖层。印刷元件可为片状或柱状，而且可通过挤出、层压或铸造而形成。这些技术对于本领域的技术人员来说是容易实施的。
本发明的印刷元件通常具有约0.5微米～约800微米，优选为300～约500微米的凸起厚度，而且根据光敏树脂体系的特定化学组成，可使用水、溶剂或热印迹(thermal blotting)技术处理。
为了制造本发明的凸版印刷版，使光敏树脂材料在光敏材料为反应性的光谱范围内经受电磁能量的内聚光束，并经受这样的条件，在该条件下，通过内聚光束足以产生可造成光敏材料反应的成像光束。
使用高反射层(基底)的益处特别在于以光化辐射实质上内聚(即，“高亮度”)的数字来源使版成像。具有非内聚性光化辐射来源的常规曝光系统，由于反射的辐射大量散射至非图像区域中，实际上因高反射性基底而受到损害。如先前所讨论的，在常规的曝光系统中，必须使用干扰层或其它手段防止高反射层的有害影响。
本发明人因使用在光化来源发射的波长下具有大于40％的反射率的基底，从而发现本发明实施的有益结果，在所述波长下，光引发剂具有吸收。优选使用在光化来源发射的波长下具有大于60％的反射率的基底，其中使用光引发剂。基底的反射可为漫射性或镜面反射性(即，像镜子一样)。优选地，基底的反射更多地为镜面反射性。
可通过多种方式使反射层产生高反射率。例如，支撑体可为固有地具有反射性，其中支撑体由铝、锌和/或锡制成。另一种产生高反射率的手段为通过真空淀积等在支撑体表面上涂覆反射性金属涂层，其中将铝、锡、锌和/或银沉积到金属或塑料支撑体上。如果使用这些方法之一产生高反射性，为了将支撑体粘附到可光聚合层上或由于本领域技术人员已知的其它原因，可非强制选择地在反射性基底或反射层之上使用透明底涂层。
另一种产生高反射性的手段为借助于高反射性颜料如铝、云母和/或铋的使用，这些颜料可调配成底涂层涂料且涂布到金属或塑料支撑体上。预期可用于本发明的高反射性底涂层可为水性、溶剂性、UV可固化或涂粉的底涂层。底涂层可通过Meyer棒、辊涂、帘涂、挤出、喷洒或槽模涂布法来涂覆。其它方法对于本领域的技术人员来说也是公知的。
光化辐射的来源可为激光器或非激光器。可用于本发明的激光器的非限制性实例包括可提供适当能量的内聚电磁能量的来源，通过所述能量，经电磁能量的反射或折射可促进光敏材料的成像，例如，离子气体激光器(例如，氩离子激光器、氪激光器、氦：镉激光器等)、固态激光器(例如，Nd:YAG、频率倍增Nd:YAG激光器等)、半导体二极管激光器、分子气体激光器(例如，二氧化碳激光器等)等，及其两种或更多种的适当组合。这样的激光来源通常可发射特定光谱范围的电磁能量，在所述光谱范围内，光敏材料是反应性的。此外，由激光来源发射的电磁能量可作为成像光束来操作，以直接将图像数据写到光敏材料上。非激光来源的非限制性实例包括等离子体灯、氙灯、汞灯和碳弧灯。
光化辐射来源的优选波长为250～500纳米，优选为320～420纳米。优选的波长为相应于所使用的光引发剂的光谱敏感度的波长。
本发明现在参考以下的非限制性实施例而进行描述。
发明实施例1
底涂层混合：在室温下将以下物质经过15分钟依次混合：50.00份的NeoRez R-966聚氨酯水性分散液(Zeneca Resins Inc)、25.00份的QW 18-1聚氨酯树脂(K.J.Quinn & Co)、0.50份的SilwetL-7600聚二甲基硅氧烷(Osi Specialties Inc)、0.25份的SilquestA-187硅烷(Osi Specialties Inc)、7.75份的去离子水和0.50份的Nopco DSX-1550(Henkel Corp)。加入16.00份的BiFlair 83S铋颜料(EM Industries)且再混合15分钟。
基底涂布：通过依次以0.1N的氢氧化钠水溶液和去离子水清洗，然后以热空气干燥，从而对0.0066英寸长的厚无锡钢进行预处理。通过辊涂将底涂层组合物涂覆于清洁的钢上至25～40微米的湿厚度。将该片材在400°F干燥75秒。在装有ISR-260积分球的Shimadzu UV-2102PC UV/Vis分光光度计上，测得的该涂布基底对340～390纳米波长范围的平均反射率百分比为66％。
树脂混合：部分A：通过在45℃搅拌1小时，将7.63份的Kraton D1107嵌段共聚物(Kraton Chemical Co)溶解于6.36份的丙烯酸月桂酯(Sartomer Co)。部分B：将10.17份的聚氧化烯单苯醚(Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co.Ltd.)、5.92份的Dabco XDM(AirProducts Inc)、6.36份的聚乙二醇二丙烯酸酯(Sartomer Co的SR-344)和7.63份的乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(SartomerCo的SR-499)掺合在一起。然后将0.25份的丁基化羟基甲苯(Sherex Chemical Inc)、1.32份的1-羟基环己基苯基酮(Ciba的Irgacure 184)、0.26份的二苯基(2，4，6-三甲基苄基)氧化膦(BASFCorporation的Lucerin TPO)和0.20份的二丙烯酸锌(Sartomer Co的SR-705)加入到部分B中。
在80℃下在Moriyama Mixer(Moriyama Mfg Works，Ltd.的Model D3-7.5)中混合53.90份的由丁二烯/甲基丙烯酸/二乙烯基苯/甲基丙烯酸酯组成的粒状乳液共聚物(JSR Corporation的TA906，参见EP0607962A1、美国第6,140,017号专利)、13.99份的部分A和32.11份的部分B。部分B以等量的七份分别引入混合器中。混合树脂直到均匀。
制版：使上述的光敏树脂在约80℃下通过单螺杆挤出机和压片机头，以在预涂布基底的长度上涂覆15密耳厚的层。
版曝光和处理：将整块版通过整体无网(bump)曝光预敏化。所使用的无网曝光剂量根据经验决定，因为其根据树脂配方而变化。优选的无网曝光为在正常处理条件下处理的版上出现光聚合物残留物前的可能最大曝光的90％。在无网曝光后，用Innova 300氩离子UV激光器(Coherent Inc)以在每英寸100线的网版屏幕上保持3％亮点所需的曝光程度对版进行图像方式曝光。该成像光束在版表面上具有约25微米的1/e2点径和约10毫弧度的全角度光束发散。
然后将成像后的版在NAPPflex FP-II处理器(NAPP SystemsInc.)中使用140°F去离子水、850psi的喷洒压力和每分钟28英寸的输送器速度处理。在发明实施例1中制得的版需要42mj/cm2的成像曝光以保持目标的3％亮点。参见表1。
发明实施例2
底涂层混合步骤：在室温下将以下物质经过15分钟依次混合：50.00份的NeoRez R-966聚氨酯水性分散液(Zeneca Resins)、15.50份的MP4983R/40R共聚物乳液(Michelman Inc)、0.30份的NopcoDSX-1550(Henkel Corp)、0.70份的Silwet L-7600聚二甲基硅氧烷(Osi Specialties Inc)和25.50份的去离子水。加入8.0份的Aquavex 1752-207S铝颜料(Silberline)且再混合15分钟。
基底涂布：使用与实施例1所示相同的步骤。在装有I SR-260积分球的Shimadzu UV-2102PC UV/Vis分光光度计上，测得的该涂布基底对340～390纳米波长范围的平均反射率百分比为73％。
制版：使用与实施例1所示相同的步骤。在发明实施例2中制得的版需要35mj/cm2的成像曝光以保持目标的3％亮点。参见表1。
发明实施例3
底涂层混合步骤：在室温下将以下物质经过15分钟依次混合：45.00份的NeoRez R-966聚氨酯分散液(Zeneca Resins)、2.50份的Alcogum SL-76丙烯酸乳液(National Starch & Chemical)、1.6份的氢氧化钠、50.4份的去离子水和0.50份的Surfynol 440表面活性剂(Air Products & Chemical Inc)。
基底涂布：除了使用10密耳厚的铝片作为基底外，使用与实施例1所示相同的步骤。在装有ISR-260积分球的ShimadzuUV-2102PC UV/Vis分光光度计上，测得的该涂布基底对340～390纳米波长范围的平均反射率百分比为75％。
制版：使用与实施例1所示相同的步骤。在发明实施例3中制得的版需要35mj/cm2的成像曝光以保持目标的3％亮点。参见表1。
比较实施例4
底涂层混合：使用与实施例3所示相同的底涂层和步骤。
基底涂布：使用与发明实施例1所示相同的金属和步骤。在装有ISR-260积分球的Shimadzu UV-2102PC UV/Vis分光光度计上，测得的该涂布基底对340～390纳米波长范围的平均反射率百分比为34％。
制版：使用与发明实施例1所示相同的步骤。在比较实施例4中制得的版需要70mj/cm2的成像曝光以保持目标的3％亮点。该版几乎无法如发明实施例那样快速地成像。参见表1。
                      表1
  在340～390纳米的平均反射率百分比   在100lpi屏幕上保持3％点的曝光剂量(mj/cm2)
  发明实施例1   66   42
  发明实施例2   73   35
  发明实施例3   75   35
  比较实施例4   34   70

Claims (38)

1.一种可数字成像的凸版印刷元件，包括：
a)反射层；
b)位于所述反射层之上的至少一层光可固化层；和
c)非强制选择的位于所述至少一层光可固化层之上的可移除覆盖层；
其中所述印刷元件使用光化辐射的数字来源成像。
2.根据权利要求1所述的印刷元件，其中该光可固化层包含光聚合物和光引发剂。
3.根据权利要求2所述的印刷元件，其中该反射层在辐射来源发射的波长下具有至少40％的反射率。
4.根据权利要求3所述的印刷元件，其中该反射层在辐射来源发射的波长下具有至少60％的反射率。
5.根据权利要求1所述的印刷元件，其中该光化辐射的数字来源为激光器。
6.根据权利要求5所述的印刷元件，其中该辐射来源为选自离子气体激光器、固态激光器、半导体二极管激光器、分子气体激光器和前述的组合中的激光器。
7.根据权利要求5所述的印刷元件，其中该辐射来源为等离子体灯、氙灯、汞灯或碳弧灯。
8.根据权利要求5所述的印刷元件，其中该辐射来源具有约250纳米～约500纳米的波长，且该光可固化层在该辐射下曝光时可聚合。
9.根据权利要求8所述的印刷元件，其中该辐射来源具有约320纳米～约420纳米的波长，且该光可固化层在该辐射下曝光时可聚合。
10.根据权利要求1所述的印刷元件，其中该反射层为反射性支撑体或在支撑体上的反射性涂层。
11.根据权利要求10所述的印刷元件，其中该反射层为选自铝、锌、锡和前述的混合物中的反射性支撑体。
12.根据权利要求10所述的印刷元件，其中该反射层为在支撑体上的反射性涂层。
13.根据权利要求12所述的印刷元件，其中该反射性涂层为通过真空淀积而沉积在支撑体上的铝、锡、锌、银或前述的混合物。
14.根据权利要求13所述的印刷元件，其中该支撑体为金属或塑料支撑体。
15.根据权利要求12所述的印刷元件，其中该反射层为底涂层，该底涂层包含分散于底涂层中的选自铝、云母、铋或前述的混合物中的颜料，且该底涂层涂布在支撑体上。
16.根据权利要求15所述的印刷元件，其中该支撑体为金属或塑料支撑体。
17.根据权利要求4所述的印刷元件，其中该印刷元件的反射是镜面反射性的。
18.根据权利要求4所述的印刷元件，其中该印刷元件的反射是漫射性的。
19.根据权利要求1所述的印刷元件，其中所述印刷元件为柔性版印刷元件或胶版印刷元件。
20.一种将成像的凸版印刷元件直接固化的方法，包括以下步骤：
a)提供一种光可固化凸版印刷元件，该元件包括：
i)反射层；
ii)位于所述反射层之上的至少一层光可固化层；和
iii)非强制选择的位于所述至少一层光可固化层之上的可移除覆盖层；并且
b)使所述光可固化凸版印刷元件暴露于光化辐射来源而将所述光可固化凸版印刷元件直接固化。
21.根据权利要求20所述的方法，其中该光可固化层包含光聚合物和光引发剂。
22.根据权利要求21所述的方法，其中该反射层在辐射来源发射的波长下具有至少40％的反射率。
23.根据权利要求22所述的方法，其中该反射层在辐射来源发射的波长下具有至少60％的反射率。
24.根据权利要求20所述的方法，其中该光化辐射的数字来源包括激光器。
25.根据权利要求24所述的方法，其中该光化辐射来源为选自离子气体激光器、固态激光器、半导体二极管激光器、分子气体激光器和前述的组合中的激光器。
26.根据权利要求24所述的方法，其中该光化辐射来源为等离子体灯、氙灯、汞灯或碳弧灯。
27.根据权利要求24所述的方法，其中该光化辐射来源具有约250纳米～约500纳米的波长。
28.根据权利要求27所述的方法，其中该光化辐射来源具有约320纳米～约420纳米的波长。
29.根据权利要求20所述的方法，其中该反射层为反射性支撑体或在支撑体上的反射性涂层。
30.根据权利要求29所述的方法，其中该反射层为选自铝、锌、锡和前述的混合物中的反射性支撑体。
31.根据权利要求29所述的方法，其中该反射层为在支撑体上的反射性涂层。
32.根据权利要求31所述的方法，其中该反射性涂层为通过真空淀积而沉积在支撑体上的铝、锡、锌、银或前述的混合物。
33.根据权利要求32所述的方法，其中该支撑体为金属或塑料支撑体。
34.根据权利要求31所述的方法，其中该反射层为底涂层，该底涂层包含分散于底涂层中的选自铝、云母、铋或前述的混合物中的颜料，且该底涂层涂布在支撑体上。
35.根据权利要求34所述的方法，其中该支撑体为金属或塑料支撑体。
36.根据权利要求23所述的方法，其中该印刷元件的反射是镜面反射性的。
37.根据权利要求23所述的方法，其中该印刷元件的反射是漫射性的。
38.根据权利要求1所述的方法，其中所述印刷元件为柔性版印刷元件或胶版印刷元件。
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