DE102013215945A1

DE102013215945A1 - Strukturiertes Bildgebungselement

Info

Publication number: DE102013215945A1
Application number: DE102013215945.5A
Authority: DE
Inventors: Carolyn Moorlag; Timothy D. Stowe; Nan-Xing Hu; Gregory B. Anderson
Original assignee: Palo Alto Research Center Inc; Xerox Corp
Current assignee: Palo Alto Research Center Inc; Xerox Corp
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2014-03-06
Also published as: JP2014046692A; RU2013140296A; CN103660530A; US20140060360A1

Abstract

Ein Bildgebungselement enthält eine Oberflächenschicht, die ein Matrixmaterial, eine Aerogelkomponente und einen strahlenabsorbierenden Füllstoff umfasst. Verfahren zum Herstellen des Bildgebungselements und Verfahren für den variablen Steindruck unter Verwendung des Bildgebungselements sind ebenfalls offenbart.

Description

Der Offset-Steindruck ist heutzutage ein übliches Druckverfahren. (Für die vorliegenden Zwecke sind die Ausdrücke "Drucken" und "Markieren" austauschbar.) Bei einem typisches Steindruckverfahren ist eine Druckplatte, die eine flache Platte, die Oberfläche eines Zylinders oder eines Bandes usw. sein kann, so gebildet, dass sie "Bildstellen", die aus einem hydrophoben/oleophilen Material gebildet sind, und "bildfreie Stellen", die aus einem hydrophilen/oleophoben Material gebildet sind, aufweist. Die Bildstellen entsprechen den Bereichen auf dem Enddruck (d. h. dem Zielsubstrat), die von einem Druck- oder Markierungsmaterial wie Druckfarbe belegt sind, die bildfreien Stellen entsprechen hingegen den Bereichen auf dem Enddruck, die nicht von dem Markierungsmaterial belegt sind. Die hydrophilen Bereiche nehmen ein auf Wasser basierenden Fluid, das häufig als Feuchtfluid oder Feuchtwasser bezeichnet wird (besteht für gewöhnlich aus Wasser und einer kleinen Menge Alkohol sowie anderen Zusatzstoffen und/oder Tensiden zur Verringerung der Oberflächenspannung) auf und werden von diesem gut benetzt. Die hydrophoben Bereiche stoßen Feuchtfluid ab und nehmen Druckfarbe auf, das über den hydrophilen Bereichen gebildete Feuchtfluid bildet hingegen eine Fluid-"Trennschicht" zum Abstoßen von Druckfarbe. Die hydrophilen Bereiche der Druckplatte entsprechen somit unbedruckten Bereichen oder "bildfreien Stellen" des Enddrucks.
Es wäre wünschenswert, alternative Materialien zu identifizieren, die sich zur Verwendung für Bildgebungselemente im Steindruck variabler Daten eignen.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Bildgebungselemente für digitale Offset-Druckanwendungen. Die Bildgebungselemente haben eine Oberflächenschicht, die ein Matrixmaterial, eine Aerogelkomponente und einen strahlenabsorbierenden Füllstoff enthält.
1 zeigt eine Vorrichtung für variablen Steindruck, bei dem die Bildgebungselemente der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Bildgebungselements der vorliegenden Offenbarung.
3A ist eine orthogonale Aufnahme mittels Rasterelektronenmikroskop (SEM) einer Ausführungsform einer Bildgebungselements der vorliegenden Offenbarung von oben.
3B ist eine 45°-SEM des in 3A gezeigten Bildgebungselements von oben.
3C ist eine Querschnitt-SEM der in den 3A und 3B gezeigten Dispergierung.
4A ist eine SEM einer beispielhaften Bildgebungselementoberfläche, die eine nicht-gemahlene Aerogelkomponente enthält.
4B ist eine SEM einer beispielhaften Bildgebungselementoberfläche, die eine gemahlene Aerogelkomponente enthält.
4C ist eine SEM einer weiteren beispielhaften Bildgebungselementoberfläche, die eine gemahlene Aerogelkomponente enthält.
4D ist eine SEM einer noch weiteren beispielhaften Bildgebungselementoberfläche, die eine gemahlene Aerogelkomponente enthält.
5A ist eine SEM einer beispielhaften Bildgebungselementoberfläche, die Aerogelkomponenten mit einer engeren Größenverteilung als die Aerogelkomponenten der 4A–D enthält.
5B ist eine SEM einer mittels Draw Coating beschichteten Bildgebungselementoberfläche, die die Aerogelkomponente von 5A enthält.
5C ist eine SEM der Bildgebungselementoberfläche von 5B nach Deagglomeration.
6A ist eine SEM einer noch weiteren beispielhaften Bildgebungselementoberfläche der vorliegenden Offenbarung.
6B ist ein mit der Hand durchgeführter Drucktest unter Verwendung der Bildgebungselementoberfläche von 6A.
7A ist eine SEM einer noch weiteren beispielhaften Bildgebungselementoberfläche der vorliegenden Offenbarung.
7B ist ein mit der Hand durchgeführter Drucktest unter Verwendung der Bildgebungselementoberfläche von 7A.
8A ist eine SEM einer noch weiteren beispielhaften Bildgebungselementoberfläche der vorliegenden Offenbarung.
8B ist ein mit der Hand durchgeführter Drucktest unter Verwendung der Bildgebungselementoberfläche von 8A.
1 zeigt ein System für variablen Steindruck, bei dem die Bildgebungselemente der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Das System 10 umfasst ein Bildgebungselement 12. Das Bildgebungselement umfasst ein Substrat 22 und eine Oberflächenschicht 20, die erneut mit einem Abbild versehen werden kann. Die Oberflächenschicht ist die äußerste Schicht des Bildgebungselements, d. h. die Schicht des Bildgebungselements, die vom Substrat am weitesten entfernt liegt. Wie hier gezeigt, befindet sich das Substrat 22 in Form eines Zylinders; das Substrat kann jedoch auch in Bandform usw. vorliegen. Man bemerke, dass die Oberflächenschicht für gewöhnlich ein zum Substrat unterschiedliches Material ist, da sie unterschiedliche Funktionen erfüllen.
Bei der gezeigten Ausführungsform dreht sich das Bildgebungselement 12 entgegen dem Uhrzeigersinn und beginnt mit einer sauberen Oberfläche. An einem ersten Standort ist ein Feuchtfluidteilsystem 30 angeordnet, das die Oberfläche einheitlich mit Feuchtfluid 32 benetzt, um eine Schicht mit einer einheitlichen und kontrollierten Dicke zu erhalten. Idealerweise weist die Feuchtfluidschicht eine Dicke zwischen ungefähr 0,15 Mikrometern und ungefähr 1,0 Mikrometer auf, ist einheitlich und ohne Nadellöcher. Wie im Folgenden erläutert, unterstützt die Zusammensetzung des Feuchtfluids die Ebnung und die Einheitlichkeit der Schichtdicke. Ein Sensor 34, z. B. ein kontaktfreier In-situ-Laserglanzsensor oder Laserkontrastsensor, wird verwendet werden, um die Einheitlichkeit der Schicht zu bestätigen. Ein solcher Sensor kann verwendet werden, um das Feuchtfluidteilsystem 30 zu automatisieren.
Bei einem optischen Musterungsteilsystem 36 wird die Feuchtfluidschicht einer Energiequelle (z. B. einem Laser) ausgesetzt, die Energie selektiv auf Abschnitte der Schicht anlegt, um das Feuchtfluid bildweise zu verdampfen und ein latentes "Negativ" des Druckfarbenbildes zu erstellen, das auf das Aufnahmesubstrat gedruckt werden soll. Bildstellen werden gebildet, wo Druckfarbe erwünscht ist, und bildfreie Stellen werden gebildet, wo das Feuchtfluid bleibt. Eine optionale Luftrakel 44 ist hier ebenfalls gezeigt, um die Luftströmung über die Oberflächenschicht 20 zu steuern, so dass eine saubere Trockenluftzufuhr sowie eine kontrollierte Lufttemperatur beibehalten werden und die Staubverschmutzung vor der Druckfarbenauftragung zu verringern. Danach wird eine Druckfarbenzusammensetzung mithilfe eines Farbwalzenteilsystems 46 auf das Bildgebungselement aufgetragen. Das Farbwalzenteilsystem 46 kann aus einem "schlüssellosen" System unter Verwendung einer Rasterwalze bestehen, um eine Offset-Druckfarbenzusammensetzung auf eine oder mehrere Formwalzen 46A, 46B zu dosieren. Die Druckfarbenzusammensetzung wird auf die Bildstellen aufgetragen, um ein Druckfarbenbild zu bilden.
Ein Rheologiesteuerungsteilsystem 50 härtet oder befestigt das Druckfarbenbild teilweise. Diese Härtungsquelle kann z. B. eine ein ultraviolettes Licht abgebende Diode (UV-LED) 52 sein, die unter Verwendung einer Optik 54 nach Wunsch fokussiert werden kann. Eine weitere Methode zum Erhöhen der Kohäsion und Viskosität verwendet ein Kühlen der Druckfarbenzusammensetzung. Dies könnte beispielsweise durch Blasen von kalter Luft über die Oberfläche, die erneut mit einem Abbild versehen werden kann, aus einer Düse 58 erfolgen, nachdem die Druckfarbenzusammensetzung aufgetragen wurde, aber bevor die Druckfarbenzusammensetzung auf das Endsubstrat übertragen wird. Alternativ könnte ein Heizelement 59 nahe dem Farbwalzenteilsystem 46 verwendet werden, um eine erste Temperatur beizubehalten, und ein Kühlelement 57 könnte verwendet werden, um eine kühlere zweite Temperatur nahe dem Druckspalt 16 beizubehalten.
Das Druckfarbenbild wird danach am Übertragungsteilsystem 70 auf das Ziel- oder Aufnahmesubstrat 14 übertragen. Dies wird dadurch erzielt, dass ein Aufzeichnungsmedium oder Aufnahmesubstrat 14 wie Papier durch den Druckspalt 16 zwischen dem Presseur 18 und dem Bildgebungselement 12 laufen gelassen wird.
Schließlich sollte das Bildgebungselement von jedweder Restdruckfarbe oder jedwedem Feuchtfluid gereinigt werden. Der Großteil dieses Rückstands kann schnell und einfach unter Verwendung einer Luftrakel 77 mit ausreichend Luftströmung entfernt werden. Das Entfernen von restlicher Druckfarbe kann an einem Reinigungsteilsystem 72 erzielt werden.
Die Bildgebungselemente der vorliegenden Offenbarung enthalten eine Oberflächenschicht, die diese Anforderungen erfüllt. Insbesondere umfasst die Oberflächenschicht 20 ein Matrixmaterial und eine Aerogelkomponente. Dies ermöglicht, dass die Oberflächenschicht Energie effizient absorbiert, wodurch das Zerstreuen von Feuchtwasser von den Bildstellen unterstützt wird, in denen Druckfarbe aufzutragen ist. Die Bildgebungselemente der vorliegenden Offenbarung sind durch das Einschließen der Aerogelkomponente in eine Oberflächenschicht des Bildgebungselements strukturiert. Das Einschließen der Aerogelkomponente eliminiert den Bedarf eines Formgebungsschritts.
2 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Bildgebungselements 12 der vorliegenden Offenbarung. Das Bildgebungselement 12 enthält eine Oberflächenschicht 20 und optional ein Substrat 22. Die Oberflächenschicht 20 enthält eine Matrix 24, eine Aerogelkomponente 26 und einen strahlenabsorbierenden Füllstoff 28. Die Aerogelkomponente 26 und der strahlenabsorbierende Füllstoff 28 können in der Matrix 24 dispergiert sein. Die Dispergierung kann homogen sein oder auch nicht. Bei bestimmten Ausführungsformen ist die Aerogelkomponente nahe der Außenfläche 21 der Oberflächenschicht 20 gegenüber dem Substrat 22 konzentriert. Die Oberflächenschicht sollte als die äußerste Schicht des Bildgebungselements angesehen werden. Zusammensetzungen, die die Matrix 24, die Aerogelkomponente 26 und den strahlenabsorbierenden Füllstoff 28 umfassen, produzieren nach Beschichtung eine Struktur, ohne dass ein Formgebungsschritt erforderlich ist. Die Zusammensetzungen ermöglichen eine vereinfachte Steuerung der Oberflächenrauheit, eine vereinfachte Verarbeitung und verringerte Produktionskosten.
Die Matrix kann ein Silikon, ein Fluorpolymer oder ein Elastomer wie Ethylenpropylendienpolymer sein. Das Fluorpolymer kann ein Fluorsilikon oder ein Fluorelastomer sein. Das Silikon kann ein vernetztes Silikon sein. Das vernetzte Silikon kann durch Feuchtigkeit oder mit einem Platinkatalysator gehärtet sein.
Der Ausdruck "Fluorelastomer" bezieht sich auf ein Copolymer, das Monomere enthält, die ausschließlich aus der Gruppe, bestehend aus Hexafluorpropylen (HFP), Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VDF), Perfluormethylvinylether (PMVE) und Ethylen (ET), ausgewählt sind. Der Ausdruck "Copolymer" bezieht sich hier auf Polymere, die aus zwei oder mehreren Monomeren gebildet sind. Fluorelastomere enthalten für gewöhnlich zwei oder drei dieser Monomere und weisen einen Fluorgehalt von ungefähr 60 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-% auf. Anders ausgedrückt hat ein Fluorelastomer die Struktur der Formel (1):
Formel (1) wobei f der Molprozentsatz von HFP ist, g der Molprozentsatz von TFE ist, h der Molprozentsatz von VDF ist, j der Molprozentsatz von PMVE ist und k der Molprozentsatz von ET ist; f + g+ h + j + k 100 Molprozent ist; f, g, h, j und k einzeln null sein können, f + g + h + j jedoch zumindest 50 Molprozent ergeben müssen. Man bemerke, dass Formel (1) nur die Struktur jedes Monomers und dessen relative Mengen zeigt und nicht als die Bindungen innerhalb des Fluorelastomers beschreibend (d. h. nicht als fünf Blöcke aufweisend) ausgelegt werden sollte. Fluorelastomere haben im Allgemeinen eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit und gute physikalische Eigenschaften.
Der Ausdruck "Silikon" ist auf dem Gebiet hinlänglich bekannt und bezieht sich auf Polyorganosiloxane mit einem Rückgrat, das aus Silicium- und Sauerstoffatomen sowie Seitenketten gebildet ist, die Kohlenstoff- und Wasserstoffatome enthalten. Andere Atome können im Silikonkautschuk vorhanden sein, z. B. Stickstoffatome in Amingruppen, die verwendet werden, um Siloxanketten während des Vernetzens miteinander zu verbinden. Die Seitenketten des Polyorganosiloxans sind am häufigsten Alkyl oder Aryl und können andere Funktionalitäten enthalten.
Der Ausdruck "Fluorsilikon" bezieht sich auf Polyorganosiloxane mit einem Rückgrat, das aus Silicium- und Sauerstoffatomen und Seitenketten gebildet ist, die Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Fluoratome enthalten. Fluorsilikone enthalten für gewöhnlich eine Mischung aus Alkyl- und Fluoralkylseitenketten. Beispielsweise kann Fluorsilikon einen Anteil Methylseitenketten und einen Anteil Trifluorpropylseitenketten enthalten.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Alkyl" auf ein Radikal, das gänzlich aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen zusammengesetzt und vollständig gesättigt ist. Das Alkylradikal kann linear, verzweigt oder cyclisch sein. Lineare Alkylradikale haben im Allgemeinen die Formel -C_nH_2n+1.
Der Ausdruck "Aryl" bezieht sich auf ein aromatisches Radikal, das gänzlich aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen zusammengesetzt ist. Wenn Aryl in Verbindung mit einem numerischen Bereich von Kohlenstoffatomen beschrieben wird, sollte es nicht als substituierte aromatische Radikale enthaltend ausgelegt werden. Beispielsweise sollte der Ausdruck "Aryl, das 6 bis 10 Kohlenstoffatome enthält" sich auf nur eine Phenylgruppe (6 Kohlenstoffatome) oder eine Naphthylgruppe (10 Kohlenstoffatome) beziehend ausgelegt werden und sollte nicht als eine Methylphenylgruppe (7 Kohlenstoffatome) enthaltend ausgelegt werden.
Wünschenswerterweise ist das Matrixmaterial verlaufsbeschichtbar, was eine einfache Herstellung der Oberflächenschicht ermöglicht. Darüber hinaus kann die Matrix bei Raumtemperatur vulkanisierbar sein oder mit anderen Worten er verwendet einen Platinkatalysator zur Härtung. Bei bestimmten Ausführungsformen ist das Matrixmaterial ein Poly(dimethylsiloxan), das funktionelle Gruppen wie funktionelle Silan-, Halid- oder Alkengruppen enthält, die eine Additionsvernetzung ermöglichen.
Aerogele können allgemein als Gele beschrieben werden, die durch Entfernen von Porenflüssigkeit zu einer festen Phase getrocknet wurden. Wie hier beschrieben bezieht sich ein "Aerogel" auf ein Material, das im Allgemeinen ein Feststoff mit sehr geringer Dichte ist, für gewöhnlich aus einem Gel gebildet. Der Ausdruck "Aerogel" wird somit verwendet, um Gele zu indizieren, die getrocknet wurden, so dass das Gel während des Trocknens ein wenig schrumpft und seine Porosität sowie verwandte Eigenschaften beibehält. Im Gegensatz dazu wird "Hydrogel" verwendet, um Nassgele zu beschreiben, bei denen Porenfluide wässrige Fluide sind. Der Ausdruck "Porenfluid" beschreibt ein Fluid, das während der Bildung des einen oder der mehreren Porenelemente innerhalb der Porenstrukturen enthalten ist. Beim Trocknen, beispielsweise überkritisches Trocknen, werden Aerogelpartikel gebildet, die eine signifikante Menge an Luft enthalten, wodurch ein Feststoff mit einer geringeren Dichte und ein hoher Oberflächenbereich entstehen. Bei verschiedenen Ausführungsformen sind Aerogele somit mikrozelluläre Materialien mit geringer Dichte, die durch eine geringe Massendichte, große spezifische Oberflächenbereiche und sehr hohe Porositäten gekennzeichnet sind. Insbesondere sind Aerogele durch ihre einzigartigen Strukturen gekennzeichnet, die eine große Anzahl an kleinen, untereinander verbundenen Poren umfassen. Nachdem das Lösungsmittel entfernt wurde, wird das polymerisierte Material unter inerter Atmosphäre pyrolysiert, um das Aerogel zu bilden.
Aerogelkomponenten von Ausführungsformen können Porositäten von ungefähr 10 % bis zumindest ungefähr 50 % oder mehr als ungefähr 90 % bis ungefähr 99,9 % aufweisen, wobei das Aerogel 99,9 % Leerraum enthalten kann. Beispielsweise kann das Aerogel geeigneterweise eine Porosität von ungefähr 50 bis ungefähr 90 % oder mehr aufweisen, z. B. von ungefähr 55 bis ungefähr 99 %. Bei Ausführungsformen können die Poren von Aerogelkomponenten Durchmesser von weniger als ungefähr 500 nm oder weniger als ungefähr 50 nm in der Größe aufweisen. Beispielsweise kann der durchschnittliche Porendurchmesser des Aerogels ungefähr 10 oder weniger bis ungefähr 100 nm betragen. Bei bestimmten Ausführungsformen können Aerogelkomponenten Porositäten von mehr als 50 % Poren mit Durchmessern von weniger als 100 nm und sogar weniger als ungefähr 20 nm aufweisen. Bei Ausführungsformen können die Aerogelkomponenten in Form von Partikeln mit einer kugelförmigen oder nicht-kugelförmigen, zylindrischen, stangenähnlichen, perlenähnlichen, würfelförmigen, plättchenähnlichen und dergleichen Gestalt vorliegen.
Bei Ausführungsformen können die Aerogelkomponenten Aerogelpartikel, -pulver oder -dispergierungen umfassen, die eine mittlere Partikelgröße vom Submikrometerbereich bis ungefähr 5 Mikrometer aufweisen. Beispielsweise kann die Aerogelkomponente bei Ausführungsformen eine volumengemittelte Partikelgröße von ungefähr 50 nm bis ungefähr 5 µm, z. B. von ungefähr 100 nm oder ungefähr 500 nm bis ungefähr 20 µm oder ungefähr 30 µm, aufweisen. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann die Aeorgelkomponente eine volumengemittelte Partikelgröße von ungefähr 0 µm bis ungefähr 5 µm, z. B. von ungefähr 1 µm oder ungefähr 2 µm bis ungefähr 3 µm oder ungefähr 5 µm, z. B. ungefähr 4 µm, aufweisen. Bei Ausführungsformen hat die Aerogelkomponente eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 5 µm, z. B. weniger als ungefähr 3 µm und weniger als ungefähr 1 µm. Die Aerogelkomponenten können Aerogelpartikel umfassen, die als gut dispergierte einzelne Partikel oder als Agglomerate von mehr als einem Partikel oder als Gruppen von Partikeln innerhalb des polymeren Materials vorliegen. Die ausgewählte mittlere Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung können von der Rauheit abhängen, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist. Die Höhe der Rauheit kann auch durch die Menge an Aerogelkomponentenpartikeln in der Oberflächenschichtzusammensetzung feineingestellt werden.
Bei einigen Ausführungsformen wird die mittlere Partikelgröße von im Handel erworbenen Aerogelkomponenten verringert. Die Verringerung kann durch Mahlen, Beschallung, Schermischung, Kugelmahlen, Zermürbung oder einen anderen geeigneten Prozess erfolgen. Eine Filtration kann verwendet werden, um die Partikelgrößenverteilung zu verengen und/oder große Ausreißerpartikel zu entfernen.
Im Allgemeinen können der Typ, die Porosität, die Porengröße und die Menge an verwendetem Aerogel für eine bestimmte Ausführungsform auf Basis der gewünschten Eigenschaften der entstehenden Zusammensetzung und der Eigenschaften der Polymere und Lösungen davon, zu denen das Aerogel kombiniert wird, ausgewählt werden. Wenn beispielsweise ein Vorpolymer (wie ein Polyurethanmonomer mit geringerem Molekulargewicht und einer relativ geringen Verfahrensviskosität, z. B. weniger als 10 Centistoke) zur Verwendung bei einer Ausführungsform ausgewählt wird, dann kann ein Aerogel mit einer relativ geringen Porengröße von beispielsweise weniger als ungefähr 50 bis ungefähr 100 nm, mit einer hohen Porosität von beispielsweise mehr als 80 % und einem hohen spezifischen Oberflächenbereich von beispielsweise mehr als ungefähr 500 m²/g in relativ hohen Konzentrationen von beispielsweise mehr als ungefähr 2 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent in das Vorpolymer gemischt werden, und zwar mithilfe von Mischverfahren mit mäßiger bis hoher Energie, beispielsweise durch kontrollierte Temperatur, hohe Scherung bzw. Vermischen. Wenn ein Aerogel vom hydrophilen Typ verwendet wird, kann der entstehende Verbundstoff nach dem Vernetzen und Aushärten/nach dem Aushärten des Vorpolymers zur Bildung einer unendlich langen Matrix aus Polymer und Aerogelfüllstoff eine verbesserte Hydrophobizität und einen erhöhten Härtegrad im Vergleich zu einer ähnlich hergestellten Probe ungefüllten Polymers aufweisen. Die verbesserte Hydrophobizität kann von der Interaktion des Polymers und des Aerogels während der Flüssigphasenverarbeitung abgeleitet werden, wobei ein Teil der Molekülkette des Polymers in die Poren des Aerogels eindringt und die Nicht-Poren-Regionen des Aerogels dazu dienen, um einen Teil des intermolekularen Raums oder den gesamten intermolekularen Raum zu belegen, in den andernfalls Wassermoleküle eindringen und diesen belegen könnten.
Die kontinuierliche und monolithische Struktur von verbindenden Poren, die die Aerogelkomponenten kennzeichnet, führt auch zu hohen Oberflächenbereichen und die elektrische Leitfähigkeit kann je nach zum Umfassen des Aerogels verwendetem Material von stark wärme- und elektrisch leitend bis stark wärme- und elektrisch isolierend reichen. Darüber hinaus können Aerogelkomponenten bei Ausführungsformen Oberflächenbereiche im Bereich von ungefähr 400 bis ungefähr 1200 m²/g, z. B. ungefähr 500 bis ungefähr 1200 m²/g, oder ungefähr 600 bis ungefähr 800 m²/g aufweisen. Bei Ausführungsformen können Aerogelkomponenten elektrische Widerstände von mehr als ungefähr 1,0 × 10^–4 Ω-cm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,01 bis ungefähr 1,0 × 10¹⁶ Ω-cm, von ungefähr 1 bis ungefähr 1,0 × 10⁸ Ω-cm, oder von ungefähr 50 bis ungefähr 750.000 Ω-cm aufweisen. Unterschiedliche Typen von Aerogelen, die bei verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden, können auch elektrische Widerstände von leitfähig (ungefähr 0,01 bis ungefähr 1,00 Ω-cm) bis isolierend (mehr als ungefähr 10¹⁶ Ω-cm) aufweisen. Leitfähige Aerogele wie Kohlenstoffaerogele können mit anderen leitfähigen Füllstoffen kombiniert werden, um Kombinationen aus physikalischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu produzieren, die andernfalls nur schwer zu erzielen sind.
Aerogele, die sich zur Verwendung bei Ausführungsformen eignen, können in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: anorganische Aerogele, organische Aerogele und Kohlenstoffaerogele. Bei Ausführungsformen kann die Bildgebungselementschicht ein oder mehrere Aerogele enthalten, ausgewählt aus anorganischen Aerogelen, organischen Aerogelen, Kohlenstoffaerogelen und Mischungen davon. Beispielsweise können Ausführungsformen mehrere Aerogele des gleichen Typs enthalten, beispielsweise Kombinationen aus zwei oder mehreren anorganischen Aerogelen, Kombinationen aus zwei oder mehreren organischen Aerogelen oder Kombinationen aus zwei oder mehreren Kohlenstoffaerogelen, oder mehrere Aerogele unterschiedlichen Typs enthalten, beispielsweise ein oder mehrere anorganische Aerogele, ein oder mehrere organische Aerogele und/oder ein oder mehrere Kohlenstoffaerogele. Beispielsweise kann ein chemisch modifiziertes hydrophobes Siliciumdioxidaerogel mit einem stark elektrisch leitfähigen Kohlenstoffaerogel kombiniert werden, um gleichzeitig die hydrophoben und elektrischen Eigenschaften eines Verbundstoffs zu modifizieren und jede Eigenschaft im gewünschten Ausmaß zu erzielen.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Aerogelkomponente ein Siliciumdioxidsilikat mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ungefähr 5 bis ungefähr 15 µm, einer Porosität von ungefähr 90 % oder mehr, einer Schüttdichte von ungefähr 40 bis ungefähr 100 kg/m³ und/oder einem Oberflächenbereich von ungefähr 600 bis ungefähr 800 m²/g aufweisen. Natürlich können nach Wunsch Materialien verwendet werden, bei denen eine oder mehrere Eigenschaften außerhalb dieser Bereiche liegen.
Siliciumdioxidaerogelpartikel können der Oberflächenschicht im Maßstab der Partikel eine Struktur verleihen, d. h. im Mikrometermaßstab und im Maßstab der Poren. Die Poren können Mikroporen, Mesoporen und/oder Makroporen umfassen. Mikroporen haben eine Größe von weniger als 2 Nanometern. Mesoporen haben eine Größe von 2 bis 50 Nanometern. Makroporen haben eine Größe von mehr als 50 Nanometern. Bei einigen Ausführungsformen ist der Großteil der Poren Mesoporen.
Bei Ausführungsformen kann die Oberflächenschicht zumindest das oben beschriebene Aerogel umfassen, das zumindest eines von im Matrixmaterial dispergiert oder an dieses gebunden ist. Bei bestimmten Ausführungsformen ist das Aerogel im Matrixmaterial einheitlich dispergiert und/oder an dieses gebunden, auch wenn eine nicht-einheitliche Dispergierung oder Bindung bei Ausführungsformen verwendet werden kann, um spezifische Ziele zu erreichen. Bei Ausführungsformen beispielsweise kann das Aerogel im Matrixmaterial nicht einheitlich dispergiert oder gebunden sein, um eine höhere Konzentration des Aerogels an der Oberfläche der Oberflächenschicht im Vergleich zu innerhalb der Oberflächenschicht bereitzustellen. Diese Aerogelkonzentration an der Oberfläche kann aufgrund der geringeren Dichte des Aerogels in Bezug auf das Matrixmaterial auf natürliche Weise auftreten.
Die Aerogelkomponente kann in der gesamten Matrix gleichmäßig dispergiert sein.
Die Oberflächenschicht kann einen strahlenabsorbierenden Füllstoff enthalten. Der strahlenabsorbierende Füllstoff kann Ruß, Graphen, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlenstoffaerogel, Metallpartikel in Nanogröße oder ein Metalloxid sein. Das Metalloxid kann Eisenoxid sein.
Die Oberflächenschichtzusammensetzung kann in einer Oberflächenschicht-Beschichtungslösung bereitgestellt werden. Die Oberflächenschicht-Beschichtungslösung kann nach Wunsch auch ein Tensid enthalten. Es kann jede/s geeignete und bekannte Tensid oder Mischung aus zwei oder mehreren Tensiden verwendet werden. Wenn vorhanden, kann das Tensid in einer beliebigen Menge in die Oberflächenschicht-Beschichtungslösung integriert werden, um eine Beschichtungslösung bereitzustellen, die fehlerfreie oder im Wesentlichen fehlerfreie Beschichtungen erzielt. Bei Ausführungsformen kann die Menge an in der Beschichtungslösung enthaltenem Tensid beispielsweise von ungefähr 0,01 oder ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 oder bis ungefähr 15 Gew.-%, z. B. von ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 Gew.-% oder bis ungefähr 6 Gew.-%, der Beschichtungslösung betragen.
Die Oberflächenschicht kann in einer Form als 1 bis 2 Millimeter dicke Schicht hergestellt oder als eine 10 bis 30 Mikrometer dicke Schicht auf ein Substrat beschichtet werden. Aufgrund der Selbstorganisation der Oberfläche ist ein Formgebungsschritt nicht erforderlich, um eine Oberflächenstruktur hinzuzufügen.
Darüber hinaus sind Verfahren für den variablen Steindruck offenbart. Die Verfahren beinhalten das Auftragen eines Feuchtwassers/Feuchtfluids auf ein Bildgebungselement, das eine Bildgebungselementoberfläche umfasst. Ein latentes Bild wird durch Verdampfen des Feuchtwassers aus selektiven Stellen an der Bildgebungselementoberfläche, um hydrophobe bildfreie Stelle und hydrophile Bildstellen zu bilden; Entwickeln des latenten Bildes durch Auftragen einer Druckfarbenzusammensetzung auf die hydrophilen Bildbereiche; und Übertragen des entwickelten latenten Bildes auf ein Aufnahmesubstrat gebildet. Die Bildgebungselementoberfläche umfasst ein Matrixmaterial und eine Aerogelkomponente.
Die vorliegende Offenbarung zieht ein System in Erwägung, wobei das Feuchtfluid hydrophob (d. h. nicht-wässrig) und die Druckfarbe ein wenig hydrophil ist (eine kleine polare Komponente aufweist). Dieses System kann mit einer Bildgebungselementoberflächenschicht der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Allgemein kann das variable Steindrucksystem als eine Druckfarbenzusammensetzung, ein Feuchtfluid und eine Bildgebungselementoberflächenschicht umfassend beschrieben werden, wobei das Feuchtfluid eine Oberflächenenergie-alpha-beta-Koordinate aufweist, die innerhalb des Kreises liegt, der die alpha-beta-Koordinaten für die Oberflächenenergie der Druckfarbe und die Oberflächenenergie der Bildgebungselementoberflächenschicht verbindet. Bei bestimmten Ausführungsformen weist das Feuchtfluid eine Gesamtoberflächenspannung von weniger als 15 Dynes/cm und weniger als 30 Dynes/cm mit einer polaren Komponente von weniger als 5 Dynes/cm auf. Die Bildgebungselementoberflächenschicht kann eine Oberflächenspannung von weniger als 30 Dynes/cm mit einer polaren Komponente von weniger als 2 Dynes/cm aufweisen.
Durch Auswählen der richtigen Chemie ist es möglich, ein System zu entwickeln, bei dem sowohl die Druckfarbe als auch das Feuchtfluid die Bildgebungselementoberfläche benetzen, aber die Druckfarbe und das Feuchtfluid einander nicht gegenseitig benetzen. Das System kann auch so designet sein, dass es für das Feuchtfluid in der Gegenwart von Druckfarbenrückständen energetisch vorteilhaft ist, den Druckfarbenrückstand wahrhaftig von der Bildgebungselementoberfläche abzuheben, da es eine höhere Affinität für das Benetzen der Oberfläche in der Gegenwart von Druckfarbe aufweist. Anders ausgedrückt könnte das Feuchtfluid mikroskopische Hintergrunddefekte (z. B. Radius von < 1 µm) entfernen, so dass sich diese bei darauffolgenden Drucken nicht vermehren.
Das Feuchtfluid sollte darüber hinaus einen geringfügig positiven Verteilungskoeffizienten aufweisen, so dass das Feuchtfluid die Bildgebungselementoberfläche benetzt. Das Feuchtfluid sollte darüber hinaus einen Verteilungskoeffizienten in der Gegenwart von Druckfarbe aufrechterhalten, anders ausgedrückt weist das Feuchtfluid einen näheren Oberflächenenergiewert in Bezug auf die Bildgebungselementoberfläche auf als die Druckfarbe. Dies bewirkt, dass die Bildgebungselementoberfläche vom Feuchtfluid im Vergleich zur Druckfarbe wertabhängig benetzt wird, und ermöglicht, dass das Feuchtfluid jedweden Druckfarbenrückstand von der Oberfläche abhebt und verhindert, dass Druckfarbe an der Oberfläche anhaftet, wo der Laser das Feuchtfluid nicht entfernt hat. Danach sollte die Druckfarbe die Bildgebungselementoberfläche in Luft mit einem Rauheitverbesserungsfaktor benetzen (d. h. wenn auf der Oberfläche kein Feuchtfluid vorhanden ist). Es sei angemerkt, dass die Oberfläche eine Rauheit von weniger als 1 µm aufweisen kann, wenn die Druckfarbe in einer Dicke von 1 bis 2 µm aufgetragen wird. Wünschenswerterweise benetzt das Feuchtfluid die Druckfarbe in der Gegenwart von Luft nicht. Anders ausgedrückt sollte ein Bruch beim Verlassen des Farbdruckspalts auftreten, wo sich die Druckfarbe und das Feuchtfluid schneiden, und nicht innerhalb des Feuchtfluids selbst. Auf diese Weise neigt das Feuchtfluid nicht dazu, auf der Bildgebungselementoberfläche zu bleiben, nachdem Druckfarbe auf ein Aufnahmesubstrat übertragen wurde. Schließlich ist es auch wünschenswert, dass die Druckfarbe und das Feuchtfluid chemisch nicht-vermischbar sind, so dass nur emulgierte Mischungen bestehen können. Auch wenn die Druckfarbe und das Feuchtfluid nahe aneinanderliegende alpha-beta-Koordinaten aufweisen können, kann das Auswählen der Chemiekomponenten mit unterschiedlichen Höhen der Wasserstoffbindung die Vermischbarkeit durch Erhöhen des Unterschieds der Hanson-Löslichkeitsparameter oftmals verringern.
Die Rolle des Feuchtfluids besteht darin, eine Selektivität bei der Bildgebung und Übertragung von Druckfarbe auf das Aufnahmesubstrat bereitzustellen. Wenn eine Farbabgabewalze in der Farbquelle von 1 die Feuchtfluidschicht berührt, wird Druckfarbe nur auf trockene Bereiche am Bildgebungselement aufgetragen, d. h. auf nicht mit Feuchtfluid bedeckte Bereiche.
Es wird in Erwägung gezogen, dass das Feuchtfluid, das mit den Druckfarbenzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung kompatibel ist, eine flüchtige Hydrofluorether-(HFE-)Flüssigkeit oder eine flüchtige Silikonflüssigkeit ist. Diese Fluidklassen stellen Vorteile in Bezug auf die für das Verdampfen benötigte Energiemenge, wünschenswerte Charakteristika im dispersiven/polaren Oberflächenspannungs-Designraum und den zusätzlichen Nutzen bereit, dass nach Verdampfung keine Rückstände zurückbleiben. Der Hydrofluorether und das Silikon sind bei Raumtemperatur, d. h. 25 °C, Flüssigkeiten.
Bei spezifischen Ausführungsformen hat die flüchtige Hydrofluoretherflüssigkeit die Struktur der Formel (I): C_mH_pF_2m+1-p-O-C_nH_qF_2n+1-q Formel (I) wobei m und n unabhängig ganze Zahlen von 1 bis ungefähr 9 sind; und p und q unabhängig ganze Zahlen von 0 bis 19 sind. Wie ersichtlich, sind die beiden an das Sauerstoffatom gebundenen Gruppen im Allgemeinen Fluoralkylgruppen.
Bei bestimmten Ausführungsformen ist q null und p ungleich null. Bei diesen Ausführungsformen wird die rechte Seite der Verbindung der Formel (I) zu einer Perfluoralkylgruppe. Bei anderen Ausführungsformen ist q null und p hat einen Wert von 2m + 1. Bei diesen Ausführungsformen ist die rechte Seite der Verbindung der Formel (I) eine Perfluoralkylgruppe und die linke Seite der Verbindung der Formel (I) ist eine Alkylgruppe. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist sowohl p als auch q zumindest 1.
In dieser Hinsicht bezieht sich der Ausdruck "Fluoralkyl", wie hier verwendet, auf ein Radikal, das zur Gänze aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen zusammengesetzt ist, wobei ein oder mehrere Wasserstoffatome durch ein Fluoratom ersetzt sein kann bzw. können (d. h. dies ist nicht notwendigerweise der Fall), und das vollständig gesättigt ist. Das Fluoralkylradikal kann linear, verzweigt oder cyclisch sein. Es sei angemerkt, dass eine Alkylgruppe ein Teilsatz von Fluoralkylgruppen ist.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Perfluoralkyl" auf ein Radikal, das zur Gänze aus Kohlenstoffatomen und Fluoratomen zusammengesetzt ist, das vollständig gesättigt ist und die Formel -C_nF_2n+1 aufweist. Das Perfluoralkylradikal kann linear, verzweigt oder cyclisch sein. Es sei angemerkt, dass eine Perfluoralkylgruppe ein Teilsatz einer Fluoralkylgruppe ist und nicht als Alkylgruppe angesehen werden kann.
Bei bestimmten Ausführungsformen hat der Hydrofluorether die Struktur einer der Formeln (I-a) bis (I-h):
Von diesen Formeln haben die Formeln (I-a), (I-b), (I-d), (I-e), (I-f), (I-g) und (I-h) eine Alkylgruppe und eine Perfluoralkylgruppe, entweder verzweigt oder linear. In einer gewissen Terminologie werden sie auch segregierte Hydrofluorether genannt. Formel (I-c) enthält zwei Fluoralkylgruppen und wird nicht als ein segregierter Hydrofluorether angesehen.
Formel (I-a) ist auch als 1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-Decafluor-3-methoxy-4-(trifluormethyl)pentan bekannt und hat die CAS# 132182-92-4. Sie ist im Handel als Novec^TM 7300 erhältlich.
Formel (I-b) ist auch als 3-Ethoxy-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-dodecafluor-2-(trifluormethyl)hexan bekannt und hat die CAS# 297730-93-9. Sie ist im Handel als Novec 7500 erhältlich.
Formel (I-c) ist auch als 1,1,1,2,3,3-Hexafluor-4-(1,1,2,3,3,3-hexafluorpropoxy)pentan bekannt und hat die CAS# 870778-34-0. Sie ist im Handel als Novec^TM 7600 erhältlich.
Formel (I-d) ist auch als Methylnonafluorisobutylether bekannt und hat die CAS# 163702-08-7. Formel (I-e) ist auch als Methylnonafluorbutylether bekannt und hat die CAS# 163702-07-6. Eine Mischung aus den Formeln (I-d) und (I-e) ist im Handeln als Novec^TM 7100 erhältlich. Diese beiden Isomere sind untrennbar und weisen im Wesentlichen identische Eigenschaften auf.
Formel (I-f) ist auch als 1-Methoxyheptafluorpropan oder Methylperfluorpropylether bekannt und hat die CAS# 375-03-1. Sie ist im Handel als Novec^TM 7000 erhältlich.
Formel (I-g) ist auch als Ethylnonafluorisobutylether bekannt und hat die CAS# 163702-05-4. Formel (I-h) ist auch als Ethylnonafluorbutylether bekannt und hat die CAS# 163702-06-5. Eine Mischung aus den Formeln (I-g) und (I-h) ist im Handel als Novec^TM 7200 oder Novec^TM 8200 erhältlich. Diese beiden Isomere sind untrennbar und weisen im Wesentlichen identische Eigenschaften auf.
Es ist auch möglich, dass ähnliche Verbindungen mit einem cyclischen aromatischen Rückgrat mit Perfluoralkylseitenketten verwendet werden können. Insbesondere werden Verbindungen der Formel (A) in Erwägung gezogen: Ar-(C_kF_2k+1)_t Formel (A) wobei Ar eine Aryl- oder Heteroarylgruppe ist; k eine ganze Zahl von 1 bis ungefähr 9 ist; und t die Anzahl von Perfluoralkylseitenketten indiziert, wobei t 1 bis ungefähr 8 ist.
Der Ausdruck "Heteroaryl" bezieht sich auf ein cyclisches Radikal, das aus Kohlenstoffatomen, Wasserstoffatomen und einem Heteroatom innerhalb eines Rings des Radikals zusammengesetzt ist, wobei das cyclische Radikal aromatisch ist. Das Heteroatom kann Stickstoff, Schwefel oder Sauerstoff sein. Beispielhafte Heteroarylgruppen umfassen Thienyl, Pyridinyl und Chinolinyl. Wenn Heteroaryl in Verbindung mit einem numerischen Bereich von Kohlenstoffatomen beschrieben wird, sollte es nicht als substituierte heteroaromatische Radikale enthaltend ausgelegt werden. Man bemerke, dass Heteroarylgruppen kein Teilsatz von Arylgruppen sind.
Hexafluor-m-xylol (HFMX) und Hexafluor-p-xylol (HFPX) werden insbesondere als nützliche Verbindungen der Formel (A) in Erwägung gezogen, die als kostengünstige Feuchtfluide verwendet werden können. HFMX und HFPX sind im Folgenden als Formeln (A-a) und (A-b) gezeigt:
Es sei angemerkt, dass eine beliebige Colösungsmittelzusammensetzung aus fluorierten Feuchtfluiden verwendet werden kann, um das Unterdrücken von nicht-wünschenswerten Charakteristika wie geringe Entflammungstemperatur zu unterstützen.
Alternativ ist das Feuchtfluidlösungsmittel eine flüchtige Silikonflüssigkeit. Bei einigen Ausführungsformen ist die flüchtige Silikonflüssigkeit ein lineares Siloxan mit der Struktur der Formel (II):
Formel (II) wobei R_a, R_b, R_c, R_d, R_e und R_f jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkyl oder Perfluoralkyl sind; und a eine ganze Zahl von 1 bis ungefähr 5 ist. Bei einigen Ausführungsformen sind R_a, R_b, R_c, R_d, R_e und R_f allesamt Alkyl. Bei spezifischeren Ausführungsformen sind sie alle Alkyl der gleichen Länge (d. h. mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen).
Beispielhafte Verbindungen der Formel (II) umfassen Hexamethyldisiloxan und Octamethyltrisiloxan, die im Folgenden als Formeln (II-a) und (II-b) dargestellt sind:
Bei anderen Ausführungsformen ist die flüchtige Silikonflüssigkeit ein Cyclosiloxan mit der Struktur der Formel (III):
Formel (III) wobei R_g und R_h jeweils unabhängig Wasserstoff, Alkyl oder Perfluoralkyl sind; und b eine ganze Zahl von 3 bis ungefähr 8 ist. Bei einigen spezifischen Ausführungsformen sind alle der R_g- und R_h-Gruppen Alkyl. Bei spezifischeren Ausführungsformen sind sie alle Alkyl der gleichen Länge (d. h. mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen).
Beispielhafte Verbindungen der Formel (III) umfassen Octamethylcyclotetrasiloxan (auch als D4 bezeichnet) und Decamethylcyclopentasiloxan (auch als D5 bezeichnet), die im Folgenden als Formeln (III-a) und (III-b) dargestellt sind:
Bei weiteren Ausführungsformen ist die flüchtige Silikonflüssigkeit ein verzweigtes Siloxan mit der Struktur der Formel (IV):
Formel (IV) wobei R₁, R₂, R₃ und R₄ unabhängig Alkyl oder -OSiR₁R₂R₃ sind.
Eine beispielhafte Verbindung der Formel (IV) ist Methyltrimethicon, auch als Methyltris(trimethylsiloxy)silan bekannt, das im Handel von Shin-Etsu als TMF-1.5 erhältlich ist und im Folgenden mit der Struktur der Formel (IV-a) gezeigt ist:
Formel (IV-a).
Alle der oben beschriebenen Hydrofluorether/perfluorierten Verbindungen sind miteinander vermischbar. Darüber hinaus sind alle der oben beschriebenen Silikone miteinander vermischbar. Dies ermöglicht eine Feineinstellung des Feuchtfluids für eine optimale Druckleistung oder andere Charakteristika wie Siedepunkt und Entflammungstemperatur. Kombinationen dieser Hydrofluorether und Silikonflüssigkeiten werden insbesondere als in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallend in Erwägung gezogen. Es sei darüber hinaus angemerkt, dass die Silikone der Formeln (II), (III) und (IV) nicht als Polymere, sondern als eigenständige Verbindungen angesehen werden, deren exakte Formel bekannt sein kann.
Bei bestimmten Ausführungsformen wird in Erwägung gezogen, dass das Feuchtfluid eine Mischung aus Octamethylcyclotetrasiloxan (D4) und Decamethylcyclopentasiloxan (D5) umfasst. Die meisten Silikone sind von D4 und D5 abgeleitet, die durch Hydrolyse der im Rochow-Prozess hergestellten Chlorsilane produziert wurden. Das Verhältnis von D4 zu D5, das aus der Hydrolysatreaktion destilliert wird, beträgt im Allgemeinen ungefähr 85 Gew.-% D4 zu 15 Gew.-% D5, und diese Kombination ist ein Azeotrop.
Bei bestimmten Ausführungsformen wird in Erwägung gezogen, dass das Feuchtfluid eine Mischung aus Octamethylcyclotetrasiloxan (D4) und Hexamethylcyclotrisiloxan (D3) umfasst, wobei D3 in einer Menge von bis zu 30 Gew.-% des Gesamtgewichts von D3 und D4 vorhanden ist. Die Wirkung dieser Mischung besteht darin, den effektiven Siedepunkt für eine Feuchtfluid-Dünnschicht zu senken.
Diese flüchtigen Hydrofluoretherflüssigkeiten und flüchtigen Silikonflüssigkeiten besitzen eine geringe Verdampfungshitze, eine geringe Oberflächenspannung und eine gute kinematische Viskosität.
Die zur Verwendung bei der vorliegenden Offenbarung in Erwägung gezogenen Druckfarbenzusammensetzungen beinhalten im Allgemeinen einen Farbstoff und eine Vielzahl von ausgewählten vernetzbaren Verbindungen. Die vernetzbaren Verbindungen können unter ultraviolettem Licht (UV-Licht) gehärtet werden, um die Druckfarbe an ihrer Stelle am Endaufnahmesubstrat zu fixieren. Wie hier verwendet, beinhaltet der Ausdruck "Farbstoff" Pigmente, Färbemittel, Quantenpunkte, Mischungen davon und dergleichen. Färbemittel und Pigmente haben spezifische Vorteile. Färbemittel besitzen eine gute Löslichkeit und Dispergierbarkeit innerhalb des Druckfarbenvehikels. Pigmente haben eine ausgezeichnete Leistung bezüglich Wärme und Lichtechtheit. Der Farbstoff ist in einer beliebigen Menge in der Druckfarbenzusammensetzung vorhanden und ist für gewöhnlich in einer Menge von ungefähr 10 bis ungefähr 40 Gewichtsprozent (Gew.-%) auf Basis des Gesamtgewichts der Druckfarbenzusammensetzung oder ungefähr 20 bis ungefähr 30 Gew.-% vorhanden. Verschiedene Pigmente und Färbemittel sind auf dem Gebiet bekannt und im Handel von Anbietern wie Clarient, BASF und Ciba erhältlich, um nur ein paar zu nennen.
Die Druckfarbenzusammensetzungen können eine Viskosität von ungefähr 5000 bis ungefähr 40.000 Centipoise bei 25 °C und unbegrenzte Scherung aufweisen, einschließlich einer Viskosität von ungefähr 7000 bis ungefähr 15.000 cPs. Diese Druckfarbenzusammensetzungen können auch eine Oberflächenspannung von zumindest 25 Dynes/cm bei 25 °C aufweisen, einschließlich ungefähr 25 Dynes/cm bis ungefähr 40 Dynes/cm bei 25 °C. Diese Druckfarbenzusammensetzungen besitzen viele wünschenswerte physische und chemische Eigenschaften. Sie sind mit den Materialien kompatibel, mit denen sie in Kontakt gelangen, z. B. dem Feuchtfluid, der Oberflächenschicht des Bildgebungselements und dem Endaufnahmesubstrat. Sie können darüber hinaus die erforderlichen Benetzungs- und Übertragungseigenschaften aufweisen. Sie können UV-gehärtet und an der Stelle fixiert werden. Sie haben darüber hinaus eine gute Viskosität; herkömmliche Offset-Druckfarben haben für gewöhnlich eine Viskosität von über 50.000 cPs, was für eine Verwendung bei düsenbasierter Tintenstrahltechnologie zu hoch ist. Ferner ist eines der am schwierigsten zu bewältigenden Probleme der Bedarf der Reinigung und die Abfallhandhabung zwischen aufeinanderfolgenden Digitalbildern, um eine Digitalbildgebung ohne Geisterbilder von vorherigen Bildern zu ermöglichen. Diese Druckfarben sind so konzipiert, dass sie eine sehr hohe Übertragungseffizienz anstatt Farbspaltung ermöglichen, wodurch viele der Probleme in Zusammenhang mit Reinigung und Abfallhandhabung überwunden werden. Die Druckfarbenzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung gelieren nicht, normale Offset-Druckfarben, die durch einfaches Vermischen hergestellt werden, hingegen gelieren und können aufgrund der Phasentrennung nicht verwendet werden.
Beispiel 1
In Beispiel 1 umfasste die Oberflächenschicht Silikon, 3 Gew.-% Siliciumdioxidaerogel und 10 Gew.-% Ruß. Das Siliciumdioxidaerogel hatte eine durchschnittliche Partikelgröße von ungefähr 10 µm. Die 3A–C sind SEM-Aufnahmen von oben, einer orthogonalen Ansicht, einer 45°-Ansicht von oben bzw. einer Querschnittsansicht. Die SEM-Aufnahmen zeigen, dass die an der Oberfläche produzierte Rauheit ungefähr auf einem 10-µm-Maßstab liegt, gleich wie die durchschnittliche Partikelgröße der Aerogelkomponente. Die Rußpartikel im Submikrometerbereich können als zwischen den Siliciumdioxidaerogelpartikeln in 3C dispergiert beobachtet werden.
Beispiel 2
In Beispiel 2 umfasste die Oberflächenschicht Silikon und 3 Gew.-% Siliciumdioxidaerogel. Das Siliciumdioxidaerogel hatte eine mittlere Partikelgröße von 10 µm und wurde nicht gemahlen. 4A ist eine SEM der Oberflächenschicht.
Beispiel 3
In Beispiel 3 wurde die Vorgehensweise von Beispiel 2 befolgt, mit der Ausnahme, dass die Siliciumdioxidaerogelpartikel für ungefähr 0,5 h in Toluol gemahlen wurden. Das Mahlen wurde für ungefähr 0,5 h in Toluol durchgeführt, um eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 2,5 µm zu erzielen. Die gemahlenen Partikel hatten eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 2,5 µm. 4B ist eine SEM der Oberflächenschicht. Eine SEM-Aufnahme der Oberfläche zeigte einen Partikelgrößenbereich, der größere Partikel enthielt. Diese größeren Partikel hätten durch Sieben entfernt werden können.
Beispiel 4
In Beispiel 4 wurde die Vorgehensweise von Beispiel 2 befolgt, mit der Ausnahme, dass die Siliciumdioxidaerogelpartikel für ungefähr 1,5 h in Toluol gemahlen wurden. Die gemahlenen Partikel hatten eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 1,5 µm. 4C ist eine SEM-Aufnahme der Oberflächenschicht. Eine SEM-Aufnahme der Oberfläche zeigte weniger größere Partikel und eine dichtere Partikelverteilung auf der Oberfläche.
Beispiel 5
In Beispiel 5 wurde die Vorgehensweise von Beispiel 4 befolgt, mit der Ausnahme, dass 10 Gew.-% Siliciumdioxidaerogel verwendet wurden. Die gemahlenen Partikel hatten eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 1,5 µm. 4C ist eine SEM-Aufnahme der Oberflächenschicht. Eine Beobachtung der Oberfläche zeigte eine weitaus dichtere Partikelverteilung auf der Oberfläche.
Beispiel 6
In Beispiel 6 enthielt die Oberflächenschicht Silikon und 3 Gew.-% Siliciumdioxidaerogelpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von 1,3 µm und einer engeren Partikelgrößenverteilung als die in den Beispielen 1 bis 5 verwendeten Partikel. 5A ist eine SEM-Aufnahme der Partikel. Eine Dispergierung der Partikel wurde direkt mit Silikon vermischt, um eine Oberfläche mit agglomerierten Abschnitten zu produzieren. 5B ist eine SEM-Aufnahme der agglomerierten Oberfläche. Eine Deagglomeration der Partikel führte zu einer Oberfläche ohne agglomerierte Abschnitte und mit einer erhöhten Partikeldichte auf der Oberfläche.
Beispiel 7
In Beispiel 7 wurde eine Bildgebungselementoberflächenschicht, umfassend Silikon, 10 Gew.-% Siliciumdioxidaerogelpartikel und keinen Ruß, mit der Hand getestet. Die Aerogelpartikel hatten ursprünglich eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 10 µm, wurden aber für ungefähr 1,5 h gemahlen. 6A ist eine SEM-Aufnahme der Oberflächenschicht.
Der Handtest wurde durch Auftragen eines Novec-Feuchtwassers auf die Oberfläche; Auftragen einer viskosen Offset-Druckfarbe unter Verwendung einer Handwalze; und Übertragen von Drucken auf Papier durchgeführt. 6B ist ein Abbild des Drucks unter Verwendung der Oberflächenschicht, die in 6A gezeigt ist.
Beispiel 8
In Beispiel 8 wurde die Vorgehensweise von Beispiel 7 befolgt, mit der Ausnahme, dass ein Deagglomerationsschritt ebenfalls enthalten war. 7A ist eine SEM-Aufnahme der Oberflächenschicht. 7B ist ein Abbild des Drucks unter Verwendung der Oberflächenschicht, die in 7A gezeigt ist.
Beispiel 9
In Beispiel 9 wurde die Vorgehensweise von Beispiel 8 befolgt, mit der Ausnahme, dass die Oberflächenschicht darüber hinaus 10 Gew.-% Ruß enthielt. 8A ist eine SEM-Aufnahme der Oberflächenschicht. 8B ist ein Abbild des Drucks unter Verwendung der Oberflächenschicht, die in 8A gezeigt ist.

Claims

Bildgebungselement, umfassend eine Oberflächenschicht, wobei die Oberflächenschicht ein Matrixmaterial, eine Aerogelkomponente und einen strahlenabsorbierenden Füllstoff umfasst.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die Aeorgelkomponente eine Siliciumdioxidaerogelkomponente umfasst.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei der strahlenabsorbierende Füllstoff Ruß umfasst.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die Aerogelkomponente eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 5 µm aufweist.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die Aerogelkomponente eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 1 µm aufweist.
Verfahren für variablen Steindruck, umfassend: Auftragen eines Feuchtwassers auf ein Bildgebungselement, das eine Bildgebungselementoberfläche umfasst; Bilden eines latenten Bildes durch Verdampfen des Feuchtwassers aus selektiven Stellen auf der Bildgebungselementoberfläche, um hydrophobe bildfreie Stellen und hydrophile Bildstellen zu bilden; Entwickeln des latenten Bildes durch Auftragen einer Druckfarbenzusammensetzung auf die hydrophilen Bildstellen; und Übertragen des entwickelten latenten Bildes auf ein Aufnahmesubstrat; wobei die Bildgebungselementoberfläche ein Matrixmaterial, eine Aerogelkomponente und einen strahlenabsorbierenden Füllstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Matrixmaterial Silikon umfasst; wobei die Aerogelkomponente eine Siliciumdioxidaerogelkomponente umfasst; und wobei der strahlenabsorbierende Füllstoff Ruß umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Oberflächenschicht ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% der Siliciumdioxidaerogelkomponente und ungefähr 5 bis ungefähr 15 Gew.-% des Rußes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Aerogelkomponente eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 3 µm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Aerogelkomponente gemahlen wird, um eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 1 µm zu erhalten.