DE102014217815A1

DE102014217815A1 - Hydrophiles Bildgebungselement-Oberflächenmaterial für tintenbasierte Digitaldrucksysteme mit variablen Daten sowie Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Bildgebungselement-Oberflächenmaterialien

Info

Publication number: DE102014217815A1
Application number: DE102014217815.0A
Authority: DE
Inventors: Sarah J. VELLA; Carolyn Moorlag
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2015-03-19
Also published as: CN104512142A; JP6306987B2; US20150077500A1; US9630423B2; JP2015057323A

Abstract

Ein tintenbasiertes Digitaldrucksystem, das für die Verwendung mit hydrophilen und/oder wässrigen Dämpfungsfluiden geeignet ist, umfasst ein Bildgebungselement mit einem Bildgebungselement-Material, das an der Bildgebungsoberfläche hydrophil ist.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die Offenbarung betrifft Bildgebungselement-Oberflächenmaterialien, die für tintenbasierten Digitaldruck mit variablen Daten geeignet ist. Insbesondere betrifft die Offenbarung ein hydrophiles Material, das für die Bildung einer Bildgebungselement-Oberfläche geeignet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Tintenbasierte Digitaldrucksysteme umfassen ein Bildgebungselement mit einer bildgebenden Oberfläche, wie eine Platte oder Decke. Die Bildgebungsoberfläche muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen, um tintenbasierten Hochgeschwindigkeits-Digitaldruck mit variablen Daten zu ermöglichen. Bei Systemen der einschlägigen Technik muss die Bildgebungsoberfläche für das Benetzen der Oberfläche mit Dämpfungsfluid sowie das Pinning des Fluids darauf konfiguriert sein. Die Bildgebungsoberfläche muss für das Absorbieren optischer Strahlung von einem Laser-Bildgebungssystem, Benetzen und Pinning von Tinte, die anschließend auf die Bildgebungselement-Oberfläche aufgetragen wird, und Ablösen der Tinte von der Oberfläche konfiguriert sein.
Das Dämpfungsfluid verhindert, dass Tinte von nicht zu druckenden Bereichen oder von Hintergrund- oder nicht-Bild-Bereichen auf die Platte übertragen wird. Die Druckbereiche sind Bereiche auf der Bildgebungselement-Oberfläche, auf der Dämpfungsfluid nach Exposition der aufgetragenen Dämpfungsfluidschicht mit Strahlung verflüchtigt wird. Die nicht zu druckenden Bereiche sind Bereiche auf der Bildgebungselement-Oberfläche, auf der Dämpfungsfluid verbleibt und sich außerhalb der Strahlenexpositionsbereiche befindet. Beispielhafte Bildgebungselement-Oberflächenmaterialien, die sich als geeignet für tintenbasierten Digitaldruck erwiesen haben, umfassen hydrophobe Polymere, wie Silikone, teilweise oder vollständig fluorierte Fluorsilikone und KFM-Fluorelastomere. Beispielhafte Dämpfungsfluide, die sich als kompatibel für das Benetzen der oben erwähnten Bildgebungselement-Oberflächenmaterialien und als geeignet für tintenbasierten Digitaldruck erwiesen haben, umfassen hydrophobe Fluide, wie Kohlenwasserstoffe, Fluorkohlenstoffe, Fluorether, Organosiloxane, Fluororganosiloxane. Sorgen in Bezug auf die Verwendung dieser hydrophoben Fluide betrifft Eindämmung und Auffangen verflüchtigter Fluide, die nicht in die Umgebung abgelassen werden können oder daran gehindert werden müssen, in nennenswerten Mengen auf dem Druckmaterial zurück zu bleiben. Wasser ist ein wünschenswertes Dämpfungsfluid für den Offsetdruck, weil es billig und umweltfreundlich ist und somit keine Rückgewinnung verflüchtigter Fluide oder Überwachung von hydrophoben Fluiden auf den Drucken erforderlich macht.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Hydrophile Materialien, die sich als geeignet für die Bildung von Bildgebungselementen für tintenbasierten Digitaldruck erwiesen haben, würden die Verwendung von Wasser oder anderen hydrophilen Materialien und/oder wässrigen Lösungen als Dämpfungsfluidmaterialien ermöglichen. Verbesserte Plattenmaterialien sind wünschenswert, um kosteneffizienten, qualitativ hochwertigen, tintenbasierten Hochgeschwindigkeits-Digitaldruck zu ermöglichen. Es werden ein Bildgebungselement-Oberflächenmaterial oder -Plattenmaterial, Verfahren zur Bildung derselben und Digital-Offsetdrucksysteme bereitgestellt, die ein hydrophiles Plattenmaterial umfassen. Das hydrophile Plattenmaterial erlaubt die Verwendung hydrophiler oder polarer Dämpfungsfluide oder Feuchtmittel, wie Wasser, Ethylenglykol oder wässrige Lösungsmittel. Gemäß den Verfahren der Ausführungsformen kann eine hydrophile Oberfläche direkt durch Plasmaoxidation aus hydrophoben Materialien erzeugt werden. Entsprechend kann eine Plattenoberfläche gebildet werden, die wiederbeschreibbar ist; die oxidierte Oberfläche ist temporär. Alternativ kann die Platte durch Modifikation nach Oxidation permanent hydrophil ausgeführt werden. Modifikation nach Oxidation kann, ohne hierauf beschränkt zu sein, kovalentes Binden eines polaren oder geladenen Moleküls an die frisch oxidierte Oberfläche umfassen, um die Oberfläche permanent hydrophil auszuführen.
In einer Ausführungsform können die Bildgebungselemente für tintenbasierten Digitaldruck ein Bildgebungselement-Oberfläche umfassen, die eine hydrophile Bildgebungsoberfläche umfassen.
In einer Ausführungsform können tintenbasierte Digitaldrucksysteme ein Bildgebungselement umfassen, wobei das Bildgebungselement eine hydrophile Bildgebungselement-Oberfläche besitzt; ein Dämpfungsfluid-Dosiersystem zum Auftragen einer Schicht des Dämpfungsfluids auf die Bildgebungselement-Oberfläche; ein Laser-Bildgebungssystem zum Dämpfungsfluid-Strukturieren; und ein Farbwerk zum Auftragen von Tinte auf die Bildgebungselement-Oberfläche, die ein strukturiertes Dämpfungsfluid darauf besitzt.
In einer Ausführungsform können Verfahren zur Bildung eines Bildgebungselements für tintenbasierten Digitaldruck mit polarem oder hydrophilem Dämpfungsfluid das Umwandeln eines hydrophoben Bildgebungselement-Oberflächenmaterials in ein hydrophiles Bildgebungselement-Oberflächenmaterial durch Oxidation des hydrophoben Oberflächenmaterials umfassen.
Beispielhafte Ausführungsformen werden hier beschrieben. Es besteht jedoch die Vorstellung, dass jedes System, das Funktionen hier beschriebener Systeme einbindet, von Umfang und Geist der beispielhaften Ausführungsformen umfasst ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines tintenbasierten Digitaldrucksystems nach einschlägiger Technik;
2 zeigt Verfahren zur Bildung einer Bildgebungselement-Oberfläche gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen sollen alle möglichen Alternativen, Modifikationen und Äquivalente in Geist und Umfang des hier beschriebenen Apparats und Systems einschließen.
Die Bestimmung "ca.", wie in Verbindung mit einer Menge verwendet, umfasst den angegebenen Wert und hat die durch den Zusammenhang gegebene Bedeutung (z.B. umfasst mindestens den mit der Messung der bestimmten Menge verbundenen Fehlergrad). Wenn mit einem bestimmten Wert verwendet, ist dies auch als diesen Wert offenbarend zu verstehen.
Auf die Zeichnungen wird für ein besseres Verständnis von Systemen für tintenbasierten Digitaldruck unter Verwendung eines Systems mit einem Bildgebungselement Bezug genommen, für das Bildgebungselement-Oberflächenmaterialien und Verfahren zur Bildung derselben geeignet sind.
"Lithographiedruck mit variablen Daten" oder "tintenbasierter Digitaldruck" oder "Digital-Offsetdruck" ist lithographisches Drucken von variablen Bilddaten zur Produktion von Bildern auf einem Substrat, die mit jedem folgenden Rendering eines Bildes auf dem Substrat in einem bilderzeugenden Prozess veränderbar sind. "Lithographiedruck mit variablen Daten" umfasst Offsetdruck von Tintenbildern unter Verwendung von lithographischer Tinte, wobei die Bilder auf digitalen Bilddaten basieren, die von Bild zu Bild veränderlich sind. Tintenbasierter Digitaldruck verwendet ein Lithographiedrucksystem mit variablen Daten oder Digital-Offsetdrucksystem. Ein "Lithographiesystem mit variablen Daten" ist ein System, das für Lithographiedruck unter Verwendung lithographischer Farben konfiguriert ist und auf digitalen Bilddaten basiert, die von einem Bild zum nächsten veränderlich sind.
Solche Systeme sind in US-Patentanmeldung Nr. 13/095,714 (“Anmeldung 714”), betitelt “Variable Data Lithography System,” eingereicht am 27. April 2011 von Stowe et al., offenbart, wobei die Offenbarung hier durch Querverweis vollständig einbezogen wird. Die in Anmeldung 714 offenbarten Systeme und Verfahren betreffen Verbesserungen verschiedener Aspekte von zuvor versuchten Konzepten zu bildgebender lithographischer Zeichnung mit variablen Daten, basierend auf variabler Strukturierung von Dämpfungsfluiden, um wirksames, lithographisches Zeichnen mit echt variablen Daten zu erzielen.
Die Anmeldung 714 beschreibt ein beispielhaftes, Lithographiesystem 100 für tintenbasierten Digitaldruck, wie z.B. in 1 gezeigt. Es wird hier eine allgemeine Beschreibung des beispielhaften Systems 100, wie in 1 gezeigt, bereitgestellt. Weitere Einzelheiten in Bezug auf die in dem beispielhaften System 100 von 1 gezeigten Komponenten und/oder Untersystemen finden sich in Anmeldung 714.
Wie in 1 gezeigt, kann das beispielhafte System 100 ein Bildgebungselement 110 umfassen. Das Bildgebungselement 110 in der in 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Trommel, aber diese beispielhafte Darstellung ist nicht als ausschließend für Ausführungsformen zu verstehen, bei denen das Bildgebungselement 110 eine Trommel, eine Scheibe, ein Band oder eine andere bekannte oder später entwickelte Konfiguration umfasst.
Das Bildgebungselement 110 wird verwendet, um ein Tintenbild auf ein bildaufnehmendes Mediensubstrat 114 bei einem Übertragungsspalt 112 aufzutragen. Der Übertragungsspalt 112 wird von einer Andruckwalze 118 als Teil eines Bildübertragungsmechanismus 160 gebildet, die einen Druck in Richtung des Bildgebungselements 110 ausübt. Das bildaufnehmende Mediumsubstrat 114 ist nicht als beschränkt auf eine bestimmte Zusammensetzung zu verstehen, wie z.B. Papier, Kunststoff oder Verbundblechfilm. Das beispielhafte System 100 kann zur Produktion von Bildern auf einer Vielzahl von bildaufnehmenden Mediensubstraten verwendet werden. Die Anmeldung 714 erklärt auch die breite Palette von Zeichen(Druck)-Materialien, die verwendet werden können, einschließlich Zeichenmaterialien mit Pigmentdichten von mehr als 10 Gewichtsprozent. Wie die Anmeldung 714, so verwendet auch diese Offenbarung den Begriff "Tinte", um eine breite Vielfalt von Druck- oder Zeichenmaterialien zu bezeichnen, so dass solche umfasst sind, die allgemein unter Tinten, Pigmenten und anderen Materialien verstanden werden, die von dem beispielhaften System 100 verwendet werden können, um ein Ausgabebild auf dem bildaufnehmenden Mediensubstrat 114 zu produzieren.
Die Anwendung 714 zeigt und beschreibt Einzelheiten des Bildgebungselements 110, umfassend, dass das Bildgebungselement 110 eine wiederverwendbare bildgebende Oberflächenschicht umfasst, die über einer strukturellen Befestigungsschicht gebildet wird, die z.B. ein Zylinderkern oder ein oder mehrere Strukturschichten über einem Zylinderkern sein können.
Das System 100 umfasst ein Dämpfungsfluidsystem 120, das allgemein eine Reihe von Walzen umfasst, die als Dämpfungswalzen oder Dämpfungseinheiten betrachtet werden können, um die wiederverwendbare bildgebende Oberfläche des Bildgebungselements 110 gleichmäßig mit Dämpfungsfluid zu benetzen. Ein Zweck des Dämpfungsfluidsystems 120 ist es, eine Schicht Dämpfungsfluid mit einer allgemein einheitlichen und geregelten Dicke auf die wiederverwendbare bildgebende Oberfläche des Bildgebungselements 110 aufzutragen. Das Dämpfungsfluidsystem 120 kann ein System umfassen, das zum Dosieren des Dämpfungsfluids durch Anilox, Aufdampfen oder einen beliebigen anderen jetzt bekannten oder später entwickelten Prozess konfiguriert ist, um eine dünne Schicht des Dämpfungsfluids aufzutragen.
Wie oben angezeigt, ist bekannt, dass ein Dämpfungsfluid, wie ein Feuchtmittel, im Wesentlichen Wasser umfasst, dem optional geringe Mengen Isopropanol oder Ethanol beigefügt sind, um die Oberflächenspannung zu vermindern sowie die Verdampfungsenergie zu erniedrigen, um die anschließende Laserstrukturierung zu unterstützen, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird. Geringe Mengen bestimmter Tenside können ebenfalls zu dem Feuchtmittel gegeben werden. Alternativ können andere Dämpfungsfluide verwendet werden, um die Leistung der tintenbasierten Digital-Lithographiesysteme zu verbessern. Beispielhafte Dämpfungsfluide umfassen Wasser, Novec 7600 (1,1,1,2,3,3-Hexafluor-4-(1,1,2,3,3,3-hexafluorpropoxy)pentan mit CAS-Nr. 870778-34-0) und D4 (Octamethylcyclotetrasiloxan). Weitere geeignete Dämpfungsfluide sind beispielsweise in der US-Patentanmeldung Nr. 13/284,114 offenbart, eingereicht am 28. Oktober 2011, betitelt “Dampening Fluid For Digital Lithographic Printing”, wobei die Offenbarung hier durch Querverweis vollständig einbezogen wird.
Wenn das Dämpfungsfluid auf die wiederverwendbare bildgebende Oberfläche des Bildgebungselements 110 dosiert ist, kann eine Dicke des Dämpfungsfluids unter Verwendung eines Sensors 125 gemessen werden, der Rückmeldung zur Regelung der Dosierung des Dämpfungsfluids auf die wiederverwendbare bildgebende Oberfläche des Bildgebungselements 110 durch das Dämpfungsfluidsystem 120 bereitstellen kann.
Nachdem eine präzise und gleichmäßige Menge des Dämpfungsfluids von dem Dämpfungsfluidsystem 120 auf die wiederverwendbare bildgebende Oberfläche des Bildgebungselements 110 aufgetragen wurde, kann das optische Strukturierungsuntersystem 130 dazu verwendet werden, um selektiv ein bleibendes Bild in der gleichmäßigen Dämpfungsfluidschicht über bildweise Strukturierung der Dämfungsfluidschicht unter Verwendung z.B. von Laserenergie zu bilden. Typischerweise absorbiert das Dämpfungsfluid die optische Energie (IR oder sichtbar) nicht wirksam. Die wiederverwendbare bildgebende Oberfläche des Bildgebungselements 110 sollte idealerweise den größten Anteil der Laserenergie (sichtbar oder unsichtbar, wie IR) absorbieren, die von dem optischen Strukturierungsuntersystem 130 in der Nähe der Oberfläche emittiert wird, um die beim Erhitzen des Dämpfungsfluids verschwendete Energie sowie laterale Hitzeausbreitung zu minimieren, um eine hohe räumliche Auflösungsfähigkeit aufrecht zu erhalten. Alternativ kann eine geeignete strahlungssensitive Komponente zu dem Dämpfungsfluid gegeben werden, um bei Absorption der einstrahlenden Laserenergie zu unterstützen. Obwohl das optische Strukturierungsuntersystem 130 oben als ein Laser-Emitter beschrieben wird, versteht es sich, dass eine Vielzahl verschiedener Systeme verwendet werden kann, die optische Energie auszubringen, um das Dämpfungsfluid zu strukturieren.
Die wirksame Mechanik bei dem Strukturierungsprozess, der von dem optischen Strukturierungsuntersystem 130 des beispielhaften Systems 100 ausgeführt wird, ist ausführlich in Bezug auf 5 der Anmeldung 714 beschrieben. In Kürze resultiert die Anwendung der optischen Strukturierungsenergie von dem optischen Strukturierungsuntersystem 130 in der selektiven Entfernung von Teilen der Schicht des Dämpfungsfluids.
Anschließend an das Strukturieren der Dämpfungsfluidschicht durch das optische Strukturierungsuntersystem 130 wird die strukturierte Schicht über der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110 an ein Farbwalzenuntersystem 140 präsentiert. Das Farbwalzenuntersystem 140 wird dazu verwendet, um eine gleichmäßige Schicht Tinte über die Schicht des Dämpfungsfluids und die wiederverwendbare bildgebende Oberflächenschicht des Bildgebungselements 110 aufzutragen. Das Farbwalzenuntersystem 140 kann eine Aniloxwalze verwenden, um eine lithographische Offset-Tinte auf ein oder mehrere tintenbildenden Walzen zu dosieren, die in Kontakt mit der wiederverwendbaren bildgebenden Oberflächenschicht des Bildgebungselements 110 stehen. Das Farbwalzenuntersystem 140 kann für sich andere herkömmliche Elemente umfassen, wie eine Reihe von Dosierwalzen, um eine präzise Speiserate von Tinte auf die wiederverwendbare bildgebende Oberfläche bereitzustellen. Das Farbwalzenuntersystem 140 kann die Tinte in die Taschen auftragen, die die bildhaften Teile der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche darstellen, während Tinte auf den unformatierten Teilen des Dämpfungsfluids nicht adhäriert.
Die Kohäsivität und Viskosität der Tinte, die auf der wiederverwendbaren bildgebenden Schicht des Bildgebungselements 110 verbleibt, kann mittels einer Anzahl von Mechanismen modifiziert werden. Ein solcher Mechanismus kann die Verwendung eines Rheologie-Regeluntersystems 150 umfassen (komplexes viskoelastisches Modul). Das Rheologie-Regelsystem 150 kann einen teilweisen vernetzten Kern der Tinte auf der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche bilden, um z.B. die Tintenkohäsionsfestigkeit relativ zu der wiederverwendbaren bildgebenden Oberflächenschicht erhöhen. Härtungsmechanismen können optische oder Fotohärtung, Heißhärtung, Trocknung oder verschiedene Formen chemischer Härtung umfassen. Kühlen kann verwendet werden, um die Rheologie zu modifizieren, sowohl über verschiedene physikalische Kühlmechanismen, als auch über chemisches Kühlen.
Die Tinte wird dann von der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110 auf ein Substrat des bildaufnehmenden Mediums 114 unter Verwendung eines Übertragungsuntersystems 160 übertragen. Die Übertragung erfolgt, wenn das Substrat 114 durch einen Walzenspalt 112 zwischen dem Bildgebungselement 110 und einer Andruckwalze 118 geführt wird, so dass die Tinte in den Leerstellen der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110 in Körperkontakt mit dem Substrat 114 gebracht wird. Da die Adhäsion der Tinte durch das Rheologie-Regelsystem 150 modifiziert wurde, verursacht die modifizierte Adhäsion der Tinte, dass diese an das Substrat 114 adhäriert und sich von der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110 trennt. Sorgfältige Regelung von Temperatur- und Druckbedingungen an dem Übertragungsspalt 112 können ermöglichen, dass die Übertragungseffizienz für die Tinte von der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110 auf das Substrat 114 95% überschreitet. Obwohl es möglich ist, dass etwas Dämpfungsfluid auch das Substrat 114 benetzt, wird das Volumen solchen Dämpfungsfluids minimal sein und schnell verdunsten oder von dem Substrat 114 absorbiert werden.
In bestimmten lithographischen Offsetsystemen ist zu erkennen, dass eine Offsetwalze, nicht in 1 dargestellt, zuerst die Tintenbildstruktur erhält und dann die Tintenbildstruktur auf ein Substrat gemäß eines bekannten indirekten Übertragungsverfahrens überträgt.
Anschließend an die Übertragung des größten Anteils der Tinte auf das Substrat 114 muss jegliche verbleibende Tinte und/oder verbleibendes Dämpfungsfluid von der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110 entfernt werden, vorzugsweise ohne Schaben oder Verschleißen der Oberfläche. Es kann eine Luftrakel eingesetzt werden, um verbleibendes Dämpfungsfluid zu entfernen. Es wird jedoch angedacht, dass eine gewisse Menge an Tintenrückstand verbleibt. Die Entfernung solchen verbleibenden Tintenrückstands kann durch Verwendung einer Form von Reinigungsuntersystem 170 erzielt werden. Die Anmeldung 714 beschreibt Einzelheiten eines solchen Reinigungsuntersystems 170 einschließlich mindestens eines ersten Reinigungselements, wie eines klebrigen oder haftenden Elements in Körperkontakt mit der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110, wobei das klebrige oder haftende Element Tintenrückstände und jegliche verbliebenen geringen Mengen von Tensidverbindungen von dem Dämpfungsfluid der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110 entfernt. Das klebrige oder haftende Element kann dann in Kontakt mit einer weichen Walze gebracht werden, auf die Tintenrückstände von dem klebrigen oder haftenden Element übertragen werden können, wobei die Tinte anschließend von der weichen Walze z.B. durch ein Abstreifmesser abgestreift wird.
Die Anmeldung 714 führt weitere Mechanismen aus, durch die das Reinigen der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110 erleichtert werden kann. Unabhängig von dem Reinigungsmechanismus ist das Reinigen von Tintenrückständen und Dämpfungsfluid von der wiederverwendbaren bildgebenden Oberfläche des Bildgebungselements 110 essentiell, um Ghosting in dem vorgeschlagenen System zu verhindern. Wenn sie gereinigt ist, wird die wiederverwendbare bildgebende Oberfläche des Bildgebungselements 110 erneut dem Dämpfungsfluidsystem 120 präsentiert, durch das eine frische Schicht Dämpfungsfluid auf die wiederverwendbare bildgebende Oberfläche des Bildgebungselements 110 aufgetragen wird und der Prozess wiederholt wird.
Die wiederverwendbare Bildgebungselement-Oberfläche kann ein polymeres Elastomer, wie Silikonkautschuk und/oder Fluorsilikonkautschuk, Polydimethylsiloxan (PDMS) u.a. umfassen. Die wiederverwendbare Bildgebungsoberfläche kann aus einer relativ dünnen Schicht über einer Montageschicht gebildet werden, wobei die Dicke der relativ dünnen Schicht so gewählt wird, dass sie für Druck- oder Zeichnungsleistung, Haltbarkeit und Fertigbarkeit gleichermaßen geeignet ist.
Der Begriff "Silikon" ist in dem Fachgebiet gut bekannt und betrifft Polyorganosiloxane mit einem Rückgrat, das aus Silikon und Sauerstoffatomen gebildet wird, und Seitenketten mit Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen enthält. Zum Zweck dieser Anmeldung ist der Begriff "Silikon" auch als ausschließend für Siloxane zu verstehen, die Fluoratome enthalten, während der Begriff "Fluorsilikon" verwendet wird, um die Klasse von Siloxanen abzudecken, die Fluoratome enthalten. Andere Atome können in dem Silikonkautschuk vorhanden sein, z.B. Stickstoffatome in Amingruppen, die verwendet werden, um Siloxanketten beim Vernetzen zu verbinden. Die Seitenketten des Polyorganosiloxans können auch Alkyl oder Aryl sein.
Der Begriff "Alkyl", wie hier verwendet, betrifft eine Gruppe, die vollständig aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen besteht und vollständig gesättigt ist. Die Alkylgruppe kann eine lineare, verzweigte oder zyklische Kette umfassen. Alkylradikale besitzen z.B. die allgemeine Formel -C_nH_2n+1.
Der Begriff "Aryl" betrifft eine aromatische Gruppe, die vollständig aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen besteht. Wenn Aryl im Zusammenhang mit einem numerischen Bereich von Kohlenstoffatomen beschrieben wird, ist dies nicht als substituierte aromatische Radikale umfassend zu interpretieren.
Bildgebungselement-Oberflächen und tintenbasierte Digitaldrucksysteme gemäß den Ausführungsformen umfassen ein hydrophiles Bildgebungselement-Oberflächenmaterial, das die Verwendung von Wasser oder wässrigen Feuchtmitteln, z.B. bei dem Digital-Offsetdruckprozess, ermöglicht. Insbesondere umfasst ein tintenbasiertes Digitaldrucksystem gemäß einer Ausführungsform eine hydrophile Bildgebungsoberfläche. Es kann jede geeignete Zusammensetzung verwendet werden, um die Bildgebungselement-Oberfläche gemäß den Ausführungsformen zu bilden. Polymere mit hydrophilem Charakter können synthetische Kautschuke, wie Polyetherester-Elastomer, Polyurethane, Polyurethanpolyether und Copolymer-Mischungen umfassen. Sauerstoff-Plasmaoxidation von PDMS oder Poly(vinylmethyl)siloxan (PVMS) kann angewendet werden, um eine hydrophile Oberfläche zu erhalten. Vernetzbare Silikon-Oberflächen, wie PVMS, können mit reaktiven Komponenten umgesetzt werden, die eine Reihe von hydrophilen Funktionen, einschließlich Amine, Hydroxide, Ether, Ionen, Säuren oder Salz, umfassen, um die Oberfläche hydrophil zu gestalten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird oxidiertes PDMS verwendet, um eine Bildgebungselement-Oberfläche zu bilden, die hydrophil ist.
Verfahren gemäß den Ausführungsformen können das Bilden eines Bildgebungselement-Oberflächenmaterials durch Produzieren hydrophiler Gruppen auf den Oberflächenteilen organischer Polymere umfassen, die ein Bildgebungselement-Oberflächenmaterial, wie eine Oberfläche einer Bildgebungsplatte, wie in 1 gezeigt, bilden. Oxidation von PDMS produziert z.B. hydrophiles Silikondioxid und Silanolgruppen auf den Oberflächenteilen des Polymers.
Ein hydrophiles Bildgebungselement- oder Plattenmaterial ermöglicht die Verwendung von Wasser, Ethylenglykol oder anderen wässrigen Lösungen als Dämpfungsfluid oder Feuchtmittel. Wasser und Ethylenglykol sind z.B. preiswerte, leicht verfügbare und umweltverträgliche Optionen für ein Dämpfungsfluid. Wässrige Dämpfungsfluide, die für den Offsetdruck geeignet sind, sind kommerziell verfügbar und speziell für die Verwendung mit Offset-Tinten konzipiert. Wasser besitzt eine Verdampfungswärme (z.B. 40,65 kJ/mol), die vergleichbar mit denen geeigneter nicht-wässriger Dämpfungsfluide ist, wie z.B. Octamethylcyclotetrasiloxan (44 kJ/mol). Gemäß den Ausführungsformen kann z.B. durch Plasmaoxidation ein hydrophobes Bildgebungselement-Oberflächenmaterial in ein hydrophiles Oberflächenmaterial umgewandelt werden.
Beispielsweise ist PDMS oder Dimethicone ein mineral-organisches Polymer (eine Struktur mit Kohlenstoff, Silikon und Sauerstoff) der Siloxanfamilie, und die Komponenten zur Bildung von vernetztem PDMS sind leicht verfügbar. Die chemische Formel für PDMS ist CH₃[Si(CH₃)₂O]_nSi(CH₃)₃, wobei n für die Anzahl sich wiederholender [SiO(CH₃)₂]-Monomereinheiten steht. PDMS besitzt folgende Strukturformel:
Nach Vernetzung wird PDMS ein hydrophobes Elastomer. Wenn polare Lösungsmittel, wie Wasser, verwendet werden, um eine Oberfläche zu benetzen, die aus vernetztem PDMS gebildet ist, neigt das Lösungsmittel dazu, Perlen zu bilden und sich nicht auszubreiten, so dass Wasser als Dämpfungsfluid zum Blockieren der Tinte wirkungslos ist. Plasma kann verwendet werden, um PDMS zu oxidieren und damit die Oberflächenchemie von PDMS zu ändern, um Silanol-Enden und/oder Silikondioxid-Enden zu produzieren, die bewirken, dass die Oberfläche hydrophil wird. Plasmaoxidation macht also die PDMS-Oberfläche und Materialoberflächen, die aus PDMS gebildet sind, zugänglich für das Benetzen mit hydrophilen Lösungen oder Lösungsmitteln. Für die Plasmaoxidation werden typischerweise Atmosphärenluft-Plasma und Argon-Plasma verwendet. In den Ausführungsformen kann plasmaoxidiertes, vernetztes PDMS freie Gruppen oder Oberflächengruppen aufweisen, die, ohne hierauf beschränkt zu sein, Silikondioxid, Silanol-Gruppen, Carboxylsäuren und/oder Hydroxylgruppen umfassen.
BEISPIELE
Vernetztes PDMS wurde unter Verwendung eines kommerziell verfügbaren (Dow Corning Corporation) Zweikomponentensystems hergestellt; die beiden Komponenten, die Base und das Härtungsmittel, wurden in einem 10:1-Verhältnis gemischt. Oxidation der PDMS-Oberfläche wurde unter Verwendung eines Harrick Plasma-Reinigers/Sterilisators (Modell PDC-32G) erzielt.
Kontaktwinkel(KA)-Messungen verifizierten den Wechsel von einer hydrophilen zu einer hydrophoben Oberfläche nach Plasmaoxidation des PDMS für 10 Sekunden. Ein Kontaktwinkel ist der Winkel, unter dem eine Flüssigkeitsberührungsfläche auf eine feste Berührungsfläche trifft. Der Kontaktwinkel ist ein Kriterium der Oberflächenhydrophobizität und kann verwendet werden, um die Benetzbarkeit einer Oberfläche zu bestimmen. Kontaktwinkelmessungen sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 – KA-Messungen

Wasser KA Literatur Wasser KA

Unbehandeltes PDMS ~109,4° ± 0.4° 110,2° ± 2,3°¹

Plasmabehandeltes PDMS <30° 30,1° ± 1,9°¹

¹ Anal. Chem., 2006, 78, 21, 7446
Plasmaoxidation von Fluorelastomer und Fluorsilikon produzierte ebenfalls hydrophile Oberflächen, die mit Wasser und Ethylenglykol benetzt wurden.
Tintenbasierte Digitaldrucksysteme wurden unter Verwendung von Handwalzen-Drucktests charakterisiert. Der Test bestand aus dem Aufbringen eines Streifens von Dämpfungsfluid auf eine Bildgebungsplatte unter Verwendung eines Stabs mit Baumwollspitze, Färben einer Handwalze mit Tinte und Ausrollen der Tinte auf die Bildgebungsplatte. Die Tinte wurde dann mit einer zweiten, sauberen Walze von der Platte auf Papier übertragen, um Druck auf die Rückseite des mit der Platte in Kontakt stehenden Papiers auszuüben. Die Tests wurden zum Testen der Fähigkeit des Plattenmaterials eingebunden, mit hydrophilen Dämpfungsfluiden benetzt zu werden und nicht-bildhafte Bereiche zu erhalten, wo das Dämpfungsfluid aufgetragen wurde. Fortlaufende Übertragungen nach der anfänglichen Übertragung wurden eingebunden, um die Übertragungseffizienz zu charakterisieren, mit der die Tinte von der Platte auf das Papier übertragen wurde.
Die Ergebnisse des Handwalzen-Drucktests wurden unter Verwendung einer UV-härtenden Polyesteracrylat-Tinte einer Zusammensetzung produziert, die auch für den Offsetdruck verwendet werden würde und dem Fachmann bekannt ist. Getestete Plattenmaterialien umfassen a) nicht oxidiertes PDMS-Silikon und b) oxidiertes PDMS-Silikon. Getestete Dämpfungsfluide umfassen (a) Wasser, (b) Ethylenglykol (EG) und (c) Octamethylcyclotetrasiloxan. Die Ergebnisse zeigten, dass Octamethylcyclotetrasiloxan-Funktionen nicht-bildhafte Bereiche des UV-härtenden Tintenbetts auf der nicht oxidierten (hydrophoben) Silikonplatte erzielen. Ein Nachteil bei der Verwendung von Octamethylcyclotetrasiloxan auf Silikon ist die Wechselwirkung mit dem Platten-Dämpfungsfluid, die in einer Dimensionsänderung des Plattenmaterials resultiert. Wenn Wasser als Dämpfungsfluid verwendet wird, benetzt es die Oberfläche des nicht oxidierten Silikons nicht und kann daher nicht für die Bildgebung in Gegenwart einer UV-härtenden Tinte wirken. Weiter benetzte Ethylenglykol die Oberfläche der nicht oxidierten Silikonplatte nicht und wirkte nicht für die Bildgebung in Gegenwart einer UV-härtenden Tinte. Wenn die Silikonplatte mittels Plasmabehandlung oxidiert wurde, benetzen Octamethylcyclotetrasiloxan, Wasser und Ethylenglykol die Oberfläche, und die Bildgebung kann unter Auftragen der UV-härtenden Tinte effektiv ausgeführt werden. Mischungen von Ethylenglykol und Wasser (50:50, Sp ~110 °C; 90:10, Sp ~145 °C) benetzten ebenfalls wirksam plasmaoxidiertes Silikon; die 90:10-Mischung blockierte die Tinte sehr wirksam.
Die Ergebnisse eines Handwalzen-Drucktests wurden unter Verwendung einer UV-härtenden Polyesteracrylat-Tinte mit oxidierten Silikonplatten und Dämpfungsfluiden produziert, die a) Wasser, b) Ethylenglykol und c) eine wässrige 2%-ige SILSURF-Lösung, bezogen von Siltech Corporation, umfassten. Jede der drei Dämpfungsfluide, Wasser, Ethylenglykol und wässrige 2%-ige SILSURF-Lösung, benetzt die oxidierte Silikonplatte. Die wässrige 2%-ige SILSURF-Lösung und Ethylenglykol wurden als besonders wirksam bei der Bildgebung mit UV-härtender Tinte gefunden; es trat kein Hintergrund in nicht-bildhaften Bereichen auf.
Ergebnisse des Handwalzen-Drucktests unter Verwendung von UV-härtender Polyesteracrylat-Tinte auf Fluorsilikon wurde unter Verwendung der folgenden Plattenmaterialien produziert: a) Wasser und b) oxidiertes Fluorsilikon mit wässriger 2%-iger SILSURF-Lösung. Es wurde gefunden, dass Wasser eine nicht oxidierte Fluorsilikon-Oberfläche nicht benetzt und die aufgetragene Tintenschicht nicht abbildet. Es wurde gefunden, dass Wasser oxidiertes Fluorsilikon benetzt und Tinte teilweise abbildet. Es wurde gefunden, dass die wässrige 2%-ige SILSURF-Lösung oxidiertes Fluorsilikon benetzt und unter Anwendung der aufgetragenen Tintenschicht ein Bild erzielt.
Bildgebungselement-Oberflächenmaterialien und Verfahren zur Produktion solcher Materialien gemäß den Ausführungsformen sind geeignet, Digital-Offsetdruckplatten zu bilden, die z.B. die Verwendung von polaren oder hydrophilen Dämpfungsfluiden ermöglichen. Es wurde gefunden, dass hydrophiles Bildgebungselement-Oberflächenmaterial ausreichende Benetzung der Bildgebungselement-Oberfläche oder -Platte mit Tinte und polaren Feuchtmitteln erleichtert.
Bildgebungselement-Oberflächen gemäß der Ausführungsformen umfassen ein hydrophiles Plattenmaterial, das aus preiswertem, kommerziell verfügbarem und robustem Material gebildet werden kann. Solche Platten können mit polaren Feuchtmitteln verwendet werden, die preiswert und umweltfreundlich sind, wie Wasser, Glykole, wie Ethylenglykol, Alkohole oder wässrige Tensidlösungen.
Verfahren zum Bilden eines Bildgebungselements mit einer hydrophilen Oberfläche umfassen das Umwandeln einer hydrophoben Bildgebungselement-Oberfläche in eine hydrophile Bildgebungselement-Oberfläche. 2 zeigt z.B. ein Verfahren zur Bildung eines hydrophilen Bildgebungselements, das das Bereitstellen bei S2001 eines hydrophoben Bildgebungselement-Oberflächenpolymermaterials umfasst, das zum Benetzen, zur Laser-Exposition und Färbung geeignet ist. Das Material kann z.B. Silikon sein, das gebildet wird, um eine Bildgebungselement-Oberfläche darzustellen. Alternativ kann das Material z.B. ein Alkyl- oder Aryl-Polymer, Fluorsilikon oder Fluorelastomer sein.
Verfahren können das Umwandeln des hydrophoben Polymermaterials in ein hydrophiles Plattenmaterial umfassen, das für die Verwendung eines wässrigen Dämpfungsfluids bei S2005 geeignet ist. Verfahren können z.B. das Behandeln des bei S2001 bereitgestellten Materials durch Plasmaoxidation umfassen, um hydrophile Endgruppen auf der Oberfläche des Polymermaterials zu bilden. In den Verfahren können die Umwandlungen durch kovalentes Binden eines polaren oder geladenen Moleküls auf die Oberfläche des Polymers permanent erfolgen.
Es versteht sich, dass die oben offenbarten und weitere Funktionen oder Alternativen davon nach Bedarf zu zahlreichen anderen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Der Fachmann kann anschließend auch verschiedene gegenwärtig unvorhergesehene oder nicht angedachte Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen daran vornehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Anal. Chem., 2006, 78, 21, 7446 [0041]

Claims

Bildgebungselement für tintenbasierten Digitaldruck, das Folgendes umfasst: eine Bildgebungselement-Oberfläche, die eine hydrophile Bildgebungsoberfläche umfasst.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die Bildgebungselement-Oberfläche weiter ein vernetztes Silikonpolymer mit hydrophilen Gruppen an der Oberfläche des Polymers umfasst, das die Oberfläche des vernetzten Silikons hydrophil macht.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die Bildgebungselement-Oberfläche weiter plasmaoxidiertes, vernetztes PDMS umfasst.
Bildgebungselement nach Anspruch 2, wobei die Bildgebungselement-Oberfläche weiter vernetztes PDMS mit kovalent gebundenen polaren oder geladenen Molekülen umfasst.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die Bildgebungselement-Oberfläche weiter Fluorsilikon umfasst.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die Bildgebungselement-Oberfläche weiter ein Fluorelastomer-Copolymer umfasst, wobei zwei oder mehr Monomere des Fluorelastomer-Copolymers aus der Gruppe ausgewählt sind, die Hexafluorpropylen (HFP), Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VDF), Perfluormethylvinylether (PMVE) und Ethylen (ET) umfasst, wobei ein Fluorgehalt des Fluorelastomer-Copolymers in einem Bereich von ca. 60 Gew.-% bis ca. 70 Gew.-% liegt.
Tintenbasiertes Digitaldrucksystem, das Folgendes umfasst: ein Bildgebungselement, wobei das Bildgebungselement eine hydrophile Bildgebungselement-Oberfläche besitzt; ein Dämpfungsfluid-Dosiersystem zum Auftragen einer Schicht Dämpfungsfluid auf die Bildgebungselement-Oberfläche; ein Laser-Bildgebungssystem zur Dämpfungsfluid-Strukturierung; und ein Farbwerk zum Auftragen von Tinte auf die Bildgebungselement-Oberfläche mit darauf aufgetragenem, strukturiertem Dämpfungsfluid.
System nach Anspruch 6, wobei das Bildgebungselement-Oberflächenmaterial weiter plasmaoxidiertes, vernetztes PDMS umfasst, das exponiertes Gruppen besitzt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Silikondioxid, Silanolgruppen, Carboxylsäuren und/oder Hydroxylgruppen umfasst.
System nach Anspruch 6, wobei das Bildgebungselement-Oberflächenmaterial weiter chemisch modifiziertes hydrophiles Fluorsilikon umfasst.
System nach Anspruch 6, wobei das Bildgebungselement-Oberflächenmaterial weiter chemisch modifiziertes hydrophiles Fluorelastomer umfasst.