DE19516883A1 - Tiefdruckform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tiefdruckform mit erhöhter Abriebbeständigkeit, vorzugsweise auf der Basis einer Polymertiefdruckform sowie ein Verfah­ ren zur Herstellung dieser Tiefdruckform und ihre Verwendung insbeson­ dere zum Verdrucken von Druckfarben, welche ein oder mehrere abrasive anorganische Pigmente und/oder Pigmente mit einer mittleren Partikel­ größe von mehr als 2 µm enthalten.

Tiefdruckformen weisen an ihrer Oberfläche Vertiefungen auf, die mit Druckfarbe gefüllt werden, welche dann anschließend auf das zu be­ druckende Substrat übertragen wird.

Als Tiefdruckformen können z. B. Stahl- oder Kupferstiche verwendet werden, deren Herstellung jedoch aufwendig und teuer ist. Üblicherweise werden Druckformen hergestellt einerseits durch galvanische Beschich­ tung mit Chrom, Nickel und/oder Chromnitrid und andererseits durch die vollständige Beschichtung des Trägermaterials. Diese Verfahren sind aber sehr aufwendig und kostenintensiv.

Demgegenüber sind Polymertiefdruckformen wie z. B. Photopolymertief­ druckformen billiger und können daher auch bei kleineren Auflagen wirt­ schaftlich verwendet werden. Nachteilig ist jedoch, daß Polymertiefdruck­ formen eine nicht allen Anforderungen gerecht werdende Oberflächen­ härte aufweisen. So werden Polymertiefdruckformen insbesondere bei Verwendung von Druckfarben, welche abrasive anorganische Pigmente und/oder Pigmente mit relativ großer Partikelgröße enthalten, rasch unbrauchbar. Daneben sind die Polymertiefdruckformen häufig nicht ausreichend chemikalienbeständig und werden z. B. durch die in Druck­ farben verwendeten Lösungsmittel angegriffen.

Eine Erhöhung der Oberflächenhärte durch direkte elektrolytische Ab­ scheidung einer Metallschicht ist nicht möglich, da die Polymertiefdruck­ formen üblicherweise eine unzureichende Leitfähigkeit aufweisen.

In DE 22 39 018 wird vorgeschlagen Druckplatten, welche mit einer strahlungsempfindlichen Beschichtung versehen sind, durch Aufdampfen einer Metallschicht zu härten und abriebfester zu machen. Es wurde jedoch festgestellt, daß die durch das Aufdampfen erhaltenen Metall­ schichten relativ weich sind und Polymertiefdruckplatten nicht die erforderliche Oberflächenhärte vermitteln können.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand in der Bereitstellung von Tiefdruckformen, die leicht herzustellen sind und gleichzeitig eine hohe Abriebbeständigkeit aufweisen.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die erfindungsgemäßen Tiefdruckformen leicht hergestellt werden können und keine der oben an­ gegebenen Nachteile aufweisen.

Gegenstand der Erfindung sind Tiefdruckformen, auf welche zur Erhöhung der Abriebbeständigkeit eine dünne Schicht aus Metall, Metallnitrid, Metallcarbid, Metallsilizid, Metallborid und/oder Kombinationen dieser Materialien aufgesputtert ist. Vorzugsweise werden Tiefdruckformen auf der Basis von Polymertiefdruckformen verwendet. Weiterhin können gravierte PVC-Folien sowie gravierbare Beschichtungen aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffgemisch verwendet werden.

Gegenstand der Erfindung ist weiter ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Tiefdruckform sowie deren Verwendung zum Ver­ drucken von Druckfarben, welche ein oder mehrere abrasive anorganische Pigmente und/oder Pigmente mit einer mittleren Partikelgröße von mehr als 2 µm enthalten.

Die Aufbringung einer dünnen Schicht aus Metall, Metallnitrid, Metall­ carbid, Metallsilizid, Metallborid und/oder Kombinationen dieser Materialien durch Sputtern auf Tiefdruckformen ist in der Literatur nicht vorbe­ schrieben. In JP 05-042,781 wird lediglich eine Gravurdruckplatte ange­ geben, welche mit einer Tinte abstoßenden Schicht aus einem fluorierten Polymer, wie z. B. PTFE, überzogen ist, wobei u. a. vorgeschlagen wird, diese Schicht aufzusputtern.

Die erfindungsgemäßen Tiefdruckformen basieren auf Stahl-, Kupfer- oder Polymertiefdruckformen und insbesondere auf Photopolymertiefdruckfor­ men. Daneben können auch gravierte PVC-Folien, sowie gravierbare Kunststoffbeschichtungen verwendet werden, die anschließend gesputtert werden.

Die druckenden Elemente von Tiefdruckformen bestehen aus tiefer­ liegenden Näpfchen, welche durch höherliegende Stege getrennt sind. Von der mit flüssiger Druckfarbe überfluteten Tiefdruckform wird die überschüssige Farbe durch ein Stahllineal (Rakel) oder durch eine Wischvorrichtung abgenommen, so daß die Druckfarbe nur in den tiefer­ liegenden Näpfchen verbleibt. Das zu bedruckende Substrat, wie z. B. Papier, wird durch einen Druckzylinder (Presseur) an die Tiefdruckform gepreßt, wodurch die Druckfarbe aus den Näpfchen auf das zu bedruckende Substrat übertragen wird.

Zur Herstellung der Näpfchen wird z. B. der Precursor der Photopolymer­ druckform, welcher an der Oberfläche mit photopolymerisierbaren Mate­ rialien beschichtet ist, durch eine Photomaske so belichtet, daß die Stege aushärten, während die Näpfchen durch Herauslösen von unbelichtetem photopolymerisierbaren Material hergestellt werden. Die Tiefdruckformen können auch durch andere Verfahren, etwa durch mechanisches Gravie­ ren der Näpfchen, hergestellt werden.

Die Näpfchen weisen typischerweise eine Abmessung von 5-50 µm auf und können typischerweise in einem Näpfchen/Steg-Verhältnis von bis zu 7 : 1 hergestellt werden. Es sind allerdings auch Abweichungen von diesen Angaben, welche die Erfindung lediglich erläutern und nicht begrenzen sollen, möglich.

Der Ausdruck Tiefdruckform bezeichnet vorstehend und nachfolgend den Druckträger - Tiefdruckplatte und/oder Tiefdruckzylinder -, von dem die Druckfarbe direkt oder indirekt auf das zu bedruckende Substrat über­ tragen wird, während das zur Herstellung der Druckform verwendete Material als Precursor der Druckform bezeichnet wird.

Weiter muß zwischen der erfindungsgemäßen Tiefdruckform, welche mit einer aufgesputterten Beschichtung versehen ist, und der zu deren Herstellung verwendeten, unbeschichteten Tiefdruckform unterschieden werden.

Precursor von Polymertiefdruckformen und insbesondere von Photopoly­ mertiefdruckformen sind kommerziell erhältlich (z. B. Nylograv-Platten der Fa. BASF, Ludwigshafen). Daneben können auch andere Precursor von Polymertiefdruckformen verwendet werden, wobei mit photopolymerisier­ barem Material beschichtete Precursor von Druckformen bevorzugt sind.

Vor der Aufbringung der äußeren dünnen Schicht aus Metall, Metallnitrid, Metallcarbid, Metallsilizid, Metallborid und/oder Kombinationen dieser Ma­ terialien können die Tiefdruckformen gegebenenfalls mit weiteren Schich­ ten wie z. B. Farbmittelschichten, Ausgleichschichten zur Nivellierung der Näpfchentiefe überzogen werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Tiefdruckformen befindet sich zwischen der Ober­ fläche der Druckform und der aufgesputterten Beschichtung keine Zwi­ schenbeschichtung.

Die gegebenenfalls mit Zwischenbeschichtungen versehene Polymertief­ druckform wird anschließend z. B. in einem Ultraschallbad gereinigt, wobei zur Reinigung niedere Alkohole, wie z. B. Methanol oder Propanol, Aceton, niedere Halogenkohlenwasserstoffe, wie z. B. Frigen, oder andere geeig­ nete Lösungsmittel verwendet werden können. Die Polymertiefdruckform wird anschließend mit destilliertem Wasser abgespült, getrocknet und zum Aufsputtern der äußeren Schicht in eine Vakuumbeschichtungsanlage gebracht.

Es ist auch möglich, die Tiefdruckform - gegebenenfalls ohne besondere Vorreinigung oder zusätzlich zu der beschriebenen Ultraschallbehand­ lung - in der Vakuumbeschichtungsanlage durch Sputterätzen oder ähnliche Verfahren zu reinigen.

Zum Aufsputtern der Beschichtung wird ein negativ geschaltetes Target im Fein- oder Hochvakuum mit energiereichen Ionen (z. B. O⁺ oder Edelgas­ ionen) beschossen, wodurch es zur Zerstäubung der Targetoberfläche kommt. Die Energie der Projektpartikel beträgt typischerweise 0,1-20 keV. Der Druck in der Sputterkammer ist im allgemeinen kleiner als 1 × 10^-2 mbar und liegt typischerweise zwischen 1 × 10^-6 und 1 × 10^-2 mbar.

Die Verwendung von Ionen als Projektilpartikel ist bevorzugt. Als Ionen­ quelle bevorzugt ist ein Edelgasplasma, welches durch ein Gleich- oder Wechselstromfeld angeregt sein kann. Im ersteren Fall spricht man von DC-Sputtern, während der andere Fall als RF-Sputtern bezeichnet wird. Besonders bevorzugt können auch Ionenstrahlen verwendet werden.

Als Target verwendet man vorzugsweise ein Metalltarget, das aus einem oder mehreren Metallen bestehen kann. Besonders bevorzugt sind Target­ materialien, welche ein oder mehrere Metalle enthalten, die aus einer Gruppe von Metallen ausgewählt sind, welche Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Cu, Ni und Al umfaßt.

Die Projektilpartikel übertragen ihre Energie über eine Stoßkaskade auf die Targetoberfläche, wodurch es zur Emission von einzelnen Atomen, Ionen oder auch Cluster-Partikel kommt, welche auf der Oberfläche der Tiefdruckform abgelagert werden, wodurch es dort zum Aufwachsen einer dünnen Schicht des Targetmetalls kommt.

Die emittierten Metalltargetpartikel können in der Gasphase oder an der Oberfläche der Tiefdruckform z. B. mit N₂ oder gasförmigen Wasserstoff­ verbindungen von N, B, Si oder C, wie z. B. NH₃, B₂H₆, SiH₄ oder CH₄ oder gegebenenfalls auch anderen gasförmigen Verbindungen von N, B, Si oder C zu Metallnitriden, Metallcarbiden, Metallsiliziden, Metallboriden und/oder Kombinationen dieser Materialien reagieren, wodurch es zur Abscheidung dieser Metallverbindungen auf der Oberfläche der Tief­ druckform kommt.

Der Partialdruck der gasförmigen Reaktanden wird bei diesem als reaktives Sputtern bezeichneten Prozeß typischerweise kleiner als 1 × 10^-2 mbar gewählt und liegt insbesondere zwischen 1 × 10^-5 und 5 × 10^-3 mbar.

Die mechanischen Eigenschaften der aufgesputterten Schichten - im Fall von Nitrid-, Carbid-, Silizid- und Boridschichten - und deren Zusammen­ setzung kann im wesentlichen durch die Energie der Projektilpartikel und den Partialdruck der zugesetzten Gasverbindungen beeinflußt werden.

Der Fachmann kann das Verfahren z. B. für ein bestimmtes System aus Targetmetall und Gasverbindungen durch einfache Variation dieser Para­ meter leicht optimieren, ohne erfinderisch tätig zu werden, indem er die Oberflächenhärte der beschichteten Tiefdruckform nach der Entnahme aus der Sputtervorrichtung z. B. durch einen einfachen Ritzversuch ab­ schätzt. In den meisten Fällen konnte nach diesem Verfahren bereits nach wenigen Versuchen eine Parameterkombination ermittelt werden, die zu Schichten mit zufriedenstellenden Eigenschaften führte.

Falls Metallschichten aufgesputtert werden, ist die Optimierung des Ver­ fahrens in der Regel noch leichter, da nur ein Parameter optimiert werden muß.

Die Nitrid-, Carbid-, Silizid- und Boridschichten weisen im allgemeinen eine nicht-stöchiometrische Zusammensetzung auf, die z. B. im Falle von Titancarbid als TiC_x, x 1 notiert werden kann.

Besonders bevorzugt sind Nitride, Carbide, Silizide und Boride, deren Zu­ sammensetzung von den nachstehend aufgeführten bevorzugten stöchio­ metrischen Zusammensetzungen um nicht mehr als 25% und insbeson­ dere um höchstens 10% abweicht.

Bei den bevorzugten stöchiometrischen Zusammensetzungen handelt es sich um:
TiC, ZrC, VC, NbC, TaC, Ta₂C, Cr₂₃C₆, Cr₇C₃, MoC, WC, BC, SiC, TiN, ZrN, VN, NbN, Nb₂N, TaN, Ta₂N, CrB, AlN, BN, Si₃N₄, SiB₆, TiB₂, Ti₂B, ZrB₂, ZrB, ZrB₁₂, VB₂, NbB₂, Ta₂B, Ta₃B₂, TaB₂, Cr₅B₃, CrB₂, Mo₂B, Mo₃B₂, MoB₂, Mo₂B₅, W₂B, WB, W₂B₅, Ti₅Si₃, Zr₂Si, V₃Si, VSi₂, NbSi₂, Nb₄Si, Ta₂Si, Cr₃Si, Cr₅Si, CrSi, CrSi₂, Mo₃Si, Mo₅Si₃, MoSi₂, W₅Si₃ und WSi₂.

Aufgesputterte Schichten, welche auf Carbiden, Nitriden, Siliziden und/ oder Boriden basieren oder aus diesen bestehen, weisen eine hohe bis sehr hohe Oberflächenhärte und eine hohe Chemikalienbeständigkeit auf und erfindungsgemäße Tiefdruckplatten mit derartigen Schichten sind besonders bevorzugt. Die aufgesputterten Schichten bestehen bevorzugt aus nicht mehr als zwei und insbesondere aus nur einem Carbid, Nitrid, Silizid oder Borid.

Aufgesputterte Schichten, welche auf einem oder mehreren Metallen basieren oder aus diesen bestehen, weisen eine ausreichende bis hohe Oberflächenhärte sowie eine hohe Chemikalienbeständigkeit auf. Beson­ ders bevorzugt sind aufgesputterte Metallschichten, welche auf einem oder mehreren Metallen basieren, die aus einer Gruppen von Metallen ausgewählt sind, welche Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Cu, Ni, Mo, W und Al umfaßt. Die aufgesputterten Schichten bestehen bevorzugt aus bis zu 3 und insbesondere nicht mehr als 2 verschiedenen Metallen. Bei der Verwendung von Tiefdruckformen aus Stahl oder Kupfer werden als wirksame Schichten vorzugsweise Kupfer, Nickel, Chrom oder Chromnitrid aufgesputtert.

Die aufgesputterte Schicht weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,5 und 10 µm, insbesondere zwischen 0,5 und 5 µm und ganz besonders zwischen 1 und 3 µm auf.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die aufgesputterte Schicht sehr gleichmäßig auf der Tiefdruckform aufwächst, und daß es nicht etwa zu einem deutlich stärkeren Schichtwachstum im Bereich der Näpfchen kommt. Die Funktionsweise der Tiefdruckform wird durch die aufgesputter­ ten Schichten nicht beeinträchtigt. Weiter wurde gefunden, daß bei der Aufsputterung sowohl von Metallen als auch beim reaktiven Sputtern besonders gleichmäßige Schichten erhalten werden, wenn das Target­ metall mit Hilfe von Ionenstrahlen zerstäubt wird. Dies ist besonders über­ raschend im Hinblick auf die durch reaktives Sputtern erzeugten Beschich­ tungen, welche besonders bevorzugt sind, da dieses Verfahren z. B. bei der Beschichtung kompliziert geformter Teile oder von Bohrungen häufig zu unbefriedigenden Ergebnissen führt und daher bei derartigen Substra­ ten nur selten verwendet wird.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können zur Durchführung des Sput­ tervorgangs herkömmliche Vakuumbeschichtungsanlagen, wie z. B. Z600 der Fa. Leybold, Hanau oder auch andere Vakuumbeschichtungsanlagen, verwendet werden.

Die durch die Beschichtung erhaltenen erfindungsgemäßen Tiefdruck­ formen weisen neben der guten Chemikalienbeständigkeit eine hohe mechanische Beständigkeit gegenüber Rakelstrich und Presseurdruck auch bei Verwendung von Druckfarben, welche ein oder mehrere abrasive anorganische Pigmente und/oder Pigmente mit einer mittleren Partikel­ größe von mehr als 2 µm enthalten, sowie hohe Standzeiten auf.

Es wurde weiter gefunden, daß aufgedampfte Schichten demgegenüber eine wesentlich geringere Oberflächenhärte aufweisen und daß Tiefdruck­ formen, welche mit aufgedampften Schichten überzogen sind, den Anfor­ derungen hinsichtlich einer hohen mechanischen Stabilität und hoher Standzeiten in der Praxis nicht genügen. Beim Aufdampfverfahren wird das Targetmetall im Hochvakuum durch Erhitzen verdampft, und der Dampf schlägt sich auf dem zu überziehenden Substrat nieder. Die not­ wendige Erwärmung wird z. B. über eine elektrische Widerstandsheizung oder durch Elektronenbeschuß zugeführt.

Die deutlich besseren Eigenschaften von Tiefdruckplatten mit aufgesput­ terter Beschichtung im Vergleich zu solchen mit aufgedampfter Beschich­ tung sind vermutlich darauf zurückzuführen, daß die durch Sputtern frei­ gesetzten Partikel im Vergleich zu thermisch verdampften Partikeln eine höhere Energie aufweisen und damit dichter gepackte Schichten bilden wobei die vorliegende Erfindung ausdrücklich nicht auf diesen Erklärungs­ ansatz beschränkt ist.

Die erfindungsgemäßen Tiefdruckformen können nach dem Aufsputtern direkt zum Drucken verwendet werden und bedürfen keiner besonderen Nachbehandlung.

Die erfindungsgemäßen Tiefdruckformen sind besonders geeignet zum Verdrucken von Druckfarben, welche ein oder mehrere abrasive anorga­ nische Pigmente enthalten. Weiterhin können mit den erfindungsgemäßen Tiefdruckformen vorzugsweise auch Druckfarben verdruckt werden, die ein oder mehrere Pigmente mit einem großen mittleren Partikeldurchmesser von mehr als 2 µm enthalten.

Als Beispiele für abrasive anorganische Pigmente und/oder Pigmente mit großem mittleren Partikeldurchmesser seien Titanweiß, abrasive anorga­ nische Buntpigmente, mineralische Effektpigmente wie z. B. Perlglanzpig­ mente und Metallpigmente genannt. Derartige Pigmente sowie Verfahren zu ihrer Herstellung sind z. B. in Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A20, pp. 243-369 beschrieben.

Daneben können die erfindungsgemäßen Tiefdruckplatten auch zum Ver­ drucken anderer Druckfarben verwendet werden.

Den erfindungsgemäßen Tiefdruckformen können im Rotationstiefdruck im Bogentiefdruck sowie in weiteren Druckverfahren eingesetzt werden, wodurch ihnen eine erhebliche wirtschaftliche Bedeutung zukommt.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfin­ dung, ohne diese jedoch zu begrenzen.

Beispiel 1

Eine aus einer Nylograv-Platte (Nylograv WSA 52, Fa. BASF, Ludwigs­ hafen) hergestellte Tiefdruckform wird in einem mit Propanol gefüllten Ultraschallbad gereinigt, mit destilliertem Wasser gewaschen und im Luftstrom bei 80 °C getrocknet.

Die Tiefdruckform wird anschließend in eine Vakuumbeschichtungsanlage Z600 (Leybold, Hanau) gebracht und dort bei einem Gesamtdruck von 3 × 10^-3 mbar in Anwesenheit einer Ar/N₂-Gasmischung reaktiv unter Zer­ stäubung eines als Kathode geschalteten Metalltargets aus Chrom be­ schichtet.

Die aufgesputterte CrN_x-Schicht (x < 1) hat eine Dicke von 3 µm.

In Fig. 1 ist eine Ausschnitt der so erhaltenen, mit einer aufgesputterten CrN_x-Beschichtung versehenen, ungerakelten Polymertiefdruckplatte in einer lichtmikroskopischen Aufnahme (100fache Vergrößerung) gezeigt. Die durch Stege getrennten Näpfchen sind deutlich zu erkennen.

Fig. 2 zeigte denselben Ausschnitt dieser Polymertiefdruckplatte (100fache Vergrößerung) nach 2 Millionen Rakelungen. Die Stege sind durch den Rakelvorgang nicht beschädigt worden.

Die erhaltene Tiefdruckform weist neben der hohen mechanischen Beständigkeit und der hohen Standzeit auch eine hohe Chemikalien­ beständigkeit auf.

Beispiel 2

Analog Beispiel 1 wird eine Tiefdruckform hergestellt, wobei anstelle des Cr-Targets ein Ti-Target verwendet wird. Die übrigen Bedingungen sind wie in Beispiel 1 gewählt.

Die aufgesputterte TiN_x-Schicht (x < 1) hat eine Dicke von 3 µm.

Die erhaltene Tiefdruckform weist in praxisgerechten Abrasionsversuchen eine hohe mechanische Beständigkeit, eine hohe Standzeit und eine hohe Chemikalienbeständigkeit auf.

Claims (5)

1. Tiefdruckform, auf welche zur Erhöhung der Abriebbeständigkeit eine dünne Schicht aus Metall, Metallnitrid, Metallcarbid, Metallsilizid, Metallborid und/oder Kombinationen dieser Materialien aufgesputtert ist.

2. Tiefdruckform nach Anspruch 1, wobei die aufgesputterte Schicht eine Dicke zwischen 0,5 und 10 µm aufweist.

3. Tiefdruckform nach Anspruch 1 oder 2, wobei die aufgesputterte Schicht ein oder mehrere Metalle und/oder ein oder mehrere Metall­ carbide, -nitride, -silizide und/oder -boride, wobei die Metalle aus­ gewählt sind aus einer Gruppe, welche Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Cu, Ni und Al umfaßt, und/oder Nitride und/oder Carbide von B und/ oder Si enthält.

4. Verfahren zur Herstellung der Tiefdruckform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine durch Ultraschallbehandlung oder Sputterätzen gereinigte Tiefdruckform in einer Vakuum­ beschichtungsanlage bei einem Druck von weniger als 1 × 10^-2 mbar durch Zerstäubung oder reaktive Zerstäubung eines Metalltargets eine dünne Schicht aus Metall, Metallnitrid, Metallcarbid, Metallsilizid, Metallborid und/oder Kombinationen dieser Materialien aufgebracht wird.

5. Verwendung der Tiefdruckform nach einem der Ansprüche 1-3 zum Verdrucken von Druckfarben, welche ein oder mehrere abrasive an­ organische Pigmente und/oder Pigmente mit einer mittleren Partikel­ größe von mehr als 2 µm enthalten.