DE69017289T2

DE69017289T2 - Flüssigkeitsübertragungsartikel mit einem in der Dampfphase beschichteten Polymerschutzfilm.

Info

Publication number: DE69017289T2
Application number: DE69017289T
Authority: DE
Inventors: Russell Bruce Hatch
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2010-07-07
Also published as: ES2068949T3; ATE119104T1; JPH03150195A; AU628764B2; SG67285G; EP0406902A2; DE69017289D1; EP0406902A3; KR910003146A; JP2517453B2; CA2020565C; AU5872090A; US4960050A; CA2020565A1; FI903442A0; EP0406902B1; KR960003334B1; GR3015258T3

Description

Erfindungsfeld

Die Erfindung bezieht sieh auf einen Flüssigkeitsübertragungsartikel zur Verwendung beim Übertragen einer dosierten Menge an Flüssigkeit auf eine andere Oberfläche, versehen mit einem Substrat, das mit einem Überzug aus Keramik oder Metallkarbid beschichtet ist; in dessen Beschichtung ein Muster von Vertiefungen eingraviert ist, die zur Aufnahme der dosierten Flüssigkeitsmenge geeignet sind; und wobei die Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen mit einem Film aus aufgedampftem Polymer aufgefüllt sind.

Hintergrund der Erfindung

Ein Flüssigkeitsübertragungsartikel, beispielsweise eine Walze, wird in der Druckindustrie zur Übertragung einer bestimmten Menge Flüssigkeit wie Druckfarbe oder anderer Substanzen von dem Flüssigkeitsübertragungsartikel auf eine andere Oberfläche verwendet. Der Flüssigkeitsübertragungsartikel ist allgemein mit einer Oberfläche mit einem Muster aus Senkungen oder Vertiefungen versehen, die für die Aufnahme einer Flüssigkeit geeignet sind, wobei das Muster bei dem Kontakt mit dem Flüssigkeitsübertragungsartikel auf eine andere Oberfläche übertragen wird. Besteht die Flüssigkeit aus Druckfarbe, und wird diese auf den Artikel aufgebracht, werden die Vertiefungen mit der Druckfarbe gefüllt, während die verbleibende Oberfläche des Artikels abgewischt wird. Da die Druckfarbe nur im Muster enthalten ist, das durch die Vertiefungen bestimmt ist, wird genau dieses Muster auf eine andere Oberfläche übertragen.
In der kommerziellen Praxis wird ein Rakel oder Abstreichmesser zur Entfernung überschüssiger Flüssigkeit von der Oberfläche des Flüssigkeitsübertragungsartikels verwendet. Wenn die Oberfläche des beschichteten Artikels jedoch zu rauh ist, wird überschüssige Flüssigkeit wie beispielsweise Druckfarbe nicht von der Stegbereichsoberfläche des rauhen Artikels entfernt werden, was in der Übertragung von zu viel Druckfarbe auf der aufnehmenden Oberfläche und/oder an der falschen Stelle der Oberfläche resultiert. Daher sollte die Oberfläche des Flüssigkeitsübertragungsartikels fein bearbeitet werden und die Vertiefungen genau bestimmt sein, um die Flüssigkeit aufnehmen zu können.
Als Flüssigkeitsübertragungswalze wird üblicherweise eine gravierte Walze verwendet. Gravierte Walzen werden auch als Auftrag- oder Musterwalzen bezeichnet. Eine gravierte Walze wird durch Schneiden oder Eingravierungen verschiedener Größen von Vertiefungen in Abschnitten auf der Walzenoberfläche hergestellt. Diese Vertiefungen werden mit Flüssigkeit gefüllt und die Flüssigkeit wird sodann auf die aufnehmende Oberfläche übertragen. Durchmesser und Höhe der Vertiefungen können variiert werden, um die Flüssigkeitsübertragungsmenge zu regulieren. Die Anordnung der Vertiefungen bestimmt das auf die aufnehmende Oberfläche zu übertragende Flüssigkeitsmuster, während die die Vertiefungen festlegenden Stegbereiche keine Flüssigkeit enthalten und diese daher nicht übertragen können. Der Stegbereich befindet sich auf gleicher Höhe, so daß beim Aufbringen von Flüssigkeit auf die Oberfläche und der Auffüllung bzw. Flutung der Vertiefungen durch die Flüssigkeit überschüssige Flüssigkeit von dem Stegbereich durch Abwischen der Walzenoberfläche mit einem Abstreichmesser entfernt werden kann.
Die Höhe und Größe jeder Vertiefung bestimmt die Flüssigkeitsmenge, die auf die Oberfläche übertragen wird. Durch die Regulation der Vertiefungshöhe, -größe und der Vertiefungsanordnung auf der Oberfläche kann eine präzise Kontrolle der zu übertragenden Flüssigkeitsmenge und der Stelle der auf eine aufnehmende Oberfläche zu übertragenden Flüssigkeit erreicht werden. Dazu kann die Flüssigkeit in einem vorbestimmten Muster mit einem hohen Präzisionsgrad auf eine aufnehmende Oberfläche übertragen werden, wobei unterschiedliche Vertiefungshöhen und/oder -größen verschiedene Druckauflösungen gestatten.
Typischerweise besteht eine Gravurwalze aus einer Metallwalze mit einer Deckschicht aus Kupfer. Allgemein bestehen die Gravierungsverfahren zur Kupfergravierung entweder aus mechanischen Verfahren, indem z.B. Diamantnadeln zur Eindrückung des Vertiefungsmusters verwendet werden, oder aus photochemischen Verfahren, die die Vertiefungsmuster durch chemische Ätzung herstellen.
Nach der Fertigstellung der Gravierung wird die Kupferoberfläche normalerweise mit Chrom beschichtet. Dieser letzte Schritt ist notwendig, um die Verschleißfestigkeit der gravierten Kupferoberfläche der Walze zu erhöhen, denn ohne die Chrombeschichtung wird die Walze schnell abgenutzt und korrodiert durch die beim Druck verwendete Druckfarbe schneller. Aus diesem Grund hat eine Kupferwalze ohne Chrombeschichtung eine inakzeptabel kurze Lebensdauer.
Jedoch kann auch die Haltbarkeit einer Walze mit Chromüberzug durch die Verschleißwirkung der Flüssigkeiten und durch den vom Abstreichmesser verursachten Abrieb oftmals inakzeptabel kurz sein. In vielen Anwendungen wird der schnelle Walzenverschleiß daher durch den Einsatz überdimensionierter Walzen mit übergroßen Vertiefungen ausgeglichen.
Jedoch haben solche Walzen den Nachteil einer größeren Flüssigkeitsübertragung, wenn die Walzen neu sind. Zusätzlich nimmt die auf eine aufnehmende Oberfläche übertragene Flüssigkeitsmenge mit dem Walzenabrieb schnell ab und verursacht Probleme in der Qualitätskontrolle; dazu bewirkt der schnelle Abrieb chrombeschichteter Kupferwalzen beträchtliche Ausfallzeiten und ständige Wartungskosten.
Viele Jahre sind keramische Beschichtungen auf dadurch extrem lang haltbaren Anilox- Walzen verwendet worden. Anilox-Walzen sind Flüssigkeitsübertragungswalzen, die eine gleichmässige Flüssigkeitsmenge über die gesamte Arbeitsfläche der Walze übertragen. Die Gravierung keramisch beschichteter Walzen kann jedoch nicht mit den üblichen Verfahren zur Gravierung von Kupferwalzen geleistet werden. Daher müssen diese Walzen mit großer Energiestrahlung, beispielsweise mit Laser oder Elektronenstrahl, graviert werden. Die Lasergravierung resultiert in einer Vertiefungsanordnung mit einer neuen, umgeformten Oberfläche um jede Vertiefung herum, und über der ursprünglichen Walzenoberfläche, sodaß die umgeformte Oberfläche das Erscheinungsbild eines miniaturisierten Vulkankraters um jede Vertiefung herum hat. Dies wird durch die Verfestigung des geschmolzenen Materials verursacht, das, von einem Hochenergiestrahl getroffen, von der Oberfläche weggeschleudert wird. Daher sollte die umgeformte Oberfläche für die meisten Druckvorgänge entfernt werden.
Im Offsetdruck wird die Druckplatte nicht direkt auf das Papier gebracht, sondern das Abbild wird auf einen Offset-Gummituchzylinder mit einer flexographischen Oberfläche, beispielsweise aus Gummi, übertragen; und das Abbild wird dann vom Gummituchzylinder auf das Papier übertragen. Die Druckfarbe wird auf den Druckzylinder durch Farbübertragungs- oder Farbdosierwalzen aufgebracht, die aus einer einzigen Walze oder einer Gruppe von Walzen bestehen können. In der Lithographie befinden sich die das Bild enthaltenden und nicht enthaltenden Flächen auf dem gleichen Niveau auf der Druckplatte, jedoch ist die Bildfläche fettemptänglich und wasserabstoßend, während die das Bild nicht enthaltende Fläche fettabstoßend und wasserempfänglich ist. Das Druckfarbenlösungsmittel haftet daher nur auf den Bildflächen, von denen sie, üblicherweise im Offset-Verfahren, auf die zu bedruckende Oberfläche übertragen wird.
Im lithographischen Druckablauf wird unmittelbar vor der Berührung der Druckplattenwalze mit den Farbübertragungswalzen Feucht- oder Wischwasser auf die Druckplattenwalze aufgebracht. Dies wird im allgemeinen durch Walzen bewerkstelligt, die die Menge des aufgebrachten Wassers dosieren. Der auf der Druckplattenwalze erzeugte Feuchtigkeitsfilm bedeckt die das Bild nicht enthaltenden Flächen ununterbrochen und dient als Barriere, welche das Anhaften von Druckfarbe verhindert, während die Feuchtigkeit auf den fettigen Bildflächen unterbrochen ist und die Übertragung der Druckfarbe aufletztere nicht verhindert.
Für die in der Litographie verwendete Druckfarbe ist eine sorgfältige Auswahl ihrer Bestandteile wesentlich. Da die Druckfarbe während des Druckens in intensivem und ununterbrochenem Kontakt mit Wasser steht, darf sie keine Tendenz zum Auslaufen oder zur Bildung einer Emulsion von Druckfarbe in Wasser aufweisen. Die Bildung einer Emulsion von Wasser in Druckfarbe ist unvermeidlich, jedoch nicht beeinträchtigend, solange die Betriebskonsistenz der Druckfarbe unbeeinträchtigt bleibt. Während des normalen Druckvorgangs nimmt die Druckfarbe zwischen 5 % und 30 % Wasser als Emulsion von Wasser in Druckfarbe auf. Jedoch ist sehr wenig über die sich an der Oberfläche abspielenden chemischen Vorgänge dieser Wasser-Druckfarben-Kombination bekannt.
Die Oberfläche der Farbübertragungs- oder Dosierwalzen muß fettanziehend sein, um die fettige Druckfarbe in die eingravierten Vertiefungen ihrer Oberfläche aufnehmen zu können, und gleichzeitig wasserabweisend, um das auf der Druckwalze befindliche Wasser abzustoßen. Üblicherweise wird eine Farbübertragungswalze mit einer porenfreien Kupferoberfläche hergestellt, die sowohl fettanziehend wie wasserabweisend ist. In der Praxis und wie oben erwähnt sind Kupferoberflächen relativ weich und kaum verschleißfest, so daß die Oberfläche der gravierten Kupferwalze zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit üblicherweise mit einer Schicht aus porenfreiem Chrom beschichtet wird. Verschleiß tritt insbesondere dort auf, wo Abstreichmesser zur Dosierung der übertragenen Druckfarbenmenge eingesetzt werden. Die Verwendung eines Abstreichmessers produziert jedoch einen kontinuierlichen Abrieb der Übertragungswalzenoberfläche, weshalb in der Vergangenheit der Herstellung von Farbübertragungs- bzw. Farbdosierwalzen, die wesentlich verschleißbeständiger sind, viel Aufmerksamkeit gezollt wurde.
Zuerst wurden Versuche zur Beschichtung des Kupfers mit einer mikroporösen Keramikschicht unternommen. Mutmaßlich wurde angenommen, daß die Verwendung von mikroporösem Keramik die oleophilen und wasserabweisenden Eigenschaften der porenfreien Kupferoberfläche erhalten und zugleich die Verschleißfestigkeit verbessern würde. In der Praxis erwies sich dies jedoch nicht als funktionsfähig und eine zufriedenstellende, gleichmäßige Druckfarbenübertragung über die Druckflächen der Zeichenplatte wurde in der Praxis nicht erreicht.
Ein anderer Versuch zur Lösung des Verschleißproblems bestand in der Beschichtung der Basiswalze mit Keramik und der Gravierung der Keramikoberfläche. Diejenigen der Basiswalzen, die mit einem Chromoxidüberzug beschichtet und mit einem Vertiefungsmuster durch ein gepulstes Laserstrahlverfahren graviert wurden, lösten dieses Verschleißproblem.
Im Fall dieser keramikbeschichteten Walzen entstand jedoch ein anderes Problem, indem herausgefunden wurde, daß die Druckfarbenübertragung unregelmäßig wurde. Der Grund hierfür war, daß einige der Vertiefungen in dem auf der Keramikoberfläche eingravierten Vertiefungsmuster der Druckfarbe ihre fettanziehenden Eigenschaften in fettabweisende veränderten; daher die auf die Flächen der Übertragungswalze übertragene Druckfarbenmenge reduziert und an den betreffenden Stellen eine ungleichmäßige Aufbringung von Druckfarbe auf die Druckwalze verursacht wurde.
Zur Vermeidung dieses Effekts sind solche Walzen mit einem dünnen porenfreien Kupferüberzug beschichtet worden, welcher bekanntermaßen die zu einer Druckfarbenübertragung über lange Zeitintervalle hinweg geeigneten Eigenschaften besitzt, ohne daß diese nachteiligen Effekte auftreten.
Die Deutsche Patentanmeldung DE 3 713 027 A1 offenbart eine Flüssigkeitsübertragungswalze mit einer Vielzahl von Vertiefungen, in welcher die Vertiefungen einen feuchtigkeitsabstoßenden Überzug aus einem Werkstoff wie aufgedampftem Kupfer, Nickel, Silizium, Asphalt oder eines geeigneten Kunststoffs in Form von Teflon oder Mylar besitzen.
Inzwischen wurde herausgefunden, daß sehr dünne Überzüge aus bestimmten aufgedampften Polymeren beim Auftragen auf die Vertiefungsoberflächen einer keramikbeschichteten Flüssigkeitsübertragungswalze jede der durch die Lasergravierung verursachten Mikroporen auffüllen und die Veränderungen in der Vertiefungsoberflächencharakteristik von Fettanziehung zur Fettabweisung sowie von Wasserabweisung zur Wasseranziehung verhindern.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Flüssigkeitsübertragungsartikels mit einem eingravierten Vertiefungsmuster, wobei alle Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen mit einem aufgedampften Polymer gefüllt sind.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsübertragungsartikels mit einem Muster eingravierter Vertiefungen; mit einem aufgedampften Polymer, das alle Mikroporen in der Oberflächen der Vertiefungen auffüllt; und mit einer dünnen Polymerschicht, die fettanziehende und wasserabweisende Eigenschaften aufweist.
Die obigen und weiteren Aufgaben und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung deutlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsübertragungsartikel zur Verwendung beim Übertragen einer dosierten Menge einer Flüssigkeit auf eine andere Oberfläche, versehen mit einem Substrat, das mit einem Werkstoff beschichtet ist, der aus der aus keramischen Werkstoffen und Metallkarbiden bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und einem Muster aus Vertiefungen, die in die Beschichtung eingraviert sind, wobei jede der Vertiefungen eine Oberfläche hat, die zur Aufnahme einer dosierten Menge einer Flüssigkeit geeignet ist; wobei ferner alle Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen mit aufgedampftem Parylen gefüllt sind und wobei die Oberfläche der Vertiefungen mit einem 0,1 bis 3 um dicken aufgedampften Film aus Parylen versehen ist.
Das aufgedampfte Parylen stellt einen dünnen, die Oberfläche der Vetiefungen beschichtenden Film mit fettanziehenden und wasserabweisenden Eigenschaften bereit.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsübertragungsartikels zur Verwendung beim Übertragen einer dosierten Menge einer Flüssigkeit auf eine andere Oberfläche, bei dem:
(a) ein Flüssigkeitsübertragungsartikel mit mindestens einer Schicht aus einem Beschichtungswerkstoff überzogen wird, der aus der aus keramischen Werkstoffen und Metallkarbiden bestehenden Gruppe ausgewählt ist;
(b) die Oberfläche des beschichteten Werkstoffes des Flüssigkeitsübertragungsartikels graviert wird, um in der Oberfläche des beschichteten Werkstoffes ein Muster aus Vertiefungen zu erzeugen, die eine zur Aufnahme von Flüssigkeit geeignete Oberfläche haben; und
(c) auf die Oberfläche der Vertiefung Parylen aufgedampft wird, um alle Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen zu füllen und auf der Oberfläche der Vertiefungen einen 0,1 bis 3 um dicken Film aus dem Parylen abzulagern.
Parylen kommt die Fähigkeit zur Verfügungstellung eines ultradünnen Films zu, der sich verschiedensten geometrischen Formen von Substraten anpassen kann. Daher vermag Parylen nicht nur in extrem kleine Vertiefungen einzudringen, sondern kann auch alle Mikroporen wie Risse, Sprünge, Stichporen oder Spalten auffüllen, die im allgemeinen während des Vorgangs der Lasergravierung in der Oberfläche der Vertiefungen entstehen. Obschon die Vertiefungen bis zu 10 Mikrometer im Durchmesser klein und 2 Mikrometer hoch sein können, vermag Parylen alle Mikroporen aufzufüllen, die in der Oberfläche der Vertiefungen aufgrund des Vorgangs der Lasergravierung entstehen können. Aufgedampftes Parylen stellt einen widerstandsfähigen stichporenfreien Film bereit,der zwischen 0,10 und 100 Mikrometer dünn sein kann. Parylen ist ein physikalisch stablier und chemisch inerter polykristalliner Werkstoff, der gegenüber chemischen Einflüssen extrem widerstandsfähig und in den meisten bekannten Lösungsmitteln nicht löslich ist. Es bietet einen hervorragenden Schutz gegenüber Feuchtigkeit, korrodierenden Dämpfen und anderen aggressiven Umgebungen. Weiterhin ermöglicht aufgedampftes Parylen eine stichporenfreie Beschichtung, eine Durchdringung der Mikroporen sowie Reinheit in homogenen Überzügen.
Parylen wird als Oberbegriff für die Gruppe der substituierten und nicht substituierten Poly-p- xylylene verwendet. Polymere können, davon abhängend, ob sie von einem bestimmten Dimer oder von einer Mischung verschiedener Dimere abgeleitet sind, Homopolymere oder Copolymere sein. Das nicht substituierte Homopolymer Poly-p-xylylen weist die folgende Struktur auf:
Substituierte Homopolymere können durch die folgenden Strukturen dargestellt werden:
Der Substituent kann jede organische oder anorganische Gruppe sein, welche normalerweise auf aromatischen Kernen substituiert werden kann, vorausgesetzt, daß das Dimer und Monomer unter den Prozeßbedingungen verdampfbar sind. Beispiele für Substituenten sind die Halogene und Cyangruppen, z.B. Cyanparylen und Dicyanparylen. Fluoratome oder andere Substituenten können bei Bedarf in den Methylengruppen gegen Wasserstoffatome ausgetauscht werden.
Eine Beschreibung von Parylen, Verfahren zu dessen Herstellung, und einer Vorrichtung zur Bewerkstelligung der Aufbringung von Parylen finden sich in den US-Patenten 3 246 627; 3 301 707 und 3 600 216, auf die vorliegend in vollem Umfang Bezug genommen wird. Jedoch kann festgestellt werden, daß der Begriff "Parylen" in diesen Patenten nicht verwendet wird. Staffdessen wird allgemein der Begriff Poly-p-xylylen" benützt, wobei unter diesem Begriff -wie in der vorliegendenr Beschreibung unter dem Begriff Parylen- sowohl die nicht substituierten wie substituierten Varianten in der Form von Homopolymeren oder Copolymeren subsummiert werden.
Das Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit Parylen ist bekannt. Die typischen Schritte und Bedingungen eines solchen Verfahrens enthalten zunächst die Verdampfung eines zyklischen Dimers, welches die gewünschte Grundeinheit, beispielsweise zyklisches Dip-xylylen, unter einem Druck von ca. 13 bis ca. 133 Pa (etwa 0,1 bis etwa 1 Torr), bei einer Temperatur von ca. 150 ºC bis ca. 200 ºC enthält; sodann die Pyrolysierung des verdampften zyklischen Dimers bei leicht geringerem Druck zwischen ca. 670 ºC und 690 ºC, wobei der Pyrolysevorgang zur Bereitstellung des P-xylyen-Monomers im dampfförmigen Zustand den Benzylkohlenstoff in Kohlenstoffbindungen aufbricht; und schließlich die Einleitung des dampfförmigen Monomers in eine das Substrat enthaltende Bedampfungskammer bei noch etwas geringerem Druck und Raumtemperatur im Bereich zwischen etwa 20 ºC und etwa 30 ºC, wobei das Monomer kondensiert und auf allen freiliegenden Oberflächen des Substrats polymerisiert, um einen dünnen Parylenfilm zu erzeugen. Der geringe Druckunterschied, der während des gesamten Verfahrens aufrechterhalten wird, treibt den Dampf von einem Verfahrensschritt zum nächsten.
Die verwendete Vorrichtung enthält üblicherweise einen Verdampfungs- oder Sublimationsabschnitt, einen Pyrolysierungsbereich und eine Bedampfungskammer, wobei alle Bereiche mit einer Rohrleitung verbunden sind und die Bedampfungskammer zur Bereitstellung des benötigten Drucks über einen mit einer Pumpe verbundenen Ventilauslaß verfügt. Heizmittel werden zur Verdampfung und Pyrolysierung bereitgestellt, während die Kondensation durch die Raumtemperatur bewerkstelligt wird.
Der Parylenfilm kann zwischen 0,1 und 3 um dick sein. Für die meisten Ausführungen dieser Erfindung sollte der Parylenfilm eine Dicke zwischen 0,5 und 3 um aufweisen. Parylenbeschichtungen unter 0,5 um Dicke können im allgemeinen keinen angemessenen Schutz für die Oberfläche der Vertiefungen gewährleisten, um sicherzustellen, daß die Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen aufgefüllt werden und die gesamte Oberfläche fettanziehend und wasserabweisend bleibt, während Beschichtungen mit einer Dicke über 10 um in einigen Ausführungen die Flüssigkeitskapazität der Vertiefungen unnötigerweise verringern können.
Für Farbübertragungswalzen beträgt die Tiefe der in die Keramikoberfläche eingravierten Vertiefungen üblicherweise nicht mehr als etwa 20 um, wobei die Filmdicke des aufgedampften Polymers unter Gewährleistung der Aufrechterhaltung der fettanziehenden und wasserabweisenden Eigenschaften der Vertiefungen sowie der Auffüllung der Mikroporen in den Vertiefungen so dünn wie möglich sein sollte. In der Praxis erweisen sich Beschichtungsdicken zwischen ca. 0,5 um und ca. 3 um und vorzugsweise zwischen ca. 1 um und ca. 3 um für die Verwirklichung dieser Zielsetzungen als brauchbar; für die meisten Ausführungen wird eine ca. 1,5 um dicke Beschichtung am besten geeignet sein.
Ohne an Theorien gebunden zu sein, wird inzwischen angenommen, daß die Veränderungen der Eigenschaften, die die Oberfläche der Vertiefungen aufweisen, durch die Aufnahme von Wasser in den während des Eingravierungsprozesses erzeugten Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen (Risse, Sprünge, Stichporen) entstehen; derart, daß Wasser vorzugsweise in den Mikroporen absorbiert wird. Absorbiertes Wasser sammelt sich schließlich bis zu einem Maß an, so daß es die Aufnahme der Druckfarbe durch die Vertiefungen verzögert oder verhindert, die Oberflächeneigenschaften einzelner Vertiefungen verändert, und den verursachenden Faktor für das Phänomen darstellt, das als "Verschmutzung" auf der Oberfläche von Farbübertragungswalzen genannt wird. Es wird angenommen, daß die aufgedampfte Polymerbeschichtung die Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen auffüllt und die Wasserabsorption in diesen Mikroporen verhindert.
Die für den Prozeß in der Herstellung einer Farbwalze allgemein notwendigen Schritte gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfassen zunächst das Sandstrahlen der Oberfläche der Metallsubstratwalze, üblicherweise aus niedriggekohltem Stahl oder Kupfer usw. und das Aufbringen einer Beschichtung, beispielsweise aus Keramik, auf der sandgestrahlten Oberfläche mittels thermischem Aufsprühen der Beschichtung auf die Oberfläche. Dann wird die Beschichtung zur Entfernung von Oberflächenunregelmäßigkeiten von der Oberfläche der Beschichtung geschliffen und anschließend durch ein gepulstes Laserverfahren mit einem geeigneten Muster graviert. Da der Gravierungsprozeß an den Rändern der Vertiefungen eine durch Laserstrahlimpulse bewirkte gewisse Menge an Umformmaterial aufwirft, kann die Walze nach der Gravierung poliert werden, um die Oberfläche, die in einigen Verfahren mit Abstreichmessern in Kontakt kommt, zu glätten. Das Verfahren der Aufdampfung mit Polymer kann prinzipiell vor oder nach dem abschließenden Polieren zur Anwendung gebracht werden, vorzugsweise jedoch nach dem abschließenden Polieren. Da die Menge an aufgetragenem Polymer sehr dünn ist, wird die fertige Oberfläche, die mit dem Abstreichmesser zusammenwirkt, nicht nachteilig beeinflußt.
Jede geeignete Beschichtung, wie eine feuerfeste Beschichtung aus Oxid- oder Metallkarbid, kann auf die Oberfläche der Walze aufgetragen werden. Zur Anwendung können beispielsweise Wolframkarbid-Kobalt, Wolframkarbid-Nickel, Wolframkarbid-Kobalt-Chrom, Wolframkarbid-Nickel-Chrom, Chromnickel, Aluminiumoxid, Chromkarbid-Nickelchrom, Chromkarbid-Kobaltchrom, Wolfram-Titankarbid-Nickel, Kobaltlegierungen, Oxiddispersion in Kobaltlegierungen, Aluminium-Titanoxid, Kupferbasislegierungen, Chrombasislegierungen, Chromoxid, Chromoxid und Aluminiumoxid, Titanoxid, Titanoxid und Aluminiumoxid, Eisenbasislegierungen, in Eisenbasislegierungen dispergierte Oxide, Nickel und Nickelbasislegierungen und ähnliches kommen. Als Beschichtungsmaterial kommen vorzugsweise Chromoxid (Cr&sub2;O&sub3;), Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), Siliziumoxid (SiO&sub2;) und Mischungen aus diesen Verbindungen in Betracht, mit Chromoxid als der am stärksten bevorzugten Verbindung.
Die Beschichtungen aus keramischen Werkstoffen oder Metallkarbiden können durch zwei bekannte Verfahren auf die Metalloberfläche der Walze aufgetragen werden, nämlich das Verfahren mittels Detonationskanone oder dem Plasmabeschichtungsverfahren. Das Detonationskanonenverfahren ist ausreichend bekannt und in den US-Patenten 2 714 563, 4 173 685 und 4 519 840 ausführlich beschrieben, wobei auf diese Veröffentlichungen in vollem Umfang Bezug genommen wird. Übliche Plasmaverfahren zur Beschichtung eines Substrats werden in den US-Patenten 3016447, 3914573; 3958097, 4173685 und 4519840 beschrieben wobei auf diese Veröffentlichungen in vollem Umfang Bezug genommen wird. Die Dicke der durch das Plasmaverfahren oder das Detonationskanonenverfahren aufgetragene Beschichtung kann zwischen 0,013 mm und 2,54 mm (0,5 bis 100 mils) betragen; die Rauhheit reicht von ca. 1,27 um bis 25,4 um (etwa 50 bis etwa 1000 Mikroinch) RA in Abhängigkeit des verwendeten Verfahrens, d.h. Plasma bzw. Detonationskanone, des Beschichtungsmaterials und der Dicke der Beschichtung, wobei der hier verwendete RA-Wert die in Mikrometer bzw. Mikroinch gemessene durchschnittliche Rauhheit der Oberflache gemaß der ANSI Methode B46.1 (1978) darstellt. In diesem Meßsystem bedeuten großere Zahlen eine zunehmend rauhere Oberfläche.
Zum Formen der Vertiefungen in die Metallkarbid oder keramischen Beschichtungen stehen eine große Vielfalt an Laserbearbeitungsmaschinen zur Verfügung. Allgemein konnen Laser verwendet werden, die zur Herstellung einer Impuls- oder gerichteten Strahlung zwischen 0,0001 bis 0,4 Joule pro Laserimpuls und einer Dauer zwischen 10 und 300 Mikrosekunden geeignet sind. Die Laserimpulse können in Abhängigkeit des gewünschten spezifischen Vertiefungsmusters zeitlich zwischen 30 und 2000 Mikrosekunden auseinanderliegen. Für diese Erfindung können ebenso höhere oder niedrigere Energiewerte und Zeitperioden und andere Verfahren der Lasergravierung verwendet werden, die beim Stand der Technik verfügbar sind. Nach der Lasergravierung beträgt die Rauhheit üblicherweise zwischen 0,5 um und 25,4 um (20 bis 1000 Mikroinch) RA und die Vertiefungen reichen im Druchmesser zwischen 10 um und 300 um und in der Tiefe zwischen 2 um und 250 um.
Die auf eine aufnehmende Oberfläche zu übertragende Flüssigkeit kann jede Flüssigkeit wie Druckfarbe, flüssiges Klebemittel und anderes sein.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht, in denen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Farbübertragungswalze;
Fig. 2 ein Querschnitt entlang der Linien A-A von Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte Fotographie der Oberfläche einer Vertiefung in einer lasergravierten Walze gemäß der Erfindung; und
Fig. 4 eine vergrößerte Fotographie des mittleren Bereichs der in der Fig. 3 gezeigten Oberfläche
darstellt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird allgemein eine Farbübertragungswalze mit 1 bezeichnet, versehen mit einem Zylinder 2, der aus einem Substrat 3 aus niedriggekohltem Stahl und der durch Sandstrahlung aufgerauhten Oberfläche 4 besteht. Eine keramische Beschichtung 5 (vorzugsweise aus Chromoxid) mit einer Dicke zwischen 75 um und 100 um wurde durch thermisches Sprühen aufgetragen und überzieht die sandgestrahlte Oberfläche 4. Die Oberfläche der Keramikschicht 5 wird durch Schleifen, Eingravierung mittels Laserstrahl und Polieren in ein Muster von Druckfarbe aufnehmenden Vertiefungen 6 umgeformt, wobei die Oberflächenbereiche 7 zwischen den Vertiefungen poliert werden und mit einem (nicht dargestellten) Abstreichmesser in Berührung kommen. Die Oberfläche der Vertiefungen 6 und die polierten Oberflächenbereiche 7 werden mit einem Film aus Parylen, vorzugsweise etwa 1,5 um dick, beschichtet.
Die überzogene Schicht 5 kann durch bekannte Verfahren und anschließendes Schleifen zur Herstellung einer weniger als 0,5 um RA rauhen Oberfläche aufgetragen werden.
Die polierte, gravierte Oberfläche kann erfindungsgemäß dann mit einem Parylenfilm durch bekannte, weiter oben genannte Aufdampfungsverfahren beschichtet werden. Die mit Parylen zu beschichtende Oberfläche kann bei einer Temperatur von 48 ºC mittels eines chlorierten Lösungsmittels und Ultraschallschwingungen entfettet werden, wobei die Entfettung dreistufig mit jeweils frischen chlorierten Lösungsmitteln in jeder Stufe geleistet wird. Im Anschluß wird die Oberfläche in einer Mischung aus Isopropanol und entionisiertem Wasser gewässert und in ein Promotorsystem, bestehend aus UCAR-A174 (UCAR ist ein eingetragenes Warenzeichen von Union Carbide) in einer Mischung aus Isopropanol und entionisiertem Wasser, getaucht. Die eingetauchte Oberfläche wird dann bei 75 ºC in einem Ofen mit Luftumwälzung getrocknet und anschließend bei 75 ºC vakuumgetrocknet. Sodann kann das Parylen durch gewöhnliche Verfahren zu einem 1,5 um dicken Film aufgedampft werden. Das aufgedampfte Parylen füllt wirkungsvoll alle Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen der lasergravierten Walze auf und stellt einen dünnen Parylenfilm auf der Oberfläche der Vertiefungen zur Verfügung. Die Farbübertragungswalze ist sodann für den Einsatz in einer Offset-Druckmaschine gebrauchsfertig.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Fotographie der Oberfläche einer Vertiefung einer lasergravierten Walze, Fig. 4 eine weitere Vergrößerung des mittlereren Bereichs der Oberfläche der in Fig. 3 gezeigten Vertiefung. Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, werden Mikroporen, z.B. Aushöhlungen 30 und Risse 32 in die Oberfläche während des Prozesses der Lasergravierung ausgebildet. Tatsächlich sind einige der Kristalle der Keramikbeschichtung gebrochen, wodurch sich Risse und Sprünge in der Oberfläche der Vertiefungen ausbilden. Das aufgedampfte Parylen füllt diese Mikroporen auf und stellt einen extrem dünnen, einheitlichen Film auf der Oberfläche der Vertiefungen zur Verfügung, der die Wasserabsorption in diesen Mikroporen verhindert. Weiterhin weist der dünne Parylenfilm fettanziehende und wasserabweisende Eigenschaften auf, wodurch er für Flüssigkeitsübertragungsverfahren ideal geeignet ist.
Da viele Ausführungen dieser Erfindung möglich sind, ohne deren Rahmen zu verlassen, versteht es sich, daß die gesamte vorliegende Offenbarung als beispielhaft u nicht als einschränkend zu betrachten ist. Beispielsweise kann diese Erfindung zur Herstellung von Flüssigkeitsübertragungsartikeln verwendet werden, die bei der Übertragung von Mustern aus Flüssigkeiten oder Klebstoffen auf Papier, Stoff, Filme, Holz, Stahl und ähnlichem eingesetzt werden.

Claims

1. Flüssigkeitsübertragungsartikel zur Verwendung beim Übertragen einer dosierten Menge einer Flüssigkeit auf eine andere Oberfläche, versehen mit einem Substrat, das mit einem Werkstoff beschichtet ist, der aus der aus keramischen Werkstoffen und Metallkarbiden bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und einem Muster aus Vertiefungen, die in die Beschichtung eingraviert sind, wobei jede der Vertiefungen eine Oberfläche hat, die zur Aufnahme einer dosierten Menge einer Flüssigkeit geeignet ist; wobei ferner alle Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen mit aufgedampftem Parylen gefüllt sind und wobei die Oberfläche der Vertiefungen mit einem 0,1 bis 3 um dicken aufgedampften Film aus Parylen versehen ist.

2. Flüssigkeitsübertragungsartikel nach Anspruch 1, bei dem die Vertiefungen einen Durchmesser von 10 bis 300 um und eine Tiefe von 2 bis 250 um haben.

3. Flüssigkeitsübertragungsartikel nach Anspruch 1, bei dem der auf das Substrat aufgebrachte Werkstoff aus der aus Chromoxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid und Gemischen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Flüssigkeitsübertragungsartikel nach Anspruch 3, bei dem der Beschichtungswerkstoff Chromoxid ist.

5. Flüssigkeitsübertragungsartikel nach Anspruch 1, bei dem der aufgedampfte Film aus Parylen 0,1 bis 1,5 um dick ist.

6. Flüssigkeitsübertragungsartikel nach Anspruch 1, bei dem der Artikel eine Farbwalze ist.

7. Verfahren zum Erzeugen eines Flüssigkeitsübertragungsartikels zur Verwendung beim Übertragen einer dosierten Menge einer Flüssigkeit auf eine andere Oberfläche, bei dem:

a) ein Flüssigkeitsübertragungsartikel mit mindestens einer Schicht aus einem Beschichtungswerkstoff überzogen wird, der aus der aus keramischen Werkstoffen und Metallkarbiden bestehenden Gruppe ausgewählt ist;

b) die Oberfläche des beschichteten Werkstoffs des Flüssigkeitsübertragungsartikels graviert wird, um in der Oberfläche des beschichteten Werkstoffes ein Muster aus Vertiefungen zu erzeugen, die eine zur Aufnahme von Flüssigkeit geeignete Oberfläche haben; und

c) auf die Oberfläche der Vertiefung Parylen aufgedampft wird, um alle Mikroporen in der Oberfläche der Vertiefungen zu füllen und auf der Oberfläche der Vertiefungen einen 0,1 bis 3 um dicken Film aus dem Parylen abzulagern.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem in dem Verfahrensschritt a) der Flüssigkeitsübertragungsartikel mit einer Schicht aus einem Werkstoff überzogen wird, der aus der aus Chromoxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid und deren Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Flüssigkeitsübertragungsartikel eine Farbwalze ist, der Überzug im Verfahrensschritt a) aus Chromoxid besteht; und der Film auf die Oberfläche der Vertiefungen im Verfahrensschritt c) bis zu einer Dicke von 0,1 bis 1,5 um aufgedampft wird.