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VERWANDTE PATENTANMELDUNG
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Diese Patentanmeldung stammt von
der vorläufigen
US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 60/079 021, eingereicht am 23. März 1998.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft Digitaldruckvorrichtungen
und -verfahren und insbesondere die Belichtung von Flachdruckplattenkonstruktionen
in der Druckmaschine oder zur Proosherstellung unter Verwendung
von digital gesteuertem Laserausgangslicht.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Beim Offsetdruck ist ein druckfähiges Bild auf
einem Druckelement als Struktur aus farbannehmenden (oleophilen)
und farbabweisenden (oleophoben) Oberflächenbereichen vorhanden. Nach
dem Ausbringen auf diese Bereiche kann Druckfarbe in der bildartigen
Struktur mit weitgehender Wiedergabetreue rationell auf ein Aufzeichnungsmedium übertragen
werden. Trockendrucksysteme nutzen Druckelemente, deren farbabweisende
Abschnitte im wesentlichen Druckfarbe ausreichend abstoßen, um
ihren direkten Auftrag zu ermöglichen.
Gleichmäßig auf
das Druckelement aufgetragene Druckfarbe wird nur in der bildartigen
Struktur auf das Aufzeichnungsmedium übertragen. Typischerweise kommt
das Druckelement zunächst
in Kontakt mit einer als Gummizylinder bezeichneten, nachgiebigen
Zwischenfläche,
die ihrerseits das Bild auf das Papier oder andere Aufzeichnungsmedium
ausbringt. In typischen Bogenpressensystemen wird das Aufzeichnungsmedium
auf einen Druckzylinder genadelt, der es in Kontakt mit dem Gummizylinder
bringt.
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In einem naßlithographischen System sind die
bildfreien Bereiche hydrophil, und das notwendige Farbabweisungsvermögen wird
bereitgestellt, indem vor dem Einfärben zunächst Feuchtmittel (oder "Wischwasser") auf die Platte
aufgebracht wird. Das farbabweisende Wischwasser verhindert das
Anhaften von Druckfarbe an den bildfreien Bereichen, beeinflußt aber
nicht den oleophilen Charakter der Bildbereiche.
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Um die umständlichen photographischen Entwicklungs-
und Plattenaufspannarbeiten und das Standmachen der Platte zu umgehen,
die für
herkömmliche
Drucktechnologien typisch sind, haben Praktiker elektronische Alternativen
entwickelt, wonach die bildartige Struktur in digitaler Form gespeichert
und die Strktur direkt auf die Platte gedruckt wird. Zu den für Computersteuerung
zugänglichen Plattenbelichtungsvorrichtungen
gehören
verschiedene Laserformen. Zum Beispiel beschreiben US-A-5351617
und US-A-5385092 ein ablatives bzw. abschmelzendes System, das Laserentladungen
mit niedriger Leistung verwendet, um eine oder mehrere Schichten
eines Flachdruckplattenrohlings in einer bildartigen Struktur zu
entfernen, wodurch ein einfärbefertiges
Druckelement erzeugt wird, ohne eine photographische Entwicklung
zu benötigen.
Entsprechend diesen Systemen wird Laserausgangsstrahlung von der
Diode zur Druckfläche
gelenkt und auf diese Fläche
fokussiert (oder wünschenswerterweise auf
die Schicht, die für
Laserablation am empfindlichsten ist und im allgemeinen unter der
Oberflächenschicht
liegt).
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EP-A-0825021 und CA-A-2221922 beschreiben
eine Anzahl von Flachdruckplattenkonfigurationen zur Verwendung
bei einer derartigen Belichtungsvorrichtung. Im allgemeinen weisen
die Plattenkonstruktionen eine anorganische Schicht auf (d. h. ein
Metall, eine Kombination von Metallen oder einen Metall/Nichtmetall-Verbundstoff),
die auf einer organischen Schicht aufgebracht ist. Die anorganische Schicht
wird als Reaktion auf die Belichtungsstrahlung (z. B. Infrarot oder "IR") abgeschmolzen bzw. ablatiert.
In einem Verfahren bildet die anorganische Schicht die oberste Fläche der
Platte und nimmt Feuchtmittel an, während die darunterliegende
Polymerschicht Druckfarbe annimmt. In einem anderen Verfahren hat
die anorganische Schicht nur eine strahlungsabsorbierende (statt
lithographische) Funktion, während
die darunterliegende Schicht Druckfarbe annimmt und eine darüberliegende Schicht
entweder Druckfarbe abweist oder Feuchtmittel annimmt. Die Ablation
der anorganischen Schicht durch einen Belichtungsimpuls schwächt im allgemeinen
die oberste Schicht, und dadurch wird, zusammen mit der Zerstörung ihrer
Verankerung (wegen des Verschwindens der ablatierten anorganischen
Schicht) die oberste Schicht in einem Reinigungsschritt nach der
Belichtung leicht entfernbar gemacht. Bei jedem der beiden Verfahren
wird durch Anwendung eines Belichtungsimpulses auf einen Punkt der
Platte schließlich
ein Bildpunkt erzeugt, der eine Affinität zu Druckfarbe oder einem
farbabweisenden Fluid aufweist, die sich von derjenigen der unbelichteten
Bereiche unterscheidet, wobei die Struktur dieser Bildpunkte ein
Flachdruckplattenbild bildet.
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Diese Plattentypen können wegen
des plötzlichen Übergangs
zwischen einer anorganischen Schicht und einer organischen Polymerschicht
Herstellungsprobleme aufwerfen und Leistungsbeschränkungen
nach sich ziehen. Die abweichenden physikalischen und chemischen
Eigenschaften solcher verschiedener Schichten können ihre Verankerung aneinander – eine entscheidende
Funktionsvoraussetzung – sowie
die Haltbarkeit der anorganischen Schicht gefährden. Da beispielsweise anorganische
und organische Materialien typischerweise sehr verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten und
Elastizitätsmoduln
aufweisen, können
sogar ideal haftende anorganische Schichten infolge Temperaturschwankungen
oder der bei Handhabung und Gebrauch der Platte auftretenden Beanspruchung versagen
(z. B. reißen).
Die unterschiedliche Reaktion zweier benachbarter Schichten auf
eine äußere Bedingung
kann leicht zur Beschädigung
führen,
die in jeder der beiden Schichten nicht von selbst auftreten würde.
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Um die Verankerung zwischen dem Schichten
zu verbessern, können
Polymerschichten auf der Basis der chemischen Verträglichkeit
mit anorganischem Material ausgewählt (oder als Zwischenschichten
aufgebracht) werden. Eine Polymerschicht kann auch vorbehandelt
werden (z. B. durch Plasmaexponierung), um die Oberfläche so zu
modifizieren, daß eine
größere Grenzflächenverträglichkeit
mit einer anschließend
aufgebrachten anorganischen Schicht erzielt wird. Diese Verfahren
sind jedoch von begrenztem Nutzen, wenn es um die Wirkungen des Übergangs
zwischen grundsätzlich
verschiedenen Materialien geht.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren nach einem der weiter unten definierten Anspruche
1, 3, 4 oder 18 bereitgestellt.
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Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung vermindern die Plötzlichkeit
des Grenzflächenübergangs
durch Veränderung
der effektiven Eigenschaften der organischen Schicht (auf welche
die anorganische Schicht aufgebracht wird) durch Einbau einer anorganischen
Komponente in die Matrix der organischen Schicht. Nach einem ersten
Aspekt beinhaltet eine Ausführungsform
ein Verfahren zur Herstellung einer Flachdruckplatte mit aneinander
angrenzenden organischen und anorganischen Schichten. Eine erste
Schicht, die ein vernetzbares Polymer aufweist, wird erweicht, und
eine anorganisches Material – das
mit der bald danach aufzubringenden anorganischen Schicht verträglich oder
in bestimmten Fällen
von identischer Zusammensetzung ist – wird auf die Oberfläche des
weichgemachten Polymers aufgebracht. Das anorganische Material überzieht die
Oberfläche
und integriert sich in die weiche Polymerschicht; an diesem Punkt
kann es wünschenswert
sein, die Migration des anorganischen Materials in das Polymer zu
unterstützen
(z. B. durch Aufladen des anorganischen Materials und Anlegen einer
entgegengesetzten Ladung an einen unter dem Polymer liegenden Leiter).
Das Polymer wird dann vernetzt bzw. ausgehärtet, um das integrierte Ablagerungsmaterial
zu immobilisieren, wodurch ein Verbundstoff gebildet wird, und die
gewüttschte
anorganische Schicht wird über
dem abgeschiedenen Material (und etwaigen freiliegenden Abschnitten
des Polymers) aufgebracht. Diese zweite anorganische Schicht, und möglicherweise
auch das zuvor abgeschiedene anorganische Material, werden einer
ablativen Entfernung durch Belichtung mit Laserstrahlung ausgesetzt.
Die zweite anorganische Schicht und der organisch/anorganische Verbundstoff
weisen unterschiedliche Affinitäten
zu Druckfarbe und/oder einem farbabweisenden Fluid auf. Die anorganische Schicht
kann zum Beispiel ein metallisches anorganisches Material sein,
wie in EP-A-082521 und CA-A-2221922 offenbart. Trotz des Einlagerns
eines solchen anorganischen Materials in die Polymermatrix können die
natürlichen
Affinitätseigenschaften
(z. B. die Oleophilie) des Polymers erhalten bleiben. Während beispielsweise
die anorganische Phase eine ausgeprägte Wirkung auf die Steifigkeits-
und Wärmetransporteigenschafien
des Verbundstoffs haben kann und dadurch die physikalische Verträglichkeit
mit einer rein anorganischen Schicht verbessert, beeinflußt sie unter
Umständen
nicht wesentlich die Oberflächenenergie
(so daß der
Verbundstoff die Affinität
zu Druckfarbe und/oder einem farbabweisenden Fluid beibehält, die
für das
Ausgangspolymer charakteristisch war).
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Das Abscheidungsmaterial kann die
Oberfläche
des Polymermaterials vollständig
bedecken und darüber
eine zusammenhängende
Schicht bilden, oder es kann statt dessen eine unterbrochene Struktur über der
Oberfläche
bilden. Im ersteren Fall kann die Belichtungsstrahlung sowohl die
zweite anorganische Schicht als auch das Abscheidungsmaterial von dem
Polymer entfernen, um die Oberfläche
des Verbundstoffs freizulegen.
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Das Polymer wird im allgemeinen sowohl wegen
seiner lithographischen Affmitätseigenschaften
als auch wegen seiner Aushärtungsfähigkeit
zu einer steifen, dreidimensionalen Struktur ausgewählt, durch
die das anorganische Abscheidungsmaterial permanent immobilisiert
wird. Ungeeignet für
die vorliegende Erfindung sind Polymerwerkstoffe, die eine niedrige
Glasübergangstemperatur
aufweisen (die wiederholte, temperaturabhängige Übergänge zwischen weichen und steifen
Zuständen
zuläßt), wenn sie
nicht mit vernetzenden Gruppen versehen sind, die eine permanente
Aushärtung
erleichtern (und dadurch weitere Phasenübergänge zunichte machen). In einer
bevorzugten Ausführungsform
weist das Polymer ein Acrylpolymer in Kombination mit einem multifunktionellen
Acrylatmonomer auf, die im Anschluß an die Abscheidung des anorganischen
Materials vernetzt werden. Acrylate können ebenso wie viele anorganische
Abscheidungsmaterialien unter Vakuum abgeschieden werden und ermöglichen
die Ausführung
des gesamten Herstellungsprozesses in einem einzigen Durchgang.
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Im allgemeinen ist das Abscheidungsmateial farbannehmend
und die zweite Schicht hydrophil. Dies braucht jedoch nicht der
Fall zu sein, noch erfordern diese Affmitätseigenschaften unbedingt eine Naßplatte.
Zum Beispiel kann, wie in EP-A-0825021 und CA-A-2221922 beschrieben,
die zweite Schicht unter einer Deckschicht mit unterschiedlicher
Affinitätseigenschaft
liegen. Durch Ablation der zweiten Schicht wird die Verankerung
der Deckschicht zerstört,
wodurch diese in einem Reinigungsschritt nach der Belichtung leicht
entfernt werden kann, um das Abscheidungsmaterial (und möglicherweise
auch die Polymerschicht) freizulegen. Die Deckschicht kann im Falle
einer Trockenplatte Silicon oder ein Fluorpolymer sein, oder ein
hydrophiles Polymer, wenn eine Naßplatte mit Polymer-Deckschicht
gewünscht
wird. Natürlich
wirft das Aufbringen einer Polymerschicht über der anorganischen zweiten
Schicht die gleichen Verträglichkeitsprobleme
auf, die durch Verwendung des anorganischen Abscheidungsmaterials
gelöst werden.
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In einer zweiten Ausführungsform
wird auf einem Substrat in aufeinanderfolgenden Abscheidungsschritten
eine abgestufte Struktur aufgebaut. Stufenweise werden sowohl Polymervorläufer als auch
ein anorganischer Füllstoff
abgeschieden, wobei jede Stufe ein gewünschtes Verhältnis des
Polymers zum Füllstoff
enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform
nimmt der Füllstoffanteil
in jeder Stufe zu, wodurch ein Konzentrationsgradient mit zunehmendem
Füllstoffanteil
in Richtung von Substrat weg entsteht. Die Polymervorläufer können nach
jeder Abscheidungsstufe ausgehärtet
werden und bewirken eine permanente Immobilisierung der Verteilung von
organischem und anorganischem Material. Über der Oberfläche der
Struktur wird eine Deckschicht aufgetragen, wobei die Deckschicht
und die Oberfläche
unterschiedliche Affinitäten
zur Druckfarbe und/oder einem farbabweisenden Fluid aufweisen. Die
Deckschicht, aber nicht die darunterliegende abgestufte Struktur,
kann durch Belichtung mit Laserstrahlung ablativ bzw. durch Abschmelzen
entfernt werden.
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Der Polymervorläufer und der Füllstoff
können
als Dampf oder als Flüssigkeit
abgeschieden werden. In einer Ausführungsform ist der Vorläufer ein
Acrylpolymer, das mit einem multifunktionellen Acrylatmonomer kombiniert
ist, wobei im Aushärtungsschritt
die Monomere mit dem Polymer vernetzt werden. Wiederum ist die Struktur
typischerweise oleophil, und die abgeschiedene anorganische Schicht
ist hydrophil, aber das Ergebnis braucht keine Naßplatte
zu sein.
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Im Gebrauch wird eine erfindungsgemäße Druckplatte
selektiv in einer Struktur, die ein Bild darstellt, mit Belichtungsstrahlung
belichtet (die z. B. von einem oder mehreren Lasern ausgeht, deren
Ausgangsstrahlung rasterartig über
die Plattenoberfläche
geführt
wird), um ausgewählte
Teile der anorganischen Schicht und möglicherweise belichtete Abschnitte
des Abscheidungsmaterials abzutragen und dadurch direkt eine Matrix
von Bildmerkmalen zu erzeugen. Auf die Platte wird Druckfarbe aufgebracht und
in herkömmlicher
Weise auf ein Aufzeichnungsmedium übertragen. Der Begriff "Platte" oder "Element", wie er hier gebraucht
wird, bezeichnet irgendeinen Typ eines Druckelements oder einer Oberfläche, die
ein Bild aufzeichnen kann, das durch Bereiche definiert ist, die
unterschiedliche Affinitäten zu
Druckfarbe und/oder Feuchtmittel aufweisen; geeignete , Konfigurationen
sind unter anderem die herkömmlichen
Flachdruckplatten, die auf den Plattenzylinder einer Druckmaschine
montiert werden, können
aber auch Zylinder (z. B. die Walzenfläche eines Plattenzylinders),
ein endloses Band oder eine andere Anordnung einschließen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehende Diskussion wird aus
der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
leichter verständlich.
Dabei zeigen:
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1 eine
vergrößerte Schnittansicht
einer Flachdruckplatte mit einem gemischten organisch/anorganischen
Substrat, einer darüberliegenden
anorganischen Schicht und einer wahlfreien obersten Polymerschicht;
und
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2 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht einer
Flachdruckplatte mit einem abgestuften organisch/anorganischen Substrat
und einer darüberliegenden
anorganischen Schicht.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Belichtungsvonichtung, die sich
zum Gebrauch in Verbindung mit den vorliegenden Druckelementen eignet,
weist mindestens eine Laservorrichtung auf, die im Bereich der maximalen
Plattenempfindlichkeit emittiert, d. h. deren maximale Wellenlänge λmax,
den Wellenlängenbereich
gut annähert,
wo die Platte am stärksten
absorbiert. Technische Daten für
Laser, die im nahen IR-Bereich emittieren, sind ausführlich in
US-A-5351617 und US-A-5385092 beschrieben; Laser, die in anderen Bereichen
des elektromagnetischen Spektrums emittieren, sind dem Fachmann
bekannt.
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Geeignete Belichtungskonfigurationen
werden gleichfalls ausführlich
in US-A-5351617 und US-A-5385092
dargestellt. Kurz gesagt, Laserausgangsstrahlung kann über Linsen
oder andere Strahlführungskomponenten
direkt auf die Plattenoberfläche
gestrahlt oder von einem entfernt angeordneten Laser mit Hilfe eines
Glasfaserkabels auf die Oberfläche
eines Druckplattenrohlings übertragen werden.
Eine Steuereinrichtung und dazugehörige Positionierungshardware
hält den
Ausgangsstrahl in einer präzisen
Orientierung bezüglich
der Plattenoberfläche,
führt den
Ausgangsstrahl rasterartig über die
Oberfläche
und aktiviert den Laser in Positionen, die an ausgewählte Punkte
oder Bereiche der Platte angrenzen. Die Steuereinrichtung spricht
auf ankommende Bildsignale an, die dem Originaldokument oder -bild
entsprechen, das gerade auf die Platte kopiert wird, um ein genaues
Negativoder Positivbild dieses Originals zu erzeugen. Die Bildsignale
werden als Bitmap-Datei in einem Computer gespeichert. Solche Dateien
können
durch einen Rasterbildprozessor (RIP) oder andere geeignete Mittel
erzeugt werden. Zum Beispiel kann ein RIP Eingangsdaten in einer
Seitenbeschreibungssprache annehmen, die alle Merkmale definiert,
die auf die Druckplatte übertragen
werden müssen,
oder als Kombination aus einer Seitenbeschreibungssprache und einer
oder mehreren Bilddateien. Die Bitmaps sind so konstruiert, daß sie den
Farbton sowie Bildschirmfrequenzen und-winkel definieren.
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Die Abbildungsvorrichtung kann selbständig arbeiten
und funktioniert ausschließlich
als Kopierer oder kann direkt in eine Flachdruckpresse eingebaut werden.
Im letzteren Fall kann der Druck unmittelbar nach dem Ausbringen
des Bildes auf einen Plattenrohling beginnen, wodurch die Einrichtezeit
der Druckmaschine beträchtlich
verkürzt
wird. Die Belichtungsvorrichtung kann als Flachbettaufieichnungsgerät oder als
Trommelaufieichnungsgerät konfiguriert
werden, wobei der Flachdruckplattenrohling an der inneren oder äußeren Zylinderfläche der Trommel
montiert wird. Offensichtlich ist die äußere Trommelkonstruktion besser
für die
Verwendung an Ort und Stelle auf einer Flachdruckpresse geeignet, in
welchem Fall der Druckzylinder selbst die Trommelkomponente des
Aufzeichnungsgeräts
oder Plotters bildet.
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In der Trommelkonfiguration wird
die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und der
Platte durch Drehen der Trommel (und der darauf montierten Platte)
um ihre Achse und Bewegen des Strahl parallel zur Drehachse erzielt,
wodurch die Platte in Umfangsrichtung abgetastet wird, so daß das Bild
in axialer Richtung "wächst". Alternativ kann
sich der Strahl quer zur Trommelachse bewegen und nach jedem Durchlauf über die
Platte einen Winkelzuwachs erfahren, so daß das Bild auf der Platte in
Umfangsrichtung "wächst". In beiden Fällen ist
nach einer vollständigen
Abtastung durch den Strahl ein Bild auf die Plattenoberfläche aufgebracht worden,
daß (positiv
oder negativ) dem Originaldokument oder – bild entspricht.
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In der Flachbettkonfiguration wird
der Strahl quer zu einer der beiden Achsen der Platte gezeichnet
und nach jedem Durchgang entlang der anderen Achse weitergeschaltet.
Natürlich
kann die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Strahl und der Platte
durch die Bewegung der Platte anstatt (oder zusätzlich zu) der Bewegung des
Strahls erzeugt werden.
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Ungeachtet der Art und Weise, in
welcher der Strahl rasterartig geführt wird, ist es im allgemeinen
vorzuziehen (für
Anwendungen in der Druckmaschine), mehrere Laser zu verwenden und
ihre Ausgangsstrahlen zu einer einzigen Schreibmatrix zu lenken.
Die Schreibmatrix wird dann nach Beendigung jedes Durchgattgs quer
oder längs
zur Platte um eine Distanz weitergeschaltet, die durch die Anzahl
der von der Matrix ausgehenden Strahlen sowie durch die gewünschte Auflösung (d.
h. durch die Anzahl der Bildpunkte pro Längeneinheit) festgelegt wird.
Anwendungen zur Proofherstellung, die so ausgelegt werden können, daß sie sich
an eine sehr schnelle Plattenbewegung anpassen (z. B. durch Verwendung
von schnellaufenden Motoren) und dadurch hohe Laserimpulsraten ausnutzen,
können häufig einen
einzigen Laser als Belichtungsquelle nutzen.
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Repräsentative Druckelemente gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in den 1 und 2 dargestellt. In 1 weist eine Druckplatte 100 eine
Polymerschicht 102 und eine anorganische Schicht 104 auf.
Ein Abscheidungsmaterial 106 ist in die Matrix des Polymers 102 integriert
und bildet, indem es die gesamte oder einen großen Teil der gesamten oberen
Fläche
der Matrix bedeckt, eine Übergangsschicht 106s zwischen
den Schichten 102 und 104. Das Material 106 kann
zwar tatsächlich
mit dem Polymer der Schicht 102 nicht mehr chemisch verträglich sein,
als es das anorganische Material der Schicht 104 wäre, aber
seine physikalische Integration innerhalb der Matrix der Schicht 102 sorgt
für eine starke
mechanische Haftung. Wie dargestellt, erstreckt sich die Oberflächenschicht 106s in
Form einer Reihe von Vorsprüngen
oder "Nägeln" in die Matrix des
Polymers 102 hinein. Die fest verankerte Schicht 106s ist
chemisch mit der anorganischen Schicht 104 verträglich und
weist daher eine kräftige Haftung
an dieser Schicht auf.
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Die Platte 100 kann wie
folgt hergestellt werden. Ein Substrat 110, das ein Metall,
Kunststoff (z. B. Polyester), Papier oder irgendein anderes druckgraphisches
Material sein kann, nimmt einen Überzug
aus einem Polymerwerkstoff an, um eine Schicht 102 zu bilden.
Dieser Polymerwerkstoff kann z. B. ein Acrylpolymer sein, das in
Methylethylketon (MEK) und/oder in anderen Lösungsmitteln löslich ist.
Das Acrylpolymer wird mit ausgewählten
multifunktionellen Acrylatmonomeren kombiniert und aus dem Lösungsmittel
auf das Substrat 110 aufgetragen (gegossen). Das multifunktionelle
Acrylat wirkt wie ein typischer Esterweichmacher, fördert die
Haftung und erniedrigt den Erweichungspunkt (Schmelzpunkt) des Polymergemischs.
Die von Rohm & Haas
gelieferten ACRYLOID-Acrylpolymere B-44, B-72 und B-82 stellen geeignete,
in Lösungsmittel
lösliche Acrylharzderivate
dar; Dipentaerythritolpentaacrylat (z. B. das von Sartomer gelieferte
Produkt SR-399) repräsentiert
ein geeignetes multifunktionelles Acrylat.
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Das substratgetragene Acrylgemisch
wird bis zum Erweichungspunkt erwärmt, worauf das Abscheidungsmaterial 106 auf
seine freiliegende Oberfläche
aufgebracht wird. Das Material 106 kann ein oder mehrere
Metalle und/oder Metallegierungen, intermetallische Verbindungen
(d. h. zwei oder mehrere, in einem bestimmten Verhältnis kombinierte
Metalle) und/oder Zusammensetzungen aufweisen, die ein oder. mehrere
Metalle in Kombination mit einem oder mehreren Nichtmetallen einschließen. Bevorzugte
Nichtmetalle für
derartige Zusammensetzungen sind unter anderem Bor, Kohlenstoff,
Stickstoff, Sauerstoff, Fluor und Silicium. Das Material 106 kann auch
eine harte anorganische Verbindung sein, wie z. B. Siliciumdioxid.
Zu betonen ist, daß das
Abscheidungsmaterial mehrere verschiedene Substanzen aufweisen kann,
welche die vorstehenden Kriterien erfüllen.
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Das Matertal 106 kann durch
herkömmliches Walzenbeschickten
(Bahnbeschichten) oder durch schrittweise arbeitende Maschinen,
wie sie beispielsweise zum Glasbeschichten eingesetzt werden, aufgetragen
werden. Alternativ kann das Matertal 106 durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren,
wie z. B. durch Vakuumbedampfen, Elektronenstrahlbedampfen (EB)
oder durch Sputtern aufgetragen werden. Die Implementierungsdetails
derartiger Verfahren sind in der Technik gut beschrieben. Der Abscheidungsprozeß kann eine
gesteuerte Kühlung
zum Ableiten der latenten Wärme
erfordern, die von der Kondensation des anorganischen Materials
aus der Dampfphase herrührt.
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Während
sich das Polymer 102 noch im erweichten Zustand befindet,
kann es wünschenswert sein,
die Wanderung vom anorganischem Matertal 106 in das Polymer 102 zu
fördern,
um die oben diskutierten Vorsprünge
auszubilden. Eine Verfahrensweise ist die statische Aufladung des
anorganischen Materials 106 und das Aufbringen einer entgegengesetztett
Ladung auf das Substrat 110.
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Die Schicht 102 wird dann
ausgehärtet,
wodurch sie intensiv vernetzt und dadurch das anorganische Matertal 106 "einfriert", um ihm Haltbarkeit
zu verleihen. Eine Acrylatschicht 102 kann durch Elektronenstrahlbehandlung
ausgehärtet
werden. Das ausgehärtete
Polymer weist eine wesentlich größere Temperaturbeständigkeit
auf als das ursprüngliche, nicht
ausgehärtete
Polymer (das heißt,
nach der Aushärtung
kann die Schicht 102 nicht mehr ohne weiteres erweicht
werden), und seine Löslichkeit
in dem (den) Lösungsmittel(n),
aus dem es ursprünglich
aufgebracht wurde, wird wesentlich vermindert, wenn nicht beseitigt.
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Die Schicht 104 wird dann
auf die Oberfläche 106s aufgebracht
(die typischerweise freiliegende Abschnitte der Schicht 102 aufweist,
da es im allgemeinen nicht notwendig ist, die vollständige Bedeckung
der Schicht 102 durch anorganisches Matertal 106 sicherzustellen),
typischerweise durch Vakuumbedampfen. Die Schicht 104 kann
beispielsweise eine sehr dünne
Schicht aus einem Metall sein (50–500 Å, für Titan vorzugsweise 300 Å), das
unter Lufteinwirkung eine natürliche
Oxidoberfläche
entwickeln kann oder nicht. Diese Schicht wird als Reaktion auf
IR-Strahlung abgeschmolzen, und auf die Platte wird durch strukturierte
Belichtung ein Bild aufgebracht. Das Metall oder dessen Oxidoberfläche weist
hydrophile Eigenschaften auf, welche die Grundlage für die Verwendung
dieser Konstruktion als Flachdruckplatte bilden. Durch bildartiges
Entfernen mittels Abschmelzen der Schicht 104 wird die Oberfläche 106s freigelegt;
wenn die Oberfläche
vollständig
mit anorganischem Material 106 bedeckt ist, kann auch diese
Schicht abgeschmolzen werden, um die Oberfläche der Verbundschicht 102 freizulegen. Die
schließlich
freigelegte Schicht wird wegen ihrer Oleophilie ausgewählt; dementsprechend
weisen die Schicht 102 und/oder das anorganische Material 106 Feuchtmittel
ab, nehmen aber Druckfarbe an, während
die Schicht 104 Feuchtmittel annimmt.
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Das Metall der Schicht 104 in
dieser Ausführungsform
ist mindestens ein d-Block-Metall (Übergangsmetall), Aluminium,
Indium oder Zinn. Im Falle eines Gemischs sind die Metalle als Legierung
oder als intermetallische Verbindung vorhanden. Wieder können durch
die Entwicklung einer Oxidschicht auf aktiveren Metallen Oberflächenmorphologien
entstehen, welche die Hydrophilie verbessern.
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Alternativ kann die Schicht 104 eine
harte, dauerhafte, hydrophile, metallische anorganische Schicht
sein, die eine Verbindung aus mindestens einem Metall mit mindestens
einem Nichtmetall aufweist, oder ein Gemisch derartiger Verbindungen. Wieder
absorbiert die Schicht 104 unter Abschmelzen Belichtungsstrahlung
und wird folglich in einer Dicke von nur 10–200 nm (100–2000 Å) aufgebracht. Die
Metallkomponente der Schicht 104 in dieser Form kann ein
d-Block-Metall (Übergangsmetall),
ein f-Block-Metall
(Lanthanoid), Aluminium, Indium oder Zinn oder ein Gemisch aus irgendwelchen
der vorstehenden Elemente sein (eine Legierung oder in . Fällen, in
denen eine genauer bestimmte Zusammensetzung existiert, eine Intermetallverbindung).
Bevorzugte Metalle sind unter anderem Titan, Zirconium, Vanadium,
Niobium, Tantal, Molybdän
und Wolfram. Die Nichtmetallverbindung kann eines oder mehrere der
p-Block-Elemente Bor, Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff und Silicium
sein. Eine hiermit übereinstimmende
Metall/Nichtmetallverbindung kann eine genau bestimmte Stöchiometrie
aufweisen oder nicht und kann in einigen Fällen (z. B. Al-Si-Verbindungen) eine
Legierung sein. Bevorzugte Metall/Nichtmetall-Kombinationen sind
unter anderem TiN, TiON, TiOx (mit 0,9 ≤ × ≤ 2,0), TiC
und TiCN.
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Nach Wunsch kann eine zusätzliche
Schicht 112 über
der Schicht 104 aufgebracht werden, um unterschiedliche
Affinität
oder physikalische Eigenschaften zu erzielen. Zum Beispiel kann
die Schicht 112 ein Silicon- oder Fluorpolymer-Material
sein, das Druckfarbe abweist, wodurch die Konstruktion 100 in eine
Trockenplatte umgewandelt wird. Während der Belichtung wird durch
das Abschmelzen der Schicht 104 die Verankerung der Schicht 112 zerstört, wodurch
sich diese in einem Reinigungsschritt nach dem Belichten leicht
entfernen läßt, um die
Oberfläche 106s oder
die Schicht 102 freizulegen. Brauchbare Materialien für die Schicht 112 und
Beschichtungsverfahren werden in den US-Patentschriften Nr. 5339737
und Re. 35512 offenbart, deren gesamte Offenbarungen hiermit durch
Verweis einbezogen werden. Grundsätzlich können geeignete Siliconmaterialien
mit Hilfe einer Spiralrakel aufgebracht, dann getrocknet und heißgehärtet werden,
um eine gleichmäßige Beschichtung
herzustellen, die z. B. mit 2 g/m2 aufgebracht
wird.
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Eine zweite Ausführungsform der Platte ist in 2 dargestellt. In diesem
Fall weist die Konstruktion 150 eine abgestufte Schicht 155 mit
einer Konzentration des anorganischen Materials 106 auf,
die mit dem Abstand vom Substrat 110 zunimmt. Die Schicht 155 wird
in aufeinanderfolgenden Stufen wie folgt aufgebaut. Eine erste Schicht 160 aus
Polymerwerkstoff 102 wird auf das Substrat 110 aufgebracht, vorzugsweise
entweder durch Kondensation aus der Dampfphase oder durch Auftragen.
Besonders wenn die Schicht 106 unter Vakuum abgeschieden
wird, können
für die
Schicht 102 Polymerwerkstoffe bevorzugt werden, die für ähnliche
Abscheidungsbedingungen zugänglich
sind, wodurch aufeinanderfolgende Schichten in mehreren Abscheidungen
innerhalb der gleichen Kammer oder in einer verbundenen Reihe von
Kammern unter gemeinsamem Vakuum aufgebaut werden können. Eine
geeignete Verfahrensweise wird ausführlich in den US-Patentschriften
Nr. 5440446; 4945371; 4696719; 4490774; 4647818; 4842893 und 5032461
beschrieben, deren gesamte Offenbarungen hiermit durch Verweis einbezogen werden.
In Übereinstimmung
damit wird ein Acrylatmonomer als Dampf unter Vakuum aufgebracht.
Zum Beispiel kann das Monomer durch Entspannung verdampft und in
eine Vakuumkammer eingeblasen werden, wo es auf der Oberfläche kondensiert.
Das Monomer wird anschließend
vernetzt, indem es aktinischer Strahlung (im allgemeinen Ultraviolett-
oder UV-Strahlung) oder einer Elektronenstrahlquelle ausgesetzt
wird.
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Ein verwandtes Verfahren wird in US-A-5260095
beschrieben, deren gesamte Offenbarung gleichfalls durch Verweis
einbezogen wird. Gemäß dieser
Patentschrift kann ein Acrylatmonomer auf eine Oberfläche unter
Vakuum aufgestrichen oder aufgetragen werden, statt aus einem Dampf auskondensiert
zu werden. Wiederum wird das abgeschiedene Monomer durch Bestrahlen
mit UV oder Elektronenstrahlen vernetzt.
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Eines dieser beiden Verfahren kann
angewandt werden, um die Schicht 102 auf das Substrat 110 aufzubringen.
Außerdem
ist ihre Anwendbarkeit nicht auf Monomere beschränkt; Oligomere oder größere Polymerfragmente
oder -vorläufer
können
nach dem einen oder anderen Verfahren aufgebracht und anschließend vernetzt
werden. Verwendbare Acrylatmaterialien sind unter anderem herkömmliche
Monomere und Oligomere (Monoacrylate, Diacrylate, Methacrylate usw.),
wie in den Spalten 8–10
von US-A-5440446
beschrieben, sowie Acrylate, die für bestimmte Anwendungen chemisch
maßgeschneidert
sind. Repräsentative
Monoacrylate sind unter anderem Isodecylacrylat, Laurylacrylat,
Tridecylacrylat, Caprolactonacrylat, ethoxyliertes Nonylphenylacrylat,
Isobornylacrylat, Tripropylenglycohnethylethermonoacrylat und Neopentylglycolpropoxylatmethylethermonoacrylat;
verwendbare Diacrylate sind unter anderem 1,6-Hexandioldiacrylat,
Tripropylenglycoldiacrylat, Polyethylenglycol(200)diacrylat, Tetraethylenglycoldiacrylat,
Polyethylenglycol(400)diacrylat, Polyethylenglycol(600)diacrylat,
propoxyliertes Neopentylglycoldiacrylat, das von UCB Radcure gelieferte
Produkt IRR-214 (aliphatisches Diacrylatmonomer), propoxyliertes
1,6-Hexandioldiacrylat und ethoxyliertes 1,6-Hexandioldiacrylat;
und verwendbare Triacrylate sind unter anderem Trimethylolpropantriacrylat
(TMPTA) und ethoxyliertes TMPTA.
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Schließlich können acrylatfunktionelle oder andere
geeignete Harzschichten routinenmäßig (unter atmosphärischen
Bedingungen) nach dem Fachmann bekannten Verfahren auf das Substrat 110 aufgebracht
werden. Bei einem derartigen Verfahren werden ein oder mehrere Acrylate
direkt auf das Substrat 110 aufgetragen und später ausgehärtet. Bei
einem anderen Verfahren werden ein oder mehrere Acrylate mit einem
Lösungsmittel
(oder mehreren Lösungsmitteln)
vereinigt und auf das Substrat 110 gegossen, und anschließend wird
das Lösungsmittel verdampft
und das abgeschiedene Acrylat schließlich ausgehärtet. Flüchtige Lösungsmittel,
die einen Auftrag mit hoher Gleichmäßigkeit und niedrigen Beschichtungsgewichten
fördern,
werden bevorzugt. Acrylatschichten können auch nicht acrylatfunktionelle
Verbindungen einschließen,
die in einem Acrylat löslich
oder dispergierbar sind.
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Alternativen zu Acrylatpolymeren
sind natürlich
möglich.
Zum Beispiel kann es wünschenswert sein,
ein energiereiches organisches Material (wie z. B. ein Acetylen-Derivat,
ein Azido- oder Azid-Derivat oder eine nitrofunktionelle Gruppe)
zu verwenden, das Gas entwickeln kann – typischerweise explosiv – wenn die
darüberliegende
anorganische Schicht 104 erwärmt wird.
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Nach dem Aufbringen der Schicht 106 aus Polymer 102,
aber vor dem Aushärten,
wird der anorganische Füllstoff 106 in
einem gewünschten
Verhältnis
zum Polymer 102 auf das Polymer 102 aufgebracht.
In nicht ausgehärtetem
Zustand nimmt das Polymer 102 anorganisches Material 106 auf
analoge Weise an wie eine weiter oben beschriebene, thermisch erweichte
Schicht. Im allgemeinen braucht das Material 106 nicht
in die Schicht 160 eingesaugt zu werden, da die Schicht 160 gewöhnlich ziemlich dünn ist.
Besonders wenn es durch Abscheidungsverfahren wie z. B. reaktives
Sputtern aufgebracht wird, kann das Material 106 eine Flecken-
oder Inselstruktur über
der Oberflächenschicht 160 bilden,
die dann ausgehärtet
wird, wie weiter oben dargelegt.
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Das Aufbringen der Schicht 160 durch Dampflcondensation
bietet eine größere Kontrolle über die
Abscheidungsstruktur. Das Polymer 102 kann unter Bedingungen
aufgebracht werden, die kein Zusammenfließen und keine daraus folgende Filmbildung
zulassen; wodurch die Erzeugung einer diskontinuierlichen Polymerschicht
ermöglicht
wird. Über
der diskontinuierlichen Struktur wird dann anorganisches Material 106 abgeschieden,
so daß die
organische Schicht effektiv innerhalb des anorganischen Materials
gebunden wird, statt umgekehrt. Wie oben diskutiert, erfordert das
Aufbringen des Materials 106 aus der Dampfphase im allgemeinen
Vorkehrungen zum Ableiten der latenten Kondensationswärme.
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Im Anschluß an die Abscheidung und Aushärtung der
Schicht 160 wird das Verfahren für nachfolgende Schichten 162, 164, 166 wiederholt,
die mit unterschiedlichen Verhältnissen
des anorganischen Materials 106 zum Polymermaterial 102 aufgebracht werden.
Vorzugsweise nimmt der Anteil des anorganischen Materials in jeder
Stufe zu, wodurch eine abgestufte Struktur entsteht, deren Anteil
an anorganischem Material, wie dargestellt, in Richtung vom Substrat 110 weg
zunimmt. Die Verbundschicht 155 bietet einen allmählichen Übergang
von einem organischen Polymer zu einem gemischten organisch/anorganischen
Material. Man kann dafür
sorgen, daß die
zerstreuten Inseln aus anorganischem Material in "Einheiten" (Körnern, Partikeln,
Kristallen usw.) auftreten, die um eine oder mehrere Größenordnungen kleiner
sind als Feststoffe, die herkömmlicherweise als
Pigmente in organischen Bindemitteln dispergiert sind.
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Alternativ ist es möglich, Schichten
160–166 aufzubringen,
ohne jede Schicht vor dem Aufbringen der nächsten Schicht einzeln auszuhärten, d.
h. das Aushärten
zu verzögern,
bis die gesamte Schichtenfolge aufgebracht worden ist. Diese Verfahrensweise kann
Effizienz und Verarbeitungsvorteile bieten.
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Im Anschluß an die Fertigstellung der Schicht 155 wird
die Schicht 104 aufgebracht, wie oben diskutiert, und wieder
kann darüber
eine wahlfreie Schicht 112 aufgebracht werden.
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Man wird daher erkennen, daß die vorstehenden
Verfahren eine Basis für
einen verbesserten Flachdruck und hervorragende Plattenkonstruktionen
bieten.