控制光敏聚合物层内的三维曝光的墨水组合物及使用方法与流程

本发明属于印刷领域，并尤其属于由光敏聚合物制造柔性(flexographic)印刷版和印模(stamp)的领域。

背景技术：

用于柔性印刷版曝光单元中光敏聚合物的曝光的精细负片一直使用喷墨打印机制造，以在预先处理的透明塑料膜上打印水基UV阻挡墨水。除了对于此的其中一个专利申请中所描述的，直到那时，仅水基墨水能够实现充分的不透明。该发明意识到在未处理膜上打印溶剂基墨水的益处，如未处理膜成本是为了与水性墨水一起使用而处理的膜的大约十分之一的事实，以它们能够以大约水性墨水的三倍速度用溶剂墨水打印的事实。

另外，直到现在，重点已经只在于产生对UV光充分不透明的负片，以产生良好的浮雕图像。仅需要以单个像素点或单个像素宽度的数字线的分辨率产生图像，所述图像对UV光或是完全透明或是整体不透明。这种图像的形成已经通过UV光强度、时间和光敏聚合物化学特性来控制。这种图像巧合地总是阻挡可见光，但是这对于制造或使用印版来说并非总是有益的。它的一个示例在共同待审的美国专利申请第14/179,634中描述，其中，发现对于工艺印章用户而言有益的是将图像打印在光敏聚合物负片上，该图像对于人眼可见，同时是UV不透明的，否则不可见的图像需要产生工艺印模浮雕图像。更普遍地讲，这是这样一种情况，即，期望作为波长的函数控制光透射强度，并且能够控制不透明的整个范围。因此，存在识别并且实现其他益处的需要。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种墨水组合物，包括以下中的至少一个：(a)至少一种荧光物质；(b)至少一种光反射物质；和(c)至少一种光吸收物质；与有机溶剂混合；当用打印机墨盒的一个道次打印在衬底上并允许干燥时，该混合物在UV光的波长的至少一个范围内达到100％不透明度。优选地，(a)至少一种荧光物质；(b)至少一种光反射物质；和(c)至少一种光吸收物质是(b)至少一种光吸收物质。

适当地，所述至少一种光吸收物质包括至少一种UV吸收剂和至少一种可见光吸收剂。

方便地，一种UV吸收剂在重量上达到大约1％的量；以及

所述可见光吸收剂包括重量上达到大约1％的黑色素、重量上达到大约1％的黄色素和重量上大约1％的青色素。

优选地是，至少一种荧光物质在重量上存在达到大约1％；并且所述至少一种光吸收物质包括重量上至少1％的黑色素、重量上至少1％的黄色素和重量上至少1％的青色素。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制光敏聚合物曝光的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将至少一个墨盒装载有权利要求1的墨水；(b)将所述至少一个墨盒放置在打印机中；(c)使得所述打印机在至少一个塑料片材上由所述至少一个墨盒打印墨水图案；以及(d)将光敏聚合物层通过所述至少一个塑料片材曝光于UV光。

优选地是，所述墨水图案包括对UV光具有100％不透明度的第一UV滤光区域；对UV光具有小于100％不透明度的第二UV滤光区域；以及在可见光的至少一个波长内具有达到100％不透明度的可见光滤光区域。

适当地，步骤(a)是将至少一个墨盒装载有墨水。

方便地，步骤(a)是将至少一个墨盒装载有墨水。

优选地，所述第一UV滤光区域以至少大约80％的铺设(laydown)打印；而所述第二UV滤光区域以大约15％的铺设(laydown)打印。

适当地，所述步骤(c)是导致打印机在第一塑料片材上由至少一个墨盒打印第一墨水图案；且(d)是将光敏聚合物层通过第一塑料片材在一个方向上在曝光单元上暴露于UV光；并且还包括以下步骤：(e)导致打印机在第二塑料片材上由所述至少一个墨盒打印第二墨水图案；以及(f)将光敏聚合物层通过第二塑料片材在相反方向上在相同曝光单元上暴露于UV光。

方便地，所述第二墨水图案对UV光具有达到100％的不透明度。

根据本发明的再一方面，一种制造物品包括打印有溶剂基墨水的图案的塑料片材；所述图案包括至少一个第一UV滤光区域、至少一个第二UV滤光区域和至少一个可见光滤光区域，所述至少一个第一UV滤光区域对UV光具有100％不透明度，所述至少第二UV滤光区域对UV光具有小于100％的不透明度；所述可见光滤光区域在可见光的至少一个波长内具有达到100％的不透明度。

根据本发明的再另一方面，一种制造物品包括：具有上表面的塑料片材；通过固定到所述塑料片材的上表面制造的曝光光敏聚合物层；所述层包括固化光敏聚合物的第一区域、在所述上表面之上的第一高度；固化光敏聚合物的第二区域、在所述上表面之上的第二高度；以及固化光敏聚合物的第三区域，在所述上表面之上第三高度。

优选地是，所述第一区域是水印；所述第二区域是底板区域而所述第二高度高于所述第一高度；且所述第三区域是浮雕区域且所述第三高度高于所述第二高度。

本发明使用喷墨技术(优选地软件控制的喷墨技术)来控制曝光光敏聚合物的辐射的强度和波长，超过简单的“开”和“关”。UV阻挡剂的量和UV吸收剂的“颜色“现在可以逐点控制，使得聚合化在光敏聚合物层中在三个维度上被控制，即，不仅在打印和交叉打印方向，而且也在固化的深度上。

附图说明

图1是根据制造柔性I印版的现有技术方法布置的膜、衬底和光敏聚合物的各层的横截面图；

图2是根据现有技术生产的工艺印模的片材的各分离层的分解图；

图3是利用根据现有技术方法制造的印模进行墨水印刷的分解图；

图4是根据用于制造工艺印模的片材的本发明布置的膜、衬底和光敏聚合物的各层的横截面图；

图5是用本发明制造的工艺印模的片材的各分离层的分解图；

图6是根据本发明用于在柔性印版中制造水印的材料的各层的横截面图；

图7是根据本发明、打印有遮挡图像和水印图像的衬底的上表面的一部分的倾斜照片；

图8是由图7所示的打印衬底生产的柔性印版的一部分的倾斜照片。

具体实施方式

本发明使未处理的聚合物膜(例如，聚酯)能够通过增强溶剂基喷墨墨水的能力以部分透射或完全阻挡UV光谱(240至360nm)和可见光谱(390至700nm)内的光化辐射，来用于光敏聚合物曝光，更具体地说，制造柔性印版和印模。这是通过将亮化化合物或者光吸收或光反射化合物(如染料和色素)(或它们的组合)添加到墨水中来实现的。

光吸收化合物性状如同染料或色素，而亮化剂通过在印版曝光过程中通过将入射辐射反射远离负片(negatives)反射而起作用。光学亮化剂通过吸收UV光、改变光的波长并然后通过荧光发射光(典型地在可见光波长内)来产生光芒。在这种情况下，益处在于被荧光材料吸收的UV光防止它穿透膜和/或将UV光转变成不固化光敏聚合物的波长。

本发明和示例旨在产生溶剂基的喷墨负片，用于控制柔性印版 和印模制造中的UV曝光的目的。它们也应用于其他设备和方法，其中它的优点在于利用光透射改变的物质的各种组合，控制光穿透或者其他光反应材料的曝光。

示例I：使用溶剂墨水添加剂来产生用于柔性印版制造的UV不透明图像

亮化剂和吸收剂的组合在溶剂基墨水中的最基本用途是在液体光敏聚合物柔性印版制造过程中在膜上制造溶剂墨水图像，该溶剂墨水图像具有与水性墨水图像相当的不透明度。这在美国专利申请第13/902,301中公开，该美国专利申请整体结合于本申请中并构成本发明的第一实施方式。该申请中的实验数据公开了虽然蓝色染料的溶剂墨水自身仅减少UV透射大约50％，但以5000ppm的量向墨水中加入亮化剂进一步降低UV透射28.3％。在UV穿透上的30％的进一步减小的期望预见结果能够通过在亮化剂浓度方面的少量增加来实现，如下面表I中所示。亮化剂通过将UV转变成可见光波长来阻挡UV，由于视觉外观并不是问题，这恰好在本申请中无足轻重。

表I

UV光透射对(vs)蓝色染料控制、UV阻挡剂和UV亮化剂

*Intelli-Ray 400曝光单元

**1200印模曝光单元

如专利申请13/902,301中更全面公开的，为溶剂基的这些墨水 粘附到未处理衬底和膜，如聚酯和聚乙二醇。这种未处理材料与用水基墨水印刷所需要的那些材料相比相当便宜。

示例II：使用溶剂墨水添加剂以从UV图像的不透明度转换可视图像的不透明度

类似的技术不仅可以用于在膜上呈现充分不透明的UV“负像”图像，而且可以使得该图像的视觉外观为相同图像的正像，或换句话说，使得对UV光不透明的膜上的区域对人眼清晰可见，且反之亦然。这是美国专利申请第14/179,634号的主题，该专利申请整体结合于本申请中并构成本发明的第二实施方式。这个实施方式可以被认为是控制光谱的与第一实施方式相反的端部，并且被成功地用于制造工艺印模的索引图像。

通过光敏聚合物过程，特定主题或样式的一串工艺印模典型地一起产生在一片衬底上。该印模具有透明的薄的背衬片材，在该背衬片材上，岛状印版(或I印版)已经通过暴露于UV光而显影。每个印模是岛状图像底板支撑的浮雕图像，该岛状图像底板作用为连接板，以将浮雕的薄元件保持在一起。该串印模只在衬底上销售。现在参照附图，该附图不成比例，其中相同的附图标记在几幅图中指代相同的元件，图1是用于制造适用于一串印模的I印版的现有技术方法的横截面图。所涉及的步骤如下：

(a)在透明遮挡膜100上打印印模底板(遮挡)图像81；

(b)在透明浮雕图像膜131上打印印模浮雕图像130；

(c)在透明索引图像片材102(在这个视图中不可见，见图2)上打印印模图像101；

(d)将粘结剂层(在这个视图中不可见)施加到索引图像片材102的底侧；

(e)将具有浮雕图像130的浮雕图像膜131放置在UV曝光单元的底部玻璃24上(优选地但非必须的，图像侧面配合)；

(f)可选地，用保护覆盖膜(未示出)覆盖浮雕图像膜131；

(g)可选地，在下部真空沟槽34中抽真空，以从下部图像膜 131去除空气；

(h)邻近浮雕图像膜131浇注液体光敏聚合物层43(如果需要的话，采用堤坝42)；

(i)将透明衬底150放置成与液体光敏聚合物层43的上表面接触；

(j)将打印的遮挡膜100放置在透明衬底150的顶部(将遮挡图像相对于浮雕图像正确对准)；

(k)可选地在上部真空沟槽28抽真空，以从上部玻璃26、遮挡膜100和衬底150之间去除空气；

(l)通过遮挡膜100中的透明(未打印)区域53照射聚合化光52持续一定时间量，所述一定时间量适于在液体光敏聚合物中形成期望厚度的聚合化底板图像54；

(m)通过浮雕图像130照射聚合化光25持续一定时间量，所述一定时间量适于在聚合的底板图像54和浮雕图像130之间的液体光敏聚合物中形成聚合化的浮雕图像210；

(n)(未示出)从曝光单元中去除上述各层并执行曝光后处理；以及

(o)(未示出)将索引图像片材102粘贴到透明衬底150(将它相对于浮雕图像正确对准)。

图2是在图1所示的曝光被完全固化和后处理之后形成的工艺印模的现有技术片材的各分离层的透视图。具有其遮挡图像81的遮挡膜100以及具有其浮雕图像130的浮雕膜131在暴露于UV光的过程中产生印模底板图像54和印模浮雕图像210。它们分别从衬底150和印模浮雕图像210去除，并被丢弃或重新使用。图2还示出透明索引图像片材102，该透明索引图像片材102典型地热打印有黑色索引图像101，该黑色索引图像101与印模所印刷的墨水图像一致。这具有施加到其下侧的粘结剂层103，使得它可以固定到印模衬底150的透明顶部104上。这是劳动密集型的步骤，因为粘的图像片材102必须在与之下的印模浮雕图像210精确对准的状态下手工施加。

图3是利用根据现有技术方法制造的印模301制造墨水印刷品303的透视图。在索引图像片材102的顶部上(且其粘结剂层103附着到透明衬底150上)可见的黑色索引图像101向用户显示用特定印模将印刷什么。在光敏聚合物固化之后具有粘的上表面302的印模301已经从衬底150上剥离，暂时施加到透明塑料印模工具(未示出)上，被着墨并用于在例如纸张304的片材上形成墨水图像303。

图4是根据本发明的第二实施方式制造的工艺印模的片材的各层的透视图。它与图1类似，除了在衬底150放置在光敏聚合物层43的顶部上之前索引图像400已经喷墨印刷在衬底150上。要指出的是在这个视图中索引图像400的宽度精确匹配聚合物印模浮雕图像210的底部的宽度，这意味着在衬底150上的索引图像400的2D形状匹配浮雕图像210的2D形状(这在下面的图5中更全面描述)。

在这个过程中的步骤是：

(a)在遮挡膜100上打印遮挡图像81；

(b)在浮雕图像膜131上打印印模浮雕图像130；

(c)在衬底150上打印索引图像400；

(d)将浮雕图像膜131放置在UV曝光单元的底部玻璃24上；

(e)可选地用保护膜(未示出)覆盖浮雕图像膜131；

(f)在下部真空沟槽内抽真空以从下部图像膜131去除空气；

(g)邻近所述浮雕图膜131浇注液体光敏聚合物层43；

(h)放置透明衬底150使之与液体光敏聚合物层43的上表面接触；

(i)将印刷的遮挡膜100放置在透明衬底150的顶部上；

(j)将盖下降到UV曝光单元上并可选地在上部真空沟槽中抽真空，以从上部玻璃26、遮挡膜100和衬底150之间去除空气；

(k)通过遮挡膜100照射聚合化辐射52持续一定时间量，所述一定时间量适于在液体光敏聚合物中形成期望厚度的聚合化底板 图像54；

(l)通过浮雕图像130照射聚合化辐射25持续一定时间量，所述一定时间量适于在液体光敏聚合物内、在聚合化底板图像54和浮雕图像130之间形成聚合化浮雕图像210；

(m)从曝光单元上去除上述材料；

(n)从所述材料去除遮挡膜100和浮雕图像膜131；以及

(o)清洁所述聚合化材料和衬底150。

图5是在图4所示的曝光完全固化并后处理之后产生的工艺印模片的各分离层的透视图。该图更清楚地示出了本发明的图像和制造它们的方法。如上所述，具有其遮挡图像81的遮挡膜100以及具有其浮雕图像130的浮雕膜131在暴露于UV光的过程中产生聚合化印模底板图像54和印模浮雕图像210。如上所述，它们分别从衬底150和印模浮雕图像210上去除，并被丢弃或再次使用。但是，根据本发明，索引图像400现在已经打印在衬底150的上表面上。用于制造索引图像的墨水是溶剂基的，并且可以包含变化量的波长特定的光阻挡剂和滤光剂(filter)。在本发明的这个第二实施方式中，墨水阻挡可见光谱(390至700nm波长)内的光线，而对更短的紫外光波长是透明的或半透明的。这允许UV光通过遮挡膜100中的UV透射区域500进入，以无阻挡地产生相同的印模底板图像210。衬底必须与溶剂墨水配方兼容，即：聚乙二醇、聚乙烯、聚氯乙烯、特定的其他乙烯基聚合物或聚酯，但是任何墨水兼容的膜可以毫无限制地用在本发明的范围内。

示例III：使用溶剂墨水添加剂以产生柔性印版水印

本发明的第三实施方式源自于如下发现：上面两个极限之间的变化将允许UV光透射的微控制，并因此允许对光敏聚合物印版上的所有点处的固化深度进行物理控制。已经研发了用于利用溶剂基墨水配方和铺设(laydown)的软件控制以控制和过滤UV光强度来成像光敏聚合物柔性印版的方法。

这个实施方式的一种示例更换了制造光敏聚合物印版的水印的 当前方法。制造柔性印版水印是指将印版标记有一些类型的制造商选择的图像，如标识或批次号。这种图像必须在其上没有印刷浮雕的印版的区域内产生。现有技术的方法涉及将名字或标识施加或雕刻到印版的一些地方的单独步骤，在所述一些地方没有印刷浮雕，而与它是在印版曝光于UV光之前或之后进行无关。这个第三实施方式允许柔性印版在它最初制造时被形成水印，消除这个单独步骤。

图6是根据这个第三实施方式的用于在柔性印版内制造水印的材料的各层的横截面图。利用第一实施方式的溶剂墨水，遮挡图像81被印刷在溶剂墨水兼容衬底150(如聚酯)的上表面上。该墨水例如由充足的色素和/或亮化剂配制，以使得墨水在要被使用的曝光单元所提供的强度下对UV光不透明。同样，浮雕图像负像130打印在溶剂墨水兼容的透明浮雕图像膜131(如聚乙二醇)上。这些打印的图像然后如图1中所描述的用于在液体光敏聚合物层43中显影光敏聚合物底板图像54和浮雕图像210。由于喷墨图像是不透明的，被遮挡而免于UV光的光敏聚合物43不会被聚合化。透明区域被暴露于UV光足够长，以将底板图像54和浮雕图像210分别固化至深度D和D’，足以将它们加入毗邻的固体中，所述固体附着到衬底150的底表面(在这个视图中)601。将这个实施方式与第一实施方式区别的本发明的元素在于：通过控制墨水铺设(laydown)，在产生遮挡图像81的同时，薄的墨水水印图像602被打印在衬底150上。该铺设通过在从0至100％的连续范围内软件控制从墨盒的墨水排放而容易控制，其中100％表示在一个道次中可实现的最大量。利用本发明及其母案US专利申请第13/902,301中提出的新型溶剂墨水技术，对UV光的完全不透明在打印机墨盒的一个道次中可实现，该墨盒具有墨水的80％铺设那么小的排放。水印浮雕603例如能够通过相同墨水配方的15％的铺设而产生。当UV光从衬底150之上照射时，小于穿过未着墨区域53的未阻挡光的UV光的量在曝光时间期间穿过图像602。这允许光敏聚合物在它之下固化到深度d。这种浅的浮雕603对人眼可见， 但不会与印刷机上的印刷相干涉，这是因为它在衬底之上的高度d小于底板的高度D。为了使它可见，水印可以通过溶剂混溶的染料和/或色素的选择来上色。

图7是根据本发明利用溶剂基墨水打印有I印版遮挡图像81加上水印图像602的衬底150的上表面600的一部分的倾斜照片。遮挡图像81是通过UV不透明配方制造，在此，它在可见光谱内呈现最黑的区域。几乎白色的区域53在曝光时间期间允许足够的UV光穿过，以使下面的光敏聚合物完全聚合化到达期望的固化深度，用于底板区域。在这种情况下，水印图像602与上述更薄的铺设用相同墨水打印，以便在相同曝光时间内允许较少的UV穿过。在这些区域之下的固化深度因此小于底板的固化深度。

图8是由从上面曝光的图7所示的打印衬底和从下面曝光的打印浮雕图像膜(见图1)制造的柔性印版的一部分的倾斜照片。聚合化的底板区域54已经形成在衬底150的底表面601上，并与聚合化的浮雕图像210毗邻。(浮雕图像膜已经从浮雕的顶表面剥离并丢弃。)也形成在衬底601上的是水印603。

从而，明白了本发明的这个第三实施方式使用墨水配方，即：染料、色素、UV吸收剂和/或UV亮化剂的组合，作用为UV过滤器(不仅仅是100％UV阻挡)，以控制印版的任何2D位置处的固化深度(光敏聚合物曝光的第三维度)。

示例IV：使用溶剂墨水添加剂以大体上微控制UV光透射

如同水基墨水，溶剂墨水被上色，用于利用CYMK减色颜色模型。如上面讨论的，任何CYMK组合使得衬底或膜对UV不透明的能力导致如下的发现，即：加入UV阻挡剂和/或亮化剂到溶剂墨水中可以使得它们对UV不透明，并由此适于光敏聚合物成像。也发现了CYMK染料和色素的特定组合未预料到地在紫外光谱中产生与简单加入颜色所实现的效果直觉上不同的效果。例如，青色、黄色和黑色的混合，其成现暗绿色，比任何量的纯黑色阻挡更多的UV。相反，印刷成控制光敏聚合物曝光的膜和衬底可以被上色，以 用于各种视觉成像目的。CYMK染料或色素例如可以被选择，以在衬底上显示半色调的颜色预览。但是，利用这个第四实施方式产生这种视觉图像所需的颜色组合可以不同于那些以其他方式从CYMK调色板中选择的颜色组合，因为它们也必须包含UV阻挡剂或亮化剂。