DE19914199A1

DE19914199A1 - Bildverarbeitungsglied aus Zirkoniumoxidkeramik mit einer hydrophilen Oberflächenbeschichtung und Verwendung desselben

Info

Publication number: DE19914199A1
Application number: DE19914199A
Authority: DE
Inventors: Syamal K Ghosh; Dilip K Chatterjee
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 1999-10-14
Also published as: US5927207A; GB9907503D0; GB2336440B; GB2336440A

Abstract

Es werden lange haltbare lithografische Druckglieder bereitgestellt, die eine Zirkoniumoxid-Keramikschicht und darüber eine hydrophile, nicht-quervernetzte, wasserunlösliche Oberflächenschicht aufweisen. Diese Oberflächenschicht kann mit einem geeigneten Gerät, wie beispielsweise einem Laser, abgetragen werden, und das Oberflächenenergie-Differential zwischen den nicht entfernten Teilen der hydrophilen Schicht und der freigelegten, darunterliegenden Zirkoniumoxidkeramik ermöglicht einen lithografischen Druck mit verbesserter Bildschärfe.

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen die Lithographie und insbesondere neue und verbesserte Glieder für die lithogra fische Bildverarbeitung. Noch genauer, die Erfindung bezieht sich auf neue Bildverarbeitungsglieder mit einer Zirkoniumoxid- Keramikschicht und einer hydrophilen Oberflächenbeschichtung sowie auf ein Verfahren zur bildmäßigen Verarbeitung unter Ein satz solcher Bildverarbeitungsglieder.

Der lithografische Druck basiert auf der Nichtmischbarkeit von Öl und Wasser, wobei das ölige Material oder die Tinte vor zugsweise durch die bildmäßigen Bereiche und in den nicht-bild mäßigen Bereichen im wesentlichen das Wasser oder die Quell- Lösung zurückgehalten werden. Wenn man eine in geeigneter Weise hergestellte Oberfläche mit Wasser benetzt und dann eine Tinte aufträgt, hält der Hintergrundbereich oder der nicht-bildmäßige Bereich das Wasser zurück und stößt die Tinte ab, wohingegen die bildmäßigen Bereiche die Tinte annehmen und Wasser absto ßen. Im Anschluß daran wird die Tinte in den bildmäßigen Berei chen auf eine Oberfläche eines Materials übertragen, auf dem das Bild wiedergegeben werden soll, wie beispielsweise Papier, Stoff und dergleichen. Üblicherweise kann die Tinte auch auf ein Zwischenmaterial übertragen werden, das man auch Drucktuch nennt, und von dem die Tinte auf die Oberfläche eines Mate rials, auf dem ein Bild wiedergegeben werden soll, übertragen wird.

Seit vielen Jahren setzt man Aluminium als Trägermaterial für lithografische Druckplatten ein. Um das Aluminium für die sen Zweck bereitzustellen, wird es üblicherweise sowohl einem Körnungsverfahren als auch einem anschließenden Anodisierungs verfahren unterworfen. Das Körnungsverfahren dient dazu, die Haftung der anschließend aufgetragenen strahlungsempfindlichen Beschichtung zu verbessern und die wasseraufnehmenden Eigen schaften der Hintergrundbereiche der Druckplatte zu verstärken.

Lithografische Druckplatten des hier beschriebenen Typs werden üblicherweise mit einer Entwicklerlösung entwickelt, nach dem diese bildmäßig belichtet wurden. Die Entwicklerlö sung, die zur Entfernung der nicht bildmäßigen Bereiche der Bildverarbeitungsschicht eingesetzt wird und wobei der darunter liegende poröse hydrophile Träger freigelegt wird, ist typi scherweise eine wäßrige alkalische Lösung, und häufig umfaßt sie einen beträchtlichen Anteil eines organischen Lösemittels. Die Notwendigkeit, beträchtliche Mengen an alkalischer Entwick lerlösung einzusetzen und dann wieder zu entsorgen, ist seit langer Zeit ein besonderes Problem in der Druckindustrie.

Seit vielen Jahren werden Bemühungen unternommen eine Druckplatte herzustellen, bei der eine Entwicklung mit einer alkalischen Entwicklerlösung nicht notwendig ist. Beispiele für die vielen Druckschriften, die sich mit diesem Problem beschäf tigen, sind unter anderem: US-A-3 506 779, US-A-3 549 733, US-A-3 574 657, US-A-3 793 033, US-A-3 832 948, US-A-3 945 318, US-A-3 962 513, US-A-3 964 389, US-A-4 034 183, US-A-4 054 094, US-A-4 081 572, US-A-4 334 006, US-A-4 693 958, US-A-4 731 317, US-A-5 238 778, US-A-5 353 705, US-A-5 385 092, US-A-5 395 729, EP-A-0 001 068 und EP-A-0 573 091.

Lithografische Druckplatten, die dazu bestimmt waren, ohne solche Entwicklerlösungen entwickelt zu werden und die bis zu dem heutigen Tage vorgeschlagen wurden, zeigen eine Vielzahl von Nachteilen, die deren Brauchbarkeit begrenzt. Beispielswei se zeigt sich ein mangelndes Ausmaß an Unterscheidung zwischen oleophilen bildmäßigen Bereichen und hydrophilen nicht bild mäßigen Bereichen, mit dem Ergebnis, daß die auf diese Weise erhaltene Bildqualität beim Druck schlecht ist. Zusätzlich zeigten sich oleophile bildmäßige Bereiche, die nicht ausrei chend fest waren, um längere Druckdurchläufe zu erlauben, und es gab darüberhinaus hydrophile nicht bildmäßige Bereiche, die leicht verkratzt und abgerieben werden konnten. Schließlich wa ren viele dieser Druckplatten auch unnötig komplex und teuer, da beispielsweise eine Beschichtung mit mehreren Schichten auf dem Träger vorgesehen war.

Keramische Druckglieder, einschließlich der Druckzylinder, sind bekannt. Die US-A-5 293 817 beschreibt beispielsweise Druckzylinder aus einer porösen Keramik mit einer Druckfläche, die aus Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Aluminium/Magnesium-Sili kat oder Siliziumcarbid hergestellt wird.

Es wurde darüberhinaus festgestellt, daß aus keramischen Legierungen aus Zirkoniumoxid und einem sekundären Oxid, bei dem es sich um MgO, OaO, Y₂O₃, Sc₂O₃ oder einem Seltenerdoxid handelt, ganz besonders brauchbare Druckglieder erhalten werden können, wie beschrieben beispielsweise in der EP-A-0 769 372.

Eine Zirkoniumoxidkeramik mit einer stöchiometrischen Zu sammensetzung ist normalerweise hydrophil. Wandelt man die Zir koniumoxidkeramik beispielsweise unter einer thermischen Bild verarbeitung in eine substöchiometrische Zusammensetzung um, wird die Keramik oleophiler. Die Änderung der gesamten Oberflä chenenergie bei solchen Umwandlungen ist 6 oder 7 dynes/cm, was ausreicht, um ein gutes Bild zu erhalten. Die Bildqualität kann jedoch beträchtlich verbessert werden, wenn man den energeti schen Unterschied zwischen den bildmäßigen und den nicht bild mäßigen Bereichen vergrößern könnte.

Wenn auch die zuvor beschriebenen Bildverarbeitungsglieder aus Zirkoniumoxidkeramik besonders brauchbar sind und eine gro ße Zahl von Vorteilen gegenüber üblichen Materialien mit sich bringen, besteht noch immer ein Bedürfnis nach keramischen Bildverarbeitungsgliedern mit einem großen Oberflächenenergie- Differential zwischen den bildmäßigen und den nicht bildmäßigen Bereichen auf der druckenden Fläche.

Erfindungsgemäß wird ein Bildverarbeitungsglied bereitge stellt, umfassend eine Zirkoniumoxid-Keramikschicht und gekenn zeichnet durch eine hydrophile, nicht quervernetzte, wasserun lösliche Oberflächenschicht, die aus einer anorganischen Oxid matrix besteht, und wobei die hydrophile Oberflächenschicht ei ne Oberflächenenergie von mindestens 50 dynes/cm hat.

Erfindungsgemäß wird darüberhinaus ein Verfahren zur Bild verarbeitung bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfaßt:

A) Bereitstellung des bildmäßig verarbeiteten Gliedes, wie oben beschrieben und
B) bildmäßiges Abtragen der hydrophilen Oberflächen schicht.

Darüberhinaus wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Drucken bereitgestellt, umfassend die Schritte:

A) Bereitstellung des oben beschriebenen bildmäßig verar beiteten Gliedes,
B) bildmäßiges Abtragen der hydrophilen Oberflächen schicht,
C) Inkontaktbringen des bildmäßig verarbeiteten Bildver arbeitungsgliedes mit einer lithografischen Drucktinte und
D) bildmäßige Übertragung der Drucktinte auf ein Empfangs material.

Die erfindungsgemäßen Bildverarbeitungselemente haben eine Vielzahl von Vorteilen. Beispielsweise ist eine chemische Ver arbeitung nicht erforderlich, so daß der Aufwand, die Kosten und die Umweltprobleme, die mit dem Einsatz wäßriger alkali scher Entwicklerlösungen verbunden sind, vermieden werden kön nen. Ein sich an die Belichtung anschließendes Backen oder Er wärmen oder eine Belichtung des Drucktuches mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht, wie es im allgemeinen bei vielen litho grafischen Druckplatten üblich ist, ist nicht erforderlich. Die bildmäßige Belichtung des Bildverarbeitungsgliedes kann direkt, beispielsweise mit einem fokusierten Laserstrahl durchgeführt werden, der die hydrophile Oberflächenschicht in bildmäßiger Weise abträgt, wobei belichtete Bereiche der Zirkoniumoxidkera mik zurückbleiben, und in nicht-belichteten Bereichen befindet sich dann noch die hydrophile Oberflächenschicht. Das Oberflä chenenergie-Differential zwischen diesen beiden Flächen ist ge genüber gebräuchlichen Materialien beträchtlich verbessert. Insbesondere sollte das Differential mindestens 8 dynes/cm aus machen.

Die Belichtung mit einem Laserstrahl macht es möglich, das Bildverarbeitungsglied direkt ausgehend von digitalen Daten bildmäßig zu verarbeiten und somit das Bildverarbeitungsglied direkt beim Druck einzusetzen, ohne daß man Zwischenfilme oder übliche zeitaufwendige optische Druckverfahren einsetzen muß. Da keinerlei chemische Verarbeitung, kein Abwischen, kein Ab bürsten, kein Backen oder keine Behandlung einer beliebigen Art erforderlich ist, kann man die Bildverarbeitungsglieder direkt auf der Druckpresse belichten, wobei man die Druckpresse mit einer Laserbelichtungsvorrichtung und geeigneten Steuerungsmit teln zur Positionierung der Laserbelichtungsvorrichtung aus stattet.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Bildverarbei tungsglied gut adaptiert ist, um mit gebräuchlichen Quell- Lösungen und/oder gebräuchlichen lithografischen Drucktinten zu arbeiten, so daß keine neuen oder teuren chemischen Zusammen setzungen erforderlich werden.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Zirkoniumoxid-Keramik unterschicht hat viele Eigenschaften, die diese ganz besonders für den Einsatz im lithografischen Druck geeignet macht. Bei spielsweise wird eine Abnutzungsfestigkeit, eine Abriebfestig keit und eine Langzeit-Wetterfestigkeit erreicht. Wegen der hö heren Hydrophilität in den nicht bildmäßigen Bereichen (d. h. bei der hydrophilen Oberflächenschicht) ist die Unterscheidung zwischen den oleophilen bildmäßigen Bereichen und den hydrophi len nicht bildmäßigen Bereichen ausgezeichnet. Das Bildverar beitungsglied kann ganz unterschiedliche Formen annehmen (weiter unten beschrieben), und es kann flexibel, halbfest oder fest sein. Der Einsatz dieses Gliedes bei der Bildverarbeitung und beim Druck ist schnell und leicht durchzuführen, die Bild auflösung ist besonders hoch und die bildmäßige Verarbeitung eignet sich ganz besonders dazu, elektronisch aufgezeichnete und digital gespeicherte Bilder zu verarbeiten.

Fig. 1 ist ein Teilquerschnitt eines erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsgliedes.

Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt eines erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsgliedes nach der bildmäßigen Verarbeitung.

Die erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsglieder umfassen eine Zirkoniumoxidschicht (oder Zirkoniumoxidlegierung), die im wesentlichen aus Zirkoniumoxid (oder einer im folgenden be schriebenen Legierung) mit stöchiometrischer (ZrO₂)-Zusammen setzung besteht. Die Zirkoniumoxid-Keramikschicht dient als der bildmäßige Bereich, da die hydrophile Oberflächenschicht in bildmäßiger Weise ablatiert (d. h. abgetragen) wird. Die bildmä ßigen Bereiche stellen dann oleophilere Flächen bereit als die nichtbildmäßigen Bereiche, und diese werden deshalb leichter lithografische Tinte aufnehmen.

Die Zirkoniumoxidschicht kann einfach aus Zirkoniumoxid aufgebaut sein. Alternativ kann die Zirkoniumoxidschicht eine Zusammensetzung aus Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid (Al₂O₃) um fassen. Bei diesen Ausführungsformen umfaßt das Zirkoniumoxid mindestens 50% (Gew.-%) der Keramik. Vorzugsweise umfaßt das Zirkoniumoxid von 50 bis 99,9 Gew.-%, und mehr bevorzugt von 70 bis 90 Gew.-%, der Keramik. Das Aluminiumoxid innerhalb des Composite-Materials liegt in der rhomboedrischen Form oder Pha se vor (diese wird von einem Kristallographie-Fachmann auch als hexagonal angegeben) und ist als α-Aluminiumoxid bekannt. Zu sammensetzungen aus Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid können auch mit den weiter unten beschriebenen Zirkoniumoxidlegierungen hergestellt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zirko niumoxidkeramik eine Legierung, die ein sekundäres Oxid umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus MgO, CaO, Y₂O₃, Sc₂O₃, Seltenerdoxiden (wie beispielsweise Ce₂O₃, Nd₂O₃ und Pr₂O₃) sowie Kombinationen und Mischungen beliebiger dieser se kundären Oxide besteht. Das sekundäre Oxid kann man auch als ein Dotierungsmittel bezeichnen. Das bevorzugte Dotierungsmit tel ist Y₂O₃. Das Dotierungsmittel führt zu einer hohen Festig keit und zu einer verbesserten Bruchfestigkeit.

Das Molverhältnis sekundäres Oxid (Dotierungsmittel) zu Zirkoniumoxid liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 : 99,9 bis 25 : 75 und mehr bevorzugt bei 0,5 : 99,5 bis 5 : 95, wenn das Dotierungsmittel Yttriumoxid ist.

Das nach beliebigen Ausführungsformen der Erfindung einge setzte Zirkoniumoxid kann in beliebiger kristalliner Form oder Phase vorliegen, einschließlich der tetragonalen, monoklinen und kubischen Kristallformen oder Mischungen aus beliebigen zwei oder mehreren solcher Formen oder Phasen. Die tetragonale Form wird im wesentlichen deshalb eingesetzt, weil sie eine ganz besonders hohe Bruchfestigkeit, insbesondere bei den Le gierungen und Compositen, die Yttriumoxid als sekundäres Oxid einschließen, mit sich bringt.

Die hydrophile, nicht quervernetzbare, wasserunlösliche Oberflächenschicht kann auf die Zirkoniumoxid-Keramikschicht in einer Vielzahl von Weisen aufgebracht werden. Vorzugsweise wird sie direkt aufgetragen, sie kann aber auch auf eine Zwischen schicht aufgebracht werden, die dann zusätzlich während der bildmäßigen Verarbeitung abgetragen wird.

Nach einer Ausführungsform kann die hydrophile Oberflä chenschicht aus einer Matrix aus einem oder mehreren anorgani schen Oxiden bestehen, wie beispielsweise Siliciumoxid, Ti tanoxid, Siliciumoxid/Titanoxid, siliciumoxid/Aluminiumoxid und Titanoxid/Aluminiumoxid. Diese Materialien können als Disper sionen aufgebracht werden, und sie trocknen unter Bildung einer wasserunlöslichen Schicht in An- oder Abwesenheit eines Binde mittels, das verbrannt werden kann, nach dem die Dispersion auf die Keramikschicht aufgebracht wurde. Beispielsweise kann man eine dünne Schicht aus Siliciumoxid oder Siliciumoxid/Titan oxid-Composite durch physikalische Dampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung oder thermisches Sprühen auftragen. Andere Verfahrensweisen, wie beispielsweise Eintauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Beschichtung mit einem Messer oder einem Stab können ebenfalls zum Einsatz kommen.

Vorzugsweise werden ein oder mehrere Bindemittel einge setzt, um die Oxidteilchen nach dem Beschichten und dem Trock nen miteinander zu verhaften bzw. zu koaleszieren. Diese orga nischen Bindemittel sind nicht quervernetzbar, sie führen aber zu einer physikalischen Bindung zwischen den Oxidteilchen. Sol che Bindemittel sind, ohne daß hierin eine Beschränkung liegt, Polyvinylalkohol, Polyalkylenglykole (wie beispielsweise Poly ethylenglykole), Polyacrylate und Polymethacrylate. Ein bevor zugtes Bindemittel ist Polyvinylalkohol. Die eingesetzte Binde mittelmenge bei solchen Formulierungen kann aus mindestens 3 Gew.-% der gesamten hydrophilen Zusammensetzung (bevor diese getrocknet ist) bestehen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird eine anorgani sche hydrophile Schichtmatrix gebildet, und zwar aus einem oder mehreren Kolloiden des Berylliums, Magnesiums, Siliciums, Ar sens, Indiums, Zinns, Antimons, Tellurs, Bleis, Titans, Wismuts oder einem Übergangsmetalloxid. Aluminiumoxid ist für diesen Zweck, wenn es alleine eingesetzt wird, nicht brauchbar. Solche Kolloide werden auch sehr häufig als "Solgele" oder kolloidale Sole bezeichnet. Kolloide aus Silicium-, Titan- und Zirkonium- Oxiden werden bevorzugt, und ein Kolloid aus Silicium oder Mi schungen aus Silicium und Titan werden am meisten bevorzugt. Solche Kolloide können erhalten werden aus Hydroxysilikaten, Hydroxytitanaten und Hydroxyzirkonaten. Verfahren zur Bildung dieser Kolloide beschreiben die US-A-2 244 325, US-A-2 574 902 und US-A-2 597 872. Geeignete Dispersionen solcher Materialien können über verschiedene Handelsquellen erhalten werden, ein schließlich der DuPont Company. Die hydrophile Schicht ist dann am meisten wirkungsvoll, wenn sie eine minimale Menge einer hy drophoben Gruppe enthält, wie beispielsweise Methyl- oder ande re Alkyl-Gruppen. Die hydrophile Schicht sollte vorzugsweise weniger als 5 Gew.-% Kohlenwasserstoffgruppen enthalten.

Die hydrophile Schicht kann auch weitere Zusatzstoffe ent halten, wie beispielsweise Tenside, Farbstoffe und Einfärbungs mittel, die dazu dienen können, die Beschichtbarkeit, die Sichtbarkeit und die Lichtabsorption solcher Schichten zu ver bessern.

Diese Schicht hat eine kritische Dicke, und zwar insofern, als daß die erforderlichen Energielevels für die ablative Bil derzeugung nicht zu hoch werden. Folglich ist die Dicke im trockenen Zustand von 0,05 bis 1 µm, und vorzugsweise von 0,075 bis 0,1 µm. Diese Schicht hat ebenfalls eine Oberflächenenergie von mindestens 50 dynes/cm, vorzugsweise von mindestens 55 dynes/cm, und noch bevorzugter von mindestens 60 dynes/cm.

Die Oberflächenenergie kann mittels konventioneller Ver fahren gemessen werden. Eine brauchbare Methode besteht darin, die sogenannte Fowkes-Analyse einzusetzen. In diesem Fall wer den die Kontaktwinkel zwischen einem Satz bestimmter Flüssig keiten und der sauberen Oberflächen des zu bewertenden Mate rials gemessen. Genauer, die Kontaktwinkel werden auf der blo ßen Zirkoniumoxidkeramik und der hydrophilen Schicht mit einem sogenannten Rame-Hart-Kontaktwinkelgoniometer bestimmt. Die für diese Messungen eingesetzten Flüssigkeiten sind zweifach ent salztes Wasser für den polaren Anteil und Diiodmethan (oder Me thyleniodid) für den dispersiven Anteil der gesamten Oberflä chenenergie. Ein durchschnittlicher statischer Kontaktwinkel wird bei jeder Testflüssigkeit so gemessen, daß ein Tropfen der Flüssigkeit mit einem Durchmesser von etwa 7,5 µl auf die Probe aufgebracht wird und das Goniometer zum Einsatz kommt, sobald die Flüssigkeit im Gleichgewichtszustand vorliegt (d. h., daß die Flüssigkeit nicht länger entlang der Oberfläche fortschrei tet).

Die erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsglieder können in einer beliebigen Form vorliegen, einschließlich, ohne daß hier in eine Begrenzung liegt, der Form von Druckplatten, Druckzy lindern, Druckhüllen und Druckbändern (einschließlich der fle xiblen Druckgewebe). Das Bildverarbeitungsglied kann die Zirko niumoxidkeramik und die hydrophilen Oberflächenschichten, auf gebracht auf einem geeigneten Substratmaterial, aufweisen, das häufig auch als Träger angesehen wird. Brauchbare Trägermate rialien sind Metalle, polymere Folien, Glas und Keramiken, die nicht aus Zirkoniumoxid bestehen.

Druckplatten können in einer beliebigen Größe und Gestalt vorliegen (beispielsweise quadratisch oder rechtwinklig). Es können auch hohle oder kompakte Stahl- oder Aluminium-Kerne ge wünschtenfalls als Substrate eingesetzt werden. Solche Druck glieder können dadurch hergestellt werden, daß man die zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Druckplatten ein setzt oder diese werden um weniger teure Metallkerne herum an gebracht. Druckbänder kann man dadurch erhalten, daß man auf einem festen oder halbfesten Substrat ein Composite mit der Zirkoniumoxidkeramik und den hydrophilen Oberflächenschichten bildet. Zusätzlich ermöglichen erfindungsgemäße Bänder in Form von kontinuierlichen Geweben den Einsatz von verschiedenen Seg menten des Bandes für verschiedene Bilder. Somit kann man mit dem Band eine gewisse Kontinuierlichkeit innerhalb des "glei chen Druckvorgangs" erreichen, selbst bei unterschiedlichen Bildern. Der Verwender muß dann nicht seine Arbeit unterbre chen, um wie üblich gebräuchliche Druckplatten auszutauschen, wenn verschiedene zu druckende Bilder erzeugt werden sollen.

Die brauchbaren Zirkoniumoxidlegierungen und Composita so wie die Verfahren zur Herstellung derselben findet man in grö ßerem Detail in US-A-5 290 332, US-A-5 336 282 und US-A-5 358 913. Man kann die Dichte und die Porosität der eingesetz ten Zirkoniumoxidkeramik dadurch variieren, daß man Verfesti gungsparameter, wie Druck und Sintertemperatur, einstellt.

Es können sowohl thermische als auch Plasma-Sprühverfahren sowie die chemische Dampfabscheidung (CVD) und die physikali sche Dampfabscheidung (PVD) eingesetzt werden mittels üblicher Verfahrensweisen, und zwar sowohl an Luft als auch an sauer stoffhaltiger Atmosphäre, so daß dann hydrophile Schichten auf den keramischen Oberflächen erhalten werden.

Die erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsglieder können da durch gebildet werden, daß eine Sol/Gel-Dispersion eingesetzt wird, und diese kann einer Erwärmung unterworfen werden, nach dem die hydrophile Oberflächenschicht gebildet wurde und bevor es zu einer Bildverarbeitung kommt. Man kann diese Erwärmung dazu verwenden, die organischen Additive und Lösemittel (einschließlich Bindemittel) "wegzubrennen" und darüberhinaus, um die anorganische Oxidmatrix zu verdichten. Eine Erwärmung erfolgt im allgemeinen bei einer Temperatur von mindestens 200°C über wenige Minuten bis zu 1 h.

Das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsglied kann bildmäßig mit beliebigen Techniken in beliebigen Ausrüstungen verarbeitet werden, beispielsweise in einem Plattensetzgerät oder einer Druckpresse. Nach einer Ausführungsform besteht eine notwendige Anforderung darin, eine bildmäßige Belichtung mit Strahlung vorzusehen, die wirksam das Abtragen der hydrophilen Oberflä chenschicht ermöglicht, so daß in den bildmäßigen Bereichen die belichtete Zirkoniumoxidkeramik zurückbleibt. Folglich können die Bildverarbeitungsglieder mittels Belichtung durch eine transparente Vorlage bildmäßig verarbeitet werden oder durch Belichtung aufgrund von digitaler Information, beispielsweise unter Einsatz eines Laserstrahls. Vorzugsweise wird die Infor mation auf die Bildverarbeitungsglieder direkt mit einem Laser übertragen. Der Laser, der mit einem geeigneten Steuerungssy stem ausgestattet ist, kann eingesetzt werden, um sowohl "das Bild einzuschreiben" als auch um "den Hintergrundbereich einzu schreiben".

Zur bildmäßigen Verarbeitung wird es bevorzugt, einen hoch-energetischen Laserstrahl einzusetzen mit einer Leistungs dichte auf der Druckfläche von 30 × 10⁶ W/cm² bis 850 × 10⁶ W/cm², und mehr bevorzugt von 75 × 10⁶ W/cm² bis 425 × 10⁶ W/cm². Eine geeignete Belichtung mit elektromagnetischer Strah lung einer geeigneten Wellenlänge kann jedoch in jedem Fall so lange eingesetzt werden, als daß eine Ablation oder Abtragung der hydrophilen Oberflächenschicht auf der Keramikschicht er reicht wird.

Ein ganz besonders bevorzugter Laser, zum Einsatz bei der bildmäßigen Verarbeitung der erfindungsgemäßen Bildverarbei tungsglieder ist ein Nd : YAG-Laser (Q-switched), der mit einer Krypton-Bogenlampe gepumpt wird. Die Wellenlänge eines solchen Lasers ist 1,064 µm.

Die Bedingungen der Laserbelichtungen sind so einzustel len, daß es zu einem "Ablatieren", Abbrennen oder Ablösen der Bereiche der hydrophilen Oberflächenschicht kommt, die belich tet wurden. Folglich wird eine Vertiefung (pit) in den belich teten Bereichen durch die Entfernung der "ablatierten" hydro philen Oberflächenschicht erreicht. Wenn die hydrophile Ober flächenschicht sehr dünn ist, kann durch die Ablation auch ein Teil der Zirkoniumoxid-Keramikschicht entfernt oder geschmolzen werden, die dadurch insgesamt oleophiler wird. Die bevorzugten Laser-Bildverarbeitungsbedingungen für dieses Verfahren sind die folgenden:
Laserleistung: Kontinuierliche Durchschnittsleistung - 0,1 bis 50 W, vorzugsweise von 0,5 bis 30 W,
Spitzenleistung (Q-switched) - 6000 bis 10⁵ W, vorzugs weise von 6000 bis 70 000 W,
Leistungsdichte - 30 × 10⁶ W/cm² bis 850 × 10⁶ W/cm², vorzugsweise von 75 × 10⁶ W/cm² bis 425 × 10⁶ W/cm²,
Spotgröße im TEM₀₀-Modus = 100 µm,
Strom = 18 bis 24 A, vorzugsweise von 19 bis 24 A,
Laserenergie = 6 × 10^-4 bis 5,5 × 10^-3 J, vorzugsweise von 6 × 10^-4 bis 3 × 10^-3 J,
Energiedichte = 5 bis 65 J/cm², vorzugsweise von 7 bis 40 J/cm²,
Pulsrate = 0,5 bis 50 kHz, vorzugsweise von 1 bis 30 kHz,
Pulsbreite = 50 bis 300 ns, vorzugsweise von 80 bis 150 ns,
Abtastfläche = 11,5 × 11,5 cm,
Abtastgeschwindigkeit = nicht größer als 3 m/s,
Wiederholbarkeit hinsichtlich der Puls-zu-Puls-Schwankung = ∼25% bei hoher Q-switch-Rate (∼30 kHz), < 10% bei gerin ger Q-switch-Rate (∼1 kHz).

Die Fig. 1 zeigt ein Bildverarbeitungsglied 10 gemäß der Erfindung, umfassend eine Zirkoniumoxid-Keramikschicht 20 und eine hydrophile Oberflächenschicht 30 vor der bildmäßigen Ver arbeitung.

Die Fig. 2 zeigt das gleiche Bildverarbeitungsglied nach der Bildverarbeitung, wobei die hydrophile Oberflächenschicht 30 in den belichteten (bildmäßigen) Bereichen 40 entfernt wurde und nicht-bildmäßige Bereiche 60 freisetzte.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen mit ver schiedenen brauchbaren Druckgliedern erläutert.

Beispiel 1

Kolloidale Sol/Gel-Zusammensetzungen, die entweder synthe tisiertes Tetraethylsilikat oder Tetraisopropyltitanat enthiel ten, wurden über Petrarch Systems, Inc. (Bristol, Pennsylvania) erhalten. Diese Zusammensetzungen enthielten einen Feststoffge halt von 5 Gew.-%. Sie wurden miteinander unter Rühren bei 40°C über 30-45 min vermengt (Verhältnis Titanoxid zu Siliciumoxid 20 : 80). Die Dispersion wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt, filtriert und in einem Kühlschrank solange aufbewahrt, bis die se zum Einsatz kommen.

Es wurden dünne (etwa 0,050 bis 0,075 µm dicke) Beschich tungen der zuvor angegebenen Sol/Gel-Mischung auf Zirkonium oxid-Keramiksubstraten mit einem Headway-Spinbeschichter bei 2000-5000 UpM über 15 bis 60 s aufgebracht. Diese Substrate be standen aus Zirkoniumoxid, das zu 3 mol-% mit Yttriumoxid le giert war (hergestellt aus Pulver, das von Zirconia Sales of America, Atlanta, Georgia erhalten wurde). Um so schneller die Beschichtungsgeschwindigkeit ist, um so dünner sind die Be schichtungen. Die beschichteten Glieder wurden dann in einem Umluftofen bei etwa 275°C über 30-45 min erwärmt.

Es wurden die Messungen der polaren und dispersiven Ober flächenenergieanteile mit einem Rame-Hart, Inc.-Goniometer vor genommen, wobei die Kontaktwinkel von Wasser und Methyleniodid auf den beschichteten hydrophilen Schichten gemessen wurden. Auf der hydrophilen Oberflächenschicht mit der Mischung aus Ti tanoxid und Siliciumoxid wurde eine gesamte Oberflächenenergie von 64 dynes/cm bestimmt.

Beispiel 2

Es wurde noch ein anderes erfindungsgemäßes Bildverarbei tungsglied in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit der Abweichung, daß ein siliciumoxid-Sol/Gel auf die Zirkoniumoxid-Keramikoberfläche aufgebracht wurde. Nach der Erwärmung wurde eine gesamte Oberflächenenergie der hydro philen Oberflächenschicht mit 52 dynes/cm bestimmt.

Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 1

Die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Bildverarbei tungsglieder wurden bildmäßig mit einem Laser mit einer Wellen länge von 1,06 µm belichtet. Der Laser war ein Nd : YAG-Laser, der unter den in Tabelle I angegebenen Bedingungen betrieben wurde. In dem Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Bildverarbeitungs glied, das ein nicht-beschichtetes Zirkoniumoxid-Substrat aus machte, ebenfalls mit dem Laser belichtet. Die erhaltenen Ober flächenenergien der hydrophilen Oberflächenschicht zeigt die Tabelle I unten ebenfalls.

Vor der bildmäßigen Verarbeitung hatte die bloße Zirko niumoxidkeramik nach dem Vergleichsbeispiel 1 auf dem Bildver arbeitungsglied eine gesamte Oberflächenenergie von 48 dynes/cm und nach der bildmäßigen Verarbeitung war die gesamte Oberflä chenenergie 41 dynes/cm. Die Ergebnisse der bildmäßigen Verar beitung zeigt ebenfalls die Tabelle I. Das Oberflächenenergie- Differential zwischen den bei Beispiel 2 erhaltenen nicht-bild mäßigen Bereichen und den bildmäßigen Bereichen war 11 dynes/cm, was deutlich größer ist als das Differential zwischen den nicht-bildmäßigen und den bildmäßigen Bereichen des nicht-be schichteten Zirkoniumoxidgliedes (7 dynes/cm). Bei dem Bildver arbeitungsglied nach Beispiel 1 war dieses Differential sogar noch größer, nämlich 23 dynes/cm. Es zeigt sich auch, daß der Strom bei der Bilderzeugung kritisch ist, d. h. dieser muß ober halb von 18 A liegen.

Vergleichsbeispiel 2

Die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Bildverarbei tungsglieder wurden bildmäßig mit einem Laser mit einer Wellen länge von 1,06 µm belichtet. Der Laser war der zuvor angegebene Nd : YAG-Laser, der nach den Bedingungen in Tabelle I betrieben wurde.

Die Oberflächenenergie auf der mit siliciumoxid-Sol/Gel beschichteten Zirkoniumoxidkeramik war 52 dynes/cm, und nach Bestrahlung bei einem 15 A Strom und einer Laserleistung von 0,1 W war es nicht möglich, die dünne Sol/Gel-Beschichtung wirksam zu entfernen, um das darunterliegende Zirkoniumoxid substrat freizulegen.

Tabelle I

Claims

1. Bildverarbeitungsglied, umfassend eine Zirkoniumoxid- Keramikschicht und dadurch gekennzeichnet, daß diese eine hy drophile, nicht-quervernetzte, wasserunlösliche Oberflächen schicht aufweist, die aus einer anorganischen Oxidmatrix be steht, und die hydrophile Oberflächenschicht eine Oberflä chenenergie von mindestens 50 dynes/cm hat.

2. Bildverarbeitungsglied nach Anspruch 1, worin die anorgani sche Oxidmatrix Siliciumoxid, siliciumoxid/Titanoxid, Sili ciumoxid/Aluminiumoxid oder Titanoxid/Aluminiumoxid umfaßt.

3. Bildverarbeitungsglied nach Anspruch 2, worin die organische Oxidmatrix weiterhin einen organischen polymeren Binder umfaßt.

4. Bildverarbeitungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die anorganische Oxidmatrix ein Kolloid aus Beryllium, Magnesium, Silicium, Arsen, Indium, Zinn, Antimon, Tellur, Blei, Titan, Wismut oder ein Übergangsmetalloxid umfaßt.

5. Bildverarbeitungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die hydrophile Oberflächenschicht eine Oberflächenenergie von mindestens 55 dynes/cm hat.

6. Bildverarbeitungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Zirkoniumoxidkeramik aus einer Legierung aus Zirko niumoxid und einem sekundären Oxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus MgO, CaO, Y₂O₃, Sc₂O₃, einem Seltenerdoxid, und einer Kombination beliebiger dieser Oxide, besteht.

7. Bildverarbeitungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Zirkoniumoxidkeramik eine Zirkoniumoxid/Aluminium oxid-Zusammensetzung ist, die 70 bis 90 Gew.-% Zirkoniumoxid umfaßt.

8. Bildverarbeitungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die hydrophile Oberflächenschicht eine Trockendicke von 0,05 bis 1 µm hat.

9. Verfahren zur bildmäßigen Verarbeitung, umfassend die Schritte:

A) Bereitstellung eines Bildverarbeitungsgliedes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und
B) bildmäßiges Abtragen der hydrophilen Oberflächen schicht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bild auf einer hydro philen Oberflächenschicht durch Abtragung mittels eines Lasers mit den folgenden Bildverarbeitungsbedingungen erhalten wird:
einem durchschnittlichen Leistungsniveau von 0,1 bis 50 W,
einer Spitzenleistung von 6000 bis 100 000 W,
(im Q-switched-Modus),
einem Strom von 18 bis 24 A,
einer Pulsrate von nicht mehr als 50 kHz,
einer durchschnittlichen Pulsbreite von 50 bis 300 ns, und
einer Abtastgeschwindigkeit nicht größer als 3 m/s.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin der Strom bei der Laser- Bildverarbeitung von 19 bis 24 A ist.