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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
Bedruckstoff kontaktierenden Oberfläche mit den Merkmalen
des Oberbegriffs von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die vorliegende
Erfindung eine Bedruckstoff kontaktierende Oberfläche mit
den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 8.
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In
Maschinen der so genannten grafischen Industrie (Druckvorstufe,
Druckherstellung und Druckweiterverarbeitung) werden Bedruckstoffe,
z. B. Papier, Karton oder Folie, gefördert und verarbeitet.
Das Fördern der Bedruckstoffe in Druckmaschinen kann mittels
rotierender Zylinder erfolgen, welche zu diesem Zweck Bedruckstoff
kontaktierende Oberflächen aufweisen, vorzugsweise im Form
von wechselbaren Zylinderaufzügen („Jackets”).
Diese Oberflächen sind in der Regel mit zwei Eigenschaften ausgestattet:
zu einem sind sie antiadhäsiv (farb-, lack- und schmutzabweisend)
und zum anderen aufgrund der verwendeten zumeist sehr harten Materialien
verschleißbeständig. Weiterhin weisen diese Oberflächen
in der Regel eine zumeist mikroskopische Struktur auf, d. h. sie
sind nicht glatt, sondern (mikro-) rau ausgebildet. Diese Rauheit
verringert die Auflagefläche für den Bedruckstoff
und somit die Möglichkeit der Farbablage auf der Oberfläche.
Beispielsweise werden seit einigen Jahren thermisch gespritzte (daher
mikroraue), keramische Beschichtungen mit Versiegelungen von geringer
Oberflächenenergie wie etwa Silikon eingesetzt (Produkt „PerfectJacket” der
Heidelberger Druckmaschinen AG).
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Die
JP 08-12151 A beschreibt
eine Beschichtung aus poröser, thermisch gespritzter Keramikschicht
und niederenergetischer Lackschicht auf einem flexiblem Metallsubtrat.
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Die
DE 39 31 479 A1 beschreibt
eine Folie als Aufzug mit chemisch beständiger, verschleißfester,
inkompressibler Trägerschicht, z. B. Nickel und/oder Chrom,
gleichhohen Kugelkalotten oder Aufrauhung als Struktur und mit einer
Silikonbeschichtung.
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Die
DE 102 41 671 A1 beschreibt
ein Bedruckstoff kontaktierendes Element mit mikrostrukturiertem
Träger und farbabweisender Beschichtung aus amphiphiler Verbindung.
Der Träger kann nativ oxidiertes Titan umfassen. Als amphiphile
Verbindung werden Hydroxamsäure oder Phosphonsäure genannt.
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Die
DE 102 27 758 A1 beschreibt
eine innerhalb der Druckmaschine angeordnete Beschichtungseinheit
zum Beschichten eines bogenführenden Zylinders mit einer
Beschichtungsflüssigkeit, wobei die Flüssigkeit
im fixierten Zustand eine feste farbabweisenden und/oder verschleißhemmende
Schicht bildet.
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Die
DE 42 28 975 A1 beschreibt
ein zweistufiges Verfahren zur oleophoben und/oder permanent hydrophoben
Modifizierung von polymeren Oberflächen wie Fasern oder
textilen Materialien und zur Bildung von Membranen. Zunächst
wird ein Polykation aus wässriger Lösung auf der
polymeren Oberfläche adsorbiert. Danach erfolgt eine Komplexbildung,
z. B. mit einem aliphatischen, längerkettigen, anionaktiven Fluortensid.
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Problematisch
ist die Kombination der gewünschten Eigenschaften. Oftmals
sind Materialien oder Substanzen mit guten antiadhäsiven
Eigenschaften nicht ausreichend verschleißbeständig
(z. B. Silikon) und umgekehrt. Schnell verschmutzende Oberflächen
müssen oft gewaschen werden. Schnell verschleißende
Oberflächen müssen oft ausgetauscht oder oft regeneriert
werden. Beides sind Nachteile, die es aufgrund der damit verbundenen Zeitaufwendungen
und Kosten zu vermeiden gilt.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zu schaffen, welches die Herstellung Bedruckstoff kontaktierender
Oberflächen mit gegenüber dem Stand der Technik
verbesserter Antiadhäsivität (insbesondere gegenüber
ungetrockneten Lacken) und Verschleißbeständigkeit/Standzeit
ermöglicht. Es ist darüber hinaus eine weitere
oder alternative Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bedruckstoff
kontaktierende Oberfläche zu schaffen, welche eine gegenüber
dem Stand der Technik verbesserte Antiadhäsivität
(insbesondere gegenüber ungetrockneten Lacken) und Verschleißbeständigkeit/Standzeit
aufweist. Es ist darüber hinaus eine weitere oder alternative
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, regenerierbare Bedruckstoff
kontaktierende Oberflächen sowie ein Regenerationsverfahren
zur Herstellung, d. h. ein mehrfach wiederholbares Herstellverfahren
zu schaffen.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren
mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Bedruckstoff kontaktierende
Oberfläche mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen
Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den zugehörigen
Zeichnungen.
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Eine
erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer
Bedruckstoff kontaktierenden Oberfläche, wobei ein strukturiertes
Metallsubstrat oberflächenbehandelt wird, zeichnet sich
dadurch aus, dass das strukturierte Metallsubstrat mit einem Polyelektrolyten
und danach mit einer amphiphilen Substanz behandelt wird. Erfindungsgemäß hergestellte Oberflächen
weisen in vorteilhafter Weise eine gute Verschleißbeständigkeit/lange
Standzeit bei gleichzeitig guter Antihafteigenschaft auf. Sie sind
zudem regenerierbar.
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Eine
aufgrund der erreichbaren hohen Verschleißbeständigkeit
bzw. langen Standzeit der erzeugten Oberfläche vorteilhafte
und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass das strukturierte
Metallsubstrat mit einer Schicht aus amorphem Silizium versehen
wird, z. B. CVD-beschichtet wird.
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Eine
im Hinblick auf eine gute Anhaftung der Polyelektrolytschicht und
damit verbundenen verbesserten Verschleißbeständigkeit/Standzeit
vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die Schicht aus amorphem
Silizium mit UV-Strahlung oder mit einem Plasma aktiviert wird.
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Eine
weitere, wegen der guten Anhaftung der Polyelektrolytschicht vorteilhafte
und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass das strukturierte
Metallsubstrat mit Polyethylenimin behandelt wird.
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Eine
weitere, hinsichtlich der erzielbaren guten Antihafteigenschaft
vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass das strukturierte
Metallsubstrat mit fluorierten amphiphilen Molekülen behandelt
wird.
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Eine
ebenfalls hinsichtlich der erzielbaren guten Antihafteigenschaft
vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass das strukturierte
Metallsubstrat mit einem anionischen Tensid behandelt wird.
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Eine
aufgrund der einfachen Durchführbarkeit und der Vermeidung
teurer und gefährlicher Lösemittel vorteilhafte
und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass das strukturierte
Metallsubstrat mit wässrigen Lösungen behandelt
wird.
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Eine
erfindungsgemäße Bedruckstoff kontaktierende Oberfläche,
mit einem strukturierten Metallsubstrat, zeichnet sich durch eine
erste nanoskopische Belegung mit einem Polyelektrolyten und eine auf
der ersten Belegung angeordneten, zweiten nanoskopische Belegung
mit einer amphiphilen Substanz aus. Eine solche Oberfläche
weist in vorteilhafter Weise eine gute Verschleißbeständigkeit/lange Standzeit
bei gleichzeitig guter Antihafteigenschaft auf. Sie ist zudem regenerierbar.
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Eine
aufgrund der erreichbaren hohen Verschleißbeständigkeit
bzw. langen Standzeit der erzeugten Oberfläche vorteilhafte
und daher bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Oberfläche kann sich durch eine auf dem strukturierten
Metallsubstrat angeordnete Schicht aus amorphem Silizium auszeichnen.
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Die
beschriebene Erfindung und die beschriebenen, vorteilhaften Weiterbildungen
der Erfindung stellen auch in Kombination miteinander vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung dar. Eine bevorzugte Kombination ist
z. B. ein Verfahren mit i) Versehen mit amorphem Silizium, ii) Aktivieren
des Siliziums, iii) Behandeln mit Polyelektrolyten, iv) Behandeln
mit einer amphiphilen Substanz und v) Trocknen.
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Im
Rahmen der Erfindung ist auch eine Bedruckstoff verarbeitende Maschine – z.
B. Druckmaschine, insbesondere Bogen verarbeitende Rotationsdruckmaschine
für den lithographischen Offsetdruck, oder Druckweiterverarbeitungsmaschine – zu sehen,
welche sich durch wenigstens eine wie oben mit Bezug zur Erfindung
beschriebene Bedruckstoff kontaktierende Oberfläche auszeichnet.
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Die
Erfindung als solche sowie konstruktiv und/oder funktionell vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf
die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den
Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben
Bezugszeichen versehen.
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1 Ausschnitt
eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Bedruckstoff kontaktierenden Oberfläche;
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2 Vergrößerter
Ausschnitt II aus 1;
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3 Ablaufplan
eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verfahrens;
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4a Strukturformel;
und
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4b Strukturformel.
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1 zeigt
einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Bedruckstoff kontaktierenden Oberfläche 1, z.
B. eines Zylinderaufzugs oder eines Zylindermantels. Bevorzugt werden
erfindungsgemäße Oberflächen als antiadhäsive
und verschleißfeste Aufzüge (so genannte „Jackets”)
für Gegendruckzylinder 2 im Schön- und Widerdruck
in lithografischen Offsetdruckmaschinen 3 verwendet. Alternative
Anwendungen sind: Transfer- und Wendezylinderoberflächen
sowie Greifer- und Greiferbrückenoberflächen.
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Auf
einem Metallsubstrat 4, welches eine Oberflächenstrukturierung 5,
d. h. eine bevorzugt unregelmäßige Verteilung
von Strukturerhebungen, aufweist, kann optional eine erste Beschichtung 6 und
optional eine zweite Beschichtung 7 vorgesehen sein. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Metallsubstrat 4 um Nickel, bei
der ersten optionalen Beschichtung 6 um Chrom und bei der
zweiten optionalen Beschichtung 7 um haftvermittelndes
amorphes Silizium.
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2 zeigt
stark vergrößert den Ausschnitt II aus 1.
Auf dem Metallsubstrat 4 oder auf der äußeren
Beschichtung 6 oder 7, vorzugsweise auf dem amorphen
Silizium 7, ist eine erste Belegung 8 als Polyelektrolytschicht 8 aufgebracht.
Auf dieser ist eine zweite, nanoskopische Belegung 9 mit
amphiphilen, bevorzugt fluorierten amphiphilen Molekülen 9 aufgebracht,
d. h. eine Funktionsschicht im molekularen Maßstab.
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3 zeigt
einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verfahrens, wobei das Substrat 4 bereitgestellt und für
zwei folgende Behandlungen vorbehandelt wird. Der Verfahrensschritt
des Bereitstellens 10 umfasst das Bereitstellen eines von
einer strukturierten Ausgangsoberfläche galvanisch abgeformten
und somit ebenfalls strukturierten Nickelblechs 4 mit einem Chrom-Überzug 6.
Das Blech 4 ist vorzugsweise etwa 0,3 mm dick, der Überzug 6 etwa
5 bis etwa 10 μm. Die Rauheit der Oberfläche beträgt
bevorzugt RZ ≈ 25 ± 5 μm.
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Optional
wird das bereitgestellte Substrat 4 in einem Verfahrensschritt 11 zur
besseren Anbindung eines Polyelektrolyten (siehe Verfahrensschritt 16)
mit einer Schicht 7 aus amorphem Silizium versehen. Die
Schicht 7 weist vorzugsweise eine Dicke von etwa 300 bis
etwa 500 nm, bevorzugt etwa 400 nm auf. Das Erzeugen der Schicht 7 erfolgt
bevorzugt mittels eines CVD-Verfahrens („Chemical Vapour
Deposition”, englisch für chemische Gasphasenabscheidung).
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In
einem Verfahrensschritt 12 einer Vorbehandlung 24 wird
das bereitgestellte Substrat 4 gereinigt, vorzugsweise
mit Isopropanol und Aceton und anschließend in einem Verfahrensschritt 13 mit vollentsalztem
Wasser (VE-Wasser) gespült. In einem optionalen Verfahrensschritt 14 kann
das optional vorgesehene amorphe Silizium mittels UV-Strahlung oder
eines Plasmas aktiviert werden, wobei sich OH-Gruppen bilden.
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Danach
folgt eine erste Behandlung 15 mit einem Verfahrensschritt 16,
bei welchem das vorbehandelte Substrat 4 in eine erste
Lösung getaucht wird und mit einer nanoskopischen Schicht 8 versehen
wird. Das Eintauchen erfolgt bevorzugt für etwa 20 bis
etwa 30 Minuten. Alternativ kann die Lösung auch ohne Tauchen
auf das Substrat 4 aufgebracht werden, z. B. durch Auftropfen,
Sprühen oder Walzen, wobei das Sprühen den Vorteil
kürzerer Prozesszeiten bietet. Durch das Tauchen wird eine
vorteilhaft homogene Schicht 8 erzeugt. Die erste Lösung
wird in einem Verfahrensschritt 17 hergestellt und für
das Aufbringen 16 bereitgestellt. Hierzu wird VE-Wasser
mit dem kationischen Polyelektrolyten bzw. dem Polykation Polyethylenimin
(PEI, MW ≈ 60.000 g/mol, Hersteller:
Acros Organics) versetzt. Die Konzentration des PEI kann dabei zwischen
etwa 0,6 und 4,2 g/100 ml betragen. Die Strukturformel von PEI ist
in 4a widergegeben. Die Dicke der dabei entstehenden
PEI-Schicht 8 beträgt etwa 0,5 bis etwa 1 nm.
In Verfahrensschritt 18 wird das soweit behandelte Substrat 4 mit
VE-Wasser gespült. Die Anbindung des Polyelektrolyten erfolgt über
elektrostatische Adsorption an OH-Gruppen des Substrats 4,
bevorzugt der optionalen Siliziumschicht 7.
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Nun
erfolgt eine zweite Behandlung 19 mit einem Verfahrensschritt 20 des
Eintauchens des Substrates 4 in eine zweite Lösung.
Das Eintauchen erfolgt bevorzugt für etwa 12 Stunden, wobei
eine dicht belegte molekulare Schicht entsteht. Alternativ kann
die Lösung auch ohne Tauchen auf das Substrat aufgebracht
werden, z. B. durch Auftropfen, Sprühen oder Walzen, wobei
das Sprühen den Vorteil kürzerer Prozesszeiten
bietet. Die zweite Lösung wird in einem Verfahrensschritt 21 hergestellt
und für das Aufbringen 20 bereitgestellt. Hierzu
wird VE-Wasser mit amphiphilen, bevorzugt fluorierten amphiphilen Molekülen,
z. B. mit einem anionischen Tensid versetzt (bevorzugt Zonyl® FSP, MW ≈ 600
g/mol, Hersteller: DuPont). Die Konzentration des Zonyl® FSP kann
dabei etwa 0,17 g/100 ml betragen. Die Strukturformel des Zonyl® FSP ist in 4b widergegeben.
In Verfahrensschritt 22 wird das soweit behandelte Substrat
erneut mit VE-Wasser gespült. Abschließend wird
das Substrat 4 in Verfahrensschritt 23 an der
Luft bei Raumtemperatur für etwa 12 Stunden getrocknet.
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Das
Behandlungsverfahren umfasst somit die sequentielle Adsorption einer
ersten und einer zweiten Substanz (Polyelektrolyt und amphiphile Substanz)
aus deren jeweiliger wässrigen Lösung auf einem
strukturierten und bevorzugt vorbehandelten Substrat.
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Eine
nach diesem Ausführungsbeispiel (mit aktivierter Siliziumschicht 7)
hergestellte Oberfläche 1 weist einen Kontaktwinkel θ =
132 ± 16° gegen Wasser auf. Die Oberflächenenergie
beträgt σ = 8,9 ± 4,7 mN/m mit einem
polaren Anteil von σpol ≈ 1 mN/m.
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Das
beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl
zur einmaligen Herstellung erfindungsgemäßer Oberflächen 1 angewendet
werden, als auch im Zuge eines Kreisprozesses, d. h. verschmutzte
oder verschlissene Oberflächen 1 können mehrfach
wiederbehandelt und in einen antiadhäsiven Zustand zurückversetzt
werden. Zumeist wird es bereits ausreichen, bei nachlassender Antihafteigenschaft
nur die Belegung mit amphiphilen Molekülen 9 zu
erneuern bzw. zu regenerieren. Die Durchführung des Verfahrens
ist außerhalb und – aufgrund der vorteilhaften
Verwendung von Wasser als Lösemittel – innerhalb
der Bedruckstoff verarbeitenden Maschine 3 möglich.
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- 1
- Bedruckstoff
kontaktierenden Oberfläche
- 2
- Zylinder
- 3
- Druckmaschine
- 4
- Substrat/Nickel
- 5
- Strukturierung
- 6
- erste
Beschichtung/Chrom
- 7
- zweite
Beschichtung/Silizium
- 8
- erste
Belegung/Polyelektrolyt
- 9
- zweite
Belegung/amphiphile Moleküle
- 10
- Bereitstellen
- 11
- Beschichten/Silizium
- 12
- Reinigen
- 13
- Spülen/VE-Wasser
- 14
- Aktivieren
- 15
- erste
Behandlung
- 16
- Aufbringen/Polyelektrolyt
- 17
- Herstellen/Polyelektrolyt-Lösung
- 18
- Spülen/VE-Wasser
- 19
- zweite
Behandlung
- 20
- Aufbringen/amphiphile
Moleküle
- 21
- Herstellen/amphiphile
Moleküle-Lösung
- 22
- Spülen/VE-Wasser
- 23
- Trocknen
- 24
- Vorbehandlung
- II
- Ausschnitt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 08-12151
A [0003]
- - DE 3931479 A1 [0004]
- - DE 10241671 A1 [0005]
- - DE 10227758 A1 [0006]
- - DE 4228975 A1 [0007]