DE4140996C2 - Elektrofotografisches Druckverfahren, Druckform sowie Verfahren zur Herstellung dieser Druckform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrofotografisches Druckverfahren (gemäß dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1), eine elektrofotografische Druckform (gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 3) sowie ein Ver­ fahren zur Herstellung einer fotografischen Druckform (entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 8).

Bei elektrofotografischen Druckverfahren wird eine Fotohalbleiterschicht zunächst elektrisch geladen und dann unter Erzeugung eines elektrischen Ladungsbildes teilweise entladen. Bei den bisher bekannten Verfahren werden dann Pigmentpartikel (Toner) an diesem in der Fotohalbleiterschicht erzeugten elektrischen Ladungs­ bild festgehalten und anschließend auf einen Bedrucks­ toff übertragen. Dabei findet durch den Bildübertra­ gungsprozeß eine Löschung der Bildinformation statt. Die Bildinformation muß infolgedessen vor jedem Druckvorgang erneut in die Fotohalbleiterschicht der Druckform eingelesen werden, was die resultierende Druckgeschwindigkeit stark begrenzt.

Durch die DE-A 37 05 439 ist weiterhin eine Druck­ maschine bekannt, deren Druckform ein zu druckendes Abbild in der Form von wasserabweisenden und was­ serannehmenden Bereichen darstellt. Die Druckform besteht hierbei aus einem Polymer, das durch elektro­ chemische Steuerung von einem wasserabweisenden in einen wasserannehmenden Zustand und umgekehrt überführbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elek­ trofotografisches Druckverfahren (entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1) so auszubilden, daß die Druckform mit einem Datensatz direkt aus dem digita­ len Datenbestand eines Bildverarbeitungssystems bebil­ dert werden kann, die einmal erzeugte Druckform zur beliebig wiederholten Bildübertragung in einem rotati­ ven Hochgeschwindigkeits-Druckprozeß genutzt wer­ den kann und eine Neubebilderung direkt in der Druck­ maschine möglich ist Aufgabe der Erfindung ist es wei­ terhin, eine diesen Forderungen entsprechende elektro­ fotografische Druckform sowie ein Verfahren zur Her­ stellung einer derartigen Druckform zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 3 und 8 gelöst Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand der Fig. 1 bis 8 der Zeichnung seien zunächst die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen elek­ trofotografischen Druckverfahrens erläutert.

Die für das erfindungsgemäße Druckverfahren ver­ wendete Druckform enthält auf einer Unterlage 1, bei­ spielsweise einer Trommel, eine Fotohalbleiterschicht 2. Über der Fotohalbleiterschicht 2 befindet sich eine transparente Elektrode 3 und hierauf eine transparente Schicht 4 aus einem Polymer, das eingelagerte, in einem elektrischen Feld wanderungsfähige Anionen (A-) ent­ hält und das zwischen einem elektrisch leitfähigen und einem elektrisch isolierenden Zustand reversibel verän­ derbar ist.

Im ersten Verfahrensschritt (Fig. 1) wird die Fotohalb­ leiterschicht 2 nach einem der bekannten Verfahren (wie Corona-, Induktions- oder Alpha-Teilchen-Induk­ tionsverfahren) elektrisch aufgeladen. Vorzugsweise wird eine Fotohalbleiterschicht verwendet, die nach ei­ ner Aufladung zu einer negativ geladenen Schicht 2a führt.

Durch eine Primär-Belichtung (Fig. 2) wird nun in der Fotohalbleiterschicht 2 durch teilweise Entladung ein elektrisches Ladungsbild erzeugt (Bildstelle 2b). Die Be­ lichtung kann durch eine computergesteuerte Licht­ quelle, mittels eines modulierten Laserstrahles, durch ein LCS-(Liquid-Cristal-Shutter) oder ein LED-(Licht Diode)-Belichtungssystem erfolgen, da die oberhalb der Fotohalbleiterschicht 2 befindliche Poly­ merschicht 4 gegenüber diesen Lichtquellen eine hohe Transparenz aufweist. Die Vorlage, durch die hindurch die Belichtung (Pfeile 5) erfolgt, ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet.

Im nächsten Verfahrensschritt (Fig. 3) erfolgt nun ei­ ne Fixierung der Druckform, d. h. die Erzeugung eines dem elektrischen Ladungsbild der Fotohalbleiterschicht 2 entsprechenden, elektrisch isolierenden Fixierbildes in der Polymerschicht 4. Zu diesem Zweck wird die Poly­ merschicht 4 in Berührung mit einer Elektrolytlösung 7 gebucht, wobei zwischen der negativ geladenen Foto­ halbleiterschicht 2 und einer in der Elektrolytlösung 7 angeordneten, positiv geladenen Gegenelektrode 8 ein elektrisches Fixierfeld erzeugt wird, das Anionen (A-) aus denjenigen Stellen der Polymerschicht 4 in die Elek­ trolytlösung 7 exkorpariert, d. h. abfließen läßt, die den negativ geladenen Stellen der Fotohalbleiterschicht 2 entsprechen. Auf diese Weise entsteht in der Polymer­ schicht 4 ein elektrisch isolierendes Fixierbild 4b.

Der nächste Verfahrensschritt kann nun in einer von, zwei Varianten erfolgen:

Gemäß Fig. 4a wird die Fotohalbleiterschicht 2 er­ neut negativ aufgeladen, wie anhand von Fig. 1 bereits beschrieben.

Gemäß Fig. 4b wird die transparente Elektrode 3 an ein negatives Potential angeschlossen.

In beiden Fällen (Fig. 4a und 4b) ist durch die vorheri­ ge Erzeugung eines elektrisch isolierenden Fixierbildes 4b in der Polymerschicht 4 ein Ladungsfluß an die Ober­ fläche der Druckform nur an den Stellen der Polymer­ schicht möglich, die noch elektrisch leitfähig sind. Die elektrisch leitfähigen Stellen der Polymerschicht 4 kön­ nen das in der Fotohalbleiterschicht 2 induzierte elektri­ sche Feld (Fig. 4a) oder das an die transparente Elektro­ de 3 permanent angelegte Feld (Fig. 4b) an die Oberflä­ che der Druckform übertragen, während die elektrisch isolierenden Stellen der Polymerschicht 4 dazu nicht in der Lage sind. Damit entstehen an der Oberfläche der Druckform Stellen, die in einem elektrischen Feld zu einem Ladungsfluß führen, neben Stellen, die dazu nicht in der Lage sind.

Die nun folgende Entwicklung (Anlagerung von To­ nerpartikeln an die Oberfläche der Druckform) kann wieder in zwei Varianten vor sich gehen:

Gemäß Fig. 5a (Umkehrentwicklung) wird Toner 9 an die elektrisch ungeladenen Stellen der Druckformober­ fläche (d. h. an die dem isolierenden Fixierbild 4b der Polymerschicht 4 entsprechenden Stellen) angelagert.

Bei der Variante gemäß Fig. 5b (Direktentwicklung) erfolgt dagegen die Anlagerung des Toners 9 an die geladenen Stellen der Druckformoberfläche. Als Toner­ materialien können in beiden Fällen Trocken- oder Flüssigtoner zur Anwendung kommen.

In den Fig. 5a und 5b ist dabei die in Fig. 4b veran­ schaulichte Aufladungsvariante angenommen, bei der die transparente Elektrode 3 negativ geladen ist. Statt dessen kann selbstverständlich auch die in Fig. 4a ge­ zeigte Variante (negative Aufladung der Fotohalbleiter­ schicht 2) Verwendung finden.

Es erfolgt nunmehr die Übertragung des Toners 9 auf einen Bedruckstoff 10. Fig. 6a zeigt die Variante der Umkehrentwicklung und Fig. 6b die Variante der Direktentwicklung.

Die Übertragung des Toners 9 auf den Bedruckstoff 10 kann bei Verwendung von Trockentoner durch elek­ trostatische oder adhesive Verfahren erfolgen. Bei Ver­ wendung von Flüssigtonern, die aufgrund ihres deutlich höheren Auflösungsvermögens und evtl. höherer Anla­ gerungsgeschwindigkeit sowie aufgrund der leichteren Fixierung bei hohen Druckgeschwindigkeiten für das beschriebene Verfahren besonders gut geeignet er­ scheinen, geschieht die Tonerübertragung durch die Saugfähigkeit des Papiers mit Unterstützung eines Um­ druckcorotrons.

Im nächsten Verfahrensschritt (Fig. 7) wird der Rest­ toner 9a von der Oberfläche der Druckform, d. h. von der Oberseite der Polymerschicht 4 entfernt, um bei jedem Druckbogen eine gleichmäßige Tonerübertra­ gung zu gewährleisten. Dieser Reinigungsschritt kann mechanisch mittels einer Bürste 11, elektrisch (bei Troc­ kentonern) oder mit einem Lösungsmittel (bei Flüssig­ tonern) vorgenommen werden.

Bei Verwendung von Trockentonern kann die Fixie­ rung des Toners durch Wärmefixierung, Strahlungsfi­ xierung, Kalt-Druckfixierung oder durch Lösungsmit­ telfixierung erfolgen. Bei Verwendung von Flüssigto­ nern ist es evtl. möglich, auf einen Fixierprozeß zu ver­ zichten; statt dessen kann auch ein kurzer Wärme- oder Strahlungsfixierprozeß durchgeführt werden.

Mit der in der beschriebenen Weise fixierten Druck­ form (d. h. unter Verwendung des in der Polymerschicht 4 erzeugten, elektrisch isolierenden Fixierbildes) kann nun durch Wiederholung der anhand der Fig. 4 bis 7 beschriebenen Prozeßschritte ein rotativer Druckpro­ zeß durchgeführt werden. Der bei bisherigen elektrofo­ tografischen Druckverfahren notwendige, die Druckge­ schwindigkeit begrenzende Schritt der für jeden einzel­ nen zu bedruckenden Bogen erforderlichen Bildüber­ tragung auf die Druckform entfällt erfindungsgemäß.

Soll die Druckform, d. h. das elektrisch isolierende Fixierbild in der Polymerschicht 4, gelöscht werden (d. h. nach Abschluß eines wiederholten rotativen Druckpro­ zesses), so wird die Druckform nach der letzten Reini­ gung gemäß Fig. 7 wieder mit der Elektrolytlösung 7 in Berührung gebracht (vgl. Fig. 8). Die zwischen der Foto­ halbleiterschicht 2 und der Polymerschicht 4 vorgesehe­ ne transparente Elektrode 3 wird nunmehr auf positives Potential gelegt, während die in der Elektrolytlösung 7 befindliche Gegenelektrode 8 als Kathode geschaltet wird. Aufgrund des so erzeugten, entgegengesetzt zum Fixierfeld gerichteten elektrischen Löschfeldes werden die zuvor exkorporierten Anionen (A-) wieder in die Polymerschicht 4 inkorporiert. Das elektrisch isolieren­ de Fixierbild in der Polymerschicht 4 verschwindet da­ mit, und es ist damit wieder der Ausgangszustand für eine erneute selektive Bebilderung der Druckform (be­ ginnend mit einer Aufladung der Fotohalbleiterschicht 2 gemäß Fig. 1) hergestellt.

Die transparente Elektrode 3 besteht zweckmäßig aus einem im Vakuum auf die Fotohalbleiterschicht 2 aufgedampften leitfähigen Material.

Die Funktion dieser transparenten Elektrode 3 kann auch durch - eine mit Zusätzen versehene, umsteuerbare Fotohalbleiterschicht 2 erfüllt werden.

Die Polymerschicht 4 besteht zweckmäßig aus einem durch oxydative Polymerisation von Heteroaromaten oder Aromaten hergestellten Polymer.

Die Polymerschicht wird vorteilhaft durch Polymeri­ sation eines Monomers in einer Elektrolytlösung er­ zeugt, die außer dem Monomer ein Leitsalz enthält. Als Monomer können dabei Aromaten oder Heteroaroma­ ten Verwendung finden, wie Thiophen, Furan, Indol, Pyrrol, Carbazol, Benzthiophen oder deren Substitu­ tionsprodukte.

Die Herstellung der Polymerschicht erfolgt zweck­ mäßig in der Weise, daß das bzw. die Monomeren in einem Lösungsmittel gelöst werden, dem Lösungsmittel ein unter den Bedingungen der elektrochemischen Re­ aktion inertes Leitsalz zugesetzt wird und die Polymeri­ sation dann in einer elektrochemisch kontrollierten Re­ aktion auf der Oberfläche der transparenten leitfähigen Elektrode erfolgt.

Als Leitsalz werden erfindungsgemäß zweckmäßig anorganische Substanzen, wie quartäre Ammoniumsal­ ze, Alkylsulfonate oder anionische Tenside, verwendet, die unter den Bedingungen der elektrochemischen Re­ aktion inert sind.

Als Lösungsmittel finden vorzugsweise organische Lösungsmittel Verwendung, wie Acetonitril, Dichlor­ methan, Sulfolan, Nitrobenzol oder Wasser bzw. wäßri­ ge Gemische mit den vorstehend genannten organi­ schen Lösungsmitteln.

Im Rahmen der Erfindung kann vorteilhaft eine Foto­ halbleiterschicht 2 Verwendung finden, die mit Zusätzen zur Erzielung eines besonders wirksamen Ladungsaus­ tausches versehen ist.

Die Erfindung sei weiterhin an folgendem Beispiel näher erläutert:

Auf eine mit einem Fotohalbleiter vorbeschichtete Trommel wird eine transparente leitfähige Elektrode aus Gold aufgedampft. In einem Elektrolytbad, beste­ hend aus Acetonitril, in welchem 0,1 Mol Tetrabutylam­ moniumtetrafluoraborat als Leitsalz gelöst und das mit 0,01 Mol 2,2'Bithienyl als Monomer versetzt wurde, wird durch das Anlegen eines elektrischen Feldes kon­ stanter Spannung von 1,5 V eine transparente Schicht von Polybithienyl auf die Oberfläche der transparenten leitfähigen Goldschicht polymerisiert. Dabei wird diese Goldschicht im elektrischen Feld anodisch geschaltet. Die auf diese Weise hergestellte Druckform wird in die Druckmaschine eingebaut.

Nach einer in bekannter Weise durchgeführten Auf­ ladung der fotohalbleitenden Schicht wird die Druck­ form mit einer der üblichen elektrofotografischen Be­ lichtungseinrichtungen durch Daten, die mit einem elek­ tronischen Bild- und Satzverarbeitungssystem erstellt wurden, bebildert, so daß an den belichteten Stellen ein Ladungsabfluß im Fotohalbleiter stattfindet.

Ausgehend von dem in der Fotohalbleiterschicht durch die Restladung gegebenen elektrischen Ladungs­ bild wird nun in der Polymerschicht ein entsprechendes, elektrisch isolierendes Fixierbild erzeugt. Zu diesem Zweck wird die Polymerschicht mit einer Elektrolytlö­ sung in Berührung gebracht, die aus einer 10%igen wäßrigen alkoholischen Lösung besteht, die mit 0,1 M Tetrabutylammoniumtetrafluoroborat als Leitsalz ver­ setzt wurde. Durch Anlegung eines elektrischen Feldes zwischen der transparenten Goldelektrode und einer in der Elektrolytlösung vorgesehenen, positiv geladenen so Gegenelektrode werden an den dem elektrischen La­ dungsbild der Fotohalbleiterschicht entsprechenden Stellen der Polymerschicht die im elektrischen Feld wanderungsfähigen, im Polymer inkorporierten Tetra­ fluoroborat-Anionen in die Elektrolytlösung exkorpo­ riert. Diese Anionen-Exkorporation wandelt das Poly­ mer an den dem elektrischen Ladungsbild der Fotohalb­ leiterschicht entsprechenden Stellen aus einem elek­ trisch leitfähigen in einen isolierenden Zustand um. Es entsteht damit in der Polymerschicht ein elektrisch iso­ lierendes Fixierbild.

Die vorstehend genannten Prozeßschritte (Aufladung des Fotohalbleiters, Belichtung und Fixierung) können erforderlichenfalls wiederholt werden, sofern die Rest­ ladung des Fotohalbleiters noch nicht zu einer vollstän­ digen Exkorporation der Tetrafluoroborat-Anionen ge­ führt hat.

Anschließend wird an die transparente Elektrode ne­ gatives Potential angelegt, und die Druckform wird mit einem üblichen Flüssigtoner kontaktiert. Aufgrund der angelegten Spannung können elektrische Ladungsteil­ chen nur an den Stellen der Polymerschicht an die Ober­ fläche der Druckform wandern, die oberhalb der bild­ mäßig belichteten Bereiche der Druckform liegen, d. h. nur an den noch leitfähigen Zonen der Polymerschicht. Bei einer Direktentwicklung werden Tonersubstanzen an diesen Stellen an die Oberfläche der Druckform an­ gelagert. Anschließend erfolgt die Übertragung der To­ nersubstanzen auf den Bedruckstoff und eine kurze Rei­ nigung der Druckform.

Im Unterschied zu üblichen elektrofotografischen Verfahren kann dann ohne erneute Aufladung und Be­ lichtung direkt neuer Toner auf die Druckform aufge­ bracht und übertragen werden.

Nach Abschluß des gesamten Druckvorganges wird die Druckform wieder in Berührung mit der oben ge­ nannten Elektrolytlösung gebracht, und es wird durch Anlegen einer positiven Spannung an die transparente Elektrode ein zum Fixierfeld entgegengesetzt gerichte­ tes elektrisches Löschfeld erzeugt, so daß Anionen wie­ der aus der Elektrolytlösung in die Polymerschicht in­ korporiert werden, das elektrisch isolierende Fixierbild in der Polymerschicht gelöscht und damit der Ausgangs­ zustand wieder hergestellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet wesent­ lich höhere Druckgeschwindigkeiten als die bisher be­ kannten elektrofotografischen Verfahren. Die Druck­ form kann mit einem Datensatz direkt aus dem digitalen Datenbestand eines Bildverarbeitungssystems bebildert werden. Die einmal erzeugte Druckform kann dann zur Bildübertragung in einem rotativen Hochgeschwindig­ keitsdruckprozeß genutzt werden. Eine Neubebilde­ rung kann direkt in der Druckmaschine vorgenommen werden. Zwischenschritte zwischen der Erstellung des Datensatzes im Computer und dem Druck in der Druck­ maschine werden vermieden. Da diese Zwischenschritte gerade bei kleineren und mittleren Auflagen im Mehr­ farbendruck im Vergleich zur effektiven Druckzeit ver­ hältnismäßig zeitintensiv sein können, ist durch eine Verkürzung der für einen Auflagenwechsel benötigten Rüstzeit die Druckgeschwindigkeit wesentlich steiger­ bar. Es ist auf diese Weise auch möglich, in mehreren Druckwerken Mehrfarbendrucke in kleineren und mitt­ leren Auflagen sehr wirtschaftlich herzustellen.

Claims (12)

1. Elektrofotografisches Druckverfahren, bei dem eine Fotohalbleiterschicht zunächst elektrisch geladen und dann unter Erzeugung eines elektrischen Ladungs­ bildes teilweise entladen wird, wobei mittels eines Toners eine Bildübertragung auf einen Bedruckstoff erfolgt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) es findet eine Druckform Verwendung, die aus der Fotohalbleiterschicht und einer sie abdeckenden, transparenten Schicht aus einem Polymer besteht, das eingelagerte, in einem elektrischen Feld wanderungsfähige Anionen enthält und zwischen einem elektrisch leitfähigen und einem elek­ trisch isolierenden Zustand reversibel veränder­ bar ist;
• b) nach Erzeugung des elektrischen Ladungsbildes wird die transparente Polymerschicht der Druck­ form in Berührung mit einer Elektrolytlösung ge­ bracht, und es werden mittels eines elektrischen Fixierfeldes Anionen aus den den geladenen Stel­ len der Fotohalbleiterschicht entsprechenden Stellen der Polymerschicht in die Elektrolytlö­ sung exkorporiert, wobei in der Polymerschicht ein dem elektrischen Ladungsbild der Fotohalb­ leiterschicht entsprechendes, elektrisch isolie­ rendes Fixierbild entsteht, während die übrigen Bereiche der Polymerschicht elektrisch leitfähig sind;
• c) ausgehend von dem so in der Polymerschicht er­ zeugten Fixierbild erfolgt eine wiederholbare, unmittelbare Bildübertragung auf einen Bedruck­ stoff;
• d) zum Löschen des Fixierbildes wird in der Elek­ trolytlösung und in der Polymerschicht ein ent­ gegengesetzt zum Fixierfeld gerichtetes elektri­ sches Löschfeld erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ladungsbild in der Fotohalblei­ terschicht durch eine computergesteuerte Licht­ quelle, mittels eines modulierten Laserstrahles, durch ein LCS- oder ein LED-Belichtungssystem er­ zeugt wird.

3. Elektrofotografische Druckform mit einer Fotohalb­ leiterschicht (2) zur Erzeugung eines elektrischen Ladungsbildes, gekennzeichnet durch eine die Fotohalbleiterschicht (2) abdeckende transparente Schicht (4) aus einem Polymer, das eingelagerte, in einem elektrischen Feld wanderungsfähige Anionen enthält und zwischen einem elektrisch leitfähigen und einem elektrisch isolierenden Zustand reversibel veränderbar ist.

4. Druckform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Fotohalbleiterschicht (2) und der Polymerschicht (4) eine transparente leitfähige Elektrode (3) angeordnet ist.

5. Druckform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Elektrode (3) aus einem im Vakuum auf die Fotohalbleiterschicht (2) aufgedampften leitfähigen Material besteht.

6. Druckform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschicht (4) aus einem durch oxidative Polymerisation von Heteroaromaten oder Aromaten hergestellten Polymer besteht.

7. Druckform nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine mit Zusätzen versehene und zugleich die Funktion ei­ ner Elektrode erfüllende, zum Löschen des Fixierbil­ des in ihrer Polarität umsteuerbare Fotohalblei­ terschicht.

8. Verfahren zur Herstellung einer elektrofotografi­ schen Druckform, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Träger zunächst eine Fotohalbleiterschicht, hierauf eine transparente leitfähige Elektrode und darauf eine Polymerschicht aufgebracht wird, wobei die Polymerschicht durch Polymerisation eines Mono­ mers in einer Elektrolytlösung erzeugt wird, die au­ ßer dem Monomer ein Leitsalz enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomer Aromaten oder Heteroaromaten verwen­ det werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Monomer bzw. die Monomeren in einem Lösungsmittel gelöst werden, dem Lösungsmittel ein unter den Bedingungen der elektrochemischen Reaktion inertes Leitsalz zugesetzt wird und die Polymerisa­ tion dann in einer elektrochemisch kontrollierten Reaktion auf der Oberfläche der transparenten leit­ fähigen Elektrode erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Leitsalz anorganische Substanzen verwendet werden, die unter den Bedingungen der elektrochemi­ schen Reaktion inert sind.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel organische Lösungsmittel oder wässrige Gemische von organischen Lösungsmitteln verwendet werden.