Московский государственный университет печати

Под редакцией В.И. Шеберстова


         

Технология изготовления печатных форм

Учебник


Под редакцией В.И. Шеберстова
Технология изготовления печатных форм
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление
1.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОПИРОВАЛЬНОГО ПРОЦЕССА

1.1.

Общие сведения о копировальном процессе и копировальных слоях

1.2.

Диазосоединения. Диазосмолы

1.3.

Копировальные слои на основе о-нафтохинондиазидов

1.4.

Фотополимеризация. Копировальные слои на основе фотополимеризующихся композиций

1.5.

Определение сенситометрических характеристик копировальных слоев

2.

ФОРМЫ ОФСЕТНОЙ ПЛОСКОЙ ПЕЧАТИ

2.1.

Общие сведения

2.2.

Физико-химические закономерности смачивания пробельных и печатающих элементов форм плоской печати

2.3.

Параметры смачивания твердых поверхностей в офсетной плоской печати

2.4.

Формные основы

2.5.

Пластины для изготовления монометаллических печатных форм

2.5.1.

Подготовка поверхности алюминиевых пластин

2.5.2.

Подготовка поверхности пластин углеродистой стали

2.5.3.

Формные основы для изготовления монометаллических предварительно очувствленных пластин

2.6.

Изготовление копий

2.7.

Получение печатных форм - создание гидрофобных печатающих и гидрофильных пробельных элементов

2.7.1.

Монометаллические печатные формы

2.8.

Нанесение защитного покрытия - консервация печатной формы

2.9.

Формы для офсетной печати без увлажнения

2.10.

Изготовление офсетных печатных форм путем проекционного экспонирования

3.

Формы высокой печати

3.1.

Общие сведения о получении фотополимерных печатных форм

3.2.

Фотополимеризующиеся материалы

3.3.

Формирование печатающих элементов в фотополимеризующихся слоях

4.

Формы глубокой печати

4.1.

Подготовка формного цилиндра

5.

Получение печатных форм электронным гравированием и с помощью лазерного излучения

5.1.

Электронное гравирование форм глубокой печати

5.2.

Лазеры в полиграфии. Способы формирования изображения на формных материалах лазерным излучением

Указатели
48   указатель иллюстраций
Рис. 3.1. Принципиальная схема изготовления монометаллической и полиметаллической печатных форм плоской печати: 1 - формная основа (металлическая пластина толщиной 0,3-0,5 мм); 1' - слой меди (гальванопокрытие, 6-20 мкм); 1'' - слой хрома (гальванопокрытие, 0,8-1,2 мкм); 2 - копировальный слой (2-3 мкм). Пробельный элемент - гидрофильная пленка (1-2 мкм); печатающий элемент - гидрофобная пленка (2-3 мкм) Рис. 3.1. Принципиальная схема изготовления монометаллической и полиметаллической печатных форм плоской печати: 1 - формная основа (металлическая пластина толщиной 0,3-0,5 мм); 2 - копировальный слой (2-3 мкм). Пробельный элемент - гидрофильная пленка (1-2 мкм); печатающий элемент - гидрофобная пленка (2-3 мкм) Рис. 3.1. Принципиальная схема изготовления монометаллической и полиметаллической печатных форм плоской печати: 1 - формная основа (металлическая пластина толщиной 0,3-0,5 мм); 2 - копировальный слой (2-3 мкм). Пробельный элемент - гидрофильная пленка (1-2 мкм); печатающий элемент - гидрофобная пленка (2-3 мкм) Рис. 3.2. Капля жидкости на поверхности твердого тела Рис. 3.3. Схема поверхности алюминиевой пластины после электрохимической подготовки (по Эйлеру, ВНР): 1 - геометрическая поверхность; 2 - уровень прокатного рельефа; 3 - уровень после обезжиривания; 4 - уровень чашек после зернения; 5 - уровень оксидных пор Рис. 3.4. Кинетика изменения емкости двойного электрического слоя стального электрода при обработке его растворами: 1 - нитрита натрия; 2 - фосфата натрия двухзамещенного; 3 - силиката натрия; 4 - ферроцианида калия; 5 - силиката натрия при 50°С; 6 - исходная поверхность Рис. 3.10. Кривые поглощения слоя ОНХД при экспонировании УФ-излучением: кривая 1 - в течение 0 с; 2 - 15 с; 3 - 30 с; 4 - 60 с; 5 - 120 с Рис. 3.10. Кривые поглощения слоя ОНХД при экспонировании УФ-излучением: кривая 1 - в течение 0 с; 2 - 15 с; 3 - 30 с; 4 - 60 с; 5 - 120 с Рис. 3.11. Влияние температуры термообработки на химические и физические свойства слоя на углеродистой стали. Обозначения кривых: 1 - химическая стойкость к органическому растворителю; 2 - то же, к 10-процентному раствору едкого натра; 3 - износостойкость; 4 - адгезия к поверхности стали Рис. 3.11. Влияние температуры термообработки на химические и физические свойства слоя на углеродистой стали. Обозначения кривых: 1 - химическая стойкость к органическому растворителю; 2 - то же, к 10-процентному раствору едкого натра; 3 - износостойкость; 4 - адгезия к поверхности стали

Плоская офсетная печать - наиболее перспективный и быстро прогрессирующий способ печати; она постепенно теснит высокую и другие виды печати.

Формы офсетной плоской печати отличаются от форм высокой и глубокой печати по двум основным признакам:

  1. по отсутствию геометрической разницы в высоте между печатающими и пробельными элементами
  2. и
  3. по наличию принципиального различия физико-химических свойств поверхности печатающих и пробельных элементов.
Печатающие элементы формы плоской печати обладают ярко выраженными гидрофобными свойствами и водой не смачиваются. Пробельные элементы, наоборот, хорошо смачиваются водой и способны удерживать на своей поверхности некоторое ее количество, они обладают ярко выраженными гидрофильными свойствами.

В процессе плоской печати проводится последовательное смачивание формы водным раствором и краской. При этом вода удерживается на пробельных элементах формы вследствие их гидрофильности, образуя на их поверхности тонкую пленку. Краска удерживается только на печатающих элементах формы, которые она хорошо смачивает. Поэтому принято говорить, что процесс офсетной плоской печати основан на избирательном смачивании пробельных и печатающих элементов водой и краской.

Для получения форм плоской печати необходимо создать на поверхности формного материала (формной основы) устойчивых гидрофобных печатающих и гидрофильных пробельных элементов. Это может быть достигнуто разными способами, но повсеместное широкое применение в полиграфии получили монометаллические и биметаллические печатные формы. Наиболее употребительные формные основы для получения как моно-, так и биметаллических печатных форм - это пластины из алюминия (или его сплава) или из углеродистой или нержавеющей стали. Поверхность алюминиевой или стальной пластины при получении монометаллических форм остается без изменения, а при получении биметаллических форм на нее наращивают слой меди (на нем в дальнейшем образуются печатающие элементы), а поверх него - слой хрома или никеля (для образования пробельных элементов).

В обоих случаях (при получении как моно-, так и биметаллических форм) на формную пластину наносят копировальный- слой - негативный (например, хромированный ПВС или диазосмола) или позитивный (производные ортонафтохинондиазидов), в зависимости от способа копирования. На копировальный слой контактным способом копируют растровую или штриховую фотоформу: негатив или диапозитив. После проявления копии последующая ее обработка зависит от характера формной основы - моно- или полиметаллическая.

На рис. 3.1 Рис. 3.1. Принципиальная схема изготовления монометаллической и полиметаллической печатных форм плоской печати: 1 - формная основа (металлическая пластина толщиной 0,3-0,5 мм); 1' - слой меди (гальванопокрытие, 6-20 мкм); 1'' - слой хрома (гальванопокрытие, 0,8-1,2 мкм);  2 - копировальный слой (2-3 мкм). Пробельный элемент - гидрофильная пленка  (1-2 мкм); печатающий элемент - гидрофобная пленка (2-3 мкм) приведена схема получения монометаллической и полиметаллической форм позитивным копированием.

Получение монометаллической формы очень просто (рис. 3.1 Рис. 3.1. Принципиальная схема изготовления монометаллической и полиметаллической печатных форм плоской печати: 1 - формная основа (металлическая пластина толщиной 0,3-0,5 мм);  2 - копировальный слой (2-3 мкм). Пробельный элемент - гидрофильная пленка  (1-2 мкм); печатающий элемент - гидрофобная пленка (2-3 мкм)). Для проявления копии, т. е. для растворения позитивного копировального слоя, служит проявляющий раствор, который не только растворяет облученные участки слоя, но одновременно гидрофилизует обнажающий металл. Состав такого раствора несложен, он содержит метасиликат натрия <?xml version="1.0"?>
и NaOH для создания щелочной реакции раствора, а также гидрофильный полимер - натриевую соль карбоксиметил-целлюлозы (КМЦ). Гидрофильный полимер (КМЦ) прочно адсорбируется на хемосорбционной пленке силиката, удерживает некоторое количество воды и тем самым гидрофилизует соответствующие участки металла; так образуются пробельные элементы. Копировальный слой, оставшийся на необлученных участках копии, обладает гидрофобными свойствами, вследствие чего эти участки служат печатающими элементами.

Образование полиметаллической печатной формы (рис. 3.1 Рис. 3.1. Принципиальная схема изготовления монометаллической и полиметаллической печатных форм плоской печати: 1 - формная основа (металлическая пластина толщиной 0,3-0,5 мм);  2 - копировальный слой (2-3 мкм). Пробельный элемент - гидрофильная пленка  (1-2 мкм); печатающий элемент - гидрофобная пленка (2-3 мкм)) протекает более сложно. Негативный копировальный слой теряет растворимость на облученных участках формы. При проявлении водой обнажается поверхность хрома на участках, соответствующих темным участкам фотоформы. После проявления проводят стравливание хрома (электрохимически в растворе серной кислоты или химически в растворе соляной кислоты). Понятно, что хром стравливается только там, где он незащищен оставшейся пленкой копировального слоя. В результате стравливания хрома обнажается поверхность меди на участках, соответствующих темным местам фотоформы. После этого удаляют оставшуюся пленку копировального слоя и проводят гидрофилизацию - гидрофобизацию формы. Для этого форму обрабатывают раствором, содержащим одновременно и гидрофилизующие компоненты (КМЦ и аммоний щавелевокислый) и гидрофобизующий компонент - бутилксантогенат калия. КМЦ адсорбируется на оксалате хрома, создавая пробельные элементы, а бутилксантогенат - на меди, образуя печатающие элементы.

Чтобы понять механизм избирательного смачивания печатающих и пробельных элементов форм плоской печати, надо обратиться к основным физико-химическим закономерностям процессов смачивания твердых поверхностей жидкостями.

Как известно, капля жидкости, нанесенная на твердую поверхность,

смачивает или не смачивает эту поверхность в зависимости от соотношения трех сил поверхностного натяжения:

  • 1) <?xml version="1.0"?>
- на границе раздела жидкость - газ (воздух);
  • 2) <?xml version="1.0"?>
- на границе твердое тело-газ
  • и
  • 3)<?xml version="1.0"?>
- на границе твердое тело - жидкость. Связь между этими величинами и равновесным краевым углом смачивания <?xml version="1.0"?>
(рис. 3.2 Рис. 3.2. Капля жидкости на поверхности твердого тела) дается уравнением Юнга:

<?xml version="1.0"?>
(3.1)

Разность двух поверхностных натяжений <?xml version="1.0"?>
в уравнении (3.1) имеет особый физический смысл - это сила, действующая со стороны твердого тела на единицу длины линии смачивания. Эту силу называют адгезионным натяжением и обозначают

<?xml version="1.0"?>
(3.2)

Смачивание или несмачивание твердой поверхнэсти жидкостью определяется соотношением сил притяжения жидкости к твердому телу (силы адгезии) и сил взаимного притяжения между молекулами самой жидкости (силы когезии). В связи с этим взаимодействие жидкости и твердого тела удобно характеризовать работой адгезии <?xml version="1.0"?>
.

Работа адгезии - это работа, которую надо затратить для отделения жидкости от твердого тела. Работа адгезии может быть определена как разность энергетических характеристик конечного (две поверхности: <?xml version="1.0"?>
и <?xml version="1.0"?>
) и начального состояний, т. е.

<?xml version="1.0"?>
(3.3)

Очевидно, чем сильнее взаимодействие жидкости и твердого тела, тем больше работа адгезии, тем сильнее (при прочих равных условиях) смачивание. Из сопоставления уравнений (3.2) и (3.3) получаем

<?xml version="1.0"?>
(3.4)

Взаимодействие частиц (молекул) одной фазы характеризует работа когезии <?xml version="1.0"?>
. Она численно равна работе изотермического разделения объема жидкости на две части, т. е.

<?xml version="1.0"?>
(3.5)

Из уравнений (3.4) и (3.5) следует, что

<?xml version="1.0"?>
(3.6)

Принимая во внимание формулу (3.6), получим отношения между краевым углом <?xml version="1.0"?>
и смачиваемостью твердой поверхности, приведенные в табл. 3.1

<?xml version="1.0"?>

Таблица 3.1. Работа адгезии <?xml version="1.0"?>
и смачивание поверхности <?xml version="1.0"?>
при различных краевых углах смачиваемости <?xml version="1.0"?>

Untitled Document

, град.
Характер смачивания
180 -1 0 0 полное несмачивание
>90 От -1 до 0 >0 От 0 до очень слабое смачивание
90 0 0,5 0,5 слабое смачивание
<90 От 0 до 1 >0,5 >0,5 хорошее смачивание
0 1 1 полное смачивание

Полное смачивание - практически реализуемый случай (например, совершенно чистая поверхность стекла полностью смачивается водой). Краевой угол здесь не устанавливается, так как жидкость растекается в виде тончайшей (в пределе мономолекулярной) пленки по поверхности твердого тела. При полном смачивании, очевидно (см. формулу 3.4):

<?xml version="1.0"?>
(3.7)

В реальных производственных условиях с твердой поверхностью формы обычно одновременно взаимодействуют две жидкости с резко различной полярностью (например, увлажняющий раствор и печатная краска). В этих случаях наблюдается избирательное смачивание. Если полярную жидкость обозначить буквой в (вода), а неполярную-м (масло), то уравнение Юнга принимает вид

<?xml version="1.0"?>
(3.8)

Представления об избирательном смачивании твердых тел впервые ввел П. А. Ребиндер в 1930-х гг. Он предложил классифицировать поверхности твердых тел в зависимости от характера избирательного смачивания водой следующим образом:

  • гидрофильные (олеофобные) поверхности, <?xml version="1.0"?>
(например, пробельные элементы форм плоской печати);
  • гидрофобные (олеофильные), <?xml version="1.0"?>
(печатающие элементы);
  • абсолютно гидрофобные, для которых <?xml version="1.0"?>
не только в избирательных условиях, но и на воздухе (в эту группу входят парафин, тефлон, битумы).

Экспериментальное определение поверхностного натяжения на границах раздела жидкость - газ (<?xml version="1.0"?>
) или жидкость 1-жидкость 2 (<?xml version="1.0"?>
) не вызывает принципиальных трудностей (соответствующие методы описаны в учебниках и практикумах коллоидной химии. Но для понимания процессов плоской печати важно знать также поверхностное натяжение на границах твердого тела с воздухом (<?xml version="1.0"?>
) и с жидкостью (<?xml version="1.0"?>
). К сожалению, непосредственное измерение поверхностного натяжения твердого тела невозможно, но известны косвенные методы. Сущность одного из них кратко излагается здесь. (Этот метод используется в студенческом практикуме по технологии формных процессов в Лейпцигской технической высшей школе).

Из курса коллоидной химии известно, что силы поверхностного натяжения а можно разложить на сумму составляющих. Согласно одной из классификаций, это:

  • дисперсионные силы <?xml version="1.0"?>
;
  • силы водородных связей <?xml version="1.0"?>
;
  • силы взаимодействия кислотных и основных групп <?xml version="1.0"?>
;
  • силы взаимодействия диполей <?xml version="1.0"?>
  • индуцированные взаимодействия диполей <?xml version="1.0"?>

<?xml version="1.0"?>
(3.9)

С некоторым приближением, все недисперсионные силы объединяются в виде полярной составляющей <?xml version="1.0"?>
, т. е.

<?xml version="1.0"?>
(3.10)

В результате некоторых допущений и математических преобразований получают следующую приближенную формулу, связывающую величины краевого угла смачивания <?xml version="1.0"?>
, поверхностных натяжений и их составляющих для жидкости и твердого тела.

<?xml version="1.0"?>
(3.11)

Используя эту формулу, можно экспериментально определять поверхностное натяжение любой твердой поверхности <?xml version="1.0"?>
. Для этого на испытуемую поверхность наносят капли двух жидкостей, резко различающихся по полярности. Для этих жидкостей известны величины поверхностного натяжения <?xml version="1.0"?>
и их составляющие. Измеряют краевой угол смачивания <?xml version="1.0"?>
для каждой из этих жидкостей, после чего, подставив результаты в формулу (3.11), решают систему двух уравнений с двумя неизвестными и вычисляют величины <?xml version="1.0"?>
и <?xml version="1.0"?>
. Принимают, что

<?xml version="1.0"?>
(3.12)

В качестве эталонных жидкостей рекомендовано использовать воду и метилениодид (<?xml version="1.0"?>
). Эти жидкости характеризуются следующими параметрами поверхностного натяжения на границе с воздухом <?xml version="1.0"?>
:

<?xml version="1.0"?>
(3.13)

(Как видно из этих цифр, поверхностное натяжение метилениодида определяется в основном дисперсионными силами, а поверхностное натяжение воды - полярными силами). Принимая во внимание эти величины, получаем следующие простые формулы для вычисления поверхностного натяжения твердых поверхностей:

<?xml version="1.0"?>
(3.14)

<?xml version="1.0"?>
(3.15)

На смачиваемость поверхностей существенное влияние оказывают поверхностно-активные вещества (ПАВ). Они адсорбируются на поверхности раздела фаз, снижая поверхностное натяжение.

В зависимости от того, на какой поверхности раздела фаз, участвующих в смачивании, происходит адсорбция ПАВ, различают три основных случая:

    1. Адсорбция на поверхности твердого тела, осуществляемая заранее, до соприкосновения твердого тела с рабочей жидкостью. Адсорбционные слои ПАВ могут резко изменить поверхностные свойства подложки и соответственно ее поверхностное натяжение <?xml version="1.0"?>
. Возможен переход от смачивания к несмачиванию. Характерный пример - обработка меди ксантоге-натом калия, используемая при изготовлении биметаллических печатных форм. В результате такой обработки медь из гидрофильной (<?xml version="1.0"?>
воды = 50°) становится гидрофобной (<?xml version="1.0"?>
воды=135°) и обеспечивается смачивание печатной гидрофобной краской.

    2. Адсорбция ПАВ на поверхности жидкости до контакта ее с твердым телом. Для этого ПАВ растворяют в жидкости, при этом происходит снижение поверхностного натяжения жидкости <?xml version="1.0"?>
и, как следствие, изменение краевого угла смачивания, улучшение растекания жидкости при контакте с твердым телом. Этот метод широко используется в процессе плоской печати. В увлажняющий раствор добавляют ПАВ, например изопропиловый спирт, <?xml version="1.0"?>
увлажняющего раствора снижается с 70 до 40-50 мН/м. Улучшается смачивание пробельных элементов формы, устраняется тенение.

    3. Адсорбция веществ, растворенных в жидкости, на поверхности твердого тела во время смачивания. В результате изменяется межфазное поверхностное натяжение <?xml version="1.0"?>
. Этим приемом широко пользуются в различных технологических процессах, например во флотации.

Таким образом, во всех трех случаях наблюдается влияние ПАВ на поверхностное натяжение: в первом случае - на <?xml version="1.0"?>
во втором - на <?xml version="1.0"?>
и в третьем - на <?xml version="1.0"?>
.

В настоящее время накоплен большой экспериментальный материал по определению основных величин смачивания материалов офсетной печати. Измерения, выполненные различными исследователями, показали, что поверхностное натяжение офсетных красок лежит в интервале от 30 до 38 мН/м независимо от их состава. Поверхностное натяжение водных увлажняющих растворов, напротив, лежит в более широком интервале, в пределах от 30 до 75 мН/м.

Таблица 3.2. Поверхностное натяжение печатных красок и увлажняющих растворов, мН/м

Untitled Document

Жидкости

Краска "Uniset"

черная

желтая

пурпурная

голубая

 

34

38

36

35

 

30

30

30

29

 

4

8

6

6

Увлажняющий раствор 72 29 43
Вода 72,6 21,8 50,8
Глицерин 63,4 37,0 26,4

В табл. 3.2 приведены величины <?xml version="1.0"?>
красок и некоторых увлажняющих растворов, а также их дисперсионные <?xml version="1.0"?>
и полярные <?xml version="1.0"?>
составляющие (таблица составлена по материалам Лейпцигской технической высшей школы). В табл. 3.3 показаны величины <?xml version="1.0"?>
печатающих и пробельных элементов монометаллических (алюминиевых и биметаллических медь-хром) офсетных форм и вклад дисперсионной и полярной компонент.

Таблица 3.3. Поверхностная энергия печатающих и пробельных элементов форм, изготовленных на предварительно очувствленных монометаллических пластинах зарубежных фирм (<?xml version="1.0"?>
, мН/м)

Untitled Document

Пластина, фирма, страна
Печатающие элементы
Пробельные элементы

Позитивные:

P7S, "Kalle", ФРГ

FPM-N, "Fuji", Япония

Alympic, "Gold", Англия

GAP, "Polychrome", США

Ортохинондиазиды, ГДР

 

33,7

34,2

43,6

40,3

45

 

30,1

29,6

28,2

31,7

40

 

3,6

4,6

15,6

8,7

5

 

62,2

61,4

61,3

61,6

69,5

 

30,8

30,8

30,8

30,7

17,6

 

31,4

30,6

30,5

30,8

51,9

Негативные:

N3S, "Kalle", ФРГ

FNM-2, "Fuji", Япония

AQ, "Gold", Англия

CAN, "Polychrome", США

Поливинилциннамат, ГДР

Газетная форма, ГДР

 

39,7

35,8

55,0

42,6

44,9

46,5

 

37,4

30,9

30,4

32,9

44

29,6

 

2,3

4,5

24,6

9,7

0,9

16,9

 

60,8

57,1

58,0

61,9

--

66,5

 

30,5

27,1

30,9

30,7

--

25,5

 

30,4

29,5

27,2

31,2

--

41,1

Биметаллическая форма, ГДР:

медь

хром

 

39,4

--

 

36,5

--

 

2,9

--

 

--

69

 

--

18

 

--

52

Из табл. 3.2 видно, что в поверхностном натяжении увлажняющих растворов вклад полярной составляющей выше, чем дисперсионной, но у печатных красок поверхностное натяжение почти целиком определяется дисперсионной компонентой. В то же время дисперсионная часть печатающих элементов (табл. 3.3) значительно преобладает над полярной, а в пробельных элементах полярная составляющая превышает дисперсионную. Заслуживает внимания также то обстоятельство (табл. 3.3), что поверхностное натяжение исследованных металлов (медь и хром) относительно невелико (около 40-70 мН/м). Между тем в учебниках и справочниках для поверхностного натяжения твердых металлов даются величины <?xml version="1.0"?>
около 1000-6000 мН/м: медь (при 1100°С) -1430 мН/м, алюминий (при 25°С) -1909 мН/м, железо (при 25°С) - 3959 мН/м, Указанное противоречие, однако, кажущееся. Дело в том, что свежеполученная чистая поверхность металла, обладая весьма большим запасом свободной энергии, чрезвычайно легко и быстро покрывается тончайшими, но очень прочными адсорбционными пленками различных веществ из окружающей среды (в первую очередь пленками воды). В результате этой адсорбции свободная энергия поверхности металла резко снижается. Другими словами, измеряя поверхностное натяжение твердых тел, в первую очередь металлов, мы измеряем фактически о адсорбционных пленок на поверхности металла (в практическом отношении именно эти данные представляют интерес, так как в полиграфии, да и в большинстве других отраслей техники, мы работаем с металлами, поверхность которых покрыта адсорбционными пленками).

В табл. 3.4-3.6 приведены некоторые величины адгезионного взаимодействия для типичных гидрофильных и олеофильных жидкостей на пробельных и печатающих элементах. Адгезионное взаимодействие выражено через краевой угол смачивания <?xml version="1.0"?>
или путем вычисления адгезионного напряжения <?xml version="1.0"?>
.

Таблица 3.4. Краевой угол смачивания воды в вазелиновом масле на печатающих и пробельных элементах форм плоской печати

Untitled Document

Предварительно очувствленные пластины
на элементах
Пробельных
Печатающих
Исходная пластина
После проявления
После гидрофилизации
Копировальный слой на ОНХД (исходный)
После проявления
После гидрофилизации
Монометаллическая форма
На гладком алюминии
57
95
45
120
118
115
На алюминии с комплексной электрохимической подготовкой поверхности
Растекание
30
Растекание
120
118
115
На углеродистой стали
60
105
45
120
118
115
Биметаллическая форма
Никель - кобальт
80
--
57
--
--
--
Хром
82
--
43
--
--
--
Нержавеющая сталь
89
--
20
--
--
--
Медь
--
--
--
158
--
145

Таблица 3.5. Краевой угол смачивания воды и олеиновой кислоты на воздухе на пробельных элементах

Untitled Document

Металл пробельных элементов
, град.
Вода,
Олеиновая кислота,

Алюминий:

зерненый, без гидрофилизации

зерненый, после гидрофилизации

анодированный, после проявления

анодированный после гидрофилизации

Растекание

>>

>>

>>

Растекание

>>

12

>>

Хром:

без гидрофилизации

после гидрофилизации

 

20

Растекание

 

>>

>>

Таблица 3.6. Адгезионные свойства олеофильных и гидрофильных жидкостей на печатающих элементах

Untitled Document

Металл пробельных элементов
, град.
Вода,
Олеиновая кислота,

Алюминий:

зерненый, без гидрофилизации

зерненый, после гидрофилизации

анодированный, после проявления

анодированный после гидрофилизации

Растекание

>>

>>

>>

Растекание

>>

12

>>

Хром:

без гидрофилизации

после гидрофилизации

 

20

Растекание

 

>>

>>

Как видно из табл. 3.4-3.6, пробельные элементы печатных форм имеют краевой угол смачивания воды в избирательных условиях много меньше 90%, т. е. обладают ярко выраженными гидрофильными свойствами. На воздухе смачивающая способность воды на пробельном элементе настолько велика, что капля растекается по поверхности.

Однако гидрофильный характер поверхности не препятствует растеканию и олеофильных жидкостей. Олеиновая кислота смачивает на воздухе поверхность пробельного элемента так же хорошо, как и вода. Это объясняется тем, что металлы обладают высокой энергией поверхности и способны адсорбировать любую жидкость, как гидрофильную, так и олеофильную. Последние из-за своего низкого поверхностного натяжения обладают даже большей способностью к растеканию по поверхности металла. И только в том случае, когда поверхность контактирует одновременно с двумя разными по полярности жидкостями - вода и вазелиновое масло,- гидрофильная жидкость лучше смачивает гидрофильные поверхности (вода - пробельные элементы) и значительно хуже гидрофобные - печатающие элементы (углы смачивания воды изменяются с 20-57° на 115-145°). Печатающие элементы в противоположность пробельным имеют разные величины смачивания олеофильными и гидрофильными жидкостями (табл. 3.6). Величина адгезионного натяжения олеофильных жидкостей - около 30 мН/м, а гидрофильных - колеблется от отрицательного значения -9,7 до 26,9 мН/м и зависит в основном от поверхностного натяжения жидкости. Однако олеофильные жидкости на печатающих элементах имеют все же большее значение адгезии, чем гидрофильные, разница составляет не менее 4 мН/м.

Для изготовления современных форм плоской печати должны быть использованы в качестве основы высокопрочные металлы, обеспечивающие надежное крепление форм на скоростных офсетных машинах в процессе печатания тиража. И листовые, и рулонные офсетные машины имеют ротационный тип построения формоносителя, и формы закрепляются на цилиндре с усилием, с помощью специальных планок. Углы загибки форм в планках составляют 120°, 90° и 60°. Скорость печатания колеблется от 10 тыс/ч на листовых до 15-30 тыс/ч на рулонных машинах. Тиражность продукции составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов листов-оттисков.

В качестве металла-основы офсетных форм используют алюминий, магниевый сплав алюминия, углеродистую и нержавеющую стали. Показатели прочности этих металлов приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7. Показатели прочности металлов, используемых в качестве основы офсетных форм

Untitled Document

Металлические формы
Механические свойства
Число перегибов на губках диаметром 2 мм
Относительная износостойкость
Временное сопротивление разрыву
Относительное удлинение , %
МПа
алюминий АД1Н (0,3 мм)
135-195
14-20
4
3-8
1,0
Алюмомагниевый сплав АМг2 (0,3 мм)
255-335
26-35
2
6
1,2
Сталь углеродистая 08КП (0,3 мм)
315-365
32-37
34
30
9,8

Из механических свойств металлов, в наибольшей степени ответственных за эксплуатационную надежность в процессе печатания, можно выделить прочность, пластичность, сопротивление усталости и износостойкость. Прочность металла характеризуется максимальным условным напряжением, которое выдерживает материал при растяжении до разрушения; пластичность б определяется как относительное удлинение при растяжении. Сопротивление усталости характеризуется максимальным напряжением, которое выдерживает материал, не разрушаясь при повторно-переменных нагружениях. Косвенным показателем сопротивления усталости служит число перегибов. Износостойкость металла может быть оценена по объему сошлифованного металла при заданных условиях истирания. В табл. 3.7 значения износостойкости сталей и сплава алюминия приведены по отношению к износостойкости чистого алюминия.

Из табл. 3.7 видно, что углеродистая сталь значительно превосходит по прочностным показателям алюминий и даже его сплав. В связи с этим сталь сегодня - один из основных материалов при создании высокотиражных печатных форм, в том числе традиционных биметаллических и новых современных - монометаллических форм. Кроме указанных металлов при изготовлении офсетных форм используют медь, никель и хром в виде электролитических осадков толщиной от 1 до 8 мкм.

Помимо прочностных характеристик формные материалы должны отвечать и другим требованиям, чтобы обеспечить получение устойчивых пробельных и печатающих элементов. С этой точки зрения наибольший интерес для нас представляет способность металлов смачиваться олеофильными жидкостями и водой.

Стало традиционным мнение, что медь и цинк лучше смачиваются олеофильными жидкостями и на них более устойчивы печатающие элементы, а алюминий, никель, хром, сталь обладают гидрофильными свойствами и более пригодны для образования пробельных элементов. Эта точка зрения не совсем оправдана. Выше было показано, что металлы как тела, обладающие высокой поверхностной энергией, способны смачиваться любой жидкостью. Олеофильные жидкости с меньшим поверхностным натяжением даже лучше смачивают металлы, чем вода. Большинство исследователей считает, что металлы обладают гидрофобными свойствами. Однако практически мы имеем дело не с чистыми металлами, а с окисными соединениями на их поверхности. Степень и скорость окисления металлов на воздухе обусловлены степенью сродства металла к кислороду. У неблагородных металлов - железа, алюминия, никеля, кобальта, хрома - сродство к кислороду выражено наиболее сильно. Толщина окисных пленок, образующихся на этих металлах при комнатной температуре, по данным оптических и электронно-графических исследований, составляет от 20 до 100%.

В большинстве случаев первичные окисные пленки представляют собой кристаллические образования. Исключение составляют хром и алюминий, на которых при комнатной температуре может возникать аморфный окисел, который при повышении температуры приобретает кристаллическое строение. Окисные пленки на поверхности металла изменяют его физико-химическое состояние, повышая смачиваемость водой. При смачивании водой происходит гидратация окислов, которая усиливает гидрофильные свойства поверхности.

Во всех случаях поверхность формных пластин должна отвечать следующим требованиям:

  • иметь высокую твердость и износостойкость - для обеспечения тиражестойкости пробельных элементов формы;
  • обладать определенной микрогеометрией, шероховатостью - для обеспечения высокой адгезии печатающих элементов формы;
  • хорошо смачиваться копировальным слоем - для обеспечения высокой адгезии между слоем и поверхностью пластины.

Смачиваемость при этом является основной определяющей предпосылкой для высокой адгезии. Выше было показано, что качественной оценкой смачиваемости служит краевой угол <?xml version="1.0"?>
и что смачиваемость и адгезия повышаются при <?xml version="1.0"?>
. Смачиваемость зависит от природы поверхности и от ее шероховатости.

Шероховатость поверхности представляет собой сложное хаотическое чередование выступов и впадин. Она оценивается по микрорельефу, который записывается с помощью профилографа. Для характеристики микрорельефа по ГОСТ 2789-75 «Шероховатость поверхности» обычно используется один из двух параметров: среднее арифметическое отклонение профиля <?xml version="1.0"?>
или высота неровностей <?xml version="1.0"?>
. Кроме того, существует показатель коэффициента шероховатости k - отношение фактической площади поверхности с учетом площади впадин и выступов к проекции на горизонтальную плоскость. Очевидно, всегда <?xml version="1.0"?>
.

Если жидкость смачивает данное твердое тело, то шероховатость поверхности улучшает смачивание (<?xml version="1.0"?>
уменьшается). Согласно уравнению Венцеля и Дерягина:

<?xml version="1.0"?>
(3.16)

<?xml version="1.0"?>
(3.17)

т. е. работа адгезии <?xml version="1.0"?>
в этом случае возрастает в k раз. Шероховатость поверхности оказывает существенное влияние и на пробельные элементы. В. С. Лапатухин ввел понятие «влагоемкости» пробельных элементов, которая пропорциональна шероховатости.

Таким образом, с точки зрения создания условий для образования надежных пробельных и печатающих элементов необходимо придать поверхности металла определенную шероховатость. Однако с точки зрения графической точности передачи элементов изображения предпочтение следует отдать гладкой поверхности.

Многочисленные исследования показывают, что перечисленным выше требованиям отвечает поверхность с шероховатостью <?xml version="1.0"?>
мкм. Однако на практике используются поверхности с <?xml version="1.0"?>
от 0,2 до 1,2 мкм.

Для изготовления монометаллических форм используют два типа металлов-основ: алюминий и углеродистую сталь.

Ведущее положение в полиграфической промышленности всего мира занял алюминий как основной материал для изготовления монометаллических форм. В отечественной полиграфии используется алюминий марки АД1Н, представляющий собой практически чистый металл (99,3 %) с естественными примесями меди, магния, марганца, железа и кремния. Химический состав алюминия регламентируется ГОСТ 4784-74 «Алюминий и сплавы алюминиевые, деформируемые. Марки». Специфические требования полиграфической промышленности отражены в ГОСТ 10703-73 «Листы алюминиевые для полиграфической промышленности».

В последние годы металлургическая промышленность нашей страны добилась крупных успехов в качестве отделки поверхности металлов. Так, алюминий имеет 10 классов чистоты отделки поверхности (<?xml version="1.0"?>
мкм). Алюминиевые листы используются при условии проведения подготовки поверхности и нанесения слоя в самих типографиях.

Невысокие прочностные свойства чистого алюминия не позволяют использовать его для печатания на рулонных высокоскоростных машинах. Повышение прочностных свойств алюминия возможно с помощью легирования различными добавками: магния, марганца, меди, кремния, железа. Полученные сплавы обладают повышенной усталостной прочностью. Отечественной промышленностью выпускается сплав алюминия с магнием марки АМг2 по ТУ 15-06-280-82 «Листы из алюминиевого сплава АМг2 для полиграфической промышленности». Сплав АМг2 используется в виде рулонной ленты в качестве основы для изготовления предварительно очувствленных пластин УПА на Дмитровском опытном заводе алюминиевой консервной ленты.

Однако замена алюминия его сплавами не решила в полной мере задачи повышения прочности монометаллических печатных форм, так как пластичность металла с введением магния ухудшилась.

Как видно из данных табл. 3.7, наиболее благоприятным сочетанием высоких прочностных и пластических свойств обладает углеродистая сталь, в частности, наиболее пластичная - малоуглеродистая типа 08КП И 10КП. Эта группа сталей по механическим свойствам - прочности, пластичности, усталостной выносливости - существенно превосходит алюминий. Высокая пластичность этих сталей обусловлена низким содержанием углерода, не превышающим 0,08-0,10 %, и соответствующей микроструктурой металла (мелкозернистый феррит с перлитом). По способу металлургического производства указанная сталь принадлежит к классу кипящих сталей, отличающихся пониженным содержанием примеси кремния, что также положительно влияет на пластичность. Присутствие других постоянных примесей ограничено. Листы из стали 08КП выпускаются по ТУ 14-1-1513-75 «Сталь тонколистовая, качественная для полиграфической промышленности» с учетом требований полиграфии.

В настоящее время в отечественной полиграфии при изготовлении монометаллических печатных форм используются два металла - алюминий и углеродистая сталь. Первый рекомендуется для печати на листовых машинах, второй-для печати на рулонных машинах.

В отечественной и зарубежной практике широко используется технология комплексной электрохимической обработки алюминия, которая включает следующие последовательные операции: обезжиривание поверхности, декапирование, электрохимическое зернение, анодное оксидирование, наполнение анодной окисной пленки. После каждой операции следует тщательная промывка.

Обезжиривание алюминиевых листов проводят с целью удаления с поверхности консервирующей смазки, масляных следов, грязи. Для этого используют 5 %-ный раствор едкого натра, нагретого до 50-60°С. Растительные или животные жиры омыляются горячим щелочным раствором, а минеральные масла образуют эмульсии и благодаря этому отделяются от поверхности алюминия. Процесс протекает в течение 1-2 мин и сопровождается растравливанием поверхности и бурным выделением водорода:

<?xml version="1.0"?>
(3.18)

Образующийся алюминат натрия гидролизуется и выпадает в осадок в виде глинозема, который покрывает плотным слоем дно и стенки гальванованны. Для удержания глинозема в растворенном состоянии некоторыми исследователями рекомендуется вводить добавки винной или лимонной кислот.

Декапирование поверхности необходимо для удаления шлама и осветления, при этом используют 25 %-ный раствор азотной кислоты с добавкой фторида аммония для дополнительной равномерной затравки.

Электрохимическое зернение алюминиевых пластин позволяет получить равномерный микрорельеф поверхности, развитую мелкокристаллическую структуру (термин «зернение» появился по аналогии с механическим зернением шариками, которое заменила электрохимическая обработка). Электрохимическое зернение производится в разбавленной соляной кислоте (0,3- 1 %) под действием переменного тока (за рубежом используют азотную кислоту). Технологической инструкцией рекомендован следующий режим: плотность тока -1,0-1,5 <?xml version="1.0"?>
при напряжении 12-15 В, время обработки -25-30 мин, температура - не выше 30°С, межэлектродное расстояние -15-20 см. При таком режиме на поверхности алюминия образуется микрорельеф с <?xml version="1.0"?>
мкм.

Анодное оксидирование шероховатой поверхности алюминия проводится с целью получения прочной и пористой оксидной пленки определенной толщины с мелкозернистой структурой, являющейся сильным адсорбентом. Анодные окисные пленки к тому же хорошо защищают алюминий от коррозии и устойчивы на трение и на износ. Оксидирование алюминия можно проводить в сернокислом или щавелевокислом или хромовокислом электролитах. Последние работают только при высоком напряжении (40- 60 В), поэтому в отечественной практике используют раствор реактивной серной кислоты. Пластину помещают в гальванованну в качестве анода, катодом служит свинец. При электролизе на аноде выделяется кислород, который взаимодействует с алюминием с образованием оксида <?xml version="1.0"?>
.

Предполагают, что анодная окисная пленка состоит из двух слоев: тонкого барьерного слоя, непосредственно примыкающего к металлу, и пористого наружного. Наружный слой образуется в результате частичного растворения барьерного слоя под действием серной кислоты. Чем больше концентрация кислоты, тем выше пористость пленок.

В процессе оксидирования наружный слой утолщается вследствие непрерывного превращения глубинных слоев металла в оксид. Электролит перемещается по каналам пор и вызывает гидратацию окисла, как в форме химической сорбции воды <?xml version="1.0"?>
; <?xml version="1.0"?>
, так и с образованием гидрата окиси алюминия <?xml version="1.0"?>
. В связи с этим поверхность алюминия становится более гидрофильной.

Толщина окисной пленки растет пропорционально времени оксидирования, но пленка становится более пористой. Большая пористость нежелательна, так как может стать причиной возникновения брака в формном процессе (неполное удаление копировального слоя при проявлении копий, тенение форм в процессе печатания).

Оптимальный режим оксидирования в 20 %-ном растворе серной кислоты: плотность тока - 1,0-1,5 <?xml version="1.0"?>
, температура - 18-22°С, время - 10 мин. Толщина окисной пленки составляет 2-3 мкм, а эффективный радиус пор равен <?xml version="1.0"?>
А.

Наполнение оксидной пленки предусматривает снижение пористости пленки, уменьшение ее активности и улучшение гидрофильных свойств поверхности. Для наполнения оксидной пленки используют горячую воду, пар или раствор натриевого жидкого стекла. В отечественной практике выбран 5 %-ный раствор жидкого стекла, который взаимодействует с алюминием с образованием устойчиво гидрофильной пленки. Равновесный краевой угол воды на воздухе равен 0°, а в избирательных условиях - около 10°.

Натриевое жидкое стекло представляет собой водный раствор силиката натрия общей формулы <?xml version="1.0"?>
, где m - силикатный модуль от 1,5 до 3,5. Обычно жидкое стекло содержит около 28 % <?xml version="1.0"?>
(кремнезема), а соотношение окислов в пропорции <?xml version="1.0"?>
. Водный раствор 5 %-ной концентрации имеет рН II. В щелочной среде кремнезем находится в полимерном, коллоидном состоянии и способен на любую степень гидратации. Гидратированный коллоидный кремнезем заполняет поры оксида алюминия и одновременно увеличивает сродство поверхности к воде.

Помимо жидкого стекла раствор для наполнения содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы. Она адсорбируется на поверхности в виде агрегатов, молекул и вторичных структур, которые образуют на поверхности плотный гидрофильный слой.

Промывка пластин. После всех операций проводится тщательная промывка пластин. После первой и второй операции она важна для того, чтобы не допустить попадания шлама в ванну зернения; после зернения - чтобы не допустить попадания ионов хлора в ванну оксидации; после оксидации - чтобы не допустить попадания кислоты в ванну наполнения. При перенесении в ванну наполнения пластины, плохо отмытой от кислоты, происходит нейтрализация кислоты на поверхности пластины и в результате тормозится процесс наполнения. Промывка пластины после операции наполнения должна удалить с поверхности щелочной раствор силиката натрия, чтобы не разрушался нанесенный затем копировальный слой.

Таким образом, в результате комплексной электрохимической обработки поверхность алюминия приобретает определенную шероховатость (<?xml version="1.0"?>
мкм) износостойкость и устойчивые гидрофильные свойства <?xml version="1.0"?>
. Гидрофильные свойства поверхности обусловлены наличием на ней хемосорбционных пленок силиката натрия и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы. Это позволяет при изготовлении печатных форм исключить операцию гидрофилизации.

Резюмируя, можно сказать, что электрохимическое зернение ответственно за микрогеометрию, шероховатость поверхности; анодное оксидирование - за износостойкость и адсорбционную активность; наполнение - за гидрофильные свойства поверхности и полноту удаления копировального слоя при проявлении копий. И еще одна роль принадлежит операции наполнения: из пор оксидного слоя вытесняется окклюдированный кислород и тем самым улучшается впоследствии контакт поверхности металла с копировальным слоем.

Показатели качества поверхности алюминиевых пластин

Untitled Document

Шероховатость поверхности , мкм
0,8-1,2
Толщина оксидного слоя, мкм
2,0-3,0

Гидрофильность поверхности воды:

на воздухе

в вазелиновом масле

 

Растекание

10 2

Разрешающая способность,
25

В настоящее время установлено, что при электрохимическом зернении на поверхности образуются вогнутые полушария, так называемые чашки, с размерами 0,2-2,0 мкм. В чашках формируются структурные элементы оксидного слоя - поры.

На рис. 3.3 Рис. 3.3. Схема поверхности алюминиевой пластины после электрохимической подготовки (по Эйлеру, ВНР): 1 - геометрическая поверхность; 2 - уровень прокатного рельефа; 3 - уровень после обезжиривания; 4 - уровень чашек после зернения; 5 - уровень оксидных пор показана схема уровней и структурных элементов алюминиевой пластины после комплексной электрохимической подготовки. Из схемы видно, что площадь поверхности алюминия значительно возрастает по сравнению с первоначальной. А при условии хорошего смачивания это должно привести к увеличению площади контакта с копировальным раствором, с водой, с коллоидом, что приведет к увеличению адгезии с этими жидкостями и обеспечит стабильный формный и печатный процессы.

Предпосылкой использования углеродистой стали в качестве основы при изготовлении монометаллических печатных форм явились исследования, проведенные во ВНИИ полиграфии. Впервые было показано, что процесс устойчивой гидрофилизации углеродистой стали обязательно сопровождается пассивированием поверхности и достижение устойчивой гидрофилизации возможно только при условии присутствия на поверхности фазового защитного окисла <?xml version="1.0"?>
, обладающего наибольшей устойчивостью в щелочных средах.

Подготовка поверхности углеродистой стали аналогична рассмотренной в предыдущем разделе и состоит из операций: обезжиривания, декапирования, электрохимического зернения, пассивирования (ингибирования) с промывками после каждой операции.

Обезжиривание углеродистой стали проводят электрохимически в щелочном растворе при плотности тока -10<?xml version="1.0"?>
, напряжении 5,6 В, температуре электролита -50-60°С. Пластина служит катодом 2 мин и анодом -1 мин; второй электрод - пластина из нержавеющей стали. Механизм процесса электрохимического обезжиривания сводится к уменьшению смачиваемости маслом поляризованной поверхности. Кроме того, эмульгирование масел и жиров облегчается выделяющимися пузырьками газов (водорода и кислорода).

Декапирование стальных пластин 5 %-ным раствором серной кислоты способствует удалению шлама и нейтрализации поверхности.

Электрохимическое зернение проводится на аноде при плотности тока 2 <?xml version="1.0"?>
, в электролите на основе хлорного железа.

Пассивирование поверхности проводится с целью уменьшения химической активности стали, создания поверхностных защитных пленок в результате адсорбции и хемосорбции или образования фазовых пленок, приводящих к торможению коррозионного процесса.

В качестве пассивирующих веществ могут быть использованы многие соли щелочных металлов: нитриты, хроматы, фосфаты, силикаты, бораты, молибдаты и др., а также бензоаты и фенилацетаты. Наибольший практический интерес представляет использование силиката натрия, который адсорбируется на поверхности стали в виде кремнегеля и образует совместно с гидратом окиси железа защитную пленку, обладающую в то же время высокими гидрофильными свойствами.

Пассивация металла, связанная с явлениями адсорбции или образованием фазовых слоев, сопровождается снижением емкости двойного электрического слоя электрода. На рис. 3.4 Рис. 3.4. Кинетика изменения емкости двойного электрического слоя стального электрода при обработке его растворами: 1 - нитрита натрия; 2 - фосфата натрия двухзамещенного; 3 - силиката натрия; 4 - ферроцианида калия; 5 - силиката натрия при 50°С; 6 - исходная поверхность приведены кинетики изменения емкости С (<?xml version="1.0"?>
) двойного электрического слоя стального электрода при обработке его растворами нитрита натрия, фосфата натрия двухзамещенного, силиката натрия и ферроцианида калия в сравнении с исходной необработанной поверхностью. Во всех случаях наблюдается снижение емкости, свидетельствующее о протекании процесса пассивации стали. Влияние температурного фактора на процесс пассивации силикатом натрия указывает на определенную роль химической адсорбции в явлении пассивации.

Показатели качества поверхности пластин из углеродистой стали

Untitled Document

Шероховатость поверхности , мкм
0,40,05
Износостойкость,
0,60,005

Гидрофильность поверхности воды:

на воздухе

в вазелиновом масле

 

Растекание

65 5

Смачиваемость поверхности копировальным раствором
Растекание

Таким образом, в результате электрохимического зернения и химической пассивации поверхность углеродистой стали приобретает необходимые свойства (<?xml version="1.0"?>
), позволяющие использовать ее в качестве основы для монометаллических печатных форм.

Исторически сложилось так, что разработанные технологии подготовки пластин на алюминии и углеродистой стали используются для изготовления предварительно очувствленных пластин только в условиях типографий. При организации централизованного производства предварительно очувствленных пластин на Дмитровском опытном заводе алюминиевой консервной ленты (ДОЗАКЛ) и Лысьвенском металлургическом заводе технология обработки поверхности предопределялась используемым оборудованием, представлявшим собой поточные агрегаты, работающие на рулонном металле со скоростью от 40 до 120 м/мин.

Подготовка поверхности алюминиевой рулонной ленты на Дмитровском заводе заключается в одновременном обезжиривании и оксидации переменным током в серной кислоте (180 г/л). В результате на поверхности создается тонкая оксидная пленка толщиной 0,05-0,07 мкм, необходимая для хорошего сцепления копировального слоя. Шероховатость поверхности составляет 0,15-0,2 мкм, что предъявляет повышенные требования к качеству отделки поверхности исходного металла. Используется алюминиевый прокат марки АМг-2 не ниже 10-го класса чистоты отделки поверхности.

Подготовка поверхности рулонной ленты углеродистой стали (жести) на Лысьвенском металлургическом заводе сводится к обезжириванию, декапированию и пассивации. Операция зернения также отсутствует. Пассивация происходит в результате электрохимического осаждения хроматной пленки или электролитического нанесения цинка толщиной 3-5 мкм.

Таким образом, разработанные в начале 80-х гг. технологические процессы выпуска предварительно очувствленных пластин на алюминии и углеродистой стали были основаны на использовании гладких поверхностей металлургической прокатки. Это потребовало в дальнейшем тщательного подбора растворов для проявления и гидрофилизации форм, а также режимов печатания с гладких форм и разработки специальных составов увлажняющих растворов.

Основная задача технологического процесса изготовления офсетных печатных форм - формирование изображения пленкой светочувствительно­го слоя и фиксация его на формной пластине методами дубления, травле­ния, физико-химической обработки и т. д. Формирование изображения происходит при контактном экспонировании растровой фотоформы (диапо­зитива или негатива) с пленкой светочувствительного копировального слоя.

Точность воспроизведения растровой фотоформы и качество готовой печатной формы зависят от ряда факторов, из которых наиболее важны:

    1) качество фотоформы - оптическая плотность растровых элементов и про­белов, геометрические размеры элементов, резкость и ровность края;

    2) фототехнические свойства копировального слоя - светочувствительность, контрастность, область спектрального поглощения, разрешающая и выде­ляющая способности;

    3) физико-химические свойства копировального слоя - адгезия к формной пластине, однородность покрытия, толщина, внутренние напряжения, химическая стойкость к проявителю;

    4) свойства формной подложки - коэффициенты отражения, поглощения УФ излучения, показатель шероховатости, способность к гидрофилизации или гидрофобизации;

    5) наличие зазора в системе фотоформа - пленка копировального слоя;

    6) параметры осветителей - спектральный состав и мощность излучения, параллельность светового потока;

    7) состав проявителя и режимы проявления;

    8) состав травящего раствора и режимы химического трав­ления (для биметаллических форм);

    9) состав обрабатывающих растворов и режимы обработки (удаления задубленного слоя, гидрофилизации, гидрофобизации).

В данном разделе рассматриваются операции, с помощью которых изо­бражение с растровой фотоформы переносится на поверхность формной пла­стины, т. е. копировальный процесс.

Копировальный процесс на предварительно очувствленных пластинах включает следующие операции: на монометаллических пластинах: совме­щение монтажа диапозитива с копировальным слоем, экспонирование, проявление, промывка, сушка копии; на полиметаллических пластинах: совмещение монтажа диапозитивов с копировальным слоем, экспонирование, проявление, химическое дубление, промывка, сушка копии.

Совмещение монтажа диапозитивов с копировальным слоем предвари­тельно очувствленных пластин проводится в копировальной раме по штиф­там. Приводочные отверстия в пластине и монтажах пробивают предва­рительно с помощью пробойника ФПШ-110. Вслед за совмещением идет экспонирование слоя.

При экспонировании надо иметь в виду, что копировальные слои, по сравнению с фототехническими пленками на основе галогенидов серебра, имеют следующие особенности:

  • спектральную чувствительность пре­имущественно в УФ-зоне спектра (максимум 350-450 нм);
  • относительно низкую светочувствительность (около <?xml version="1.0"?>
, т. е. около <?xml version="1.0"?>
ед. ГОСТ);
  • изображение, сформированное при экспонировании, в копировальном слое абсолютно контрастно и не содержит полутонов.

Одно из первых требований, предъявляемых к осветителям для экспони­рования - высокая интенсивность излучения в области поглощения копиро­вального слоя. Приемлемые экспозиции достигаются при освещенностях, составляющих 10-20 тыс. лк, или 40-50 <?xml version="1.0"?>
. Следующее требование - равномерность освещенности стекла копировальной рамы. Считается при­емлемой неравномерность, не превышающая 20 % по всей площади пла­стины. Это достигается при помощи специальных отражателей. Третье требование к осветителям - параллельность (коллимация) светового пучка. В полиграфии на практике используется дистанционная коллимация, вы­полняемая путем перемещения источника света на достаточное расстояние от поверхности копировального слоя.

Еще до недавнего времени в качестве источников освещения в полигра­фической промышленности использовали белопламенную угольную дуговую лампу и ксеноновые лампы, которые помимо УФ излучения в своем спектре содержат значительную долю видимого и ИК. излучения. В настоящее время основным источником освещения копировальных слоев служат металлогалогенные лампы.

Металлогалогенные лампы представляют собой газоразрядные ртутные лампы высокого давления с добавкой галогенидов различных химических элементов. Отечественная промышленность выпускает два типа металлогалогенных ламп: мощностью 3 кВт, ДРГТ-3000 и ДРТИ-3000.

Как было показано в главе 2, при экспонировании позитивных копировальных слоев происходит фотодеструкция ОНХД и образование щелочерастворимой инденкарбоновой кислоты. На рис. 3. 10 Рис. 3.10. Кривые поглощения слоя ОНХД при экспонировании УФ-излучением: кривая 1 - в течение 0 с; 2 - 15 с; 3 - 30 с; 4 - 60 с; 5 - 120 с показана кинетика фото­деструкции ОНХД - кривые поглощения копировального слоя при различ­ной продолжительности экспонирования. На рис. 3.10 Рис. 3.10. Кривые поглощения слоя ОНХД при экспонировании УФ-излучением: кривая 1 - в течение 0 с; 2 - 15 с; 3 - 30 с; 4 - 60 с; 5 - 120 с видно постепенное уменьшение оптической плотности при длине волны 405 нм, характерной для диазогруппы. Негативный копировальный слой на основе ПВС и диазосмолы при экспонировании теряет растворимость в водных проявителях. После прекращения экспозиции дополни­тельных изменений в копировальном слое не происходит, что свидетельст­вует об отсутствии постэффекта и яв­ляется важной характеристикой дан­ных слоев.

На процесс экспонирования влияют оптические явления в системе: источ­ник света - диапозитив - копиро­вальный слой - формный материал. К ним относятся дифракционные яв­ления, эффекты отражения, интерфе­ренция. Основным моментом в появле­нии дифракционных эффектов и уси­лении их действия является наличие физического зазора между диапозити­вом и копировальным слоем. Однако влияние дифракционных явлений за­метно только при воспроизведении элементов микронных размеров.

Эффекты отражения заключаются в возникновении в копировальном слое «стоячих волн» в результате появления интерференции отраженного светового потока с проходящим светом. Возникновение интерференционных стоячих волн в копировальном слое приводит к его дополнительному экспони­рованию в местах, защищенных печатающими элементами диапозитива. На практике это называют «закопировкой», которая для негативных слоев выражается в задубливании печатающих элементов, а для позитивных - в деструкции печатающих элементов и удалении их при проявлении копии. Чем больше отражательная способность формной поверхности и ближе к нор­мали падающий поток излучения, тем лучше условия для образования стоячих волн. В этой связи использование гладкой поверхности при изго­товлении предварительно очувствленных алюминиевых пластин УПА и металлогалогенной лампы с узким спектром излучения является предпосылка­ми для образования интерференционных стоячих волн.

Влияние стоячих волн можно уменьшить путем уменьшения толщины копировального слоя, уменьшения экспозиции, путем введения в слой инерт­ного поглотителя отраженного потока, созданием противоореольных покры­тий, уменьшающих отражение. Использование шероховатой поверхности формного материала также способствует исключению эффекта отражения.

Режим экспонирования на предварительно очувствленные пластины выбирается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую разрешающую способность и придать копировальному слою необходимые физико-химиче­ские свойства (проявляемость, химическую стойкость и др.). На практике зачастую растровые элементы изображения имеют пологий профиль с макси­мумом оптической плотности (до 2,ОБ) в центре точки и малой плотностью (до 0,5Б) по краям. Размер такой точки на копии не может быть постоянным.

Поэтому контроль правильности выбора экспозиции осуществляют не по изображению, а по воспроизведению контрольных элементов. Для контроля экспозиции служит полутоновая сенситометрическая шкала СПШ-К. Шка­ла выпускается в ОЭП г. Кимовска по ТУ 2901-100-83 «Шкала сенсито­метрическая прозрачная полутоновая ступенчатая СПШ-К для контроля процесса экспонирования офсетных печатных форм». Шкала изготавливает­ся на фототехнической пленке типа ФТ-31 и содержит 11 полей. Десять полей выполнены с константой <?xml version="1.0"?>
Б в интервале плотностей пропус­кания от D = 0,15 Б до D=l,5 Б. Одиннадцатое поле шкалы отделено от последующего черной разделительной полосой, имеющей плотность про­пускания <?xml version="1.0"?>
Б.

Правильность выбора продолжительности экспонирования контролируют по номеру полностью проявленного поля шкалы на копиях. На мономе­таллических формах полностью проявленным полем следует считать поле, которое совершенно не воспринимает краску: на биметаллических формах полностью проявленное поле воспринимает краску так же, как плашка.

Оптимальное воспроизведение шкалы СПШ-К обычно приводится в каж­дой технологической инструкции на процесс изготовления форм.

В процессе проявления копии на монометаллических пластинах удаля­ются экспонированные участки слоя и образуется позитивная копия фотофор­мы; на полиметаллических пластинах, напротив, удаляются неэкспонирован­ные участки и образуется негативная копия. Для проявления копий на монометаллических пластинах служат водно-щелочные растворы, а для про­явления копий на полиметаллических пластинах - вода.

Задубленный при экспонировании негативный копировальный слой не об­ладает, однако, достаточной кислотостойкостью, поэтому его после проявления подвергают дополнительному химическому дублению соединениями трехвалентного хрома. В результате образуются комплексы ионов хрома с гидроксильными группами поливинилового спирта, не израсходованными при фотохимической сшивке. Этот пространственно сшитый полимер обладает высокой твердостью, химической стойкостью, высокой адгезией к поверх­ности металла и надежно защищает пробельные элементы при травле­нии хрома на печатающих элементах копии.

Выполнение всех этих операций заканчивается промывкой и сушкой копий. Сушка имеет особое значение для негативного слоя, так как способ­ствует испарению воды из набухшего слоя и восстановлению геометри­ческих размеров элементов изображения. Поэтому режимы сушки должны строго соответствовать рекомендациям технологических инструкций. Обычно температура сушки не превышает 70°С с тем, чтобы не происходило слишком быстрого и резкого испарения воды и деформации элементов изображе­ния.

После сушки копия готова к контролю и корректуре.

На готовой копии контролируется:

    1) наличие всех элементов изображе­ния;

    2) полное удаление слоя, отсутствие вуали на проявляемых участках;

    3) дефекты по полю копировального слоя;

    4) воспроизведение полутоновой контрольной копировальной шкалы СПШ-К;

    5) воспроизведение растровой контрольной шкалы РШ-Ф.

При обнаружении дефектов проводят корректуру копий соответствую­щими корректирующими составами.

В результате проведения копировального процесса изображение пере­несено на поверхность формной пластины, получена копия с монтажа диапозитивов. После этого следует вторая часть технологического про­цесса, которую условно можно назвать, собственно, формным процессом. В этом процессе проводят специальную физико-химическую обработку копий и получают устойчиво гидрофобные печатающие и гидрофильные пробельные элементы на поверхности формной пластины, т. е. получают печатную форму.

Копия на монометаллических пластинах (гладкого алюминия или угле­родистой стали) представляет собой участки исходного копировального слоя, соответствующие изображению, т. е. печатающим элементам, и участ­ки чистого металла, соответствующие пробельным элементам.

Копировальный слой на основе ОНХД имеет краевой угол смачивания воды в избирательных условиях 118°, т. е. обладает ярко выраженными гидрофобными свойствами. Вспомним также (табл. 3.3), что поверхностная энергия <?xml version="1.0"?>
копировального слоя на ОНХД составляет от 33 до 45 мН/м с дисперсионной составляющей <?xml version="1.0"?>
от 29 до 40 мН/м и полярной составляю­щей <?xml version="1.0"?>
от 15 до 4 мН/м. Для печатных красок <?xml version="1.0"?>
колеблется от 34 до 38 мН/м, дисперсионная составляющая <?xml version="1.0"?>
равна 29-30 мН/м, а полярная составляющая <?xml version="1.0"?>
равна 4-8 мН/м. Отсюда также следует, что сродство копировального слоя к печатным краскам велико, что подтверждает воз­можность использования слоя в качестве основы печатающих элементов формы.

Кроме перечисленных выше параметров, печатающие элементы должны обладать высокой адгезией к поверхности формной пластины и высокой механической прочностью. Эти свойства обеспечиваются физико-химически­ми параметрами копировального раствора (составом растворителей, их температурой и теплотой испарения, химическим строением светочувстви­тельных и пленкообразующих твердых составляющих, наличием модифици­рующих добавок), а также условиями формирования и сушки копиро­вального слоя. Оптимальное сочетание этих параметров отрабатывается на стадии изготовления предварительно очувствленных пластин в условиях централизованного производства и было рассмотрено выше.

Таким образом, по своим физико-химическим и механическим свойствам копировальный слой на основе ОНДХ отвечает требованиям, предъявляемым к печатающим элементам. Практика показала, что тиражестойкость форм УПА, изготовленных на пластинах гладкого алюминия, составляет 50 тыс. оттисков при печати на листовых машинах.

Однако предварительно очувствленные пластины на углеродистой стали были разработаны для печати на рулонных машинах тиражом более 100 тыс. оттисков. Да и алюминиевые пластины на сплаве АМГ-2 пригодны для этих целей по механическим прочностным свойствам подложки. Чтобы повысить тиражестойкость печатающих элементов, они должны быть под­вергнуты термообработке при повышенной температуре.

При температуре 150-240 °С в копировальном слое происходят хими­ческие превращения олигомеров в полимеры, образуются сшитые структуры резольных составляющих слоя. Происходит «отверждение» пленки, т. е. образуются все возможные химические связи между отдельными компо­нентами. Это приводит к резкому повышению всех физико-химических и механических показателей пленки.

Во ВНИИ полиграфии была проведена работа по оценке механи­ческой прочности пленки копировального слоя на углеродистой стали после термообработки при температуре 210°С в течение 6 мин. Механическую прочность оценивали методом микрорезания. Стальной, иглой под фиксируе­мой нагрузкой проводили резание слоя и оценивали глубину реза (h, мкм) и ширину (l, мкм) с помощью профилографа «Калибр». В табл. 3.10 приведе­но изменение этих величин после воздействия температуры для нескольких составов слоя.

Таблица 3.10. Влияние термообработки на механическую прочность копировального слоя

Untitled Document

Номер образца
До термообработки
После термообработки
h
l
h
l
1
1,0
80
0,2
20
2
0,7
75
0
0
3
2,0
60
0,2
30

Приведенные в табл. 3.10 данные свидетельствуют о том, что глубина бороздки после термообработки уменьшается в 5-10 раз, а ширина в 2-4 раза, т. е. прочность слоя к механическому воздействию значительно воз­растает.

Однако высокая механическая прочность слоя - не единственный фактор высокой износостойкости слоя в тиражной печати. В печатном процессе форма испытывает воздействие многих факторов: циклические нагрузки, трение в паре с офсетным цилиндром, красочными и увлажняющими валиками, абразивное действие бумажной пыли, биение валиков и т. п., при­водящие к абразивному и усталостному износу формы. Помимо этого печа­тающие элементы формы находятся в контакте с разнообразными средст­вами: увлажняющим раствором, краскоочищающими пастами и средствами для смывки резин. В связи с этим в исследованиях ВНИИ полиграфии было оценено влияние термообработки на устойчивость слоя к воздействию указанных механических и химических факторов. Оценку проводили комп­лексно по показателям износостойкости слоя в процессе истирания, адге­зии к поверхности металла, химической стойкости.

На рис. 3.11. Рис. 3.11. Влияние температуры термообработки на химические и физические свойства слоя на углеродистой стали. Обозначения кривых: 1 - химическая стойкость к органическому растворителю; 2 - то же, к 10-процентному раствору едкого натра; 3 - износостойкость; 4 - адгезия к поверхности стали показано влияние температуры термообработки на хими­ческую стойкость к органическому растворителю (кривая 1) и раствору 10 %-ного едкого натра (кривая 2), износостойкость (кривая 3), адгезию к поверхности стали (кривая 4). Как видно из рис. 3.11 Рис. 3.11. Влияние температуры термообработки на химические и физические свойства слоя на углеродистой стали. Обозначения кривых: 1 - химическая стойкость к органическому растворителю; 2 - то же, к 10-процентному раствору едкого натра; 3 - износостойкость; 4 - адгезия к поверхности стали, химическая стой­кость слоя возрастает скачкообразно в интервале температур 140-180°С. Кривая зависимости износостойкости также имеет резкий подъем в области температур 170-220°С, после чего ход кривой замедляется. Адгезия слоя к поверхности металла достигает максимума в зоне температур 130- 220°С, а затем начинает падать и может опускаться ниже исходных значе­ний.

Аналогичные результаты получены и для алюминиевых пластин.

Таким образом, наибольший эффект от термообработки может быть достигнут только при соблюдении определенных условий нагрева. Так, температуры ниже 180°С не обеспечивают достаточной износостойкости слоя, а перегрев пластин выше 240°С уменьшает адгезию слоя. В технологи­ческих инструкциях рекомендуется температура 210-240°С и продолжитель­ность обработки - 4-5 мин.

Косвенным показателем качества термообработки может служить цвет слоя на плашке. При нагреве в правильном режиме слой на алюминиевых пластинах приобретает золотистую окраску, на стальных - коричневую.

Практика показала, что тиражестойкость печатных форм возрастает до 100-150 тыс. на пластинах ДОЗАКЛ и до 300 тыс. на стальных пластинах Лысьвенского металлургического завода.

Надо иметь в виду, что повышенная температура оказывает сильное воздействие на алюминий: показатель прочности снижается, пластичность возрастает. Во время печати это приводит к образованию трещин у клапа­нов формы. Поэтому термообработку алюминиевых форм следует проводить при температуре не выше 200°С. Термообработка стальных пластин на прочностные показатели их практически не влияет.

Таким образом, устойчивые печатающие элементы монометаллических печатных форм образуются на исходном или подвергнутом термообработ­ке копировальном слое.

Условия создания устойчивых пробельных элементов зависят от природы металла и состава гидрофилизующего раствора.

Для создания устойчивых пробельных элементов производят гидрофилизацию - специальную обработку копии гидрофилизующим раствором. Основным компонентом его является кислота или соль, которая очищает по­верхность данного металла от загрязнений и одновременно химически взаимодействует с ним, образуя гидрофильные минеральные пленки. Вто­рым компонентом раствора является гидрофильный полимер, который адсор­бируется на свежеобразованной пленке, образуя гидрофильный органи­ческий слой. Этот слой является «губкой», которая при смачивании водой хорошо впитывает и удерживает в себе часть воды. Наиболее распространен­ным составом гидрофилизующего раствора для алюминиевых пластин является смесь разбавленной 3 %-ной ортофосфорной кислоты с карбок-симетилцеллюлозой или декстрином.

На поверхности углеродистой стали устойчивые гидрофильные пленки образуются в 10 %-ных растворах ферроцианида калия (желтая кровяная соль) или 5 %-ного раствора триполифосфата натрия. Полагают, что ионы железа образуют комплексные соединения с анионом гексацианоферрата, а также с полимерными цепочками полифосфата. На обработанной таким образом поверхности краевой угол смачивания <?xml version="1.0"?>
водой в избирательных условиях составляет до 45°.

Повышение температуры и времени обработки усиливает эффект гидрофилизации. Поэтому в технологических инструкциях всегда четко указывает­ся минимальное время обработки, которое обычно составляет 2 мин.

После гидрофилизации сразу же на поверхность готовой формы наносят тонкий слой коллоида для защиты пробельных элементов от загрязнений, дегидратации, механических повреждений. При хранении формы происходит дополнительная адсорбция коллоида и усиление эффекта гидрофилизации.

Изготовление печатной формы заканчивается операцией нанесения за­щитного покрытия, роль которого выполняет тонкая (1 - 1,5 мкм) пленка полимера. Назначение операции - защита поверхности формы от загрязне­ния, окисления и повреждения при хранении форм и установке их в печат­ную машину.

Требования к защитному покрытию можно сформулировать следующим образом: защитное покрытие должно легко растворяться в воде и удаляться с поверхности формы, не обладать коррозийной активностью по отношению к металлу формы, сохранять гидрофильные свойства пробельных элементов и не снижать олеофильные свойства печатающих элементов и не нарушать их адгезионной связи.

В качестве защитного покрытия используют полимеры класса полиса­харидов: природные - гуммиарабик, а также декстрины - продукты ча­стичного расщепления гомополисахаридов (крахмала, декстрина и др.). Показана возможность использования карбоксиметилцеллюлозы - продук­та переработки целлюлозы - одного из самых распространенных природных полимеров класса полисахаридов.

Имеются рекомендации по применению альгината натрия - продукта, выделяемого из бурых морских водорослей. Предпринимались неоднократ­ные попытки использовать синтетические полимеры типа поливинилового спирта и его модификаций, поливинилпирролидона, различных виниловых сополимеров. Однако практическое применение находят декстрин, камедь сибирской лиственницы, сульфитно-целлюлозные полупродукты.

Исследования ВНИИ полиграфии показали, что наиболее целесооб­разно использование декстрина марки «безкислотный» или натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) марки 70/450 «О» или 85/500 «О», т. е. очищенная. В табл. 3.12 показаны гидрофильные свойства пробельных эле­ментов на гладком алюминии при хранении форм без защитного покрытия и после удаления защитного полимера.

Таблица 3.12. Краевые углы смачивания в избирательных условиях

Untitled Document

Состояние формы
Краевой уго л (град.) на пробельных элементах после хранения формы сутки
0
1
10
30
Без покрытия коллоидом
41
49
93
110
С защитным покрытием из раствора КМЦ 70/450 "0"
41
30
47
49

Как видно из табл. 3.12, пробельные элементы форм, не покрытых защит­ным коллоидом, теряют свои гидрофильные свойства довольно быстро: через сутки они легко депрессируются, а через несколько суток становятся гидрофобными. Полимерная пленка очищенной карбоксиметилцеллюлозы надежно сохраняет пробельные элементы в течение месяца. Ре­комендуется добавлять к раствору КМЦ неионогенного ПАВ, например синтанола ДС-10, который препятствует ресорбции загрязнений из раство­ра при растворении защитного покрытия.

Как и в обычном процессе плоской печати с увлажнением, требования к формам для печати без увлажнения определяются принципами печатного процесса. В плоской печати без увлажнения после прокатывания красочного валика по поверхности формы краска должна остаться на пе­чатающих элементах, оставив пробельные элементы абсолютно чистыми. Иными словами, краска должна хорошо смачивать печатающие элементы и не смачивать (или плохо смачивать) пробельные элементы.

Отсюда вытекает основополагающее принципиальное требование к фор-, мам для печати без увлажнения: пробельные элементы должны обладать ми­нимальной свободной поверхностной энергией, намного меньшей, чем печа­тающие элементы, т. е. пробельные элементы должны быть образованы на пленке полимерного покрытия с низкой свободной энергией. Такими являются кремнийорганические полимеры, в частности полисилоксановые покрытия.

Во ВНИИ полиграфии в качестве материала для создания пробельных элементов формы для плоской печати без увлажнения был рекомендован диметилосилоксановый каучук. Покрытия получали из раствора в бензине с последующей перекисной вулканизацией при температуре 100-110°С в течение 2 ч.

Возможны следующие варианты технологического процесса изготовления форм для печати без увлажнения.

    1. На металлическую (алюминиевую) основу наносят копировальный слой, а на него - слой полисилоксанового каучука. Экспонируют через негатив или диапозитив в зависимости от характера копировального слоя. Проявляют копию, удаляя копировальный слой с печатающих элементов вместе с полисилоксановым покрытием. В результате получают форму, в которой печатающие элементы образованы на поверхности чистого металла, а пробельные элементы состоят из двухслойного покрытия: верх­него - полисилоксанового и нижнего - копировального слоя. На таком принципе построены формы фирмы «Терей» (Япония).

    2. Полисилоксановое покрытие наносят на проявленную копию, из­готовленную на ортонафтохинондиазидах. Затем с печатающих элементов органическим растворителем удаляют копировальный слой вместе с верхним покрытием. На форме печатающие элементы образованы на чистом металле, пробельные - на полисилоксановом покрытии.

    3. Для изготовления формы используют копировальный слой, обладающий низкой поверхностной энергией. Очевидно, это должен быть полисилокса-новый полимер со светочувствительным компонентом. Под действием света полимер структуризуется, сшивается, образует пробельные элементы, а про­явленные участки чистого металла являются печатающими элементами фор­мы. По такому варианту изготавливаются формы фирмы «ЗМ» (США).

    Во всех трех вариантах печатающие элементы форм для печати без увлаж­нения образованы на металле, а пробельные - на силоксановом покрытии. Таким образом, данные формы являются как бы антиподом по отношению к обычным формам.

    4. Форму изготовляют на лазерном автомате. Полисилоксановое по­крытие наносят на металлическую пластину с подслоем диэлектрика (смолы), обладающего низкой теплопроводностью. Лазерный луч модулируется в соответствии с оригиналом и выжигает слой полисилоксана в области печатающих элементов, которые создаются на диэлектрике. Пробельные элементы образуются на полисилоксановом покрытии с подслоем диэлектрика. Такая технология была реализована в Экспериментальной типографии ВНИИ полиграфии. Тиражестойкость форм составляла около 30 тыс. оттис­ков при печати на машине «Ромайор».

Печать без увлажнения имеет ряд существенных преимуществ: нет проб­лем поддержания баланса краска - увлажняющий раствор, сокращается время подготовки машины к печатанию, повышается насыщенность и идентичность тиражных оттисков, улучшается градационная передача изобра­жения.

Длительное время существовало мнение о невозможности реализации плоской офсетной печати без увлажнения. Действительно, невозможно создать пробельные элементы с абсолютным несмачиванием краской. Ряд советских и зарубежных ученых отмечают большую роль когезии краски в печатном процессе без увлажнения.

В последние годы появилась новая концепция, на наш взгляд, наиболее правильно трактующая механизм офсетной печати без увлажнения. По этой теории, восприятие краски пробельными элементами должно быть затруднено наличием или образованием низковязкого слоя растворителя, продиффундировавшего из краски. Поэтому при накатывании краски происходит разрыв по низковязкому слою растворителя (аналогично разрыву по воде на про­бельных элементах классических форм).

Условие образования граничного низковязкого слоя заключается в том, что параметры растворимости пробельных элементов формы и растворителя краски должны быть близкими. Следовательно, зная дисперсионные и поляр­ные составляющие поверхностного натяжения растворителя красок и поли­мерного покрытия пробельных элементов форм, можно составлять различ­ные системы. Примечательно, что из всех рассмотренных материалов сили­кон в качестве растворителя имеет самые большие области полярной и дисперсионной составляющих поверхностного натяжения.

Проекционное экспонирование в фотоаппарате непосредственно на форм­ный материал является перспективным направлением, так как позволяет уменьшить расход дефицитных серебросодержащих материалов, резко со­кратить технологический цикл воспроизведения оригинала, уменьшить трудо­емкость процесса, сократить производственные площади и рабочую силу.

Прямое экспонирование на формный материал базируется на использовании оригинала-макета, представляющего собой спусковой монтаж всех полос текста и иллюстраций на формат печатной формы. Текст оригинала может быть отпечатан на пишущей машинке, наборно-печатающей тех­нике или в виде распечаток с выводных устройств ЭВМ, фотонаборных полос на бумаге (фотобумаге), страниц ранее выпущенных изданий. Наиболее целесообразно применение фотонабора с выводом на фотобумагу. Иллюстрации обычно изготавливают также на фотобумаге, хотя допустимо использование в одном монтаже изображений на бумаге и на фотопленке.

Для переноса изображения проекционным экспонированием формный ма­териал должен обладать значительно более высокой светочувствительностью, чем обычные копировальные слои. В настоящее время только галогеносеребряные и электрофотографические материалы обладают доста­точной светочувствительностью и нашли промышленное применение для изготовления офсетных форм проекционным экспонированием в фоторепро­дукционных устройствах.

По способу дифференциации пробельных и печатающих элементов формы галогенсеребряные материалы можно разделить на две подгруппы:

    1) с диф­фузионным переносом солей серебра и проявляющего вещества

    2) много­слойные системы, состоящие из серебросодержащего и копировального слоев.

Электрофотографические материалы делятся на органические и неорганические, пригодные для прямого и косвенного способов изготовления форм (с переносом изображения с промежуточного носителя).

Изготовление форм методом диффузионного переноса основано на при­менении многослойных серебросодержащих материалов. Сущность его со­стоит в том, что галогеносеребряный экспонированный негативный слой проявляется в контакте с приемным слоем, который не является светочувствительным, не содержит галогенного серебра, но включает мелкодис­персные частицы сернистого или металлического серебра. В процессе обработки проявителем, содержащим растворитель галогенного серебра (на­пример, тиосульфат натрия), в негативном слое на неэкспонированных участках, соответствующих изображению оригинала, растворяется некото­рое количество галогенного серебра. Растворенное галогенное серебро диф­фундирует в приемный слой, где и восстанавливается проявителем до металлического серебра в результате каталитического действия зародышей металлического или сернистого серебра. Таким образом в приемном слое образуется позитивное серебряное изображение.

Светочувствительный и приемный слои могут находиться в одном мате­риале (однолистный вариант) или на разных материалах (двухлистный вариант). Первые промышленные материалы с использованием диффузионного переноса предусматривали двухлистный вариант. В этом случае светочувствительный негативный слой наносится на бумажную или пленоч­ную основу, а приемный слой на формный материал - алюминиевую фоль­гу или гидрофильную бумагу. После экспонирования светочувствительный негативный слой приводится в контакт с приемным слоем и проявляется в специальной ванне. На алюминиевой фольге комплекс серебра восстанав­ливается в олеофильное металлическое серебро электрохимическим путем, на гидрофильной бумаге - химическим. После вывода из проявляющего уст­ройства негативный материал отделяют от формной пластины, обрабаты­вают пробельные элементы формы.

Этот принцип использован фирмой «Агфа - Геверт» (ФРГ - Бельгия) при создании процессов Гевакопи и Копирапид. Аналогичные процессы разработаны фирмами «Эстман Кодак» (США), «Мицубиси Пэпир Ко» (Япо­ния), «Хаусан Элграфи» (Англия).

Начиная с 70-х гг. появились различные варианты однолистного формного материала с диффузионным способом переноса. Широкое про­мышленное применение, в том числе в нашей стране, нашли пластины Верилит фирмы «Кодак». Аналогичны им пластины Рапилит, Дирукталит, Супермастер фирмы «Агфа - Геверт» и пластины Сильвер-матер фирмы «Мицубиси». В качестве основы используется бумага или бумага, ламини­рованная пленкой. На нее наносятся три желатиновых слоя: нижний слой содержит проявляющее вещество; средний - светочувствительный негатив­ный галогенсеребряныйслой; верхний - предварительно засвеченный эмуль­сионный слой с гидрофильными свойствами, содержащий центры проявле­ния. После экспонирования в фотоаппарате образуется скрытое изобра­жение в среднем слое. Пластины обабатываются щелочным раствором, называемым активатором, в результате в среднем слое на засвеченных участках проявляется изображение и проявляющее вещество не проникает в верхний слой. Поэтому верхний слой на этих участках сохраняет свои гидрофильные свойства - образуются пробельные элементы. Незасвеченные участки среднего слоя не препятствуют проникновению проявителя в верх­ний слой. В результате в верхнем слое происходит восстановление галогенида серебра и гидрофобизация поверхности - образуются печатаю­щие элементы формы.

Время экспонирования составляет 10-15 с. Для обработки форм выпуска­ются специальные процессоры. Разработаны также автоматизированные репропоточные линии производительностью 2-3 формы/мин. Тиражестойкость форм - от 1 до 20 тыс. оттисков.

Изготовление форм с использованием электрофотографических процессов базируется на применении органических и неорганических фотополупро­водников. Сущность процесса заключается в появлении проводимости слоя под действием света (фотопроводимость), сопротивления некоторых заря­женных полупроводников пропорционально освещенности, т. е. в изменении фотопроводимости. При освещении фотопроводимость превышает темновую проводимость за 3 порядка. При этом на освещенных местах (пробелах) происходит полная нейтрализация зарядов, а на неосвещенных - печатаю­щих элементах - образуется скрытое электростатическое изображение (по­ложительное или отрицательное).

Широкое промышленное применение нашли материалы на основе органи­ческих фотополупроводников, в качестве которых используются главным образом карбазолы, а также оксазолы, триазолы и др. Они наносятся в смеси с высокомолекулярными смолами на бумажную или металлическую основу. Технологический процесс изготовления печатной формы включает следующие операции: зарядка слоя, проекционное экспонирование, проявле­ние, закрепление изображения, удаление слоя с пробельных элементов, гидрофилизация пробельных элементов, нанесение защитного коллоида.

Зарядку слоя проводят методом коронного разряда. Для удержания заряда в течение длительного времени слой полупроводника должен обладать высоким удельным объемным сопротивлением - около <?xml version="1.0"?>
. В результате зарядки слой приобретает равномерный электрический заряд. На поверхности - одного знака, а на внутренней стороне - противоположного знака (образуется, по сути, плоский конденсатор). Продолжитель­ность экспонирования выбирают таким образом, чтобы получить макси­мальный электростатический контраст между неосвещенными и освещенны­ми участками. Обычно оно составляет 20-60 с. В результате фотопроводи­мости на освещенных участках заряд нейтрализуется полностью или ча­стично, а неосвещенные участки создают скрытое изображение с большой плотностью электрических зарядов.

Проявление скрытого изображения проводится тонером - мелкодисперс­ным порошком проявителя, заряженным противоположным слою знаком. За счет сил электростатического притяжения образуется видимое изображе­ние.

Обычно применяют двухкомпонентные проявители, состоящие из носителя и проявляющего вещества. В качестве носителя может быть использован полистирол, проявляющим веществом служит термопластичная смола, окра­шенная красителем или сажей. Материалы проявителя подбирают таким образом, чтобы в результате контакта между ними проявляющее вещество электризовалось зарядом, противоположным по знаку заряду скрытого изо­бражения слоя. При контакте проявителя с экспонированным слоем заряды скрытого изображения притягивают заряженные частицы проявителя в ко­личестве, пропорциональном величине заряда слоя. Проявитель может быть сухим и жидким.

Видимое изображение закрепляется нагреванием до 150°С. В результате оплавления смолы образуется механически прочная пленка на печатающих элементах изображения. После закрепления производится удаление оставше­гося слоя с пробельных элементов и их гидрофилизация.

Такова сущность электрофотографического способа изготовления офсет­ных печатных форм.

В настоящее время разработано большое количество электрофотографических материалов и вариантов их использования. Широкое промышлен­ное применение нашли материалы на основе органических фотополупро­водников. Используются оксазолы, триазолы, фенилгидразоны. Фирма «Калле» запатентовала в качестве электрофотографического слоя полимеризат N-винилкарбазола в комбинации с электронакцептором и оптическим сенсибилизатором. Известны слои на основе продуктов конденсации ароматического альдегида о-дикарбоновой кислоты и ароматического амина, производные трифениламина, теразолина и т. д.

Сухое порошковое проявление проводится с помощью магнитной кисти. Однако разрешающая способность при таком способе проявления матери­ала невелика. С целью увеличения разрешающей способности фирмами «Херст Калле», «Полихром» и др. предложены составы жидких прояви­телей, содержащих битумы, воски, твердые парафины, фенолформальдегид-ные смолы, канифоль и др.

Для удаления слоя с пробельных элементов рекомендованы сложные смеси, например 40 % метанола, 10 % глицерина, 45 % гликоля и 5 % силиката натрия.

Наиболее известны промышленные материалы с использованием органических фотополупроводников фирмы «Херст Калле». Это пластины «Эльфазол», которые выпускаются с 60-х годов двух марок: L2 - для малых офсетных машин, L5 - для газетного производства. Светочувствительность пластин - около math.134, область спектральной чувствительности - 350-550 нм, величина воспроизводимого растра - до 40 лин/см, тираже-стойкость форм - 100 тыс. отт. Для изготовления форм выпущено обору­дование нескольких поколений. Последнее поколение - автомат ЕА-697 и устройства EG-658 и RS-660 - агрегатированы в единую поточную линию.

В автомате выполняются операции зарядки пластин, экспонирования под 10 галогенными лампами по 600 Вт, проявление магнитной кистью положительно заряженным тонером (диаметр частиц 4-5 мкм), закрепления изображения при температуре 190°С. Затем пластина по транспортеру перемещается в устройство EG-658 для удаления слоя с пробелов, нанесения защитного коллоида и сушки и в устройство PS-660 для стапелирования готовых форм.

Пластины Эльфазол пригодны и для лазерной записи изображения, при­чем их высокая светочувствительность позволяет использовать маломощный лазер - около 15 мВт. Фирма «Эоком» (США) разработала серию лазерных автоматов Лазерит для этих пластин. Аналогичные материалы на основе органических фотополупроводников и оборудование для изготовле­ния печатных форм разработаны также рядом других зарубежных фирм. Основная область применения перечисленных материалов - газетное произ­водство.

Материалы на основе неорганических фотополупроводников содержат в качестве фотопроводящего слоя окись цинка или сульфид кадмия. Они наносятся на бумажные пластины и, как правило, обладают низкой тиражестойкостью - до 1 тыс. оттисков. Для изготовления форм выпускаются автоматические устройства, например Платемекер (Дания, фирма «Эско-фот»), Гевафакс (фирма «Агфа - Геверт»). Последний имеет производи­тельность до 7 форм/мин, рассчитан на работу с рулонным материалом и проявление жидким, положительно заряженным тонером. Основное назна­чение форм - оперативная полиграфия.

© Центр дистанционного образования МГУП