CC BY
49
Изучение
свойств офсетных
печатных форм,
изготовленных
на термочувствительных
пластинах
Е.Б. Надирова,
к.т.н.
Ю.С. Довлатова,
инженер
В настоящее время наметилась отчетливая тенденция преобладания термальных систем на рынке СТР для производства офсетных печатных форм. Целью работы явилось изучение свойств печатающих и пробельных элементов форм, изготовленных на термодеструкционных пластинах с регистрирующим слоем. Объектами исследования служили формные пластины IPAGSA Arte IP-21 и печатные формы, изготовленные на этих пластинах в производственных условиях типографии «ГУП ППП Типография «Наука» АИЦ РАН».
Для изучения поверхностных и структурных свойств печатающих и пробельных элементов использовали метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) [1, 2] и метод растровой электронной микроскопии (РЭМ) [3]. Спектры были сняты на двухкамерном рентгеновском фотоэлектронном спектрометре JPS-9200 (JEOL, Япония) с полусферическим анализатором и двуханодной рентгеновской пушкой в режиме постоянной функции пропускания анализатора (CAT mode). Калибровка JPS-9200 проводилась по линиям Cu2p = 932.6 eV, Ag3d= = 368.3 eV, Au4f = 84.0 eV. Образцы крепились на держатель при помощи двухсторонней проводящей липкой ленты и перемещались в камеру анализатора. Давление в аналитической камере составляло ~ 10-7 Па.
Изображения поверхности формных пластин и печатных форм были получены на высокоразрешающем автоэмиссионном растровом электронном микроскопе JPS-7500F (JEOL, Япония). Съемка про-
8
водилась в режиме детектирования вторичных электронов с использованием детектора (Lower SE-Detector, LEI) при ускоряющем напряжении 1 кВ. Для снижения зарядки и предотвращения разрушения образца под электронным пучком использовали слой платины толщиной ~ 5 нм. Напыление слоя проводили в установке магнетронного типа AutoFineCoater JFC-1600 (JEOL, Япония) при давлении не менее 10-1 Па.
В формных процессах плоской офсетной печати находят применение как тонкие адсорбционные пленки в несколько десятков ангстрем, так и более толстые полимерные пленки толщиной до 1,0—1,5 мкм. Полимерные пленки, служащие основой печатающих элементов форм, изготовленных на термодеструкционных пластинах, имеют многослойное строение и включают регистрирующий слой и гидрофобный (печатный) слой, расположенный на подложке. В процессе изготовления печатной формы и ее обработки химическое состояние атомов поверхностных слоев печатающих и пробельных элементов формы изменяется.
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия является одним из наиболее информативных неразрушающих методов. Важной характеристикой метода является глубина анализа, определяемая длиной свободного пробега электрона, составляющая 20-30 ангстрем (2-3 нм). Столь малая глубина отбора аналитической информации обусловливает высокую чувствительность метода РФЭС к состоянию поверхности образца. Вот почему анализ полученных спектров представляется важным для изучения поверхностных свойств печатающих и пробельных элементов форм плоской печати.
В результате взаимодействия сфокусированного пучка с поверхностью образца возникают вторичные электроны, отраженные электроны, оже-электроны и фотоны различных энергий. Они рождаются в определенных объемах - областях генерации внутри образца и используются для измерения многих его характеристик (состава, топографии поверхности, кристаллической ориентации и т. д.) [3].
В ходе эксперимента были получены спектры, в которых различают две группы электронов, образующихся в результате взаимодействия рентгеновского излучения с атомами вещества - это характерные линии фотоэлектронов и оже-линии [1].
На рис. 1,2 представлены полученные спектры исходной формной пластины и формной пластины, обработанной проявителем. В спектре, полученном с поверхности формной пластины, наблюдаются оже-линия кислорода и фотоэлектронные линии кислорода, углерода и кремния. Количественное соотношение обнаруженных элементов составляет С - 78% (атомных), О - 16%, Si - 6% (отклонения ±0,5%).
Как следует из сравнения полученных спектров, в результате обработки проявителем IPAGSA качественный и количественный состав элементов на поверхности формной пластины изменился. Анализ
9
Be. eV
Рис. 1. Спектр поверхностного слоя формной пластины
Рис. 2. Спектр поверхностного слоя формной пластины, обработанной проявителем
1 о
данных, полученных на термочувствительных пластинах после обработки проявителем, свидетельствует о том, что раствор имеет в своем составе натрий. Измерения кислотности обрабатывающего раствора показали: pH = 12,8 при t= 13° С; электропроводность — 81,4 мкСм. Полученные данные согласуются с данными паспорта безопасности раствора, указывающими в составе проявителя метасиликата натрия.
Поскольку полимерный слой формной пластины служит печатающими элементами форм, методом РФЭС было изучено влияние обрабатывающего раствора К2000 Plate Cleaner (Kruse) на структурные и поверхностные свойства гидрофобного слоя. Обработку раствором К2000 рекомендуется проводить для очищения и активации пробельных и печатающих элементов в процессе эксплуатации печатной формы с целью повышения тиражестойкости [4].
Оценка кислотности раствора К2000 показала: pH = 1,9 при t= 23° С; электропроводность — 16,8 мкСм. Анализ спектра, полученного после обработки поверхности в растворе К2000 в течение 1 минуты выявил наличие алюминия (рис. 3), что свидетельствует о возможном нарушении целостности полимерного слоя пластины. Таким образом, для предотвращения агрессивного воздействия раствора на печатающие элементы время обработки формы раствором К2000 не должно превышать одной минуты.
Рис. 3. Спектр поверхностного слоя печатающего элемента, обработанного раствором К2000
11
Как известно, пробельные элементы офсетных форм сформированы на гидрофильном слое гидратированного оксида алюминия, обладающем высокой адсорбционной активностью. Сравнение спектров поверхности пробельных элементов форм до и после обработки раствором К2000 показало, отсутствие кальция, снижение содержания углерода с 11 до 9% и увеличение количества алюминия с 30 до 39% ±0,5% (рис. 4). Данные количественного анализа свидетельствуют об удалении солевых пленок с поверхности пробельных элементов формы и улучшении их гидрофильных свойств в результате обработки раствором К2000.
Рис. 4. Спектр поверхностного слоя пробельного элемента, обработанного раствором К2000
Топография поверхности формы была изучена методом растровой электронной микроскопии (РЭМ), основанном на зондировании поверхности изучаемого образца тонко сфокусированным пучком электронов. Впечатление трехмерности изображения достигается за счет большой глубины фокуса РЭМ. В каждой точке облучаемой поверхности происходит взаимодействие пучка электронов с веществом, в результате чего возникает ряд эффектов, из которых особый интерес представляет изменение вторичной эмиссии, обусловленное разницей в топографии поверхности при развертке электронного пучка в растр. Так как энергия вторичных электронов не превышает 50 эВ, их выход возможен с приповерхностных слоев материала (10-100 нм) в зависимости от ускоряющего напряжения [3].
1 2
При увеличении в 2000 раз (рис. 5) видно, что поверхность печатающих элементов неоднородна, а на отдельных участках наблюдается нарушение целостности полимерной пленки; размеры дефектов на конкретном участке достигают 14,5 мкм. Данные, полученные при
угле наклона 5°, свидетельствуют, что толщина полимерного слоя на различных участках печатающих элементов отличается, и средняя толщина слоя составляет 0,59 мкм (рис. б, 7). Обработка раствором К2000 оказывает влияние на состояние поверхности печатающих и пробельных элементов формы. Длительная, свыше 5 минут, обработка приводит к появлению пятен, размер которых составляет до 0,65 мкм, некоторые из них имеют рельеф.
Рис. 6. Поверхность на границе печатающего и пробельного элемента (х20000)
1 3
Рис. 7. Поверхность на границе печатающего и пробельного элемента,
обработанная раствором К2000 (х10000)
Сравнение изображений границы печатающего и пробельного элементов до и после обработки раствором К2000 показывает, что обработка формы приводит к сглаживанию поверхности как оксидной пленки, так и полимерного слоя, что подтверждается измерениями шероховатости поверхности печатающих и пробельных элементов формы, ранее проведенными профилографическим методом [4].
Таким образом, с привлечением современных методов исследования в работе изучены поверхностные и структурные свойства печатающих и пробельных элементов форм плоской офсетной печати и изменения этих свойств в результате воздействия обрабатывающих растворов.
Исследования были проведены в лаборатории электронной спектроскопии и лаборатории электронной микроскопии Центра научных исследований МГУП имени Ивана Федорова.
Библиографический список
1. Сих М.П. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии // М.П. Сих, Д. Бриггс, Дж.К. Ре-вьер и др. / под ред. Д. Бригсса, М.П. Сиха; пер. с англ. - М. : Изд-во Мир, 1987. - С. 14-23, 203-221, 245-268.
2. Петров Н.А. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия: Методическая разработка / Н.А. Петров, Л.В. Яшина. - М. : Изд-во МГУ, 2011. - С. 12.
3. Гоулдстейн Д Практическая растровая электронная микроскопия / Дж. Гоулдстейн, Х. Яковиц, Д. Ньюбэрн [и др.] / под ред. Дж. Гоулдстейна, Х. Яковица; пер с англ. - М. : Изд-во Мир, 1978. -С. 106-110, 129-136, 233-239, 334-342.
4. Шинкарева С.В. Исследование влияния обрабатывающих растворов на свойства форм плоской офсетной печати, изготовленных по СТП-технологии / С.В. Шинкарева, Е.Б. Надирова // Вестник МГУП. - 2011. - № 6. - С. 44-48.
1 4
