Як і чим виявляти рельєфне зображення

Основним параметром, що визначає можливість прояву схованого рельєфного зображення в процесі УФ-випромінювання фотополімерних пластин (ФПП), є селективність (вибірковість) розчинення опромінених і неопромінених ділянок ФПП. Внаслідок фотоініційованої радикальної полімеризації відбувається утворення просторово зшитого фізичними і хімічними зв’язками полімеру. Поряд з цим можливо утворення макромолекул внаслідок гомополімеризації мономерів. В обох випадках істотно змінюється характер розчинності опромінених ділянок композиції: вони стають нерозчинними чи погано розчинними в розчинниках плівкоутворюючого полімеру. Таким чином, після УФ-випромінювання ФПП утворяться ділянки з різним характером набрякання. Неопромінені зони набухають необмежено, а опромінені обмежено. Якість рельєфного зображення буде залежати, зокрема, і від ступеня набрякання опромінених ділянок пластин, що, у свою чергу визначається ступенем зшивки тривимірного полімеру:

• природою і концентрацією розчинника;

• температурою розчинника.

Ступінь зшивки фотона і якісного складу композиції (тобто типу пластин), інтенсивності УФ-випромінювання і його тривалості, а також старанності вакуумірування пластин при їх опромінення. Чим вище ступінь зшивки композиції, тим менше її набрякання. Висока ступінь набрякання опромінення ділянок (тобто друкуючих елементів форм) небажана, тому що вона викликає:

• перекручування (деформацію), часто необоротну, друкуючих елементів (особливо це стосується тонких штрихів великих розмірів і окремо находжених крапок малого діаметру);

• збільшення часу сушіння фотополімерної друкованої форми, перекручування планшетності (усадки) друкуючих елементів внаслідок селективного витягу (екстракції) незаполімеризованих компонентів ФПК при сушінні фотополімерних друкованих форм;

• зміна фізико-механічних характеристик, зокрема, сильне зменшення міцності і збільшення м’якості друкуючих елементів, що може викликати їх деформацію руйнування при механічному впливі в процесі прояву.

При обмеженому набряканні (до досягнення рівноважного стану), ступінь набрякання тим вище, чим більше час набрякання. Тому бажано зменшити час контакту пластин з розчинником. Разом з тим, для розчинення незаполімеризованих ділянок пластин, для яких набрякання має необмежений характер, бажане збільшення часу набрякання, що закінчується розчиненням. Компромісне рішення цієї суперечливої задачі лежить на шляху прискорення технологічного процесу вимивання незаполімеризованих ділянок.

Швидкість набрякання може бути описана виразом, з якого випливає, що вона тим вище, ніж далі полімер знаходиться від рівноважного ступеня набрякання:

D/dt=k(M1–Mi),

де М1 і Мі – аса зразків у стадії рівноважного набрякання й у сучасний момент часу відповідно, k – константа швидкості набрякання.

Константа швидкості залежить від природи полімеру і розчинника, температури, розміру часток полімеру і гідродинамічних умов розчинення. Найбільша величина швидкості розчинення має місце на початку процесу, потім вона поступово зменшується, наближаючись до нуля при досягненні рівноважного ступеня набрякання. Для прискорення процесу необмеженого набрякання неопромінених ділянок ФПФ необхідно постійно підтримувати високу різницю концентрації розчинника в розчині в набряклому шарі полімеру, для чого доцільно постійно перемішувати розчин, обновляти поверхню розчинення і підтримувати оптимальну концентрацію розчину. З цією метою запропоновані три типи конструкцій вимивних машин:

• форсуночні;

• щіткові;

• щіткові - форсуночті.

В даний час найбільше поширення знайшли машини щіткового типу, що часто об’єднані з регенераційною установкою, що дозволяє регулярно обновляти миючий розчин новими нормами регенерованого розчинника.

Вибір розчинника для прояву рельєфного зображення залежить від багатьох факторів:

– природи плівкоутворювального полімеру і складу ФПК;

– летючості;

– в’язкості;

– токсичності;

– пожежо- і вибухонебезпечності;

– вартості і приступності.

Більшість сучасних типів ФПМ для виготовлення флексографських ФПФ містить у якості плівкоутворювальної основи ізопрен-стирольні чи бутадієн-стирольні блоксополімери, але частіше їх суміш. Ці сополімери, так звані термоеластопласти, мають вдале сполучення властивостей еластомерів і термопластичних полімерів, тому вони добре переробляються термопластичними методами, наприклад, каландруванням чи екструзією. Середня молекулярна маса, використовуваних для синтезу ФПК термоеластопластів знаходиться в межах 70–120 тис. По своїй будові це, як правило, двох чи триблочні сополімер. Параметр розчинності ФПК на основі термоеластопластів знаходиться в межах 17,8–19,3 МПа. Потенційно сприйнятливі розчинники для прояву рельєфу на пластинах, виготовлених із застосуванням вищевказаних полімерів, повинні мати параметр розчинності, рівний чи близький до вищевказаного інтервалу. При цьому розчинник можна використовувати як чисту речовину, так і суміш двох і більше речовин. За рахунок такої комбінації досягається прийнятна швидкість розчинення УФ-випромінюваних ділянок, невисокий ступінь набрякання опромінених ділянок і відносно невисока в’язкість розчину. Порівняльна оцінка деяких чистих розчинників, потенційно придатних для вимивання флексографських ФПФ на основі термоеластопластів надана в табл. 5

Таблиця 5

Характеристика деяких розчинників, параметри розчинності яких в інтервалі 17,8–19,3 МПа

№ п/п	Найменування розчинника	Клас з’єднань	Параметр розчинності, МПа	Температура кипіння, град	ПДК, мг/м3 (за ДСТ)
1	Толуол	Ароматичні вуглеводні	18,2	110,6	50
2	Ксолол	–	18,0	138–144	50
3	Тетрахлоретилен	Галоген-похідні вуглеводних	18,6	121,0	10
4	Трихлоретилен	–	18,8	87,2	10
5	Хлороформ	–	17,8	61,2	10
6	Етилацетат	Складні ефіри	18,4	77,1	200
7	Н-пропілацетат	–	18,0	101,5	200
8	Н-бутилацетат	–	17,8	125,3	300

Розчинники з низькими температурами кипіння легко випаровуються при нагріванні і перемішуванні, особливо на великій площі й у тонкому шарі. Тому такі розчинники малопригодні для технології вимивання ФПФ внаслідок підвищеної пожежо- і вибухонебезпечності і створення локальних концентрацій, що перевищують граничні безпечні норми. У той же час розчинники з дуже високою температурою кипіння малопригодні внаслідок великих витрат енергії на їх регенерацію. Видно, що серед представлених найбільш токсичними розчинниками є галоген-похідні вуглеводнів, а найменш токсичними – складні ефіри. Саме тому в умовах жорсткості вимог до захисту навколишнього середовища усе більше застосування знаходять розчинники та суміші розчинників, що не містять хлорованих вуглеводнів, насамперед тетрахлоретилена. В останнє десятиліття ведучими фірмами розроблювачами пластин запропоновані розчинники із суміші, що не містить хлорованих вуглеводнів. Наприкінці 80-х років – початку 90-х років на ринку з’явилися розчинники OPTISOL-737 і OPTISOL-900, а через два роки – FLEXOSOL і UNISOL розроблені фірмою DuPont, а також NYLOSOLV i NYLOSOLV2 від фірми BASF. Склад і порівняльні характеристики деяких з цих розчинників надані в табл. 6.

Таблиця 6

Склад і характеристика ділянок сумішей розчинників (фірма DuPont)

Характеристика	OPTISOL-737	FLEXOSOL	UNISOL	PERCHLOR
Склад суміші	Гептилацетат і ізогептанол від 3:1 до 1:1	Алифатичні вуглеводні і спирт	Ароматичні віглеводні і бутанол 2:1	Тетрахлоретилен і бутанол 3:1
Температура вимивання, 0С	34–35	28–32	20–24	20
Час сушіння, година	2	3	3 і більше	1,5–2
Час вимивання, хв.	7–15	5–12	4–7	3–7

Регенерація розчинників дозволяє істотно скоротити витрати на виробництво флексографських ФПФ й забезпечити замкнутий цикл виробництва з мінімальними відходами концентрату фотополімеризованої композиції. У цьому змісті так звані “екологічно чисті” технології з використанням води чи водяних розчинів значно більш небезпечні для навколишнього середовища. Це зв’язано з тим, що регулярний відкид навіть розведених водяних розчинів полімерів безпосередньо в міську каналізаційну систему забруднює водяний басейн і навколишнє середовище. Тому для забезпечення надійного захисту навколишнього простору від забруднень і у випадку застосування води і водяних розчинів як розчинників необхідна організація очищення вимивних розчинів чи їх регенерація. Перевага води розчинника у виробництві ФПФ полягає в порівняно низькій вартості пожежо- і вибухонебезпечності, нетоксичності, а також у зниженні витрат на вентиляцію і герметизацію вимивних агрегатів і машин.

Однак витрати на переробку й очищення водяних розчинів ФПК можуть бути помітно більшими, ніж витрати на регенерацію органічних розчинників.