Світочутливість фпм

Питання про важливість сенситометричних характеристик фотополімеризуючих матеріалів (ФПМ) для технологічного процесу виготовлення друкованих форм очевидний для починаючих практичну діяльність операторів. Сенситометрична характеристика описує чутливість ФПМ до світлового випромінювання визначеної довжини хвилі або спектрального діапазону, що ефективно поглинається матеріалом, активне випромінювання. Під світлочутливістю фотополімеризуючих матеріалів мають на увазі величину зворотну енергетичної експозиції, що викликає зміну функції відгуку матеріалу на установлену величину при нормованих (стандартних) умовах експонування (опромінення).

Найчастіше як функцію відгуку для ФПМ використовують товщину шару нерозчинного полімеру, що утворився при опроміненні ФПМ унаслідок фотоініційованої радикальної полімеризації. Тривалість операції опромінення (тобто величина експозиції) залежить, зокрема, від світлочутливості ФПМ, спектральної сполуки й інтенсивності джерел опромінення, якості виготовлення і складності малюнка фотоформи.

Існуючі методики оцінки світлочутливості можна умовно розділити на два види: дослідницькі і технологічні. Дослідницькі методики використовують для виконання точних дослідів, як правило на модельних об’єктах для вивчень кінетичних параметрів і механізмів процесів. Такі методики вимагають високої кваліфікації дослідників і часто унікального і дорогого устаткування. Технологічні методики більш прості і доступні, але мають вузько емпіричний характер.

Їх результати дуже рідко вдається безпосередньо використовувати для опису фундаментальних параметрів кінетичних процесів, але вони цілком прийнятні для технологічних експериментів. У технологічних методиках оцінки світлочутливості як функції відгуку воліють використовувати яку-небудь експлуатаційну характеристику ФПМ. Наприклад, твердість, розчинність, електропровідність, розривне зусилля, оптичну щільність або яку-небудь іншу властивість матеріалу. Однак, мабуть, найбільш поширені технологічні рекомендації виробників ФПМ, що пропонують визначити тривалість опромінення (величину експозиції) дослідним шляхом за допомогою спеціально розроблених тест-фотоформ, що містять графічні елементи різної складності у визначеному сполученні.

Така методика широко поширена внаслідок своєї відносної приступності і близької аналогії з реальним технологічним процесом виготовлення фотополімерних друкованих форм (ФПМ). Крім того, її результати досить просто інтерпретуємі. Але при цьому не слід забувати і про недоліки методики, а саме:

• емпіричності, що обмежена умовами експерименту;

• ненадійності екстраполяції результатів тестування.

На нашу думку обидва ці недоліки можна істотно зменшити сполученням двох методик: первостадійної оцінки сенситометричних параметрів ФПМ за допомогою методики сенситометричного клина (вимивного рельєфу) і наступного тестування матеріалу за допомогою тест-фотоформ в межах прямолінійної ділянки характерної кривої, отриманої при сенситометричних дослідах.

Метод сенситометричного клина або вимивного рельєфу заснований на одержані й аналізі функціональної залежності (характерної кривої) d=f(lgH), що описує взаємозв’язок між d(M) – товщиною шару нерозчинного полімеру, що утворився при повідомленні ФПМ енергетичної експозиції Н (Дж/м²) і наступному прояві (вимиванні) незаполімеризовавшегося ФПМ. Важливою перевагою цього методу є адекватність дослідницьких умов і реального технологічного процесу виготовлення форм, тому що в обох випадках функцією відгуку (аналізованим параметром) є товщина шару полімер, що утворився, (рівнозначна висоті рельєфу). Цей метод визначення світлочутливості припускає побудову й аналіз характеристичних кривих, отриманих шляхом експонування (опромінення) окремих ділянок (полів) ФПМ строго нормованою кількістю світла (енергії), прояву (вимивання) нулів сенситограми (клина) відповідним розчинником і визначення їх товщини після висушування. Типовий вид характеристичної кривої й отримані при її аналізі сенситометричні параметри, позначені на рис. 1.

Рис. 1. Типовий вид характеристичної кривої сенситограми ФПМ

Побудова характеристичних кривих дає можливість визначити наступні параметри:

(м₂/Дж) – гранична світлочутливість, що умовно характеризує мінімальну експозицію (час опромінення при постійній інтенсивності світла) при якій у ФПМ формується шар змитого (нерозчинного) полімеру.

W (м²/Дж) – брутто швидкість процесу формування нерозчинного полімеру. Ця величина визначається як тангенс кута нахилу лінійної ділянки характеристичної кривої до осі абсцис, тобто:

L (Дж/м²) – це інтервал постійної швидкості фото ініційованої полімеризації, який указує на межі якісного формування рельєфного зображення.

Експерименти по оцінці сенситометричних параметрів виконують при опроміненні ФПМ блоком люмінесцентних ламп луф-80 (Україна) або TL-D-18/0,8 (Fillips) через поліетиленову плівку під вакуумом. Варто звернути увагу і на те, що час досягнення стаціонарного режиму роботи ламп не менш 10 хвилин. Для одержання сенситометричних клинів були використані смужки ФПМ шириною 15 мм, довжиною 150 мм, що опромінювали наростаючим рядом експозиції (15 полів розміром 10х15 мм). Після опромінення всіх полів сенситограми кожну смужку виявили в змішувальному розчиннику, що складається з 3-х частин перхлоретилену і 1 частини бутанолу при кімнатній температурі протягом 5 хвилин. Виявлена (вимита) сенситограма являє собою клин, що має полючи різної товщини відповідно часу їх опромінення. Для визначення товщини полів використовували товщиномер, що не створює зусиль у зоні контакту. Точність виміру 1 мкм. Перед визначенням товщини сенсиитоетричні клини сушили в потоці повітря при 50⁰С, протягом 40 хвилин, а потім 12 годин при кімнатній температурі.

Результати обробки характеристичних кривих представлені в таблиці 1.

Таблиця 1

Сенситометричні характеристики фотополімеризуючих матеріалів

Тип фотополімеризующегося матеріалу, марки	Характерні точки кривих			Сенситометричні параметри
	d2-d1	H1	H2	L	H0	Wx105
	м	Дж/м2	Дж/м2	Дж/м2	Дж/м2	м3/Дж
Опромінення лампами ЛУФ-80, інтенсивність світла 86 Вт/м2
Cyrel HOF	0,0004	890	1290	400	440	1,0
PLS	0,0011	3550	6310	2760	2540	0,38
PLB	0,0005	1700	2090	390	1270	1,15
UVP	0,0004	2690	5010	2320	1620	0,17
Flex-Light EPIC	0,008	4300	6920	2620	3160	0,31
SCOR	0,0009	4270	6920	2650	2820	0,34
ATLAS	0,0014	890	1580	690	710	2,63
BPS	0,0005	1700	2570	870	1120	1,61
Pasaflex (1.14)	0,0004	1260	1780	520	1000	0,96
Nyloflex (1.14)	0,0007	710	1260	550	500	0,73
Pacтр		4270	5010	740	2690	0,54
Опромінення лампами TL-D18W/0,8, інтенсивність світла 73 Вт/м2
Flex-Light EPIC	0,0015	1450	2190	740	1260	2,03
ATLAS	0,0015	1120	1510	390	1050	3,85
BPS	0,0011	1820	2240	420	950	2,62
Nyloflex (1.14)	0,0016	1080	1510	430	1050	3,72

L – інтервал постійної швидкості полімеризації;

Н – гранична експозиція (Дж/м²);

Wx10⁵ – брутто швидкість процесу полімеризації (Дж/м²).

Досліджені матеріали можуть бути згруповані по різних ознаках, використовуючи як критерій оцінки інтервал постійної швидкості полімеризації (ПСП). Можна умовно виділити дві групи матеріалів: із широким (бвльш 1000 (Дж/м) і вузьким (до 1000 Дж/м) інтервалом ПСП. Матеріали, що мають широкий інтервал ПСП (Cyrel PLS, Cyrel UVP, Flex-Light, EPIC, Flex-Light, SCOR) характеризуються відносно високими брутто швидкостямиполімеризації. Сполучення цих двох параметрів свідчить на користь того, що такі ФПМ мало піддані закодуванню при надлишку опромінення, тому що мають положисту “неконтрастну” характеристичну криву. Інший тип матеріалів, що має відносно вузький інтервал ПСП (Cyrel HOF, Cyrel PLS, Pasaflex, Nyloflex, Flex-Light, ATLAS) одночасно мають більш високу брутто швидкість полімеризації, тобто вони більш чуттєві до надлишку опромінення і тому піддані закодуванню. Тривалість процесу експонування цих матеріалів повинна бути коротше, ніж матеріалів першого типу. Важливо звернути увагу і на величину, тип раніш починається процес утворення зшитого полімеру, а при сполученні з високою швидкістю полімеризації і невеликим інтервалом ПСП це може сприяти дуже високій чутливості ФПМ до опромінення.

Для комплексної кількісної оцінки чутливості ФПМ до УФ-опромінення можна використовувати емпіричний показник (ЕПС), що враховує всі сенситометричні параметри:

. м³/Дж.

ФОТОН

Термін “фотон” з’явився у фізиці наприкінці 20-х років сторіччя, що пішло, для позначення елементарної частки квант електромагнітного випромінювання. У перекладі з грецької (фотос) означає світло.

Фотон нейтральний, але має неврівноважений характер, тому що не знає стояння спокою. Поводження фотону двояко. У ряді випадків він виявляє властивості матеріальних часток, так званих корпускул (наприклад: роблячи тиск на поверхню тіл при їх опроміненні або викликаючи фотоелектричний ефект), але очевидний і хвильовий характер його руху, про що свідчать, наприклад, такі явища як інтерференція, дифракція, поляризація світла. Швидкість поширення фотонів у вакуумі дорівнює 299793 км/с, а в більш щільних матеріальних середовищах залежить від їх електромагнітних властивостей. Співвідношення швидкостей поширення фотонів у вакуумі і речовині характеризується фізичною константою, що називається показником переломлення даної речовини і позначається:

– П_^ (символ  указує на температуру, при якій виконаний вимір, а  на довжину хвилі світла). Енергія фотона Е залежить від його частоти і може бути обчислена по рівнянню Планка:

де h – постійна Планка (h =6,626х10 Джчс), так званий квант дії або фундаментальне фізичне постійне, визначальне широке коло фізичних явищ, у якій існує дискретність дії);

 – частота електромагнітних коливань (с-1), тобто число періодів коливань в одиницю часу або v=1/t, де t – час, за який коливання проходять відстань рівну довжині хвилі (с);

с – швидкість поширення електромагнітного випромінювання (м/с);

 – довжина хвилі (м).

Після підстановки значень постійних величин одержимо зручну формулу для розрахунку енергії в джоулях (1 Дж=1 ВтЧс):

Е=1,986*10^-16/

Довжина хвилі виражається в нанометрах (1 нм=10^-9 м).

У хімії кількість речовини (атомів, молекул, іонів) найчастіше вимірюють молями. При цьому 1 моль речовини містить 6,023*10²³ (число Авогадро) часток речовини. У фотохімії кількість енергії, дорівнює енергії 1 моля фотонів, називається Ейнштейном.