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软片冲洗的原理(一)

时间:2001-04-10 作者:朔州 蔡志远 来源:印前技术2000-2


  在印刷行业,就目前传统的印刷方式来说,完成一件印刷品大致需要经过原稿分析、图文处理、晒版、印刷、印后加工五大步骤。其中的图文处理,实际上就是供助于一些现代化的设备(如照相机、电子分色机、彩色桌面出版系统等)将以原稿形式再现的图文信息分别制成能满足印刷制版需求的一套软片(即我们日常照相过程中通常所说的底片)。


  从印刷的角度来看,制做出来的激光照排片的质量高低将对印刷的质量有着重要的影响,这是因为制做出来的软片将是晒版、印刷两大工序的基础。


  但是,软片质量的好与坏,不仅与照排机的输出质量和精度有关,而且还与软片的冲洗工艺有很大关系。当图文信息制版、输出一旦确定之后,软片质量的好与坏就完全取决于冲洗工艺了,就一般情况来说,就是取决于对软片的显影、定影响两部分。


  软片的质量一般来说要考虑两个方面,一是胶片的网点密度要高,因为胶印中阳图晒版为达到有效的曝光量,不能让网点覆盖的部分有光量通过,要求的网点必须有足够的密度,特别是小网点要经得起曝光。二是软片的网点要光洁,不能发虚,即要求每粒网点其中心密度要与边缘密度一致,这样才能有利于软片的网点能忠实地转晒到印版上。最后是要保证软片透明部分的灰雾度小于0.04,要达到透亮清通。


  保证显影时间、显影液温度正确,做到及时更换、补充显影液和定影液,使显影、定影条件处于最佳的工作条件是确保上述三个方面得以实现的必要条件。要做好这一点,那么就有必要对冲洗过程中冲洗加工的原理以及其中的显影液、定影液对软片质量的影响加以了解。


  要充分掌握冲洗的原理,我们还得从制版感光材料谈起。





图1 银盐感光材料结构



  目前,用于印刷行业制版感光材料主要分为两大类,一类是银盐感光材料,另一类为非银盐感光材料,而我们在这里要谈的是银盐感光材料,这类感光材料主要用于印前作业的图文输出,目前所说的菲林片就属此类。


  银盐感光材料是将感光体齿化银微晶分散在明胶液中涂布于片基上制成的。为了进一步完善它的各项性能,片基上还涂布有其它附加层,其结构如图1所示。


  其中,底层的作用是使片基、乳剂层在使用过程中不易脱离;保护层是防止在使用过程中乳剂层被擦伤;防光晕层涂在片基的另一面,用以吸收穿过感光层照射在片基上的光线,使它们不致于再次被片基反射回乳剂层,造成不该曝光的部位感光,影响影像的清晰度。


  感光乳剂是由硝酸银和齿化物反应来生成卤化银的,由于卤化银在水中的溶解度很小,导致了卤化银立即会从液中析出来,悬浮在明胶液溶中。一般在制备中,都采用两种或两种以上的卤化物,各种不同的卤化银很容易在一起共同结晶,这种晶体称为和晶。氯离子和溴离子的大小较相似,因此,溴化银和AgCl能以任何比例组成和晶。而AgI和AgBr组成和晶时由于碘化银的含量是有限的,因此,在制备中三者都能以和晶的形式存在。但是,在制备过程中,由于原材料、乳剂配方工艺条件、工艺设备等各因素的影响,会使晶体的各晶面生长不平衡,导致晶体的不完整性。晶体的不完整性,会使晶体点阵中存在位错、缺陷可含有杂质的部位电荷不平衡,从而形成晶体内部的薄弱环节,在感光化学中,这些薄弱环节就是感光中心,当卤化银受到光线照射后,光电子就从这些薄弱环节突破,使卤化银颗粒对光敏感,形成潜影,即形成显影中心。


  感光材料经曝光之后,形成肉眼看不见的潜影。这种潜影必须经过冲洗加工,才能形成可见的影像,由此可见,冲洗加工是感光材料形成影像的不可缺少的重要手段,其冲洗步骤为:显影、定影、水洗、干燥。


  显影:将已曝光的感光材料浸入显影液中,使曝光的卤化银颗粒与显影液发生反应,被还原成金属银,形成可见的影像。


  定影:将感光材料上未感光的卤化银颗粒除去,否则见光之后还会发生变色,使可见的影像无法稳定保存。


  水洗:经定影后的感光材料必须进行充分的水洗,除去残留在感光材料上的药液,有利于影像的保存。


  干燥:水洗后的感光材料,经过干燥,就可以得到稳定的影像。


  一、显影


  (一)显影机理


  显影反应是个氧化还原反应,反应进行的难易程度,一般都是采用这两个反应物的电极电位差来表示,如果要确定几种显影剂的还原能力的大小,也就要比较它们的电极电位的大小。电位差越大,显影的速度越快。


  已曝光的感光乳剂层必须经过显影,才能使潜影变成可见的影象。显影的实质是一个氧化还原反应,在这个过程中,已曝光的Ag+是氧化剂,被还原成金属Ag,显影液是还原剂,反应后形成氧化产物,其化学反应式如下:


  Ag++显影剂→Ag+显影氧化产物


  (已曝光)


  这样,在曝光的感光乳剂制层中,见光的卤化银被还原成Ag,由于Ag原子的吸光阻光作用,产生了致黑的光学密度。不同大小的密度就构成了影像。


  曝光后形成的显影中心在整个显影过程中起什么作用呢?为什么已曝光的卤化银颗粒能显影,还原出金属银?未曝光的卤化银颗粒到底能否发生显影?要回答这些问题,我们必须要了解显影过程的机理。


  在感光乳剂的制备中,卤化银乳剂的颗粒是由硝酸银和过量的卤化碱金属在明胶溶液中反应而生成的。例如:


  Ag++NO3-+K+Br-→AgBr+K++NO3-+Br-


  因此,软片中的卤化银颗粒的周围存在着一定量的碱金属离子、卤素离子、硝酸根离子。


  而软片中的卤化银晶体的表面对周围的这些离子有吸附能力,而且优先叫附的是与齿化银晶体中相同的离子。由于过量卤素离子的存在,卤化银晶体先吸附带负电的卤素离子以及其它负离子,然后再吸附正离子,这样就在卤化银颗粒的周围形成了双电层,如图2所示。





图2



  在显影过程中,显影剂首先需要吸附在晶体的表面上,特别是需要吸附在显影中心上。因此显影剂分子必须要穿越晶体周围的双电层,到达晶体颗粒的表面。当显影剂中起还原作用的离子所带的电荷性不同时,穿越双电层的难易程度也不同。显影剂所带的负电荷越多,克服负电层吸附到卤化银晶本表面的阻力也越大。这样,从感材料浸泡在显影液中,到显影反应开始发生之间的这段诱导期就比较长。


  曝光后的卤化银晶体表面上存在着显影中心,这些显影中心都是由金属银原子聚集的银微斑。由于银微斑是电中性的,因此,该处周围的双电层就比较薄弱,在显影中,显影剂就很容易从该处首先打破缺口穿越双电层,吸附于晶体表面的显影中心上。


  在显影过程的氧化还原反应中,显影的氧化还原电位低,银离子的氧化还原电位高。显影剂分子失去电子,银离子得到电子还成银原子。但是这个反应中的电子得失,往往不是直接进行的,而是通过显影中心的银微斑进行传导。显影中心的金属银具良好的导电性,它能将吸附在表面的显影剂分子或离子的电子,源源不断传递至显影中心附近的银离子,使它陆续还原。随着反应的不断进行,银微斑不断增大,传导的作用也增强,显影反应也会加快,直至整个卤化银颗粒完全被还原成金属银。如果这个颗粒与相邻 未曝光的颗粒相接触,这个氧化还原反应会延伸到相邻的颗粒上,使这颗粒也还原成银。显影中心的银微斑在显影过程中的作用,相当于电化学反应中电极的作用,所以将这种显影机理,称为显影的电极理论。


  而在未曝光的卤化银晶体上由于没有显影中心。当显影剂分子或离子吸附在晶体表面时,同样会发生氧化还原反应。由于没有银微斑参予电子的传导,显影反应的速度要慢得多。事实上,将未曝光的感光胶片在显影液中,长时间的强烈显影后,胶片的感光乳剂层就会发灰。这就是部分卤化银颗粒被还原成银原子的缘故。


  在显影过程,通过显影中心的催化,显影剂使已曝光的卤化银颗粒都还原成银原子,而显影所还原的金属银是潜影银的数址亿倍之多,这就是显影过程中显影机理,在了解这个机理之后,下面我们就开始介绍常用显影剂的性能和作用。


  (二)常用显影剂的性能:


  在激光照排输出胶片的冲洗加工中,经常中采用的显影剂有米吐尔、对苯二酚、菲尼酮。要使胶片在冲洗加工中获得优质的质量,由有必要对它们的显影性能及作用做介绍:


  1.对苯二酚(又名海得儿、几奴尼、坚安)。


  分子式是C6H4(OH)2,分子结构式为:





  对苯二酚是无色或浅灰色针状结晶,易溶于水,可溶于乙醇和乙醚中。


  对苯二酚的显影能力很强。显影的诱导期稍长些,但一旦出现影像之后,则显影的速度进行很快,影像的密度和反差迅速上升,最后可得到较大的反差和密度。将它与保护剂、促进剂、抑制剂很好地配合,可组成高反差的显影液。


  对苯二酚晶体对于干燥空气是稳定的。在13℃以下,几乎无显影能力,在21℃以上,显影活性就很强。在无适量的抑制剂作用下,往往会产生显影灰雾。


  在实际的显影配方中,往往将它与米吐尔配合作用,或者与菲尼酮配合使用。适当调配它们的组分比例,可以得到各种不同性能的显影液。


  对葳二酚与米吐尔配合使用的显影液,称为M-Q显影液。对苯二酚与菲尼酮配合使用的显影液,称为P-Q显影液。


  在显影过程中,对苯二酚与卤化银反应生成金属银,其化学反应可写成:





  2.米吐尔(又名衣仑)





  米吐尔是无色或呈米色的针状晶体,易溶于水,难溶于乙醇或乙醚,在含有亚硫酸钠和碱和溶液里溶解度较小。


  米吐尔是一种强有力的显影剂,能在中性或酸性溶液中显影,不过显影作用比在碱性溶液中慢些。米吐尔的显影特点是显出影像的速度快。但待影像显出后,影像的反差和密度上升得较慢,得到的影比较柔和,影像阴影部分的层次表现丰富。


  米吐尔在显影时受溴化钾的抑制作用小,显影液的保存性也较好。因此是激光照排中最常用的显影剂之一。经常与对苯二酚组合成M-Q显影液使用。


  在显影液的碱性介质中,米吐尔会发生电离:





  然后再与卤化银反应,其化学反应可写成:






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