Фотополимерные формы — новое дыхание высокой печати

Дмитрий Токманцев

Строение фотополимеризующихся пластин

Изготовление форм высокой печати

   1. Основное экспонирование

   2. Вымывание

   3. Дополнительное споласкивание

   4. Сушка

   5. Дополнительное экспонирование

Еще лет двадцать-тридцать назад высокая печать была широко распространена в производстве издательской продукции. В качестве форм тогда использовались цинковые пластины, изготавливаемые посредством травления. Однако в последнее десятилетие доля высокой печати неуклонно сокращалась, причем не только по экономическим, но и по экологическим причинам.

Сегодня у высокой печати есть перспективы, и не в последнюю очередь благодаря переходу на полимерные формы. Это позволило существенно упростить формный процесс и расширить сферу применения этого способа печати. В настоящее время этот способ в основном применяют для печати на жестяных и пластмассовых изделиях, а также на этикеточной продукции. Кстати, качество этикеток, произведенных при помощи технологии высокой печати, значительно выше флексографских оттисков, а при использовании пленочных материалов близко к офсетной печати.

В некоторых районных типографиях до сих пор используют старые машины высокой печати для производства газетной и книжной продукцию. Но даже там для изготовления форм теперь применяют фотополимеризующиеся материалы. Сегодня в российских типографиях в качестве фотополимеризующихся пластин используются в основном импортные формные материалы, в частности полимеры для высокой печати под торговой маркой Nyloprint производства фирмы BASF и фотополимерные пластины Rigilon (Япония) и NAPP (США).

Нужно сказать, что в конце 60-х аналогичные разработки проводились в Киевском филиале ВНИИ комплексных проблем полиграфии, и в 70-е годы были разработаны технологические процессы изготовления твердых фотополимеризующихся пластин, а также такие материалы, как целлофот (на основе эфиров целлюлозы) и гидрофот (на основе поливинилового спирта). Их производство было организовано в Ярославской области на опытном заводе НИИ Химфотопроекта. В настоящее время эти материалы имеют малое распространение, хотя пластины под маркой «Целлофот-4» и по сей день производят в Переславле-Залесском на заводе «ЛИТ».

Строение фотополимеризующихся пластин

Все типы фотополимеризующихся пластин для высокой печати имеют одинаковое строение и состоят из нескольких слоев:

1. Защитная пленка — служит для предохранения фотополимеризующегося слоя от светового излучения и других внешних воздействий; удаляется только в процессе изготовления формы.
2. Фотополимеризующийся слой — благодаря ему формируются возвышенные печатающие элементы и углубленные пробельные. Основой фотополимеризующегося слоя является фотополимеризующаяся композиция (ФПК). Ее основные компоненты, влияющие на печатно-технические характеристики и качество фотополимерных печатных форм, следующие:
   • мономер — как правило, это органическое соединение со сравнительно невысоким молекулярным весом и с низкой вязкостью, способное к полимеризации. Мономер является растворителем или разбавителем для остальных компонентов композиции. Изменяя содержание мономера, обычно регулируют вязкость системы;
   • олигомер — ненасыщенное органическое соединение с большим, чем у мономера, молекулярным весом, способное к полимеризации и сополимеризации с мономером. Олигомер является вязкой жидкостью либо твердым веществом. Считается, что свойства получаемых при отверждении покрытий, в частности фотополимерных печатных форм, определяются главным образом самой природой олигомера.

   В качестве олигомеров и мономеров наиболее распространены олигоэфир- и олигоуретанакрилаты, а также различные ненасыщенные полиэфиры;

   • фотоинициатор — вещество, инициирующее цепную реакцию. Полимеризация винильных мономеров под действием УФ-излучения может протекать и без участия других соединений, но довольно медленно. Для ускорения реакции в композицию вводит небольшое количество веществ (от долей процента до процентов), способных под действием света генерировать свободные радикалы и/или ионы, которые инициируют цепную реакцию. Такой тип реакции называется фотоинициированной полимеризацией. Несмотря на незначительное содержание фотоинициатора в композиции, ему принадлежит важная роль в определении многих характеристик процесса отверждения (скорости фотополимеризации, широты экспонирования) и свойств полученных покрытий. В качестве фотоинициаторов применяют органические производные бензофенона, антрахинона, тиоксантона, асцилфосфиноксиды, пероксипроизводные. Большинство фотоинициаторов поглощают световое излучение в ближней ультрафиолетовой и частично в коротковолновой видимой области (250-460 нм). ФПК в виде фотополимеризующегося слоя бывает в твердом, закристаллизованном виде.
3. Подложка — служит основой для рельефа (печатающих элементов) и может быть выполнена из различных материалов (полиэфирных, стальных и алюминиевых).

Фотополимеризующиеся пластины классифицируются по двум параметрам: по типам подложки (полиэфирная, стальная и алюминиевая) и по видам вымывного раствора, при помощи которого удаляется неполимеризованный слой с пробелов.

Выбор пластины на определенной подложке зависит от типа печатной машины и от вида запечатываемого материала. Формы на полиэфирной и алюминиевой подложках монтируются на формных цилиндрах при помощи двусторонней липкой ленты. При креплении форм на полиэфирной подложке, как правило, не возникает никаких проблем, так как эти подложки достаточно гибкие. Фотополимерные формы на алюминиевой подложке из-за жесткости целесообразно использовать на тигельных машинах, то есть на плоском формном устройстве. Для машин с магнитными цилиндрами следует использовать формы на стальной основе, которые обладают такой же гибкостью, как формы на полиэфирной подложке, особенно если пластины тонкие (до 0,73 мм). Необходимо отметить, что практически все современные машины высокой печати оснащены формными цилиндрами с магнитным покрытием.

Толщина подложки составляет порядка 0,2-0,3 мм. Полимер в процессе изготовления форм вымывается до подложки. Высота печатающих элементов формы определяется вычитанием толщины подложки из общей толщины пластины. Например, толщина пластин Nyloprint для высокого способа печати не превышает 1 мм и обычно бывает в пределах 0,5-0,98 мм.

Печать этикеток на изделиях из жести и пластмассы может производиться со всех вышеперечисленных видов пластин. Но при этом необходимо придерживаться рекомендаций по подбору пластин в соответствии с типом запечатываемого материала. Твердость фотополимеризующихся пластин для высокой печати значительно выше, чем твердость фотополимеризующихся флексографских пластин. Это дает возможность запечатывать как бумажный, так и разнообразный твердый невпитывающий материал (пластмассу, жесть, алюминий).

Фотополимерные формы на стальной основе могут использоваться и для тампонного способа печати, для так называемого глубокого офсетного способа. Он применяется для запечатывания различной продукции нестандартной формы из самых разных материалов. Правда, в этом случае печатающие элементы должны быть углублены относительно пробельных. Формы на стальной и алюминиевой основах рекомендуются для печати на пластмассовых тюбиках, стаканчиках, металлических банках, если используется высокая типоофсетная непрямая печать. Это обусловлено как типом подложки, так и характеристиками применяемых полимеров, стойких к действию красок на основе агрессивных растворителей. Именно такие краски используют для печати на вышеуказанной продукции. Поэтому при выборе типа фотополимерной пластины необходимо учитывать вид печатной краски, особенно при применении УФ-отверждаемых красок. Кстати, именно они позволяют достичь наивысшего качества — проработки цветовых оттенков, градационных переходов, что очень важно для этикеточной продукции.

При выборе типа формного материала необходимо получить от поставщика полную информацию о пригодности пластины к тому или иному типу растворителя для печатных красок.

По типу вымывного раствора пластины можно разделить на водовымывные и спиртовымывные. При использовании спиртовымывных пластин можно получить лучшие градационные характеристики оттисков, например превосходную проработку сложных цветовых оттенков. Однако процесс изготовления форм при помощи спирта не является экологически чистым: образующиеся в процессе изготовления формы пары, оказывают вредное влияние на здоровье человека. К тому же необходимо специально покупать и утилизировать спиртовой вымывной раствор.

Если же применяются водовымывные пластины, то используется обыкновенная водопроводная вода. Отработанную воду можно сливать в канализацию, так как она не содержит никаких хлорпроизводных и иных вредных органических веществ.

Вследствие указанных выше причин применение водовымывных пластин более удобно с экологической и экономической точек зрения. Именно их следует использовать в случае печати продукции, к которой не предъявляются особые требования по градационным характеристикам. Правда, тиражестойкость у этих форм меньше, чем у спиртовымывных. Стоит добавить, что как водовымывные, так и спиртовымывные формы бывают на всех вышеописанных типах подложек.

Необработанные пластины должны храниться в черных пленочных пакетах в горизонтальном положении при комнатной температуре и относительной влажности воздуха до 50%. Они реагируют на белый свет и УФ-излучение, поэтому окна и лампы в рабочих и складских помещениях должны быть закрыты специальной защитной пленкой, не пропускающей УФ-составляющую дневного света.

Изготовление форм высокой печати

Процесс изготовления форм высокой печати на основе фотополимеризующихся пластин довольно прост и включает в себя пять этапов:

1. Основное экспонирование

При экспонировании происходит фотополимеризация рельефа под действием УФ-излучения (с диапазоном длин волн от 200 до 400 нм). Засвеченные молекулы полимера образуют сетчатую структуру и становятся нерастворимыми. Для этого на пластину через матированный пленочный негатив направляется УФ-излучение. Печатающие элементы и пробелы возникают следующим образом: там, где действует излучение (под прозрачными участками негатива), происходит реакция фотополимеризации, в результате которой полимер становится твердым и нерастворимым. Там, где излучение не действует, полимер остается в неполимеризованном состоянии, не стойком к действию растворителя. В результате там, где действует УФ-излучение, образуются возвышенные печатающие элементы, а где не действует (то есть на непрозрачных участках негатива) — углубленные пробельные элементы.

Точное время экспонирования можно определить с помощью тестового экспонирования через специальный негатив.

Для экспонирования используются специальные копировальные установки с вакуумным прижимом негатива к фотополимерной пластине посредством пленки. Эти установки отличаются от офсетных копировальных рам тем, что для прижима фотоформы к пластине используется именно пленка, а не стекло, как в  офсетных рамах, поскольку только этот материал пропускает УФ-излучение, необходимое для фотополимеризации пластины. Для излучения используются УФ-лампы диапазона А (около 360 нм), например лампы Philips TL 10 R. При экспонировании можно использовать и галогенные лампы, но тогда нужно оснастить экспонирующую установку дополнительными устройствами для рассеивания света (например, рефлекторами) и специальным светофильтром для работы с пластинами, вымываемыми водой.

Нужно сказать несколько слов о фотоформе. Вследствие того что фотополимерные слои являются слоями негативного проявления (то есть там, где действует световое излучение, уменьшается растворимость), в качестве фотоформы используются негативы. К ним предъявляются следующие требования: минимальная оптическая плотность D непрозрачных участков должна быть 4,0 единицы, максимальная оптическая плотность D прозрачных участков (вуаль) — 0,05 единиц. При этом эмульсионная сторона негатива должна быть матированной для создания наиболее плотного контакта между негативом и пластиной в процессе экспонирования.

Поскольку способ высокой печати — прямой способ, то изображение на форме должно быть зеркальным. При использовании фотополимеризующихся пластин для типоофсетной печати (для непрямой высокой печати — сухого офсета) изображение на форме должно быть прямое. Способ печати необходимо учитывать при выводе негатива. Следует указать, что недостаточные значения оптических плотностей негатива приводят к полимеризации пробельных элементов и уменьшению рельефа формы. Негативы изготавливаются на специальном фотовыводном устройстве при помощи лазерного излучения.

2. Вымывание

На этом этапе с пластины удаляются участки полимера, не затвердевшие при экспонировании.

Обычно для водовымывных пластин, если иное не оговорено специально, используется обыкновенная водопроводная вода. Как уже говорилось, после вымывания раствор можно сливать прямо в канализацию, так как в нем нет твердых остатков и все его составные части могут биологически разлагаться. В вымывном растворе отсутствуют тяжелые металлы или хлорированные углеводороды, а содержится только углерод в органическом соединении.

У спиртовымывных пластин полимер с пробельных участков удаляется смесью спирта (например, этилового) и воды. Насыщенный раствор может быть очищен на регенерационных установках или утилизирован как специальные отходы, подлежащие сожжению.

Пластины обоих типов вымываются в плоских устройствах (вертикального или горизонтального типов) с распылительными соплами или с системой для удаления полимера с пробелов с помощью плюшевых подушечек или щеток. Эти устройства должны иметь систему термостатирования, поддерживающую температуру на уровне 29-30 °С.

Переменными факторами этого этапа являются время основного экспонирования и время вымывания. Данные значения определяются посредством специального тестирования (как и в случае экспонирования). Тестирование целесообразно выполнять как при первом запуске производственного процесса, так и при получении новой партии пластин или при смене производственных условий. Время для вышеуказанных операций зависит главным образом от типа и толщины пластин, состояния оборудования и производственных условий. Определение продолжительности вымывания происходит экспериментальным путем, без применения специальных тестовых приспособлений. Полимер доложен удаляться практически до подложки.

3. Дополнительное споласкивание

Во время этой операции поверхность пластины очищается от остатков полимера. Для этого используют свежий вымывной раствор. Остаток жидкости на пластине после споласкивания нужно сразу же удалить губкой, мягкой влажной замшей или сдуть сжатым воздухом. Ополаскивать пластину проще всего струей холодной водопроводной воды равномерно по всей ее поверхности. Продолжительность споласкивания весьма незначительна — 1-2 мин.

4. Сушка

При вымывании пластина впитывает растворитель, который нужно удалить, чтобы стабилизировать печатные свойства, устранить набухание печатающих элементов и повысить тиражестойкость формы.

Сушку производят горячим воздухом. Время сушки зависит от типа пластины, толщины рельефа и обычно составляет порядка 10-15 мин. Например, пластины Nyloprint на металлических подложках (на стальной или алюминиевой) сушат при температуре 80 °С, а на полиэфирной основе — при 60 °С. Для равномерного просушивания применяют аппарат для сушки циркуляционным/свежим воздухом. Процесс сушки может происходить как в горизонтальном, так и в вертикальном положении — в зависимости от типа оборудования. После сушки горячим воздухом обрабатываемую пластину необходимо выдерживать в течение 2-3 мин для охлаждения до комнатной температуры.

5. Дополнительное экспонирование

На этом этапе происходит окончательная полимеризация рельефа формы. В процессе основного экспонирования не происходит полной полимеризации печатающих элементов, и около 20-25% первоначального количества мономера в фотополимеризующемся слое остается в неполимеризованном состоянии. В результате уменьшается тиражестойкость и ухудшаются печатно-технических свойства фотополимерных форм. В связи с этим еще раз производят обработку формы УФ-излучением (диапазона А при 360 нм), но без негатива. Процесс длится длится столько же времени, что и основное экспонирование. (На основании собственного опыта могу сказать, что в зависимости от характера воспроизводимого изображения, от особенностей последующего печатного процесса, а также от свойств применяемых печатных красок время дополнительного экспонирования может варьироваться в пределах 20-25% от исходного.)

Чтобы готовые печатные формы не пересохли и не стали хрупкими, в складском помещении поддерживают относительную влажность воздуха не менее 60% и температуру 20-22 °С. Формы можно просто запаковать в светонепроницаемый пакет из пленки. Они должны быть сухими и очищенными от остатков красок.

Таким образом, процесс изготовления форм высокой печати на основе фотополимеризующихся пластин при условии выполнения вышеуказанных условий и требований довольно несложный. При этом благодаря большим возможностям высокой печати и экономичности при использовании фотополимерных форм можно достичь очень хороших результатов как при производстве этикеток, так и при запечатывании различной упаковочной пластмассовой и металлической продукции (в случае типоофсетного варианта высокой печати). Тиражестойкость фотополимерных форм может составлять до миллиона оттисков.

Мир этикетки 5'2001