KEMIJSKI POSTUPCI NA METALIMA U IZRADI TISKOVNIH FORMI(Seminarski rad)

Sadraj

1. UVOD12. MATERIJALI ZA IZRADU TISKOVNIH FORMI22.1. PRIKLADNOST KOVINA ZA IZRADU TISKOVNE FORME22.1.1. MEHANIKA SVOJSTVA22.1.2. FIZIKALNO-KEMIJSKA SVOJSTVA32.1.3. KRISTALNA STRUKTURA42.2. KOVINE42.3. SVOJSTVA KOVINA ZA IZRADU TISKOVNIH FORMI53. KEMIJSKO OTAPANJE I TALOENJE KOVINA144. ZAKLJUAK165. LITERATURA17

1. UVOD

Tiskovne forme mogu se definirati kao materijal s kojega se vri otiskivanje kako bi se dobio otisak, a time eventualno i konani proizvod. To se moe smatrati jednom od prvih materijalizacija ideje grafikog dizajna. Naime, cijeli se postupak grafike pripreme od same ideje preko idejnog rjeenja, dizajna, integriranja teksta i slike danas najee izvodi pomou raunala. Stoga je postupak izrade tiskovne forme materijalizacija virtualnih slika. Kako otisak mora imati povrine na kojima se nalazi odnosno ne nalazi slika tekst ili boja, tako i tiskovna forma ima povrine na kojima se nalazi ili ne nalazi boja. Povrine na kojima se nalazi boja nazivaju se tiskovnim elementima dok se povrine na kojima se ne nalazi boja nazivaju slobodnim povrinama. Ovisno o meusobnom odnosu tiskovnih elemenata i slobodnih povrina tiskovne se forme dijele u etiri osnovne skupine:

tiskovna forma za visoki tisak. tiskovna forma za duboki tisak. tiskovna forma za ploni tisak. tiskovna forma za propusni tisak.

2. MATERIJALI ZA IZRADU TISKOVNIH FORMI

Za izradu tiskovnih formi koriste se razni materijali, kako po svom kemijskom sastavu, tako i po svojim fizikalnim i mehanikim svojstvima. Materijali se mogu podijeliti prema svom kemijskom podrijetlu na: anorganske i organske

Od anorganskih materijala koriste se: kovine kovinski oksidi kovinske prevlake Kovine se koriste u valjanom obliku kao limovi (> 0.5 mm), folije (< 0.5 mm) i mreice. Kovinske su prevlake nanesene na druge osnovne kovine i njihova debljina nije vea od 300 m.

Od organskih materijala to su prije svega fotoosjetljivi kopirni slojevi: hidrofilni koloidi diazo smolefotopolimeri

2.1. PRIKLADNOST KOVINA ZA IZRADU TISKOVNE FORME

Od vanijih tehnikih kovina nisu sve prikladne za izradu tiskovnih formi. Kovine koje se koriste moraju zadovoljavati svojim mehanikim svojstvima, fizikalno-kemijskim svojstvima te kristalnom strukturom.

2.1.1. MEHANIKA SVOJSTVA

Mehanika svojstva koja kovine moraju zadovoljavati kako bi se koristile za izradu tiskovnih formi su prije svega: tvrdoavrstoaelastinost savitljivostvaljanjeotpornost na troenje Tvrdoa je svojstvo materijala koje se protivi prodiranju stranog tijela u njegovu strukturu (ili kroz povrinu), dok se pod vrstoom materijala podrazumijeva njegova sposobnost odupiranja djelovanju unutranjih naprezanja koja se javljaju pod utjecajem optereenja. Ukoliko je tiskovna forma tijekom procesa tiska u stalnom dodiru s valjcima koji nanose boju ipodlogom te ukoliko materijal od kojeg je izraena nema zadovoljavajuu tvrdou i vrstou, vrlo lako moe doi do njenog oteenja i neupotrebljivosti za nastavak procesa tiska. Vrijednosti tvrdoe pojedinih vanih tehnikih materijala prikazani su u tablici 1.

Tablica 1.: Vrijednost tvrdoe pojedinih vanih tehnikih materijala

Osim prethodno navedenoga, materijal od kojega se izrauje tiskovna forma mora biti elastian kako bi se nakon djelovanja sile ponovno vraao u prvobitni oblik (npr. tiskovna forma za propusni tisak). Dobar dio tiskovnih formi izrauje se od limova koji se postavljaju na cilindre u tiskarskim strojevima. Takvi limovi moraju imati mogunost savijanja bez oteenja povrine zadravajui definirane dimenzije tiskovnih elemenata (tiskovna forma za visoki, duboki i ploni tisak). Sami se limovi za izradu tiskovnih formi najee proizvode postupkom valjanja kovina. Odljevku, koji se dobije pri proizvodnji kovina prolazei kroz sustav valjaka, djelovanjem sile smanjuje se debljina stvarajui limove. Takvi se limovi koriste u procesima izrade tiskovnih formi za visoki, duboki i ploni tisak.

2.1.2. FIZIKALNO KEMIJSKA SVOJSTVA

Fizikalno-kemijska svojstva koja moraju zadovoljiti kovine i slitine od kojih se izrauju tiskovne forme su: korozivna otpornost, mogunost kemijskog ili elektrokemijskog otapanja, mogunost nanaanja prevlaka elektrokemijskim postupcima, adsorpcija, kvaenje, hidrofilnost i oleofilnost.

Veina kovinskih tiskovnih formi tijekom izrade i procesa tiska dolaze u dodir s razliitim kemikalijama koje mogu nepovratno unititi tiskovne elemente i slobodne povrine. Zbog togase moraju izabrati one kovine i slitine koje su korozivno otporne u koritenim otopinama. Za izradu samih tiskovnih formi esto se koriste procesi kemijskog ili elektrokemijskog otapanja kovina i slitina kako bi se dobila odgovarajua tiskovna forma. Stoga upotrijebljeni materijali moraju imati mogunost kontroliranog otapanja u razliitim otapalima. Pojedine se tiskovne forme izrauju od kovinskih prevlaka (tiskovne forme za duboki i ploni tisak) koje se elektrokemijskim procesom nanose na osnovne kovine. Tako tanke prevlake omoguuju kvalitetnu izradu tiskovne forme uz utedu skupih materijala. Osnovna svojstva koja moraju zadovoljiti materijali za izradu tiskovne forme za ploni tisak svakako su adsorpcija otopine za vlaenje i boje, hidrofilnost i oleofilnost slobodnih i tiskovnih povrina te njihovo selektivno kvaenje.

2.1.3. KRISTALNA STRUKTURA

Sve kovine i slitine karakterizira kristalna struktura te pri njihovoj proizvodnji nastaju kristalna zrna. Ovisno o njihovoj veliini, kovine i slitine imaju krupnozrnatu ili sitnozrnatu kristalnu strukturu. U procesu izrade tiskovne forme kemijskim otapanjem svakako je bolje imati sitnozrnatu kristalnu strukturu jer se dobiju pravilniji tiskovni elementi, ne dolazi do promjena njihovih dimenzija i kao takve su pogodne za izradu rasterskih reprodukcija.

2.2. KOVINE

Kovine koje se koriste za izradu tiskovnih formi su najee neke od tehniki vanih kovina. Gotovo se nikada ne koriste kemijski iste kovine, jer one nemaju dobra mehanika svojstva, a osim toga jako su skupe. Zbog toga se koriste tehnike kovine koje sadre razliite primjese, bilo da su namjero dodane ili se nalaze kao neistoe za ostale iz procesa njihove proizvodnje. Od kovina koje se koriste za izradu tiskovnih formi to su: cink (Zn), magnezij (Mg), bakar (Cu), aluminij (Al), krom (Cr), nikal (Ni), eljezo (elik) (Fe), srebro (Ag), iva (Hg).

2.3. SVOJSTVA KOVINA ZA IZRADU TISKOVNIH FORMI

CINK (Zn)

Slika 1.: Cink

Cink je plavkasto-bijela sjajna kovina, dobar je vodi elektrine struje. Kemijski je vrlo aktivan te s plinovima iz zraka stvara prevlake cinkova oksida (ZnO), cinkova hidroksida (Zn(OH)2) i cinkova karbonata (ZnCO3) koje ga tite od daljnje korozije. isti cink ima srednju gustou (7.14 g cm-3), malu tvrdou (412 MPa po Brinellu; tvrdou mu donekle poveavaju neistoe) i nisko talite (420 C). Cink i njegov oksid imaju izrazito amfoteran karakter, tj. podjednako dobro se otapaju u kiselinama i luinama:

Otapanjem cinka u kiselinama nastaje cinkova sol i razvija se plinoviti vodik. Njegovim pak otapanjem u luinama nastaju soli u kojima se cink nalazi u obliku aniona uz istovremeno razvijanje vodika. Poput cinka i cinkov se oksid takoer otapa u kiselinama i luinama, ali se pri tom procesu ne razvija vodik, nego nastaje voda:

Najee se koristi za izradu tiskovnih formi za visoki tisak. Za izradu tiskovne forme cink se otapa (jetka) u duinoj kiselini koncentracije 10 20 vol%:

Zbog svojih jako izraenih oleofilnih svojstava koristi se i za izradu polimetalnih tiskovnih formi za ploni tisak.

Bakar (Cu)

Slika 2.: Bakar

Bakar je kovina karakteristine crvenkastosmee boje, izrazito je kovan i savitljiv, jedan je odnajboljih vodia elektrine struje. Latinski naziv cuprum, pa tako i meunarodnu skraenicu (Cu),dobio je prema otoku Cipru gdje se u antiko vrijeme dobivao. Na naziv bakar potjee od turskog bakir. Bakar ima sitnozrnatu kristalnu strukturu te je prikladan za jetkanje rasterskih elemenata i linija. isti bakar ima srednju gustou (8.96 g cm-3), relativno malu tvrdou (874 MPa po Brinellu; neistoe mu donekle poveavaju tvrdou) i dosta visoko talite (1084 C). U vlanoj atmosferi, u vodi i u tlu, bakar se prekriva zelenkastim slojem produkata korozije snanog zatitnog djelovanja koji se naziva patina. Grijanjem na zraku daje bakrov(II) oksid (CuO). Bakar se otapa u oksidirajuim kiselinama (duina, vrua sumporna kiselina, itd.) stvarajui obojene otopine:

Za izradu tiskovnih formi bakar se otapa u vodenim otopinama eljezova(III) klorida u dva stupnja:

Najvie se koristi ist, a rjee kao slitina bronca (bakar i kositar), odnosno mjed (bakar i cink).Bakar se koristi za izradu svih tipova tiskovnih formi:

za visoki tisak kao lim za duboki tisak kao lim ili elektrokemijska prevlaka u plonom tisku za izradu polimetalnih ploa u propusnom za izradu mreica od bronce

Kao i cink bakar se, zbog jako izraenih oleofilnih svojstava, koristi za izradu polimetalnih tiskovnih formi za ploni tisak.

Aluminij (Al)

Slika 3.: Aluminij

Aluminij je srebrno-bijela sjajna kovina te iza kisika i silicija trei najobilniji element u Zemljinoj kori s udjelom od 8,1%. Ime je dobio prema latinskoj rijei alumen koja se koristila za alaune (stipse). Unato visokom udjelu izoliran je u elementarnom stanju tek 1825. godine. Talite mu je na 660 C, pripada u lake kovine (gustoa mu je 2.70 g cm-3, a tvrdoa 245 MPa po Brinellu, dok aluminijev oksid (korund) ima tvrdou veu od 2000 MPa po Brinellu).

Sam aluminij je jako reaktivan, ali spontano oksidira na zraku stvarajui prozirnu prevlaku oksida koji ga tite od daljnje korozije. Kao i cink, aluminij i njegov oksid su takoer amfoterni. Otapaju se u kiselinama uz stvaranje aluminijevih soli i izdvajanje vodika, odnosno vode:

Otapaju se i u luinama stvarajui aluminate takoer uz izdvajanje vodika, odnosno vode:

Aluminij moe imati hidrofilna i oleofilna svojstva pa se najvie koristi za izradu tiskovne forme za ploni tisak, dok se aluminijev oksid (Al2O3) zbog svoje izrazite hidrofilnosti koristi za izradu slobodnih povrina na monometalnoj tiskovnoj formi za ploni tisak.

Magnezij (Mg)

Slika 4.: Magnezij

Magnezij je srebrno-bijela sjajna kovina i osmi je po redu najobilniji element u zemljinoj kori s udjelom od 2%. Osim toga, magnezij je trei element po koliini elemenata otopljenih u morskoj vodi. U prirodi ga ne nalazimo u elementarnom stanju, ve najee u obliku magnezijeva oksida (MgO). Talite mu je na 650 C, pripada u lake kovine, gustoa mu je 1.74 g cm-3, a tvrdoa 260 MPa po Brinellu. Izrazito je aktivan pa tako elementarni magnezijna zraku brzo potamni zbog stvaranja oksidne prevlake na povrini. Otapaju ga relativno slabe kiseline uz izdvajanje vodika:

Nije amfoteran te ne reagira s luinama kao cink i aluminij. U kontaktu s kisikom burno reagira (bljeskalice), a pri povienim temperaturama izgara. Za izradu tiskovne forme otapa se u razrijeenoj (5 vol%) duinoj kiselini:

Najvie se koristi za izradu tiskovne forme za visoki tisak.

Krom (Cr)

Slika 5.: Krom

Krom je srebrnasta, sjajna, tvrda kovina koja se moe uglaati do visokoga sjaja i podatan je za kovanje. Naziv krom dolazi od grke rijei to znai boja budui da krom tvori mnoge raznobojne spojeve.U elementarnom se obliku krom rijetko nalazi u prirodi. Spada u tee kovine (gustoa mu je 7.15 g cm-3, izrazito je tvrd (tvrdoa mu je 1120 po Brinellu), otporan je na troenje, a ima i visoko talite (1907 oC). Korozivno je stabilan budui da na zraku oksidira stvarajui tanku prevlaku otpornog kromova(III) oksida (Cr2O3). Otporan je na duinu kiselinu budui da stvara oksidnu prevlaku koja ga titi od daljnjeg otapanja, a otapaju ga neoksidi-rajue kiseline stvarajui obojene, u vodi topive soli uz izdvajanje vodika:

Ima izrazito hidrofilna svojstva pa se koristi za izradu slobodnih povrina kod polimetalnih tiskovnih formi za ploni tisak. Zbog svoje visoke tvrdoe koristi se u dubokom tisku u obliku elektrokemijskih prevlaka kao zatita tiskovne forme od troenja.

Nikal (Ni)

Slika 6.: Nikal

Nikal je srebrno-bijela blistava kovina otporna na koroziju. Koristi se kao prevlaka drugih kovina radi zatite. Slitine nikla i bakra se koriste za izradu kovanog novca, pribora za jelo, itd. Nikal se takoer dodaje eliku i drugim slitinama kako bi poveao njihovu otpornost na koroziju. Kao i krom, nikal spada u tee kovine (gustoa mu je 8.90 g cm-3), no znaajno je meki od kroma (700 MPa po Brinellu), a talite mu je takoer nie od talita kroma (1455 C). Nikal ne pokazuje amfoterna svojstva te je postojan u luinama. Otapaju ga neoksidirajue kiseline stvarajui obojene soli uz izdvajanje vodika:

Kemijska svojstva su mu slina kromu, ali su slabije izraena.Hidrofilnost mu je manja od kromove pa se kao prevlaka koristi za izradu slobodnih povrina polimetalne tiskovne forme za ploni tisak, a kao i krom koristi se za zatitu od troenja tiskovnih formi za duboki tisak.

eljezo (Fe)

Slika 7.: eljezo

isto je eljezo sjajna, srebrnasta i mekana kovina koja se moe lako kovati, zavarivati, a u vruem stanju ispolirati do visokog sjaja. Meunarodni mu je simbol skraenica od ferrum; latinskog naziva za eljezo. Pripada u srednje teke kovine (gustoa mu je 7.87 g cm-3), tvrdoa mu iznosi 490 MPa po Brinellu, talite mu je na 1538 C, dok tvrdoa eljeza/elika ovisi o njegovu sastavu i obradi. eljezo ima feromagnetina svojstva, a magnetna svojstva zadrava i prestankom djelovanja magnetnog polja Na vlanom zraku veoma lako korodira pri emu se na povrini javlja hra (hidratizirani eljezov oksid; Fe2O3H2O). Sloj hre je porozan, mekan i lako se ljuti pa ona kao takva ne titi eljezo od daljnje korozije. Otapaju ga neoksidirajue kiseline kao klorovodina kiselina uz stvaranje hidratiziranih eljeznih soli i izdvajanje vodika:

Lako stvara slitine s razliitim kovinama poput kroma, molibdena, vanadija te s ugljikom. Slitina eljeza i 0.5 1.7% ugljika (C) naziva se elik.Koristi se za izradu tiskovne forme za duboki tisak te kao osnova za polimetalne tiskovne forme. Antikorozivni elik (Fe Ni Cr) koristi se u plonom tisku zbog svoje hidrofilnosti za izradu slobodnih povrina.

Srebro (Ag)

Srebro je plemenita bijela kovina mjeseeva sjaja ija je uporaba u izradi nakita bila poznata prije 3000 godina, a predmeti izraeni od srebra naeni su u carskim grobovima Ura te u nalazitima starog Egipta, Grke i Rima.

Slika 8.: Srebro

Alkemiari staroga doba srebro su nazivali Mjeseeva ili Dijanina kovina. U prirodi se iznimno rijetko nalazi u elementarnom stanju, najee kao pratitelj olovnih i bakrenih rudaa. Kao spoj srebro se najee pojavljuje kao mineral argentit (Ag2S). Srebro kao kovina ima zanimljive fizike karakteristike: najsvjetlije je od svih kovina, ulateno i izglaano, ima vrlo dobra svojstva refleksije pa se zbog njih koristi u optici i u izradi zrcala. Ima dobru toplinsku i elektrinu vodljivost zbog ega se koristi u elektroindustriji i elektronici. Srebro je, poput zlata, jako kovna i rastezljiva kovina pa se moe razvui u jako tanke ice ili folije. Jako je mekano, tvrdoa mu iznosi svega 245 MPa po Brinellu, gustoa mu je 10.50 g cm-3, a talite na 962 C. Na sobnoj temperaturi ne oksidira na zraku, ali nakon duljeg vremena potamni ukoliko ima tragova sumporovodika. Zbog prilino visokog standardnog elektrodnog potencijala (+0.8 V), srebro se otapa samo u jakim oksidirajuim kiselinama kao to su vrua sumporna i duina kiselina. U grafikoj tehnologiji koristi se kao prevlaka pri izradi tiskovne forme za duboki tisak, odnosno kao meusloj izmeu dvije elektrokemijske prevlake bakra. Taj meusloj srebra slui za lake odvajanje istroene tiskovne forme s temeljnog cilindra. Najee se taloi iz rabljenog fiksira koji ostaje nakon razvijanja filmova na osnovi srebrovnih halogenida. Ima izrazito hidrofobna svojstva pa se koristi kao tiskovna povrina u CtP tehnologiji izrade tiskovnih formi za ploni tisak.

iva (Hg)

Slika 9.: iva

iva je poznata od davnih vremena (oko 1500. godine prije nove ere). Ime je dobila od latinske rijei hydrargyrum to znai tekue srebro. To je sjajna, srebreno-bijela kovina koja je pri sobnoj temperaturi u tekuem stanju. Prvi pisani dokaz o ivi potjee od Aristotela, a prema ostacima naenim u egipatskim grobnicama pretpostavlja se da su ve Egipani u 6. stoljeu prije nove ere poznavali postupak dobivanja ive i njezinu sposobnost amalgamiranja. Od prvog stoljea iva se poela upotrebljavati u medicinske svrhe. U prirodi se moe nai samorodna ili kao mineral cina-barit. Jedina je tekua kovina pri sobnoj temperaturi. Ima veliku gustou (13.60 g cm-3), velike je povrinske napetosti (ne vlai vrste povrine). Talite ive je na -39 C, a vrelite na 357 C. Stabilna je na zraku. Ne reagira s luinama i veinom kiselina. Otapa se samo u oksidirajuim kiselinama. Tekua iva otapa mnoge metale dajui amalgame. ivine pare su vrlo otrovne. Poput srebra, u grafikoj se tehnologiji koristi kao meusloj pri izradi tiskovne forme za duboki tisak. On slui za lake odvajanje istroene tiskovne forme s temeljnog cilindra. Najee se taloi iz vodenih otopina ivinih soli pri emu nastaje amalgam na povrini bakrene prevlake na temeljnom cilindru.

3. KEMIJSKO OTAPANJE I TALOENJE KOVINA

U izradi nekih tipova tiskovnih formi koriste se procesi otapanja (jetkanja) kovina. Jetkanje kovina je kemijsko otapanje kovine s ciljem da se na povrini kovine dobije reljef odreenog oblika. Kemijskim se otapanjem kovina izrauju tiskovne forme za visoki, duboki i ploni tisak. Sam proces jetkanja kovine je zapravo proces oksidacije pri emu nastaju u vodi topljivi produkti. Pri procesu oksidacije atomi kovine otputaju elektrone i prelaze u svoje ione. Atomu kovine elektroni se mogu oduzeti na dva naina: kemijskom reakcijom elektrokemijskom reakcijom

Svaka kovina pripada odreenom kristalnom sustavu stvarajui karakteristine geometrijske oblike. Kristalna reetka kovine koja je svojstvena svakoj kovini sastoji se od atoma, odnosno iona te kovine i slobodnih elektrona. Kada se neka kovina uroni u otopinu iona te kovine, tada e ioni koji se nalaze u kovini nastojati prijei u otopinu, a ioni iz otopine u kovinu. Na taj se nain nastoji uspostaviti odreena ravnotea. Pri tome se javlja stalna potencijalna razlika u podruju granine plohe kovine i same otopine. Nastajanje tog ravnotenog potencijala zasniva se na injenici da atomi kovine ioniziraju sve dok time proizvedeno premjetanje elektrinog naboja uravnoteuje nastojanje kovinskih iona da dalje ioniziraju. Na taj nain otopina djeluje kao sredstvo pomou kojega se ostvaruje ravnotea:

gdje je M atom kovine, a Mn +ion kovine. Prijelazom kationa (oksidacija) u otopinu u kovini zaostaje viak elektrona koji se nastoje rasporediti nasuprot ionima suprotnog naboja koji se nalaze u otopini pa ta kovina postaje negativno nabijena. Ioni koji se nalaze u otopini djelovanjem elektrostatskih sila dolaze do povrine kovine, primaju potrebni broj elektrona (redukcija) i ugrauju se u kristalnu reetku kovine. Prema tome kovina uronjena u otopinu svojih iona ini redoks sustav. Razlika elektrostatskog potencijala izmeu kovine i graninog sloja u kojem se nalaze njeni ioni je ravnoteni elektrodni odnosno redoks potencijal. Kovina je aktivnija to je vie njenih iona prelo u otopinu. Visokoaktivne kovine kao natrij (Na), kalij (K), magnezij (Mg), aluminij (Al) nabijaju se negativno, dok se niskoaktivne kovine kao zlato (Au), srebro (Ag), bakar (Cu), iva (Hg) nabijaju pozitivno. Prema tome jako aktivne kovine imaju izrazito negativan ravnoteni potencijal, dok nisko aktivne kovine imaju pozitivan redoks potencijal. Odnosno, kod elektronegativnih kovinaprevladava nastojanje iona da napuste kristalne reetke kovine i prijeu u otopinu, dok je kod elektropozitivnih suprotno, ioni iz otopine nastoje se ugraditi u kristalnu reetku kovine.

Slika 10.: Stvaranje ravnoteenog potencijala

Ravnoteni potencijal vodika dogovorno je odreen i iznosi 0.00 V. U tablici 2. prikazani su redoks potencijali nekih vanijih kovina.

Tablica 2.: Redoks potencijal razliitih kovina

4. ZAKLJUAK

Za izradu tiskovnih formi koriste se razni materijali, kako po svom kemijskom sastavu, tako i po svojim fizikalnim i mehanikim svojstvima. Materijali se mogu podijeliti prema svom kemijskom podrijetlu na: anorganske i organske

Kovine koje se koriste za izradu tiskovnih formi su najee neke od tehniki vanih kovina. Gotovo se nikada ne koriste kemijski iste kovine, jer one nemaju dobra mehanika svojstva, a osim toga jako su skupe.

Od kovina koje se koriste za izradu tiskovnih formi to su: cink (Zn), magnezij (Mg), bakar (Cu), aluminij (Al), krom (Cr), nikal (Ni), eljezo (elik) (Fe), srebro (Ag), iva (Hg).

5. LITERATURA1. Knjiga:dr.sc. Miroslav Gojo; Osnove tiskovnih formi2. Internethttp://hr.wikipedia.org/wiki/Kovine; Wikipedia; Kovine

17