Репрография

РЕПРОГРАФИЯ (от лат. re-приставка, означающая повторное, возобновляемое действие, produco-произвожу и греч. grapho-пишу), совокупность процессов воспроизведения изображения документов (оригиналов) без применения печатных форм с целью получения копий в натуральную или заданную величину. Осуществляется фотографическим и иными способами в результате воздействия на регистрирующий материал (экспонирование) светозого, теплового или электронного излучения.

Процессы Р. классифицируют по виду процесса, протекающего в копировальном материале, и технике его выполнения. Различают проекционные способы, при к-рых оптич. изображение оригинала проецируется на регистрирующий материал, и контактные. При получении копий в заданную величину применяют разл. проекционные способы (электрофотография, фототермопластич. фотография, фотохромный и диффузионный фотографич. процессы, электрография), а также фотографирование с большим уменьшением (т. наз. микрография); при получении копий в натуральную величину используют контактные способы (везикулярный процесс, диазография, термография).

Проекционные способы. В основе электрофотографии лежит способность светочувствительных (фотопроводящих) материалов увеличивать под действием света свою элект-рич. проводимость. Процесс включает получение скрытого электростатич. изображения оригинала, его проявление и закрепление; существует в черно-белом и цветном вариантах.

Скрытое электростатич. изображение получают экспонированием фотопроводящего слоя, равномерно заряженного в поле коронного разряда. При этом электропроводность на освещенных участках слоя увеличивается и заряды стекают через заземленную подложку или электропроводящий слой. Остаточные заряды на неосвещенных участках материала образуют скрытое изображение.

Проявление и закрепление изображения может осуществляться либо непосредственно на фотопроводящем материале, т. наз. прямая электрофотография (электрофакс), либо изображение м.б. перенесено на нефотопроводящий материал (напр., бумагу) и закреплено на нем, т. наз. косвенная электрофотография, или ксерография (см. рис.).

Схема электрофотография, процесса: а-фотопроводящий материал, б-заряжепный фотопроводящий материал, в-экспонирование, г-проявление скрытого изображения, д- перенос изображения, е- закрепление, ж-готовая копия; 1-подложка, 2-фотопроводящий слой, 3-заряженный фотопроводящий слой, 4-частицы тонера, 5-частицы ферромагн. носителя, 6-бумага, 7-электрод.

Фотопроводящий материал для прямой электрофотографии обычно состоит из полимерной или бумажной подложки, электропроводящего металлического и фотопроводящего слоев. Последний слой-дисперсия ZnО (или ТiO₂) в электроизолирующем полимерном связующем (полиакрил-амид, эпоксидные смолы). Материал для косвенной электрофотографии состоит из металлического (или металлизир. подложки) и неорганического (Se, сплавы Se-Te или Se-As, CdS, CdSe, CdSSe) или органического (поли-N-винилкарба-зол, полиэпоксипропилкарбазол, кремнийорг. соед.) фотопроводящего слоя. Орг. фотопроводники обычно сенсибилизируют красителями и др. акцепторами электронов, напр. к-тами Льюиса или нитропроизводными флуорена.

В прямой электрофотографии для получения видимого изображения применяют сухие или жидкие проявители, в косвенной-только сухие. Сухой проявитель-смесь частиц носителя (напр., ферритов; размер частиц 100-500 мкм) с тонером (дисперсия пигмента в электроизолирующем термопластичном полимере, напр. полистироле, поливинил-хлориде, полиметакрилате; размер частиц 1-50 мкм) либо дисперсия тонкоизмельченных порошков тонера и феррита в полимере; в последнем случае проявитель может находиться в микрокапсуле. Частицы носителя и тонера связаны между собой трибоэлектрич. зарядом таким образом, что на пов-сти носителя содержатся десятки частиц тонера. Жидкий проявитель - обычно дисперсия тонера в электроизолирующей жидкости с уд. сопротивлением 10⁹ Ом·см, гл. обр. в углеводородах (бензол, ксилол, уайт-спирит).

Перед проявлением частицам тонера сообщается заряд, противоположный по знаку заряду скрытого изображения; при проявлении тонер оседает на неосвещенных участках фотопроводящего материала, несущих остаточный электрич. заряд, создавая на нем видимое изображение.

В косвенной электрофотографии перенос проявленного изображения на бумагу или др. основу осуществляют электростатич. способом, заряжая лист бумаги зарядом, противоположным заряду тонера, или под действием давления. Закрепляют изображение, нагревая лист бумаги до т-ры размягчения тонера или вдавливая тонер в бумагу.

В цветном электрофотографич. процессе фотопроводящий слой после электризации последовательно экспонируют под цветным оригиналом за красным, зеленым и голубым светофильтром. После каждого экспонирования скрытое изображение проявляют соотв. синим, пурпурным и желтым тонером.

Из вариантов прямой электрофотографии наиб. значение имеет фотокондуктография и электрофотография на фотоэлектретах-фотопроводниках с постоянной электропроводимостью. В фотокондуктографии сначала проводится экспонирование незаряженной пов-сти фотопроводящего материала, состоящего из дисперсии ZnO, PbO или CdS в электроизолирующем полимере, а затем его зарядка в поле коронного разряда. Полученное скрытое изображение проявляют с использованием сухих и жидких проявителей.

В электрофотографии на фотоэлектретах (напр., дисперсии CdS в полимере) скрытое изображение получают одновременным действием света и электрич. поля.

Характеристики электрофотографич. процессов приведены в табл. 1. Применяют электрофотографию для размножения штриховых и растровых оригиналов, получения офсетных печатных форм и микроформ.

Фототермопластич. фотография (термопластич. электрофотография) позволяет получать микрорельефное светорассеивающее изображение на фотопроводящих материалах. Процесс включает в себя получение скрытого электростатич. изображения и проявление нагреванием.

Различают одно- и двуслойные фототермопластичные материалы. В первом случае материал состоит из полимерной подложки (обычно полиэтилентерефталатной пленки), прозрачного электропроводящего подслоя (Ni, Сr, А1) и слоя из орг. фотопроводящего термопластичного в-ва; во втором-термопластичное и фотопроводящее в-ва содержатся в разл. слоях, контактирующих между собой. В качестве фотопроводящих в-в применяют производные поливинил-карбазола, полиацетиленидов и др., спектрально сенсибилизированные производными флуорена, в качестве термопластичных в-в-сополимеры стирола с акрилатами и мета-крилатами. В высокочувствит. пленках между электро- и фотопроводящим слоями расположены инжекц. слои из неорг. фотопроводника (напр., Se, SeTe, CdS), испускающие в фотопроводящий слой носители заряда.

Под действием электростатич. притяжения между электрич. зарядами на пов-сти пленки и зарядами противоположной полярности, индуцированными в электропроводящем подслое, размягченный полимер деформируется. При этом на пленке образуется микрорельеф, глубина и распределение к-рого зависят от электрич. потенциала скрытого изображения. Глубина элементов микрорельефа обычно 0,5-1,0 мкм. Микроизображение считывают на просвет или на отражение с помощью щелевой оптики с увеличением в 20-150 раз.

Изображение на пленке м.б. стерто нагреванием до т-ры на 10-15°С выше т-ры проявления, а пленка использована повторно сотни раз. Применяют фототермопластич. фотографию для получения микроформ и голограмм. Характеристики пленок даны в табл. 2.

В основе-фотохромного процесса лежит способность молекул орг. в-ва обратимо изменять строение или электронное состояние под действием света, что сопровождается изменением окраски в-ва (см. Фотохромизм).

В Р. в качестве фотохромных материалов применяют полимерные пленки, содержащие орг. фотохромные соед. (спиропираны, дитизонаты металлов, фталоцианины меди, трифенилметановые красители, производные коричной к-ты и др.). Наиб. распространение получили бесцв. спиропираны, к-рые, поглощая УФ излучение, диссоциируют по связи С—О, причем соед. переходит в окрашенную форму, напр.:

Изображение получают в одну стадию за 5-10 с; для длит. хранения его закрепляют хим. обработкой. Перед след. записью старое изображение стирают облучением пленки неактиничным излучением (для спиропиранов, напр., излучением желтой зоны спектра). Фотохромные пленки имеют высокую цикличность записи изображения (50-100 у пленок на основе спиропиранов, св. 10000-на основе салицилиденанилина), высокую разрешающую способность, позволяющую применять фотохромный процесс для размножения микроформ, и высокую дифракц. эффективность, достаточную для получения голограмм (табл. 3).

Диффузионный фотографич. процесс-одноступенчатый процесс, при к-ром хим.-фотографич. обработка экс-понир. негативной фотопленки и получение с нее позитивного изображения происходят одновременно.

Существует в черно-белом и цветном вариантах. Регистрирующий комплект (фотокомплект) содержит негативную галогеносеребряную светочувствит. пленку и несветочув-ствит. приемную пленку или бумагу. Негативная пленка для черно-белого процесса содержит слой негативной галогено-серебряной эмульсии, пленка для цветного процесса-негативный материал, состоящий из слоев галогеносеребряной эмульсии, сенсибилизированных к синей, зеленой и красной областям спектра. Эти слои разделены между собой про-межут. слоями, содержащими проявляющие красители (напр., производные гидрохинона, комплексные соед. Сr или Сu), способные диффундировать в щелочной среде обрабатывающей композиции, а также в-ва, нейтрализующие щелочь и закрепляющие краситель (напр., поливинилпири-дин).

Несветочувствит. пленка (или бумага) содержит покрытие из связующего, в к-ром диспергированы коллоидные частицы, образующие центры-активаторы физ. проявления (благородные металлы, сульфиды и селениды Ni и Со).

Негативный материал после экспонирования приводят в контакт с приемным слоем несветочувствит. материала и заполняют пространство между контактирующими поветями проявителем-фиксатором-р-ром (жидкая обработка) или вязкой композицией (полусухая обработка). При этом одновременно с переходом скрытого изображения в негативное серебряное на неосвещенных участках происходит растворение галогенида Ag. Образовавшееся комплексное соед. (напр., Nа₄[Аg₂(S₂О₃)₃]) диффундирует в приемный слой несветочувствит. материала и восстанавливается до металлич. Ag, к-рое осаждается на центрах-активаторах физ. проявления и образует позитивное изображение. Время получения негатива и позитива 15-60 с.

Обрабатывающий р-р для черно-белого диффузионного процесса содержит проявляющее в-во (напр., гидрохинон), сульфит Na, щелочь, противовуалирующее в-во и воду; вязкая композиция содержит, кроме того, загуститель (гидроксиэтилцеллюлозу, Na-соль карбоксиметилцеллюло-зы). В цветном процессе применяют обрабатывающую вязкую композицию из загустителя, щелочи и противовуали-рующего в-ва. На освещенных участках соответствующего эмульсионного слоя проявляющий краситель, содержащийся в промежут; слое, восстанавливает галогенид Ag до металлич. Ag, теряя способность диффундировать и закрепляясь на негативном материале (Кр-краситель):

Диффундирующий Связанный краситель краситель

На неэкспонир. участках неокисленные красители диффундируют в приемный слой и связываются закрепляющим в-вом (обычно поливинилпиридином), образуя позитивное цветное изображение за 1 -2 мин.

Материалы для диффузионного фотографич. процесса имеют светочувствительность 10⁷ см²/Дж, разрешающую способность 15-120 мм^-1, коэф. контрастности 1-2. Применяют их для получения изображений со штриховых и полутоновых оригиналов и объектов, а также офсетных печатных форм.

В электрографии скрытое электростатич. изображение получают избират. осаждением заряженных частиц (электронов или ионов) на, пов-сти несветочувствит. электроизолирующего материала, напр. из термопластичного цоли-мера. Заряженные частицы осаждают сканированным электронным лучом или через электроизолирующий трафарет; полученное скрытое изображение проявляют тонером до образования видимого изображения. Разновидность электрографии-способ термопластич. записи, в к-рой пленку при проявлении нагревают до образования микрорельефного изображения аналогично методу фототермопластич. фотографии. Применяют электрографию гл. обр. для копирования штриховых оригиналов и получения голограмм способом термопластич. записи.

Особое место среди проекционных способов Р. занимает микрография (микрофильмирование), с помощью к-рой м.б. получены копии документов, уменьшенные в десятки или сотни раз. Т. наз. микроформы первого поколения получают фотографированием на галогеносеребряных или несеребряных материалах. В зависимости от кратности уменьшения эти формы подразделяют на простые (25:1), супермикроформы (60:1) и ультрамикроформы (150:1).

Среди галогеносеребряных пленок для микрографии наиб. часто используют рулонные или форматные пленки с эмульсионным слоем, содержащим микрокристаллы размером 0,05-0,15 мкм. Они характеризуются высокой разрешающей способностью и резкостью изображения при относит. невысокой светочувствительности. Время получения изображения 5-10 мин.

При получения микроформ на несеребряных материалах используют фотопроводящие пленки, применяемые в фототермопластич. фотографии, электрофотографич. процессах с жидкостным проявлением, а также материалы для т. наз. миграц. процесса. В последнем случае материал состоит из пленочной подложки, прозрачного электропроводящего слоя и непрозрачного светочувствит. слоя из электроизолирующего полимерного связующего и фотопроводящих частиц размером 0,2-2 мкм. Скрытое электростатич. изображение, полученное электрофотографич. способом, проявляют размягчением связующего нагреванием или парами орг. р-рителя. Заряженные частицы притягиваются к подложке индуцир. зарядом, мигрируют по направлению к электропроводящему слою и образуют светопропускающие участки на непрозрачном фоне немигрировавших частиц; получается позитивное изображение. В результате проявления скрытого изображения в орг. р-рителе мигрировавшие частицы достигают электропроводящего слоя и закрепляются на нем связующим. Немигрировавшие частицы смываются р-рите-лем; таким образом получается негативное изображение. Время получения миграц. изображения 3-10 с. Характеристики пленок для микрографии приведены в табл. 4.

Полученные микроформы первого поколения применяют гл. обр. для контактного копирования с получением дубликатов послед. поколений. Дубликаты используют для считывания информации в читальных аппаратах или получения увеличенных копий на бумаге в читально-копировальных аппаратах.

При оптим. условиях хранения микроформы сохраняются в течение 15-100 лет. С них м.б. получено от 10 до 10000 дубликатов.

Контактные способы. Везикулярный процесс (пузырьковый процесс) позволяет получать изображение на несеребряных фотоматериалах под действием УФ излучения. Изображение создается светорассеивающими пузырьками газа, выделившегося при фотохим. разложении светочув-ствит. соединения. Регистрирующий материал-бумага или полимерная пленка (обычно полиэтилентерефталатная) с покрытием, чувствительным к действию УФ лучей. Композиция для покрытия содержит термопластичный полимер (напр., поливиниловый спирт, полиакрилонитрил), свето-чувствит. соединение (обычно соль диазония) и добавки, улучшающие эксплуатац. св-ва материала. Экспонирование проводят в УФ лучах; при этом на экспонир. участках диазосоединение разлагается с выделением газообразных продуктов, обычно N₂:

Скрытое изображение, состоящее из пузырьков (везикул) газа, проявляют кратковременным (0,01-10 с) нагреванием при 80-150 °С (обычно контактированием с нагретой поветью или погружением в нагретую инертную жидкость). Пузырьки, диффундируя в размягченном связующем к пов-сти светочувствит. слоя, образуют микроскопич. скопления, рассеивающие свет. Проявленную пленку равномерно засвечивают до полного разложения диазосоединения и выдерживают 3-5 ч при 30-40°С до стабилизации изображения в результате диффузии остатков N₂ из слоя. Полученное на пленке негативное изображение проецируют на экран или считывают визуально на черной подложке. Для получения позитивного изображения экспонир. пленку выдерживают 10-20 мин при 60-110 °С до удаления молекул N₂ с экспонир. участков и потери ими светочувствительности. В результате послед. равномерного воздействия света и термич. проявления получают пузырьковое изображение на ранее неэкспонир. участках. Светочувствительность везикулярных пленок 10 см²/Дж, разрешающая способность 300-500 мм^-1, проекционная оптич. плотн. изображения 1,5-2,0. Применяют процесс гл. обр. для копирования микроформ.

В диазографии (диазотипии, светокопировании) изображение оригинала получают под действием света на светочувствит. материал, содержащий диазосоединение.

Регистрирующий материал состоит из подложки (бумаги, кальки, полимерной пленки-обычно полиэтилентерефта-латной или омыленной триацетатцеллюлозной), покрытой слоем, чувствительным к излучению УФ и сине-фиолетовой зонам спектра. Различают диазографич. материалы с одно-, двух- и трехкомпонентным светочувствит. слоем. Одно-компонентный слой содержит соль диазония, диспергирр-ванную в связующем из легкоплавкого полимера, напр. смесь поливинилового спирта с поливинилацетатом или сополимер метилвинилового эфира с малеиновым ангидридом. Двухкомпонентный слой кроме соли диазония содержит азокомпоненту (резорцин, флороглюцин, ароматич. амин, динатриевую соль 6-гидрокси-2-нафталинсульфоно-вой к-ты). Трехкрмпонентный слой дополнительно содержит соед., выделяющие при нагр. до 100-120°С в-ва основного характера, напр. мочевину или ее производные.

На экспонир. участках соль диазония разлагается и теряет способность к р-ции азосочетания. На участках, не подвергнутых действию света, из соли диазония и азокомпоненты при проявлении образуется азокраситель, напр.: ArN₂X + + Ar'OH : ArN=NAr'OH + HX, цвет к-рого зависит от строения радикалов Аr и Аr'. Обработка, необходимая для получения красителя, в зависимости от вида светочувствит. слоя м.б. мокрой-с применением р-ра азокомпоненты (для однокомпонентных слоев), сухой-в парах аммиака (для двухкомпонентных) или термической (для трехкомпонент-ных).

Время получения изображения 1-3 с. Светочувствительность диазографич. пленок 5 см²/Дж, разрешающая способность 100 мм^-1, коэф. контрастности 3-4.

Диазографич. бумаги и кальки применяют для контактного копирования штриховых оригиналов, пленки-гл. обр. для размножения микроформ.

Термография основана на св-вах материалов изменять свое состояние под действием теплового излучения. Регистрирующий слой при нагр. может изменять окраску, прозрачность, гидрофильность, р-римость (собственно термография), светочувствительность или электропроводность (фото-и электротермография).

В качестве теплочувствит. материала в собственно термографии обычно используют термореактивную бумагу, состоящую из прозрачной для ИК излучения подложки, тепло-чувствит. и защитного слоев. Теплочувствит. слой содержит обычно стеарат Fe и комплекс пирокатехина с гексаметилен-тетрамином; защитный слой-ТiO₂; в качестве связующего в обоих слоях используют поливинилбутираль. При тепловом облучении оригинала, находящегося в контакте с термореактивной бумагой, в первую очередь нагреваются участки оригинала с высокой оптич. плотностью и лежащие под ними участки копировального слоя. При 70 °С стеарат Fe плавится и диссоциирует на ионы Fe³⁺ и С₁₇Н₃₅СОО^-, пирокатехин освобождается из комплекса и восстанавливает Fe³⁺ до металлич. Fe, образующего коричневое изображение на белом фоне TiO₂.

Для получения прозрачного изображения применяют также термореактивные материалы, состоящие из пленочной подложки, слоя металла (Сu, Bi) или дисперсии красителя в легкоплавком полимере. При экспонировании ИК лазером металл или краситель испаряются, образуя прозрачные участки.

Прозрачное изображение м.б. также получено избират. нагреванием пленки, регистрирующий слой к-рой состоит из дисперсии частиц кристаллич. полимера, рассеивающих свет, в прозрачном связующем (полистироле, поливиниловом спирте, подивинилацетате). При т-ре 140°С кристаллич. полимер переходит в аморфное состояние и слой на этих участках становится прозрачным.

Теплочувствит. слой материалов, у к-рых при нагр. изменяется гидрофильность или р-римость, получают из дисперсии гидрофобного полимера (напр., полиметилмета-крилата, поливинилиденхлорида) в водорастворимом связующем (напр., поливиниловом спирте) с добавками фтор-орг. ПАВ, повышающих гидрофилькость слоя. При нагр. гидрофобный полимер взаимод. со связующим, в результате чего нагретые участки теряют р-римость, а венагретые м.б. удалены водой с образованием вымывного рельефа. Собственно термографию применяют для копирования штриховых черно-белых оригиналов.

Регистрирующий материал для фототермографии содержит теплочувствит. слой, состоящий обычно из дисперсии РbI₂ или смеси N-винилкарбазола с СВr₄ в желатине. Нагретые участки слоя теряют светочувствительность вследствие термич. разложения ингредиентов.

Теплочувствит. слой материала для электротермографии содержит связующее (полистирол, полиэтилен), в к-ром диспергированы частицы фотопроводника (In₂О₃, соед. Sb), сенсибилизированного к ИК излучению. Электрич. сопротивление материалов для электротермографии10¹¹ Ом x x см; при нагр. оно снижается в ~ 100 раз.

При копировании предварительно заряженный материал избирательно нагревают и проявляют электрографич. проявителем, состоящим из смеси тонера с носителем. Тонер осаждается на ненагретых участках и образует окрашенное изображение. Эксплуатац. характеристики процессов на термочувствит. материалах приведены в табл. 5.

Термографию Применяют гл. обр. для копирования штриховых оригиналов и получения печатных форм.

Термин "Р." возник в сер. 50-х гг. и официально принят в 1963 на I Международном конгрессе по Р. в Кёльне (ФРГ), хотя мн. процессы Р. получили распространение значительно раньше: микрография в 1870, диазография в 1920, электрофотография в 1939, везикулярный и фототермопластический процессы в 1953, термография в 1954, диффузионный процесс в 1955.

Лит.: Слуцкин А. А., Шеберстов В.И., Репрография, М., 1979; Слуц-кин А. А., Электростатическая фотография, М., 1984; Василевский Ю. А., Фотография без серебра, М., 1984; Несеребряные фотографические процессы, под ред. А. Л. Картужанского, Л., 1984. А. А. Слуцкин.