автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.08, диссертация на тему:Исследование сохраняемости электрофотографических материалов

МИНИСТЕРСТВО ТОРГОВЛИ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОММЕРЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Лиценберг Виктор Егорович

ИССЛЕДОВАНИЕ СОХРАНЯЕМОСТИ ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 05.19.08 Товароведение промышленных товаров и сырья

легкой промышленности

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: д-р физ. - мат. наук, профессор,

Картужанский А.Л.

Заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, профессор Ганцов Ш.К.

Москва-1999

Оглавление стр.

Введение..............................................................................................................................4

Глава 1. Литературный обзор 9

1.1. Общие сведения по старению фотографических систем 9

1.2. Факторы, определяющие ход старения..............................................15

1.3. Сведения о стабильности изображения..........................................28

1.4. ЭФГ-процесс формирования изображения................................32

Глава 2. Объекты, показатели и методы исследования..................43

2.1. Характеристика объектов исследования ..........................................43

2.2. Методика исследования и статистическая обработка эксперимента............................................................................................................47

Глава 3. Сохраняемость электрофотографических

материалов..................................................................................................................59

3.1 .Исследование влияния температуры и влажности на

сохраняемость ЭФГ-материлов............................................................59

3.2. Исследование влияния газовой среды на сохраняемость

ЭФП-1 ............................................................................................................................82

Глава 4. Сохраняемость электрофотографических

изображений 89

4.1. Результаты исследования стабильности ЭФГ-изображений..............................................................................................89

4.2. Прогнозирование стабильности ЭФГ-изображений............105

Общие выводы и предложения....................................................................................111

Библиографический список

используемой литературы................................................................................................113

Приложения..............................................................................................................................................119

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

AgHal - галогенид серебра. £ - светочувствительность. О0 - плотность вуали.

Вт - максимальная оптическая плотность.

Lq- фотографическая широта.

у- коэффициент контрастности.

Я- разрешающая способность.

Бч - баланс светочувствительности.

Бк - баланс контрастности.

ООВ - оптические отбеливающие вещества.

р - удельное электрическое сопротивление.

Е - напряженность электрического поля.

V - разность потенциала.

£ - диэлектрическая постоянная слоя.

ПВК - поли->Т-винилкарбазол.

ПЭПК - поли-К-элоксипропилкарбазол.

Сиб.У ПК - Сибирский университет

потребительской кооперации. МКО - Международная колориметрическая организация. ЭФГ - электрофотография, электрофотографический(е). Ж - энергия активации. ЯН - относительная влажность.

ВВЕДЕНИЕ

Современный уровень развития науки и техники, наличие новых технологий предусматривает разработку новых фотографических материалов и фотографических систем регистрации изображений, что перед изготовителями и потребителями ставит ряд определенных задач, связанных как с возможностью длительного использования фотографических материалов, так и с длительным хранением готовых изображений.

Актуальность темы.

Перед классической фотографией стоит острая проблема -дефицит серебра. Бесспорно, что серебра становится все меньше, а областей применения фотографии - все больше.

Наиболее крупными потребителями серебра в фотографии являются разнообразные разделы техники и искусства, связанные с получением как полутоновых, так и штриховых изображений. Кроме этого, классические AgHal-мaтepиaлы не всегда наилучшие из возможных не только в новых областях применения фотографии, но и в некоторых традиционных (например, в микрофильмировании).

Появление множества несеребряных материалов является одной из наиболее характерных особенностей современной фотографической науки. Общий анализ применения несеребряных фотопроцессов позволяет сделать вывод, что по отдельным свойствам они могут превосходить классическую фотографию, но по комплексу потребительских свойств, универсальности, они еще уступают. Поэтому с уверенностью можно сказать, что, несмотря на дальнейший сдвиг в пользу применения несеребряных процессов для получения первичного изображения,

они не составят серьезной конкуренции, но для получения вторичного изображения могут иметь серьезное преобладание.

Электрофотография (ЭФГ) в настоящее время является наиболее применяемой несеребряной фотографической системой. Разработан высокочувствительный процесс с электронным считыванием (принципиально возможно значение светочувствительности 8^1000 лк^-с"1). С 1970 года разработаны и усовершенствованы новые высокоразрешающие прозрачные ЭФГ-материалы на основе органических фотопроводников. Созданные с их использованием процессы перспективны для обработки информации в реальном времени в высокоскоростных голографических регистрирующих и информационных лазерных системах.

Многие зарубежные фирмы продолжают работы по многоцветным ЭФГ-процессам, которые развиваются по двум направлениям: запись и копирование. У нас в стране разработан высокоразрешающий ЭФГ-процесс типа цвет-цвет, позволяющий, в частности, получить цветные прозрачные слайды со спектральной оптической плотностью цветов штрихового изображения 1-1,5 и разрешением 150-200 мм"1.

Дальнейшее совершенствование ЭФГ-процесса позволяет не только улучшать сенситометрические характеристики, но и существенно расширять область применения.

Цель работы. Основным направлением работы явилось исследование сохраняемости ЭФГ-материалов и возможности их использования для хранения информации. Для этого исследована сохраняемость ЭФГ-материалов в различных условиях хранения, а также стабильность ЭФГ-изображения при действии разнообразных факторов и условиях эксплуатации. Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

• исследовать влияние на свойства ЭФГ-материалов различных условий хранения;

• установить характер старения различных ЭФГ-материалов при естественном и термостатном исследовании;

• определить эквивалентность искусственного старения ЭФГ-материала естественному;

• изучить возможность прогнозирования сроков сохраняемости ЭФГ-материалов;

• выявить воздействие различных условий эксплуатации и режимов хранения на сохраняемость ЭФГ-изображений;

• исследовать стабильность ЭФГ-изображений при действии разнообразных факторов;

• разработать научно обоснованную методику прогнозирования сроков хранения ЭФГ-изображений.

Научная новизна. На основе анализа литературных и собственных экспериментальных данных показана возможность использования ЭФГ-материалов как для получения фотографических изображений, так и для использования при микрофильмировании для изготовления микрофиш. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• исследована сохраняемость черно-белых и цветных ЭФГ-материалов и изображений при естественном и искусственном старении;

• обоснована возможность использования термостатного метода старения для экспресс-оценки сохраняемости ЭФГ-материалов и изображений;

• показана возможность термостатного метода старения для прогнозирования сроков хранения ЭФГ-материалов и изображений;

• установлены оптимальные условия хранения ЭФГ-материа-лов и изображений при естественных условиях;

• обнаружен новый тип старения несеребряных фотосистем на примере ЭФГ-материалов: когда уменьшение оптической плотности изображения не сопровождается изменением его светочувствительности;

• уточнены природа и механизм старения ЭФГ-материалов и изображений.

Практическая ценность. Дальнейшее совершенствование ЭФГ-системы позволяет не только улучшать сенситометрические характеристики, но и существенно расширить область ее применения. На основе проведенных исследований показана возможность использования ЭФГ-материалов как для краткосрочного, так и среднесрочного хранения цветных изображений, а черно-белых ЭФГ-изображений - для длительного и архивного хранения.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и получили одобрение на:

• ХУП-ХХ1 итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава Новосибирского института советской кооперативной торговли (1977-1984,1994 гг.);

• V Всесоюзной межвузовской научно-практической конференции в г. Тбилиси (ноябрь 1981г.);

• IV Всесоюзной конференции "Бессеребряные и необычные фотографические процессы" в г. Суздале (март 1984 г.);

• Международной конференции "Компьютерные технологии в образовании и предпринимательстве" в г. Чите (октябрь 1998 г.);

• Международной научно-практической конференции МГУК

(февраль1999 г.).

ЭФГ-материалы прошли испытания в Вильнюсском институте электрографии, внедрены и используются в системах Якутского респотребсоюза (акт внедрения от 22.04.1998 г.) и Читинского облпотребсоюза (акт внедрения от 16.10.1998 г.).

Результаты проведенных исследований использованы при чтении лекций и проведении лабораторно-практических занятий по курсу товароведение и экспертиза культтоваров, при постановке и выполнении НИР и НИРС в Забайкальском институте предпринимательства Сиб.У ПК (акт внедрения от 21.05.1999 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ в виде статей и тезисов в научных изданиях и в материалах всероссийских, региональных, внутривузовских конференций. Представлен стендовый доклад на IV Всесоюзной конференции «Бессеребряные и необычные фотографические процессы» (г. Суздаль, 1984 г.). Материалы исследования использованы для написания одной из глав книги «Несеребряные фотографические процессы» под редакцией А.Л. Картужанского.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, результатов исследования и их обсуждения, общих выводов по работе, списка использованной (информационной) литературы и приложения.

Диссертационная работа изложена на 118 страницах, иллюстрирована 39 рисунками и 15 таблицами и включает список литературы, содержащий 118 наименований.

ГЛАВА I. Литературный обзор

Эффективность использования фотографического материала в первую очередь определяется сроком хранения фотослоя и стабильностью полученного изображения. Литературный обзор посвящен рассмотрению процессов старения и сохраняемости во времени существующих фотоматериалов в зависимости от различных режимов хранения и эксплуатации. Наряду с анализом физико-химической природы механизма и закономерностей старения фотоматериалов и изображений под действием различных факторов, рассматривались способы продления их жизненного цикла.

Фотографическая система с использованием серебра является классической, и, соответственно, достоинства и недостатки любой вновь создаваемой фотографической системы познаются в сопоставлении с ней. Кроме того, А§На1-материалы являются наиболее изученными, и анализ данных о природе механизма и закономерностях старения и стабилизации её фотоматериалов, а также фотоизображений, других фотографических систем является необходимым для постановки и проведения исследования ЭФГ-системы.

1.1. Общие сведения по старению фотографических систем

Механизм действия AgHal-фoтoгpaфичecкoй классической системы основан на использовании топохимических реакций и, в первую очередь, способности этих реакций к локализации и автолокализации. К группе топохимических систем, кроме А§На1, относятся палладийсодержащие слои с физическим проявлением [45], фотосистема на основе А1Н3 с полистироловым и фторопластовым связующим, термографическая фотобумага

(в качестве светочувствительного вещества - стеарат железа) и ДР-

Фотографические системы, у которых светочувствительность и фотоактивность однородны по всему объему или по всей поверхности светочувствительного вещества и не определяются примесными центрами продуктов локализации и автолокализации, либо такие, которые до специальной предэкспо-зиционной обработки не обладают светочувствительностью, авторы условно назвали нетопохимическими [47]. К нетопохи-мическим относятся диазотипные, электрофотографические и другие фотографические системы.

Представление о старении, как самостоятельном явлении, начало складываться для топохимических систем еще в 20-х годах нашего столетия. Выпускаемые фотоматериалы хранились без изменения десятилетия [1-3], но естественное стремление создать фотографические материалы высокой светочувствительности и широкой областью спектральной чувствительности привело к применению разнообразных эмульсионных добавок - стабилизаторов, оптических сенсибилизаторов, дубителей, смачивателей и др., что в конечном итоге снизило сохраняемость фотоматериалов в некоторых случаях до нескольких месяцев.

В этой связи возникла необходимость исследовать причины и механизм этого ухудшения, что вскоре привело к выявлению старения как специфического фотографического явления. Первые работы в этой области, опубликованные в начале ЗО-х годов, принадлежат Керролу с сотрудниками [4,5], К.В. Чиби-сову с сотрудниками [6], а также В.Я. Михайлову [7]. Из этих работ следует, что старение является прямым продолжением второго созревания, протекающим, однако, гораздо медленнее,

поскольку температура хранения всегда существенно ниже температуры созревания. Авторы работ [4-7] показали, что старение происходит в росте чувствительности, прохождении ее через максимум и затем в ее убывании, причем с возрастающей скоростью и при быстром одновременном росте вуали. Такой механизм (схематично показан на рис.1) действительно наблюдался на опыте и получил позднее, когда были обнаружены иные формы кинетики старения, название нормального старения.

Рис. 1. Кинетика нормального старения AgHal-cлoя: Б - светочувствительность; В0 - плотность вуали.

Позднее, в 40-х годах, В.И. Шеберстов [8,9] описал и проанализировал другой тип старения (схематично представлен на рис.2), при котором светочувствительность падает непрерывно с убывающей скоростью при неизменной или незначительно изменяющейся вуалью.

Таким образом, если процессы, относящиеся к рис.1, затрагивают как центры чувствительности, так и центры вуали, то процессы, относящиеся к рис. 2, с центрами вуали, по-

8

X хранения

видимому, никак не связаны и ограничены только центрами чувствительности. Чтобы терминологически различать кинетику на рис.1 от кинетики на рис.2, В.И. Шеберстов предложил [8] для описанного им явления термин "аномальное", противопоставляя его "нормальному".

I хранения

Рис.2. Схема аномального старения AgHal-фomocлoя: £ - светочувствительность; Ио - плотность вуали.

А.Л. Картужанский и А.Ф. Юрченко [10] описали еще один вариант старения без роста вуали, названный ими "перераспределительным" старением, который является результатом воздействия ионизирующих частиц. Особенностью этого старения является неодинаковое изменение поверхностной и глубинной чувствительности. Было обнаружено, что со временем хранения чувствительность к засветкам обычных длительностей только убывает, в то время как чувствительность к ионизирующим частицам (в скрытом изображении доля глубинных центров достаточно велика) проходит через максимум и лишь затем падает. Новый тип старения, частично маскирующий аномальное старение, удалось интерпретировать как перерас-

пределение центров чувствительности между поверхностью и глубиной микрокристаллов, т.е. рост одних центров за счет одновременного рассасывания других.

^ хранения

Рис. 3 .Схема перераспределительного старения AgHal-фотослоя:

5 - светочувствительность;

Ио - плотность вуали.

Смит [114] предложил классификацию вариантов старения, включающую девять возможных комбинаций изменения чувствительности и вуали, но он их ввел как гипотетические. Экспериментально обнаружено наличие следующих типов старения:

Нормальное старение, являющееся продолжением второго созревания и протекающее в основном по механизму второго созревания, хотя и со многими отличиями. Бесспорно, при нормальном старении, продолжается рост центров чувствительности и формирование центров вуали, как это имеет место при созревании, однако отличие старения от созревания будет определяться не только разницей в температурах, но и тем, что при созревании фотографическая эмульсия представляет собой

систему с высокой концентрацией и низким содержанием влаги.

Аномальное старение в своей основе имеет механизм де-сенсибилизационный и может рассматриваться как противоположный механизму сенсибилизационному, определяющему нормальное старение. Схематично оба механизма могут быть представлены единым образом в виде следующих реакций [8]:

AgBr + Red" Ag° + Br + Ox ,

2 AgBr + S2" Ag2S + 2Br ~ .

�