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Ätzbad und Verfahren zum Atzen von Photogravürenplatten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Metall und bezieht sich besonders auf ein
Bad zu seiner Durchführung ; insbesondere schafft sie eine neue Methode zum Ätzen von Photogravürenplatten.
Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Metalldruckoberflächen, wie von einer Photogravüre, überzieht man eine Platte aus einem in
Säure löslichen Metall, wie Magnesium, Zink und deren Legierungen, mit einer lichtempfindlichen Überzugsschicht (oder Emaille), die auf die gewöhnlich flache oder zylindrische metallische Oberfläche aufgebracht ist. Die überzogene Fläche wird dann durch ein mit Bild versehenes Negativ belichtet, so dass in dem Überzug ein entsprechendes Bild entsteht. Die belichtete, überzogene Oberfläche wird nun entwickelt, um einen säurebeständigen Überzug in Form eines durch die Belichtung hervorgerufenen Bildes zu erzeugen. Der säurebeständige Überzug wird dann noch weiter durch Erhitzen gehärtet, und die mit dem Bild versehene Oberfläche der Platte dann mittels einer Säure geätzt.
Bei fortschreitendem Ätzen neigt die Säure dazu, von der Seite her einzuwirken, die Reservage zu unterschneiden und so das Bild zu zerstören. Ein grundlegendes Verfahren zur Verhinderung oder Einschränkung solcher Unterschneidung besteht in einem Pudern der Platte ; dieser Arbeitsgang ist aber zeitraubend und schwierig durchzuführen.
Nach der Erfindung wird ein Ätzbad vorgeschlagen, das aus folgender Mischung besteht :
1. aus einer wässerigen Lösung, die Salpetersäure und 0, 1-2, 0 Gew.-% eines Alkylarylsulfonates aus der Gruppe der Alkylbenzolsulfonate, bei denen der Alkylanteil 8-18 C-Atome aufweist, und Alkylnaphthalinsulfbnate, in denen der Alkylanteil 3-18 C-Atome aufweist, umfassenden Gruppe enthält,
2. aus einer mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösung, die mit der wässerigen Salpetersäure praktisch nicht in Reaktion tritt.
Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zum Ätzen einer Photogravürenplatte, die aus
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Zink besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein solches Ätzbad paddelt bzw. schau- felt, wobei dieser Vorgang wuchtig genug ausgeführt wird, um das Bad schichtweise (in sheets) gegen die Platte zu schleudern, und dass man diese Arbeitsweise solange fortsetzt, bis die Platte in der gewünschten Tiefe geätzt ist.
Andere Massnahmen und Vorteile der Erfindung gehen aus der ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit der Figur hervor, die in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Ätzfaktor und der Konzentration von Beispielen von Bestandteilen des verbesserten Bades unter feststehenden Bedingungen wiedergibt.
Es wurde festgestellt, dass ein besseres Ätzen des Metalles erzielt wird, wenn man zu dem salpetersauren Ätzbad gewisse Alkylarylsulfonate in sorgfältig geregelten und gesteuerten Mengen hinzugibt und dieses Bad in einer vorher festgesetzten Weise gegen den zu ätzenden metallischen Gegenstand spritzt.
Das zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens benutzte Bad besteht aus folgender Mischung : 1. aus einer wässerigen Lösung, die Salpetersäure sowie 0, 1-2, 0 Gew.-% eines Alkylarylsulfonates enthält, das aus der Gruppe der Alkylbenzolsulfonate, in denen der Alkylanteil 8-18 C-Atome aufweist, und der Alkylnaphthalinsulfonate, bei denen der Alkylanteil 3-18 C-Atome aufweist, ausgewählt ist, beispielsweise eine Verbindung entsprechend der Formel
RA-SOX worin R ein Alkylradikal bedeutet, das 3 bis einschliesslich 18 C-Atome enthält, A ein aromatischer Kern, z. B. Benzol, Naphthalin, und X Wasserstoff oder salzbildendes Anion, z. B. ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall ist, 2. aus einer mit Wasser nicht mischbaren organischen Flüssigkeit, die praktisch mit der wässerigen Salpetersäurelösung nicht reagiert.
Typische Vertreter der benutzten Alkylarylsulfonate sind Decylbenzolnatriumsulfonat, Dodecylbenzolnatriumsulfonat, Tetradecylbenzolna-
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sulfonat. Es wurde festgestellt, dass die Menge an Alkylarylsulfonat entscheidend ist und dass es wesentlich ist, dass diese Verbindung in einem
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Bereich von 0, 1 bis 2, 0 Gew.-0 des gesamten Ätzbades vorhanden ist. Bei Anwesenheit von weniger als 0, 1 Gew. -o 0 an Alkylarylsulfonat verläuft die Unterschneidung des Bildes rasch, und es ergibt sich ein äusserst niedriger Ätzfaktor.
Decylbenzolsulfopropionsäureester (Surfax 1288) ist in Konzentrationen von 0, 18 bis 0, 35 wirksam. Die hier benutzte Bezeichnung "Ätzfaktor" bedeutet das Verhältnis der Tiefe der Ätzung an der Grenze der Reservagelinie zu dem halben Verlust an Metallbreite an dem oberen Teil der Reliefoberfläche unter der Reservagelinie. Die obere Grenze ist nicht ausgesprochen kritisch ; es müssen bis zu 2% an Alkylarylsulfonat angewendet werden, obgleich vorzugsweise nicht über 0, 5% genommen werden soll. Bei Anwendung von grösseren Mengen wird zwar ein Unterschnei-
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;flächen, statt.
Dagegen sind die hier aufgeführten Ätzbäder nicht annähernd so empfindlich wie andere Ätzbäder.
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Anteilmenge stark variieren kann, was von den bei jeder besonderen Photogravüreplatte vorliegenden Bedingungen abhängt, wird die Konzentration der Salpetersäurevorzugsweisezwischen5und 12% gehalten.
Die angewendete, mit Wasser nicht mischbare organische Flüssigkeit ist eine solche, die bei gewöhnlichen Temperaturen entweder flüssig ist oder unter der Temperatur flüssig wird, bei der das Ätzbad normalerweise benutzt wird, und die mit wässerigen Salpetersäurelösungen nicht in Reaktion tritt. Zu diesen geeigneten Substanzen gehören verschiedene Petroleumfraktionen mit einem Siedepunkt von 70 bis 390 C, wie Gasolin, Benzin, Kerosin, Kohleteeröl und Schmieröle. Diese Flüssigkeiten sind Gemische verschiedener meist gesättigter Kohlenwasserstoffe der Paraffinreihen mit 6-18 C-Atomen. Andere benutzbare organische Flüssigkeiten sind Terpentin, Perchloräthylen und die Diäthylbenzole.
Die anzuwendende Menge dieser organischen Flüssigkeit variiert mit dem Typ der zu behandelnden metallischen Oberfläche, liegt aber zwischen 1 und 14, vorzugsweise zwischen 4 und 10 Gew.- o des ganzen Bades.
Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat es sich als wesentlich herausgestellt, das Bad gegen die zu ätzende Oberfläche periodisch (intermittierend) zu spritzen oder zu schleudern ; ein solcher Vorgang ermöglicht der Ätzlösung, zwischen jedem Kontakt von der Oberfläche abzufliessen. Theoretisch zumindest bildet das erfindungsgemässe Ätzbad auf der Bildoberfläche des Ätzgegenstandes einen Film, und dieser wird in dem Masse, wie das Bad gegen diese Oberfläche geschleudert wird, in den Gebieten, die keine Reservage aufweisen, und die senkrecht zur Bewegungsrichtung der geschleuderten Badzu- sammensetzung liegen, durchbrochen. Wahrscheinlich tritt bei stetigem Aufbringen des Bades, z.
B. mittels Spritzen, auf die zu ätzende Oberfläche ein Brechen dieses Films an den Seiten des Reliefs oder der geätzten Flächen entlang ein, da solche Vorgänge ein Unterschneiden der Reservage zur Folge haben. Das Ausmass solcher Unterschneidung schliesst eine wirtschaftliche Anwendung des Spritzens im praktischen Sinne aus. Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei dem man das Aufprallen von Teilmengen (sheets) des Bades auf das Werkstück, im Gegensatz zum Aufsprühen, durch Spritzen vornimmt, wird vorzugsweise eine Ätz- maschinenachderUSA-PatentschriftNr. 2, 669, 048 benutzt. Bei dieser Vorrichtung schleudern in die Badzusammensetzung tauchende, langgestreckte Schaufeln die Ätzflüssigkeit periodich in dünnen Schichten nach oben gegen die mit dem Bild versehene Seite des zu ätzenden Gegenstandes, z. B. gegen eine Platte.
Infolge der Teilung (spacing) der Schaufeloberflächen hat die Ätzbadzusammensetzung, die gegen die Platte gespritzt oder geschleudert wird, die Möglichkeit, in bestimmtem Ausmasse abzufliessen, ehe die nun folgende Schaufel wieder Ätzlösung gegen die Platte schleudert.
Der periodisch verlaufende Spritzvorgang mit dem Abfliessen der Ätzlösung zwischen jeder Berührung zwischen Badlösung und Platte ist für ein wirtschaftlich anwendbares Ätzen wesentlich.
Durch die folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert :
Beispiel l : Eine Ätzlösung wurde in einer Ätzmaschine von dem in der USA-Patentschrift Nr. 2, 669, 048 beschriebenen Typ, die einen Beizbehälter mit einer Arbeitsleistung von 5, 7 Liter aufweist, dadurch hergestellt, dass man etwa 3 Liter Wasser unter Betätigung einer Zirkulationspumpe einbrachte und dann Salpetersäure von 420 Bé (technisch rein) hinzufügte. Darauf wurde mit Wasser verdünntes Alkylarylsulfonat und anschliessend ein im Handel erhältliches Diäthylbenzol hinzugefügt, das aus einem Gemisch der drei isomeren Formen von Diäthylbenzol bestand. Nun folgte noch eine Zugabe von Wasser in einer Menge, um das Badvolumen insgesamt auf 5, 7 Liter zu bringen.
Durch 2 Minuten langes Laufenlassen der Schaufeln der Maschinen wurde das Bad vollkommen durchgemischt und dann bei einer Temperatur von etwa 22 C gehalten. Die Badzusammensetzung war folgende :
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<tb>
<tb> Salpetersäure <SEP> (42'Be)........... <SEP> 600 <SEP> ml
<tb> Diäthylbenzol <SEP> 400 <SEP> ml
<tb> Dodecylnaphthalinnatriumsulfonat <SEP> 6g
<tb> Octylalkohol <SEP> (als <SEP> Entschäumer). <SEP> 3 <SEP> ml
<tb> Wasser <SEP> bis <SEP> auf <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP> Liter
<tb>
Eine Magnesium-Photogravüren-Platte, die vorher mit dem Bild einer Drucksache im Sans- Serif-10-Punkte-Typ bedruckt war, wurde durch Schwabbeln mit einer Entschäumungslösung abgeschäumt, die aus etwa 90 g,'Liter Kalium-
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hydroxyd und etwa 30 g/Liter Kaliumpermanganat bestand.
Aus einer Magnesiumplatte von etwa 0, 163 cm wurden Prüfplatten (von etwa 3, 8 cm etwa 10 cm) abgeschnitten. Die Platte hatte folgende Zusammensetzung : 3% Aluminium, 1, 0% Zink, 0, 10% Mangan, 0, 03% Calcium und der Rest im wesentlichen Magnesium, ausser kleinen Verunreinigungsbeträgen. Dann wurde eine der Prüfplatten in die Plattenhalterung der Maschine gebracht und der Verschlussdeckel zugemacht ; nun wurden die Schaufeln und die Halterung der Maschine in Bewegung gesetzt. Die Geschwindigkeit der Schaufel betrug 700 Umdrehungen pro Minute und wurde dann auf eine solche von 600 UpM. für 5 Minuten herabgesetzt, um ein Aufprallen oder Aufschleudern der Badzusammensetzung auf die Platte mit einer Geschwindigkeit von etwa 195 bzw. 168 m pro Minute zu bewirken.
Dann wurde die Platte aus der Maschine herausgenommen, zwecks Entfernung aller Spuren des Ätzbades abgespült und in einem Luftstrom getrocknet. Bei einer Untersuchung der so geätzten Platte ergab sich ein durchschnittlicher Ätzfaktor von 40 und eine durchschnittliche Ätztiefe der offenen Flächen seitlich der Druckbuchstaben von etwa 0, 0393 cm.
Beispiel 2 : Wie in Beispiel 1 angegeben, wurde ein Ätzbad folgender Zusammensetzung zubereitet :
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<tb>
<tb> Salpetersäure <SEP> (42 <SEP> <SEP> Be)......... <SEP> 600 <SEP> ml
<tb> Diäthylbenzol <SEP> 400 <SEP> ml
<tb> Calciumdodecylbenzolsulfonat.. <SEP> 15 <SEP> g
<tb> Mit <SEP> Wasser <SEP> auf <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP> Liter <SEP> aufgefüllt.
<tb>
Eine der Probeplatten aus Beispiel 1 wurde in derselben Weise durch Aufschleudern geätzt, u. zw. in einer Gesamtzeit von 8 Minuten bei einer Schaufelgeschwindigkeit von 550 UpM.
- unter Erzeugung einer Aufschleudergeschwindigkeit von etwa 152 m pro Minute-, dann herausgenommen, gespült und in Luft getrocknet.
In den offenen Gebieten zeigte sich eine durchschnittliche Ätztiefe von etwa 0, 051 cm und ein durchschnittlicher Ätzfaktor von 35.
Beispiel 3 : Es wurde dasselbe Verfahren und Bad nach Beispiel 2 benutzt, mit der Ausnahme, dass die Magnesiumplatte durch eine Zinkprüfplatte ersetzt wurde. Diese hatte eine nominale Zusammensetzung aus 0, 50% Aluminium und einem Rest aus Zink, das praktisch frei von Cadmium- und Bleiverunreinigungen war. Die Platte wurde in einer Gesamtzeit von 10 Minuten bei einer Schaufelgeschwindigkeit von 600 UpM. und einer Badtemperatur von etwa 22 C durch Aufschleudern geätzt, herausgenommen, abgespült und mit Luft getrocknet. Es ergab sich in den offenen Gebieten von den Buchstaben weg eine durchschnittliche Ätztiefe von etwa 0, 045 cm und ein durchschnittlicher Ätzfaktor von 67.
Beispiel 4 : Eine Magnesiumprobeplatte aus Beispiel 1 wurde durch Aufschleudern folgenden Bades geätzt :
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<tb>
<tb> Salpetersäure <SEP> (42 <SEP> 0 <SEP> Bé).......... <SEP> 600 <SEP> ml
<tb> Diäthylbenzol <SEP> 400 <SEP> ml
<tb> Dodecylbenzolnatriumsulfonat.. <SEP> 8 <SEP> g <SEP>
<tb> Mit <SEP> Wasser <SEP> auf <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP> Liter <SEP> aufgefüllt.
<tb>
Das Ätzen durch Aufspritzen wurde für eine Gesamtzeit von 11 Minuten bei einer Schaufelgeschwindigkeit von 66 UpM. und bei einer Badtemperatur von etwa 22 C fortgesetzt. Die so geätzte Platte wurde herausgenommen, abgespült und mit Luft getrocknet. In den offenen Flächengebieten der Platte ergab sich eine durchschnittliche Ätztiefe von etwa 0, 048 cm und ein durchschnittlicher Ätzfaktor von 50.
Beispiel 5 : Eine Anzahl verschiedener, in den Bereich der Erfindung fallender Alkylarylsulfonate wurden wie nach Beispiel 1 geprüft. Die angewendete Sulfonatmenge wurde so geregelt, dass der günstigste Ätzfaktor erhalten wurde. Die erprobten Alkylarylsulfonate und die durchschnittlichen Ätzfaktoren sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
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<tb>
<tb>
Im <SEP> Bad <SEP> DurchAlkylarylsulfonnte <SEP> Gew.-schnittl. <SEP>
<tb>
Ätzfaktor
<tb> Amylnaphthalinnatriumisulfonat <SEP> 0, <SEP> 33 <SEP> 27
<tb> Propylnaphthalinnatrium <SEP> - <SEP>
<tb> sulfonat <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP> 29
<tb> Dodecylnaphthalinnatriumsulfonat....... <SEP> " <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 40
<tb> Dodecylbenzolnatriumsulfonat <SEP> 0,22 <SEP> 40
<tb> Diamylnaphthalinnatriumsulfonat <SEP> 0,17 <SEP> 30
<tb>
Beispiel 6 : Es wurde der Einfluss der Konzentration einer Anzahl von Alkylarylsulfonaten auf den Ätzfaktor unter Benutzung der Platten und des Verfahrensganges nach Beispiel 1 bestimmt. Hiebei waren die Ätzbäder ganz genau so zusammengesetzt mit der Ausnahme, dass die einzelnen Bäder verschiedene Alkylarylsulfonatmengen enthielten. Die so untersuchten Sulfonate waren Dodecylnaphthalinnatriumsulfonat (1), Decylbenzolsulfopropionsäureester (2) und Propylnaphthalinnatriumsulfonat (3).
Die hiebei erhaltenen Ätzfaktoren sind in der Figur wiedergegeben, in der das Verhältnis der Sulfonatkon-
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05 Gew.-% den ÄtzfaktorGew.-% bewirken indessen die Alkylarylsulfonate eine deutliche Erhöhung dieses Ätzfaktors des Bades und scheinen einen maximalen Effekt zwischen etwa 0, 15 und 0, 3 Gew.-% herbeizu- führen.
Wenn auch verschiedene Verfahrensgänge und Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und erläutert wurden, so sind für den Fachmann doch Abänderungen und Abweichungen hievon
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ersichtlich, ohne von dem Erfindungsbereich abzugehen. So können beispielsweise Ätzbäder dadurch zusammengesetzt werden, dass man die Alkylarylsulfonate in der mit Wasser nicht mischbaren organischen Flüssigkeit oder in der Salpetersäurelösung oder in beiden auflöst. Falls es zweckdienlich ist, können an Stelle der Natriumsalze die entsprechenden Alkylarylsulfonsäuren angewendet werden. Die Natriumsalze werden bevorzugt, da sie bekanntlich in keiner Weise in den Vorgang der Badbehandlung eingreifen. Die Photogravüre kann aus Magnesium, Magnesium-
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Zink und Zinklegierungen mit wenigstens 90% Zink bestehen.
Die beschriebene Ätzmethode und das hiezu benutzte Bad führt beim Ätzen von Druckplatten und andern ähnlichen metallischen Gegenständen zu erheblich verbesserten Ergebnissen. Bei der Durchführung der Erfindung ist eines der unerwarteten Ergebnisse die Ausschaltung des Abschliessens, d. h. des Mangels, in kleinen nichtdruckenden Gebieten zu angemessenen Tiefen zu ätzen. Ein anderes günstiges Ergebnis besteht darin, dass die bisher als notwendig angesehene Anwendung von Gelatine und ähnlichen Materialien in dem Bad überflüssig wird.
Weiterhin ist das erfindungsgemässe benutzte Bad gegenüber untergeordneten Änderungen in den Konzentrationen, abgesehen vom Alkylarylsulfonatgehalt, vollkommen unempfindlich und kann dazu benutzt werden, viele verschiedene Magnesiumlegierungen zu ätzen, insbesondere solche, die kein Aluminium enthalten und nach den bisher bekannten Verfahren, bei denen das Einpudern wegfällt, nicht leicht zu ätzen sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ätzbad, das aus einem Gemisch einer wässe- rigen, Salpetersäure enthaltenden Lösung und aus einer mit Wasser nicht mischbaren, organischen Flüssigkeit, die praktisch mit der wässerigen Salpetersäure nicht in Reaktion tritt, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad auch 0, 1 bis 2, 0 Gew.-% eines Alkylarylsulfonates aus der Gruppe der Alkylbenzolsulfonate mit 8-18 C-Atomen im Alkylanteil und der Alkylnaph- thalinsulfonate mit 3-18 C-Atomen im Alkylanteil enthält.