3.4. Изготовление фотографических эмульсий

Состав, форма, размеры микрокристаллов, распределение их по размерам, наличие и характер нарушений кристаллической структуры, микропримеси и ряд других факторов оказывают решающее влияние на светочувствительность, коэффициент контрастности, плотность вуали, разрешающую способность, зернистость.

Степень совершенства технологии изготовления фотоэмульсии определяется возможностью управлять каждым из этих факторов, а чистота сырья, точность контроля и автоматическое управление процессом Обеспечивает стабильность технологии и воспроизводимость свойств эмульсии.

Технология синтеза фотографических эмульсий складывается из описанных ниже операций.

Исходные растворы. Основными исходными растворами для синтеза фотографической эмульсии являются водные растворы бромида, хлорида калия или их смеси, с добавлением небольшого количества иодида калия; водный раствор желатины (часто желатину вводят непосредственно в раствор перечисленных выше солей). При аммиачном способе изготовления эмульсии получают так называемое аммированное серебро. Для этого в водный раствор нитрата серебра вводят 25-процентный раствор аммиака до образования комплексной соли - нитрата диамминсеребра [Ag(NH₃)₂]NO₃.

На разных стадиях изготовления эмульсии в нее вводят вспомогательные растворы: химического осадителя, стабилизаторов, пеногасителей и др.

Эмульсификация. Сущность процесса состоит в образовании микрокристаллов галогенида серебра в результате реакции двойного обмена между нитратом серебра или комплексной солью [Ag(NH₃)₂]NO₃ и галогенидами щелочных металлов или аммония в присутствии защитного коллоида - желатины:

или

При эмульсификации образуется пересыщенный раствор галогенида серебра, возникают центры кристаллизации (зародыши микрокристаллов). Одновременно начинается и рост зародышей, перерастание их в микрокристаллы. Соотношение скоростей образования зародышей и их роста определяет размеры и число микрокристаллов.

Физическое созревание. Первое (или физическое) созревание представляет собой выдерживание эмульсии после эмульсификации в том же аппарате при постоянной температуре (40-60 °С) и интенсивном перемешивании. Сущность физического созревания заключается в перекристаллизации микрокристаллов галогенида серебра - растворение мелких и роста крупных кристаллов. Это приводит к росту их среднего размера.

Процесс перекристаллизации усиливается в присутствии растворителей галогенидов серебра, комплексообразователей, например аммиака, избытка; галогенидов щелочных металлов и др.

В технологической практике эмульсификацию и физическое созревание иногда чередуют по нескольку раз.

Прекращение физического созревания. К тому моменту, когда размеры и форма эмульсионных микрокристаллов достигают заданных значений, процесс физического созревания нужно остановить. Один из способов прекращения процесса физического созревания - студенение эмульсии и удаление из нее (при промывке) аммиака, избытка галогенидов щелочных металлов и продуктов реакции эмульсификации (нитратов калия и аммония).

Более совершенный способ прекращения физического созревания - осаждение твердой фазы, т. е. AgHal, и отделение его от реакционной среды. Для этого в раствор желатины до эмульсификации или в эмульсию в конце физического созревания вводят химические осадители (например, сульфополистирол). В нейтральной или щелочной среде химические осадители индифферентны по отношению к желатине, но при введении в эмульсию кислоты они образуют с желатиной нерастворимый комплекс. Комплекс выпадает в осадок, увлекая с собой и эмульсионные микрокристаллы.

Другой способ - использование при эмульсификации фталоилжелатины - такой модификации желатины, которая растворима в нейтральной и щелочной среде, но выпадает в осадок в кислой при pH≤3,5. В этом случае отпадает необходимость в химическом осадителе.

После завершения операции осаждения твердой фазы маточный раствор сливают, осадок промывают водой и готовят к химическому созреванию.

Химическое созревание. В ходе второго (или химического) созревания реализуются потенциальные возможности достижения оптимальных фотографических свойств, заложенных на первых стадиях синтеза.

В реакциях, протекающих при химическом созревании, участвуют ионы серебра на поверхности эмульсионных микрокристаллов, молекулы желатины, содержащиеся в желатине сернистые соединения и в некоторых случаях добавляемые в эмульсию комплексные соли золота. В результате на поверхности микрокристаллов возникают примесные центры, состоящие из небольшого числа атомов металлического серебра, серы и золота (если его соли были введены) - это и есть центры светочувствительности.

Для проведения химического созревания осадок, образовавшийся после осаждения твердой фазы, заливают раствором желатины, добавляют соду (до достижения требуемых значений pH) и нагревают при перемешивании до достижения заданной температуры (40-65 °С). В этот момент вводят добавки - тиоцианат золота, тиосульфат натрия и др. При температуре химического созревания эмульсию выдерживают 1-2 часа. Процесс созревания контролируется отбором проб фотоэмульсии и их фотографическим испытанием.

Прекращение химического созревания и студенение эмульсии. Размеры примесных центров имеют существенное значение для фотографических свойств эмульсии. В оптимуме химического созревания достигается максимум светочувствительности. Если не прервать химическое созревание на этой стадии, дальнейший рост примесных центров приводит к росту вуали и падению светочувствительности. Для прекращения химического созревания снижают температуру эмульсии и вводят в нее специальные органические соединения - стабилизаторы. Для студенения охлажденную эмульсию сливают в кюветы студенения или другие, более производительные устройства. Застудененную эмульсию режут на куски и хранят в холодильных камерах.