|
|
"Świat Druku" - miesięcznik
Archiwum
Rok 2004
Lipiec-Sierpień
Roztwory nawilżające w druku offsetowym
|
|
Często pojawiające się trudności w procesie druku offsetowego są kojarzone z jakością farb i papieru. W wielu przypadkach są one jednak związane z użytą do drukowania wodą i roztworem nawilżającym. Wynikają ze zjawisk natury chemicznej, a ściśle określając fizykochemicznej. Sprawa, choć wydaje się prosta, obrosła wieloma mitami. Stąd pomysł, aby problem przedstawić z punktu widzenia fizykochemii, ale raczej w teoretycznym wydaniu.
|
Będzie to próba, zapewne nie wyczerpująca tematu, wyjaśnienia zjawisk fizykochemicznych zachodzących w roztworze nawilżającym podczas drukowania offsetowego. Ich zrozumienie pozwoli na wyciąganie właściwych wniosków i uniknięcie błędów w trakcie pracy maszyny drukującej, przy zmianach papierów drukowych, nagłych – sygnalizowanych przez czujniki w maszynie – zmianach przewodności roztworu nawilżającego itp. (Ponieważ jeszcze niewiele maszyn jest wyposażonych w czujniki sygnalizujące zmiany w roztworze nawilżającym, efekt tych zmian jest najczęściej zauważany dopiero po wykonaniu części druku).
Najczęściej obserwowane negatywne zjawiska związane z wodą i roztworem nawilżającym to:
• złe utrwalanie się farby
• odkładanie się farby na wałkach i obciągach
• długi czas potrzebny na ustalenie równowagi woda – farba
• trudności w utrzymaniu intensywności druku
• tonowanie płyty
• pojawianie się mikroorganizmów w układach nawilżania (zakwitanie roztworu)
• pienienie się roztworu
• korozja układów nawilżania.
Woda
Jak wiemy, wody występujące w przyrodzie, dokonujące obiegu w kołowym cyklu, zalicza się do wód naturalnych (wody opadowe atmosferyczne, wody powierzchniowe i wody podziemne), które mają pH = 4–9. Większość wód ma pH = 6,5–8,5. Wody takie, przeznaczone do ogólnego użytku, są poddawane różnym procesom uzdatniania. Zwykle bez specjalnej obróbki (demineralizacja) nie nadają się dla przemysłu poligraficznego.
W rezultacie rozwoju druku offsetowego ustalono pewne optymalne parametry wody, takie jak: pH, twardość ogólna i węglanowa oraz zasolenie, kwalifikujące wodę do stosowania w procesie druku offsetowego. Zagadnienia te są ogólnie znane i opisane w literaturze fachowej.
Reakcje chemiczne
Czym jest roztwór buforowy?
W roztworze nawilżającym zachodzą głównie reakcje chemiczne w układzie kwas – zasada, powodując zmiany pH. Prześledźmy, jak te procesy przebiegają w czystych chemicznie roztworach kwasów lub zasad (rys. 1).
Dodatek najmniejszych nawet ilości mocnego kwasu lub mocnej zasady do wody zmienia natychmiast wartość pH. Obecność soli w wodzie nie ma wtedy wpływu na wartość pH. Roztwory takie zalicza się do tzw. roztworów niezbuforowanych. Przebieg krzywej zobojętniania mocnego kwasu mocną zasadą wykazuje, że zmiany pH ściśle zależą od stopnia zobojętnienia. W punkcie, w którym ilości kwasu i zasady w roztworze osiągają równowagę, następuje gwałtowna zmiana wartości pH: roztwór o odczynie kwaśnym nagle wykazuje odczyn zasadowy lub odwrotnie.
Rozpatrując przebieg wykresu zmian pH w reakcji słabej zasady z mocnym kwasem i słabego kwasu z mocną zasadą, a szczególnie ich lewą gałąź, zauważymy, że roztwory w miarę dodawania stosunkowo dużych ilości mocnego kwasu lub zasady wykazują bardzo niewielkie zmiany pH. W wyniku reakcji kwasów z zasadami tworzą się ich sole, pozostające w równowadze z wymienionym układem: mocny kwas – słaba zasada lub mocna zasada – słaby kwas. Dysponując słabymi kwasami (zasadami) i ich solami, np. kwasem octowym i octanem sodu, można dobierając ich wzajemne stężenie otrzymać roztwory o określonym stabilnym pH. Mogą one stabilizować (buforować) zmiany pH roztworu kontaktującego się na przykład z papierem, którego odczyn bywa kwaśny lub zasadowy (alkaliczny).
Wartość pH roztworu zawierającego słaby kwas lub słabą zasadę i ich sól można wyliczyć matematycznie. Roztwory tak sporządzone, o z góry założonym pH, noszą nazwę roztworów buforowych (buforów, mieszanin buforowych). A więc definiując najkrócej: bufory to roztwory słabych kwasów lub zasad z ich solami.
Ich cechą charakterystyczną jest niewielka zmiana wartości pH przy dodawaniu do nich stosunkowo znacznych ilości mocnej zasady lub kwasu. Każdy roztwór buforowy ma swoją tzw. pojemność buforową, którą można wyrazić matematycznie:
ß = dc/dpH
gdzie: dc oznacza zmianę stężenia dodawanego do roztworu buforowego mocnego kwasu lub mocnej zasady. Wielkość ta jest wyrażana w molach/litr. Inaczej mówiąc, jest to zdolność buforu do utrzymywania założonego pH przy dodawaniu do niego mocnego kwasu lub zasady.
Na początku zmiany pH są bardzo małe (rys. 2), roztwór ma dużą pojemność buforową. W miarę zobojętniania kwasu, czyli jednego ze składników buforu, pojemność buforowa maleje, a gdy małe ilości zasady wywołują wielkie zmiany pH, następuje zjawisko zwane w żargonie chemików przebiciem buforu. Wtedy roztwór nie jest już zbuforowany (nie ma stałego poziomu pH), bufor nie istnieje.
Opisane zjawiska zachodzą z niewielkimi odchyleniami we wszystkich roztworach nawilżających w maszynach drukujących offsetowych. Wszelkie dodatki do wody, pochodzące od różnych producentów, zawierają w głównej mierze mieszaniny buforowe, a przechodzące do roztworu nawilżającego rozpuszczalne substancje chemiczne z papieru (głównie) oraz z farby w wyniku dysocjacji i hydrolizy oddziałują na roztwór buforowy jak kwasy i zasady.
Stosowanie dodatków w roztworze nawilżającym i ich kontrola
Trzeba pamiętać, iż w roztworze nawilżającym istotna jest nie tylko wartość pH (w co wierzy niestety niemała część drukarzy), lecz również stężenie użytego dodatku (bufor; stabilizator pH) w wodzie (określone zwykle w instrukcji stosowania preparatu).
Dodatki zawierają wiele komponentów działających kompleksowo, lecz warunkiem ich właściwego działania jest utrzymanie zalecanego stężenia. Dla przykładu można przytoczyć choćby zachowanie inhibitorów korozji, które nie spełniają swojej roli w przypadku małych stężeń dodatku buforowego, chociaż pH roztworu jest prawidłowe. Za duże stężenie, powodujące silne zasolenie roztworu, będzie zakłócać równowagę wodno-farbową (nadmierna emulgacja, osadzanie się farby na wałkach wodnych, odkładanie się farby na obciągach) i działać agresywnie na powierzchnię papieru. Stąd też ważną czynnością jest kontrola stężenia dodatków w roztworze nawilżającym.
Najbardziej znana i rozpowszechniona jest metoda elektrometryczna, polegająca na mierzeniu przewodności prądu elektrycznego w roztworze nawilżającym. Przyjmuje się, że przewodność roztworu jest proporcjonalna do stężenia dodatku. Aby dokonać pomiaru, należy sporządzić wzorcowe roztwory nawilżające, np. 2%, 3%, 4% (jeżeli stosuje się alkohol izopropylowy, to wraz z alkoholem), zmierzyć w każdym przewodność (pamiętając o zachowaniu identycznych warunków temperaturowych) oraz sporządzić wykres zależności (rys. 3).
Ze sporządzonego wykresu możemy odczytywać stężenia dodatku na podstawie zmierzonej przewodności. Jest to metoda przybliżona. Wartość zmierzona często odbiega od rzeczywistej, ponieważ na wartość przewodnictwa mają wpływ substancje pochodzące z papieru i farby. Stosowane przyrządy (konduktometry) są obecnie „przyjazne dla obsługi” i pomiary nie nastręczają zbyt wielu problemów. Metoda ta dobrze nadaje się do określania stężeń dodatków w roztworach czystych, czyli świeżo przygotowanych.
W rozworach nawilżających pracujących pewien czas, na skutek zjawisk, o których wspomniano wcześniej, pomiary przewodności są mniej dokładne.
Zdecydowanie lepszym sposobem jest pomiar metodą kompleksometrycznego miareczkowania. Określa się wówczas stężenie jednego ze składników dodatku buforowego do wody. W praktyce pomiar polega na wprowadzeniu do określonej objętości roztworu nawilżającego barwnego wskaźnika i określeniu liczby kropel wprowadzanego następnie roztworu kompleksującego – aż do czasu, gdy nastąpi zmiana zabarwienia badanego roztworu. Stężenie odczytujemy z wcześniej sporządzonego wykresu zależności: stężenie procentowe dodatku buforowego – liczba kropel odczynnika.
Na rynku można spotkać gotowe zestawy do pomiarów tą metodą.
Pomiary pH metodą elektrometryczną (za pomocą pH-metrów) podlegają również tym samym prawom, podobnie jak pomiary przewodności. Są dokładne, gdy w roztworze nie ma zbyt wielu składników o nieznanym działaniu i stężeniu.
W wielu przypadkach dla zwykłej kontroli wystarczające są pomiary za pomocą papierków wskaźnikowych pH o odpowiednim zakresie pomiarowym.
Wiele drukarń nie ma sprzętu pomiarowego, a wymagania stawiane przez nowe materiały do druku rosną. W takich przypadkach udzielamy pomocy oraz jesteśmy otwarci na wymianę doświadczeń i współpracę.
Opracowano na podstawie:
1. W. Hermanowicz, W. Dożańska, J. Dojlido, B. Koziorowski, Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, Warszawa 1976.
2. J. Panák, M. Čeppan, V. Dvonka, Ľ. Karpinský, P. Kordoš, M. Mikula, S. Jakucewicz, Poligrafia. Procesy i technika, COBRPP 2002.
3. J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, PWN, Warszawa 1965.
4. Materiały szkoleniowe firmy DS Druckerei Service GmbH.
Artykuł dostarczony przez firmę Grafikus – Systemy Graficzne Sp. z o.o.
|
|
|
|
