2. Badania właciwoci roztworów zwilżajšcych
2.1. Badanie poziomu emulgowania farby
W celu wykonania testu okrelajšcego właciwoci tworzenia emulsji przez układ roztwór zwilżajšcy Đ farba drukarska do urzšdzenia emulgujšcego wprowadza się równe iloci wagowe farby i roztworu zwilżajšcego i prowadzi proces emulgowania przez okrelony czas, np. minutę. Następnie oddziela się nieemulgowanš częć roztworu, waży i dodaje tyle jego nowej porcji, aby uzyskać pierwotnš jego masę. Powtarza się proces emulgowania przez kolejnš minutę i postępuje w podobny sposób dziesięciokrotnie. Za każdym razem mierzy się dokładnie iloć nieemulgowanej częci roztworu. Uzyskane wyniki pozwalajš sporzšdzić wykres zależnoci iloci emulgowanego roztworu zwilżajšcego w farbie od czasu emulgowania. Jeżeli roztwór zwilżajšcy szybko znajdzie się w stanie równowagi i jego zawartoć w farbie nie przekroczy 30%, wówczas układ roztwór zwilżajšcy Đ farba o takim składzie powinien dać dobre wyniki podczas drukowania. Jeżeli iloć roztworu zwilżajšcego w farbie stale wzrasta i po 10 minutach emulgowania wyniesie przeszło 30%, wtedy należy zastšpić farbę lub roztwór innymi o bardziej dopasowanych właciwociach. Dotychczasowy zestaw badanych materiałów nie da bowiem dobrych wyników. Badania kończy się pomiarami pH i przewodnoci elektrycznej roztworu zwilżajšcego oraz badaniami konsystencji farby. Na rynku dostępne sš liczne przyrzšdy pomiarowe Đ wiskozymetry, wykonujšce te pomiary automatycznie z dużš dokładnociš, co redukuje czas pracy wykonywanej przez personel.
2.2. Pomiar lepkoci
Pomiary lepkoci sš szczególnie ważne dla użytkowników, gdy roztwory zwilżajšce zawierajš alkohol izopropylowy. Wprowadzenie alkoholu do roztworu zwilżajšcego znacznie zwiększa jego lepkoć. Bardzo wygodny do tego celu jest np. lepkociomierz Cannon Fenske, przyrzšd mierzšcy czas potrzebny do przepłynięcia okrelonej iloci cieczy przez wšskš kapilarę. Pomiary lepkoci, podobnie jak i inne wymienione niżej pomiary, należy prowadzić w warunkach pełnej kontroli temperatury mierzonej próbki.
2.3. Badanie przewodnoci elektrycznej
Przewodnoć elektryczna roztworów jest to właciwoć przewodzenia pršdu elektrycznego poprzez jony. Pomiary przewodnoci elektrycznej roztworów zwilżajšcych sš bardzo wygodnym sposobem oceny zawartoci koncentratu i jego rozcieńczenia w gotowym do użytku roztworze zwilżajšcym. Pomiar wielkoci przewodnoci wykonuje się przez przyłożenie okrelonego napięcia na elektrody o okrelonej powierzchni umieszczone w okrelonej odległoci od siebie i mierzy wielkoć oporu elektrycznego w danej temperaturze, co pozwala stosujšc prawo Ohma okrelić przewodnoć. W praktyce stosuje się specjalne sondy pomiarowe, sam pomiar jest zautomatyzowany i wystarczy odczytać wynik, na przykład mostek pomiarowy angielskiej firmy Orion lub przyrzšd amerykańskiej firmy Cole Palmer albo przyrzšdy przenone firmy Myron L Company, umożliwiajšce zarówno pomiar przewodnoci, jak i pH. Przewodnoć roztworów jest tym większa, im większe jest stężenie zawartych w nim jonów. Woda destylowana wielokrotnie w odpowiedniej aparaturze kwarcowej lub dejonizowana ma przewodnoć bliskš zeru (lub wysokš opornoć około 20 MWcm), woda wodocišgowa ma zwykle przewodnoć 200-400x10-3W-1xcm-1, czasami wartoć ta wynosi nawet powyżej 500 x10-3W-1xcm-1. Przy dodawaniu do wody koncentratu roztworu zwilżajšcego należy pamiętać, że przewodnoć uzyskanego roztworu ma charakter addytywny Đ przewodnoci mieszanych cieczy dodajš się.
W wypadku pomiarów przewodnoci roztworu zwilżajšcego jest to bardzo dokładny sposób oceny stopnia rozcieńczenia koncentratu roztworu zwilżajšcego wodš bezporednio przed drukowaniem. Czynnikiem zakłócajšcym pomiar przewodnoci jest obecnoć alkoholu izopropylowego i innych rozpuszczalników organicznych, które nie przewodzš pršdu elektrycznego. W zwišzku z tym zaleca się dodawanie do roztworu zwilżajšcego alkoholu lub jego zamienników dopiero po pomiarze przewodnoci. Ponadto dobrze wiedzieć, że przewodnoć roztworu zwilżajšcego w czasie procesu drukowania zwykle zmienia się w wyniku wprowadzania do roztworu składników pochodzšcych z farb i papieru, należy jš więc mierzyć przed rozpoczęciem drukowania. Występujšce znaczne zmiany przewodnoci w stosunku do uprzednio stosowanych roztworów powinny spowodować ponowne pomiary przewodnoci zastosowanej wody użytej do przygotowania roztworu oraz przewodnoci koncentratu przed ich zmieszaniem.
2.4. Pomiary wartoci pH
Pomiary wartoci pH roztworów zwilżajšcych wykonuje się zwykle dopiero wtedy, gdy podczas drukowania występujš trudnoci zwišzane z zanikaniem rysunku lub złym utrwalaniem farb na odbitkach, gdy obserwuje się zbyt intensywne emulgowanie farby roztworem zwilżajšcym albo gdy wałki farbowe le przyjmujš farbę.
Dzisiaj praktycznie pomiary pH wykonuje się wyłšcznie za pomocš pehametrów produkowanych przez szereg firm. Dawniej popularne były papierki wskanikowe, których zmianę barwy po zanurzeniu w roztworze porównywano z załšczonš skalš barw. Takie subiektywne, mało dokładne pomiary można stosować tylko do roztworów bezbarwnych. W zależnoci od potrzeb stężenie jonów wodorowych można obecnie mierzyć z dużymi dokładnociami, na przykład dla celów medycznych nawet do 0,0001 wartoci pH. Dla pomiarów zwišzanych ze stosowaniem roztworów zwilżajšcych w drukowaniu offsetowym wystarcza dokładnoć 0,1 jednostki pH. W Europie stosuje się w drukarniach wartoci pH roztworów zwilżajšcych w zakresie 4,8-5,5; w Ameryce ze względu na inne materiały stosowane do produkcji papieru roztwory nieco bardziej kwane Đ o niższej wartoci pH w zakresie 4,0-5,0. W zwišzku z powszechnym stosowaniem gumy arabskiej w roztworach zwilżajšcych ich wartoć pH nie powinna przekraczać 5,0. W celu uniknięcia ewentualnych trudnoci, dobrym obyczajem podczas drukowania jest wykonywanie co kilka godzin kontroli wartoci pH roztworu zwilżajšcego.
Dla okrelania zdolnoci buforowania (buffer value) roztworów zwilżajšcych w brytyjskiej firmie Varn Ltd opracowano prostš metodę pomiarowš wykorzystujšcš tradycyjne miareczkowanie. Badano, ile cm3 0,1n roztworu NaOH należy dodać do 100 g rozcieńczonego (gotowego do stosowania) roztworu zwilżajšcego, aby wartoć jego pH zmieniła się od 4,0 do 5,0. Jeżeli rozcieńczony, gotowy do stosowania roztwór zwilżajšcy ma wartoć pH mniejszš od 4,0, wówczas dodaje się takš iloć roztworu wodorotlenku sodu, aż pH roztworu osišgnie ten poziom i przystępuje się do właciwego pomiaru, miareczkowania, aż odczyn roztworu wzronie o pH=1 i osišgnie poziom pH=5. Jeżeli zdolnoć buforowania jest mniejsza niż 1,0, roztwór taki w warunkach drukowania szybko zmienia swoje właciwoci i szybko wzrasta jego wartoć pH. Roztwory zwilżajšce o dużej trwałoci osišgajš zdolnoci buforowania w zakresie 10-15. Przy wykonywaniu pomiarów wygodnie jest stosować automatyczne urzšdzenia do miareczkowania.
2.5. Pomiary pienienia
W układach z wymuszonym kršżeniem roztworu zwilżajšcego w obiegu zamkniętym często tworzy się piana. Powoduje to szereg problemów w czasie drukowania i aby zabezpieczyć się przed takš możliwociš, należy po otrzymaniu każdej nowej partii roztworu zwilżajšcego wykonać następujšcy pomiar: szklany cylinder o pojemnoci 250 ml wypełnia się do połowy roztworem zawierajšcym 2,5% badanego koncentratu roztworu zwilżajšcego, następnie potrzšsa się cylindrem dziesięć razy i obserwuje zanikanie wytworzonej piany. Jeżeli piana nie zniknie w czasie 60-90 sekund, oznacza to, że w czasie drukowania mogš wystšpić kłopoty, szczególnie wówczas, gdy w układzie cyrkulacji nie ma regulowanego dopływu powietrza.
3. Roztwory zwilżajšce z substancjami zastępujšcymi alkohol izopropylowy
Wyżej wspomniano już o ograniczeniach, szczególnie zdrowotnych, zwišzanych ze stosowaniem alkoholu izopropylowego w roztworach zwilżajšcych. Obecnie w wielu krajach eliminuje się ten zwišzek przez produkowanie roztworów zwilżajšcych z zamiennikami alkoholu izopropylowego. Obecnie stosowane zamienniki alkoholu pozwalajš obniżać napięcie powierzchniowe roztworów do wartoci charakterystycznych dla roztworów z alkoholem. W celu redukcji tego napięcia stosuje się różne zwišzki powierzchniowo czynne, jak na przykład Pluronic 62LF Đ produkt firmy BASF, niejonowe produkty Surfynol 420, 440 lub 465 (dla roztworów pracujšcych w wyższych temperaturach) produkcji Air Products bšd produkt o nazwie Surfadon 100 produkcji firmy IPC. Wprowadzenie zwišzków powierzchniowo czynnych do roztworu zwilżajšcego musi się odbywać bez wytršcenia z roztworu innych jego składników. Wymaga to stosowania specjalnych rodków umożliwiajšcych utrzymanie równowagi wszystkich składników roztworu. Zwišzkami takimi sš Rhodapon BOS, anionowy zwišzek powierzchniowo czynny (sulfonowana pochodna rozgałęzionych alkoholi w postaci soli sodowej) firmy Rhodia lub powszechnie stosowana (m.in. w procesach elektrolitycznych) sól sodowa sulfonowanej pochodnej ksylenu C8H9NaO3S, zwišzek znany w skrócie jako SXS lub Triton QC44 produkcji Union Carbide.
Stosowanie zamienników na pełnš skalę powinno być poprzedzone próbami w celu optymalnego ustalenia proporcji nowo stosowanych materiałów, prowadzonymi w stabilnych i okrelonych warunkach drukowania. Dobrš praktykš przy przechodzeniu z roztworów z zawartociš alkoholu izopropylowego do roztworów z jego zamiennikami jest próba drukowania polegajšca na redukcji jego iloci do 8% i takie ustalenie pozostałych parametrów drukowania, aby jego wyniki były pozytywne. Dopiero przy tych parametrach lub przy małych ich modyfikacjach istnieje szansa powodzenia w drukowaniu z roztworem bezalkoholowym. Zamienniki dostarczane sš do odbiorców oddzielnie, co ma ponadto tę zaletę, że roztwory zwilżajšce sš trwalsze w czasie transportu i magazynowania, nie następuje szybko koagulacja zwišzków wielkoczšsteczkowych. Bezporednio przed drukowaniem miesza się składniki w centralnym zbiorniku roztworu zwilżajšcego drukarni lub w poszczególnych zbiornikach maszyn drukujšcych. Roztwory zastępujšce alkohol izopropylowy sš to zwykle mniej lotne mieszaniny glikoli, eterów glikolu oraz zwišzków powierzchniowo czynnych zawierajšce małš iloć wody. Popularnym produktem stosowanym w roztworach zwilżajšcych był zwišzek znany handlowo jako Butyl Cellosolve, został on jednak zakazany najpierw w Europie, a póniej ograniczono jego stosowanie także w USA. Ze względów zdrowotnych również dla tego glikolu oraz dla octanu butylu, podobnie jak uprzednio dla alkoholu izopropylowego, wyznaczono tam ostatnio ostrzejsze dopuszczalne rednie stężenia. Dla omiogodzinnego okresu pomiaru wynoszš one tylko 5 ppm.
W drukowaniu offsetowym roztwory zawierajšce glikolowe etery stosowane sš na dużš skalę, mimo że występujš kłopoty z okrelaniem ich stężeń w roztworach podczas drukowania. Zawartoć ich w roztworach zwilżajšcych jest niska, mało zmieniajš lepkoć roztworów, ale zakłócajš pomiary pH i przewodnoci elektrycznej. Wadš tego rozwišzania jest fakt, że roztwory zastępujšce alkohol izopropylowy nie podwyższajš lepkoci roztworów zwilżajšcych oraz nie obniżajš ich temperatury w wyniku odparowywania. Wymaga to zwykle stosowania maszyn drukujšcych wyposażonych w układ termostatujšcy zapewniajšcy kontrolę i regulację temperatury roztworu zwilżajšcego podczas drukowania, zapewniajšcy stałš jego temperaturę niezależnie od temperatury otoczenia. Ze względu na zaostrzajšce się przepisy dotyczšce wielkoci emisji lotnych zwišzków organicznych do atmosfery rodki zastępujšce alkohol izopropylowy dobiera się w taki sposób, aby zminimalizować straty przez odparowywanie tych zwišzków. Dlatego stosuje się mieszaniny zwišzków powierzchniowo czynnych, gliceryny, glikolu trójetylenowego lub eterów glikolu. Materiały zastępujšce alkohol izopropylowy to głównie różne etery glikolu występujšce pod różnymi nazwami handlowymi. W tym celu stosuje się eter glikolu butylowego, eter glikolu dwupropylenowego (DPM) lub eter glikolu n-butylowo dwupropylenowy (DPnB) bardzo wolno parujšcy i znacznie obniżajšcy napięcie powierzchniowe. Dodawane sš one do roztworu zwilżajšcego dwoma sposobami. Wprowadza się je w ilociach znacznie mniejszych niż w wypadku stosowania alkoholu izopropylowego.
Pierwszy sposób Đ jednostopniowy polega na bezporednim wprowadzaniu rodka zastępczego do koncentratu roztworu zwilżajšcego, iloć wprowadzanego tak rodka jest jednak ograniczona ze względu na inne składniki koncentratu. Zwykle można tak wprowadzić do 20% rodka zastępujšcego alkohol izopropylowy. Po rozcieńczeniu koncentratu roztworu zwilżajšcego do stężenia wymaganego podczas drukowania zawartoć rodka zastępczego wynosi tylko 2,5-3%, stężenie to jest więc bardzo małe i zwykle nieefektywne. Ponadto trwałoć koncentratów roztworu zwilżajšcego z 20% zawartociš rodka zastępczego jest często bardzo ograniczona. Sposób ten stosuje się głównie przy drukowaniu zwojowym.
Drugi sposób wprowadzania rodka zastępczego Đ dwustopniowy uważany jest za bardziej elastyczny, pozwalajšcy na modyfikowanie składu roztworu zwilżajšcego. Do użytkownika dostarczany jest koncentrat w zestawie dwuskładnikowym. Do rozcieńczonego roztworu zwilżajšcego dodaje się w iloci nie większej niż 5% stężony rodek zastępczy, bywa, że aż o 99% zawartoci eteru glikolu. Często roztwór ten zawiera ponadto zwišzki powierzchniowo czynne oraz czasami małš iloć wody. System ten stosuje się głównie przy drukowaniu arkuszowym, ostatnio w arkuszowych maszynach drukujšcych wyposażonych w nowoczesne bezprzybierakowe zespoły zwilżajšce.
Stosuje się też gotowe roztwory bez możliwoci modyfikowania składu. Dobrym obyczajem jest opróżnianie raz na tydzień zbiorników z roztworem zwilżajšcym, aby mieć gwarancję, że jego skład nie ulega zmianom, że stężenie zamienników alkoholu nie zwiększa się, bowiem dodatki te, jak wspomniano, nie parujš tak jak alkohol izopropylowy.
Zwišzki zastępcze nie odparowujšc podczas drukowania tak jak alkohol izopropylowy w rezultacie nie obniżajš temperatury zespołu drukujšcego. Ponadto nie modyfikujšc lepkoci roztworu zwilżajšcego zmuszajš maszynistów do stosowania innych warunków doprowadzania roztworu zwilżajšcego do formy drukowej. Zwykle należy zmienić twardoć powierzchni wałków zwilżajšcych, zmniejszajšc jš z twardoci 30ĄSh do twardoci 20-22ĄSh. Zmiana twardoci wałków zmienia szerokoć kontaktu pomiędzy współpracujšcymi wałkami; powoduje to, że warstewka cieczy jest bardziej równomierna. Innymi sposobami dostosowujšcymi właciwoci roztworu do wymogów drukowania jest zmiana nacisku pomiędzy wałkami zespołu zwilżajšcego a formš drukowš lub zwiększenie obrotów tych wałków, aby zwiększyć podawanie roztworu zwilżajšcego o niższej lepkoci niż przyzwyczajono się pracujšc z roztworami bez rodka zastępujšcego alkohol. Lepiej, gdy szybkoć wałków nadajšcych zespołu zwilżajšcego nie przekracza znacznie szybkoci liniowej formy drukowej. Gdy szybkoć wałków jest zbyt duża, występuje zjawisko gromadzenia się nadmiaru roztworu na końcach wałków, rozchlapywanie roztworu i nierównomierne jego przenoszenie. Silnik napędzajšcy zespołu zwilżajšcego pracuje wówczas przy zbyt dużym obcišżeniu. Innš możliwociš dostosowania się do właciwoci roztworu z zamiennikami alkoholu izopropylowego i zwiększenia równomiernoci nadawania roztworu jest dowiadczalne dopasowanie kšta, pod jakim ustawione sš osie współpracujšcych wałków Đ jak wiadomo, ustawienie skone zmniejsza nacisk w ich rodkowej częci.
Jak już wspomniano, stosowanie zamienników alkoholu powoduje też trudnoci w prowadzeniu bieżšcych pomiarów ich stężenia, trudnoci pomiarów pH roztworu oraz zmienia w minimalnym stopniu przewodnoć elektrycznš roztworu zwilżajšcego i jego gęstoć. Jedynym sposobem zapewniajšcym stałoć właciwoci stosowanego roztworu zwilżajšcego jest wprowadzenie automatycznego dozowania obu skoncentrowanych składników i staranne ich mieszanie. Pamiętać przy tym należy, że rodek zastępczy należy dodawać wyłšcznie do już rozcieńczonego składnika podstawowego roztworu zwilżajšcego. Niewštpliwie zaletš stosowania praktycznie nieodparowujšcego rodka zastępczego jest stabilnoć koncentracji w roztworze zwilżajšcym.
W zwišzku z potrzebš opanowania technologii redukowania iloci stosowanego alkoholu izopropylowego powstały również rozwišzania alternatywne. Istniejš możliwoci redukcji niezbędnej zawartoci alkoholu izopropylowego w roztworze zwilżajšcym aż do jego pełnej eliminacji. Na przykład niemiecka firma Vegra/Easylack zaproponowała zestaw działań obejmujšcy:
a) Stosowanie odpowiednich roztworów buforowych zapewniajšcych szybkie wysychanie farb oraz stabilne i równomierne nawilżanie formy drukowej.
b) Stosowanie w zespole zwilżajšcym wałków pokrytych specjalnš powłokš kauczuku butadienowo-nitrylowego Water Roll II NBR lub powłokš poliuretanowš Polydamp. Obie warstwy charakteryzujš się dużymi właciwociami hydrofilnymi. Pobieranie i oddawanie roztworu zwilżajšcego następuje bardzo szybko. Wałki poliuretanowe stosuje się jako wałki porednie w zespole zwilżajšcym czterowalcowym, a jako wałek dozujšcy w połšczeniu z wałkiem podajšcym pokrytym trójwarstwowš powłokš Hydro Chrome o chropowatoci 0,5ľm zapewniajšcymi najbardziej optymalne warunki zwilżania.
c) Uzupełnieniem jest stosowanie urzšdzenia Easy-Print, systemu elektrochemicznego wzbogacania tlenem roztworu zwilżajšcego. Przyspiesza to proces utrwalania farb offsetowych i pozwala na dalszš redukcję stężenia alkoholu izopropylowego.
Zastępowanie alkoholu izopropylowego wymaga od nadzoru technicznego zwiększonej kontroli pracy maszyn drukujšcych oraz umiejętnoci szybkiego rozwišzywania powstajšcych problemów. W wypadku stosowania roztworów ze rodkami zastępujšcymi alkohol więcej uwagi wymaga używanie rodków pomocniczych służšcych do zmywania form drukowych, obcišgów offsetowych oraz przyspieszajšcych utrwalanie farb. Obok pewnych kłopotów wynikajšcych z wprowadzania zamienników alkoholu do roztworu zwilżajšcego istniejš też korzyci. Zauważono, że drukowanie z zamiennikami alkoholu w roztworze zwilżajšcym umożliwia łatwiejsze odrywanie zadrukowanego arkusza od powierzchni obcišgu offsetowego Đ jest to ważne szczególnie przy drukowaniu na podłożach o niskiej gramaturze. Innym pozytywnym czynnikiem jest zmniejszenie tendencji zrywania powierzchni papieru przy drukowaniu cienkimi warstwami farby w stosunku do tendencji zrywania powierzchni druków wykonywanych przy stosowaniu alkoholu. Zdobyte dowiadczenie w zastępowaniu alkoholu izopropylowego niewštpliwie będzie owocowało w przyszłoci. W szeregu krajów, w tym również w krajach należšcych do Unii Europejskiej, zmiany prawa wymuszš bowiem zaniechanie stosowania alkoholu izopropylowego w drukowaniu offsetowym. cdn.
