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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sich auf einfache
Weise die Konzentration an Feuchtmittelzusätzen im Feuchtmittelkreislauf von
Offset-Druckmaschinen ermitteln läßt.
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In
der Offset-Drucktechnik wird neben Druckfarbe und Papier ein Feuchtmittel
benötigt,
das u.a. die Aufgabe hat, die nicht-druckenden Partien der Druckplatte farbfrei
zu halten. Das Feuchtmittel wird in der Druckmaschine im Kreislauf
geführt
und auf konstanter Temperatur gehalten. Während des Druckprozesses wird
ständig
Feuchtmittel verbraucht. Automatische Dosiereinrichtungen sorgen dafür, daß der Verlust
ausgeglichen wird.
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Unter
Feuchtmittelzusätzen,
wie in dieser Beschreibung verwendet, werden die Inhaltsstoffe von
Feuchtmittelkonzentraten verstanden, die dem Feuchtmittelkreislauf
von Offset-Druckmaschinen zugesetzt werden. Erfindungsgemäß bestimmt
wird der Anteil an Feuchtmittelkonzentrat in dem Feuchtmittelkreislauf
und damit auch der Anteil an Feuchtmittelzusätzen in dem Feuchtmittelkreislauf.
In diesem Sinne ist der verwendete Ausdruck "Konzentration an Feuchtmittelzusätzen" zu verstehen.
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Der
Begriff Feuchtmittel, wie er hier verwendet wird, betrifft eine
wäßrige Lösung bestimmter Feuchtmittelzusätze. Diese
Feuchtmittelzusätze
sind bekannt und werden in der Regel in Form von Konzentraten mit
festen Anteilen an organischen und anorganischen Inhaltsstoffen
vertrieben, die dann vor Ort den Druckmaschinen zudosiert werden,
so daß eine
wäßrige Lösung entsteht,
die die Feuchtmittelzusätze
bzw. das Feuchtmittelkonzentrat in einer Konzentration von etwa
2% enthält.
Bei Druckmaschinen mit Filmfeuchtwerken wird dem Feuchtmittelkreislauf
außerdem
noch 5–15%
Isopropanol zugesetzt.
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Die über das
Feuchtmittelkonzentrat in den Feuchtmittelkreislauf eingebrachten
Feuchtmittelzusätze
haben mehrere Aufgaben zu erfüllen:
- 1. Konstanthalten des pH-Wertes,
- 2. Stabilisieren des Farb-Wasser-Gleichgewichtes,
- 3. Farbfreihalten der bildfreien Partien der Druckplatte,
- 4. Schutz des Feuchtmittelkreislaufs vor Verkeimung durch Mikroorganismen.
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Die
Aufgabe der automatischen Dosiersysteme bei Offset-Druckmaschinen ist
es, die von den Herstellern der Feuchtmittelkonzentrate angegebenen
Konzentrationen (in der Regel etwa 2%) möglichst genau und konstant
zu gewährleisten,
indem sie gegebenenfalls Feuchtmittelkonzentrat in den Feuchtmittelkreislauf
nachdosieren.
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Solche
Dosieranlagen, die das Feuchtmittelkonzentrat und gegebenenfalls
auch das Isopropanol dem Feuchtmittelkreislauf zudosieren, arbeiten
normalerweise volumetrisch und ein integriertes Dichte-Meß- und Kontrollsystem
sorgt dafür,
daß der
Alkoholanteil im Umlaufsystem konstant gehalten wird. Die Dichte
des Feuchtmittels wird dabei über
die Eintauchtiefe einer Spindel gemessen und auf einer elektronischen
Anzeige in Vol% Isopropanol dargestellt.
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Zur
Ermittlung der Konzentration der Feuchtmittelzusätze wird in der Praxis sehr
häufig
der Leitwert des Feuchtmittels herangezogen und elektronisch angezeigt.
Bei den meisten Feuchtmittelzusätzen
ist die Leitfähigkeit
direkt proportional zur Konzentration des Feuchtmittelkonzentrats
in dem Feuchtmittel, d.h. zum Gehalt der Feuchtmittelzusätze in dem
Feuchtmittelkreislauf. Daher läßt sich
im Prinzip der Gehalt an Feuchtmittelzusätzen in dem Feuchtmittelkreislauf
aus dem Leitwert des Feuchtmittels ermitteln.
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In
der Praxis erweist sich diese Methode häufig als untauglich. Die Leitfähigkeit
wird durch zahlreiche Faktoren beeinflußt und diese können das Meßergebnis
erheblich verfälschen.
Während
des Druckprozesses kann die Leitfähigkeit durch herausgelöste Papierstrichanteile
und Verschmutzungen durch Druckfarbe um bis zu 50% ansteigen, während Isopropanol
im Feuchtmittel die Eigenschaft hat, mit zunehmender Konzentration
die Leitfähigkeit
zu verringern. Die Bestimmung der Konzentration der Feuchtmittelzusätze über die
Leitfähigkeit
ist daher stets mit großen
Fehlern behaftet und sehr umständlich
durchzuführen
und darüber
hinaus von der Isopropanolkonzentration abhängig. Allgemein muß zum Überprüfen der
Konzentration der Feuchtmittelzusätze wie folgt vorgegangen werden:
- 1. Es werden Feuchtmittel mit einer Konzentration von
1, 2 und 3% an Feuchtmittelzusätzen
hergestellt, die jeweils dazugehörige
Leitfähigkeit
wird gemessen und die erhaltenen Werte werden als Eichgerade aufgezeichnet.
- 2. Dem Feuchtmittelkreislauf der Druckmaschine wird eine Probe
entnommen, die Leitfähigkeit
der Probe gemessen und mit Hilfe der zuvor erstellten Eichgeraden
wird die Konzentration der Feuchtmittelzusätze in dem Feuchtmittelkreislauf
bestimmt.
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Hierbei
treten jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten und Problemen auf.
So werden die Elektrodenoberflächen
der Leitfähigkeitselektrode
leicht durch Farbpartikel verschmutzt, wodurch sich die Meßwerte verfälschen.
Bei den Messungen muß außerdem berücksichtigt
werden, daß die
Leitfähigkeit temperaturabhängig ist.
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Auch
ist der überwiegende
Anteil der Druckmaschinen mit einem Filmfeuchtwerk ausgestattet, wobei
dem Feuchtmittelkreislauf neben dem Feuchtmittelkonzentrat auch
5–15%
Isopropanol zugesetzt werden. Durch die gegenläufigen Effekte bei der Dichte-
und Leitfähigkeitsmessung
durch das Feuchtmittelkonzentrat und Isopropanol ist eine sichere
Bestimmung der jeweiligen Konzentration vor Ort in der Druckerei
sehr schwierig. Hierzu müßte zunächst die
Isopropanol-Konzentration im System genau bestimmt werden, was aber über eine
Dichtemessung mit der Spindel nicht mehr möglich ist, da die Dichte in
hohem Maße
auch von dem Zusatz an Feuchtmittelkonzentrat beeinflußt wird
(das Feuchtmittelkonzentrat hat eine höhere Dichte als Wasser). Bei
der Bestimmung der Alkoholkonzentration durch die Dichtemessung
muß das
entsprechend berücksichtigt
werden, was in der Praxis kaum möglich
ist (da die genaue Konzentration des Feuchtmittelkonzentrats im
Feuchtmittel nicht bekannt ist).
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In
der Praxis kommt es daher durchaus vor, daß sich die Effekte der Feuchtmittelzusätze und
des Zusatzes von Isopropanol auf die Dichte und die Leitfähigkeit
derart gegenseitig beeinflussen, daß die Leitfähigkeitsmessung im Feuchtmittelkreislauf
die richtige Konzentration an Feuchtmittelkonzentrat vortäuscht, obwohl
die Dosierung vollkommen überhöht ist.
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In
der
DE 43 24 141 A1 ist
ein Verfahren zur Bestimmung des Isopropanolgehaltes in Druckfeuchtmitteln
offenbart, bei dem zusätzlich
zu einer optischen Absorptionsmessung unter Ausnutzung der C-H-Absorption
des Isopropanol-Moleküls
die Messwertveränderungen
durch die verschiedenen Inhaltsstoffe der Feuchtmittelzusatzstoffe
erfasst und berücksichtigt
werden.
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In
der
DE 38 28 325 A1 ist
ein Verfahren zur Messung des Alkoholgehaltes der Feuchtflüssigkeit für Alkohol-Feuchtwerke
von Offset-Druckmaschinen offenbart. Bei dem Verfahren wird ein
Gas-Wasserdampfgemisch erzeugt und der Gehalt an brennbarem Gas
wird z.B. durch Wärmetönungsmessung, Chemosorption
an Metalloxid-Halbleiter, Flammenionisierungsdetektor, oder auch
berührungslos
durch spektroskopische bzw. Strahlungsabsorbtionsverfahren bestimmt.
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Der
DE 297 05 673 U1 ist
eine Vorrichtung zur Messung und Einstellung des Alkoholgehalts
im Feuchtmittel für
den Offsetdruck zu entnehmen. Der Gehalt an Alkohol wird in einer
Messkammer in der Gasphase mit einem Transduktor ermittelt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung
der Konzentration an Feuchtmittelzusätzen im Feuchtmittelkreislauf
von Offset-Druckmaschinen zur Verfügung zu stellen, das die vorstehenden
Schwierigkeiten nicht aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, ein einfach zu handhabendes Set zur Bestimmung der Konzentration
an Feuchtmittelzusätzen
an Offset-Druckmaschinen zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird daher
ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration an Feuchtmittelzusätzen im
Feuchtmittelkreislauf von Offset-Druckmaschinen zur Verfügung gestellt,
bei dem
- • dem
Feuchtmittelkreislauf eine Probe der wäßrigen Feuchtmittellösung entnommen
wird,
- • diese
Probe bis zu einer vorbestimmten Änderung des pH-Wertes titriert
wird,
- • die
Konzentration der Feuchtmittelzusätze anhand der benötigten Menge
an Titrationsmittel bestimmt wird.
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Ein
Titrationsset zur Durchführung
dieses Verfahrens kann aus einer Entnahmevorrichtung für die Probe
der wäßrigen Feuchtmittellösung, einem Gefäß zur Durchführung der
Titration, einer Indikatorlösung
und einer Titrationslösung
bestehen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
nutzt dabei die Tatsache aus, daß alle Feuchtmittelkonzentrate
ein Puffersystem enthalten, das den pH-Wert im Feuchtmittelkreislauf
konstant halten soll. Die Kapazität dieses Puffersystems ist
dabei näherungsweise proportional
zu der Konzentration des Puffers in dem Feuchtmittelkreislauf. Da
das Verhältnis
zwischen dem Puffersystem und den anderen Inhaltsstoffen des Feuchtmittels
ebenfalls konstant ist, ist die Kapazität des Puffers in dem Feuchtmittelkreislauf
näherungsweise
proportional zu der zu ermittelnden Konzentration an Feuchtmittelzusätzen bzw.
an Feuchtmittelkonzentrat in dem Feuchtmittelkreislauf.
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In
Abhängigkeit
der Konzentration des Puffersystems kann das Puffersystem den Zusatz
einer gewissen Menge an Säure
oder Base abpuffern, die Pufferleistung versagt jedoch, wenn zuviel
Säure oder
Base zugesetzt werden (Überschreiten
der Pufferkapazität).
Durch die Menge an zugesetzter Säure oder
Base, die das Puffersystem in dem Feuchtmittelkreislauf gerade noch
abpuffern kann, kann daher in sehr guter Näherung auf die Konzentration
an Feuchtmittelzusätzen
bzw. an Feuchtmittelkonzentrat in dem Feuchtmittelkreislauf geschlossen
werden.
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Erfindungsgemäß wird daher
eine Feuchtmittellösung
mit einer Säure
oder Base titriert, bis eine signifikante pH-Wert-Änderung auftritt, also die Kapazität des Puffers
in der Feuchtmittellösung
erschöpft
ist. Anhand der hierzu benötigten
Menge an Säure
oder Base kann unmittelbar auf die Konzentration an Feuchtmittelzusätzen bzw.
den Anteil von Feuchtmittelkonzentrat geschlossen werden.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
erfolgt die Titration der Probe der wäßrigen Feuchtmittellösung mit einer
Base, besonders bevorzugt mit einer Alkalimetall-Hydroxidlösung in
einer Konzentration von 0,01 bis 2 Mol/l. Eine Natriumhydroxidlösung ist
besonders bevorzugt.
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Die
Titration erfolgt bevorzugt dadurch, daß der wäßrigen Feuchtmittellösung ein
Indikator zugesetzt wird, der einen Farbumschlag in einem pH-Bereich
von 5–9
zeigt. Der Indikator wird erfindungsgemäß beispielsweise als Indikatorlösung eingesetzt, wobei
die Konzentration des Indikators in der Indikatorlösung bevorzugt
0,05–10%
ausmacht. Geeignete Indikatoren sind bekannt und können Standardwerken
auf dem Gebiet der Chemie entnommen werden. Bevorzugt ist Phenolphtalein,
das beispielsweise in 0,05–10%iger
ethanolischer Lösung
verwendet werden kann. Es ist selbstverständlich auch möglich, den pH-Wert
bei der Titration anders als durch Zusatz eines Indikators zu bestimmen,
beispielsweise potentiometrisch, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren
auch automatisiert werden kann. Die Verwendung eines Indikators
und des erfindungsgemäßen Sets
ist jedoch aus Kosten- und Praktikabilitätsgründen bevorzugt.
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Bei
der Ausführung
des Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform wird dem Feuchtmittelkreislauf
mittels eines geeigneten Entnahmegerätes, beispielsweise einer Spritze,
eine Probe der wäßrigen Feuchtmittellösung entnommen
und in ein Gefäß, bevorzugt
ein Meßgefäß überführt. Es
wird eine genau definierte Menge an Feuchtmittellösung in
das Gefäß eingefüllt (wobei
die Menge entweder über
die Entnahmevorrichtung definiert wird oder über eine Markierung im Gefäß). Diese
Probe wird dann mit einem Indikator versetzt und mit der mitgelieferten
Titrierlösung
bis zum Farbumschlag des Indikators titriert, wobei die Anzahl der
Tropfen an Titrierlösung,
die der Probe bis zum Farbumschlag des Indikators zugesetzt werden,
bestimmt wird. Bevorzugt anhand eines Diagramms (oder einer Tabelle), das
bevorzugt jedem Titrationsset beiliegt, das aber auch vorher durch
Herstellen von Eichlösungen
erstellt werden kann, wird dann aus der Anzahl der Tropfen Titrierlösung bis
zum Indikatorumschlag die Konzentration der Feuchtmittelzusätze im Feuchtmittelkreislauf
direkt abgelesen.
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Anhand
der so ermittelten Konzentration der Feuchtmittelzusätze in dem
Feuchtmittelkreislauf kann dann gegebenenfalls über eine Nachdosierung des
Feuchtmittelkonzentrats die gewünschte
Konzentration eingestellt werden.
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Nachdem
auf diese Weise unabhängig
von einem möglichen
Gehalt an Isopropanol in dem Feuchtmittelkreislauf die Konzentration
der Feuchtmittelzusätze
bestimmt wurde, kann diese Konzentration bei der Bestimmung des
Gehalts an Isopropanol über
die Dichte der Feuchtmittellösung
verwendet werden, und der Isopropanolgehalt kann recht genau bestimmt
werden. Die Schwierigkeit bei den bekannten Verfahren zur Bestimmung
der Konzentration der Feuchtmittelzusätze im Feuchtmittelkreislauf,
daß sich
nämlich
die Meßwerte
für die
Isopropanolkonzentration und die Meßwerte für die Konzentration der Feuchtmittelzusätze im Feuchtmittelkreislauf
gegenseitig beeinflussen, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
vermieden.
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Ein
Titrationsset zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
enthält
ein Gefäß, das bevorzugt
eine Eichung für
eine bestimmte Volumenmenge aufweist und eine Entnahmevorrichtung
zum Entnehmen der Prüfflüssigkeit
aus dem Umlaufsystem, bevorzugt eine Spritze. Ferner enthält das Titrationsset
eine Indikatorlösung,
beispielsweise eine 1%ige Lösung
von Phenolphtalein in Ethanol und eine Titrationslösung, z.B.
0,1 molare Natronlauge, in einem geeigneten Gefäß, bevorzugt in einer Tropfflasche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat gegenüber
den bekannten Verfahren zur Bestimmung der Konzentration an Feuchtmittelzusätzen im Feuchtmittelkreislauf
von Offset-Druckmaschinen den
Vorteil, daß es
nicht durch einen möglichen
Isopropanolgehalt beeinflußt
wird. Weiterhin weist es den Vorteil auf, daß das Ergebnis nicht durch
Farbverschmutzung oder Papierstaub verfälscht wird. Auch hat die Temperatur
in dem bei Offset-Druckmaschinen üblichen Bereich von 10–35°C keinen
Einfluß auf
das Meßergebnis
und das Verfahren kann unter Verwendung unterschiedlichster Versuchsbedingungen
mit einer Genauigkeit von 0,1 Vol% reproduzierbar durchgeführt werden.
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Die
folgenden Beispiele erläutern
die Erfindung.
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Vergleichsbeispiel 1
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Mit
einer handelsüblichen
Meßvorrichtung wurde
bei einer Messung vor Ort an einer Offset-Druckmaschine im Feuchtmittelkreislauf
aus der Leitfähigkeit
von 1600 μS/cm
eine Konzentration von 2,1 Vol% Feuchtmittelkonzentrat und mit der
Dichte-Spindel eine Isopropanolkonzentration von 12 Vol% ermittelt.
Diese Werte wurden in einem Prüflabor überprüft.
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Gaschromatographische
Messungen in diesem Labor ergaben eine Isopropanolkonzentration von
31 Vol% und durch Säure-Base-Titration wurde eine
Konzentration an Feuchtmittelzusätzen
bzw. an Feuchtmittelkonzentrat von 5,2 Vol% bestimmt. Dies zeigt,
daß mit
den üblichen
Verfahren zur Bestimmung der Konzentration an Feuchtmittelzusätzen und
Isopropanol im Feuchtmittelkreislauf sehr große Fehler auftreten und es
praktisch nicht möglich
ist, die richtigen Werte zu ermittteln.
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Beispiel 1
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Es
wurde ein Titrationsset mit einem Meßgefäß mit einer 5 ml Eichung, einer
Spritze zum entnehmen der Prüfflüssigkeit
aus dem Feuchtmittelkreislauf, einer 10 ml Tropfflasche mit Indikatorlösung (1%ige
Lösung
von Phenolphtalein in Ethanol) und einer 20 ml Tropfflasche mit
einer Titrationslösung (0,1
molare Natronlauge) verwendet. Zur Konzentrationsbestimmung wurden
mit der Spritze des Titrationssets aus dem Feuchtmittelkreislauf
der Offset-Druckmaschine
insgesamt 5 ml Prüfflüssigkeit entnommen
und mit einem Tropfen Phenophtalein versetzt. Unter ständigem Umschütteln wurde
tropfenweise von der Titrationslösung
Natronlauge zugegeben, bis ein Farbumschlag von farblos nach rot
erfolgte. Der Farbumschlag erfolgte nach Zugabe von 18 Tropfen der
Natriumhydroxidlösung.
Gemäß einer vorher
erstellten und dem Titrationsset beigefügten Tabelle entsprechen 10
Tropfen 1 Vol%, 20 Tropfen 2 Vol% und 30 Tropfen 3 Vol% Feuchtmittelkonzentrat in
dem Feuchtmittelkreislauf. Demnach enthält die gemessene Probe 1,8
Vol% Feuchtmittelkonzentrat. Eine genaue Überprüfung des Gehalts an Feuchtmittelkonzentrat
in dem Feuchtmittelkreislauf in einem Prüflabor zeigt, daß der gemessene
Gehalt an Feuchtmittelkonzentrat mit dem tatsächlichen Gehalt an Feuchtmittelkonzentrat
exakt übereinstimmt.
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Beispiel 2
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Zu
wäßrigen Lösungen mit
2, 5, 10 und 15 Vol.% Isopropanol wurden jeweils 2 Vol% eines bekannten
Feuchtmittelkonzentrates zudosiert. Von diesen Lösungen wurde mit Hilfe des
in Beispiel 2 beschriebenen Titrationssets der Gehalt an Feuchtmittelkonzentrat
bestimmt. Bei allen Lösungen
wurde exakt die eingesetzte Menge Feuchtmittelkonzentrat gefunden.
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Diese
Versuche zeigen, daß die
Isopropanolkonzentration zumindest in dem Bereich der im Feuchtmittelkreislauf
von Offset-Druckmaschinen auftritt, keinen Einfluß auf das
Meßergebnis
hat.