DE BEPALING VAN HET DAADWERKELIJKE ALCOHOLAANDEEL IN HET VOCHTWATER Helmut Wordel (FOGRA) Publicatie uit Technik + Forschung Flachdruk van Bundesverband Druck 11/1998 AAT/1 1
Inleiding Meldingen uit de praktijk en ook diverse proeven van de FOGRA hebben problemen bij de vaststelling van het aandeel aan alcohol in het vochtwater aangetoond. Dit is geen onbeduidende vaststelling want de alcohol is een belangrijke kostenfactor. Over het algemeen streeft men ernaar om niet hoger te doseren dan voor het offsetprocédé noodzakelijk is. Uit nieuwe onderzoeken blijkt dat bijvoorbeeld in filmvochtwerken met een volumeconcentratie van 6% reeds optimaal gewerkt kan worden (tabel 1). Deze waarde laat zich nog verlagen indien er met alcoholvervangende middelen gewerkt wordt. In het volgende stuk zullen de problemen rond de concentratiebepaling aan de hand van een kort voorbeeld worden toegelicht. In een willekeurige drukkerij werd het vochtwater op alcoholwaarde getest. De meetspindel (eigendom van deze drukkerij) liet een volumeconcentratie zien van 14%. Een herhaling van deze meting in de FOGRA met een andere meetspindel gaf echter een volumeconcentratie van 8% aan. Op grond daarvan werd de spindel van deze drukkerij uit de te nauwe en hoogstwaarschijnlijk vervuilde meetcilinder gehaald en in de FOGRA cilinder gezet. Nu was de concentratie nog maar 11%. Daarna werd de spindel grondig gereinigd waarna in overeenstemming met de FOGRA spindel de concentratie nog maar 8% was. De controle van het vochtwater in het laboratorium gaf echter als resultaat dat ook deze waarde niet correct was, maar dat de vermenging met 12% alcohol aangezet was. De oplossing van het raadsel: Bij de vloeistof heeft men nog 3% van een vochtmiddeltoevoeging toegevoegd. Deze toevoeging is zwaarder dan water en liet een misleidende geringere alcoholwaarde zien. Tegenstrijdigheden van deze aard waren de aanleiding voor de subcommissie vellenoffset, deze problematiek tot op de bodem uit te zoeken en de voorliggende publicatie uit te brengen. Daarmee moet aangetoond worden dat de nauwkeurigheid van de alcoholdosering aanzienlijk verbeterd en daarmee de toevoeging van alcohol tot de gewenste hoeveelheid beperkt kan worden. 2. Eigenschappen van de vochtmiddeltoevoeging alcohol In de grafische industrie wordt als alcoholtoevoeging bijna uitsluitend de zogenaamde Isopropylalcohol gebruikt, waarvan de chemische aanduiding 2-Propanol luidt. Deze alcohol heeft de eigenschap om het vochtwater voor het drukproces positief te beïnvloeden; - verhoging van de viscositeit - werkt bacteriëndodend - bevordert de koeling van het drukwerk - ondersteunt de zelfreiniging van het vochtwerk - verlaagt de oppervlaktespanning - bevordert vochtmiddelopname van drukinkten - tast de inktrollen niet aan 2
2-Propanol heeft de structuur CH ³ -CH-CH ³ OH De voor de eigenschap Alcohol verantwoordelijke hydroxylgroep OH zit aan het tweede koolstofatoom C, vandaar de naam 2-Propanol of Iso-Propanol. Bij 1-Propanol zit de OH-groep aan een permanente koolstofatoom. 2-Propanol wordt door toeleveranciers voor de grafische industrie en door de chemicaliëngroothandel in verschillende zuiverheidgraden tussen 91%, 96% en 99,9% aangeboden. Voor de offset zijn in principe alle gedistilleerde kwaliteiten inzetbaar, deze bevatten geen vaste stoffen meer. Hoewel het natuurlijk geen kwaad kan een cosmetische reinigingsgraad van 99,7% en hoger in te zetten, is dit uit druktechnische overwegingen niet noodzakelijk. Een gedistilleerd alcohol met de technische zuiverheidgraad 96% bevat alleen meer water alsmede zeer geringe delen vluchtige substanties die hem voor cosmetisch gebruik niet geschikt maakt. Voor de offsetdruk wordt bij de alcohol sowieso water toegevoegd, zodat men zondermeer de voordeliger zuiverheidgraad kan inzetten. 3. Hoe bepaalt men de daadwerkelijke alcoholwaarde van het vochtwater Om de daadwerkelijke volumeconcentratie van alcohol in het vochtwater te kunnen bepalen, zijn de volgende waarden vereist: - D z, de dichtheid van de toevoeging in g/ml. Deze waarde verneemt men uit tabel 2 of vraagt deze op bij de leverancier. In geval van nood tapt men nauwkeurig 1 liter van de toevoeging af, het gewicht (in kilogram) geeft dan de dichtwaarde. - C z, de volumeconcentratie van de toevoeging. Deze is bij de productie van vochtwater reeds bekend. - A s, de van de alcoholspindel afgelezen alcoholconcentratie. De alcoholconcentratie A s wordt als volgt gemeten (2): Een schone meetcilinder met een diameter D ¹ die minstens tweemaal zo groot is als de spindeldiameter D (zie afb. 2), wordt met een vochtmiddelproef gevuld. De meetcilinder zou sluiervrij doorzichtig moeten zijn, zodat de schaalverdeling van de spindel duidelijk leesbaar is. De spindel wordt alleen aan de bovenzijde vastgepakt en wordt langzaam ondergedompeld. Er mogen geen luchtbelletjes aan het dompellichaam blijven zitten en ook geen druppels aan het spindeldeel. Op het moment van aflezing dient de temperatuur van de vloeistof 20 C te zijn. Bij een afwijking van 4 C moet er een meetfout van 1% op de koop toe genomen worden. De aflezing van schaalverdeling moet precies op hoogte van de vlakke ongestoorde vloeistofspiegel plaatsvinden en niet aan de randen van de opstaande vloeistof. Een voorbeeld laat zien hoe tabel 1 te gebruiken is: In een vochtmiddel, dat C z = 3% een toevoeging met een van dichtheid D z = 1,15 g/ml bevat, wordt bij 20 C een alcoholwaarde van 11,5% gespindelt. In tabel 1 wordt dan de regel 1,15-3 opgezocht en daar vastgesteld, dat de afgelezen waarde 11,5 precies tussen de opgevoerde waarde 10,7 en 12,3 valt, die tot de daadwerkelijke concentratie 16% en 18% behoren. De daadwerkelijke concentratie is dus 17%. 3
Tabel 1 is volgens de formule A s = 0,955. A w (0,304. A w + 5,025). (D z 0,996). C z berekend. Daarbij betekent A w de daadwerkelijke alcoholconcentratie, D z de dichtheid van de toevoeging en C z de concentratie van deze toevoeging. De formule laat zich gemakkelijk op een computer programmeren (ook op een rekenmachine), ze levert op 0,5% precieze resultaten bij 20 C meettemperatuur. Omgekeerd kan men met behulp van tabel 1 ook vaststellen op welke spindelwaarde de toevoeging van alcohol afgesteld moet worden, zodat het gewenste daadwerkelijke alcoholpercentage ingesteld wordt. Zou het vochtmiddel bijvoorbeeld 8% alcohol bevatten en wordt met 2% van een toevoeging met een dichtheid van 1,10 g/ml gewerkt, dan vindt men de te spindelen waarde 6,1% in de kolom 8% daadwerkelijke alcoholconcentratie ter hoogte van 1,10-2 van tabel 1. 4. Hoe maakt men een vochtwater met bepaalde alcoholwaarde aan? Veronderstel, er moet 100 liter van een vochtmiddel met 10% alcohol en 2% van een andere toevoeging aangemaakt worden. Er staat 2-Propanol met 91% zuiverheid ter beschikking. De handelswijze: men neemt 11 liter alcohol (overeenkomend met 10 liter pure alcohol) en 2 liter van een andere toevoeging in het vochtmiddelreservoir en vult deze bij met water tot de 100 liter markering. Let u er wel op dat hiervoor iets meer als 87 liter water vereist is, omdat bij menging een volumeverlies optreedt. Ook belangrijk is de omrekening van de pure alcoholhoeveelheid in de overeengekomen alcoholhoeveelheid van de gebruikte zuiverheidgraad. Onjuiste resultaten zijn er natuurlijk ook, als op gewichtsbasis gemengd wordt. In ieder geval is het zinvol het alcoholgehalte van het vochtwater periodiek na te kijken, omdat door verdamping of haperende doseringsapparatuur afwijkingen kunnen ontstaan. 5. Handelwijze bij het gebruik van tabel 1. Om de invloed van vochtmiddeltoevoeging op de alcoholbepaling kwantitatief te begrijpen, werd als eerste de dichtheid van de toevoeging bepaalt. De volgende stap was de vervaardiging van verschillende mengingen uit toevoegingen en water en de bepaling van de dichtheid van deze mengingen door middel van meting met een dichtheidsspindel bij een constante temperatuur. De volgende stap was dan de aanmaak van vochtmiddel met 2-Propanol toevoeging, respectievelijk Ethanol en de meting van deze mengingen met dichtheidsspindels en alcoholmeters door te voeren. Hierbij werd aangetoond, dat het alcoholaandeel steeds lager lag ten opzichte van de daadwerkelijke dosering. De afwijking was daarbij afhankelijk van de dichtheid van vochtwatertoevoegingsmiddel en zijn concentratie. Als verdere bron van fouten werd vastgesteld, dat op de markt alleen op Ethanol geijkte Aräometer verkrijgbaar zijn. Deze gewone alcohol is maar iets zwaarder dan 2-Propanol. Gebaseerd op de metingen werd de correctieformule en de tabel 1 aangepast. 4
6. Literatuur (1) Wordel, H.L Dolezalek, F.: De werking van vochtmiddeltoevoeging (2) Norm DIN 12803, deel 1 en deel 2, februari 1981. Alcoholmetrie, alcoholmeter voor de volumeconcentratie. Beuth-Verlag, Berlijn (3) Storfer, S.J.: Isopropyl alcohol. Exxon Chemical Company Linden, N.J. 07036 (4) Lax, E. (Hrsg.): Pocketboek voor chemicus en fysicus Springer, Berlijn 1967 (4) Neumüller, O.A.: Römpps Chemie Lexikon Francksche uitgeversboekhandel Stuttgart, 1975 Deze technische informatie geeft de huidige stand van onze kennis weer. Zij geeft kennis en adviseert. Enige verantwoordelijkheid m.b.t. te juistheid kan daaruit niet afgeleid worden. Veranderingen, die tot vooruitgang leiden, blijven voorbehouden. hubergroup Benelux bv. Bolderweg 33. Postbus 30140. 1303 AC Almere. E-mail: nl.info@hubergroup.com. www.hubergroup.nl Tel. +31(0) 36 529 01 17 / +32(0) 9 230 67 19. Fax +31(0) 36 532 64 54 / +32(0) 9 231 75 57 5