Жесткость воды (dH), используемой для приготовления увлажняющего раствора

Наличие примесей и соответственно качество воды, использующейся типографиями, зависит от разных факторов типа почв в данном регионе, природно-климатических условий местности и т.д.

Природная вода содержит не только молекулы Н2О, но и другие компоненты:

- кальций, магний, натрий;

- бактерии, водоросли;

- железо;

- гидрокарбонаты;

- хлориды, сульфиты, нитраты;

- водород, кислород, двуокись углерода;

- взвешенные вещества.

Поэтому, наряду с величиной рН увлажняющего раствора следует обращать внимание и на общую жесткость воды (dH — показатель жесткости, называемый градусом жесткости), используемой для приготовления увлажняющего раствора. Величины эти тесно связаны между собой (таблица 1).

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния. Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Различают временную жёсткость (карбонатную), образованную гидрокарбанатами и постоянную жёсткость (некарбонатную), вызванную присутствием других солей. Временная жёсткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния (Са(НСО₃)₂; Mg(НСО₃)₂). Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в воде сульфатов, хлоридов Са и Mg (CaSO₄,CaCl₂,MgSO₄,MgCl₂).

Этот параметр указывается в немецких градусах жесткости (в России - в мг-экв/л; 1мг-экв/л = 2,8° dH).

Таблица 1 Влияние примесей на качество воды

Существует несколько степеней жесткости воды (по dH) (таблица 2):

Таблица 2 Физико-химические свойства воды

Жесткая вода вызывает образование солевых отложений на красочных валиках, резинотканевом полотне, печатной форме, а также на увлажняющих валиках и в системе циркуляции увлажняющего раствора.

Большую часть жесткости образует гидрокарбонат кальция. Это вещество может различным образом отрицательно влиять на печатный процесс. Оно легко превращается в нерастворимую известь. Поскольку в процессе офсетной печати часть увлажняющего раствора с печатной формы попадает в красочный аппарат и там частично испаряется, известь может осаждаться в мелких порах резиновых валиков красочного аппарата. При спиртовом увлажняющем аппарате испарение происходит интенсивнее, и этот процесс протекает быстрее. Ввиду того, что карбонат кальция гидрофилен, поверхность валиков теряет свои олеофильные свойства. Вода удерживается на валике и препятствует тому, чтобы валик мог передать достаточное количество краски. Расщепление краски прерывается, она не достаточно прочно держится на валиках. Кальций реагирует с жирными кислотами краски. При этом образуется известковое мыло, которое способствует механическому истиранию поверхности валиков, что приводит к ухудшению передачи цвета и преждевременному износу валиков.

При повышенном содержании гидрокарбоната в воде увеличивается рН. Для поддержания значения рН в рекомендуемом для офсетной технологии печати диапазоне (от 4,8 до 5,5) используются буферные добавки к увлажняющему раствору. Для разных уровней жесткости водопроводной воды предлагаются специальные добавки к растворам с разной буферной мощностью и получаемыми значениями рН.

Отметим, что жесткость не понижается добавками: они лишь устраняют отрицательные воздействия жесткой воды на процесс печати. В таких концентратах содержатся специальные компоненты - комплексообразователи, которые, преобразуя соли кальция в хорошо растворимые соединения, компенсируют высокую жесткость воды и не дают солям кальция кристаллизоваться. В состав концентратов для увлажнения также входят ингибиторы коррозии - вещества, защищающие металлические части печатной машины от разрушающего воздействия воды.

Оптимальным диапазоном жесткости воды (Рисунок 16.) применяемой для изготовления увлажняющего раствора принято считать диапазон от 5 до 12° dH.

Рисунок 16 - Благоприятная величина dH для офсетной печати

При dH не соответствующем указанным параметрам, в процессе печати тиража могут возникнуть следующие проблемы:

· при показателе жесткости меньше 5° dH мягкая вода усиливает способность краски к эмульгированию, она быстрее, чем жесткая, окисляет печатные формы и вызывает коррозию механических частей печатной машины;

· при показателе жесткости более 12° dH на валиках, офсетном полотне, печатной форме образуется нерастворимый известковый осадок, что приводит к нарушению печатного процесса. Кроме того, соли кальция и магния взаимодействуют с жирными кислотами, содержащимися в печатных красках (происходит «омыление») и жирный слой оседает на офсетной форме, накатных и увлажняющих валиках, вызывая тенение в процессе печати тиража.

Существует множество способов определения жесткости воды: от сложных, требующих проведения специальных тестов, основанных на титровании, до самых простых – использования индикаторных бумажек или приборов для измерения жесткости воды.

Существует несколько методов подготовки воды (таблица 3):

Обратный осмос.

Таблица 3 Способы подготовки воды

Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей (Рисунок 17). Эффективность очистки может достигать 99,9 %. Этот метод нашёл наибольшее применение в бытовых системах подготовки питьевой воды. В качестве недостатка данного метода следует отметить необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану.

Рисунок 17 - Система обратного осмоса

Оптимальный результат печати достигается с водой общей жесткостью 7–10° dH, карбонатной 3–4° dH. Поэтому в обессоленную воду вводят специальные добавки (например, XtraMax Water Mineral F12), чтобы установить жесткость обессоленной воды на уровне 7–10°dH. XtraMax Water Mineral F12, используется в ситуациях, когда вода обработана обратным осмосом в связи с ее сильной жесткостью или неприемлемых отклонений качества, например, из-за сезонных факторов. Добавление XtraMax Water Mineral F12 к обработанной воде восстанавливает ее качество на оптимальный уровень печати. Добавление 0,5% XtraMax Water Mineral F12 делает жесткость воды 10 °dH. Твердость 8 – 12 °dH считается лучшей для офсетной печати. Данный реминерализатор совместим со всеми добавками для увлажняющих растворов.

Электродиализ.

Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

Термический способ.

Основан на нагреве воды, устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту. В промышленности применяется, например, на ТЭЦ.

Реагентное умягчение.

Метод основан на добавлении в воду соды или гашеной извести. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

Катионирование.

Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдавая ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом — до 0,01 мг-экв/л.

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na₃PO₄:

3Ca(HCO₃)₂ + 2Na₃PO₄ → Ca3(PO₄)₂↓+ 6NaHCO₃

3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ → Mg₃(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄

Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому достигается лучшее умягчение воды. В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду. Определенное умягчение воды происходит и в бытовых фильтрах для питьевой воды. Отфильтрованная вода дает меньше накипи. Полностью очистить воду можно методом перегонки(дистилляцией)

Важной характеристикой воды является карбонатная жесткость (сН) – уровень содержания гидрокарбонатов (НСО₃). При повышенном содержании гидрокарбонатов в воде (свыше 250 мг/л) показатель рН нестабилен.

Содержание в воде хлоридов, сульфатов и нитратов не должны выходить за рамки рекомендованных для них значений, так как они могут вызвать коррозию. Наличие даже незначительных примесей хлора также сказывается - оказывает негативное воздействие на офсетную резину и валики.

Наличие и концентрация всех перечисленных примесей, а соответственно и качество воды, используемой типографиями, зависит от разных факторов: типа почвы в регионе, где расположено предприятие, природно-климатических условий местности и даже времени года. Точное содержание солей в воде (ее жесткость) определяется с помощью специальных тестов титрованием.

При использовании очень жесткой воды рекомендуется проводить профилактическую очистку красочных и увлажняющих (особенно накатных) валиков, офсетного резинотканевого полотна средствами для снятия глазури.

В некоторых типографиях проблему решают, устанавливая фильтры для очистки и снижения жесткости водопроводной воды и дополнительные фильтры в системе циркуляции увлажняющего раствора, поступающего из ванн увлажнения в бак. Или используют специальные способы подготовки воды для увлажняющего раствора.

Жесткая вода вызывает образование солевых отложений на красочных валиках, резинотканевом полотне, печатной форме, а также на увлажняющих валиках и в системе циркуляции увлажняющего раствора.

Еще одним фактором, влияющим на систему увлажнения (засоряющим ее) являются микроорганизмы. Они попадают в машину из окружающей среды: воды, воздуха, бумаги, пыли. К микроорганизмам относятся: водоросли, грибки (дрожжевые, плесневые и др.) и бактерии. Увлажняющий раствор - подходящая для них среда обитания. Находя в нем пищу, микроорганизмы изменяют рН увлажнения и нарушают процесс печати. Быстрому росту микроорганизмов подвергается система увлажнения, если она не очищается и на стенках бака увлажнения и периферии накапливаются отложения бумажных волокон, краски, гуммирующих средств и т. д. Наличие микроорганизмов в воде определяется с помощью специальных тестов.

Бактерии и водоросли вызывают коррозию металла. Они потребляют и разлагают кислоту, и рН растет. Рост микроорганизмов нарушает циркуляцию увлажнения в системе, снижается производительность и качество печати, появляется неприятный запах, возникает риск заболевания рабочих.

В течение года состав воды меняется. Особенно весной и осенью, когда талые воды и дожди несут в водопроводную систему массу примесей. Сама талая вода намного мягче артезианской. Жесткость воды в зависимости от времени года может быть разной. Нужно отслеживать эти изменения, и, при необходимости, иметь в запасе концентраты увлажнения для воды разной жесткости.