印刷溶剂残留控制要点
湖南北罗霄 2024-01-30 13:06 发表于湖南
当下凹版印刷油墨的主流还是以溶剂型油墨为主。尽管国内水墨提倡了20余年，但用于塑料软包装复合膜的产品，尚未做到突破性的技术进展，即使今天在用的大部分水墨，还是以醇水为稀释剂，未能彻底有效解决VOCs的排放问题。且在未来双碳的要求下，水墨并未能够有效胜出溶剂型油墨，而UV油墨游离单体的问题又难以解决，因此未来软包装大概率还是溶剂墨占优的局面，行业面对溶残控制的道路还任重道远。
使用溶剂型油墨做印刷，必然要面对二个问题：
一是溶剂排放的问题，这牵涉到环保及国家的双碳政策；
二是溶剂残留的问题，这个牵涉到食品卫生安全问题。
这二个问题都属于凹版塑料印刷绕不过去的坎，且相互间又存在一定的勾连。
溶剂排放与溶剂残留的问题又是怎么勾连的呢？！
有溶剂排放就需要治理，在VOCs治理的时候，无论是溶剂回收还是RTO燃烧治理，为了高效治理，都必须将印刷排风的溶剂浓度提高到2~3g/m3以上，否则将带来巨大的成本压力。
现在治理VOCs主流模式是在印刷机上进行减风增浓，目的就是减少风量，增加排风里面的溶剂量，让印刷干燥热风不断循环使用，减少了排放、增加了热能的利用效率，但同时带来了溶残的风险。
我们先看一下行业的相关国标要求：
1、《印刷工业挥发性有机物排放标准》（GB 37822—2019）就对印刷企业的VOCs排放进行了规定：“印刷工业企业废气中非甲烷总烃、苯、甲苯与二甲苯合计排放浓度分别不高于40mg/m3、0.5mg/m3、8mg/m3；同时要求车间或生产设施排气中非甲烷总烃初始排放速率大于2kg/h时，配置的VOCs处理设施处理效率应不低于80%。”
2、对于溶剂残留，国标GB/T10004-2008中规定溶剂残留总量≤5.0mg/m2、苯类溶剂不检出（即<0.01mg/m2）。
以上二条标准，对我们软包装的溶残提出了明确的要求和标准，在治理VOCs的同时，可印刷干燥风内的VOCs浓度成倍乃至十数倍增加，再去兼顾溶残管理，对于生产企业来说，各方面的要求不可谓不高。
溶剂残留产生源头为印刷和复合工序，也就是印刷溶剂残留和复合溶剂的残留，为了确保总体溶残不超标，实际操作印刷的溶剂残留应控制在2mg/m2以内为宜。在印刷的溶残产生各个因素中，印前工艺、印刷油墨、溶剂配比、干燥条件、薄膜的溶剂释放性等，对于溶残的影响较大，逐个因素来分析：印前工艺路径的设计对于溶剂残留的控制来说是非常重要的环节，事前提前的控制，对于溶残最终的控制起到关键性的作用。
1、印前设计：尽量减少大面积的叠色印刷，大面积的多色叠印可以选择改用专色印刷，避免多色油墨的反复堆叠，易造成油墨不干形成溶残的超标；2、印前尽量避免金属油墨、珠光油墨、透明油墨、反应哑油等特殊油墨大面积印刷，与客户沟通在不可避免的时候，需要提前从印版→油墨→印刷工艺→复合的整体工艺路径进行规划，尽量采用预防溶残发生的方法和手段避免超标；3、不影响原稿复制的情况下，对印版雕刻的网线数、网孔雕深等重要的工艺参数进行科学设定，避免因印版过深产生过量的油墨堆叠，带来油墨难以干燥而形成溶残超标的风险。4、尽量选用高色浓度的油墨（高固低粘），减少油墨、溶剂的总体使用量，降低溶残风险。5、提前依据印刷设备及干燥能力的实际情况，设定最优的工艺路径，综合考虑油墨、溶剂、印刷速度、干燥能力、薄膜材料等溶残的风险评估与控制。6、做好事前管控，对自我的生产加工能力（人员、场地、设备状态、物料等）进行提前研判与准备，避免印刷过程中的溶残超标。凹版油墨属于挥发干燥型油墨，由颜料、树脂（连接料）、溶剂、填充料和助剂等几大部分组成，通常凹版油墨树脂10%~30%，颜料5%~20%，溶剂50%~75%，剩下的为填充料和助剂。到实际印刷中再加上溶剂的开稀调粘，溶剂的比例会更多，这么多的溶剂都需要彻底挥发才能保障溶残达标。而油墨本身就是一个混合体，各组分对溶剂的挥发都有可能产生影响的，包括油墨的粘度。1、颜料：颜料的颗粒越细，意味着同等比例颜料的表面积越大，溶剂的挥发速度就越慢。凹印油墨的颜料主要分为有机颜料、无机颜料、染料这三大类，颜料的颗粒粒径大小一般为：无机颜料>有机颜料>染料。油墨生产的时候，随着颜料、填充料等材料的加入，溶剂的挥发速度就会大为降低。在同一种油墨体系中,各色油墨的溶剂释放性也有所差别,其中品红墨、黑墨溶剂的释放性相对较差,主要是由于品红墨、黑墨的颜料粒子很小,吸附能力很强。对于颜料的选择，研磨后墨粒的粒径大小，对溶剂的释放性就有所区别，提前的颜料选择与应用，在考虑到色彩还原的前提，对各方的因素需要进行综合评估的。2、树脂：树脂也称连接料，在油墨中起到分散的介质作用。它使颜料和填充料均匀地分散于其中，并在它们周围形成保护，不让其发生沉淀现象，让油墨有良好的印刷转移性能， 当油墨转移到承印物表面后，油墨迅速地粘结在承印物表面上，并形成牢固的墨膜。 树脂是影响油墨性能的第一要素，油墨的粘度、干燥性、光泽度、流动性、抗水性、转移性、成膜性、耐磨、耐刮、耐晒、耐酸、耐碱、耐溶剂性等各种特性，主要是由油墨中的树脂所决定的。从油墨生产角度来讲，树脂远比颜料重要。因同一种颜料，换了另一体系的树脂，它就变成了另一体系的油墨；而同一种树脂，就算换了不同的颜料，也只是色相上的变化，不会改变油墨的本质。所以在油墨生产制造中，树脂的选择是最重要的环节。凹印油墨的制造基本都以挥发干燥型树脂为主，树脂的选型需必须具备以下5个条件：①、树脂必须是高分子的有机化学物，树脂色泽要透明或淡色，不能对油墨的色相有所影响；④、要具有合适的粘度，印刷时能将溶剂迅速地释放出来；凹版油墨常用树脂有聚酰胺、硝化纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、氯化聚丙烯、聚氨酯等，不同的树脂对溶剂的释放性不同,有些树脂对溶剂的释放性差,但印刷适性好,价格又比较便宜,往往成为主流产品。但软包装企业在使用这种油墨印刷软包装产品时也容易引发溶剂残留超标问题。油墨中溶剂挥发情况较为复杂，当树脂溶解于溶剂中，两种物质分子则彼此紧密结合，此时，溶剂的挥发速度要比溶剂本身的挥发速度低，溶剂对树脂的溶解性越好，树脂与溶剂的亲和力越大释放性就越差，溶剂残留就越高。特别是醇类溶剂有较大的极性，与带极性的聚酰胺树脂吸引力较大，尤其是沸点较高的醇类，不容易挥发，使残存的墨膜中的溶剂量增加，污染包装物，所以选择油墨时，应尽量使用对溶剂释放性比较好的树脂的油墨。3、溶剂：溶剂是低粘度的液体，有调节粘度与干燥速度的能力，溶剂加到油墨中，可降低其粘度。同时溶剂还起到溶解树脂、分散色料、改善油墨流动性的作用。溶剂通常分为真溶剂和助溶剂。 油墨内能够溶解树脂等高分子物质的称为真溶剂；不能溶解树脂的溶剂称之为助溶剂。也有的两种溶剂对某种树脂单独使用都不是真溶剂，而混合在一起时却是该树脂的优良溶剂情况， 所以在油墨中常使用混合溶剂，就是这个道理。 凹印中常用到的溶剂无非是酯、苯、酮、醇、醚这五大类，其中按极性可分为分为极性溶剂与非极性溶剂；按活性来分可分为活性溶剂与惰性溶剂；按溶剂的沸点来分，可分为低沸点溶剂、中沸点溶剂、和高沸点溶剂。也有利用烷烃类溶剂不易燃的特性，冒充环保溶剂来使用的，这类溶剂比重大，综合使用成本并不低，以其来避开溶残监管并不划算，不建议行业使用。 塑料凹印油墨一般采用混合溶剂，混合溶剂的挥发速度不但与各个溶剂本身的沸点有关，而且溶剂分子之间相互影响，挥发速度并不是各混合溶剂挥发速度的平均值，在选择溶剂时必须同时考虑两个方面：既要满足印刷要求，又要保证溶剂残存量尽可能小。印刷过程中,油墨使用的溶剂基本都是混合溶剂,其整体的挥发速度对溶剂残留的影响很大,如果混合溶剂中含有较多的慢干溶剂就会导致严重的溶剂残留。因此,合理设计溶剂的混合配方是一个十分重要的技术问题。此外,溶剂的纯度将直接影响挥发速度,溶剂中水分的含量对溶剂的挥发率影响最大。油墨粘度变化对溶剂的释放性也产生影响，对溶剂残留也就有所影响。本栏目由北罗霄独家赞助！
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