环保重压下软包装行业的技术发展趋势

2015-12-24陈志雄

印刷技术·包装装潢 2015年10期

陈志雄

在当今环保呼声日益高涨的形势下，“环保重压”是推动我国软包装行业发展的一个重要契机。这是我国软包装行业提升的一次机会，也是我国软包装行业发展的必由之路，功在当代，利在千秋，我们成功迈出这一步，将会使我国软包装生产的工艺技术逐步向其他先进国家看齐。采用积极的态度来迎接这个挑战，才是我国软包装行业同仁应尽的责任！

环保是软包装发展的永恒主题，无论是软包装设计（包括图案设计和结构设计），还是生产工艺、生产设备、原材料的选择，抑或是厂房的设计，都应满足环保要求。例如，过多颜色的图案设计或过度包装设计；产生过量且浓度特别低的VOCs的落后设备；不合理的厂房设计带来不稳定的生产环境，导致大量质量事故的产生等，这些都违背了环保的原则，需要我们正视和改正。那么，环保重压下，软包装行业的技术发展趋势如何？软包装企业应该如何应对呢？

源头控制

VOCs源头控制是实现软包装环保生产的一个重要关键，参考国外同行的成功经验，凹印使用单一溶剂或单一种类溶剂的油墨，笔者认为这是我国软包装行业发展的必然趋势。与此同时，一些特殊应用所使用的UV油墨和EB油墨，也是实现VOCs源头控制的一个思路。当然，如果用于薄膜凹版里印复合软包装的水性油墨研发成功，并能满足应用要求，这将是对VOCs治理的一大贡献。这里，笔者特别强调“薄膜凹版里印”和“复合”这两个关键词。

近年来，在凹印水性油墨的研发过程中，我们大多只是聚焦在油墨的色彩表现或印刷过程中出现的质量问题（如容易产生拉丝现象等）上，部分油墨生产商也关注到水性油墨在薄膜基材上的附着力。其实除了上述研发过程中需要关注的问题外，我们更需要从“复合软包装”的整个生产过程和整体结构需要面对的问题来考虑水性油墨的研发。例如：

（1）水性油墨的干燥，需要使用比溶剂型油墨更高的干燥温度。这就需要更多的能源消耗，需要设备烘箱具备更好的防锈能力。而且，更高的干燥温度会导致薄膜基材更容易产生热延伸现象，这对于当今潮流发展的电子轴凹印设备所使用的套色原理是一个大忌。

（2）如果出现水分不完全干燥的现象，残留水分会影响干式复合双组分胶黏剂交联反应的完整性，使胶黏剂无法正常发挥其应有的耐热和耐水性能，比如在热封过程中无法维系应有的复合强度，从而影响整体结构的复合性能；再比如复合结构中的阻隔性材料（如铝箔）有可能由于复合强度减弱或完全剥离而与结构中其他材料分离，单独承受外界应力的冲击，从而在热封过程中受到破坏，造成阻隔功能失效。在软包装材料的使用过程中，所有的复合软包装产品都需要进行热封，热封温度可能高达180℃甚至200℃以上，而且热量是由包装设备的热封刀首先从承印材料开始传导到封口层材料，印刷油墨的耐热性能首先受到挑战。此外，水性油墨在薄膜基材上的附着力，也直接影响整个产品结构的剥离强度。

（3）水性油墨是否使用100%的水作为溶剂？或是需要添加一定百分比的醇类溶剂？如果是后者，排放的VOCs浓度将会非常低，对于当今在中国，醇类的排放是否像美国那样视为允许排放的类别的问题还没有清晰的情况下，对VOCs的处理效率和难度，这又是一个新的挑战。

生产设备的发展趋势

1.凹印设备正向高速、高效、智能化和人性化方向发展

为了更好地使用单一溶剂或单一种类溶剂油墨，凹印设备的工作速度必须要快，以适应单一溶剂或单一种类溶剂油墨较快的干燥速度，避免出现浅网转移掉点的问题。另外，还有以下一系列问题需要解决。

（1）高速凹印设备的烘箱效率必须要优化，废气排放总量要少，废气浓度要高，需要保证干燥效果和溶剂残留值达标。为此，烘箱和热交换系统的设计必须要优化，要有突破；热风在系统中实现合理循环，提高热能利用，减少废气排放总量及增加废气浓度，同时改进VOCs治理效率，减少能源消耗。

（2）高速运行的凹印设备，带来了套印精度的挑战。真正的电子轴凹印设备将是应对挑战的最佳选择。

（3）高速运行的凹印设备，其设备运行的辅助手段，如装卸卷的机械化手段必须要跟上，把操作工人从高强度的重复劳动中解放出来，聚焦在印刷质量的监控等主要工作中去。

（4）工艺参数设定的智能化，提升生产效率和质量保证。

2.随着环保趋势的加强，柔印将在中国得到发展

更少的油墨使用量、更少的VOCs排放、设备的智能化设计，使柔印产品的质量和成品率惊人地提高。随着柔印技术的不断成熟，其在我国复合软包装市场具有潜在的生命力，市场发展前景不可估量。

反观我国软包装产品的生产，凹印占领了超过95%的市场份额，主要是因为凹印产品印刷图案精美，能满足亚洲特别是中国市场消费者的特殊心理要求，很大部分的消费者错误地认为印刷精美的包装意味着内容物的高质量。另外，凹版制版的普及（技术、质量、价格、交货期）、凹印设备的普及（技术、价格、国产电子轴设备的出现）和凹印操作人员的普及，更是起到了推波助澜的作用。

过去的柔印设备过分依赖操作人员的经验和技巧，而且受过去柔性版制版技术的制约，柔印的表现能力不能满足我国软包装最终用户的审美要求。另外，柔印水性油墨不能满足复合软包装薄膜基材里印对油墨附着力的要求，且自身光泽度不足，而柔性版薄膜里印溶剂型油墨在中国的供应渠道很窄，使柔印的应用更多地只停留在PE薄膜、墙纸、纸张及纸箱印刷等领域。其实，我们所期待的柔印未来的潜在市场，不应只是在这些领域，而是应在食品、药品、日用品等复合软包装领域发挥更大的作用。随着柔印技术的发展，上述问题已经逐步得到解决。

色彩还原是柔印的关键，国外先进的卫星式柔印设备都具有智能化设计，能够通过自动计算或使用多种手段，来实现版辊对中央冷却辊的压力控制，从而保证印刷色彩的还原效果。这方面的设计大致可以归纳为两大类：一类是动态自动调整功能；另一类是静态自动调整功能。两种设计在产生废品量方面存在较大差别。endprint

为了确保柔印色彩还原的准确性，不单单版辊对中央冷却辊的压力需要得到准确的计算和执行，整台设备的制造和装配，尤其是中央冷却辊的制造和装配精度，以及中央冷却辊表面和侧面的实际温度、墙板因温度变化而产生的变形、中央冷却辊不同心度的跳动量都需要实现精确和有效的控制。

再加上版辊零力矩到位技术、版辊定期自动调整复位技术、高效的烘干系统（包括单元烘干和主烘箱）、套筒式版辊和网纹辊的应用……这一系列新技术让柔印的质量和效果追上了凹印。

当然，柔性版制版技术的提升，比如更环保的无溶剂制版（如水洗制版、热敏制版及激光直接雕刻制版等），能够实现连续图案印刷的无缝套筒，能高效地满足精细网点印刷的表现力和实地印刷的油墨转移和色彩饱和度、光滑表面或磨砂表面的平顶网点技术（如杜邦TM赛丽？EASY平顶网点版材技术），高线数陶瓷网纹辊（六角形60度网穴）的应用等，都为高质量柔印带来了不可估量的贡献。

以上技术突破，摆脱了一直以来柔印质量依赖操作工人的技巧和经验的约束，为柔印技术在非传统使用国家的推广奠定了基础。但同时也带来了进口设备高昂的价格和关税问题，而国产设备的技术指标和性能，尤其是在设备的制造安装精度以及智能化功能方面还有很多差距，导致柔印应用准入门槛的提高。

3.传统干式复合设备需要改进

传统干式复合设备的设计在生产效率、VOCs排放等方面存在一些问题，需要进行革命，只有提高效能，改进产品质量，减少胶黏剂和溶剂的消耗，才能适应环保要求。

（1）多辊转移的涂布方式

该涂布方式突破了传统网纹辊涂布量的限制，能够使用更高黏度的胶黏剂，减少溶剂消耗，实现更均匀的涂布效果，有效改善涂布基材进入烘箱前经常发生的胶黏剂垂流现象，而且实现了在良好的导热材料铝箔上涂胶的可能性。不但减少了溶剂的挥发量，使得溶剂残留值更容易达标，而且使得在印刷膜上涂胶容易导致酯溶性油墨发生再溶解的隐患得到了有效控制。

（2）烘箱的革命

传统的烘箱设计（包括印刷设备和干式复合设备，以及一些涂布设备）在热的传导途径、热的作用时间，以及如何有效建立涂布基材和烘箱之间的溶剂浓度差等方面都需要改善。新的烘箱设计，要使热风不仅作用在涂层表面，还要直接作用在涂布基材表面，让溶剂挥发得更彻底；要使热风出风嘴产生合理的涡流，延长热风在涂层表面的作用时间，带走更多溶剂；提高热风风速，更加有效地营造涂布基材和烘箱之间溶剂浓度差的环境，更加有利于溶剂挥发。这些都是高效烘箱的设计特点。如果这些特点都能得到最好的利用，那么温度这个要素就有调低的可能性了，这就可以在一定程度上避免薄膜基材产生热延伸。

4.不能忽略分切机的重要作用

对于很多软包装企业而言，在软包装生产过程中往往会忽略分切这个工序的重要作用。

分切就好比我们完成软包装生产的“临门一脚”。如果分切工序处理不好，就会导致大量废品的产生，让我们前功尽弃，同时也违背了环保的原则。一台好的分切机，不单单精度要好、速度要高、收卷要整齐，更重要的是，不论需要分切的复合材料的摩擦系数如何、厚度和挺度如何、厚薄均匀度如何、分切宽度如何、是否容易拉伸等，它都应有对应的手段和方案来解决。

末端治理

国家环保政策的实施，已经到了非常坚决的地步，这对行业无疑是一个不小的压力，VOCs治理已成为软包装生产必不可缺少的一个流程，与其无奈地接受这个需要增加投资的工艺环节，不如改变思维方式，积极面对。

（1）用循环经济的观点来看待这个问题，突破技术难关，实现溶剂回收再利用，解决生产成本的问题。

（2）用总成本的概念去看待VOCs治理设备的投资。

作为一个对于我国软包装行业而言全新的工艺流程，各种VOCs末端治理工艺，包括回收（吸收或吸附）、燃烧（直接燃烧或催化燃烧）或蓄热式热氧化（RTO，Regenerative Thermal Oxidizer），都在慢慢成熟之中。但笔者需要提醒大家的是，各种VOCs治理工艺，无论是RTO，还是水蒸气或惰性气体解吸附方案，都存在一定的安全风险，如易爆、易燃、静电的产生等，都需要我们有妥善的防护措施，所以在VOCs治理设备的设计、采用的安全标准等级及配件的选用上，一定要慎之又慎！

厂房设计

在厂房设计方面，为配合环保需要，发挥设备优势，满足客户对生产环境的要求，厂房设计应满足下列要求：

（1）要按合理工艺流程设计厂房布局，实现最短和最合理的物流和人流路线。

（2）要使整个生产流程在一个封闭受控的稳定环境中完成，这个封闭受控的稳定环境包括温湿度可控，车间保持正压，减少影响软包装产品质量的一系列变量，满足GMP厂房洁净的要求。

（3）厂房和设备的布局要考虑到进排风和VOCs治理设备的合理位置，保证进排风实现最小风阻、烘箱内保持负压，保证VOCs治理设备有合理、足够的安放位置。

（4）要考虑到配合未来企业管理体系（如ERP管理系统）在生产现场的应用。

（5）要满足建筑和消防条例要求。

国外同行的一些做法

在VOCs治理方面，和大家分享一下国外同行的一些做法：

（1）国外同行大量使用柔印来生产复合软包装（里印/复合），在欧洲，60%的软包装生产采用柔印；而在美洲，这一数字达到了80%。

（2）国外软包装企业在使用溶剂的软包装生产设备上均安装有LEL（最低爆炸浓度）检测装置，排出的废气都可以安全地达到最佳和安全的浓缩状态，有利于VOCs的高效回收处理。

（3）凹印多使用单一溶剂或单一种类溶剂油墨，为VOCs的末端治理、溶剂循环使用创造了有利条件。其中不乏在使用单一溶剂的工艺下，非常成功地实现溶剂回收再利用，实现循环经济，降低生产成本的软包装企业。