绿色化工技术在激光全息防伪包装材料生产中的应用

郑成赋

(湖北华工图像技术开发有限公司，湖北 荆门 448000)

激光全息防伪包装材料以其强大的防伪力度、特殊的视觉效果以及易于与商品包装印刷相结合而广泛应用于烟酒、医药、日化产品以及国家证照等方面的防伪包装[1]。近年来，随着人们环保意识的提高，人们对生态环境提出了更高的要求，激光全息防伪包装材料生产过程中存在的污染现象与绿色环境的矛盾越来越突出。如何在激光全息防伪包装材料生产过程中应用绿色化工技术，实现节能减排，是急需解决的问题。

1 激光全息防伪包装材料的生产过程

激光全息防伪包装材料的生产，首先在PET基膜上涂布高分子涂层，然后在模压机上，把镍版上的激光全息防伪信息压印到高分子涂层上，再真空镀铝或者介质材料，完成激光全息防伪膜的制作。通过复合机将防伪膜与纸张复合在一起，再经过复卷剥离或者横切等工艺，就完成了激光全息防伪包装材料的制作[2]。在涂布过程中，传统工艺使用的涂层通常为溶剂型高分子涂层，涂布烘干过程会有有机溶剂排放。涂布烘干过程也需要消耗大量的热能。清洗料槽也需要使用大量的溶剂。在复合工艺中，复合过程使用的胶水及背涂都属于化工材料，而且都需要高温烘烤。因此，通过绿色化工技术，实现激光全息防伪包装材料生产过程中的节能减排，势在必行[3]。

2 绿色化工技术的应用

2.1 优化工艺技术，合理选用原材料

激光全息防伪包装材料的生产过程需要大量使用化工原材料，如涂布工艺需要使用热塑性高分子涂层，复合工艺要使用胶粘剂、背涂液和清漆等。传统工艺都是使用溶剂型化工材料。选用水性化工原材料，无疑会降低排放。但水性材料往往面临涂布困难以及材料性能下降等问题。水性材料涂布困难主要是流平性不好。这是因为水性材料表面张力过大，在PET基膜上有收缩成团的趋势。通过表面活性剂技术的运用，可以较好解决这一问题。对于材料性能下降问题，则可以通过高分子共混技术以及工艺参数的调整，可是使材料性能满足要求。通过这些工艺技术的优化，可以最大限度使用水性化工原材料，减少有机溶剂排放。

2.2 有机废气处理及废弃溶剂回收

激光全息防伪包装材料的制作，百分之八十以上可以使用水性化工原材料，但尚有部分材料的制作需要用到溶剂型化工原材料，如复合型包装材料，由于对复合牢度以及耐潮湿性能有较高的要求，水性材料容易受到环境水气的影响，出现牢度降低的现象，因而水性材料并不适于用来生产复合型包装材料，而需要选用溶剂型化工原材料。对于这类溶剂型化工原材料，则需要对排放的有机溶剂进行处理，并对残余的有机溶剂废料进行回收。

2.2.1 有机废气处理

蓄热式热氧化焚烧炉(Regenerative Thermal Oxidizers，简称RTO)，是一种高效有机废气治理设备。与传统的催化燃烧、直燃式热氧化炉(TO)相比，具有热效率高(≥95%)、运行成本低、能处理大风量中低浓度废气等特点，浓度稍高时，还可进行二次余热回收，大大降低生产运营成本。其原理是在高温下将废气中的有机物(VOCs)氧化成对应的二氧化碳和水，从而净化废气，并回收废气分解时所释放出来的热量，三室RTO废气分解效率达到99%以上，热回收效率达到95%以上。

UV光催化氧化处理也是有机废气的一种处理方式。利用高能UV光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。UV+O2→O-+O＊(活性氧)，O＊+O2→O3(臭氧),臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对有机废气及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。有机废气利用排风设备输入到净化设备后，净化设备运用高能UV光束及臭氧对废气进行协同分解氧化反应，使有机废气降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出室外。处理过程中通常要使用到二氧化钛作为催化剂。二氧化钛属于非溶出型材料，在彻底分解有机污染物的同时，自身不分解、不溶出，光催化作用持久。与RTO处理方式相比，UV光催化氧化处理投入成本较低，适用于要求较低的排放标准。

2.2.2 有机溶剂回收

有机溶剂的回收利用的是精馏原理。在处理设备中加入需回收处理的溶剂，加热棒加热回收桶夹层内的热媒油，热媒油传热到回收桶内的废溶剂，使溶剂升温，有机溶剂受热后由液态转化为气态，气态溶剂经过冷却系统液化流出，分离出来的清洁溶剂流入回收器皿；并将桶内的残渣清理干净。通过蒸馏和冷却，废弃的有机溶剂被回收使用，实现了资源回收再利用的目的。采用此原理进行溶剂回收的设备适用范围广泛，翅片油、挥发油、管弯油、丙酮、丁酮、环已酮、甲醇、酒精、异丙醇、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、异丁酯、二氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯、香蕉水、松香水、天那水、去渍油、稀释剂等有机溶剂等都可以回收，但对于含有强酸或者强碱性溶剂以及对不锈钢有腐蚀性的溶剂不宜使用。

2.3 生产设备节能改造

激光全息防伪包装材料的生产过程中需要高温烘烤，因而使用的都是大功率设备，如涂布机，启动电流达到500A，稳定工作电流也需要300A。复合机，启动电流达到400A，稳定工作电流需要300A。对于这些高功率设备，必须进行改造，使热量重复利用，才能达到节能的目的。涂布机烘箱节能采用的是内循环方式。一般情况下，烘箱的第1-2节排风气体浓度较高，第3节之后浓度就慢慢降低，就可把排出的热风回收利用，如把第6节烘箱(末节)的排风送给第5节的进风，第5节烘箱的排风送给第4节的进风，以此类推。而第1-2节烘箱的排风直接排出给RTO。采取热风循环利用的方式，可以达到节能的效果。测试结果表明，使用工作电流在280A-320A的设备，采用循环风结构后可以让工作电流控制在200-240A，可以大幅减少用电量，节省生产成本。

复合机的节能改造通常采用板式热交换器。板式热交换芯体为空气与空气通过导热平板进行能量交换的热交换器，利用排风的能量预处理新风，从而达到能量回收的目的。新风和排风由导热平板完全分开，避免交叉污染，确保新风的洁净。根据空气流道不同可分为叉流型、逆流型和交叉逆流型，根据导热隔板的材料可分为显热交换型和全热交换型。板式热交换芯体结构紧凑，无运动部件，可靠性强，使用寿命长。通过板式热交换器的使用，每节烘箱每小时可节省电量约15度，按整机4节烘箱计算，则每小时节省电量达到60度，能耗降低约35%，大大降低了复合机的能耗。

2.4 采用变频电机

激光防伪全息包装材料的生产设备需要大量使用电动机，而普通电机在运行期间，其运行频率是固定不变的，这会导致实际生产作业期间浪费大量的能量。通过变频电机的应用，可在生产时，根据具体需求，对电量供应及时调整，从而达到节能的目的[4]。

2.5 废弃物再利用

激光全息防伪包装材料生产中最主要的废弃物是PET基膜和纸张。PET基膜作为高分子涂层的载体，在高分子涂层复合转移到纸张上以后，将会把PET基膜剥离下来。剥离后的基膜上会有少量高分子涂层残留，从而影响基膜的重复使用。通过温和溶剂清洗技术，可以有效去除基膜表面残留涂层。重复采用温和溶剂处理技术处理后的基膜可利用3到5次，随后会有一定程度的扭曲变形，生产上不能再重复利用，则可以外售，由专业公司重新处理应用。对于废弃纸张，也是直接外售，被用于二次造纸。

2.6 废水处理

激光全息防伪包装材料生产过程中的废水来自于料槽清洗，废水主要污染成分为丙烯酸酯乳液、聚氨酯、苯丙乳液、丁苯胶乳等水溶性有机高分子。废水需要经过处理后才能排放或利用。通常采用的方法是，先通过絮凝剂技术将水溶性有机高分子沉积下来，通过压滤系统，絮凝剂和有机高分子的混合物作为固体废弃物与水分离。固体废弃物经测试无毒，交由有资质的专业公司填埋处理。分离出来的水在中间池予以收集，然后进入生化池进行进一步处理。水在生化池中经过厌氧、缺氧和好氧等处理后，水质可达到国家一类排放标准。事实上，处理后的水可重复用来清洗料槽。

3 结束语

绿色化工技术在激光全息防伪包装材料生产中的应用可以降低企业运营成本，减少排放、降低能耗，有利于改善生态环境，从而促进整个行业的可持续健康发展。