基于綠色包裝的油墨包裝優(yōu)化設(shè)計(jì)

涂新發(fā)（安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院，合肥230601）

基于綠色包裝的油墨包裝優(yōu)化設(shè)計(jì)

涂新發(fā)
（安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院，合肥230601）

摘要：基于綠色包裝的思想，依據(jù)印刷油墨自身特性，從減少資源浪費(fèi)、提高包裝質(zhì)量、確保產(chǎn)品安全等方面進(jìn)行分析，提出在印刷油墨包裝中的設(shè)計(jì)步驟及設(shè)計(jì)方法，對油墨包裝容器金屬罐與外包裝瓦楞紙箱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)約資源，減少包裝成本，以此來降低油墨包裝物流成本，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)利益最大化的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：綠色包裝；油墨；金屬罐；瓦楞紙箱

D01：10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.04.011

1綠色包裝

綠色包裝是指能夠循環(huán)復(fù)用、再生利用或降解腐化，對人體及環(huán)境不造成危害的適度包裝。實(shí)施綠色包裝要盡量采用簡化的或者由可降解材料制成的包裝材料；盡量采用可重復(fù)使用的單元式包裝；積極開發(fā)新型包裝材料，提高材料的可降解度；節(jié)省包裝資源，降低包裝物成本，提高包裝業(yè)效率。

綠色包裝是一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的系統(tǒng)工程，涵蓋的環(huán)節(jié)主要有：國家級法令法規(guī)、綠色包裝設(shè)計(jì)、包裝材料的選擇與加工制造、綠色包裝廢棄物的回收處理、評估體系及標(biāo)準(zhǔn)等［1］。其中綠色包裝設(shè)計(jì)、包裝材料的選擇與加工制造尤為重要。

1.1綠色包裝設(shè)計(jì)

綠色包裝設(shè)計(jì)，也稱為生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)。其指導(dǎo)思想就是將保護(hù)生態(tài)環(huán)境作為設(shè)計(jì)的總目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)，在剛開始的設(shè)計(jì)階段就將生態(tài)環(huán)境因素和防止污染的措施納入到設(shè)計(jì)中［1］。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，綠色設(shè)計(jì)包括產(chǎn)品從概念形成到生產(chǎn)加工制造、流通使用乃至廢棄后的回收再利用的各個(gè)過程。

綠色包裝設(shè)計(jì)包括目標(biāo)、原則、方案，其中方案是主體，包括成本核算、原料選擇、生產(chǎn)加工方式、包裝廢棄物的回收處理方法等。綠色包裝設(shè)計(jì)要求每一個(gè)環(huán)節(jié)或過程都不能對人體和環(huán)境產(chǎn)生污染，同時(shí)要求加工產(chǎn)品輕量化。

1.2包裝材料的選擇、加工制造

包裝材料要求來源廣且加工方便，要無毒無害，成本低。制造加工過程中要能耗小，不能造成二次污染。選擇包裝材料還要根據(jù)不同的內(nèi)裝物選擇不同的包裝形式，如新鮮水果、蔬菜的保鮮，要求包裝材料具有良好的透氣性和透濕性［1］；如干燥的谷物食品則要求包裝材料具有良好的阻隔性，既能保質(zhì)，又能保味；又如冷凍的雞、魚、肉類要求包裝材料在低溫下具有較強(qiáng)的強(qiáng)度、韌性，不破裂；如油墨、油脂類化工品的包裝材料則要求有一定的剛性與強(qiáng)度，并具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，耐酸堿性［4］。

2油墨的綠色包裝設(shè)計(jì)

鑒于上述綠色包裝設(shè)計(jì)考慮，從油墨包裝的整個(gè)生命周期出發(fā)，采用并行工程技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮生命周期各個(gè)階段對環(huán)境的影響，特別是產(chǎn)品生命周期終止后，還必須考慮包裝廢棄物的回收、再生利用和再利用［2］。油墨綠色包裝設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。它主要包括包裝材料的選擇、綠色包裝產(chǎn)品的流通運(yùn)輸、包裝廢棄物回收處理幾個(gè)主要階段［3］。

2.1油墨的性質(zhì)介紹

油墨是由色料、聯(lián)結(jié)料、輔料等材料均勻分散混合而成的均勻漿狀膠黏體。其中，色料賦予印刷品豐富多彩的色調(diào)；聯(lián)結(jié)料作為色料的載體，也作為黏合劑使色料固著在承印物表面上；輔料賦予油墨適當(dāng)?shù)男再|(zhì)，使得油墨具有滿足各種印刷過程的印刷適性［2］。油墨具有一定的流動(dòng)性，并有一定的黏度，且具有滿足各種印刷過程所要求的適性，能夠在承印物上迅速干燥；此外，油墨還應(yīng)具有一定的耐酸堿性能、耐溶劑性能、耐光熱性能。鑒于油墨的特性，必須要求包裝材料結(jié)實(shí)，不滲漏，品種色別不混淆。包裝材料還要能防止紫外光的穿透，延長油墨的儲(chǔ)存期。

圖1　油墨綠色包裝設(shè)計(jì)流程圖

2.2油墨包裝材料的選擇

常用的商品包裝材料有：

1）紙。紙材料應(yīng)用廣泛，在整個(gè)包裝工業(yè)中占有重要的地位，約占整個(gè)包裝工業(yè)總產(chǎn)值的45%［5］。紙包裝材料分為包裝紙與紙板兩種。包裝紙屬于軟性薄片材料，無法形成固定形狀，一般可制作袋類，內(nèi)包裹物或緩沖及填充材料，還可與其他材料復(fù)合制成復(fù)合材料。紙板則為剛性材料，可形成各種形狀，制成各種包裝盒、包裝箱等強(qiáng)度較高的瓦楞紙板箱。

瓦楞紙箱具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、易加工成型、易折疊、便于儲(chǔ)存和搬運(yùn)、易回收和再生利用、印刷適性優(yōu)良、成本低等優(yōu)點(diǎn)，具備保護(hù)產(chǎn)品、方便儲(chǔ)運(yùn)和促進(jìn)銷售等包裝功能，在物品包裝中占有很大優(yōu)勢，是一種逐步代替木箱、塑料箱的運(yùn)輸包裝容器。但是，瓦楞紙箱在強(qiáng)度與防潮性能方面還有待進(jìn)一步提高［5］。

2）塑料。塑料是以合成或天然高分子化合物為基本成分，加入適當(dāng)輔助材料，在加工過程中可塑制成型，在常溫下其形狀能保持不變的可塑性材料。塑料是一種新興的包裝材料。由塑料制成的各類包裝膜、袋、桶、箱、瓶、罐及復(fù)合包裝材料等，被廣泛應(yīng)用于包裝領(lǐng)域。塑料包裝是現(xiàn)代商品包裝的重要標(biāo)志。但是，很多塑料不能回收再利用，極易造成“白色污染”。

3）金屬。金屬在包裝材料的發(fā)展僅次于紙張包裝和塑料包裝。其種類主要有鋼材（鍍錫薄鋼板或鍍鋅薄鋼板）、鋁材，成型材料是薄板和金屬箔。前者屬剛性材料，一般是直接制桶、制罐；后者為柔性材料，一般采取真空蒸鍍的方法在其他材料上鍍上一層金屬膜，以提高包裝的保護(hù)功能。

金屬材料延展性好，加工方便，成型效果好；強(qiáng)度高，對光、氣、水的阻隔性好，可長期有效的保護(hù)內(nèi)裝物。金屬表面光滑光亮，使其具有良好的裝潢性能，提高其美感和檔次；金屬易回收、再生利用或重復(fù)使用，無污染。

4）玻璃。從傳統(tǒng)的包裝發(fā)展到今天的現(xiàn)代包裝，玻璃包裝材料一直以其特殊的性能用于多種商品包裝中。玻璃透明度好，適宜各種造型，可精制為檔次很高的容器，可增加內(nèi)裝物的附加值，同時(shí)玻璃對內(nèi)裝物的保存性甚好，可有效地保護(hù)內(nèi)裝物品多年不變質(zhì)變味。但是，玻璃易碎，使用范圍具有很大的局限性。

從以上論述中，我們可以分析，油墨內(nèi)包裝容器材料最好選用金屬，外包裝材料選用瓦楞紙。

3油墨內(nèi)包裝金屬罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本著油墨的流體性質(zhì)及印刷企業(yè)使用方便考慮，應(yīng)采用罐型設(shè)計(jì)。目前許多金屬包裝容器，其規(guī)格尺寸、結(jié)構(gòu)形式都已標(biāo)準(zhǔn)化。金屬包裝容器的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化使容器的成型制造變得相對簡單和容易。因此，油墨金屬罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上只是根據(jù)相應(yīng)的要求選定罐型、材料、封口形式以及在罐外表面進(jìn)行裝潢設(shè)計(jì)。

3.1確定金屬罐的罐型、結(jié)構(gòu)

金屬罐罐型、結(jié)構(gòu)的確定必須綜合考慮內(nèi)裝物要求和制造成本等因素：

1）應(yīng)滿足內(nèi)裝物的要求。在選定罐形時(shí)，要根據(jù)內(nèi)裝物的特性、包裝要求來確定金屬罐的結(jié)構(gòu)、形狀、開啟方式、封口形式、底和蓋以及側(cè)縫的結(jié)構(gòu)等。用于油墨包裝的金屬罐，常用的開啟方式是全開口易開蓋，封口形式用非氣密式。多注重使用性能，而不過于講究裝潢，其要求運(yùn)輸方便，并要有一定的強(qiáng)度。

2）影響成本的因素。圓柱罐和其他異型罐相比，不僅制作相對容易，而且用料較省。在容量相同的條件下，呈正六面體的容器比圓罐多用料達(dá)40%［4］，因此在設(shè)計(jì)油墨包裝金屬罐時(shí)，從節(jié)約用料、降低成本這一角度出發(fā)，應(yīng)盡量選用圓柱三片罐。

3.2常見三片罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）在確定罐的規(guī)格尺寸時(shí)，先根據(jù)被包裝物的重量、容量和金屬罐的填裝率（約85%～95%）計(jì)算出所需的罐容［4］，再根據(jù)罐容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格系列進(jìn)行確定。目前，根據(jù)我國《開頂金屬圓罐規(guī)格系列》（GB10785-1989）通用三片罐的規(guī)格尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)直徑52.3～153.4mm，高度為39～267mm，計(jì)算容積為70.89～1823.75cm3?？紤]罐裝材料的節(jié)約、操作工在印刷機(jī)上實(shí)際上油墨時(shí)，方便操作金屬罐手勁的力度等因素，推定罐重為2kg。再根據(jù)油墨的密度推算，可選用罐號為15173的金屬罐，其尺寸為內(nèi)徑為153.4mm，高度為173mm，容積為3086.44cm3。

2）罐身：一般罐身的金屬板厚為0.15～0.5mm，對常壓三片罐的罐身壁厚的選用原則是大徑取大值，小徑取小值［4］。

三片罐罐身的縱向接縫有三種方法，分別是壓接法、焊接法和粘接法，焊接法目前是三片罐罐身的主要接縫方法。

3）罐底和罐蓋：罐底或罐蓋的設(shè)計(jì)應(yīng)與罐身的結(jié)構(gòu)、尺寸相適應(yīng)，滿足與罐身卷邊密封的要求，有承壓、承重所必需的剛性。罐底和罐蓋的外緣均須翻邊向內(nèi)彎成邊溝，為加強(qiáng)罐底或罐蓋的強(qiáng)度，常在罐底或罐蓋上設(shè)計(jì)剛性膨脹圈紋［4］。

4）開封形式：目前，金屬罐常用的開封形式主要有側(cè)面卷開式、小開口易開蓋式、大開口易開蓋式、噴霧式、通用蓋式（嵌入蓋、壓入蓋、合頁蓋等）。油墨金屬罐采用全開口易開蓋，封口形式用非氣密式。

3.3金屬罐外面的裝潢設(shè)計(jì)及相關(guān)要求

金屬罐外觀質(zhì)量要求完好整潔，無明顯擦傷和生銹現(xiàn)象，罐身外印刷的標(biāo)簽圖案文字清晰，涂膜色澤一致，無起皺、起泡、露底等缺陷；焊縫要均勻、平滑、無渣、美觀、搭接一致；焊點(diǎn)均勻連接，不應(yīng)有焊接不良及擊穿現(xiàn)象；焊縫的拉伸強(qiáng)度不低于罐身板的拉伸強(qiáng)度；接縫補(bǔ)涂應(yīng)平滑均勻和完整，無大氣泡和露鐵點(diǎn)。

4油墨外包裝瓦楞紙箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

具體設(shè)計(jì)步驟為：計(jì)算紙箱結(jié)構(gòu)尺寸-箱坯圖設(shè)計(jì)-輸出箱坯圖。

4.1圓柱體內(nèi)裝物排列方式

圓柱體內(nèi)裝物的排列方式如果采用和長方體一樣的話，可以實(shí)現(xiàn)整齊、易計(jì)數(shù)、易操作等特點(diǎn)，但圓柱體之間的縫隙不能發(fā)揮有效的作用。如果采用錯(cuò)列排列方式，則有可能提高空間利用率，從而降低物流成本費(fèi)用，達(dá)到減量化的效果。

4.1.1錯(cuò)列排列

錯(cuò)列排列是指行與行之間直線平齊，而列與列之間相對錯(cuò)位半徑R，這樣行與行之間在列的方向上每兩個(gè)圓柱體內(nèi)裝物之間交錯(cuò)排放一個(gè)圓柱體［6］。如圖2所示。

圖2　圓柱體內(nèi)裝物錯(cuò)列排列

4.1.2列數(shù)與空間利用率關(guān)系

1）列數(shù)與空間利用率關(guān)系

2）排列優(yōu)數(shù)（Q）

式中：

Q——排列優(yōu)數(shù)；

M——排列行數(shù)；

N——奇數(shù)行排列列數(shù)；

INT（M/2）——不大于M/2的最大整數(shù)。

當(dāng)Q＞1時(shí)，齊列排列的空間利用率優(yōu)于錯(cuò)列排列，當(dāng)Q＜1時(shí)則反之。

4.1.3錯(cuò)列排列列數(shù)優(yōu)化值域

列數(shù)優(yōu)化值域就是在錯(cuò)列排列中，當(dāng)行數(shù)一定時(shí)，奇數(shù)行排列列數(shù)在該值范圍內(nèi)則空間利用率一定優(yōu)于齊列排列，而且數(shù)值越大，空間利用率越高，而在該值域范圍之外，空間利用率一定低于齊列排列［6］。

利用公式及計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程，獲得結(jié)果如表1所示。

表1　圓柱體內(nèi)裝物錯(cuò)列排列列數(shù)優(yōu)化值域

4.2排列優(yōu)數(shù)計(jì)算

在油墨制造企業(yè)及印刷車間油墨實(shí)際使用時(shí)，操作工人要經(jīng)常搬運(yùn)裝有金屬油墨罐的瓦楞紙箱，鑒于上述裝滿油墨金屬罐重量、瓦楞紙箱強(qiáng)度要求及方便搬運(yùn)考慮，其內(nèi)裝物重量最好不超出15kg。由此推定：

M=2，N=3，INT（M/2）=1，代入公式（2），可以計(jì)算出Q值。

此時(shí)Q的值為1.1196，大于1，所以本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇齊列排列，將優(yōu)于錯(cuò)列排列。

4.3尺寸設(shè)計(jì)

根據(jù)上述計(jì)算，選擇齊列排列，其排列方式為3×2×1模式，即長度方向排列3罐，寬度方向排列2罐，高度方向?yàn)?罐，一箱共裝6罐。同時(shí)已知，油墨罐的直徑為153.4mm，高度為173mm，采用最為常見的FEFCO 0201型，B瓦楞設(shè)計(jì)箱型。

基于此，根據(jù)尺寸計(jì)算公式和相關(guān)修正系數(shù)查詢可以獲取瓦楞紙箱的制造尺寸，計(jì)算過程如下：

4.3.1內(nèi)尺寸計(jì)算

已知：lmax=153.4mm、bmax=153.4mm、hmax=173mm、nL=3、nB=2、nH=1，排列方式為3l×2b×1h，可以計(jì)算出Li、Bi、Hi。

通過查閱相關(guān)修正系數(shù)可以獲得，kL`=5mm、kB`=5mm、kH`=4mm、d=1mm。

故包裝箱內(nèi)尺寸為：

4.3.2制造尺寸計(jì)算

本項(xiàng)目選擇B瓦楞，箱型選擇FEFCO 0201型，根據(jù)已知條件和查詢相關(guān)修正系數(shù)，可以計(jì)算出瓦楞紙箱的制造尺寸。

已知：Li=469.2 mm、Bi=312.8 mm、Hi=177mm、kL1=3mm、kB1=2 mm、kL2=3 mm、kB2=2 mm、kH=6 mm、J=35 mm、xf=2 mm。

故包裝箱內(nèi)尺寸為：

4.3.3外尺寸計(jì)算

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果和查詢相關(guān)修正系數(shù)，可以計(jì)算出瓦楞紙箱的外尺寸。

已知：Lmax=472.2 mm、Bmax=315.8 mm、Hmax= 179mm、K=4mm。

故包裝箱內(nèi)尺寸為：

4.4結(jié)構(gòu)圖繪制

利用包裝設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行CAD結(jié)構(gòu)圖的繪制，繪制結(jié)構(gòu)示意圖和立體成型圖如圖3和圖4所示。

圖3　箱型結(jié)構(gòu)示意圖

圖4　箱型立體成型圖

5結(jié)論

油墨作為一種工業(yè)產(chǎn)品，必須經(jīng)過包裝與運(yùn)輸，才能夠順利地到達(dá)用戶手中，實(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值。本論文根據(jù)油墨的自身特性，在分析評價(jià)各種常用包裝材料的環(huán)境性能以及使用性能的基礎(chǔ)上，提出應(yīng)合理利用金屬罐、瓦楞紙箱作為油墨綠色包裝材料的建議。并對金屬罐、瓦楞紙箱進(jìn)行優(yōu)化包裝設(shè)計(jì)，將其體積和重量減至最小，使原材料的用量最小，消耗的運(yùn)輸能量最小，最終處理的廢棄物最少，同時(shí)簡化包裝操作。

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（責(zé)任編輯：郝安林）

中圖分類號：TQ620

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-2928（2016）04-0030-05

收稿日期：2016-03-07

作者簡介：涂新發(fā)（1977-），男，安徽新聞出版職業(yè)學(xué)院講師，碩士，研究方向：印刷后序加工、書刊裝訂工藝。

The Optimal Design of Ink Package Based on Green Package

TU Xinfa
（Anhui Vocutional College of Pness and Pullizhing，Hefei 230601，China）

Abstract：Based on the thought of green package，and according to the characteristics of printing ink，this paper analysis the aspects of reduction of the waste of resources，improvement of the packaging quality，ensurence of product safety，then put forward the packaging design procedure and method in the printing ink.This paper undertake optimizing design of the outer packing and packaging container，through which can conserve resources，reduce the packaging cost，so as to reduce logistics cost，achieve environmental benefits and economic benefit maximally.

Key words:green packaging；ink；metal cans；corrugated box.