凹印行業(yè)節(jié)能減排與綠色化新進(jìn)展

馬平東

在如此嚴(yán)峻的環(huán)保背景下，凹印行業(yè)只有通過轉(zhuǎn)型升級(jí)才能求得生存，轉(zhuǎn)型空間（轉(zhuǎn)型整體包裝解決方案供應(yīng)商、UV塑料凹印、塑料膠印及軟包裝數(shù)字印刷等）相對(duì)較小，而升級(jí)空間相對(duì)較大。因此轉(zhuǎn)型升級(jí)的重點(diǎn)在于技術(shù)升級(jí)和管理升級(jí)。伴隨供熱方式的限制，熱能成本越來越高，再加上VOCs排污收費(fèi)及嚴(yán)格限制超標(biāo)排放的政策，凹印企業(yè)承受的壓力越來越大。因此，通過技術(shù)升級(jí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排成為凹印企業(yè)的必由之路，而如何選擇合適的技術(shù)路線及設(shè)備成為各企業(yè)的大考。

自《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)辦法》正式實(shí)施以來，我國(guó)已有15個(gè)省市相繼出臺(tái)VOCs排污收費(fèi)政策，凹印行業(yè)在重視質(zhì)量、成本、效率的基礎(chǔ)上，其新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新材料將向著環(huán)保（節(jié)能、減排、降耗、節(jié)材等）、安全、健康的方向快速發(fā)展。

節(jié)能優(yōu)化技術(shù)

在凹印工序使用節(jié)能優(yōu)化技術(shù)以減少能耗。例如，在凹印機(jī)烘箱系統(tǒng)使用熱泵技術(shù)、熱管技術(shù)等，可大幅降低設(shè)備能耗；在熟化室加熱中使用熱泵技術(shù)，也會(huì)大幅降低能耗。

廣東環(huán)葆嘉節(jié)能科技公司開發(fā)的ESO節(jié)能優(yōu)化技術(shù)，可用于印刷機(jī)熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的改造與優(yōu)化。ESO節(jié)能優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用壓力自動(dòng)平衡技術(shù)，通過烘箱送排風(fēng)的壓力自動(dòng)跟隨，使烘箱穩(wěn)定在設(shè)定的微負(fù)壓狀態(tài)，同時(shí)不受其他單元烘箱及送排風(fēng)風(fēng)機(jī)的影響，保證穩(wěn)定的進(jìn)出風(fēng)量，以滿足干燥所需，配合逐次升高的溶劑揮發(fā)工藝，既能達(dá)到節(jié)能目的，又實(shí)現(xiàn)了安全風(fēng)量控制的目標(biāo)，并兼顧減少?gòu)U氣排放總量的期望。該技術(shù)在凹印機(jī)上應(yīng)用效果顯著。

目前，博斯特、陜西北人和廣東環(huán)葆嘉等已展開對(duì)凹印機(jī)進(jìn)行減風(fēng)節(jié)能的一系列行動(dòng)，其手段都是通過增加烘箱熱風(fēng)的循環(huán)利用率，減少排風(fēng)量，增加廢氣排放濃度，達(dá)到節(jié)能的效果并為后續(xù)的廢氣處理打下基礎(chǔ)，部分企業(yè)的技術(shù)已經(jīng)投入使用。

凹印VOCs減排

當(dāng)前，凹印VOCs減排是當(dāng)務(wù)之急。凹印VOCs治理措施主要有3個(gè)途徑，即源頭治理、過程控制、末端治理。其中，在源頭治理方面，低VOCs含量材料的開發(fā)力度日益加強(qiáng)，這些材料的特性和使用方法還需要凹印企業(yè)逐步適應(yīng)；在過程控制方面，也有新技術(shù)出現(xiàn)，大多以提高材料循環(huán)利用率、減少污染物排放為主；末端治理則是凹印行業(yè)目前使用較多的VOCs減排方式。

1.源頭治理

隨著多地VOCs排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺(tái)，凹印行業(yè)的VOCs治理越來越緊迫。綜合對(duì)比之下，減少有機(jī)溶劑的使用是凹印企業(yè)實(shí)現(xiàn)VOCs源頭治理的必經(jīng)之路。

（1）凹印油墨的水性化

在凹印行業(yè)的綠色化進(jìn)程中，油墨行業(yè)對(duì)我國(guó)凹印行業(yè)的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。從含苯油墨到無苯油墨是軟包裝凹印行業(yè)的一次重大技術(shù)進(jìn)步，也是油墨行業(yè)環(huán)保技術(shù)的重要?jiǎng)?chuàng)新，而從無苯油墨到水性油墨則是一場(chǎng)重大的技術(shù)革命。高性價(jià)比且能適應(yīng)低中高速印刷的塑料薄膜凹印水墨將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

由于水墨用水作稀釋劑，VOCs排放量極小，因此得到越來越多包裝印刷企業(yè)的青睞，與此同時(shí)，越來越多油墨制造商開始研發(fā)生產(chǎn)塑料凹印水墨，并取得了一定的技術(shù)進(jìn)展。但目前水墨依舊存在干燥速度慢、印刷牢度低、顏色與溶劑墨有差別、北方冬季低溫適應(yīng)性差等問題。目前水墨在以紙張為承印物的煙包凹印中的推行還算順利，但在以薄膜等伸縮性基材上進(jìn)行印刷時(shí)，以上問題是影響印刷質(zhì)量的主因。

可喜的是，近幾個(gè)月來，凹印水墨的研發(fā)取得了突破性進(jìn)展，而凹印水墨的推廣應(yīng)用也得到了凹印設(shè)備制造商和凹版制造商的重視，結(jié)合凹印水墨的特點(diǎn)，也有許多配套設(shè)備和產(chǎn)品相繼問世。

結(jié)合水墨特點(diǎn)，通過優(yōu)化烘箱設(shè)計(jì)和循環(huán)排風(fēng)設(shè)計(jì)，大大提升了凹印機(jī)的干燥能力，為水墨的高速印刷奠定了基礎(chǔ)。如寧波欣達(dá)高速電子軸傳動(dòng)水墨凹版印刷機(jī)，特別采用了“熱風(fēng)+紅外”相結(jié)合的“耦合干燥”方式，同時(shí)對(duì)設(shè)備的烘箱進(jìn)行了創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)，很好地解決了凹印水墨干燥難的問題。

在制版方面，網(wǎng)穴的形狀和深淺都有了相應(yīng)的改變，且已經(jīng)解決水墨網(wǎng)點(diǎn)分散的問題。水墨固含量高，采用15～20μm淺版印刷，相對(duì)于溶劑墨，上墨量能減少三分之一。也就是說，印刷相同數(shù)量和規(guī)格的印刷品，水墨的消耗量較溶劑墨減少約30%。

從目前來看，采用水墨從源頭治理是最理想的方法。水墨的成功試用是一個(gè)良好的開端，但離大面積推廣還有一定距離，還需要油墨制造商、凹印機(jī)制造商、凹印企業(yè)的共同努力。

①實(shí)現(xiàn)真正的水墨凹印

部分油墨制造商研制的凹印水墨含有一定比例的醇類物質(zhì)，在補(bǔ)充水中也必須加入一定量的醇類溶劑，離不含或含微量有機(jī)溶劑的真正水墨或水基油墨，還有一定差距。也有油墨制造商聲稱研制出了不含有機(jī)溶劑的水墨，但仍有待于市場(chǎng)的檢驗(yàn)。

②水墨的環(huán)保性及安全性

并不是所有的水墨都是環(huán)保油墨，如果水墨無限制地使用染料（水性金屬油墨采用銅鋅粉）、氨水等，這樣的水墨未必是環(huán)保油墨。對(duì)必須添加的助劑及表面活性劑，應(yīng)符合GB 9685-2008《食品容器、包裝材料用添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

③提高印刷適性

包括油墨初干性、轉(zhuǎn)移性及復(fù)溶性等，以及后加工適性，與干式復(fù)合、無溶劑復(fù)合的匹配性。

（2）采用單一溶劑油墨

為了方便溶劑回收，一些油墨制造商進(jìn)行了單一溶劑油墨的研發(fā)，但目前還處于小試階段。單一溶劑油墨的回收方法與干式復(fù)合工藝的回收方法相同，目前已在歐洲國(guó)家得到普遍使用。這是因?yàn)闅W洲國(guó)家的印刷設(shè)備生產(chǎn)速度普遍較高，可達(dá)300米/分鐘，且歐洲國(guó)家對(duì)印刷質(zhì)量的要求較低，即使使用單一溶劑油墨在高速印刷下出現(xiàn)了微小的印刷質(zhì)量瑕疵，也可以被接受。而我國(guó)印刷設(shè)備的生產(chǎn)速度不僅無法與歐洲國(guó)家相比，且國(guó)人對(duì)印刷質(zhì)量的高要求也使得單一溶劑油墨在凹印工藝中難以大范圍應(yīng)用。雖然單一溶劑油墨的大范圍應(yīng)用有一定難度，但完全可以采用單一體系溶劑油墨來代替溶劑型油墨，比如油墨溶劑均為酯類，回收時(shí)只回收組分大的溶劑，組分小的不回收，也可以解決凹印油墨回收難的問題。

2.過程控制

過程控制即從凹印過程中通過改進(jìn)烘箱效率和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)等措施，從而達(dá)到VOCs減排的目的。主要措施是對(duì)印刷機(jī)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行技術(shù)革新，減小凹印生產(chǎn)中VOCs的排放量，提高排放濃度，同時(shí)增加熱能利用等。例如，凹印設(shè)備增加LEL控制裝置、減少車間現(xiàn)場(chǎng)的溶劑揮發(fā)、半封閉墨槽及油墨槽加蓋、全封閉擋墨裝置及推行清潔生產(chǎn)等。

綜合比較來看，凹印企業(yè)采用LEL控制裝置是實(shí)現(xiàn)VOCs治理的有效方法，將凹印機(jī)烘箱的一部分廢氣再次通入烘箱用于印品干燥，不僅可以降低干燥時(shí)的能源消耗，而且還能減少?gòu)U氣的排放量，以減少末端治理成本。需要注意的是，使用LEL控制裝置時(shí)應(yīng)控制好烘箱內(nèi)的廢氣濃度，以防止爆炸。目前，大部分凹印設(shè)備已經(jīng)自帶LEL控制裝置。對(duì)于一些比較陳舊的凹印設(shè)備，在加裝LEL控制裝置前可能還需要對(duì)其進(jìn)行改造，以適應(yīng)LEL控制裝置的運(yùn)行，從目前的技術(shù)手段來看已不是難題。總體來說，LEL控制裝置的廢氣回用方法如果使用得當(dāng)，能幫助凹印企業(yè)大大降低VOCs的排放量。

3.末端治理

凹印企業(yè)VOCs末端治理目前主要有兩個(gè)方向：一為回收，包括吸收法、吸附法和冷凝法等；二為消除，包括燃燒法、光催化法、低溫等離子法和生物處理法等。

目前，業(yè)內(nèi)一些大型凹印企業(yè)已開始對(duì)生產(chǎn)中排放的廢氣（溶劑）進(jìn)行回收、燃燒或等離子無害化處理。但就全國(guó)凹印企業(yè)總量來說，所占比例極少（不到1%）。有機(jī)廢氣處理在凹印行業(yè)的推廣困難重重，究其原因主要是該行業(yè)排放的有機(jī)廢氣成分復(fù)雜而且濃度偏低，處理風(fēng)量幅度變化很大。

（1）回收法

回收法是通過物理方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來收集分離有機(jī)氣相污染物，主要有吸附、吸收、冷凝及膜分離技術(shù)?；厥盏膿]發(fā)性有機(jī)物可以直接或經(jīng)過簡(jiǎn)單純化后返回工藝過程再利用，以減少原料消耗，或者用于有機(jī)溶劑質(zhì)量要求較低的生產(chǎn)工藝，或者進(jìn)行集中分離提純。

回收法已廣泛應(yīng)用于軟包裝干式復(fù)合工藝的溶劑回收，但在凹印工序中，回收法的應(yīng)用效果依然不太明朗，主要是由于凹印油墨所含溶劑類型較多，回收后必須經(jīng)過精餾、提純，不僅技術(shù)要求高，還要求安裝精餾塔等設(shè)備，大大增加了凹印企業(yè)的成本投入，這是小型凹印企業(yè)無法承擔(dān)的。而且，在當(dāng)前石油價(jià)格和溶劑成本均較低的情況下，經(jīng)過精餾、提純后所得溶劑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值也會(huì)大打折扣。

（2）燃燒法

燃燒法主要分為直接燃燒（TNV）、蓄熱式燃燒（RTO）、催化蓄熱燃燒（RCO）等。目前燃燒法應(yīng)用較為成熟，有機(jī)廢氣經(jīng)過燃燒后產(chǎn)生的熱能可以直接回收，并且按需要穩(wěn)定輸出熱能，在實(shí)現(xiàn)廢氣治理的同時(shí)可以取代燃?xì)忮仩t作為供熱設(shè)備。在我國(guó)，應(yīng)用燃燒法治理VOCs的凹印企業(yè)也比較多，與吸附法結(jié)合使用效果更佳，廢氣經(jīng)吸附、解吸之后，濃度變得更高，這樣就能減少燃燒時(shí)的能源消耗。類似的方法還有轉(zhuǎn)輪濃縮+焚燒法。建議凹印企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際生產(chǎn)中的排氣濃度、排風(fēng)量等情況選擇最合適的燃燒工藝。

（3）低溫等離子法

低溫等離子法通過高壓放電，將氣體電離分解轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)，但處理效率低、能力有限，適用于廢氣量較少的情況，對(duì)于印刷生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量廢氣并不適合。當(dāng)然也有少數(shù)凹印企業(yè)安裝了這種治理裝置，并通過了環(huán)境影響評(píng)價(jià)。

（4）生物處理法

生物處理法是利用微生物將廢氣分解，具有費(fèi)用低、能耗少等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備占地面積很大，很少有企業(yè)擁有可以安裝生物處理設(shè)備的空間場(chǎng)地。目前國(guó)內(nèi)尚未采用。