水性薄膜油墨產(chǎn)業(yè)化 凹版包裝印刷煥新生

李倩

根據(jù)中科院有關調(diào)查顯示，印刷行業(yè)是繼汽車、涂料、石化行業(yè)之后的第四大污染行業(yè)，其中凹版印刷每年的VOCs排放總量達百萬噸，凹印行業(yè)有機廢氣的排放不僅導致可再生資源的浪費，同時也加劇了環(huán)境污染。針對近年日益嚴重的霧霾天氣，國家及地方相關部門陸續(xù)頒布了多項與環(huán)境保護相關的政策措施，環(huán)保政策力度不斷加大。與此同時，一些國際化的終端企業(yè)也相繼制定了可持續(xù)包裝策略，對包裝材料供應商以及印刷企業(yè)綠色環(huán)保的要求不斷提高。

近期出臺的一系列國家和地方法規(guī)更是劍指印刷行業(yè)，例如，北京市從2015年10月1日起開始征收VOCs排污費，通過揮發(fā)性有機物清潔生產(chǎn)評估、排放濃度低于或等于本市排放限值的50%，且當月未因污染環(huán)境受到環(huán)保部門處罰的，收費標準為每千克10元；對于存在未安裝廢氣治理設施、廢氣治理設施運行不正常或揮發(fā)性有機物超標排放等環(huán)境污染行為的，收費標準為每千克40元；其他情況收費標準為每千克20元。繼北京、上海、江蘇、安徽、湖南、四川、天津、遼寧、浙江、河北、山東、山西、海南、湖北、福建、江西開征包裝印刷行業(yè)有機化學物VOCs排污費征收費之后，云南省也正式發(fā)文試點開征VOCs排污費，成為全國第十七個出臺試點包裝印刷行業(yè)VOCs排污費征收政策的省級地區(qū)（含直轄市）。

從以上國家和地方的治理力度來看，包裝印刷行業(yè)面臨著環(huán)保治理的巨大壓力和困擾，“污染重災區(qū)”的凹版印刷轉型升級迫在眉睫。國內(nèi)凹印及相關設備保有量幾萬臺套，產(chǎn)業(yè)鏈結構復雜，從業(yè)人員多，凹印工藝經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，作為包裝印刷主要方式，環(huán)保問題不解決，企業(yè)將難以生存。VOCs排放的得不到治理，還會造成嚴重的社會問題。雖然如今的凹版軟包裝薄膜印刷已從芳香烴類的有機溶劑換成無苯無酮的酯醚類溶劑，對產(chǎn)品的溶劑殘留、印刷環(huán)境的污染有所減輕，但隨著凹印產(chǎn)能的提高與市場規(guī)模的擴大，有機溶劑的揮發(fā)廢氣排放，對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成的危害也日趨嚴重。

如何從源頭治理凹版印刷的污染？水性油墨技術是關鍵。2016年12月7日，在CHINA PRINT 2017國際媒體周暨第十九屆北京國際印刷信息交流大會上，華新（佛山）彩色印刷有限公司的吳永強副總經(jīng)理宣布，薄膜凹印全色系水性油墨研發(fā)成功及進行批量應用，這將為凹版印刷歷史上樹立一座里程碑，也預示著凹版印刷未來的路會越走越寬廣。

為此，本刊記者在會議現(xiàn)場采訪了北京中科麗顏科技發(fā)展有限公司技術總監(jiān)魏洪濤先生和華新（佛山）彩色印刷有限公司（以下簡稱華新彩?。└笨偨?jīng)理吳永強先生，聽他們講述了如何攻克技術難關，成功研發(fā)并批量生產(chǎn)水性油墨的精彩歷程。

歷經(jīng)20年 終克技術難關

眾所周知，目前凹版溶劑性油墨的VOCs排放治理問題非常嚴峻，凹版油墨的酯醚類等高濃度溶劑揮發(fā)，采用末端治理VOCs無論采取何種形式，都必須投入昂貴回收處理的裝置，需要增加運營成本，耗費大量的資源。華新彩印吳總道出了水性油墨難以替代溶劑型油墨的原因：“目前凹印塑料薄膜軟包裝印刷，絕大多數(shù)用的是溶劑油墨，有的企業(yè)選擇末端治理，購買末端治理設備。這種選擇，一是投資大、運營和維護成本高；二是部分企業(yè)溶劑回收后處理困難，有的企業(yè)處理不當又形成二次污染。早在20世紀90年代末，我們生產(chǎn)口香糖的紙塑鋁復合包材，在行業(yè)里較早應用凹版薄膜醇溶油墨。對于水性油墨的薄膜凹印工藝一直未能實現(xiàn)，就因為塑料薄膜是非吸收性材料，而水性油墨擴散性大、固著力差，從技術上很難實現(xiàn)二者的有機結合，這是軟包行業(yè)里專業(yè)性的難題，也是溶劑型油墨在我國使用幾十年都無法替代的原因?！?/p>

近20年來，北京中科麗顏科技發(fā)展有限公司技術總監(jiān)魏洪濤先生一直致力于研究油墨。1996年，他在印鈔廠研究合成印鈔用的油墨樹脂，當時他意識到油墨的水基化是未來的趨勢，于是他成功地將整個油墨水基化，并建立了自己的樹脂體系。2001年，他去浙江溫州龍崗考察時發(fā)生的一件事對他觸動很大，“溫州的小企業(yè)特別多，有一個工廠老板跟我講，他們廠里有3個工人得了白血病，就是因為油墨里的苯所致。如果把塑料包裝的毒性問題解決了，那真是造福行業(yè)的事?！?/p>

從那時起，魏洪濤便開始把整個精力投入到塑料包裝的改進上，首先要解決油墨的毒性問題，再解決油墨的氣味問題，最后解決油墨的排放問題。魏洪濤所在的北京中科麗顏研發(fā)團隊經(jīng)過十幾年的上千次實驗，每年都要做至少兩次上機實驗，經(jīng)過近20年的研究和努力，利用自主開發(fā)的非丙烯酸改性水基樹脂的水性聚氨酯合成樹脂，研制成可用于塑料薄膜印刷的新型水性全色系、多品種的凹印復合油墨。盡管該系列油墨從技術路線上取得了突破，樹脂合成及印刷打樣也取得很好效果，不過一直沒能產(chǎn)業(yè)化。事實上，要在產(chǎn)業(yè)化上取得成功，必須與印刷、制版工藝以及設備改進相結合，這方面的結合牽扯很多難以產(chǎn)業(yè)化的困難與問題。

產(chǎn)學研同努力 實現(xiàn)水墨產(chǎn)業(yè)化

2015年，由行業(yè)協(xié)會牽頭（中國印刷及設備器材工業(yè)協(xié)會和廣東省印刷協(xié)會），華新彩印聯(lián)合軟包相關專業(yè)研究人員及科研專家，組建以印刷、油墨、制版及設備企業(yè)為主體的水性薄膜凹印復合油墨開發(fā)應用行業(yè)聯(lián)盟，通過聯(lián)盟成員的共同努力，制定了周密的薄膜凹印水性墨生產(chǎn)工藝方案。首先，由華新彩印的研發(fā)人員與專家們一起，以工廠現(xiàn)有在生產(chǎn)中的一條電子軸十色凹印設備為基準，以嚴謹務實的態(tài)度，科學地制定設備升級、版輥制作、印刷油墨匹配以及生產(chǎn)工藝技術方案。對BOPP、BOPET等非極性與極性的薄膜基材，進行反復的水性薄膜凹版復合油墨的印刷適性測試，經(jīng)歷了小、中、大試3個階段。歷時1年時間，企業(yè)逐步建立起水性墨工藝標準、工人操作規(guī)范、最佳的水墨印刷適性方法，同時制定了水墨印刷技術體系和相應的實驗、生產(chǎn)管理制度。

運城制版的專家根據(jù)水墨的特性，不斷改進電雕曲線，結合水性薄膜油墨凹印工藝關鍵技術，逐項分析對比，找出最佳方案。不僅如此，運城制版在版輥制作環(huán)節(jié)，通過應用高度智能化的裝備，確保制版精度及制版過程無污染、清潔生產(chǎn)。水墨的研發(fā)測試整個過程，根據(jù)印刷工藝要求及制版反饋數(shù)據(jù)，不斷改進油墨結構及配方，做到印版與油墨的最佳匹配，使水墨的印刷質量和技術指標優(yōu)化，直至適應凹印大批量生產(chǎn)工藝的要求。

經(jīng)過產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的各方努力，終于成功研發(fā)出了HLWA型水墨，HLWA型水墨是一種基于水性聚氨酯型體系的環(huán)保油墨。油墨只含有水性樹脂、顏料以及純水、食用酒精（乙醇）助劑等材料，不含苯、酮、酯及醚類有機溶劑。經(jīng)過一年來的測試及生產(chǎn)，使用水性油墨已經(jīng)取得了優(yōu)異的產(chǎn)品質量與可靠的技術指標。據(jù)魏洪濤介紹，該水性塑料薄膜凹版油墨濃度高、色彩再現(xiàn)性優(yōu)異，印刷網(wǎng)點、線條清晰，油墨的流平性和固著力良好，并具備優(yōu)異的無溶劑復合加工性能。它不但可以適應和滿足目前大部分輕包裝類的軟包市場產(chǎn)品要求，而且具備溶劑型聚氨酯油墨的一些重要性能。另外，薄膜水墨印刷已經(jīng)通過300米速度設備的技術測試，在300米速度的凹印機設備印刷，完全可以實現(xiàn)高質高效生產(chǎn)的技術需求。

在該水性薄膜凹印油墨的應用方面，華新彩印吳總表示：“這幾年業(yè)內(nèi)都在熱議水性油墨，我們也期盼著能用最短的時間實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，進行訂單生產(chǎn)。2016年5月，我們完成了最后的實驗，拿出產(chǎn)品給到我們的客戶，客戶在6月經(jīng)過上機包裝驗證可以完全替代原來的產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)批量訂單生產(chǎn)了，我們已經(jīng)生產(chǎn)了超過150萬米800寬幅面的產(chǎn)品。我們的油墨不是只有做測試，據(jù)不完全統(tǒng)計，半年之內(nèi)已經(jīng)有10噸以上油墨的使用量，經(jīng)過前期的考證以后，我們的產(chǎn)品已經(jīng)從測試論證的階段邁入了實際生產(chǎn)的階段?！?/p>

經(jīng)過一年來密集高效的印刷實驗，薄膜水墨凹印工藝的開發(fā)應用取得重大的技術突破和創(chuàng)新成果。華新彩印在多家知名品牌食品糖果包材上，進行水墨全色系批量生產(chǎn)。其產(chǎn)品質量可靠，印刷過程穩(wěn)定，指標性能完全可以替代溶劑油墨，平方面積油墨消耗量同比減少25%，印刷綜合成本降低。更重要的是印刷中沒有揮發(fā)性有機溶劑，印刷車間無異味、無毒害。印刷過程中不僅保護了印刷生產(chǎn)者的健康，而其VOCs排放量，經(jīng)廣州質量監(jiān)督檢測研究院生產(chǎn)現(xiàn)場檢測采集氣體，檢測結果VOCs排放量比溶劑油墨生產(chǎn)時排放減小90%，印刷車間的印刷機末端排放口，沒經(jīng)任何處理排放溶度低于國家標準。不僅如此，用水性油墨印刷的包裝產(chǎn)品本身不再含有有毒的苯類、酮類、酯類、醚類等有毒物質，不存在二次污染問題。使用水性塑料薄膜凹版油墨印刷及無溶劑復合工藝，達成包裝制品、產(chǎn)品包裝及商品流通消費整個產(chǎn)業(yè)鏈安全的有效保障，符合綠色生態(tài)的發(fā)展戰(zhàn)略。

華新彩印吳總表示：“通過水性塑料薄膜凹印油墨產(chǎn)業(yè)化進程的經(jīng)驗積累，我們將繼續(xù)以綠色印刷產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為基礎，要與包裝印刷行業(yè)一起不斷提升凹版塑料薄膜水性油墨新材料的適用性。凹版塑料薄膜水性油墨一定會在軟包裝領域得到更廣泛市場認同，它也將對軟包裝行業(yè)經(jīng)濟效益和綠色生態(tài)發(fā)展的貢獻將產(chǎn)生深遠的影響?！?/p>

創(chuàng)建油墨新體系 破除體系性缺陷

為什么他們能成功解決塑包油墨的問題？過去那么多做水性塑包油墨的人都沒有成功呢？魏洪濤從技術原理上作了分析：“油墨與刷墻的涂料從本質上是沒有區(qū)別的，都是采用丙烯酸體系，丙烯酸體系在水性柔版油墨當中也有應用，丙烯酸體系在應用涂料和柔版油墨還是很成功的。過去將紙箱印刷用水性柔版以后，也是無污染的。但是丙烯酸體系是水分散體系，用到凹版方面，有一個很大的弊端，就是會干版，凹版印刷是一個動態(tài)過程，在版輥高速轉動過程中會產(chǎn)生大量熱，不斷攪動，油墨變化特別大，如果油墨沒有很好的穩(wěn)定性，就無法保證印刷進行的連續(xù)性，這也是水性油墨在凹版印刷中最大的問題。穩(wěn)定性是無法通過改進機械來解決，是體系性缺陷?！?/p>

“我們在分析這個缺陷的基礎上否定了原來的路線，創(chuàng)立了一個新的體系，叫溶液性體系，非丙烯酸的溶液性體系，將水視作為溶劑，傳統(tǒng)的溶劑型油墨是溶液的，是溶劑將原來的高分子樹脂溶解了，但是水不是很好的溶劑，如果要將高分子樹脂在水里溶解是一個非常大的技術突破。油墨的結構核心是樹脂，樹脂是油墨的骨架，將聚酯聚氨酯水性化之后，把體系轉化成溶液體系，如此一來穩(wěn)定性得到了大大提高，便滿足了凹版需要的連續(xù)性印刷的要求。其實對于水性油墨在凹版印刷應用的研究已經(jīng)有很多年，但是應用于高端凹版煙包印刷的水性油墨都達不到要求，因為會糊版。有一個現(xiàn)象叫“4000張現(xiàn)象”，就是印過4000張，油墨就不穩(wěn)定了，出現(xiàn)臟點、丟點、露白等現(xiàn)象。實際上就是水性油墨的穩(wěn)定性不好，我們就是將這個問題解決了，這是世界首創(chuàng)的?！蔽汉闈老驳乜吹浇裉斓某晒员∧び湍某晒ρ邪l(fā)和應用無疑成功救贖了凹版印刷。

“我們的印版輥技術參數(shù)與溶劑油墨是可以兼容的，不像別的普通的水性油墨需要特殊的制版工藝，他們的制版工效要慢一半以上，別人能做3塊版，他才能做1塊版。水性薄膜凹印油墨很難做到全色系，有實地有套印都在一個版面上是很難實現(xiàn)的。從這一點來說，水性薄膜凹印油墨過去一直以來沒有得到普遍性應用，是因為水墨的很多問題解決不了，包括油墨成本、印刷速度、質量、油墨品種等不像溶劑油墨那么全面成熟。水性油墨做到將近20年，一直都沒有得到廣泛應用，由于歐美地區(qū)柔版技術方面的技術優(yōu)勢，已經(jīng)把凹版印刷淘汰了。但是中國市場情況不同，凹版市場規(guī)模龐大，有1萬多家印刷企業(yè)，凹版制版成本低，如果采用柔版，印刷成本會上升很多。其實用柔版方式來做塑料薄膜軟包裝印刷還是溶劑油墨，并不是水墨。如果換了印刷方式，但是還是解決不了油墨問題、排放問題、污染問題，那就沒有任何意義。所以我們還是從凹版本身解決，真正改成水性油墨，特別是薄膜水性油墨，這是我們做這件事的意義?！辈煌跣模降檬冀K。魏洪濤苦心鉆研20年，終在各方努力配合幫助下，突破了重重阻力，成功解決了這一世界性難題。

而作為一家專業(yè)的包裝印刷企業(yè)，華新彩印在水性油墨研發(fā)項目上也遇到了重重阻力。華新彩印吳總說道：“我們有一個機長，在水性薄膜油墨測試及批量生產(chǎn)過程有不配合、工作態(tài)度消極的表現(xiàn)，后來我們就把這名員工調(diào)離崗位3個月。大家使用溶劑油墨傳統(tǒng)工藝幾十年，對于溶劑油墨印刷的工藝流程、產(chǎn)品質量管控等都很熟悉，新的事物出來，難免很多員工沒有站在一定高度看待發(fā)展。另外，我們對于技術的熟悉程度以及技能掌握都需要時間積累。溶劑油墨幾十年積累了很豐富的經(jīng)驗，水性油墨應用有很多技術關鍵點，剛開始出現(xiàn)的印版與標準不匹配，堵版、干版，色彩再現(xiàn)和印刷適性調(diào)整等情況，造成員工很迷茫?！钡?，華新彩印的管理層對于該項目態(tài)度堅定，公司技術部門、質控部門、生產(chǎn)部門有著很好的溝通銜接，使得水性油墨項目能夠順利地進展下去。

吳總表示，目前，華新彩印90%以上的員工對使用水性油墨生產(chǎn)是非常認同的，以前員工在生產(chǎn)現(xiàn)場印刷作業(yè)時都要戴口罩，其他部門非生產(chǎn)人員也不愿意長時間停留生產(chǎn)現(xiàn)場。如今，生產(chǎn)現(xiàn)場十分友好，都沒有任何味道了，員工身體健康有保障，大家心情舒暢。從生產(chǎn)成本上來說，聚氨酯型水性薄膜復合油墨，以行業(yè)實際情況出發(fā)，它既可以滿足綠色環(huán)保要求，也保留了有誘惑力的價格。目前國內(nèi)的大多數(shù)軟包印刷廠不需要過多地投入資源來應對新工藝的進入，比如印刷機的改造以及版輥的高付出版費，節(jié)省了大量的有機溶劑使用成本，大幅度降低有機化學物廢氣VOCs排放，不必投入龐大的末端治理設備，使用水性薄膜凹印油墨綜合成本整體是降低的，體現(xiàn)產(chǎn)品質量、復合質量、產(chǎn)品價格和安全環(huán)保的競爭優(yōu)勢。軟包印企在轉為水墨印刷工藝的過度期間，印版輥大部分是基本可以兼用，也可以采用水性油墨和溶劑油墨共用印刷方式。當然，在全部采用水性油墨印刷生產(chǎn)以后，印刷版輥的制版工藝是必須按照全新的制版技術標準來制版的。我們通過一年多的實踐論證，在目前行業(yè)現(xiàn)有運行中的原溶劑型凹印機上、在不需要較大改變原溶劑型油墨生產(chǎn)條件下，可以保持或超過原有產(chǎn)品的質量指標。同時，從塑料薄膜軟包裝凹版印刷機的裝備領域，圍繞水性油墨新材料的技術發(fā)展進程需要創(chuàng)新設計。另外，該水性油墨跟溶劑油墨比較還有個很大的優(yōu)點，就是水性油墨解決了靜電蓄積問題，排除了印刷企業(yè)的起火隱患。

新型水性薄膜凹印復合油墨的誕生，標志著我國在包裝印刷環(huán)保新材料這一領域又有了新的跨越。隨著新型塑料薄膜凹印水墨的推廣與應用，將徹底改變我國塑料薄膜凹版印刷污染嚴重和技術落后的偏見，凹版塑料薄膜印刷工藝將邁進清潔環(huán)保、綠色印刷的行列，我國包裝印刷VOCs減排的指標一定能夠早日實現(xiàn)！