凹印溶劑殘留控制要素研究

孔恒, 黃江偉, 肖勇

凹印溶劑殘留控制要素研究

孔恒, 黃江偉, 肖勇

（廣西真龍彩印包裝有限公司, 廣西 賀州 542700）

印刷品溶劑殘留超標(biāo)主要為凹印產(chǎn)品。對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中凹印環(huán)境及生產(chǎn)條件對(duì)溶劑殘留的影響進(jìn)行了探討。在生產(chǎn)操作方法方面保證印刷溶劑殘留產(chǎn)生一致性的前提下，提出在相同溫度、濕度條件下，將同種類產(chǎn)品生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行數(shù)字化管理，做出溶劑殘留與開(kāi)機(jī)速度、添加溶劑、油墨溶劑殘留檢測(cè)值公式，可模擬生產(chǎn)后溶劑殘留值，降低產(chǎn)品的溶劑殘留值。

凹?。蝗軇埩?；凹印油墨；數(shù)字化印刷

在全社會(huì)日益關(guān)注消費(fèi)品的安全、環(huán)保要求的大背景下，對(duì)煙標(biāo)產(chǎn)品溶劑殘留控制提出了更高更嚴(yán)的要求。溶劑殘留超標(biāo)不僅關(guān)系到生產(chǎn)人員個(gè)人的健康，同時(shí)也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良的影響，因此控制煙標(biāo)溶劑殘留越來(lái)越受到業(yè)界的重視。膠印類煙標(biāo)溶劑殘留主要控制苯及其苯系物的溶劑殘留，凹印及柔印類煙標(biāo)產(chǎn)生的溶劑殘留較多［1］，是企業(yè)溶劑殘留超標(biāo)的主要工序。

本文經(jīng)過(guò)對(duì)凹印煙標(biāo)產(chǎn)品溶劑殘留超標(biāo)提出了控制辦法，從原輔材料、工藝、過(guò)程控制、生產(chǎn)規(guī)范、數(shù)字建模等幾個(gè)方面講述凹印溶劑殘留控制。

1 控制生產(chǎn)用原輔材料溶劑殘留含量

商標(biāo)溶劑殘留原輔材料溶劑殘留是產(chǎn)品溶劑殘留含量的重要影響因素之一，凹印商標(biāo)溶劑殘留受原輔材料影響主要為原紙及油墨，在博斯特凹印八加一上測(cè)試酯性紅墨與產(chǎn)品溶劑殘留關(guān)系。

圖1 原輔材料與產(chǎn)品VOCs關(guān)系圖

由圖1測(cè)試結(jié)果顯示原輔材料VOCs含量直接影響產(chǎn)品溶劑殘留值，原輔材料VOCs含量越大，產(chǎn)品溶劑殘留越大，經(jīng)過(guò)我司長(zhǎng)期研究，總結(jié)出將原紙 溶劑殘留控制在≤10 mg/m2，油墨溶劑殘留控制在≤30 mg/ m2，可以滿足正常生產(chǎn)條件下產(chǎn)品溶劑殘留≤100 mg/m2的衛(wèi)生指標(biāo)。苯及苯系物對(duì)人體產(chǎn)生的健康危害較其他溶劑殘留大，受沸點(diǎn)及揮發(fā)速度影響，苯及苯系物溶劑殘留在生產(chǎn)過(guò)程及生產(chǎn)后流通環(huán)節(jié)較難揮發(fā)，因此控制原輔材料苯及苯系物溶劑殘留尤為重要，經(jīng)過(guò)研究，將凹印商標(biāo)原輔材料苯及苯系物含量控制在≤0.05 mg/m2，生產(chǎn)的產(chǎn)品可滿足衛(wèi)生指標(biāo)要求，凹印商標(biāo)原輔材料苯及苯系物含量＞0.1 mg/ m2時(shí)，較易造成產(chǎn)品苯及苯系物含量超標(biāo)。

同等印刷條件下使用酯溶性油墨和醇溶性油墨進(jìn)行溶劑殘留打樣測(cè)試。

表1 凹印酯溶性油墨和醇溶性油墨溶劑殘留對(duì)比

由表1測(cè)試結(jié)果表明，使用醇溶性油墨更有利于產(chǎn)品溶劑殘留的控制，油墨溶劑殘留含量越大，控制效果越明顯，對(duì)于醇溶性油墨單價(jià)較酯溶性油墨高，企業(yè)可根據(jù)自身?xiàng)l件調(diào)整印刷用油墨類別。使用其他油墨控制產(chǎn)品溶劑殘留含量還包括水性油墨的使用等，特別對(duì)于一些與水性油墨附著力高的紙張印刷，在印刷色彩、干燥性能、附著性能符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品上，使用水性油墨在降低產(chǎn)品溶劑殘留上作用非常大，目前白卡紙、銅版紙受制于印刷制版及印刷工藝，水性油墨等低VOCs油墨應(yīng)用較難推廣，需要多方面進(jìn)行測(cè)試研究。

2 溶劑殘留生產(chǎn)工藝控制

測(cè)試凹印車間生產(chǎn)環(huán)境溫濕度條件對(duì)商標(biāo)溶劑殘留影響。

圖2 凹印車間環(huán)境溫濕度與溶劑殘留不合格批次關(guān)系圖

由圖2中可以看出，濕度對(duì)溶劑殘留超標(biāo)不是直接原因，煙標(biāo)生產(chǎn)廠家大多數(shù)對(duì)環(huán)境濕度都有有效監(jiān)控及防御措施，濕度在50%~75%，為生產(chǎn)工藝范圍。溫度對(duì)煙標(biāo)溶劑殘留有著重要影響，這就可以解釋受氣溫變化，特別是溫度驟降時(shí)，產(chǎn)品溶劑殘留容易超標(biāo)，溫度高有利于溶劑殘留揮發(fā)，生產(chǎn)環(huán)境溫度大于25 ℃為煙標(biāo)生產(chǎn)最佳控制VOC范圍。因煙標(biāo)生產(chǎn)產(chǎn)生溶劑殘留，未能實(shí)行密閉生產(chǎn)，現(xiàn)有技術(shù)條件下直接控制敞開(kāi)環(huán)境溫度成本高，煙標(biāo)生產(chǎn)廠家可從下列方向改變溫度對(duì)產(chǎn)品的影響：

（1）利用空氣溫度調(diào)控設(shè)備對(duì)溫度進(jìn)行控制，該方法可在室內(nèi)空間不大的情況下使用；

（2）通過(guò)加熱設(shè)備加熱凹印油墨槽內(nèi)油墨，控制油墨溫度達(dá)到溫度控制效果；

（3）在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)條件下，調(diào)節(jié)凹印機(jī)烘干溫度；

（4）提高凹印機(jī)烘干機(jī)組烘干效能。

研究得出，乙酸乙酯或乙酸乙酯與乙醇混合稀釋油墨在控制溶劑殘留上優(yōu)于乙酸正丙酯或乙酸正丙酯與乙醇的混合溶劑，生產(chǎn)速度低時(shí)加入酯類與乙醇的混合液對(duì)控制溶劑殘留有較明顯的作用，速度快時(shí)控制效果不明顯，生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)不同產(chǎn)品，不同環(huán)境溫濕度，調(diào)節(jié)不同的開(kāi)機(jī)速度，并規(guī)定不同的稀釋溶劑配比，可起到對(duì)產(chǎn)品溶劑殘留的有效控制。

3 油墨種類與溶劑殘留關(guān)系

同等條件下，測(cè)試使用不同顏色油墨產(chǎn)品溶劑殘留。

圖3 使用不同顏色油墨與產(chǎn)品溶劑殘留關(guān)系圖

由圖3可知生產(chǎn)時(shí)油墨溶劑殘留相近的條件下，使用不同顏色類別的油墨產(chǎn)品溶劑殘留不同，不要原因?yàn)椴煌湍伭狭Ｗ硬煌?，比表面積不同，對(duì)溶劑的吸附能力有差別。我司使用紅墨較易造成溶劑殘留超標(biāo)問(wèn)題，控制方法為：

（1）在不影響產(chǎn)品物理性能達(dá)標(biāo)的情況下，根據(jù)需要增加墨槽或烘箱溫度，對(duì)紅墨占比面積超過(guò)50%的產(chǎn)品選用紅墨檢測(cè)VOCs低的油墨進(jìn)行生產(chǎn)，特別的，在天氣冷時(shí)試用醇溶劑型油墨，試用VOCs檢測(cè)低的油墨廠家生產(chǎn)產(chǎn)品；

（2）在用到紅墨生產(chǎn)某一產(chǎn)品，加入純乙酸乙酯100%占比測(cè)得的VOCs值大于加入乙酸乙酯與乙醇混合溶劑值，表明用混合溶劑稀釋油墨有降低VOCs值效果。

4 印刷過(guò)程規(guī)范控制

印刷生產(chǎn)時(shí)工藝條件不規(guī)范，印刷過(guò)程一致性差，溶劑殘留較難控制，因此需要對(duì)印刷VOCs一致性進(jìn)行過(guò)程控制，總結(jié)出如下方法：

（1）生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)非自動(dòng)加入溶劑稀釋油墨的，不能隨時(shí)加入溶劑，需要配好后一起加入油墨，配好的油墨供生產(chǎn)使用，對(duì)于自動(dòng)加溶劑生產(chǎn)的，調(diào)好添加速度后不隨意更改添加溶劑設(shè)備參數(shù)，保證單位時(shí)間內(nèi)溶劑加入量的一致性；

（2）稀釋溶劑的加入量按揮發(fā)速度比加入，保證單位時(shí)間內(nèi)油墨內(nèi)加入的稀釋溶劑比值的一致性；

（3）生產(chǎn)時(shí)調(diào)節(jié)好刮墨刀壓力和位置后不隨意變動(dòng)，保證油墨涂布厚度的一致性；

（4）印刷設(shè)備的烘干系統(tǒng)維持正常工作，烘箱溫度、壓力、風(fēng)速控制在穩(wěn)定范圍，保證干燥一致性；

（5）減少因設(shè)備高速運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)帶來(lái)的涂布不均勻影響，保證涂布量的一致性；

（6）墨槽內(nèi)混合液攪拌均勻，保證供墨均勻性；

（7）印刷一定時(shí)間內(nèi)墨槽內(nèi)油墨及溶劑為同一批次油墨及溶劑，印刷介質(zhì)如原紙為同一批次印刷介質(zhì)，保證原料的一致性，對(duì)一些溶劑殘留容易超標(biāo)的產(chǎn)品，首次進(jìn)行印刷時(shí)，需要檢測(cè)產(chǎn)品溶劑殘留，檢測(cè)合格后才能開(kāi)機(jī)，溶劑殘留容易超標(biāo)的同一產(chǎn)品，更換原紙或油墨進(jìn)行印刷時(shí)，需再次檢測(cè)產(chǎn)品溶劑殘留，檢測(cè)合格后才能開(kāi)機(jī)。

5 數(shù)字化建模與凹印印刷溶劑殘留

混合溶劑的揮發(fā)速度由下式計(jì)算：

=∑RTV（1）

式中：—混合溶劑的揮發(fā)速率；

R，T，V—分別為組分的揮發(fā)速度率、活性參數(shù)、體積分?jǐn)?shù)。

圖5 待測(cè)產(chǎn)品多組分模型圖

凹版油墨中溶劑的揮發(fā)可分為兩個(gè)過(guò)程（階段）, 即第一階段：溶劑的揮發(fā)速度主要受單一溶劑的四種因素（即溫度、蒸汽壓、表面積/體積比和表面空氣流動(dòng)速度）的影響, 溶劑的揮發(fā)速度與單一的相同, 隨著溶劑的進(jìn)一步揮發(fā), 溶劑的揮發(fā)速度突然變慢, 此時(shí)進(jìn)入第二階段：溶劑的揮發(fā)速度不再是由表面溶劑的揮發(fā)所控制, 溶劑從油墨內(nèi)表面的擴(kuò)散所控制, 此時(shí), 溶劑的揮發(fā)速度更加緩慢。該理論為數(shù)字化應(yīng)用控制溶劑殘留提供依據(jù)，凹印油墨溶劑揮發(fā)主要受溫度、蒸汽壓、表面積/體積比和表面空氣流動(dòng)速度影響。

將產(chǎn)品待檢測(cè)區(qū)域按照工藝印刷方法，計(jì)算出每個(gè)油墨占比待測(cè)面積比值，將每個(gè)油墨占比待側(cè)面積比值乘以油墨檢測(cè)出的VOCs值加和，加上稀釋溶劑占比待測(cè)面積及原紙VOCs值，減去設(shè)備可揮發(fā)VOCs的值，設(shè)備可揮發(fā)VOCs的值可根據(jù)將某個(gè)樣品取回測(cè)取VOCs獲得，每個(gè)產(chǎn)品的設(shè)備可揮發(fā)VOCs值不同，改變油墨類別，如將酯溶性改為醇溶性，理想狀態(tài)下獲得的最終值Q與樣品VOCs值一致，將計(jì)算得的最終值Q規(guī)定為≤企業(yè)要求VOCs值Q企，當(dāng)用油墨或某一溶劑計(jì)算得的Q值＞Q企時(shí)，可更換更易揮發(fā)的稀釋溶劑，更換檢測(cè)出的VOCs值更低的油墨，降低設(shè)備開(kāi)機(jī)速度，從而達(dá)到煙標(biāo)生產(chǎn)凹印VOCs的控制。特別的，當(dāng)計(jì)算得的Q值苯或苯系物值＞Q企值時(shí)，禁止按配套比生產(chǎn)，可改變工藝或更換原材料進(jìn)行生產(chǎn)。

通過(guò)改變油墨種類或批次、不同的生產(chǎn)速度，同一環(huán)境溫度和濕度，測(cè)試獲得印刷品溶劑殘留值，建立不同油墨種類、批次；不同種類、不同量的稀釋劑；不同印刷速度下，印刷品溶劑殘留實(shí)際檢測(cè)值數(shù)據(jù)庫(kù)，也就是將同種類產(chǎn)品生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置進(jìn)數(shù)字化管理系統(tǒng)，作出溶劑殘留與開(kāi)機(jī)速度、添加溶劑、油墨溶劑殘留檢測(cè)值公式，可模擬生產(chǎn)后溶劑殘留值，使得產(chǎn)品生產(chǎn)溶劑殘留符合標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié) 論

產(chǎn)品溶劑殘留受多因素影響，主要受原輔材料本身溶劑殘留、環(huán)境溫度、開(kāi)機(jī)速度、刮刀角度、烘箱烘干效能、添加的稀釋溶劑等幾個(gè)方面影響，通過(guò)應(yīng)用印刷數(shù)字化管理平臺(tái)，將生產(chǎn)產(chǎn)品批次做到原輔材料同批同次，生產(chǎn)工藝同批相同，對(duì)容易出現(xiàn)溶劑殘留的產(chǎn)品進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)控，同時(shí)利用溶劑殘留數(shù)字化建模，模擬生產(chǎn)時(shí)溶劑殘留值，可以有效進(jìn)行原輔材料管理，同時(shí)可以提高車間生產(chǎn)效率，便于控制產(chǎn)品的溶劑殘留。

［1］楊志能. 復(fù)合軟包裝食品產(chǎn)生異味的原因及防治對(duì)策分析[J]. 現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè), 2012 (6): 167.

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Research on Control Elements of Gravure Solvent Residue in Gravure Printing Process

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（Guangxi Zhenlong Color Printing Packaging Co., Ltd., Guangxi Hezhou 542700, China）

The solvent residue in gravure printing products always is over the standard. In this paper, the influence of gravure printing environment and production conditions on solvent residue in production practice was discussed. On the premise of ensuring the consistency in the printing solvent residue in terms of production operation methods,it was proposed to digitally manage the production parameter settings of the same kind of products under the same temperature and humidity conditions, the formula to calculate the solvent residue based on startup speed, solvent dosage and so on was obtained, which could simulate the residual value of the solvent after production and reduce the residual value of the product.

gravure printing; solvent residue; gravure ink; digital printing

凹印溶劑殘留低值研究。

2020-01-20

孔恒（1988-），男，廣西省賀州市富川縣人，工程師，廣西綠色包裝防偽工程技術(shù)研究中心副主任，2010年畢業(yè)于華中科技大學(xué)，研究方向：印刷技術(shù)、化工、科研創(chuàng)新。

TQ050.6

A

1004-0935（2020）03-0306-04