凹印软包装溶剂残留量的控制

时间:2008-12-17 13:44:36来源:科印传媒《印刷技术》作者:马平东

  目前国内软包装行业使用的溶剂型凹印油墨中含有大量有机溶剂,此外,在软包装凹印和加工过程中还需要加入一定量的稀释剂来调节油墨黏度和挥发速度,以适应印刷、复合工艺的要求。凹印油墨常用的稀释剂有甲苯、丁酮、异丙醇、二甲苯等。干式复合中酯溶性胶黏剂使用的溶剂有乙酸乙酯,醇溶性胶黏剂所用的溶剂有乙醇、甲醇等。印刷、复合时虽然基材会通过烘箱系统进行干燥,但是仍然有部分溶剂不能完全挥发,进而形成溶剂残留。
  随着社会的不断进步,凹印软包装溶剂残留问题对环境和食品安全产生的影响受到越来越多的关注。在软包装复合膜(袋)产品相关国家标准的理化指标检测项目中,国家对软包装中的甲苯二胺、蒸发残渣、重金属含量、溶剂残留量等做出了明确规定。其中,食品用复合膜(袋)的溶剂残留总量必须小于10mg/m2,苯系溶剂残留量≤2mg/m2
  要达到溶剂残留控制的相关指标,软包装企业就必须在油墨选择、工艺控制等方面采取更严格的措施。同时,这对印刷机和复合机的干燥效率也提出了挑战。

  溶剂残留的危害及不良影响
  1.影响包装安全
  残留溶剂会污染包装内容物,甚至使内容物变质变味,进而带来食品包装的安全问题。尤其是苯系物质已经被世界卫生组织确定为致癌物质,如何降低溶剂残留量特别是降低乃至消除苯类溶剂残留已经成为软包装企业必须要解决的问题。
  2.造成印品黏连、复合工序剥离强度下降等质量问题
  印刷后,当残留溶剂达到一定量时,就容易造成印品在收卷及放置过程中出现反黏等问题。同时还会影响复合工序的质量。当醇类溶剂残留较多时,会影响干式复合(通常用聚氨酯胶黏剂)的剥离强度或造成“不干”;而对于无溶剂复合工艺来说,醇类溶剂的残留则会直接影响无溶剂复合剥离强度的稳定性。
  3.印刷工序溶剂残留对下工序溶剂残留及总残留量的影响
  如果采用含苯溶剂型油墨,则印刷后必然有甲苯残留,而残留的甲苯不仅会是印品残留溶剂中重要的组成部分,而且还会进一步影响复合工序中乙酸乙酯的挥发。因此,在整个溶剂残留量控制中,关键是对印刷环节中甲苯残留量的控制。

  凹印工序中影响溶剂残留的主要因素及其控制
  1.油墨自身的溶剂释放性
  不同的油墨其溶剂释放性是不相同的,特别是有些低档次油墨,由于使用了比较低档的连结料、树脂和颜料,其溶剂释放性较差,最终印品的溶剂残留量就较大。醇溶性油墨虽然不含苯类溶剂,但印品的溶剂残留也受油墨自身溶剂释放性的影响。因此在使用油墨之前,最好能向油墨制造商了解其残留溶剂倾向,以便做出相应的处理。
  油墨常用树脂一般有聚酰胺、聚乙烯醇缩丁醛、氯化聚丙烯、聚酯等。不同的树脂对溶剂的释放性不同,有些树脂对溶剂的释放性差,但印刷适性好,价格又比较便宜,往往成为主流产品。但是,软包装企业在使用这种油墨印刷软包装产品时也容易引发溶剂残留超标问题。
  油墨的溶剂释放性好,溶剂残留相对较小。不同厂家的油墨其体系有所区别,而溶剂释放性的区别主要在于油墨连结料、树脂与颜料的不同。
  同一种油墨体系中,各色油墨的溶剂释放性也有所差别,其中品红墨、黑墨溶剂的释放性相对较差,主要是由于品红墨、黑墨的颜料粒子很小,吸附能力很强。
  由于更严格的溶剂残留要求,目前许多软包装企业纷纷采用无苯油墨、无苯无酮油墨和醇水白墨等,有效降低了溶剂尤其是苯系溶剂的残留。
  2.工作墨的挥发速度及黏度
  印刷过程中,油墨使用的溶剂基本都是混合溶剂,其挥发速度对溶剂残留的影响最大,如果混合溶剂中含有较多的慢干型溶剂就会导致严重的溶剂残留。因此,合理设计混合溶剂的配方是一个十分重要的技术问题。此外,溶剂的纯度将直接影响挥发速度,溶剂中水分的含量对溶剂的挥发率影响最大。油墨黏度对溶剂残留也有较大影响。
  3.干燥条件
  干燥条件包括干燥箱的结构、长度、风量、风温等,它们决定了印品干燥效率。干燥不良,溶剂残留量就会增大。提高风量、风温,会提高干燥效率,但墨层较厚时,也可能会造成墨层表面迅速干硬,从而阻碍墨层内溶剂的逸出,导致溶剂残留量增大。此外,干燥装置应定期维护、清洁,避免堵塞。
  随着印刷速度的提高以及市场对软包装加工设备环保性能的要求越来越严格,印刷及复合机的干燥系统得到不断改进。例如凹印机最后一个色组使用两个烘箱或加长烘箱;在凹印机最后一个色组上增加导辊,将印品传递回第一色组前面,这样就增长了干燥距离,使溶剂能够充分挥发;将印刷烘箱内进行有效的分区(分为上下两部分,将下部溶剂含量高的气体全部排出,而将上部溶剂含量低的气体进行热风二次循环),使高浓度的溶剂气体直接外排,不参与二次回风,大大降低了印品的溶剂残留量。又比如干燥系统风机采用变频控制,从而实现风量、风速的可靠控制与调节。
  4.印刷速度
  印刷速度的快慢决定了印品干燥时间的长短,应该在保证印刷墨层充分干燥的情况下逐渐提高印刷速度。
  5.干燥介质的湿度及有机溶剂浓度
  干燥介质(空气)的湿度对溶剂残留量有很大影响。一是空气中的水分进入油墨,势必造成溶剂的综合挥发性变差;二是干燥介质中水分的大量存在,也会抑制溶剂的挥发。湿度增加一倍,油墨的干燥速度就要迟缓近两倍。因此在高湿条件下,应尽量减缓印刷速度并减少油墨与空气的接触,以保证油墨能够充分干燥。同时应立即调整溶剂配方,配制适宜这种气候的特殊配方。印刷车间空气湿度一般不应超过70%,当然也不能过于干燥,否则会引起静电问题。
  6.基材薄膜对溶剂的选择性吸收
  不同基材薄膜对印刷所使用的溶剂的吸附能力和吸附倾向不同。PP类材料容易吸附碳氢系溶剂,对甲苯等物质的吸附量大;PVDC吸附甲苯的能力更强;PA、PT等吸水性材料易吸附醇类溶剂。总体来说,PA、PET对溶剂的吸附量小于PP类材料。
  7.其他因素
  (1)刚印好的印品如果能及时采用有效的处理方法,也会降低溶剂残留。因此,待印品印好后,在通风处放置一两天再复合有利于溶剂残留控制。
  (2)在印刷工艺中,印版网穴较深的一色及溶剂挥发性较差的一色后面的一个色组可以不印刷油墨,进行二次干燥,有利于降低溶剂残留量。
  (3)对于多色印刷来说,在进行图案设计时不要使用太多叠印色,尽可能使用专色油墨,以防止印品局部墨层过厚。
  (4)如果同一个印版上既有大实地的底色,又有很浅的挂网层次,要控制溶剂残留量就极为困难。提高溶剂挥发速度时,浅网处会堵版,而降低溶剂的挥发速度时,实地处又会有大量的溶剂残留。因此,制版时应尽量避免采用这种设计。
  (5)设计软包装产品结构时应尽可能将阻隔性最差的薄膜作为印刷层,在其里面复合阻隔性较高的阻隔层和热封层,从而避免残留溶剂对内容物的污染。
  溶剂残留量超标时,也可以通过通风再干燥进行补救。

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