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环保风暴来袭 标签印企应对之道

画册定制-蚂蚁印 758

画册定制-蚂蚁印 2018-03-19

画册定制-蚂蚁印 蚂蚁印


环保话题在如今和今后相当一段时期内将是重要话题,标签印刷
企业需要有长期作战的思想准备,并从印刷业其他分支行业中汲取经验来提升自身管理水平。


软包装印刷业已完成新一轮洗牌,市场兼并和整合提升了印刷企业在定价时的话语权,保证了印刷企业的利润空间;包装印刷企业的现代化管理经验大幅提升,对标签企业的发展提供了良好借鉴,例如国际著名标签巨头CCL通过收购软包装企业以扩展新的管理理念。

下文主要从UV油墨的环保特性及其安全风险、标签印刷行业的固废控制措施、柔印水墨+UV光油解决方案,以及标签印制各工艺环节在环保方面如何提升等方面进行阐述,给面临环保与成本双重压力下的标签印企以参考。

UV油墨的环保特性及其安全风险

即使采用不含或很少含溶剂的UV油墨,标签印刷企业在这一轮的环保风暴中也不一定就躲进了避风港。这点我在今年3月份走访西南标签市场时感触很深:标签印企即使使用的是UV油墨,环保部门也不认可,仍要抽查,若不合格仍要被罚,所以大家的整个心态是忐忑不安、战战兢兢的,缺少安全感,也缺少自信。

UV油墨基本不含有机溶剂,从理论上说不属于VOCs固定污染源,因此没有必要做排污处理,也不用交排污费。那么如何验证呢?第一,请油墨供应商提供MSDS溶剂含量的技术报告。第二,按国家检测固定污染源的相关标准来检验,一个是《HJ 734—2014固定污染源废气 挥发性有机物的测定 固相吸附-热脱附/气相色谱-质谱法》,另一个是《GB/T 23986-2009色漆和清漆 挥发性有机化合物(VOC)含量的测定 气相色谱法》。从油墨的溶剂挥发方面说,UV油墨不属于固定污染源的结论是理直气壮的。

但是,UV油墨存在三大缺陷,即能耗大、臭氧排放与生产环境的光污染,这些是必须要注意的。相应的解决办法一是冷光源LED UV,起码可以减少一半不需要的红外线损耗。二是室内臭氧通风管直排,但是否合法,还需要当地环保部门认定。如若采用LED光源,风险就要小很多。三是灯光遮蔽罩,这是省不掉的。

2005年前后,欧洲利乐包雀巢牛奶事件对UV油墨的安全性提出质疑,当年意大利雀巢牛奶中发现有胶印UV墨光引发剂ITX污染,即使如利乐包的多层高阻隔结构——卡纸、铝箔、EAA/EMA涂层以及PE涂层,仍阻挡不了ITX对婴儿牛奶的污染,欧洲利乐全线告急。只有采用水墨柔印的利乐中国得以全身而退,因为水墨中不含光引发剂,没有ITX。

UV油墨有一个基本特点,油墨中的光引发剂在特定UV灯频率下快速反应,墨膜固化,光引发剂消耗得越彻底,油墨中的低分子残留物就越少,对承印材料表面的迁移也越少。反之亦然。那么如何判定UV油墨固化是否彻底,光引发剂是否全部消耗完,低分子物迁移少呢?目前业内判定UV墨固化有三大方法:一是指触法,用手指触摸是否发粘;二是胶带测定法,用胶带是否会粘掉墨膜来判定;三是墨膜平磨法,用平磨仪按每分钟20N/42~43次的方法观测墨膜颜色密度变化。这三种方法其实是存在很大漏洞的,第一种纯粹凭个人感觉,没有数量概念;第二种只要在油墨中添加一些表面活性剂,使胶带粘不住,根本没法正确判定,业内俗称“骗胶带”;第三种只要在油墨中多添加一些蜡,平磨仪磨到的是蜡而不是墨膜,就无法通过墨膜强度来正确推断UV油墨固化的真实状态。

规模以上的标签印刷企业会在此基础上添加模拟震动台碰撞试验,这有点像我们当年在二级公路上进行的产品包装运输试验,贴标后的空瓶装在瓦楞纸箱中互相撞击,从标签表面是否有墨膜损伤来判断墨膜附着力以及墨膜强度,从而推断UV墨是否反应彻底,墨膜是否彻底固化。这些经验型的不完整的方法,无法有效、可靠地判定UV油墨是否彻底固化,对需要加强固化时判断是否应添加并添加多少光引发剂,存在极大隐患。

同时,UV油墨固化时需要灯具的配合,包括灯管的有效寿命,反射罩是否科学维护,定期检测灯具辐射能量获得的实际数据,以及根据印刷机上配置的灯具功率(单位为w/cm,w/inch),选择各档使用功率,但这个选择由于是各机台机长决定的,存在着极大的不确定性。

UV光引发剂残留这一重大环保危害,已经引起国家环保部门重大警觉:2007年的胶印油墨环保要求,对UV油墨的光引发剂只字未提,但去年取代原标准的强制性标准HJ2542-2016,对光引发剂规定了不准使用的负面清单,如BP、ITX、907等,由于负面清单是允许定时修改、定时添加的,因此对UV油墨光引发剂的限定以后将越来越多,越来越严。由于普通光引发剂是低分子量物质,低分子表面迁徙是客观规律,如果UV油墨中的光引发剂在固化过程中没有消耗尽,残存的光引发剂就有可能迁移至表面,雀巢牛奶的悲剧就有可能在食品、护肤品以及化妆品等一系列敏感产品中重演。目前唯一的办法是采用高分子量的光引发剂以降低迁移风险,对于印刷企业来说就是选购价格较贵的低迁移UV油墨。


那么,为什么不考虑将使油墨中的光引发剂消耗完毕,以避免风险呢?还是因为缺乏对UV固化真正检测方法的认定与实施?

其实,科学的检测方法与检测原理早已存在,UV油墨固化前后,油墨中的不饱和双键变化是真正反映油墨固化状态的数据,国际上采用红外光谱仪测定这种变化,通过计算不饱和双键变化率来加以判定。我当年还在标签行业工作时,企业技术部门实验室就有相关设备,我们也检测到了相关数据。更简单直观的方法是采用高锰酸钾溶液,从墨膜呈色的深浅上判断不饱和双键的变化。这种方法在色墨观测时有难度,比如深色油墨。但用于观测不含任何颜料的光油则很直观。

UV固化的软肋是油墨中光引发剂的频谱是由油墨厂确定的,而灯管频谱是由灯具厂确定的,上下游产业链在技术参数上的不一致将很难达到频谱接近或频谱对应,固化效率一定低。而且传统UV灯具发射的射线50%是不需要的红外线,也就是说一半能量是浪费掉的。现在采用的LED UV冷光源,虽然可以解决红外浪费问题,但窄幅冷光源无法完全适应现有的宽幅频谱特点的油墨光引发剂。国际灯具巨头前两年提出的解决措施是复合频谱灯具,如一组灯管采用365nm,另一组灯管采用410nm,以适应光引发剂从365nm到410nm左右的需求。这种灯具价格虽然贵些,但思路合理,也值得LED UV固化借鉴。

UV固化应用中有7个要点十分重要:1.在灯管安全寿命期限内使用;2.合理维护灯具;3.定期检测灯具辐射能量;4.选择合理的灯具功率;5.在成本许可的条件下采用低迁移UV油墨;6.根据UV固化基本原理,确定本企业可行的检测与判定方案,谨防误判;7.印刷企业应用时在原墨中尽量少加或不加光引发剂,避免光引发剂添加过多而引起的低分子物残留以致迁移。

在标签行业UV油墨使用中还有两个问题值得注意:一个是UV清洗剂污染,另一个是不干胶材料的溶剂残留。

UV油墨清洗剂是有机溶剂,MSDS显示是丙二醇单甲醚,同凹印溶剂型油墨中的丙二醇甲醚是一种物质,是环保部重点查处的VOCs污染源之一,标签行业对这个溶剂没理由不控制。油墨清洗、机台清洗造成的废气污染需要通过集风罩收集、浓缩并通过活性炭处理才能排放。毒性较小的乙醇也可以清洗,但其溶解度参数同油墨的相应参数偏离较大,溶解性稍差,清洗效果较差,而且乙醇在VOCs污染上同丙二醇甲醚为同一等级,也必须处理后才能排放。因此即使采用不含溶剂的UV油墨印刷,只要这个环节没解决,印刷企业就不可能理直气壮。关于不干胶材料的溶剂残留,环保部门上门检测或临时抽样,一定采用气相色谱仪的顶空测试法,因此如果不干胶材料本身的溶剂残留就高,测出来的数据必然就大。我们现在使用的不干胶材料有采用热熔胶的(包括UV热熔胶),有采用水胶的,还有采用溶剂胶的。印刷现场UV固化装置散发出的多余的红外能量,一定会成为胶带中残留溶剂挥发扩散的助力器,环保部门采集到的车间气体一定会包含不干胶材料带来的溶剂,因此选择不同制造工艺的不干胶材料对于应对环保检测将十分重要。

标签行业的固废控制及其出路

标签行业的固体废料又是一个绕不开的话题,以前企业管理中的原材料损耗或成品率问题,由于国家将实行固废总量控制,使传统的成本控制被赋予新的环保内涵。制程中产生废料,检品时产生废料,只要工艺上没有明显提升,产品质量要求越高,废料也就越多。目前我们的方法是出钱请废品公司来清理,无非是焚烧或掩埋。国家实行固废总量控制,控制的是废品处理厂的总量,如果废料没有良好的出路,最终的结果一定是废品公司提高废料处理价格,这成本负担又回到标签印刷厂身上。

因此,即使为了降低成本,标签印刷企业也需要分解各工序的废料产出量,重新重视投入产出率、印刷产品一次得率等传统技术经济指标。标签行业目前的平均税后利润率在整个印刷界是属于比较高的,但这是产品特点使然,并不是企业管理水平、技术水平一定比其他印刷分支行业高,因此降低消耗还有很长的路要走,固废总量控制将是一个很好的机遇。标签行业近几年新添加的离线或连线检品装置,有效地提升了产品出厂质量,但也提升了废品总量。现在的关键是能否从检品工序发现有规律的质量缺陷,从源头改善。

我们始终会遇到一个老问题,印刷质量到底是印刷工序印出来的,还是检品工序管出来的?我的观点是,印刷工艺的改善与完整,是减少质量故障、降低原材料损耗、提高一次得率、减轻检品工序负荷所必须的,只有从根本上解决印刷损耗问题,才可能从容应对固废总量控制。

不干胶标签生产过程中的溢胶问题非常普遍,目前为溢胶背黑锅的是标签印刷企业,而不干胶材料生产企业反而显得无辜。我们采用油墨行业常用的blacking测试方法找到了溢胶问题的原因,是胶黏剂涂层过厚,上胶量过大,从每平方米9~12克到每平方米15~16克,如果胶体的内聚力足够,有必要涂这么厚吗?降低胶层厚度20%~30%,既解决了溢胶问题,又降低了成本,于环境、于企业均是百利而无一害的事情,是环保与成本的双赢。因此选择合适内聚力的胶水,用胶体树脂的分子量、内聚力,而不是涂层厚薄来决定不干胶材料的黏性,这责任在不干胶材料制造业。解决溢胶对降低固废总量有重要意义,对降低成本的作用也十分明显。

不干胶废弃材料目前的处理方法是焚烧或掩埋,标签企业唯一的处理方法是“出钱送瘟神”,固废总量控制将意味着提高费用。大量中小标签印制厂既缺资本也缺技术,根本没有能力处理日积月累的不干胶废料。固废不出省的政策决定了中小型标签企业对此将无所适从。欧洲利乐包处理固废的案例启发我们,在高分子材料中添加无机填料,用于生产社会必需产品,将有助于解决不干胶废料再生问题。

前一段时期L9北京峰会上,峰会主席Thomas介绍过德国标签印刷废品的处理工艺:底纸去硅油,纸纤维再利用;薄膜分类收集利用,免费给蓝泰、艾利德国工厂,压缩成装饰砖、装饰面板等用于地面铺设、屋内装饰等,避免燃烧或填埋。德国可以这么做,中国为什么不行?但是,起牵头作用的应该是大型不干胶制造商,他们才是责任主体。



柔印水墨+UV光油的解决方案

两年前提这个方案,还需要论证水墨为什么可以在薄膜上附着,现在条件大有改观,已不必详细叙述这个问题了,因为国内的成功应用者比比皆是,水墨在薄膜不干胶材料上附着已不再是问题。软包装印刷企业在水墨印刷中取得的丰富经验,为标签行业的技术改善提供了良好借鉴。标签行业应该未雨稠缪,用环保且较低成本的技术方案对目前占主流的全UV方案做出改善预案。水墨方案没有低分子迁移风险,水墨是美国FDA唯一列为环保油墨的品种,无VOCs污染风险,因此在食品、药品、日化用品以及化妆品上的安全风险是比较低的。

水墨方案成本较低,可以达到环保与成本的双赢。但是水墨必须要根据以下方式筛选:

1.水墨pH值要稳定,不必时时监控pH变化,使应用水墨同UV墨一样稳定,一样简便。

2.需要选择采用颜料而非染料型水墨,以利于后续的水墨污水处理。

3.需要选择表面张力大小与UV油墨相当的水墨,以避免停机擦版,固废增加。

4.需要选择严格按照环保部门HJ/T371-2007文件规定生产的安全水墨。这个文件目前已经在做重大修正,但在新版未正式实施前,还必须要采用在有机溶剂含量方面存在明显瑕疵的原文件。

水墨在应用过程中必须提高黏度,水墨印刷的质量标准应该就是UV墨现有的印刷质量标准。UV墨印刷质量高的关键在于印刷时具有较高黏度。可以使用较高黏度UV墨的柔印机,没有必要在使用水墨时刻意降低黏度水平。柔印UV墨的颜料比例一般不超过25%,水墨中颜料比例稍加提高也能印出相当于UV墨质量水平的印品,技术上不存在问题。

使用水墨时还必须要统筹污水处理,水墨清洗不用有机溶剂,不存在VOCs污染风险,但清洗污水不能随意排放,必须做排污处理。国内印刷界水墨污水处理并中水回用的实践,已经证明该技术方案切实可行,使水系统形成闭环,能有效降低企业用水成本。出版印刷与包装印刷行业在水墨应用并污水处理及回用方面已经先行,并取得了良好效果。

水墨在应用过程中,还需要注意一些细节。标签行业的订单都比较短,经常换单将增加油墨耗用,也会增加固废量,建议将印刷机墨斗改用特氟隆涂布的,这样可有效降低换墨时油墨在墨斗中的滞留,降低油墨消耗。特氟隆涂层还能有效降低揩布等固废产生,换单速度也可以提升。

UV光油不存在颜料对光引发剂的吸收,光引发剂主要集中在UVC频段。UV油墨应用实践中,油墨固化了而光油未固化的案例很少,印刷企业也很少有因UV光油固化性能不够而需要另外添加光引发剂的需求,说明即使在比较粗放的管理模式下,UV光油固化的成功率也比较高。高锰酸钾滴定法可以有效对光油固化性能作出判定,这对中小企业来说,简单、实用、可靠。从长远性来看,LED芯片技术将频谱限定在UVC波段并不困难,容易突破,因此只要保持原有UV光油的基本配方,光引发剂不变,寻找适合工作在UVC频段的LED芯片,冷光源问题、光引发剂匹配问题,包括臭氧问题等UV固化的基本缺陷都可以迎刃而解。

至于UV光油固化的灯具选择,目前印刷机上配置的UV灯有高压汞灯,也有可以添加不同金属离子的金属卤素灯,波峰涵盖UVC、UVB、UVA,尤其是各种不同金属离子的卤素灯,可以对应在UVB,UVA波段特定频率的光引发剂。如果不考虑传统灯具中不需要的红外线,如果忽略主波长365nm的作用,能够较多涵盖UVC波段的是高压汞灯,汞灯容易做到低频段的频谱对应,光油固化的能效相对较高。

标签印刷工艺在环保方面可提升的其他措施

标签印刷工艺在环保方面的改善,还有以下3个工艺路线:1.由于印刷质量、产能等因素,凸印标签向柔印转化,包括用柔印工艺代替凸印工艺,和用现有的凸印机与凸印油墨,印出像柔印网点一样质量的产品(请参考《标签技术》2015年第10期的专门论述)。2.凹印标签水性化。3.胶印工艺在坚持原有水墨平衡工艺路线基础上,用无醇润版液系统取代异丙醇润版液系统,核心技术是用网纹辊技术控制水膜厚度,这个改善可以解决胶印工艺已经实施了十多年而一直效果不明显的无醇润版液应用问题,可以大大减少胶印中的异丙醇挥发。

总之,国内中小型标签印刷企业要有危机感、紧迫感,勇于学习、善于学习,在环保风暴中完成凤凰涅磐。


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