浅谈软包装溶剂残留影响因素与控制

朱 戎 张继鸣

浅谈软包装溶剂残留影响因素与控制

朱 戎 张继鸣

当前国内软包装生产领域，凹版印刷与干式复合是主流生产工艺。醇类、酯类、酮类等有机溶剂作为主要的稀释剂，在油墨以及黏合剂中都有添加。随着消费者对食品以及其他消费品安全意识的日趋提升，国家对包装材料溶剂残留控制标准进行了修订，其中GB/T10004-2008《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》将溶剂残留标准由原先的10mg/m2调整为5mg/m2限值，新版药品包装溶剂残留检测方法YBB00312004-2015将预热测试条件从原先的80℃，30min调整为100℃，60min，这两项标准的正式实施，说明国家对食品、药品包装材料溶剂残留的监管会更加严格。为了应对更加严格的标准要求并为消费者提供健康、安全的包装材料，对溶剂残留的深入研究成为软包装企业一项主要的技术命题。

从软包装生产工艺以及原料应用方面分析，影响溶剂残留的因素主要有以下几个方面：

一、印刷溶剂配比

每种不同的溶剂都有其固有的物理特性，以下是凹版印刷过程中添加的几种主要溶剂的物性对比表：

名称 熔点℃ 沸点℃乙酸正丙酯 -92．5 101．6乙酸乙酯 -83．6 77．2丁酯 -77 126丙二醇甲醚醋酸酯 -87 149乙醇 -114．1 78．3异丙醇 -87．9 82．45

在同等的工艺条件下，沸点高的溶剂更加难以挥发，溶剂残留更高。针对不同的油墨树脂体系，通常会有多种挥发速度的溶剂配比可供选择：

（1）聚氨酯体系：

乙酸乙酯 正丙酯 丁酯 异丙醇快干 60 20 / 20中干 20 60 / 20慢干 20 50 10 20

备注：如慢干溶剂不能满足印刷要求，可用5%丙二醇甲醚醋酸酯替代醋酸乙酯

（2）硝化棉体系

乙酸乙酯 正丙酯 丁酯 异丙醇快干 50 / 50 /中干 20 30 50 /慢干 10 30 50 10

在实际生产应用中，在溶剂配比的选用上需要关注以下几个事项：

（1）针对不同的印刷版面以及网点比例选用不同的溶剂配比，通常实地版面选用快干溶剂，浅网层次版面选用中干或慢干溶剂，并根据实际印刷效果作适当调整。

（2）环境温度也是影响溶剂残留的重要因素，通常生产厂家都会出现冬季溶剂残留超标频次增加的现象，原因主要是冬季材料表面温度与进风温度都会偏低，影响到溶剂的挥发，所以在环境温度小于15℃的季节，选用挥发速度较快的溶剂配比可以有效降低溶剂残留，提升印刷效率。

二、材料对溶剂的吸附性

不同材料对溶剂的吸附有很大差异，我们进行了相关比对试验，试验条件如下：

试验设备：国产主流凹版印刷设备

印刷速度：130m/min

干燥温度：60度

进排风量：35000m3/h

测试结果

试验结果表明，在同等工艺条件下，溶剂残留数值:

未涂层纸张＞涂层纸张＞亚光BOPP＞BOPP＞BOPA＞PET

因此合适的材料结构设计对最终产品的溶剂残留控制非常关键，对于要求较高的食品、药品包装，尽量选用溶剂吸附力低的材料作为印刷或上胶基膜对降低产品溶剂残留量有显著效果。

三、干燥工艺

（1）印刷工序的干燥温度通常设定在50℃-65℃较合适，可以根据设备实际运行速度作适当调整。如温度设定过低，溶剂通过烘箱不能有效挥发，溶剂残留偏高。如温度设定过高，油墨表层固化太快，溶剂不能有效释放，也会造成溶剂残留偏高。同时，风量的设定也是很关键的因素，首先必须要保证烘箱区域保持负压状态，保证溶剂能快速排放。另外为了节约能源，印刷设备通常会利用排出的循环热风，如循环风比例过高，会提高进入烘箱溶剂浓度，影响溶剂残留。如循环风比例过低，进风温度会受影响，也会造成溶剂残留偏高。

（2）复合设备烘箱构造相对比较复杂，通常会有3-4段独立加热单元，合适的温度设定对溶剂残留指标有很大影响，以下是不同温度设定下的残留指标：

试验设备：进口高速复合设备

运行速度：200m/min

复合结构：BOPP/VMCPP

溶剂残留mg/m2试验一 40 50 60 70 6．8试验二 60 70 80 90 1．3试验三 70 80 90 100 7．2一段烘箱℃二段烘箱℃三段烘箱℃四段烘箱℃

1.试验一烘箱温度设定太低，溶剂不能有效挥发，溶剂残留偏高

2.试验二烘箱温度设定合理，溶剂残留控制较好

3.试验三初段温度设定过高，复合后有橘皮状，胶层表面干结过快，溶剂残留偏高

从以上试验可以得出结论，过高或过低的温度设定对溶剂残留都会产生不利影响，生产过程中需要根据设备性能制定合理的烘干温度才能使溶剂残路得到有效控制。

（3）不同的生产设备，干燥风速也会有一定差异，国产主流设备风速为20-25m/s，进口设备由于设计速度较高，风速通常为30-40m/s，正常生产可根据实际运行速度进行调整，如果运行速度在180m/min，建议风速控制在25m/s，如运行速度大于180m/min，风速控制在35m/s。同时，进风口滤网以及风嘴也需要定期清理，避免由于滤网与进风口堵塞造成风速下降。另外风量平衡的控制是非常关键的因素，首先需要保证烘箱处于负压状态，通常为负20-30MPa比较合适，如果负压太小或是正压状态，溶剂不能快速从烘箱中排除，导致烘箱内溶剂浓度升高，影响溶剂残留，并且还有安全隐患。如果负压过大，环境中的空气会进入烘箱，使烘箱内部总体温度下降，影响到溶剂的挥发。

四、其他影响因素

1.黏合剂的选型

不同厂家生产的黏合剂由于采用的树脂主体不同，对溶剂的释放性也存在明显差异。在同样的生产设备、同样的生产工艺条件下作对比测试，使用不同型号的黏合剂，最终溶剂残留结果可能会相差数倍。原因主要是黏合剂的分子键中都含有活性羟基，跟酯类溶剂反应会形成氢键，影响到溶剂的挥发性能。

2.涂布量的控制

合适的涂布量控制是控制溶剂残留的主要手段，如果涂布量偏高，进入烘箱的溶剂量就高，容易造成残留超标。根据实际应用经验，轻包装干基涂布量建议控制在2.0-2.5g/m2，铝箔复合结构建议控制在2.5-3.0g/m2，蒸煮类结构建议控制在4.0-5.0g/m2.

3.操作浓度控制

干式复合黏合剂通常的操作浓度在30%左右，出于溶剂残留与成本考虑，部分黏合剂供应商专门开发出了适用于高固含操作的黏合剂，操作浓度可以提高到40%-45%。在保证干基涂布量不变的前提下，采用线数较高的网线辊，可明显降低涂布到基膜上的溶剂总量，控制溶剂残留。

五、新材料新工艺应用

随着客户对产品气味与溶剂残留指标要求的进一步提升，传统的凹版印刷与干式复合工艺所面临的挑战越来越大。软包装生产企业也在寻求变革，一些新型环保材料的使用与新工艺的实施正在成为主流发展趋势，例如：

1.水性油墨与水性黏合剂的应用

水性油墨与黏合剂用纯水或乙醇作为稀释剂，避免了酯类等其他有机溶剂的添加，在溶剂残留与气味控制上有明显优势。但是目前的主流应用主要还是在普通轻包装上，在水煮或者蒸煮产品上的稳定性还有待进一步验证。

2.柔版印刷

柔版印刷也是一种比较环保的印刷方式，运行效率高，油墨采用醇或者水作为稀释剂，在气味与溶剂残留控制上有先天的优势，目前在欧美等国家应用比较广泛。

3.无溶剂复合技术

无溶剂复合技术从根本上杜绝了稀释溶剂的添加，被业内普遍认为是最环保的复合方式，并且无溶剂复合还具备熟化时间短，运行速度快等优势，这是干式复合无法比拟的。相信随着无溶剂黏合剂性能的不断提升已经应用经验的积累，后续肯定会成为主流的发展趋势。

这些新技术的推广应用，解决了溶剂残留的根源问题，为生产出更加安全环保的包装材料提供了技术支撑。

软包装溶剂残留控制是一项较复杂的课题，我们需要从产品开发阶段综合考虑材料选型，结构设计，工艺控制，设备硬件等多方面因素，并不断寻求绿色环保技术的探索。这样才能为消费者提供健康、安全、环保的包装产品。