凹印溶剂残留控制要素研究

孔恒, 黄江伟, 肖勇

凹印溶剂残留控制要素研究

孔恒, 黄江伟, 肖勇

（广西真龙彩印包装有限公司, 广西 贺州 542700）

印刷品溶剂残留超标主要为凹印产品。对生产实践中凹印环境及生产条件对溶剂残留的影响进行了探讨。在生产操作方法方面保证印刷溶剂残留产生一致性的前提下，提出在相同温度、湿度条件下，将同种类产品生产参数设置进行数字化管理，做出溶剂残留与开机速度、添加溶剂、油墨溶剂残留检测值公式，可模拟生产后溶剂残留值，降低产品的溶剂残留值。

凹印；溶剂残留；凹印油墨；数字化印刷

在全社会日益关注消费品的安全、环保要求的大背景下，对烟标产品溶剂残留控制提出了更高更严的要求。溶剂残留超标不仅关系到生产人员个人的健康，同时也对环境产生不良的影响，因此控制烟标溶剂残留越来越受到业界的重视。胶印类烟标溶剂残留主要控制苯及其苯系物的溶剂残留，凹印及柔印类烟标产生的溶剂残留较多［1］，是企业溶剂残留超标的主要工序。

本文经过对凹印烟标产品溶剂残留超标提出了控制办法，从原辅材料、工艺、过程控制、生产规范、数字建模等几个方面讲述凹印溶剂残留控制。

1 控制生产用原辅材料溶剂残留含量

商标溶剂残留原辅材料溶剂残留是产品溶剂残留含量的重要影响因素之一，凹印商标溶剂残留受原辅材料影响主要为原纸及油墨，在博斯特凹印八加一上测试酯性红墨与产品溶剂残留关系。

图1 原辅材料与产品VOCs关系图

由图1测试结果显示原辅材料VOCs含量直接影响产品溶剂残留值，原辅材料VOCs含量越大，产品溶剂残留越大，经过我司长期研究，总结出将原纸 溶剂残留控制在≤10 mg/m2，油墨溶剂残留控制在≤30 mg/ m2，可以满足正常生产条件下产品溶剂残留≤100 mg/m2的卫生指标。苯及苯系物对人体产生的健康危害较其他溶剂残留大，受沸点及挥发速度影响，苯及苯系物溶剂残留在生产过程及生产后流通环节较难挥发，因此控制原辅材料苯及苯系物溶剂残留尤为重要，经过研究，将凹印商标原辅材料苯及苯系物含量控制在≤0.05 mg/m2，生产的产品可满足卫生指标要求，凹印商标原辅材料苯及苯系物含量＞0.1 mg/ m2时，较易造成产品苯及苯系物含量超标。

同等印刷条件下使用酯溶性油墨和醇溶性油墨进行溶剂残留打样测试。

表1 凹印酯溶性油墨和醇溶性油墨溶剂残留对比

由表1测试结果表明，使用醇溶性油墨更有利于产品溶剂残留的控制，油墨溶剂残留含量越大，控制效果越明显，对于醇溶性油墨单价较酯溶性油墨高，企业可根据自身条件调整印刷用油墨类别。使用其他油墨控制产品溶剂残留含量还包括水性油墨的使用等，特别对于一些与水性油墨附着力高的纸张印刷，在印刷色彩、干燥性能、附着性能符合标准的产品上，使用水性油墨在降低产品溶剂残留上作用非常大，目前白卡纸、铜版纸受制于印刷制版及印刷工艺，水性油墨等低VOCs油墨应用较难推广，需要多方面进行测试研究。

2 溶剂残留生产工艺控制

测试凹印车间生产环境温湿度条件对商标溶剂残留影响。

图2 凹印车间环境温湿度与溶剂残留不合格批次关系图

由图2中可以看出，湿度对溶剂残留超标不是直接原因，烟标生产厂家大多数对环境湿度都有有效监控及防御措施，湿度在50%~75%，为生产工艺范围。温度对烟标溶剂残留有着重要影响，这就可以解释受气温变化，特别是温度骤降时，产品溶剂残留容易超标，温度高有利于溶剂残留挥发，生产环境温度大于25 ℃为烟标生产最佳控制VOC范围。因烟标生产产生溶剂残留，未能实行密闭生产，现有技术条件下直接控制敞开环境温度成本高，烟标生产厂家可从下列方向改变温度对产品的影响：

（1）利用空气温度调控设备对温度进行控制，该方法可在室内空间不大的情况下使用；

（2）通过加热设备加热凹印油墨槽内油墨，控制油墨温度达到温度控制效果；

（3）在产品标准条件下，调节凹印机烘干温度；

（4）提高凹印机烘干机组烘干效能。

研究得出，乙酸乙酯或乙酸乙酯与乙醇混合稀释油墨在控制溶剂残留上优于乙酸正丙酯或乙酸正丙酯与乙醇的混合溶剂，生产速度低时加入酯类与乙醇的混合液对控制溶剂残留有较明显的作用，速度快时控制效果不明显，生产时，根据不同产品，不同环境温湿度，调节不同的开机速度，并规定不同的稀释溶剂配比，可起到对产品溶剂残留的有效控制。

3 油墨种类与溶剂残留关系

同等条件下，测试使用不同颜色油墨产品溶剂残留。

图3 使用不同颜色油墨与产品溶剂残留关系图

由图3可知生产时油墨溶剂残留相近的条件下，使用不同颜色类别的油墨产品溶剂残留不同，不要原因为不同油墨颜料粒子不同，比表面积不同，对溶剂的吸附能力有差别。我司使用红墨较易造成溶剂残留超标问题，控制方法为：

（1）在不影响产品物理性能达标的情况下，根据需要增加墨槽或烘箱温度，对红墨占比面积超过50%的产品选用红墨检测VOCs低的油墨进行生产，特别的，在天气冷时试用醇溶剂型油墨，试用VOCs检测低的油墨厂家生产产品；

（2）在用到红墨生产某一产品，加入纯乙酸乙酯100%占比测得的VOCs值大于加入乙酸乙酯与乙醇混合溶剂值，表明用混合溶剂稀释油墨有降低VOCs值效果。

4 印刷过程规范控制

印刷生产时工艺条件不规范，印刷过程一致性差，溶剂残留较难控制，因此需要对印刷VOCs一致性进行过程控制，总结出如下方法：

（1）生产过程中对非自动加入溶剂稀释油墨的，不能随时加入溶剂，需要配好后一起加入油墨，配好的油墨供生产使用，对于自动加溶剂生产的，调好添加速度后不随意更改添加溶剂设备参数，保证单位时间内溶剂加入量的一致性；

（2）稀释溶剂的加入量按挥发速度比加入，保证单位时间内油墨内加入的稀释溶剂比值的一致性；

（3）生产时调节好刮墨刀压力和位置后不随意变动，保证油墨涂布厚度的一致性；

（4）印刷设备的烘干系统维持正常工作，烘箱温度、压力、风速控制在稳定范围，保证干燥一致性；

（5）减少因设备高速运行产生的振动带来的涂布不均匀影响，保证涂布量的一致性；

（6）墨槽内混合液搅拌均匀，保证供墨均匀性；

（7）印刷一定时间内墨槽内油墨及溶剂为同一批次油墨及溶剂，印刷介质如原纸为同一批次印刷介质，保证原料的一致性，对一些溶剂残留容易超标的产品，首次进行印刷时，需要检测产品溶剂残留，检测合格后才能开机，溶剂残留容易超标的同一产品，更换原纸或油墨进行印刷时，需再次检测产品溶剂残留，检测合格后才能开机。

5 数字化建模与凹印印刷溶剂残留

混合溶剂的挥发速度由下式计算：

=∑RTV（1）

式中：—混合溶剂的挥发速率；

R，T，V—分别为组分的挥发速度率、活性参数、体积分数。

图5 待测产品多组分模型图

凹版油墨中溶剂的挥发可分为两个过程（阶段）, 即第一阶段：溶剂的挥发速度主要受单一溶剂的四种因素（即温度、蒸汽压、表面积/体积比和表面空气流动速度）的影响, 溶剂的挥发速度与单一的相同, 随着溶剂的进一步挥发, 溶剂的挥发速度突然变慢, 此时进入第二阶段：溶剂的挥发速度不再是由表面溶剂的挥发所控制, 溶剂从油墨内表面的扩散所控制, 此时, 溶剂的挥发速度更加缓慢。该理论为数字化应用控制溶剂残留提供依据，凹印油墨溶剂挥发主要受温度、蒸汽压、表面积/体积比和表面空气流动速度影响。

将产品待检测区域按照工艺印刷方法，计算出每个油墨占比待测面积比值，将每个油墨占比待侧面积比值乘以油墨检测出的VOCs值加和，加上稀释溶剂占比待测面积及原纸VOCs值，减去设备可挥发VOCs的值，设备可挥发VOCs的值可根据将某个样品取回测取VOCs获得，每个产品的设备可挥发VOCs值不同，改变油墨类别，如将酯溶性改为醇溶性，理想状态下获得的最终值Q与样品VOCs值一致，将计算得的最终值Q规定为≤企业要求VOCs值Q企，当用油墨或某一溶剂计算得的Q值＞Q企时，可更换更易挥发的稀释溶剂，更换检测出的VOCs值更低的油墨，降低设备开机速度，从而达到烟标生产凹印VOCs的控制。特别的，当计算得的Q值苯或苯系物值＞Q企值时，禁止按配套比生产，可改变工艺或更换原材料进行生产。

通过改变油墨种类或批次、不同的生产速度，同一环境温度和湿度，测试获得印刷品溶剂残留值，建立不同油墨种类、批次；不同种类、不同量的稀释剂；不同印刷速度下，印刷品溶剂残留实际检测值数据库，也就是将同种类产品生产参数设置进数字化管理系统，作出溶剂残留与开机速度、添加溶剂、油墨溶剂残留检测值公式，可模拟生产后溶剂残留值，使得产品生产溶剂残留符合标准。

6 结 论

产品溶剂残留受多因素影响，主要受原辅材料本身溶剂残留、环境温度、开机速度、刮刀角度、烘箱烘干效能、添加的稀释溶剂等几个方面影响，通过应用印刷数字化管理平台，将生产产品批次做到原辅材料同批同次，生产工艺同批相同，对容易出现溶剂残留的产品进行加强监控，同时利用溶剂残留数字化建模，模拟生产时溶剂残留值，可以有效进行原辅材料管理，同时可以提高车间生产效率，便于控制产品的溶剂残留。

［1］杨志能. 复合软包装食品产生异味的原因及防治对策分析[J]. 现代商贸工业, 2012 (6): 167.

［2］朱宗丁. 软包装溶剂残留量的控制[J]. 印刷技术, 2009 (24)：30-32.

［3］伍秋涛. 从生产工艺的优化选择上控制软包装溶剂残留量[J]. 印刷技术, 2010（24）：27-30.

［4］[3]李东立，张敬勇，许文才，付亚波. 软包装材料微观结构与溶剂残留研究[J]. 包装工程, 2013（7）：1-6.

［5］樊孝涛，李艳来，樊向羽，涂装车间喷漆室VOC浓度的计算[J].现代涂料与涂装，2018（2）：48-51+55.

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

凹印溶剂残留低值研究。

2020-01-20

孔恒（1988-），男，广西省贺州市富川县人，工程师，广西绿色包装防伪工程技术研究中心副主任，2010年毕业于华中科技大学，研究方向：印刷技术、化工、科研创新。

TQ050.6

A

1004-0935（2020）03-0306-04