凹印行業(yè)節(jié)能減排與綠色化新進展

馬平東

在如此嚴(yán)峻的環(huán)保背景下，凹印行業(yè)只有通過轉(zhuǎn)型升級才能求得生存，轉(zhuǎn)型空間（轉(zhuǎn)型整體包裝解決方案供應(yīng)商、UV塑料凹印、塑料膠印及軟包裝數(shù)字印刷等）相對較小，而升級空間相對較大。因此轉(zhuǎn)型升級的重點在于技術(shù)升級和管理升級。伴隨供熱方式的限制，熱能成本越來越高，再加上VOCs排污收費及嚴(yán)格限制超標(biāo)排放的政策，凹印企業(yè)承受的壓力越來越大。因此，通過技術(shù)升級實現(xiàn)節(jié)能減排成為凹印企業(yè)的必由之路，而如何選擇合適的技術(shù)路線及設(shè)備成為各企業(yè)的大考。

自《揮發(fā)性有機物排污收費試點辦法》正式實施以來，我國已有15個省市相繼出臺VOCs排污收費政策，凹印行業(yè)在重視質(zhì)量、成本、效率的基礎(chǔ)上，其新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新材料將向著環(huán)保（節(jié)能、減排、降耗、節(jié)材等）、安全、健康的方向快速發(fā)展。

節(jié)能優(yōu)化技術(shù)

在凹印工序使用節(jié)能優(yōu)化技術(shù)以減少能耗。例如，在凹印機烘箱系統(tǒng)使用熱泵技術(shù)、熱管技術(shù)等，可大幅降低設(shè)備能耗；在熟化室加熱中使用熱泵技術(shù)，也會大幅降低能耗。

廣東環(huán)葆嘉節(jié)能科技公司開發(fā)的ESO節(jié)能優(yōu)化技術(shù)，可用于印刷機熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的改造與優(yōu)化。ESO節(jié)能優(yōu)化技術(shù)運用壓力自動平衡技術(shù)，通過烘箱送排風(fēng)的壓力自動跟隨，使烘箱穩(wěn)定在設(shè)定的微負壓狀態(tài)，同時不受其他單元烘箱及送排風(fēng)風(fēng)機的影響，保證穩(wěn)定的進出風(fēng)量，以滿足干燥所需，配合逐次升高的溶劑揮發(fā)工藝，既能達到節(jié)能目的，又實現(xiàn)了安全風(fēng)量控制的目標(biāo)，并兼顧減少廢氣排放總量的期望。該技術(shù)在凹印機上應(yīng)用效果顯著。

目前，博斯特、陜西北人和廣東環(huán)葆嘉等已展開對凹印機進行減風(fēng)節(jié)能的一系列行動，其手段都是通過增加烘箱熱風(fēng)的循環(huán)利用率，減少排風(fēng)量，增加廢氣排放濃度，達到節(jié)能的效果并為后續(xù)的廢氣處理打下基礎(chǔ)，部分企業(yè)的技術(shù)已經(jīng)投入使用。

凹印VOCs減排

當(dāng)前，凹印VOCs減排是當(dāng)務(wù)之急。凹印VOCs治理措施主要有3個途徑，即源頭治理、過程控制、末端治理。其中，在源頭治理方面，低VOCs含量材料的開發(fā)力度日益加強，這些材料的特性和使用方法還需要凹印企業(yè)逐步適應(yīng)；在過程控制方面，也有新技術(shù)出現(xiàn)，大多以提高材料循環(huán)利用率、減少污染物排放為主；末端治理則是凹印行業(yè)目前使用較多的VOCs減排方式。

1.源頭治理

隨著多地VOCs排污收費標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺，凹印行業(yè)的VOCs治理越來越緊迫。綜合對比之下，減少有機溶劑的使用是凹印企業(yè)實現(xiàn)VOCs源頭治理的必經(jīng)之路。

（1）凹印油墨的水性化

在凹印行業(yè)的綠色化進程中，油墨行業(yè)對我國凹印行業(yè)的發(fā)展起到了極大的促進作用。從含苯油墨到無苯油墨是軟包裝凹印行業(yè)的一次重大技術(shù)進步，也是油墨行業(yè)環(huán)保技術(shù)的重要創(chuàng)新，而從無苯油墨到水性油墨則是一場重大的技術(shù)革命。高性價比且能適應(yīng)低中高速印刷的塑料薄膜凹印水墨將是一個重要的發(fā)展方向。

由于水墨用水作稀釋劑，VOCs排放量極小，因此得到越來越多包裝印刷企業(yè)的青睞，與此同時，越來越多油墨制造商開始研發(fā)生產(chǎn)塑料凹印水墨，并取得了一定的技術(shù)進展。但目前水墨依舊存在干燥速度慢、印刷牢度低、顏色與溶劑墨有差別、北方冬季低溫適應(yīng)性差等問題。目前水墨在以紙張為承印物的煙包凹印中的推行還算順利，但在以薄膜等伸縮性基材上進行印刷時，以上問題是影響印刷質(zhì)量的主因。

可喜的是，近幾個月來，凹印水墨的研發(fā)取得了突破性進展，而凹印水墨的推廣應(yīng)用也得到了凹印設(shè)備制造商和凹版制造商的重視，結(jié)合凹印水墨的特點，也有許多配套設(shè)備和產(chǎn)品相繼問世。

結(jié)合水墨特點，通過優(yōu)化烘箱設(shè)計和循環(huán)排風(fēng)設(shè)計，大大提升了凹印機的干燥能力，為水墨的高速印刷奠定了基礎(chǔ)。如寧波欣達高速電子軸傳動水墨凹版印刷機，特別采用了“熱風(fēng)+紅外”相結(jié)合的“耦合干燥”方式，同時對設(shè)備的烘箱進行了創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計，很好地解決了凹印水墨干燥難的問題。

在制版方面，網(wǎng)穴的形狀和深淺都有了相應(yīng)的改變，且已經(jīng)解決水墨網(wǎng)點分散的問題。水墨固含量高，采用15～20μm淺版印刷，相對于溶劑墨，上墨量能減少三分之一。也就是說，印刷相同數(shù)量和規(guī)格的印刷品，水墨的消耗量較溶劑墨減少約30%。

從目前來看，采用水墨從源頭治理是最理想的方法。水墨的成功試用是一個良好的開端，但離大面積推廣還有一定距離，還需要油墨制造商、凹印機制造商、凹印企業(yè)的共同努力。

①實現(xiàn)真正的水墨凹印

部分油墨制造商研制的凹印水墨含有一定比例的醇類物質(zhì)，在補充水中也必須加入一定量的醇類溶劑，離不含或含微量有機溶劑的真正水墨或水基油墨，還有一定差距。也有油墨制造商聲稱研制出了不含有機溶劑的水墨，但仍有待于市場的檢驗。

②水墨的環(huán)保性及安全性

并不是所有的水墨都是環(huán)保油墨，如果水墨無限制地使用染料（水性金屬油墨采用銅鋅粉）、氨水等，這樣的水墨未必是環(huán)保油墨。對必須添加的助劑及表面活性劑，應(yīng)符合GB 9685-2008《食品容器、包裝材料用添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

③提高印刷適性

包括油墨初干性、轉(zhuǎn)移性及復(fù)溶性等，以及后加工適性，與干式復(fù)合、無溶劑復(fù)合的匹配性。

（2）采用單一溶劑油墨

為了方便溶劑回收，一些油墨制造商進行了單一溶劑油墨的研發(fā)，但目前還處于小試階段。單一溶劑油墨的回收方法與干式復(fù)合工藝的回收方法相同，目前已在歐洲國家得到普遍使用。這是因為歐洲國家的印刷設(shè)備生產(chǎn)速度普遍較高，可達300米/分鐘，且歐洲國家對印刷質(zhì)量的要求較低，即使使用單一溶劑油墨在高速印刷下出現(xiàn)了微小的印刷質(zhì)量瑕疵，也可以被接受。而我國印刷設(shè)備的生產(chǎn)速度不僅無法與歐洲國家相比，且國人對印刷質(zhì)量的高要求也使得單一溶劑油墨在凹印工藝中難以大范圍應(yīng)用。雖然單一溶劑油墨的大范圍應(yīng)用有一定難度，但完全可以采用單一體系溶劑油墨來代替溶劑型油墨，比如油墨溶劑均為酯類，回收時只回收組分大的溶劑，組分小的不回收，也可以解決凹印油墨回收難的問題。

2.過程控制

過程控制即從凹印過程中通過改進烘箱效率和生產(chǎn)現(xiàn)場等措施，從而達到VOCs減排的目的。主要措施是對印刷機的機械設(shè)備進行技術(shù)革新，減小凹印生產(chǎn)中VOCs的排放量，提高排放濃度，同時增加熱能利用等。例如，凹印設(shè)備增加LEL控制裝置、減少車間現(xiàn)場的溶劑揮發(fā)、半封閉墨槽及油墨槽加蓋、全封閉擋墨裝置及推行清潔生產(chǎn)等。

綜合比較來看，凹印企業(yè)采用LEL控制裝置是實現(xiàn)VOCs治理的有效方法，將凹印機烘箱的一部分廢氣再次通入烘箱用于印品干燥，不僅可以降低干燥時的能源消耗，而且還能減少廢氣的排放量，以減少末端治理成本。需要注意的是，使用LEL控制裝置時應(yīng)控制好烘箱內(nèi)的廢氣濃度，以防止爆炸。目前，大部分凹印設(shè)備已經(jīng)自帶LEL控制裝置。對于一些比較陳舊的凹印設(shè)備，在加裝LEL控制裝置前可能還需要對其進行改造，以適應(yīng)LEL控制裝置的運行，從目前的技術(shù)手段來看已不是難題。總體來說，LEL控制裝置的廢氣回用方法如果使用得當(dāng)，能幫助凹印企業(yè)大大降低VOCs的排放量。

3.末端治理

凹印企業(yè)VOCs末端治理目前主要有兩個方向：一為回收，包括吸收法、吸附法和冷凝法等；二為消除，包括燃燒法、光催化法、低溫等離子法和生物處理法等。

目前，業(yè)內(nèi)一些大型凹印企業(yè)已開始對生產(chǎn)中排放的廢氣（溶劑）進行回收、燃燒或等離子無害化處理。但就全國凹印企業(yè)總量來說，所占比例極少（不到1%）。有機廢氣處理在凹印行業(yè)的推廣困難重重，究其原因主要是該行業(yè)排放的有機廢氣成分復(fù)雜而且濃度偏低，處理風(fēng)量幅度變化很大。

（1）回收法

回收法是通過物理方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來收集分離有機氣相污染物，主要有吸附、吸收、冷凝及膜分離技術(shù)。回收的揮發(fā)性有機物可以直接或經(jīng)過簡單純化后返回工藝過程再利用，以減少原料消耗，或者用于有機溶劑質(zhì)量要求較低的生產(chǎn)工藝，或者進行集中分離提純。

回收法已廣泛應(yīng)用于軟包裝干式復(fù)合工藝的溶劑回收，但在凹印工序中，回收法的應(yīng)用效果依然不太明朗，主要是由于凹印油墨所含溶劑類型較多，回收后必須經(jīng)過精餾、提純，不僅技術(shù)要求高，還要求安裝精餾塔等設(shè)備，大大增加了凹印企業(yè)的成本投入，這是小型凹印企業(yè)無法承擔(dān)的。而且，在當(dāng)前石油價格和溶劑成本均較低的情況下，經(jīng)過精餾、提純后所得溶劑的經(jīng)濟價值也會大打折扣。

（2）燃燒法

燃燒法主要分為直接燃燒（TNV）、蓄熱式燃燒（RTO）、催化蓄熱燃燒（RCO）等。目前燃燒法應(yīng)用較為成熟，有機廢氣經(jīng)過燃燒后產(chǎn)生的熱能可以直接回收，并且按需要穩(wěn)定輸出熱能，在實現(xiàn)廢氣治理的同時可以取代燃氣鍋爐作為供熱設(shè)備。在我國，應(yīng)用燃燒法治理VOCs的凹印企業(yè)也比較多，與吸附法結(jié)合使用效果更佳，廢氣經(jīng)吸附、解吸之后，濃度變得更高，這樣就能減少燃燒時的能源消耗。類似的方法還有轉(zhuǎn)輪濃縮+焚燒法。建議凹印企業(yè)根據(jù)自身實際生產(chǎn)中的排氣濃度、排風(fēng)量等情況選擇最合適的燃燒工藝。

（3）低溫等離子法

低溫等離子法通過高壓放電，將氣體電離分解轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)，但處理效率低、能力有限，適用于廢氣量較少的情況，對于印刷生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量廢氣并不適合。當(dāng)然也有少數(shù)凹印企業(yè)安裝了這種治理裝置，并通過了環(huán)境影響評價。

（4）生物處理法

生物處理法是利用微生物將廢氣分解，具有費用低、能耗少等優(yōu)點，但設(shè)備占地面積很大，很少有企業(yè)擁有可以安裝生物處理設(shè)備的空間場地。目前國內(nèi)尚未采用。