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烟包绿色印刷工艺探索

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近几年,水性油墨在包装印刷市场,尤其是柔印领域的应用越来越广,但在凹印领域的应用相对滞后。为了加强水性油墨在烟包凹印中的推广和应用,我公司于2012年10月中旬对烟包凹印水性油墨进行了一次实践生产评估,并取得了成功。本文中,笔者愿与大家分享一下烟包水性油墨凹印的实践所得。

立项背景

水性油墨是由水溶性树脂、高级颜料、溶剂和助剂经科学复合加工研磨而成的。其中,主溶剂是水和少量乙醇,不含挥发性有毒有机溶剂,在操作过程中不会损害员工健康,对环境无污染,在印品中无残留,还可以消除印刷车间的火灾隐患,有利于安全生产。

在欧美和日本等发达国家和地区,水性油墨已成为除胶印以外其他印刷方式的专用油墨。例如,在美国,95%的柔印产品和80%的凹印产品采用的都是水性油墨。相比之下,水性油墨在我国起步较晚,但随着人们环保意识的不断提高,以及国家对绿色印刷的大力倡导,近几年来水性油墨在我国得到了迅速发展,国产水性油墨的质量也得到了显著提高。在进口水性油墨价格普遍偏高的情况下,性价比更高的国产水性油墨已逐渐占领国内市场。

在包装印刷领域,尤其是针对食品包装印刷使用的有机溶剂、溶剂型油墨和光油,国家提出了许多卫生、环保方面的要求和制约条件,大力倡导绿色印刷,并出台了绿色印刷相关标准。特别是在三鹿“毒奶粉”事件爆发以来,国家烟草专卖局将烟草包装安全提升到了食品安全的高度,相继出台了YC/T 207-2006《卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的测定 顶空-气相色谱法》、YC263-2008《卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的限量》两项标准,各卷烟厂对挥发性有机化合物(VOC)残留指标实行一票否决制,这给习惯使用溶剂型油墨的烟包印刷企业带来了严峻的考验,我公司也不例外。

我公司印制的“泰山(白将军)”烟包使用的就是溶剂型油墨,主溶剂为乙酯或正丙酯,生产中经常出现有机溶剂超标问题,甚至还检出了苯类色谱。在这种情况下,不进行技术创新,企业就如履薄冰;不进行技术创新,企业就会被市场淘汰!为此,我公司专门成立了技术创新项目组,确立了在部分产品中推广使用水性油墨的攻关项目。

项目技术关键及实践路线

1.工艺设计

“泰山(白将军)”烟包小盒的凹印工艺流程为:印刷浅灰色细条杠印刷红色主色调印刷黑色条码印刷青光金色警示语上水性光油烫印两次模切。承印物定量为230g/m2,印刷速度为180m/min,主色调为红色,采用水性油墨印刷,上水性光油;浅灰色细条杠、黑色条码、青光金色警示语采用溶剂型油墨印刷,但耗墨量极少。

2.技术关键

(1)凹版制版参数的调整。结合水性光油和溶剂型光油的印版制版经验,一般将印刷水性油墨的凹版网穴深度由46μm调整到35μm(或30μm);为保证水性油墨的流平效果,将加网线数调整为100线/厘米,加网角度不变。

(2)提高烘箱干燥效果。对红色水性油墨印刷单元的烘箱进行改造,将功率加大30%。若印品干燥不彻底,可采取两种办法,一是加大烘箱功率,二是减少油墨转移量。考虑到印品墨色饱和度是硬性指标,因此油墨转移量不能无限减少。

(3)保证良好的水性油墨流平效果与色差稳定性。

(4)水性油墨的柔韧性决定印品模切压痕后的耐折性能,如果柔韧性不好,就会导致烟包成盒后发生墨层爆裂现象。

(5)水性油墨耐晒指数的检测。由于水性油墨采用的颜料与溶剂型油墨不同,耐晒指数也有较大差别。一般,水性油墨的耐晒性能不应低于原来使用的溶剂型油墨。

3.实践路线

该项目的实践路线图如图1所示。

油墨调配及印刷过程

1.实践过程

(1)安装印版。安装网穴深度为35μm、加网线数为100线/厘米的印版,调整刮墨刀角度,检查刀架摆动状态是否正常。

( 2 )按照金红∶洋红=1∶2的比例,对水性油墨进行调配、稀释、刮样、对比。循环以上过程,记录油墨添加量,直到与原来溶剂型油墨的刮样效果相近。取适量调配好的水性油墨,加入凹印机墨槽。

(3)开机印刷。查看水性油墨干燥情况,预调整烘箱功率。如果烘箱功率已达到最大,而在低速下仍然不能干燥,应更换另一根网穴深度为30μm、加网线数为100线/厘米的印版。

(4)检测最初开机试印印品的VOC含量。

(5)肉眼观察水性油墨在印品表面的流平效果,是否存在斑点、橘皮、花斑、马蹄印等瑕疵,并检查其他常规印刷项目。

(6)油墨黏度的调整。用水调节油墨黏度,将油墨黏度控制在18~25秒之间(2#察恩杯),同时记录环境温湿度。如果黏度过高,油墨的转移性能就会变差,易出现脏版、糊版等弊病;如果黏度过低,印品则易出现拖尾、发花、印刷不实等缺陷。

(7)印品色差的检查。提高印刷速度,用色差仪检测红差,根据指示方向对油墨进行微调,直至合格。

(8)烫印试验。取少量印品,采用烫金机对其进行试烫印,验证红色水性油墨的烫印适性。

(9)对烫印样品进行模切,检测压痕折力,确保红色水性油墨墨层无爆裂现象。

(10)待各项检测完成后,提速生产适量产品(一般为50箱),然后在卷烟厂的包装机上试用,确认无误后加大批量,生产500箱,待我公司到卷烟厂跟踪验证无误后,锁定油墨生产厂家与生产工艺,最后实现持续大批量生产。“泰山(白将军)”采用溶剂型油墨和水性油墨印刷效果对比如图2所示。

2.注意事项

(1)水性油墨的溶剂必须是水和乙醇,一旦错加了酯类有机溶剂,油墨便会结块,呈浆糊状。

(2)印刷完毕后,务必将印版擦干净,一旦水性油墨中的水性树脂连结料在网穴中干固,便无法清理,印版只能报废。

(3)刷洗印版时尽量少用溶剂(水和乙醇),过多使用可能会导致次日印刷时墨色严重变浅。

(4)务必注意水性油墨的储存温度,一般在10℃以上。油墨温度太低时,一旦冻坏,将不可逆。

质量指标及VOC残留分析

1.质量指标

采用溶剂型油墨和水性油墨印刷的印品,在物理指标方面的差异不是很大,都能达到中烟公司的企业标准,但水性油墨由于在使用过程中没有溶剂挥发现象,印刷流平更均匀、色相更稳定、色彩饱和度更高。此外,水性油墨中采用的水溶性树脂及连结料与溶剂型油墨不同,其墨层干燥后的滑爽性较好,有利于卷烟厂高速机组的生产作业。表1为水性油墨与溶剂型油墨印品的主要质量指标对比。

2.VOC残留

该烟包为五色凹印,其中红色油墨和光油均为水性,从印品成本角度分析,红色水性油墨和水性光油占油墨总用量的96%,换言之,该产品96%的印刷面积采用的是水性油墨和水性光油,因此不存在VOC残留量超标的问题。

根据YC/T207-2006《卷烟条与盒包装纸中挥发性有机物的测定 顶空-气相色谱法》标准的要求,我公司采用顶空-气相色谱仪对该产品的VOC残留量进行了检测,结果见表2。结果表明,使用水性油墨印刷的“泰山(白将军)”烟包中,15种有机化合物在各个工序中均无VOC残留超标现象;而使用溶剂型油墨印刷的烟包产品,乙醇、乙酸正丙酯的残留量超标,乙酸乙酯的含量偏高,虽然按照YC263-2008《卷烟条与盒包装纸中挥发性有机物的限量》标准,综合值不超标,但按照山东中烟集团的企业新标准(单项指标不超3倍),使用溶剂型油墨印刷的烟包产品则为不合格品。

超预期的经济指标

实施烟包水性油墨凹印项目的根本目的是解决“泰山(白将军)”烟包中VOC残留量经常超标的问题,我们起初考虑到水性油墨虽然以水和乙醇为主溶剂,但水性油墨的采购成本较高,因此我们的预期目标是希望与采用溶剂型油墨的成本持平,但最终我们在成本方面也得到了意外收获。表3是按照我公司20万箱(5亿张)“泰山(白将军)”烟包小盒的年产量核算的经济效益指标。从表3中可以看出,生产20万箱“泰山(白将军)”烟包小盒,仅应用水性油墨一项,全年可节约成本近25万元;而且溶剂型油墨需要使用4种辅助材料,而水性油墨仅使用2种,更便于操作。