朱 戎 張繼鳴

淺談軟包裝溶劑殘留影響因素與控制

朱 戎 張繼鳴

當(dāng)前國(guó)內(nèi)軟包裝生產(chǎn)領(lǐng)域，凹版印刷與干式復(fù)合是主流生產(chǎn)工藝。醇類、酯類、酮類等有機(jī)溶劑作為主要的稀釋劑，在油墨以及黏合劑中都有添加。隨著消費(fèi)者對(duì)食品以及其他消費(fèi)品安全意識(shí)的日趨提升，國(guó)家對(duì)包裝材料溶劑殘留控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，其中GB/T10004-2008《包裝用塑料復(fù)合膜、袋干法復(fù)合、擠出復(fù)合》將溶劑殘留標(biāo)準(zhǔn)由原先的10mg/m2調(diào)整為5mg/m2限值，新版藥品包裝溶劑殘留檢測(cè)方法YBB00312004-2015將預(yù)熱測(cè)試條件從原先的80℃，30min調(diào)整為100℃，60min，這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的正式實(shí)施，說(shuō)明國(guó)家對(duì)食品、藥品包裝材料溶劑殘留的監(jiān)管會(huì)更加嚴(yán)格。為了應(yīng)對(duì)更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求并為消費(fèi)者提供健康、安全的包裝材料，對(duì)溶劑殘留的深入研究成為軟包裝企業(yè)一項(xiàng)主要的技術(shù)命題。

從軟包裝生產(chǎn)工藝以及原料應(yīng)用方面分析，影響溶劑殘留的因素主要有以下幾個(gè)方面：

一、印刷溶劑配比

每種不同的溶劑都有其固有的物理特性，以下是凹版印刷過(guò)程中添加的幾種主要溶劑的物性對(duì)比表：

名稱 熔點(diǎn)℃ 沸點(diǎn)℃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異丙醇 -87．9 82．45

在同等的工藝條件下，沸點(diǎn)高的溶劑更加難以揮發(fā)，溶劑殘留更高。針對(duì)不同的油墨樹(shù)脂體系，通常會(huì)有多種揮發(fā)速度的溶劑配比可供選擇：

（1）聚氨酯體系：

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

備注：如慢干溶劑不能滿足印刷要求，可用5%丙二醇甲醚醋酸酯替代醋酸乙酯

（2）硝化棉體系

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

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，在溶劑配比的選用上需要關(guān)注以下幾個(gè)事項(xiàng)：

（1）針對(duì)不同的印刷版面以及網(wǎng)點(diǎn)比例選用不同的溶劑配比，通常實(shí)地版面選用快干溶劑，淺網(wǎng)層次版面選用中干或慢干溶劑，并根據(jù)實(shí)際印刷效果作適當(dāng)調(diào)整。

（2）環(huán)境溫度也是影響溶劑殘留的重要因素，通常生產(chǎn)廠家都會(huì)出現(xiàn)冬季溶劑殘留超標(biāo)頻次增加的現(xiàn)象，原因主要是冬季材料表面溫度與進(jìn)風(fēng)溫度都會(huì)偏低，影響到溶劑的揮發(fā)，所以在環(huán)境溫度小于15℃的季節(jié)，選用揮發(fā)速度較快的溶劑配比可以有效降低溶劑殘留，提升印刷效率。

二、材料對(duì)溶劑的吸附性

不同材料對(duì)溶劑的吸附有很大差異，我們進(jìn)行了相關(guān)比對(duì)試驗(yàn)，試驗(yàn)條件如下：

試驗(yàn)設(shè)備：國(guó)產(chǎn)主流凹版印刷設(shè)備

印刷速度：130m/min

干燥溫度：60度

進(jìn)排風(fēng)量：35000m3/h

測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，在同等工藝條件下，溶劑殘留數(shù)值:

未涂層紙張＞涂層紙張＞亞光BOPP＞BOPP＞BOPA＞PET

因此合適的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)最終產(chǎn)品的溶劑殘留控制非常關(guān)鍵，對(duì)于要求較高的食品、藥品包裝，盡量選用溶劑吸附力低的材料作為印刷或上膠基膜對(duì)降低產(chǎn)品溶劑殘留量有顯著效果。

三、干燥工藝

（1）印刷工序的干燥溫度通常設(shè)定在50℃-65℃較合適，可以根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行速度作適當(dāng)調(diào)整。如溫度設(shè)定過(guò)低，溶劑通過(guò)烘箱不能有效揮發(fā)，溶劑殘留偏高。如溫度設(shè)定過(guò)高，油墨表層固化太快，溶劑不能有效釋放，也會(huì)造成溶劑殘留偏高。同時(shí)，風(fēng)量的設(shè)定也是很關(guān)鍵的因素，首先必須要保證烘箱區(qū)域保持負(fù)壓狀態(tài)，保證溶劑能快速排放。另外為了節(jié)約能源，印刷設(shè)備通常會(huì)利用排出的循環(huán)熱風(fēng)，如循環(huán)風(fēng)比例過(guò)高，會(huì)提高進(jìn)入烘箱溶劑濃度，影響溶劑殘留。如循環(huán)風(fēng)比例過(guò)低，進(jìn)風(fēng)溫度會(huì)受影響，也會(huì)造成溶劑殘留偏高。

（2）復(fù)合設(shè)備烘箱構(gòu)造相對(duì)比較復(fù)雜，通常會(huì)有3-4段獨(dú)立加熱單元，合適的溫度設(shè)定對(duì)溶劑殘留指標(biāo)有很大影響，以下是不同溫度設(shè)定下的殘留指標(biāo)：

試驗(yàn)設(shè)備：進(jìn)口高速?gòu)?fù)合設(shè)備

運(yùn)行速度：200m/min

復(fù)合結(jié)構(gòu)：BOPP/VMCPP

溶劑殘留mg/m2試驗(yàn)一 40 50 60 70 6．8試驗(yàn)二 60 70 80 90 1．3試驗(yàn)三 70 80 90 100 7．2一段烘箱℃二段烘箱℃三段烘箱℃四段烘箱℃

1.試驗(yàn)一烘箱溫度設(shè)定太低，溶劑不能有效揮發(fā)，溶劑殘留偏高

2.試驗(yàn)二烘箱溫度設(shè)定合理，溶劑殘留控制較好

3.試驗(yàn)三初段溫度設(shè)定過(guò)高，復(fù)合后有橘皮狀，膠層表面干結(jié)過(guò)快，溶劑殘留偏高

從以上試驗(yàn)可以得出結(jié)論，過(guò)高或過(guò)低的溫度設(shè)定對(duì)溶劑殘留都會(huì)產(chǎn)生不利影響，生產(chǎn)過(guò)程中需要根據(jù)設(shè)備性能制定合理的烘干溫度才能使溶劑殘路得到有效控制。

（3）不同的生產(chǎn)設(shè)備，干燥風(fēng)速也會(huì)有一定差異，國(guó)產(chǎn)主流設(shè)備風(fēng)速為20-25m/s，進(jìn)口設(shè)備由于設(shè)計(jì)速度較高，風(fēng)速通常為30-40m/s，正常生產(chǎn)可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，如果運(yùn)行速度在180m/min，建議風(fēng)速控制在25m/s，如運(yùn)行速度大于180m/min，風(fēng)速控制在35m/s。同時(shí)，進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)以及風(fēng)嘴也需要定期清理，避免由于濾網(wǎng)與進(jìn)風(fēng)口堵塞造成風(fēng)速下降。另外風(fēng)量平衡的控制是非常關(guān)鍵的因素，首先需要保證烘箱處于負(fù)壓狀態(tài)，通常為負(fù)20-30MPa比較合適，如果負(fù)壓太小或是正壓狀態(tài)，溶劑不能快速?gòu)暮嫦渲信懦?，?dǎo)致烘箱內(nèi)溶劑濃度升高，影響溶劑殘留，并且還有安全隱患。如果負(fù)壓過(guò)大，環(huán)境中的空氣會(huì)進(jìn)入烘箱，使烘箱內(nèi)部總體溫度下降，影響到溶劑的揮發(fā)。

四、其他影響因素

1.黏合劑的選型

不同廠家生產(chǎn)的黏合劑由于采用的樹(shù)脂主體不同，對(duì)溶劑的釋放性也存在明顯差異。在同樣的生產(chǎn)設(shè)備、同樣的生產(chǎn)工藝條件下作對(duì)比測(cè)試，使用不同型號(hào)的黏合劑，最終溶劑殘留結(jié)果可能會(huì)相差數(shù)倍。原因主要是黏合劑的分子鍵中都含有活性羥基，跟酯類溶劑反應(yīng)會(huì)形成氫鍵，影響到溶劑的揮發(fā)性能。

2.涂布量的控制

合適的涂布量控制是控制溶劑殘留的主要手段，如果涂布量偏高，進(jìn)入烘箱的溶劑量就高，容易造成殘留超標(biāo)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，輕包裝干基涂布量建議控制在2.0-2.5g/m2，鋁箔復(fù)合結(jié)構(gòu)建議控制在2.5-3.0g/m2，蒸煮類結(jié)構(gòu)建議控制在4.0-5.0g/m2.

3.操作濃度控制

干式復(fù)合黏合劑通常的操作濃度在30%左右，出于溶劑殘留與成本考慮，部分黏合劑供應(yīng)商專門開(kāi)發(fā)出了適用于高固含操作的黏合劑，操作濃度可以提高到40%-45%。在保證干基涂布量不變的前提下，采用線數(shù)較高的網(wǎng)線輥，可明顯降低涂布到基膜上的溶劑總量，控制溶劑殘留。

五、新材料新工藝應(yīng)用

隨著客戶對(duì)產(chǎn)品氣味與溶劑殘留指標(biāo)要求的進(jìn)一步提升，傳統(tǒng)的凹版印刷與干式復(fù)合工藝所面臨的挑戰(zhàn)越來(lái)越大。軟包裝生產(chǎn)企業(yè)也在尋求變革，一些新型環(huán)保材料的使用與新工藝的實(shí)施正在成為主流發(fā)展趨勢(shì)，例如：

1.水性油墨與水性黏合劑的應(yīng)用

水性油墨與黏合劑用純水或乙醇作為稀釋劑，避免了酯類等其他有機(jī)溶劑的添加，在溶劑殘留與氣味控制上有明顯優(yōu)勢(shì)。但是目前的主流應(yīng)用主要還是在普通輕包裝上，在水煮或者蒸煮產(chǎn)品上的穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.柔版印刷

柔版印刷也是一種比較環(huán)保的印刷方式，運(yùn)行效率高，油墨采用醇或者水作為稀釋劑，在氣味與溶劑殘留控制上有先天的優(yōu)勢(shì)，目前在歐美等國(guó)家應(yīng)用比較廣泛。

3.無(wú)溶劑復(fù)合技術(shù)

無(wú)溶劑復(fù)合技術(shù)從根本上杜絕了稀釋溶劑的添加，被業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是最環(huán)保的復(fù)合方式，并且無(wú)溶劑復(fù)合還具備熟化時(shí)間短，運(yùn)行速度快等優(yōu)勢(shì)，這是干式復(fù)合無(wú)法比擬的。相信隨著無(wú)溶劑黏合劑性能的不斷提升已經(jīng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，后續(xù)肯定會(huì)成為主流的發(fā)展趨勢(shì)。

這些新技術(shù)的推廣應(yīng)用，解決了溶劑殘留的根源問(wèn)題，為生產(chǎn)出更加安全環(huán)保的包裝材料提供了技術(shù)支撐。

軟包裝溶劑殘留控制是一項(xiàng)較復(fù)雜的課題，我們需要從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段綜合考慮材料選型，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工藝控制，設(shè)備硬件等多方面因素，并不斷尋求綠色環(huán)保技術(shù)的探索。這樣才能為消費(fèi)者提供健康、安全、環(huán)保的包裝產(chǎn)品。