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摘編自《廣東包裝》2012年03月第二期
淺談復合軟包裝材料加工過程中的烘干問題
作者：廣州信安包裝有限公司 王東京

　　前言
　　復合軟包裝材料的印刷和復合工序，一般都有烘干的工藝要求，無論是用有機溶劑作為稀釋劑的印刷和復合工藝，還是使用水性墨和水性膠的印刷和復合，烘干都必不可少。烘干可分為在線烘干和離線烘干，在線烘干是指在機器設備的烘箱或烘道中通過傳熱介質，讓膜上的溫度快速升高，加速揮發和帶出有機溶劑，減少有機溶劑在膜上的殘留，或者對膜上的墨層和膠層進行快速干燥凝固；離線烘干主要指復合膜在高溫烘房中的熟化過程。
　　下面簡單談談薄膜凹印和干式復合過程中的烘干問題。
　　一、烘干是復合膜生產中必不可少的工藝過程
　　印刷和復合是軟包裝復合膜加工制造過程中兩道最重要的工序，比如在凹版印刷時，印刷的速度很快，高速印刷機印速已超過300m/min，為了適應塑料薄膜凹印機的高速連續印刷，以及油墨能在薄膜上迅速干燥的工藝要求,所有的凹版印刷機上都必須裝有烘干系統。同時，印刷所使用的油墨都要用溶劑進行稀釋，為使油墨很好地轉移到承印物上，并且不出現質量故障，溶劑型油墨往往還要使用混合溶劑，復合工序同樣要用溶劑對膠粘劑稀釋。有機溶劑過多殘存在包裝材料中，會對消費者健康帶來危害，必須要把有機溶劑在復合膜中的含量控制在標準規定之內。高溫熟化是膠粘劑充分交聯反應的過程，特別是使用雙組分膠粘劑，熟化是必不可少的，這都和復合膜加工過程中的烘干有直接關系。當然，高溫烘干后的薄膜材料還有適當和充分的冷卻，如凹版印刷在線薄膜每穿出一座烘箱都要經過冷水輥冷卻，經過加熱復合輥后的在線復合膜要經過冷水輥冷卻，包括熟化后復合膜也要自然冷卻數小時后才能進入下工序生產，冷卻是為了穩定產品的加工質量，減少烘干過程對薄膜性能帶來的負面影響，并保證對后續生產的適應性。因此，烘干是印刷和復合工序必需的工藝要求，是一個非常重要的工藝環節。
　　在線烘干系統是凹版印刷機和復合機最大的耗能部位，同時也是有機氣體聚集和排出的地方，大多數凹版印刷機和復合機，烘箱供熱一般都是電加熱或鍋爐蒸汽加熱，由熱空氣形成風力快速揮發掉有機溶劑，或者對墨層及膠層迅速干燥。這里一定要根據使用材料和實際操作經驗來設定其運行參數。在凹印和復合工藝中,合適的烘干參數不但是印刷品保證良好質量的關鍵,也是殘留溶劑量符合衛生標準要求的根本保證，所以烘干參數包括烘干溫度、進風量、排風量、風速等，是印刷和復合工序中最重要的工藝參數部分。

　　二、現行烘干方式對產品質量和安全的影響
?　　1、對凹印產品質量和安全的影響。
　　（1）影響套印準確性，烘箱內溫度會帶來承印薄膜的形變，是套不準的原因之一。
　　現行蒸汽烘干的方式，烘箱溫度設定越高，在張力的作用下，薄膜變形的程度也越嚴重，如果拉伸變形比例不一致，套印就不穩定。實踐經驗表明：如果烘箱溫度設置適當，張力適當減小會增加套印穩定性，同時，制作印版時也要預留足夠的收縮量，并考慮個別顏色邊緣的擴縮處理。
　　（2）造成油墨附著牢度差、脫墨或油墨反粘。
排除材料問題之后，主要考慮是油墨干燥不充分造成，要確保油墨干燥充分，就要適當增加烘箱內的風量和風速，合理提升烘干溫度，尤其是在大面積和厚實的專色墨和白墨的色座，同時考慮降低機器速度。油墨干燥不良還會帶來斑點和泡點等外觀不良。但是也要防止烘干加熱過度，過熱烘干除了會使薄膜起皺或收縮外，如果不能充分冷卻，就會帶來殘余熱量的積累，收卷后薄膜溫度過高，產生油墨粘連。如果干燥太快還會造成油墨假干的現象，就是油墨表面已干燥凝固，而內部實際沒有干燥充分，也有揮發不充分的殘留溶劑，收卷后會緩慢滲透，也會帶來油墨粘連。
　　（3）帶來印刷圖案間距拉伸或收縮超標。
　　塑料薄膜受熱會軟化，受牽引張力和烘干溫度的影響，特別是印刷各個色座間的張力太大，經過高溫烘箱后薄膜會被拉伸，薄膜在印后拉伸造成圖案間距擴大，在印前拉伸造成圖案間距收縮，特別是通常使用的OPP、NY、PE 等單層基材更容易拉伸，設定烘干溫度最好不要超過65℃，同時還要與烘干溫度配合合理的機器張力參數。
　　（4）有殘留溶劑超標的風險。
　　印刷機的烘干能力不足往往是殘留溶劑超標的主要原因，要提升機器的烘干能力，就要增加烘箱內的風量和風速，適當增加干燥溫度，降低機器速度。也可以從印色的排序考慮，在制版時注意把有大面積和厚實油墨的色序排在前面，讓其后序多過幾次烘箱，強化溶劑的揮發，適當提高最后一個白色的烘箱溫度。另外對添加了油墨固化劑的色座要適當提高本座烘箱的溫度。有的凹印機為盡可能地干燥油墨和揮發溶劑，設計成印刷品收卷的部位和原材料放卷部位同在印刷機的一端，印完最后一個顏色后，印刷膜從機器的上方通過多重導輥返回同在放卷端的收卷部位，這樣通過延長走膜路徑也可使因冷卻不良造成的膜上的余熱充分散發。
　　（5）考慮有機可燃氣體大量聚集的安全隱患。
凹版印刷薄膜上的油墨在烘箱內干燥過程中，會揮發出來相當多的有機氣體，這些有機氣體都具有可爆和可燃性，如果與空氣混和達到一定比例，會處于可爆燃狀態，存在相當大的安全隱患，這時烘箱內的清潔空氣循環就必不可少，就需要合理的進風量，穩定地向印刷機烘箱內輸送一定量的新鮮氣體包括蒸汽和空氣，保證有機可燃氣體的體積比例不可太大，控制可燃性氣體含量遠離爆燃極限的下限。
所以要控制好薄膜的印刷質量和保證生產安全，烘干參數一定要適中，不可過低或過高，還要和其他工藝參數配套，通過實踐制定有針對性的系統的印刷工藝參數。
　　2、對干式復合產品質量和安全的影響。
　　（1）產生泡點或斑點，影響復合膜外觀。
　　在線烘干不充分是原因之一，如果烘干不充分，殘留溶劑過多，和第二層粘合后，溶劑還要揮發，如果有大量溶劑持續揮發，就有產生泡點或斑點的風險。假如復合有印刷PET//AL膜結構的，把AL做為涂膠面也可降低產生斑點的風險，因為AL膜面較光滑平整，不但有助于膠水的流平，同時對溶劑的吸附沒有印刷油墨層那么強，便于溶劑在烘箱內充分揮發。
　　（2）單層膜在烘箱內折皺，復合后有折痕。
　　如果烘箱內進風量和排風量懸殊大，在烘箱內的風速較大，就會吹折單層已涂過膠水的材料，這樣經過復合壓輥后就會形成折皺。要改善就必須對進出風量進行調整，也可在不影響殘留溶劑量的情況下，對容易產生折皺的烘干區域稍稍打開烘箱蓋，降低烘箱的密封性，讓外部空氣進入對烘箱內氣流進行平衡。
　　（3）影響復合強度。
　　在保證基材電暈值和膠水性能和配比沒有問題的情況下，要理解烘干對復合強度的影響。在線烘干主要的作用就是揮發多余溶劑，溶劑在烘干系統中揮發越充分，其復合強度也會相應地越高。根據稀釋劑醋酸乙酯的特性，第一節烘箱的溫度一般應在60℃，第二節和第三節的溫度則提高到70℃和80℃，這三節烘箱的溫度有時會跟據實際加工的產品結構作相應的降低和提高，一般不要超過15℃，以5~10℃為宜，如三節烘箱溫度設置為：55℃、65℃、75℃或70℃、80℃、90℃，但一定要保證烘干通道內溫度呈階梯式上升，才能保證溶劑的充分揮發。如果剛進入的第一節烘箱內溫度過高，迅速烘干了涂膠膜表層，內層無法烘干，不僅影響復合強度，油墨或膠粘劑中的溶劑沒有完全揮發，也會影響殘留溶劑量，還可能會帶來復合的泡點，最可怕的是熱穩定性差的材料可能會帶來印刷圖案間距的過度拉伸，造成復合膜報廢。
　　（4）影響復合材料的衛生性即殘留溶劑量高，有不良異味，如果污染到內容物，就會對人體帶來危害。在干式復合工藝中，大多使用醋酸乙酯稀釋膠粘劑，所以除了膠粘劑本身的溶劑外，醋酸乙酯是要控制的重點。當然，不同薄膜基材和不同油膜厚度對溶劑的吸附不同，干復的烘干參數和其他參數也不是一成不變的。比如，OPP比PET對溶劑的吸附力要大，兩者的加工工藝參數就會有不同，如果烘干參數接近，加工OPP層復合膜時，就要相應降低機器速度。還要考慮烘箱溫度穩定的重要性，充分理解烘箱溫度的波動對溶劑殘留的量的影響，如果烘箱溫控表的精度在上下5℃，就必須要驗證所生產的產品，在上下5℃有波動時的復合膜的溶劑殘留量，確保數據達標。如果剛開始復合時，有溶劑殘留量偏高的情況，就必須在啟動開機之前開風機空加熱3~5min，讓整個烘干系統的溫度達到一致，以有利于正式加工產品一開始就能有效揮發殘留溶劑。
　　（6）離線烘干不良，即在熟化室內熟化不充分或熟化太過分。
　　離線烘干的溫度和時間要和復合材料的結構和所使用的膠水相匹配，不同的膠水所要求的熟化溫度和時間有很大的差別，一般結構所使用的膠水在35℃~45℃熟化，24~48h即可；水煮結構通常會在45℃~55℃熟化，48~72h；高溫蒸煮材料結構要在50℃~60℃熟化，72~96h。如果溫度和時間達不到工藝要求，雙組分膠水交聯反應不充分，可能會造成復合強度不達標，但是如果在高溫的環境中材料存放時間過長，反而可能會降低某些材料層層之間的復合強度，同時會影響到制袋時的熱封強度和走膜的順暢性。主要的原因是塑料膜在高溫環境下會加速膜內添加劑的游離析出，到達膜表面后影響薄膜正常的性能，如摩擦系數、熱封性等。兩層以上結構的復合材料，要分開進行多次復合的，是要復合一層熟化一層還是要依次復合完成再熟化，就需要權衡利弊，有選擇性地操作。分層熟化的優點是質量穩定，減少復合起皺的影響；一次性完成的好處是生產效率高，且便于管理，但有起皺的質量隱患。
　　（7））生產安全問題同印刷，只是干復揮發出的有機溶劑相對比較單一，不再累述。

　　三、實際應用中的節能環保問題
　　目前，國內復合膜加工主要以凹印和干復、擠復為主，節能環保也是每個企業要考慮的問題，但是很多企業又不想改變現有的工藝，不進行較大的機器設備改造，不發生深度的操作模式變化。這樣的話，就只能在現實的基礎上，注重平時日常的工作細節，實現一部分節能環保。
　　下面提供一些方法：
　　1、烘干系統進風和排風量的設計必須合理，并且要使用合適的運行參數。
　　排風量只能稍稍大于進風量，如果排風量太大，熱空氣在烘箱內不能有效利用便被排出去了，勢必加大供熱系統的壓力，造成能耗增加。但是如果排風量不足，溶劑殘留量會超標，造成有機氣體倒灌出烘箱，污染車間空氣，并存在安全隱患。所以進風和排風的參數設定必須科學合理。
　　2、對烘箱進行絕熱處理。
　　很多輸送到車間的蒸汽管道都做了絕熱處理，防止熱能流失，但對烘箱的絕熱處理不夠重視，烘箱做為有機氣體揮發和氣體交換的“反應器”，其相對空間較大，外壁與外界接觸的面積也很大，如果絕熱很差，熱量流失不可小視。
　　3．改造機器的進出風口。
　　現有新型凹版印刷機的烘箱裝置，進風口和排風口、出風噴嘴、弧形端板等部件的形狀較傳統的有所改變，如噴嘴的邊緣向外反卷，出口處為圓弧狀，弧形端板的邊緣及中部都設置有網孔，在弧形端板上的網孔靠近進風口處的網孔設置小而密，遠離進風口處的網孔設置大而密，在干燥箱進風口的下方靠近箱體底部設置有下排風口。這樣印刷機干燥箱內風速可以提高，干燥效果也明顯提高，殘留溶劑自然也會大幅度降低，可以參照改善這些部位。另外，印刷機油墨盤下方或兩端會有風力和緩的抽風口，可以抽走車間內過多的有機溶劑氣味，能起到一定的凈化車間空氣的效果。
　　4、熟化室內的節能措施
　　為節省熟化的時間和減少維持熟化室內的高溫所耗用的電能或高溫蒸汽，就要充分利用熟化室內的空間。可以把復合膜豎放、懸空、重疊等，增加室內的熱空氣流通，熟化完成后及時把復合膜移出熟化室并充分冷卻。
　　5．如果供熱能力充足，要印刷和復合同時進行。
如果是蒸汽加熱烘干，一般企業從鍋爐房出來的熱力管道，前段部分是印刷和復合公用的，單獨供應印刷或單獨供應復合，熱力會造成很大浪費。有些企業為考慮后續發展增加設備，往往前期的鍋爐供熱能力會大一些，如果機器帶來的鍋爐負荷較低，為維持大噸位鍋爐的運轉，燃料用量會相應增多，也是很大的浪費。如果供熱能力充足，可考慮熟化室和機器共用鍋爐蒸汽供熱系統，但是熟化室內需要連續穩定的熱環境，才能保證復合膜熟化的質量和效率，所以還需要電加熱系統做備用，以便停用鍋爐后能及時切換。
　　6、氣體回收
　　從環保的角度考慮，從烘箱內排出的有機廢氣，含有大量有毒的氣體，如苯類、酮類、醇類和酯類等氣體，會造成環境污染，妨害人身健康。有條件的印刷企業可考慮安裝有機氣體回收裝置，這樣既有經濟效益又有環境效益。

四、新型加熱烘干方式
　　烘干速度是制約凹版印刷機速度提高的關鍵因素之一，新型烘干方式就是通過對烘干原理、烘干方式和烘干系統的研究,并對烘干系統進行全面改進。如在原來基礎上改進空氣噴嘴、烘干裝置的控制系統等。同時，為了節能環保的目標，不但要提高熱能的利用率，還要尋找新的替代熱能。除了傳統的電加熱和蒸汽加熱之外，下面介紹兩種新型加熱烘干方式。
　　1、利用太陽能。
　　太陽能已經成功應用到了印刷機和復合機的烘干系統和熟化室的熱能供應，并且能實現太陽能加熱和電能或蒸汽加熱的全自動轉化。如果有太陽光，一天中太陽能的利用可持續12h左右，根據使用企業的測算，可實現60%以上的能源節約。這種新能源的使用，不但可以實現零污染，也大大節省了企業的生產成本，并且穩定性很高，是目前很有潛力的凹印設備蒸汽烘干的替代方式。
　　2、紅外線加熱烘干。
　　紅外線加熱在柔版印刷工藝上較常見，在凹版印刷上的應用還在起步階段。紅外線是不可見光，有一定的穿透力，物體吸收紅外線以后，就能很快轉換為熱能。尤其是目前凹印水墨的使用范圍在不斷擴大，原先的溶劑型油墨印刷后烘干相對較容易，水性油墨就較難干，不但在工藝上有使用限制，并且也影響到產能的提升。所以，使用水墨的凹印機可考慮紅外線烘干系統。但紅外線對有機溶劑型油墨和粘合劑還不太適合，主要是急劇加熱，急劇升溫存在較大安全隱患。
　　水是能強烈吸收紅外線的物質，水吸收紅外線后，溫度急速升高并快速蒸發，紅外線加熱的速度比常見的熱風加熱要快好幾倍，因此，紅外線可以用于需要快速加熱和干燥的環節。采用燃氣紅外線進行快速干燥，可以大幅降低燃料成本，如紅外線發光管可以采用電能，紅外線加熱器也可使用天然氣、液化氣等可燃氣體，紅外線熱輻射效率高，升溫快，節省燃料，熱利用效率高，并可實現溫度自動控制。由于紅外線加熱高效節能的優點，以及可使印刷面受熱均勻，烘干效果優良，已經在水墨凹印烘干系統上有所應用。

　　五、印刷和復合工藝的方式轉變對烘干的影響
　　在當前節能減排和低碳環保的大環境下，各類工業企業的生產要遵循資源節約、環境友好和安全生產的原則，因此復合膜加工制造也會向少烘干和無烘干的方向發展，以適應新的發展趨勢。這不但有賴于工藝的改進和設備的更新，更有賴于人們健康環保意識的提升及法律、市場的推動。目前國內絕大多數軟包裝企業所使用的凹版印刷和干式復合還不能脫離高耗能、高污染和高安全隱患的現狀，所以未來要有所改變，就要尋求轉變，找到可替代的加工方式。
　　1、印刷方式轉變。
　　凹版印刷在國內市場上比例很高，相應烘干所帶來的能耗和環境問題就很突出，除了尋找清潔能源替代傳統的煤、燃油和天然氣等燃料提高熱利用效率之外，改變印刷方式也可以減少這種問題。如逐漸興起的柔版印刷，能耗相對較低。隨著新技術的不斷應用，柔版印刷已經取得了很大的進步，產品質量直追凹版印刷，已經具有相當強的市場競爭力，且烘干方式優于凹版，如可使用紅外線發光管的紅外線加熱烘干；也可以使用UV或UV/EB柔印油墨，這種油墨在柔版印刷機使用UV或UV/EB烘干，由于UV或UV/EB柔印油墨沒有稀釋溶劑，可以大大節省烘干熱能。這種油墨不產生有機氣體，也非常有利于環保。
　　2、復合方式的轉變。
　　干式復合的在線烘干和離線烘干都存在高耗能的問題，所以如果能滿足包裝內容物的要求，不妨考慮使用擠出復合的工藝。另外經過近十年的發展，無溶劑復合技術已十分成熟。使用無溶劑工藝復合的產品，可以降低能耗、提高生產效率、改善產品衛生質量、降低綜合成本，還非常有利于環境、清潔生產和生產安全。目前，大部分軟包裝材料都可以用無溶劑復合工藝進行生產。與干式復合相比，無溶劑復合工藝有明顯優勢，比如無溶劑復合設備無須干燥烘道設備，消耗能源低，結構緊湊，占用空間少，并且材料在設備上路徑短，減少廢料產生，再有就是設備造價低，節省投資成本和生產成本。另外無溶劑復合的產品占用熟化室的周期比干復產品要短很多，能提高熟化室的利用率，這些都對提高企業的市場競爭力非常有利。

　　六、結束語
　　目前來講，復合膜生產過程中的烘干必不可少，如果從節約資源、保護環境和提高效率方面考慮，每個企業都可以有所作為，無論改造設備，還是淘汰落后產能，還是使用新型工藝設備，至少有努力的方向。企業只要有改善的意愿和決心，困擾企業的加工工藝中的烘干問題終將會得到完美地解決。
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