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软包装凹印行业的绿色环保化之路
发布者:铝箔包装  发布时间:2017-11-20 14:31:20  阅读:44次 【字体:

2016年,许多软包装凹印企业因环境问题多次停产限产,尤其是位于北京周边的企业。2016年的“G20蓝”和第四季度的环保风潮是无数实体行业老板心中永远的痛,工厂在未获任何经济补偿和税收减免的情况下,被迫多次停产、限产,软包装凹印企业的承受力已经达到了极限。2017年,他们面临的最大问题依然是环保,可以预知,在这次环保浪潮下,整个软包装凹印行业的洗牌已不可避免。想要获得长足发展,软包装凹印企业不仅要看清现状,更要做好充分的准备。

包装凹印行业VOCs治理现状

当前,软包装凹印行业中,凹印及复合工序VOCs减排是当务之急。如何选择合适的VOCs技术路线及治理设备,成为业内企业面临的大考。选择得当,可以增强企业竞争力,获得持续发展的空间,让企业脱颖而出;选择不当,则会让企业因成本上升或环保压力丧失竞争力。

我们欣喜地看到,经过几年的努力,整个行业从开始的不知所措,到思路逐渐清晰,VOCs治理理念发生根本变化,业内基本已初步形成“应治、能治、该治、必治,标本兼治、全程控制,源头控制与末端治理双管齐下、重在源头”的治理理念。

同时,治理效果初见成效。目前就源头控制而言,无溶剂复合技术和水性胶黏剂复合技术已得到越来越多的应用,水墨技术逐步市场化。就过程控制而言,减风技术不断涌现。末端治理是企业目前选择最多,也是较易出效果的控制方式。但从现实情况来看,中小型软包装凹印企业的末端治理难度最大,由于其订单小、散,工况变化大,加之印刷设备排风量大、排放浓度低,现有的常规末端治理技术难以无缝对接,出现了设备投资大、运行费用高、处理效果差的难题。当前我国已投资VOCs末端治理的凹印企业所占比例很低。

包装凹印行业VOCs减排的源头控制

从软包装生产的源头减少溶剂的使用量,从长远来讲是实现VOCs减排的根本措施。

1.无溶剂复合技术

无溶剂复合技术目前已基本发展成熟,可用于轻质包装、重包装、液体包装、冷冻包装(-40℃)、水煮包装(100℃)等。不过,用于高温蒸煮包装(135℃)、耐介质包装、铝箔包装的无溶剂复合技术尚未成熟,有待进一步研发。

从技术角度上看,无溶剂复合对溶剂型干式复合的可替代比例已达到80%以上。如果能全面得到推广,预计VOCs减排量可达48万

吨/年。据不完全统计,目前全国已累计安装无溶剂复合生产线约1000条,无溶剂复合在整个复合工艺中所占比例约为9%。2012~2016年新增无溶剂复合生产线增长率年均超过30%(按台数计),国产设备的比例不断提高(超过85%)。无溶剂复合技术已形成完整的产业链,相应的供应商数量快速增加,其中国内无溶剂复合设备供应商数量超过20家,无溶剂胶黏剂供应商数量超过35家。

另外,双头涂布无溶剂复合技术是值得关注的新技术,因为其速度极快,印刷基材残留的醇类或对环境湿度的影响可忽略不计。这意味着不再需要混胶泵,即因混胶泵产生的质量问题,不再是困扰软包装凹印企业的问题。而且,改用普通泵,设备中午停机时也无需清洗。

目前国内已有如新东方、康达新材料、玉立等多家胶黏剂生产商推出了快干固化型无溶剂复合胶黏剂,重庆鑫仕达等企业推出了国产双头涂布无溶剂复合设备。并且,目前国内已有软包装凹印企业购入国产双头涂布无溶剂复合设备,这是一个有益尝试。

尽管相比传统无溶剂复合工艺来说,双头涂布无溶剂复合工艺是一项革命性升级,但这项技术尚刚刚起步,其并不是简单的机械结构改变,该技术对设备精度和双组分胶配比的控制方式都有新的要求,是否值得大范围推广还有待市场验证。

2.水性胶黏剂

(1)水性丙烯酸胶黏剂

目前水性丙烯酸胶黏剂主要应用于方便面、膨化食品、饼干、挂面、糖果等轻型软包装,使用范围相对较小,与溶剂型胶黏剂相比功能性要少许多。同时,因水性丙烯酸胶黏剂的载体为水,零度以下会发生冰冻,这势必会对原使用性能造成影响,故北方地区使用水性丙烯酸胶黏剂的企业比南方地区要少。

目前,市场上水性丙烯酸胶黏剂仍以罗门哈斯系列产品为主,占据近一半的市场份额,诸多国产胶黏剂争夺其余市场份额,国产水性丙烯酸胶黏剂的发展任重道远。

(2)水性聚氨酯胶黏剂

水性聚氨酯胶黏剂除具备其他水性胶黏剂的基本优势外,还具有溶剂型聚氨酯胶黏剂的基本性能,即耐水煮、冷冻、可抽真空、可热封制袋、可烫拉链等特性,适应基材广泛,不分层次、不分结构、不分轻重包装,可在现有干式复合机上使用,基本能解决多年来复合镀铝膜转移问题,且复合膜的复合牢度后期不衰减,目前已开始在市场上逐步应用。

从复合成本上来说,溶剂型聚氨酯胶黏剂较高,水性聚氨酯胶黏剂居中,无溶剂聚氨酯胶黏剂较低。没有无溶剂复合机的软包装凹印企业,可以在大部分产品上用水性聚氨酯胶黏剂来替代溶剂型聚氨酯胶黏剂,但要求干式复合机具有较好的干燥能力。

水性聚氨酯胶黏剂目前处于批量应用的推广阶段,抗疲劳性还有待市场验证。

3.凹印水墨

目前,国内已有十几家油墨企业声称研制成功凹印水墨并投放市场,而且国内所有一线凹印机制造商和部分二线凹印机制造商都相继推出了适应水墨的凹印机。运城制版制版企业也推出适应水墨的浅版。目前看来,水墨、水墨凹印机、水墨浅版及水墨刮刀等水墨应用产业链已成雏形。

总体来说,水墨对传统溶剂墨的替代率很低,许多软包装凹印企业很大程度上是将其作为一种技术储备,小批量试用的较多,真正大批量应用的还较少。但无论如何,水墨的成功试用是良好的开端,需要油墨制造商、凹印机制造商、软包装凹印企业不断努力,助其成熟。

(1)水墨的研发及应用

目前,对于水墨的定义,业界仍然存在分歧:一种看法是,按国家标准《水性薄膜凹印复合油墨》(GB/T 26394-2011),油墨体系中除了固形物之外,醇类溶剂≤30%,即可称为水墨。另一种看法是,油墨体系中除了固形物之外,醇类溶剂≤5%才能称为水墨。还有一种看法则认为,使用100%水作为稀释剂的油墨才可称为水墨或全水油墨。对此,笔者建议国家相关部门应对相关水墨标准进行修订或分级。

目前,用于软包装的凹印水墨研发已取得阶段性进展,初步解决了水墨的初干、彻干问题,油墨对基材的润湿问题、体系对颜料的分散问题,适应浅版印刷的遮盖力问题。笔者建议软包装凹印企业在使用凹印水墨时要循序渐进,在熟练使用白墨后,再增加色墨使用,这样既可以减少版费支出,也可以减少一次性全色转换可能带来的风险。关于软包装用水墨的使用进展情况,笔者总结如下。

①适用于PE、PP薄膜表印的水墨相对成熟,如购物袋等。

②适用于BOPP、BOPET薄膜里印的水墨接近成熟,如一些印刷要求较低的复合里印。

③目前的水墨尚不能完全适用于BOPA尼龙薄膜里印,有待于油墨制造商的进一步研发。

水墨要想真正做到大面积推广,还需不断完善。骨干油墨制造商正在发力水墨研发,我们期待水墨突破的方向是,一是真正水墨化。二是具有环保性及安全性,水墨中必须添加的助剂及表面活性剂,应符合GB 9685-2016《食品安全国家标准食品接触材料及制品用添加剂使用标准》的要求。三是提高印刷适性。 

(2)水墨凹印机及水墨浅版

通过优化烘箱设计和循环排风设计,大大提升了凹印机的干燥能力,为水墨高速印刷奠定了基础。而水墨的印刷速度一直是个瓶颈,高能耗、低干燥率是主要原因。陕西北人针对此问题推出除湿热泵,可将湿度为80%的空气除湿到20%以下,可大幅提高干燥速度,降低水墨干燥的温度,水墨印刷速度可达250~300m/min。

制版方面,水墨浅版网点的形状和深浅都有相应改变。运城制版制版企业已经掌握了适用于水墨印刷的凹印版辊制版技术,并开始提供水墨浅版服务。但是软包装凹印企业现用凹印版辊存量巨大,全部改为浅版,将会造成巨大经济损失。

4.单一溶剂油墨

使用单一溶剂油墨是VOCs源头管控的方法之一,其回收方法与干式复合工艺的回收方法相同,目前已在欧洲国家得到普遍使用。欧洲国家的印刷设备生产速度较高,可达300米/分,而且其对印刷质量的要求较低,即使使用单一溶剂油墨在高速印刷下出现了微小的印刷瑕疵,也可以被接受。而在我国,不仅印刷设备的速度无法与欧洲国家相比,而且国人对印刷质量的高要求也使得单一溶剂油墨在凹印工艺中难以大面积推广。

5.数字印刷技术

当前的软包装业务越来越趋向于个性化、短版化,尤其是市场营销所需要的复合包装袋印膜打样及个性化包装袋定制更是如此。随着数字印刷在软包装领域的成功应用,越来越多软包装凹印企业看到了新的业务增长点。目前,国内已有软包装凹印企业购置了数字印刷设备,并开始应用,成功开拓了新的业务,帮助企业转型升级。

6.无溶剂凹印技术

传统凹印油墨使用的溶剂种类多,回收难度大,一直是治理难点。无溶剂凹印技术运用冷光源固化技术,油墨消耗量仅是普通油墨的1/3,在凹印领域能实现真正的无溶剂印刷,可取代传统凹印的电、气、油等加热烘干方式,相比传统印刷机,干燥能耗大幅度降低,将凹印工艺进行了一次全面的优化与升级。此外,无溶剂凹印技术无溶剂残留(VOCs残留基本为零)、有效减少印刷损耗,避免刀线、堵版等质量问题,印版寿命长,对短版印刷更具优势。目前,已有国产无溶剂凹印机推向市场,如中山松德成功研发的软包装无溶剂凹版印刷机,可以帮助软包装凹印企业从源头杜绝VOCs产生,解决印刷环节VOCs治理的难题。

包装凹印行业VOCs减排的过程控制

过程控制的主要措施是对印刷、复合设备进行技术革新,使生产排放的废气风量减小、浓度提高,同时增加热能利用等。例如,印刷设备增加LEL装置、减少车间现场的溶剂挥发、采用半封闭墨槽及油墨槽加盖、全封闭挡墨装置及推行清洁生产等。

1.减风增浓

通过优化凹印机的烘箱结构,可以减少、合并、浓缩废气,减少排放总量(但烘箱内部循环风量和风压等均保持不变),可以通过手动热风回用、自动LEL热风回用等措施来实现,从而有效减少VOCs末端回收工艺或燃烧工艺的治理投资和运行成本。如果浓缩后废气浓度大于2.5g/m3,可达到RTO自维持浓度。根据一些软包装凹印企业的经验,目前凹印环节的有机废气不宜直接进入RTO处理,否则运行成本会高到企业无法承受。

各种新的减风、增浓技术不断涌现。例如将烘箱上下部分串联使用或分段使用,以及ESO整体热风统筹等。同时,在印刷时关闭不工作单元的进出风风门,并退出热风系统。另外,改进风机实现变频控制、按需抽风,也可以减少排风量。

目前,博斯特、陕西北人和广东环葆嘉等企业已展开对凹印机减风节能的一系列行动,其手段都是通过增加烘箱热风的循环利用率、减少排风量、增加废气排放浓度,达到节能的效果,并为后续的废气处理打下基础,部分企业的技术已经投入使用,通过检测,印刷品溶剂残留量更低,其节能效果更优于热泵。

需要指出的是,减风后废气浓度大幅增加,安全风险和防爆要求相应会大幅提高。由于废气回用循环后,烘干热风内的溶剂浓度比原来新风大幅增加了,需要格外关注产品残留和产品异味。

2.现场封闭

现场封闭是减少无组织排放的重要措施,包括墨槽封闭、烘箱微负压、烘箱密封等。另外,对部分不受控排放环节的废气要有效收集。生产车间也要密闭。

包装凹印行业VOCs减排的末端治理

末端治理技术如吸附回收技术、燃烧技术等本身已比较成熟,但在与软包装凹印行业的“无缝对接”上,还需要做许多细致艰苦的工作。

目前,一些大型软包装凹印企业已经开始对VOCs进行回收、燃烧或低温等离子体无害化处理。但就全国软包装凹印企业总量来说,所占比例极小(1%左右),部分软包装凹印企业已开始使用末端治理技术,但受限于效率较低、回收溶剂质量不达标(无法循环使用)、耗材使用寿命过短、运行成本高等问题。究其原因,主要是该行业所排放的有机废气成分复杂且浓度偏低,而且处理风量幅度变化很大。

包装凹印企业应该因情制宜,统筹考虑,精心选择适合企业条件的治理技术方案,不应盲目效仿。近两年来,通过燃烧法进行软包装凹印行业VOCs治理已成为市场主流。

末端治理技术目前主要有两个方向:一个是回收处理,另一个是燃烧处理。

1.回收处理

回收处理技术中,吸附法对VOCs去除效率高、净化彻底、工艺成熟,但如果再生的溶剂不能回用或者这些溶剂必须进行处理,则可能造成二次污染或增加许多处理成本。另外,当废气中出现气溶胶或其他杂质时,活性炭容易失效。回收处理技术的目标是回收回用,关键是回用。要想实现回用,就必须解决吸附材料效率、处理装置小型化等技术瓶颈。对于排放量大、包装印刷集中的区域、园区,可考虑采用“分散收集+集中处理”方式。

干式复合工艺由于溶剂单一、废气浓度高(1500~2500mg/m3)等因素,其回收技术已经成熟。采用干式复合VOCs溶剂回收系统的软包装凹印企业不但取得了良好的社会效益,也取得了良好的经济效益。在凹印工序,回收处理的应用效果依然不太明朗,一切都归因于成本压力较大,这是小型软包装凹印企业所无法承担的。而且,在当前石油价格和溶剂成本较低的情况下,回收的溶剂经济价值大打折扣。

2.燃烧处理技术

燃烧处理技术分为热力燃烧法、蓄热式燃烧RTO、催化蓄热燃烧RCO等。目前燃烧法应用较为成熟,有机废气经过燃烧后产生的热能可以直接回收,按需要输出热能,实现废气治理的同时可以取代燃气锅炉作为供热设备。在我国,应用燃烧法治理VOCs的软包装凹印企业也相对较多。

热力燃烧技术需要较高的工作温度,运行费用较高。催化燃烧技术需要的燃烧温度较低、能量消耗较小,但催化剂的费用较高且寿命较短。由于印刷使用的溶剂成分复杂,催化剂容易中毒失效造成排放不达标,经常更换昂贵的催化剂更易造成使用成本高昂。另外,对规模较小或不能连续生产的单班或双班软包装凹印企业,还需要考虑燃烧炉的保温问题或频繁点火的费用问题。目前,凹印VOCs燃烧法处理技术可考虑以下工艺组合:浓缩+RTO/RCO/CO、ESO+CO/RTO/RCO、ESO(节能、减风量、增浓度)+CO+供热。

环保重压之下,VOCs治理已经迫在眉睫。虽然在短期内,软包装凹印企业在VOCs治理方面要多一些投入,但从长远来看,这将促进企业的转型升级。环保绿色化是任何一家软包装凹印企业发展都无法绕过的门槛,软包装凹印企业必须勇敢地跨过这道坎,才能开启新征程。

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