印刷业面临的环境污染问题

印刷业面临的环境污染问题印刷工业是近20年来国际上技术进步最快的产业之一，目前已经进入了数字印刷的新时代。据介绍，人类从有语言到有印刷经历了约10万年，从印刷术发明到铅印经历了450年，从铅印到彩色桌面系统经历了大约30年，从彩色桌面系统到多媒体电子出版物（无纸印刷）经历了3年，从多媒体到因特网只用了18个月。国际的发展趋势是：高档彩色印刷品迅速增长，计算机、电子等高新技术在印刷工艺中广泛应用。目前我国印刷工业的情况是：传统胶印仍占主导地位，柔性版印刷、丝网印刷发展很快，印后装订联动自动化、彩色桌面出版系统已普及应用，图文处理系统的开放式及数字化已成为印前系统的基本特征，直接制版技术和数字印刷已成为印刷出版工业的发展方向。印刷工业的发展以及环保法规的不断完善，给印刷工业的发展带来了巨大挑战和机遇，其中包括研制各种新的符合环境保护的印刷耗材；对原有的工艺进行改造，包括原料的改进和干燥方式的改进等等。.目前在我国丝网印刷、凹版印刷等印刷过程中大量使用的溶剂型油墨，含有50%-60%的挥发性组分，如果加上调油墨粘度所需的稀释剂，那么在印品干燥时，油墨所散发出来的挥发性组分的总含量为70%-80%。这些有机溶剂所挥发的气体，通过呼吸进入工人的体内，对人体的肝脏和神经系统造成损害，对环境造成很大的危害。胶印过程中的酒精润版液无时无刻不向车间的空气中排放有机挥发物，在暂时停止工作或者换色时对墨辊和橡皮布的清洗，更是大量采用了易燃、易爆的汽油（当然从厂家角度来看，使用汽油作为清洗剂，既方便随手可得，清洗效果又好，干燥速度又快；最重要的是价格便宜，大大降低了生产成本）。但是在看到汽油的好处时，人们常常忘记了这么使用汽油，有可能造成爆炸的火灾，从而使印刷厂在顷刻之间化为乌有；另一方面，在使用含铅的汽油时，将导致印刷工人的慢性铅中毒，这一点更被人们忽视。长期以来，在各种印刷过程中的“飞墨”现象困扰了整个印刷过程。这是因为印刷机在高速转动时，墨辊间的墨膜被分裂、拉长，产生断片，在油墨的表面张力的作用下，这些断片收缩，形成众多球状的细小墨滴散落在空气中，即所谓的飞墨现象。飞墨问题既是高速印刷过程中危害性极大的一类常见印刷故障，也是一类严重造成环境污染的问题。飞墨给印刷过程带来的较大危害性有：1、对环境造成污染。油墨飞散到空气中、机器设备上，墙面上等，轻者会影响到环境的整洁、美观，重者甚至还会引起爆烯，引发安全事故。2、对产品质量造成不良影响。油墨飞散到印品上，会使印品表面产生一定程度的脏污，使印品的清晰度等受到影响，严重时会导致印品作废。3、对人的身体健康造成长时间的损害。由于目前的油墨中普遍采用有机颜料、有机溶剂及添加剂，在原材料中有不少含有重金属成分。这些有害物质会通过飞墨吸附在工人的皮肤表面，被吸入呼吸道，势必对操作人员的健康造成不良影响。由此可见，在印刷行业中的有害气体的排放、有害液体和固体的使用及其废弃物的排放，均对人体健康和人类的生存环境构成严重的威胁。环境问题不仅涉及到人类文明的前途，也涉及到企业的生存与发展。我们在制定印刷工业发展规划时，必须同步考虑环境保护这一问题，拟订切实可行的有力措施。在国外为限制污染，一些国家制定了“劳动卫生法”、“有机溶剂排放法”等一系列法规。这些法律、法规决定了印刷生产工艺和油墨的研究与发展方向。国外例如德国，早在1982年就颁布了《化学制品法》，其内容包含了3项规定：在车间内对工人的保护；一般健康的保护；环境的保护。在环保法律的压力下，迫使国外的研究部门和一些厂家研究开发无溶剂的油墨，或溶剂含量低的丝网印刷油墨。欧美国家于90年代前后通过了与环保有关的挥发性有机溶剂（VOC）法律。VOC法律要求印刷厂和油墨生产厂商达到以下要求：1、在作业车间外不应有有溶剂的气味。2、在作业车间内挥发性物质的浓度必须低于：挥发性有机溶剂50毫克/立方米一氧化碳100毫克/立方米一氧化氮100毫克/立方米。这个严格的环境保护法迟早将成为世界各国环境保护的基准。这一要求目前对大多数国内厂家（包括印刷厂和印刷耗材生产厂家）都很难达到，因为在各种印刷过程及传统耗材中存在很多与VOC和其它环境污染问题有关的成分，但是通过努力可以解决的问题有以下一些：1、冷固轮转、单张纸胶印过程中大多数清洗用品和润片液的挥发性物质问题：现在国外已经摒弃了汽油作为清洗用品，取而代之的是专门的油墨清洗剂（W/O乳液型），这种油墨清洗剂应该大力推广；同时应该为胶印研制开发新的适应高速轮转胶印机的无醇润版液。2、要严格检查油墨中所含的成分，不能采用含有有害重金属的颜料来生产油墨，保证工人兄弟不受重金属的危害；同时要进一步提高油墨的质量，减少飞墨的产生。3、热固轮转胶印过程是VOC的主要产生者，因为其溶剂馏程在230-340℃；油墨的干燥是在烘干装置内300℃高温下强行干燥的，按碳的含量算，油墨中每公斤碳会释放出0.3公斤的VOC物质；应该通过回收装置将其回收。4、轮转凹印过程用了大量挥发性的低沸点的溶剂，所以会产生严重的VOC问题，如果在轮转凹印机上安装了溶剂回收装置，可以达到降低VOC挥发量的目的；5、在凹版印刷过程、柔性版印刷过程和丝网印刷过程中尽量采用以水作为溶剂的油墨（水基墨），这样有可能降低VOC问题，同时应该尽可能降低水基墨中的醇含量（通常含有15%的醇类）。在油墨的生产和研制工作中，为了符合VOC法律的要求，西方国家目前在油墨配方和干燥系统中作了很大的改进，目前使用得比较多的油墨有以下品种：1、辐射固化油墨。实际上UV固化油墨早在40年代就已经开发出来，但是直到最近20年才得到较大发展。由于油墨中不含溶剂，不存在VOC问题，印刷过程对环境是友好的。90年代后，随着西方国家VOC法律的实施，应该说人们对UV固化油墨有了进一步的认识。但是UV固化油墨成本较高，使用过程较常规油墨复杂。2、水基油墨。早己被柔性版、凹版印刷、丝网印刷采用，但没有用在胶印油墨上。水基柔性版油墨已经大量用于报刊印刷，水基凹版油墨也开始取代溶剂型油墨，但是目前这种趋势有减慢的迹象，会持续到更加严厉的法律出台。3、植物油基墨（主要是豆油油墨）。在胶印印报油墨中获得了成功。在解决VOC问题上，目前西方国家将重点放在研制新型的固化装置控制系统上和新的油墨干燥方式上。以下就来看一下新的油墨干燥方式。VOC法律要求印刷厂和油墨制造厂严格控制有机溶剂挥发生（VOC）的排放量。因此，无论干燥系统还是开发新的油墨干燥方式，都必须考虑以下几点：1、降低VOC的排放量；2、因为干燥系统要消耗大量能量，因此提高能量使用效率成为干燥系统应该达到的第二目标。3、随着印机印刷速度越来越快，干燥系统要跟上这种趋势，以保证印刷效率；4、为了降低VOC的挥发量，对溶剂含量高并且油墨用量大的印刷机，应该考虑印刷过程中对溶剂产品的在线回收利用；5、在以上各点皆满足的前提下，最后一点才考虑保证印刷质量。那么干燥系统应该如何改进呢？可以按以下几个方面来改进：1、改进干燥系统。首先是改进空气喷嘴系统，降低空气在烘干装置中的速度，减少空气用量，减少能量消耗。但是要保持干燥的效率，因此降低空气在烘干装置中的速度不是简单的调低风扇转速来实现，而是要在保持干燥效率的前提下，改进喷嘴系统。对于已经安装好的设备，仔细调整使其处于最佳工作状态。调好的话可以节省能源30%-50%（最多），提高印刷速度40%（最多），对正在使用的设备而言，这点也很重要。2、改进烘干装置的控制系统。现在许多新型烘干装置直接测量承印物表面的温度，而不像以前的烘干装置测量的是烘箱内的空气温度，这样可以及时对承印物表面的温度变化作出反应，及时调整风速和热量，进而节省能源；3、应该考虑对热风的循环使用。解决这个问题比较容易，在热风出口处安装热交换器，对抽入的冷空气进行预热，这样可以达到节能的目的；4、在烘干装置中引入惰性气体。因为有些溶剂闪点比较低，容易发生生产事故，这样可以保证在空气中易燃易爆的高挥发性溶剂的安全性，提高溶剂回收装置的效率，同时减少空气的流量，也就减少了用来加热空气的热量，大大节省了能源。5、因为使用了新型的反光镜和UV灯，UV固化系统的使用效率也大大提高了。那么新研制的油墨干燥方式又应该怎么做呢？新的油墨干燥方式欲达到的目的应该和干燥系统欲达到的目的是一致的。新研制的油墨干燥方式大概有以下几种：1、反应固化型。这种油墨与以前的双组分反应固化型油墨不同，是当油墨与纸张接触时，由于油墨中某个成分与纸张中某个成分发生反应而干燥固化，这一成果曾在惠普喷墨打印机中得到应用。这种反应存在于油墨与纸张表面的涂布层上，使油墨迅速干燥。该方法使油墨固化迅速，无VOC环保问题产生，但必须选用互相能发生反应的油墨和纸张进行印刷。2、压力固化。用压力将微胶囊（含有两种以上成分的组分）加压，使其发生化学反应。这是无碳复写纸中运用的技术，这一技术用到油墨上，是把油墨制成微胶囊颗粒，印刷过程中对油墨微胶囊施压使之破裂，微胶囊颗粒中的两组分发生反应而迅速固化。这一干燥过程无VOC问题，也无需烘干装置。3、调温固化。这种油墨在常温下呈现固态，印刷时升高温度，使油墨由固态变为液态；当油墨转移到承印物表面后，由于温度下降，墨膜迅速由液态变为固态，干燥很快，无溶剂挥发，无须烘干装置，但需要加热印刷元器件，在丝印中可以最先实现。4、水基UV固化技术。这一技术会克服目前固化技术的很多缺点，最重要的是在固化前把水处理掉。5、热燃烧固化。热固化装置在600-1000℃高温下将有机蒸汽变成二氧化碳和水。其优点是：应用范围广，几乎完全消除挥发性物质-可以高达99.5%，对多种溶剂有效。还可以安装热量回收循环装置。其缺点是：投资和日常运转的费用非常高，能量消耗高；同时会产生二氧化碳和一氧化氮。6、催化燃烧固化。催化燃烧干燥的温度比热燃烧干燥的温度低，在350-600℃左右，典型的轮转胶印机干燥温度为350-420℃，就能够将VOC的挥发量减低95%。但是催化剂通常是有毒的。催化剂的寿命是有限的，需定期更新。其优点为：比热燃烧干燥装置的投资少，能量消耗少，对多种溶剂有效，一氧化氮残余物的含量较低。催化燃烧的方法将会更加普遍地应用，尤其对使用溶剂型油墨的小印刷机而言，因为对小印刷机来讲，溶剂的回收并不太重要。7、真空固化。可以帮助溶剂挥发，无需热量，固化速度比较快，可以安装溶剂回收装置，但在技术上实现比较困难。8、冷冻固化。用吹冷风的办法使油墨迅速固化，固化后的墨膜在常温下保持固态，这种固化方式也不会有VOC问题，但在技术上实现同样有一定难度。最后两种固化方式是正在开发中的固化方式。真正用在印刷上还有重重困难。油墨配方研制的观念将发生变化，即从首先考虑油墨的成本转变为油墨的成本必须服从于全印刷过程的经济效益。同时复合型的干燥装置将不断开发出来，一些新的油墨干燥方式将会被用于特殊需求领域，最主要的是商标和包装印刷，特别是防伪和有保密需求的印刷。我国政府早已把环境保护作为一项基本的国策，要实现经济建设与环境保护的协调发展，以及国民经济的可持续发展，要实现2008年绿色奥运的目标。可以预见，今后对各行各业的环境保护法律将越来越严格，越来越健全。印刷行业应该未雨绸缪，面对这一挑战。现在对我国印刷行业的环境污染问题应该有一个清醒的认识，有一个很好的规划调查和系统的研究，为我国建立这一领域的法律或者法规做一些工作；为我国的印刷企业适应这种时代的进步、工艺的改进做一些工作。