摘编自《广东包装》2012年03月第二期
浅谈复合软包装材料加工过程中的烘干问题
作者：广州信安包装有限公司 王东京

　　前言
　　复合软包装材料的印刷和复合工序，一般都有烘干的工艺要求，无论是用有机溶剂作为稀释剂的印刷和复合工艺，还是使用水性墨和水性胶的印刷和复合，烘干都必不可少。烘干可分为在线烘干和离线烘干，在线烘干是指在机器设备的烘箱或烘道中通过传热介质，让膜上的温度快速升高，加速挥发和带出有机溶剂，减少有机溶剂在膜上的残留，或者对膜上的墨层和胶层进行快速干燥凝固；离线烘干主要指复合膜在高温烘房中的熟化过程。
　　下面简单谈谈薄膜凹印和干式复合过程中的烘干问题。
　　一、烘干是复合膜生产中必不可少的工艺过程
　　印刷和复合是软包装复合膜加工制造过程中两道最重要的工序，比如在凹版印刷时，印刷的速度很快，高速印刷机印速已超过300m/min，为了适应塑料薄膜凹印机的高速连续印刷，以及油墨能在薄膜上迅速干燥的工艺要求,所有的凹版印刷机上都必须装有烘干系统。同时，印刷所使用的油墨都要用溶剂进行稀释，为使油墨很好地转移到承印物上，并且不出现质量故障，溶剂型油墨往往还要使用混合溶剂，复合工序同样要用溶剂对胶粘剂稀释。有机溶剂过多残存在包装材料中，会对消费者健康带来危害，必须要把有机溶剂在复合膜中的含量控制在标准规定之内。高温熟化是胶粘剂充分交联反应的过程，特别是使用双组分胶粘剂，熟化是必不可少的，这都和复合膜加工过程中的烘干有直接关系。当然，高温烘干后的薄膜材料还有适当和充分的冷却，如凹版印刷在线薄膜每穿出一座烘箱都要经过冷水辊冷却，经过加热复合辊后的在线复合膜要经过冷水辊冷却，包括熟化后复合膜也要自然冷却数小时后才能进入下工序生产，冷却是为了稳定产品的加工质量，减少烘干过程对薄膜性能带来的负面影响，并保证对后续生产的适应性。因此，烘干是印刷和复合工序必需的工艺要求，是一个非常重要的工艺环节。
　　在线烘干系统是凹版印刷机和复合机最大的耗能部位，同时也是有机气体聚集和排出的地方，大多数凹版印刷机和复合机，烘箱供热一般都是电加热或锅炉蒸汽加热，由热空气形成风力快速挥发掉有机溶剂，或者对墨层及胶层迅速干燥。这里一定要根据使用材料和实际操作经验来设定其运行参数。在凹印和复合工艺中,合适的烘干参数不但是印刷品保证良好质量的关键,也是残留溶剂量符合卫生标准要求的根本保证，所以烘干参数包括烘干温度、进风量、排风量、风速等，是印刷和复合工序中最重要的工艺参数部分。

　　二、现行烘干方式对产品质量和安全的影响
 　　1、对凹印产品质量和安全的影响。
　　（1）影响套印准确性，烘箱内温度会带来承印薄膜的形变，是套不准的原因之一。
　　现行蒸汽烘干的方式，烘箱温度设定越高，在张力的作用下，薄膜变形的程度也越严重，如果拉伸变形比例不一致，套印就不稳定。实践经验表明：如果烘箱温度设置适当，张力适当减小会增加套印稳定性，同时，制作印版时也要预留足够的收缩量，并考虑个别颜色边缘的扩缩处理。
　　（2）造成油墨附着牢度差、脱墨或油墨反粘。
排除材料问题之后，主要考虑是油墨干燥不充分造成，要确保油墨干燥充分，就要适当增加烘箱内的风量和风速，合理提升烘干温度，尤其是在大面积和厚实的专色墨和白墨的色座，同时考虑降低机器速度。油墨干燥不良还会带来斑点和泡点等外观不良。但是也要防止烘干加热过度，过热烘干除了会使薄膜起皱或收缩外，如果不能充分冷却，就会带来残余热量的积累，收卷后薄膜温度过高，产生油墨粘连。如果干燥太快还会造成油墨假干的现象，就是油墨表面已干燥凝固，而内部实际没有干燥充分，也有挥发不充分的残留溶剂，收卷后会缓慢渗透，也会带来油墨粘连。
　　（3）带来印刷图案间距拉伸或收缩超标。
　　塑料薄膜受热会软化，受牵引张力和烘干温度的影响，特别是印刷各个色座间的张力太大，经过高温烘箱后薄膜会被拉伸，薄膜在印后拉伸造成图案间距扩大，在印前拉伸造成图案间距收缩，特别是通常使用的OPP、NY、PE 等单层基材更容易拉伸，设定烘干温度最好不要超过65℃，同时还要与烘干温度配合合理的机器张力参数。
　　（4）有残留溶剂超标的风险。
　　印刷机的烘干能力不足往往是残留溶剂超标的主要原因，要提升机器的烘干能力，就要增加烘箱内的风量和风速，适当增加干燥温度，降低机器速度。也可以从印色的排序考虑，在制版时注意把有大面积和厚实油墨的色序排在前面，让其后序多过几次烘箱，强化溶剂的挥发，适当提高最后一个白色的烘箱温度。另外对添加了油墨固化剂的色座要适当提高本座烘箱的温度。有的凹印机为尽可能地干燥油墨和挥发溶剂，设计成印刷品收卷的部位和原材料放卷部位同在印刷机的一端，印完最后一个颜色后，印刷膜从机器的上方通过多重导辊返回同在放卷端的收卷部位，这样通过延长走膜路径也可使因冷却不良造成的膜上的余热充分散发。
　　（5）考虑有机可燃气体大量聚集的安全隐患。
凹版印刷薄膜上的油墨在烘箱内干燥过程中，会挥发出来相当多的有机气体，这些有机气体都具有可爆和可燃性，如果与空气混和达到一定比例，会处于可爆燃状态，存在相当大的安全隐患，这时烘箱内的清洁空气循环就必不可少，就需要合理的进风量，稳定地向印刷机烘箱内输送一定量的新鲜气体包括蒸汽和空气，保证有机可燃气体的体积比例不可太大，控制可燃性气体含量远离爆燃极限的下限。
所以要控制好薄膜的印刷质量和保证生产安全，烘干参数一定要适中，不可过低或过高，还要和其他工艺参数配套，通过实践制定有针对性的系统的印刷工艺参数。
　　2、对干式复合产品质量和安全的影响。
　　（1）产生泡点或斑点，影响复合膜外观。
　　在线烘干不充分是原因之一，如果烘干不充分，残留溶剂过多，和第二层粘合后，溶剂还要挥发，如果有大量溶剂持续挥发，就有产生泡点或斑点的风险。假如复合有印刷PET//AL膜结构的，把AL做为涂胶面也可降低产生斑点的风险，因为AL膜面较光滑平整，不但有助于胶水的流平，同时对溶剂的吸附没有印刷油墨层那么强，便于溶剂在烘箱内充分挥发。
　　（2）单层膜在烘箱内折皱，复合后有折痕。
　　如果烘箱内进风量和排风量悬殊大，在烘箱内的风速较大，就会吹折单层已涂过胶水的材料，这样经过复合压辊后就会形成折皱。要改善就必须对进出风量进行调整，也可在不影响残留溶剂量的情况下，对容易产生折皱的烘干区域稍稍打开烘箱盖，降低烘箱的密封性，让外部空气进入对烘箱内气流进行平衡。
　　（3）影响复合强度。
　　在保证基材电晕值和胶水性能和配比没有问题的情况下，要理解烘干对复合强度的影响。在线烘干主要的作用就是挥发多余溶剂，溶剂在烘干系统中挥发越充分，其复合强度也会相应地越高。根据稀释剂醋酸乙酯的特性，第一节烘箱的温度一般应在60℃，第二节和第三节的温度则提高到70℃和80℃，这三节烘箱的温度有时会跟据实际加工的产品结构作相应的降低和提高，一般不要超过15℃，以5~10℃为宜，如三节烘箱温度设置为：55℃、65℃、75℃或70℃、80℃、90℃，但一定要保证烘干通道内温度呈阶梯式上升，才能保证溶剂的充分挥发。如果刚进入的第一节烘箱内温度过高，迅速烘干了涂胶膜表层，内层无法烘干，不仅影响复合强度，油墨或胶粘剂中的溶剂没有完全挥发，也会影响残留溶剂量，还可能会带来复合的泡点，最可怕的是热稳定性差的材料可能会带来印刷图案间距的过度拉伸，造成复合膜报废。
　　（4）影响复合材料的卫生性即残留溶剂量高，有不良异味，如果污染到内容物，就会对人体带来危害。在干式复合工艺中，大多使用醋酸乙酯稀释胶粘剂，所以除了胶粘剂本身的溶剂外，醋酸乙酯是要控制的重点。当然，不同薄膜基材和不同油膜厚度对溶剂的吸附不同，干复的烘干参数和其他参数也不是一成不变的。比如，OPP比PET对溶剂的吸附力要大，两者的加工工艺参数就会有不同，如果烘干参数接近，加工OPP层复合膜时，就要相应降低机器速度。还要考虑烘箱温度稳定的重要性，充分理解烘箱温度的波动对溶剂残留的量的影响，如果烘箱温控表的精度在上下5℃，就必须要验证所生产的产品，在上下5℃有波动时的复合膜的溶剂残留量，确保数据达标。如果刚开始复合时，有溶剂残留量偏高的情况，就必须在启动开机之前开风机空加热3~5min，让整个烘干系统的温度达到一致，以有利于正式加工产品一开始就能有效挥发残留溶剂。
　　（6）离线烘干不良，即在熟化室内熟化不充分或熟化太过分。
　　离线烘干的温度和时间要和复合材料的结构和所使用的胶水相匹配，不同的胶水所要求的熟化温度和时间有很大的差别，一般结构所使用的胶水在35℃~45℃熟化，24~48h即可；水煮结构通常会在45℃~55℃熟化，48~72h；高温蒸煮材料结构要在50℃~60℃熟化，72~96h。如果温度和时间达不到工艺要求，双组分胶水交联反应不充分，可能会造成复合强度不达标，但是如果在高温的环境中材料存放时间过长，反而可能会降低某些材料层层之间的复合强度，同时会影响到制袋时的热封强度和走膜的顺畅性。主要的原因是塑料膜在高温环境下会加速膜内添加剂的游离析出，到达膜表面后影响薄膜正常的性能，如摩擦系数、热封性等。两层以上结构的复合材料，要分开进行多次复合的，是要复合一层熟化一层还是要依次复合完成再熟化，就需要权衡利弊，有选择性地操作。分层熟化的优点是质量稳定，减少复合起皱的影响；一次性完成的好处是生产效率高，且便于管理，但有起皱的质量隐患。
　　（7））生产安全问题同印刷，只是干复挥发出的有机溶剂相对比较单一，不再累述。

　　三、实际应用中的节能环保问题
　　目前，国内复合膜加工主要以凹印和干复、挤复为主，节能环保也是每个企业要考虑的问题，但是很多企业又不想改变现有的工艺，不进行较大的机器设备改造，不发生深度的操作模式变化。这样的话，就只能在现实的基础上，注重平时日常的工作细节，实现一部分节能环保。
　　下面提供一些方法：
　　1、烘干系统进风和排风量的设计必须合理，并且要使用合适的运行参数。
　　排风量只能稍稍大于进风量，如果排风量太大，热空气在烘箱内不能有效利用便被排出去了，势必加大供热系统的压力，造成能耗增加。但是如果排风量不足，溶剂残留量会超标，造成有机气体倒灌出烘箱，污染车间空气，并存在安全隐患。所以进风和排风的参数设定必须科学合理。
　　2、对烘箱进行绝热处理。
　　很多输送到车间的蒸汽管道都做了绝热处理，防止热能流失，但对烘箱的绝热处理不够重视，烘箱做为有机气体挥发和气体交换的“反应器”，其相对空间较大，外壁与外界接触的面积也很大，如果绝热很差，热量流失不可小视。
　　3．改造机器的进出风口。
　　现有新型凹版印刷机的烘箱装置，进风口和排风口、出风喷嘴、弧形端板等部件的形状较传统的有所改变，如喷嘴的边缘向外反卷，出口处为圆弧状，弧形端板的边缘及中部都设置有网孔，在弧形端板上的网孔靠近进风口处的网孔设置小而密，远离进风口处的网孔设置大而密，在干燥箱进风口的下方靠近箱体底部设置有下排风口。这样印刷机干燥箱内风速可以提高，干燥效果也明显提高，残留溶剂自然也会大幅度降低，可以参照改善这些部位。另外，印刷机油墨盘下方或两端会有风力和缓的抽风口，可以抽走车间内过多的有机溶剂气味，能起到一定的净化车间空气的效果。
　　4、熟化室内的节能措施
　　为节省熟化的时间和减少维持熟化室内的高温所耗用的电能或高温蒸汽，就要充分利用熟化室内的空间。可以把复合膜竖放、悬空、重叠等，增加室内的热空气流通，熟化完成后及时把复合膜移出熟化室并充分冷却。
　　5．如果供热能力充足，要印刷和复合同时进行。
如果是蒸汽加热烘干，一般企业从锅炉房出来的热力管道，前段部分是印刷和复合公用的，单独供应印刷或单独供应复合，热力会造成很大浪费。有些企业为考虑后续发展增加设备，往往前期的锅炉供热能力会大一些，如果机器带来的锅炉负荷较低，为维持大吨位锅炉的运转，燃料用量会相应增多，也是很大的浪费。如果供热能力充足，可考虑熟化室和机器共用锅炉蒸汽供热系统，但是熟化室内需要连续稳定的热环境，才能保证复合膜熟化的质量和效率，所以还需要电加热系统做备用，以便停用锅炉后能及时切换。
　　6、气体回收
　　从环保的角度考虑，从烘箱内排出的有机废气，含有大量有毒的气体，如苯类、酮类、醇类和酯类等气体，会造成环境污染，妨害人身健康。有条件的印刷企业可考虑安装有机气体回收装置，这样既有经济效益又有环境效益。

四、新型加热烘干方式
　　烘干速度是制约凹版印刷机速度提高的关键因素之一，新型烘干方式就是通过对烘干原理、烘干方式和烘干系统的研究,并对烘干系统进行全面改进。如在原来基础上改进空气喷嘴、烘干装置的控制系统等。同时，为了节能环保的目标，不但要提高热能的利用率，还要寻找新的替代热能。除了传统的电加热和蒸汽加热之外，下面介绍两种新型加热烘干方式。
　　1、利用太阳能。
　　太阳能已经成功应用到了印刷机和复合机的烘干系统和熟化室的热能供应，并且能实现太阳能加热和电能或蒸汽加热的全自动转化。如果有太阳光，一天中太阳能的利用可持续12h左右，根据使用企业的测算，可实现60%以上的能源节约。这种新能源的使用，不但可以实现零污染，也大大节省了企业的生产成本，并且稳定性很高，是目前很有潜力的凹印设备蒸汽烘干的替代方式。
　　2、红外线加热烘干。
　　红外线加热在柔版印刷工艺上较常见，在凹版印刷上的应用还在起步阶段。红外线是不可见光，有一定的穿透力，物体吸收红外线以后，就能很快转换为热能。尤其是目前凹印水墨的使用范围在不断扩大，原先的溶剂型油墨印刷后烘干相对较容易，水性油墨就较难干，不但在工艺上有使用限制，并且也影响到产能的提升。所以，使用水墨的凹印机可考虑红外线烘干系统。但红外线对有机溶剂型油墨和粘合剂还不太适合，主要是急剧加热，急剧升温存在较大安全隐患。
　　水是能强烈吸收红外线的物质，水吸收红外线后，温度急速升高并快速蒸发，红外线加热的速度比常见的热风加热要快好几倍，因此，红外线可以用于需要快速加热和干燥的环节。采用燃气红外线进行快速干燥，可以大幅降低燃料成本，如红外线发光管可以采用电能，红外线加热器也可使用天然气、液化气等可燃气体，红外线热辐射效率高，升温快，节省燃料，热利用效率高，并可实现温度自动控制。由于红外线加热高效节能的优点，以及可使印刷面受热均匀，烘干效果优良，已经在水墨凹印烘干系统上有所应用。

　　五、印刷和复合工艺的方式转变对烘干的影响
　　在当前节能减排和低碳环保的大环境下，各类工业企业的生产要遵循资源节约、环境友好和安全生产的原则，因此复合膜加工制造也会向少烘干和无烘干的方向发展，以适应新的发展趋势。这不但有赖于工艺的改进和设备的更新，更有赖于人们健康环保意识的提升及法律、市场的推动。目前国内绝大多数软包装企业所使用的凹版印刷和干式复合还不能脱离高耗能、高污染和高安全隐患的现状，所以未来要有所改变，就要寻求转变，找到可替代的加工方式。
　　1、印刷方式转变。
　　凹版印刷在国内市场上比例很高，相应烘干所带来的能耗和环境问题就很突出，除了寻找清洁能源替代传统的煤、燃油和天然气等燃料提高热利用效率之外，改变印刷方式也可以减少这种问题。如逐渐兴起的柔版印刷，能耗相对较低。随着新技术的不断应用，柔版印刷已经取得了很大的进步，产品质量直追凹版印刷，已经具有相当强的市场竞争力，且烘干方式优于凹版，如可使用红外线发光管的红外线加热烘干；也可以使用UV或UV/EB柔印油墨，这种油墨在柔版印刷机使用UV或UV/EB烘干，由于UV或UV/EB柔印油墨没有稀释溶剂，可以大大节省烘干热能。这种油墨不产生有机气体，也非常有利于环保。
　　2、复合方式的转变。
　　干式复合的在线烘干和离线烘干都存在高耗能的问题，所以如果能满足包装内容物的要求，不妨考虑使用挤出复合的工艺。另外经过近十年的发展，无溶剂复合技术已十分成熟。使用无溶剂工艺复合的产品，可以降低能耗、提高生产效率、改善产品卫生质量、降低综合成本，还非常有利于环境、清洁生产和生产安全。目前，大部分软包装材料都可以用无溶剂复合工艺进行生产。与干式复合相比，无溶剂复合工艺有明显优势，比如无溶剂复合设备无须干燥烘道设备，消耗能源低，结构紧凑，占用空间少，并且材料在设备上路径短，减少废料产生，再有就是设备造价低，节省投资成本和生产成本。另外无溶剂复合的产品占用熟化室的周期比干复产品要短很多，能提高熟化室的利用率，这些都对提高企业的市场竞争力非常有利。

　　六、结束语
　　目前来讲，复合膜生产过程中的烘干必不可少，如果从节约资源、保护环境和提高效率方面考虑，每个企业都可以有所作为，无论改造设备，还是淘汰落后产能，还是使用新型工艺设备，至少有努力的方向。企业只要有改善的意愿和决心，困扰企业的加工工艺中的烘干问题终将会得到完美地解决。