塑料複合軟包裝的綠色工藝路線探討
金峰，工程師，1997年畢業於上海出版印刷高等專科學校印刷技術專業，從事塑料複合軟包裝工作至今，擁有20年以上凹印及複合工作經驗，曾擔任知名軟包裝企業技術總監。熟悉塑料複合軟包裝相關工藝流程，現為上海包裝造紙（集團）有限公司經濟運行部經理，辦公室主任。
2013年，我國印刷業的總產值突破10000億，隨後逐年上升，至2015年，年產值約在11500億元的規模，其中包裝裝潢印刷業約佔總產值的75%左右。在包裝裝潢印刷業中，塑料複合軟包裝又佔據了比較大的份額，廣泛應用於食品、日化、藥品、日用品等領域，其主流工藝路線為溶劑型凹印與溶劑型干法複合相結合的方式。經過近三十年的發展，在薄膜、油墨、膠水、設備等行業的共同努力下，這條工藝路線目前已經達到了技術的頂峰。
凹印產品因其色彩飽和、鮮艷逼真、出色的圖文表現力而深受市場歡迎，並且由於凹版不易磨損的物理特性，非常適合長訂單生產，所以很長時間來凹印成為我國包裝印刷市場的一種主流印刷方式，尤其被廣泛應用於承印物為塑料薄膜的各類包裝上；採用溶劑型乾式複合加工工藝，將不同性能和功能的薄膜材料粘合在一起，複合出來的產品透明度高、複合牢度強，完美地實現了圖案印刷和保護產品的目的，將包裝的使命得到淋漓盡致地發揮。隨著我國經濟的高速增長和對快速消費品的蓬勃需求，凹印成為普遍使用的包裝印刷方式。
當前，隨著國家對環保的日益重視，對包裝材料安全性的要求越來越高，以及操作人員日益提高的職業健康環境需求等各種因素的推動，塑料複合軟包裝企業在其生產工藝上也做了相當程度的革新和改進，但是作為塑料複合軟包裝核心工序的凹印，在技術的改進和發展中似乎遇到了難以跨越的瓶頸。
中國凹印的起步
凹印在中國的發展大概起步於上世紀80年代，當初由於政策性貸款的原因，引進的印刷設備基本是日本的凹印機，在幾大龍頭企業中成長起來的工藝技術人員熟悉的印刷設備就是日本凹印機。這些技術人員的流動推動了中國塑料複合軟包裝行業的發展，也逐步形成了大家熟悉的日本凹印機一統天下的局面。一直到本世紀初，國產凹印機的製造水準越來越高，基本可以達到日本凹印機的生產效率和可操作性，才形成目前只有少量的最高端產品採用歐系凹印機，其他絕大多數均為國產凹印機的市場局面。
需要注意的一點是，國產凹印機的發展過程就是國內凹印機製造商學習日本凹印機的過程，所以國產機基本延續了日本凹印機的低車速、短烘箱、深網穴、低色濃、低粘度的設計思路。帶有這些技術特徵的凹印機使用水性油墨將很難實現高效率的生產，無形中為中國凹印的水性化技術進步設置了一個最大障礙，這也是為何日本本土塑料複合軟包裝企業在2010年以後，大力發展在歐洲、美國市場已經得到充分驗證的衛星式柔印的原因。
中國凹印的發展
在塑料複合軟包裝印刷發展的過程中，國內也經歷了幾個重要的技術更新環節，而這些技術更新和改進的動力主要源自外部的壓力。由於凹印在印刷效果上本來就遠優於其他可以用於複合包裝的印刷方式，所以內在的技術更新動力遠遠不足以推動凹印技術的前進，而外部的壓力主要來自這些年政府對產品安全、環保和員工職業健康要求的日益提高。
1. 油墨技術的發展
凹印技術的改進和更新大約開始於十幾年前，首先從油墨開始：由原來含苯類溶劑的油墨改為酯類溶劑為主的油墨。這次改變的原因非常簡單，因為有食品類客戶發現包裝後的產品有異味，從而引出了塑料複合軟包裝溶劑殘留和苯類殘留問題。因為苯類溶劑對人體危害是明確的，國家就出台了新的產品標準，用《GB/T10004-2008包裝用塑料複合膜、袋干法複合、擠出複合》代替《GB/T10004-1998》和《GB/T10005-1998》。新標準提高了對溶劑殘留量的要求：溶劑總殘留由10mg/㎡調整為5mg/㎡，苯類殘留由3mg/㎡調整為不得檢出。
這次的變革僅僅是一個小的進步，但卻也對印刷效果和在承印物上的附著力產生了一定的負面影響；在後續油墨製造商的不斷努力和改進中，這些影響慢慢地被消除。
2. 製版技術的發展
凹印技術的發展推動力也有源自內部的成本壓力，凹印方式雖然在印刷效果和承印力上遠高於其他印刷方式，但是在發展初期其製版費用高、周期長，影響了小批量、多改版訂單的生產。
印刷企業的這個成本壓力被迫向製版廠傳遞，使得製版廠必須想盡辦法去降低成本、縮短交期，最後終於發明了中國獨有的製版工藝，將凹版的基輥由原來的無縫鋼管變為使用鋼板捲成的圓輥。採用這個製版新技術後，並配合製版廠的其他成本控制手段，國內凹版的市場價格比原來降低了接近三分之二。
但是由於製版的基輥由鋼板捲成，其同心度和動平衡差，以及內部應力的不穩定性，造成了印版比原來的使用壽命短很多。但不管怎樣，這樣的技術發展事實上推動了中國凹印的快速發展。
3. 複合技術的發展
自80年代開始，無溶劑複合技術在歐洲、美國使用並逐漸成熟，我國90年代開始也有部分知名企業引進，但由於受到粘合劑技術和市場接受程度的影響，並沒有發展起來。由於我國當初複合工藝像凹印一樣選擇的是日本路線，採用溶劑型的干法複合方式，除了複合出來的產品透明度高、複合牢度強以外，下機時複合質量的判定也比較容易，這些都是當初的無溶劑複合技術無法解決的問題，因而導致無溶劑複合一開始就在國內發展緩慢。
進入2000年後，隨著國家對環保問題的重視，VOCs排放被指為大氣污染的元兇，印刷包裝被列入重點治理行業。由於乾式複合工藝需要使用大量的溶劑，而且隨著無溶劑粘合劑的技術進步，其成本大幅度下降，在國內從粘合劑供應商、設備製造商到包裝印刷企業，多方面對無溶劑複合技術的推動，使得無溶劑複合的發展出現了井噴式的增長。
目前情況下，無溶劑複合已經基本取代了原來乾式複合中輕型包裝的部分，含鋁箔結構和鍍鋁薄膜結構也有部分廠家有了批量的生產，欠缺的是高溫蒸煮結構或是耐介質結構（比如農藥）的高端軟包裝產品。
當然，由於乾式複合使用的有機溶劑為單一成分的醋酸乙酯，目前業內有部分企業採用回收後重新使用的VOCs末端治理措施，也能夠達到環保和成本控制的相對平衡。
4. VOCs排放相關技術的發展
在解決了複合工藝的VOCs排放後，回過頭來再看另外一個塑料複合軟包裝工藝中VOCs大量排放的環節---印刷環節。
之前已經說過，由於安全性的要求，當前的凹印油墨已經進行了一次技術改進，由苯溶性轉變為酯溶性體系，但VOCs排放問題沒有從根本上得以改變。在日益嚴峻的環保壓力下，外部壓力再次推動印刷工藝進行變革，前面一次的變革是小的改動，油墨的本質還是沒有改變，而這次可能是根本性的顛覆和更新。
對於VOCs治理來說無非是源頭控制和末端治理兩種思路，乾式複合變為無溶劑複合是從源頭上消除了VOCs的產生，加裝溶劑回收裝置則是有效的末端治理措施。
凹印工序同樣如此，油墨製造商做了大量的研究和努力。總的來說分為兩種方向：一種是末端治理的單一溶劑油墨方案，國內目前的研發主要集中在使用醋酸正丙酯或乙醇作為單一溶劑來開發相關油墨，期望像乾式複合一樣，採用加裝溶劑回收裝置來解決VOCs排放問題。但是凹印的VOCs濃度明顯低於乾式複合，在採取LEL等增濃措施後大概也只有乾式複合一半水平，導致VOCs處理設備運營成本高昂，難以為市場所接受；而且溶劑回收再利用導致的產品異味問題，更加被業內所排斥。
另外一種則是對VOCs進行源頭控制的措施，即採用水性油墨，這也是業內比較期望和認可的工藝路線。但是目前水性凹印油墨也遇到了很大的瓶頸一時難以克服，具體原因有以下幾點：
1).水性凹印油墨中並不是全部以水作為溶劑，裡面還有酒精以調節揮發速度。目前的技術只能做到白版、及沒有層次要求的實地版，可以用100%的水作為溶劑，其餘色墨均需添加酒精來調節揮發速度，這個比例從0%-50%不等。從環保角度來說，還是有VOCs排放，並未從根本上解決問題，反而因為所排放廢氣中含有大量的水分子，導致後端的VOCs處理設備無所適從。
2).乾燥問題，由於水不容易揮發，國內擁有龐大裝機量的凹印機又不可能都去花錢改造烘箱，所以油墨製造商又從另外一個角度去改進油墨來適應當下烘箱。那就是提高油墨色濃度、重新製作雕刻更淺的印版，在保證印刷效果的前提下減少上墨量，從而減少水的含量，讓凹印機在不改動烘箱的前提下，以原有的速度進行印刷，並通過調整酒精和水的比例來調整油墨的乾燥情況，確保印刷效果沒有變化。
這個似乎是個可行的方法，但是減少上墨量，就得把原來所有的印版進行重製，並且要摸索出一套適合水性凹印油墨的製版數據，在當下也是困難重重。另外還有一個問題就是，由於上墨量減少，白墨的遮蓋力大幅度下降，當複合鋁箔或者鍍鋁產品時，往往會出現遮蓋不住下面一層的金屬色、造成包裝物複合後色彩發灰的現象。
這些都是在水性凹印油墨發展中暴露出來的問題，尚在解決的過程中，全部以水作為溶劑終歸是凹印油墨發展的最終目標，但需要很長的解決問題時間，並且需要油墨供應商、製版廠、印刷機製造商和印刷企業協同努力才可能實現。
展望印刷技術的發展
由於短期內水性凹印油墨遇到的技術瓶頸難以突破，我們不妨放開思路看一下。既然複合工藝可以通過無溶劑複合解決大部分的產品結構，印刷是不是可以通過其他的印刷方式去解決目前凹印無法解決的問題呢？
由於塑料複合軟包裝印刷的承印物一般為塑料薄膜，縱觀幾種印刷方式，衛星式柔印是最為合適的替換工藝。衛星式柔印當初為什麼沒有成為塑料複合軟包裝印刷的首選印刷方式？除了當初我們國家引進塑料複合軟包裝印刷設備時，日本根本沒有衛星式柔印以外，最大的原因是當初衛星式柔印的印刷精美度無法和凹印相提並論。
但是隨著衛星式柔印機製造水平的提升、各種柔印技術的發展和各種配套設施的技術進步，衛星式柔印產品的印刷效果已經和凹印不相上下，其印版線數已經可以達到150LPI-175LPI，這相當於凹印的60 -70線/cm，與現在凹印常用的70-90線/cm已經基本一致；而且在歐洲、美國、澳大利亞、南美都有很多成熟、批量、長時間應用的案例，被食品、日化等國際快速消費品客戶所接受，衛星式柔印取代凹印的前提條件已然具備。
對於無法迴避的VOCs排放問題，一方面是衛星式柔印領域水性油墨的發展，在紙張印刷領域已經有幾十年的經驗，而在薄膜印刷領域自2010年以來，各國際品牌的油墨供應商都投入了大量的資源進行研發攻關，與凹印領域僅有個別國內和日本油墨供應商對水性凹印油墨進行研發相比，衛星式柔印率先在水性油墨應用於薄膜取得突破更加可期。另一方面，即使是同樣使用溶劑型油墨的衛星式柔印機，其VOCs排放量也僅有凹印機的1/3，其進行末端治理的成本更低。
依據目前業內廣泛的認知，在長訂單情況下，衛星式柔印機將具備更大的成本優勢，在食品和日化包裝領域，存在大量的長訂單，這樣的印刷成本降低結合無溶劑複合的成本優勢；二者相結合是否可以成為塑料複合軟包裝的全新綠色生產工藝路線呢？並成為塑料複合軟包裝企業新的利潤增長點呢？
衛星式柔印將面臨的問題
1.印刷效果，前文已經對衛星式柔印的技術水準進行了相關描述，需要補充的一點是，目前衛星式柔印技術正在快速發展，數十家國際品牌的相關供應鏈企業正在持續不斷地投入資源進行相關的研發工作，新產品、新技術層出不窮，相信不遠的將來衛星式柔印的印刷效果將全面達到或接近凹印的水平。
2.油墨附著力，衛星式柔印目前主要應用於單層薄膜材料為主，油墨附著力本身沒有問題；但是塑料複合軟包裝的油墨是應用在薄膜和薄膜中間，不是說油墨附著力越高越好，而是要使油墨對印刷基材的附著力與無溶劑粘合劑層的結合力處於一個相對平衡的狀態，這樣才能達到薄膜層間剝離力最大，不會產生剝離時油墨轉移或者膠水轉移的情況。目前已經有衛星式柔印企業在某國際品牌的食品客戶的要求下，進行相關的測試，初步的結果比較樂觀。
3.油墨遮蓋力，這是個大問題，塑料複合軟包裝的產品有二層或三層，甚至是更多層粘合在一起，與印刷基材粘合在一起的有塑料薄膜、鋁箔或者是鍍鋁膜等材料。正如現階段凹版水性油墨無法解決因為上墨量減少而造成遮蓋力不足的問題，柔印網紋輥新技術帶來的傳墨量上升，實地加網、表面紋理等印版新技術能否轉移更多的白墨，以使印刷品遮蓋力達到目前凹印的水平，尚需進一步驗證。
結束語
總體說來，衛星式柔印+無溶劑複合的塑料複合軟包裝新工藝路線，在技術上並無太大的障礙，油墨附著力、遮蓋力這些問題尚需在實踐中驗證並改進，是值得去探索的一條新的工藝路線。
相信在環保的大環境下，外部的壓力會推動這樣的轉化；另外，這個全新工藝路線帶來的成本降低，也將是這種轉化最大的內在驅動力。
目前，國內已經有大型包裝企業同時擁有衛星式柔印機和無溶劑複合機，真心希望他們能先行先試，為我們國家的塑料複合軟包裝走出一條全新的綠色工藝路線。
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