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1、5%溶剂限量水墨对大气污染存在多大危害?衡量油墨中的挥发性气体对大气的危害，首先必须确认挥发性气体的排放量以 及相应的排放速率。计算挥发性气体排放量有一个基本公式：废气流量又废气 排放浓度二废气排放速率。式中，废气流量的单位是n)3/s,废气排放浓度的单 位是mg/m3,废气排放速率的单位是mg/s。工业控制条件下，有组织排放废气 往往通过引风机排放，因此引风机的排气量可等同于废气流量。常见引风机的 排气量单位为n)3/h,排放速率单位为kg/h,同公式中的单位可以进行换算。利用溶剂的挥发特性来帮助油墨干燥的印刷工艺，主要是凹印和柔印。在 薄膜上印刷，由于不再具有通过渗透吸收方式来帮助油墨干燥
2、的性能，墨膜越 厚，干燥得越慢，所需要的能耗也越高。凹印墨膜比柔印墨膜要厚，因为现代 凹印主要采用电雕凹版，除了用凹印网点面积的大小来表示颜色密度外，还必 须同时兼顾墨膜的厚薄。电雕凹印由于同时具有网点面积与网穴深度的两维特 性，墨层厚，耗墨量大，在薄膜印刷品溶剂残留量相同的要求下，凹印机干燥 烘道的流量明显大于柔印机干燥烘道的流量。因此相应的排气流量，凹印也比 柔印要大。在计算烘道排气流量时，以凹印烘道排气流量为基准，更能说明一 些问题。凹印机在排气流量设计方面有一些基本设计要求。(1)溶剂型凹印机最大流量需求，即每小时的油墨消耗量与溶剂消耗量。典型凹印溶剂墨的固含量一般不超过30%,即油墨
3、中70%的溶剂在印刷过程中-1-必须挥发掉。凹印工艺的常规耗墨量，按统计数据一般在7g/m2,包含印刷过 程中用掉的和在换版过程中清洗掉的。由于凹印机采用敞开式上墨结构，油墨 中的溶剂在印刷过程中挥发得很厉害，因此凹印需要每隔1520分钟测一次 油墨黏度，并添加溶剂稀释，以保持原有黏度。根据凹印界的统计，一般1.0kg 油墨需要耗用2. 0kg溶剂。由于1. 0kg油墨本身含溶剂0. 7kg,加上添加的溶 剂2. 0kg,总共溶剂达2. 7kg,用量真不少。(2)凹印机设计时有一个重要指标，即印刷速度。如果仅就印刷机的机械 速度而言，凹印机提速并不困难，采用全伺服结构的凹印机，速度达到5006
4、00m/min不是问题。核心技术是干燥，印出来的东西必须要烘干，只有确保烘 干后的机械速度才是我们所需要的。因此，确保将这么多凹印油墨烘干的印刷 速度才是我们所需要的印刷产能。(3)这就牵涉到了可燃气体爆炸下限LEL指标，这个参数很重要，事关印 刷车间安全以及印刷一线操作人员的生命安全。国际上的设计标准是25%LEL, 即印刷机烘道中必须控制不超过25%LEL水平，不然必须阻止印刷机提速，即 阻止挥发那么多油墨中的溶剂。有必要指出LEL的内涵，并不仅指有机溶剂废 气，还指有机溶剂废气同空气相混后仍然存在爆燃可能的混合气体。因此对于 40%LEL指标，亟需慎重。(4)从风量指标上衡量，排风量比进
5、风量要大5%20%。没有这个条件，烘道出风口很难达到负压。-2-(5)关于传统凹印机烘道排气流量控制，每色组烘箱需要达到3000m3/ho 考虑到薄膜印刷时薄膜受热后容易拉伸变形，从而影响套准。近年来强调风量 在烘干上的作用，采取增风降温的工艺措施，因此提升风量，每色组烘箱流量 达5000m3/h,排气流量显著增加。(6)流量增大，浓度必然下降。因此在计算凹印机烘箱的废气浓度时，必 须依据传统凹印机设计指标，既不能用增风降温的5000m3/h,更不能用现在为 节约废气处理成本而刻意采取的减风增浓措施。有必要公布一些与凹印废气浓度有关的数据。(1)现有凹印工艺的废气捕集率比较低，一般为20%40
6、%。(2)凹印机采用敞开式上墨，8色凹印机烘箱排风的经验数据：流量约 24000m3/ho(3)因为凹印机实际工作时以100%烘干负荷工作的色组充其量只有12个, 其他色组的烘干负荷比较小，所以按平均值计算每组排风量。(4)统计数据表明，8色凹印机的总流量24000m3/h,不计算地排流量，每 色组流量3000m3/h,废气浓度约500mg/m3o国内印刷界从20世纪80年代开始大规模使用印刷薄膜的凹印机。在实际-3- 使用过程中，业界对该类印刷机械不断理解、消化乃至改造，在烘干系统方面 走出了中国特色。例如对承印薄膜轻量化，即印刷膜减薄后，如何应对薄膜受 热后因拉伸变形而影响套准，业界提出了
7、提高烘道风量、降低烘道温度的方案, 经实践已经形成共识。对烘道负压的控制，在经典出风量必须大于进风量的基 础上，除了提升出风量对进风量的比例，还利用改善风道曲线来减小风阻，进 一步提高风量在干燥系统中的作用。为降低车间废气浓度，在印刷机上增加地 排风，在凹印上墨单元附近增加吸风装置。在印刷车间内1.5米以下增加轴流 式风机抽风，以减轻溶剂废气对操作员工的侵害。增大排风量，降低排放口废 气浓度已成为凹印常态。上海市环境科学研究院对印刷界废气浓度曾有一个公开的评估，提出了凹 印生产线非甲烷总煌NMHC平均水平600mg/m3的数据，这同凹印机设计时的参 考值相差不是很大。因此我们就按上海市环境科学
8、研究院的数据为准，来计算 并评估油墨中的5%溶剂含量对环境的影响。我们采用初等数学的比例计算方法来评估油墨中5%的溶剂对大气的危害。 比例式的一端是以溶剂含量70%的溶剂墨比溶剂含量5%的水墨，另一端是上海 市环境科学研究院的废气挥发浓度600mg/m3比我们所需要得到的数值。通过 简单的类比可以得到，水墨挥发浓度是42.86mg/m3。有必要指出，前述溶剂型 凹印工艺的一个重要特点是耗用1.0kg油墨时实际耗用的是2. 7kg溶剂，而水 墨若在印刷过程中不添加溶剂，溶剂含量始终是5%。因此该比例式必须按使用 溶剂的实际数据调整，2.70/0.05,即水墨挥发浓度为-4-如果我们在比例式中不采
9、用上海市环境科学研究院的数据，而采用经验数 值500mg/m3,求得的数据则更低,只有9. 26mg/m3,因此600mg/m3的数据宽 容度更高些，说服力比较强。对上海市环境科学研究院数据的采信，应该是比 较合理的。如果我们不是采用凹印界普遍的1. 0kg油墨配2. 0kg溶剂，设想这是一家 管理非常严格的凹印企业，1.0kg油墨只要配1.0kg溶剂，这样的算法可得水 墨挥发浓度17. 65mg/m3o软包装薄膜印刷存在产品溶剂残留问题，对于表印，业界的溶剂残留量行 业标准是30mg/m2,对于复合包装则是10mg/m2o复合工序对印刷膜会有一个 再干燥过程，因此复合后的溶剂残留比印刷后的残
10、留要低。所以从严格意义上 评估，水墨印刷品也会有溶剂残留问题。由于印刷品本身的溶剂残留很低，不 超过0.2%,因此我们采用忽略不计的方法，权当5%的溶剂全部在印刷过程中 排放在外了。提及印刷品溶剂残留，是为了说明该评估方法的严密性，没有明 显漏洞。下面用实例来验证该方法的可靠性。实例一是一家大型薄膜印刷企业，拥有的柔印车间，使用溶剂墨，有3台 卫星式高速柔印机，平均印刷速度200-300m/min,采用封闭式刮墨刀上墨系 统。实测柔印车间废气排放浓度300-400mg/m3o由于溶剂型柔印油墨的溶剂 含量为70%,印刷过程中溶剂的添加量为1. 0kg油墨添加1. 0kg溶剂，若按上 述方法评估
11、，采用溶剂含量不超过5%的水墨，水墨的挥发浓度为11. 76mg/m3o 该车间目前用RTO方法处理溶剂排放，但是没有刻意采取减风增浓。该例说明 的是实际印刷条件。实例二是一家大型食品包装印刷企业，采用纸张柔印、经第三方检测机构 测定的溶剂含量3. 86%的水墨，印刷机排放浓度经实测为10-20mg/m3o长期 来，当地环保部门对水墨直排不持异议，并不收废气排污费。该例说明的是实 际效果。溶剂含量不超过5%水墨的排放浓度，已经可以用简单的数学方法来计算了。 至于排放速率，也可以用相应方法来计算。排放速率同样按最大需求量来计算，即按照油墨消耗量和油墨中需要挥发 的溶剂含量来估算。对于所有可能的泄
12、漏与残留，同计算排放浓度一样采取忽 略不计，将水墨中所有的溶剂简单推断为全部从排气筒排出。由于目前对凹印 工艺采用水墨还举棋未定，众说纷纭，对于墨膜厚薄与干燥之关系还尚未定论， 因此用业界已有共识的柔印墨膜厚薄以及相应的耗墨量作为计算依据。以上述实例一的实际消耗为例：印刷速度200m/min,印刷宽幅1m,印刷 产能200m2/min即12000m2/h。按耗墨量2g/m2计算,每小时耗墨24kg。按油-6-墨中的溶剂含量5%计算，通过排气筒排放的溶剂1.2kg。这个数据忽略了所有可能的损耗，从简单数学式计算而得，即最大排放速率不超过L2kg/h。各地环保部门对VOCs排放控制的指标根据对各地
13、环保部门公布的当地VOCs允许排放指标进行分析，国家目前 的政策不是一刀切，而是区别对待。排放指标与当地人口密度呈梯度特点衰减。 一线城市控制得最严，二、三线城市逐步降低。以北京为例，北京执行的是全 国最严的排放浓度30mg/m3,因为对北京而言，蓝天白云已不仅仅是环境问题， 而是政治问题。同样为一线城市的上海，规定的排放浓度是50mg/m3,初看是 放松了不少，但同时规定了排放速率不能超过1. 5kg/ho天津采取同上海相应 的政策，即排放浓度50mg/m3,排放速率1. 5kg/ho但天津在排放速率的指标 上同排气筒的高度挂钩，对标准高度15nl排气筒，排放速率1.5kg/h;对20m高 度排气筒，排放速率3.4kg/h。按照国家最严标准，即北京的排放浓度30mg/m3,上海和天津的排放速率 1.5kg/h,来评估溶剂含量不超过5%水墨对大气环境的危害，应该没有网开一 面之嫌。-7-