软包装用油墨的环保化进展

林日胜

自2015年以来，油墨及印刷行业处于环保整治的风暴之中。面对不断推出的行业、地方、国家的各种法规，业界从认知和执行上均出现混乱，期间有关环保油墨或者印刷环保的说法莫衷一是。几年过去，我们仍无法确定自己是否正行走在正确的道路上。

环保油墨的概念及发展

环保，顾名思义就是环境保护，油墨作为化学物质，多多少少是有害的，这里所谓的环保油墨实际上是指符合环保理念的油墨，通俗地讲就是进行了有害物质（活动）管理的油墨。它是一个动态的概念，因为人们对有害物质的认知水平是不断提高的。

油墨在生产时涉及数以千计的原材料品种，必须要有一个明确的标准来进行筛选及判别。笔者刚入职时（1998年），铬黄还在原料序列之中，之后是通过引入日本印刷油墨工业联合会制定的NL规则发现并排除的。

这里的NL规则是日本的“关于印刷油墨的自主规定”，其基于排除列表，简明易懂，容易操作和更新。用于更为严格的食品（接触）包装领域的印刷油墨，则需要使用肯定列表，其由一系列指导性文件或法规组成，譬如品牌商的Nestlé指导性说明（2018年更新）、欧盟COMMISSION REGULATION （EU） No 102011∶EC 10/2011、中国《GB-9685-2016食品接触材料及制品用添加剂使用标准》等。

油墨在使用时则发生有害物质排放，涉及大气、水体、土壤等，这在2015年之前是被忽视的。作为油墨企业，更多的是按照工作场所有害因素职业接触限值（GBZ 2.1-2007）等法规进行工作场合气体浓度管理的提醒，以及对一些国际法规如蒙特利尔条约的自主准守。

油墨在印刷完成后，其环保关注点则转移至对内容物的迁移作用以及废弃处理的联动影响，这涉及重金属、增塑剂、二噁英、多氯联苯、多环芳烃等非常具体的物质。这方面是行业里相对做得比较完善的领域。在操作上，借鉴欧盟玩具安全指令（如EN71-3）， 或者RoHS指令（The Restriction of the use of certain Hazardoussubstances in Electrical and Electronic Equipment，即在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令）等方法进行检测，是行业里普遍的行为。

国内油墨方面第一个自律性（指导性）行业标准是《HJ-371-2007环境标志产品技术要求》，其对油墨中已知的特定有害物质进行了全面管理，各项指标则借鉴国际同类标准制定。该标准在2018年进行更新，并升级为国家标准，未来将会发挥越来越重要的作用。

除了法规本身，陆续发生的热点事件（仅列举国内，国外的历程也是一样的）也在推动油墨环保性发展，譬如：2005年中央电视台报道某薯片包装苯超标;2007年美泰玩具召回事件（含铅涂料）;2011台湾饮料添加剂的塑化剂事件（DEHP）;2011年开始的雾霾（PM2.5）问题全民大讨论（逐步蔓延至印刷行业VOCs排放问题）。

环保油墨的概念很早就被提出来了，但其市场化进程受到公众事件法规推出（执行）的影响。

关于国内典型的油墨产品应用，从图1可以看出油墨技术的应用化进程与法规、热点事件的关联。

当前技术热点

当前的环保焦点是VOCs治理，相应地，油墨技术的焦点在于水性化。实际上，据称在2500年前已经出现使用蛋清和天然树胶稳定的碳质墨水，其原理至今仍是适用的，譬如一些低档的纸箱柔版印刷，仍在采用松香基的水性墨印刷。然而水基油墨本身存在各种问题，当溶剂型油墨出现后，其迅速失去市场地位。一直到1970年后，原油短缺，再加上人们对油墨溶剂可能对人类和环境产生的破坏作用有了新的认识，新的法律付诸实施，迫使油墨行业开始寻求改进水基油墨。在业界的努力下，基于碱性介质下溶解及干燥机理的新型水性油墨被开发出来，并迅速用于柔性版印刷，其在美国发展尤为迅速。

凹版印刷用的水墨也同期开始研究，至20世纪90年代已经比较成熟，可以看到非常精美的印刷品，但限于特定领域，譬如糕点包装纸、建材（木纹）纸等。至于薄膜应用，则完全不成熟，当时的印刷品留样非常粗劣。

与国内当前的情况一样，当时的几个印刷发达国家均发起了水墨彻底取代溶剂的技术论证。然而除了技术困难，在环境综合影响上，基于生命周期评估（LCA），水墨仍然需要采用石油基原材料（如苯丙树脂）、水代替溶剂必需更高的烘箱能耗，还需要额外的污水处理等，意外地得出了水性化印刷能耗更高的结论。

在这种情况下，基于溶剂回收-再生利用的改良型溶剂墨开始发展，并成为一个重要技术路线。

经过多年发展，国内在纸张底材上，不管是柔印还是凹印，已普遍采用水墨印刷，即便是质量要求最为严格的烟标，也大约在2005年左右开始逐步转向水性化。但在薄膜上，特别是强调画面精美的软包装上，水性化遇到了巨大困难。具体来说，凹版印刷的困难更加显著。

1.薄膜凹版印刷水性化

①印刷效率下降：由于水特有的高挥发潜热（539cal/g，是常规溶剂的2～3倍），干燥性大幅降低，即便是采取了使用浅版（油墨对应高浓度）、加大烘箱风量、溶剂中拼用部分快干的醇等手段，一般也只能达到原先效率的60%～70%。

②故障增加：因为水特有的低润滑以及慢干特性，雾版情况增加。同时在薄膜印刷场合，油墨的结皮也是普遍反映的问题。

③追样困难：水墨与溶剂墨间转移、网点表现差异大，当涉及多色叠印、多层次网点时，已有的溶剂墨标样追样通常要重新修订稿件，换句话说，现有的版需要放弃，使得成功率降低，费用增加。

总体来说，经过艰苦努力，薄膜基材上的水性凹印应用较之前有了很大的拓展。特别在PE透气膜、PE包裝袋上有了非常大的进步，其在油墨物性、印刷稳定性表现良好。这类包装通常印刷图案简单，面积不大，传统溶剂墨印刷时溶剂消耗量巨大，因此在转换成水墨后，综合成本则大大降低，受到印刷企业的欢迎。

在强调图案精美的复合软包装领域，总体来说进展缓慢且困难，从技术角度，个案通过精心调整匹配，可以还原出设计效果。然而其持续印刷性仍不充分。在这个领域，印刷企业本身利润微薄，工人按件计薪。水墨由于很多难以避免的故障，容易造成合格率的降低，因而实质上难以推广。大面积印刷的色块以及满版的白墨印刷部分水性化则在很多企业被接受。其一方面减少了VOCs排放量（源头削减的要求），另一方面可以由浅入深，积累经验，逐步掌握水性化印刷要领。

综合现有的水墨技术水平来说，我们已经逐步克服水墨印刷薄膜时传统的起泡、转移困难、流平不良、印刷不稳定等问题，但刮刀适性和干燥性不足仍然困扰我们。另外，新版绿色环境标识认证HJ-371-2018，要求水墨VOCs含量不超過5%，进而带来现有水性凹版墨取消环保标识，这也极大地影响了客户使用的意愿。

2.薄膜柔版印刷水性化

在新版绿色环境标识认证框架内，还有另外一个印刷方式——薄膜柔性版印刷领域，其水性化则已经逐步实用化。由于其墨路相对凹印方式多一次转移，其最终油墨膜层厚度只有凹印的一半左右。因而干燥性大大增加，进而较容易地控制VOCs在5%以内。

众所周知，柔性版印刷基于树脂版材，加上转移墨量少，相对于凹版印刷，其通常表现出“实地不深、浅网不浅，中间调并网”等问题，即我们通常所说的柔版印刷表现力不如凹版。这在国内的商业审美中是严重的问题，历年来极大地影响了柔版印刷的推广。

不过在最近几年，柔印，特别是基于卫星式柔印的薄膜印刷质量不断提高（如图2、图3），其中150线以上的印刷品质量已与普通凹印产品不相上下，因而一些品牌开始以积极的态度接受柔印。

柔印进步的关键在于整个上游产业链的技术革新，高浓度油墨、平点版材、高清加网、高精度制版等技术均极大地推动了柔印的高品质化。

与凹印水墨应用多为白色不同，柔印水墨是全色系推进的，因而方案完整度超过凹版，在整体上，受国内卫星式柔印机数量限制、配套技术要求高等原因，用量仍偏少，但前景极为看好。

3.溶剂回收-再生型油墨

在水墨应用遇到困难时，溶剂回收再生型油墨技术再次进入业界视角。

溶剂再生并非一个新概念，其在出版印刷领域（较多的是单一甲苯溶剂墨）和复合胶黏剂领域（单一的醋酸乙酯为主）早已应用很多年，经济效益和环保性均经过验证。然而，在软包装应用领域，其应用同样碰到了困难。

①油墨性能受限：传统的溶剂回收出于经济考虑，要求油墨中溶剂为单一的疏水性溶剂，以便可以简单地分离水，进而节约精馏费用。由此带来的油墨性能受到限制，或者需要精细的调校后才能复制印品。

②回收得到的溶剂品质问题不能利用，典型的是异味和颜色问题。

③精馏塔投资大，且因为塔高等问题难以得到环保批准。

这些问题并非根本性、不能克服的问题，但相关的论证无疑需要很长的过程，在2015年各个VOCs排放法规出台时，因为时间来不及，很多企业都直接排除该选项。

这几年来，油墨厂、印刷厂和回收-再生设备厂不断磨合，上述问题均已不同程度地得到解决，譬如，导致气味的酸（通常为酯类水解产生）可以通过溶剂脱吸附时进行抑制或者另行吸附除去，同时，因为溶剂自用，高塔精馏也并非必要，进而使用低塔分馏得到的混合溶剂，经过定量和调整后完全可以达标回用。油墨方面，也不再过分强调溶剂的单一性，只要符合整个回收-再生工艺流程（不同设备商技术方案有不同）即可。

在经济性上，依据规模大小进行初始核算，一般回收周期都在一年到数年不等，非常短，实际情况尚不清楚，但从近年来印刷厂投入的热情看，显然是非常有利可图的。

由于投资额关系，溶剂回收-再生比较适合中大型企业。

其他新技术

在政策的重压或者说是激励下，很多新技术涌现，诸如LED-UV固化液体墨、LATEX型水性喷墨以惠普Indigo为代表的静电印刷（实质上也是溶剂墨）等，也在软包装应用上崭露头角。

1.LED-UV固化液体墨

国内LED-UV液体油墨是2015年之后才发展起来的，其是使用低黏度的低官能度单体、色浆及光引发剂制作的低黏度液体膜，架构上与UV喷墨接近。其最大的特点是可以制作无溶剂体系，进而可以完美地符合VOCs排放法规。经过技术完善，目前已经有少量的应用。

由于低黏度单体容易迁移、气味重的特性，目前在软包装上应用尚很少，一些需要高耐性或特定效果的领域需求则相对强烈。该类型的油墨在技术进步上还有很长的一段路要走。

2.LATEX水性喷墨

LATEX即乳胶型的意思，水性喷墨中引入乳胶是一个巨大的技术进步，因为对于频繁间歇性工作的喷头来说，乳胶的成膜作用会造成致命故障。因而其创造性地通过在喷头上抑制成膜、在印后加热强制成膜的方式，令油墨可以在非吸收类底材上顺利应用。

近几年来，喷墨在喷头技术发展迅速，单通道模式引用逐渐成熟，因而印刷速度提高迅速，为其在软包装领域的应用增加了可行性。另外，其对薄膜印刷的解决方案实际上也可以借鉴到柔印或凹印印刷方式中去，建议技术方面多做关注。

需要提及的是，LATEX水性油墨同样是含有VOCs的，视应用场合不同，个别墨水的VOCs含量甚至超过30%。

3.惠普Indigo采用的溶剂型液体墨

Indigo数码印刷在标签（如服装吊牌）上的应用非常引人瞩目，按需且高速，加上针对各种耐性、效果上完善的综合方案，因而有着独特的竞争力。近年来在软包装上的应用展示也开始见于各种展会。Indigo数码印刷方式基于光电原理，在机械设置上卷筒收放、自带底涂和光油（或上胶）、正反面印刷等等，因而可以实现各种复杂方式的印刷。对于软包装来说，Indigo数码印刷提供的个性化的印刷、即印即用等方式，具有极大的吸引力，其提供了提高包装附加值的新路径。必须了解的是，Indigo印刷所用的油墨均为溶剂型液体墨，其需要按危险品进行管理且设备需有合规的VOCs处理程序。

环保油墨的概念及发展

环保，顾名思义就是环境保护，油墨作为化学物质，多多少少是有害的，这里所谓的环保油墨实际上是指符合环保理念的油墨，通俗地讲就是进行了有害物质（活动）管理的油墨。它是一个动态的概念，因为人们对有害物质的认知水平是不断提高的。

油墨在生产时涉及数以千计的原材料品种，必须要有一个明确的标准来进行筛选及判别。笔者刚入职时（1998年），铬黄还在原料序列之中，之后是通过引入日本印刷油墨工业联合会制定的NL规则发现并排除的。

这里的NL规则是日本的“关于印刷油墨的自主规定”，其基于排除列表，简明易懂，容易操作和更新。用于更为严格的食品（接触）包装领域的印刷油墨，则需要使用肯定列表，其由一系列指導性文件或法规组成，譬如品牌商的Nestlé指导性说明（2018年更新）、欧盟COMMISSION REGULATION （EU） No 102011∶EC 10/2011、中国《GB-9685-2016食品接触材料及制品用添加剂使用标准》等。

油墨在使用时则发生有害物质排放，涉及大气、水体、土壤等，这在2015年之前是被忽视的。作为油墨企业，更多的是按照工作场所有害因素职业接触限值（GBZ 2.1-2007）等法规进行工作场合气体浓度管理的提醒，以及对一些国际法规如蒙特利尔条约的自主准守。

油墨在印刷完成后，其环保关注点则转移至对内容物的迁移作用以及废弃处理的联动影响，这涉及重金属、增塑剂、二噁英、多氯联苯、多环芳烃等非常具体的物质。这方面是行业里相对做得比较完善的领域。在操作上，借鉴欧盟玩具安全指令（如EN71-3）， 或者RoHS指令（The Restriction of the use of certain Hazardoussubstances in Electrical and Electronic Equipment，即在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令）等方法进行检测，是行业里普遍的行为。

国内油墨方面第一个自律性（指导性）行业标准是《HJ-371-2007环境标志产品技术要求》，其对油墨中已知的特定有害物质进行了全面管理，各项指标则借鉴国际同类标准制定。该标准在2018年进行更新，并升级为国家标准，未来将会发挥越来越重要的作用。

除了法规本身，陆续发生的热点事件（仅列举国内，国外的历程也是一样的）也在推动油墨环保性发展，譬如：2005年中央电视台报道某薯片包装苯超标;2007年美泰玩具召回事件（含铅涂料）;2011台湾饮料添加剂的塑化剂事件（DEHP）;2011年开始的雾霾（PM2.5）问题全民大讨论（逐步蔓延至印刷行业VOCs排放问题）。

环保油墨的概念很早就被提出来了，但其市场化进程受到公众事件法规推出（执行）的影响。

关于国内典型的油墨产品应用，从图1可以看出油墨技术的应用化进程与法规、热点事件的关联。

当前技术热点

当前的环保焦点是VOCs治理，相应地，油墨技术的焦点在于水性化。实际上，据称在2500年前已经出现使用蛋清和天然树胶稳定的碳质墨水，其原理至今仍是适用的，譬如一些低档的纸箱柔版印刷，仍在采用松香基的水性墨印刷。然而水基油墨本身存在各种问题，当溶剂型油墨出现后，其迅速失去市场地位。一直到1970年后，原油短缺，再加上人们对油墨溶剂可能对人类和环境产生的破坏作用有了新的认识，新的法律付诸实施，迫使油墨行业开始寻求改进水基油墨。在业界的努力下，基于碱性介质下溶解及干燥机理的新型水性油墨被开发出来，并迅速用于柔性版印刷，其在美国发展尤为迅速。

凹版印刷用的水墨也同期开始研究，至20世纪90年代已经比较成熟，可以看到非常精美的印刷品，但限于特定领域，譬如糕点包装纸、建材（木纹）纸等。至于薄膜应用，则完全不成熟，当时的印刷品留样非常粗劣。

与国内当前的情况一样，当时的几个印刷发达国家均发起了水墨彻底取代溶剂的技术论证。然而除了技术困难，在环境综合影响上，基于生命周期评估（LCA），水墨仍然需要采用石油基原材料（如苯丙树脂）、水代替溶剂必需更高的烘箱能耗，还需要额外的污水处理等，意外地得出了水性化印刷能耗更高的结论。

在这种情况下，基于溶剂回收-再生利用的改良型溶剂墨开始发展，并成为一个重要技术路线。

经过多年发展，国内在纸张底材上，不管是柔印还是凹印，已普遍采用水墨印刷，即便是质量要求最为严格的烟标，也大约在2005年左右开始逐步转向水性化。但在薄膜上，特别是强调画面精美的软包装上，水性化遇到了巨大困难。具体来说，凹版印刷的困难更加显著。

1.薄膜凹版印刷水性化

①印刷效率下降：由于水特有的高挥发潜热（539cal/g，是常规溶剂的2～3倍），干燥性大幅降低，即便是采取了使用浅版（油墨对应高浓度）、加大烘箱风量、溶剂中拼用部分快干的醇等手段，一般也只能达到原先效率的60%～70%。

②故障增加：因为水特有的低润滑以及慢干特性，雾版情况增加。同时在薄膜印刷场合，油墨的结皮也是普遍反映的问题。

③追样困难：水墨与溶剂墨间转移、网点表现差异大，当涉及多色叠印、多层次网点时，已有的溶剂墨标样追样通常要重新修订稿件，换句话说，现有的版需要放弃，使得成功率降低，费用增加。

总体来说，经过艰苦努力，薄膜基材上的水性凹印应用较之前有了很大的拓展。特别在PE透气膜、PE包装袋上有了非常大的进步，其在油墨物性、印刷稳定性表现良好。这类包装通常印刷图案简单，面积不大，传统溶剂墨印刷时溶剂消耗量巨大，因此在转换成水墨后，综合成本则大大降低，受到印刷企业的欢迎。

在强调图案精美的复合软包装领域，总体来说进展缓慢且困难，从技术角度，个案通过精心调整匹配，可以还原出设计效果。然而其持续印刷性仍不充分。在这个领域，印刷企业本身利润微薄，工人按件计薪。水墨由于很多难以避免的故障，容易造成合格率的降低，因而实质上难以推广。大面积印刷的色块以及满版的白墨印刷部分水性化则在很多企业被接受。其一方面减少了VOCs排放量（源头削减的要求），另一方面可以由浅入深，积累经验，逐步掌握水性化印刷要领。

综合现有的水墨技术水平来说，我们已经逐步克服水墨印刷薄膜时传统的起泡、转移困难、流平不良、印刷不稳定等问题，但刮刀适性和干燥性不足仍然困扰我们。另外，新版绿色环境标识认证HJ-371-2018，要求水墨VOCs含量不超过5%，进而带来现有水性凹版墨取消环保标识，这也极大地影响了客户使用的意愿。

2.薄膜柔版印刷水性化

在新版绿色环境标识认证框架内，还有另外一个印刷方式——薄膜柔性版印刷领域，其水性化则已经逐步实用化。由于其墨路相对凹印方式多一次转移，其最终油墨膜层厚度只有凹印的一半左右。因而干燥性大大增加，进而较容易地控制VOCs在5%以内。

众所周知，柔性版印刷基于树脂版材，加上转移墨量少，相对于凹版印刷，其通常表现出“实地不深、浅网不浅，中间调并网”等问题，即我们通常所说的柔版印刷表现力不如凹版。这在国内的商业审美中是严重的问题，历年来极大地影响了柔版印刷的推广。

不过在最近几年，柔印，特别是基于卫星式柔印的薄膜印刷质量不断提高（如图2、图3），其中150线以上的印刷品质量已与普通凹印产品不相上下，因而一些品牌开始以积极的态度接受柔印。

柔印进步的关键在于整个上游产业链的技术革新，高浓度油墨、平点版材、高清加网、高精度制版等技术均极大地推动了柔印的高品质化。

与凹印水墨应用多为白色不同，柔印水墨是全色系推进的，因而方案完整度超过凹版，在整体上，受国内卫星式柔印机数量限制、配套技术要求高等原因，用量仍偏少，但前景极为看好。

3.溶剂回收-再生型油墨

在水墨应用遇到困难时，溶剂回收再生型油墨技术再次进入业界视角。

溶剂再生并非一个新概念，其在出版印刷领域（较多的是单一甲苯溶剂墨）和复合胶黏剂领域（单一的醋酸乙酯为主）早已应用很多年，经济效益和环保性均经过验证。然而，在软包装应用领域，其应用同样碰到了困难。

①油墨性能受限：传统的溶剂回收出于经济考虑，要求油墨中溶剂为单一的疏水性溶剂，以便可以简单地分离水，进而节约精馏费用。由此带来的油墨性能受到限制，或者需要精细的调校后才能复制印品。

②回收得到的溶剂品质问题不能利用，典型的是异味和颜色问题。

③精馏塔投资大，且因为塔高等问题难以得到环保批准。

这些问题并非根本性、不能克服的问题，但相关的论证无疑需要很长的过程，在2015年各个VOCs排放法规出台时，因为时间来不及，很多企业都直接排除该选项。

这几年来，油墨厂、印刷厂和回收-再生设备厂不断磨合，上述问题均已不同程度地得到解决，譬如，导致气味的酸（通常为酯类水解产生）可以通过溶剂脱吸附时进行抑制或者另行吸附除去，同时，因为溶剂自用，高塔精馏也并非必要，进而使用低塔分馏得到的混合溶剂，经过定量和调整后完全可以达标回用。油墨方面，也不再过分强调溶剂的单一性，只要符合整个回收-再生工艺流程（不同设备商技术方案有不同）即可。

在经济性上，依据规模大小进行初始核算，一般回收周期都在一年到数年不等，非常短，实际情况尚不清楚，但从近年来印刷厂投入的热情看，显然是非常有利可图的。

由于投资额关系，溶剂回收-再生比较适合中大型企业。

其他新技术

在政策的重压或者说是激励下，很多新技术涌现，诸如LED-UV固化液体墨、LATEX型水性喷墨以惠普Indigo为代表的静电印刷（实质上也是溶剂墨）等，也在软包装应用上崭露头角。

1.LED-UV固化液体墨

国内LED-UV液体油墨是2015年之后才发展起来的，其是使用低黏度的低官能度单体、色浆及光引发剂制作的低黏度液体膜，架构上与UV喷墨接近。其最大的特点是可以制作无溶剂体系，进而可以完美地符合VOCs排放法规。经过技术完善，目前已经有少量的应用。

由于低黏度单体容易迁移、气味重的特性，目前在软包装上应用尚很少，一些需要高耐性或特定效果的领域需求则相对强烈。该类型的油墨在技术进步上还有很长的一段路要走。

2.LATEX水性喷墨

LATEX即乳胶型的意思，水性喷墨中引入乳胶是一个巨大的技术进步，因为对于频繁间歇性工作的噴头来说，乳胶的成膜作用会造成致命故障。因而其创造性地通过在喷头上抑制成膜、在印后加热强制成膜的方式，令油墨可以在非吸收类底材上顺利应用。

近几年来，喷墨在喷头技术发展迅速，单通道模式引用逐渐成熟，因而印刷速度提高迅速，为其在软包装领域的应用增加了可行性。另外，其对薄膜印刷的解决方案实际上也可以借鉴到柔印或凹印印刷方式中去，建议技术方面多做关注。

需要提及的是，LATEX水性油墨同样是含有VOCs的，视应用场合不同，个别墨水的VOCs含量甚至超过30%。

3.惠普Indigo采用的溶剂型液体墨

Indigo数码印刷在标签（如服装吊牌）上的应用非常引人瞩目，按需且高速，加上针对各种耐性、效果上完善的综合方案，因而有着独特的竞争力。近年来在软包装上的应用展示也开始见于各种展会。Indigo数码印刷方式基于光电原理，在机械设置上卷筒收放、自带底涂和光油（或上胶）、正反面印刷等等，因而可以实现各种复杂方式的印刷。对于软包装来说，Indigo数码印刷提供的个性化的印刷、即印即用等方式，具有极大的吸引力，其提供了提高包装附加值的新路径。必须了解的是，Indigo印刷所用的油墨均为溶剂型液体墨，其需要按危险品进行管理且设备需有合规的VOCs处理程序。