中山松德印刷机械有限公司 广东中山 528427
摘要：随着我国《环境保护税法》的实施，包装印刷行业迫切需要有效地治理VOCs的工艺和技术。采用绿色设计方法，提出了无溶剂凹版印刷机绿色设计总体思路，研发了绿色印刷材料、无溶剂凹版印刷制版工艺、高效冷光源干燥技术、整机布局、电子轴传动技术及新型凹版印刷单元及刮刀结构，研制了一台无溶剂凹版印刷机，并得到工程应用。实际使用效果表明：通过绿色设计，无溶剂凹版印刷机印刷品表面基本无溶剂残留、干燥能耗节约70%以上，走料长度减少1/3，印刷精度显著提升。为印刷业节能减排，尤其是VOs治理，提供了一条源头治理的有效措施。
关键词：无溶剂凹版印刷机，绿色设计，VOCs治理，绿色印刷
1.技术背景
2018年5月，习近平总书记在全国生态环境保护大会上强调，坚持人与自然和谐共生，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，像保护眼睛一样保护生态环境，像对待生命一样对待生态环境，让自然生态美景永驻人间，还自然以宁静、和谐、美丽。习总书记指出，良好生态环境是最普惠的民生福祉，坚持生态惠民、生态利民、生态为民，重点解决损害群众健康的突出环境问题，不断满足人民日益增长的优美生态环境需要。要积极回应人民群众所想、所盼、所急，大力推进生态文明建设，提供更多优质生态产品，不断满足人民群众日益增长的优美生态环境需要。
随着我国《环境保护税法》的实施，包装印刷行业迫切需要有效地治理VOCs的工艺和技术。在现有技术中，常规凹版印刷机采用有机溶剂辅助印刷，且制版的雕刻深度为35μm以上，需要使用较多的油墨，而且该有机溶剂挥发严重，致使承印物表面的VOC残留超标；另外，常规凹版印刷机干燥能耗居高不下，热能成本越来越高。能源与环保危机逐渐呈现，政府日趋严格的关于限制超标排放政策，相应出台。目前全国有十四个省市（京、沪、苏、皖、湘、川、津、辽、浙、冀、鲁、琼、鄂、晋）开征挥发性有机物VOCs排污费，都将让包装印刷行业面临前所未有的困境，如表1所示。
表1全国开征挥发性有机物VOCs排污费的省市收费标准情况一览表
绿色设计是解决凹版印刷机印刷过程VOCs治理的有效途径。绿色设计（Green Design）是指在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。绿色设计的原则包括减少环境污染、减小能源消耗，产品和零部件的回收再生循环或者重新利用。中山松德公司采用绿色设计方法，成功研发的无溶剂凹版印刷机，颠覆传统印刷技术，将帮助企业从源头上杜绝VOCs的产生，解决印刷环节VOCs治理的难题。
无溶剂凹版印刷是将承印物的表面100%固含量的油墨（不含有任何有机溶剂），由辐射固化源通过辐射固化进行干燥的印刷方法，辐射固化源包括UV、LED、EB等。由于每一个色组所用的油墨均为UV油墨；油墨中不含任何有机溶剂，制版方式为凹版制版，称之为无溶剂凹版印刷。
2．无溶剂凹版印刷机绿色设计总体思路
绿色设计的基本思想是在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。在绿色设计中要从产品材料的选择、生产和加工流程的确定等都要考虑资源的消耗和对环境的影响。绿色产品设计包括绿色材料选择设计，绿色制造过程设计，产品的可拆卸性设计，绿色回收利用设计等。无溶剂凹版印刷机绿色设计主要涉及到绿色材料选择设计、绿色制造工艺设计、绿色制造过程设计、绿色制造结构设计。根据绿色设计的基本原则和思想，提出了无溶剂凹版印刷机绿色设计的总体思路，包括路径、具体方法、设计目标、效果验证四个主要步骤，如图1所示。无溶剂凹版印刷机绿色设计的路径包括绿色印刷材料的选择、绿色印刷工艺设计、油墨高效干燥技术、总体布局优化、电子轴传动技术及关键结构创新设计等，各条路径的具体方法、设计目标及预期效果见图。
图1 无溶剂凹版印刷机绿色设计的总体思路
3.无溶剂凹版印刷机的绿色设计
3.1 冷光源固化色墨
绿色环保、安全，无溶剂残留（VOCS残留基本为零），设备使用冷光源固化油墨，油墨不含有机溶剂，使用过程中不需要添加任何有机溶剂，没有挥发性，真正实现无有机挥发物的排放。由于使用冷光源固化色墨，印刷过程中不堵版、干版，干燥速度快，印刷网点更加清晰。由于需要添加任何有机溶剂，因此承印物表面VOCs残留基本为零。
3.2 无溶剂凹版印刷制版工艺
对传统凹版印刷工艺先进，设计了一种无溶剂凹版印刷制版[专利号：ZL201610877365.1]。通过凹印版辊网穴深度控制，节约溶剂实用量。
（1）印版网点雕刻深度：18-25µm，常规40-60µm；
（2）油墨用量：一桶油墨相当于原来3桶油墨，节约了溶剂的使用量。
3.3 冷光源固化干燥技术
为降低能耗，设计了UV-LED层叠式凹版印刷系统[专利号：ZL201620156124.3]。无溶剂凹版印刷运用冷光源固化干燥技术，固化源包括UV、LED、OLED和EB。干燥部分无风箱，机器体积减少了，整机能耗大幅度降低；风速的波动和承印物的张力波动减少了，同时，承印物的振动也减少；免去了传统的电、气、油等加热烘干方式。传统凹版印刷机与无溶剂凹版印刷机的能耗比较如表2所示。
表2 传统凹版印刷机与无溶剂凹版印刷机的能耗比较
3.4 机器布局优化设计
根据无溶剂凹版印刷特点，为减少损耗，无溶剂凹版印刷机取消了传统凹版印刷机的烘道设计，机器长度降低到了1/2，节约走料长度1/3以上。
3.5 电子轴传动技术
为提高印刷精度高，采用了电子轴传动技术。设计了一种新型印刷机版辊传动装置[专利号：ZL201621272893.6]。新型印刷机版辊传动装置将后筒体与滑动机座做成一个零件（滑动座），后版轴与滑动座一起作直线运动，后版轴的磨损减小，旋转精度更可靠；后版轴与电机直联，版辊和版轴的转动惯量与电机的转动惯量匹配性能改善，套色精度提高；伺服电机直驱传动，具有较高的能耗效率。
3.6 印刷单元关键结构创新设计
（1）设计了一种刮刀横撑可转动90度的专利刮刀[专利号：ZL201621034405.8]。刮刀横撑可转动90度；印刷单元叠加，整机向高空发展；设备占地面积小；刮刀往返移动部件的质量减轻；配套的电动减速机功率减少，刮刀往返移动振动减少，惯性减少，移动平稳。刮刀横撑可转动90度的刮刀如图2所示。
图2 刮刀横撑可转动90度的刮刀
（2）设计了一种新型凹版印刷压印装置[专利号：ZL201621106587.5]。压印辊双滑块直线导轨水平移动，适应印刷单元叠加结构。这些专利缩短了印刷路径短，提高了印刷时纸张运行的稳定性，降低了干燥温度，纸张印刷过程中不变形，油墨100%的固含量，油墨转移稳定，印刷网点稳定精度高。新型凹版印刷压印装置照片如图3所示
图3 新型凹版印刷压印装置
图4 世界首台四色层叠式无溶剂凹版印刷机
4.实施绿色设计成效及应用
采用绿色设计方法，研发了世界首台四色层叠式无溶剂凹版印刷机，独一无二的外观设计[专利号：ZL201630484902.7]，照片如图4所示。
4.1 实施绿色设计成效
（1）安全性能高：
a.不需要溶剂，印刷时没有任何有机溶剂挥发，不会产生对环境的污染；
b.印刷车间可保持良好的工作环境，有利于印刷工作人员的身心健康；
c.由于油墨中不含有机溶剂，油墨不会燃烧，防火等级大大降低，可由原来的一级防火等级降为三级防火等级。
（2）印刷品质高：网点清晰，清晰度比胶印机高；实地比溶剂型凹印印刷产品更厚实；能实现丝网印刷的所有工艺。
实施绿色设计成效如表3所示。
表3 实施实施绿色设计成效统计
4.2 成果工程应用
无溶剂凹版印刷机应用范围广。主要应用于各种纸张、书籍、宣传单、报纸、杂志等各种出版物、外包装印刷、烟草包装印刷等；该技术可以应用到印染、印钞、食品和药品包装印刷和壁纸生产等各种VOC排放较重的行业。
5.结论
根据国家及企业对凹版印刷机环保性能的迫切需求，采用绿色设计方法，提出了无溶剂凹版印刷机绿色设计总体思路，研发了绿色印刷材料、无溶剂凹版印刷制版工艺、高效冷光源干燥技术、整机布局、电子轴传动技术及新型凹版印刷及刮刀结构，研制了一台无溶剂凹版印刷机，实现了印刷品表面基本无溶剂残留、干燥能耗节约70%以上，走料长度减少1/3，印刷精度显著提升的目标。为印刷业VOCs减排提供了一条源头治理的有效措施。
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论文作者:吴文秋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
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