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食品软包装印刷复合工艺溶剂残留控制方法

  食品包装是现代食品工业的一道工序,它本来起着保护美化宣传和方便食品储存运输等等重要的作用,己经成为食品不可或缺的一部分。但是如果食品包装在印刷复合过程中控制力度不够,那么生产的包装袋将不合格,甚至有害,它就有可能成为隐形杀手,就会出现溶剂残留问题,如苯残留问题,因为苯类物质已经被世界卫生组织确定为致癌物质。因此如何降低残留溶剂,特别是降低消除苯类溶剂已经被广大软包装生产厂所关注。
     目前我国加工软包装的工艺中所用到的印刷油墨和复合胶粘剂本身均含有一定量的溶剂,同时在加工过程中还需加一定量的稀释溶剂进行调节粘度,来适应印刷复合工艺条件。

     印刷油墨常用的稀释溶剂有甲苯、丁酮、异丙醇、二甲苯等。干式复合胶粘剂所用到的溶剂有醋酸乙酯,醇溶胶粘剂所用到的溶剂有乙醇、甲醇等。它们都是残留溶剂源头之一。印刷复合时基材虽然通过烘干系统,但是仍然不能完全排除残留的各种溶剂。因此如何尽可能有效降低残留溶剂成为我们研究的课题。

     复合膜残留溶剂的判断

     加工好的复合膜在制成包装袋后,袋子产生一种异味,有些膜不制袋也能闻到一股异味。产生这种现象,一般来说存在二种情况:薄膜生产厂家,生产薄膜时加入了一些添加剂,在薄膜制袋后,这些添加剂从薄膜内析出,引起异味。或者印刷层残留溶剂及复合时乙酯残留溶剂过多引起异味。

     目前我国包装标准要求残留溶剂总量≤10mg/m2,并明确甲苯含量≤3mg/m2,由于标准制定相对较早,对于这一范围要求与国际标准要求相差太远。而美国、日本则要求残留溶剂≤5mg/m2 )。 我国的包装标准要求今后也会向欧美国家标准靠拢。

     残留溶剂现象分析判断

     准备三个玻璃瓶,分别将印刷膜、复合膜、内层膜剪成长和宽均1厘米左右的碎片,分别放入各个玻璃瓶中,盖好瓶塞。然后放入熟化室,烘三个小时左右,然后来判断复合膜产生气味与哪一瓶气味比较接近。通过判断确定是否是残留溶剂引起。

     准确测定残留溶剂的途径:气相色谱进行定性、定量检测。

     仪器:气相色谱仪、检测器(氢火焰检测器)

     色谱柱:25%FEG-1500,301有机担体,柱长2m,内径2mm(也可以采用专用的毛细管柱)

     载体:氮气 燃气:氢气 助燃气:空气

     柱温:90℃检测器温度:150 ℃ 气化室温度:150 ℃

     如何有效降低残留溶剂

     改善环境因素

     n 印刷机与复合机隔离放置

     印刷的油墨所用的稀释剂大部份是苯类溶剂,而苯类溶剂对食品包装的危害最大。同时环境中挥发的苯类溶剂也极容易吸附在加工的薄膜及胶液中,减慢了乙酸乙酯的挥发速率。

     n 车间环境的温湿度

     环境的温度过高,容易加快胶粘剂的反应速率,容易造成表皮结膜,影响油墨层及胶层内部溶剂的挥发。湿度过高,印刷油墨及胶液容易吸附水份,逐渐降低溶剂的挥发性,因此车间控制的最佳温度范围5-28 ℃,湿度为40%-75%。

     n 印刷机与复合机的排风管路放置

     流体在管路中流动时,单位时间内流过的距离,称之为流速,流体在管路中流动时同一截面上各点的流速是不同的,管中心处流速最大,越靠近管壁,流速越小,在管壁处等于零。由于管路中的管壁处具有阻力,流体在管路中流动受到阻力的作用,流速相对减少,当流体通过管件、阀门、管子出入口或管路转弯时,由于流速的大小或方向突然改变,产生大量涡流,产生的阻力也更大。因此放置印刷机与复合机时,排风口的管路越短越好,如果管路较长,设备安置无法改变时,宜在排风管路的出口按置一台引风机,有利于气体的流通。

     n 印刷与复合车间的通风系统

     由于各种溶剂变成溶剂气体后,其比重比空气大,因而会逐渐下沉悬于地面附近。

     车间排风系统设置图(如下图)黑点和灰点均为防爆排风扇,能够排除上下左右空间挥发的溶剂,同时在靠近车间的四个角落约0.5米左右位置增加送风管路,从室外引入新鲜气体,效果更好。


    印刷工艺控制
     n 印刷油墨的选择

     海外一些经济发达的国家如欧美等国早在十年前就开始对含苯类溶剂的印刷油墨作出限制,并极力推广醇溶性油墨及水性油墨。同时欧美等国在包装印刷的图案上设计相对比较简单,减少油墨的用量,并且较多使用的是柔性版印刷技术,他们在设计图案时考虑较多的是安全卫生性及对环境方面的影响。而我国大多印刷图案浓彩艳抹,用墨量大,对环境方面及安全卫生性考虑不多。

     现今各个国家都非常关注环境保护,并将之视为一项重要的任务。同时也非常关注民生的健康卫生问题。因此国家对严重影响人类生命健康的苯类残留溶剂控制将越来越严格。由于国类大多数油墨厂生产的油墨均为含苯类的油墨体系,因此在短期内无法加以废止。那么选择油墨的质量好坏的标准由原来光泽度、附着牢度、色浓度、印刷适性等基础上再增加油墨溶剂的释放性指标。油墨溶剂释放性好,油墨溶剂残留相对较小。同时极力推广使用醇溶系或水基系油墨。

     n 稀释溶剂的选择

     稀释溶剂的控制

     溶剂纯度将直接影响到挥发速率,溶剂中水份的含量对溶剂的挥发率影响最大。溶剂纯度的检测可采用馏程测定仪来进行粗略判断,各种溶剂都有一个固定的的沸程范围,其温差在5℃以内纯度较高。(其设备见上图)具体操作方法可参照GB615 沸程测定通用方法。

     n 当提高印刷机的烘道温度

     同厂家的油墨其体系均有所区别,而溶剂释放性的区别主要在于油墨连接料(树脂)与颜料的选择。针对同一种油墨体系中各种颜色的油墨溶剂释放性也有所差别,其中红色、黑色油墨相对溶剂的释放性较差,主要由于红色、黑色的油墨颜料粒子很小,比表面积较大,吸附能力很强。

     印刷时由于干燥时间短,速度快,往往干燥不彻底。在印刷工艺中,版子较深的一色及溶剂挥发性较差的一色,后一道不上色留空,开烘道温度,有利于部份残留溶剂的去除。

     干式复合工艺控制

     n 提高醋酸乙酯的纯度

     稀释剂乙酸乙酯中不能含带有—OH、—COOH、—NH2基团的化学成份(如水、醇、胺等杂质)。否则在配制时易与固化剂异氰酸酯反应,造成粘合剂配制比例失调,又产生CO2造成气泡。同时也会降低乙酯的挥发性。在干式复合中,对醋酸乙酯含水和醇的量不能超过0.2%,国外对用在干式复合中的醋酸乙酯规定是不能超过0.05%。

     有些溶剂经销商为了多赚钱,往往在乙酯中加入甲苯,虽然对复合造成的影响不大,但是复合包装袋往会留有甲苯的异味。这是必须注意的。

     另外,包装生产企业使用的乙酸乙酯包装桶,再好用专用桶,自己拿去填装。

     乙酸乙酯溶剂的检测

     气相色谱法可以测定溶剂的纯度、水份、醇类及其它杂质的含量,数据准确度高,但价格较高,人员要经过专业培训,对于复合软包装厂家来说实用性不是很强;

     卡尔费休测定法只能测定水份的含量,但不能测纯度及其它杂质的含量,该仪器价格不高,但操作比较麻烦,并需配分析天平,人员要经过专业培训,因此对复合软包装厂家来说可有可无;(目前,中国石油大学开发的石油产品水份测定仪,能快速检测溶剂。使用简单方便,价格三万左右,比较适合一般彩印厂家使用)

     水份指示剂测定法只能粗略地测定溶剂的水份,根据指示剂的变色判断水份含量,比较方便实用,但数据准确度差。

     n 熟化室温度控制

     熟化室温度一般控制在40-50℃,熟化的主要目的是促进胶粘剂交链固化,另一方面是去除部份残留的溶剂。

     n 胶粘剂的选择

     采用溶剂挥发性相对较好的胶粘剂品种(判别方法每一种胶粘剂均配制成相同浓度的溶液,称取相同量的胶粘剂溶液置于相同面积的开口容器内,计录各种胶粘剂的挥发速度。)

     采用高固含低粘度的作业方式

     选用水基系胶粘剂或无溶剂胶粘剂

     n 改善烘道温度控制系统和排风系统

     目前国内的一些复合机出风口较小,在复合时,进风速度比出风速度大,使烘道内形成高气压,引起溶剂挥发速度减慢,使复合后的薄膜残留溶剂增多。因此将出风口管路增大,另外如出风口管路较长,宜在出风管路口安装引风机,一般进口复合机都有此装置。这样使出风速度大于进风速度,使烘道内形成低气压,宜于溶剂挥发,减少残留溶剂。另外,对烘道内温度能调高则尽量调高(注意第一区不宜过高——即进膜区)。

     排风系统判断,打开烘道温度和排风系统,当烘道温度达到设定值后,然后观察烘道温度的波动的范围,波动范围在10℃以内当属正常,如果波动范围较大,排风系统相对较差。

     该干燥系统一般出现在较早购买的一些低速复合机上,双进风和双出风,干燥箱内没有引风柜,烘道空间大,风力较弱,排风能力较差。

    该装烘道系统比图1增加了一个引风柜装置,风力比上图增强,但是仅有一个双进风和双出风系统,排风能力仍然不理想。

     该烘道系统均是按装在后期生产的一些复合机上,由于采用了循环风装置,同时烘道内均有独立的加热系统,风力强大,排风能力较好。

     该烘道系统在图3的基础上增加一个预排风装置,在进口复合机和国内中高速复合机上装有该装置,排风能力较好。图1和图2装置现在都可以将之改成图4装置,且费用不高。

     上述所说的一些印刷复合方面的注意事项能够较好降低残留溶剂,特别是一些早期的低速复合机的改装能够较大程度改善和降低残留溶剂,同时希望能够对软包装厂家在降低残留溶剂方面有所帮助.

 

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