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印刷行业VOCs源强核算指南及挥发比例



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一、印刷行业源强核算的重要性


在当今社会,印刷行业广泛应用于各个领域,从书籍杂志到包装印刷,都离不开印刷工艺。然而,印刷过程中会产生各种污染物,其中挥发性有机化合物(VOCs)的排放备受关注。源强核算对于准确掌握印刷过程中VOCs 的产生量至关重要。它不仅有助于企业了解自身的污染排放情况,采取有效的污染控制措施,还能为环保部门制定相关政策、进行环境监管提供依据。通过精确核算源强,能更好地评估印刷行业对环境空气质量的影响,从而推动整个行业朝着绿色、可持续的方向发展。

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二、印刷工艺与 VOCs 产生


(一)不同印刷工艺的特点

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1、 胶印

胶印是目前应用较为广泛的印刷工艺之一。它通过油水不相溶的原理,将油墨转移到印版上,再转印到纸张等承印物上。胶印过程中,油墨中的挥发性成分会逐渐挥发到空气中。例如,在胶印机高速运转时,油墨与空气的接触面积较大,VOCs 更容易散发出来。而且,胶印油墨的配方不同,其VOCs 含量也有差异。一些传统的胶印油墨可能含有较多的有机溶剂,这些溶剂在印刷过程中会迅速挥发,成为VOCs 的主要来源。


2、 凹印

凹印采用雕刻有图文的凹版滚筒进行印刷。油墨填充在凹版的图文部分,通过压力将油墨转移到承印物上。凹印过程中,由于油墨的流动性较大,需要使用一些挥发性较强的溶剂来调节油墨的粘度。这些溶剂在印刷过程中大量挥发,导致凹印成为 VOCs 排放的重点工艺之一。特别是在一些高速凹印生产线上,溶剂的挥发速度更快,VOCs 的排放量也相应增加。


3、 柔印

柔印是一种使用柔性版进行印刷的工艺。它具有印刷速度快、成本低、环保性能较好等优点。柔印油墨通常采用水性或 UV 固化油墨。水性油墨以水为溶剂,相比传统油墨,其VOCs 含量较低。然而,在实际生产中,仍然可能存在少量的挥发性有机物排放。例如,在油墨的调配和干燥过程中,可能会有一些水分蒸发不完全,同时伴随着微量的挥发性助剂挥发。UV 固化油墨在固化过程中,虽然不需要加热干燥,减少了溶剂挥发,但在固化前的油墨状态下,仍可能含有一些低沸点的单体等挥发性成分,在印刷过程中会逐渐释放出来。


(二)VOCs 在印刷各环节的产生情况


1、 油墨调配环节

油墨调配是印刷生产的前期准备工作。在这个过程中,需要将各种油墨原料按照一定的比例混合均匀。许多油墨原料本身就含有 VOCs,如树脂、溶剂等。当它们混合时,VOCs 会随着搅拌等操作挥发到空气中。例如,一些溶剂型油墨在调配时,溶剂的挥发量较大,若车间通风不良,会导致局部区域VOCs 浓度迅速升高。


2、 印刷过程中

如前面所述,不同印刷工艺在印刷过程中 VOCs 的产生原理不同,但共同点是油墨中的挥发性成分会不断挥发。在印刷机运行过程中,油墨与印版、承印物之间的接触和转移,加速了VOCs 的散发。而且,印刷车间的温度、湿度、风速等环境因素也会影响VOCs 的挥发速度。一般来说,温度越高、风速越大,VOCs 的挥发就越快。


3、 干燥环节

为了使印刷品上的油墨尽快干燥,以便后续加工和使用,印刷后通常需要进行干燥处理。干燥方式有多种,如热风干燥、自然晾干等。热风干燥过程中,高温会促使油墨中的溶剂快速挥发,从而产生大量的 VOCs。自然晾干则相对较慢,但在长时间的晾干过程中,也会持续有VOCs 释放到空气中。


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三、VOCs 挥发比例的影响因素


(一)油墨特性

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1、 油墨类型

不同类型的油墨,其 VOCs 含量和挥发特性差异很大。溶剂型油墨通常含有大量的有机溶剂,如甲苯、二甲苯等,这些有机溶剂在油墨干燥过程中会迅速挥发,VOCs 挥发比例较高。水性油墨以水为溶剂,虽然VOCs 含量相对较低,但仍可能含有一些挥发性的助剂等成分。UV 固化油墨在固化后几乎不含有机溶剂,VOCs 挥发比例极低。例如,溶剂型油墨的 VOCs 挥发比例可能达到 50% 80%,而水性油墨的 VOCs 挥发比例一般在10%  30%左右,UV 固化油墨的VOCs 挥发比例通常可以控制在5%以下。


2、 油墨配方

油墨配方中的各种成分比例会影响其挥发性。例如,油墨中树脂的种类和含量对VOCs 挥发有重要影响。一些高分子量的树脂挥发性较低,能在一定程度上减缓油墨中溶剂的挥发速度。而助剂的添加也会改变油墨的挥发性。如一些催干剂可能会加速油墨的干燥过程,从而使VOCs 更快地挥发出来。此外,颜料的性质和含量也可能间接影响VOCs 的挥发,某些颜料可能会与油墨中的其他成分发生相互作用,影响溶剂的挥发性能。


(二)印刷设备

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1、 印刷机的类型和性能

不同类型的印刷机,其结构和工作原理不同,对VOCs 挥发的影响也有所差异。高速印刷机在运行过程中,由于油墨的转移速度快,与空气的接触面积大,VOCs 更容易挥发。而一些低速印刷机,油墨转移相对较慢,VOCs 的挥发量也相对较少。印刷机的密闭性能也至关重要,如果印刷机的密封不好,在印刷过程中会有大量的空气进入,加速油墨中VOCs 的散发。例如,一些先进的印刷机采用了良好的密封设计和通风系统,可以有效地控制VOCs 的排放,相比之下,一些老旧的印刷机可能由于密封不严,导致VOCs 挥发比例增加。


2、 干燥设备的性能

干燥设备的性能直接影响油墨的干燥速度和 VOCs 的挥发情况。热风干燥设备的温度和风速控制不当,可能会使油墨中的溶剂过度挥发,导致VOCs 排放增加。而一些高效的干燥设备,如红外干燥设备,可以更精准地控制干燥温度和时间,在保证油墨干燥质量的同时,减少VOCs 的挥发。此外,干燥设备的通风系统设计也很关键,如果通风不畅,干燥过程中产生的VOCs 会在设备内积聚,进一步增加挥发比例。


(三)环境条件

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1、 温度

温度对VOCs 的挥发有显著影响。一般来说,温度升高,VOCs 的挥发速度加快。在夏季高温季节,印刷车间内的温度较高,油墨中的VOCs 挥发比例会明显增加。例如,当温度从20℃升高到30℃时,溶剂型油墨中某些挥发性较强的成分挥发速度可能会提高30% 50%。这就要求企业在高温季节要加强对印刷车间的温度控制,采取有效的降温措施,以减少VOCs 的排放。


2、 湿度

湿度对VOCs 的挥发也有一定影响。较高的湿度可能会使油墨中的水分含量增加,从而影响溶剂的挥发。在湿度较大的环境下,溶剂型油墨中溶剂的挥发速度可能会减慢,VOCs 挥发比例相应降低。但对于水性油墨来说,湿度的变化可能会影响其干燥速度和印刷质量。如果湿度过低,水性油墨可能会干燥过快,导致油墨层表面出现干裂等问题;而湿度过高,水性油墨的干燥时间会延长,在干燥过程中 VOCs 的挥发时间也会增加。


3、 风速

风速会影响 VOCs 在印刷车间内的扩散和稀释。适当的风速可以将印刷过程中产生的VOCs 及时带走,降低车间内VOCs 的浓度。一般来说,风速越大,VOCs 的挥发比例相对会降低。例如,当车间内风速从02m/s 增加到05m/s 时,油墨中VOCs 的散发速度会有所加快,但由于扩散作用增强,车间内整体的VOCs 浓度会有所下降。然而,如果风速过大,可能会对印刷质量产生影响,如导致油墨飞溅等问题。


四、VOCs 挥发比例的核算方法


(一)物料衡算法

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物料衡算法是核算 VOCs 挥发比例的常用方法之一。它基于质量守恒原理,通过对印刷过程中油墨、溶剂等物料的投入和产出进行分析,来确定VOCs 的挥发量。具体步骤如下:

首先,统计印刷过程中油墨的使用量,包括不同颜色、不同类型油墨的用量。然后,了解油墨的VOCs 含量,这可以通过油墨供应商提供的产品说明书获取。计算油墨中VOCs 的理论含量,即油墨使用量乘以VOCs 含量百分比。接着,分析印刷过程中溶剂的添加量和挥发情况。对于一些需要添加溶剂来调节油墨性能的工艺,要准确记录溶剂的种类和添加量。最后,通过计算印刷前后物料的质量变化,得出VOCs 的挥发量。例如,在一次印刷作业中,使用了100kg 溶剂型油墨,其 VOCs 含量为 60%,理论上油墨中VOCs 的含量为60kg。在印刷过程中,通过对溶剂添加量和最终产品质量的分析,发现实际挥发的VOCs 量为40kg,那么此次印刷过程中VOCs 的挥发比例为40÷60×100%≈667%。


(二)实测法

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实测法是直接对印刷车间内的VOCs 浓度进行测量,然后结合印刷过程中的相关参数,计算VOCs 挥发比例。具体操作如下:


在印刷车间内选择合适的监测点位,使用专业的VOCs 监测设备,如气相色谱仪等,实时监测车间内不同位置的VOCs 浓度。同时,记录印刷设备的运行参数,如印刷速度、印刷面积等。根据监测到的VOCs 浓度变化情况和印刷设备的运行时间、印刷面积等数据,计算单位时间内单位印刷面积的VOCs 排放量。


例如,在某一小时的印刷过程中,监测到车间内VOCs 平均浓度为 50mg/m³,印刷设备的印刷速度为每分钟100 米,印刷宽度为 05 米,那么这一小时内的印刷面积为100×05×60 =3000 平方米。假设车间内空气体积为 1000 立方米,通过质量守恒定律可以计算出这一小时内VOCs 的排放质量为50×1000÷1000 =50g。再根据油墨的使用量和其中VOCs 的含量,计算出理论上可能挥发的 VOCs 量,进而得出VOCs 的挥发比例。


(三)模型估算法

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模型估算法是利用建立的数学模型来估算VOCs 挥发比例。这种方法需要综合考虑多种因素,如油墨特性、印刷工艺、环境条件等。常见的模型有基于物理化学原理的模型和基于经验数据的模型。


基于物理化学原理的模型通过对油墨中VOCs 的挥发过程进行理论分析,考虑分子扩散、热传导等因素,建立复杂的数学方程来描述VOCs 的挥发行为。例如,一些模型会考虑油墨中溶剂的蒸汽压、温度、湿度等因素对挥发速度的影响,通过求解方程来预测VOCs 的挥发比例。基于经验数据的模型则是根据大量的实际监测数据和印刷生产数据,建立起挥发比例与各种影响因素之间的经验关系式。这种模型相对简单,但需要有足够多的准确数据作为支撑。企业可以根据自身的生产情况,选择合适的模型来估算VOCs 挥发比例。例如,某印刷企业通过收集多年的生产数据,建立了一个基于经验数据的模型,该模型考虑了油墨类型、印刷速度、车间温度等因素与VOCs 挥发比例之间的关系。通过输入当前印刷作业的相关参数,就可以快速估算出VOCs 的挥发比例,为企业的污染控制提供参考。


五、降低 VOCs 挥发比例的措施


(一)选用低 VOCs 含量的油墨

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企业应优先选用低 VOCs 含量的油墨。在采购油墨时,仔细查看油墨的产品说明书,了解其 VOCs 含量指标。例如,对于胶印工艺,可以选择水性胶印油墨替代传统的溶剂型胶印油墨。水性胶印油墨以水为溶剂,VOCs 含量通常在10% 30%左右,相比溶剂型油墨大大降低。对于凹印和柔印工艺,也可以选择低VOCs 含量的油墨产品。同时,鼓励油墨供应商研发和生产更加环保的油墨,从源头上减少VOCs 的产生。


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(二)优化印刷工艺

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1、 改进印刷设备

对印刷设备进行升级改造,提高设备的密闭性能和自动化程度。例如,对印刷机的密封部件进行检查和更换,确保设备在运行过程中没有泄漏。采用自动化的油墨输送和调配系统,减少人工操作过程中油墨与空气的接触,降低VOCs 的挥发。此外,推广使用先进的印刷工艺,如UV 固化印刷工艺。UV 固化油墨在固化过程中不需要加热干燥,几乎不产生VOCs 排放。虽然UV 固化设备的投资成本相对较高,但从长期来看,它可以显著降低企业的 VOCs 治理成本,同时提高印刷质量和生产效率。


2、 合理安排印刷工序

合理安排印刷工序,减少油墨在空气中的暴露时间。例如,在油墨调配好后,尽快进行印刷,避免长时间放置导致油墨中的溶剂提前挥发。在印刷过程中,根据油墨的干燥速度和印刷质量要求,合理控制印刷速度和干燥温度。对于一些干燥速度较慢的油墨,可以采用分步干燥的方式,先进行低温预干燥,然后再进行高温彻底干燥,这样既能保证油墨的干燥质量,又能减少 VOCs 的大量集中挥发。


(三)加强车间环境管理

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1、 改善通风条件

加强印刷车间的通风系统建设,确保车间内有良好的通风换气。合理设置通风口的位置和数量,保证新鲜空气能够及时进入车间,将印刷过程中产生的 VOCs 及时排出车间。根据车间的面积和印刷设备的运行情况,合理确定通风量。例如,对于大型印刷车间,可以安装大功率的通风设备,使车间内的空气每小时能够更换 5 -10 次。同时,定期对通风设备进行维护和清洁,确保其正常运行。


2、 控制车间温湿度

通过安装空调等设备,控制印刷车间的温度和湿度在适宜的范围内。如前面所述,温度和湿度会影响 VOCs 的挥发,适宜的温湿度条件可以减少VOCs 的挥发比例。一般来说,印刷车间的温度控制在 20℃ 25℃,湿度控制在 40%  60%较为合适。在夏季高温季节,可以通过空调制冷来降低车间温度;在冬季干燥季节,可以通过加湿器增加车间湿度。


结论:

准确核算印刷过程中的 VOCs 挥发比例对于印刷行业的环保发展至关重要。通过了解印刷工艺与VOCs 产生的关系,以及影响VOCs 挥发比例的各种因素,企业可以采用合适的核算方法来掌握自身的VOCs 排放情况。同时,采取有效的措施降低VOCs 挥发比例,如选用低VOCs 含量的油墨、优化印刷工艺、加强车间环境管理等,不仅可以减少对环境的污染,还能提升企业的环保形象,符合可持续发展的要求。随着环保要求的不断提高,印刷企业应不断加强对VOCs 排放的控制,积极探索更加环保、高效的生产方式,为保护大气环境做出贡献。


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