影响溶剂残留量的因素解析

　　一、干式复合工艺参数的影响

　　1、温度梯度和通风效果

干式复合的烘箱温度梯度和通风效果是影响溶剂残留的主要因素。控制好温度梯度和通风非常关键。通常所说的三段烘箱的温度标准工艺参数为60℃、70℃、80℃的温度梯度，主要是针对正常的机速(80~120m／min)，而且是以乙酸乙酯作为溶剂而言的。一般情况下，良好的通风加上这样的温度梯度，溶剂残留量能够满足国家标准。如果要将残留溶剂量控制得更低(如小于5mg/m2)或者①印刷工序采用二甲苯，②满底印刷工序后甲苯残留量大于5mg/m2时，③采用易吸附乙酸乙酯而溶胀的薄膜时，应考虑将干法复合烘箱温度相应提高5~10℃。同时需注意的是：提高温度会增加薄膜内爽滑剂的析出———向界面层迁移，从而造成粘接强度的降低。

对于BOPP还要考虑温度升高，乙酸乙酯挥发速率和吸附速率的平衡问题。理论上是：在90℃以下，挥发速率大于吸附速率，90℃以上，吸附速率大于挥发速率。上文所说的是在　80~120m/min复合速度范围内的结果，如果机速差别大，残留差别也大。在调节温度时，一段烘箱温度尽可能不动，保证乙酸乙酯和甲苯在一段保持一定的挥发速率。如果在一阶段乙酸乙酯与甲苯挥发过快，在粘合剂表面将形成一个较致密的胶层(俗称“结皮”)，“结皮”的存在将严重影响里层的胶和油墨中溶剂的挥发，造成残留溶剂量增大。

　　第二段温度提高以5~10℃为好，强迫内层溶剂的挥发；到了第三阶段，溶剂的挥发已经很难了，因为表面的胶层已经 “结皮”，剩余少量的乙酯和甲苯很难挥发，所以工艺标准中要求一段温度高，如果有可能，一段温度可以提高5~15℃。以上数据是依据机速在80~120m／min范围内的试验结果，如果机速降低，则温度可以相应下调。

　　2、涂布量的影响

　　单位面积涂布量越大，涂胶层越厚，在通过烘箱过程中表层的硬化对内层乙酸乙酯挥发的阻碍作用越大，会使溶剂的残留量相应提高。

　　二、甲苯的影响

　　在低沸点的溶剂中混入高沸点的溶剂，其结果是低沸点溶剂的“沸点”增加，高沸点溶剂“沸点”降低。乙酸乙酯的沸点为77.1℃，甲苯的沸点为110．8℃，如果采用溶剂型油墨，则印刷后有甲苯残留。甲苯的残留本身是残留溶剂的一部分，更为关键的是：由于甲苯的残留，进一步影响乙酸乙酯的挥发。这就是为什么我们在实践中经常强调控制印刷中甲苯的残留量是控制总溶剂残留量的关键步骤的原因；在实践中我们发现一个有趣的数据，一般乙酸乙酯的终残留量总是甲苯的1．5~2．0倍左右，(根据设备不同，控制参数不同，相应有所变化)，所以印刷工序中甲苯残留控制得不好，将增加复合工序中混合溶剂的挥发难度，无法保证低的溶剂残留。

　　降低印刷工序甲苯的残留量，目前采用的方法主要有以下几种：一是改变印刷机操作参数，主要指提高温度或降低印刷速度；二是对设备进行部分改造，改用复式通风；三是采用新的材料组合。一般在印刷工序中，甲苯残留量控制在4mg/m2左右(指满底印刷)是比较正常的，如果采用更严格精细的控制，可以控制在2mg/m2以下，这样经过干式复合工序后甲苯的残留量可以控制到1mg/m2以下，就能够达到食品包装的要求。近来复式通风干燥的结构被更多的采用，尤其新近引进的日本设备。在印刷工序中有个奇怪的问题，面积少的色块先印刷，本来由于面积少就容易烘干，却通过多个烘箱，而面积大的满底色块却后印刷，只通过一个烘箱，这样的结构从溶剂残留角度上考虑是不合理的。复式通风就解决了这个问题，即在后大面积色块上多设计一个烘箱，这样就大大提高了满底色块的烘干效果，甲苯残留也可以进一步降低。另外，采用醇溶性油墨与溶剂性粘合剂配合作用，既可以达到低溶剂残留的要求又不至于有过高的材料成本，也是一条很好的值得推广的办法，这在很多厂家获得了成功。因为油墨中不含沸点高的甲苯，大多使用沸点和乙酸乙酯沸点相接近的乙醇和异丙醇，在干式复合中对乙酸乙酯挥发速率的影响很小。但要注意：乙醇和异丙醇的残留将消耗固化剂，使主剂和固化剂的配比失调，严重时不能够固化(表现为“发粘”)，厂家要根据实际情况进行调整。

　　三、膜的影响

由于印刷和干式复合是将油墨和粘合剂稀释后涂布在载胶膜上，再经过烘箱烘干。不同的载胶膜使用相同的油墨、粘合剂，即使是相同的生产工艺，其溶剂残留也不一样。这是因为不同的载胶膜对溶剂的吸附和释放速率不一样。常用的载胶膜中对乙酸乙酯的释放速率排序为PET>BOPP(吸附速率正相反)。在通常的烘干条件下的温度距BOPP薄膜熔点更近，其分子运动更加剧烈，表现对乙酸乙酯和甲苯等有机溶剂的吸附速率加快，从而使其更难挥发。前面讨论工艺参数时讲过，对于BOPP薄膜，要进一步降低其溶剂残留，难度更大些，必须同时考虑温度升高对溶剂释放速率和吸附率的综合影响。

另外，不同阻隔性的薄膜相复合，按上面介绍的检测方法，其溶剂残留的结果也是不一样的。如在PET/VMPET，PET/VMBOPP和PET/PE结构中，相同工艺条件下，其溶剂残留量顺序如下(数值由高至低排序)：PET/PE，PET/VMBOPP，PET/VMPET。这是由于在实验条件下，PET/VMPET结构中阻隔性更高，溶剂更难以释放，所以测出的溶剂残留量更低些。生产三层复合膜时(如PET/VMPET/PET)第二遍复合由于一般以PET／VMPET作为载胶膜，不存在甲苯的干扰，所以第二遍的溶剂残留相对容易控制。

　　四、水含量的影响

　　水不仅影响复合强度、透明度等，而且对乙酸乙酯的残留量影响很大，其原理和甲苯对乙酸乙酯的残留量影响原理类似。汉高公司进入中国时，明确提出“氨酯级”乙酸乙酯的概念，即水含量小于300ppm，醇含量小于200ppm，浓度高于99．9％。尽管我们国家的乙酸乙酯国家标准比较低，但国内较大的乙酸乙酯生产厂家能够生产出“氨酯级”乙酸乙酯，需要软包装企业在购买时和乙酸乙酯生产厂家确定好技术指标，严格控制。水的影响，祥见拙著《干式复合，如何远离水分的困扰？》。

　　五、油墨的影响

　　油墨是由粘接料、溶剂、颜料和改性剂四部分组成。其中对溶剂残留量影响较大的是粘接料部分，而且不同的粘接料对同一溶剂的挥发的速率的影响是不同的。如PET、PA印刷采用的是聚酯、聚酰胺等作为粘接料的聚酯油墨，其分子中的羟基(-OH)；酰胺基(-NHCO-)等基团与乙酸乙酯(CH3COOCH2CH3)分子中的C=O键形成氢键作用，从而抑制了乙酸乙酯的释放。而BOPP印刷采用氯化聚丙烯树脂作为粘接料的油墨，由于氯化聚丙烯和甲苯的溶解度参数相近，分子间力作用较强，对甲苯的束缚力大，因此BOPP印刷产品甲苯残留量易超标。

　　六、粘合剂结构的影响

　　上述讨论了复合工艺、涂布量、高沸点的甲苯和水、基材以及印刷油墨等对溶剂残留的影响，但在以上所有条件都一致时，粘合剂对溶剂残留的影响非常大。

如果印刷过程中使用醇溶性油墨，复合过程中使用水性或者无溶剂复合粘合剂，和溶剂型复合粘合剂相比，其甲苯和乙酸乙酯的溶剂残留将很低。使用醇溶油墨，甲苯和乙酸乙酯的残留量低了；其它残留溶剂应控制在多少?使用水性或者无溶剂复合粘合剂能够解决溶剂残留问题，但由于水性或者无溶剂复合粘合剂自身的不足，即应用面窄———难以满足水煮、蒸煮产品的要求；设备要求高———无溶剂复合粘合剂的加热涂胶系统、上胶系统复杂，设备成本高。而水性复合粘合剂对设备耐腐蚀性能要求严格，水的蒸发量高，能耗大；再加上国内多数彩印厂家规模、技术、设备以及价格等原因，使水性或者无溶剂复合粘合剂近年难以成为主流复合粘合产品。

即使如此，我国也有针对水性油墨和胶粘剂、醇溶性的油墨和粘合剂以及无溶剂胶粘剂等新产品，制定了GB9685《食品容器、包装材料用助剂使用卫生标准》。在这个助剂的卫生标准中，规定了添加剂、溶剂、粘合剂等十七个大类、五十八种具体物质的名称和高使用量，类似于FDA21 CFR&175．105和日本接着剂“自主规定”，列出可以用在食品包装领域中的辅助材料名称清单及其高用量，除此以外就不准使用。

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