國(guó)內(nèi)外印刷業(yè)節(jié)能進(jìn)程對(duì)比分析

上海出版印刷高等專(zhuān)科學(xué)校 陳 昱

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 黃 鳴

0 引言

面對(duì)全球氣候變化的挑戰(zhàn)，節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)等已成為人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。對(duì)于印刷行業(yè)來(lái)說(shuō)，用環(huán)保產(chǎn)品和能夠減少或消除空氣污染物的工藝進(jìn)行“綠色印刷”生產(chǎn)已是印刷企業(yè)的共識(shí)[1]。傳統(tǒng)印刷工藝存在一些諸如有機(jī)溶劑揮發(fā)、廢水排放等環(huán)境問(wèn)題，資源存量和環(huán)境承載兩個(gè)方面都早已不堪重負(fù)。因此，印刷業(yè)的節(jié)能進(jìn)程包含印前、印刷、印后各環(huán)節(jié)要使用環(huán)保的版材、紙張、油墨、膠黏劑等材料，以及環(huán)保的制版工藝和印刷工藝，還有印刷廢料的回收以及整個(gè)流程中的過(guò)程控制和節(jié)能減排，這些不僅關(guān)系到印刷業(yè)自身的長(zhǎng)久利益，更關(guān)系到全社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 國(guó)外印刷業(yè)節(jié)能進(jìn)程

近十年來(lái)國(guó)外環(huán)保組織協(xié)助印刷企業(yè)改進(jìn)設(shè)備及工藝進(jìn)行節(jié)能減排，很多企業(yè)客戶(hù)都擔(dān)負(fù)起了積極的社會(huì)責(zé)任和環(huán)境保護(hù)的使命，而且特別指出印刷企業(yè)需要得到這把大傘的保護(hù)。隨著企業(yè)不斷縮小自己的經(jīng)銷(xiāo)范圍，在環(huán)境保護(hù)上起到的帶頭作用讓企業(yè)成為了有價(jià)值的合作伙伴。

美國(guó)食品藥品協(xié)會(huì)目前唯一認(rèn)可柔印水性油墨用于食品和藥品的包裝印刷，三分之二以上的商品包裝、標(biāo)簽等都是以柔性版印刷生產(chǎn)的。有些印刷企業(yè)每年投資10多萬(wàn)美元到風(fēng)能的利用上，結(jié)果在經(jīng)營(yíng)中賺取了兩三百萬(wàn)美元；用全新的再生設(shè)備取代了原有的燃?xì)馕廴究刂圃O(shè)備，從而極大地減少了對(duì)天然氣的消耗；有些公司成立專(zhuān)門(mén)開(kāi)展綠色印刷的部門(mén)，采取了有效措施，甚至在某些方面比相關(guān)法律規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)更為出色。

澳大利亞的印刷企業(yè)采用智能電表監(jiān)測(cè)電費(fèi)，每月節(jié)省費(fèi)用相當(dāng)可觀，一般18個(gè)月就可收回投資成本；印刷中使用無(wú)水膠印工藝，不僅能帶來(lái)更加銳利的網(wǎng)點(diǎn)呈現(xiàn)、更明亮的色彩和更快的印刷速度，而且具有減少排放的優(yōu)點(diǎn)。除了降低開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間、紙張浪費(fèi)減少40%外，每臺(tái)對(duì)開(kāi)機(jī)每年能節(jié)省10～20t水，減少1～2t揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放。

日本現(xiàn)已建立完整全面的節(jié)能減排體系，2010年全年減少了30%的碳排放量，環(huán)保油墨比如水性墨、UV(紫外光固化)油墨、水性U V墨和一些醇溶性墨的使用己經(jīng)相當(dāng)普遍，像大阪印刷油墨公司最近推出的新型環(huán)保油墨，為單張紙膠印油墨，就符合日本環(huán)境協(xié)會(huì)去年末修訂的綠色標(biāo)志認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。日本政府出面協(xié)助中小型企業(yè)，給他們提供測(cè)量和更新的免費(fèi)咨詢(xún)服務(wù)。

巴西使用PUR（濕氣固化反應(yīng)型聚氨酯）熱熔膠粘接學(xué)生用的教科書(shū)，其數(shù)量每年有2億冊(cè)。PUR膠的特點(diǎn)是具有良好的低碳節(jié)能環(huán)保性能以及優(yōu)異的粘接強(qiáng)度、耐溫性、耐化學(xué)腐蝕性和耐老化性。PUR膠在一些先進(jìn)國(guó)家使用的時(shí)間已經(jīng)有七八年，用量也越來(lái)越大，目前已有60%左右的書(shū)刊本冊(cè)使用PUR膠粘接，今后還會(huì)增加。

2000年6月，英國(guó)立法禁止用溶劑型油墨印刷食品包裝薄膜，其國(guó)內(nèi)60%的印刷品采用無(wú)醇或少醇油墨印刷。

德國(guó)工業(yè)協(xié)會(huì)制定了印刷業(yè)低碳發(fā)展指導(dǎo)方針，在2010年初作為德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)出版，將其成為評(píng)價(jià)能耗和效率的重要基礎(chǔ)[2～4]。

2 我國(guó)印刷業(yè)節(jié)能進(jìn)程

與國(guó)外相比，中國(guó)的綠色環(huán)保印刷起步比較晚，但近些年來(lái)在政府及相關(guān)部門(mén)的高度重視下也蓬勃發(fā)展起來(lái)，制定節(jié)能減排的相關(guān)措施優(yōu)先在中小學(xué)教材印刷中展開(kāi)，并逐步向政府采購(gòu)產(chǎn)品印刷、食品包裝印刷等領(lǐng)域推廣。

2.1 印刷耗材

油墨是最大的污染源，每年由傳統(tǒng)油墨引起的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）排放量達(dá)到幾十萬(wàn)t，嚴(yán)重污染大氣，損害人體健康。國(guó)內(nèi)制造商研發(fā)出多種環(huán)保型油墨。比如大豆油墨，一種由食用黃豆油或者其他干性或半干性植物油脂與顏料、樹(shù)脂、蠟質(zhì)等混合而成的油墨，無(wú)臭、無(wú)毒，在回收再利用的過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的有害物質(zhì)。還有水性U V油墨，即在U V油墨內(nèi)加了一定的水分及環(huán)保溶劑，結(jié)合特殊水性樹(shù)脂制成。該油墨兼有水性油墨和U V油墨的優(yōu)點(diǎn)，固化快、節(jié)省能源、無(wú)刺激、無(wú)污染，被人們認(rèn)為是污染物排放幾乎為零的環(huán)保產(chǎn)品，也達(dá)到了油墨固化后，水分揮發(fā)，使墨層變薄的印刷要求[5]。目前國(guó)內(nèi)多家企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了環(huán)保油墨印刷，但是在高速印刷的適應(yīng)性、產(chǎn)品質(zhì)量上還沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)。

印刷中用量最大的耗材是紙張，國(guó)內(nèi)企業(yè)目前大多數(shù)從經(jīng)過(guò)國(guó)際森林管理委員會(huì)FSC認(rèn)證、符合綠色環(huán)保要求的紙廠購(gòu)買(mǎi)紙張，主要有鐳射紙、真空噴鋁紙和輕型紙，這些紙張印刷性能極佳，機(jī)械加工性能很好，而且降解回收性好[6]。2010年，本色紙?jiān)谏虾Ｊ啦?huì)上被作為特許用紙而為世人所知，上海在進(jìn)行秋季教材環(huán)保印刷試驗(yàn)時(shí)選擇了本色紙。該紙張具有保護(hù)視力和保護(hù)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，因其以農(nóng)作物秸稈為主要原料，在生產(chǎn)過(guò)程中不添加漂白劑和熒光劑，顏色為淡黃色，用其制作的印刷品長(zhǎng)時(shí)間閱讀不會(huì)造成視疲勞。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)企業(yè)采用一定比例的再生紙漿或全部再生紙漿來(lái)生產(chǎn)滿(mǎn)足不同需求的紙張已經(jīng)成為一種趨勢(shì)和潮流，如報(bào)紙和雜志印刷就廣泛使用了再生紙張。

印后環(huán)節(jié)書(shū)刊裝訂膠的使用也至關(guān)重要。印后裝訂膠黏劑分為EVA（乙烯及乙烯基醋酸鹽）和PUR（濕氣固化反應(yīng)型聚氨酯）兩種。其中EVA熱熔膠內(nèi)部添加的抗氧化劑和樹(shù)脂成分等若有差異，其安全性和揮發(fā)性就不同。從安全角度考慮，現(xiàn)在粘接書(shū)刊本冊(cè)都開(kāi)始使用粘結(jié)力強(qiáng)、熔點(diǎn)低且無(wú)氣味的PUR熱熔膠，對(duì)環(huán)境污染也較小。使用PUR熱熔膠可以減少用膠量，用于精裝，更可以節(jié)約成本。我國(guó)使用PUR膠粘接書(shū)冊(cè)已有四年多的時(shí)間，主要是廣東一帶，特別是一些外單加工的要求，近期內(nèi)單也開(kāi)始使用并逐漸增大了使用地區(qū)范圍。

2.2 印刷工藝

目前柔性版印刷在我國(guó)已經(jīng)有了一定的市場(chǎng)，前幾年主要在軟包裝印刷、標(biāo)簽印刷、標(biāo)識(shí)帖等方面，近幾年來(lái)如箱包、防偽標(biāo)識(shí)與防偽包裝、高檔電腦、各種票證票據(jù)、行李帶、各種紙巾、牙膏、洗滌品、化妝品等也都采用了柔性版印刷。柔性版印刷價(jià)格低廉，易采用多種組合工藝加工模切一次成型，承印材料廣泛，速度快，產(chǎn)量高，而且廣泛使用無(wú)毒、無(wú)殘留溶劑、無(wú)環(huán)境污染的水性墨和U V油墨，體現(xiàn)著環(huán)保優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)，與之配套的設(shè)備器材的研制開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)柔版印刷產(chǎn)業(yè)鏈已初步形成。目前已有上海紫光、北京北人富士、西安黑牛、青州意高發(fā)、濰坊東航等10多個(gè)廠家能制造柔印機(jī)，但國(guó)產(chǎn)柔印機(jī)在設(shè)備的先進(jìn)性、工藝的多樣性和靈活性、使用壽命、耐用性和精度以及應(yīng)用范圍等方面同進(jìn)口柔印機(jī)相比，仍存在較大的差距。

傳統(tǒng)的平印版在著墨前為了保持空白部分斥墨性能整合，需要用潤(rùn)濕液，并在潤(rùn)濕液中添加酒精、異丙醇等醇類(lèi)，但膠印潤(rùn)版液的排放會(huì)造成水質(zhì)污染?，F(xiàn)在采用的潤(rùn)版液已經(jīng)改良，通過(guò)加入碳酸氫鹽做緩沖劑，將酒精濃度降至3%，減少VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）排放。其實(shí)更有效減排VOC的方法是實(shí)行無(wú)水膠印，用斥墨的硅橡膠層作為印版空白部分，不需要潤(rùn)版，用特制油墨印刷，因?yàn)榫W(wǎng)點(diǎn)變形小，可以再現(xiàn)高密度網(wǎng)點(diǎn)，即使在凹凸較大的膠版紙和無(wú)光澤紙上也能印出高精細(xì)的印刷品，在提升印刷產(chǎn)品的質(zhì)量的同時(shí)減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)。據(jù)國(guó)內(nèi)一廠家統(tǒng)計(jì)，通過(guò)低酒精潤(rùn)版液(只有3%酒精成分)的技術(shù)，加上無(wú)水膠印兩者配合使用，能夠減少酒精用量每年逾12萬(wàn)L，從而避免大約100t VOC的排放。

當(dāng)前，我國(guó)印刷業(yè)普遍采用的是激光照排技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)直接制版，但因其基于感光成像原理而存在感光、顯影、定影、沖洗等復(fù)雜過(guò)程和繁瑣工藝，廢液排放中仍不可避免地造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，而且該技術(shù)一直為國(guó)外壟斷，所以存在成本高、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題。我國(guó)中科院化學(xué)所成功開(kāi)發(fā)出“納米材料綠色制版技術(shù)”，徹底摒棄了感光成像的思路，將特制納米復(fù)合轉(zhuǎn)印材料直接打印在具有納微結(jié)構(gòu)的超親水版材上，通過(guò)納米尺度界面調(diào)控，在印版表面形成超親油的圖文區(qū)和超親水的非圖文區(qū)，省略了繁瑣工藝，徹底克服了感光沖洗過(guò)程帶來(lái)的化學(xué)污染問(wèn)題，使制版過(guò)程綠色環(huán)保，而且大大降低了成本。目前中科院與優(yōu)勢(shì)企業(yè)合作，已建成一條包括制版車(chē)間、超凈涂布車(chē)間、墨盒生產(chǎn)車(chē)間和印刷車(chē)間的中試示范線，大大推動(dòng)了納米材料綠色制版技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

3 對(duì)比分析

對(duì)于我國(guó)印刷行業(yè)來(lái)說(shuō)，目前企業(yè)對(duì)使用環(huán)保的材料，以及環(huán)保的制版工藝和印刷工藝方面都已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。對(duì)一個(gè)中型企業(yè)而言，油墨、紙張、印后裝訂膠黏劑、菲林、印版橡皮布、潤(rùn)版液、沖洗藥水和洗車(chē)水等多種印刷材料的年消耗費(fèi)用可高達(dá)百萬(wàn)元以上，每降低一個(gè)百分點(diǎn)物耗不僅產(chǎn)生數(shù)倍的環(huán)保效應(yīng)，還為企業(yè)增效數(shù)萬(wàn)元以上。

但是對(duì)工業(yè)廢氣、廢液和固體廢棄物的清潔、降解處理等的先進(jìn)環(huán)保技術(shù)，我國(guó)投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，而國(guó)外在印刷廢料的回收以及整個(gè)流程中的過(guò)程控制和節(jié)能減排的確有很多借鑒之處。

3.1 廢棄物回收及處理

印刷過(guò)程中所產(chǎn)生的廢棄物主要指廢氣、廢液以及固體垃圾。

目前國(guó)外在VOC有機(jī)溶劑回收方面的研究已經(jīng)比較成熟，將有機(jī)廢氣通過(guò)吸附、解吸、回收、提純等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶劑的循環(huán)使用，不但解決了有機(jī)廢氣的環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)還能變廢為寶。而國(guó)內(nèi)還處于起步階段，大多采用催化燃燒的方法將含VOC廢氣燃燒后直接排放。據(jù)測(cè)算，我國(guó)若有半數(shù)印刷企業(yè)使用有機(jī)溶劑回收技術(shù)，每年可減少3～4萬(wàn)t有機(jī)溶劑排放。

對(duì)于廢液的處理，國(guó)外通過(guò)政府扶持和環(huán)保組織協(xié)助，一般的印刷企業(yè)都建立了自己的廢水處理站，每年通過(guò)購(gòu)買(mǎi)大批藥品加入廢水中處理，從而回收再利用，節(jié)省了水資源。

3.2 節(jié)電和熱能回收技術(shù)

除了印刷材料的消耗，印刷企業(yè)還有電能、熱能等能源消耗。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)正在用的印刷及涂布復(fù)合設(shè)備在l萬(wàn)臺(tái)左右，按每臺(tái)設(shè)備功率200kW，平均年運(yùn)行時(shí)間4800小時(shí)計(jì)，年能耗達(dá)到96億kWh，而且設(shè)備排出的熱廢氣有很大的潛在能源尚未得到有效利用，造成了能源的巨大浪費(fèi)。所以通過(guò)熱交換設(shè)備或回收設(shè)備將熱廢氣中的潛在能源進(jìn)行回收使用即熱能回收技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)刻不容緩。

目前國(guó)外已針對(duì)這一狀況開(kāi)發(fā)了配套的熱能回收設(shè)備。如曼羅蘭Dual-Dry RTO（再生熱氧化）干燥裝置能夠回收干燥過(guò)程中溶劑所含有的能量，并使得氮和一氧化碳排放量也減少一半，不會(huì)對(duì)干燥裝置的壽命產(chǎn)生任何負(fù)面的影響，其效率可達(dá)95%，全功率輸出時(shí)可節(jié)省能耗50%，二氧化碳排放量也減少了，真正達(dá)到了碳減排的目的。海德堡開(kāi)發(fā)的新型干燥之星3000系列產(chǎn)品，使每一印張?jiān)诟稍镞^(guò)程中耗電量下降10%～20%，可循環(huán)使用的熱風(fēng)多達(dá)30%[7]。

企業(yè)也可以在供熱管道系統(tǒng)方面下功夫達(dá)到節(jié)熱效果。供熱管道系統(tǒng)將蒸汽從熱源輸送到耗能點(diǎn)，遵循高壓輸送、低壓使用的原則。高壓輸送可減少管道費(fèi)用、減少散熱損失。而低壓使用可降低設(shè)備等級(jí)，充分利用蒸汽中的潛熱能，降低冷凝水的排放溫度，減少熱蒸汽的消耗量，起到節(jié)能減排的效果。工廠也可選擇遠(yuǎn)紅外加熱、電感加熱、微波加熱等先進(jìn)的加熱工藝和加熱元件，采用輕體耐火保溫材料，減少散熱損失。

至于節(jié)電方面，印刷企業(yè)可做的事情有照明節(jié)能、電機(jī)節(jié)能、中央空調(diào)節(jié)能等等。使用高效發(fā)光光源(如T 5熒光燈)代替原有的低效光源(如T 8熒光燈)，在節(jié)電的同時(shí)提高照度、顯色度，改善照明環(huán)境。針對(duì)電機(jī)、空調(diào)等輔助設(shè)備進(jìn)行變頻改造，節(jié)電效果立竿見(jiàn)影。比如空調(diào)采用智能變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，其能根據(jù)室外天氣的變化，自動(dòng)完成冷水流量的跟蹤控制，使循環(huán)水流量恰到好處地與制冷量相匹配，并實(shí)現(xiàn)空調(diào)末端自動(dòng)恒溫控制，從而達(dá)到節(jié)能的目的。用中央空調(diào)替代普通的壁掛或立式空調(diào)，經(jīng)常關(guān)注空調(diào)的排風(fēng)系統(tǒng)，定期清洗過(guò)濾網(wǎng)、定期檢修、檢查皮帶是否太松、工作點(diǎn)是否偏移、送風(fēng)狀態(tài)是否合適，想方設(shè)法達(dá)到最大程度的節(jié)能。據(jù)測(cè)算，采用智能變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的中央空調(diào)可節(jié)電20%～45%。

4 結(jié)論和建議

對(duì)于我國(guó)的印刷行業(yè)來(lái)說(shuō)，尤其要對(duì)以下幾方面高度重視：

1）完善印刷業(yè)的環(huán)保立法，讓企業(yè)積極承擔(dān)社會(huì)責(zé)任和環(huán)境保護(hù)的使命。淘汰落后產(chǎn)能，引進(jìn)先進(jìn)印刷設(shè)備，選擇環(huán)保的版材、紙張、油墨、膠黏劑等材料，改進(jìn)制版工藝和印刷工藝，減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

2）加大對(duì)工業(yè)廢氣、廢液和固體廢棄物的清潔、降解處理和再回收利用的先進(jìn)環(huán)保技術(shù)的投入。根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)別有意識(shí)地建立各個(gè)工序廢料分類(lèi)收集體系，分類(lèi)收集不同類(lèi)型的紙張，為紙張循環(huán)再生降低脫墨、紙漿纖維分離的化學(xué)品使用量和用水量奠定良好基礎(chǔ)，同時(shí)分類(lèi)紙張回收價(jià)格的提高，也為印刷企業(yè)間接增效。統(tǒng)一回收膠片、塑料薄膜等難降解的危害環(huán)境的物質(zhì)。

3）升級(jí)節(jié)能設(shè)備。我國(guó)可借鑒國(guó)外開(kāi)發(fā)的熱能回收設(shè)備將熱廢氣中的潛在能源進(jìn)行回收；選擇先進(jìn)加熱工藝和材料；企業(yè)里人人都要樹(shù)立節(jié)電節(jié)熱節(jié)水的意識(shí)。

綜上所述，凡有利于節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備，今后必將有極大的發(fā)展前途。只有在印刷廢料的回收以及整個(gè)流程中的過(guò)程控制和節(jié)能減排方面下功夫才能真正達(dá)到我國(guó)印刷業(yè)節(jié)能進(jìn)程質(zhì)的飛躍。

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