柔印與膠印包裝印刷生命周期評(píng)價(jià)

摘要：近年來，隨著環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步增強(qiáng)，綠色環(huán)保印刷方式是印刷工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。柔版印刷業(yè)一直因其使用環(huán)保的水性油墨而被業(yè)界認(rèn)為是最環(huán)保的印刷方式之一。本文采用生命周期評(píng)價(jià)法研究了柔印與膠印的生命周期情況，本文以皂盒產(chǎn)品為案例主要分析柔印與凹印制版和印刷過程中的環(huán)境足跡。

關(guān)鍵詞：柔印;生命周期評(píng)價(jià);凹印;包裝

1.引言

膠印和柔印是包裝印刷領(lǐng)域中的兩大印刷方式，兩者之間既存在著些許相近的原理或特點(diǎn)，亦有著自己的特色。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)和激光技術(shù)的發(fā)展，膠印和柔印也呈現(xiàn)出各種新的技術(shù)，為各自的發(fā)展及應(yīng)用帶來了新的生命力。

生命周期評(píng)價(jià)（LCA）在國(guó)外研究和發(fā)展已有30多年，正越來越受到人們的重視。目前國(guó)際環(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)學(xué)會(huì)（SETAC）與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）正積極開展LCA以方法的完善與標(biāo)準(zhǔn)化工作，ISO己將生命周期評(píng)價(jià)作為了正在制定的ISO14000環(huán)境管理體系的一個(gè)重要步驟，它同時(shí)也是環(huán)境標(biāo)志計(jì)劃與清潔生產(chǎn)實(shí)施的重要基礎(chǔ)。生命周期評(píng)價(jià)必將成為本世紀(jì)最有生命力和發(fā)展前途的環(huán)境管理工具。

本文是在查閱分析了大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，依據(jù)現(xiàn)有生命周期評(píng)價(jià)的原則和技術(shù)框架的要求，采用生命周期評(píng)價(jià)法研究了柔印與膠印的生命周期情況，本文以皂盒產(chǎn)品為案例主要分析柔印與凹印制版和印刷過程中的環(huán)境跡。

2.不同印刷方式的生命周期評(píng)價(jià)

2.1目標(biāo)與范圍的確定

本文不同印刷方式的生命周期評(píng)價(jià)主要研究對(duì)象是包裝柔印工藝和包裝膠印工藝的生產(chǎn)過程的資源、能耗在整個(gè)生命周期內(nèi)的比較分析，其中一項(xiàng)重要內(nèi)容就是對(duì)柔印和凹印工藝的環(huán)境足跡進(jìn)行比較。理論上一個(gè)完整的包裝生命周期評(píng)價(jià)應(yīng)包括原材料和能源的獲取、包裝盒生產(chǎn)加工、印刷、印后、模切、粘合、使用、回收處理等幾個(gè)階段。本文以柔印機(jī)及膠印的制版工藝和印刷工藝為具體的研究對(duì)象（柔印連線印后工藝和模切，以同時(shí)適合柔印和膠印生產(chǎn)方式的某四色皂盒產(chǎn)品（圖1：皂盒規(guī)格）為例，以實(shí)際生產(chǎn)300萬個(gè)香皂盒訂單為例去研究柔印與膠印的環(huán)境足跡。本文旨在進(jìn)行柔印與膠印生命周期評(píng)價(jià)的嘗試，以提供新的角度評(píng)價(jià)兩種印刷方式的環(huán)保性。

研究對(duì)象的工藝流程圖和系統(tǒng)邊界圖如圖2-2，圖2-3所示，該工藝流程包括從原紙供給到印刷成品生產(chǎn)的全過程。實(shí)際上，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的輸出包括邊角余料、廢氣、廢水等，但考慮到Gabi教育版軟件數(shù)據(jù)庫的局限性、數(shù)據(jù)收集的有限性，我們對(duì)其兩種印刷方式工藝流程進(jìn)行簡(jiǎn)化，把本次研究主要重點(diǎn)放在柔印和凹印工藝在制版、印刷環(huán)節(jié)，并假設(shè)所有原料最后100%轉(zhuǎn)換為包裝盒。

2.2 研究對(duì)象

通過兩種印刷方式印刷300萬個(gè)小盒，膠印機(jī)印刷速度為8000張/h，柔印印刷機(jī)生產(chǎn)速度為7800m/h，膠印機(jī)為平張紙印刷，紙張開料為60*101cm，可拼20個(gè)版，柔版印刷機(jī)為卷筒紙印刷，一轉(zhuǎn)印刷紙張開料為60*60cm，可拼12個(gè)版，可由以上數(shù)據(jù)算出單個(gè)小盒所占面積，由此可得一下表格數(shù)據(jù)：

香皂盒為4色印刷，已知每種顏色在單個(gè)小盒所占的面積，因兩種印刷方式油墨轉(zhuǎn)印的原理和印版的差異性，單個(gè)小盒柔印油墨用量為3g/㎡，膠印油墨用量為1.5g/㎡。

2.3數(shù)據(jù)清單分析

在本文中，數(shù)據(jù)主要的差異來源是膠印單張印刷，紙張有預(yù)留咬口位置，實(shí)際在生產(chǎn)中還有為了紙張整齊飛邊廢料產(chǎn)生，柔印為卷筒紙印刷，能夠減少以上兩種紙張的浪費(fèi)，但因本數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化未計(jì)算廢料，所以把開料浪費(fèi)平均到了單個(gè)小盒，所以雖然相同規(guī)格小盒，會(huì)出現(xiàn)單個(gè)小盒面積的差異。

在膠印生產(chǎn)速度8000張/h為單張印刷速度，柔印的7800m/h為柔印印刷+印后+模切成品的速度，在本文中簡(jiǎn)化印后工序。假設(shè)為印刷→模切工序。

2.3.1 清單記錄

制版階段：生產(chǎn)300萬個(gè)皂盒，膠印拼20個(gè)版，膠印印刷有15萬印次，柔印拼12個(gè)版，柔印印次為25萬印次，膠印印版為PS版，基材為鋁，耐印率為10萬印次，柔版印版基材為樹脂，耐印率為100萬印次。故而可知，生產(chǎn)300萬個(gè)皂盒需要柔印印版4張（4C），膠印印版需要2*4=8張（4C）。CTP 出版對(duì)開尺寸790*1030，CTP出版速度約20張/h。出8張版需要耗時(shí)0.4h，膠印出版功率為3.5KW。柔印出版機(jī)（含曬版機(jī)、沖版機(jī)）功率5.7KW。PS版基材為鋁（密度

2.7kg/m3），柔印基材為樹脂（密度為1.12KG/m3），PE菲林密度為1.38kg/m3。顧而可計(jì)算出在制版過程中需要用到的物料、水和電的清單如表3：

實(shí)際生產(chǎn)中，制版材料中還有碳酸鈉，對(duì)苯二酚，醋酸、正丁醇等顯影藥水，感光材料的組成原料，但在本文中簡(jiǎn)化未主要基材和對(duì)能源的消耗。

印刷階段：生產(chǎn)300萬個(gè)小盒（模切完成品），膠印機(jī)需耗時(shí)印刷18.75h+模切 37.5H，柔印機(jī)需耗時(shí)19.2小時(shí)。膠印機(jī)設(shè)備功率75KW，柔印機(jī)功率110KW，全自動(dòng)清廢模切機(jī)功率43.6KW。膠印機(jī)印刷原理為水油不相容原理，在印刷過程中需要消耗自來水，消耗量大致為3g/㎡，柔印機(jī)則只計(jì)算洗機(jī)需消耗約10KG水顧可得出在印刷過程中需要用到的物料、水和電的清單如表4：

2.3.2 制版和印刷過程使用GABI生命周期評(píng)價(jià)軟件建立流程

使用Gabi軟件，根據(jù)上述清單記錄柔印及膠印制版和印刷階段的數(shù)據(jù)，分別新建Plan，創(chuàng)建制版階段、印刷階段的Process如圖2-4、2-5、2-6、2-7，運(yùn)用平衡表運(yùn)算生產(chǎn)結(jié)果。

2.4影響評(píng)價(jià)與結(jié)果解釋

本文使用Gabi軟件對(duì)膠印和柔印生命周期進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且生成結(jié)果。本論文選用全球變暖指數(shù)（GWP）、酸雨指數(shù)（AP）、水體富營(yíng)養(yǎng)話指數(shù)（EP）、光化氧化污染潛力（POCP）、臭氧破壞潛力指數(shù)（ODP）五大指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)兩種生產(chǎn)方式在制版過程和印刷過程中對(duì)環(huán)境的影響。

2.4.1 全球變暖指數(shù)（GWP）對(duì)比

全球變暖潛勢(shì)（GWP）是基于充分混合的溫室氣體輻射特性的一個(gè)指數(shù)，用于衡量相對(duì)于二氧化碳的，在所選定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行積分的，當(dāng)前大氣中某個(gè)給定的充分混合的溫室氣體單位質(zhì)量的輻射強(qiáng)迫。全球變暖潛勢(shì)表示這些氣體在不同時(shí)間內(nèi)在大氣中保持綜合影響及其吸收外逸熱紅外輻射的相對(duì)作用。

圖2-8和圖2-9分為柔印和膠印分別在制版階段和印刷階段的全球變暖指數(shù)。從數(shù)據(jù)中可以看出，在制版階段柔印的碳排放比膠印多，印刷階段柔印為連線生產(chǎn)，總耗電量更少，但柔印的油墨使用量更大，本文未區(qū)別柔印和膠印油墨的差異性，所以從本圖中來看柔印碳排放量大于膠印，在本文中，印在gabi教學(xué)版中無油墨生產(chǎn)流，顧統(tǒng)一使用某石油制品替代。

2.4.2 酸雨指數(shù)（AP）對(duì)比

酸雨指數(shù)（AP）是評(píng)價(jià)產(chǎn)品在生命周期中排出的導(dǎo)致酸雨物質(zhì)的多少，是一項(xiàng)重要的環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)。

從圖2-10和圖2-11分別為柔印和膠印在在制版階段和印刷階段的酸雨指數(shù)。從數(shù)據(jù)中可以看出，在整個(gè)周期中，酸雨指數(shù)都偏低。

2.4.3 水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（EP）對(duì)比

水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（EP）是發(fā)生在淡水中，由水體中氮、磷、鉀含量過高導(dǎo)致藻類突然性過度繁殖的一種自然現(xiàn)象，同時(shí)也是一種二次污染。通常水的顏色呈現(xiàn)出綠色或藍(lán)色。水體富營(yíng)養(yǎng)化形成原因主要是氮、磷、鉀等元素排入到流速緩慢、更新周期長(zhǎng)的地表水體，使藻類等水生生物大量的生產(chǎn)繁殖，使有機(jī)物產(chǎn)生的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過消耗速度，水體中有機(jī)物積蓄，破環(huán)水生生態(tài)平衡的過程。

圖2-12和圖2-13分別為柔印和膠印分別在制版階段和印刷階段的水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)。從數(shù)據(jù)中可以看出，在整個(gè)周期中，水體富營(yíng)養(yǎng)化主要在油墨和電能使用階段。

2.4.4 光化氧化污染潛力（POCP）對(duì)比

光化氧化污染潛力（POCP）指生產(chǎn)大氣中的氮氧化物和碳?xì)浠衔锏纫淮挝廴疚锛捌涫茏贤饩€照射后產(chǎn)生的以臭氧為主的二次污染物所組成的混合污染物。

圖2-14和圖2-15分別為柔印和膠印分別在制版階段和印刷階段的水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)。

2.5生命周期評(píng)價(jià)結(jié)論及包裝建議

在本文中，制版過程對(duì)物料消耗量在整個(gè)300萬個(gè)小盒訂單中極少，所以整個(gè)生產(chǎn)周期來看，主要對(duì)比起印刷階段的差異性。本文中使用數(shù)據(jù)印GABI測(cè)試版原因，油墨和紙張均使用了替代。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，柔印卷筒比膠印更節(jié)省紙張，柔印油墨使用量比膠印大，但油墨的類型不同，柔印生產(chǎn)為連線，整個(gè)生產(chǎn)周期耗電量小于膠印。本文中油墨差異性未體現(xiàn)。紙張用量因使用材料替代后也未體現(xiàn)。顧本文數(shù)據(jù)可以看出膠印比柔印更加環(huán)保，似乎與通常認(rèn)知相悖，但無疑為后續(xù)對(duì)印刷方式的研究提供了一個(gè)更加完整的思路，從包裝生產(chǎn)生命周期來看，柔印和膠印正在的環(huán)保性比較需要從整個(gè)包裝生產(chǎn)的生命周期來看，這樣的環(huán)保評(píng)價(jià)將更有意義。

3. 結(jié)論

本文使用Gabi軟件對(duì)兩種不同印刷方案的皂盒包裝進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)，并將其對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行對(duì)比研究。從全球變暖指數(shù)（GWP）、酸雨指數(shù)（AP）、水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（EP）、光化氧化污染潛力（POCP）等方面進(jìn)行對(duì)比，全方位的分析不同包裝方案對(duì)環(huán)境的影響。

研究表明對(duì)環(huán)境的影響主要存在于生產(chǎn)階段。包裝材料損耗率降低，油墨用量減少，材料克重降低，對(duì)環(huán)境的保護(hù)具有一定的成效。

結(jié)束語：

本研究存在不足，對(duì)數(shù)據(jù)采集的完整性有限假設(shè)，對(duì)某些生命周期階段進(jìn)行了忽略假設(shè)，在運(yùn)用Gabi Education軟件進(jìn)行分析時(shí)，因許多材料無法找到，對(duì)大部分材料進(jìn)行了替代，且未體現(xiàn)柔印機(jī)膠印的材料差異，僅僅體現(xiàn)了用量差異。未來可針對(duì)上述不足做進(jìn)一步的研究。

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作者簡(jiǎn)介：

楊秀涵，女，漢族，四川達(dá)州，1989年4月，本科，工程師，中榮印刷集團(tuán)股份有限公司，單位所在省市（廣東中山），單位郵編（528400），研究方向（輕工包裝印刷）