綠色化工技術在激光全息防偽包裝材料生產中的應用

鄭成賦

(湖北華工圖像技術開發有限公司，湖北 荊門 448000)

激光全息防偽包裝材料以其強大的防偽力度、特殊的視覺效果以及易于與商品包裝印刷相結合而廣泛應用于煙酒、醫藥、日化產品以及國家證照等方面的防偽包裝[1]。近年來，隨著人們環保意識的提高，人們對生態環境提出了更高的要求，激光全息防偽包裝材料生產過程中存在的污染現象與綠色環境的矛盾越來越突出。如何在激光全息防偽包裝材料生產過程中應用綠色化工技術，實現節能減排，是急需解決的問題。

1 激光全息防偽包裝材料的生產過程

激光全息防偽包裝材料的生產，首先在PET基膜上涂布高分子涂層，然后在模壓機上，把鎳版上的激光全息防偽信息壓印到高分子涂層上，再真空鍍鋁或者介質材料，完成激光全息防偽膜的制作。通過復合機將防偽膜與紙張復合在一起，再經過復卷剝離或者橫切等工藝，就完成了激光全息防偽包裝材料的制作[2]。在涂布過程中，傳統工藝使用的涂層通常為溶劑型高分子涂層，涂布烘干過程會有有機溶劑排放。涂布烘干過程也需要消耗大量的熱能。清洗料槽也需要使用大量的溶劑。在復合工藝中，復合過程使用的膠水及背涂都屬于化工材料，而且都需要高溫烘烤。因此，通過綠色化工技術，實現激光全息防偽包裝材料生產過程中的節能減排，勢在必行[3]。

2 綠色化工技術的應用

2.1 優化工藝技術，合理選用原材料

激光全息防偽包裝材料的生產過程需要大量使用化工原材料，如涂布工藝需要使用熱塑性高分子涂層，復合工藝要使用膠粘劑、背涂液和清漆等。傳統工藝都是使用溶劑型化工材料。選用水性化工原材料，無疑會降低排放。但水性材料往往面臨涂布困難以及材料性能下降等問題。水性材料涂布困難主要是流平性不好。這是因為水性材料表面張力過大，在PET基膜上有收縮成團的趨勢。通過表面活性劑技術的運用，可以較好解決這一問題。對于材料性能下降問題，則可以通過高分子共混技術以及工藝參數的調整，可是使材料性能滿足要求。通過這些工藝技術的優化，可以最大限度使用水性化工原材料，減少有機溶劑排放。

2.2 有機廢氣處理及廢棄溶劑回收

激光全息防偽包裝材料的制作，百分之八十以上可以使用水性化工原材料，但尚有部分材料的制作需要用到溶劑型化工原材料，如復合型包裝材料，由于對復合牢度以及耐潮濕性能有較高的要求，水性材料容易受到環境水氣的影響，出現牢度降低的現象，因而水性材料并不適于用來生產復合型包裝材料，而需要選用溶劑型化工原材料。對于這類溶劑型化工原材料，則需要對排放的有機溶劑進行處理，并對殘余的有機溶劑廢料進行回收。

2.2.1 有機廢氣處理

蓄熱式熱氧化焚燒爐(Regenerative Thermal Oxidizers，簡稱RTO)，是一種高效有機廢氣治理設備。與傳統的催化燃燒、直燃式熱氧化爐(TO)相比，具有熱效率高(≥95%)、運行成本低、能處理大風量中低濃度廢氣等特點，濃度稍高時，還可進行二次余熱回收，大大降低生產運營成本。其原理是在高溫下將廢氣中的有機物(VOCs)氧化成對應的二氧化碳和水，從而凈化廢氣，并回收廢氣分解時所釋放出來的熱量，三室RTO廢氣分解效率達到99%以上，熱回收效率達到95%以上。

UV光催化氧化處理也是有機廢氣的一種處理方式。利用高能UV光束分解空氣中的氧分子產生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結合，進而產生臭氧。UV+O2→O-+O＊(活性氧)，O＊+O2→O3(臭氧),臭氧對有機物具有極強的氧化作用，對有機廢氣及其它刺激性異味有立竿見影的清除效果。有機廢氣利用排風設備輸入到凈化設備后，凈化設備運用高能UV光束及臭氧對廢氣進行協同分解氧化反應，使有機廢氣降解轉化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通過排風管道排出室外。處理過程中通常要使用到二氧化鈦作為催化劑。二氧化鈦屬于非溶出型材料，在徹底分解有機污染物的同時，自身不分解、不溶出，光催化作用持久。與RTO處理方式相比，UV光催化氧化處理投入成本較低，適用于要求較低的排放標準。

2.2.2 有機溶劑回收

有機溶劑的回收利用的是精餾原理。在處理設備中加入需回收處理的溶劑，加熱棒加熱回收桶夾層內的熱媒油，熱媒油傳熱到回收桶內的廢溶劑，使溶劑升溫，有機溶劑受熱后由液態轉化為氣態，氣態溶劑經過冷卻系統液化流出，分離出來的清潔溶劑流入回收器皿；并將桶內的殘渣清理干凈。通過蒸餾和冷卻，廢棄的有機溶劑被回收使用，實現了資源回收再利用的目的。采用此原理進行溶劑回收的設備適用范圍廣泛，翅片油、揮發油、管彎油、丙酮、丁酮、環已酮、甲醇、酒精、異丙醇、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、異丁酯、二氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯、香蕉水、松香水、天那水、去漬油、稀釋劑等有機溶劑等都可以回收，但對于含有強酸或者強堿性溶劑以及對不銹鋼有腐蝕性的溶劑不宜使用。

2.3 生產設備節能改造

激光全息防偽包裝材料的生產過程中需要高溫烘烤，因而使用的都是大功率設備，如涂布機，啟動電流達到500A，穩定工作電流也需要300A。復合機，啟動電流達到400A，穩定工作電流需要300A。對于這些高功率設備，必須進行改造，使熱量重復利用，才能達到節能的目的。涂布機烘箱節能采用的是內循環方式。一般情況下，烘箱的第1-2節排風氣體濃度較高，第3節之后濃度就慢慢降低，就可把排出的熱風回收利用，如把第6節烘箱(末節)的排風送給第5節的進風，第5節烘箱的排風送給第4節的進風，以此類推。而第1-2節烘箱的排風直接排出給RTO。采取熱風循環利用的方式，可以達到節能的效果。測試結果表明，使用工作電流在280A-320A的設備，采用循環風結構后可以讓工作電流控制在200-240A，可以大幅減少用電量，節省生產成本。

復合機的節能改造通常采用板式熱交換器。板式熱交換芯體為空氣與空氣通過導熱平板進行能量交換的熱交換器，利用排風的能量預處理新風，從而達到能量回收的目的。新風和排風由導熱平板完全分開，避免交叉污染，確保新風的潔凈。根據空氣流道不同可分為叉流型、逆流型和交叉逆流型，根據導熱隔板的材料可分為顯熱交換型和全熱交換型。板式熱交換芯體結構緊湊，無運動部件，可靠性強，使用壽命長。通過板式熱交換器的使用，每節烘箱每小時可節省電量約15度，按整機4節烘箱計算，則每小時節省電量達到60度，能耗降低約35%，大大降低了復合機的能耗。

2.4 采用變頻電機

激光防偽全息包裝材料的生產設備需要大量使用電動機，而普通電機在運行期間，其運行頻率是固定不變的，這會導致實際生產作業期間浪費大量的能量。通過變頻電機的應用，可在生產時，根據具體需求，對電量供應及時調整，從而達到節能的目的[4]。

2.5 廢棄物再利用

激光全息防偽包裝材料生產中最主要的廢棄物是PET基膜和紙張。PET基膜作為高分子涂層的載體，在高分子涂層復合轉移到紙張上以后，將會把PET基膜剝離下來。剝離后的基膜上會有少量高分子涂層殘留，從而影響基膜的重復使用。通過溫和溶劑清洗技術，可以有效去除基膜表面殘留涂層。重復采用溫和溶劑處理技術處理后的基膜可利用3到5次，隨后會有一定程度的扭曲變形，生產上不能再重復利用，則可以外售，由專業公司重新處理應用。對于廢棄紙張，也是直接外售，被用于二次造紙。

2.6 廢水處理

激光全息防偽包裝材料生產過程中的廢水來自于料槽清洗，廢水主要污染成分為丙烯酸酯乳液、聚氨酯、苯丙乳液、丁苯膠乳等水溶性有機高分子。廢水需要經過處理后才能排放或利用。通常采用的方法是，先通過絮凝劑技術將水溶性有機高分子沉積下來，通過壓濾系統，絮凝劑和有機高分子的混合物作為固體廢棄物與水分離。固體廢棄物經測試無毒，交由有資質的專業公司填埋處理。分離出來的水在中間池予以收集，然后進入生化池進行進一步處理。水在生化池中經過厭氧、缺氧和好氧等處理后，水質可達到國家一類排放標準。事實上，處理后的水可重復用來清洗料槽。

3 結束語

綠色化工技術在激光全息防偽包裝材料生產中的應用可以降低企業運營成本，減少排放、降低能耗，有利于改善生態環境，從而促進整個行業的可持續健康發展。