【深度】柔性版制版溶剂消耗管理及其应用意义

绿色可持续发展日益深入人心，实现“碳达峰”“碳中和”是推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求。柔性版印刷作为印刷的主要方式之一，也应主动审视整个过程对环境的影响，努力探索更加绿色的技术工艺，更加精益地进行生产管理，以期对环境更友好。

水性油墨是柔性版印刷使用量最大的油墨类型。即使使用的不是水性油墨，柔性版印刷仍可以最大限度地减少VOCs排放。然而，柔性版制版过程中需要消耗大量的溶剂，不同的制版企业和印刷企业因制版设备和操作技术人员的水平不同，制版过程中消耗的溶剂量也大相径庭。目前柔性版制版过程中缺乏权威的溶剂消耗量基准参考值，不利于柔印制版过程的溶剂消耗管理。因此，重视并加强对柔性版制版溶剂的消耗管理，具有重要的现实应用意义。

柔性版制版是实现柔性版印刷中必不可少的一环，柔性版制版承载着将印前的设计图案转化到柔性版上可用于转移油墨的凸起元素（也称为柔性版的“浮雕”），柔性版上的非印刷部分必须被移除，被移除的部分低于其凸出部分，就接触不到油墨，只有凸起部分能接触并转移油墨，从而实现柔性版印刷。

柔性版印刷的制版方式有溶剂制版、热敏制版和水洗制版。溶剂制版一直以来是主流的制版方式，可预计中长期仍将是主要的制版方式。溶剂制版使用溶剂去溶解柔性版上未被UV-A紫外线曝光固化的光敏树脂，而经UV-A紫外线曝光后的光敏树脂则不溶于溶剂，从而形成了柔性版的浮雕，即印刷元素。显而易见，溶剂制版过程需要用到溶剂，会产生可挥发性有机化合物（VOCs），因此必须得以重视和有效管控，尽量减少溶剂消耗，以期对环境的影响降到最低，为本就是绿色印刷方式的柔性版印刷添绿增绿。

长期以来，行业对柔性版制版的溶剂消耗量没有一致的认识和统一的标准，制版环节缺乏考量溶剂消耗大小的依据，给制版生产环节对溶剂用量的管控带来了困难，无法从溶剂的消耗中窥见制版环节可能存在的漏洞和问题，不利于VOCs的管控和对制版质量问题的排查，不利于激励柔性版制版企业积极主动采用对环境和人体健康影响更小的环保溶剂。

鉴于以上情况，很有必要研究柔性版制版溶剂消耗量理论计算。不能从理论上计算柔性版制版溶剂的用量，管理溶剂消耗就无从谈起。要理论计算制版溶剂消耗量（表1），就得先厘清影响柔性版制版溶剂使用量的各个变量及其相互联系，了解它们会怎样影响最终的制版溶剂消耗量。

表1 柔性版制版溶剂消耗量计算模型

注：以上计算模型中的蒸馏损耗数据4%是基于应用恩熙思环保溶剂nylosolv A时的情形，如果使用的溶剂是四氯乙烯正丁醇，蒸馏损耗率约为10%。

首先应厘清柔性版制版溶剂用量的两个概念：一是洗版过程溶剂的使用量，二是柔性版制版溶剂的最终消耗量。使用量是指清洗一定数量（平方米）柔性版所使用的新鲜溶剂的数量（升）。新鲜溶剂使用后，即成为“脏”溶剂，但它经过后续的蒸馏，会重新萃取出可以再次使用的与新鲜溶剂效果一致的新溶剂。脏溶剂经蒸馏回收绝大部分可重新成为新溶剂，继续循环使用。所以，使用量远大于最终的消耗量，消耗量来自洗版过程柔性版对溶剂的吸收、溶剂残留在蒸馏后的柔性版树脂残渣中或由于制版和蒸馏过程中的挥发，柔性版吸收的溶剂经由后续的烘干工序也挥发掉了，少量溶剂也由于自然挥发消耗了。对于制版成本而言，溶剂的消耗量是决定性的，是行业关注的焦点，而溶剂的使用量受到的关注没那么显著。

柔性版制版溶剂使用量的决定因素有版材数量、浮雕高度、溶剂固含量和图案面积率。版材数量容易理解，浮雕高度前面已有述及。这里有必要对溶剂固含量和图案面积率加以说明。在柔性版制版中，溶剂固含量是指溶解于洗版溶剂中的光敏树脂在溶剂中的重量占比，溶剂固含量的高低反映出溶剂的新鲜度，或“脏”的程度。柔性版制版通常要求溶剂固含量为3%～5%。

图案面积率为柔性版上用于印刷的部分占整片柔性版的面积百分数。图案面积率依据产品设计而定，总的来说，不同厚度版材的应用场景影响着平均每一个分色的图案面积率。1.14和1.70mm厚度的版材，其图案面积率约为40%；2.30mm厚度的版材，其图案面积率约为50%；3.94mm厚度的版材，其图案面积率约为30%。在一段时间内的总溶剂使用量的计算中采用平均图案面积率。了解了以上相关因素和计算参数，就可以建立溶剂的消耗量计算模式。将制版过程影响溶剂消耗的各个变量，如浮雕高度、图案面积率、溶剂固含量、版材吸收溶剂量、溶剂挥发量、蒸馏损耗和制版数量等综合考虑进去，可以计算出柔版制版过程中溶剂的消耗量。

依据建立的溶剂消耗量理论计算模型，可以模拟一个典型的月制版量为1000㎡的制版车间，其月溶剂消耗量的范围如表2所示。

表2 柔性版制版溶剂消耗量计算案例

当然，实际溶剂的消耗量仍会受到所用版材的厚度、图案面积率变化、设备控制溶剂固含量能力和蒸馏机效能的影响，但由表2的数据基本可以得到：在使用环保溶剂的情况下，月消耗量约为2.7～4.0桶（200升/桶）；使用四氯乙烯＋正丁醇的情况下，月消耗量约为5.7～9.0桶（200升/桶）。

建议柔性版制版比对以上消耗量标准，结合自身制版量，衡量溶剂消耗量是否合理。如果制版的溶剂消耗量偏离标准范围值太多，则应从多方面分析，查找原因并予以纠正。通过对表2数据进行分析，并结合生产实践，可以推断问题可能来自以下几个方面：一是制版洗版设备没能正常控制溶剂固含量和溶剂温度；二是蒸馏机性能不佳，溶剂残留在树脂残渣中过多，蒸馏系统密闭不够，挥发太多；三是洗版速度太慢，版材浸泡时间过长，吸收溶剂过多。

通过对柔性版制版溶剂消耗量的机理研究和计算模型的建立，模拟了月制版量为1000m²的制版车间的溶剂月消耗量，提出了月溶剂消耗量的基准参考值。这个参考值填补了行业没有溶剂消耗量的计算依据和评估控制的空白。根据生产案例数据分析和生产实践经验，推断出溶剂消耗量与标准值偏大出现的原因，通过分析原因和问题所在，可以总结出以下几点降低溶剂消耗量和减少碳排放的建议。

1.使用环保性溶剂替代传统可挥发性溶剂

环保溶剂的应用，将大幅减少溶剂消耗量。使用传统的四氯乙烯＋正丁醇混合液，其消耗量将是使用环保溶剂的一倍以上。消耗的溶剂最终将挥发到空气中，导致空气污染，给管控VOCs带来不利影响，严重影响环境和人体健康。环保溶剂单价较传统溶剂高，但使用成本相近甚至更低，加上环境、安全和健康成本，综合成本更低。当下，柔性版制版仍大量使用四氯乙烯＋正丁醇，转用环保溶剂的空间和环保及健康意义重大。

2.使用自带自动控制溶剂固含量和溶剂温度的制版洗版设备

如果制版洗版设备不能自动控制溶剂固含量和溶剂温度，不仅不利于控制溶剂的消耗量，而且将给制版质量的稳定性带来挑战。不稳定的溶剂固含量和溶剂温度，意味着不稳定的制版质量和忽高忽低的溶剂挥发量，甚至使得制版质量不合格。

3.尽量使用固含量为5%的溶剂

溶剂固含量对溶剂消耗量影响巨大，应尽量将溶剂的固含量设定为高限5%，相较于3%的溶剂固含量，固含量5%的溶剂消耗量将减少一半以上。模拟计算揭示出溶剂固含量对溶剂消耗量的巨大影响，制版洗版设备在5%溶剂固含量的情况下未能制出满意的版材，则可能制版和洗版设备存在问题，同样实践上设置5%的溶剂固含量，对于满足洗版质量是可行的。退而求其次，溶剂固含量为4%相比3%也会节省大量溶剂消耗。

4.尽量降低浮雕高度

相较于欧美，国内的柔性版制版倾向于保留较高的浮雕，高约0.2mm，特别在厚版制版上，差别有0.5mm之大。较低的浮雕不仅可减少溶剂使用量和消耗量，还能提高洗版效率，减少后续的烘干时间，减少版材在溶剂中的浸泡时间，减少溶剂对版材的侵蚀，对版材的印刷质量和耐印率有显著的正面影响。

溶剂制版作为柔性版制版的主要方式，将中长期存在，倡导使用环保溶剂，在使用环保溶剂的情况下，月制版量为1000m²的制版车间的溶剂月消耗量的合理范围为2.7～4.0桶（200升/桶）。

虽然溶剂只是柔性版制版材料成本的一小部分，但对溶剂消耗的管理，不但可以减少VOCs排放，对环境保护、提升制版车间安全和员工健康有积极的促进作用，而且有助于分析、发现制版设备、工艺或制版质量问题。