Сокращение выбросов ЛОС в пищевой упаковке с помощью современных флексографических красок

Согласно отраслевым данным, традиционные флексографские краски на основе растворителей, используемые для упаковки пищевых продуктов, содержат 300–500 г/л ЛОС. Одна производственная линия может выбрасывать более 100 кг ЛОС в день , что создаёт давление на соблюдение нормативных требований и увеличивает затраты на охрану окружающей среды.

Современные флексографские краски, особенно на водной основе и УФ-отверждаемые , добились значительного снижения содержания ЛОС благодаря технологическим инновациям. Эти краски сочетают в себе качество печати, безопасность пищевых продуктов и экологичность, что делает их ключевым решением для перехода пищевой упаковочной промышленности к низкоуглеродной технологии.

1. Проблемы выбросов ЛОС при упаковке пищевых продуктов

Выбросы ЛОС в пищевой упаковке в основном связаны с такими растворителями, как толуол, этилацетат и изопропанол. Их выбросы и остатки вызывают серьёзные проблемы с экологией и безопасностью по трём основным направлениям:

(1) Растущее нормативное давление

Экологические нормы во всем мире ужесточаются. Например, в Китае стандарт GB 38507-2020 ограничивает содержание ЛОС в упаковочных красках до ≤100 г/л (≤50 г/л для чернил на водной основе и ≤10 г/л для УФ-красок).
Для того чтобы системы на основе растворителей соответствовали этим нормам, затраты на оборудование для очистки окружающей среды могут превышать 280 000 долларов США (≈ 2 млн юаней) , а годовые эксплуатационные расходы составляют 5000–7000 долларов США , что является тяжким бременем для малых и средних предприятий.

(2) Риски безопасности пищевых продуктов

Лабораторные испытания показывают, что полиэтиленовые пакеты для пищевых продуктов, напечатанные чернилами на основе растворителей, способны удерживать 8,5 мг/м² остаточного растворителя при температуре, имитирующей контакт с пищевыми продуктами при 40 °C, что значительно превышает порог безопасности пищевых продуктов ≤5 мг/м² .
Длительное воздействие может повлиять на печень и нервную систему, представляя особую опасность для чувствительных категорий, таких как детское питание и молочные продукты.

(3) Эффективность против экологических затрат

Сольвентные чернила требуют 5–8 секунд сушки горячим воздухом, что приводит к высокому энергопотреблению и нестабильной адгезии.
Уменьшение содержания растворителя снижает выбросы ЛОС, но повышает вязкость, что приводит к неравномерному переносу и снижению скорости печати — с 300 до 200 м/мин , что приводит к снижению эффективности резки примерно на 30% .

2. Технологические достижения в области современных флексографских красок

Современные флексографские краски преодолели эти трудности благодаря замене растворителей, оптимизации конструкции смолы и инновациям в отверждении , что позволило добиться как низкого уровня выбросов ЛОС, так и отличных печатных свойств. Сегодня на рынке доминируют три основные технологии: чернила на водной основе, УФ-отверждаемые и спирторастворимые чернила .

(1) Флексографские краски на водной основе — экономичный и экологичный выбор

Чернила на водной основе используют воду в качестве основного растворителя, а уровень ЛОС снижен до 30–50 г/л — всего в десять раз по сравнению с чернилами на основе растворителей. Отсутствие бензола и кетонов значительно сокращает выбросы в окружающую среду.

Ключевые инновации:

• Улучшение адгезии: Гибридные акрил-полиуретановые смолы содержат полярные группы (–OH, –COOH), что улучшает адгезию к неабсорбирующим основаниям, таким как BOPP и PE, на 40% . Адгезия при поперечных разрезах достигает 4B–5B , что решает проблему «плохой адгезии».

• Более быстрая сушка: быстроиспаряющиеся сорастворители в сочетании с ИК-сушкой и сушкой горячим воздухом сокращают время сушки с 5 до 2–3 с , достигая производительности чернил на основе растворителя (≈ 250–300 м/мин).

• Соответствие пищевым стандартам: одобренные FDA смолы и органические пигменты обеспечивают содержание тяжелых металлов ≤ 0,001 мг/кг и удельную миграцию ≤ 0,02 мг/кг, что соответствует стандартам EU 10/2011 и FDA 21 CFR 175.300 .

Пример из практики:
Завод по упаковке молочных продуктов перешёл с сольвентных красок на водные флексографские краски с концентрацией ЛОС 45 г/л . Концентрация ЛОС в цехе снизилась со 120 мг/м³ до 35 мг/м³ без дополнительной очистки выхлопных газов. Годовая экономия затрат на охрану окружающей среды достигла 55 000 долларов США , а количество остатков растворителя сократилось с 7,2 мг/м² до 1,8 мг/м² при отсутствии жалоб на безопасность пищевых продуктов .

(2) УФ-отверждаемые флексографские краски — премиум-вариант с нулевым содержанием летучих органических соединений

УФ-отверждаемые чернила полимеризуются под действием ультрафиолетового света, практически не выделяя летучих органических соединений (≤ 10 г/л) . Благодаря сверхбыстрому отверждению (< 1 с) и превосходной долговечности они идеально подходят для печати на высококачественной упаковке, такой как подарочные коробки и металлизированные этикетки.

Основные технологии:

• Конструкция с низкой миграцией: гибридные системы эпоксидного акрилата + уретанакрилата в сочетании с фотоинициаторами с низкой миграцией позволяют удерживать непрореагировавшие мономеры на уровне ≤ 0,1% и общую миграцию ≤ 0,005 мг/кг, что безопасно для применения в детском питании.

• Отверждение с помощью светодиодов и УФ-излучения: Сенсибилизаторы снижают энергозатраты на отверждение, обеспечивая низкотемпературное отверждение, предотвращающее усадку подложки.

• Повышенная прочность: добавки Nano-SiO₂ повышают твёрдость до 2H и выдерживают более 600 циклов истирания (нагрузка 500 г) . Чернильный слой выдерживает погружение в кислоты и спирт в течение 24 часов без изменения цвета .

Пример из практики:
Бренд премиального шоколада использовал УФ-отверждаемые флексографские краски для упаковки из алюминиевой фольги. Выбросы ЛОС снизились практически до нуля, что исключило необходимость в системах очистки воздуха. Отвержденная пленка выдерживала температуру от –20 °C до 80 °C без растрескивания, прошла сертификацию FDA и LFGB и увеличила экспортные заказы на 35% .

3. Сценарии применения в упаковке пищевых продуктов

(1) Гибкая упаковка (пленка ПЭ/ПП, алюминиевые ламинаты)

Требования: Высокая устойчивость к растяжению, истиранию и отсутствие остатков растворителя для снеков, молочных продуктов и замороженных продуктов.
Выбор чернил:

• Чернила на водной основе для печати на упаковках среднего размера (например, на упаковках для закусок).

• УФ-чернила для высококачественных ламинатов (например, шоколадной фольги).

Оптимизация процесса:

• Обработка поверхности: ПЭ, обработанный коронным разрядом до ≥ 38 дин/см; нанести грунтовку на водной основе толщиной 0,5 мкм на алюминиевые ламинаты для улучшения адгезии.

• Сушка/отверждение: На водной основе — горячий воздух 50 °C + ИК ; УФ-чернила — LED-UV 365 нм, 100 мДж/см² .

• Данные о производительности: упаковщик замороженных продуктов, внедривший чернила на водной основе, сократил выбросы ЛОС на 85% , остаток растворителя ≤ 1,2 мг/м², уровень отходов с 10% → 3%, сэкономив 72 000 долларов США в год .

(2) Бумажная упаковка (коробки, пакеты, стаканчики)

Требования: Слабый запах, биоразлагаемость и чёткая цветопередача для коробок с печеньем, молочных пакетов и стаканчиков.
Выбор чернил: Чернила на водной основе; УФ-чернила для высококачественной упаковки.
Оптимизация процесса:

• Контроль влажности бумаги: поддерживайте влажность на уровне 6–8 % для обеспечения однородности цвета.

• Выбор анилокса: 1000 LPI для мелкой графики, 800 LPI для сплошных областей.

• Данные о производительности: производитель бумажных стаканчиков, использующий чернила на водной основе с концентрацией ЛОС 35 г/л, добился полного соответствия требованиям по запаху (GB 4806.4-2016), скорости печати 280 м/мин , увеличения ежедневной производительности на 20% и экономии 42 000 долл. США в год на расходах на очистку от ЛОС.

Заключение

В условиях ужесточения правил и растущих требований к безопасности пищевых продуктов современные флексографские краски превратились из опционального экологичного решения в обязательный переходный этап .
Чернила на водной основе обеспечивают экономичное и универсальное покрытие для упаковки массового рынка, а УФ-отверждаемые краски обеспечивают превосходную производительность и нулевой уровень выбросов — вместе они образуют двойную технологическую матрицу для снижения выбросов ЛОС в пищевой упаковочной промышленности.

Для производителей упаковки для пищевых продуктов выбор современных флексографских красок — это уже не просто вопрос соответствия требованиям, а стратегический шаг к снижению затрат, повышению конкурентоспособности и созданию устойчивого бренда .