■ 文/上海出版印刷高等?？茖W校 崔慶斌

隨著經濟的快速發(fā)展，紙杯在國內的需求量增長迅速，根據中國產業(yè)信息網發(fā)布的《2015—2020年中國紙杯紙碗市場年度調研及發(fā)展趨勢研究報告》調查結果，預測紙杯從2015年的362億只/年，發(fā)展到目前的635億只/年，預計到2025年，紙杯需求量會達到914億只，這是一個隨著經濟發(fā)展而快速成長的消費市場，如圖1所示。

圖1 淋膜紙杯

根據國外調研機構發(fā)布的測算數(shù)據，雖然歐美市場紙杯和紙碗普及水平較高，但中國是全球最大的紙杯和紙碗產銷市場，該區(qū)域紙杯和紙碗占全球市場總量的42.3%，歐盟占比為25.3%。

由歐洲限塑令引起的去塑化發(fā)展趨勢，國內外公司目前都專注于這一領域，研發(fā)和研究新的技術或工藝來解決紙杯去塑化問題。英國一家生物降解包裝公司（BIOPAC）為紅牛軟飲料特制了一種紙質可生物降解飲料杯，專供大型戶外活動以及大型體育賽事飲料供給之用，已經得到了大眾的廣泛認可[2]。但是這些可降解材料的成本高居不下，僅限于小眾的高品質和高要求應用。

UPM公司特殊造紙部門，也推出一款UPM Solide Lucent半透明牛皮紙，符合FSC標準，可循環(huán)降解使用[3]，且適用于傳統(tǒng)、數(shù)碼印刷加工，但價格同樣不菲。

針對目前應用最為廣泛的、常用的一次性紙杯和紙碗，開發(fā)一款純水性環(huán)保底涂料，以替代目前一次性紙杯或紙碗中的PE或PLA淋膜。通過柔版印刷聯(lián)線涂布，可達到良好的可降解、防水、抗油等性能；在替代傳統(tǒng)PE+PLA淋膜層，實現(xiàn)去塑化更環(huán)保的同時，印刷和涂布可通過柔印一次完成，具有效率高、成本低的優(yōu)勢。該產品可廣泛用于紙杯、快餐等柔印包裝產品且能達到歐盟限塑令標準。

1 紙杯和紙碗在國內外的印刷加工工藝現(xiàn)狀

無論在國外還是在國內，淋膜紙杯和紙碗的傳統(tǒng)加工工藝包含：原紙淋膜、分切、印刷、模切、成型、包裝。本文重點討論模切之前的淋膜和印刷2個環(huán)節(jié)[4]。

紙杯和紙碗的印刷在歐美以柔印為主，其中美國預計超過95%，歐洲也達到88%的比例。膠印紙杯即使使用大豆油油墨等環(huán)保型油墨，其環(huán)保性能也無法達到水性柔版油墨得水平。紙杯印制客戶的環(huán)保需求，尤其是國際品牌，如麥當勞、肯德基、可口可樂、百事可樂等品牌的要求較為苛刻。因此，在國內由膠印和柔印共存向柔印為主發(fā)展逐步成為主流，并且柔印的生產成本更低、效率更高[5]。從長遠來看，在我國紙杯和紙碗等食品包裝領域，采用柔印完成的比例會越來越高。

2 涂層處理現(xiàn)有種類

紙杯和紙碗主要應用食品級紙張通過涂層或復合處理而成，傳統(tǒng)處理方式包括涂蠟或淋膜。過去使用最多的是涂蠟紙杯，用蠟浸泡過，只可以裝冷飲，不能裝含油的食品，因為油能溶解蠟。蠟在40℃左右就會融化，而蠟含致癌物質多環(huán)芳烴[6-7]。所以現(xiàn)在主流應用由紙杯原紙和塑料樹脂粒子擠出復合組成的紙杯，塑料樹脂一般使用聚乙烯樹脂(PE)，紙杯原紙經淋膜單面PE膜或雙面PE膜后成為單PE紙杯紙或雙PE紙杯紙[8]。PE具有無毒、無臭、無味，衛(wèi)生性能可靠，化學性能穩(wěn)定，物理及力學性能均衡，耐寒性好，抗水、防潮性和一定的阻氧、耐油性，成型性能和熱封性能優(yōu)良等優(yōu)點。

3 新型水性丙烯酸酯樹脂涂布材料

為減少使用VOCs物質，目前國際國內樹脂相關產業(yè)主要以水性樹脂（如聚氨酯、環(huán)氧樹脂、水溶性丙烯酸等）為原材料，并采用樹脂改性或成鹽、細粒徑乳化法等制備工藝。然而，聚氨酯、環(huán)氧樹脂等水劑型樹脂的聚合方式注定了其只能進行水性化改性。而在水基型樹脂的改性制備過程中，雖然可以減少使用VOCs物質，減少有毒有害物質的使用，但仍無法做到完全擺脫VOCs。因此，現(xiàn)有的水性樹脂的生產過程中涉及VOCs排放，對環(huán)境安全產生威脅。

納米級水性窄分子量分布丙烯酸共聚酯可用于制備純水性油墨，合成純水性丙烯酸共聚酯的原料包括基礎單體，如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸和丙烯酸丁酯?；A單體在純水體系中通過乳化劑和光引發(fā)劑的作用聚合成上述丙烯酸共聚酯。丙烯酸共聚酯的D50粒徑為40～65 nm[9、13]，多分散指數(shù)PDI(Mw/Mn)<1.05[10-12]，可提供了一種純水性油墨。該純水性油墨無需添加有機溶劑來降低體系的黏度。因此消除了對含VOCs物質的依賴，保障了人體健康。同時，干燥速率快，無需添加有機催干劑，極大地減少了VOCs的排放；附著力強，具有良好的耐水性，不會產生回粘現(xiàn)象；并且還具有良好的色彩展現(xiàn)，良好的應變力和優(yōu)秀的耐水煮性能。相關性能指標如表1、表2、表3、表4所示。

表1 紙基替塑性能測試

表2 總遷移量指標的符合性

表3 感官（氣味和味道）指標的符合性

表4 重金屬特定遷移量指標的符合性

3 結 語

我國政府為了履行國際減排承諾，積極推動綠色低碳循環(huán)發(fā)展、培育綠色市場，全面加強揮發(fā)性有機物（VOCs）污染防治工作。純水性納米功能性樹脂涂布的研究和產業(yè)化，為包裝印刷、食品包裝內層涂裝等食品安全、環(huán)保重點治理行業(yè)，從源頭上控制VOCs開辟了一個全新的環(huán)境友好型產業(yè)鏈。未來很多產業(yè)將會依靠純水性樹脂涂層實現(xiàn)產業(yè)提升。