產業綠色資訊網

一、低污染油墨

(一)油墨種類介紹

1. 水性墨：

水性墨係由水性高分子樹脂、乳劑、有機顏料、溶劑(主要為水及乙醇)及相關助劑所製成。

水性墨連接料採水溶性高分子乳液，或水分散性樹脂胺類化合物及少量乙醇所组成，成份直接影響水性墨的光澤度、穩定性、耐水性及耐熱性等功能。

水性墨中 pH 值扮演極重要的操作條件，可影響水性墨黏度及印刷後乾燥效率。一般以胺類化合物來控制pH值，使典型水性墨呈弱鹼性，pH值範圍界於8~9，其品質較為穩定；pH>9.5可使水性墨黏度降低、乾燥速度變慢及耐水性能變差；pH<8.5 則影響到顏色強度、黏度升高而使水墨容易產生氣泡，且易乾燥而引起版污等現象。綜上，印刷製程必須嚴格控管水性墨之pH值等操作參數，方能使水性墨展現最好的品質。

水性墨主要成分包含水(部分會添加少量溶劑―乙醇，但添加醇類之墨仍屬含VOCs之墨水)、水溶性樹脂、顏料、添加劑(助劑)等四大類，以下就不同成分使用注意事項分別說明

(1)顏料

不同顏料之物理及化學性質有細微差異，多種顏料可能導致顏料分散不易，甚至儲存過程發生顏料沉澱或浮色現象。故選用顏料時須審慎考慮，包含顏料的酸鹼度、水溶性及其他物理、化學反應等。

表1 不同類型低VOCs塗料的比較

(2)水性樹脂

水溶性樹脂主要功能是控制油墨之黏度、固定及分散顏料，使油墨之色料均勻分布。

表2 常見水性樹脂種類

資料來源：化學製品製造業(水性油墨業)之製造業原物料耗用通常水準調查報告

(3)添加劑

製造過程使油墨狀態穩定、印刷適性良好及易儲存，通常會加入特定添加劑。

表3 常見水性墨之添加劑及其功能

資料來源：化學製品製造業(水性油墨業)之製造業原物料耗用通常水準調查報告

表4 國內外水性墨主要廠商及其網址

資料來源：本計畫彙整

2. 植物性油墨

成份包含鹼性黃豆油、碳氫化合物樹脂及顏料，藉以替代石油基質的印刷油墨。植物性油墨原料包括黃豆油、玉米油、松油、蓖麻油、椰子油、葵花子油及油菜籽油等，因此黃豆油墨及其他種具替代性配方之植物油墨，則首先被開發引進報紙印刷產業，且原料具產量豐富、價格便宜及安全性可靠等特性。惟尚不適用於塑膠包裝印刷上，故塑膠包裝印刷需其他低VOCs油墨。

3. 紫外線硬化油墨(UV墨)

UV墨係利用紫外線(UV, 波長 200~400 nm)或電子射線(EB, 波長 10-3~10nm)照射後產生能量，連結成份中的單體聚合成聚合物，可瞬間完全硬化，達到乾燥成膜的效果。

UV油墨含少量或完全不含有機溶劑，且UV墨硬化速度快，惟UV墨價格高且投資門檻高，具刺激性及產生臭氧，故業者較少選用UV油墨。

(二)使用現況

目前水性墨的品質及使用技術已漸漸成熟，如美國塑膠印刷中有40%採用水性墨，日、德、法的水性墨用量也越來越多。英國已立法禁止溶劑型油墨。而國內印刷業者改用水性墨的技術也很成熟，已知的產品：衛生用品的塑膠薄膜、醫材塑膠薄膜、電子3C產品的抗靜電塑膠薄膜、飲料標籤薄膜等。

改用水性墨的成本，主要在墨材及設備兩方面。採用台灣製造的勻彩水性墨成本約比油墨貴100-200元/公斤，採用德國盛○科、日本東○的水性墨則再更貴一些。設備依照機台情形，須加裝一座能烘乾水的烘箱段，若機台已有則無須加裝；或另行採購Flexo凸版印刷機。

與傳統油墨VOCs減廢措施相較，加裝RTO設備建置成本為1-2千萬元，每月還需固定支出燃料費約10~50萬元；一是因為RTO設備無法依據產量調整燃燒量，二是因為VOCs若燃燒不完全反而產生更有害的化學物；是以企業採用傳統油墨的減廢成本非常高。

表5 不同類型油墨VOCs百分比及主要溶劑種類

資料來源：行政院環保署，工廠空氣污染防制控制輔導與示範執行專案工作計畫，2001。

(三)水性墨使用注意事項

1. 顏料

水性墨因不使用溶劑而使用水作分散劑，因水的表面張力及極性都與溶劑差別大，使得顏料分散較為困難，直接影響到油墨的穩定性、黏度和pH值。其中可採用添加表面活性劑可增加樹脂和水的親和力及顏料與水溶性連線料的親和力，從而解決油墨的穩定性問題。水墨的黏度和pH值是需要精確控制的。當pH值高於9.5時，鹼性太強，油墨的黏度會降低，乾燥速度變慢、耐水性能變差；當pH值低於8時，鹼性又太弱，油墨的黏度升高，乾燥速度加快，會造成髒版、糊版、起泡等缺陷。故建議選擇黏度低、體系穩定的顏料來製作水性墨。

2. 溶劑

水性墨所用溶劑需具有：①溶解樹脂，給與墨性；②調節黏度，給與印刷適應性；③調節乾燥速度。水性墨還要求具有無毒的特性，因而它的溶劑主要是純淨水和少量的醇類，如水、乙醇、丁醇、異丙醇等。這些溶劑可以輔助水增強溶解樹脂的能力，提高顏料的分散性能，並加速滲透，抑止發泡。

3. 助劑

為提高水性墨的各項性能需添加各種助劑，而水性墨所用助劑較溶劑型油墨更為重要。常用的水性墨助劑有以下幾種：

• 消泡劑：用來消除水性墨中的泡沫，用量約1％～2％。
• 穩定劑：主要防止水墨在貯藏、運輸中聚結、發霉，降低水墨黏度和調節水墨的pH值，一般使用氨水或乙醇胺等助劑。
• 其他助劑：分散劑、防腐劑、流平劑、增滑劑及交聯劑等。通過科學使用這些助劑來改善水性墨的弱點，可提高水性墨的穩定性能。

4. 製程

由於水性墨固形物含量較高，可以在較薄墨膜沉積。因此相對於溶劑型油墨．它的塗布量(單位印刷面積所消耗的油墨量)較少，且因水墨採用水做溶劑，採用鹼溶性酸性樹脂作為連結料，因而水墨的乾燥較溶劑型油墨要慢，所以，通常要在溶劑中加入少量的醇類物質來提高水墨的乾燥速度，但因此可能造成印刷速度降低或醇類超過水性塗料限制。

油墨的乾燥性與其黏度、pH值也是相關的。油墨乾燥但可能是黏度太高，可採用進一步稀釋的辦法來解決；油墨乾燥快，可能是pH值低於8.5，可加入穩定劑進行調整。此外，還可根據實際印刷速度向油墨中加入快乾劑或慢乾劑，適當地改變水墨的乾燥速度以得到穩定的印刷效果。快乾劑或慢乾劑的用量一般為總墨量的1%~2%。

水墨中使用的連結料主要是鹼溶性酸性樹脂，所以pH值的控制顯得非常重要。通常pH值應控制在8.5一9.5，這時水墨的印刷性能最好，印品質量最穩定。

由於胺在印刷過程中在不斷揮發，操作人員還要不時地加入新墨和各種添加劑，所以油墨的pH值隨時都在發生變化。當水墨的PH值高於9.5時，鹼性太強，水墨的黏度會降低，導致乾燥速度變慢、耐水性變差；當pH值低於8.5時，鹼性太弱，水墨的黏度會升高，造成乾燥速度變快，易堵塞印版及網紋輥，引起版面髒，而且會產生氣泡，導致印刷失敗。

水性墨技術過去掌握在日本及德國，業者如採用水性墨必須使用符合水性墨乾燥特性的印刷機（烘箱段要1公尺以上且乾燥溫度能調整至50度以上），舊型的印刷機種往往烘箱段不到1公尺，因此無法直接採用水性墨。

由於pH值的影響和黏度直接相關，所以建議在實際印刷中將兩者聯繫起來控制，尤其在套色印刷時，更應該重視這個問題。通常除黏度杯外，還應準備一個簡單的PH值指示計，以便隨時進行檢測。當水墨pH值偏低時，可加入PH值穩定劑或少量鹼性物質；pH值偏高時，可加入溶劑或稀釋劑進行稀釋。

二、廢氣收集

工廠空氣污染防制工作，多重於管道末端廢氣之處理，但廢氣收集與處理一樣重要。透過適當的圍封可減少抽風量，增加廢氣中VOCs濃度。逸散減少除保障員工健康外，並可減少應繳納之空污費，故廢氣收集在規劃空氣污染防制設備時應特別考量。

目前地方環保機關主要認可之集氣方式為「密閉負壓操作」及「包圍式操作」，2種局部圍封方式之條件與換氣控制效率及圖示如表6及圖1所示。

表6 2種局部圍封方式之條件與換氣控制效率

資料來源：「公私場所固定污染源申報空氣污染防制費之揮發性有機物之行業製程排放係數、操作單元（含設備元件）排放係數、控制效率及其他計量規定」附表

資料來源：行政院環保署，重大污染源空氣污染物排放管制暨光學量測技術查核計畫，2017。

圖1 固定污染源揮發性有機物製程集氣設施控制效率

集氣設施為控制逸散性VOCs排放源最重要設備之一，針對凹版印刷製程，建議盡可能採用密閉負壓操作方式進行局部換氣，其設計裝置是否適當，將影響集氣效果及後續處理設施之規模甚鉅。茲先就法令規範對業者進行說明，再就控制風速及風量、亂流、常見缺失及應注意事項說明如下：

(一)勞動部職安法規之規定

勞動部職業安全衛生法(以下簡稱職安法)要求雇主應在合理可行範圍內，採取必要之預防設備或措施，使勞工免於發生職業災害，也就是雇主應依據實際狀況及危害預防原則來採取必要之措施。除此之外，職安法也依據過去職業災害之經驗與國際上相關規定，要求特定設備、作業或處置有害物等情況，採取指導性規範，要求事業單位必須設置符合規定之必要安全衛生設備及措施。

職安法要求只要有特定作業或處置特定有害物就必須採取特定措施，例如職安法第 6 條、職業安全衛生設施規則、有機溶劑中毒預防規則、粉塵危害預防標準等規定，常依據過去經驗設定，但限於法規條文，有時候無法清楚說明相關原則或學理，如依規定事業單位必須提供勞工足夠之新鮮空氣，初步可看出符合勞工人數多、工作場所空間小則需要較多新鮮空氣之原則。

提供新鮮空氣為整體換氣的主要功用之一，目的在於避免有害物累積於工作場所，也就是透過氣流將有害物排出或將其稀釋。因此國內外作業場所通風標準中都訂有最少通風量要求，如我國職業安全衛生設施規則即對作業場所通風量，依作業場所之氣積與人員數目有所規範，以期有害物濃度低於容許濃度標準。「職業安全衛生設施規則」第 312 條即規定勞工工作場所機械通風設備換氣標準如表7 所示

表7 勞工工作場所機械通風設備換氣標準

換氣量計算：(1)依室內人數計算，每小時換氣量(m3/hr)＝人數 x 每個人每小時換氣量；(2)依室內容積計算，每小時換氣量＝室內容積(m3) x 每小時換氣次數(1/hr)。

另根據有機溶劑中毒預防規則第二章第 15 條規定雇主設置之整體換氣裝置應依有機溶劑或其混合物之種類，計算其每分鐘所需之換氣量，具備規定之換氣能力，其計算方法如表8 所示

表8 室內換氣能力計算方式

註：每分鐘換氣量之單位為立方公尺，作業時間內一小時之有機溶劑或其混存物之消費量之單位為公克

(二)製程區域控制風速

氣罩完全吸引VOCs廢氣所需之氣體流速稱為控制風速，其定義為氣罩前緣，氣體所須具備之最小速度，以克服相反之氣流，使污染之空氣能流入氣罩之內。

於實際設計上，當有控制風速之具體參考資料或作業別控制風速資料時，則可依該資料所列者選定；若無前者資料可予參考使用時，各種污染物質及發生狀況之常用控制風速如表9所示。

決定控制風速大小之因素一般包括：

• 氣罩型式：愈佳之氣罩型式，控制風速可較低。
• 污染物質之物理特性，例：分子量、比重、粒徑大小等。
• VOCs或有害物質之危害程度，例：毒性大小。
• 發生源及捕集點(飛散界限內之點均稱之)周圍氣流之大小與方向。
• 捕集點與氣罩之相關位置。
• 污染物質於發生源之狀況，例：擴散速度、慣性力大小、方向等。
• 周圍氣流(例：橫風)對氣罩吸引空氣流線之影響。

表9 不同條件之控制風速參考值

資料來源：行政院環保署，空氣污染防制專責人員訓練教材，2010。

(三)氣罩設置之常見缺失及應注意事項

1. 氣罩設置之常見缺失

氣罩為局部排氣系統入口部份，是整個系統中相當重要的一環。氣罩型式及排氣量均將影響後續單元，如風車、風管及控制設備等之容量大小及消耗動力，其排氣效果更直接影響作業環境改善及污染防制成效。因此，氣罩若無實際之集氣效果，或雖具良好效果但妨礙作業之進行，均非設計良好之集氣設備；常見之主要缺失如下。

• 氣罩型式選用不適切。
• 氣罩面積未有效涵蓋污染源。
• 氣罩開口部面積過大。
• 氣罩距污染源過遠。
• 控制風速不足(原因可能來自：系統壓損過大、風車老舊或維護不良)。
• 集氣效果受橫風干擾。
• 氣罩破損、洩漏。

氣罩於不同行業別集氣常見問題與改善對策如表10所示。

表10 不同行業/製程別集氣之常見問題與改善對策

資料來源：行政院環保署，工廠空氣污染防制控制輔導與示範執行專案工作計畫，2001。

2. 氣罩設置應注意事項

• 應視作業方法、擴散狀況，選擇適當之氣罩型式及大小。
• 氣罩應儘可能設置於每一發生源及接近發生源。
• 不使被污染之空氣流動經作業人員之呼吸帶。
• 必須具備足夠之控制風速。
• 為避免因抽引距氣罩開口面過遠處之污染物而導致抽氣量過大的狀況出現，就圓型氣罩(設直徑為D)，其抽引距離以不超過1倍的D為原則；就矩型氣罩(設寬為W)，其抽引距離以不超過 1.5倍的W為原則。
• 儘量密閉發生源及製程，儘可能使用圍封式氣罩。
• 氣罩抽氣方向儘可能與污染源氣流運動方向一致，以充分利用污染氣流之初始動能。
• 減少或消除周圍氣流對氣罩吸引空氣流線之影響。
• 氣罩於必要時可加裝凸緣，其風量約可降低20~50%，而壓損約可降低50%。
• 儘量減少集氣罩之開口面積，以減少抽氣量。
• 應使用氣罩抽引污染空氣，儘可能不使用風管抽引。
• 作業時間內應保持有效運轉。

(四)氣罩結構與材料選用重點

1. 氣罩結構

若溫度與污染物之腐蝕性不太嚴重，氣罩材料通常選用鍍鋅鋼製就足敷所需。如果有「彎頭」及「連接處」，其金屬材料之厚度至少要比所連接管道板材者為大。除了較小的氣罩外，通常都需要架裝角鋼加以補強。

2. 耐高溫材料

溫度於480℃以下時，建議可選用黑鐵(非不銹鋼之鐵材類)節省成本；溫度於200~260℃之間通常用厚度約2.6mm的金屬板材。其所需厚度與溫度成正比例增加，一直到76mm的厚度為止。溫度高過480℃甚至到870~980℃時必須使用不銹鋼，若氣罩的溫度周期性地高過980℃，或者是長時期的高於870℃者，則必須使用具有耐火性的金屬材料。

3. 抗腐蝕性材料

有許多材料能適用於有腐蝕性的情形，合板用於輕質粉塵或暫時性的設備。有時也可以在鋼上面塗一層橡皮或塑膠，就像塗油漆一樣。如果腐蝕性很嚴重的話，氣罩必須用PVC板、纖維玻璃或其他耐腐蝕材料等。

4. 氣罩與管道之連接

雖然設計氣罩最重要的項目是大小、形狀、氣罩面方位及排氣風量等，氣罩之深度及其與管道連接處之形狀亦要考慮在內。若氣罩太淺，其效果無異是只在管道的開口加裝凸緣而已；但是如果太深則將浪費許多磨擦耗損之能量。於氣罩與管道之間必須有一個圓錐形的連接部，其角度小於60°，此一連接部之形狀是氣罩「壓損」的決定因素。

(五)集氣設計整體規劃

良好的廢氣收集系統，應針對污染產生源以最少量、最有效之集氣方式0進行設計，除了前述的氣罩型式選擇之外，抽氣管線、抽風機，乃至廢氣處理設備的選擇，必須作整體規劃。設計要點及步驟如下：

• 標定製程可能產生空氣污染物的來源，建立污染源廢氣特性，如溫度、酸鹼度、VOC濃度等。
• 配合各污染源製程特性、物料進出動線等，設計適合之氣罩，設計時應優先考慮圍封之可能性(如圖2)，以減少抽氣量。
• 列出每個氣罩、圍封設施的抽氣量、壓損及最小收集速度，為防止廢氣中的雜質堆置於管線，風管內的氣體流速應大於10~12米/秒。
• 依據第1點的廢氣特性，決定是否合併收集管線，須注意酸鹼廢氣不可合流以免產生鹽類堆積於風管；有機廢氣如含有顆粒應在收集點予以去除。VOC廢氣管線須考慮防火及消防。
• 依據現場動線及廢氣處理設備位置，決定風管走向及管徑，列出風管的壓損係數。如有數個收集管線合併，須注意各會合點的配置，避免壓力不平衡或造成風牆，影響末端收集效果。
• 計算收集風管與主風管的速度壓力、磨擦損失、總壓損。分支管、彎管應優先以45度角配置，空間不足時才考慮90度直角，彎頭轉彎半徑不得小於風管直徑。彎頭與合流型式可參考圖3。
• 考量廢氣收集管線與處理系統的總壓損，選擇馬力與壓力合適的風車。
• 風管、風車與廢氣接觸部位的材質須注意廢氣性性，例如酸鹼廢氣建議採用FRP材質，VOC廢氣使用SS400或SUS 304，且須注意消防安全與防爆設施。
• 廢氣收集管線應每隔一段距離標示管中氣體性質、流向、上下游設備等，以避免未來製程擴充時，不同性質的廢氣錯接。
• 廢氣處理設備的選擇，應考慮採用最佳可行控制技術(BACT)，以及未來增產時的可擴充性，建議防制設備與抽氣風車至少有一座備用設備，以免設備或風車損壞時影響製程生產。

資料來源：塗裝業空污防制設備經驗分享簡報 2021 張宗良教授

圖2 透過圍封降低VOCs逸散圖

 

圖3 常見風管彎頭及合流方式