成本效益分析有助于確定是否值得投資開發(fā)商用單張紙膠印機用低能耗UV固化系統(tǒng)。

　　Carsten Zölzer,Hubergroup Deutschland GmbH

　　在過去幾年，印刷和媒體行業(yè)進行了結(jié)構(gòu)調(diào)整，目前調(diào)整仍在繼續(xù)。這不但導(dǎo)致了印刷發(fā)行量的下降，而且使廣告收入從紙媒轉(zhuǎn)向數(shù)字媒體。在這個正在萎縮的市場環(huán)境中，印刷和媒體行業(yè)正面臨著巨大的競爭壓力,他們一方面通過實行多元化和專業(yè)化，另一方面不斷尋找提高效率的方法來應(yīng)對這一壓力。UV固化體系為商用單張紙膠印機提供了大量的機會，這也是針對低能耗固化技術(shù)最新進展的真實寫照。

　　商業(yè)印刷使用的膠印油墨通過物理化學(xué)過程實現(xiàn)干燥，其中包括樹脂的氧化干燥和基材對油的吸收，最后在紙張上形成一道干燥的油墨層。干燥時間受以下因素影響：油墨類型和油墨在基材表面的厚度；潤濕劑的質(zhì)量和在乳液中的比例；基材的性質(zhì)及其含水率；印刷速度以及許多其他參數(shù)。如果降低或完全去除潤濕劑中異丙醇的用量，印刷所需的干燥時間可能會延長。無論何種情況，干燥過程都需要16～24h。為此，交貨時間只能是24h后。

　　結(jié)果一覽

　　→UV固化系統(tǒng)為商用單張紙膠印機提供了大量機會。

　　→因為技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，所以它是低能耗固化最新進展的真實寫照。

　　→油墨制造商已經(jīng)適應(yīng)了新技術(shù)的發(fā)展，正在向印刷業(yè)提供可實現(xiàn)可靠印刷的產(chǎn)品。

　　→成本效益分析對比了各種干燥系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，也為投資決策提供了幫助。

　　UV油墨的固化

圖1 UV固化印刷油墨的組成

　　UV固化是通過UV輻射源、油墨配方中的各組分（光引發(fā)劑、基料、顏料和助劑；見圖1）以及生產(chǎn)參數(shù)（例如輻射強度和速度）之間的相互作用而實現(xiàn)的。油墨膜的固化干燥是由入射的UV輻射引發(fā)，進而發(fā)生連鎖反應(yīng)，實現(xiàn)油墨膜的固化。UV輻照將光引發(fā)劑分解成自由基，該自由基能和單體和低聚物發(fā)生交聯(lián)作用，生成聚合物，即最初的短分子鏈被轉(zhuǎn)變?yōu)檩^長的三維分子結(jié)構(gòu)。此過程稱為光聚作用。

　　自由基UV固化可在瞬間讓95%的油墨干燥，剩余部分在24h內(nèi)干燥。

　　這種瞬時固化的優(yōu)點是可立即進行印后操作（圖2）。

圖2 在常規(guī)干燥（頂部）和UV固化（底部）中的油墨的膜厚

　　不同的干燥系統(tǒng)

　　UV輻射可分為A、B、C3種波長范圍（圖3）。這3種波長以不同的方式影響油墨的干燥。

圖3 采用在各種波長下均能引發(fā)反應(yīng)的光引發(fā)劑組合，可控制油墨的表層固化和深度固化

　　>UV-A波長315～380nm，其對于油墨的深度固化和完全固化具有重要作用。

　　>UV-B波長280～315nm，兼有油墨的表層固化和深度固化作用。

　　>UV-C屬于短波UV，波長200～280nm，僅能實現(xiàn)油墨的表層固化。汞蒸氣燈的UV光譜范圍較寬，包括3種主要波長，254nm、315nm和366nm（圖4），是UV印刷常規(guī)應(yīng)用的理想選擇。

圖4 使用汞蒸氣燈的標準UV固化的輻射光譜

　　目前在一些特殊的應(yīng)用場合，例如特種油墨、高密度油墨層或不透明的白色油墨，越來越多地使用鐵摻雜的汞蒸氣燈進行固化，因為這類燈的最大輻射值的位置發(fā)生了偏移。它們在UV-A和UV-B（圖5）的中間位置具有更強的輻射輸出，它能產(chǎn)生2.4倍于普通汞燈在UV-A范圍內(nèi)的輻射強度，因此深度固化效果更佳。

圖5 使用鐵摻雜的汞燈輻射光譜

　　LED-UV干燥系統(tǒng)至今上市有一段時間了。LED燈是單色的，只在UV-A的波長范圍發(fā)出輻射（圖6）。UV-LED系統(tǒng)可提供梯度波長，范圍從365nm到405nm，每10nm為一個間隔。

圖6 LED-UV燈的輻射光譜

　　開發(fā)出的新型低能耗UV油墨可使用鐵摻雜的汞燈和LED燈輻射固化，固化干燥的結(jié)果與標準UV燈固化的油墨一樣，但能耗卻降低了80%。由于所使用的光引發(fā)劑只適合特定波長范圍，因此用于固化油墨的燈的波長范圍更窄。

圖7 波長光譜

　　低能耗UV技術(shù)

　　通過使用UV技術(shù)，特別是新型低能耗固化系統(tǒng)，商用打印機具備以下技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢：

　　>UV引起的瞬時固化可以確保紙張在交貨碼堆中是干燥的，并為印后操作及時做好準備。不僅有利于即時生產(chǎn)，而且減少了不必要的等待時間，還能騰出用于其他目的的必要存儲空間。因此，使得訂單周轉(zhuǎn)時間低于24h成為可能。

　　>瞬時固化的紙張不再需要為防止沾臟而噴粉，進一步降低了成本。

　　>UV油墨的特點是具有較高的機械耐性（即：在耐磨損性和污漬擦拭測試中的結(jié)果更為優(yōu)異；見圖8），因此不再需要噴涂防護性分散體涂層。由于不用分散體涂料，因此不需要另設(shè)干燥設(shè)備，不僅降低了原料成本，而且低能耗UV油墨僅需一套UV固化裝置，降低了能耗。

　　>由于出現(xiàn)了新型的UV燈技術(shù)，固化期間再也不會形成臭氧。

　　>因為用于本固化技術(shù)的UV油墨活性高，即靈敏度高，因此固化裝置中燈的數(shù)量可減少。能耗的降低還帶來了其他好處，例如溫度可以更低，并消除了臭氧。

圖8 常規(guī)油墨（左）和UV油墨（右）抗污漬擦拭測試結(jié)果（印刷完成后，立即進行該項測試。使用無光的涂層紙為基材，每張紙的質(zhì)量90g/m²）

　　因此，沒必要進行冷卻，也沒有必要在UV固化裝置上使用臭氧排除系統(tǒng)。基材表面的熱應(yīng)力也很低，只有幾度，而使用常規(guī)分散體涂料產(chǎn)品時底材的熱應(yīng)力往往要達到20°C。

　　瞬時固化的特性使UV油墨可用于眾多的基材，其中很多基材用于傳統(tǒng)商用印刷機時存在很多問題，包括天然和再生紙以及非吸收性基材，例如涂層紙和膜材。

　　UV油墨的耗墨量要比常規(guī)單張紙膠印油墨低10%～15%，并具有更高的光澤，凸顯了UV油墨的優(yōu)點。CMYK（青-洋紅-黃-黑四色套版）顏色高度符合膠印印刷的ISO標準。

　　成本效益分析

　　做投資決策時，如何權(quán)衡與常規(guī)單張紙膠印相比的優(yōu)勢？下面的成本效益分析樣本可提供一些指標參考。

　　這個成本效益分析先制定一份清楚的技術(shù)和經(jīng)濟標準清單，借助三價值標尺對這些標準進行加權(quán)，然后評估其優(yōu)缺點。對于技術(shù)優(yōu)勢，用戶必須根據(jù)其特定生產(chǎn)環(huán)境情況調(diào)整權(quán)重（表1）。

表1 成本效益分析示例；本示例中，UV固化油墨體系具有更高的綜合效益。1=差異較小/3=差異較大/9=差異巨大//+優(yōu)點/-缺點

　　毫無疑問，技術(shù)優(yōu)勢總是需要有成本對比的支撐。通過比較兩種油墨體系的所有相關(guān)成本的計算，確定哪一個總年度成本更低。必須依據(jù)以下實際的計劃數(shù)據(jù)來確定消耗數(shù)據(jù)：

　　>計劃的生產(chǎn)能力

　　>設(shè)備的適用性

　　>生產(chǎn)時間（取決于平均訂貨量）

　　>生產(chǎn)運行速度

　　由此來確定最終的年產(chǎn)量，用此年產(chǎn)量來確定消耗數(shù)據(jù)，例如采購成本、油墨成本、涂料成本、能耗成本和維護成本。盡管每公斤低能耗UV油墨的單價是常規(guī)膠印油墨的兩倍多，但油墨消耗卻降低了15%。此外，能耗成本只有常規(guī)體系（分散體涂料）能耗成本的三分之一。

　　潛力巨大

　　總的來說，低能耗UV技術(shù)（由設(shè)備制造商提供，品牌包括“H-UV”、“LE-UV”、“LEC-UV”或“LED-UV”），具有巨大潛力，可在未來競爭激烈的印刷機市場中站穩(wěn)腳跟。由于UV技術(shù)在職業(yè)安全和健康（UV固化過程中不產(chǎn)生臭氧）方面取得重大進步，以及能耗成本的大幅度下降，它已不再只是一個利基產(chǎn)品（小眾產(chǎn)品），在膠印印刷行業(yè)已取得了穩(wěn)定的商業(yè)地位。這一斷論從歐洲輻射固化油墨消費量的大幅度上升——EuPIA聲稱其產(chǎn)量每年上升8%（從2013年27391t增加到2015年的31755t）——以及這項技術(shù)在所有行業(yè)展會上的亮相中得到了證實。

　　Carsten Zölzer

　　Hubergroup Deutschland公司

　　UV生產(chǎn)管理部負責人

　　carsten.zoelzer@hubergroup.com

“預(yù)計價格可能會略有下降。”

　　向CarstenZölzer提出3個問題

　　在使用吸收性基材的情況下，低能耗UV技術(shù)對光引發(fā)劑的使用有哪些積極或消極的影響，影響程度有多大？

　　光引發(fā)劑的選擇取決于所用特定燈的光譜。一般來說，無論是標準的UV固化裝置還是低能耗UV固化裝置，印刷工人需要定期檢查固化裝置的能耗水平。只有輸入足夠的能量時，UV油墨才能完全固化。如果輸入能量不足，吸收性基材吸收的油墨尚未完全反應(yīng)，它就不會固化。因此印刷工人必須操作仔細，以避免出現(xiàn)類似其他所有打印過程一樣的問題，否則風險很大。

　　為什么低能耗UV油墨比常規(guī)單張紙打印油墨更昂貴，其價格是否有降低的空間？

　　低能耗UV油墨比標準UV油墨或其他單張紙膠印油墨更昂貴的原因是原材料成本更高，特別是光引發(fā)劑，不大可能是顏料。一旦這種固化干燥技術(shù)占有更多的市場份額，預(yù)計價格會有所下降。在一定程度上，這些較高的成本可通過低能耗UV固化的油墨用量降低15%來抵消。

　　用于低能耗UV技術(shù)的UV燈和常規(guī)燈的使用壽命是否存在差異？

　　根據(jù)我們的經(jīng)驗，標準汞蒸氣UV燈的使用壽命與鐵摻雜的燈系統(tǒng)的使用壽命相同，因為它們采用相同的固化技術(shù)。制造商稱，固化燈的工作時間為2000h，在特殊情況下可達4000h。然而，LED燈的使用壽命與之相差很大，其使用壽命可長達約20000h。