成本效益分析有助于确定是否值得投资开发商用单张纸胶印机用低能耗UV固化系统。

　　Carsten Zölzer,Hubergroup Deutschland GmbH

　　在过去几年，印刷和媒体行业进行了结构调整，目前调整仍在继续。这不但导致了印刷发行量的下降，而且使广告收入从纸媒转向数字媒体。在这个正在萎缩的市场环境中，印刷和媒体行业正面临着巨大的竞争压力,他们一方面通过实行多元化和专业化，另一方面不断寻找提高效率的方法来应对这一压力。UV固化体系为商用单张纸胶印机提供了大量的机会，这也是针对低能耗固化技术最新进展的真实写照。

　　商业印刷使用的胶印油墨通过物理化学过程实现干燥，其中包括树脂的氧化干燥和基材对油的吸收，最后在纸张上形成一道干燥的油墨层。干燥时间受以下因素影响：油墨类型和油墨在基材表面的厚度；润湿剂的质量和在乳液中的比例；基材的性质及其含水率；印刷速度以及许多其他参数。如果降低或完全去除润湿剂中异丙醇的用量，印刷所需的干燥时间可能会延长。无论何种情况，干燥过程都需要16～24h。为此，交货时间只能是24h后。

　　结果一览

　　→UV固化系统为商用单张纸胶印机提供了大量机会。

　　→因为技术和经济优势明显，所以它是低能耗固化最新进展的真实写照。

　　→油墨制造商已经适应了新技术的发展，正在向印刷业提供可实现可靠印刷的产品。

　　→成本效益分析对比了各种干燥系统的相关参数，也为投资决策提供了帮助。

　　UV油墨的固化

图1 UV固化印刷油墨的组成

　　UV固化是通过UV辐射源、油墨配方中的各组分（光引发剂、基料、颜料和助剂；见图1）以及生产参数（例如辐射强度和速度）之间的相互作用而实现的。油墨膜的固化干燥是由入射的UV辐射引发，进而发生连锁反应，实现油墨膜的固化。UV辐照将光引发剂分解成自由基，该自由基能和单体和低聚物发生交联作用，生成聚合物，即最初的短分子链被转变为较长的三维分子结构。此过程称为光聚作用。

　　自由基UV固化可在瞬间让95%的油墨干燥，剩余部分在24h内干燥。

　　这种瞬时固化的优点是可立即进行印后操作（图2）。

图2 在常规干燥（顶部）和UV固化（底部）中的油墨的膜厚

　　不同的干燥系统

　　UV辐射可分为A、B、C3种波长范围（图3）。这3种波长以不同的方式影响油墨的干燥。

图3 采用在各种波长下均能引发反应的光引发剂组合，可控制油墨的表层固化和深度固化

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

　　>UV-B波长280～315nm，兼有油墨的表层固化和深度固化作用。

　　>UV-C属于短波UV，波长200～280nm，仅能实现油墨的表层固化。汞蒸气灯的UV光谱范围较宽，包括3种主要波长，254nm、315nm和366nm（图4），是UV印刷常规应用的理想选择。

图4 使用汞蒸气灯的标准UV固化的辐射光谱

　　目前在一些特殊的应用场合，例如特种油墨、高密度油墨层或不透明的白色油墨，越来越多地使用铁掺杂的汞蒸气灯进行固化，因为这类灯的最大辐射值的位置发生了偏移。它们在UV-A和UV-B（图5）的中间位置具有更强的辐射输出，它能产生2.4倍于普通汞灯在UV-A范围内的辐射强度，因此深度固化效果更佳。

图5 使用铁掺杂的汞灯辐射光谱

　　LED-UV干燥系统至今上市有一段时间了。LED灯是单色的，只在UV-A的波长范围发出辐射（图6）。UV-LED系统可提供梯度波长，范围从365nm到405nm，每10nm为一个间隔。

图6 LED-UV灯的辐射光谱

　　开发出的新型低能耗UV油墨可使用铁掺杂的汞灯和LED灯辐射固化，固化干燥的结果与标准UV灯固化的油墨一样，但能耗却降低了80%。由于所使用的光引发剂只适合特定波长范围，因此用于固化油墨的灯的波长范围更窄。

图7 波长光谱

　　低能耗UV技术

　　通过使用UV技术，特别是新型低能耗固化系统，商用打印机具备以下技术和经济优势：

　　>UV引起的瞬时固化可以确保纸张在交货码堆中是干燥的，并为印后操作及时做好准备。不仅有利于即时生产，而且减少了不必要的等待时间，还能腾出用于其他目的的必要存储空间。因此，使得订单周转时间低于24h成为可能。

　　>瞬时固化的纸张不再需要为防止沾脏而喷粉，进一步降低了成本。

　　>UV油墨的特点是具有较高的机械耐性（即：在耐磨损性和污渍擦拭测试中的结果更为优异；见图8），因此不再需要喷涂防护性分散体涂层。由于不用分散体涂料，因此不需要另设干燥设备，不仅降低了原料成本，而且低能耗UV油墨仅需一套UV固化装置，降低了能耗。

　　>由于出现了新型的UV灯技术，固化期间再也不会形成臭氧。

　　>因为用于本固化技术的UV油墨活性高，即灵敏度高，因此固化装置中灯的数量可减少。能耗的降低还带来了其他好处，例如温度可以更低，并消除了臭氧。

图8 常规油墨（左）和UV油墨（右）抗污渍擦拭测试结果（印刷完成后，立即进行该项测试。使用无光的涂层纸为基材，每张纸的质量90g/m²）

　　因此，没必要进行冷却，也没有必要在UV固化装置上使用臭氧排除系统。基材表面的热应力也很低，只有几度，而使用常规分散体涂料产品时底材的热应力往往要达到20°C。

　　瞬时固化的特性使UV油墨可用于众多的基材，其中很多基材用于传统商用印刷机时存在很多问题，包括天然和再生纸以及非吸收性基材，例如涂层纸和膜材。

　　UV油墨的耗墨量要比常规单张纸胶印油墨低10%～15%，并具有更高的光泽，凸显了UV油墨的优点。CMYK（青-洋红-黄-黑四色套版）颜色高度符合胶印印刷的ISO标准。

　　成本效益分析

　　做投资决策时，如何权衡与常规单张纸胶印相比的优势？下面的成本效益分析样本可提供一些指标参考。

　　这个成本效益分析先制定一份清楚的技术和经济标准清单，借助三价值标尺对这些标准进行加权，然后评估其优缺点。对于技术优势，用户必须根据其特定生产环境情况调整权重（表1）。

表1 成本效益分析示例；本示例中，UV固化油墨体系具有更高的综合效益。1=差异较小/3=差异较大/9=差异巨大//+优点/-缺点

　　毫无疑问，技术优势总是需要有成本对比的支撑。通过比较两种油墨体系的所有相关成本的计算，确定哪一个总年度成本更低。必须依据以下实际的计划数据来确定消耗数据：

　　>计划的生产能力

　　>设备的适用性

　　>生产时间（取决于平均订货量）

　　>生产运行速度

　　由此来确定最终的年产量，用此年产量来确定消耗数据，例如采购成本、油墨成本、涂料成本、能耗成本和维护成本。尽管每公斤低能耗UV油墨的单价是常规胶印油墨的两倍多，但油墨消耗却降低了15%。此外，能耗成本只有常规体系（分散体涂料）能耗成本的三分之一。

　　潜力巨大

　　总的来说，低能耗UV技术（由设备制造商提供，品牌包括“H-UV”、“LE-UV”、“LEC-UV”或“LED-UV”），具有巨大潜力，可在未来竞争激烈的印刷机市场中站稳脚跟。由于UV技术在职业安全和健康（UV固化过程中不产生臭氧）方面取得重大进步，以及能耗成本的大幅度下降，它已不再只是一个利基产品（小众产品），在胶印印刷行业已取得了稳定的商业地位。这一断论从欧洲辐射固化油墨消费量的大幅度上升——EuPIA声称其产量每年上升8%（从2013年27391t增加到2015年的31755t）——以及这项技术在所有行业展会上的亮相中得到了证实。

　　Carsten Zölzer

　　Hubergroup Deutschland公司

　　UV生产管理部负责人

　　carsten.zoelzer@hubergroup.com

“预计价格可能会略有下降。”

　　向CarstenZölzer提出3个问题

　　在使用吸收性基材的情况下，低能耗UV技术对光引发剂的使用有哪些积极或消极的影响，影响程度有多大？

　　光引发剂的选择取决于所用特定灯的光谱。一般来说，无论是标准的UV固化装置还是低能耗UV固化装置，印刷工人需要定期检查固化装置的能耗水平。只有输入足够的能量时，UV油墨才能完全固化。如果输入能量不足，吸收性基材吸收的油墨尚未完全反应，它就不会固化。因此印刷工人必须操作仔细，以避免出现类似其他所有打印过程一样的问题，否则风险很大。

　　为什么低能耗UV油墨比常规单张纸打印油墨更昂贵，其价格是否有降低的空间？

　　低能耗UV油墨比标准UV油墨或其他单张纸胶印油墨更昂贵的原因是原材料成本更高，特别是光引发剂，不大可能是颜料。一旦这种固化干燥技术占有更多的市场份额，预计价格会有所下降。在一定程度上，这些较高的成本可通过低能耗UV固化的油墨用量降低15%来抵消。

　　用于低能耗UV技术的UV灯和常规灯的使用寿命是否存在差异？

　　根据我们的经验，标准汞蒸气UV灯的使用寿命与铁掺杂的灯系统的使用寿命相同，因为它们采用相同的固化技术。制造商称，固化灯的工作时间为2000h，在特殊情况下可达4000h。然而，LED灯的使用寿命与之相差很大，其使用寿命可长达约20000h。