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

　　Carsten Zölzer,Hubergroup Deutschland GmbH

　　在過去幾年，印刷和媒體行業進行了結構調整，目前調整仍在繼續。這不但導致了印刷發行量的下降，而且使廣告收入從紙媒轉向數字媒體。在這個正在萎縮的市場環境中，印刷和媒體行業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化，另一方面不斷尋找提高效率的方法來應對這一壓力。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最新進展的真實寫照。

　　商業印刷使用的膠印油墨通過物理化學過程實現干燥，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；潤濕劑的質量和在乳液中的比例；基材的性質及其含水率；印刷速度以及許多其他參數。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。

　　結果一覽

　　→UV固化系統為商用單張紙膠印機提供了大量機會。

　　→因為技術和經濟優勢明顯，所以它是低能耗固化最新進展的真實寫照。

　　→油墨制造商已經適應了新技術的發展，正在向印刷業提供可實現可靠印刷的產品。

　　→成本效益分析對比了各種干燥系統的相關參數，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（光引發劑、基料、顏料和助劑；見圖1）以及生產參數（例如輻射強度和速度）之間的相互作用而實現的。油墨膜的固化干燥是由入射的UV輻射引發，進而發生連鎖反應，實現油墨膜的固化。UV輻照將光引發劑分解成自由基，該自由基能和單體和低聚物發生交聯作用，生成聚合物，即最初的短分子鏈被轉變為較長的三維分子結構。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內干燥。

　　這種瞬時固化的優點是可立即進行印后操作（圖2）。

圖2 在常規干燥（頂部）和UV固化（底部）中的油墨的膜厚

　　不同的干燥系統

　　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反應的光引發劑組合，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印刷常規應用的理想選擇。

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，它能產生2.4倍于普通汞燈在UV-A范圍內的輻射強度，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的波長范圍發出輻射（圖6）。UV-LED系統可提供梯度波長，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

　　通過使用UV技術，特別是新型低能耗固化系統，商用打印機具備以下技術和經濟優勢：

　　>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，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果更為優異；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，因此不需要另設干燥設備，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。

　　>由于出現了新型的UV燈技術，固化期間再也不會形成臭氧。

　　>因為用于本固化技術的UV油墨活性高，即靈敏度高，因此固化裝置中燈的數量可減少。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 常規油墨（左）和UV油墨（右）抗污漬擦拭測試結果（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。基材表面的熱應力也很低，只有幾度，而使用常規分散體涂料產品時底材的熱應力往往要達到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，如何權衡與常規單張紙膠印相比的優勢？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和經濟標準清單，借助三價值標尺對這些標準進行加權，然后評估其優缺點。對于技術優勢，用戶必須根據其特定生產環境情況調整權重（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//+優點/-缺點

　　毫無疑問，技術優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成本的計算，確定哪一個總年度成本更低。必須依據以下實際的計劃數據來確定消耗數據：

　　>計劃的生產能力

　　>設備的適用性

　　>生產時間（取決于平均訂貨量）

　　>生產運行速度

　　由此來確定最終的年產量，用此年產量來確定消耗數據，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（由設備制造商提供，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腳跟。由于UV技術在職業安全和健康（UV固化過程中不產生臭氧）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品（小眾產品），在膠印印刷行業已取得了穩定的商業地位。這一斷論從歐洲輻射固化油墨消費量的大幅度上升——EuPIA聲稱其產量每年上升8%（從2013年27391t增加到2015年的31755t）——以及這項技術在所有行業展會上的亮相中得到了證實。

　　Carsten Zölzer

　　Hubergroup Deutschland公司

　　UV生產管理部負責人

　　carsten.zoelzer@hubergroup.com

“預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技術對光引發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，它就不會固化。因此印刷工人必須操作仔細，以避免出現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，特別是光引發劑，不大可能是顏料。一旦這種固化干燥技術占有更多的市場份額，預計價格會有所下降。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技術的UV燈和常規燈的使用壽命是否存在差異？

　　根據我們的經驗，標準汞蒸氣UV燈的使用壽命與鐵摻雜的燈系統的使用壽命相同，因為它們采用相同的固化技術。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。