得益于新型高生物基 LED-UV 輪轉(zhuǎn)油墨的成功開發(fā)和應(yīng)用，LED-UV 輪轉(zhuǎn)印刷在綜合成本、產(chǎn)品質(zhì)量、減碳排放、自動(dòng)連線和紙漿回收性等方面均獲得了優(yōu)異表現(xiàn)，有力地推動(dòng)了書刊印刷向智能化、綠色化的高質(zhì)量方向發(fā)展。

技術(shù)背景

傳統(tǒng)的書刊印刷以輪轉(zhuǎn)膠印＋平張膠印的印刷方式為主。熱固輪轉(zhuǎn) 的印刷速度為30000～50000張/h， 印刷卷紙的油墨經(jīng)烘道烘烤干燥后直接聯(lián)機(jī)進(jìn)行折頁， 進(jìn)入后道裝訂。與平張膠印10000 ～ 15000張 /h的印刷速度且油墨需經(jīng)空氣氧化緩慢干燥相比，熱固輪轉(zhuǎn)具有絕對(duì)的生產(chǎn)效率優(yōu)勢(shì)。同樣，冷固輪轉(zhuǎn)在膠版紙印刷領(lǐng)域，盡管存在容易蹭臟、 網(wǎng)點(diǎn)還原性較差的短板， 但25000 ～ 30000張 /h的印刷速度相比單張紙印刷具有更高的效率。

1. 熱固輪轉(zhuǎn)印刷

目前的熱固輪轉(zhuǎn)印刷也存在著幾方面的問題，且在熱烘干燥的原理下無法解決。

1）碳排放量偏高。根據(jù)多家大型書刊印刷企業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，每印刷耗用 1t 油墨，平均需要消耗天然氣 3000m3 。按照 1m3 天然氣完全燃燒排放的 CO2 為 1.96kg 計(jì)算，印刷耗用 1t 油墨時(shí)，燃燒天然氣會(huì)產(chǎn)生 5.88t 的CO2。此外，熱固輪轉(zhuǎn)油墨中含有 30% 以上的礦物油，在 160 ～ 230℃的烘道中，通常會(huì)有 20% 以上的礦油被蒸發(fā)掉，經(jīng)收集后形成尾氣，需燃燒處理成CO2排放，1t 油墨至少能產(chǎn)生 0.62t的CO2。因而在實(shí)際印刷過程中，熱固輪轉(zhuǎn)印刷消耗 1t 油墨時(shí)，直接排放的CO2總量在 6.5t 以上。

2）紙張的波浪紋和內(nèi)頁伸縮問題。熱固輪轉(zhuǎn)印刷時(shí)必須使用到潤(rùn)版液，印刷時(shí)紙張會(huì)有一定的吸水量，進(jìn)入烘道以后，紙張受高溫烘烤，水分蒸發(fā)會(huì)引起紙張收縮，不均勻的變形收縮造成了印樣在裝訂成冊(cè)時(shí)出現(xiàn)波浪形的形變。而熱固輪轉(zhuǎn)印刷書刊的封面采用單張紙印刷，由于單張紙印刷時(shí)不存在烘道加熱的過程，因而紙張變形很小。當(dāng)單張紙的封面與熱固輪轉(zhuǎn)的內(nèi)頁裝訂在一起齊整裁切后，內(nèi)頁已變形的紙張?jiān)陂L(zhǎng)時(shí)間存放過程中逐漸還原，內(nèi)頁逐漸伸長(zhǎng)，導(dǎo)致裝訂的成品書刊的封面會(huì)短內(nèi)頁1 ～ 2mm。

2. 冷固輪轉(zhuǎn)印刷

冷固輪轉(zhuǎn)印刷存在的主要問題包括：

1）冷固印刷是通過紙張快速吸收油墨中的溶劑來實(shí)現(xiàn)增粘“干燥” 的，當(dāng)印刷速度達(dá)到一定程度時(shí)，紙張吸收跟不上印刷速度，油墨增粘不足就會(huì)出現(xiàn)折頁蹭臟等問題。

2）印刷薄紙、大墨位時(shí)，容易引起背透，網(wǎng)擴(kuò)比較大，也很難印 刷銅版紙。

顯然，在當(dāng)前印刷業(yè)向綠色化、數(shù)字化、智能化、融合化趨勢(shì)轉(zhuǎn)型 的背景下，以輪轉(zhuǎn)膠印＋平張膠印為主的傳統(tǒng)印刷方式已不能滿足書刊印刷企業(yè)的發(fā)展需求。

新型LED-UV輪轉(zhuǎn)油墨Hybrid Ink技術(shù)方案

LED-UV 油墨是一種新型的環(huán)保印刷材料，具有優(yōu)良性能。在輪轉(zhuǎn) LED-UV 油墨中有兩種技術(shù)解決方案，一種是純 UV 膠印油墨體系，一種是 Hybrid Ink（混合油墨）——具有 UV 固化功能的新型高生物基含量油墨體系。

類似于平張機(jī) LED-UV 膠印油墨，輪轉(zhuǎn) LED-UV 膠印油墨由顏料、丙烯酸單體、引發(fā)劑、預(yù)聚物等組成，通過配方調(diào)整，調(diào)成適合于高速輪轉(zhuǎn)機(jī)印刷的墨性，在干燥速度上可以適合40000～ 50000張 /h的印刷速度，但是受限于UV油墨的配方特殊性，預(yù)聚物的分子量偏小，單體和預(yù)聚物的親水性偏大，難以保證在輪轉(zhuǎn)高速印刷下的抗飛墨性和水墨平衡穩(wěn)定性。另外，純UV 體系原料價(jià)格偏高，成本是傳統(tǒng)輪轉(zhuǎn)印刷油墨的3 ～ 4 倍，印刷成本控制難度非常大；原材料基本來源于石化合成，材料的可再生性遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)輪轉(zhuǎn)油墨；印刷機(jī)的墨輥必須由丁腈橡膠（NBR）改成乙丙橡膠（EPDM）或兩用膠輥。

Hybrid Ink 是兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)膠印油墨和 UV 膠印油墨特性的油墨，主 要由顏料、丙烯酸酯單體、 引發(fā)劑、預(yù)聚物、油溶性高分子樹脂、 植物油等組成，可以實(shí)現(xiàn)在 LED UV 光下快速固化干燥，又具有一 定的結(jié)膜干燥性能，在干燥性能上可以滿足 40000 ～ 50000 張 /h的印刷速度。得益于油墨中添加了油溶性高分子樹脂和極性較小的植物油組分，在高速印刷下的抗飛墨性和水墨平衡穩(wěn)定性更接近于傳統(tǒng)輪轉(zhuǎn)膠印油墨。同時(shí)，油溶性樹脂組分的加入，也降低了油墨的酯溶性，提升了油墨的油溶性，印刷機(jī)的墨輥仍可以使用傳統(tǒng)的丁腈橡膠（NBR），也可以使用乙丙橡膠（EPDM）或兩用膠輥，設(shè)備改裝時(shí)無需改裝膠輥。

盡管 Hybrid Ink 的概念已經(jīng)提出了近 20 年，但一直沒有成功的 產(chǎn)品獲得實(shí)際應(yīng)用。傳統(tǒng)油性膠印油墨和 UV 膠印油墨由于物料極性差異不兼容，兩種油墨體系如果簡(jiǎn)單拼混，容易出現(xiàn)膠化現(xiàn)象，無法用于印刷——這是 Hybrid 型油墨產(chǎn)品遲遲沒有市場(chǎng)化應(yīng)用的根本原因。如何讓油性膠印油墨的原料和UV 油墨的原料有良好的相容性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性，是 Hybrid 型油墨能否成功開發(fā)的關(guān)鍵。

憑借多年的 UV 油墨技術(shù)開發(fā)和樹脂技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，杭華油墨股 份有限公司（簡(jiǎn)稱“杭華股份”）成功開發(fā)了具有雙重固化特性的高 生物基混合型 UV 連接料，成功實(shí)現(xiàn)了 Hybrid Ink的商用化。

2021年，在上述研究基礎(chǔ)上，杭華股份推出新型輪轉(zhuǎn) LED-UV油 墨 MontAge α WEB 系列，聯(lián)合新疆新華印刷廠首先進(jìn)行了商業(yè)輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)的 LED-UV 固化技術(shù)改裝和印刷評(píng)測(cè)，在國(guó)內(nèi)率先推出了 LEDUV 輪轉(zhuǎn)印刷解決方案（專利號(hào)：ZL 2021 2 2668905.4）。

MontAge α WEB系列輪轉(zhuǎn)膠印油墨是基于綠色生態(tài)設(shè)計(jì)，具備 LED-UV 固化和氧化結(jié)膜雙重干燥特性的新型油墨。采用了獨(dú)有的 高生物質(zhì)（High-Bio）改性技術(shù)，配方中使用大量可再生資源，通過美國(guó)農(nóng)業(yè)部 USDA BioPreferred 生物優(yōu)先計(jì)劃的項(xiàng)目認(rèn)證，生物質(zhì)C14 檢測(cè)含量＞ 30%。同時(shí)，新型LED-UV 油墨大幅提升了紙質(zhì)印刷品的可脫墨性，脫墨性通過位于德國(guó)的國(guó)際脫墨工業(yè)協(xié)會(huì) INGEDE 實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，獲得100分的滿分評(píng)價(jià)（全植物油印刷品脫墨性測(cè)試得分93 分）。普通膠印輪轉(zhuǎn)油墨和 UV輪轉(zhuǎn)油墨特性比較如表 1 所示。

相比傳統(tǒng)熱固商業(yè)輪轉(zhuǎn)，采用 LED-UV 輪轉(zhuǎn)印刷系統(tǒng)方案，具有以下特點(diǎn)：徹底解決了紙張的伸縮變形，文本內(nèi)文紙伸長(zhǎng)問題；無 VOC 排放，完全避免了天然氣燃燒和尾氣二次燃燒的CO2排放；圖像層次更優(yōu)、網(wǎng)擴(kuò)更小，印刷圖文更精美；可以實(shí)現(xiàn)雙紙路、多紙路印刷；拆除熱固烘道，優(yōu)化生產(chǎn)場(chǎng)地布置；LED-UV 固化系統(tǒng)采用水冷系統(tǒng)，發(fā)熱量低，有效改善生產(chǎn)環(huán)境。

Hybrid 型 LED-UV 輪轉(zhuǎn)印刷方案改裝案例

1. 改裝實(shí)例一
A 新華印務(wù)公司，改裝的熱固商業(yè)輪轉(zhuǎn)機(jī)型號(hào)為三菱546，印刷速度最高為40000張 /h，帶有熱烘道，膠輥為傳統(tǒng)油性膠輥。

改裝時(shí)拆除了熱固烘道，在第四色組之后和進(jìn)收紙單元之前加裝 LED-UV 干燥單元，采用正反各一支LED-UV燈（武漢優(yōu)煒芯）照射紙面。LED 控制系統(tǒng)與印刷機(jī)合壓信號(hào)聯(lián)鎖，印刷機(jī)合壓時(shí)燈管點(diǎn)亮，印刷機(jī)停止時(shí)燈管熄滅。LED系統(tǒng)帶水冷單元，水溫控制在 25℃左右，整體最大功率為 40kW。

改裝時(shí)拆除了樣張加濕機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了收紙單元。改裝后采用MontAge α WEB 輪轉(zhuǎn) LED-UV 油墨進(jìn)行印刷，膠輥為原配的油性膠輥，上墨前徹底清洗墨路和水路，采用富士紫激光 CTP、火神 ND2 油性輪轉(zhuǎn)橡皮布，杭華 FS-100 潤(rùn)版液。

采用不同的印刷速度、不同的LED 燈管功率、不同的印刷紙張， 對(duì)改裝后的印刷效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)（如表 2 所示）。

一般銅版紙相對(duì)于雙膠紙的干燥速度更慢，收紙時(shí)更容易蹭臟。從表 2 中可以看出，在 35000張 /h的印刷速度下， 所配置的 LED-UV 燈管只需開啟50%的功率，就完全可以滿足油墨的干燥要 求，而采用雙膠紙印刷時(shí)燈管功率可以降至更低。MontAge α WEB 在 LED-UV 的照射下瞬間固化干燥，在薄紙印刷大墨位時(shí)，沒有出現(xiàn)背透現(xiàn)象，已明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的熱固印刷。

從印刷效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用LED-UV 固化的印刷印樣，被紙張滲透吸收的油墨量少，網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大率更小，圖像細(xì)節(jié)還原更佳，基本沒有色沉降，油墨整體消耗可以減少15% ～ 20%。印刷時(shí)，卷筒紙張離 開 LED-UV 燈照射單元時(shí)紙面溫度維持在 35℃左右，印樣裝訂成冊(cè)后，采用單張紙膠印印張做封面，室溫存放一個(gè)月后，紙張無波浪紋和內(nèi)頁伸縮現(xiàn)象發(fā)生。

2. 改裝實(shí)例二
B 新華印務(wù)公司，改裝的熱固商業(yè)輪轉(zhuǎn)機(jī)型號(hào)為東芝 787，目標(biāo)改成雙紙路印刷，最高印刷速度35000 張 /h，帶有熱烘道，膠輥為 傳統(tǒng)油性膠輥。

改裝時(shí)，拆除了熱固烘道，加裝雙紙架，在第二、四色組之后各加裝 LED-UV 干燥單元，采用正反各一支 LED-UV 燈（武漢優(yōu)煒芯）照射紙面。燈管長(zhǎng)度 930mm，離紙面距離 3cm，光照功率為 16W/ cm2且可以根據(jù)印刷需要進(jìn)行 5% ～ 100%的調(diào)節(jié)。LED 系統(tǒng)帶水冷單元，水溫控制在 25℃左右，整體最大功率為 40kW。

改裝時(shí)拆除了樣張加濕機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了收紙單元。改裝后采用MontAge α WEB輪轉(zhuǎn) LED-UV 油墨進(jìn)行印刷，膠輥為原配的油性膠輥，采用華光熱敏雙涂層 CTP、康迪泰克 EBONY Hybrid 型輪轉(zhuǎn)橡皮布、杭華 FS-100 潤(rùn)版液。

通過熱固方式改裝成 LED 固化后，在商業(yè)輪轉(zhuǎn)機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)了雙 紙路印刷，在單色和雙色印刷中極大地提高了生產(chǎn)效率。

3. 改裝實(shí)例三
C 印務(wù)公司，改裝的冷固輪轉(zhuǎn)機(jī)型號(hào)為高斯 M700，冷固印刷時(shí)由于蹭臟問題，印刷速度一般在28000 張 /h 左右，膠輥為傳統(tǒng)油 性膠輥。

改裝時(shí)加裝了串墨輥水冷，在第四色組之后，加裝 LED-UV 干燥 單元，采用正反各一支LED-UV燈管（武漢優(yōu)煒芯）， 燈管功率為 16W/ cm2 ， LED 系統(tǒng)帶水冷單元，水溫控制在 25℃左右，整體最大功率為 40kW。

改裝后采用 MontAge α WEB輪轉(zhuǎn) LED-UV 油墨進(jìn)行印刷，膠輥 改為諾丹的兩用膠輥，采用華光免沖洗 CTP、鳳凰 394 輪轉(zhuǎn)橡皮布、杭華 FS-100 潤(rùn)版液。后道加裝自動(dòng)打捆和碼堆機(jī)械臂。

由冷固方式改裝成 LED 固化后，該機(jī)器印刷速度可以提升至 35000張 /h，即使在印刷書法字帖大墨位印張時(shí)，自動(dòng)打捆后也未出現(xiàn)蹭臟現(xiàn)象。

4. 生產(chǎn)成本和減碳效益分析

在改裝實(shí)例一中，A 新華印務(wù)公司對(duì)商業(yè)輪轉(zhuǎn)機(jī)的改造做了成本測(cè)算。

選用某期刊以膠版紙印刷作為對(duì)照進(jìn)行比較，同樣的版面采用熱固干燥和 LED-UV 干燥分別進(jìn)行印刷。在實(shí)際生產(chǎn)中電和天然氣實(shí)行 的是階梯電價(jià)，表3中按A印務(wù)公司月平均電費(fèi)、天然氣單價(jià)進(jìn)行 測(cè)算。LED—UV 由于具有瞬間干燥的特性，在墨量消耗上會(huì)略低于熱固輪轉(zhuǎn)印刷。從表 3 的統(tǒng)計(jì)中可以看出，從綜合成本測(cè)算，按照目前MontAge α WEB 系列油墨的價(jià)格，采用 LED- UV 的干燥方式成本會(huì)低于熱固輪轉(zhuǎn)印刷。由于表 3 中還未統(tǒng)計(jì)熱固印刷中尾氣二次燃燒的成本，因此在實(shí)際生產(chǎn)中熱固商輪的印刷成本還會(huì)更高。

Hybrid 型 LED-UV輪轉(zhuǎn)技術(shù)前景展望

新型高生物基 LED-UV 油墨的成功開發(fā)和應(yīng)用，使傳統(tǒng)商業(yè)輪轉(zhuǎn) 印刷機(jī)的 LED-UV 改造門檻進(jìn)一步降低，初期體驗(yàn)不再需要更換油性膠輥。對(duì)于原熱固輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)，可以不拆除烘道，直接加裝 LED 燈管就可以印刷，并且通過加裝多組LED-UV 固化裝置，印刷機(jī)可以改裝成雙紙路，提高生產(chǎn)靈活性和提升印刷效率。LED-UV 印刷的瞬間固化特性徹底解決了熱固化長(zhǎng)烘道引起的紙張波浪紋和內(nèi)頁伸縮的問題，印刷品質(zhì)大幅提高。同時(shí)，不需要進(jìn)行尾氣二次燃燒，環(huán)保處理成本大幅降低，減碳效益非常顯著。由此可見，采用新型 LED-UV 印刷，其綜合生產(chǎn)成本低于現(xiàn)有的熱固商輪印刷，有望成為今后書刊印刷的發(fā)展方向。

傳統(tǒng)的冷固輪轉(zhuǎn)印刷，改裝成Hybrid 型 LED-UV 印刷，必須加裝 串墨輥水冷，在新機(jī)臺(tái)訂購(gòu)時(shí)，配置上需帶串墨輥水冷，徹底解決了紙張背透和折頁蹭臟的問題，可以印刷薄紙和銅版紙；突破了自動(dòng)打捆和機(jī)械臂搬運(yùn)容易蹭臟的瓶頸；可以順利進(jìn)行自動(dòng)化聯(lián)線，實(shí)現(xiàn)增效降本；在印刷質(zhì)量上，圖像層次更優(yōu)、網(wǎng)擴(kuò)更小，印刷圖文更精美，印刷效果得到提升；在書頁裝配時(shí)可以單張、商輪、冷固自由配頁，生產(chǎn)可以統(tǒng)籌安排。

得益于新型高生物基 LED-UV輪轉(zhuǎn)油墨的成功開發(fā)和應(yīng)用，LED UV 輪轉(zhuǎn)印刷在綜合成本、產(chǎn)品質(zhì)量、減碳排放、自動(dòng)連線和紙漿回收性等方面均獲得了優(yōu)異表現(xiàn)，國(guó)內(nèi)大型新華印刷系統(tǒng)和頭部民營(yíng)印 刷廠正持續(xù)進(jìn)行商務(wù)輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)的LED-UV 改造或購(gòu)置輪轉(zhuǎn)新機(jī)型。

來源丨印刷工業(yè)