新型高生物基LED-UV轮转油墨在书刊印刷中的应用.pdf

SpecialReportI特别策划新型高生物基LED-UV轮转油墨在书刊印刷中的应用得益于新型高生物基LED-UV轮转油墨的成功开发和应用，LED-UV轮转印刷在综合成本、产品质量、减碳排放、自动连线和纸浆回收性等方面均获得了优异表现，有力地推动了书刊印刷向智能化、绿色化的高质量方向发展。口杭华油墨股份有限公司何铁飞马志强王辉沈剑彬技术背景传统的书刊印刷以轮转胶印+平张胶印的印刷方式为主。热固轮转的印刷速度为30 0 0 0 5 0 0 0 0张/h，印刷卷纸的油墨经烘道烘烤干燥后直接联机进行折页，进入后道装订。与平张胶印1000015 0 0 0 张h的印刷速度且油墨需经空气氧化缓慢干燥相比，热固轮转具有绝对的生产效率优势。同样，冷固轮转在胶版纸印刷领域，尽管存在容易蹭脏、网点还原性较差的短板，但2500030000张/h的印刷速度相比单张纸印刷具有更高的效率。1.热固轮转印刷目前的热固轮转印刷也存在着几方面的问题，且在热烘干燥的原理下无法解决。1）碳排放量偏高。根据多家大型书刊印刷企业的统计数据分析，每印刷耗用1t油墨，平均需要消耗天然气30 0 0 m。按照1m天然气完全燃烧排放的CO2为1.9 6 kg计算，印刷耗用1t油墨时，燃烧天然气会产生5.8 8 t的CO2。此外，热固轮转油墨中含有30%以上的矿物油，在16 0 2 30 的烘道中，通常会有2 0%以上的矿油被蒸发掉，经收集后形成尾气，需燃烧处理成CO2排放，1t油墨至少能产生0.6 2 t的CO2。因而在实际印刷过程中，热固轮转印刷消耗1t油墨时，直接排放的COz总量在6.5 t以上。2）纸张的波浪纹和内页伸缩问题。热固轮转印刷时必须使用到润版液，印刷时纸张会有一定的吸水量，进入烘道以后，纸张受高温烘烤，水分蒸发会引起纸张收缩，不均匀的变形收缩造成了印样在装订成册时出现波浪形的形变。而热固轮转印刷书刊的封面采用单张纸印刷，由于单张纸印刷时不存在烘道加热的过程，因而纸张变形很小。当单张纸的封面与热固轮转的内页装订在一起齐整裁切后，内页已变形的纸张在长时间存放过程中逐渐还原，内页逐渐伸长，导致装订的成品书刊的封面会短内页1 2mm。尽管热固轮转油墨在印长单时有极高的印刷效率和较低的印刷成本，但是整个印刷工艺碳排放量过高，能耗偏大，在国家碳达峰、碳中和的大政策背景下其发展必然受到制约。同时不可避免的质量缺陷，使其印刷质量也无法与平张纸印刷相竞争。2.冷固轮转印刷冷固轮转印刷存在的主要问题包括：1）冷固印刷是通过纸张快速吸收油墨中的溶剂来实现增粘“干燥的，当印刷速度达到一定程度时，纸张吸收跟不上印刷速度，油墨增粘不足就会出现折页蹭脏等问题。印刷工业2 0 2 3年第3期12 7特别策划ISpecialReport2）印刷薄纸、大墨位时，容易引起背透，网扩比较大，也很难印刷铜版纸。冷固印刷受限于油墨的干燥方式，目前最高可达到30000330 0 0 张/h的速度，在版面为大墨位时印刷尤为困难；要实现自动化联线、自动打捆、机械臂搬运，都是难以突破的瓶颈问题；在纸张的选择方面，更多局限于吸收性较强的胶版纸，高速印刷铜版纸基本难以实现。显然，在当前印刷业向绿色化、数字化、智能化、融合化趋势转型的背景下，以轮转胶印+平张胶印为主的传统印刷方式已不能满足书刊印刷企业的发展需求。新型LED-UV轮转油墨HybridInk技术方案LED-UV油墨是一种新型的环保印刷材料，具有优良性能。在轮转LED-UV油墨中有两种技术解决方案，一种是纯UV胶印油墨体系，一种是Hybrid Ink（混合油墨）一具有UV固化功能的新型高生物基含量油墨体系。类似于平张机LED-UV胶印油墨，轮转LED-UV胶印油墨由颜料、丙烯酸单体、引发剂、预聚物等组成，通过配方调整，调成适合于高速轮转机印刷的墨性，在干燥速度上可以适合4 0 0 0 0 5 0 0 0 0 张h的印刷速度，但是受限于UV油墨的配方特殊性，预聚物的分子量偏小，单体和预聚物的亲水性偏大，难以保证在轮转高速印刷下的抗飞墨性和水墨平衡稳定性。另外，纯UV体系原料价格偏高，成本是传LED-UV光源社航华股份统轮转印刷油墨的34 倍，印刷胶（NBR），也可以使用乙丙橡胶成本控制难度非常大；原材料基本（E P D M）或两用胶辊，设备改装来源于石化合成，材料的可再生性时无需改装胶辊。远不及传统轮转油墨；印刷机的墨尽管HybridInk的概念已经提辊必须由丁睛橡胶（NBR）改成乙出了近2 0 年，但一直没有成功的丙橡胶（EPDM）或两用胶辊。产品获得实际应用。传统油性胶印HybridInk是兼备传统胶印油油墨和UV胶印油墨由于物料极性墨和UV胶印油墨特性的油墨，主差异不兼容，两种油墨体系如果简要由颜料、丙烯酸酯单体、引发单拼混，容易出现胶化现象，无法剂、预聚物、油溶性高分子树脂、用于印刷一一这是Hybrid型油墨植物油等组成，可以实现在LED-产品迟迟没有市场化应用的根本原UV光下快速固化干燥，又具有一因。如何让油性胶印油墨的原料和定的结膜干燥性能，在干燥性能UV油墨的原料有良好的相容性和上可以满足4 0 0 0 0 5 0 0 0 0 张h储存稳定性，是Hybrid型油墨能的印刷速度。得益于油墨中添加了否成功开发的关键。油溶性高分子树脂和极性较小的植凭借多年的UV油墨技术开发物油组分，在高速印刷下的抗飞墨和树脂技术开发经验，杭华油墨股性和水墨平衡稳定性更接近于传统份有限公司（简称“杭华股份）轮转胶印油墨。同时，油溶性树脂成功开发了具有双重固化特性的高组分的加入，也降低了油墨的酯溶生物基混合型UV连接料，成功实性，提升了油墨的油溶性，印刷机现了Hybrid Ink的商用化。的墨辊仍可以使用传统的丁睛橡2021年，在上述研究基础上，282023年第3期印刷工业SpecialReport1特别策划杭华股份推出新型轮转LED-UV油墨MontAgeWEB系列，联合新疆新华印刷厂首先进行了商业轮转印刷机的LED-UV固化技术改装和印刷评测，在国内率先推出了LED-UV轮转印刷解决方案（专利号：ZL 2021 2 2668905.4)。MontAgeWEB系列轮转胶印油墨是基于绿色生态设计，具备LED-UV固化和氧化结膜双重干燥特性的新型油墨。采用了独有的高生物质（High-Bio）改性技术，配方中使用大量可再生资源，通过美国农业部USDABioPreferred生物优先计划的项目认证，生物质C14检测含量 3 0%。同时，新型LED-UV油墨大幅提升了纸质印刷品的可脱墨性，脱墨性通过位于德国的国际脱墨工业协会INGEDE实验室检测，获得10 0 分的满分评价（全植物油印刷品脱墨性测试得分93分）。普通胶印轮转油墨和UV轮转油墨特性比较如表1所示。相比传统热固商业轮转，采用LED-UV轮转印刷系统方案，具有以下特点：彻底解决了纸张的伸缩变形，文本内文纸伸长问题；无VOC排放，完全避免了天然气燃烧和尾气二次燃烧的CO2排放；图像层次更优、网扩更小，印刷图文更精美；可以实现双纸路、多纸路印刷；拆除热固烘道，优化生产场地布置；LED-UV固化系统采用水冷系统，发热量低，有效改善生产环境。相比传统冷固轮转，采用LED-UV轮转印刷系统方案，具有以下特点：彻底解决折页蹭脏、薄纸背透的问题；有效提升印刷速度，提升生产效率；提升墨膜强度，减少蹭脏问题；瞬间固化，实现联线加工自动化（自动打捆、机械臂搬运等）；图像层次更优、网扩更小，印刷图文更精美。Hybrid型LED-UV轮转印刷方案改装案例1.改装实例一A新华印务公司，改装的热固商业轮转机型号为三菱546，印刷速度最高为40 0 0 0 张/h，带有热烘道，胶辊为传统油性胶辊。改装时拆除了热固烘道，在第四色组之后和进收纸单元之前加装LED-UV干燥单元，采用正反各一支LED-UV灯（武汉优炜芯）照射纸面。灯管长度93 0 mm，离纸面距表1音普通胶印轮转油墨和UV轮转油墨特性比较油墨类型热固油墨油墨极性油溶性干燥方式热风适用胶辊油性适用橡皮布油性轮转适用CTP版油性专用VOC(%)10可再生资源使用20%25%最高印刷速度57万（张h）抗飞墨性水幅控制温度敏感性印样耐蹭脏注：表示好，表示良好，表示一般。离3 cm，光照功率为16 W/cm且可以根据印刷需要进行5%10 0%的调节。LED控制系统与印刷机合压信号联锁，印刷机合压时灯管点亮，印刷机停止时灯管熄灭。LED系统带水冷单元，水温控制在2 5左右，整体最大功率为40 kW。改装时拆除了样张加湿机构，简化了收纸单元。改装后采用MontAgeWEB轮转LED-UV油墨进行印刷，胶辊为原配的油性胶辊，上墨前彻底清洗墨路和水路，采用富士紫激光CTP、火神ND2油性轮转橡皮布，杭华FS-100润版液。采用不同的印刷速度、不同的LED灯管功率、不同的印刷纸张，对改装后的印刷效果进行了评价(如表2 所示）。冷固油墨纯UV型油墨MontAgeaWEB油墨油溶性酯溶性渗透吸收UV固化油性UV、两用油性轮转UV轮转油性专用UV专用3230%40%05%34万35万O-油溶兼酯溶性UV固化兼渗透油性、UV、两用油性轮转适用Hybrid型专用UV专用油性专用烤版220%30%35万O+印刷工业2 0 2 3 年第3 期12 9特别策划！SpecialReport表2 MontAgeWEB油墨在LED-UV灯不同开启功率、不同印刷速度下的干燥情况纸张类型纸面干燥及蹭脏100%3500080%3500060%35000105g铜版纸50%40%40%70%50g双胶纸50%40%50%40%80g双胶纸30%20%一般铜版纸相对于双胶纸的干燥速度更慢，收纸时更容易蹭脏。从表2 中可以看出，在3 50 0 0张/h的印刷速度下，所配置的LED-UV灯管只需开启50%的功率，就完全可以满足油墨的干燥要求，而采用双胶纸印刷时灯管功率可以降至更低。MontAgeWEB在LED-UV的照射下瞬间固化干燥，在薄纸（50 g双胶纸）印刷大墨位时，没有出现背透现象，已明显优于传统的热固印刷。从印刷效果进行评价，采用LED-UV固化的印刷印样，被纸张渗透吸收的油墨量少，网点扩大率更小，图像细节还原更佳，基本没有色沉降，油墨整体消耗可以减少15%2 0%。印刷时，卷筒纸张离开LED-UV灯照射单元时纸面温度维持在3 5左右，印样装订成册后，简化了收纸单元。改装后采用灯管开启功率印速/（张/h）35000350002700035000350003500035000350003500035000采用单张纸胶印印张做封面，室温存放一个月后，纸张无波浪纹和内页伸缩现象发生。2.改装实例二B新华印务公司，改装的热固商业轮转机型号为东芝7 8 7，目标改成双纸路印刷，最高印刷速度35000张/h，带有热烘道，胶辊为传统油性胶辊。改装时，拆除了热固烘道，加装双纸架，在第二、四色组之后各加装LED-UV干燥单元，采用正反各一支LED-UV灯（武汉优炜芯）照射纸面。灯管长度93 0 mm，离纸面距离3 cm，光照功率为16 W/cm且可以根据印刷需要进行5%10 0%的调节。LED系统带水冷单元，水温控制在2 5左右，整体最大功率为40 kW。改装时拆除了样张加湿机构，MontAgeWEB轮转LED-UV油良好，无蹭脏墨进行印刷，胶辊为原配的油性胶良好，无蹭脏辊，采用华光热敏双涂层CTP、康迪泰克EBONYHybrid型轮转橡皮良好，无蹭脏布、杭华FS-100润版液。良好，无蹭脏通过热固方式改装成LED固化有轻微蹭脏后，在商业轮转机上成功实现了双良好，无蹭脏纸路印刷，在单色和双色印刷中极无蹭脏，大墨位无背透大地提高了生产效率。无蹭脏，大墨位无背透3.改装实例三无蹭脏，大墨位无背透C印务公司，改装的冷固轮转良好，无蹭脏机型号为高斯M700，冷固印刷时良好，无蹭脏由于蹭脏问题，印刷速度一般在良好，无蹭脏28000张/h左右，胶辊为传统油有轻微蹭脏性胶辊。改装时加装了串墨辊水冷，在第四色组之后，加装LED-UV干燥单元，采用正反各一支LED-UV灯管（武汉优炜芯），灯管功率为16W/cm，LED 系统带水冷单元，水温控制在2 5左右，整体最大功率为40 kW。改装后采用MontAgeWEB轮转LED-UV油墨进行印刷，胶辊改为诺丹的两用胶辊，采用华光免冲洗CTP、凤凰3 94轮转橡皮布、杭华FS-100润版液。后道加装自动打捆和码堆机械臂。由冷固方式改装成LED固化后，该机器印刷速度可以提升至3 50 0 0张/h，即使在印刷书法字帖大墨位印张时，自动打捆后也未出现蹭脏现象。从印刷效果评价，采用LED-UV固化的印刷印样，网点扩大率更小，图像细节还原更佳，基本没有色沉降。显然，通过改装提升了印刷效率和印刷质量，并打通了联线加工自动化（自动打捆、机械臂3012023年第3 期印刷工业Special ReportI特别策划搬运等）的瓶颈。4.生产成本和减碳效益分析在改装实例一中，A新华印务公司对商业轮转机的改造做了成本测算。选用某期刊以胶版纸印刷作为对照进行比较，同样的版面采用热固干燥和LED-UV干燥分别进行印刷。在实际生产中电和天然气实行的是阶梯电价，表3 中按A印务公司月平均电费、天然气单价进行测算。LED-UV由于具有瞬间干燥的特性，在墨量消耗上会略低于热固轮转印刷。从表3 的统计中可以看出，从综合成本测算，按照目前表3 热固印刷和LED-UV印刷的生产成本比较项目生产速度（张/h）测试产品（8 色）生产测试时间/h状况12h测试的产量/令12h测试的产量/色令电功率/kW12h的用电量/kWh电单价/（元/kWh）成本元12h用气量/m天然气单价（元m）成本元油墨型号油墨油墨成本/元人工单价（元色令）人工成本/元总成本元单位成本/（元/色令）MontAgeWEB系列油墨的价格，采用LED-UV的干燥方式成本会低于热固轮转印刷。由于表3 中还未统计热固印刷中尾气二次燃烧的成本，因此在实际生产中热固商轮的印刷成本还会更高。Hybrid 型 LED-UV轮转技术前景展望新型高生物基LED-UV油墨的成功开发和应用，使传统商业轮转印刷机的LED-UV改造门槛进一步降低，初期体验不再需要更换油性胶辊。对于原热固轮转印刷机，可以不拆除烘道，直接加装LED灯生产条件三菱机（LED-UV）3.1万胶版纸12.00250.002000.0064.00768.000.86660.480.004.820.00MontAgeWEB系列4362.000.38750.005772.482.89管就可以印刷，并且通过加装多组LED-UV固化装置，印刷机可以改装成双纸路，提高生产灵活性和提升印刷效率。LED-UV印刷的瞬间固化特性彻底解决了热固化长烘道引起的纸张波浪纹和内页伸缩的问题，印刷品质大幅提高。同时，不需要进行尾气二次燃烧，环保处理成本大幅降低，减碳效益非常显著。由此可见，采用新型LED-UV印刷，其综合生产成本低于现有的热固商轮印刷，有望成为今后书刊印刷的发展方向。传统的冷固轮转印刷，改装成Hybrid型LED-UV印刷，必须加装串墨辊水冷，在新机台订购时，配置上需带串墨辊水冷，彻底解决了纸张背透和折页蹭脏的问题，可以三菱机（热固）印刷薄纸和铜版纸；突破了自动打捆和机械臂搬运容易蹭脏的瓶颈；3.1万可以顺利进行自动化联线，实现增胶版纸效降本；在印刷质量上，图像层次12.00更优、网扩更小，印刷图文更精美，250.00印刷效果得到提升；在书页装配时2000.00可以单张、商轮、冷固自由配页，140.00生产可以统筹安排。1680.00得益于新型高生物基LED-UV0.86轮转油墨的成功开发和应用，LED-1444.8UV轮转印刷在综合成本、产品质380.00量、减碳排放、自动连线和纸浆回4.82收性等方面均获得了优异表现，国1831.6内大型新华印刷系统和头部民营印刷厂正持续进行商务轮转印刷机的HS热固系列LED-UV改造或购置轮转新机型。2130.00到2 0 2 2 年底，由杭华股份引导的0.38LED-UV轮转系统设备改装已经超750.00过了40 余条生产线，有力地助推6156.4了书刊印刷向智能化、绿色化的高3.08质量方向发展。口印刷工业2 0 2 3 年第3 期3 1