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低能耗—高性能

2017-02-07 17:49:04| 次閱讀| 來源歐洲涂料雜志| 作者ECJ

摘要:成本效益分析有助于確定投資開發(fā)商是否值得用單張紙膠印機(jī)用低能耗UV固化系統(tǒng)

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  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(jī)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(jìn)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(shí)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(jī)提供了大量的機(jī)會,這也是針對低能耗固化技術(shù)最新進(jìn)展的真實(shí)寫照。

  商業(yè)印刷使用的膠印油墨通過物理化學(xué)過程實(shí)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(jī)提供了大量機(jī)會。

  →因?yàn)榧夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯,所以它是低能耗固化最新進(jìn)展的真實(shí)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(shí)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

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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(qiáng)度和速度)之間的相互作用而實(shí)現(xiàn)的。油墨膜的固化干燥是由入射的UV輻射引發(fā),進(jìn)而發(fā)生連鎖反應(yīng),實(shí)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(diǎn)是可立即進(jìn)行印后操作(圖2)。

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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。

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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(shí)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。

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圖4 使用汞蒸氣燈的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行固化,因?yàn)檫@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(qiáng)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(qiáng)度,因此深度固化效果更佳。

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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。

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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(biāo)準(zhǔn)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。

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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(jī)具備以下技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(zhǔn)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(jìn)一步降低了成本。

  >UV油墨的特點(diǎn)是具有較高的機(jī)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(hù)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?yàn)橛糜诒竟袒夹g(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。

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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(jìn)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(jìn)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(dá)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(jī)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(diǎn)。CMYK(青-洋紅-黃-黑四色套版)顏色高度符合膠印印刷的ISO標(biāo)準(zhǔn)。


  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(biāo)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)清單,借助三價值標(biāo)尺對這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加權(quán),然后評估其優(yōu)缺點(diǎn)。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)。

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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(diǎn)/-缺點(diǎn)

  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(shí)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(yùn)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(hù)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(jī)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(jìn)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(fèi)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(shí)。




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  Carsten Zölzer

  Hubergroup Deutschland公司

  UV生產(chǎn)管理部負(fù)責(zé)人

  [email protected]


“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(biāo)準(zhǔn)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(xì),以避免出現(xiàn)類似其他所有打印過程一樣的問題,否則風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)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(yàn),標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)樗鼈儾捎孟嗤墓袒夹g(shù)。制造商稱,固化燈的工作時間為2000h,在特殊情況下可達(dá)4000h。然而,LED燈的使用壽命與之相差很大,其使用壽命可長達(dá)約20000h。


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