新型高生物基 LED-UV 輪轉油墨在書刊印刷中的應用

得益于新型高生物基LED-UV 輪轉油墨的成功開發和應用，LED-UV 輪轉印刷在綜合成本、產品質量、減碳排放、自動連線和紙漿回收性等方面均獲得了優異表現，有力地推動了書刊印刷向智能化、綠色化的高質量方向發展。

技術背景

傳統的書刊印刷以輪轉膠印＋平張膠印的印刷方式為主。熱固輪轉的印刷速度為30000～50000張/h， 印刷卷紙的油墨經烘道烘烤干燥后直接聯機進行折頁， 進入后道裝訂。與平張膠印10000 ～ 15000張 /h的印刷速度且油墨需經空氣氧化緩慢干燥相比，熱固輪轉具有絕對的生產效率優勢。同樣，冷固輪轉在膠版紙印刷領域，盡管存在容易蹭臟、 網點還原性較差的短板， 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. 熱固輪轉印刷

目前的熱固輪轉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。根據多家大型書刊印刷企業的統計數據分析，每印刷耗用 1t 油墨，平均需要消耗天然氣 3000 m³ 。按照1 m³ 天然氣完全燃燒排放的CO₂ 為1.96kg 計算，印刷耗用 1t 油墨時，燃燒天然氣會產生 5.88t 的 CO₂。此外，熱固輪轉油墨中含有30% 以上的礦物油，在 160 ～ 230℃的烘道中，通常會有 20% 以上的礦油被蒸發掉，經收集后形成尾氣，需燃燒處理成CO2 排放，1t 油墨至少能產生 0.62t的CO₂。因而在實際印刷過程中，熱固輪轉印刷消耗1t 油墨時，直接排放的 CO₂總量在6.5t 以上。

2）紙張的波浪紋和內頁伸縮問題。熱固輪轉印刷時必須使用到潤版液，印刷時紙張會有一定的吸水量，進入烘道以后，紙張受高溫烘烤，水分蒸發會引起紙張收縮，不均勻的變形收縮造成了印樣在裝訂成冊時出現波浪形的形變。而熱固輪轉印刷書刊的封面采用單張紙印刷，由于單張紙印刷時不存在烘道加熱的過程，因而紙張變形很小。當單張紙的封面與熱固輪轉的內頁裝訂在一起齊整裁切后，內頁已變形的紙張在長時間存放過程中逐漸還原，內頁逐漸伸長，導致裝訂的成品書刊的封面會短內頁1 ～ 2mm。

2. 冷固輪轉印刷

冷固輪轉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現增粘“干燥” 的，當印刷速度達到一定程度時，紙張吸收跟不上印刷速度，油墨增粘不足就會出現折頁蹭臟等問題。

2）印刷薄紙、大墨位時，容易引起背透，網擴比較大，也很難印 刷銅版紙。

顯然，在當前印刷業向綠色化、數字化、智能化、融合化趨勢轉型的背景下，以輪轉膠印＋平張膠印為主的傳統印刷方式已不能滿足書刊印刷企業的發展需求。

新型LED-UV 輪轉油墨Hybrid Ink 技術方案

LED-UV 油墨是一種新型的環保印刷材料，具有優良性能。在輪轉 LED-UV 油墨中有兩種技術解決方案，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LED-UV 膠印油墨，輪轉 LED-UV 膠印油墨由顏料、丙烯酸單體、引發劑、預聚物等組成，通過配方調整，調成適合于高速輪轉機印刷的墨性，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，預聚物的分子量偏小，單體和預聚物的親水性偏大，難以保證在輪轉高速印刷下的抗飛墨性和水墨平衡穩定性。另外，純UV 體系原料價格偏高，成本是傳統輪轉印刷油墨的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，材料的可再生性遠不及傳統輪轉油墨；印刷機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 是兼備傳統膠印油墨和 UV 膠印油墨特性的油墨，主 要由顏料、丙烯酸酯單體、 引發劑、預聚物、油溶性高分子樹脂、 植物油等組成，可以實現在 LED UV 光下快速固化干燥，又具有一 定的結膜干燥性能，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定性更接近于傳統輪轉膠印油墨。同時，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，印刷機的墨輥仍可以使用傳統的丁腈橡膠（NBR），也可以使用乙丙橡膠（EPDM）或兩用膠輥，設備改裝時無需改裝膠輥。

盡管Hybrid Ink 的概念已經提出了近 20 年，但一直沒有成功的 產品獲得實際應用。傳統油性膠印油墨和 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單拼混，容易出現膠化現象，無法用于印刷——這是 Hybrid 型油墨產品遲遲沒有市場化應用的根本原因。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存穩定性，是 Hybrid 型油墨能否成功開發的關鍵。

憑借多年的UV 油墨技術開發和樹脂技術開發經驗，杭華油墨股 份有限公司（簡稱“杭華股份”）成功開發了具有雙重固化特性的高 生物基混合型 UV 連接料，成功實現了 Hybrid Ink的商用化。

2021 年，在上述研究基礎上，杭華股份推出新型輪轉 LED-UV油 墨 MontAge α WEB 系列，聯合新疆新華印刷廠首先進行了商業輪轉印刷機的 LED-UV 固化技術改裝和印刷評測，在國內率先推出了 LEDUV 輪轉印刷解決方案（專利號：ZL 2021 2 2668905.4）。

MontAge α WEB系列輪轉膠印油墨是基于綠色生態設計，具備 LED-UV 固化和氧化結膜雙重干燥特性的新型油墨。采用了獨有的 高生物質（High-Bio）改性技術，配方中使用大量可再生資源，通過美國農業部 USDA BioPreferred 生物優先計劃的項目認證，生物質C14 檢測含量＞ 30%。同時，新型LED-UV 油墨大幅提升了紙質印刷品的可脫墨性，脫墨性通過位于德國的國際脫墨工業協會 INGEDE 實驗室檢測，獲得100分的滿分評價（全植物油印刷品脫墨性測試得分93 分）。普通膠印輪轉油墨和 UV輪轉油墨特性比較如表 1 所示。

相比傳統熱固商業輪轉，采用LED-UV 輪轉印刷系統方案，具有以下特點：徹底解決了紙張的伸縮變形，文本內文紙伸長問題；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、網擴更小，印刷圖文更精美；可以實現雙紙路、多紙路印刷；拆除熱固烘道，優化生產場地布置；LED-UV 固化系統采用水冷系統，發熱量低，有效改善生產環境。

Hybrid 型 LED-UV 輪轉印刷方案改裝案例

1. 改裝實例一

A 新華印務公司，改裝的熱固商業輪轉機型號為三菱546，印刷速度最高為40000張 /h，帶有熱烘道，膠輥為傳統油性膠輥。

改裝時拆除了熱固烘道，在第四色組之后和進收紙單元之前加裝LED-UV 干燥單元，采用正反各一支LED-UV燈（武漢優煒芯）照射紙面。LED 控制系統與印刷機合壓信號聯鎖，印刷機合壓時燈管點亮，印刷機停止時燈管熄滅。LED系統帶水冷單元，水溫控制在 25℃左右，整體最大功率為 40kW。

改裝時拆除了樣張加濕機構，簡化了收紙單元。改裝后采用MontAge α WEB 輪轉 LED-UV 油墨進行印刷，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 油性輪轉橡皮布，杭華 FS-100 潤版液。

采用不同的印刷速度、不同的LED 燈管功率、不同的印刷紙張， 對改裝后的印刷效果進行了評價（如表 2 所示）。

一般銅版紙相對于雙膠紙的干燥速度更慢，收紙時更容易蹭臟。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，沒有出現背透現象，已明顯優于傳統的熱固印刷。

從印刷效果進行評價，采用LED-UV 固化的印刷印樣，被紙張滲透吸收的油墨量少，網點擴大率更小，圖像細節還原更佳，基本沒有色沉降，油墨整體消耗可以減少15% ～ 20%。印刷時，卷筒紙張離 開 LED-UV 燈照射單元時紙面溫度維持在 35℃左右，印樣裝訂成冊后，采用單張紙膠印印張做封面，室溫存放一個月后，紙張無波浪紋和內頁伸縮現象發生。

2. 改裝實例二

B 新華印務公司，改裝的熱固商業輪轉機型號為東芝 787，目標改成雙紙路印刷，最高印刷速度35000 張 /h，帶有熱烘道，膠輥為 傳統油性膠輥。

改裝時，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（武漢優煒芯）照射紙面。燈管長度 930mm，離紙面距離 3cm，光照功率為 16W/ cm²且可以根據印刷需要進行5% ～ 100%的調節。LED 系統帶水冷單元，水溫控制在 25℃左右，整體最大功率為 40kW。

改裝時拆除了樣張加濕機構，簡化了收紙單元。改裝后采用MontAge α WEB輪轉 LED-UV 油墨進行印刷，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 型輪轉橡皮布、杭華 FS-100 潤版液。

通過熱固方式改裝成LED 固化后，在商業輪轉機上成功實現了雙 紙路印刷，在單色和雙色印刷中極大地提高了生產效率。

3. 改裝實例三

C 印務公司，改裝的冷固輪轉機型號為高斯 M700，冷固印刷時由于蹭臟問題，印刷速度一般在28000 張 /h 左右，膠輥為傳統油性膠輥。

改裝時加裝了串墨輥水冷，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（武漢優煒芯）， 燈管功率為 16W/ cm² ，LED 系統帶水冷單元，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 LED-UV 油墨進行印刷，膠輥 改為諾丹的兩用膠輥，采用華光免沖洗 CTP、鳳凰 394 輪轉橡皮布、杭華 FS-100 潤版液。后道加裝自動打捆和碼堆機械臂。

由冷固方式改裝成LED 固化后，該機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，自動打捆后也未出現蹭臟現象。

4. 生產成本和減碳效益分析

在改裝實例一中，A 新華印務公司對商業輪轉機的改造做了成本測算。

選用某期刊以膠版紙印刷作為對照進行比較，同樣的版面采用熱固干燥和LED-UV 干燥分別進行印刷。在實際生產中電和天然氣實行 的是階梯電價，表3中按A印務公司月平均電費、天然氣單價進行 測算。LED—UV 由于具有瞬間干燥的特性，在墨量消耗上會略低于熱固輪轉印刷。從表3 的統計中可以看出，從綜合成本測算，按照目前MontAge α WEB 系列油墨的價格，采用 LED- UV 的干燥方式成本會低于熱固輪轉印刷。由于表3 中還未統計熱固印刷中尾氣二次燃燒的成本，因此在實際生產中熱固商輪的印刷成本還會更高。

Hybrid 型 LED-UV輪轉技術前景展望

新型高生物基LED-UV 油墨的成功開發和應用，使傳統商業輪轉 印刷機的 LED-UV 改造門檻進一步降低，初期體驗不再需要更換油性膠輥。對于原熱固輪轉印刷機，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，印刷機可以改裝成雙紙路，提高生產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烘道引起的紙張波浪紋和內頁伸縮的問題，印刷品質大幅提高。同時，不需要進行尾氣二次燃燒，環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，其綜合生產成本低于現有的熱固商輪印刷，有望成為今后書刊印刷的發展方向。

傳統的冷固輪轉印刷，改裝成Hybrid 型 LED-UV 印刷，必須加裝 串墨輥水冷，在新機臺訂購時，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；突破了自動打捆和機械臂搬運容易蹭臟的瓶頸；可以順利進行自動化聯線，實現增效降本；在印刷質量上，圖像層次更優、網擴更小，印刷圖文更精美，印刷效果得到提升；在書頁裝配時可以單張、商輪、冷固自由配頁，生產可以統籌安排。

得益于新型高生物基LED-UV輪轉油墨的成功開發和應用，LED UV 輪轉印刷在綜合成本、產品質量、減碳排放、自動連線和紙漿回收性等方面均獲得了優異表現，國內大型新華印刷系統和頭部民營印 刷廠正持續進行商務輪轉印刷機的LED-UV 改造或購置輪轉新機型。