纳米印刷

浅析纳米印刷技术摘要：纳米技术因其拥有广阔的发展前景而受到人们的关注，同时印刷行业也是对我国国民经济有重要的影响的行业，将纳米技术应用于印刷而产生的纳米印刷技术在印刷行业中开始广泛的应用并且受到许多学者的认可。

传统印刷产业链中从版基制造、印刷制版到印刷油墨都面临严峻的环境压力，成为制约其可持续发展的关键瓶颈之一。

科研人员以纳米材料的创新研究为基础，建立了包括绿色版基、绿色制版和绿色油墨的完整绿色印刷产业链技术，并拓展应用于印刷电子、3D 制造等战略新兴产业及绿色印染、建材等重要产业领域，推动印刷产业向“绿色化、功能化、立体化、器件化”的发展。

关键词：纳米材料、印刷技术、绿色制版、导电油墨、印刷废水；1. 引言纳米技术，纳米是一个长度单位，1 纳米等于10-9米，相当于头发丝的十万分之一，是研究纳米材料的性质及其应用的一种技术。

自从20 世纪以来，纳米技术发展非常迅速，目前已经广泛应用于材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源等许多方面。

但是纳米技术的原理及其在印刷行业的应用也是十分广泛的，同时印刷行业是对我国国民经济有重要影响的行业。

纳米印刷摒弃了传统感光成像思路，无需暗箱操作而且制版流程简单，不仅消除了环境的污染同时大大降低了成本，并且使图文质量大幅提高。

该技术吸纳了纳米技术、精细加工技术、接触印刷技术、界面科学及新材料等众多科学技术之精华，并深入研究才开发出来的。

传统印刷产业链主要包括3大关键污染环节：曝光冲洗制版、电化学氧化制备铝版基和使用有害溶剂生产油墨。

因此，“发展绿色印刷技术，实施绿色印刷战略”成为印刷产业生存和发展的迫切需求。

中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室基于纳米材料的创新研究，围绕印刷产业链布置创新链，通过纳米涂层版基取代电解氧化版基、纳米喷墨打印制版取代感光制版、水性印刷油墨取代毒害溶剂油墨，形成包括绿色版基、绿色制版和绿色油墨的完整绿色印刷产业链技术，系统地解决了印刷产业的污染问题；[2]同时，通过纳米材料创新和印刷技术的结合，将印刷技术从传统的纸质产品拓展到印刷电子光子器件和3D打印等领域，推动印刷产业的绿色与功能性的发展。

2.国内外印刷行业的发展现状印刷业已成为我国文化产业发展的主力军，不仅维护了意识形态安全，满足了人民群众的消费需求，而且发展成一个为经济社会发展“穿衣带帽”的重要产业。

但是目前中国印刷业的发展再取得成就的同时仍然存在很多的问题。

“十一五”期间，我国印刷总产值年均增长19.3%，远远高于同期国民经济11.2％的增长率。

2011年，印刷业总产值占我国新闻出版业总产值的57.8％。

印刷业已成为我国文化产业发展的主力军，不仅维护了意识形态安全，满足了人民群众的消费需求，而且发展成一个为经济社会发展“穿衣带帽”的重要产业。

2.1国外的发展现状到目前为止，日本已经有200多家印刷企业取得了有关的绿色标准认证。

由此可见，日本已经成为了世界上走在绿色标准认证前列的国家之一。

再以德国为例，德国拥有享誉世界的海德堡公司，最近这段时间以其为代表的印刷公司围绕节约能源、减少噪音、减少废品产出、减少辐射和蒸发、保护员工安全、关爱工作人员身心健康以及废物的回收和循环利用等方面做了大量成效显著的工作。

德国人民不仅在尽最大努力营造绿色的印刷环境，而且相关的企业和管理部门还在不断对工作人员进行绿色印刷宣传和培训。

这些行为不但让正确的机器操作和维修办法得到了大面积的普及，而且将环保理念深入贯彻并落实到了每一个操作细节上[3]。

2.2国内的发展现状目前，我国出版物印刷业务量大，存在的问题较多。

只有高度重视绿色印刷相关的宣传培训工作，不断推动绿色印刷战略的实施，落实绿色印刷，才能推动我国印刷行业的持续发展。

绿色印刷通常又被称为无公害、环境友好型印刷。

通常情况下所说的绿色印刷指的是对环境以及人类不会产生任何危害，并且能够重复使用或者可以再生的印刷过程。

绿色印刷符合当今社会可持续发展和低碳经济的要求，是处于能源危机和环境恶化的新时代社会发展的必经之路，其对于提高能源利用效果以及构建清洁能源结构具有正面引导的作用[1]。

然而，目前我国印刷行业还存在绿色印刷认证困难、相关法规不够健全以及政策支持力度不够等众多问题，无法适应现代社会发展的需求，面临着绿色转型的问题。

为此，有必要就我国印刷行业的绿色转型进行分析与研究。

事实上，长期以来印刷界发展的主流方向之一就是绿色印刷。

绿色印刷在国外已经具有20多年的发展史，其受重视程度之高是国内不可比拟的。

在日本和德国等世界印刷技术强国，绿色印刷更是受到了政府和人民的高度关注。

近段时间，随着绿色、环保浪潮的不断掀起，许多西方发达国家在绿色印刷的理念、技术、标准、设备、工艺、材料以及软件等方面都取得了突破性的进展和良好的发展。

在日本，一方面其印刷产业联合会专门针对印刷环保事业颁布了《绿色印刷标志》等相关的行业规范，并建立了系统的认证体系。

另一方面，为了进一步推进印刷环境保护，有关协会还建立了《冰天使标志》等相关的环保印刷认证标准；生态印刷研究会也推出了《印刷品环境标识原则》，并且还正在拟定《生态印刷证明书》等一系列规章制度；油墨工业联合会颁布了相关的自主规范以及《NL标志》和《植物油油墨标志》等规范；无水胶印协会也推出了《蝴蝶标志》等手册。

可以说，无论是与印刷产业相关的团体组织，还是印刷企业，或者是有关的从业人员，都将绿色印刷置于相当重要的位置。

由于日本在管理印刷产业方面通常依赖于行业自律，所以其印刷产业以及与其有关的行业或者组织往往十分健全，[4]包括相关的协会、研究会、联合会以及学会等组织，在印刷行业的发展进程中各尽其能，发挥了至关重要的作用。

但是在我国现有印刷产业链中存在较为严重的环境污染问题，成为制约印刷业可持续发展的主要问题之一，主要集中在版基制备污染、制版工艺污染、油墨污染[7]。

所以政府也在积极的推动绿色印刷的发展并颁布了绿色印刷的标准，部分地方新闻出版行政主管部门还在绿色技术改造、认证咨询等方面给予企业一定的政策和资金扶持。

2.1 版基制备污染目前，胶版印刷通常采用的铝版基是通过电解和阳极氧化工艺制备得到，这一过程不仅会产生大量的电解废液，同时造成巨大的电能消耗。

2013年我国印版材总产量达3.46亿m2，造成了大量的能源消耗，并排放大量的废酸、废碱、废渣和废水，对环境造成严重危害。

2.2 制版工艺污染当前以激光照排技术和计算机直接制版技术为代表的制版技术是基于感光成像原理，国际著名印刷版材企业如富士、柯达、爱克发等，均采用“曝光-显影-冲洗”的减材制造技术路线，工艺繁琐，并造成大量材料浪费和冲洗废液排放。

2.3 油墨污染书刊、报纸、包装袋、纸盒等印刷品与人们的生活和身体健康密切相关，因而印刷油墨的环保性越来越受到关注。

目前，印刷领域广泛使用的仍是传统的溶剂型油墨，所用的溶剂主要是芳香烃类、酯类、酮类、醚类等有机溶剂，印刷干燥后约70%～80%的溶剂直接挥发到空气中。

大量的挥发性有机化合物（VOC）排放不仅给环境带来严重的污染，也通过呼吸、接触等直接影响到人们的身体健康；油墨中的重金属等有害成分还会直接污染所包装的食品、药品和化妆品等，存在严重的健康和食品安全隐患。

3. 纳米绿色印刷技术不用感光冲洗，也不产生废水废液，报纸、书籍的版样就可以打印出来；电脑、手机的线路板，不用刻蚀，同样也可以轻松打印出来，这些看似神奇的技术在我国科研团队的努力下已成为现实。

这就是在世界印刷领域全面领先的纳米绿色印刷技术，它凭借分辨率高、节能环保和成本低等优势，在印刷产业和印刷电路板行业产生了革命性变革。

同时我国的研究学者建立了包括绿色版基、绿色制版和绿色油墨的完整绿色印刷产业链，为纳米印刷技术的发展打下了坚实的基础[5]。

3.1 绿色版基突破国际上通用的电解氧化版基生产工艺，利用纳米功能涂层材料在铝版基表面形成特殊微纳结构和亲水特性，发展了纳米绿色版基制备技术，从根本上解决了电解氧化过程产生的高耗能和高污染问题[8]。

突破了纳米粒子制备和稳定分散、纳米涂层材料的规模制备及涂布工艺等关键技术，建立了系统的检测方法和质量标准，获第二届全国印刷行业重点创新成果，这个奖项全国共两项，这个奖项的获得是对这项成果的重大肯定[6]。

3.2 纳米绿色制版纳米绿色制版突破传统印刷制版感光成像的技术思路，通过纳米转印材料和纳微米结构版材对表面浸润性的调控，实现纳米版材非图文区亲水、图文区亲油的成像特性，发展出无需曝光冲洗的纳米材料绿色制版技术。

传统的激光照排制版就像相机胶卷一样需要曝光显像，其使用的显影、定影液等化学物质会产生大量污染。

即使目前最先进的计算机直接制版技术，也需要感光预涂层和化学处理过程。

而纳米绿色印刷技术则完全不需要暗室和曝光过程，也不产生废水和废液，成本还比传统激光照排制版便宜1/3以上。

“打个比方，传统的激光照排相当于‘胶片照相机’，较先进的计算机直接制版技术相当于‘拍立得’，而纳米绿色制版技术就像是‘数码相机’。

纳米绿色制版技术具有工艺简捷、操作方便、成本低廉等多方面优势，是目前最环保的印刷制版技术。

由联想控股等投资成立的中科纳新致力于绿色印刷技术的产业化，并进一步通过纳米材料与印刷的创新，突破了传统印刷技术的精度极限，实现对印刷图案最基本要素点、线、面的精确控制；通过磁悬浮直线电机和大理石平台等技术创新，突破喷墨打印设备输出精度和速度等关键技术，成功研制出世界最高时速对开报业制版系统样机；建成北京怀柔和密云等绿色制版中心，辐射周边数十家印刷企业，将彻底解决区域性印刷制版污染难题。

3.3 绿色油墨为解决目前塑料包装印刷使用甲苯等溶剂油墨引起的食品安全问题，成功开发出环保型塑料凹印油墨，解决了油墨在塑料表面的扩散、干燥、粘附等系列关键技术问题，满足了印刷品的精度、牢度和展色性等要求[9]。

与企业合作开发的绿色油墨产品获国家环境保护部“中国环境标志产品”证书和科技部“国家重点新产品”证书，并通过美国PANTON 公司检测鉴定，销售额超过7 亿元。

众所周知，油墨细度与印刷品质量有密切关系。

油墨细度愈好，着色力愈强，印刷品的网点也愈清晰和饱满有力。

纳米油墨在细度上无疑是具有特别优势的，因为纳米材料就是目前晶粒最细的材料了。

另外，由于纳米微粒具有很好的表面湿润性，它们吸附于油墨中的颜料颗粒表面，能大大改善油墨的亲油和可润湿性，并能保证整个油墨分散系的稳定。

所以，加有纳米微粒的纳米油墨，其印刷性能可以得到较大的改善。

把纳米级原材料加入不同用途不同种类的油墨中，会收到不同的效果。

若用于UV油墨中，可加快其固化速度，并消除墨膜的收缩起皱现象；纳米级碳墨具有导电性，若加入油墨便可制成导电油墨；在玻璃陶瓷的印墨中，若无机原料构成是纳米级的细度，将能节省大量原料。