绿色印刷纳米材料绿色制版

　　2013年初，贯彻落实《国务院关于同意调整中关村(4.49,0.04,0.90%)国家自主创新示范区空间规模和布局的批复》的工作大会在北京召开，中关村由“一区十园”扩展为“一区十六园”，确定了新一轮发展蓝图。怀柔园由此换上新装，在中关村这块金字招牌的辉映下，开始了向“全球科技创新中心”大目标迈进的新征程，使尽浑身解数吸纳各类高科技创新企业入驻。

　　北京中科纳新印刷技术有限公司（下称中科纳新）是一家被多位国家领导人寄予厚望的企业，2013年2月正式落户中关村怀柔园。这家刚成立不到4年的企业新秀，却被业界认为有望扭转中国印刷业污染严重的现状，成为实现经济增长方式转变的典范。

　　三大创新解决三大污染源

　　虽然受电子出版物的影响，书报印刷量在不断下降。但是广告、喷绘、包装的业务量却在增加，因此我国整个印刷行业的业务量总体上还是增长的。2011年，中国印刷行业总产值达到7706.5亿元，预期到“十二五”末将达到1.1万亿元。印刷行业已经成为对我国国民经济发展具有重要影响的行业，但同时也是“高污染”行业之一，并对资源造成了大量消耗。

　　纵观整个印刷产业链，污染主要体现在三个方面，一是废液污染，集中反映在制版过程中。目前广泛应用的激光照排和CTP技术都是基于感光成像的原理，因此不可避免地存在感光、显影、冲洗等复杂过程和避光操作的繁琐工艺，并因化学品清洗而引起严重的环境污染问题。即使声称已经环保优化的CTP制版机，冲洗每平方米版材也需要化学品约300毫升。二是废气污染，主要涉及油墨的VOC排放。油墨中通常含有多种矿物油，很多油墨使用苯和甲苯等毒害性溶剂，会造成严重环境污染甚至人员伤害。三是废渣污染，源自金属版基的制备过程。传统印刷板材使用的铝板基需要经过电解氧化成粗糙结构（砂目化），然后涂布感光层，氧化电解的过程会产生大量的电解废液，通常用石灰中和后生成大量废渣。因此，整个印刷产业链会产生大量的废液、废气和废渣污染。

　　“针对印刷产业链制版、版基和油墨的生产使用过程中产生的三大污染，我们提出绿色印刷产业链的概念，并通过技术创新从根本上加以解决：用纳米涂层取代原来电解氧化的过程，用纳米材料打印制备代替曝光成像，用水性墨代替油性墨。这样的绿色印刷技术体系可以解决印刷产业链中80% 以上的污染。”中科纳新董事长、中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室主任宋延林博士言简意赅地总结了纳米材料绿色印刷技术的三大创新。

　　美国《时代周刊》曾有一个触目惊心的封面：一只巨大的iPhone 手机背后是浓烟滚滚的烟囱和多如蚂蚁的工人，暗示中国的经济发展一是牺牲环境，二是靠廉价劳动力，不过今后这两个因素都将不可持续。那时中国的发展靠什么？唯有靠技术创新来实现经济增长方式的转变。

　　用“跑第一”的心态做技术

　　在投身纳米材料绿色制版技术研发前，宋延林有打印耗材研发的经历。

　　十几年前，国内市场上的打印墨盒几乎是清一色的国外品牌，像惠普[微博]、爱普生等品牌几乎垄断了中国市场，价格自然卖得很高，一个打印墨盒卖到一百多元，而墨水的成本却非常低廉。怎么才能把墨水、墨盒的价格降下来？在宋延林看来，只有生产出我们自己质量过硬的墨盒才能倒逼国外产品降价。2004年，宋延林得到863计划的支持并最终顺利完成了项目。如今，市场墨盒的价格已经降到了几乎是原来的1/10。因为在打印耗材研发方面的贡献，宋延林当选为中国计算机耗材行业协会副会长。

　　随着对打印印刷行业的了解，2005年宋延林又将目光瞄准纳米材料绿色制版技术。然而对于这个决定，一开始大家就提出疑惑：如果这么简单，为什么国外大公司不做呢？

　　“就像数码照相技术，最早是柯达公司研发出来的，但由于与其核心感光材料产业冲突，柯达最终并没有在数码照相领域引领产业。同样，在印刷行业，国际大企业柯达、富士、爱克发等国际巨头都是靠感光材料起家，面对非感光的新技术就很难取舍。而这就是我们的机会。”宋延林当时这样告诫团队，并以王选院士的例子来鼓励大家坚持。“任何一项新技术的研发过程都会遇到很多困难，成功者贵在坚持。王选院士之所以成功，就是在最困难的时候没有放弃。从1974年到1981年，花了7年时间才推出第一台激光照排样机，而真正大规模推广使用是在1988年，当中遇到多少困难，可想而知。”

　　研发纳米材料绿色制版技术，宋延林对创新深有感悟。在他看来，创新是最需要“敢为天下先”精神的。中国传统文化有中庸思想，近百年来的科学技术发展落后于西方，又让很多人潜意识中有技术自卑的心理：很多企业和科研机构，在研发一项新技术之前，都会习惯地问：国外有没有人做？这导致中国在很多方面总是在跟踪，总是在跟跑。“跑第一和跑第二，心态是完全不一样的。跑第二的人，前面有人，他要追赶；跑第一的人，前面没有人，只有回头才能看到追赶者。中国要想有大的发展，整个民族的心态都要调整，我们要习惯跑第一。否则永远是被人家牵着鼻子走。”

　　艰难困苦，玉汝于成。多年的艰苦研发，宋延林带领团队成功攻克了各种技术难题，在技术上实现了几大突破。比如墨滴在固体表面干燥的过程容易形成咖啡环，这会影响印刷的质量。中科纳新通过纳米材料解决了这个问题，不让墨滴扩大形成空缺、不均匀的斑点。“包含纳米颗粒的墨滴形成的是非常均匀的点，能让斑点缩小，而且均匀。能做到一个墨滴仅仅包括一个、两个，还是三个、四个纳米颗粒，而且可以控制。”

　　此外，两个液滴碰在一起是否能形成直线？按道理来说，两点决定一条直线，但是很多情况下，两个液滴融合后会形成一个更大的液滴，而不是一条直线。这也会造成印刷质量问题。中科纳新的解决方案是，将纳米颗粒像冰糖葫芦一样一个个串起来，并可以一排、两排地排列，待液滴干燥后就是平整的线条。

　　“简单来说，纳米材料绿色制版原理就是在亲水的版材上打印出亲油的图文区，通过亲油和亲水的差异形成图文区和空白区的差别。制版的版材本身是亲水性质，这使它不沾染油性的油墨；而印刷品上的图文区，则打印上亲油（可附着油墨）的纳米材料。这样，印版上机印刷时，打印有亲油纳米材料的区域就得到图片和文字，而没有打印的区域就是空白。”宋延林对制版原理如数家珍。

　　针对纳米材料绿色制版技术的特点，中科纳新设计了全新的驱动电路和图形处理软件，并采用平板结构的高精度打印驱动系统，保证了1160mm×940mm制版幅面下高达2880dpi的制版精度以及20张/小时的制版速度；同时纳新200采用了水平进版的工作模式，大幅提高了制版过程中的稳定性，在保证高制版精度的前提下有效提高了工作效率。

　　“纳米材料绿色制版技术，就相当于用数码照相机代替胶卷照相机，数码照相是将所有的信息在计算机里处理好，再通过打印直接得到照片。跟传统的化学曝光成像不一样的地方是，它不用避光，不用化学冲洗，不仅成本大大降低，而且还可以回收。这一过程，纳米材料起到了关键的作用。”

　　打通“大印刷”全产业链

　　事实上，中科纳新的“野心”不止于此，印刷行业只是企业整个布局突破的开始。目前，纳米材料在绿色油墨、绿色铝板基生产等领域的延伸应用都取得了可喜的成效。“我们要以核心的纳米材料技术作为支撑，力求通过印刷的方式，解决多个重要行业生产环节中的污染问题。”宋延林将绿色印刷的外延不断扩大，大胆设想做“大印刷”的产业化之路。

　　“技术是可以复制的，产业也可以复制”。下一步，纳新系产业将突破纸张印刷的范畴，把纳米绿色印刷技术延伸到电子、建材、印染等行业，通过纳米材料的创新和应用，解决上述行业的环境污染和高能耗问题，同时降低生产成本，形成一个“纳米材料绿色印刷产业技术集群”。

　　比如电子领域的电路板，它和印刷制版的过程几乎是一样的，也是先曝光得到一个光掩模，再到一个铜板上进行曝光刻蚀，最后形成电路板。如果用传统的方法，这个过程会导致环境污染和材料浪费，其程度比印刷还要严重。一张铜板进行曝光，90% 左右都被腐蚀掉成为污染。“我们利用金属纳米颗粒，通过打印印刷的方式做这件事情，就可以完全避免环境的污染。比如在纸上打印一个图案，就可以代替导线。我们还通过印刷电子标签在互联网方面开展应用。如我们在海尔冰柜生产线上做过应用示范，用印刷的方式做天线，通过射频技术可以在冰柜生产过程中，对冰柜生产的各个环节和质量情况进行控制。”谈起这项技术的延伸，宋延林一下打开了话匣。

　　宋延林介绍，纳米材料绿色印刷电路技术可以从根本上解决传统生产方式的严重环境污染，而且具有价廉、灵活制备柔性电路的优势，不仅能提升传统印制电路板行业的生产技术水平，而且还可应用于物联网、柔性显示、太阳能电池、生物芯片等印刷电子产品领域，市场容量极为可观。

　　再如建材行业，中国的产能居世界前列。但是这个行业也是高能耗的产业，像彩色陶瓷，它的烧结需要一千多度的高温，而且越大越难做。中科纳新直接用打印的方式就可以做到。还有印染行业，中国很多纺织印染产品的产量也是世界第一，但污染非常严重。用打印的方式，可以在丝绸、化纤等不同材料表面，靠纳米材料解决表面吸附和铺展问题，实现图案化的过程。“共性的东西都是高精度打印和控制技术，核心是包含纳米材料的液体在不同基材表面黏附和转移的过程。”

　　印刷已经不是传统的印书印报的概念，已经变成一种现代制造的方式，只要需要图案的地方，都可以用到印刷技术。基于纳米材料，对印刷行业来说，已经从过去的感光时代，发展到现在的纳米时代。

　　中科纳新提出绿色印刷概念，未来如何引领产业的发展？宋延林坦言，目前最大的难题是产业链整合问题，需要把单项技术和产业整合起来。

　　我们相信，依靠中科院这个庞大的科学技术“孵化器”，在做好原创基础研究的同时，坚定地走“发展高科技，实现产业化”的道路，中科纳新的绿色“大印刷”之路必将更加广阔与光明。

[时间：2013-07-04  来源：中关村]