京津研發河北轉化進行時 | 納米技術讓印刷產業綠起來

中國科學院化學研究所綠色制版技術在承德落地轉化

納米技術讓印刷產業綠起來

4月16日，承德天成印刷科技股份有限公司納米綠色版材生產線。河北日報記者馬彥銘攝

書籍、報紙、畫冊……生活中，隨處可見印刷產品的身影。

在傳遞知識和信息的同時，印刷產業有著鮮為人知的“另一面”。如在制版環節和印刷環節，電解廢液、感光顯影廢液的排放可能會對環境造成污染。

中國科學院化學研究所開發出納米綠色印刷技術，在承德縣承德天成印刷科技股份有限公司（以下簡稱“承德天成印刷公司”）落地轉化。通過創新，印刷過程從減法蝕刻工藝變為加法打印，污染排放大量減少，整個印刷產業鏈變得更加環保。

應用納米技術，杜絕生產廢液

4月16日，在承德天成印刷公司生產車間，包裝完畢的納米綠色版材整齊擺放，準備按照訂單發往全國各地。自動化生產線上，由鋁板加工而成的納米NP301綠色版材被切割成塊，泛著金色光彩。

“我們的版材在市場上供不應求，客戶遍及全國，還出口到了韓國、越南、印度等國家。”承德天成印刷公司總經理梁彥民說。

版材，是制版技術的基礎材料，用于制作印版。作為印刷產業鏈中的上游材料，版材制成的印版直接參與圖文印刷，作用十分關鍵。印刷機通過滾壓印版，將其上的圖文信息轉移到紙張等載體上。沒有版材，印刷機就無法進行大規模印刷。

印刷術是中國古代四大發明之一。中國的印刷術經過雕版印刷和活字印刷兩個階段的發展，給人類的發展獻上了一份厚禮。漢字激光照排技術，使我國印刷業告別“鉛與火”，邁入“光與電”的時代。

CTP（計算機直接制版）版材是現代印刷行業主流制版材料。但是，CTP版材在全生命周期內會產生兩類廢液：上游版材制造環節產生電解廢液、工藝廢水；下游制作印版環節產生感光顯影廢液。

梁彥民介紹，應用納米技術后，承德天成印刷公司生產的版材在制造環節不會產生電解廢液和工藝廢水，后續客戶在制作印版時也不會產生感光顯影廢液。

CTP版材在生產過程中，鋁版基需要經過電解、氧化、封孔、涂感光層等生產環節。電解、氧化和封孔，是為了對鋁版基進行粗化處理，形成砂目。“印刷需要水墨平衡。砂目，就是CTP版材鋁面上一層肉眼看不見的‘小坑坑小毛毛’，作用是抓得住墨層、存得住水、印得更清晰。”梁彥民說，感光涂層還能“嵌”進砂目，讓版材更耐磨，從而印制更多印刷品。

形成砂目，會產生大量含有鹽酸、硫酸的廢液，是一個高能耗高污染的過程。在后續印刷環節，如果還要進行曝光和顯影，又會產生感光顯影廢液。

承德天成印刷公司創新建成免砂目納米綠色版材生產線。版材生產過程中，采用納米涂層取代原來電解氧化的過程，杜絕了電解廢液排放。客戶在使用納米綠色版材制版時，用納米材料打印制版代替曝光成像，根除了感光廢液排放。

梁彥民算了一筆賬：相比傳統工藝，納米綠色版材在生產過程中，可節約用水88%、用電60%，酸性廢液直接實現零排放。“不僅如此，現在我們日產量提高15%，生產效率提高20%，運行成本降低12%，版材一級品率達92%以上，受到國內外客戶認可和好評。”梁彥民說。

協同創新，推動技術實現產業化應用

納米技術與傳統的印刷術，似乎有些不搭界。中國科學院化學研究所研究員宋延林的開創性研究讓兩者產生聯系。京冀兩地科研院所和企業協同創新，使納米綠色印刷技術實現產業化應用，促進了傳統產業轉型升級。

梁彥民介紹，從最早的雕版印刷到活字印刷，再到以激光照排為代表的化學成像階段，印刷一直是一種做減法的技術。“減法印刷就像刻印章，要什么字或圖案，就把多余的材料去掉，只留下要印的形狀，再附著油墨印到紙上。”他說。

納米材料綠色制版技術，提出了加法印刷解決方案。在印刷過程中，印版呈現印刷區（親油墨）和非印刷區（親水，不親油墨）兩種相反性質的區域。在親水的版材上打印出納米材料形成的親油墨的圖文區，通過兩者之間的差異形成圖文區和空白區，將原來的減法蝕刻工藝變為加法打印。

加法印刷，需要克服“咖啡環效應”——一滴咖啡在固體表面干燥的過程中，會不均勻地擴散，邊緣厚、中間薄，形成一個不均勻的斑點。梁彥民說，如果不能解決這一難題，精確控制印刷墨滴就成了不可能完成的任務。

通過對液滴和材料表面相互作用的深入研究和精確控制，宋延林研究團隊突破傳統墨滴尺寸局限，使打印的斑點實現納米級的精度，甚至可以精確地控制每一滴墨里納米顆粒的個數。之后，宋延林研究團隊又相繼解決多個基礎科學難題，把印刷術的整體精度從微米尺度推進到納米尺度。

2015年，梁彥民捕捉到中國科學院化學研究所納米綠色印刷技術的產業化機遇，積極與宋延林研究團隊溝通。起初，研究團隊對企業充滿疑慮。梁彥民在中國科學院附近租了一間地下室，每天去宋延林研究團隊的實驗室“蹲守”，靠著誠意打動了研究團隊，促成了雙方的合作。

生產線落地過程中迎來新的挑戰。納米材料對溫濕度極度敏感，首批產品合格率不足30%。梁彥民把鋪蓋搬進車間，與宋延林研究團隊一起進行攻關。最艱難時，他們連續72小時記錄5000多組數據，試遍所有國產基材。

研究團隊圍繞納米粒子制備、穩定分散控制、涂層材料配方等關鍵技術展開攻關，取得了一系列成果。2018年，生產線正式投產，當年即創造產值5000萬元。如今，承德天成印刷公司納米綠色印刷技術已形成完整的知識產權體系，相關產品占據國內高端市場30%份額。

繼續攻關研發，向智能印刷新材料領域進軍

納米綠色印刷技術，涉及墨水、版材、制版設備及軟件，形成一個相互影響的閉環系統。由于傳統制版設備難以適配納米綠色版材的打印精度需求，一度成為制約產業化的短板。

在中國科學院技術支持下，承德天成印刷公司與相關企業合作，研發出納米噴墨式制版機，并于2022年實現量產，打通了納米綠色印刷的全產業鏈。

當前，印刷產業正從規模擴張向價值創造加速轉型。國家明確提出，印刷產業要向智能化、綠色化、融合化方向發展。

隨著“雙碳”目標推進，印刷產業的環保壓力持續增大。相關部門通過制定嚴格的環保標準、推廣環保材料和技術、建立印刷品回收利用體系等措施，推動印刷產業向綠色化方向轉型。這為納米綠色印刷技術發展提供了機遇。

“智能印刷新材料是推動印刷業從傳統圖文向綠色、功能、智能躍遷的核心支撐，集中在納米功能材料、環保油墨、智能響應材料、柔性基材、高性能版材五大方向。”梁彥民介紹，當前印刷產業正處于技術突破與規模化落地并行階段，我國在納米綠色印刷、環保油墨領域已形成全球競爭力，但部分高端原材料仍依賴進口。

梁彥民說，承德天成印刷公司將繼續通過協同攻關解決制約制版速度、制版精度等關鍵技術問題，進一步加快納米綠色印刷技術的推廣應用，同時，加快向智能印刷新材料領域進軍。

黃驊 融 媒

來源：河北日報

編 輯：趙浩伊 實習編輯：張丙堃