中国科学院化学研究所绿色制版技术在河北承德落地转化

　　纳米技术让印刷产业绿起来

4月16日，河北承德天成印刷科技股份有限公司纳米绿色版材生产线。河北日报记者 马彦铭 摄

　　书籍、报纸、画册……生活中，随处可见印刷产品的身影。

　　在传递知识和信息的同时，印刷产业有着鲜为人知的“另一面”。如在制版环节和印刷环节，电解废液、感光显影废液的排放可能会对环境造成污染。

　　中国科学院化学研究所开发出纳米绿色印刷技术，在河北承德县承德天成印刷科技股份有限公司（以下简称“承德天成印刷公司”）落地转化。通过创新，印刷过程从减法蚀刻工艺变为加法打印，污染排放大量减少，整个印刷产业链变得更加环保。

　　应用纳米技术，杜绝生产废液

　　4月16日，在承德天成印刷公司生产车间，包装完毕的纳米绿色版材整齐摆放，准备按照订单发往全国各地。自动化生产线上，由铝板加工而成的纳米NP301绿色版材被切割成块，泛着金色光彩。

　　“我们的版材在市场上供不应求，客户遍及全国，还出口到了韩国、越南、印度等国家。”承德天成印刷公司总经理梁彦民说。

　　版材，是制版技术的基础材料，用于制作印版。作为印刷产业链中的上游材料，版材制成的印版直接参与图文印刷，作用十分关键。印刷机通过滚压印版，将其上的图文信息转移到纸张等载体上。没有版材，印刷机就无法进行大规模印刷。

　　印刷术是中国古代四大发明之一。中国的印刷术经过雕版印刷和活字印刷两个阶段的发展，给人类的发展献上了一份厚礼。汉字激光照排技术，使我国印刷业告别“铅与火”，迈入“光与电”的时代。

　　CTP（计算机直接制版）版材是现代印刷行业主流制版材料。但是，CTP版材在全生命周期内会产生两类废液：上游版材制造环节产生电解废液、工艺废水；下游制作印版环节产生感光显影废液。

　　梁彦民介绍，应用纳米技术后，承德天成印刷公司生产的版材在制造环节不会产生电解废液和工艺废水，后续客户在制作印版时也不会产生感光显影废液。

　　CTP版材在生产过程中，铝版基需要经过电解、氧化、封孔、涂感光层等生产环节。电解、氧化和封孔，是为了对铝版基进行粗化处理，形成砂目。“印刷需要水墨平衡。砂目，就是CTP版材铝面上一层肉眼看不见的‘小坑坑小毛毛’，作用是抓得住墨层、存得住水、印得更清晰。”梁彦民说，感光涂层还能“嵌”进砂目，让版材更耐磨，从而印制更多印刷品。

　　形成砂目，会产生大量含有盐酸、硫酸的废液，是一个高能耗高污染的过程。在后续印刷环节，如果还要进行曝光和显影，又会产生感光显影废液。

　　承德天成印刷公司创新建成免砂目纳米绿色版材生产线。版材生产过程中，采用纳米涂层取代原来电解氧化的过程，杜绝了电解废液排放。客户在使用纳米绿色版材制版时，用纳米材料打印制版代替曝光成像，根除了感光废液排放。

　　梁彦民算了一笔账：相比传统工艺，纳米绿色版材在生产过程中，可节约用水88%、用电60%，酸性废液直接实现零排放。“不仅如此，现在我们日产量提高15%，生产效率提高20%，运行成本降低12%，版材一级品率达92%以上，受到国内外客户认可和好评。”梁彦民说。

　　协同创新，推动技术实现产业化应用

　　纳米技术与传统的印刷术，似乎有些不搭界。中国科学院化学研究所研究员宋延林的开创性研究让两者产生联系。京冀两地科研院所和企业协同创新，使纳米绿色印刷技术实现产业化应用，促进了传统产业转型升级。

　　梁彦民介绍，从最早的雕版印刷到活字印刷，再到以激光照排为代表的化学成像阶段，印刷一直是一种做减法的技术。“减法印刷就像刻印章，要什么字或图案，就把多余的材料去掉，只留下要印的形状，再附着油墨印到纸上。”他说。

　　纳米材料绿色制版技术，提出了加法印刷解决方案。在印刷过程中，印版呈现印刷区（亲油墨）和非印刷区（亲水，不亲油墨）两种相反性质的区域。在亲水的版材上打印出纳米材料形成的亲油墨的图文区，通过两者之间的差异形成图文区和空白区，将原来的减法蚀刻工艺变为加法打印。

　　加法印刷，需要克服“咖啡环效应”——一滴咖啡在固体表面干燥的过程中，会不均匀地扩散，边缘厚、中间薄，形成一个不均匀的斑点。梁彦民说，如果不能解决这一难题，精确控制印刷墨滴就成了不可能完成的任务。

　　通过对液滴和材料表面相互作用的深入研究和精确控制，宋延林研究团队突破传统墨滴尺寸局限，使打印的斑点实现纳米级的精度，甚至可以精确地控制每一滴墨里纳米颗粒的个数。之后，宋延林研究团队又相继解决多个基础科学难题，把印刷术的整体精度从微米尺度推进到纳米尺度。

　　2015年，梁彦民捕捉到中国科学院化学研究所纳米绿色印刷技术的产业化机遇，积极与宋延林研究团队沟通。起初，研究团队对企业充满疑虑。梁彦民在中国科学院附近租了一间地下室，每天去宋延林研究团队的实验室“蹲守”，靠着诚意打动了研究团队，促成了双方的合作。

　　生产线落地过程中迎来新的挑战。纳米材料对温湿度极度敏感，首批产品合格率不足30%。梁彦民把铺盖搬进车间，与宋延林研究团队一起进行攻关。最艰难时，他们连续72小时记录5000多组数据，试遍所有国产基材。

　　研究团队围绕纳米粒子制备、稳定分散控制、涂层材料配方等关键技术展开攻关，取得了一系列成果。2018年，生产线正式投产，当年即创造产值5000万元。如今，承德天成印刷公司纳米绿色印刷技术已形成完整的知识产权体系，相关产品占据国内高端市场30%份额。

　　继续攻关研发，向智能印刷新材料领域进军

　　纳米绿色印刷技术，涉及墨水、版材、制版设备及软件，形成一个相互影响的闭环系统。由于传统制版设备难以适配纳米绿色版材的打印精度需求，一度成为制约产业化的短板。

　　在中国科学院技术支持下，承德天成印刷公司与相关企业合作，研发出纳米喷墨式制版机，并于2022年实现量产，打通了纳米绿色印刷的全产业链。

　　当前，印刷产业正从规模扩张向价值创造加速转型。国家明确提出，印刷产业要向智能化、绿色化、融合化方向发展。

　　随着“双碳”目标推进，印刷产业的环保压力持续增大。相关部门通过制定严格的环保标准、推广环保材料和技术、建立印刷品回收利用体系等措施，推动印刷产业向绿色化方向转型。这为纳米绿色印刷技术发展提供了机遇。

　　“智能印刷新材料是推动印刷业从传统图文向绿色、功能、智能跃迁的核心支撑，集中在纳米功能材料、环保油墨、智能响应材料、柔性基材、高性能版材五大方向。”梁彦民介绍，当前印刷产业正处于技术突破与规模化落地并行阶段，我国在纳米绿色印刷、环保油墨领域已形成全球竞争力，但部分高端原材料仍依赖进口。

　　梁彦民说，承德天成印刷公司将继续通过协同攻关解决制约制版速度、制版精度等关键技术问题，进一步加快纳米绿色印刷技术的推广应用，同时，加快向智能印刷新材料领域进军。（河北日报记者 马彦铭）