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印刷技术为人类文明的传承和信息的传播作出了不可磨灭的贡献，但近年来，传统印刷业也面临着环境保护、电子出版等多方面的压力与挑战。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（简称“中科院化学所”）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；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，推动印刷产业向“绿色化、功能化、立体化、器件化”发展。
一、印刷产业面临严峻的环境压力
20世纪80年代，王选院士主持成功开发汉字激光照排技术并推广应用后，我国印刷产业由铅字印刷时代过渡到彩色出版印刷时代，印刷技术实现了跨越式发展。2013年我国印刷行业总产值达10 398.5亿元，并持续保持较高的增长速度（2013年在经济下行的压力下行业总产值仍比2012年增长9.3%）。但是，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，主要集中在以下3方面。
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年我国胶印版材总产量达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.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。
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。
二、纳米绿色印刷的技术突破与发展
为加快实施绿色印刷战略，促进我国印刷产业发展方式转变，2010年国家环保部与新闻出版总署签订了“实施绿色印刷战略合作协议”，通过发布印刷环境标志标准、完善绿色印刷评价体系等一系列举措，实现绿色印刷技术的推广和应用（见图1）。另外，北京印刷学院、中科院化学所、北大方正集团、北京中科纳新印刷技术有限公司（以下简称“中科纳新”）等17家产学研单位共同发起成立了北京绿色印刷产业技术创新联盟，致力推进绿色印刷进程。
中科院化学所的科研人员通过纳米材料与印刷技术的创新研究，突破传统印刷制版感光成像的技术思路，利用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；并进一步提出发展包括“绿色版基、绿色制版、绿色油墨”在内的完整的纳米绿色印刷产业链技术，从源头解决了印刷产业的污染问题。
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。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2届全国印刷行业重点创新成果。
2.绿色制版
如同数码照相对胶卷照相的革命一样，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（见图2）；建成北京怀柔和密云等绿色制版中心（见图3），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。
2014年12月3-4日，中科纳新成功召开了“喷墨制版技术及其产业发展研讨会”和“喷墨新天地暨中科纳新新品发布会”，产品的环保优势和技术突破得到印刷行业专家及企业的高度评价，被誉为可以与汉字激光照排并列的重大技术突破。研究成果先后获第19届全国发明展览会金奖、印刷行业十佳创新设备奖、全国印刷行业百佳科技创新成果、中关村十大创新成果、中国产学研合作创新成果奖等，入选2010上海世博会、“十一五”国家重大科技成就展、中关村国家自主创新示范区成就展等重要展区，受到多位国家领导人的关注和重视。
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，中科院化学所和成都托展新材料有限公司合作，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。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，年销售额超1亿元。 以上成果的进一步研发和产业化推广应用，将减少每年百万吨的制版废液排放、千万吨的版基废液/渣污染以及数十万吨的VOC排放，推动我国印刷产业的健康可持续发展。
三、纳米绿色印刷制造技术拓展，引领绿色印刷产业新发展1.纳米印刷在电子领域的应用
目前中国已成为世界最大的印刷电路生产国。传统的印刷电路制造主要是基于感光和刻蚀工艺，80%以上的非电路部分金属材料需要通过曝光腐蚀去除，造成严重的环境污染和资源浪费。绿色印刷制造技术因柔性化、透明化、绿色化的特点，在印刷电子领域具有巨大的应用前景，将推动电子产品的轻、柔、薄和透明化发展，对我国印刷电路行业的可持续发展具有重要的战略意义，并在物联网、触摸屏等产业的发展中发挥重要作用。
近年来，印刷电子技术引起国际上的广泛重视。美国、日本、韩国等国家以及欧洲国家的印刷电子技术都由政府主导重点支持。韩国政府2012年宣布今后6年由政府与工业界联合投资1 725亿韩元，建立印刷电子的全产业链。我国近年来也成立了多家专门研发机构。例如，2010年中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所成立了印刷电子研究中心，中科院化学所成立了北京市纳米材料绿色打印印刷工程技术研究中心，并在纳米金属导电油墨的制备和印刷电路示范应用方面取得重要进展。2011年，中科院化学所和北京印刷学院等国内十余家单位发起成立了全国印刷电子产业创新联盟，目前已在绿色印刷电子技术方面取得了多项成果。
在北京市及中科院战略性先导科技专项A类项目的大力支持下，中科院化学所与北京中科纳通电子技术有限公司建立了年产导电油墨2万kg和射频标签天线1亿片的生产线；实现了纳米银导电油墨和射频标签天线的批量稳定试产；在印刷装备方面，与国内企业联合开发了印刷射频标签天线工业级印刷测试和分析装备，显著推进了批量化印刷制造射频标签天线进程。利用绿色印刷技术印制的电子门票在2014年“全国科技活动周”和北京APEC会议得到应用（见图4）。同时基于印刷射频天线制造的地铁票的应用也取得了重要进展，20余万张地铁票已经在使用中。
2.纳米印刷在3D打印制造领域的应用
传统的制造业主要基于减法工艺，在消耗巨大的材料和能源的同时还造成严重的污染排放。3D打印技术是对全球制造业具有变革性影响的新兴产业技术，可以实现直接从计算机数字模型到三维实物产品的制造，大幅度简化生产工艺、提高生产效率、降低生产成本、减少材料浪费，并可以实现个性化产品制造和制造传统技术难以实现的复杂三维结构产品（见图5）。
3D打印技术有望对全球制造业的技术变革和产业升级产生巨大影响，并引起国内外广泛重视。2012年，美国总统奥巴马针对美国制造业的发展，将3D打印制造列为11项重要技术之一，希望藉此重振美国制造业。德国和英国等也积极推动3D打印制造技术研发。3D打印涉及到材料、设备、软件、信息等系统的技术构建，需要各个领域的技术融合和人才储备。3D打印设备与材料的核心技术多为国外企业所拥有。我国3D打印技术开始于20世纪90年代，目前多家大学、研究机构和企业，如清华大学、北京航空航天大学及中科院化学所、中国科学院自动化研究所、中国科学院福建物质结构研究所等分别在3D打印设备和关键材料方面积累了良好的研究基础。开展3D打印制造产业的系统研发和产业化，实现关键材料和装备国产化，并形成系统的自主知识产权和专利布局，构建具有国际竞争力的3D打印技术和产业链，有望改变传统制造业的生产模式，更将对今后社会经济的发展产生深远影响。
四、纳米绿色印刷展望
纳米绿色印刷技术以其绿色环保、工艺简捷及低成本等突出优势呈现出广阔的产业变革前景，中科院化学所通过纳米材料的创新研究，实现绿色版基、绿色制版和绿色油墨的关键技术突破和规模生产；将纳米材料的最新研究成果与中科纳新等产业化公司结合，针对印刷产业的未来发展，提出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打印领域，推动印刷产业向“绿色化、功能化、立体化、器件化”发展的战略思路。纳米绿色印刷技术不仅将彻底解决传统蚀刻工艺的高耗能和高污染问题，还将推动电子产品的轻、柔、薄和透明化发展，并将在物联网、高灵敏传感和检测器件等技术的发展中发挥重要作用。相信在不久的将来，印刷技术作为一种增材图案化的先进绿色制造技术，将在众多传统产业改造和战略新兴产业发展中发挥重要作用，引领纳米绿色印刷技术新时代，形成纳米材料绿色印刷产业技术集群，迎来印刷行业新的辉煌。
一、印刷产业面临严峻的环境压力
20世纪80年代，王选院士主持成功开发汉字激光照排技术并推广应用后，我国印刷产业由铅字印刷时代过渡到彩色出版印刷时代，印刷技术实现了跨越式发展。2013年我国印刷行业总产值达10 398.5亿元，并持续保持较高的增长速度（2013年在经济下行的压力下行业总产值仍比2012年增长9.3%）。但是，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，主要集中在以下3方面。
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年我国胶印版材总产量达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.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。
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。
二、纳米绿色印刷的技术突破与发展
为加快实施绿色印刷战略，促进我国印刷产业发展方式转变，2010年国家环保部与新闻出版总署签订了“实施绿色印刷战略合作协议”，通过发布印刷环境标志标准、完善绿色印刷评价体系等一系列举措，实现绿色印刷技术的推广和应用（见图1）。另外，北京印刷学院、中科院化学所、北大方正集团、北京中科纳新印刷技术有限公司（以下简称“中科纳新”）等17家产学研单位共同发起成立了北京绿色印刷产业技术创新联盟，致力推进绿色印刷进程。
中科院化学所的科研人员通过纳米材料与印刷技术的创新研究，突破传统印刷制版感光成像的技术思路，利用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；并进一步提出发展包括“绿色版基、绿色制版、绿色油墨”在内的完整的纳米绿色印刷产业链技术，从源头解决了印刷产业的污染问题。
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。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2届全国印刷行业重点创新成果。
2.绿色制版
如同数码照相对胶卷照相的革命一样，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（见图2）；建成北京怀柔和密云等绿色制版中心（见图3），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。
2014年12月3-4日，中科纳新成功召开了“喷墨制版技术及其产业发展研讨会”和“喷墨新天地暨中科纳新新品发布会”，产品的环保优势和技术突破得到印刷行业专家及企业的高度评价，被誉为可以与汉字激光照排并列的重大技术突破。研究成果先后获第19届全国发明展览会金奖、印刷行业十佳创新设备奖、全国印刷行业百佳科技创新成果、中关村十大创新成果、中国产学研合作创新成果奖等，入选2010上海世博会、“十一五”国家重大科技成就展、中关村国家自主创新示范区成就展等重要展区，受到多位国家领导人的关注和重视。
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，中科院化学所和成都托展新材料有限公司合作，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。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，年销售额超1亿元。 以上成果的进一步研发和产业化推广应用，将减少每年百万吨的制版废液排放、千万吨的版基废液/渣污染以及数十万吨的VOC排放，推动我国印刷产业的健康可持续发展。
三、纳米绿色印刷制造技术拓展，引领绿色印刷产业新发展1.纳米印刷在电子领域的应用
目前中国已成为世界最大的印刷电路生产国。传统的印刷电路制造主要是基于感光和刻蚀工艺，80%以上的非电路部分金属材料需要通过曝光腐蚀去除，造成严重的环境污染和资源浪费。绿色印刷制造技术因柔性化、透明化、绿色化的特点，在印刷电子领域具有巨大的应用前景，将推动电子产品的轻、柔、薄和透明化发展，对我国印刷电路行业的可持续发展具有重要的战略意义，并在物联网、触摸屏等产业的发展中发挥重要作用。
近年来，印刷电子技术引起国际上的广泛重视。美国、日本、韩国等国家以及欧洲国家的印刷电子技术都由政府主导重点支持。韩国政府2012年宣布今后6年由政府与工业界联合投资1 725亿韩元，建立印刷电子的全产业链。我国近年来也成立了多家专门研发机构。例如，2010年中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所成立了印刷电子研究中心，中科院化学所成立了北京市纳米材料绿色打印印刷工程技术研究中心，并在纳米金属导电油墨的制备和印刷电路示范应用方面取得重要进展。2011年，中科院化学所和北京印刷学院等国内十余家单位发起成立了全国印刷电子产业创新联盟，目前已在绿色印刷电子技术方面取得了多项成果。
在北京市及中科院战略性先导科技专项A类项目的大力支持下，中科院化学所与北京中科纳通电子技术有限公司建立了年产导电油墨2万kg和射频标签天线1亿片的生产线；实现了纳米银导电油墨和射频标签天线的批量稳定试产；在印刷装备方面，与国内企业联合开发了印刷射频标签天线工业级印刷测试和分析装备，显著推进了批量化印刷制造射频标签天线进程。利用绿色印刷技术印制的电子门票在2014年“全国科技活动周”和北京APEC会议得到应用（见图4）。同时基于印刷射频天线制造的地铁票的应用也取得了重要进展，20余万张地铁票已经在使用中。
2.纳米印刷在3D打印制造领域的应用
传统的制造业主要基于减法工艺，在消耗巨大的材料和能源的同时还造成严重的污染排放。3D打印技术是对全球制造业具有变革性影响的新兴产业技术，可以实现直接从计算机数字模型到三维实物产品的制造，大幅度简化生产工艺、提高生产效率、降低生产成本、减少材料浪费，并可以实现个性化产品制造和制造传统技术难以实现的复杂三维结构产品（见图5）。
3D打印技术有望对全球制造业的技术变革和产业升级产生巨大影响，并引起国内外广泛重视。2012年，美国总统奥巴马针对美国制造业的发展，将3D打印制造列为11项重要技术之一，希望藉此重振美国制造业。德国和英国等也积极推动3D打印制造技术研发。3D打印涉及到材料、设备、软件、信息等系统的技术构建，需要各个领域的技术融合和人才储备。3D打印设备与材料的核心技术多为国外企业所拥有。我国3D打印技术开始于20世纪90年代，目前多家大学、研究机构和企业，如清华大学、北京航空航天大学及中科院化学所、中国科学院自动化研究所、中国科学院福建物质结构研究所等分别在3D打印设备和关键材料方面积累了良好的研究基础。开展3D打印制造产业的系统研发和产业化，实现关键材料和装备国产化，并形成系统的自主知识产权和专利布局，构建具有国际竞争力的3D打印技术和产业链，有望改变传统制造业的生产模式，更将对今后社会经济的发展产生深远影响。
四、纳米绿色印刷展望
纳米绿色印刷技术以其绿色环保、工艺简捷及低成本等突出优势呈现出广阔的产业变革前景，中科院化学所通过纳米材料的创新研究，实现绿色版基、绿色制版和绿色油墨的关键技术突破和规模生产；将纳米材料的最新研究成果与中科纳新等产业化公司结合，针对印刷产业的未来发展，提出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打印领域，推动印刷产业向“绿色化、功能化、立体化、器件化”发展的战略思路。纳米绿色印刷技术不仅将彻底解决传统蚀刻工艺的高耗能和高污染问题，还将推动电子产品的轻、柔、薄和透明化发展，并将在物联网、高灵敏传感和检测器件等技术的发展中发挥重要作用。相信在不久的将来，印刷技术作为一种增材图案化的先进绿色制造技术，将在众多传统产业改造和战略新兴产业发展中发挥重要作用，引领纳米绿色印刷技术新时代，形成纳米材料绿色印刷产业技术集群，迎来印刷行业新的辉煌。