“印”出绿色新世界丨纳米材料与绿色印刷(一)

纳米材料相关研究的兴起，不仅催生了许多新的学科与研究热点，对许多重要产业如印刷行业也产生很大的影响，也给印刷技术的发展带来了新的机遇。近年来纳米材料的创新研究和应用，不仅推动了绿色版材、绿色制版和绿色油墨的绿色印刷全产业链技术的形成, 而且大大促进了印刷电子、印刷光子和3D打印技术的发展。

纳米绿色版材与绿色制版

印刷版材作为衔接印前和印刷的关键要素，是印刷制版工艺中的关键材料之一。目前国内外的制版技术主要是激光照排和计算机直接制版（Computer To Plate，CTP）。其中激光照排制版使用PS（Presensitized Plate）版，而计算机直接制版使用的版材有不同类型，它们都属于通过感光成像的印刷版材。无论是PS 版或CTP 版通常都是以铝板为基材，为了获得足够的耐印力与分辨率，都需要对铝版材进行电解粗化，后处理过程都需要经过曝光、显影的化学处理。版材的生产工艺包括清洗、除油、电解粗化、阳极氧化、封孔、涂布和烘干等诸多工序，会排放大量的废液和废渣，造成较大的能源消耗和环境污染。

 

传统的PS 版及CTP 版制版技术采用的是“减法原理”，即先在整个基材上涂覆一层感光材料，再通过制版机曝光后清洗掉多余的部分。这种工艺会造成材料的浪费，同时产生大量的废液(图1)。

图1　传统制版技术

(a)PS 版制版技术；(b)CTP 版制版技术

出于对节约资源、减少排放的考虑，中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室开发的纳米材料绿色制版技术反其道而行之，以“加法原理”实现高效快速、清洁环保的制版过程。简单来说，这种纳米材料绿色制版技术是以喷墨打印技术为基础，在亲水的空白基材上打印亲油墨的图文区域，即将特制的纳米复合转印材料通过直接制版设备精确打印在具有微纳米结构的超亲水版基上，利用纳米材料对界面性质的调控，在版材表面形成具有相反浸润性的微区(亲油的图文区和亲水的非图文区)，从而实现直接制版印刷(图2)。

图2　纳米材料绿色制版技术

纳米绿色版材是将新型功能性纳米涂料通过特定工艺均匀涂布在未经电化学处理的铝版表面，使金属版材在具有合适的粗糙度的同时，又具有良好的吸墨性和耐磨性，实现传统版材所具备的高耐印力和保水性等印刷要求，是真正意义上的绿色版材。

纳米绿色版材的生产工艺简单，将纳米涂布液涂布在铝版材表面，烘干后就得到纳米绿色版材。传统的电化学处理铝版材和纳米绿色版材的生产工艺如图3 所示。电化学处理铝版材需要经过除油、电解、阳极氧化、封孔和涂布五个关键工序，为了形成多重砂目，通常需要两次电解，能耗和废酸、废碱的排放量巨大。纳米绿色版材的生产工艺只需要涂布一道关键工序，成本优势和环保优势明显。纳米绿色版材完全摒弃了传统版材生产电化学腐蚀的原理，省去了电解氧化等诸多烦琐工序，工艺简捷、成本低廉且绿色环保。纳米绿色版材与纳米材料绿色制版技术的集成推广和应用，将彻底解决传统版材生产和印刷制版过程中由电解氧化和感光冲洗引起的环境污染和资源浪费问题，大幅提升我国印刷行业的技术水平和绿色化发展。

图3　电化学处理铝版材(a)和纳米绿色版材(b)的生产工艺

纳米材料绿色制版技术要发展成为一项可行的应用技术，还必须考虑印版的实际应用要求，如分辨率、耐印力等。为满足印版高分辨率的要求，通过对印版表面进行纳米结构处理，实现了版材的超亲水性，并通过有效调控转印材料在超亲水版材表面的扩展和浸润行为，实现了图文区域浸润性从超亲水到超亲油的转变，从而保证印版图文区与非图文区形成清晰的界面，使印版具有很高的分辨率 (图4)。

图4　用于绿色打印制版技术的无机纳米复合材料示意图及印刷的样品

纳米绿色版材NP202

NP202纳米版是纳米材料 绿色制版技术专用版材，表面通过纳米涂层技术和特殊设计的砂目结构有效控制摸底在其表面的浸润特性，形成边缘整齐，形状规则的亲油性图文区，从而得到精细，锐利，层次分明，色彩丰富的印刷影像。

纳米喷墨制版无需化学显影，既简化了生产流程，避免显影环节对印刷质量的影响，又杜绝了显影造成的危险废液排放。

  

  纳米绿色版材NP301

NP301免砂目化版材是纳米材料绿色制版技术的专用版材，该版材创新性地引入纳米功能涂层实现亲水性来取代传统版材的多孔砂目结构，是将亲水性的纳米涂层直接涂布在未经处理的铝版基上，实现版材空白区的超亲水作用。

免砂目化的NP301纳米版材生产过程无需对版基进行电解、氧化、除灰、封孔等处理，在大大简化生产工艺的同时解决了传统PS/CTP版材砂目化过程高污染、高耗能的问题，在版材生产过程中可以节约用水88%，节约用电96%，并完全杜绝版基砂目化过程酸性废液排放对环境的污染。

无可比拟的环保优势：

免砂目——无需砂目化，节能环保

免冲洗——无需显影处理

水浸润——不用醇润湿，减少印刷中的VOC排放