中科納新：開啟綠色“大印刷”新時代

程桔華

2013年初，貫徹落實《國務院關于同意調整中關村國家自主創新示范區空間規模和布局的批復》的工作大會在北京召開，中關村由“一區十園”擴展為“一區十六園”，確定了新一輪發展藍圖。懷柔園由此換上新裝，在中關村這塊金字招牌的輝映下，開始了向“全球科技創新中心”大目標邁進的新征程，使盡渾身解數吸納各類高科技創新企業入駐。

北京中科納新印刷技術有限公司（下稱中科納新）是一家被多位國家領導人寄予厚望的企業，2013年2月正式落戶中關村懷柔園。這家剛成立不到4年的企業新秀，卻被業界認為有望扭轉中國印刷業污染嚴重的現狀，成為實現經濟增長方式轉變的典范。

三大創新解決三大污染源

雖然受電子出版物的影響，書報印刷量在不斷下降。但是廣告、噴繪、包裝的業務量卻在增加，因此我國整個印刷行業的業務量總體上還是增長的。2011年，中國印刷行業總產值達到7706.5億元，預期到“十二五”末將達到1.1萬億元。印刷行業已經成為對我國國民經濟發展具有重要影響的行業，但同時也是“高污染”行業之一，并對資源造成了大量消耗。

縱觀整個印刷產業鏈，污染主要體現在三個方面，一是廢液污染，集中反映在制版過程中。目前廣泛應用的激光照排和CTP技術都是基于感光成像的原理，因此不可避免地存在感光、顯影、沖洗等復雜過程和避光操作的繁瑣工藝，并因化學品清洗而引起嚴重的環境污染問題。即使聲稱已經環保優化的CTP制版機，沖洗每平方米版材也需要化學品約300毫升。二是廢氣污染，主要涉及油墨的VOC排放。油墨中通常含有多種礦物油，很多油墨使用苯和甲苯等毒害性溶劑，會造成嚴重環境污染甚至人員傷害。三是廢渣污染，源自金屬版基的制備過程。傳統印刷板材使用的鋁板基需要經過電解氧化成粗糙結構（砂目化），然后涂布感光層，氧化電解的過程會產生大量的電解廢液，通常用石灰中和后生成大量廢渣。因此，整個印刷產業鏈會產生大量的廢液、廢氣和廢渣污染。

“針對印刷產業鏈制版、版基和油墨的生產使用過程中產生的三大污染，我們提出綠色印刷產業鏈的概念，并通過技術創新從根本上加以解決：用納米涂層取代原來電解氧化的過程，用納米材料打印制備代替曝光成像，用水性墨代替油性墨。這樣的綠色印刷技術體系可以解決印刷產業鏈中80% 以上的污染。”中科納新董事長、中國科學院化學研究所綠色印刷重點實驗室主任宋延林博士言簡意賅地總結了納米材料綠色印刷技術的三大創新。

美國《時代周刊》曾有一個觸目驚心的封面：一只巨大的iPhone 手機背后是濃煙滾滾的煙囪和多如螞蟻的工人，暗示中國的經濟發展一是犧牲環境，二是靠廉價勞動力，不過今后這兩個因素都將不可持續。那時中國的發展靠什么？唯有靠技術創新來實現經濟增長方式的轉變。

用“跑第一”的心態做技術

在投身納米材料綠色制版技術研發前，宋延林有打印耗材研發的經歷。

十幾年前，國內市場上的打印墨盒幾乎是清一色的國外品牌，像惠普、愛普生等品牌幾乎壟斷了中國市場，價格自然賣得很高，一個打印墨盒賣到一百多元，而墨水的成本卻非常低廉。怎么才能把墨水、墨盒的價格降下來？在宋延林看來，只有生產出我們自己質量過硬的墨盒才能倒逼國外產品降價。2004年，宋延林得到863計劃的支持并最終順利完成了項目。如今，市場墨盒的價格已經降到了幾乎是原來的1/10。因為在打印耗材研發方面的貢獻，宋延林當選為中國計算機耗材行業協會副會長。

隨著對打印印刷行業的了解，2005年宋延林又將目光瞄準納米材料綠色制版技術。然而對于這個決定，一開始大家就提出疑惑：如果這么簡單，為什么國外大公司不做呢？

“就像數碼照相技術，最早是柯達公司研發出來的，但由于與其核心感光材料產業沖突，柯達最終并沒有在數碼照相領域引領產業。同樣，在印刷行業，國際大企業柯達、富士、愛克發等國際巨頭都是靠感光材料起家，面對非感光的新技術就很難取舍。而這就是我們的機會。”宋延林當時這樣告誡團隊，并以王選院士的例子來鼓勵大家堅持。“任何一項新技術的研發過程都會遇到很多困難，成功者貴在堅持。王選院士之所以成功，就是在最困難的時候沒有放棄。從1974年到1981年，花了7年時間才推出第一臺激光照排樣機，而真正大規模推廣使用是在1988年，當中遇到多少困難，可想而知。”

研發納米材料綠色制版技術，宋延林對創新深有感悟。在他看來，創新是最需要“敢為天下先”精神的。中國傳統文化有中庸思想，近百年來的科學技術發展落后于西方，又讓很多人潛意識中有技術自卑的心理：很多企業和科研機構，在研發一項新技術之前，都會習慣地問：國外有沒有人做？這導致中國在很多方面總是在跟蹤，總是在跟跑。“跑第一和跑第二，心態是完全不一樣的。跑第二的人，前面有人，他要追趕；跑第一的人，前面沒有人，只有回頭才能看到追趕者。中國要想有大的發展，整個民族的心態都要調整，我們要習慣跑第一。否則永遠是被人家牽著鼻子走。”

艱難困苦，玉汝于成。多年的艱苦研發，宋延林帶領團隊成功攻克了各種技術難題，在技術上實現了幾大突破。比如墨滴在固體表面干燥的過程容易形成咖啡環，這會影響印刷的質量。中科納新通過納米材料解決了這個問題，不讓墨滴擴大形成空缺、不均勻的斑點。“包含納米顆粒的墨滴形成的是非常均勻的點，能讓斑點縮小，而且均勻。能做到一個墨滴僅僅包括一個、兩個，還是三個、四個納米顆粒，而且可以控制。”

此外，兩個液滴碰在一起是否能形成直線？按道理來說，兩點決定一條直線，但是很多情況下，兩個液滴融合后會形成一個更大的液滴，而不是一條直線。這也會造成印刷質量問題。中科納新的解決方案是，將納米顆粒像冰糖葫蘆一樣一個個串起來，并可以一排、兩排地排列，待液滴干燥后就是平整的線條。

“簡單來說，納米材料綠色制版原理就是在親水的版材上打印出親油的圖文區，通過親油和親水的差異形成圖文區和空白區的差別。制版的版材本身是親水性質，這使它不沾染油性的油墨；而印刷品上的圖文區，則打印上親油（可附著油墨）的納米材料。這樣，印版上機印刷時，打印有親油納米材料的區域就得到圖片和文字，而沒有打印的區域就是空白。”宋延林對制版原理如數家珍。

針對納米材料綠色制版技術的特點，中科納新設計了全新的驅動電路和圖形處理軟件，并采用平板結構的高精度打印驅動系統，保證了1160mm×940mm制版幅面下高達2880dpi的制版精度以及20張/小時的制版速度；同時納新200采用了水平進版的工作模式，大幅提高了制版過程中的穩定性，在保證高制版精度的前提下有效提高了工作效率。

“納米材料綠色制版技術，就相當于用數碼照相機代替膠卷照相機，數碼照相是將所有的信息在計算機里處理好，再通過打印直接得到照片。跟傳統的化學曝光成像不一樣的地方是，它不用避光，不用化學沖洗，不僅成本大大降低，而且還可以回收。這一過程，納米材料起到了關鍵的作用。”

打通“大印刷”全產業鏈

事實上，中科納新的“野心”不止于此，印刷行業只是企業整個布局突破的開始。目前，納米材料在綠色油墨、綠色鋁板基生產等領域的延伸應用都取得了可喜的成效。“我們要以核心的納米材料技術作為支撐，力求通過印刷的方式，解決多個重要行業生產環節中的污染問題。”宋延林將綠色印刷的外延不斷擴大，大膽設想做“大印刷”的產業化之路。

“技術是可以復制的，產業也可以復制”。下一步，納新系產業將突破紙張印刷的范疇，把納米綠色印刷技術延伸到電子、建材、印染等行業，通過納米材料的創新和應用，解決上述行業的環境污染和高能耗問題，同時降低生產成本，形成一個“納米材料綠色印刷產業技術集群”。

比如電子領域的電路板，它和印刷制版的過程幾乎是一樣的，也是先曝光得到一個光掩模，再到一個銅板上進行曝光刻蝕，最后形成電路板。如果用傳統的方法，這個過程會導致環境污染和材料浪費，其程度比印刷還要嚴重。一張銅板進行曝光，90% 左右都被腐蝕掉成為污染。“我們利用金屬納米顆粒，通過打印印刷的方式做這件事情，就可以完全避免環境的污染。比如在紙上打印一個圖案，就可以代替導線。我們還通過印刷電子標簽在互聯網方面開展應用。如我們在海爾冰柜生產線上做過應用示范，用印刷的方式做天線，通過射頻技術可以在冰柜生產過程中，對冰柜生產的各個環節和質量情況進行控制。”談起這項技術的延伸，宋延林一下打開了話匣。

宋延林介紹，納米材料綠色印刷電路技術可以從根本上解決傳統生產方式的嚴重環境污染，而且具有價廉、靈活制備柔性電路的優勢，不僅能提升傳統印制電路板行業的生產技術水平，而且還可應用于物聯網、柔性顯示、太陽能電池、生物芯片等印刷電子產品領域，市場容量極為可觀。

再如建材行業，中國的產能居世界前列。但是這個行業也是高能耗的產業，像彩色陶瓷，它的燒結需要一千多度的高溫，而且越大越難做。中科納新直接用打印的方式就可以做到。還有印染行業，中國很多紡織印染產品的產量也是世界第一，但污染非常嚴重。用打印的方式，可以在絲綢、化纖等不同材料表面，靠納米材料解決表面吸附和鋪展問題，實現圖案化的過程。“共性的東西都是高精度打印和控制技術，核心是包含納米材料的液體在不同基材表面黏附和轉移的過程。”

印刷已經不是傳統的印書印報的概念，已經變成一種現代制造的方式，只要需要圖案的地方，都可以用到印刷技術。基于納米材料，對印刷行業來說，已經從過去的感光時代，發展到現在的納米時代。

中科納新提出綠色印刷概念，未來如何引領產業的發展？宋延林坦言，目前最大的難題是產業鏈整合問題，需要把單項技術和產業整合起來。

我們相信，依靠中科院這個龐大的科學技術“孵化器”，在做好原創基礎研究的同時，堅定地走“發展高科技，實現產業化”的道路，中科納新的綠色“大印刷”之路必將更加廣闊與光明。