程桔華

2013年初，貫徹落實(shí)《國(guó)務(wù)院關(guān)于同意調(diào)整中關(guān)村國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)空間規(guī)模和布局的批復(fù)》的工作大會(huì)在北京召開，中關(guān)村由“一區(qū)十園”擴(kuò)展為“一區(qū)十六園”，確定了新一輪發(fā)展藍(lán)圖。懷柔園由此換上新裝，在中關(guān)村這塊金字招牌的輝映下，開始了向“全球科技創(chuàng)新中心”大目標(biāo)邁進(jìn)的新征程，使盡渾身解數(shù)吸納各類高科技創(chuàng)新企業(yè)入駐。

北京中科納新印刷技術(shù)有限公司（下稱中科納新）是一家被多位國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人寄予厚望的企業(yè)，2013年2月正式落戶中關(guān)村懷柔園。這家剛成立不到4年的企業(yè)新秀，卻被業(yè)界認(rèn)為有望扭轉(zhuǎn)中國(guó)印刷業(yè)污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，成為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變的典范。

三大創(chuàng)新解決三大污染源

雖然受電子出版物的影響，書報(bào)印刷量在不斷下降。但是廣告、噴繪、包裝的業(yè)務(wù)量卻在增加，因此我國(guó)整個(gè)印刷行業(yè)的業(yè)務(wù)量總體上還是增長(zhǎng)的。2011年，中國(guó)印刷行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到7706.5億元，預(yù)期到“十二五”末將達(dá)到1.1萬(wàn)億元。印刷行業(yè)已經(jīng)成為對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要影響的行業(yè)，但同時(shí)也是“高污染”行業(yè)之一，并對(duì)資源造成了大量消耗。

縱觀整個(gè)印刷產(chǎn)業(yè)鏈，污染主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是廢液污染，集中反映在制版過(guò)程中。目前廣泛應(yīng)用的激光照排和CTP技術(shù)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(fù)雜過(guò)程和避光操作的繁瑣工藝，并因化學(xué)品清洗而引起嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。即使聲稱已經(jīng)環(huán)保優(yōu)化的CTP制版機(jī)，沖洗每平方米版材也需要化學(xué)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(huì)造成嚴(yán)重環(huán)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(guò)程。傳統(tǒng)印刷板材使用的鋁板基需要經(jīng)過(guò)電解氧化成粗糙結(jié)構(gòu)（砂目化），然后涂布感光層，氧化電解的過(guò)程會(huì)產(chǎn)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(gè)印刷產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)產(chǎn)生大量的廢液、廢氣和廢渣污染。

“針對(duì)印刷產(chǎn)業(yè)鏈制版、版基和油墨的生產(chǎn)使用過(guò)程中產(chǎn)生的三大污染，我們提出綠色印刷產(chǎn)業(yè)鏈的概念，并通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新從根本上加以解決：用納米涂層取代原來(lái)電解氧化的過(guò)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(shù)體系可以解決印刷產(chǎn)業(yè)鏈中80% 以上的污染?！敝锌萍{新董事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任宋延林博士言簡(jiǎn)意賅地總結(jié)了納米材料綠色印刷技術(shù)的三大創(chuàng)新。

美國(guó)《時(shí)代周刊》曾有一個(gè)觸目驚心的封面：一只巨大的iPhone 手機(jī)背后是濃煙滾滾的煙囪和多如螞蟻的工人，暗示中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展一是犧牲環(huán)境，二是靠廉價(jià)勞動(dòng)力，不過(guò)今后這兩個(gè)因素都將不可持續(xù)。那時(shí)中國(guó)的發(fā)展靠什么？唯有靠技術(shù)創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變。

用“跑第一”的心態(tài)做技術(shù)

在投身納米材料綠色制版技術(shù)研發(fā)前，宋延林有打印耗材研發(fā)的經(jīng)歷。

十幾年前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的打印墨盒幾乎是清一色的國(guó)外品牌，像惠普、愛(ài)普生等品牌幾乎壟斷了中國(guó)市場(chǎng)，價(jià)格自然賣得很高，一個(gè)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(jià)格降下來(lái)？在宋延林看來(lái)，只有生產(chǎn)出我們自己質(zhì)量過(guò)硬的墨盒才能倒逼國(guó)外產(chǎn)品降價(jià)。2004年，宋延林得到863計(jì)劃的支持并最終順利完成了項(xiàng)目。如今，市場(chǎng)墨盒的價(jià)格已經(jīng)降到了幾乎是原來(lái)的1/10。因?yàn)樵诖蛴『牟难邪l(fā)方面的貢獻(xiàn)，宋延林當(dāng)選為中國(guó)計(jì)算機(jī)耗材行業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)。

隨著對(duì)打印印刷行業(yè)的了解，2005年宋延林又將目光瞄準(zhǔn)納米材料綠色制版技術(shù)。然而對(duì)于這個(gè)決定，一開始大家就提出疑惑：如果這么簡(jiǎn)單，為什么國(guó)外大公司不做呢？

“就像數(shù)碼照相技術(shù)，最早是柯達(dá)公司研發(fā)出來(lái)的，但由于與其核心感光材料產(chǎn)業(yè)沖突，柯達(dá)最終并沒(méi)有在數(shù)碼照相領(lǐng)域引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)。同樣，在印刷行業(yè)，國(guó)際大企業(yè)柯達(dá)、富士、愛(ài)克發(fā)等國(guó)際巨頭都是靠感光材料起家，面對(duì)非感光的新技術(shù)就很難取舍。而這就是我們的機(jī)會(huì)。”宋延林當(dāng)時(shí)這樣告誡團(tuán)隊(duì)，并以王選院士的例子來(lái)鼓勵(lì)大家堅(jiān)持?！叭魏我豁?xiàng)新技術(shù)的研發(fā)過(guò)程都會(huì)遇到很多困難，成功者貴在堅(jiān)持。王選院士之所以成功，就是在最困難的時(shí)候沒(méi)有放棄。從1974年到1981年，花了7年時(shí)間才推出第一臺(tái)激光照排樣機(jī)，而真正大規(guī)模推廣使用是在1988年，當(dāng)中遇到多少困難，可想而知?！?/p>

研發(fā)納米材料綠色制版技術(shù)，宋延林對(duì)創(chuàng)新深有感悟。在他看來(lái)，創(chuàng)新是最需要“敢為天下先”精神的。中國(guó)傳統(tǒng)文化有中庸思想，近百年來(lái)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展落后于西方，又讓很多人潛意識(shí)中有技術(shù)自卑的心理：很多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，在研發(fā)一項(xiàng)新技術(shù)之前，都會(huì)習(xí)慣地問(wèn)：國(guó)外有沒(méi)有人做？這導(dǎo)致中國(guó)在很多方面總是在跟蹤，總是在跟跑。“跑第一和跑第二，心態(tài)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(méi)有人，只有回頭才能看到追趕者。中國(guó)要想有大的發(fā)展，整個(gè)民族的心態(tài)都要調(diào)整，我們要習(xí)慣跑第一。否則永遠(yuǎn)是被人家牽著鼻子走?！?/p>

艱難困苦，玉汝于成。多年的艱苦研發(fā)，宋延林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功攻克了各種技術(shù)難題，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了幾大突破。比如墨滴在固體表面干燥的過(guò)程容易形成咖啡環(huán)，這會(huì)影響印刷的質(zhì)量。中科納新通過(guò)納米材料解決了這個(gè)問(wèn)題，不讓墨滴擴(kuò)大形成空缺、不均勻的斑點(diǎn)。“包含納米顆粒的墨滴形成的是非常均勻的點(diǎn)，能讓斑點(diǎn)縮小，而且均勻。能做到一個(gè)墨滴僅僅包括一個(gè)、兩個(gè)，還是三個(gè)、四個(gè)納米顆粒，而且可以控制?！?/p>

此外，兩個(gè)液滴碰在一起是否能形成直線？按道理來(lái)說(shuō)，兩點(diǎn)決定一條直線，但是很多情況下，兩個(gè)液滴融合后會(huì)形成一個(gè)更大的液滴，而不是一條直線。這也會(huì)造成印刷質(zhì)量問(wèn)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(gè)個(gè)串起來(lái)，并可以一排、兩排地排列，待液滴干燥后就是平整的線條。

“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(qū)，通過(guò)親油和親水的差異形成圖文區(qū)和空白區(qū)的差別。制版的版材本身是親水性質(zhì)，這使它不沾染油性的油墨；而印刷品上的圖文區(qū)，則打印上親油（可附著油墨）的納米材料。這樣，印版上機(jī)印刷時(shí)，打印有親油納米材料的區(qū)域就得到圖片和文字，而沒(méi)有打印的區(qū)域就是空白?！彼窝恿謱?duì)制版原理如數(shù)家珍。

針對(duì)納米材料綠色制版技術(shù)的特點(diǎn)，中科納新設(shè)計(jì)了全新的驅(qū)動(dòng)電路和圖形處理軟件，并采用平板結(jié)構(gòu)的高精度打印驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，保證了1160mm×940mm制版幅面下高達(dá)2880dpi的制版精度以及20張/小時(shí)的制版速度；同時(shí)納新200采用了水平進(jìn)版的工作模式，大幅提高了制版過(guò)程中的穩(wěn)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(shù)，就相當(dāng)于用數(shù)碼照相機(jī)代替膠卷照相機(jī)，數(shù)碼照相是將所有的信息在計(jì)算機(jī)里處理好，再通過(guò)打印直接得到照片。跟傳統(tǒng)的化學(xué)曝光成像不一樣的地方是，它不用避光，不用化學(xué)沖洗，不僅成本大大降低，而且還可以回收。這一過(guò)程，納米材料起到了關(guān)鍵的作用?！?/p>

打通“大印刷”全產(chǎn)業(yè)鏈

事實(shí)上，中科納新的“野心”不止于此，印刷行業(yè)只是企業(yè)整個(gè)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(chǎn)等領(lǐng)域的延伸應(yīng)用都取得了可喜的成效?！拔覀円院诵牡募{米材料技術(shù)作為支撐，力求通過(guò)印刷的方式，解決多個(gè)重要行業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的污染問(wèn)題?！彼窝恿謱⒕G色印刷的外延不斷擴(kuò)大，大膽設(shè)想做“大印刷”的產(chǎn)業(yè)化之路。

“技術(shù)是可以復(fù)制的，產(chǎn)業(yè)也可以復(fù)制”。下一步，納新系產(chǎn)業(yè)將突破紙張印刷的范疇，把納米綠色印刷技術(shù)延伸到電子、建材、印染等行業(yè)，通過(guò)納米材料的創(chuàng)新和應(yīng)用，解決上述行業(yè)的環(huán)境污染和高能耗問(wèn)題，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，形成一個(gè)“納米材料綠色印刷產(chǎn)業(yè)技術(shù)集群”。

比如電子領(lǐng)域的電路板，它和印刷制版的過(guò)程幾乎是一樣的，也是先曝光得到一個(gè)光掩模，再到一個(gè)銅板上進(jìn)行曝光刻蝕，最后形成電路板。如果用傳統(tǒng)的方法，這個(gè)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染和材料浪費(fèi)，其程度比印刷還要嚴(yán)重。一張銅板進(jìn)行曝光，90% 左右都被腐蝕掉成為污染?！拔覀兝媒饘偌{米顆粒，通過(guò)打印印刷的方式做這件事情，就可以完全避免環(huán)境的污染。比如在紙上打印一個(gè)圖案，就可以代替導(dǎo)線。我們還通過(guò)印刷電子標(biāo)簽在互聯(lián)網(wǎng)方面開展應(yīng)用。如我們?cè)诤柋裆a(chǎn)線上做過(guò)應(yīng)用示范，用印刷的方式做天線，通過(guò)射頻技術(shù)可以在冰柜生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)冰柜生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)和質(zhì)量情況進(jìn)行控制?！闭勂疬@項(xiàng)技術(shù)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(shù)可以從根本上解決傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的嚴(yán)重環(huán)境污染，而且具有價(jià)廉、靈活制備柔性電路的優(yōu)勢(shì)，不僅能提升傳統(tǒng)印制電路板行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平，而且還可應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、柔性顯示、太陽(yáng)能電池、生物芯片等印刷電子產(chǎn)品領(lǐng)域，市場(chǎng)容量極為可觀。

再如建材行業(yè)，中國(guó)的產(chǎn)能居世界前列。但是這個(gè)行業(yè)也是高能耗的產(chǎn)業(yè)，像彩色陶瓷，它的燒結(jié)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(yè)，中國(guó)很多紡織印染產(chǎn)品的產(chǎn)量也是世界第一，但污染非常嚴(yán)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(wèn)題，實(shí)現(xiàn)圖案化的過(guò)程。“共性的東西都是高精度打印和控制技術(shù)，核心是包含納米材料的液體在不同基材表面黏附和轉(zhuǎn)移的過(guò)程?！?/p>

印刷已經(jīng)不是傳統(tǒng)的印書印報(bào)的概念，已經(jīng)變成一種現(xiàn)代制造的方式，只要需要圖案的地方，都可以用到印刷技術(shù)。基于納米材料，對(duì)印刷行業(yè)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)從過(guò)去的感光時(shí)代，發(fā)展到現(xiàn)在的納米時(shí)代。

中科納新提出綠色印刷概念，未來(lái)如何引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展？宋延林坦言，目前最大的難題是產(chǎn)業(yè)鏈整合問(wèn)題，需要把單項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)整合起來(lái)。

我們相信，依靠中科院這個(gè)龐大的科學(xué)技術(shù)“孵化器”，在做好原創(chuàng)基礎(chǔ)研究的同時(shí)，堅(jiān)定地走“發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)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。