兒童圖書印刷中環(huán)保油墨的發(fā)展與應(yīng)用

本文對(duì)兒童圖書印刷用環(huán)保油墨的發(fā)展概況、現(xiàn)狀及未來進(jìn)行了系統(tǒng)綜述。首先從提高環(huán)保意識(shí)及政策推動(dòng)角度出發(fā)剖析其發(fā)展過程。然后，詳細(xì)說明了環(huán)保型油墨在兒童圖書印刷中應(yīng)用的具體案例，分別介紹了水性油墨、大豆油墨和 UV 油墨在兒童圖書印刷中的應(yīng)用情況。在當(dāng)前狀況的基礎(chǔ)上，對(duì)環(huán)保油墨的發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(cè)，為環(huán)保油墨在未來實(shí)現(xiàn)更廣泛的創(chuàng)新運(yùn)用厘清了思路。

兒童是社會(huì)發(fā)展的未來和希望，他們體魄柔弱、稚嫩且沒有足夠的自我保護(hù)能力，身心發(fā)展都不成熟，免疫系統(tǒng)也并未完善，對(duì)外來侵?jǐn)_物或有害物質(zhì)的抵抗力差；他們的心理與認(rèn)知正處于逐步發(fā)展階段，極易受到外界影響，是社會(huì)中的弱者，因此也應(yīng)成為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。閱讀是讓兒童認(rèn)識(shí)世界獲取知識(shí)的有效途徑，兒童圖書印刷質(zhì)量的好壞和安全與否至關(guān)重要。

油墨是書籍印制的關(guān)鍵材料之一，對(duì)印刷成品的質(zhì)量和安全起著重要作用。傳統(tǒng)油墨含有很多危害人體健康的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）以及重金屬等有害物質(zhì)，會(huì)對(duì)兒童造成潛在危害。隨著公眾環(huán)保理念的提高以及政策法規(guī)的進(jìn)一步規(guī)范，環(huán)保油墨在兒童圖書中的應(yīng)用已成為大勢(shì)所趨。本文中，筆者將結(jié)合實(shí)例對(duì)環(huán)保油墨的運(yùn)用進(jìn)行分析和闡述。

環(huán)保油墨在兒童圖書印刷中的發(fā)展背景

1.環(huán)保意識(shí)的提升

社會(huì)公眾對(duì)環(huán)境問題和兒童健康問題關(guān)注度的增加，促使了家長、老師等對(duì)圖書選擇的關(guān)注，在此背景下，圖書的環(huán)保性、安全性要求逐步提高。加之人們逐漸認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)油墨可能會(huì)給兒童帶來傷害，使用環(huán)保油墨的書籍受到了人們的青睞，這種消費(fèi)習(xí)慣的變化也促進(jìn)了環(huán)保油墨在兒童圖書印刷領(lǐng)域的深入發(fā)展。

2.法規(guī)政策的驅(qū)動(dòng)

面對(duì)環(huán)境危機(jī)，世界各國政府都分別采取了一些措施來嚴(yán)格控制印刷油墨中所含的有害物質(zhì)的使用。比如歐盟的ROHS指令就針對(duì)電子電氣設(shè)備上的有害物質(zhì)做了嚴(yán)格限制，其中包括了對(duì)印刷油墨中重金屬含量的要求。

我國也制定了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。2020年，中國生態(tài)環(huán)境部頒布了《印刷業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》來管控印刷行業(yè)的VOCs排放，這促使印刷企業(yè)選擇使用環(huán)保油墨，有效保護(hù)了人類環(huán)境以及兒童的身體健康；2021年，中國國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布的《兒童青少年學(xué)習(xí)用品近視防控衛(wèi)生要求》，對(duì)兒童讀物、教材等學(xué)習(xí)用品的印刷質(zhì)量、有害物質(zhì)限量作出規(guī)定，要求油墨中不能含有可遷移性熒光增白劑、有害重金屬等。為符合國家政策要求，印刷企業(yè)陸續(xù)開始選用環(huán)保油墨印刷兒童圖書。

環(huán)保油墨在兒童圖書印刷中的應(yīng)用現(xiàn)狀

受人們環(huán)保意識(shí)的愈發(fā)強(qiáng)烈及我國一些相關(guān)法律推行的影響，如今，正逐漸形成用環(huán)保油墨代替?zhèn)鹘y(tǒng)油墨來印刷兒童圖書的風(fēng)氣。現(xiàn)今的國內(nèi)外市場(chǎng)普遍流行的幾種環(huán)保油墨主要包括水性油墨、大豆油墨、UV油墨等幾種，其由于含毒量低、污染小和可再生，常被用于印刷兒童圖書。

在印制兒童圖書時(shí)，需要考慮的問題一般包含3個(gè)方面，即顏色還原度、物理特性以及綠色安全。下文將從這3個(gè)方面入手分別對(duì)幾種環(huán)保油墨的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1.水性油墨

水性油墨以水作為溶劑，具有低VOCs排放、無毒無害、不易燃易爆等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足兒童圖書印刷對(duì)于環(huán)保的要求；因具有色彩鮮艷的優(yōu)點(diǎn)以及良好的印刷適性，可以使兒童圖書達(dá)到更好的色度和印品質(zhì)量。

關(guān)于性能提升的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)：通過對(duì)水性油墨配方中顏料、樹脂及助劑的優(yōu)化，能夠進(jìn)一步提高水性油墨的印刷適性和穩(wěn)定性。選擇分散性好的顏料，可以提升油墨色彩鮮艷度與均勻度；優(yōu)化樹脂成膜性能，則能夠提高油墨附著牢度。對(duì)于水性油墨干燥速度慢、紙張潤濕性差等問題，可以采用特殊的紙張預(yù)處理工藝，在對(duì)紙張進(jìn)行疏水處理后，減少紙張水分吸收，降低紙張發(fā)生形變的風(fēng)險(xiǎn)，維持印刷套準(zhǔn)精度。

1）色彩再現(xiàn)：水性油墨具有色彩鮮艷的特點(diǎn)，能適應(yīng)兒童圖書對(duì)色彩豐富性的需求，在改善顏料分散性和樹脂配方后，可以達(dá)到更好的顏色還原效果，特別適合印刷兒童繪本、教科書等書籍。

2）物理性能：除了耐磨、耐光等特性，水性油墨較為穩(wěn)定，適用周期長，適合保存較長時(shí)間的圖書，不會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)褪色、磨損等問題。想進(jìn)一步提升水性油墨的附著牢度和耐久性則可通過改進(jìn)樹脂成膜性能及加入功能助劑等措施實(shí)現(xiàn)。

3）綠色安全：水性油墨中不含有機(jī)溶劑，幾乎不存在VOCs排放，是無毒無味、對(duì)人體沒有任何傷害的一類油墨，因而十分符合當(dāng)下國家對(duì)兒童用品的嚴(yán)格要求，適合用于兒童書籍印制，如圖1所示，水性油墨印刷的兒童繪本樣品。

圖1 水性油墨印刷的兒童繪本樣品，色彩均勻且無刺激性氣味

2.大豆油墨

大豆油墨是以大豆油為主原料制出的一種油墨，具有可再生、可降解、無異味等特點(diǎn)。在兒童圖書印制以及環(huán)保型精裝圖書印制中也較為常見，可帶來良好的印刷光澤度與色彩穩(wěn)定性，且對(duì)環(huán)境污染較小。

根據(jù)目前部分關(guān)于大豆油墨的改性和優(yōu)化的研究，利用功能性添加劑，加入一些耐磨劑或者防水劑等，可以提高大豆油墨的耐水性或耐磨性。

1）色彩再現(xiàn)：大豆油墨色域廣，色差小，色澤好，色彩的呈現(xiàn)接近傳統(tǒng)油墨的色調(diào)，印刷的圖書有良好的印刷光澤和艷麗程度，適用于印刷精美兒童圖書及高端繪本。

2）物理性能：大豆油墨經(jīng)摩擦后耐磨性較好，遇水不易褪色，可以通過加入納米級(jí)二氧化硅功能化添加劑，改善大豆油墨的硬度、耐磨損及耐水性，從而提高圖書的使用壽命。

3）綠色安全：大豆油墨以大豆油作為基料，不含任何重金屬以及其他有毒有害化學(xué)成分，無刺鼻氣味且易降解，對(duì)兒童身體健康和環(huán)境保護(hù)都非常有利。從這方面來看，兒童讀物使用大豆油墨印刷無疑更為合適。

3.UV油墨

UV油墨是由紫外光固化干燥，固化速度極快、干燥效率極強(qiáng)，并且能快速進(jìn)行高速印刷的一種油墨，UV油墨印刷品如圖2所示。

圖2 UV油墨印刷品

1）色彩再現(xiàn)：UV油墨的色域?qū)挘伾柡?/span>度非常高，是非常好的印刷用色油墨之一，特別適合一些如燙金、磨砂等特殊效果的兒童圖書，提升了圖書的藝術(shù)性與觀賞性。

2）物理性能：UV油墨固化后，其耐磨損、耐光性能好，顏色持久，且固化速度快，可實(shí)現(xiàn)高速印刷生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率。3）綠色安全：UV油墨不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑，基本不產(chǎn)生VOCs排放，環(huán)保性能非常出色；通過研發(fā)低遷移性UV油墨及固化技術(shù)，可以使有害物質(zhì)不易轉(zhuǎn)移到紙張上且不容易轉(zhuǎn)移到兒童皮膚上，可以更好地保障兒童的健康和安全。

環(huán)保油墨在兒童圖書印刷中的未來發(fā)展展望

1.數(shù)字噴墨技術(shù)

智能化和數(shù)字化印刷技術(shù)主要是指通過計(jì)算機(jī)控制、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和人工智能（AI），實(shí)現(xiàn)印刷過程精準(zhǔn)、自動(dòng)化、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的一種手段。其核心在于數(shù)字噴墨印刷機(jī)（使用壓電式或者熱發(fā)泡式的噴頭，利用數(shù)字文件控制油墨噴射）、智能控制端（由傳感器（溫度/濕度傳感器、色彩傳感器）、AI算法組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)印刷質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)實(shí)時(shí)情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)）和云數(shù)據(jù)庫平臺(tái)（可以實(shí)現(xiàn)在線對(duì)接訂單、油墨庫存及生產(chǎn)工藝的云端協(xié)同）。其主要特點(diǎn)如下：

1）精準(zhǔn)控墨：數(shù)字噴墨技術(shù)的應(yīng)用能夠做到油墨精細(xì)化到微升，而且用墨量大大降低。例如，兒童繪本的漸變顏色在傳統(tǒng)印刷過程中通過多次調(diào)色以及多次洗版造成嚴(yán)重污染，而現(xiàn)在可以由算法控制其漸變過程，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)數(shù)字噴印，起到節(jié)能減排的作用；同時(shí)，用“水性＋UV”混合油墨（如東洋油墨Hybrid系列）配合數(shù)字化噴墨技術(shù)，可達(dá)到零耗能的印刷目的。

2）節(jié)能降耗：采用智能干燥系統(tǒng)（如紅外線、LED-UV等）能根據(jù)不同油墨種類調(diào)節(jié)輸出能量大小，節(jié)能30%～50%，空閑時(shí)會(huì)自動(dòng)處于節(jié)能狀態(tài)。

3）個(gè)性化生產(chǎn)：可以根據(jù)需要訂制少量的個(gè)性圖書，例如：訂制一些有個(gè)性化名字或者配有互動(dòng)插畫的圖書，如此可以降低滯銷概率和避免資源浪費(fèi)。

4）應(yīng)用案例：惠普Indigo數(shù)字印刷機(jī)采用AI色彩校準(zhǔn)技術(shù)，能夠匹配Pantone色卡，保證兒童圖書色彩的一致性；海德堡“Push to Stop”智能印刷生產(chǎn)線，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，降低人工接觸油墨的風(fēng)險(xiǎn)。未來，環(huán)保油墨在兒童圖書中的應(yīng)用將會(huì)不斷融入數(shù)字化與智能化印刷技術(shù)，如數(shù)字噴墨印刷技術(shù)等，從而促進(jìn)印刷效果向更加精準(zhǔn)化、個(gè)性化方向發(fā)展。在數(shù)字系統(tǒng)下，能對(duì)油墨使用量進(jìn)行控制，達(dá)到節(jié)省資源的目的，能滿足兒童圖書內(nèi)容豐富多彩的特點(diǎn)。而智能化印刷技術(shù)也是當(dāng)下比較流行的技術(shù)之一，它也能夠進(jìn)行油墨的干燥或者固化過程中的智能化調(diào)，比如，可以運(yùn)用到智能溫控、智能監(jiān)測(cè)等技術(shù)當(dāng)中，提高整個(gè)印刷流程的效率和質(zhì)量。

2.新技術(shù)：納米技術(shù)與功能性油墨

采用納米技術(shù)的環(huán)保油墨將會(huì)在技術(shù)上出現(xiàn)質(zhì)變，例如，通過使用納米顏料，在增加油墨色彩飽和度的同時(shí)還可以避免過多地添加顏料，降低油墨成本；添加了如納米二氧化硅、納米氧化鋅等納米功能性添加劑后，可以使油墨耐磨損，耐水性強(qiáng)，有很好的抗菌效果，延長兒童圖書的使用壽命，保證安全。未來還有望開發(fā)出具有自修復(fù)功能的納米油墨，當(dāng)經(jīng)過稍微用力書寫后產(chǎn)生破洞或磨損時(shí)可自行恢復(fù)，其耐久性還會(huì)隨著使用的次數(shù)而加強(qiáng)。納米材料結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 納米材料結(jié)構(gòu)

1）色彩性能：納米顏料比表面積大，顯色效率提高30%，使兒童圖書插畫色彩更加鮮艷耐久、不易褪色。由日本DIC株式會(huì)社開發(fā)的“EcoNano”系列油墨含有納米氧化鐵顏料，具有高飽和度的紅色與藍(lán)色。

2）功能強(qiáng)化：自修復(fù)油墨可以通過加入微膠囊化的修復(fù)劑（如聚氨酯預(yù)聚體）使油墨在書籍磨損到一定程度時(shí)通過自修復(fù)實(shí)現(xiàn)對(duì)書籍的自我保護(hù)；抗菌油墨可以通過納米銀顆粒抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，減少兒童皮膚接觸到細(xì)菌的概率。

3）環(huán)境友好：使用納米技術(shù)減少了顏料和樹脂用量（能節(jié)省油墨原料的20%～40%）,降低了油墨生產(chǎn)的廢棄物流失量。

4）應(yīng)用案例：德國默克集團(tuán)的“Nanoprint”油墨，用于兒童立體書的高耐磨插畫印刷，通過納米二氧化硅涂層實(shí)現(xiàn)10萬次翻頁無磨損。

3.新材料：生物基與可降解油墨

綠色化是未來的發(fā)展方向，在這一理念的影響下，未來的兒童圖書印制油墨還會(huì)向生物基油墨、可降解油墨方向發(fā)展。新型生物基油墨具有可降解性和環(huán)保優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，未來，可食用油墨會(huì)成為流行趨勢(shì)，用天然食材作為油墨原材料，不會(huì)危害兒童身體健康。代用生物質(zhì)來源制備的油墨主要包括以下幾類：藻類油墨，以藻類提取藻藍(lán)蛋白作為藍(lán)色顏料，連接料使用PLA（聚乳酸）；纖維素基油墨，采用直徑小于10nm的納米纖維素作為增稠劑、大豆油為溶劑；可食性油墨，主要由食用色素（如胡蘿卜素）、麥芽糊精和甘油等組成，可直接用于與兒童口腔接觸的產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)如下：

1）可再生性：藻類油墨用的材料可在光生物反應(yīng)器中很快培育出來，它的碳足跡比傳統(tǒng)油墨少了70%。

2）可降解性：在堆肥條件下，纖維素基油墨僅用30天就能降解90%以上，避免產(chǎn)生微塑料污染。

3）安全性：經(jīng)過FDA食品等級(jí)檢驗(yàn)的可食用油墨（比如森蜂園的“HoneySafe”系列），沒有毒性，就算兒童不小心吞食了也不用擔(dān)心。

4）應(yīng)用案例：美國Soyang公司的“BioPrint”系列油墨以玉米淀粉為主要原料制作而成，在給兒童布書上色時(shí)可以用此油墨，可承受高達(dá)50次的機(jī)洗次數(shù)。

4.新趨勢(shì)：綠色全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展

環(huán)保油墨未來將向綠色印刷全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的方向發(fā)展。如環(huán)保油墨用于可回收紙張，可以被一次又一次地印刷并最后順利回收，環(huán)保油墨商與下游印刷廠協(xié)同配合，針對(duì)客戶的要求為其開發(fā)綠色印刷的定制化解決方案，以適應(yīng)不同客戶對(duì)于產(chǎn)品的不同需求。

隨著兒童圖書的形式愈發(fā)豐富，環(huán)保油墨也會(huì)越來越趨向于功能性、互動(dòng)性設(shè)計(jì)，如溫感油墨、光感油墨可以給兒童圖書增加更多趣味和互動(dòng)的可能，孩子們可以通過用手觸碰或使其接受光照來變換顏色，探索樂趣；導(dǎo)電油墨則會(huì)給兒童電子書及互動(dòng)類書籍帶來巨大的技術(shù)支持作用，以便于打通圖書與電子設(shè)備之間的隔閡，讓兒童能夠得到更加優(yōu)質(zhì)、有趣的閱讀體驗(yàn)。

實(shí)施路徑：

1）油墨-紙張協(xié)同：用水性油墨加上石頭紙（主要原料為碳酸鈣），不需要伐木就可以生產(chǎn)，同時(shí)也能做到防水、防刮、耐磨，特別適用于兒童洗澡書。

2）閉環(huán)回收系統(tǒng)：創(chuàng)建兒童圖書回收網(wǎng)，用酶解法（如諾唯贊公司生產(chǎn)的Inkzyme酶制劑）分離油墨和紙張，可實(shí)現(xiàn)95%以上材料回收。

3）碳標(biāo)簽認(rèn)證：借鑒國際碳足跡標(biāo)簽（比如Carbon Trust認(rèn)證）來引導(dǎo)家長選購低碳型兒童圖書，也是不錯(cuò)的選擇。

4）應(yīng)用案例：日本凸版印刷和王子制紙共同研發(fā)的“EcoCircle”，是將日本制造的兒童圖書廢棄后粉碎再次制成紙張的新工藝。該工藝油墨殘留量低于0.1%。

技術(shù)分類：

1）溫感油墨：成分是微膠囊化熱致變色染料（比如液晶），其會(huì)在體溫（約為34℃）下發(fā)生變色。應(yīng)用時(shí)只需接觸繪本中的某些部位（如手掌按壓時(shí)會(huì)顯現(xiàn)出動(dòng)物輪廓）即可產(chǎn)生變色。

2）光感油墨：螺吡喃這種光致變色材料在受到紫外線照射時(shí)會(huì)由無色變?yōu)樗{(lán)色。這種原理被用于戶外科普書籍中設(shè)置的“曬太陽變色”互動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

3）導(dǎo)電油墨：銀納米線（直徑為20nm）和石墨烯分散液，電阻率小于0.1Ω·cm，用于兒童電子書觸控感應(yīng)電路，可實(shí)現(xiàn)翻頁自動(dòng)觸發(fā)語音講解。此外，導(dǎo)電油墨利用了水性分散，而不是使用有毒溶劑NMP（N-甲基吡咯烷酮）。

結(jié)語

環(huán)保油墨在印刷兒童圖書領(lǐng)域的未來發(fā)展方向要基于新工藝、新技術(shù)、新材料等的研究和應(yīng)用。綜上所述，智能化印刷技術(shù)、納米功能性油墨、生物基可降解材料、互動(dòng)性油墨的應(yīng)用等是未來發(fā)展方向，將為兒童圖書印刷領(lǐng)域注入新的活力，從而提升印刷品質(zhì)量和安全性能，讓兒童圖書向更加綠色化、智能化及可持續(xù)化方向前進(jìn)，并為兒童創(chuàng)設(shè)一個(gè)更為健康、安全且有趣味的閱讀空間。