兒童圖書印刷中環保油墨的發展與應用

本文對兒童圖書印刷用環保油墨的發展概況、現狀及未來進行了系統綜述。首先從提高環保意識及政策推動角度出發剖析其發展過程。然后，詳細說明了環保型油墨在兒童圖書印刷中應用的具體案例，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用情況。在當前狀況的基礎上，對環保油墨的發展進行了預測，為環保油墨在未來實現更廣泛的創新運用厘清了思路。

兒童是社會發展的未來和希望，他們體魄柔弱、稚嫩且沒有足夠的自我保護能力，身心發展都不成熟，免疫系統也并未完善，對外來侵擾物或有害物質的抵抗力差；他們的心理與認知正處于逐步發展階段，極易受到外界影響，是社會中的弱者，因此也應成為重點保護對象。閱讀是讓兒童認識世界獲取知識的有效途徑，兒童圖書印刷質量的好壞和安全與否至關重要。

油墨是書籍印制的關鍵材料之一，對印刷成品的質量和安全起著重要作用。傳統油墨含有很多危害人體健康的揮發性有機化合物（VOCs）以及重金屬等有害物質，會對兒童造成潛在危害。隨著公眾環保理念的提高以及政策法規的進一步規范，環保油墨在兒童圖書中的應用已成為大勢所趨。本文中，筆者將結合實例對環保油墨的運用進行分析和闡述。

環保油墨在兒童圖書印刷中的發展背景

1.環保意識的提升

社會公眾對環境問題和兒童健康問題關注度的增加，促使了家長、老師等對圖書選擇的關注，在此背景下，圖書的環保性、安全性要求逐步提高。加之人們逐漸認識到傳統油墨可能會給兒童帶來傷害，使用環保油墨的書籍受到了人們的青睞，這種消費習慣的變化也促進了環保油墨在兒童圖書印刷領域的深入發展。

2.法規政策的驅動

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

我國也制定了相關的國家標準。2020年，中國生態環境部頒布了《印刷業揮發性有機物排放標準》來管控印刷行業的VOCs排放，這促使印刷企業選擇使用環保油墨，有效保護了人類環境以及兒童的身體健康；2021年，中國國家市場監督管理總局和國家標準化管理委員會聯合發布的《兒童青少年學習用品近視防控衛生要求》，對兒童讀物、教材等學習用品的印刷質量、有害物質限量作出規定，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，印刷企業陸續開始選用環保油墨印刷兒童圖書。

環保油墨在兒童圖書印刷中的應用現狀

受人們環保意識的愈發強烈及我國一些相關法律推行的影響，如今，正逐漸形成用環保油墨代替傳統油墨來印刷兒童圖書的風氣。現今的國內外市場普遍流行的幾種環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，需要考慮的問題一般包含3個方面，即顏色還原度、物理特性以及綠色安全。下文將從這3個方面入手分別對幾種環保油墨的特點進行分析。

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、不易燃易爆等優點，可以滿足兒童圖書印刷對于環保的要求；因具有色彩鮮艷的優點以及良好的印刷適性，可以使兒童圖書達到更好的色度和印品質量。

關于性能提升的相關研究發現：通過對水性油墨配方中顏料、樹脂及助劑的優化，能夠進一步提高水性油墨的印刷適性和穩定性。選擇分散性好的顏料，可以提升油墨色彩鮮艷度與均勻度；優化樹脂成膜性能，則能夠提高油墨附著牢度。對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處理工藝，在對紙張進行疏水處理后，減少紙張水分吸收，降低紙張發生形變的風險，維持印刷套準精度。

1）色彩再現：水性油墨具有色彩鮮艷的特點，能適應兒童圖書對色彩豐富性的需求，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，水性油墨較為穩定，適用周期長，適合保存較長時間的圖書，不會產生變質褪色、磨損等問題。想進一步提升水性油墨的附著牢度和耐久性則可通過改進樹脂成膜性能及加入功能助劑等措施實現。

3）綠色安全：水性油墨中不含有機溶劑，幾乎不存在VOCs排放，是無毒無味、對人體沒有任何傷害的一類油墨，因而十分符合當下國家對兒童用品的嚴格要求，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。在兒童圖書印制以及環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定性，且對環境污染較小。

根據目前部分關于大豆油墨的改性和優化的研究，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：大豆油墨色域廣，色差小，色澤好，色彩的呈現接近傳統油墨的色調，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：大豆油墨經摩擦后耐磨性較好，遇水不易褪色，可以通過加入納米級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成分，無刺鼻氣味且易降解，對兒童身體健康和環境保護都非常有利。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，并且能快速進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：UV油墨的色域寬，顏色飽和度非常高，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，可實現高速印刷生產，提高生產率。3）綠色安全：UV油墨不含揮發性有機溶劑，基本不產生VOCs排放，環保性能非常出色；通過研發低遷移性UV油墨及固化技術，可以使有害物質不易轉移到紙張上且不容易轉移到兒童皮膚上，可以更好地保障兒童的健康和安全。

環保油墨在兒童圖書印刷中的未來發展展望

1.數字噴墨技術

智能化和數字化印刷技術主要是指通過計算機控制、物聯網（IoT）和人工智能（AI），實現印刷過程精準、自動化、高效運轉的一種手段。其核心在于數字噴墨印刷機（使用壓電式或者熱發泡式的噴頭，利用數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，可以實現對整個印刷質量的實時監測，并根據實時情況動態調節相關參數）和云數據庫平臺（可以實現在線對接訂單、油墨庫存及生產工藝的云端協同）。其主要特點如下：

1）精準控墨：數字噴墨技術的應用能夠做到油墨精細化到微升，而且用墨量大大降低。例如，兒童繪本的漸變顏色在傳統印刷過程中通過多次調色以及多次洗版造成嚴重污染，而現在可以由算法控制其漸變過程，實現精準數字噴印，起到節能減排的作用；同時，用“水性＋UV”混合油墨（如東洋油墨Hybrid系列）配合數字化噴墨技術，可達到零耗能的印刷目的。

2）節能降耗：采用智能干燥系統（如紅外線、LED-UV等）能根據不同油墨種類調節輸出能量大小，節能30%～50%，空閑時會自動處于節能狀態。

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

4）應用案例：惠普Indigo數字印刷機采用AI色彩校準技術，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”智能印刷生產線，利用物聯網技術實現自動化作業，降低人工接觸油墨的風險。未來，環保油墨在兒童圖書中的應用將會不斷融入數字化與智能化印刷技術，如數字噴墨印刷技術等，從而促進印刷效果向更加精準化、個性化方向發展。在數字系統下，能對油墨使用量進行控制，達到節省資源的目的，能滿足兒童圖書內容豐富多彩的特點。而智能化印刷技術也是當下比較流行的技術之一，它也能夠進行油墨的干燥或者固化過程中的智能化調，比如，可以運用到智能溫控、智能監測等技術當中，提高整個印刷流程的效率和質量。

2.新技術：納米技術與功能性油墨

采用納米技術的環保油墨將會在技術上出現質變，例如，通過使用納米顏料，在增加油墨色彩飽和度的同時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，有很好的抗菌效果，延長兒童圖書的使用壽命，保證安全。未來還有望開發出具有自修復功能的納米油墨，當經過稍微用力書寫后產生破洞或磨損時可自行恢復，其耐久性還會隨著使用的次數而加強。納米材料結構如圖3所示。

圖3 納米材料結構

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株式會社開發的“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色。

2）功能強化：自修復油墨可以通過加入微膠囊化的修復劑（如聚氨酯預聚體）使油墨在書籍磨損到一定程度時通過自修復實現對書籍的自我保護；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菌的概率。

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

4）應用案例：德國默克集團的“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現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向生物基油墨、可降解油墨方向發展。新型生物基油墨具有可降解性和環保優勢；同時，未來，可食用油墨會成為流行趨勢，用天然食材作為油墨原材料，不會危害兒童身體健康。代用生物質來源制備的油墨主要包括以下幾類：藻類油墨，以藻類提取藻藍蛋白作為藍色顏料，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品。其主要特點如下：

1）可再生性：藻類油墨用的材料可在光生物反應器中很快培育出來，它的碳足跡比傳統油墨少了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，避免產生微塑料污染。

3）安全性：經過FDA食品等級檢驗的可食用油墨（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心。

4）應用案例：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可以用此油墨，可承受高達50次的機洗次數。

4.新趨勢：綠色全產業鏈協同發展

環保油墨未來將向綠色印刷全產業鏈協同的方向發展。如環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，環保油墨商與下游印刷廠協同配合，針對客戶的要求為其開發綠色印刷的定制化解決方案，以適應不同客戶對于產品的不同需求。

隨著兒童圖書的形式愈發豐富，環保油墨也會越來越趨向于功能性、互動性設計，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；導電油墨則會給兒童電子書及互動類書籍帶來巨大的技術支持作用，以便于打通圖書與電子設備之間的隔閡，讓兒童能夠得到更加優質、有趣的閱讀體驗。

實施路徑：

1）油墨-紙張協同：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，同時也能做到防水、防刮、耐磨，特別適用于兒童洗澡書。

2）閉環回收系統：創建兒童圖書回收網，用酶解法（如諾唯贊公司生產的Inkzyme酶制劑）分離油墨和紙張，可實現95%以上材料回收。

3）碳標簽認證：借鑒國際碳足跡標簽（比如Carbon Trust認證）來引導家長選購低碳型兒童圖書，也是不錯的選擇。

4）應用案例：日本凸版印刷和王子制紙共同研發的“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），其會在體溫（約為34℃）下發生變色。應用時只需接觸繪本中的某些部位（如手掌按壓時會顯現出動物輪廓）即可產生變色。

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會由無色變為藍色。這種原理被用于戶外科普書籍中設置的“曬太陽變色”互動實驗。

3）導電油墨：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電路，可實現翻頁自動觸發語音講解。此外，導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）。

結語

環保油墨在印刷兒童圖書領域的未來發展方向要基于新工藝、新技術、新材料等的研究和應用。綜上所述，智能化印刷技術、納米功能性油墨、生物基可降解材料、互動性油墨的應用等是未來發展方向，將為兒童圖書印刷領域注入新的活力，從而提升印刷品質量和安全性能，讓兒童圖書向更加綠色化、智能化及可持續化方向前進，并為兒童創設一個更為健康、安全且有趣味的閱讀空間。