納米科技在印刷的發展概況

前言

納米技術涵蓋的領域、範圍相當廣泛，從材料製造業、電子科技業、醫療單位、航空與太空偵測、
環境與能源、生物科技與農業及國家安全...等，皆為納米科技應用之範疇。

然而在我國加入WTO之後，印刷產業即將面臨的是一個高度競爭的市場，由於傳統的市場已呈現
飽和的狀態，促使廠商紛紛以削價競爭的方式求生存，所以在印刷產業上所面臨的是惡性競爭的
情況，為此平版印刷廠商紛紛以降低價格來迎合顧客，如此便形成惡性循環而影響了產業的市場
生態。有鑒於此，印刷業也正朝著多元化的方向邁進，未來，印刷業將著重於高品質、特殊印刷
品的開發，追求創新以形成市場區隔，不再局限於傳統的平版印刷。而現在納米科技的出現，將
帶給印刷業一線曙光，使印刷產業能以現有之技術，結合納米科技，創造更具創意性的新產品開
發新市場，以凸顯其競爭優勢。

一、納米油墨

1.納米油墨及其發展概況

1959年物理學家暨諾貝爾獎得主查德‧費曼（Richard Feynman）最早提出納米技術的構想之後，
納米技術即逐漸被人所重視，並廣泛的運用到各個領域當中。1994年，美國的馬薩諸塞州
XMX公司已成功獲得一項用於製造油墨用的納米級均勻微粒原料的專利。由於納米金屬微粒
能對光波全部吸收而使自身呈現黑色，同時對光又有散射作用。因此，利用這些特性，可把
納米金屬微粒添加到黑色油墨中，製造納米油墨，以提高其純度和密度。此外，半導體納米
粒子由於存在顯著的量子尺寸效應和表面效應，因而對光的吸收表現出一定的特性（齊成，
2002）。

隨著對印刷質量要求的不斷提高，顧客對印品的要求不但要質量優良，且要符合環保、防偽
等多種特殊需要，因此對油墨也提出了更高的要求。齊成（2002）提到，油墨的細度和純度
，對印刷品質量有很大的影響。要印刷出高質量的產品，必須要有細度、純度高的油墨作保
證。油墨的細度與顏料、填充料的性質和顆粒的大小有直接的關係，而油墨的細度就是指油
墨中的顏料(包括填充料)顆粒的大小與顏料、填充料分佈於連結料中的均勻度，它既反映到
印品的質量，同時又影響到印版的耐印率。

納米科技為新興之科學技術，其目前主要的研究對像又以納米材料為主，如今納米材料已滲
透到各個領域（齊成，2002），印刷產業亦然。當納米技術與印刷油墨結合，即能創造出粒
子小（粒子小於100 nm）、細度高的油墨。而油墨的顆粒愈細，顏料顆粒與連結料接觸面就
愈大，印刷的性能也就愈好、愈穩定，其網點也愈顯得清晰飽滿，此即為「納米油墨」。

2.納米油墨的特性與應用

因納米油墨的色彩較為飽和、艷麗，因此以納米油墨所製成的四原色墨比傳統的印刷四原色
墨在印刷’L中所得的色域要高。此外，納米油墨尚具有耐水、耐磨、穿透性佳等優點，可
謂是不僅保留了傳統油墨的優點，更結合了納米技術的優勢。

（1）特性

研究指出，納米半導體粒子表面經過化學修飾後，粒子周圍的介質可強烈影響其光學性質，
表現為吸收光譜發生紅移或藍移。實驗證明，Cds納米微粒的光吸收邊有明顯的藍移，TiO2
納米微粒吸收邊出現較大幅度的紅移。依據此種特性，如果把納米半導體粒子分別加到黃
色和青色油墨中製成納米油墨，便可提高其油墨的純度。用添加了特定納米微粒的納米油
墨來複製印刷彩色印刷品，層次會更豐富，階調會更鮮明，圖像細節的表現能力亦會大增
（齊成，2002）。齊成也表示，由於納米油墨屬高度微細且具有很好的流動與潤滑性，可
達到更好的分散懸浮和穩定，因此在印刷上不僅可以減少顏料的用量，並且遮蓋力高，光
澤好，樹脂粒度細膩、成膜連續、均勻光滑、膜層薄，印刷圖像更清晰。納米微粒具有很
好的表面濕潤性，它們吸附於油墨中的顏料顆粒表面，能大大改善油墨的親油和可潤濕性
，並能保證整個油墨分散系的穩定，所以加有納米微粒的納米油墨印刷適性能得到較大的
改善。

（2）應用

納米油墨的應用範圍極為廣泛。因納米油墨具有導電性，可以防止電子干擾或靜電，並且
墨層不易脫落，故納米油墨可應用在印刷電路板的印刷上或製成導電油墨；在靜電複印中
，用磁性納米色粉代替現在廣泛使用的無磁性色粉，可省卻了在無磁性色粉中加入鐵磁顆
粒做載體，而製成單組分複印用顯影劑，可節省原材料，並能提高複印質量。油墨中的納
米化樹脂，具有快干成膜的特性，可加速其固化速度，因此納米技術也可以運用在UV油墨
中；在玻璃陶瓷的印墨中，因填料的細微均勻分散而消除墨膜的收縮起皺現象，故以無機
原料構成為納米級的細度，將能節省大量原料並印出更精更美更高質量的圖像。此外，有
些納米粉微粒自身具有發光基團，如「－N≡N－」納米微粒。用加有這種微粒的油墨印
出的印品不需外來光源的照射，靠自身發光就能被人眼識別，用於防偽印刷也可達到很好
的效果；如用於戶外大型廣告噴繪或夜間閱讀的圖文印刷品，就不再需要外來光源，不但
可節省能源，且大大方便了使用者（齊成，2002）。

二、納米顏料

1.納米顏料及其發展概況

顏料具有耐水、耐光、耐候的特性，然而在色彩的鮮艷度上，顏料卻遠不及染料，納米技
術的出現使此問題有了解決的希望。在2002印刷機材展的研討會中，徐敬添（2002）曾提
及，目前實驗室己開發出來納米級顏料，其與傳統顏料的主要區別是在於粒子顆粒的大小
。傳統顏料的平均粒徑是在100到數微米（um）不等，而小於100 nm的顏料則可稱之為「納
米級顏料」。徐敬添與張義和等（2002）表示，透過濕式分散技術的改良，使得納米顏料
已於1997年在美國問市，工研院化學工業研究所在顏料微粒化上，也已積極投入納米技術
的研發，並於2001年正式驗證在實驗室的產制的可行性與再現性（圖2）。而濕式分散技術
就是指用機械力帶動研磨介質，產生高能量密度之碰撞力與剪接力，將存在於研磨介質間，
且分散於溶媒中之聚集或較大的固體粒子破壞，以達到所要求的微細度。目前，已經可以
將顏料粒子分散至30nm左右。納米級顏料，不僅保留了傳統顏料耐水、耐光、耐候等特性，
更能充分展現鮮艷的色澤。因此，不管是在印刷、打印或塗料上，均能發揮更大的應用空
間及開拓更大的市場。

2.納米顏料的特性與應用

（1）特性

徐敬添（2002）表示，現今的納米級產品外觀大多比原色較深，其原因是顏料經粒化後，
粒子變小了、體表面積變大，在光線穿透顏料的行進路線，遇到小粒子便不斷地散射，
透出去的光較少，致使其反射率下降（圖4）。由於顏料的粒徑變小，光學特性改變，光
譜變的愈銳利，色彩更為飽和，於是看起來就會有點深黑色狀（圖5），其黏度也由原本
的數百到數萬的高黏度變的較低黏度（約小於20 cps）。由此可知，顏料經納米化後，其
色彩品質會有所改變，而最明顯的就是亮度與彩度的提升，色彩也會隨之與傳統顏料不
同。

（2）應用

顏料納米化之後，可應用至多種領域。在徐敬添、張義和等（2002）的文章中提到，納
米化後之顏料，調製成噴墨墨水，應用在高級相片的噴墨打印上，不僅不會阻塞，更能
呈現出自然的色彩品質、精細度高的畫質，而且還具有耐水性及耐旋光性等優點（圖6，
圖7）。若將納米顏料運用在精美印刷、數位印刷油墨、栩栩如生的仿真皮膜或高解析
的織物印刷上，也能得到相當精緻的印刷品。而傳統或更精緻的新顯色產品之應用上
也可以廣泛研發，而這方面的市場產值也被預估應可大於350億。另外，納米顏料也能
應用在平面顯示器上，其畫面精緻，且顯現的亮度及色彩將會更好（圖8）。

三、納米紙

1.納米紙及其發展狀況

在以往傳統的做法，我們使用樹木、竹、麻等等纖維較粗的材料製成紙張，因其纖維較
粗，所以塗料、充填物的顆粒也相對的較大，故一般的普通紙皆具有怕水、怕潮等缺點。
而平版印刷紙張和靜電複印紙雖有防水、防潮等功能，但卻書寫不便。納米技術出現後，
納米技術在造紙業應用也愈益廣泛，納米紙也在積極的研發中應運而生。齊成（2002）
指出，目前木纖維只能加工到微米(100~1000nm)的水平，由於木材的細胞直徑相對較粗，
通過木材納米技術可改變木材細胞結構和控制細胞生長，就可能改變木材的特性。若將
木材加工到納米級，木材原來的細胞結構將被破壞，纖維組織結構發生變化，纖維素、
半纖維素和木素可在加工過程中用機械方法分離，這樣就可以大大提高制槳率和降低制
槳造紙工業對環境的污染。另外，在造紙塗料中，將納米碳酸鈣應用於塗布白紙板塗料
中也能有效改善白紙板的性能，而且納米碳酸鈣的加入有利於塗層幾種重要性能指針的
提高，如 IGT值、K&N油墨吸收性、平滑度等。

2. 納米紙的特性與應用

將木材納米化後所製成的納米紙，因其木材細胞結構被破壞，木材特性改變，因此紙張
特性也會隨之改變。在齊成（2002）的文章中提到，目前，納米技術在造紙工業中的利
用已開始進入實用性生產，例如：中國大陸的河南銀鴿公司和華中師範大學納米科技研
究院採用國際最先進的納米技術，在普通紙表現制備納米結構層，成功研製防水納米紙。
它除保持紙張原有的書寫、複印功能，還具有普通紙不具備的超級疏水性和防潮、提高
印刷表面強度、降低伸縮率的特殊性能（齊成，2002）。

四、納米陶瓷揚墨輥

雷射鵰刻的陶瓷揚墨輥目前在彈性凸版印刷中應用非常普遍，它被認為是彈性凸版印刷
提高質量的關鍵所在。窄幅彈性凸版印刷機和UV油墨彈性凸版機，幾乎已全部採用陶
瓷揚墨輥。從彈性凸版發展來看，陶瓷揚墨輥最終將全部淘汰金屬揚墨輥。英國著名材
料專家Cahn指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰略途徑。而所謂的「納米陶瓷」，就是指
顯微結構中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料，從而令材料的強度、韌性和超塑性大幅
度提高（齊成，2002）。

對彈性凸版印刷用的揚墨輥來說，用等離子熱噴塗工藝在加工揚墨輥時，要求在基材表
面噴塗出高質量的陶瓷塗層，塗層硬度範圍須為HV300~1300，一般孔隙率必須低於1%，
對高於1200線的揚墨輥，其孔隙率須低於0.5%，且要保證塗層結構均勻、高硬度、高密
度等，而納米陶瓷中的納米特性能改善陶瓷硬度、韌性、耐磨度，使其具有較佳的延展
性，不易脆裂（齊成，2002），而且10nm的納米陶瓷的燒陶速度將比10μm提高1012倍。
因此，納米陶瓷的這些優點也為雕刻的揚墨輥打下基礎，也讓未來彈性凸版印刷提高其
品質提供了新的契機。

五、納米包裝材料

齊成（2002）表示，在包裝材料領域上，納米技術可對包裝產品進行納米合成、納米
添加、納米改性，使其具備納米結構、尺度等包裝新特性。近年來，研究最多的是聚
合物基納米復合材料。例如納米復合塑料包裝材料，它與傳統塑料包裝材料相比，可
塑性、耐磨性、硬強度等性能都有明顯提高。此外，聚脂PET和PBT納米塑料亦具有
阻燃性能，阻隔性較純等特點，可代替價格較高的PBT樹脂，符合包裝食品要求。納
米技術應用在包裝材料上尚有阻氣包裝材料的使用，在食品包裝上增加納米顆粒，提
高分子間的細密程度，以提高包裝材料的阻氧力，隔絕氧氣殘留細菌孳生問題，也因
此可以延長食物的保存期限（鐘松政、徐錦上和胡志明，2003），其目前的例子如啤
酒瓶、果汁瓶、食品包裝膜等。