电气学院 1110610730 曹士刚
所谓“纳米包装”，就是应用纳米技术，采用纳米复合（包装）材料，从而使包装具有超级功能或奇异特性的一类包装总汇。所谓纳米包装材料，就是用分散相尺寸为1-100nm的颗粒或晶体与其他包装材料复合或添加制成，具有纳米级结构单元的纳米复合包装材料。纳米结构可能成为技术改进的基础，一旦能够控制材料的临界尺寸，也就能使新型材料的特性和器件的功能得到强化，甚至超过我们认为可能达到的程度。 由于纳米级晶粒比常规材料的晶粒细小，因而其晶界上的原子数多于晶粒内部的原子数，形成高浓度晶界，从而赋予纳米材料许多不同常规材料的性能，诸如高强度、高硬度、高电阻率、低热导率、低弹性模量、低密度等，这些优异的性能决定了它今后广泛的应用前景。 传统的包装材料经纳米化改性后，材料具有高强度、高硬度与高韧性、高阻隔性、高降解性和高抗菌能力，使其最有利于在实现包装功能的同时，达到绿包装材料的环境性能、资源性能、减量化性能、回收处理性能的要求，体现出优越的绿包装价值，并带动和促进包装设计、生产、使用和再生等技术产业革命性的变化。 能够应用于包装领域的纳米技术有：纳米油墨、纳米纸、聚合物基纳米复合材料(PNMC)、纳米抗菌包装、纳米塑料包装、纳米粘合剂、纳米防伪印刷、纳米军品防护包装、纳米绿包装、纳米磁印刷等。下面分别介绍一下各种技术。 纳米油墨
纳米技术在颜料上给油墨制造业带来一个巨大的变革，使油墨不再依赖于化学颜料，而能选择适当体积的纳米微粒来呈现不同的颜，如TiO2、SiO2的纳米粒子是白，Cr2O3是绿，Fe2O3是褐。
像 A12O3这类无机纳米材料具有很好的流动性，若加入油墨中可以大大提高墨膜的耐磨性。
纳米级碳墨具有导电性，对静电具有很好的屏蔽作用，可以防止电信号受到外部静电的干扰，若把它加入油墨就可以制成导电油墨，如大容量集成电路，现代接触式面板开关等。在导电油墨中若将Ag制成纳米级而代替微米级Ag，便可以节省50%的Ag粉，这种导电油墨可以直接印在陶瓷和金属上，墨膜层薄且均匀光滑。若将Cu、Ni材料制成纳米级超微颗粒，它可以代替钯与银等贵重金属导电。
由于纳米微粒具有很好的表面湿润性，它们吸附于油墨颜料颗粒的表面，能大大改善油墨的亲油性和可润湿性，并能保证整个油墨分散系统的稳定，所以添加有纳米微粒的纳米油墨在印刷适应性方面得到较大的改善。在静电复印中，用磁性纳米粉代替现在广泛使用的无磁性粉，就可省却在后者中加入铁磁颗粒作载体的需要，从而制成单组分复印用显影剂，可以节约原材料，并能提高复印质量。
针对荧光防伪油墨耐光性差、防伪机理已被破译而失去防伪功能的现状，由广州大学研究成功的近红外线吸收的纳米防伪油墨，其小试样品的性能在可靠、安全、稳定及耐老化等方面都达到令人满意的程度。目前该产品已被应用于外包装、票证防伪以及红外传感器等高新技术领域。
纳米粘合剂和密封胶
粘合剂和密封胶是包装产业中的重要产品，使用范围很广。在树脂中加入50nm～70nm的橡胶微粒后形成的纳米粘合剂封合强度、剪切强度和耐热、老化等物理化学指标比传统粘合剂均大幅度提高，从而极大地减少了在包装及产品中使用量。粘合剂和密封胶中加入SiO2作为添加剂，可使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性能大大提高。同时，在这种添
加了纳米SiO2的粘合剂和密封胶中，由于在纳米的SiO2的表面覆盖了一层有机材料，使粘合剂和密封胶具有亲水性，可以水解，避免了粘合剂和密封胶对环境的污染。
纳米抗菌剂
MOD系列纳米高性能无机抗菌剂是将纳米技术导入无菌复合包装的一种新型无机抗菌包装材料，是以MOD活性基因及无机纳米银化合物为主要抗菌成份，以各种无机材料为载体而制成的无机抗菌粉体。本抗菌材料采用高科技纳米技术制备而成，改变了单纯以银、铜、锌等金属离子为抗菌活性成分的传统抗菌剂生产工艺。抗菌机理为金属离子作用和光催化作用，具有强力的长效抗菌功能，抗菌率可达99.9%，彻底解决了无机抗菌包装材料在应用中变的难题，是一种无毒的广谱抗菌剂，可广泛应用于生产液体奶、饮料无菌复合包装产品。
无机抗菌剂纳米无机抗菌剂分两类。一类是本身具有抗菌活性的金属纳米氧化物，以TiO2、ZnO为代表，它们在紫外线照射下，在水和空气中产生活性氧，具有很强的化学活性，能与多种有机物发生反应，从而把大多数病菌和病毒杀死。因而可应用于制作抗菌纤维、抗菌塑料、抗菌玻璃、抗菌陶瓷、抗菌建筑材料等。实验证明，在玻璃上涂一薄层TiO2，光照3小时，
可达到杀灭大肠菌的效果；光照4小时，可使毒素控制在5%以下。另一类是以银锌为主的复合抗菌体，以细TiO2和SiO2等为载体，由于超细纳米级粉体的颗粒特殊效应，因此大大提高了整体的抗菌效果，使耐湿性、粉体细度、分散性和功能效应都得到了充分发挥。如舟山明日纳米材料有限公司开发的纳米复合银系抗菌粉MFS350 以纳米SiO2为主要原料，其平均粒径小于90nm，具有高效、快速、持久、抗菌谱广等特点。
浙江丽水金地亚纳米材料有限公司开发的MOD纳米高性能无机抗菌剂，是结合了光催化抗菌技术、金属离子抗菌技术和纳米制备技术而开发的一种新型无机抗菌剂，该抗菌剂具有杀死和阻止细菌发育、防止各种微生物生长的功能，更兼具抗菌作用的持久性和安全性。将MOD应用于各种材料中，可制成许多相关产品。
日本在包装材料中添加一种新型无机抗菌剂，目前应用较广的是抗菌薄膜。纯天然的基础材料在纳米技术的改造下，能够发挥惊人的杀菌效果。抗菌、无菌包装，能使菌体变性或沉淀，一旦遇到水，便会对细菌发挥更强的杀伤力。且吸附能力、渗透力也很强，多次洗涤后也具有较强的抗菌作用。此抗菌薄膜的阻隔气溶胶的效率达到98%以上，该膜具有极好的透气、阻隔、过滤性能。
纳米涂料
纳米涂料具有变化的光学性能，它的光学透射谱可从紫外波段一直延伸到远红外波段。纳米多层复合涂料经处理后在可见光范围内可出现荧光，在各种标牌表面施以纳米材料涂层，成为反光标牌。改变纳米涂层的组成和特性，可产生光致变、温致变、电致变等效应，是特殊的防伪、识别手段。
在传统涂料中添加功能纳米材料，可以大大提高涂料的性能。如把纳米碳酸钙加入油墨中代替氢氧化钡、硫酸钡、铝钡白等传统油墨填料（体质颜料），可以制成稳定性好、光泽度高、乾燥性能好、适应性强的纳米改性油墨。在传统涂料（特别是外墙涂料）中添加少量纳米SiO2后，产品的抗紫外老化性能由原先的250小时提高到600小时以上；耐洗刷性由1000次提高到10000次以上，乾燥时间大幅降低；其悬浮稳定性差、触变性差、光洁度不高等问题也得到很好的改善。
下面说一下纳米包装材料的两大技术：
纳米涂覆技术
高阻隔性是塑料包装的基本功能要素之一。PET是饮料包装的首选材料，它具有透明性好、化学性质稳定、阻隔性相对较好、质轻价廉和可回收利用等多种优点，因而应用广泛。但作为啤酒瓶，PET的气体阻隔性仍不够高。因此，提高聚酯瓶的气体阻隔性是实现啤酒包装塑料化首要解决的技术问题。在众多工艺技术中，表面涂覆技术是研究最早、应用最广、投入最多的新工艺技术，如今已成为提高聚酯瓶气体阻隔性的主要手段。在表面涂覆技术中，纳米表面涂层法是行之有效的方法之一。
在各种表面技术涂覆方法中，最具有市场潜力的是等离子体纳米涂覆技术，它也是现代开发的热点。等离子体纳米表面处理研究起于20世纪末期，它是一种真空乾式处理工艺，具有操作简便、清洁、高效、安全无污染等优点，能满足环保要求。等离子表面处理的涂层厚度为纳米级，在使材料界面物理性能得到显着改善的同时，确保材料基体不会受到不良影响。
法国Sidel公司开发的无定形纳米碳涂覆技术(ACTIS)是使等离子乙炔在PET瓶内壁凝聚淀积，形成一层高度氢化的非晶态碳均匀的纳米固体膜，厚度为20~150nm。采用ACTIS工艺处理的PET瓶，较普通PET瓶的隔氧性能效果提高30倍，对CO2的阻透性提高7倍多，防
乙醛的渗入性提高了6倍。钻石型纳米碳涂复工艺（DLC）采用高频真空放电，使离子碳和氢在PET瓶内表面形成厚度为20~40nm、类似钻石碳结构的精细涂层。该PET瓶对氧气阻透性比普通PET瓶提高20多倍，对CO2的阻透性提高7倍，对水汽的阻透性提高8倍，耐紫外线能力也有较大提高。
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