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纳米技术在包装产业中的应用

2011-01-03 02:37:34石油招标网

纳米技术是二十一世纪最具前途的技术,使用纳米技术对包装材料进行纳米合成、纳米添加、纳米改性或者直接使用纳米材料使产品包装满足特殊功能要求的技术或包装产品称之为纳米包装。纳米包装旨在改变传统的包装设计、包装工艺和技术方法,充分发挥包装材料的综合特性,最大限度地发挥包装的功能,保护产品、节约资源、保护环境,创造最佳的社会和经济效益。

  纳米材料与技术

  纳米是一种几何尺寸的量度单位,定义为1×10-9m,略等于45个原子排列起来的长度。纳米材料主要是指材料的几何尺寸在100nm之内、具有特殊性能的材料。纳米材料包括纳米颗粒材料、纳米晶材料和纳米复合材料。

  纳米技术是指在纳米尺度(1nm~100nm)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用,以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。当一物质被分割至纳米尺度时,量子效应开始影响到物质的性能和结构。由纳米颗粒最终制成的材料与普通材料相比,在机械强度、光、声、热等方面的性能都产生极大的差异。纳米技术的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的这些特性制造出具有特定功能的产品。

  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,达到绿色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,体现出优越的绿色包装价值,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。

  纳米保鲜包装材料

  纳米保鲜包装材料可提高新鲜果蔬等食品的保鲜效果和延长货架寿命。在包装中,果蔬释放的乙烯达到一定浓度后,果蔬会加快腐烂速度。为解决这一问题,在保鲜包装中应设法加入乙烯吸收剂,以减少包装中的乙烯含量,提高保鲜效果,但目前使用的乙烯吸收剂效果并不理想,应用纳米技术可以解决这一问题。纳米级Ag粉对乙烯的氧化具有催化作用,在保鲜包装材料中加入纳米Ag粉,便可加速氧化果蔬食品释放出的乙烯,从而达到良好的保鲜效果。

  此外,在瓦楞纸箱内面纸制造过程中,可以加入纳米级多孔型乙烯气体吸收粉剂,以防止催熟。这种纳米级吸收粉剂是用白硅石为原料制成的以二氧化硅为主要成分的多孔型粉剂。由于白硅石对于乙烯气体的吸附能力比活性碳、稀土锆以及沸石都要好,所以采用添加了纳米白硅石粉剂的纸张作为瓦楞纸板的里衬纸具有更好的保鲜效果。

  纳米油墨

  随着对包装印刷质量要求的不断提高,顾客对包装的要求不但要质量优良,且要符合环保、防伪等多种特殊需要,因此对油墨也提出了更高的要求。油墨的细度和纯度,对包装产品质量有很大的影响。要印刷出高质量的包装产品,必须要有细度、纯度高的油墨作保证。油墨的细度与颜料、填充料的性质和颗粒的大小有直接的关系,而油墨的细度就是指油墨中的颜料(包括填充料)颗粒的大小与颜料、填充料分布于连结料中的均匀度,它既反映到包装产品的质量,同时又影响到印版的耐印率。

  研究指出,纳米半导体粒子表面经过化学修饰后,粒子周围的介质可强烈影响其光学性质,表现为吸收光谱发生红移或蓝移。

  实验证明,有些纳米微粒的光吸收边有明显的蓝移,有些纳米微粒光吸收边出现较大幅度的红移。根据这种特性,如果把纳米半导体粒子分别加到黄色和青色油墨中制成纳米油墨,便可提高其油墨的纯度。用添加了特定纳米微粒的纳米油墨来复制印刷彩色印刷品,层次会更丰富,色调会更鲜明,图像细节的表现能力亦会大增。由于纳米油墨属高度微细且具有很好的流动与润滑性,可达到更好的分散悬浮和稳定,因此在印刷上不仅可以减少颜料的用量,并且遮盖力高,光泽好,树脂粒度细腻、成膜连续、均匀光滑、膜层薄,印刷图像更清晰。纳米微粒具有很好的表面湿润性,它们吸附于油墨中的颜料颗粒表面,能大大改善油墨的亲油和可润湿性,并能保证整个油墨分散系的稳定,所以加有纳米微粒的纳米油墨印刷性能得到较大的改善。目前,纳米油墨在外包装、票证防伪以及红外传感器等高新技术领域中得到广泛应用。




  纳米PET瓶

  目前,中科院化学所发明的PET聚合插层复合技术,将有机蒙脱石与PET单体一起加入到聚合釜中,成功地制备了PET纳米塑料(NPET)。NPET的熔体粘度和结晶速度显著提高,阻燃性能也得到了很大的改善。NPET的阻隔性比纯PET有了很大改善,符合食品包装要求,可直接用来制造啤酒、饮料、农药和化妆品的包装瓶。

  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。

  纳米塑料薄膜

  对聚氯乙烯进行纳米化改性后,再加入降解剂或除草剂生产出的塑料薄膜,除生产成本较低外,此类薄膜还因能很好地吸收太阳中波长在290nm~380nm的紫外线,使塑料大分子迅速老化分解,变成低分子物质后完全降解成为彻底消除“白色污染”的环保产品。

  纳米UV上光油

  上光油可以增加印刷光泽、保护印刷品表面,提高印刷品的耐磨擦、耐化学药品、耐水性,防止印刷品蹭脏或粘连。纸包装制品,表面光泽处理的技术正逐步向紫外线固化UV上光方向发展,纳米级UV上光油使彩色瓦楞纸箱具有耐磨擦、耐指划、防潮、高光泽度等性能。纳米UV上光油主要由纳米齐聚物、活性稀释剂、光引发剂及其他助剂组成。

  纳米包装机械

  印刷机的供墨系统是保证正常印刷的重要部件。墨辊作用是向印版表面传递油墨,墨辊材料对印刷质量的影响十分重要。利用纳米材料可以改变墨辊的弹塑性、耐油性、耐酸性、耐溶剂性、抗衰老化性和亲墨性、传递性、耐磨性,进而来稳定印刷传递条件。同样,利用纳米材料可以提高印刷橡皮布质量,进而来稳定印刷的压印条件,提高印刷质量。纳米技术在传动上也将得到应用。如极小的微机电系统(MEMS)。

  微电子系统能在一个硅晶片上放置100万个微型机器,每台机器都有电子控制系统。美国德克萨斯公司已使用MEMS技术开发显示视频图像的芯片。印刷机上安装了那么细的传感器——传动装置,这种装置可以十分精确地对压力、速度、位置等进行调控。印刷设备的主要问题是机械精度问题。机械精度问题的产生,一是由于在制造过程中制造技术水平的局限而产生的,二是在印刷生产过程中由于机械磨损而产生的。印刷设备中易磨损的主要部件有:齿轮、凸轮、滚筒的轴颈与轴套(或偏心套)等部件。随着纳米技术的运用,可以大幅度提高这些关键部件的精度和耐磨损程度,降低维修成本,提高印刷产品的印刷质量。

  结语

  纳米技术是近十多年来逐步发展起来的一门前沿、综合性交叉的新学科,是现代科学和现代技术相结合的产物,它的迅猛发展将引发二十一世纪新的工业革命。美国商业通讯公司研究报告称,未来五年,用于橡胶产品和油墨生产的碳黑填充料将继续高居纳米材料需求榜首。今后几年,全球纳米材料的需求将以2.7%年增长速度增长,到2010年将达到1030万吨。另据报导,仅在食品饮料包装行业,2004年纳米产品的全球销售额就高达8.6亿美元,而在2002年,纳米产品的全球销售额只有1.5亿美元,食品饮料包装行业有1000亿美元的市场空间。所以纳米包装具有较大的市场发展潜力。过去,我国包装工业的一些先进设备、先进技术,大多是依靠进口。纳米技术的出现,将对我国包装行业的技术创新带来新的发展机遇。相信在不远的将来,纳米技术将广泛应用于包装印刷方面的各个领域,它给包装产业带来的变化将是巨大的。



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