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    納米材料與技術

 

    納米是一種幾何尺寸的量度單位，定義為1×10-9m，略等于45個原子排列起來的長度。納米材料主要是指材料的幾何尺寸在100nm之內、具有特殊性能的材料。納米材料包括納米顆粒材料、納米晶材料和納米復合材料。

 

    納米技術是指在納米尺度（1nm～100nm）上研究物質（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。當一物質被分割至納米尺度時，量子效應開始影響到物質的性能和結構。由納米顆粒最終制成的材料與普通材料相比，在機械強度、光、聲、熱等方面的性能都產(chǎn)生極大的差異。納米技術的最終目標是直接以原子、分子及物質在納米尺度上表現(xiàn)出來的這些特性制造出具有特定功能的產(chǎn)品。

 

    傳統(tǒng)的包裝材料經(jīng)納米化改性后，材料具有高強度、高硬度與高韌性、高阻隔性、高降解性和高抗菌能力，使其最有利于在實現(xiàn)包裝功能的同時，達到綠色包裝材料的環(huán)境性能、資源性能、減量化性能、回收處理性能的要求，體現(xiàn)出優(yōu)越的綠色包裝價值，并帶動和促進包裝設計、生產(chǎn)、使用和再生等技術產(chǎn)業(yè)革命性的變化。

 

    納米技術在包裝產(chǎn)業(yè)中的應用

 

    納米保鮮包裝材料

 

    納米保鮮包裝材料可提高新鮮果蔬等食品的保鮮效果和延長貨架壽命。在包裝中，果蔬釋放的乙烯達到一定濃度后，果蔬會加快腐爛速度。為解決這一問題，在保鮮包裝中應設法加入乙烯吸收劑，以減少包裝中的乙烯含量，提高保鮮效果，但目前使用的乙烯吸收劑效果并不理想，應用納米技術可以解決這一問題。納米級Ag粉對乙烯的氧化具有催化作用，在保鮮包裝材料中加入納米Ag粉，便可加速氧化果蔬食品釋放出的乙烯，從而達到良好的保鮮效果。

 

    此外，在瓦楞紙箱內面紙制造過程中，可以加入納米級多孔型乙烯氣體吸收粉劑，以防止催熟。這種納米級吸收粉劑是用白硅石為原料制成的以二氧化硅為主要成分的多孔型粉劑。由于白硅石對于乙烯氣體的吸附能力比活性碳、稀土鋯以及沸石都要好，所以采用添加了納米白硅石粉劑的紙張作為瓦楞紙板的里襯紙具有更好的保鮮效果。

 

    納米油墨

 

    隨著對包裝印刷質量要求的不斷提高，顧客對包裝的要求不但要質量優(yōu)良，且要符合環(huán)保、防偽等多種特殊需要，因此對油墨也提出了更高的要求。油墨的細度和純度，對包裝產(chǎn)品質量有很大的影響。要印刷出高質量的包裝產(chǎn)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系，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、填充料分布于連結料中的均勻度，它既反映到包裝產(chǎn)品的質量，同時又影響到印版的耐印率。

 

    研究指出，納米半導體粒子表面經(jīng)過化學修飾后，粒子周圍的介質可強烈影響其光學性質，表現(xiàn)為吸收光譜發(fā)生紅移或藍移。

實驗證明，有些納米微粒的光吸收邊有明顯的藍移，有些納米微粒光吸收邊出現(xiàn)較大幅度的紅移。根據(jù)這種特性，如果把納米半導體粒子分別加到黃色和青色油墨中制成納米油墨，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復制印刷彩色印刷品，層次會更豐富，色調會更鮮明，圖像細節(jié)的表現(xiàn)能力亦會大增。由于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(wěn)定，因此在印刷上不僅可以減少顏料的用量，并且遮蓋力高，光澤好，樹脂粒度細膩、成膜連續(xù)、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，它們吸附于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，并能保證整個油墨分散系的穩(wěn)定，所以加有納米微粒的納米油墨印刷性能得到較大的改善。目前，納米油墨在外包裝、票證防偽以及紅外傳感器等高新技術領域中得到廣泛應用。

 

    納米PET瓶

 

    目前，中科院化學所發(fā)明的PET聚合插層復合技術，將有機蒙脫石與PET單體一起加入到聚合釜中，成功地制備了PET納米塑料（NPET）。NPET的熔體粘度和結晶速度顯著提高，阻燃性能也得到了很大的改善。NPET的阻隔性比純PET有了很大改善，符合食品包裝要求，可直接用來制造啤酒、飲料、農藥和化妝品的包裝瓶。

 

    納米粘合劑和密封膠

 

    粘合劑和密封膠是包裝產(chǎn)業(yè)中的重要產(chǎn)品，使用范圍很廣。在樹脂中加入50nm～70nm的橡膠微粒后形成的納米粘合劑封合強度、剪切強度和耐熱、老化等物理化學指標比傳統(tǒng)粘合劑均大幅度提高，從而極大地減少了在包裝及產(chǎn)品中使用量。粘合劑和密封膠中加入SiO2作為添加劑，可使粘合劑的粘結效果和密封膠的密封性能大大提高。同時，在這種添加了納米SiO2的粘合劑和密封膠中，由于在納米的SiO2的表面覆蓋了一層有機材料，使粘合劑和密封膠具有親水性，可以水解，避免了粘合劑和密封膠對環(huán)境的污染。

 

    納米塑料薄膜

 

    對聚氯乙烯進行納米化改性后，再加入降解劑或除草劑生產(chǎn)出的塑料薄膜，除生產(chǎn)成本較低外，此類薄膜還因能很好地吸收太陽中波長在290nm～380nm的紫外線，使塑料大分子迅速老化分解，變成低分子物質后完全降解成為徹底消除“白色污染”的環(huán)保產(chǎn)品。

 

    納米UV上光油

 

    上光油可以增加印刷光澤、保護印刷品表面，提高印刷品的耐磨擦、耐化學藥品、耐水性，防止印刷品蹭臟或粘連。紙包裝制品，表面光澤處理的技術正逐步向紫外線固化UV上光方向發(fā)展，納米級UV上光油使彩色瓦楞紙箱具有耐磨擦、耐指劃、防潮、高光澤度等性能。納米UV上光油主要由納米齊聚物、活性稀釋劑、光引發(fā)劑及其他助劑組成。

 

    納米包裝機械

 

    印刷機的供墨系統(tǒng)是保證正常印刷的重要部件。墨輥作用是向印版表面?zhèn)鬟f油墨，墨輥材料對印刷質量的影響十分重要。利用納米材料可以改變墨輥的彈塑性、耐油性、耐酸性、耐溶劑性、抗衰老化性和親墨性、傳遞性、耐磨性，進而來穩(wěn)定印刷傳遞條件。同樣，利用納米材料可以提高印刷橡皮布質量，進而來穩(wěn)定印刷的壓印條件，提高印刷質量。納米技術在傳動上也將得到應用。如極小的微機電系統(tǒng)（MEMS）。微電子系統(tǒng)能在一個硅晶片上放置100萬個微型機器，每臺機器都有電子控制系統(tǒng)。美國德克薩斯公司已使用MEMS技術開發(fā)顯示視頻圖像的芯片。印刷機上安裝了那么細的傳感器——傳動裝置，這種裝置可以十分精確地對壓力、速度、位置等進行調控。印刷設備的主要問題是機械精度問題。機械精度問題的產(chǎn)生，一是由于在制造過程中制造技術水平的局限而產(chǎn)生的，二是在印刷生產(chǎn)過程中由于機械磨損而產(chǎn)生的。印刷設備中易磨損的主要部件有：齒輪、凸輪、滾筒的軸頸與軸套（或偏心套）等部件。隨著納米技術的運用，可以大幅度提高這些關鍵部件的精度和耐磨損程度，降低維修成本，提高印刷產(chǎn)品的印刷質量。 

    結語

 

    納米技術是近十多年來逐步發(fā)展起來的一門前沿、綜合性交叉的新學科，是現(xiàn)代科學和現(xiàn)代技術相結合的產(chǎn)物，它的迅猛發(fā)展將引發(fā)二十一世紀新的工業(yè)革命。美國商業(yè)通訊公司研究報告稱，未來五年，用于橡膠產(chǎn)品和油墨生產(chǎn)的碳黑填充料將繼續(xù)高居納米材料需求榜首。今后幾年，全球納米材料的需求將以2.7%年增長速度增長，到2010年將達到1030萬噸。另據(jù)報導，僅在食品飲料包裝行業(yè)，2004年納米產(chǎn)品的全球銷售額就高達8.6億美元，而在2002年，納米產(chǎn)品的全球銷售額只有1.5億美元，食品飲料包裝行業(yè)有1000億美元的市場空間。所以納米包裝具有較大的市場發(fā)展?jié)摿Α＿^去，我國包裝工業(yè)的一些先進設備、先進技術，大多是依靠進口。納米技術的出現(xiàn)，將對我國包裝行業(yè)的技術創(chuàng)新帶來新的發(fā)展機遇。相信在不遠的將來，納米技術將廣泛應用于包裝印刷方面的各個領域，它給包裝產(chǎn)業(yè)帶來的變化將是巨大的。