最火包装功能材料应用探讨

包装功能材料应用探讨

[摘要] 包装材料学是材料学和包装行业交叉的一门学科，同时也是一门新兴的产业，针对所属行业特点，作者就包装功能材料作相应阐述，从当今各种功能材料的分类，性能，功能划分等方面入手，总体介绍包装功能材料的特点，前景以及相关产业背景，积极探索其发展方向，就我国的包装材料产业遇到的问题诸如：环保，效益，产业水平等作一定的探讨。

关键词：包装 功能材料

功能材料是伴随工业化革命诞生出来的一门材料分支，也可以描述成对材料的一种分类，所谓功能材料就是指某种具备特殊性能的材料划分，既可以依据所属材料门类定义，也可以根据材料应用领域来划分；也就是说功能材料是以它的主观和客观属性来具体定义。举个例子：陶瓷在它发明之初是作为容器材料应用的，它的功能特点限于隔阻性好，刚度好，稳定性好。但是现在陶瓷应用在机械制造业中，更多地利用了它硬度高，耐高温，耐磨损的特色功能，在已经投入生产的发动机制造技术中，陶瓷被用于汽缸，活塞，轴承等高温，高磨损的环境，并越来越多的用于其他零件制造。

事实上对功能材料的定义源于贝尔实验室，1965年rton博士提出了功能材料的定义即：“具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转化的功能被用于非结构目的的高技实验机采取的加荷速度与对规范测力仪停止量值溯源时的加荷速度应尽量分歧术材料。”

回到我们的主题上来，包装功能材料就是在产品包装工艺中，使用的具有特殊功能的材料，具体到包装实际生产过程，就分门别类使用了各种功能材料，例如食品包装广泛使用无毒，遮光，易降解的材料；而在航运业中则广泛采用耐腐蚀，强度高，刚度高的工程塑料等作为首选材料。

今天，随着材料144排水用芯层发泡硬聚氯乙烯（PVC-U）管材工业的迅速发展，越来越多的新材料被制造出来，并具备着以前的材料无法迄及的优异性能，就以包装材料而言，就有复合软包装材料，保鲜包装材料，实验完成以后阻隔性包装材料，分解性包装材料等等。近年来纳米技术的发展同样在包装材料行业引起巨大革新，我们知道：纳米材料(nanomaterial)一般是指尺寸在nm之间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是一种典型的介观系统。将普通材料制成纳料量级后，纳米材料具有卓越的光、力、声、电、热、磁、投射、吸收等敏感的特殊功能，它就会出现极其特有的四大效应：①小尺寸效应或称体积效应；②表面效应与界面效应；③量子尺寸效应；④宏观量子隧道效应。由于以上四个效应，纳米材料呈现如下性能：①高强度和高韧性；②高热膨胀系数、高比热和低熔点；③异常的导电率和磁化率；④极强的吸波性；⑤高扩散性。正是因为这些原因，使得纳米材料在包装行业得以迅猛发展。

首先，我们来看纳米材料的制备技术纳米材料的制备方法包括：物理法和化学法。物理制备方法主要涉及到蒸发、熔融、凝固、形变和粒径缩减等物理变化过程，具体包括粉碎法、蒸发凝聚法、离子溅射法、冷冻干澡法、电火花放电法、爆炸烧结法等。化学制备纳米微粒的过程通常包含着基本的化学反应，在反应过程中物质之间的原子进行组织排列，决定着物质的存在形态。化学法主要有气相化学反应法、沉淀法、水热合成法、喷雾热导法、溶胶－凝胶法、r射线辐照法、相转移法等。在此基础上，考虑纳米复合材料的制备工艺我们能利用的有五种：纳米复合材料的制备方法：（1）高能球磨法；（2）燃烧合成法；（3）化学气相沉积法（CVD）；（4）熔融共混法；（5）扦入法（扦层复合技术）。如此一来我们就能得到纳米复合材料了，那么纳米复合材料究竟有什么样的用途呢？

首先我们来看纳米包装的定义。纳米包装的定义：尽管目前尚无纳米包装的准确定义，但从纳米科学的角度出发，纳米包装是反映使用纳料材料、纳米技术对包装产品进行纳米合成、纳米添加、纳米改性，使其具备纳米结构、尺度、特异功能的包装新物性的总称。纳米包装具备四个要素、纳米包装材料要素、纳米包装容器要素、纳米包装技术要素、纳米包装信息要素。纳米包装材料：就是指分散相尺寸为nm纳米颗粒或晶体与其他包装材料合成或添加制成的纳米复合包装材料的体系。纳米包装研究的对象和任务是：研究纳米包装物在物流过程中的运动状态和规律，纳米包装物的物性功能变化的规律与制备技术；研究纳米包装与多学科的关系，从而提出全新的包装概念，改进及创造新的包装技术和装潢技术，缩短现有包装企业与纳米包装的工程化、产业化和商品化的进程。

如此来看，纳米包装的前景必将广阔无限了。综观现在纳米包装应用，不外乎以下几类。

1．纳米复合包装材料

随着21世纪包装对特种功能需求的增加，诸如防殉爆包装、防电磁包装、迷彩包装、高阻包装、隐身包装、防雷达包装等要求的出现，促进了纳米包装技术的发展。由纳米材料复合而成的纳米包装材料就成了我们所需要的一类高新材料。就包装领域而言，近几年来，国外研究得最多的纳米复合材料是聚合物基纳米复合材料（PNMC）。例如在高分子聚合物中加入10％的纳米TLCP（热致液晶聚合物）就会使材料的拉伸强度提高到470Mpa，从而大大拓展其用途，亦节省了稀缺资源。

2．纳米抗菌包装材料

纳米抗菌包装材料已成为热门话题。日本在包装材料中添加一种新型无机抗菌剂，在聚烯烃薄膜中加入抗菌剂和增效剂制成的。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，能够发挥出惊人的杀菌效果，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伤力。且吸附能力强、掺透力也很强，多次洗涤后也还有较强的抗菌作用。

3．纳米型功能（智能）包装材料

目前研制的纳米型功能、智能包装材料，通常是用光电、温敏、湿敏等功能材料与包装材料复合制成的，它可以识别和指示包装空间的温度、湿度、压力以及密封的程度、时间等一些重要参数。这是一种很有发展前景的功能包装材料，有防止变色型、防锈型、防霉型、保鲜型，通常制成功能袋或片材。适用于高档包装和军品包装。

4．纳米涂层材料

（1）二元协同纳米界面材料是力求将二元协同推广到纳米界面，研讨新型界面物性，超双疏界面物性材料（或称超双亲纳米材料），其基本原理是在特定的表面上建造纳米尺寸几何形状互补的（如凸与凹相间）界面结构，其低凹的表面可使吸附气体原子、分子稳定存在，在宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油或水无法与材料的表面直接接触，从而使材料的表面呈现超常的双疏性。这时水滴或油滴与界面的接触角趋于最大值。在包装材料领域，纸张制品、纸箱、薄膜等也都获得奇异的超疏水、超疏效果。有9个是《中国制造2025》中的重点领域

（2）完全的纳米涂覆材料现已在军事上有所应用，借助于传统的涂覆技术添加少量的纳米钛与树脂化合后生成全新涂层，使其功能得到升级，耐腐蚀、耐海水、耐高温、抗氧化和抗老化性。提高硬度、减少摩擦形成的自润滑性，还可以产生抗菌、保洁效果。

5．纳米粘合剂和密封胶

粘合剂和密封胶是包装领域中的重要产品，使用范围很广。国外已将纳米SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高，其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料，使之具有亲水性。

6．纳米基板包装材料

饮料罐所用铁板已经经历了马口铁（镀锡）、无锡钢板（TFS）的发展历程，目前已发展到所谓第三代纳米级材料，为了改善TES的焊接密封性能，如今研制成功第三代超微米锡TES板材，纳米锡粒直径为100nm，镀锡量100mg/m2，体积率＜12％，镀锡体积和用量大为减少，新板材既安全且性能又好，容易加工成型，操作参数范围放宽，特别是焊接密封性提高，使其成为高级金属罐板材。例如焊接电流范围宽达A，使其更适于制作饮料包装容器。

7．纳米发光材料与防伪印刷

（1）新型纳米发光材料，经几分钟的光照就能在黑暗中自行发光12－24小时以上，其发光强度和维持时间是传统荧光材料的30倍以上，且材料本身无毒、无害、不含任何放射性元素，其稳定性和耐候性优良。并可无限次循环使用。

（2）采用美国新型宽幅激光全息防伪及包装膜材料与制造技术，研发及工业生产适合中国市场的高性能防伪及包装膜产品，市场潜力极大，设备成本与投资适中。

8．纳米包装机械零件与器件

碳纳米管还具有高的机械强度和高的热导率，由于具有非常大的长度－直径比，可以制造出任何复杂形状的零件，还是复合包装材料的增强纤维。