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纳米技术助燃包装技术新发展(上)

据美国铝业公司称纳米复合材料已俨然成为了未来柔性包装的发展重点，因此受到的关注也越来越多，由于用这种技术生产出来的材料的阻隔性、机械性能更强，重量更轻， 所以全球纳米材料的市场正在不断扩张，预计到2008年全球纳米技术的市场有望增长到2.5亿美元，届时每年的增长速度预期会到18%~25%。

38亿美元的全球柔性包装市场，近年来发展迅速。每年对柔性包装的需求平均都以3.5%的速度增长，因此柔性材料需要满足并超过客户的高期望值以及解决供应链的压力。供应商之间的竞争不断加剧，同时政府的规定也导致因薄膜行业的变革而使产品和包装的性能以及全球对包装废物的关注程度不断提高。

其中的一个创新就是未来柔性包装发展的重点，聚合物纳米复合技术。在2003年12月PD杂志的文章中，包装行业专家Aaron Brody博士说道：“在没有使用令人心烦意乱的校准仪器的情况下，纳米复合技术似乎能帮助软包装塑料行业解决超级阻隔特性这个一直以来困扰他们的难题—在玻璃和金属行业同样存在这个问题。”

纳米材料受到广泛关注

纳米复合材料的定义是通过聚合物和纳米粒子的结合来产生性能得到油泵吸油量阻力大大幅提高的材料，纳米技术从出现至今已经有很多年的历史，但直到最近才被用到主流的商业包装应用中。（就纳米材料而言，简单说就是材料或参加化学反应的活性单体可以以纳米级来衡量。以测量的公制系统来衡量，一个“纳”等于十亿分之一，因此，一纳米就是十亿分之一米。）

由于美国有超过400家研究中心和公司在研究纳米技术，而且有34亿美元的投入，因此美国在纳米技术的研究方面一直处于领先地位。欧洲有17亿美元的投入和175家公司以及组织在对纳米技术进行研究，日本也有100多家公司投入纳米技术的研究之中。到2008年，全球纳米技术的市场有望增长到2.5亿美元，届时每年的增长速度预期会到18%~25%。

纳米材料的构成

聚合物纳米复合材料是将填充物分散到纳米粒子之间形成一种片晶而构建成的。然后，这些小片晶就分散到聚合体的矩阵中，形成的若干平行层迫使气体从聚合体中通过“曲折通道”逸出，针对气体和水气形成复杂的阻隔层。聚合体结构呈现地越曲折，阻隔性就越高。聚合薄膜的渗透系数（P）由两个因素决定：扩散（D）和溶解度（S）系数，也就是P = DxS。

当有更多的纳米粒子分散到聚合物中时，渗透性也会大大降低。根据美国陆军的纳提克士兵研究中心的研究表明，“聚合物中纳米粒子的分散程度跟纳米复合薄膜复合到那些纯的聚合薄膜上时出现的机械和阻隔特性的改善程度相关。”

为了使薄膜得到最佳的性能，和传统填充物的加入量相比纳米粒子的量要少许具体而言多。通常，纳米填充物的添加量不超过5%，这样就可以极大地减少纳米复合薄膜的重量。纳米粒子的分散过程会致使材储存罐料产生很高的材料纵横比和表面积，使填充了纳米粒子的塑料的性能大大优于填充传统材料的塑料。

填充物种类

有不同种类的填充物可供使用。最普通的一种是被称为高岭土的纳米黏土材料—单层的蒙脱石黏土。黏土在自然状态中就有亲水性，而聚合物也是亲水的。为了使这两者协调一致，必须对黏土的极性进行改良成为更加“有机”的物质。一种改良黏土的方法就是通过将有机铵阳离子（带正电的离子）和黏土表面的无机阳离子进行交换。

其他的纳米填充物包括碳纳米管，片状石墨和碳纳米纤维。另外还有一些填充物正在进行调研中，例如，合成黏土、天然纤维（大麻、亚麻）以及POSS（纳米复合光电薄膜）。碳纳米管—比纳米黏土填充物这种在自然界中易得到的材料的膨胀系数更高—能提供极好的导电性能和热传导性能。纳米黏土的两家主要供应商是Southern C半身裙lay Products 和 Nanocor 公司。

三种填充方式

通常有三种方法可以通过纳米填充物增强聚合物的性能来生产纳米复合材料：熔融捏合，原位聚合法和溶解法。将纳米填充物填入聚合物中的熔融捏合或称处理可以通过挤出机、注塑机或其他处理设备制造聚合物的时候同时进行。使用剪切力将聚合体颗粒和填充物（黏土）压制到一起以帮助剥落（将颗粒分解成正确的形状和层结构的加工方法）或分散。原位聚合法是在聚合状态下直接将填充物加到液态单体中。溶解法是将填充物加到使用诸如甲苯、氯仿、乙腈溶剂的聚合物溶液中，以使聚合物和填充物的分子结合到一起。

由于溶剂对环境有害，因此熔融捏合和原位聚合法是生产纳米复合材料使用最广泛的方法。

纳米复合薄膜的优势

芒果

纳米复合薄膜的优势数不胜数，在包装行业应用的可能性是无止境的。鉴于纳米复合材料的生产采用的是分散模阿勒泰式，因此片晶极大地提高了下列性质：

* 气体、氧气、水等的阻隔性

* 高机械强度

* 耐热性

* 化学稳定性

* 重复利用性

* 体积的稳定性

* 耐热性

* 良好的光学透明性（因为颗粒都是纳米级的）

大部分使用纳米复合材料包装的消费产品都属于饮料行业。很多不同种类的商业用塑料，柔性或硬性，都采用纳米复合结构的材料来生产，包括聚丙烯、尼龙、聚乙烯对苯二甲酸酯和聚乙烯。

尼龙纳米复合物的业内人士指出：最近几年来废塑料的处理、回收利用氧气透过率

-mil/100平方英寸/天

活性-惰性尼龙6纳米复合物

尼龙6纳米复合物

未填充的尼龙6

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