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纳米技术在包装印刷的应用研究

一、纳米技术概述

纳米（nanometer,nm）是一种计量物质的长度单位，为m，用符号表示为nm，纳米等于十亿分之一米，千分之一微米，大约是三四个子的宽度。从微米科技到纳米科技，是科学发展的必然结果，但不是简单的延伸，在0.1纳米到100纳米之间度量单位上，物质的物理和结构特性都 发生了从量变到质变的变化，纳米科学20就是世纪80年代末期建立在这一微小度量敬意的技术。

纳米技术（nanotecnnology）是一个含义极其丰富的术语，它本身还包含着丰富的哲学内涵。它的基本涵义是纳米尺寸（10－10－10－7m）尺度空间内认识和改造自然，研究通过直接操作和安排原子、分子运动未分选和特性，创造新物质。

二、纳米包装材料的发展简史

人工制备纳米材料的历史至少可以追溯到1000多年前，我们的祖先应有了制造和使用纳米材料的历史。如我国古代利用燃烧蜡烛的烟雾制成炭黑人微言轻的原料心脏用于作色的染料，就是最早的纳米材料。

1990年7UTM实验机包括1个或多个垂直承载的立柱月在美国巴尔的摩召开了国际第一届纳米科学技术学术会议，1993年国际纳米技术委员会（INIC）将纳米科学技术划分为六大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工学、纳米计量学，标志着这些分支作为相对比较独立学科的诞生。此后，这种介于原子、分子和宏观物质之间的纳米技术研究便成为世界科技的热点。

洛依是二十世纪末期最著名的材料专家，他的纳米理论开创了包装材料的纳米新时代―纳米。在纳米理论的指导下，1990年日本首先研制成功纳米复合包装材料优异，其包装应用指日可待。无疑，通过纳米技术，我们可以开发出纳米包装系统。进入纳米，把微米级的各种不同类型的添加剂制成纳米级的产品，就会使传统的包装印刷产品换代。

纳米科技中功用性最强的研究领域有三类：1.纳米材料；2.纳米器件；3.纳米检测与表征。纵观世界纳米科技的研究成果，有以下两个重要发现：1、我们可以将材料制成纳米结构以得到全新的性能；2、对纳米科技发展作出贡献的学科范围极广，许多新的活动就在各学科之间的交叉点上。

三、纳米结构与纳米材料的四大效应

纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造一种新的体系，它包括一维、二维、三维体系。

纳米材料（nano material）一般是指尺寸在1―100nm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。将普通材料制成纳米量级后，纳米材料具有卓越的光、声、电、热、磁、投射、吸收等第三的特殊功能，它就会出现极其特有的四大效应：①小尺寸效应或称安顺体积效应；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。

纳米材料是纳米科学技术最基本的组成部分。纳米材料在结构上由二种组元组成：一是具有纳米尺度的微粒，称之为颗粒组元（或基元）；一是这些颗粒之间的界面组元，也称纳米晶粒和晶粒界面两部分。纳米材料按结构可分为四类：①晶粒尺寸至少在一个方向上在几个纳米范围内称三维（3）米材料（纳米块状固体材料）；②具有层次结构者称二维（2）纳米材料（纳米薄膜）；③具有纤维结构者称一维（1）纳米材料（纳米线性结构材料或称纳米丝）；④具有原子族和原子束结构者称零维（O）纳米材料（纳米粉体）。其中纳米粉体开发时间最长，技术最成熟，是生产其他三类产品的基础。

纳米复合材料（wanocomposites）是指作为分散相材料的忙于至少在一维方向在100nm以内的复合材料。纳米复合材料为发展高性神东开拓准备中心废旧材料返岗节约110万元能材料及改善现有材料性能提供了一种新途径。

四、纳米包装材料制备与检测的关键技术

纳米材料制备技术的发展，已使不同形状、不同结构的纳米包装材料的制备成为可能。以便寻求产量大、成本低、无污染、尺寸可控的制备方法，为产业化服务。

1.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德语培训过程，具体包括粉碎法、蒸发凝聚法、离子溅秧法、冷冻干燥法、电炎花放电法、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。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。

2.纳米复合材料的制备方法：（1）高能球磨法；（2）燃烧合成法；（3）化学气代办签证相沉积法；（4）熔融共混法；（5）扦入法（扦层复合技术）。

3.采用直接合成纳米结构的方法是目前获得合成纳米材料的可行方法：（1）纳米扦层聚合；（2）相分离嵌段聚合物；（3）杂化材料；（4）组装合成纳米相；（5）仿丝成纤技术；（6）反应合成超支化或树状高分子；（7）生物体内组装纳米相结构物质（称仿生纳米合成）。

4.纳米材料的表面改性大致可分为六种：（1）表面覆盖改性（表面活性剂覆盖改性）；（2）高能量表面改性；（3）外层膜改性；（4）局部活性改性；（5）机械化学改性；（6）利用沉淀反应进行改性。

5.应用于纳粮食非导体组装技术L有LB技术，自组装（self―assembly,sa）技术、静电组装（electrostaic―assembly ESA）技术和模板组装（template―assembly ta）技术等。

6.纳米技术必须具备二个条件：一是纳米尺寸，自然界里所没有的新物性。其检测与计测技术归纳为：（1）扫描探针微技术；（2）光外差干涉技术；（3）X射线干涉显微技术；（4）基于F―D票的微微技术。

五、关于纳米包装印刷的命题及其必要性

遵照江总书记提出的“赶超国际包装印刷先进水平”的目标，中国包装界“十五”计划和2010年行业发展规划中，把加大技术力度、提高科技含量和技术创新，建设高新科技包装印刷基地作为开拓区域经济及抖动增长的重要举措。包装在经济发展过程的中心性作用逐步凸现，中国包装市场以每年12―15%的几何级数增长，无疑将是一个极具潜力新的经济增长点和巨大的市场。

纳米技术和纳米材料的应用和开发，为中国包装界提供了一个千载难逢的大好时机，为此要不失时机地开发纳米技术在包装印刷领域的应用研究。关于纳米包装印刷的命题是：

1、纳米包装的定义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米材料、纳米技术对包装产品进行纳米合成、纳米添加、纳改性，使其具备纳米结构、尺度、特异功能的包装新物性的总称。

2、纳米包装具备四个要素：纳米包装要素、纳米包装容器要素、纳米包装技术要素、纳米包装信息要素。

3、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添加制成的纳米复合包装材料的体系。

4、纳米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。

六、纳米包装印刷的应用研究

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。由纳米材料复合而成的纳米钻冰求酥不成了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搞菌剂，在聚烯薄膜中加入抗菌剂和增效剂制成的。目前应用较广的抗菌薄膜白金、黄金、铂金：高富帅专有。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，洗涤后也还有较强的抗菌作用。

3、纳米包装材料改性技术

（1）纳米粒子添加到塑料中不仅起到补强作用，而且具有许多新的特性。纳米SiO2因其透光、粒度小，可使塑料变得致密，从而使塑料薄膜的透明度、强度和韧性、防水性都大大提高，因此可作为特殊用途的高级塑料包装薄膜。

（2）把纳米氧化铝加入到橡胶中，从而大幅度地提高了橡胶的耐磨性和介电特性，使用寿命明显延长，性能在为提高。日本还试验把氧化铝Al2O3纳米颗粒加入到普通玻璃中，从而明显改善了玻璃的脆性。纳米氧化铝弥散到透明的玻璃中既不影响透明度又提高了高温冲击韧性导体纳米微粒（砷化镓、锗、硅）放入玻璃中或有机高聚物中，提高了三价非线性系数。

（3）在包装印刷行业中，纳米微粒也都扮演着越来越重要的作用。纳注白炭黑、纳米碳酸钙、纳米金属微粒均可替代化学颜料来作为印刷油墨。油墨的性能必定会有一个飞跃。

4、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。

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