纳米材料在包装机械上的应用研究　　

        近年来，功能性包装材料的研究开发受到了广泛的重视，而纳米科技的出现，为人们提供了全新的思路和技术支持。高分子纳米复合材料是由各种纳米单元与高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料，所采用的纳米单元按成分分可以是金属，也可以是陶瓷、高分子等，由零维、一维、二维或三维及中间维数相构成。由于高分子纳米复合材料既有纳米粒子自身的特性，又兼有高分子材料本身的优点，因此它在催化、力学、物理性能等方面应用前景十分广阔。如今，纳米陶瓷、纳米塑料、纳米抗菌材料以及纳米橡胶等已逐渐在包装领域得到应用。

　　纳米陶瓷

　　纳米陶瓷具有良好的耐磨性、较高的强度及较强的韧性，可用于制造刀具、食品包装机械上的密封环、轴承等，以提高其耐磨性和耐蚀性；也可用于制作输送机械和沸腾干燥床关键部件的表面涂层。

　　目前，日本已经研制成功自洁玻璃和自洁瓷砖。其自洁玻璃和自洁瓷砖表面有一层薄纳米TiO2，在光的照射下任何沾污在表面上的物质（包括油污、细菌）由于纳米TiO2的催化作用，而进一步被氧化变成气体，或者变成很容易被擦掉的物质，因而可用于制作包装容器、食品包装机械的箱体等。德国一研究所将纳米硅基陶瓷制成的特种不污染耐磨透明涂料涂在玻璃、塑料等物体上，可获得防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能，可用于食品包装机械上与食品直接接触的零部件的表面涂层。
　　
　　纳米塑料

　　纳米塑料是无机纳米粒子（硅酸盐、碳酸钙、SiO2、TiO2、SiC、Al2O3、云母等）以纳米级尺寸（一般为1～100μm）均匀分散在塑料母体树脂中的复合材料，也被称为聚合物基纳米复合材料。根据母体树脂不同可分类为纳米尼龙、纳米聚烯烃、纳米聚酯、纳米聚甲醛等。由于纳米粒子尺寸和彼此间距离非常近，具有独特的量子尺寸效应、表面效应、界面效应、体积效应、宏观隧道效应、小尺寸效应和超塑性，使纳米塑料具有良好的热稳定性、高阻隔性、高阻燃窒息性、高强度等物理力学性能，成为复合材料发展的最尖端产品之一。

　　目前，产量最大的纳米塑料是纳米尼龙，其次是纳米聚烯烃，另外还有纳米聚酯、纳米紫外固化丙烯酸酯树脂、纳米聚酰亚胺、纳米聚甲醛等，主要应用于包装、汽车和机电工业。利用纳米塑料的阻隔性，可用于食品保鲜包装，延长食品保质期；利用其耐热性和良好的力学性能可用于包装物流、包装机械、汽车零部件、储油罐、燃油管道系统、各种电子接插件、导管、电话机壳体、工具手柄等等。

　　纳米SiC、Si3 N4在较宽的波长范围内对红外线有较强的吸收作用，可用作红外吸波和透明材料，做成功能性薄膜或纤维；纳米Si3 N4非晶块具有从黄光到近红外光的选择性吸收，也可用于特殊窗口材料。以纳米SiO2做成的光纤对波长600nm以上墓獾拇渌鸷男∮?0dB/km，以纳米SiO2和纳米TiO2做成的微米级厚的多层干涉膜，透光性好且反射红外线能力强，与传统的卤素灯相比，可节省15%的电能。这些特性可用在食品包装机械的红外干燥和红外杀菌设备上。经研究证明，将30～40nm的TiO2分散到树脂中制成薄膜，可作为食品杀菌袋和保鲜袋的最佳原料。

　　近年来，介孔固体和介孔复合体是纳米材料科学领域引人注目的研究对象，由于这种材料高的孔隙率（孔洞尺寸为2～50nm）和高的比表面，因而在吸附、过滤和催化等方面有重要的应用前景，对纯净水、软饮料等膜过滤和杀菌设备又提供了一个应用空间。
　　
　　纳米抗菌材料

　　近年来，抗菌包装材料成为热门话题，目前应用较广的纳米抗菌材料有抗菌塑料、抗菌涂料等。抗菌塑料是由无机纳米抗菌剂粒子与塑料制成的，能使菌体变性或沉淀，一旦遇到水，便会对细菌发挥更强的杀伤力，且吸附能力强，渗透力也很强，可用于电冰箱门把手、门衬、空调器、电话、热水器、微波炉、电饭锅等制品，具有一定的抗菌能力。

　　目前，可用于抗菌涂料的纳米材料有纳米TiO2、ZnO以及纳米载银抗菌材料等。TiO2是基于光催化反应使有机物分解而具有抗菌效果的；超微细TiO2在水和空气的体系中，在阳光尤其是在紫外线的照射下，能够自行分解出自由移动的带负电的电子和带正电的空穴，通过发生一系列化学反应，从而在短时间内杀死细菌、消除恶臭和油污。
　　
　　纳米橡胶

　　橡胶是包装和食品机械应用较多的原材料，但通常的橡胶是靠加入炭黑来提高其强度、耐磨性和抗老化性的，制品为黑色，不适宜用在食品机械上。纳米材料的问世使这一问题迎刃而解。新的纳米改性橡胶各项指标均有大幅度提高，尤其是抗老化性能提高3倍，使用寿命长达30年以上，且色彩艳丽，保色效果优异。

　　胶黏剂和密封胶是包装领域中的重要产品，使用范围很广。纳米胶黏剂由于在树脂中加入了50～70nm的橡胶微粒，不仅提高了封合强度、剪切强度和其他耐热老化等物理化学指标，而且极大地拓展了它的应用领域，号称21世纪“万用胶黏剂”。国外已将纳米SiO2作为添加剂加入胶黏剂和密封胶中，使胶黏剂的黏结效果和密封胶的密封性大大提高。
　　
　　纳米基板包装材料

　　世界上每年消耗的金属材料罐用去大量的矿产资源，在提高金属包装性能的同时，努力寻求降低材料消耗和减少加工成本，始终是包装制造业追求的目标。

　　饮料罐所用铁板已经历了马口铁（镀锡）、无锡钢板（TES）的发展历程，目前已发展到第三代纳米级材料。这种新板材纳米锡粒直径为100nm，镀锡量100mg/m2，体积率小于12%，镀锡体积和用量大为减少，新板材既安全性能又好，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。如焊接电流范围宽达300～600A，更适于制作饮料包装容器。

　　近来日本利用纳米技术制成一种金属板材，由于在板材的表面覆盖一层单分子有机膜而使板材性能大大提高，涂膜的剥离强度提高了100万倍，有机涂层与金属材料“合二为一”，其他的物理、化学性能亦有大幅度增加。据称，这种单分子厚度的膜层还可用于陶瓷、玻璃、塑料等基体，用以增加强度、改善性能，制造包装容器等。

文章作者：刘国信