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纳米包装 (食品学院 质量*班) 摘要 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。关键词：纳米包装；新技术1.纳米技术在包装上的应用主要是在包装材料上运用纳米技术。纳米包装材料是通过对包装材料进行纳米合成、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。由于纳米粒子具有表面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应，所以纳米材料表现出传统固体不具有的许多特异性质，如特异的化学性能、机械性能、电子性能、磁学性能及光学性能。纳米包装材料是由纳米颗粒包装材料合成的复合材料，有许多新的特性，如纳米Si02因其透光、粒度小，纳米粒子添加到塑料中，可提高塑料薄膜的透明度、强度和韧性和防水性，可作为特殊用途的高级塑料包装薄膜。纳米包装材料与传统包装材料相比，具有以下特性： 1.1较高的机械性能纳米包装材料具有较高的强韧性，耐磨性和可塑性，作为包装材料可靠性更好，使用寿命更长。 1.2 优异的物理化学性能纳米微粒由于粒径小，比表面积大，具有奇异或反常的物理、化学性能，如高耐热性、好的光泽和透明度、高阻隔性、抗磁防爆等特性，可用于特种包装如耐蚀包装、防静电防电磁包装、防火防爆包装、迷彩包装、高阻包装、隐身包装、危险品包装等，优良的加工性能。由于纳米包装材料具有较高的弹性、韧性和屈挠度等，在吹塑、压延、浇铸、注塑等成型中，表现出较好的加工性能。 1.3 较好的生态性如纳米Ti02具有很强的紫外线吸收和光催化降解能力，作为包装材料可通过降解作用避免对环境造成危害，也可涂在塑料或玻璃表面，在光的照射下，粘污在表面的油污、细菌等。 2 纳米包装材料的种类及其应用2.1 抗菌功能的纳米包装材料 对于液体、饮料等食品需要无菌包装，过去采用在食品包装材料中加入单纯以银、铜、锌等，金属离子作为抗菌活性成分起抗菌作用，但是，这种方法的抗菌效果一般不很明显。纳米包装材料的应用可起到抗菌作用。如目前应用较广的抗菌薄膜，在聚烯烃薄膜中加入纳米高，性能无机抗菌剂和增效剂，它的抗菌机理是金属离子作用和光催化作用，能使菌体变，性或沉淀。纳米抗菌包装材料对细菌具有更强的杀伤力，抗菌率可达999，多次洗涤后还有较强的抗菌作用，并可耐1300的高温而不丧失其抗菌效力，且吸附能力强、渗透力也很强。可广泛应用于液体奶和饮料无菌包装、塑料制品、功能性涂料、专用纸张等。生产中可不改变工艺、设备，只要按规定添加纳米无机抗菌剂就可按原工艺生产。2.2 防腐功能的纳米包装材料传统的食品保鲜中，可采用紫外线照射的方法，或者在包装中加入乙烯吸收剂以减少乙烯含量，来保证食品新鲜。但是，采用紫外线照射法，由于长期的紫外线照射会导致肉类食品因自动氧化而变质，而且还会破坏食品中纤维素和芳香化合物，降低食品营养价值。通过采用添加纳米Ti02制成的塑料薄膜来包装食品，既可以防止紫外线对食品的破坏，又可以使食品保持防腐保鲜。在包装中，加入乙烯吸收剂减少乙烯含量方法，其乙烯吸收剂作用效果并不理想，因此，可采用在包装材料中加入纳米银粉，利用纳米级银粉(Ag)对乙烯氧化的催化作用，便可加速氧化水果蔬菜食品释放出的乙烯，减少包装乙烯含量。从而达到良好的保鲜效果。采用纳米复合技术制成的新型包装材料聚酶铵-6塑料(NPA6)也可起到食品防腐功能，传统的尼龙塑料由普通的聚乙烯材料制成，可使食品与空气隔开，避免氧化而使食物霉变、腐蚀。但它对氧气和二氧化碳的隔绝能力不强，对水的隔绝作用更差。纳米聚酶铵-66塑料包装材料与传统的尼龙塑料相比，有更多的优越性。其氧气和二氧化碳的透过率低了一半，水的透过率也降了30左右。用它包装食品，可使食品的变质程度更小，保质期更长。2.3 防静电功能的纳米包装材料 包装材料的质量直接或间接影响产品的质量，包装不仅对包装物的外观、防潮、隔热、保温等性能有影响，而且包装材料和包装容器在运输途中很容易因摩擦而产生静电，对包装物也会造成严重的后果。由于金属纳米、纳米掺锑二氧化锡微粒等材料具有消除静电的特殊功能，特别是纳米掺锑二氧化锡微粒具有良好的导电性，浅色透明性，良好的耐候性和稳定性以及低的红外发射率等特性，在包装材料中添加纳米掺锑二氧化锡微粒时，涂层的导电性能才明显改善，可以消除的静电现象，使得包装表面不再吸附灰尘，可减少因摩擦而导致的擦伤。在进行印刷时，因表面无静电吸附现象，能够以更高的印刷速度获得更好的印刷效果。2.4功能(智能)型纳米包装材料 纳米型功能、智能包装材料，是指用光电、温敏、湿敏等功能材料与包装材料复合而成的，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的包装材料。纳米型功能(智能)包装材料，有防止变色型、防锈型、防霉型、保鲜型，可适用于高档包装和军品包装，是一种具有很大发展前景的包装材料。2.5纳米涂层包装材料 纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，使得传统涂层功能改性。例如，以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，具有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能，可用于食品接触表面的涂层包装材料中。 金属微粒具有吸收红外线等特点，而且表面积大，表面活性高，对周围环境(温度、光湿度等)敏感，当把具有这些特性的纳米微粒加入包装材料中，或制成涂料、上光油涂布于包装材料表面后，可利用温度、光线或湿度等加以鉴别商品，从而达到防伪的目的。纳米涂层包装材料具有色彩防伪、理化效应防伪等功能。2.6 纳米保鲜包装材料 纳米保鲜包装材料可提高新鲜果蔬等食品的保鲜效果和延长货架寿命。在包装中，果蔬释放的乙烯达到一定浓度后，果蔬会加快腐烂速度。为解决这一问题，在保鲜包装中应设法加入乙烯吸收剂，以减少包装中的乙烯含量，提高保鲜效果，但目前使用的乙烯吸收剂效果并不理想，应用纳米技术可以解决这一问题。纳米级Ag粉对乙烯的氧化具有催化作用，在保鲜包装材料中加入纳米Ag粉，便可加速氧化果蔬食品释放出的乙烯，从而达到良好的保鲜效果。 此外，在瓦楞纸箱内面纸制造过程中，可以加入纳米级多孔型乙烯气体吸收粉剂，以防止催熟。这种纳米级吸收粉剂是用白硅石为原料制成的以二氧化硅为主要成分的多孔型粉剂。由于白硅石对于乙烯气体的吸附能力比活性碳、稀土锆以及沸石都要好，所以采用添加了纳米白硅石粉剂的纸张作为瓦楞纸板的里衬纸具有更好的保鲜效果。 2.7纳米油墨 随着对包装印刷质量要求的不断提高，顾客对包装的要求不但要质量优良，且要符合环保、防伪等多种特殊需要，因此对油墨也提出了更高的要求。油墨的细度和纯度，对包装产品质量有很大的影响。要印刷出高质量的包装产品，必须要有细度、纯度高的油墨作保证。油墨的细度与颜料、填充料的性质和颗粒的大小有直接的关系，而油墨的细度就是指油墨中的颜料(包括填充料)颗粒的大小与颜料、填充料分布于连结料中的均匀度，它既反映到包装产品的质量，同时又影响到印版的耐印率。 研究指出，纳米半导体粒子表面经过化学修饰后，粒子周围的介质可强烈影响其光学性质，表现为吸收光谱发生红移或蓝移。 实验证明，有些纳米微粒的光吸收边有明显的蓝移，有些纳米微粒光吸收边出现较大幅度的红移。根据这种特性，如果把纳米半导体粒子分别加到黄色和青色油墨中制成纳米油墨，便可提高其油墨的纯度。用添加了特定纳米微粒的纳米油墨来复制印刷彩色印刷品，层次会更丰富，色调会更鲜明，图像细节的表现能力亦会大增。由于纳米油墨属高度微细且具有很好的流动与润滑性，可达到更好的分散悬浮和稳定，因此在印刷上不仅可以减少颜料的用量，并且遮盖力高，光泽好，树脂粒度细腻、成膜连续、均匀光滑、膜层薄，印刷图像更清晰。纳米微粒具有很好的表面湿润性，它们吸附于油墨中的颜料颗粒表面，能大大改善油墨的亲油和可润湿性，并能保证整个油墨分散系的稳定，所以加有纳米微粒的纳米油墨印刷性能得到较大的改善。目前，纳米油墨在外包装、票证防伪以及红外传感器等高新技术领域中得到广泛应用。 2.8 纳米PET瓶 目前，中科院化学所发明的PET聚合插层复合技术，将有机蒙脱石与PET单体一起加入到聚合釜中，成功地制备了PET纳米塑料(NPET)。NPET的熔体粘度和结晶速度显著提高，阻燃性能也得到了很大的改善。NPET的阻隔性比纯PET有了很大改善，符合食品包装要求，可直接用来制造啤酒、饮料、农药和化妆品的包装瓶。 2.9 纳米粘合剂和密封胶 粘合剂和密封胶是包装产业中的重要产品，使用范围很广。在树脂中加入50nm70nm的橡胶微粒后形成的纳米粘合剂封合强度、剪切强度和耐热、老化等物理化学指标比传统粘合剂均大幅度提高，从而极大地减少了在包装及产品中使用量。粘合剂和密封胶中加入SiO2作为添加剂，可使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性能大大提高。同时，在这种添加了纳米SiO2的粘合剂和密封胶中，由于在纳米的SiO2的表面覆盖了一层有机材料，使粘合剂和密封胶具有亲水性，可以水解，避免了粘合剂和密封胶对环境的污染。 2.10 纳米塑料薄膜 对聚氯乙烯进行纳米化改性后，再加入降解剂或除草剂生产出的塑料薄膜，除生产成本较低外，此类薄膜还因能很好地吸收太阳中波长在290nm380nm的紫外线，使塑料大分子迅速老化分解，变成低分子物质后完全降解成为彻底消除“白色污染”的环保产品。 2.11 纳米UV上光油 上光油可以增加印刷光泽、保护印刷品表面，提高印刷品的耐磨擦、耐化学药品、耐水性，防止印刷品蹭脏或粘连。纸包装制品，表面光泽处理的技术正逐步向紫外线固化UV上光方向发展，纳米级UV上光油使彩色瓦楞纸箱具有耐磨擦、耐指划、防潮、高光泽度等性能。纳米UV上光油主要由纳米齐聚物、活性稀释剂、光引发剂及其他助剂组成。 2.12 纳米包装机械 印刷机的供墨系统是保证正常印刷的重要部件。墨辊作用是向印版表面传递油墨，墨辊材料对印刷质量的影响十分重要。利用纳米材料可以改变墨辊的弹塑性、耐油性、耐酸性、耐溶剂性、抗衰老化性和亲墨性、传递性、耐磨性，进而来稳定印刷传递条件。同样，利用纳米材料可以提高印刷橡皮布质量，进而来稳定印刷的压印条件，提高印刷质量。纳米技术在传动上也将得到应用。如极小的微机电系统(MEMS)。 微电子系统能在一个硅晶片上放置100万个微型机器，每台机器都有电子控制系统。美国德克萨斯公司已使用MEMS技术开发显示视频图像的芯片。印刷机上安装了那么细的传感器传动装置，这种装置可以十分精确地对压力、速度、位置等进行调控。印刷设备的主要问题是机械精度问题。机械精度问题的产生，一是由于在制造过程中制造技术水平的局限而产生的，二是在印刷生产过程中由于机械磨损而产生的。印刷设备中易磨损的主要部件有：齿轮、凸轮、滚筒的轴颈与轴套(或偏心套)等部件。随着纳米技术的运用，可以大幅度提高这些关键部件的精度和耐磨损程度，降低维修成本，提高印刷产品的印刷质量。 3.纳米包装材料的应用前景 纳米技术不仅可广泛应用于化纤、塑料、橡胶、陶瓷、油漆、涂料、纸张等方面，以改善产品档次，实现产品的某些特殊性能，同时在无菌包装、抗菌包装、除臭包装、高阻隔包装等方面也得以广泛应用。随着包装的发展，包装对特种功能需求的增加，如防静电包装、防爆包装、防电磁包装、迷彩包装、隐身包装、危险品包装、防雷达包装等新要求的出现，促进了纳米包装技术的发展。由于纳米技术是最近10年来新兴的综合科学技术，其研究内容涉及现代高新技术各领域多方向。如纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学和纳米加工技术等，纳米技术在包装材料的研究也是发展的过程，纳米包装的应用也受到纳米复合材料的生产规模、材料成本、包装用途和包装物品等多因素影响，但纳米包装材料的特殊性能，在节省材料资源，满足特殊包装功能要求等方面具有广阔的发展前景。纳米技术是近十多年来逐步发展起来的一门前沿、综合性交叉的新学科，是现代科学和现代技术相结合的产物，它的迅猛发展将引发二十一世纪新的工业革命。美国商业通讯公司研究报告称，未来五年，用于橡胶产品和油墨生产的碳黑填充料将继续高居