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中国纳米包装印刷材料应用现状

供稿:工控网 2006/10/25 8:46:00

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所谓“纳米绿色包装”,就是应用纳米技术,采用纳米复合(包装)材料,从而使包装具有超级 功能或奇异特性的一类包装总汇。所谓纳米包装材料,就是用分散相尺寸为1nm~100nm 的颗粒 或晶体与其他包装材料复合或添加制成,具有纳米级结构单元的纳米复合包装材料。纳米结构可 能成为技术改进的基础,一旦能够控制材料的临界尺寸,也就能使新型材料的特性和器件的功能 得到强化,甚至超过我们认为可能达到的程度。 由于纳米级晶粒比常规材料的晶粒细小,因而其晶界上的原子数多于晶粒内部的原子数,形 成高浓度晶界,从而赋予纳米材料许多不同常规材料的性能,诸如高强度、高硬度、高电阻率、 低热导率、低弹性模量、低密度等,这些优异的性能决定了它今后广泛的应用前景。 绿色包装旨在改变人们的传统观念,充分利用包材的综合特性,注重生态平衡,使之极大地 有利于环境和人类社会。而纳米包装则是利用纳米技术改变传统包装材料与包装技术,更有效地 利用原子和分子,赋予材料高新特性,注重节约资源,极大地有利于人类社会。 纳米包装印刷的发展趋势 国家973 纳米领域首席科学家说:“纳米塑料将是我国最有希望实现产业化的纳米技术之一。” 在包装印刷领域有:纳米油墨、纳米颜料、纳米纸、纳米薄膜、聚食物基纳米复合材料(PNMC)、 纳米发光材料、纳米抗茵包装、纳米粘合剂、纳米防伪印刷、纳米军品防护包装、纳米绿色包装、 纳米光刻印刷技术、纳米磁印刷等都已经获得突破,有些已经初步产业化,纳米材料和纳米结构 的评价手段基本齐全,达到国际上个世纪90 年代末的先进水平。 目前我国纳米包装印刷材料的改性更贴近于应用趋势,找到纳米技术的应用与现实技术体系 结合,使之得到尽快的推广应用,下面举例说明纳米油墨、纳米颜料、纳米纸、纳米薄膜等发展 状况。 纳米油墨 对纳米油墨国内目前基本上还处于中试阶段,离广泛应用于油墨制造和印刷工业之中还有一 段距离。但有专家预测,纳米油墨将为油墨制造业开辟一片广阔的新天地,为世界油墨和印刷技 术带来一场新的变革。 纳米油墨还可以用于夜光图文印刷。有些纳米微粒自身具有发光基团,可以自己发光。用加 有这种微粒的油墨印出的印品不需外来光源的照射,靠自身发光就能被人眼识别。这种油墨如果 用于户外大型广告喷绘或夜间阅读的图文印刷品,就不再需要外来光源,不但可节省能源,且大 大方便了使用者。 纳米UV上光油 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耐摩擦、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(如环氧丙烯酸等)、活性稀释剂、光引发剂及其他助剂组成。UV 上光的方式很多,可上光机与 印刷机上光、辊涂上光活印刷上光。
可以预计,当不断完善的纳米高新技术在瓦楞纸箱印刷中得到广泛应用后,今后瓦楞纸箱的 印刷,其分辨率将会更高、效果更好。瓦楞纸箱的制造离不开包装印刷,在包装印刷行业中,纳 米微粒扮演着越来越重要的作用。 纳米颜料 国内近来被科技部评为国家重点新产品的纳米级透明氧化铁系列颜料已开发成功。它对传统 颜料的升级换代将产生重要的影响,主要应用于纳米油墨,纳米水性涂层材料等。该材料典型的 针状微粒尺寸,长轴为45 纳米,短轴为6 纳米~7 纳米,具有很好的分散性、结晶性和耐候性、 高明度和着色力强的特点。它的开发成功,对我国传统颜料的更新换代具有重大意义,尤其可用 于制作纳米油墨,使油墨质量大为提高。 纳米金属微粒可吸收全部光波而使自身呈黑色,同时对光亦有散射作用。将纳米金属微粒添 加到黑色油墨中,可提高黑色油墨的纯度和密度。 由于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性。如果借助高新技术将油墨中的各种成分, 如树脂、颜料、填料等制成纳米级的原材料,可达到更好的分散悬浮和稳定,颜料用量少,遮盖 力高,光泽好,树脂粒度细腻,印刷图像清晰。如用于UV 油墨中,可加速其固化速度,同时由 于填料的细微均匀分散而消除墨膜的收缩起皱现象。在玻璃陶瓷的印墨中,若无机原料构成为纳 米级的细度,能节省大量原料并印出更精更美更高质量的图像。 纳米纸、保鲜瓦楞纸板、纸箱 目前木纤维只能加工到微米(100~1000nm)的水平,将木材加工到纳米级,木材原来的细胞 结构将被破坏,纤维组织结构发生变化。纤维素、半纤维素和木素可在加工过程中用机械方法分 离,这样就可以大大提高制浆率和降低制浆造纸工业对环境的污染。 在造纸涂料中,将纳米碳酸钙应用于涂布白纸板涂料中能有效改善白纸板的性能。纳米碳酸 钙的加入有利于涂层的几种重要性能指标提高,如IGT 值、K、N 油墨吸收性、平滑度等。 华中师大纳米科技研究院开发研制出一种新型的超疏水、自洁净的纳米结构表面纸。这种纳 米纸是在普通纸的表面制备一层纳米结构的薄膜。其技术创新之处在于:采用纳米分散技术将有 机母液分割成微米尺度的小岛,无机纳米颗粒均匀分散在小岛中,形成了超疏水的类荷业结构。 采用无机纳米颗粒表面原位修饰技术,促使高密度无机的纳米粒子均匀分散。该产品目前全国以 至全世界尚未生产和销售。 纳米纸除具有普通纸可书写、复印、印刷等所有应用性能,还具有防潮、防老化、低吸水性、 低伸缩率等优异性能,而且工艺简单,成本低廉,其广阔的市场前景。 保鲜瓦楞纸板 保持水果、蔬菜新鲜的方法是减少水分的流失、抑制生物呼吸和细菌生长,同时除去促使它 们老化、熟化的乙烯气体,保鲜瓦楞纸板正是从这些方面人手加工出来的。①复合型保鲜瓦楞纸 板:将镀铝层复合在瓦楞纸板的内表面,这种复合膜具有吸收乙烯气体的功能,既可防止水分蒸 发,又有反射辐射线的功能,可以防止箱内温度上升,起到保鲜作用。②混合型保鲜瓦楞纸板: 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;也可在 原纸上涂布能发出6μm~14μm 波长红外线的特种陶瓷。这种粉末在常温下能发射红外线,不 仅能使果品中有关分子活化,提高抵抗微生物侵蚀的能力,还可使酶活化,提高果品甜度。应用 这种方法制造的纸箱特别适用于包装桃、葡萄、杨梅等产品,保鲜效果极好。 保鲜瓦楞纸箱 抗菌保鲜瓦楞纸板与纸箱 要想保鲜生鲜、果蔬类产品,对于包装容器的温度、湿度和空气等环境条件的控制就非常重 要。例如,保持适度低温才能使内容物的呼吸作用受抑制,保持适当的温度可减少水分蒸发,使 内容物自然散发出的乙烯气体得到消除,这样就能抑制老化现象。果蔬保鲜遇到的另一个问题就 是病原性微生物的污染导致果蔬凋萎、腐败,所以采取何种措施来抑制微生物繁殖以达到抗菌保 鲜的目的成为纸箱制造者不得不面对的问题。解决办法是在抗菌保鲜瓦楞纸板的衬纸表面上敷一 层纳米抗菌防腐剂,这种防腐方式对食品卫生没有任何影响。 二氧化硅混合衬纸瓦楞纸板与纸箱 这种瓦楞纸板的保鲜性能良好,纸板的加工制作方法与普通的瓦楞纸板完全一样,无需在衬 纸与瓦楞之间夹任何材料。它能起到保鲜作用是因为纸板的里衬中含有能够吸收乙烯气体的纳米 粉剂。纳米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。 纳米技术是制造高性能包装的最新技术,它在瓦楞纸箱上的应用几乎涉及纸箱和纸板的各个 方面。在瓦楞纸箱制造领域,纳米技术与纳米材料有着强劲的发展动力和广阔市场前景。 纳米保鲜薄膜 现有在包装上应用的保鲜技术和保鲜工艺十分复杂,保鲜效果不佳,而且在包装制作和贮运 过程中成本相对较高,采用纳米技术后,这些问题将迎刃而解。 果蔬等新鲜食品的包装如果要达到保鲜的效果,就要解决乙烯导致果蔬变质腐烂的问题。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 中应设法加人乙烯吸收剂,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。 纳米防伪油墨 纳米科技应用于油墨的开发生产目前已取得了可喜的成果,尤其是在防伪油墨方面。将纳米 技术和防伪技术相结合,研制开发的纳米防伪印刷油墨,不仅具有良好的印刷效果,而且可使防 伪效果和防伪性能进一步改善。例如,针对荧光防伪油墨耐光性差、防伪机理已被破译而失去防 伪功能的现状,由广州大学研究成功的近红外线吸收的纳米防伪油墨,其小试样品的性能在可靠、 安全、稳定及耐老化等方面都达到令人满意的程度。目前该产品已被应用于外包装,票证防伪以 及红外传感器等高新技术领域。 北京大学防伪研究小组,目前已成功开发出红外防伪发光材料,红外防伪油墨,特别是红外 防伪激光鉴别器开发成功,有力地促进了红外防伪技术的高速发展。红外发光材料属于无机稀土 发光材料,是在红外照射下,发出刺眼的鲜艳的绿、红二种颜色的可见光,该红外材料主要工作 阶段在780nm~1200nm。该类发光材料优点为:正常日光下,具有极白的外观,极易细化颗粒, 是制作防伪产品的特种原料。智能防伪鉴别仪是利用_种新的光谱分析技术与计算机技术相结合 的高

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