项目6-2：纳米包装材料的特征及制备 课件

项目6-2

纳米包装材料的特征及制备纳米包装材料的特征及制备

纳米复合材料是指作为分散相材料的尺寸至少在一维方向在100nm以内的复合材料，由于纳米复合材料种类繁多和纳米相复合粒子具有的独特性能，纳米复合包装材料可分为三种类型。1.0-0复合：

同成分、不同相或不同种类的纳米粒子复合而成的纳米固体，通常采用原位压块相转变等方法实现，结构具有纳米非均匀性。也称为聚集型。（一）纳米复合材料的分类2.0-3复合：

纳米粒子分散在常规三维固体中，另外，介孔固体亦可作为复合母体通过物理或化学方法将纳米粒子填充在介孔中，形成介孔复合的纳米复合材料。3.0-2复合：

将纳米粒子分散到二维的薄膜材料中，它又可分为均匀弥散和非均匀弥散两类，称为纳米复合薄膜材料。有时，也把不同材质构成的多层膜（如超晶格）也称为纳米复合薄膜材料。（一）纳米复合材料的分类1.纳米塑料的特征

聚合物复合材料将有机聚合物的柔韧性好、密度低，易于加工等优点与无机填料的强度和硬度较高、耐热性好、不易变形等特点结合在了一起。纳米塑料的特点是耐高温、耐磨，而且像金属一样刚硬，它具备金属、塑料和陶瓷的共同优点。用它做的洒瓶比玻璃瓶轻一半以上，而且烤不坏（可耐150℃高温)，也摔不碎。是现代社会中最重要、应用极为广泛的一种高科技的材料，具有广阔的开发和应用前景。（二）纳米塑料2.纳米塑料制造（1）插层复合法

这是目前制备纳米塑料的主要方法。首先将单体或聚合物插人经插层剂处理后的层状硅酸盐〔如蒙脱土)之间，进而破坏片层硅酸盐紧密有序的堆积结构，使其剥离成厚度为lnm左右，长、宽为30～100nm的层状基本单元，并均匀分散于塑料基体树脂中，实现塑料高分子与层状硅酸盐片层在纳米尺度上的复合。插层复合法又可分为两大类：插层聚合法和聚合物插层法。

（2）原位复合法

原位复合法包括原位聚合法和原位形成填料法。将纳米粒子溶解于单体溶液再进行聚合反应，叫原位聚合法，特点是纳米材料分散均匀。原位形成填料法也叫溶胶凝胶法，是近年研究比较活跃和前景看好的方法。该法一般分两步，首先将金属或硅的硅氧基化合物有控制地水解使其生成溶胶，水解后的化合物再与聚合物共缩聚，形成凝胶，然后对凝胶进行高温处理，除去溶剂等小分子即可得到纳米塑料。

（3）分子复合法

代表性的产品是液晶聚合物（LCP）系纳米塑料，利用熔融共混或接枝共聚、嵌段共聚的方法，将LCP均匀地分散于柔性高分子基体中。原位生成纳米级的LCP微纤，其尺寸比一般纳米复合材料更小，分散程度接近分子水平，因此称为分子复合法。优点是可大幅提高柔性高分子基体树脂的拉伸强度、弯曲模量，耐热性、阻隔性，效果显著。（4）超微粒子直接分散法

包括乳溶共混法、溶液共混法、机械共混法、熔融共混法等，常用是熔融共混法，其它方法难于达到理想的分散效果。如机械共混法虽然简单，但很难使自聚集的无机纳米粒子在塑料基体中以纳米尺寸均匀分散。用捏合机、双螺杆挤出配混机将塑料与纳米粒子在塑料熔点以上熔融、混合的难点和关键是，要防止纳米粒子团聚。因此一般要对纳米粒子进行表面处理、表面处理剂有兼容剂、分散剂、偶联剂，并经常使用两种以上表面处理剂。另外，要优化熔融共混装置的结构参数，达到最佳分散效果。该法工艺简单，纳米粒子与复合材料制备分步进行，易于控制纳米粒子形态、尺寸。

抗菌材料是一类具有抑菌和杀菌性能的新型功能材料，其核心成分是抗菌剂。无机抗菌剂是近年来兴起的新型抗菌材料，特别是随着纳米技术的发展，各种新型、高效无机抗菌材料层出不穷。无机抗菌剂主要有金属离子型和氧化物光催化剂两类。将纳米无机抗菌材料通过特殊工艺均匀添加到包装材料中，它能赋予该种材料的加工制品持久、长效的抗菌、杀菌性能，使其成为符合现代科学技术发展的新型功能材料。纳米无机抗菌剂结合了光催化抗菌技术、金属离子抗菌技术和纳米级粉体抗菌制备技术，它将无机材料固有的稳定性和抗菌成分的抗菌高效性及广谱性相结合，具有杀死和阻止细菌发育，防止各种微生物生长的功能，更兼备抗菌作用的持久性、安全性能。

（三）纳米抗菌材料

（四）纳米阻透性包装材料

图7-1纳米塑料结构示意图（食品包装学，任发政，2009）1.纳米薄膜图7-2尼龙6黏土纳米复合材料气体阻隔薄膜透气模式（食品包装技术，刘士伟，王林山，2008）2.纳米塑料

纳米塑料所用的原料是“蒙脱土”，是我国丰产的一类天然黏土矿物，是一种层状硅酸盐。纳米塑料应该叫“聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料”或“聚合物/黏土纳米复合材料”

纳米复合阻透性包装材料是目前国内外研究的一个热点。目前研究主要集中在尼龙、PET、聚烯烃(PE,PP,PS等)、环氧树脂、硅橡胶、聚苯胺、聚氨酯、LCP等与无机层状硅酸盐材料所制备的插层型纳米复合材料等方面。由于气体分子要穿透这种材料就必须绕过硅酸盐片层粒子所组成的“迷宫”，延长了扩散路径，减缓了扩散速度，从而提高了基材的阻透性能。

紫外线照射在食品上，其高能量会使食品成分发生变化，如使食品中的油脂发生氧化、色素分解，而且还会破坏食品中的维生物和芳香化合物，因而研究开发可吸收紫外线的食品包装材料具有重大的意义。在包装材料中添加无机纳米超微粒子紫外线吸收剂，可以取代目前的防紫外线的方法，无机超微粒子的紫外线吸收剂主要有氧化铁、氧化锌、二氧化钛等。其中氧化铁超微粒子的吸收能力最强，它能完全吸收400mm左右的紫外线。利用添加0.1%～0.5%的纳米二氧化钛制成的透明塑料薄膜包装食品，既可以