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包装领域追踪纳米技术

一、纳米技术概要

纳米技术（N an o－s t）是科学家在20世纪50年代提出的构想，80年代末期刚刚诞生，是一门正在崛起的崭新科技。

纳米技术是指在纳米范围（10－9～－7 m）内，也即十亿分之一米的微观范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质的技术与方法。

纳米技术是人类从微观层次上探索世界奥秘的手段与武器。它所研究的领域是人类过去很少涉及的微领域，从而开辟了人类认识世界的新层次。纳米技术以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界，它的最终目标是直接以原子和分子来制造具有特定功能的产品。纳米技术探索和研究的微观世界仅限于人类已经探索的宏观与微观中间的层次，也就是仅限于原子与分子之间，而不是传统科学中的微观———比原子更小的基本粒子，比如中子、介子、质子、超子等。在微观的时空内，上限为一般定义的原子和分子，但下限却是无穷无尽的。在原子、分子和宏观物体之间的中间领域是人们尚未认识和开拓的“处女地”，当前的纳米技术就是在于如何“开垦”这一“处女地”。

我们可以说，纳米技术研究的空间领域是微观时空上的原子和分子。通过纳米技术，人们可以自如地排定物质内的原子和自如地操纵原子。

二、纳米技术是一次新的技术革命

纳米技术已成为一场高新技术的“世纪之战”。

目前，世界上许多国家纷纷制定相关战略和计划，不惜投入巨资抢战纳米技术战略的至高点。美国已将纳米技术研究视为下一次工业革命的核心，仅美国政府在纳米技术基础研究方面的投资，就已从1977年的1亿多美元增加到了2001年的5亿美元，试图在这一前沿领域成为霸主。另外一些著名公司、企业与财团也在密切跟踪纳米技术的研究进展，象杜邦、柯达、惠普、IBM等大公司还专门成立了自己的纳米技术研究队伍。当前，纳米技术研究热潮已遍布全球。

纳米技术之所以成为当前全面研究热点，是因为纳米技术将为人类创造奇迹，它在未来的应用价值将会超过今天的计算机，这也就意味着纳米技术孕育着巨大商机。

请看如下领域中科学家们对纳米技术的预言。

纳米科技研究工作将可能使美国国会图书馆的全部藏书存贮在一个直径仅为0．3米的硅片上。

纳米电子学使量子元件代替微电子器件，巨型计算机将能装入口袋中随身携带。

纳米生物“部件”与纳米无机化合物及其晶体结构“部件”相组合，用纳米电子学控制形成纳米机器人。医生可以应用纳米机器人直接打通脑血栓，清理心脏动脉脂肪沉积物，也可通过把多种功能纳米微抹泥板型机器注入血管内，进行人体全身检查和治疗。

纳米级药物给药物传输和注射提供了全新的方式和途径，可直接将药物对病变体进行注射医治，以大大提高医疗效果和减少副作用。

纳米技术使易碎的陶瓷材料变成富有韧性，在接近室温时显示良好韧性，而到达180℃时经受弯曲而不破裂，纳米技术成为解决陶瓷脆性的战略途径。

纳米技术可使良导体金属材料变成非金属材料；纳米技术可使典型的绝缘体电阻大大下降而失去绝缘体特性；纳米技术可使磁性材料失去磁性。由此种种产生了全新概念的纳米材料。

纳米技术在军事上的应用更是神奇莫测。最典型的是军用武器的隐身材料，这种隐身材料就是利用纳米技术制造出来的。例如1991年的海湾战争中，美国第一天出动的战斗机躲过了伊拉克严密的军事雷达监视，迅速到达伊拉克首都巴格达上空，很快摧毁了巴方的电报大楼和其它军事目标，在历时40天的战斗中，美军飞机飞行架达1270架次，使伊军95％的重要军事目标被毁，而美军飞机无一受损，当时一度震惊世界。伊方军事雷达监视系统对美军飞机束手无策，就是美军飞机上涂覆了一层纳米隐身材料。

三、纳米技术在包装技术领域中的应用

纳米技术在包装领域中的应用目前尚未被人们所重视，其实纳米技术在包装领域中具有广阔的应用前景，在包装材料、包装技术中，纳米技术的价值将不可估量。就纳米技术的神奇功能与特性，可从如下几个方面加以分析。

1．消除静电提高包装与印刷速度和效果

金属纳米微粒具有消除静电的特殊功能。我们可以利用纳米技术的这一特性，将纳米微粒涂覆在包装与印刷材料表面，以消除在高速全自动包装机或印刷机上输送包装与印刷材料时所产生的静电，从而大大提高包装与印刷速度。另外，由于静电的消除，使得包装与印刷材料表面不再吸引灰尘，而使得材料表面不再沾灰尘增加摩擦导致擦伤，同时也使印刷表面无静电吸尘而提高印刷效果。因此，纳米技术可通过其静电消除特性而大大提高包装与印刷效果。

2．消毒杀菌提高包装品质和增加货架寿命

在包装材料（如塑料及复合材料）中加入纳米微粒，使其产生了除异味、杀菌消毒的作用。现在我们一些企业就是利用这一技术特性，将纳米微粒加入到冰箱材料（塑料）中，生产出了可抗菌的冰箱，使存放于冰箱内的食物大大延长了保存期，使用户不用过于担心食品腐败。同样也可将纳米微粒加入纸、塑及复合材料中用于包装食品，可提高包装食品的货架寿命。

3．取代传统化学颜料生产高级印刷油墨

早在1994年美国的马萨诸塞州XM X公司就已申请并获得了一项用于生产印刷油墨的、颗粒均匀的纳米微粒的专利。该公司正准备设计制造一套商业化的生产系统，不再依靠化学颜料，而是选择适宜的纳米微粒来得到各种颜粒，以生产高级印刷油墨。纳米技术为生产高档印刷油墨创造了条件。

4．使易脆而无毒的包装容器赋予了韧性

陶瓷容器与玻璃容器是两大传统的包装容器，由于它们具有无毒、密封和表面光洁等优点，已在包装产业中占有重要的地位，只因它们有易脆不便搬运的缺点，而今已被部分金属包装所取代。近些年来，西欧、美国、日本等国家研制纳米技术，将纳米微粒加入陶瓷或玻璃中，得到了富有韧性的陶瓷或玻璃材料。例如英国把纳米氧化铝与二氧化锆进行混合，在实验室已获得高韧性的陶瓷材料。又如，日本将氧化铝纳米颗粒加入到普通玻璃中，明显改变了玻璃的脆性。这些技术的突破，使为陶瓷和玻璃增韧而奋斗将近一个世纪的科学家们见到了希望，也为我们重振陶瓷包装与玻璃包装产业带来了印后设备新的希望。

5．使防伪包装进入一个崭新阶段

纳米材料具有优越的敏感性，在温敏、气敏、湿敏等方面具有广阔的应用前景，它在防伪包装上加以利用与开发，将会使防伪包装技术进入一个崭新的阶段。

可以利用纳米微粒的敏感性，分别制取温（热）敏材料、气敏材料和湿敏材料，然后用作防伪包装。

一般金属微粒是黑色，具有吸收红外线等特点，而且表面积巨大，表面活性高，对周围环境敏感（温、热、光、湿度等）。因此，当把具有这些特性的纳米微粒加入包装材料中，或制成涂料或上光剂涂布于材料表面，用于产品包装。人们在选择商品时便可通过热度、光线或湿度加以鉴别，从而达到防伪目的。这也就是说利用纳米技术可实现色彩防伪、理化效应防伪等目的。

6．使保鲜包装效果更佳和工艺简单化

目前，研究和开发的保鲜包装效果不佳且工艺十分复杂，在包装操作和贮运过程中相对成本较高。采用纳米技术后，这些问题将迎刃而解。

我们在研究果蔬新鲜食品的保鲜包装时发现，有一种加速果蔬变质腐烂的气体物质，这种气体物质就是乙烯。在保鲜包装中，果蔬释放出乙烯，当乙烯达到一定浓度后，果蔬会加速腐烂，因此，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而提高保鲜效果和延长货架寿命。但试验表明，目前所寻找到的乙烯吸收剂效果不理想，从而使得保鲜包装的研究遇到了难题。而正好纳米级Ag粉具有对乙烯氧化的催化作用，也就是纳米A g粉可作为乙烯氧化的催化剂。在保鲜包装材料中加入纳米A g粉，便可将果蔬食品释放出的乙烯加速氧化，减可用于钢绞线实验（请于定货时注明）少乙烯含量，从而达到良好的保鲜效果。用作氧化催化剂的纳米微粒主要有Fe3O4、Fe2O3、Co3O4、NiO以及Pt、Rh、Ag、Pd等。

利用纳米技术制作的包装容器具保洁杀菌保鲜功能。例如纳米TiO2在可见光的照射下对碳氢化合物有催化作用，利用这一效应可在玻璃、陶瓷等材料表面涂覆一层纳米T iO 2，可产生很好的保洁杀菌作用，日本在这方面已做了成功的实验。只要在玻璃、陶瓷材料表面涂上薄薄一层纳米T 生铁市场延续弱势iO 2，任何粘污在其表面的物质包括油污、细菌等在光的照射下由T iO 2的催化作用，使这些碳氢化合物质进一步氧化而变成气体或者很容易被擦掉的物质，同时有明显的杀菌作用。

7．纳米技术可使塑料类包装材料性能大大提高

纳米微粒对紫外线有吸收能力。塑料包装制品在紫外线照射下很容易老化变脆，如果在塑料包装材料表面涂上一层含有纳米微粒的透明涂层，这种涂层在300～400nm范围有很强的紫外线吸收性能，这样就可以防止塑料包装的老化，而大大增加塑料包装的用途（如外包装、大型设备的裹包等）和寿命。

目前对紫外线吸收好的包装材料有两种。一种是30～40nm的TiO2纳米粒无锡子的树脂膜；另一种是Fe 2 O 3纳米微粒的含醇树脂膜。前者对400nm波长以内的紫外线光有极强的吸收能力，而后者对600nm波长以内的紫外线光有良好的吸收能力。纳米技术的这种光吸收材料将成为传统包装材料良好替代产品，为包装材料的改性和功能保护创造了技术条件。

8．使包装容器的加工性能大大提高

我国各类饮料及食品包装用的金属罐，国产材料一直存在着韧性差和延展性差，加工易于产生裂纹等技术问题，使得我们很多金属包装容器（罐、盒、桶、筒等）所用原材料需要进口。如果采用纳米技术后，在制罐金属材料中加入纳米微粒，可使其韧性和延展性大大提高，使包装容器的成形加工工艺大大减化，并提高其可靠性和成品率。

四、思考与建议

目前纳米技术正处于重大突破的前期，它的未来及其作用和影响已被人们发现并为之震惊，现已引起全球的关注。

纳米技术的前景正如美国IBM公司首席科学家埃姆斯创南平（Am stron g）（2）成型压力、模具设计、温度等条件不好时所说的：“正象70年代微电子技术产