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最火纳米技术助燃包装技术的创新应用下

发布时间:2021-09-22 09:37:25 阅读: 来源:造雪机厂家

纳米技术助燃包装技术的创新应用(下)

纳米复合薄膜的优势

纳米复合薄膜的优势数不胜数,在包装行业应用的可能性是无止境的。鉴于纳米复合材料的生产采用的是分散模式,因此片晶极大地提高了下列性质:

* 气体、氧气、水等的阻隔性

* 高机械强度

* 耐热性

* 化学稳定性

* 重复利用性

* 体积的稳定性

* 耐热性

* 良好的光学透明性(因为颗粒都是纳米级的)

大部分使用纳米复合材料包装的消费产品都属于饮料行业。很多不同种类的商业用塑料,柔性或硬性,都采用纳米复合结构的材料来生产,包括聚丙烯、尼龙、聚乙烯对苯二甲酸酯和聚乙烯。

尼龙纳米复合物的氧气透过率

-mil/100平方英寸/天

活性-惰性尼龙6纳米复合物

尼龙6纳米复合物

未填充的尼龙6

纳米复合尼龙被作为多层PET瓶的阻隔层,由于尼龙的熔点温度超过了50ㄈ,因此相比传统的乙烯-乙醇阻隔层而言其阻隔性更高—差不多能提高两到三倍。

研究表明纳米复合尼龙6对氧气的传输率(OTR)比没有填充尼龙6的材料要低差不多四倍。以Honeywell 公司的为多层瓶设计的Aegis(tm) OX阻隔尼龙树脂为例,当OTR成百倍的降低时,其中的黏土层却在担当陷阱的角色来保留聚合物中的活性去氧剂。和玻璃瓶相比,Aegis OX的活性去氧剂能保证啤酒的货架期达到6~12个月。在亚洲的酿酒厂Aegis已用于3层、1.6L瓶的制造中。

对于全球的资源再生问题而言,纳米复合材料能帮助减少包装废物以及促进材料的再生利用。

当将由Mitsubishi Gas Chemical 生产的Iperm(r)加入到多层PET结构的容器中时可产生和Aegis相似的结果。Imperm的氧气阻隔性比Mitsubishi标准的Nylon-MXD6树脂高两倍,而且其二氧化碳的阻隔性也比Nylon-MXD6高出4倍。而且使用到PET瓶中时无需黏结层,回收再利用简便。当用到16盎司的啤酒瓶中时,Imperm能保证其差不多6个月的货架寿命。

在使用纳米技术之后材料的抗张强度、拉伸模量和热变形温度(HDT)特性都得到了普遍的提高。其中一个例子就是Cloisite(r),由Southern Clay Products生产的纳米复合尼龙,它所含的黏土成分达到了15%。添加纳米黏土后的尼龙其抗张强度提高了23%,拉伸模量提高69%,挠曲模量为56%。另外,HDT上升了68%。机械性能的变化量直接关系到用于特定纳米复合材料中的纳米填充物的多少。例如,在纳米复合尼龙6中加入2%的纳米黏土,抗张强度就会提高98%。HDT和挠曲模量也是同样如此。其他公司生产的纳米复合尼龙的机械性能基本和Cloisite一样。

纳米材料减少资源浪费

由于全球柔性包装市场的发展,我们能看到越来越多的专业产品使用薄膜的情况。纳米复合材料能轻而易举地解决现在金属或玻璃包装过度到柔性袋或硬塑料的过程中产生的问题。许多现在的包装需要多层结构,使得其无法回收利用,但在面对全球的资源再生问题时,纳米复合材料能帮助减少包装废物以及促进材料的再生利用。对全世界而言,减少废物是一个很紧迫的问题,美国在军事上应用纳米复合材料是纳米材料如何减少对环境影响的一个好例子。

从2002年以来,纳迪克研究所已经为改善军用口粮、快餐(MREs)的包装而对无金属箔片的纳米聚合物结构进行了大量的研究。研究的目的是用最新式的包装减少士兵的浪费情况,还有通过节省材料来降低成本。每年,由于包装中金属箔片的存在,会产生14,177吨的MRE包装垃圾,虽然箔片对针孔敏感却会致使包装袋无法回收。一个单位的陆军军用口粮能产生1.04磅废品,而海军的则能产生3.8磅的固体垃圾。

现在,由三到四层的蒸煮袋配上一层铝箔组成MRE创造了独特的性能协同效应包装并不能满足军队对于包装的严格要求。MRE包装必须是可空投的而且在80ㄈ的温度下其货架寿命至少要达到三年,以及100ㄈ下6个月。通过使用高阻隔性的纳米复合材料,纳迪克研究所延长了食品的货架寿命,并且为军队的食品配给提供了保护性能更优异的包装产品。

用纳米复合材料制作的配给袋现在还没有进入生产阶段,但根据纳迪克的报道,现在已经进入到研究的最后阶段,不久就可以投入实际的应用。纳迪克的研究人员还在对大量不同的材料进行试验,包括低密度PE、尼龙、EVOH以及其他一些材料,以从中发现在不同挤出工序中和聚1些小型电池厂商的生存变得寸步难行合物、纳米填充物具有良好混合性的物质,如注塑薄膜、多层膜、吹塑膜、单螺杆和双螺杆挤出膜。

由于军队的要求更严格,因此纳迪克研发的技术很可能会应用于商业食品包装,以增加食品的货架寿命,

根据美国陆军的调查,未来纳米复合材料的成本预计会比现在的包装材料低10%~30%。预期的成本节省来自于材料成本的减少、生产能力随着自动化的愈加普及而提高、废品处理的成本降低。整个节省的成本估计会在1百万到3百万之间。

尚待解决的问题

尽管纳米复合材料的前景一片光明,但是这些聚合物的大众化商业应用还是会有一些问题。根据南卡罗来纳大学的研究报告,围绕这种纳米复合材料的生产和使用的问题主要有四个:剥落、定位、兼制定支持新材料产业推行利用相干政策容性和再聚合性。

当黏土填充物完成剥落这一步骤后,它们会变得很薄—1纳米,但又很宽—500纳米,以便在不影响光学品质的前提下达到额定的光学气体渗透性。颗粒的定位对于纳米复合材料是否生产成功也有影响。纳米粒子需要在聚合物中完全分散才能和材料的表面平行。这种粒子的所处位置就为气体在聚合物中的通过创造了一条最曲折的路径。对于生产商而言,粒子的正确定位问题还未彻底解决。

同样,依据纳米填充物和聚合物基材之间的相互作用方式,他们的兼容性可能会产生问题。某些纳米填充物需要精心准备,这样他们才能和基材完美配合,另一个需要关注的问题是处理过程中,当粒子在一起聚成一簇的话,还存在再聚合的可能性。如果发生这种现象,就会导致纳米材料生产的失败。

应用前景广阔

预计到2009年,在食品和饮料行业软硬包装会用到5百万磅纳米复合材料。到2011年,消费量大约将增长到1亿磅。估计到2006年啤酒将会成为纳米复合材料的最大消费行业,达到3百万磅。到2011年,碳酸软饮料瓶可能会超过啤酒,预计会到5千万磅。

聚合物纳米复合材料是全球包装行业的未来。一旦生产和材料成本降深度不小于30cm下来,所有公司就会在节约成本的前提下使用这种技术来增加产品的稳定性和保鲜性,并通过供应链向顾客提供高质量的产品。纳米复合材料的优势远不止低成本和给人们带来的顾虑的减少,这种技术如果加以时日将更加完善,生产工序也会愈加发达。研究还深入到了其他类型的纳米填充料,以期产生更多不同结构、性能更优的新纳米复合材料,促进纳米复合材料进入到更多潜在的包装应用中去。

信息来源:包装博览

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