納米材料在包裝中的研究現(xiàn)狀

趙桐

納米是一種長(zhǎng)度計(jì)量單位，翻譯成英文是“nanometer”，是微觀世界的單位長(zhǎng)度。納米技術(shù)是誕生于20世紀(jì)80年代末的新興技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸為1～100nm的物質(zhì)的工程技術(shù)。作為一種新興技術(shù)，納米科技受到廣泛的關(guān)注。納米技術(shù)已經(jīng)在物理、醫(yī)藥、化工、電子科技、材料制造、能源與環(huán)境、生物科技、農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域展開(kāi)。

如今，隨著納米技術(shù)在科技領(lǐng)域越來(lái)越活躍，也廣泛地應(yīng)用到了包裝領(lǐng)域中。納米技術(shù)作為包裝領(lǐng)域的新興技術(shù)，研究其在包裝中的應(yīng)用，能夠推動(dòng)包裝工業(yè)快速發(fā)展。納米材料相比于普通材料，大大增強(qiáng)了食品的保鮮期限，滿足了消費(fèi)者對(duì)食品新鮮程度的需求，納米包裝材料還減小了物品在運(yùn)輸當(dāng)中的安全隱患，有些納米材料也應(yīng)用在包裝機(jī)械的部件中。因此，研究納米材料在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用，能改善包裝領(lǐng)域的局限，完善包裝領(lǐng)域的不足，滿足人們的需求，方便人們的生活。

納米包裝材料

納米包裝材料是指通過(guò)納米技術(shù)將分散相尺寸為1～100nm的納米顆?；蚓w，與其他包裝材料通過(guò)納米合成、納米添加、納米改性等方式加工成為具備納米結(jié)構(gòu)、納米尺度及特異功能的新材料。納米包裝則是指應(yīng)用納米技術(shù)，采用納米復(fù)合包裝材料，使包裝具有超級(jí)功能或奇異特性的一類(lèi)包裝總匯。納米包裝改變了傳統(tǒng)包裝技術(shù)，通過(guò)有效地利用原子、分子賦予材料的新特性，改變包裝材料的功能從而滿足特種包裝的需求。與傳統(tǒng)包裝材料相比，納米包裝材料具有良好的機(jī)械性、優(yōu)異的物理化學(xué)性能、優(yōu)良的加工性能以及環(huán)保性能。

納米材料具有穩(wěn)定性、可塑性、阻隔性，能夠殺菌消毒、去除異味、降低食物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)受自身酶的分解和空氣氧化的程度，有效地保持了包裝食品的新鮮度，延長(zhǎng)了包裝食品的保質(zhì)期，同時(shí)可以降低食品中營(yíng)養(yǎng)成分的流失。

1.納米抗菌包裝材料

納米抗菌薄膜是在聚烯烴薄膜中加入無(wú)機(jī)納米抗菌劑和增效劑，利用金屬離子作用和光催化作用，使菌體變性或沉淀，遇水還可對(duì)細(xì)菌發(fā)揮更大的殺傷力，其吸附力和滲透力很強(qiáng)，此包裝材料廣泛應(yīng)用于液體奶、飲料等無(wú)菌包裝中。在尼龍66中摻入一種特殊的納米黏土復(fù)合材料，改性后對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌具有明顯的殺傷效果，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，目前應(yīng)用于食品等高檔包裝薄膜的生產(chǎn)。

日本某公司開(kāi)發(fā)了以銀沸石為母料的新型無(wú)機(jī)抗菌劑，其抗菌效果持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，不會(huì)對(duì)包裝物產(chǎn)生影響，加工穩(wěn)定性高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，廣泛應(yīng)用于熟食類(lèi)、水產(chǎn)品和液體等食品包裝。

2.納米保鮮包裝材料

水果蔬菜在包裝過(guò)程中易放出乙烯，乙烯達(dá)到一定濃度后會(huì)加快水果蔬菜的腐爛程度，在包裝材料中加入納米Ag可以起到良好的保鮮效果，納米Ag具有乙烯氧化催化作用，可以加速水果蔬菜釋放出的乙烯，減少包裝中乙烯的含量，使其保鮮。紫外線可使肉類(lèi)氧化變色，破壞食品中的維生素和芳香化合物，降低食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，納米TiO2可以有效屏蔽紫外線，用納米TiO2制成透明塑料包裝材料可以有效地降低紫外線對(duì)食物的破壞作用，以保持肉類(lèi)的新鮮。

例如在金針菇包裝中加入納米Ag和納米TiO2，兩種物質(zhì)協(xié)同可以更好、更安全地發(fā)揮抑菌作用，并減少袋內(nèi)乙烯的含量，從而調(diào)節(jié)金針菇的內(nèi)部代謝和改善外部貯藏環(huán)境來(lái)發(fā)揮保鮮效果。將混合了納米Ag、納米TiO2和高嶺土的納米包裝材料用于生菜的包裝，由于納米材料具有良好的阻隔性，能夠有效地保持袋內(nèi)較高的空氣濕度，保證生菜在貯藏期間的質(zhì)量，降低生菜中葉綠素酶對(duì)葉綠素的分解，延緩生菜酶促褐變，保持生菜的鮮嫩。

用天然活性陶土和聚乙烯混合制成的包裝袋，可以過(guò)濾水果蔬菜在熟化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體和水分，使真菌不易在袋內(nèi)生長(zhǎng)，以延長(zhǎng)水果蔬菜的保鮮期限。國(guó)內(nèi)江南大學(xué)的陳正行等將納米Ag、納米TiO2、聚乙烯塑料、偶聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、抗靜電劑和穩(wěn)定劑混合均勻后制成納米保鮮膜，可用于盤(pán)菜的保鮮。采用納米復(fù)合技術(shù)制成的新型納米包裝材料聚酶銨-6塑料，降低了氧氣和二氧化碳對(duì)于包裝的透過(guò)率，同時(shí)降低了水的透過(guò)率，用于香腸、火腿、泡菜等食品的包裝，延長(zhǎng)了食品的保質(zhì)期。

氣調(diào)包裝是用自動(dòng)混合保鮮氣體（常為CO2、N2、O2）置換包裝袋內(nèi)的空氣，并利用包裝材料的透氣性，使食品處于適宜的氣體環(huán)境中，多用于肉類(lèi)食品、果蔬、乳制品的等的包裝，以延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。郭玉花等研制了納米活性分子篩氣調(diào)包裝，以LDPE/LLDPE為基材，添加A型納米活性分子篩，制成的保鮮包裝膜，其拉伸和熱封性能下降，撕裂性能上升，透氣性和透濕性提高，對(duì)于果蔬的保鮮起到很好的作用。

3.新型納米阻隔性材料

隨著輕量化材料的應(yīng)用，在塑料薄膜上真空沉積約50納米厚的鋁層，這種納米薄膜材料可以應(yīng)用于糕點(diǎn)、咖啡的包裝。在玻璃包裝容器中加入納米有機(jī)硅烷，使用等離子技術(shù)或高溫技術(shù)做表面處理，能夠阻礙氧氣、水、香氣交換的通道，降低擴(kuò)散率，從而保持了食品的香味和口感。

中科院化學(xué)所研究人員用PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）復(fù)合技術(shù)，將有機(jī)蒙脫石與PET單體加到聚合釜中，研制出PET納米塑料（NPET），這種納米塑料比普通PET瓶的氧氣阻隔率提高20倍多，對(duì)二氧化碳的阻隔率提高7倍多，對(duì)水汽的阻隔率提高8倍多，用于盛裝啤酒，能使啤酒達(dá)到4～5個(gè)月以上的保質(zhì)期，保持了啤酒的新鮮口感。

F.M.Yang等人將聚乙烯納米粉末與納米Ag、高嶺土、銳鈦礦TiO2、金紅石TiO2混合制成的新型納米包裝材料在4℃條件下包裝草莓果實(shí)，因其具有較低的相對(duì)濕度、較低的氧氣透過(guò)率和較高的縱向強(qiáng)度，能夠有效阻隔氧氣和水的透過(guò)，提供了一個(gè)低濕度的不利于真菌生長(zhǎng)的環(huán)境，從而有效地抑制了草莓的腐爛，延長(zhǎng)了草莓的保鮮期限。

4.防偽包裝

納米金屬微粒呈黑色，具有表面活性高、比表面積大、對(duì)溫度等周?chē)h(huán)境敏感，能夠吸收紅外線等特點(diǎn)。當(dāng)把這種納米微粒加入到包裝材料中，制成涂料或上光涂布在包裝材料表面，人們可以利用光線或溫濕度來(lái)鑒別商品，以達(dá)到防偽的目的。

納米復(fù)合變色防偽薄膜是將納米材料與金屬薄膜復(fù)合，形成AlSiO2為主體的多層復(fù)合薄膜，由于多層薄膜對(duì)光產(chǎn)生干涉作用，而使薄膜反射光的顏色隨光反射的角度變化而變化，達(dá)到多層變色的目的，從而對(duì)商品進(jìn)行防偽。在多層聚合物包裝中填入帶有內(nèi)存信息的納米塑料薄膜，制成的防偽塑料包裝，在打開(kāi)包裝后，包裝內(nèi)部薄膜上會(huì)顯示出商品的內(nèi)存信息，用來(lái)防偽。

德國(guó)某公司研制出一種新型的光點(diǎn)全息圖防偽包裝標(biāo)簽系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是利用激光束把微米大小的數(shù)據(jù)信息以光點(diǎn)的形式打入到標(biāo)簽中，通過(guò)識(shí)別光點(diǎn)在標(biāo)簽形成的全息圖來(lái)鑒別商品的真?zhèn)危@種新型的防偽技術(shù)在標(biāo)簽生產(chǎn)和包裝領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

5.防靜電包裝

納米摻銻二氧化錫顆粒有良好的導(dǎo)電性、透明性、耐候性、穩(wěn)定性及紅外發(fā)射率低等特性，而且納米金屬、納米摻銻二氧化錫顆粒還具有消除靜電的作用，在包裝材料中加入納米摻銻二氧化錫顆粒，涂層的導(dǎo)電性可以明顯改善，達(dá)到消除靜電的目的。并且包裝表面不會(huì)吸附灰塵，減少了摩擦造成的擦傷。因?yàn)椴牧媳砻鏌o(wú)靜電吸附現(xiàn)象，材料在印刷過(guò)程中能夠提高印刷速度，獲得更好的印刷效果。將0.1%～0.3%的納米TiO2、ZnO、Fe2O3、SiO2、Cr2O3等粉體在造紙過(guò)程中摻入到造紙漿料中，由此制作的特種紙，能夠耐摩擦、耐腐蝕、防水、防油、防銹，而且對(duì)靜電產(chǎn)生良好的屏蔽作用，降低靜電效應(yīng)，提高包裝產(chǎn)品的安全系數(shù)，可做高精密儀表電器、光潔度要求高的不銹鋼材料、各種合金材料的包裝襯紙。

6.軍用包裝材料

隨著包裝不斷地發(fā)展，包裝對(duì)特種功能的需求也不斷增加，在軍用包裝方面，如防爆包裝、迷彩包裝、隱身包裝、防雷達(dá)包裝等新要求的出現(xiàn)，促使了納米技術(shù)在包裝中的進(jìn)一步發(fā)展。

將4.7%的膠嶺土材料與尼龍-6型聚合物混合，從而制造的納米復(fù)合材料有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度，應(yīng)用于軍用包裝中可以提高軍用物品的抗變形能力、抗高溫能力，能夠使軍用物品在運(yùn)輸中適應(yīng)多變的環(huán)境，保證了安全性和抗擊打能力。美國(guó)在20世紀(jì)80年代對(duì)雷管等火藥用品的防爆包裝進(jìn)行了試驗(yàn)，研制出可注塑填充在包裝容器內(nèi)的防爆材料，這種防爆材料不僅能防止一個(gè)容器內(nèi)的爆炸物發(fā)生爆炸，還能防止相鄰容器內(nèi)的爆炸物發(fā)生爆炸，具有吸收動(dòng)力沖擊波、多空、減震、重量輕等特點(diǎn)，在軍用防護(hù)包裝中得到廣泛的應(yīng)用。

7.韌性包裝材料

玻璃容器和陶瓷容器具有無(wú)毒無(wú)害、密封性好、表面光滑等優(yōu)點(diǎn)，在包裝產(chǎn)業(yè)中占有一席之地，但玻璃和陶瓷還存在易碎易壞、不便于搬運(yùn)的缺點(diǎn)，從而逐漸被金屬包裝取代?；谶@樣的特點(diǎn)，歐美一些國(guó)家將納米粒子添加入普通的玻璃材料中，使其具有了韌性，減少了玻璃的脆性。

納米SiO2應(yīng)用在高分子包裝材料中能夠提高高分子材料的抗老化性、耐熱性、抗沖擊性、拉伸強(qiáng)度、阻氣阻水性等，并且能與基體材料很好地結(jié)合在一起，增強(qiáng)了包裝材料的韌性。孟祥勝等采用納米SiO2對(duì)PVA薄膜改性，使PVA薄膜的耐水性提高了2.4倍。天津大學(xué)化工學(xué)院姜云鵬和清華大學(xué)鄧國(guó)宏用正硅酸乙酯制備二氧化硅溶膠，再將其加入到PVA水溶液中，最后在玻璃板上進(jìn)行涂膜，這種復(fù)合膜與普通PVA膜相比，力學(xué)性能有了很大的提高。

納米材料在包裝機(jī)械中的應(yīng)用

納米材料不僅在包裝材料中有廣泛的應(yīng)用，也在包裝機(jī)械中有較多的應(yīng)用，能夠提高包裝機(jī)械的耐磨性、硬度、使用壽命等。

1.納米陶瓷

納米陶瓷正在取代金屬材料用于食品包裝機(jī)械的密封環(huán)、軸承等部件，納米陶瓷具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性，且價(jià)格低廉、性能良好。它能夠高供食品包裝機(jī)械部件的耐腐蝕性和耐磨性，也可做表面涂層提高輸送機(jī)械和沸騰干燥床等關(guān)鍵部件的性能。

日本公司利用納米TiO2具有催化作用，將其用在玻璃或陶瓷表面，可以在光照條件下將附著在玻璃或陶瓷表面的油污、細(xì)菌等臟物質(zhì)氧化成氣體或容易清除的物質(zhì)，從而研制的自潔玻璃或自潔陶瓷，用于制作食品包裝機(jī)械的箱體，可以更好地除菌，便于清潔。德國(guó)研究所利用納米硅基陶瓷防污防塵、耐刮耐磨、防火等特性，將其制成耐磨、不污染的透明涂料，將此涂料涂在塑料、玻璃等物體上，使塑料、玻璃具有耐磨損、防火、防臟的功能，可做表面涂層用于食品包裝機(jī)械中與食品直接接觸的部件。

2.納米磁性材料

納米TiO2和納米SiO2能夠制成多層干涉膜，具有較高的透光率和較強(qiáng)的紅外反射能力，能夠省電，可用于包裝機(jī)械的紅外線殺菌和干燥設(shè)備。納米微晶磁阻抗材料由于具有良好的穩(wěn)定性、線性度和較高的靈敏度，制成了納米磁敏開(kāi)關(guān)及傳感器，提高了包裝機(jī)械的自動(dòng)控制系統(tǒng)性能。在高硬度耐磨涂料中加入納米相材料，可以提高涂料的硬度和耐磨性，從而防止金屬材料被腐蝕，并減慢復(fù)合材料的老化速度，具有較高的韌性。在表面涂層中加入納米顆粒，可以減小摩擦系數(shù)，制成自潤(rùn)滑材料，作為包裝機(jī)械關(guān)鍵部件的金屬表面涂層，能夠提高機(jī)械的硬度和耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命。納米磁性液體利用適合的磁場(chǎng)，能夠?qū)⒋判詽?rùn)滑油固定在所需機(jī)械的零件上，能夠讓機(jī)器在工作時(shí)降低噪聲、減少材料損耗、控制溫度。

3.納米橡膠

橡膠在食品包裝機(jī)械中用于食品真空密封部件，是食品包裝機(jī)械中的原材料，其具有高強(qiáng)度、高耐磨性和抗老化性，但這些性質(zhì)是由于橡膠中加入炭黑實(shí)現(xiàn)的，黑色的橡膠不適宜在食品包裝中應(yīng)用，因此，納米橡膠材料能夠解決這樣的問(wèn)題。納米橡膠材料的性能較普通橡膠有了更大的提高，抗老化性能是普通橡膠的3倍，使用壽命能達(dá)到30年以上，色彩鮮艷，還具有很好的保色性。

納米材料在包裝中的發(fā)展前景

納米材料作為一種新興材料，人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)才剛剛開(kāi)始，科學(xué)界目前只重視納米材料優(yōu)良功能的發(fā)現(xiàn)和新產(chǎn)品的研發(fā)，并沒(méi)有注意到它的特殊性可能會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生潛在的危害。目前沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的機(jī)構(gòu)對(duì)納米材料進(jìn)行完整確定的安全測(cè)評(píng)，也沒(méi)有足夠的證據(jù)說(shuō)明納米材料是絕對(duì)安全的。科學(xué)界有必要對(duì)納米材料通過(guò)食品包裝對(duì)人體潛在的影響給予足夠的關(guān)注，為食品包裝中應(yīng)用的納米材料提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，納米材料對(duì)于包裝機(jī)械來(lái)說(shuō)，擁有昂貴的檢測(cè)設(shè)備，納米材料制備困難也對(duì)納米包裝材料的推廣造成影響。

納米材料在包裝中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用和較為成熟的技術(shù)，因其具有良好的阻隔性、抗菌性、穩(wěn)定性，已在食品包裝中得到了較多的應(yīng)用。筆者認(rèn)為，納米包裝材料具有較低的透氧率、透水蒸氣率和良好的阻隔性，還可作為茶葉、咖啡、調(diào)料品等食品的防潮包裝。納米包裝已在食品包裝、防偽包裝、軍用包裝中有了一定的發(fā)展，在以后的研究中也會(huì)逐步取代普通包裝應(yīng)用于各種生活用品的包裝中。納米材料不僅可應(yīng)用于食品包裝材料、包裝機(jī)械中，依據(jù)納米材料小分子、輕量化、可降解等特性，也可應(yīng)用于綠色包裝，通過(guò)納米改性技術(shù)向包裝材料中加入納米成分，可將原有的污染材料變成無(wú)污染材料，提高包裝材料的分解能力和生物可降解性，達(dá)到環(huán)保的目的。

綜上所述，納米材料在包裝材料中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟和廣泛，在食品包裝中能夠起到良好的抗菌、保鮮和阻隔作用，尤其對(duì)果蔬的包裝，降低了果蔬的呼吸率，能夠最大限度地保持果蔬的新鮮程度，也延長(zhǎng)了肉制品、奶制品這類(lèi)保鮮期較短食品的保質(zhì)期限。納米包裝材料提高了防偽包裝的防偽性能，增強(qiáng)了軍用包裝輕便、防爆等性能，韌性包裝材料減小了運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)包裝品產(chǎn)生的損壞。同時(shí)納米材料在包裝機(jī)械部件中也有應(yīng)用，它能夠提高包裝機(jī)械耐磨損性、防塵污性、耐腐蝕性，延長(zhǎng)包裝機(jī)械的使用壽命。在未來(lái)，納米材料還可能普及于綠色包裝，提升包裝材料的環(huán)保性能，對(duì)于未來(lái)納米材料在包裝工業(yè)中的應(yīng)用，還有更為廣闊的空間。