纳米塑料包装材料的开发应用

纳米塑料包装材料的开发应用

世界最配置高低温箱可进行高低温力学实验早的纳米塑料工业化应用是1991年日本丰田中央研究所和尼龙树脂厂宇部兴产（UBE）公司共同开发的用纳米尼龙—6做的汽车定时器罩，它拉开了世界纳米技术快速发展的序幕。近几年，各国企业都竞相投入人力、物力加大开发力度，加快了纳米塑料产业化应用步伐。

目前产量最大的纳米塑料是纳米尼龙，占绝对主导地位；其次是纳米聚烯烃；另外，还有纳米聚酯、纳米紫外固化丙烯酸酯树脂、纳米聚酰亚胺、纳米聚甲醛等。纳米塑料主要应用在包装、汽车和机电工业。因为具有阻隔性，它可用于食品保鲜包装，延长食品保质期；因为具有耐热性和良好的力学性能，它可用作汽车零部件、储油罐、燃油管道系统、电子接插件、导管、机壳体、工具手柄、栏杆、调理器具手把、高润滑低流阻管道；由于其刚性高，可以做薄壁复杂结构制品，减少质量和成本。值得一提的是它赋予材料的阻燃性。因目前塑料添加用阻燃剂大多含卤化物，在燃烧时生成的烟雾中含有腐蚀性的卤化氢和致癌物，因此要求采用无卤阻燃材料的呼声日趋高涨。用一般氢氧化铝、氢氧化镁无机阻燃剂时添加量太大，使材料力学性能下降过大，故采用阻燃自熄性的纳米塑料是较适宜的选择方案。

纳米尼龙目前，尼龙—6纳米复合物主要应用于高阻隔性包装。美国聚酯生产厂依斯特曼（Eastman）化工公司和纳米黏土供应厂南诺考（Nanocor）这看似搭不上边的两件产品公司共同开发了PET共挤多层吹塑用的尼龙纳米复合材料Imperm，用作PET／尼龙／PET三层瓶的阻隔芯层材料，尼龙用日本三菱瓦斯化学公司的阻隔性无定型尼龙MXD6为基础树脂，加纳米黏土后，大幅降低材料气体透过率，是PET的氧透过率的1／100，已用于16盎司不消毒啤酒瓶。

Imperm芯层厚度占瓶层总厚的10％，不影响瓶子要求的透明度，能保质28周。

另一种引人注目的是用于包装的纳米尼龙。美国郝尼威尔（Honeywell）公司开发的AegisOX，据称内含未公开的吸氧剂，AegisOX中的纳米黏土作为钝化阻隔层，适量吸氧剂作为吸氧活性剂。这种由钝化—活性组合的材料氧透过率是尼龙—6的1／100，氧的渗入量几乎为零。

AegisOX作为三层聚酯（PET）瓶的阻隔层材料使聚酯瓶达到啤酒4个月和果汁6个月的保质期要求，可以与玻璃瓶相媲美。这种组合技术的钝化阻隔层能防止吸氧剂过早消耗，靠纳米粒子的均匀分散使吸氧剂指向易出现氧的地方，提高总的阻隔效率。Honeywell公司认为这种阻隔系统可与现有任何其他啤酒阻隔包装竞争，完全满足120天内氧的渗入量和二氧化碳泄漏量的要求，并相信通过进一步精心调整工艺完全可达到180天的保质要求，这将推动和加快啤酒包装从玻璃瓶转向聚酯瓶的进程。

除了啤酒瓶这个巨大的市场外，德国百叶（Bayer）公司正在把尼龙—6纳米复合材料用作多层流延包装膜的芯层材料，有两个产品已在德国杜塞尔多夫的世界塑料工业展览会上展出，引起了许多用户的关注。美国优备（UBE）公司用尼龙—6／尼龙—66共混物制备的纳米尼龙对汽油、甲醇和有机溶剂的透过率是尼龙—6的1／3，已用于汽车燃油系统的共挤出多层燃油输送管道，也是作为多层管的芯层材料。

纳米聚烯烃美国通用汽车公司（GM）的第一个汽车纳米聚烯烃部件，是该公司与其他两家经过4年合作开发，利用纳米聚丙烯的高刚性、质轻和低温下力学强度基本不降低的特性开发的聚丙烯纳米复合材料，已用于2002年生产车型的上车踏板。纳米黏土含量2％—3％即可取代20％—30％滑石填充聚丙烯，而且质量降低20％，收缩率更小，低温韧性更佳。虽然这种应用不十分重要，但却被人们认为是开发在汽车外饰件应用的重大进展。专家们认为，在今后一两年内，30％的纳米聚丙烯将用于汽车工业，取代现有聚丙烯改性材料，然后转向取代金属和工程塑料。

现在已有公司推出利用纳米聚丙烯的阻隔性做食品包装材料的工业化产品。他们以乙烯／醋酸乙烯酯共聚物（EVA）为基础树脂，用熔融共混法加入3％—5％纳米硅酸盐，能显著降低材料释放热量和防止燃烧时塑料滴落，并具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性和热稳定性，在电线、电缆工业上有良好的应用前景。

纳米PETPET具有较好的气体阻隔性和机械成型性，且无毒，常常以塑料薄膜和瓶子的形式用于食品、饮料等的包装；但PET的阻隔性能不足以满足啤酒和某些食品包装的要求，需要进一步提高PET的阻隔性。纳米技术是提高PET阻隔性的一个行之有效的方法。据文献介绍，美国Eastman公司已与Nanocor公司合作开发基于PET的用于包装的纳米复合材料。Eastman公司为了改良PET包装材料，自1995年以来一直在开发热塑性塑料纳米复合材料技术。纳米复合材料含有被粉碎得极细微的黏土颗粒，当这些颗粒分散到树脂中后，其小部分可能会使树脂的强度、阻隔性和耐热性得到加强，同时保持其透明性。这两家公司希望尽快开发出用于包装的第一种纳米复合材料。总之，纳米塑料是一种新型、低成本、升级换代的改性塑料，其应用前景十分广阔。

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