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2016年包装材料常识知一二

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2016-02-13 14:41:00【

当下,在人们的生活中离不开包装材料。近些年,技术的投入创造出新的包装材料,而且一些新材料在包装领域中得到拓展应用。

1、纳米包装材料

纳米包装材料、纳米技术是21世纪三大科学技术之一。采用纳米技术对传统包装材料进行改性后,材料具有高强度、高硬度、高韧性、高阻隔性,高降解性以及高抗菌能力的特点。使其最有利于在实现包装功能的同时,实现绿色包装材料的环境性能、资源性能、减量化性能以及回收处理性能等。对塑料进行纳米改性后,便于实现包装的减量化、便于增强材料的可降解性能。对木材进行纳米化改性,可以使低档的木材达到高档木材的性能,从而实现节约资源的目的。

目前,研究最多的纳米复合包装材料是聚合物基纳米复合材料(PNMC),它的可塑性、耐磨性、硬强度等性能都有明显的提高和增强;在聚合物基纳米复合包装材料中,聚合物层状无机纳米复合包装材料,由于插层技术的突破而获得了迅速发展,部分研究成果已经开始进入产业化或因有极大产业化应用前景而备受关注;对于纳米无机抗菌包装材料,它具有明显的特点:抗菌能力长效、抗菌性能广谱、杀抑率优异、抗菌剂对人畜安全、抗菌制品理化性能稳定、抗菌剂成本低等。

纳米粒子的吸光能力很强,而且强度密度也比一般塑料材质高,所以称为新一代的包装用材料。而在抗菌性方面也同样有着非常出色的表现,能够满足人们对于食品包装材料安全性的高要求,是食品抗菌袋和保鲜袋的最佳材料选择。对塑料进行纳米改性后.便于实现包装的减量化、便于增强材料的可降解性能。

目前,已经有所突破的领域即是利用纳米材料的高阻隔性能在食品包装领域内的应用。据日本研发机构研究证明,将30纳米~40纳米的原材料分散到树脂中制成薄膜,成为对400纳米波长以下的光有强烈吸收能力的紫外线吸收材料,可作为食品杀菌袋和保鲜袋最佳原料。这正是纳米材料在包装业中最为重要的应用领域。

发展趋势:

科学家预言:纳米时代的到来不会很久,它的未来的应用将远远超过计算机工业。于细微处见神奇,知微见著的纳米科技将彻底改变目前的产业结构,并孕育巨大的商机。在我国,企业家对纳米材料和技术的关注,为纳米技术产业的形成注入了新的活力。特别是纳米技术和材料在包装印刷行业的应用开发,已经到了实际应用的阶段(如纳米高档油墨、纳米抗菌包装、纳米塑料包装、纳米复合材料、纳米防伪印刷,还可应用于造纸、复印纸张、军用包装等领域),对传统包装产品的更新换代及未来新型包装材料的发展和性能提高将产生积极的促进作用。

2、金属基复合包装材料

以金属或合金为基体,并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。按所用的基体金属的不同,使用温度范围为350~1200℃。其特点在力学方面为横向及剪切强度较高,韧性及疲劳等综合力学性能较好,同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、不老化和无污染等优点。

金属基复合材料此类复合材料强度高、模量高、高温件能好、导电导热性能好,特别适用于航空与其他工业部门,金属基复合核术进步很快,方法多种。因此主要用于复合的金属钛、镍、铜、铅、银。特别是轻金属基铝、镁、铁等、复合材料有金属、非金属及其他化合物等。
 
金属基复合材料市场与发展态按铝基、镁基、钛基顺序排列,但增长速率则相反。包装材料工业应用最多的是铝基和新的钛基复合材料。

3、功能性高分子包装材料

高分子包装材料为包装业的发展带来了一个全新的阶段,其优异的加工性能和使用性能超过了传统和天然的包装材料,它广泛应用于农业、工业、建筑、机械、军工、商业等各个方面,为人类物质生活提供了各种必要的材料。当今,无论是对高分子材料还是加工技术都要求很高,高分子材料更向多功能方向发展,技术也要越来越成熟与节能。而且也在回收利用的方面也有很高要求。

高分子材料包装早就融入日常生活之中,食品、针织品、服装、医药、杂品等轻包装绝大多数都在使用;化肥、水泥、粮食、食盐、合成树脂等重包装,也基本由高分子材料编织袋取代了过去的麻袋和牛皮纸包装;高分子材料容器作为包装制品既耐腐蚀,又比玻璃容器轻、不易碎,运输很方便。塑料是包装用材料增长最快的品种。

功能性高分子材料的新品种主要有几大类:电功能高分子如导电材料;光功能分子如光导材料、梯度折射率高分子;化学功能如催化材料、吸附材料;磁功能如磁性高分子材料;机械功能如传质功能材料中的分离膜、富氧膜高分子材料;生物功能如生物医用高分子材料、生物降解材料(热收缩薄膜)、耐热高分子材料、热敏变色材料;智能高分子材料如聚砒咯、聚暖吩、聚苯胺等等。

4、新型塑料包装材料

随着人们对环境保护的日益重视,近年来各国在包装材料方面的科研力度不断加大,种种新型易分解塑料包装新材料不断面世,这些有益于环保的包装新材料深受包装界的欢迎。

在中国主要开发了聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酯、聚酸压胺和聚芳酯等工程塑料,应用较好。国外聚碳酸酯、聚酯、聚酚胺、聚甲醛仍占主流。其中聚碳酸酯发展最快。工程塑料主要研究改性和应用,合金化技术、复合技术和加工技术。塑料合金主要研究合金化技术中的互穿网络、接枝共聚与嵌段共聚,分子复合技术,反应挤出、相互共混和物理混炼。在国外,PBT、PET合金发展最快,特别在汽车与自动化设备以及电子方面应用日益广泛。

主要有PBT/ABS、PBT/PC、PBT/有机硅、PBT/PPE、PBT/PET、PBT塑料合金用于制造特种高强度包装容器的报道,而美国的PET合金(LCP10%)性能优于PET许多,也在包装中开始应用。

发展趋势:

包装轻量化
包装重量和体积轻量化发展的趋势导致某些产品定制化服务的发展。软包装产品包括保护邮件、泡沫包装、空气枕头包装、纸填充产品、货包因具备成本低、保护性强等优点将继续成为网上购物产品包装的首选。

包装保护性
保护性包装尤其是空气枕型包装以及邮件包装产品,在保障和避免商品在运输过程中免受冲击、振动、磨损和处理影响方面发挥了巨大作用,受到了越来越多的网店卖家的追捧。

包装安全性
许多人拆快递时为了图省事干脆用手撕开,但是有人拆快递后双手发生过敏,出现手部发痒或起红疙瘩等过敏症状。目前国内快递包装的原材料来源较为复杂,多为生活垃圾、化工材料等再加工而成,其中残留了大量的有害物质,如塑化剂、阻燃剂等,可能会引发皮肤过敏。有些有害物质进入人体,还有可能通过血液循环影响肝肾、骨骼等。

包装环保性
泡沫保护包装,比如绝缘海运容器、模塑泡沫、现场发泡聚氨酯、泡沫卷等产品将占据该市场需求的第二大份额,然而硬质保护性包装产品占需求总量最小,但随着可变定价结构朝着可持续方向发展,纸浆模塑和保护性纸板将因此受益。

塑料包装已由食品包装逐步向工业包装、医药包装、建材包装、化妆品包装等领域发展,其使用范围和前景将越来越广阔。

5、有机硅及氟系材料

硅系高分子材料是21世纪的新材料。目前在分子设计与分子结构控制的基础上探讨脱氟缩合、氢化硅烷甲基化合等合成反应,开发分子多元化功能材料,研制高档复合膜化设备的光电子功能材料。(有机硅是一种性能优秀的生态材料(Ecomaterials),主要用于航空航天、汽车、建筑、生物工程和其他高技术领域。下阶段目标是提高分子设计和合成技术,实现有机硅功能化、高分子合成及材料制备技术的最佳化。

氟系材料在包装中应用有良好的进展。例如:PTFE的高强度、功能化、高稳定性,PEA的热稳定性,PVDF的功能薄膜。此外,压电性、防静电性、耐辐射、耐磨性好的氟系高分子已问世。

6、金属箔材及异型材
由于薄化技术的发展,金属箔材种类大有增加,主要品种有金箔、铜箔、铝箔、Be箔、Ta箔、Ag箔、Zn箔、铁箔,以及Ni-CR等各种合金箔材。

发展趋势:

金属箔材的发展方向有三种:超长、超级薄、超级极薄;多孔穴化;复合化。
异型材发展也很迅速,各种异型(如复杂的蜂窝型)材均可生产,异型材正向薄型化、轻量化、功能化方向发展。异型材特别是纸制蜂窝型材料,在包装领域中也有少量应用,且前景看好。

7、树脂基复合材料

以树脂为基体加如各种纤维、粒装或薄膜进行复合的高分子复合材料种类繁多。诸如加入导电性纤维复合成导电功能材料、吸波功能材料,加入陶瓷、玻纤和碳纤复合增强材料,或者不同树脂薄膜多层复合成为复合材料等等,其应用领域十分广泛;增强纤维复合型中就有30多种纤维常用。在包装中已获得广泛应用的主要有机层复合、共挤复合、混合复合等类型的复合材料。

发展趋势:

一是改善复合工艺、提高复合材料性能和功能;二是选择适当的材料和最佳工艺以降低复合材料成本;三是研制开动发新品种,如正在研制的结构化材料、功能化材料、分子复合材料、生态复合材料等。

8、生物高分子材料

生物高分子材料已进入实验性阶段,如人造血管、人造心脏、人造瓣膜、人工肺、人工腮、人造骨骼等等。生物高分子材料在包装中的应用日益扩大,例如微生物(细菌)塑料,生物降解塑料、生光双解型塑料都是当今包装世界的热门话题。

发展趋势:

(1)高品质原材料获取技术。目前淀粉、纤维素、木质素为代表的生物质大分子的改性技术大多以破坏大分子链段,降低聚合度为目的,这就造成生物质某些天然性能的丧失,如用于淀粉塑化多为直链淀粉,而支链淀粉通常之前需断链;用于纤维用的淀粉更是对淀粉中直链含量的要求更为严格;纤维素的共混改性多使用的是短链纤维素或者微晶纤维素;木质素的橡胶增强作用更多是以降低木质素分子量来达到组成的互容性。虽然上述原料的制备和使用已能够体现生物质高分子材料特有的性能,但并没有充分发挥这类材料应有的潜力。如何开发生物质的高品质原料获取技术是实现性能优良且价格低廉的生物基高分子材料全面走向产业化的途径之一。利用微生物工程手段制备的细菌纤维素比由植物得到的纤维素具有更高的分子量、结晶度、纤维簇和纤维素含量,而且独特纳米结构赋予了诸多优良性能,有望在造纸、仿生、电子以及生物医药等多个领域得到应用。

(2)以降解完全的生物质塑料的研发。从生态环境保护的角度来看,开展完全生物降解塑料已成为不能绕开的课题,特别是开发合成工艺简单、加工技术成熟、成本低廉的完全生物降解塑料迫在眉睫。如在医用领域使用的缝针、缝线、针筒、输液袋,在个人护理方面使用的化妆品容器,尿布、妇女用卫生巾,在工农业使用的包装盒、垃圾袋、堆肥袋,农药瓶等诸多一次性塑料制品都应该使用低成本的完全生物降解材料来代替。全淀粉塑料是目前国内外认为最具有经济性的完全生物降解材料。德国Battelle研究所开发了一种基于改良的高直链青豌豆淀粉的可降解塑料,在潮湿的环境中可完全降解。

(3)以降解速率控制的生物质塑料的研发。因为不同的领域对材料的降解速率有不同的要求,所以要解决降解材料的降解控制问题。例如,生物医学上要求降解比较快,而包装材料则要求有一定的使用时间。在我国目前开发的降解塑料中,除完全生物降解塑料外,均属短期内不能完全降解塑料。可控的降解塑料要求在使用周期内能够保持稳定的性能,而在使用完后能够迅速分解。目前在控制降解时间方面,更多研究集中于提高降解速率,已形成较成熟的技术;但在如何有效控制使用时间方面仍处于探索阶段。通过分子设计研究和精细分子合成技术,不断改进配方,可保证产品在一定时间内的使用性能,但同时又能根据不同的需要控制产品的使用周期。农用薄膜是这方面最典型的应用,理想的农膜在实施农作物的覆盖、保温等功能时,应该是稳定有效的,而实施结束后,应能立即分解。

(4)可降解生物质复合材料的开发。单一组成的生物质高分子材料均无法满足实际应用的需要,必须利用高分子改性及复合技术,才可开发出性能优良且价格低廉的生物降解高分子材料,这也是当前实现生物降解材料产业化较为实际的途径。目前广泛应用的木塑复合材料是利用废弃的林产品和农业剩余物、废弃塑料等复合而成的兼具木材和塑料的优良性能的新型生物质材料。

可降解生物质复合材料的开发要基于两点:一是利用物性互补合成新聚合物,根据聚合单体生物降解性、熔点、硬度、水解性能等的不同,进行适当配聚。淀粉可生物降解,但不宜加工、耐水性差;相反,聚烯烃、聚酯力学性能好,抗水性强,但生物降解性差。将两者合成,可改善共聚物的性能。二是通过控制聚合物相态和分散态改变其物性和降解性,将非生物降解性的通用塑料很细地分散于具有生物降解性的生物质中,可制得具有生物降解性的共混物。例如在丙烯酸接枝PLA和淀粉混融中,淀粉作为连续相,丙烯酸接枝PLA为分散相,复合物相容性好,拉伸强度和断裂伸长率得到了显著提升。

(5)开发特定的加工成型技术。目前改性后的生物质材料大多可采用挤出、注塑等加工成型,但工艺复杂,而且加工过程有降解产生。开发具有特色的加工、注塑技术,不仅能减低聚合物的成本,而且能改进聚合物的有关性能。采取剪切控制定位注塑技术制备的淀粉/乙二醉和通常制膜法制成的膜相比具有好的机械性能,其生物降解性较未经剪切控制定位注塑的混合物要好。光散射技术能从平行、垂直等方向调整剪切强度和剪切率,从而有目的地改善聚合单体间的相融性,提高加工性能。真空热处理过的聚乳酸-淀粉/纤维素复合材料具有更高的机械性能和降解性质。应用酶工程等生物技术开发环保型绿色纤维素材料,将使生物材料的绿色加工利用成为可能。

9、表面改性材料

现代改性材料种类繁多,有金属的、非金属的、陶瓷的、塑料的及多元复合物。包装工业使用的表面改性新材料要相对多一些。例如,为了改善包装塑料薄膜的缩合性能,采用真空气相沉积(PVD)技术在塑料表面"涂镀"一层极薄的铝膜,以及硅氧化物膜等;利用激光扫描对塑料薄膜进行处理;采用咯酸监钝化技术对电解铁箔进行表面改性,强化材料性能等等。而这两种趋势还将继续下去。

10、有机光电子材料

光电子有机高分子材料新研制的品种有:有机光色高分子材料、非线性光学材料、光敏折变材料、偏光高分子材料、选择头光、选择透光高分子材料、光电转化功能材料,压电功能高分子材料等等。非线性光学聚合物(NLO),梯度折射率高分子(如甲基苯烯酸酯类,苯甲酸乙烯酯类等)亦有长足的进展。因此有机光电子材料在特种包装中的应用很有潜力。

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