納米復(fù)合材料已儼然成為了未來柔性包裝的發(fā)展重點，因此受到的關(guān)注也越來越多，由于用這種技術(shù)生產(chǎn)出來的材料的阻隔性、機(jī)械性能更強(qiáng)，重量更輕，所以全球納米材料的市場正在不斷擴(kuò)張，預(yù)計到2008年全球納米技術(shù)的市場有望增長到2.5億美元，屆時每年的增長速度預(yù)期會到18%~25%。

38億美元的全球柔性包裝市場，近年來發(fā)展迅速。每年對柔性包裝的需求平均都以3.5%的速度增長，因此柔性材料需要滿足并超過客戶的高期望值以及解決供應(yīng)鏈的壓力。供應(yīng)商之間的競爭不斷加劇，同時政府的規(guī)定也導(dǎo)致因薄膜行業(yè)的變革而使產(chǎn)品和包裝的性能以及全球?qū)Π�裝廢物的關(guān)注程度不斷提高。

其中的一個創(chuàng)新就是未來柔性包裝發(fā)展的重點，聚合物納米復(fù)合技術(shù)。在2003年12月PD雜志的文章中，包裝行業(yè)專家AaronBrody博士說道：“在沒有使用令人心煩意亂的校準(zhǔn)儀器的情況下，納米復(fù)合技術(shù)似乎能幫助軟包裝塑料行業(yè)解決超級阻隔特性這個一直以來困擾他們的難題—在玻璃和金屬行業(yè)同樣存在這個問題。”

納米材料受到廣泛關(guān)注

納米復(fù)合材料的定義是通過聚合物和納米粒子的結(jié)合來產(chǎn)生性能得到大幅提高的材料，納米技術(shù)從出現(xiàn)至今已經(jīng)有很多年的歷史，但直到最近才被用到主流的商業(yè)包裝應(yīng)用中。（就納米材料而言，簡單說就是材料或參加化學(xué)反應(yīng)的活性單體可以以納米級來衡量。以測量的公制系統(tǒng)來衡量，一個“納”等于十億分之一，因此，一納米就是十億分之一米。）

由于美國有超過400家研究中心和公司在研究納米技術(shù)，而且有34億美元的投入，因此美國在納米技術(shù)的研究方面一直處于領(lǐng)先地位。歐洲有17億美元的投入和175家公司以及組織在對納米技術(shù)進(jìn)行研究，日本也有100多家公司投入納米技術(shù)的研究之中。到2008年，全球納米技術(shù)的市場有望增長到2.5億美元，屆時每年的增長速度預(yù)期會到18%~25%。

納米材料的構(gòu)成

聚合物納米復(fù)合材料是將填充物分散到納米粒子之間形成一種片晶而構(gòu)建成的。然后，這些小片晶就分散到聚合體的矩陣中，形成的若干平行層迫使氣體從聚合體中通過“曲折通道”逸出，針對氣體和水氣形成復(fù)雜的阻隔層。聚合體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)地越曲折，阻隔性就越高。聚合薄膜的滲透系數(shù)（P）由兩個因素決定：擴(kuò)散（D）和溶解度（S）系數(shù)，也就是P=DxS。

當(dāng)有更多的納米粒子分散到聚合物中時，滲透性也會大大降低。根據(jù)美國陸軍的納提克士兵研究中心的研究表明，“聚合物中納米粒子的分散程度跟納米復(fù)合薄膜復(fù)合到那些純的聚合薄膜上時出現(xiàn)的機(jī)械和阻隔特性的改善程度相關(guān)。”

為了使薄膜得到最佳的性能，和傳統(tǒng)填充物的加入量相比納米粒子的量要少許多。通常，納米填充物的添加量不超過5%，這樣就可以極大地減少納米復(fù)合薄膜的重量。納米粒子的分散過程會致使材料產(chǎn)生很高的材料縱橫比和表面積，使填充了納米粒子的塑料的性能大大優(yōu)于填充傳統(tǒng)材料的塑料。

填充物種類

有不同種類的填充物可供使用。最普通的一種是被稱為高嶺土的納米黏土材料—單層的蒙脫石黏土。黏土在自然狀態(tài)中就有親水性，而聚合物也是親水的。為了使這兩者協(xié)調(diào)一致，必須對黏土的極性進(jìn)行改良成為更加“有機(jī)”的物質(zhì)。一種改良黏土的方法就是通過將有機(jī)銨陽離子（帶正電的離子）和黏土表面的無機(jī)陽離子進(jìn)行交換。

其他的納米填充物包括碳納米管，片狀石墨和碳納米纖維。另外還有一些填充物正在進(jìn)行調(diào)研中，例如，合成黏土、天然纖維（大麻、亞麻）以及POSS（納米復(fù)合光電薄膜）。碳納米管—比納米黏土填充物這種在自然界中易得到的材料的膨脹系數(shù)更高—能提供極好的導(dǎo)電性能和熱傳導(dǎo)性能。納米黏土的兩家主要供應(yīng)商是SouthernClayProducts和Nanocor公司。

三種填充方式

通常有三種方法可以通過納米填充物增強(qiáng)聚合物的性能來生產(chǎn)納米復(fù)合材料：熔融捏合，原位聚合法和溶解法。將納米填充物填入聚合物中的熔融捏合或稱處理可以通過擠出機(jī)、注塑機(jī)或其他處理設(shè)備制造聚合物的時候同時進(jìn)行。使用剪切力將聚合體顆粒和填充物（黏土）壓制到一起以幫助剝落（將顆粒分解成正確的形狀和層結(jié)構(gòu)的加工方法）或分散。原位聚合法是在聚合狀態(tài)下直接將填充物加到液態(tài)單體中。溶解法是將填充物加到使用諸如甲苯、氯仿、乙腈溶劑的聚合物溶液中，以使聚合物和填充物的分子結(jié)合到一起。

由于溶劑對環(huán)境有害，因此熔融捏合和原位聚合法是生產(chǎn)納米復(fù)合材料使用最廣泛的方法。

納米復(fù)合薄膜的優(yōu)勢

納米復(fù)合薄膜的優(yōu)勢數(shù)不勝數(shù)，在包裝行業(yè)應(yīng)用的可能性是無止境的。鑒于納米復(fù)合材料的生產(chǎn)采用的是分散模式，因此片晶極大地提高了下列性質(zhì)：

*氣體、氧氣、水等的阻隔性
*高機(jī)械強(qiáng)度
*耐熱性
*化學(xué)穩(wěn)定性
*重復(fù)利用性
*體積的穩(wěn)定性
*耐熱性
*良好的光學(xué)透明性（因為顆粒都是納米級的）

大部分使用納米復(fù)合材料包裝的消費產(chǎn)品都屬于飲料行業(yè)。很多不同種類的商業(yè)用塑料，柔性或硬性，都采用納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料來生產(chǎn)，包括聚丙烯、尼龍、聚乙烯對苯二甲酸酯和聚乙烯。