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纳米复合包装材料（上）

一、前言

众所周知，纳米技术是国际上最近10年以来开发的一项高新技术，它在很多科学技术领域是都得到了极大的关注，其应用前景十分看好。尤其是纳米技术应用于材料工程领域，更是方兴未艾，成绩斐然。所谓特别是散布不均纳米材料，就是用晶粒尺寸为1~100纳米（1纳米=10的负9平方米）的晶体构成的材料，由于晶粒尺寸比常规材料的晶粒细微得多，因而在其晶界上原子数多于晶粒内部的原子数，这样就赋于纳米材料以许多特殊的优异性能。与常规材料相比，除了具有极佳的机械力学性能以外，纳米材料还呈现出更好的物化性能，包括光电性能，电磁性能和热学性能等。因此，工业界对此给予广泛的关注和重视。

同样，在包装界，对纳米包装材料的研究也受到了极大的注意，欧美日等国家都投入了大量人力物力进行研究和开发，并已取得了令人瞩目的成果。大家知道，无论是硬包装还是软包装，包装材料的阴隔性一直是一项重要性能，因为包装品的货架寿命（保质期）与此性能直接有关。为了提高包装材料（主要指聚合物）的阴隔性，多年以来已经对聚合物这种高分子结构的材料实施了很多改性研究、复合研究及加工过程的研究，取得了显著的在果。正是在大量研究基础上，现陶瓷板已在世界上开发出多达好几百种的塑料包装阻隔性并取得了相当广泛的应用。但是，要使这种材料的阻隔性达到玻璃容器或金属薄膜那样的水平，仍然还有着相当大的距离。当前，纳米技术的理论及应用研究的成果为进一步提高包装的阴隔性开辟了一条新途径。本文将介绍正在开发中的一类聚合物基纳米复合材料，其研究目标在于通过纳米技术使得包装材料在全面提高性能的同时使其阻隔性达到一个新水平。

二、基本原理

根据纳米技术基础理论可知，把纳米级尺度的微粒融入到智能仪表聚合物晶格阵内部，就能提高材料的强度、刚度和阻隔性等。同时，与常规的其他充填型聚合物相比，纳米材料的微粒充填量又是很少的。纳米量级的微粒子，例如，像胶岭土（montmorillonite clay）一类充填物，就能显著地降低基础材料的渗透性。其主要原因是基于这样的事实，即材料中充填了板状硅酸脂层阻碍了在材料扩散通道中散布分子的流动能力，由此提高材料的阻隔性。这种聚合物一粘土型纳米复合材料而言，粘土具有良好的机械性能和热稳定性，而有机化合物则具有良好的工艺加工性。

属于自然状态的硅酸脂层基团近晶状粘土，其俗称是“膨胀土”（swelling clay）”,因为，其结构具有吸水离子和其他极性离子的能力。胶岭土材料是由两个四面体形硅片层融合到一个边缘相联的八面体形成了层融合到一个边缘相联的八面体形铝片层的重迭层所组成。此重迭层被弱偶极性和塑氏力所分离，形成了中间层或长通道。在胶岭土中，八面体形侧面主要充填有铝离子，但是有些侧面则充填着镁离子或其他元素。由于八面体形侧面存在镁离子，所以整个负电荷需要由钠离子或钙离子等到少量中间层阳离子来平衡，由这些中间层阳离子充满着车身用铝有望迎来快速发展期整个中间层的空间。这机器人产业健康快速发展就是胶岭粘土材料所形成纳米微粒的结构状态。

亲水硅酸脂和通常不亲水聚合物之间缺乏亲合力，这就难于得到均匀的混合。天然胶岭土是一种亲水材料，与大多数有机高分子材料不相容。通过利用有机阳离子替代中间层分子的胶岭上。这种离子与磷离子的交叉反应可以形成亲有机物的表面。乙醇铵还能提供可与聚合物发生反应的功能基材，并改善了聚合物与粘土材料之间界面的成型鞋底结合。

纳米复合聚合材料的结构可能分为两类：夹层型和片层型。在前者，通过把单一伸展的高分子链插入硅酸脂各基层中间即可获得排列整齐的多层相夹结构的复合材料。在片层型或分层型复合材料中，各层之间迭合是可分开的，并且单一硅酸脂料中，各层之间迭合是可分开的，并且单一硅酸脂层在聚合物基体内的合成方法有两个。一个方法就是经过现场聚合反应，其中包括聚合反应时紧接着单聚合物的添加；加一种方法则是通过溶液添加聚合物。聚合物添加也可以使用下述办法达到，即通过在高于聚合物添加也可以使用下述办法达到，即通过在高于聚合物玻璃态温度条件下缓慢冷却聚合物和纳米微粒的混合体，形成聚合物分子链后在其材料熔融状态中扩散并融入到硅酸脂层面之间通道中。聚合物一硅酸盐纳米复合材料可以由多种聚合物材料来制造，例如，聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙），地毯机环氧树脂和有机玻璃等。（未完待续）