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当纳米技术与包装印刷二

发布时间:2021-09-10 14:34:20 阅读: 来源:堆积门厂家
当纳米技术与包装印刷二

纳米技术与包装印刷(二)

三、纳米包装印刷技术溯源

1000多年前,我们的祖先就有了制造和使用纳米材料的历史。如我国古代利用燃烧蜡烛的烟雾制成炭黑,作CRBard(美国)为墨的原料以及用于作色的染料,就是最早的纳米材料。

由于科学技术的限制,近世纪实用的超细材料一般由微米级构成。当超细材料达到纳米状态时,它将呈现新的特异功能。

洛依(Rustun Roy)是二十世纪末期最著名的材料专家,专门从事高新材料研究。1984年洛依首先提出纳米材料新理论,开创了包装材料的纳米新时代。1989年,美国IBM公司率先用隧道扫描显微镜(STM)探针“移植”氙原子,将其拼成IBM公司的标识,成功地实现了世界上最小的纳米级商标图案。日本丰田中央研究所应用高新技术研究纳米包装材料。

在纳米理论的指导下,1990年日本宗部兴产公司首先研制成功纳米复合包装材料PA/Mt(5%)并进行工业规模生产。不久纳米液晶(nmLCP)复合的PET聚酯材料在美国问世,它的性能比层状复合包装材料优异,其包装应用指日可待。

1990年,由日本合成企业以合成法制备环氧树脂/交联NBR(-10%),产品具耐冲击、耐热性、用作高性能粘接剂。1991年,Amoco公司用合成法制成PA6/PPTA(5%),PPTA(5%),作为高强度包装材料。1991年至1993年间,日本以合成法制备EPR(30%)即共聚物(60%)/PE/滑石粉(10%),在导弹包装上应用,Hocnse使用熔融共混法,制备TLCP/PA12、TLCP/PEEK、TLCPPA 用于军品包装。还用同一方法,生产TLCP/PL其双轴取向膜用于食品包装。1994年,国际标准化组织ISO开始制订降解塑料(包装)材料标准。美国开发成功PET/LCP纳米复合包装新材料,商品名为Vectra。1995年,欧盟将“纳米新材料”列入“第二大制造业”。美国Amoco公司开始工业化生产PEN聚酯新包材。1996年,日本一家公司采用直接分散法,制成PE等/超微粒子(碳黑)应用于军品包装、防电磁包装。还用同一方法,制备PP等/Tio2(3.5W%),用于防紫外包装。

综观国外,在1996年前,已经有众多与包装有关的高分子复合材料实现了商品化和产业化。1996年来,我国中科院化学所应用天然丰产的蒙脱土层状硅酸盐作为无机分散相,发明了一步法制备PA6纳米塑料(nC—PA6)、PET纳米塑料(nc-PET)。

2000年,我国研制成功有机纳米功能材料20纳米活性有机高分子,可望用于导电包装、隐身包装等高功能特殊包装。事实上,我国在20世纪80年代就有人研究开发出了长轴40nm-60nm,短轴为14nm-16nm的纺锤状纳米Fe2O3,其具有透明、耐候、屏蔽紫外线等特点,应用于造币油墨,以提高其耐沾污性;用于金属闪光漆,明显提高涂膜的随角异色性。

纳米包装印刷和其他的纳米学科一样,并不拘泥于尺寸和尺度上的分界,而是着眼于小尺寸所引起的物质的变异行为和新的物性。

自1981年Gleiter等人率先制得纳米材料以来,经过20多年的发展,纳米材料有了长足的进步。如今纳米材料种类较多,在包装领域的应用,例如纳米高阻隔密封包装材料、纳米防静电包装材料既有比原材料好的高性能,又可以在常规下进行加工,还具有高的表面光泽度。纳米材料由于纳米级晶粒、高浓度晶界和晶界的原子状况三方共同造就了其性能优于一般材料的优点。

四、纳米技术对包装印刷业带来的影响

(一)、纳米包装材料

纳米包装材料指分散相尺寸为1~100nm粉体与其他包装材料合成或添加,或对传统包装材料进行纳米化改性后制成的新型包装材料,也指纳米材料中可用于包装产品的部分,它们可分别称为纳米复合包装材料、纳米改性包装材料和纯纳米化包装材料。纳米材料是早期纳米技术在包装工业中最先突破和最有前景的领域。纳米材料具有与传统包装材料明显不同的特征。研究人员发现,在某种条件下,具有不同甚至是相反的理化性质的纳米相区,可以实现相互间的协同作用。也就是说,利用特殊的纳米技术对传统的材料进行处理,形成相互交错混杂的具有相反特性的二维纳米相区,使原来无法兼容的特性,通过它们的相互协同作用表现出来。在传统相图中根本不共溶的2种元素或化合物,在纳米状态则可形成共溶体,制造成新材料或复合材料,为此,纳米体系大大丰富了21世纪包装印刷材料的改造和制造出新型的包装材料的应用研究范围。

纳米技术在材料和制造方面的应用包括:使用同时具有染料和颜料最好性能的纳米粒子,提高彩色印刷水平;纳米材料的颜色随粒径尺寸不同而改变,粒径越小,则颜色越深,为此,可选择体积适当且粒径均匀的纳米材料制备各种颜色的印刷油墨,以代替传统的化学颜料配色工艺。纳米级活性碳酸钙可用于高档油墨,可以提高油墨随着力,适于高速印刷;将纳米尺度粘接和涂覆的碳化物材料和纳米涂层用于切割工具及电子、化工等方面;建立纳米测量新标准;在芯片上进行具有较高复杂性和功能化的纳米加工等。

(二)、在传统的印刷行业中,可以预见纳米技术将会有广泛的应用

出现新材料的印刷。当采取某种特殊的表面加工处理后,在介质上能形成交错混合的两种性质不同的二维表面,而每个相面的表面积,以及两相构造的“界面”就会是超亲水性和超亲油性界面。可以想象,今后的印刷品的分辨率将会更高。

由于印版的发展,对油墨的要求也必然会相应提高。目前,用直流电弧等离子方法生产超细金属材料“纳米金属微粉”的技术已经实现。但随着数量增加纳米材料工程从金属、半导体领域发展到纷繁多样的有机领域是一个必然的趋势。当建立了超细材料的有效制备方法,并解决了有机材料中普遍存在的稳定性问题后,油墨的性能必定会有一个飞跃。包装印刷材料主要是指PS版、纸张、油墨。由于纳米技术的特性,将极大地改变它们的印刷适性,更好地与印刷条件相匹配。印刷存在的耐印力不高,粗糙度不匀不细、感光液的性能等问题都随着纳米技术的应用迎刃而解。纳米科技是“创造”高性能、高效比、高功能等新包装的最新技术,因此纳米复合包材有着强劲的发展动力和广阔的应用前景。例如在高分子聚合物中加入10%的纳米(热致液晶聚合物)就会使材料的拉伸强度提高到476Mpa,从而大大拓展包装材料的用途。

(三)、在纳米尺度上,通过精确地控制尺寸和成分来合成材料单元,制备更轻、更强和可设计的材料,同时具有长寿命和低维修的特点

以新的原理和结构在纳米层次上构筑物性质的材料或自然界不存在的材料,实现材料破坏过程中纳米级损伤的修复。国外现今用于包装的新型高分子纳米复合包装材料已有多种,国内也在积极研制。纳米对包装材料的改进,必然带来包装印刷工艺和技术的变革。

目前纳米技术已经渗透到某些传统产业中,如染料、涂料、食品、印刷材料、包装材料等。通过对纳米材料的研究,在化纤制品中加入纳米微粒,可以除味,杀菌,通过纳米技术的运用,使涂层材料的耐洗刷性由原来的1000多次提高到1万多次,老化时间也延长了两倍多。这种对传统材料进行纳米改性的技术,企业应用的投入不大,而且市场前景广阔。

(四)、纳米对包装印刷设备的影响

印刷机的供墨系统是保证正常印刷的重要部件。墨辊作用是向印版表面传递油墨,墨辊材料对印刷质量的影响十分重要。利用纳米材料可以改变墨辊的弹塑性、耐油性、耐酸性、耐溶剂性、抗衰老化性和亲墨性、传递性、耐磨性,进而来稳定印刷传递条件。同样,利用纳米材料可以提高印刷橡皮布质量,进而来稳定印刷的压印条件,提高印刷质量。纳米技术在传动上也将得到应用。如极小的微电机系统(MEMS)。微电子系统能在一个硅晶片上放置100万个微型机器,每台试样的放置方向必须与夹具平行机器都有电子控制系统。美国德克萨斯公司已使用MEMS技术开发显示视频图像的芯片。印刷机上安装了那么细的传感器——传动装置,这种装置可以十分精确地对压力、速度、位置等进行调控。印刷设备的主要问题是机械精度问题。机械精度问题的产生,一是由于在制造过程中制造技术水平的局限而产生的,二是在印刷生产过程中由于机械磨损而产生的。印刷设备中易磨损的主要部件有:齿轮、凸轮、滚筒的轴颈与轴套(或偏心套)等部件。随着纳米技术的运用,可以大幅度提高这些关键部件的精度和耐磨损程度,降低维修成本,提高印刷产品的印刷质量。

通过纳米技术,我们可以开发出纳米包装系统。进入纳米技术领域后,把微米级的各种不同类型的添加剂制成纳米级的产品,就会使传统的包装印刷产品更新换代。同时,纳米技术产业将通过纳米粉末和薄膜的制造和应用,把精密制造技术推广到整个包装印刷产业中去。

(待续)

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