纳米包装材料的制备方法及应用研究
2007-05-11 00:00:00.0 来源:互联网 责编:中华印刷包装网
摘要:揭示了纳米包装的定义、要素及研究对象,综述了纳米包装材料的主要制备方法,提出了纳米包装材料在包装印刷领域的应用与发展前景。
一、纳米技术概述:
纳米(nanometer,nm)是一种计量物质的长度单位,为10-9m,用符号表示为nm,纳米等于十亿分之一米,千分之一微米,大约是三四个原子的宽度。从微米科技到纳米科技,是科学发展的必然结果,但不是简单的延伸,在0.1纳米到100纳米之间度量单位上,物质的物理和结构特性都发生了从量变到质变的变化,纳米科学就是建立在这一微小度量区间的技术。
纳米技术(nanotecnnology)是一个含义极其丰富的术语。它的基本涵义是在纳米尺寸(10-10~10-7m)尺度空间内认识和改造自然,研究通过直接操作和安排原子、分子运动规律和特性,创造新物质。
二、纳米包装材料的发展简史:
人工制备纳米材料的历史至少可以追溯到1000多年前,如我国古代利用燃烧蜡烛的烟雾制成炭黑作为墨的原料以及用于作色的染料,就是最早的纳米材料。
1990年7月在美国巴尔的摩召开了国际第一届纳米科学技术学术会议,正式把纳米材料科学作为材料科学的一个新的分支公布于世。这标志着纳米材料学作为一个相对比较独立学科的诞生。此后,这种介于原子、分子和宏观物质之间的纳米技术研究便成为世界科技的热点。洛依是二十世纪末期最著名的材料专家,他的纳米理论开创了包装材料的纳米新时代——纳米包装。在纳米理论的指导下,1990年日本首先研究成功纳米复合包装材料PA6/Mt。不久纳米液晶(nmLCP)复合的PET聚酯材料在美国问世,它的性能比层状复全包装材料优异,其包装应用指日可待。
三、纳米结构与纳米材料的四大效应:
纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础,按一定规律构筑或营造一种新的体系,它包括一维、二维、三维体系。
纳米材料(nanomaterial)一般是指尺寸在1-100nm之间的料子,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,是一种典型的介观系统。将普通材料制成纳米量级后,纳米材料具有卓越的光、力、声、电、热、磁、投射、吸收等敏感的特殊功能,它就会出现极其特有的四大效应:①小尺寸效应或称体积效应;②表面效应与界面效应;③量子尺寸效应;④宏观量子隧道效应。由于以上四个效应,纳米材料呈现如下性能:①高强度和高韧性;②高热膨胀系数、高比热和低熔点;③异常的导电率和磁化率;④极强的吸波性;⑤高扩散性。
四、纳米材料的制备:
1、纳米材料制备方法:包括物理法和化学法。物理方法主要有蒸发冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法、电爆炸烧结法、等离子物理气相合成法、蒸气膨胀法、自由喷射膨胀法等。化学方法主要有气相化学法、沉淀法、自由喷射膨胀法等。化学方法主要有气相化学法、沉淀法、水热合成法、溶胶—凝胶法、溶剂蒸发法(喷雾法三种)、微乳液法、电解法、聚合物法、相转移法等。
2、纳米复合材料的制备方法:(1)高能球磨法;(2)燃烧合成法;(3)化学气相沉积法(CVD);(4)熔融共混法;(5)扦入法(扦层复合技术)。
3、采用直接合成纳米结构的方法是目前获得合成纳米材料的可行方法:(1)纳米扦层聚合;(2)相分离嵌段聚合物;(3)杂化材料;(4)组装合成纳米相;(5)仿丝成纤技术;(6)聚合反应合成超支化或树状高分子;(7)纺丝成纤技术;(8)生物体内组装纳米相结构物质(称仿生纳米合成)。
4、纳米材料的表面改性大致可分为六种:(1)表面覆盖改性(表面活动性剂覆盖改性);(2)高能量表面改性;(3)外层膜改性;(4)局部活性改性;(5)机械化学改性;(6)利用沉淀反应进行改性。
5、纳米技术必须具备二个条件:一是纳米尺寸,二是自然界里所没有的新物性。纳米计测技术归纳起来有以下四种技术手段:(1)扫描控针微技术;(2)光外差干涉技术;(3)X射线干涉显微技术;(4)基于F-D标准的微微技术。
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