解析納米技術對包裝印刷業的影響與應用前景
2011-07-06 07:44 來源：第一印刷 責編：陳伊超
- 摘要：
- 隨著21世紀包裝對特種功能需求的增加，諸如防殉爆包裝、迷彩包裝、隱身包裝、防雷達包裝等要求的出現，促進了納米包裝技術的發展。由納米材料復合而成的納米包裝材料就成了我們所需要的一類高新材料，它不僅大大提高了原材料的性能并賦予新的功能，而且亦拓展了原材料的應用范圍和美好前景，亦節省了稀缺資源。
【CPP114】訊：隨著21世紀包裝對特種功能需求的增加，諸如防殉爆包裝、迷彩包裝、隱身包裝、防雷達包裝等要求的出現，促進了納米包裝技術的發展。由納米材料復合而成的納米包裝材料就成了我們所需要的一類高新材料，它不僅大大提高了原材料的性能并賦予新的功能，而且亦拓展了原材料的應用范圍和美好前景，亦節省了稀缺資源。世界上每年消耗的包裝材料用去大量的資源，為此，提高包裝材料性能的同時，努力尋求降低材料消耗和減少加工成本，始終是包裝印刷制造行業追求的目標。
�。ㄒ唬�、納米包裝材料，納米包裝材料指分散相尺寸為1~100nm粉體與其他包裝材料合成或添加，或對傳統包裝材料進行納米化改性后制成的新型包裝材料，也指納米材料中可用于包裝產品的部分，它們可分別稱為納米復合包裝材料、納米改性包裝材料和純納米化包裝材料。就是用晶粒尺寸為1-100（nm）的單晶體或多晶體材料與其他包裝材料復合制成的納米復合包裝材料。由于納米級晶粒比常規材料的晶粒細小，因而其晶界上的原子數多于晶粒內部的原子數，形成濃度晶界，從而賦予納米材料以許多不同常規材料的特殊性能，諸如高強度、高硬度、高電阻率、高韌性、高阻隔性、高降解、高抗菌能力，低熱導率、低彈性模量、低密度等等。這些固有的特性決定了它將有著十分廣泛的應用前景。
納米材料具有與傳統包裝材料明顯不同的特征，是早期納米技術在包裝工業中最先突破和最有前景的領域。研究人員發現，在某種條件下，具有不同甚至是相反的理化性質的納米相區，可以實現相互間的協同作用。也就是說，利用特殊的納米技術對傳統的材料進行處理，形成相互交錯混雜的具有相反特性的二維納米相區。使原來無法兼容的特性，通過它們的相互協同作用表現出來。在傳統相圖中根本不共溶的2種元素或化合物，在納米狀態則可形成共溶體，制造成新材料或復合材料，為此，納米體系大大豐富了21世紀包裝印刷材料的改造和制造出新型的包裝材料的應用研究范圍。
納米技術在材料和制造方面的應用包括：使用同時具有染料和顏料最好性能的納米粒子，提高彩色印刷水平；納米材料的顏色隨粒徑尺寸不同而改變，粒徑越小，則顏色越深，為此，可選擇體積適當且粒徑均勻的納米材料制備各種顏色的印刷油墨，以代替傳統的化學顏料配色工藝，納米級活性碳酸鈣可用于高檔油墨，可以提高油墨隨著力，適于高速印刷；將納米尺度粘接和涂覆的碳化物材料和納米涂層用于切割工具及電子、化工等方面；建立納米測量新標準；在芯片上進行具有較高復雜性和功能化的納米加工等。
�。ǘ⒃趥鹘y的包裝印刷行業中，可以預見納米技術將會有廣泛的應用。
出現新材料的印刷。當采取某種特殊的表面加工處理后，在介質上能形成交錯混合的兩種性質不同的二維表面，而每個相面的表面積，以及兩相構造的“界面”在納米尺寸存在時，就會是超親水性和超親油性界面。可以想象，今后的印刷品的分辨率將會更高。
由于印版的發展，對油墨的要求也必然會相應提高。目前，用直流電弧等離子方法生產超細金屬材料“納米金屬微粉”的技術已經實現，納米材料工程從金屬、半導體領域發展到紛繁多樣的有機領域是一個必然的趨勢。當建立了超細材料的有效制備方法，并解決了有機材料中普遍存在的穩定性問題后，油墨的性能必定會有一個飛躍。
包裝印刷材料主要是指PS板、紙張、油墨。由于納米技術的特性，將極大地改變它們的印刷適性，更好地與印刷條件相匹配。眾所周知，PS板的最佳粗糙度范圍是450-650（nm）�？梢韵胂蠹{米技術對PS版的性能影響是多大。印刷存在的耐印力不高，粗糙度不勻不細、感光液的性能等問題都隨著納米技術的應用迎刃而解。納米科技是“創造”高性能、高效比、高功能等新包裝的最新技術，因此納米復合包材有著強勁的發展動力和廣闊的應用前景。例如在高分子聚合物中加入10%的納米（熱致液晶聚合物）就會使材料的拉伸強度提高到476Mpa，從而大大拓展包裝材料的用途。
�。ㄈ�、在納米尺度上，通過精確地控制尺寸和成分來合成材料單元，制備更輕、更強和可設計的材料，同時具有長壽命和低維修的特點。以新的原理和新結構在納米層次上構筑物性的材料或自然界不存在的材料，實現材料破壞過程中納米級損傷的修復。國外現今用于包裝的新型高分子納米復合包裝材料已有多種，國內也在積極研制。由于納米對包裝材料的改進，從而必然帶來包裝印刷工藝和技術的變革。
目前納米技術已經滲透到某些傳統產業中，如染料、涂料、食品、印刷材料、包裝材料等。通過對納米材料的研究，在化纖制品中加入納米微粒，可以除味，殺菌，通過納米技術的運用，使涂層材料的耐洗刷性由原來的1000多次提高到1萬多次，老化時間也延長了兩倍多。這種對傳統材料進行納米改性的技術，企業應用的投入不大，而且市場前景廣闊。
（四）、納米對包裝印刷機械設備的影響印刷機的供墨系統是保證正常印刷的重要部件。墨輥作用是向印版表面傳遞油墨。因此，墨輥材料的選擇對印刷質量的影響是十分重要的。利用納米材料可以改變墨輥的彈塑性、耐油性、耐酸性、耐溶劑性、抗衰老化性和親墨性、傳遞性、耐磨性，進而來穩定印刷傳遞條件。同樣利用納米材料可以提高印刷橡皮布質量，進而來穩定印刷的壓印條件，提高印刷質量。納米技術在傳動上也將得到應用，如極小的微電機系統（MEMS），微電子系統能在一個硅晶片上放置100萬個微型機器，每臺機器都有電子控制系統。印刷機上安裝了那么細的傳感器--傳動裝置，這種裝置，就可以十分精確地對壓力、速度、位置等進行調控。印刷設備的主要問題是機械精度問題。機械精度的問題一是在制造過程中由于制造技術水平而產生的固有缺陷；二是在印刷生產過程中由于機械磨損而產生的。印刷設備中易磨損的主要部件有：齒輪、凸輪、滾筒的軸頸與軸套（或偏心套）等部件。隨著納米技術的運用，可以大幅度提高這些關鍵部件的精度和耐磨損程度，降低維修成本，提高印刷產品的印刷質量。
�。ㄎ澹┚桶b領域而言，近幾年，國外研究最多的納米復合材料是聚合物基納米復合材料（PNMC，即PolymericNano-MeteredComposites的簡寫）常用的聚合物有PA、PP、PVC、PET、LCP等。常用的納米材料有金屬、無機物聚合物等無機系和有機系成分。高分子納米復合材料包括分子復合材料體系和無機超微粒子復合體系二大類，前者是把剛性高分子如LCP以分子水平（10納米數量級）分散在柔性高分子集體中，后者是把無機超微粒子以單層片狀或層狀形態分散在柔性高分子基體中。最終制成納米復合包裝材料。納米復合塑料包裝的可塑性、耐磨性、硬度、強度都有明顯的提高和增強。
無疑通過納米技術，我們可以開發出納米包裝系統。進入納米技術領域后，把微米級的各種不同類型的添加劑制成納米級的產品，就會使傳統的包裝印刷產品更新換代。同時，納米技術產業將通過納米粉末和薄膜的制造和應用，把精密制造技術推廣到整個包裝印刷產業中去。
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�。ㄒ唬�、納米包裝材料，納米包裝材料指分散相尺寸為1~100nm粉體與其他包裝材料合成或添加，或對傳統包裝材料進行納米化改性后制成的新型包裝材料，也指納米材料中可用于包裝產品的部分，它們可分別稱為納米復合包裝材料、納米改性包裝材料和純納米化包裝材料。就是用晶粒尺寸為1-100（nm）的單晶體或多晶體材料與其他包裝材料復合制成的納米復合包裝材料。由于納米級晶粒比常規材料的晶粒細小，因而其晶界上的原子數多于晶粒內部的原子數，形成濃度晶界，從而賦予納米材料以許多不同常規材料的特殊性能，諸如高強度、高硬度、高電阻率、高韌性、高阻隔性、高降解、高抗菌能力，低熱導率、低彈性模量、低密度等等。這些固有的特性決定了它將有著十分廣泛的應用前景。
納米材料具有與傳統包裝材料明顯不同的特征，是早期納米技術在包裝工業中最先突破和最有前景的領域。研究人員發現，在某種條件下，具有不同甚至是相反的理化性質的納米相區，可以實現相互間的協同作用。也就是說，利用特殊的納米技術對傳統的材料進行處理，形成相互交錯混雜的具有相反特性的二維納米相區。使原來無法兼容的特性，通過它們的相互協同作用表現出來。在傳統相圖中根本不共溶的2種元素或化合物，在納米狀態則可形成共溶體，制造成新材料或復合材料，為此，納米體系大大豐富了21世紀包裝印刷材料的改造和制造出新型的包裝材料的應用研究范圍。
納米技術在材料和制造方面的應用包括：使用同時具有染料和顏料最好性能的納米粒子，提高彩色印刷水平；納米材料的顏色隨粒徑尺寸不同而改變，粒徑越小，則顏色越深，為此，可選擇體積適當且粒徑均勻的納米材料制備各種顏色的印刷油墨，以代替傳統的化學顏料配色工藝，納米級活性碳酸鈣可用于高檔油墨，可以提高油墨隨著力，適于高速印刷；將納米尺度粘接和涂覆的碳化物材料和納米涂層用于切割工具及電子、化工等方面；建立納米測量新標準；在芯片上進行具有較高復雜性和功能化的納米加工等。
�。ǘ⒃趥鹘y的包裝印刷行業中，可以預見納米技術將會有廣泛的應用。
出現新材料的印刷。當采取某種特殊的表面加工處理后，在介質上能形成交錯混合的兩種性質不同的二維表面，而每個相面的表面積，以及兩相構造的“界面”在納米尺寸存在時，就會是超親水性和超親油性界面。可以想象，今后的印刷品的分辨率將會更高。
由于印版的發展，對油墨的要求也必然會相應提高。目前，用直流電弧等離子方法生產超細金屬材料“納米金屬微粉”的技術已經實現，納米材料工程從金屬、半導體領域發展到紛繁多樣的有機領域是一個必然的趨勢。當建立了超細材料的有效制備方法，并解決了有機材料中普遍存在的穩定性問題后，油墨的性能必定會有一個飛躍。
包裝印刷材料主要是指PS板、紙張、油墨。由于納米技術的特性，將極大地改變它們的印刷適性，更好地與印刷條件相匹配。眾所周知，PS板的最佳粗糙度范圍是450-650（nm）�？梢韵胂蠹{米技術對PS版的性能影響是多大。印刷存在的耐印力不高，粗糙度不勻不細、感光液的性能等問題都隨著納米技術的應用迎刃而解。納米科技是“創造”高性能、高效比、高功能等新包裝的最新技術，因此納米復合包材有著強勁的發展動力和廣闊的應用前景。例如在高分子聚合物中加入10%的納米（熱致液晶聚合物）就會使材料的拉伸強度提高到476Mpa，從而大大拓展包裝材料的用途。
�。ㄈ�、在納米尺度上，通過精確地控制尺寸和成分來合成材料單元，制備更輕、更強和可設計的材料，同時具有長壽命和低維修的特點。以新的原理和新結構在納米層次上構筑物性的材料或自然界不存在的材料，實現材料破壞過程中納米級損傷的修復。國外現今用于包裝的新型高分子納米復合包裝材料已有多種，國內也在積極研制。由于納米對包裝材料的改進，從而必然帶來包裝印刷工藝和技術的變革。
目前納米技術已經滲透到某些傳統產業中，如染料、涂料、食品、印刷材料、包裝材料等。通過對納米材料的研究，在化纖制品中加入納米微粒，可以除味，殺菌，通過納米技術的運用，使涂層材料的耐洗刷性由原來的1000多次提高到1萬多次，老化時間也延長了兩倍多。這種對傳統材料進行納米改性的技術，企業應用的投入不大，而且市場前景廣闊。
（四）、納米對包裝印刷機械設備的影響印刷機的供墨系統是保證正常印刷的重要部件。墨輥作用是向印版表面傳遞油墨。因此，墨輥材料的選擇對印刷質量的影響是十分重要的。利用納米材料可以改變墨輥的彈塑性、耐油性、耐酸性、耐溶劑性、抗衰老化性和親墨性、傳遞性、耐磨性，進而來穩定印刷傳遞條件。同樣利用納米材料可以提高印刷橡皮布質量，進而來穩定印刷的壓印條件，提高印刷質量。納米技術在傳動上也將得到應用，如極小的微電機系統（MEMS），微電子系統能在一個硅晶片上放置100萬個微型機器，每臺機器都有電子控制系統。印刷機上安裝了那么細的傳感器--傳動裝置，這種裝置，就可以十分精確地對壓力、速度、位置等進行調控。印刷設備的主要問題是機械精度問題。機械精度的問題一是在制造過程中由于制造技術水平而產生的固有缺陷；二是在印刷生產過程中由于機械磨損而產生的。印刷設備中易磨損的主要部件有：齒輪、凸輪、滾筒的軸頸與軸套（或偏心套）等部件。隨著納米技術的運用，可以大幅度提高這些關鍵部件的精度和耐磨損程度，降低維修成本，提高印刷產品的印刷質量。
�。ㄎ澹┚桶b領域而言，近幾年，國外研究最多的納米復合材料是聚合物基納米復合材料（PNMC，即PolymericNano-MeteredComposites的簡寫）常用的聚合物有PA、PP、PVC、PET、LCP等。常用的納米材料有金屬、無機物聚合物等無機系和有機系成分。高分子納米復合材料包括分子復合材料體系和無機超微粒子復合體系二大類，前者是把剛性高分子如LCP以分子水平（10納米數量級）分散在柔性高分子集體中，后者是把無機超微粒子以單層片狀或層狀形態分散在柔性高分子基體中。最終制成納米復合包裝材料。納米復合塑料包裝的可塑性、耐磨性、硬度、強度都有明顯的提高和增強。
無疑通過納米技術，我們可以開發出納米包裝系統。進入納米技術領域后，把微米級的各種不同類型的添加劑制成納米級的產品，就會使傳統的包裝印刷產品更新換代。同時，納米技術產業將通過納米粉末和薄膜的制造和應用，把精密制造技術推廣到整個包裝印刷產業中去。
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