维普资讯 http://www.cqvip.com 第１５卷第４期 北京印刷学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｉｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｃ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２００７年８月 Ａｕｇ．２００７ Ｖｏ１．１ ５ Ｎ ０．４ 纳米技术在包装印刷中的应用 陈希荣 （青岛市包装技术协会，青岛２６６５１０） 摘要：纳米技术是一项前沿科学技术。解读纳米包装的 定义、要素及研究对象，以及纳米包装印刷材料的主要制备 方法及纳米技术在包装印刷领域的应用与发展前景，从应 用的角度提出了纳米技术对改造传统的包装印刷的课题， 并就纳米技术在新型包装印刷材料领域应用研究的最新成 果进行了研讨，展望了纳米包装印刷材料产业化、商品化的 目标与发展前景。 关键词：纳米技术；制备方法；纳米包装；纳米包装材料；应 用前景 中图分类号：ＴＵ５９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—８６２６（２００７）０４—００１４一Ｏ６ Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｃｈｅｎ ｘｉ—ｒｏｎｇ （Ｑｉｎｇｄａｏ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ， Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５ １０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏ１ｏｇｙ ｉｓ ａｎ ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｃｉｅｎｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏ— ｇＹ．Ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ，ｅｓｓｅｎｔｉａｌｓ，ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ ｏｆ ｎａｎｏｐａｃｋａｇｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｓｕｍｍａｒｉｚｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｎａｎｏｐａｃｋａｇｉｎｇ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏ１ｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｐａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｍｅｌｉｏｒａｔｉｎｇ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏ１ｏｇｙ． Ｉｔ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ａｉｍ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｎａｎｏｐａｃｋａｇｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈａｔ ｂｅｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｍｎ— ｏｐａｃｋａｇｉｎｇ；ｎａｎｏｐａｃｋａｇｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｌ 纳米技术概述与发展态势 纳米技术是２１世纪最活跃的三大前沿研究领 域，将成为今后二三十年科学发展的主导技术，而 受到全世界的关注。美国科学技术委员会２０００年 收稿日期：２００７—０５—１１ ３月向美国提出报告，把启动纳米技术的计划 看作是下一次工业的核心，世界各先进国家也 都从未来发展战略的高度，重新布局纳米材料研 究，加强纳米技术的开发和应用。我国纳米材料的 研究已经具有很好的基础，一直受到国家的高度重 视和支持。 科学概念是科学家创造的术语，纳米概念是 １９５９年末，诺贝尔奖获得者理查德・弗曼在一次 题为《在物质底层有大量空间》的演讲中预言：“就 我所知，物理学的原理并没有否认一个个移动原子 的可能性”。这是最早具有现代纳米概念的思想。 可纳米物质却不是人类的新发明，纳米材料在自然 界早就存在。纳米世界的确是真实存在的物质层 次。纳米技术是用于处理纳米世界的技术。 纳米技术（Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）是一个含义极其 丰富的术语。它的基本涵义是在纳米（１０ ｍ） 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。这 意味着人们可以生产出极纯的材料、丰富多样的新 产品，并且能大大提高机器效率。纳米技术是指在 纳米尺度下对物质进行制备、研究与应用的一门综 合性的技术体系，其最终目的是操纵与控制原子、 分子制备成人工功能材料。纳米技术的广义范围 可包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米测量技 术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重 于材料生产（超微粉、镀膜等），性能检测技术（化学 组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热、及光学 等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量 柬加工等）及扫描探针技术。 纳米技术应用的最重要的领域，是制造具有特 异物理、化学性质的新型功能材料。最典型的应用 是将两种不同性质的材料制成纳米复合颗粒。欧 盟早在１９９５年就发表报告称：预测在今后２０年内 纳米技术的开发将仅次于芯片制造业。根据历史 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 陈希荣：纳米技术在包装印刷中的应用 １５ 经验和最新的科技发展，世界各国的很多科学家都 在纳米理论的指导下，１９９０年，日本宗部兴产 认定：纳米技术正昭示着产业的曙光，其影响 公司首先研制成功（可用于包装的）纳米复合包装 将与２０世纪后半叶微电子技术引发信息一 材料ＰＡ／Ｍｔ（蒙脱石约５％并进行工业规模生产）。样。纳米科学技术的发展有十分重要的意义。首 不久纳米液晶（ｎｍＬＣＰ）复合的ＰＥＴ聚酯材料在美 先它将改观人类传统的生产模式和空前地提高社 国问世，它的性能比层状复合包装材料优异，其包 会生产力，并有可能从根本上解决目前人类所面临 装应用指日可待 ］。 的环境污染、生态平衡破坏、原材料与能源消耗等 １９９０年，由日本合成企业（ＭＰ６１１，６２０）以合 诸多严重的问题，同时，纳米科技能够开发物质潜 成法制备环氧树脂／交联ＮＢＲ（一１０ ），产品具耐 在的信息和结构潜力，使单位体积物质储存和处理 信息的能力提高百万倍以上。因而它必然会成为 世界第二大制造业。纳米技术未来的应用远远超 过计算机工业。 纳米技术的研究和应用，意味着人们将可能从 原子、分子的水平上识别探测和控制物质，在纳米 尺度上研究原子、分子行为和相互作用的规律，使 人类认识自然、改造自然和应用自然的能力再一次 迎来一个惊人的飞跃。 本世纪的技术革新，很大程度上是靠弄清楚更 加微观的现象和据此发展操作技术来支撑的，但 是，基于宏观的角度，追求更加微观的世界，这种传 统的技术开发，在很多领域将遇到极限。如果没有 与传统根本不同的新发现，就无法登上新的台阶， 纳米技术就是发现这种效果与人工的独特的结构 技术，人们正是充分掌握和利用先进的现代科学技 术使对纳米技术的预言和研究成为可能。 ２纳米包装技术溯源 人工制备纳米材料的历史至少可以追溯到 １０００多年前，那时，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 雾制成炭黑作为墨的原料以及用于着色的染料，就 是最早的纳米材料。 由于科学技术的，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。纳米科学技术是研究０．１ ～１００ｎｍ范围（１肚ｍ一１０００ｎｍ）内的特殊现象。 洛依是２０世纪末期最著名的材料专家，专门 从事高新材料研究。１９８４年他首先提出纳米材料 新理论。他的纳米理论开创了包装材料的纳米新 时代——纳米包装。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。日本丰田研究所也应用 高新技术研究纳米包装材料。 冲击、耐热性、用作高性能粘接剂。１９９１年，Ａｍｏｃｏ 公司合成法，制成ＰＡ６／ＰＰＴＡ（５ Ａ０），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、ＴＬＣＰ— ＰＡ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年以来，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４０～６０ｎｍ，短轴为 １４～１６ｎｍ的纺锤状纳米Ｆｅ Ｏ。，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。 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，具有良好的前景。 维普资讯 http://www.cqvip.com １６ 北京印刷学院学报 纳米材料由于纳米级晶粒，高浓度晶界和晶界的原 改造，拓展了新型包装材料的应用研究范围。子状况三方共同造就了其性能优于’一般材料的 优点 脚。 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佳性能的纳米粒子，提高彩 在分子以上到微米以下或是在１～１００纳米量 色印刷水平；纳米材料的颜色随粒径尺寸不同而改 级尺度范围由研究应用所产生了纳米包装这一新 变，粒径越小，则颜色越深，为此，可选择体积适当 学科，它和其他的纳米学科一样，并不拘泥于尺寸 且粒径均匀的纳米材料制备各种颜色的印刷油墨，和尺度上的分界，而是着眼于小尺寸所引起的物质 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，可以提高油墨附着力，适于高 的变异行为和新的物性。 ３ 纳米技术对包装印刷业的影响与应用 前景 ３．１纳米包装印刷材料 纳米包装材料指分散相尺寸为１～ｌＯＯｎｍ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。就是用晶粒尺寸为１～ｌＯＯｎｍ的单晶体 或多晶体材料与其他包装材料复合制成的纳米复 合包装材料。由于纳米级晶粒比常规材料的晶粒 细小，因而其晶界上的原子数多于晶粒内部的原子 数，形成浓度晶界，从而赋予纳米材料以许多不同 于常规材料的特殊性能，诸如高强度、高硬度、高电 阻率、高韧性、高阻隔性、高降解、高抗菌能力、低热 导率、低弹性模量、低密度等等。这些固有的特性 决定了它将有着十分广阔的应用前景。 随着２１世纪包装对特种功能需求的增加，诸 如迷彩包装、隐身包装、防雷达包装等要求的出现， 促进了纳米包装技术的发展。由纳米材料复合而 成的纳米包装材料就成了我们所需要的一类高新 材料，它不仅大大提高了原材料的性能并赋予新的 功能，而且拓展了原材料的应用范围和美好前景， 亦节省了稀缺资源。 纳米材料具有与传统包装材料明显不同的特 征，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。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 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。 ３．２在传统的包装印刷行业中，纳米技术将会得 到广泛的应用 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”在纳米尺寸存在时，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，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 箭方法，并解决了有机材料中普遍存在的稳定性问 ，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。众所周知，ＰＳ版的最佳粗糙度范围 是４５０￣６５０ｎｍ。可以想象纳米技术对ＰＳ版的性 能影响是多大。印刷中存在的耐印力不高、粗糙度 不匀不细、感光液的性能等问题将随着纳米技术的 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１Ｏ 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 ］。 ３．３对传统包装材料的纳米改性 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。以新的原理和新 结构在纳米层次上构筑物性的材料或自然界不存 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 陈希荣：纳米技术在包装印刷中的应用 １７ 在的材料，实现材料破坏过程中纳米级损伤的修 柔性高分子集体中，后者是把无机超微粒子以单层 复。国外现今用于包装的新型高分子纳米复合包 片状或层状形态分散在柔性高分子基体中。最终 装材料已有多种，国内也在积极研制。由于纳米对 制成纳米复合包装材料。纳米复合塑料包装的可 通过纳米技术，我们可以开发出纳米包装印刷 包装材料的改进，从而必然带来包装印刷工艺和技 塑性、耐磨性、硬度、强度都有明显的提高和增强。 术的变革。 目前纳米技术已经渗透到某些传统产业中，如 系统。进入纳米技术领域后，把微米级的各种不同 染料、涂料、食品、印刷材料、包装材料等。通过对 类型的添加剂制成纳米级的产品，就会使传统的包 纳米材料的研究，在化纤制品中加入纳米微粒，可 装印刷产品更新换代。同时，纳米技术产业将通过 以除味、杀菌，运用纳米技术，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 。 ３．４纳米对包装印刷机械设备的影响 印刷机的供墨系统是保证正常印刷的重要部 件。墨辊的作用是向印版表面传递油墨。因此，墨 辊材料的选择对印刷质量的影响是十分重要的。 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，每台机 器都有电子控制系统。印刷机上安装了那么细的 传感器——传动装置，这种装置，就可以十分精确 地对压力、速度、位置等进行。印刷设备的主 要问题是机械精度问题。机械精度的问题一是在 制造过程中由于制造技术水平而产生的固有缺陷； 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。 ３．５纳米包装印刷系统 就包装领域而言，近几年，国外研究最多的纳 米复合材料是聚合物基纳米复合材料（ＰＮＭＣ，即 Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ．Ｎａｎｏ—Ｍｅｔｅｒｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ的简写）常用 的聚合物有ＰＡ、ＰＰ、ＰＶＣ、ＰＥＴ、ＬＣＰ等。常用的 纳米材料有金属、无机物聚合物等无机系和有机系 成分。高分子纳米复合材料包括分子复合材料体 系和无机超微粒子复合体系二大类，前者是把刚性 高分子如ＬＣＰ以分子水平（１０纳米数量级）分散在 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。 ４纳米包装的命题与范畴 ４．１ 从印刷术到纳米术 我国古代的四大发明中，除了火药源于古代的 炼丹术，其他三项发明都可归属为古代信息技术。 造纸术、印刷术是古代信息技术具有重大意义的突 破和伟大的成就之一，是文艺复兴时代到来的重要 前奏，被马克思称为“预告资产阶级社会到来的三 大发明”。著名科学家钱学森认为“纳米左右和纳 米以下的结构将是下一阶段科技发展的一个重点， 会是一次技术，从而将引起２１世纪又一次产 业”。有人预言：未来任何一次工业都将 与纳米技术有着密切的联系，纳米科技带来的是人 类社会的第五次产业。印刷从其发明之日起， 经历了５００多年的“铅与火”岁月，渡过了近百年的 “光与电”时光，现又进入了“数与网”的时代。２０ 年前，中国科学家带领中国印刷业告别铅与火，迎 来光与电，远程传版、彩色出版，推出了数码印刷系 统，告别了纸和笔，迎来了数字化与网络化。２０世 纪９０年代，高保真印刷已悄然向我们走来，它的网 点大约在１Ｏ～２０￣ｔｍ之间，这表明包装印刷的材料 离纳米层次已经不远了。 用纳米材料制造包装印刷材料或把纳米材料 添加到包装印刷材料中去，制成纳米油墨、纳米纸 张、纳米印刷机以及其他的各种纳米包装印刷辅助 材料，可以大大提高包装产品质量，或者产生有特 殊功能的印刷品，能给包装印刷行业带来继光与电 之后的又一次技术。 纳米世界中已经涌现出了两种打造纳米结构 的方法，“自上而下法”与“自下而上法”。到现在为 止，我们讨论过的所有各种刻印术都属于“自上而 下法”。“自下而上法”实际是一种分子构造术。 “自上而下”的方法采用了类似于雕刻的过程，所有 各种光学印刷术都属于这一类，从上到下的纳米制 维普资讯 http://www.cqvip.com １８ 北京印刷学院学报 造方法——如电子束印刷术，已经达到接近原子水 ５）纳米技术路线与纳米制造是实现纳米态的 平的精确度。在相当一段时间内，从上到下的方法 关键技术。其途径有两条：一是自上而上（Ｔｏｐ—ｏｍ—ｕｐ）的过程。 极有可能是建造真正复杂装置的首选方法。扫描 ｄｏｗｎ），另一条是自下而上（ｂｏｔｔ探针显微术在分辨本领、定位精度和可造性等重要 术可进行原子级印刷，可以认定，纳米术是印刷术 ６）纳米材料科学与纳米加工学是包装印刷术 ４．４纳米包装材料制备的关键技术 １）纳米材料的制备方法包括：物理法和化学 方面都能满足纳米印刷术的要求，用扫描探针显微 在纳米诸学科中关系最紧密的两个基础学科。扩散思维大显神通的结果。 纳米技术的研究和开发，形成了一个介于化 法。①物理制备方法主要涉及到蒸发、熔融、凝固、学、物理学、生物学和电子工程之间的新科技领域， 是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，是 现代科学和现代技术结合的产物，将使原有领域的 研究和应用发生性的变化，又将引发一系列新 的科学技术，几乎在当代科技的全部分支里都融合 了纳米技术。无疑，纳米包装印刷也概不能外。 ４．２纳米包装建立在纳米科学实践上 纳米（Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ，ｎｍ）是一种计量物质的长度 单位，为１０＿。。ｍ，用符号表示为ｎｍ，纳米等于十亿 分之一米，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， 物质的质量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。 ４．３纳米包装印刷术的理论基础 纳米包装印刷术是纳米技术与包装印刷科学 交叉与融合的一门新学科，它的理论基础是： １）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。 ２）纳米科技中功用性最强的研究领域有三类： ①纳米材料；②纳米器件；③纳米检测与表征。 ３）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０维 （纳米粉体）、一维（纳米纤维）、二维（纳米块状）、三 维（纳米块状固体材料）其中纳米粉体开发时间最 长，技术最成熟，是生产其他三类产品的基础体系， 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。 ４）纳米材料：将普通材料制成纳米量级后，出 现了特有的四大效应：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。纳米材料呈现出特殊性能：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。 形变和粒径缩减等物理变化过程，具体包括粉碎 法、凝聚法、离子溅射法、冷冻干燥法、电火花放电 法、爆炸烧结法等。②化学制备纳米微粒的过程通 常包含着基本的化学反应，在反应过程中物质之间 的原子进行组织排列，决定着物质的存在形态。化 学法主要有气相化学反应法、沉淀法、水热合成法， 喷雾热导法、溶胶一凝胶法、射线辐照法、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插入法（插层复合技术）。 ３）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纳米插层聚合；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；⑦树状高分 子；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。 ４．５关于纳米包装印刷的命题 １）纳米包装印刷的定义：尽管目前尚无纳米包 装印刷的准确定义，但从纳米科学的角度出发，纳 米包装是指使用纳米材料、纳米技术对包装印刷产 品进行纳米合成、纳米添加、纳米改性、使其具备纳 米结构、尺度、特异功能的包装印刷新物性的总称。 ２）纳米包装印刷具备的四个要素：纳米包装印 刷材料要素、纳米包装容器与印刷载体要素、纳米 包装印刷技术要素、纳米包装印刷信息要素。 ３）纳米包装印刷材料：分散相尺寸１～１００ｎｍ 纳米颗粒或晶体与其他包装印刷材料合成或添加 制成的纳米复合包装印刷材料的体系。 ４）纳米包装印刷的研究对象和任务：①纳米包 装印刷研究的内容是纳米包装印刷技术（制备方 法）、纳米包装材料、纳米包装结构、纳米包装机械、 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 陈希荣：纳米技术在包装印刷中的应用 １９ 纳米包装测试、纳米包装理论、纳米包装市场等。 纳米技术作为制造技术是非常容易理解的。所以，②研究纳米包装物在物流过程中的运动状态和规 纳米技术不仅仅只是提高质地的手段，而且可以作 律，纳米包装的物性功能变化的规律与制备技术； 为重要的制造技术，这也是今后企业发展的重要课 研究纳米包装印刷与多学科的关系，从而提出全新 题之一。从日本关西地区的成功企业来看，几乎都 的包装概念，改进和创造新的包装印刷技术、包装 与研究或使用纳米技术有关，所以对日本企业来 技术和装潢技术，缩短现有包装企业与纳米包装印 说，纳米技术的应用与否是使企业间产生差别的非 刷的工程化、产业化和商品化的进程。 常有效的手段。日本有位科学家甚至说：“今后与 ５纳米包装产业化的目标展望与趋势 纳米包装产业的重点是包装材料与包装技术。 在包装领域更多的是应用纳米技术，开发纳米包装 与纳米包装材料。就目前的情况而言，纳米技术在 包装中的研究及应用基本上还刚起步，然而，纳米 技术必将成为世界包装领域的“制高点”。环保、ＩＴ 技术与纳米技术相结合是本学科发展的动向。 和任何技术产生后一样，市场对纳米技术非常 关注，全球纳米技术营业额已经超过５００亿美 元／年，有关专家预测，到２０１０年，纳米技术市场容 量将超过１４４００亿美元，纳米产业将诞生下一个世 界首富。于细微处见神奇，知微见著的纳米科技将 彻底改变目前的产业结构，并孕育着巨大的商机。 根据斯坦福商业信息咨询公司的报告《纳米技术》， 到２０１０年，全世界纳米材料的市场规模预计将超 过２０００亿美元，很快就将展现给人们一个多梦的 时代 。 尽管科学界与企业界都做了大量努力，但两者 的接触渠道还不够通畅，企业界对纳米科技的认识 还有待逐步提高。纳米技术毕竟是高科技，在转化 到产业的过程中需要成熟的技术，对这些在材料合 成和材料添加方面的成熟的技术，要与企业工艺流 程相吻合，于是，一个新的产业——纳米产业已经 产生。 在制造行业里，有人把纳米称为“工业味精”， 因为，把纳米颗粒撒入许多传统材料中，可改进或 获得一系列的新功能，出现令人叫绝的旧貌换新 颜，这种改进并不见得昂贵，但却使产品更具市场 竞争力。要用纳米技术改变包装印刷企业的原有 产品和制造技术是非常不易的。实际上，作为制造 技术，纳米技术可以制造出出人意料、具有全新特 性、全新功能的产品。比如，以“白垩和贝壳”为例， 这两种东西质地相同，都是碳酸钙，但是在硬度上 一个脆，一个非常硬，具有完全不同的性质 ］。从 这种考虑出发，利用纳米技术的制造工艺，就有可 能提高它们的质地。根据自下而上的技术原则，以 纳米技术毫无关联的企业，必定会走向崩溃。”¨９Ｊ 我国加入ＷＴＯ，凡事预则立，不预则废。过去 我们包装工业的一些先进设备、先进材料、先进技 术，大多是依靠进口。纳米技术的出现，将为我国 的包装工业和技术创新带来机遇，我们必须加快技 术创新的进程，力争走在世界的前列，实现包装强 国的目标。 为了使我国包装界在２１世纪纳米技术产业化 占有一席之地，从前沿性、战略性、基础性来考虑， 当前继续做好基础研究与应用研究的衔接和成果 的转化，研究纳米合成、纳米添加对传统包装印刷 材料改性和技术改造，扩大纳米材料在包装印刷的 应用范围，提升高技术含量，抢占产业先机，实现跨 越式的发展。纳米包装印刷材料的改性更贴近于 应用，找到纳米技术的应用与现实技术体系结合， 找到结合得最好的纳米技术并尽快应用。很显然， 谁要在２１世纪站在世界最高新技术领域的前沿， 谁就应该在纳米科技领域领先一步。 参考文献： ［１］ 中国包装联合会、全国第二届纳米技术包装应用研讨会论文 集［ｃ］．北京：中国包装联合会，２００６． ［２］陈希荣、试论纳米技术在包装印刷领域的应用研究［Ｊ］．中国 包装，２００１（５）：６６—６８． ［３］ 陈希荣．新型包装材料中应用的纳米技术［Ｊ］．包装工程．２００３ （６）：４—８． ［４］韩景平．王渝珠．纳米包装技术新发展［Ｊ］．中国包装．２００１ （１）：ｌＯＯ—ｌＯ３． ［５］ 罗蕾．加工原子的技术一一纳米技术［Ｍ］．南昌：江西科学技 术出版社，２００２． ［６］张志琨，崔作林．纳米技术与纳米材料［Ｍ］．北京：国防工业出 版社，２０００． ［７］顾宁，付德刚，张海默．纳米技术与应用［Ｍ］＿上海：人民邮电 出版社，２００２． ［８］张立德，牟季美．纳米材料和纳米结构［Ｍ］．北京：科学出版 社，２００１． ［９］朱屯，王福明，王习东．国外纳米材料技术进展与应用［Ｍ］．北 京：化学工业出版社，２００２． （责任编辑：周 宇）
