納米復合材料已儼然成為了未來柔性包裝的發(fā)展重點，因此受到的關注也越來越多，由于用這種技術生產(chǎn)出來的材料的阻隔性、機械性能更強，重量更輕，所以全球納米材料的市場正在不斷擴張，預計到2008年全球納米技術的市場有望增長到2.5億美元，屆時每年的增長速度預期會到18%~25%。

38億美元的全球柔性包裝市場，近年來發(fā)展迅速。每年對柔性包裝的需求平均都以3.5%的速度增長，因此柔性材料需要滿足并超過客戶的高期望值以及解決供應鏈的壓力。供應商之間的競爭不斷加劇，同時政府的規(guī)定也導致因薄膜行業(yè)的變革而使產(chǎn)品和包裝的性能以及全球對包裝廢物的關注程度不斷提高。

其中的一個創(chuàng)新就是未來柔性包裝發(fā)展的重點，聚合物納米復合技術。在2003年12月PD雜志的文章中，包裝行業(yè)專家AaronBrody博士說道：“在沒有使用令人心煩意亂的校準儀器的情況下，納米復合技術似乎能幫助軟包裝塑料行業(yè)解決超級阻隔特性這個一直以來困擾他們的難題—在玻璃和金屬行業(yè)同樣存在這個問題。”

納米材料受到廣泛關注

納米復合材料的定義是通過聚合物和納米粒子的結合來產(chǎn)生性能得到大幅提高的材料，納米技術從出現(xiàn)至今已經(jīng)有很多年的歷史，但直到最近才被用到主流的商業(yè)包裝應用中。（就納米材料而言，簡單說就是材料或參加化學反應的活性單體可以以納米級來衡量。以測量的公制系統(tǒng)來衡量，一個“納”等于十億分之一，因此，一納米就是十億分之一米。）

由于美國有超過400家研究中心和公司在研究納米技術，而且有34億美元的投入，因此美國在納米技術的研究方面一直處于領先地位。歐洲有17億美元的投入和175家公司以及組織在對納米技術進行研究，日本也有100多家公司投入納米技術的研究之中。到2008年，全球納米技術的市場有望增長到2.5億美元，屆時每年的增長速度預期會到18%~25%。

納米材料的構成

聚合物納米復合材料是將填充物分散到納米粒子之間形成一種片晶而構建成的。然后，這些小片晶就分散到聚合體的矩陣中，形成的若干平行層迫使氣體從聚合體中通過“曲折通道”逸出，針對氣體和水氣形成復雜的阻隔層。聚合體結構呈現(xiàn)地越曲折，阻隔性就越高。聚合薄膜的滲透系數(shù)（P）由兩個因素決定：擴散（D）和溶解度（S）系數(shù)，也就是P=DxS。

當有更多的納米粒子分散到聚合物中時，滲透性也會大大降低。根據(jù)美國陸軍的納提克士兵研究中心的研究表明，“聚合物中納米粒子的分散程度跟納米復合薄膜復合到那些純的聚合薄膜上時出現(xiàn)的機械和阻隔特性的改善程度相關。”

為了使薄膜得到最佳的性能，和傳統(tǒng)填充物的加入量相比納米粒子的量要少許多。通常，納米填充物的添加量不超過5%，這樣就可以極大地減少納米復合薄膜的重量。納米粒子的分散過程會致使材料產(chǎn)生很高的材料縱橫比和表面積，使填充了納米粒子的塑料的性能大大優(yōu)于填充傳統(tǒng)材料的塑料。

填充物種類

有不同種類的填充物可供使用。最普通的一種是被稱為高嶺土的納米黏土材料—單層的蒙脫石黏土。黏土在自然狀態(tài)中就有親水性，而聚合物也是親水的。為了使這兩者協(xié)調一致，必須對黏土的極性進行改良成為更加“有機”的物質。一種改良黏土的方法就是通過將有機銨陽離子（帶正電的離子）和黏土表面的無機陽離子進行交換。

其他的納米填充物包括碳納米管，片狀石墨和碳納米纖維。另外還有一些填充物正在進行調研中，例如，合成黏土、天然纖維（大麻、亞麻）以及POSS（納米復合光電薄膜）。碳納米管—比納米黏土填充物這種在自然界中易得到的材料的膨脹系數(shù)更高—能提供極好的導電性能和熱傳導性能。納米黏土的兩家主要供應商是SouthernClayProducts和Nanocor公司。

三種填充方式

通常有三種方法可以通過納米填充物增強聚合物的性能來生產(chǎn)納米復合材料：熔融捏合，原位聚合法和溶解法。將納米填充物填入聚合物中的熔融捏合或稱處理可以通過擠出機、注塑機或其他處理設備制造聚合物的時候同時進行。使用剪切力將聚合體顆粒和填充物（黏土）壓制到一起以幫助剝落（將顆粒分解成正確的形狀和層結構的加工方法）或分散。原位聚合法是在聚合狀態(tài)下直接將填充物加到液態(tài)單體中。溶解法是將填充物加到使用諸如甲苯、氯仿、乙腈溶劑的聚合物溶液中，以使聚合物和填充物的分子結合到一起。

由于溶劑對環(huán)境有害，因此熔融捏合和原位聚合法是生產(chǎn)納米復合材料使用最廣泛的方法。

納米復合薄膜的優(yōu)勢

納米復合薄膜的優(yōu)勢數(shù)不勝數(shù)，在包裝行業(yè)應用的可能性是無止境的。鑒于納米復合材料的生產(chǎn)采用的是分散模式，因此片晶極大地提高了下列性質：

*氣體、氧氣、水等的阻隔性
*高機械強度
*耐熱性
*化學穩(wěn)定性
*重復利用性
*體積的穩(wěn)定性
*耐熱性
*良好的光學透明性（因為顆粒都是納米級的）

大部分使用納米復合材料包裝的消費產(chǎn)品都屬于飲料行業(yè)。很多不同種類的商業(yè)用塑料，柔性或硬性，都采用納米復合結構的材料來生產(chǎn)，包括聚丙烯、尼龍、聚乙烯對苯二甲酸酯和聚乙烯。