PE/无机纳米包装材料是指无机填充物以纳米尺寸分散在PE基体中形成的复合包装材料。纳米粒子的加入不仅可以提高包装材料的强度和韧性，还能改善其阻隔和抗菌性等特殊性能，这对于更好地维护产品质量，延长内装物的货架期有着关键的作用，同时也为探究PE材料的高性能化与多功能化提供了新的研究方向。
图表：无纳米材料
图表来源：公开资料整理
一、PE/无机纳米包装材料
1、无机纳米粒子种类
根据结构的不同，可将无机纳米粒子分为两类：一类是刚性纳米粒子，包括SiO2、TiO2和ZnO等。其结构可近似看作球状，普遍能改善复合材料的强度性能，其中具有特别催化作用的种类可赋予材料良好的抗菌性和环境性能。另一类是层状纳米粒子，如蒙脱土、水滑石、高岭土等。其主要对材料的阻隔性、韧性等产生影响。
2、纳米粒子表面改性
纳米粒子因具有极高的表面能而极易团聚，需通过表面改性以改善其在基体中的分散状态，以此获得高性能的复合材料。常用的纳米粒子改性方法有化学法、高能法和机械法，其中化学法的应用最为广泛。其是通过使表面处理剂吸附在纳米粒子表面或在其表面发生化学反应形成包膜，使其表面活化从而改善表面性能，主要包括偶联剂法，表面接枝法和酯化反应法。
3、PE/无机纳米材料的制备
PE/无机纳米材料的制备原理是利用高分子的复合稳定作用将纳米粒子分散于基体中。目前常用于制备PE/无机纳米材料的方法有机械共混法、插层复合法和溶胶-凝胶法。机械共混法适用于刚性纳米粒子复合材料的制备，是将纳米粒子制成母粒与树脂基体共混来制备纳米复合材料。插层复合法适用于层状纳米粒子复合材料的制备，可分为聚合物熔体插层复合法和单体插层原位聚合法。溶胶-凝胶法是通过化学键将有机组分与无机组分相连，得到均匀的聚合物材料，该方法允许掺杂大剂量的纳米粒子。
二、PE/无机纳米包装材料的性能研究
1、强度性能
无机刚性纳米粒子对基体树脂的增强、增韧效果非常明显。张彦奇等采用熔融共混法制备了LLDPE/SiO2复合材料，纳米粉体含量为2.9%时材料具有优越的拉伸和冲击强度。戴欣等进行了纳米CaCO3对PE材料增强增韧的研究，制备了力学性能良好的复合材料。张雪茜等研究表明纳米ZnO和可大幅提高LDPE的强度性能。
层状纳米粒子方面，邓涛采用熔融插层法，刘钦甫通过原位聚合法制备了PE/蒙脱土纳米复合材料，结果表明在纳米粒子添加较少时，材料的力学性能即能得到显著提高。
2、抗菌保鲜性能
根据杀菌机理不同，PE/无机纳米包装材料可分为两类。第一类是离子溶出杀菌，其是利用金属离子与微生物中的DNA或酶的巯基结合，破坏细胞分裂增殖从而达到杀菌效果。日本开发的银沸石纳米抗菌母料和瑞士CIBA公司推出的银系纳米抗菌剂，其添加至PE制品中可起到良好的抗菌效果。国内张瑶、周玲等研制的含银纳米PE包装容器，可有效延长杨梅和苹果的货架期。
第二类是光催化杀菌，材料在光照条件下产生的活性基团可破坏有机分子中的不饱和键并不加选择地降解有机物，破坏细胞生理结构从而杀灭细菌。Xing、Maneerat等研究表明PE/纳米TiO2薄膜可有效抑制大肠杆菌和金黄葡萄球菌的生长，减缓果蔬贮存中的褐变及青霉菌引起的腐烂。项素云等研究表明纳米ZnO由于离子溶出和光催化机理的共同作用，可赋予
PE材料优越的抗菌性。
3、阻隔与热封性能
纳米粒子分散在基体树脂中，可增大气体分子和水分子的渗透路程与阻力，改善材料的阻隔性能，但对热封性能产生负面影响。杨中文等制备了PE/水滑石纳米包装膜，李国喜等研制了PE/纳米高岭土复合材料，均具有良好的阻隔性。刘西文等研究表明PE基纳米材料其热封强度随纳米粉体用量的增加呈下降趋势，且同等热封强度所需的热封温度提高。
参考观研天下发布《2018年中国无机纳米包装材料市场分析报告-行业深度分析与投资前景预测》
4、环境性能
纳米材料的特殊催化性能可赋予其复合材料生态环保功能。熊裕华等制备了光催化纳米TiO2，用于生产可降解PE薄膜。昝菱等吹塑得到可在紫外光下自行降解的PE/TiO2薄膜，具有良好的环境友好性。
三、PE/无机纳米包装材料的研究展望
目前，PE/无机纳米包装材料的相关研究和技术不断发展，但仍然存在一些问题。针对这些问题，结合我国目前的实际情况，对该领域未来的发展做如下展望。
1、纳米粒子分散稳定性的研究
总体来说，PE/无机纳米包装材料的研究水平仍处于实验室研究阶段，工业化项目较少，其原因在于纳米粒子团聚的问题没有解决。因此，应对纳米粒子的精细结构及物化性质进行更深入的理论研究，了解其在复合材料中的分散行为和影响机理，从而寻求更合理的改性方式，分散工艺和制备方法，最终实现科研成果产业化。
2、纳米复合材料安全性的研究
目前，国内外纳米材料生物安全性评价的研究启动时间不长，资料相对匮乏，关于纳米材料对人体健康的影响也未建立成熟的分析方法与完善的评价标准。对于材料中的纳米物质是否迁移，或通过接触进入人体而对人体健康产生潜在危害等问题也亟待解决。因此，针对纳米材料安全性的研究也是未来的一个重要方向。
3、低成本多功能化材料的开发
纳米技术的运用在一定程度上增加了材料的生产成本。因此，从技术入手，在控制成本的同时将材料的功能最大化，开发低成本多功能化产品并将其产业化，必将有利于纳米包装材料与技术的推广，也可极大提高企业的竞争力。
PE/无机纳米包装材料有效地结合了PE基材和纳米粒子的特性，表现出良好的综合性能，可适应各类产品的包装要求。在未来的包装领域中，它将成为一种重要的新型材料被广泛运用。随着基础研究的深入和对改性机理认识水平的提高，通过对产品性能和价格比的不断调整优化，PE/无机纳米包装材料必将不断向高性能，多功能，低成本的方向发展，实现其优异的实用与商业价值。
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