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包装材料渗透性组合使用的研究

本文对包装材料的渗透性组合概念、方法进行了研究，提出了利用化学的渗透性，使包装材料提高性能和具体技术与实例。本文对研究包装材料介绍还是结晶性高聚物都能冷拉伸了一种新的研究方法，具很好的应用价值。

研究和使用包装材料的关键之一是组合技术问题，如何使现有的包装材料更好地发挥其作用或更好地提高其性能，最好的办法是通过组合来实现，渗透组合是包装材料使用的技术组合之一。

渗透组合是化学组合，它又可分为同质与异质渗透性组合。

渗透性组合材料是通过加入渗透性材料与基材内部组织发生一定的化学反应，基材的理化性质已不再是原有的理化性质，这一过程也可称之为改性。例如木包装、纸包装、塑料包装及其它利用分子间隙进行渗透的材料都属于渗透组合材料，并已在包装中得到了很好的应用。

一、木包装材料的改性渗透组合

木包装材料的改性处理是利用化学渗透组合实现的。它是利用木包装体内的空隙，将高分子树脂充填到空隙中，通过化学反应使木材体内细胞壁的化学成份与有关试剂反应而形成高分子树脂复合体。木包装材料的改性包括三种改性技术，即：塑料树脂复合改性技术，无机物复合改性技术和化学修饰性技术。

（1）木包装的塑料树脂复合改性技术

木包装的塑料树脂复合改性技术。该技术是将具有聚合性的单体类或低聚类塑料树脂注入木材体内空隙中解决方案是检查接入实验机的电源线路是不是连接正常;检查急停开关是不是处于拧起状态;检查接入实验机的电源电压是不是正常;检查机器插座上的保险是不是烧断，经聚合反应后使之硬化聚德阳合，单体类树脂是通过减压将木材体内的空气排出后注入的，注入后可进一步对其进行加压处理。聚合则是利用放射性照射或者预先添加催化剂后再进行加热，使木材体内生成坚硬的树脂。这种技术使木材包装的硬度和强度提高了很多倍，耐磨性也显著提高。由于树脂将木材纤维覆盖，使得木材包装表面具有独特的表面光泽度，用它作外包装不易破损，而且着色后十分美观。

如果在处理之前，利用亲水性的单体类，或预先进行化学修饰，导入亲水性的官能团，则可改善吸湿性和尺寸稳定性。

（2）木包装的无机物复合改性技术

木包装的无机物复合改性技术。该技术是利用阳离子（如钡离子）和阴离子（如磷酸二氢根离子）交替扩散渗透到木材空隙中发生无机化学反应，生存非水溶性盐（磷酸钡或磷酸氢钡）而实现的。填充到木材体内间隙中的无机物质可阻止木材的热分解、腐朽真菌丝体成长和白蚁的侵蚀等。因此，这种改性木材包装具有良好的阻燃性、抗腐朽性及抗蚁蚀性。此外，无机物质还有硬质性，从而使其硬制冷速度快度得以提高。

（3）木包装的化学修饰改性技术

木包装的化学修饰改性技术。该技术是使木材细胞壁中的各组成部分的羟基与进行试剂反应，以改变木材的化学结构。主要有酯化、缩醛化、醚化等处理方法。

缩醛化是使木材中的羟基通过加入酸性催化剂与醛发生反应的一种方法，如采用甲醛的甲缩醛化处理。

醚化是利用碱性催化剂使羟基与氯化烷或环氯化物发生反应的一种技术方法。

化学修饰改性技术与前述两种改性技术不一样。前述两种技术属于整体改性，而化学修饰改性技术属于催化反应型，并未加入任何物质进入木材体内。也就是说化学修饰改性技术不向木材体内空隙中填充任何东西，强度不会提高，只是弹性模量有所提高。但经化学修饰改性技术处理后的木包装其吸湿性、尺寸稳定性都有所提高。另外，作为木材的表面组织成份和化学结构改变了，外界腐朽真菌的酶不易侵入，从而又提高木包装的抗腐朽性和抑制白蚁侵蚀的能力。

由上可知，木包装材料的改性技术是通过加入化学成份使木材体内发生一系列化学变化，从而提高和改善木包装材料的性能，这是一种包装材质渗透组合，这种技术还可用于其它包装材料中。

二、变色包装材料渗透组合

变色包装材料是将多种离子加入基材中与基材组织成份形成一种特殊组合体，这种组合体由化学反应得以实现。这种组合体与包装在特定条件下会变色，也就称之为变色包装材料。

变色包装材料目前主要是在纸基或塑料基材上实现。也就是将与变色反应相关的化学成份渗透到纸基和塑料基材中去，并与基材中某些成份发生反应而具有稳定的组织。变色包装材料有可逆变色与不可逆变色两种。早在1990年株洲工学院就已研制出可逆变色包装技术。所谓可逆变色指包装材料在特定的温度（或光照）下变色，而一旦离开特定环境或热源降到变色临界点后，其包装材料便恢复到原来的底色，而不可逆变色指包装材料到达特定条件后变色，一旦特定条件去除，包装材料再也不能回到原有颜色，也即变色只能一次性。以热敏变色纸（也有光敏变色纸）为例，它是利用有机或无机化学离子渗透到纤维组织中而实现其变色功能的。因此，变色包装材料就是一种渗透性组合包装材料。它可广泛用于包装的防伪和包装的创意与形象设计。

（1）可逆变色的渗透组合

可逆变色的渗透组合。这种可逆变色可由有机化合物渗透组合，也可由无机化合物渗透组合实现。

有机化合物可逆变色的渗透组合。将有机化合物进行配比再渗透到基材（纸、塑等）包装材料中，然后随着温度的改变其分子结构发生变化：电子给予体与电子接受体间发生平衡移动，两种空间构型或两种晶体结构互变，分子受热产生开环或产生自由基等，这一连串的变化促使颜色的互变———可逆变色。

无机化合物可逆变色的渗透组合。利用加入的无机化合物成份与基材包装材料内部成份产生化学反应形成一种热敏基。这种热敏基受刺激（光、热等）时产生晶相变化，配位基几何构型或配位数发生变化。某些有机金属化合物就属于这种化学变化而产生的色变。

如三价铬离子具有可逆变色现象。随着温度的上升，颜色发生一系列变化，从红———紫———绿的变色到色彩的消失（褪色）。研究证明，无机化合物实现的可逆变色是由于温度升高使离子晶格膨胀所产生的。常用于产生可逆变色的无考试机化合物中的金属离子有：铬、铝、镓、镁、镧及其混合氯化物。

铬离子在混合材料及化合物中，作为渗透组合成份对变色包装起着较为重要的作用。研究表明，在化合物中铬离子占据八面体或者类似八面体晶格点阵，温度变化时，随中心离子受热变位或运动而使材料产生变色，这是因为在混合体中，随温度的变化，晶格常数也发生变化（由温度升高引起），从而导致材料颜色变化。一定量的混合体因受热时晶格常数改变，也会导致颜色变化。因此，三价铬离子的变色随着铬离子含量或受热温度的增加而产生变化。例如：

混合物中的铬离子为58％时，色变温度为90K；

混合物中的铬离子为8％时，色变温度为460K；

混合物中的铬离子为2％时，色变温度为650K；

（2）不可逆变色的渗透组合

加入包装材料基材中的化合物产生不可逆热色变（也有的光敏色变等），是因为材料受热时发生化学反应，改变了组织中的化学结构所致。两种或两种以上的物质受热反应而产生新物质，这种新物质不能还原，故变色后就不能褪色恢复原有颜色。

无论是可逆还是不可逆变色的包装材料，其变色速度、变色灵敏度等均与很多因素有关。如与基材（纸、塑或其它）、混合离子或化合物成份、加热时间、加热速度有很大的关系。

三、纳米保鲜包装材料渗透组合

纳米渗入保鲜包装材料是在已有的传统包装材料中，加入纳米级的具有吸收乙烯或使乙烯加以氧化的成份，从而使传统的包装材料具有保鲜功能。

我们知道纳米技术研究的物质世界是在原子、分子与宏观物体之间的中间领域。在包装材料的渗透组合中是利用纳电极夹米级的特殊成份渗透到包装材料的内部，使纳米材料取代或挤入原有包装材料的分子或原子所占的位置。

我们在研究果蔬新鲜食品的保鲜包装时发现，有一种加速果蔬变质腐烂的气体物质，这种气体物质就是乙烯。在保鲜包装中，果蔬释放出乙烯，当乙烯达到一定浓度后，果蔬会加速腐烂。因此，在保鲜包装材料（如纸、塑等）基材中设法加入乙烯吸收剂，以减少包装中的乙烯含量而提高保鲜效果和延长货架寿命。但目前所找到的乙烯吸收剂效果不理想，特别是不能与包装基材中的分子或原子进行有效的渗透组合，而当达到纳米级后便可通过交联成份等使之有效渗透组合。研究表明，纳米级的A g粉具有对乙烯氧化的催化作用，也就是纳米A g粉可作为乙烯氧化的催化剂。

在保鲜包装材料中加入纳米A g粉，便可将果蔬食品释放出的乙烯加速氧化，减少乙烯含量，从而达到良好的保鲜效果。

用非氧化催化剂并与包装基材进行渗透组合的纳米微粒主要有Fe 3 O 4、Fe 2 O 3、CO 3 O 4、N iO、P t、R h、A g、Pb等。

四、展望

其它方面渗透性组合的包装材料还有很多，大部分是在纤维基材上或高分子塑料分子间加入具有特殊功能的渗透性成份而得。这种渗透性成份有可能是水溶性的，也可能是溶剂型的，还有可能是气体型的。例如防霉包装纸、防锈包装纸、防水包装纸、防虫包装纸等均属这类渗透性组合包装材料。当然，还有很多正在开发中的渗透组合包装材料。

渗透组合技术是使包装材料更具科学性、适用性的技术。现代食品包装材料或其它特殊功能的材料，就是利用渗透组合而得到的。渗透组合技术涉及到很多高新技术，该技术的研究是未来包装材料的主要研究方向，应用该技术将会使很多传统的包装材料赋予更多的功能，并扩展其应用空间。（株洲工学院 杨福馨;杨婷）<活化液/p>武警浙江总队杭州医院
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