基于纳米技术的食品包装材料研究

基于纳米技术的食品包装材料研究

柯君

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摘要:本文着眼于近年来受到广泛关注的纳米技术在食品包装材料领域的应用前景。纳米技术对于提高食品包装材料的机械强度、阻隔性能、抗菌性能等具有重要意义。文章首先介绍了纳米技术在食品包装领域的应用现状,随后重点论述了纳米粒子、纳米复合材料、纳米涂层等不同纳米技术在提升食品包装性能中的作用机理及其优缺点,并对未来发展前景进行了展望。

关键词:纳米技术；食品包装材料；纳米粒子；纳米复合材料；纳米涂层

引言:

随着人们对食品安全和质量要求的不断提高,以及对环境友好型材料的追求,传统的食品包装材料已不能完全满足现代需求。纳米技术以其独特的优势为食品包装材料的改良和创新提供了新的契机。纳米技术可赋予材料更优异的机械性能、阻隔性能、抗菌性能等,有望解决食品包装面临的诸多挑战。同时,纳米材料在提高包装材料回收利用率、降解性等方面也具有潜在应用价值。本文将围绕纳米技术在食品包装材料领域的应用现状、作用机理、优缺点及发展前景进行综述,旨在为该领域的深入研究提供参考。

1.纳米技术在食品包装领域的应用现状

近年来,纳米技术在食品包装材料领域得到了广泛关注和应用。纳米粒子、纳米复合材料、纳米涂层等均有研究和实践案例。纳米粒子如纳米银、纳米二氧化钛等被添加于聚合物材料中,赋予其优异的阻隔性、抗菌性和机械性能。在包装薄膜、容器等中获得应用。纳米粒子的引入还可提高传统材料的热稳定性和加工性。

纳米复合材料将高分子材料与纳米粒子或纳米管复合而成,形成具有多种增强功能的新型复合材料。如高阻隔聚乙烯/纳米黏土复合材料、高强度纳米纤维素复合材料等。纳米涂层技术也广泛应用,通过在包材表面制备纳米级涂层,可实现抗菌、抗霉、提高阻隔性等功能。如二氧化硅和氧化铝纳米涂层等。总的来说,纳米技术为食品包装材料的性能提升带来了诸多机遇,但安全性和环境影响等问题亟待解决。

2.纳米技术在改善食品包装材料性能中的作用机理

2.1.纳米粒子的应用

纳米粒子由于其微观尺寸和高比表面积的特点,在改善食品包装材料性能方面发挥着重要作用。添加纳米粒子可显著增强聚合物材料的力学强度、阻隔性能、热稳定性和加工流动性等。例如,将纳米粒子如纳米黏土、二氧化硅等掺入聚乙烯材料中,纳米粒子在高分子基体中可形成大量相界面,增强基体与填料间的相互作用,从而改善材料的综合性能。研究表明,添加少量纳米粒子即可使塑料薄膜的阻氧性和抗渗透性显著提高。此外,一些纳米粒子本身具有独特功能,如纳米银、纳米二氧化钛等具有出色的抗菌杀菌性能,将其引入包装材料中可赋予材料持久抗菌效果。但纳米粒子在提升材料性能的同时,可能会对环境和人体健康带来潜在风险,其迁移及生物安全性问题需要进一步评估。

2.2. 纳米复合材料的应用

纳米复合材料是指将纳米尺度的填料或增强体(如纳米粒子、纳米管、纳米纤维等)与高分子材料复合而成的新型复合材料。与传统复合材料相比,纳米复合材料具有更大的界面相互作用,可以显著改善高分子材料的力学性能、阻隔性、热稳定性等。其作用机理主要有:1)纳米填料形成大量相界面,增强分子链与填料间的相互作用;2)纳米填料在高分子基体中均匀分散,形成高效的应力传递通路;3)纳米填料对高分子链段扩散和取向产生限制作用,提高材料的模量。纳米复合材料在食品包装领域中有广阔的应用前景,如高阻隔聚乙烯/纳米黏土复合材料、高强度纳米纤维素复合膜等。但同时纳米填料的分散性、界面相容性以及对环境和健康的影响都需要进一步研究。

2.3. 纳米涂层的应用

在包装材料表面制备纳米级涂层是一种有效改善材料性能的手段。纳米涂层由于其独特的高比表面积和量子效应,可赋予材料表面特殊的功能性,如抗菌、抗霉、改善阻隔性等。制备纳米涂层的常见方法包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、静电旋涂法等。涂层的组成可以是无机纳米粒子(如二氧化硅、氧化铝等)、聚合物纳米粒子或两者的复合体系。涂层的形成机理主要有两种:一是利用纳米粒子本身的独特物理化学性质,赋予材料表面特殊功能;二是纳米粒子的高比表面积和缺陷位,可增强包材与涂层间的相互作用,从而提高涂层附着力和稳定性。纳米涂层在食品包装领域的应用前景广阔,但细菌附着、迁移性等问题仍需关注。此外,通过与其他技术如等离子体处理的结合,纳米涂层的功能还可进一步拓展。3.纳米技术在食品包装中的优缺点分析

纳米技术在食品包装材料领域具有显著的优势,可以改善材料的各种性能。首先,添加纳米粒子或制备纳米复合材料,可显著提高材料的力学强度、阻隔性、热稳定性和加工流动性。其次,一些纳米粒子本身具有独特功能,如纳米银、纳米二氧化钛等具有出色的抗菌杀菌性能,将其引入包装材料中可赋予材料持久抗菌效果。再者,纳米技术也有望提高包装材料的回收利用率和降解性,有利于环境保护。此外,纳米尺度效应还可实现一些特殊的光学、电学等性质,为包装材料带来更多可能。

然而,纳米技术在食品包装领域的应用也面临一些挑战和缺陷。首先,纳米材料可能会对环境和人体健康产生影响,其生物安全性需要进一步评估。其次,纳米粒子可能会从材料中迁移至食品,引发食品污染隐患。再者,纳米技术的高成本制约了其在包装领域的大规模应用。最后,纳米材料在标准和规范方面仍存在空白,监管政策有待完善。因此,在推广纳米技术的同时,需要加强其安全性和环境影响的研究,并制定相应的标准和法规以确保其可持续发展。只有权衡利弊,才能充分发挥纳米技术在食品包装材料领域的优势。

4.纳米技术在食品包装材料领域的发展前景

纳米技术在食品包装材料领域具有广阔的发展前景。随着研究的不断深入,未来可期的发展方向包括:1)智能化纳米包装材料。将响应温度、pH、光等信号的纳米材料与包装材料复合,开发具有监测、报警等智能化功能的食品包装。2)主动型纳米包装材料。通过掺入纳米粒子、制备纳米涂层等方式,赋予包装材料缓释抗菌剂、抗氧化剂等多种主动功能,延长食品保质期。3)高性能纳米复合材料。进一步开发高强度、高阻隔性、高耐热性等多功能纳米复合材料,满足不同环境条件下的包装要求。4)增强可循环性/可降解性。利用纳米材料的特殊性质,开发能够降解或完全循环利用的新型包装材料,实现环境友好。5)提高生物安全性。深入研究纳米材料的安全性及其在食品接触过程中的迁移行为,提出相应的评估方法和标准。总的来说,纳米技术将为食品包装材料带来革命性的变革,但仍需持续的研究创新,解决制约其发展的关键问题。

结语:

综上所述,纳米技术为改善食品包装材料性能提供了有效途径,在提高机械强度、增强阻隔性、赋予抗菌性等多方面发挥着重要作用。未来,随着纳米技术的深入发展以及安全性和环境影响等问题的不断解决,纳米食品包装材料必将有更广阔的应用前景。

参考文献

[1]李丹,李中华,金林宇,等.纳米技术在食品包装领域的应用[J].上海包装,2019,(10):34-37.DOI:10.19446/j.cnki.1005-9423.2019.05.010.

[2]刘同庆.纳米材料在食品包装中的应用探讨[J].食品安全导刊,2019,(24):164.DOI:10.16043/j.cnki.cfs.2019.24.133.