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电气化塑料包装的应用分析下

2022-04-29 来源:延安机械信息网

电气化塑料包装的应用分析(下)

4 电气化塑料的包装应用

4.1 防静电

导电聚合物首先应用是从防静电开始的。以PPY、PTP、PPP、PAn为基的各种抗静电、静电屏蔽材料相组问世。美国UNIX公司率先用有机磺酸掺杂的聚苯胺和商用高聚物共混,制成了各种颜色的抗静电塑料材料;AS公司则采用有机磷酸酯作掺杂剂也制得了抗静电产品。S.P.Armes等人在PPy、PTP、PPP、PAn合成的聚合体系中加入少量与之发生接枝且有较强相互作用的水溶性聚合物(如含少量胺基苯乙烯基吡咯烷酮)制得了可分散的水乳液,可用作防腐涂料和防静电涂料。日本还制得了透明的PPy、PAn防静电涂层,并且在电脑软盘、防静电包装、静电屏蔽等效果非常好。我国洛阳船舶研究所也用Pan防腐防污防静电多功能涂料用于船体涂装,在海水中即使涂料部分脱落,船体材料依旧光亮如新。保护功能相当好。

4.2 防电磁

导电高聚物作为防电磁材料正在方兴未艾。传统的电磁屏蔽材料是由铜或铝构成的,虽然它具有很好的屏蔽效果,但是它重量不菲且价格昂贵,因而限制了它的应用范围。人们也曾采用将碳黑添加于高分子材料中,但这常常导致材料力学性能的下降。以PPV、PTP、PAn为基的电磁屏材料则弥补了这两方面的不足,美国、德国、日本等国都已开始了这方面的研究,且有了突破性的进展。此外,关于导电聚合物与光学或力学性能高的高聚物的复合得到兼具优良性能复合物的研究很多。美国UNIX公司通过溶液共混制备出了性能优异的透明导电涂层,透光率约80%,表面电阻率只有190Ω,有望作为防电磁透明包装中使用。此外PAn、PPy同其他材料如PET、LPES等,制成复合膜的研究国内外均有报道,这为防电磁材料在技术上的广泛应用打下了基础。

利用导电聚合物吸收微波的特性,美国开发了隐身飞机,隐身洲际导弹,法国已研制了隐形潜艇等等。美国不将其用作远距离加热材料,用于航天飞机中的塑料焊接与维修。

4.3 观察窗

导电聚合物中,PTP、PPy、PAn等高聚物的性能稳定、变色效果显著,可作为智能观窗使用。日本的丰田公司和美国Chronar公司都采用聚苯胺试制了智能窗。丰田公司的PAn/WO3复合智能窗响应时间约1s,变色循环次数达100万次,光线透过率可高达80%。而Chronar公司的聚苯胺智能窗光学响应时间低于1s,循环变色次数亦达几万次。美军Natick研究所有关人士指出,如果能够进一步的提高导电聚合物的响应速度及循环寿命,导电聚合物智能窗将会更快进入军用阶段。这对国防军品的长期包装贮存是十分有利的,将会节省许多清查仓贮的人力、物力和时间。

4.4 柔电池

导电聚合物中特别是聚苯胺有良好的氧化还原逆性,用得最多的是制作二次电池。以聚苯胺作正极的全塑电池是近几年的一个研究热点。聚苯胺作为二次电池的材料的研究始于1970年代,研究表明全塑电池的比能量可高达560Wh/kg,是现有聚合活性物中最高的。

据美刊报导,201年美国包装业巨头——国际造纸公司推出一种智能新包装,使商品包装装潢变得活灵活现,也给整个包装业带来革命。这种新包装采用以色列能量纸公司开发出来的一种用导电聚合物制成的超薄柔软电池,这种新型电池可像油墨一样被“印刷”在产品的包装上。国际造纸公司和能量纸公司希望,这种可任意使用的新型电池,可让制造商更有效地通过产品包装来吸引消费者。增强商品竞争力。

4.5 发光二极管

1990年以后,全塑发光二极管一直是科学家奋斗的目标,导电高聚物为实现这一目标创造了条件。1992年,美国的UNIX公司制成了柔韧可弯曲的导电聚合物发光二极管。该二极管的第一层是聚对苯二甲酸乙脂PET;第二层为聚苯胺PAn薄膜(正电极);第三层是发光薄膜(MEH-PPV)以及上层的钙膜负电极。如此制得的发光二极管在2-3V电压下可发出桔黄色光。若采用不同的发光层(PPV)还可获得不同颜色的光,光亮度适中,在通常室内光线下很容易观察到。为发光包装标识或特殊指示如数量、时间创造了条件。

4.6 光学器件

除导电外,导电聚合物还有优良的光电特性。例如聚苯胺受光辐射时可产生光电流,具有显著的光电转换特性。Volkov等人指出聚苯胺是一种P型半导体,在80纳米的聚苯胺薄膜下可记录到0.25μAcm-2的光电流。在不同光源情况下聚苯胺的光电响应非常复杂,同光强度与聚合物的氧化态有关,聚苯胺对光的响应非常迅速。在激光作用下,聚苯胺亦呈现突出的非线性光学特性,微微秒级的光转换。研究表明聚苯胺具有较高的三阶光学非线性系数~1011esu。有关专家指出,利用它们的光电特性,超市包装条码的信息处理将发生巨大的变革。

4.7 选择性薄膜

通过改变掺杂剂的种类和浓度、调整材料的形态,可精确控制导电聚合物薄膜的离子透过率及气体透过率或分子尺寸的选择性。1990年,美国科学家R.Kaner首先报告了薄膜对H2、N 2、O 2、CO 2、CH 4等气体有很好的分离特性。PAn对H2/N2、O2/N2、CO2/CH4的分离系数达3590、30、336,而现有的聚三氟氯乙烯、硝酸纤维素、氟化聚酰胺薄膜对它们的分离系数仅为313、16、60,低了许多。

4.8 人造肌肉

利用导电聚合物氧化还原引起的体积变化,因而可用来将电能转换成机械能。美国Kaneto以聚苯胺构筑了骨干型执行器和甲壳型执行器,前者以50Hz的频率反复弯曲,后者则可在自由空间操作,是很有潜力的人工肌肉。美国宾州大学的Diaemid利用拉伸聚苯胺BOPAn制成的此类元件,可举起自重重量200倍的物体,亦是用作人工肌肉的最佳选择。

5 结尾的话

综上所述,电气化塑料具有诸多优良性能及广泛的应用前景。但是我们也必须指出,由于合成方法的不同所得到聚合物的性质亦不尽相同。现今虽然在包装领域有了一些典型的应用,但离广泛推广应用还有不少距离,正如纳米技术一样,仍需要科学家和包装工作者共同努力,各种电气化新包装才能在新世纪里放出异彩。

作者: 韩锦平 王玉珠

来源: 包装杂志

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