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1、包装材料成型与制备技术袁志庆2014-05-101.课程简介:本课程是研究包装材料制备和成型技术与工艺的一门应用学科，是包装工程专业核心课程。通过该课程的教学，了解包装材料（尤其是现代先进功能包装材料）常用成型与制备技术，熟悉常用包装材料制备方法和工艺，熟悉包装材料性能特点与成型工艺的选择要领，了解各种包装材料的成型工艺和制备技术对包装材料应用性能的影响；掌握各种包装材料的成型与制备技术基础理论知识；初步具备包装材料的制备、改性和研发能力，为今后进一步学习包装专业课程或从事包装材料研究、开发、管理等相关领域工作打下基础。2.先修课程:包装材料学、高分子物理与化学、大学化学、物理化学等。第0章
2、绪论3.本课程与包装材料学课程之间的关系：包装材料学课程侧重于讲授包装材料组成、结构、性能及应用之间的理论关系；而本课程则侧重于讲解各类包装材料的成型与制备技术，尤其侧重于讲解现代先进包装材料的成型与制备技术，是更接近于实际生产和应用的一门技术类课程。4.主要学习内容:普通纸、超疏水纸、防潮纸、抗菌纸、防伪纸、防油纸、防锈纸、金属化纸、合成纸等纸包装材料成型与制备技术；保鲜膜、收缩膜、镭射膜、水溶性膜、高阻隔性包装膜、防电磁辐射导电高分子膜、生物降解膜、智能包装膜等高分子包装材料成型与制备技术；马口铁、铝质包装材料、镀锌薄钢板、镀铬薄钢板等金属包装材料成型与制备技术；复合包装材料及特种包装材料
3、成型与制备技术。第0章 绪论5.学习要求:认真听讲、认真做笔记、认真思考、积极参与课堂讨论、课后及时阅读相关参考资料并巩固课堂讲授结果。6. 参考资料:1 胡开堂，平青伟 等 著， 张美云 编. 加工纸与特种纸（第3版）（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）. 中国轻工业出版社，2010.12 谭国民主编. 特种纸制备方法. 化学工业出版社，2005.33 周祥兴、任显诚 编著. 塑料包装制造技术. 化学工业出版社，2004.14 曹茂盛编著. 材料合成与制备方法（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）. 哈尔滨工业大学出版社，2008.125 许春香 著. 材料制备新技术. 化学工业出版社
4、，2010.9第0章 绪论1.原料：植物纤维（木材、芦苇、秸秆、稻草、废旧纸制品）；松香、石蜡、琼香等胶；碳酸钙、钛白粉、氧化锌、滑石粉、硫酸钡等填料；颜料、燃料等。2.成型原理: 将纤维原料通过合适工艺或技术均匀紧密地粘合或结合在一起形成一定厚度的材料；通过添加适当的助剂、填料并配合特定的辅助工艺，可以改善其各种应用性能如透气性、抗张强度、防水防潮性、适印性等。3.工艺与技术备料；制浆（化学、机械、机械与化学相结合）；打浆；浆料稀释；筛选；加填；施胶；抄纸（网部沉积、压榨脱水、干燥、压光、卷取、存放、复卷、分切、包装入库）。详细内容见不同版本的“包装材料学”（刘喜生编、骆光林编，等）第1章
5、纸包装材料成型与制备技术-普通纸第1章 纸包装材料成型与制备技术-普通纸用相机拍摄的不同纸图片：第1章 纸包装材料成型与制备技术-普通纸用扫描电子显微镜 观察的纸表面图片 ：第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸1.超疏水纸的概念：其表面与水接触角大于150、滚动滚动 角小于5。2.接触角的概念:33.滚动角的概念:第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸.超疏水纸的感性认识：视频1视频2.思考个问题: （）你以前有没有见过见过 超疏水纸纸包装材料？（）超疏水纸应纸应 用于包装上有什么优势优势 ？（）纸产纸产 生超疏水性的原因是什么？亲水（接触角小于 ）、疏水（接触角 大于、小于 ）、超
6、疏水（接触角大 于）示意图。第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：荷叶效应图注：(a)荷叶; (b)荷叶表面水滴;(c)荷叶表面自清洁图;(d)荷叶表面扫描电镜侧视 图;(e)荷叶表面扫描电镜俯视图;(f)荷叶表面单个乳突电镜测试图。Barthlott W., Neinhuis C. Planta，1997，202: 1-8; Feng X, Jiang L. Adv. Mater. 2006, 18：30633078.第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：荷叶表面自清洁机理图2 荷叶表面自清洁机理：(a)普通表面;(b)超疏水表面。
7、Barthlott W., Neinhuis C. Planta，1997， 202: 1-8. Yuan Z, et al. Sci. Technol. Adv. Mater, 2008,9: 045007（5pp） 图注：(a)普通表面;(b)超疏水表面。第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：花瓣效应图注：(a,b)玫瑰花瓣的扫描电镜图，(c)玫瑰花瓣表面的水滴接触角测试图，(d) 将花瓣翻转过来的水滴接触角测试图。 Feng L，Jiang L， et al. Langmuir, 2008, 24: 4114-4119.第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏
8、水纸产生超疏水性的原因及背景：蝴蝶效应图注： (a)蝴蝶翅膀照片，(b)蝴蝶翅膀表面水滴接触角测试。Zheng Y, Gao X， Jiang L. Soft Matter, 2007, 3: 178182.第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：蝴蝶效应图注: (a，)扫描电镜图,(，)原子力显微镜图。Zheng Y, Gao X， Jiang L. Soft Matter, 2007, 3: 178182.第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：高负载力水黾腿图注： (a) 水黾站立于水面的照片, (b) 水黾腿表面的扫描电镜图。(b
9、)中的插 图是单根刚毛上纳米级的沟槽。Gao X, Jiang L. Nature, 2004, 432(7013): 36.第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：纳米比沙漠甲壳虫收集水雾Zhai L, et al. Nano Letters, 2006, 6: 1213-1217纳米比沙漠甲壳虫照片。第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：人厌槐叶萍 (Salvinia Paradox )图注： 人厌槐叶萍表面微观结构及其上面水滴照片Barthlott W, et al. Adv.Mater.2010, 22: 23252328 第1
10、章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：蝉翼图注： 蝉翼表面微观结构图。Sun T, Feng L, et al. Acc. Chem. Res. 2005, 38: 644-652第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：蚊子腿图注： (a,b)蚊子腿表面扫描电镜图,(c)蚊子腿表面接触角测试图(153)Wu C W, et al. PHYSICAL REVIEW E, 2007, 76: 017301第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸产生超疏水性的原因及背景：产生超疏水性基本条件：（）表面由具有一定粗糙度的微米、纳米二元结构组成或微
11、米亚微 米纳米三元结构组成。（）微纳结构表面覆盖有低表面能物质，或形成微纳结构的材料就是 低表面能材料。以上两条均须满足才能获得超疏水性，单纯的降低表面能是不可能获得 超疏水性的。根据上述两个基本条件，提出了两条制备超疏水表面的途径：（）用低表面能物质修饰粗糙的表面。（）在低表面能或本征疏水的物质表面制备粗糙的微纳结构。掌握了上述两个基本条件和途径之后，便可思考如何在纸或纸板上制备 超疏水表面了。第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸超疏水纸的制备： 根据下图思考个问题：直接用低表面能物质修饰或涂布纸表面能否获得超疏水性？普通纸 表面扫 描电子 显微镜 图第1章 纸包装材料成型与制备技术-
12、超疏水纸超疏水纸的制备： 纳米层层沉积自组装技术制备超疏水纸（本课题组开发成功）原理：将纳米颗粒沉积到纸的纤维表面形成微纳二元结构，再用低表面能物质修饰。具体制备步骤如下：（1）构建粘附层（目的是增强纸与超疏水层的结合力）：首先将纸浸泡在PAH（poly(allylamine hydrochloride)，分子量为70000 g/mol）阳离子溶液（浓度为10-2 mol/L，pH控制在4.0）中自组装15min，清洗5min后烘干，然后在SPS（Poly(sodium 4-styrenesulfonate)，分子量为70000 g/mol）阴离子溶液（浓度为10-2 mol/L，pH控制在4
13、.0）中自组装15min，清洗烘干后重复上述步骤5次，便得到自组装粘附层。第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸超疏水纸的制备：纳米层层沉积自组装技术制备超疏水纸（2）构建主体层：在本部分工艺中的自组装工艺与粘附层基本相同，但配方有所调整，PAH仍然用来形成阳离子溶液（浓度为10-2 mol/L，pH控制在7.5），尺寸为50纳米和20纳米的SiO2溶液被用做阴离子溶液（浓度均为0.03wt%），纸在阳离子和阴离子溶液中沉积自组装的次数为30次。（3）构建表面层：PAH用来形成阳离子溶液（浓度为10-2 mol/L，pH控制在7.5），尺寸为20纳米的SiO2溶液被用做阴离子溶液（浓度为0
14、.03wt%），纸在阳离子和阴离子溶液中沉积自组装的次数为3-5次，然后将按照上述步骤自组装后的纸浸泡在浓度为0.5-1.5%的硅烷溶液中自组装30min，在常温下烘干便得到了超疏水纸。第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸超疏水纸的制备： 纳米层层沉积自组装技术制备超疏水纸（东莞市中小企业技术创新基金研究成果）思考和讨论：纳米SiO2的尺寸大小对于制备工艺及结 果有何影响？为为什么要组组装那么多次？硅烷烷溶液起什么作用？为为什么用硅烷烷溶 液？ 为为什么要阴离子和阳离子溶液交替使用 ？产品接触角测试图第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸超疏水纸的制备：纳米碳酸钙沉积技术制备超疏水木
15、纹纸（本课题组开发，广东省部产 学研重大项目研究成果）步骤：（1）用吹风机等设备将纸表面的灰尘等污染物吹干净；（2）将一定量的硬脂酸和石蜡溶解在无水乙醇中；（3）将40nm CaCO3和100nm CaCO3 超声分散后缓慢加入溶有硬脂酸和石蜡的溶液中并充分搅拌形成纳米CaCO3的溶液；（4）将纸在纳米CaCO3的溶液中浸泡10-20分钟；（5）在60-100烘干10-30分钟便可得到超疏水纸。第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸超疏水纸的制备：纳米碳酸钙沉积技术制备超疏水木纹纸（本课题组开发，广东省部产 学研重大项目研究成果）产 品 照 片产 品 接 触 角 测 试 图第1章 纸包装材
16、料成型与制备技术-超疏水纸超疏水纸的制备：纳米碳酸钙沉积技术制备超疏水木纹纸（本课题组开发）产 品 扫 描 电 子 显 微 镜 照 片思考：该该方法与纳纳米层层 层层沉积积自组组装的区 别别在哪里？第1章 纸包装材料成型与制备技术-超疏水纸超疏水纸的制备：微相分离法制备超疏水纸（本课题组开发）干燥浸渍纸溶解乙醇固体石蜡石蜡溶液去离子水超疏水纸Figure 5-1. The fabrication process schematic diagram of superhydrophobic paper.工艺流程图首先准确称取0.11克石蜡并将石蜡加入到50mL无水乙醇中，将石蜡的乙醇溶液加热到50并搅拌30分钟使石蜡完全溶解。再将05mL
