包装材料是每个人都司空见惯的东西，尤其是保鲜袋等以聚合物材料为主的日用包装材料，更是每天都会用到。不过“包装材料”其实是一个很宽泛的概念，除了制造包装容器外，只要能构成“产品-包装”关系的材料都可以这么归类。

包装材料的成本一般都比较单纯、一目了然。但在一些比较特殊的场合，为使包装材料更符合应用场合的要求，有人想出了给包装材料做“加法”，即通过添加特定的填料，如六方氮化硼（h-BN）等，使包装材料具备导热、阻燃、抗菌等特殊性能。

为什么选择氮化硼？

h-BN是一种人工合成的化合物，因具有类似石墨的片状形状而素有白色石墨之称，各方面性能都十分优秀，不仅机械强度高、吸附性能好、热稳定性好、导热系数高，同时还拥有卓越的抗氧化性、良好的润滑性能、宽的能隙带和电绝缘性。

由于二维纳米材料层数的减少能够赋予它更独特的结构和性能，因此应用上可以先将h-BN剥离为层数较少的BNNSs，然后再通过溶液共混法、原位聚合法和熔融共混法等制备方法改善聚合物的导热、力学、阻隔、阻燃、抗菌等性能。最终产品在电子产品热管理、电子封装、生物医药等领域有着不错的应用前景。

复合包装材料应用前景

为了更好地发展BNNSs复合材料在包装领域中的应用，首先要有针对性地增强复合材料在相应领域中所需要的性能。目前可行的方向可分为导热、阻隔、阻燃、防腐、抗菌等，至于要怎么实现呢，下面一起来看看。

1.高导热包装材料

BNNSs复合材料在高导热包装材料方面具有很好的应用前景，这是因为电子元件的飞速发展导致对电子封装材料的热管理要求越来越高，而高导热的复合材料可以提高导热效率，保证电子器件的性能，提高安全性。不过由于BNNSs填料的几何形状、取向排列、在聚合物中的分散性以及与聚合物的相容性等因素都会影响复合材料的导热性，因此可以通过对BNNSs进行表面修饰提高BNNSs与聚合物的相容性，通过构建定向排列的BNNSs导热路径有效减少声子散射，降低界面热阻来提高复合材料的导热效率。

例：环氧树脂具有优良的电气绝缘性能、力学性能、加工性能等，被广泛应用干电子封装领域，Han等对BNNSs进行表面修饰，制备了新型异构的碳化硅(SiC)-BNNSs，随后采用溶液共混法制备了SiC-BNNSs/环氧树脂复合材料。实验表明，当添加质量分数为20%的SiC-BNNSs时，复合材料的导热系数为0.89 W/（m·K），是纯环氧树脂的4.1倍。

2.阻燃包装材料

作为二维层状材料，BNNSs 具有比表面积大和机械强度高的特点，层层叠加的结构可以在聚合物材料燃烧时形成物理隔绝层，可以有效阻挡热量和氧气进入，起到阻燃的效果，可用作一些易燃产品的阻燃包装材料。

例：环氧树脂材料易燃，且燃烧时会产生有害气体，因此可以通过添加BNNSs填料提高复合材料的阻燃性。Zhang等采用水热法，并使用铁酸铋纳米粒子(BF)对BNNSs进行功能化处理得到了BF-BNNSs，随后将其作为填料加入环氧树脂基材中制得了BF-BNNSs/环氧树脂复合膜，最后结果表明，加入质量分数为3%的BF-BNNSs填料时，环氧树脂的最大放热率降低了34.7%，最大排烟率降低了35.6%，CO排放量降低了50%。

3.防腐包装材料

由于BNNSs纳米片的比表面积大，具有良好的热稳定性、化学稳定性和耐蚀性，可以有效地阳隔水和气体分子透过，因此BNNSs 复合材料在防腐包装领域也很有前景。

例：BNNSs可以添加进丙烯酸防腐涂料增强其防腐性，如Fan等用硅烷偶联剂（KH560）对BNNSs进行了改性处理，并将其加入丙烯酸中制备了镀锌钢的防腐涂层，随后通过电化学实验研究了复合涂料的耐腐蚀性。结果表明，与普通的丙烯酸涂料相比，复合涂料的腐蚀电流密度从22μA/cm²降低到0.23μA/cm²。

4.抗菌包装材料

抗菌包装材料可抑制微生物和病菌生长繁殖，延长食品货架期，保证食品和药品包装安全性等。BNNSs具有抑菌性，一方面BNNSs对细菌的细胞膜有毒性，可以破坏细菌的细胞膜；另一方面，BNNSs自身良好的阻隔性可以使细菌与外界隔离，切断水和营养物质的供给，进而导致细菌失活死亡。BNNSs抗菌材料通常分为两种，分别如下：

①BNNS填料直接作为抗菌剂，主要利用BNNSs自身的抗菌性，Pandit等采用熔融共混法制备了BNNSs/低密度聚乙烯（LDPE）抗菌膜，结果表明BNNSs对细菌细胞外膜造成了不可修复的损伤；BNNSs/LDPE复合材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌有良好的抑制效果。

②BNNSs与其他填料协同起到抗菌的作用，主要利用BNNSs与其他抗菌剂的协同作用提高复合材料的抑菌性能。Firestein等使用紫外光照射BNNSs与硝酸银的混合溶液制备了复合膜，结果表明复合膜对大肠杆菌和K-261细菌有很好的抑制作用。

5.高阻隔包装材料

氧气和水蒸气的含量对食品和药品的品质有重要影响，提高产品包装的阻隔性有利于产品的保护。BNNSs作为二维纳米层状材料，具有纵横比高和不易溶于水的特点，将其作为填料加入复合材料中时，可以改变渗透分子的溶解度、渗透路径和扩散速率，因此可以用作高阻隔包装。

例：Nguyen等制备了BNNSs/CNF阻氧复合膜，测得纯CNF膜的氧气透过率为19.08 mL/（m²·d），加入质量分数为0~5%的BNNSs时，复合膜的氧气透过率降低至4.7 mL/（m²·d）。

6.高强包装材料

BNNSs具有力学性能良好、弹性模量大、机械强度高等特点，将BNNSs填料加入聚合物中，可以提高复合材料的力学性能，因此，BNNSs复合材料可以应用于高强包装材料领域。

例：Zhang等将BNNSs和纳米纤维素晶体(CNCs)作为填料加入PVA基体中，制备了复合材料。实验结果表明，单独加入BNNSs和CNCs填料可以改善复合材料的力学性能，添加质量分数为1.6%的BNNSs和CNCs制备的复合膜拉伸强度为109 MPa，比纯PVA膜高42%；弹性模量为3.42 GPa，比纯PVA膜高50%。

结语

虽然目前BNNSs复合材料还停留在制备和性能研究的阶段，并没有广泛应用于包装领域，但其优势已十分明显，若能根据不同包装材料的性能需求进一步加强相关研究，向简单化和工业化发展，氮化硼在包装领域中未尝不能有一席之地。

资料来源：

氮化硼复合材料在包装领域应用的研究进展，张皓然，徐淑艳，卢晓玉，陈墨。

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