包裝材料是每個人都司空見慣的東西，尤其是保鮮袋等以聚合物材料為主的日用包裝材料，更是每天都會用到。不過“包裝材料”其實是一個很寬泛的概念，除了制造包裝容器外，只要能構成“產品-包裝”關系的材料都可以這么歸類。

包裝材料的成本一般都比較單純、一目了然。但在一些比較特殊的場合，為使包裝材料更符合應用場合的要求，有人想出了給包裝材料做“加法”，即通過添加特定的填料，如六方氮化硼（h-BN）等，使包裝材料具備導熱、阻燃、抗菌等特殊性能。

為什么選擇氮化硼？

h-BN是一種人工合成的化合物，因具有類似石墨的片狀形狀而素有白色石墨之稱，各方面性能都十分優秀，不僅機械強度高、吸附性能好、熱穩定性好、導熱系數高，同時還擁有卓越的抗氧化性、良好的潤滑性能、寬的能隙帶和電絕緣性。

由于二維納米材料層數的減少能夠賦予它更獨特的結構和性能，因此應用上可以先將h-BN剝離為層數較少的BNNSs，然后再通過溶液共混法、原位聚合法和熔融共混法等制備方法改善聚合物的導熱、力學、阻隔、阻燃、抗菌等性能。最終產品在電子產品熱管理、電子封裝、生物醫藥等領域有著不錯的應用前景。

復合包裝材料應用前景

為了更好地發展BNNSs復合材料在包裝領域中的應用，首先要有針對性地增強復合材料在相應領域中所需要的性能。目前可行的方向可分為導熱、阻隔、阻燃、防腐、抗菌等，至于要怎么實現呢，下面一起來看看。

1.高導熱包裝材料

BNNSs復合材料在高導熱包裝材料方面具有很好的應用前景，這是因為電子元件的飛速發展導致對電子封裝材料的熱管理要求越來越高，而高導熱的復合材料可以提高導熱效率，保證電子器件的性能，提高安全性。不過由于BNNSs填料的幾何形狀、取向排列、在聚合物中的分散性以及與聚合物的相容性等因素都會影響復合材料的導熱性，因此可以通過對BNNSs進行表面修飾提高BNNSs與聚合物的相容性，通過構建定向排列的BNNSs導熱路徑有效減少聲子散射，降低界面熱阻來提高復合材料的導熱效率。

例：環氧樹脂具有優良的電氣絕緣性能、力學性能、加工性能等，被廣泛應用干電子封裝領域，Han等對BNNSs進行表面修飾，制備了新型異構的碳化硅(SiC)-BNNSs，隨后采用溶液共混法制備了SiC-BNNSs/環氧樹脂復合材料。實驗表明，當添加質量分數為20%的SiC-BNNSs時，復合材料的導熱系數為0.89 W/（m·K），是純環氧樹脂的4.1倍。

2.阻燃包裝材料

作為二維層狀材料，BNNSs 具有比表面積大和機械強度高的特點，層層疊加的結構可以在聚合物材料燃燒時形成物理隔絕層，可以有效阻擋熱量和氧氣進入，起到阻燃的效果，可用作一些易燃產品的阻燃包裝材料。

例：環氧樹脂材料易燃，且燃燒時會產生有害氣體，因此可以通過添加BNNSs填料提高復合材料的阻燃性。Zhang等采用水熱法，并使用鐵酸鉍納米粒子(BF)對BNNSs進行功能化處理得到了BF-BNNSs，隨后將其作為填料加入環氧樹脂基材中制得了BF-BNNSs/環氧樹脂復合膜，最后結果表明，加入質量分數為3%的BF-BNNSs填料時，環氧樹脂的最大放熱率降低了34.7%，最大排煙率降低了35.6%，CO排放量降低了50%。

3.防腐包裝材料

由于BNNSs納米片的比表面積大，具有良好的熱穩定性、化學穩定性和耐蝕性，可以有效地陽隔水和氣體分子透過，因此BNNSs 復合材料在防腐包裝領域也很有前景。

例：BNNSs可以添加進丙烯酸防腐涂料增強其防腐性，如Fan等用硅烷偶聯劑（KH560）對BNNSs進行了改性處理，并將其加入丙烯酸中制備了鍍鋅鋼的防腐涂層，隨后通過電化學實驗研究了復合涂料的耐腐蝕性。結果表明，與普通的丙烯酸涂料相比，復合涂料的腐蝕電流密度從22μA/cm²降低到0.23μA/cm²。

4.抗菌包裝材料

抗菌包裝材料可抑制微生物和病菌生長繁殖，延長食品貨架期，保證食品和藥品包裝安全性等。BNNSs具有抑菌性，一方面BNNSs對細菌的細胞膜有毒性，可以破壞細菌的細胞膜；另一方面，BNNSs自身良好的阻隔性可以使細菌與外界隔離，切斷水和營養物質的供給，進而導致細菌失活死亡。BNNSs抗菌材料通常分為兩種，分別如下：

①BNNS填料直接作為抗菌劑，主要利用BNNSs自身的抗菌性，Pandit等采用熔融共混法制備了BNNSs/低密度聚乙烯（LDPE）抗菌膜，結果表明BNNSs對細菌細胞外膜造成了不可修復的損傷；BNNSs/LDPE復合材料對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細菌有良好的抑制效果。

②BNNSs與其他填料協同起到抗菌的作用，主要利用BNNSs與其他抗菌劑的協同作用提高復合材料的抑菌性能。Firestein等使用紫外光照射BNNSs與硝酸銀的混合溶液制備了復合膜，結果表明復合膜對大腸桿菌和K-261細菌有很好的抑制作用。

5.高阻隔包裝材料

氧氣和水蒸氣的含量對食品和藥品的品質有重要影響，提高產品包裝的阻隔性有利于產品的保護。BNNSs作為二維納米層狀材料，具有縱橫比高和不易溶于水的特點，將其作為填料加入復合材料中時，可以改變滲透分子的溶解度、滲透路徑和擴散速率，因此可以用作高阻隔包裝。

例：Nguyen等制備了BNNSs/CNF阻氧復合膜，測得純CNF膜的氧氣透過率為19.08 mL/（m²·d），加入質量分數為0~5%的BNNSs時，復合膜的氧氣透過率降低至4.7 mL/（m²·d）。

6.高強包裝材料

BNNSs具有力學性能良好、彈性模量大、機械強度高等特點，將BNNSs填料加入聚合物中，可以提高復合材料的力學性能，因此，BNNSs復合材料可以應用于高強包裝材料領域。

例：Zhang等將BNNSs和納米纖維素晶體(CNCs)作為填料加入PVA基體中，制備了復合材料。實驗結果表明，單獨加入BNNSs和CNCs填料可以改善復合材料的力學性能，添加質量分數為1.6%的BNNSs和CNCs制備的復合膜拉伸強度為109 MPa，比純PVA膜高42%；彈性模量為3.42 GPa，比純PVA膜高50%。

結語

雖然目前BNNSs復合材料還停留在制備和性能研究的階段，并沒有廣泛應用于包裝領域，但其優勢已十分明顯，若能根據不同包裝材料的性能需求進一步加強相關研究，向簡單化和工業化發展，氮化硼在包裝領域中未嘗不能有一席之地。

資料來源：

氮化硼復合材料在包裝領域應用的研究進展，張皓然，徐淑艷，盧曉玉，陳墨。

粉體圈NANA整理