本文對(duì)納米TiO2抗菌解內(nèi)毒素家電塑料的性能與應(yīng)用予以介紹。
塑料抗菌材料的研究在國(guó)際上是一門(mén)新興學(xué)科。目前常見(jiàn)的家電塑料用抗菌劑，主要成分為載體沸石等以及搭載其上的銀、鋅等金屬離子，制品表面的金屬離子與細(xì)菌接觸一定時(shí)間后，細(xì)菌失去繁殖功能并死亡，但其尸體可釋放出有害成分如內(nèi)毒素，會(huì)在抗菌的同時(shí)帶來(lái)二次污染。
納米TiO2出現(xiàn)于上世紀(jì)80年代后期，人們發(fā)現(xiàn)它在催化及環(huán)保方面有廣泛應(yīng)用前景�，F(xiàn)在，納米TiO2已開(kāi)始在抗菌、空氣凈化、紫外屏蔽劑、制品自清潔、靜電屏蔽、紅外反射等領(lǐng)域得以應(yīng)用。
納米TiO2的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶，當(dāng)光能量大于禁帶寬度時(shí)，價(jià)帶電子被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，價(jià)帶上產(chǎn)生空穴，并在電場(chǎng)作用下分離移至粒子表面，空穴可奪取顆料表面OH-和H2O中的電子，將其氧化成強(qiáng)氧化力的·OH基團(tuán)�！H可使絕大多數(shù)細(xì)菌、有機(jī)污染物最終分解為CO2、H2O等無(wú)害小分子物質(zhì)。Glaze等人曾于1987年提出高級(jí)化學(xué)氧化的概念，主要就是利用通過(guò)各種方式產(chǎn)生的·OH來(lái)有效破壞污染物。
納米TiO2的催化抗菌機(jī)理為：TiO2在光照后生成的·OH可直接攻擊細(xì)菌等微生物，抽取有機(jī)物的H原子或攻擊細(xì)菌結(jié)構(gòu)中的不飽合鍵，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性及脂類(lèi)分解，以此實(shí)現(xiàn)抗菌。納米TiO2的光催化抗菌，不僅可有效殺滅細(xì)菌，而且能攻擊細(xì)菌細(xì)胞的外層并破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，達(dá)到徹底降解細(xì)菌，并根除了內(nèi)毒素引起的二次污染。
由于TiO2同時(shí)具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物無(wú)毒性，利用納米TiO2的光催化劑抗菌作用可實(shí)現(xiàn)抗菌、解內(nèi)毒素、除異味的效果，將納米TiO2和家電用塑料經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，采用常規(guī)成型工藝就可加工成應(yīng)用廣泛的家電用抗菌解毒素塑料制品。
1 抗菌效果
對(duì)于含有納米TiO2的家電塑料制品的抗菌檢測(cè)，可參照的檢測(cè)方法包括日本抗菌協(xié)會(huì)1998版的覆膜抗菌法，中國(guó)抗菌材料及制品行業(yè)協(xié)會(huì)2002版的抗菌檢測(cè)法，GB15979-1995（附錄B：產(chǎn)品抑菌和殺菌性能與穩(wěn)定性測(cè)試方法）和中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部1999年消毒技術(shù)規(guī)范中的抑菌試驗(yàn)方法。
本研究中所用納米TiO2粉體銳鈦礦型含量≥80%，粒徑≤80nm，外觀白色粉體。檢測(cè)表明，1%納米TiO2粉體水溶液在20分鐘內(nèi)，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念球菌的抗菌率分別為99.2%、93.0%和99.3%；另外，對(duì)綠濃桿菌、鍵球菌、青霉菌、黑霉菌、枯草桿菌、肺炎桿菌等均有良好的抑制作用。
對(duì)于含1%納米TiO2的家電用HIPS制品，采用覆膜光催化抗菌法測(cè)試，作用3小時(shí)后，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果達(dá)到90%以上，表明納米TiO2塑料制品具有良好的抗菌效果。
納米TiO2光觸媒在病房的試驗(yàn)表明，使用TiO2光催化劑后，空氣中浮游細(xì)菌數(shù)可降低90%左右�？梢�(jiàn)，含有納米TiO2的塑料制品，對(duì)于周?chē)諝庵械募?xì)菌也將有一定的抗菌作用，這是普通抗菌制品無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
2 解內(nèi)毒素效果
細(xì)菌內(nèi)毒素是許多病原性細(xì)菌所產(chǎn)生的毒素。它的特殊性在于不是細(xì)菌或細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，而是細(xì)菌死亡或解體后才釋放出來(lái)的一種具有生物活性的物質(zhì)。它是醫(yī)學(xué)上導(dǎo)致冷感、寒戰(zhàn)、發(fā)熱、頭痛、惡心、嘔吐、休克、嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡等癥狀的熱原。
根據(jù)某紅十字協(xié)會(huì)血站對(duì)納米TiO2粉體的解內(nèi)毒素檢測(cè)，采用動(dòng)態(tài)濁度法，在室溫狀態(tài)下，1%的納米TiO2水溶液，在2小時(shí)內(nèi)對(duì)內(nèi)毒的分解率可達(dá)99%以上，顯示出該納米TiO2粉體優(yōu)異的分解內(nèi)毒素功效。
為了檢測(cè)納米TiO2家電塑料的分解內(nèi)毒效果，試驗(yàn)中以納米TiO2含量為0.7%的冰箱用單層HIPS板材為檢測(cè)樣，在100µm/cm2強(qiáng)度熒光燈照射下，經(jīng)過(guò)17小時(shí)后，檢測(cè)樣品對(duì)內(nèi)毒素的分解率可達(dá)90%以上，可見(jiàn)，即使對(duì)于納米TiO2含量較低的家電塑料制品，仍有較高的分解內(nèi)毒素效果。
由于具備了分解內(nèi)毒素的功能，使得納米TiO2抗菌劑較普通無(wú)機(jī)體系抗菌劑，在功能上實(shí)現(xiàn)了巨大飛躍。
3 異味功能
對(duì)于家電特別是冰箱的中異味氣體，是困擾冰箱行業(yè)多年的難題，其主要來(lái)源是食物殘?jiān)�、�?chǔ)存食品中部分成分在細(xì)菌等微生物作用下，營(yíng)養(yǎng)成分分解而產(chǎn)生的。
日本環(huán)境廳已確定的八大惡臭包括腐爛的氨臭味；腐爛魚(yú)的三甲胺臭味；收、蔬菜的硫化氫爛味；腐爛蔬菜的甲烷硫醇、二甲硫醇臭味；腐爛蔬菜的二硫化二甲烷爛味；香味中臭的乙醛味；燒塑料產(chǎn)生苯乙烯臭味。這些惡臭中的絕大多數(shù)可出現(xiàn)在家電的內(nèi)部及其周?chē)h(huán)境。
人類(lèi)嗅覺(jué)對(duì)臭氣很敏感，在可感知到時(shí)的實(shí)際濃度一般都很低，大多在10ppm以下，而魚(yú)產(chǎn)生的胺類(lèi)臭味在含量0.1ppb時(shí)就可被感知。對(duì)于低濃度的臭味氣體，根據(jù)日本的研究報(bào)道，在納米TiO2存在的情況下，只要用室內(nèi)光或白色熒光燈所含的紫外光量就足以將其有效分解掉。
用納米TiO2含量為0.7%的HIPS內(nèi)膽板材生產(chǎn)的雙門(mén)直冷冰箱，在密閉的狀態(tài)下，采用普通熒光燈提供光源，將冷藏化霜出水口密封后，在冷藏室內(nèi)通入異味氣體甲醛，使?jié)舛冗_(dá)到了30ppm，24小時(shí)后檢測(cè)，甲醛的降解率可達(dá)90%以上，這證明了添加了納米TiO2的家電塑料制品，同樣具有良好的分解異味氣體的能力。
對(duì)于實(shí)際使用中的家用電器，其周?chē)愇稓怏w的濃度是很低的，室內(nèi)光或家電內(nèi)部的光線一般也較弱，而這可滿足納米TiO2塑料制品對(duì)微量異味氣體的分解去除要求。
4 力學(xué)性能和老化性能
納米TiO2對(duì)家電塑料的老化始終是一個(gè)讓人關(guān)注的問(wèn)題。TiO2的制造商則認(rèn)同，TiO2在光照時(shí)，雖會(huì)產(chǎn)生一定的催化作用，但同時(shí)也因TiO2對(duì)紫外線強(qiáng)屏蔽作用，減少了塑料基體接受紫外光照射的機(jī)會(huì)，從而一定程度上保護(hù)了基體樹(shù)脂。紫外線加速老化試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于添加納米TiO2的塑料，不僅不會(huì)加速老化，反而因?qū)ψ贤饩�較強(qiáng)的吸收及散射作用，使塑料受到屏蔽保護(hù)，即達(dá)到在最大程度保留塑料基本力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，賦予了制品抗菌解毒素效果。可見(jiàn)，納米TiO2家電塑料制品在應(yīng)用時(shí)具備安全穩(wěn)定性。
5 安全衛(wèi)生指標(biāo)
只有在保證抗菌劑及其制品符合國(guó)家衛(wèi)生要求的前提下，才能確保對(duì)人無(wú)害，并進(jìn)一步探討將其用于抗菌解毒素塑料及家電的可行性。根據(jù)某省疾病防疫中心的檢測(cè)結(jié)果，按GB15193.1-1994（食品安全性毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序和方法）進(jìn)行毒理檢測(cè)，納米TiO2粉體及塑料制品的經(jīng)口急性毒性實(shí)驗(yàn)（LD50）均大于20,000mg/kg，屬實(shí)際無(wú)毒物質(zhì)。結(jié)合發(fā)達(dá)國(guó)家已認(rèn)可在食品包裝膜及化妝品中使用納米TiO2的現(xiàn)狀，可認(rèn)為納米TiO2抗菌劑符合衛(wèi)生要求，可用于抗菌解毒家電塑料件的生產(chǎn)，且經(jīng)高溫加工后亦不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)。
6 應(yīng)用前景
隨著人們生活水平的提高，健康和保護(hù)意識(shí)在不斷增加，對(duì)于日常接觸的家電制品的自身免疫能力也提出了更高的要求，納米TiO2以其獨(dú)具的抗菌、分解內(nèi)毒素、凈化周?chē)諝饧敖到猱愇稓怏w的功能，在眾多的抗菌類(lèi)產(chǎn)品中，獨(dú)占鰲頭，成為普通塑料抗菌劑的升級(jí)換代產(chǎn)品�，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)已有系列鈦光抗菌家電產(chǎn)品上市，其主要采用的就是納米TiO2抗菌解毒素家電塑料，市場(chǎng)銷(xiāo)售情況良好。
塑料抗菌材料的研究在國(guó)際上是一門(mén)新興學(xué)科。目前常見(jiàn)的家電塑料用抗菌劑，主要成分為載體沸石等以及搭載其上的銀、鋅等金屬離子，制品表面的金屬離子與細(xì)菌接觸一定時(shí)間后，細(xì)菌失去繁殖功能并死亡，但其尸體可釋放出有害成分如內(nèi)毒素，會(huì)在抗菌的同時(shí)帶來(lái)二次污染。
納米TiO2出現(xiàn)于上世紀(jì)80年代后期，人們發(fā)現(xiàn)它在催化及環(huán)保方面有廣泛應(yīng)用前景�，F(xiàn)在，納米TiO2已開(kāi)始在抗菌、空氣凈化、紫外屏蔽劑、制品自清潔、靜電屏蔽、紅外反射等領(lǐng)域得以應(yīng)用。
納米TiO2的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶，當(dāng)光能量大于禁帶寬度時(shí)，價(jià)帶電子被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，價(jià)帶上產(chǎn)生空穴，并在電場(chǎng)作用下分離移至粒子表面，空穴可奪取顆料表面OH-和H2O中的電子，將其氧化成強(qiáng)氧化力的·OH基團(tuán)�！H可使絕大多數(shù)細(xì)菌、有機(jī)污染物最終分解為CO2、H2O等無(wú)害小分子物質(zhì)。Glaze等人曾于1987年提出高級(jí)化學(xué)氧化的概念，主要就是利用通過(guò)各種方式產(chǎn)生的·OH來(lái)有效破壞污染物。
納米TiO2的催化抗菌機(jī)理為：TiO2在光照后生成的·OH可直接攻擊細(xì)菌等微生物，抽取有機(jī)物的H原子或攻擊細(xì)菌結(jié)構(gòu)中的不飽合鍵，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性及脂類(lèi)分解，以此實(shí)現(xiàn)抗菌。納米TiO2的光催化抗菌，不僅可有效殺滅細(xì)菌，而且能攻擊細(xì)菌細(xì)胞的外層并破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，達(dá)到徹底降解細(xì)菌，并根除了內(nèi)毒素引起的二次污染。
由于TiO2同時(shí)具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物無(wú)毒性，利用納米TiO2的光催化劑抗菌作用可實(shí)現(xiàn)抗菌、解內(nèi)毒素、除異味的效果，將納米TiO2和家電用塑料經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，采用常規(guī)成型工藝就可加工成應(yīng)用廣泛的家電用抗菌解毒素塑料制品。
1 抗菌效果
對(duì)于含有納米TiO2的家電塑料制品的抗菌檢測(cè)，可參照的檢測(cè)方法包括日本抗菌協(xié)會(huì)1998版的覆膜抗菌法，中國(guó)抗菌材料及制品行業(yè)協(xié)會(huì)2002版的抗菌檢測(cè)法，GB15979-1995（附錄B：產(chǎn)品抑菌和殺菌性能與穩(wěn)定性測(cè)試方法）和中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部1999年消毒技術(shù)規(guī)范中的抑菌試驗(yàn)方法。
本研究中所用納米TiO2粉體銳鈦礦型含量≥80%，粒徑≤80nm，外觀白色粉體。檢測(cè)表明，1%納米TiO2粉體水溶液在20分鐘內(nèi)，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念球菌的抗菌率分別為99.2%、93.0%和99.3%；另外，對(duì)綠濃桿菌、鍵球菌、青霉菌、黑霉菌、枯草桿菌、肺炎桿菌等均有良好的抑制作用。
對(duì)于含1%納米TiO2的家電用HIPS制品，采用覆膜光催化抗菌法測(cè)試，作用3小時(shí)后，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果達(dá)到90%以上，表明納米TiO2塑料制品具有良好的抗菌效果。
納米TiO2光觸媒在病房的試驗(yàn)表明，使用TiO2光催化劑后，空氣中浮游細(xì)菌數(shù)可降低90%左右�？梢�(jiàn)，含有納米TiO2的塑料制品，對(duì)于周?chē)諝庵械募?xì)菌也將有一定的抗菌作用，這是普通抗菌制品無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
2 解內(nèi)毒素效果
細(xì)菌內(nèi)毒素是許多病原性細(xì)菌所產(chǎn)生的毒素。它的特殊性在于不是細(xì)菌或細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，而是細(xì)菌死亡或解體后才釋放出來(lái)的一種具有生物活性的物質(zhì)。它是醫(yī)學(xué)上導(dǎo)致冷感、寒戰(zhàn)、發(fā)熱、頭痛、惡心、嘔吐、休克、嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡等癥狀的熱原。
根據(jù)某紅十字協(xié)會(huì)血站對(duì)納米TiO2粉體的解內(nèi)毒素檢測(cè)，采用動(dòng)態(tài)濁度法，在室溫狀態(tài)下，1%的納米TiO2水溶液，在2小時(shí)內(nèi)對(duì)內(nèi)毒的分解率可達(dá)99%以上，顯示出該納米TiO2粉體優(yōu)異的分解內(nèi)毒素功效。
為了檢測(cè)納米TiO2家電塑料的分解內(nèi)毒效果，試驗(yàn)中以納米TiO2含量為0.7%的冰箱用單層HIPS板材為檢測(cè)樣，在100µm/cm2強(qiáng)度熒光燈照射下，經(jīng)過(guò)17小時(shí)后，檢測(cè)樣品對(duì)內(nèi)毒素的分解率可達(dá)90%以上，可見(jiàn)，即使對(duì)于納米TiO2含量較低的家電塑料制品，仍有較高的分解內(nèi)毒素效果。
由于具備了分解內(nèi)毒素的功能，使得納米TiO2抗菌劑較普通無(wú)機(jī)體系抗菌劑，在功能上實(shí)現(xiàn)了巨大飛躍。
3 異味功能
對(duì)于家電特別是冰箱的中異味氣體，是困擾冰箱行業(yè)多年的難題，其主要來(lái)源是食物殘?jiān)�、�?chǔ)存食品中部分成分在細(xì)菌等微生物作用下，營(yíng)養(yǎng)成分分解而產(chǎn)生的。
日本環(huán)境廳已確定的八大惡臭包括腐爛的氨臭味；腐爛魚(yú)的三甲胺臭味；收、蔬菜的硫化氫爛味；腐爛蔬菜的甲烷硫醇、二甲硫醇臭味；腐爛蔬菜的二硫化二甲烷爛味；香味中臭的乙醛味；燒塑料產(chǎn)生苯乙烯臭味。這些惡臭中的絕大多數(shù)可出現(xiàn)在家電的內(nèi)部及其周?chē)h(huán)境。
人類(lèi)嗅覺(jué)對(duì)臭氣很敏感，在可感知到時(shí)的實(shí)際濃度一般都很低，大多在10ppm以下，而魚(yú)產(chǎn)生的胺類(lèi)臭味在含量0.1ppb時(shí)就可被感知。對(duì)于低濃度的臭味氣體，根據(jù)日本的研究報(bào)道，在納米TiO2存在的情況下，只要用室內(nèi)光或白色熒光燈所含的紫外光量就足以將其有效分解掉。
用納米TiO2含量為0.7%的HIPS內(nèi)膽板材生產(chǎn)的雙門(mén)直冷冰箱，在密閉的狀態(tài)下，采用普通熒光燈提供光源，將冷藏化霜出水口密封后，在冷藏室內(nèi)通入異味氣體甲醛，使?jié)舛冗_(dá)到了30ppm，24小時(shí)后檢測(cè)，甲醛的降解率可達(dá)90%以上，這證明了添加了納米TiO2的家電塑料制品，同樣具有良好的分解異味氣體的能力。
對(duì)于實(shí)際使用中的家用電器，其周?chē)愇稓怏w的濃度是很低的，室內(nèi)光或家電內(nèi)部的光線一般也較弱，而這可滿足納米TiO2塑料制品對(duì)微量異味氣體的分解去除要求。
4 力學(xué)性能和老化性能
納米TiO2對(duì)家電塑料的老化始終是一個(gè)讓人關(guān)注的問(wèn)題。TiO2的制造商則認(rèn)同，TiO2在光照時(shí)，雖會(huì)產(chǎn)生一定的催化作用，但同時(shí)也因TiO2對(duì)紫外線強(qiáng)屏蔽作用，減少了塑料基體接受紫外光照射的機(jī)會(huì)，從而一定程度上保護(hù)了基體樹(shù)脂。紫外線加速老化試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于添加納米TiO2的塑料，不僅不會(huì)加速老化，反而因?qū)ψ贤饩�較強(qiáng)的吸收及散射作用，使塑料受到屏蔽保護(hù)，即達(dá)到在最大程度保留塑料基本力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，賦予了制品抗菌解毒素效果。可見(jiàn)，納米TiO2家電塑料制品在應(yīng)用時(shí)具備安全穩(wěn)定性。
5 安全衛(wèi)生指標(biāo)
只有在保證抗菌劑及其制品符合國(guó)家衛(wèi)生要求的前提下，才能確保對(duì)人無(wú)害，并進(jìn)一步探討將其用于抗菌解毒素塑料及家電的可行性。根據(jù)某省疾病防疫中心的檢測(cè)結(jié)果，按GB15193.1-1994（食品安全性毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序和方法）進(jìn)行毒理檢測(cè)，納米TiO2粉體及塑料制品的經(jīng)口急性毒性實(shí)驗(yàn)（LD50）均大于20,000mg/kg，屬實(shí)際無(wú)毒物質(zhì)。結(jié)合發(fā)達(dá)國(guó)家已認(rèn)可在食品包裝膜及化妝品中使用納米TiO2的現(xiàn)狀，可認(rèn)為納米TiO2抗菌劑符合衛(wèi)生要求，可用于抗菌解毒家電塑料件的生產(chǎn)，且經(jīng)高溫加工后亦不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)。
6 應(yīng)用前景
隨著人們生活水平的提高，健康和保護(hù)意識(shí)在不斷增加，對(duì)于日常接觸的家電制品的自身免疫能力也提出了更高的要求，納米TiO2以其獨(dú)具的抗菌、分解內(nèi)毒素、凈化周?chē)諝饧敖到猱愇稓怏w的功能，在眾多的抗菌類(lèi)產(chǎn)品中，獨(dú)占鰲頭，成為普通塑料抗菌劑的升級(jí)換代產(chǎn)品�，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)已有系列鈦光抗菌家電產(chǎn)品上市，其主要采用的就是納米TiO2抗菌解毒素家電塑料，市場(chǎng)銷(xiāo)售情況良好。
