纳米二氧化钛CYT200在抗菌塑料
摘要:利用纳米TO（CY-T）作为无机抗菌剂研制抗菌广谱长效的功能塑料探讨了塑料制品的抗菌长效性、抗菌广谱性和安全稳定性展示出抗菌塑料制品的广阔应用前景。
日常生活中塑料制品很多如食品包装袋、垃圾箱、壁纸、家用电器的塑料外壳卫生间设施、厨房用等等，都容易滋生细菌,成为疾病传染的媒介，因此对此类材料进行抗菌保健加工具有十分重要的意义。二氧化钛（CY-T）具有很好的化学稳定性和生物无毒性，利用纳米TO（CY-T）光催化作用可以起到很好的杀菌抑菌作用，将纳米TO抗菌剂和塑料树脂均匀共混制成塑料制品或塑料膜,即可成为抗菌广谱、长效、安全稳定的功能性塑料。
纳米技术在功能性塑料中的开发应用日益发展。研究开发抗菌塑料对净化环境，提高人类健康水平具有积极和重要的意义。
1.纳米TO抗菌剂的晶型
根据制备工艺方法的不同可制得锐钛矿型和金红石型两种晶型结构的纳米二氧化钛（CY-T）。前者有更强的光触媒作用,有利于发挥抗菌、降解有机污染物和除臭等功能。以TC为原料制备的锐钛矿型纳米TiO的XRD衍射谱图如图1所示。使用该纳米TO（CY-T）作为新型抗菌剂具有广谱的杀菌效能，耐热性好,安全性佳持续性长使用方便,制作抗菌塑料具有很广泛的应用前景。
2.纳米TO（CY-T）在抗菌塑料中的可行性
采用一般的挤出母粒和拉膜方法纳米TO（CY-T）即可方便地分散到聚乙烯朔料膜中呈现较好的透明性,其抗菌效果如表1所示。由表1数据可以看出，该抗菌朔料膜对人肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌黑色变种都具有很强的抗菌能力因此可以作为包装膜使用。将该产品纳米TO（CY-T）以30%浓度比例简单混合到聚乙烯、ABS等树脂中通过双螺杆机一次挤出先制得母粒再制成1%含量的塑料制品对枯草芽孢杆菌黑色变种的杀菌效果测定如表2所示为ABS盘与PE袋也显示出较好的杀雨效果。由此可见该纳米抗菌剂采用常规加工方法可以满足纳米复合材料的纳米TO（CY-T）制备，并且获得很好的抗菌功能。
以上实验结果说明，经表面包覆处理的纳米TiO2具有较为理想的分散性和相容性从而充分体现量子尺寸效应发挥出较强的抗菌功能。纳米TiO与基材相容时不需特殊设备,实施方便,因而抗菌纳米TiO2可以在抗菌塑料领域得到应用。
一般的纳米TO2（CY-T）经紫外光照射时方有较明显的杀菌效果，但在许多场合因无紫外光源照射而使应用受到限制如常年无光照的阴暗区、封闭仓、易发霉容器的内部等等。目前国内外已采用在二氧化钛（CY-T）表面覆盖多孔磷酸钙涂层等技术方法来提高光催化效率，将光催化光源已宽化到可见光区,但未宽化到黑暗区的微光应用上还有很多限制。
经表面特定处理的纳米TO（CY-T）降低了电子跃迁的禁带宽度,并产生电子一空穴对的陷阱,以强化光催化作用使其不仅在紫外光照时有较强的杀菌效果而且在微光时也有较明显的杀菌效果。表3是不同光照条件下抗菌塑料对枯草芽孢黑色变种的抗菌效果。由表3可知紫外灯光照射时的杀菌效果达到98%自然光时的杀菌效果达到97%微光时(无灯光照的培养箱内)杀菌效果为93%。其结果表明光源不同.抗菌塑料杀菌效果差别很小影响不大可见该纳米TO（CY-T）的杀效果不受光源作用的限制，即使是很微弱的激发光源(无灯光照的闭合箱内)该材料也能产生明显的抗菌效果以致应用到无灯光照的暗仓或封闭层内的场合大大拓宽了应用领域。
3.塑料制品的抗菌长效性
表4为未经老化与经受小时紫外光照射老化实验后塑料抗菌膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢黑色变种的杀菌效果。由表4可知塑料抗菌膜经受紫外光照老化实验后杀菌效率依然很高.与未经老化实验的杀菌效率相比变化甚微，说明该抗菌制品具有抗菌长效性。这是由于塑料产品的抗菌性能来自于纳米TO（CY-T）。纳米TO抗菌作用较为长效机理不同于一般的无机和有机抗菌剂，它并非靠药物的渗出和游离而产生抗菌作用纳米TO（CY-T）的灭菌机理在于光催化作用45其光催化作用示意图如图4所示。
TiO的电子结构为一个满的价带和一个空的导带受光使电子能量达到或超过其带隙能时电子就可从价带激发到导带，在价带产生相应的空穴,随即生成电子一空穴对。产生的电子一空穴迁移速度极快,迅速到达纳米粒子表面和表面吸附的水、空气反应如O+e→O和HO+h+→OH+H等生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基(〇)和氢氧自由基(OH)当遇到细菌时，直接攻击细菌的胞致使细菌细胞内的有机物降解,以此杀灭细菌并使之分解。一般常用的杀菌剂银、铜等能使细菌细胞失去活性,但细菌杀死后尸体可释放出有害的组分如内毒素。纳米TO，不仅能影响细繁殖力。而且能攻击细菌细胞的外层穿透细胞膜,破坏细菌的细胞膜结构达到彻底降解细菌防止内毒素引起二次污染的效果。添加纳米TO（CY-T）的抗菌料属于非溶出型抗菌材料纳米TO的光催化作用持久它的杀雨效果也持久，可起到长期抗菌、防病、保健、净化环境的作用。
4.塑料制品的安全稳定性
纳米TO（CY-T）具有较强的紫外线屏蔽能力很好的化学稳定性和热稳定性无毒、无害、无污染使用上不受限制。是塑料中较为理想的抗菌填料。
目前广泛采用的银系抗菌剂虽有较好的杀菌即效性,但是遇光照或保存时极易变色太多的银离子溶出对人体不利添加到塑料中由于银的活泼性容易发生氧化还原反应引起颜色黄变这些问题都将给塑料的应用带来不良影响。纳米TO（CY-T）的化学性能稳定无金属离子容添加到聚乙烯、聚内烯、ABS等塑料中,在发挥抗菌效果的同时不会发生黄变现象。
紫外线能够使高分子材料产生老化而遭受破坏纳米二氧化钛（CY-T）可防止塑料老化延长材料的使用寿命,所以可将纳米TO（CY-T）应用到高分子材料抗老化应用领域中去如添加1%纳米TO（CY-T）的PE膜拉伸强度为17.8MPa经受紫外光照72小时老化实验后拉伸强度值为21.7MPa强度没有降低，可见没受到老化性破坏。
紫外光会使食品自动氧化变色破坏食品中的维生素,从而降低食品的营养价值。若在塑料食品包装材料中添加纳米TO（CY-T）不仅能透过透明塑料膜看清食品，而且能防止食品过早变质。
综上所述纳米TO（CY-T）的加入不仅不会引起塑料变色和材料老化还能够提供保护作用这样的抗菌产品进行应用时具备安全稳定性。
5.结论
采用锐钛矿型纳米一氧化钛（CY-T）经表而包覆处理，呈现较好的分散性与PE树脂等高分子材料有较好的相容性将其制备成抗菌塑料具备长效广谱的抗菌效果，安全稳定实施方便在净化环境方面具有广阔的应用前景。
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