本文對納米TiO2抗菌解內毒素家電塑料的性能與應用予以介紹。
塑料抗菌材料的研究在國際上是一門新興學科。目前常見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菌接觸一定時間后，細菌失去繁殖功能并死亡，但其尸體可釋放出有害成分如內毒素，會在抗菌的同時帶來二次污染。
納米TiO2出現于上世紀80年代后期，人們發現它在催化及環保方面有廣泛應用前景。現在，納米TiO2已開始在抗菌、空氣凈化、紫外屏蔽劑、制品自清潔、靜電屏蔽、紅外反射等領域得以應用。
納米TiO2的價帶和導帶之間存在禁帶，當光能量大于禁帶寬度時，價帶電子被激發躍遷至導帶，價帶上產生空穴，并在電場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，將其氧化成強氧化力的·OH基團。·OH可使絕大多數細菌、有機污染物最終分解為CO2、H2O等無害小分子物質。Glaze等人曾于1987年提出高級化學氧化的概念，主要就是利用通過各種方式產生的·OH來有效破壞污染物。
納米TiO2的催化抗菌機理為：TiO2在光照后生成的·OH可直接攻擊細菌等微生物，抽取有機物的H原子或攻擊細菌結構中的不飽合鍵，導致蛋白質變性及脂類分解，以此實現抗菌。納米TiO2的光催化抗菌，不僅可有效殺滅細菌，而且能攻擊細菌細胞的外層并破壞細胞膜結構，達到徹底降解細菌，并根除了內毒素引起的二次污染。
由于TiO2同時具有很好的化學穩定性和生物無毒性，利用納米TiO2的光催化劑抗菌作用可實現抗菌、解內毒素、除異味的效果，將納米TiO2和家電用塑料經過預處理后，采用常規成型工藝就可加工成應用廣泛的家電用抗菌解毒素塑料制品。
1 抗菌效果
對于含有納米TiO2的家電塑料制品的抗菌檢測，可參照的檢測方法包括日本抗菌協會1998版的覆膜抗菌法，中國抗菌材料及制品行業協會2002版的抗菌檢測法，GB15979-1995（附錄B：產品抑菌和殺菌性能與穩定性測試方法）和中華人民共和國衛生部1999年消毒技術規范中的抑菌試驗方法。
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。檢測表明，1%納米TiO2粉體水溶液在20分鐘內，對大腸桿菌、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。
對于含1%納米TiO2的家電用HIPS制品，采用覆膜光催化抗菌法測試，作用3小時后，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果達到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表明，使用TiO2光催化劑后，空氣中浮游細菌數可降低90%左右。可見，含有納米TiO2的塑料制品，對于周圍空氣中的細菌也將有一定的抗菌作用，這是普通抗菌制品無法實現的。
2 解內毒素效果
細菌內毒素是許多病原性細菌所產生的毒素。它的特殊性在于不是細菌或細菌的代謝產物，而是細菌死亡或解體后才釋放出來的一種具有生物活性的物質。它是醫學上導致冷感、寒戰、發熱、頭痛、惡心、嘔吐、休克、嚴重時導致死亡等癥狀的熱原。
根據某紅十字協會血站對納米TiO2粉體的解內毒素檢測，采用動態濁度法，在室溫狀態下，1%的納米TiO2水溶液，在2小時內對內毒的分解率可達99%以上，顯示出該納米TiO2粉體優異的分解內毒素功效。
為了檢測納米TiO2家電塑料的分解內毒效果，試驗中以納米TiO2含量為0.7%的冰箱用單層HIPS板材為檢測樣，在100µm/cm2強度熒光燈照射下，經過17小時后，檢測樣品對內毒素的分解率可達90%以上，可見，即使對于納米TiO2含量較低的家電塑料制品，仍有較高的分解內毒素效果。
由于具備了分解內毒素的功能，使得納米TiO2抗菌劑較普通無機體系抗菌劑，在功能上實現了巨大飛躍。
3 異味功能
對于家電特別是冰箱的中異味氣體，是困擾冰箱行業多年的難題，其主要來源是食物殘渣、儲存食品中部分成分在細菌等微生物作用下，營養成分分解而產生的。
日本環境廳已確定的八大惡臭包括腐爛的氨臭味；腐爛魚的三甲胺臭味；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；燒塑料產生苯乙烯臭味。這些惡臭中的絕大多數可出現在家電的內部及其周圍環境。
人類嗅覺對臭氣很敏感，在可感知到時的實際濃度一般都很低，大多在10ppm以下，而魚產生的胺類臭味在含量0.1ppb時就可被感知。對于低濃度的臭味氣體，根據日本的研究報道，在納米TiO2存在的情況下，只要用室內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內膽板材生產的雙門直冷冰箱，在密閉的狀態下，采用普通熒光燈提供光源，將冷藏化霜出水口密封后，在冷藏室內通入異味氣體甲醛，使濃度達到了30ppm，24小時后檢測，甲醛的降解率可達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。
對于實際使用中的家用電器，其周圍異味氣體的濃度是很低的，室內光或家電內部的光線一般也較弱，而這可滿足納米TiO2塑料制品對微量異味氣體的分解去除要求。
4 力學性能和老化性能
納米TiO2對家電塑料的老化始終是一個讓人關注的問題。TiO2的制造商則認同，TiO2在光照時，雖會產生一定的催化作用，但同時也因TiO2對紫外線強屏蔽作用，減少了塑料基體接受紫外光照射的機會，從而一定程度上保護了基體樹脂。紫外線加速老化試驗結果表明，對于添加納米TiO2的塑料，不僅不會加速老化，反而因對紫外線較強的吸收及散射作用，使塑料受到屏蔽保護，即達到在最大程度保留塑料基本力學性能的基礎上，賦予了制品抗菌解毒素效果。可見，納米TiO2家電塑料制品在應用時具備安全穩定性。
5 安全衛生指標
只有在保證抗菌劑及其制品符合國家衛生要求的前提下，才能確保對人無害，并進一步探討將其用于抗菌解毒素塑料及家電的可行性。根據某省疾病防疫中心的檢測結果，按GB15193.1-1994（食品安全性毒理學評價程序和方法）進行毒理檢測，納米TiO2粉體及塑料制品的經口急性毒性實驗（LD50）均大于20,000mg/kg，屬實際無毒物質。結合發達國家已認可在食品包裝膜及化妝品中使用納米TiO2的現狀，可認為納米TiO2抗菌劑符合衛生要求，可用于抗菌解毒家電塑料件的生產，且經高溫加工后亦不會產生有害物質。
6 應用前景
隨著人們生活水平的提高，健康和保護意識在不斷增加，對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以其獨具的抗菌、分解內毒素、凈化周圍空氣及降解異味氣體的功能，在眾多的抗菌類產品中，獨占鰲頭，成為普通塑料抗菌劑的升級換代產品。現在，國內已有系列鈦光抗菌家電產品上市，其主要采用的就是納米TiO2抗菌解毒素家電塑料，市場銷售情況良好。
塑料抗菌材料的研究在國際上是一門新興學科。目前常見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菌接觸一定時間后，細菌失去繁殖功能并死亡，但其尸體可釋放出有害成分如內毒素，會在抗菌的同時帶來二次污染。
納米TiO2出現于上世紀80年代后期，人們發現它在催化及環保方面有廣泛應用前景。現在，納米TiO2已開始在抗菌、空氣凈化、紫外屏蔽劑、制品自清潔、靜電屏蔽、紅外反射等領域得以應用。
納米TiO2的價帶和導帶之間存在禁帶，當光能量大于禁帶寬度時，價帶電子被激發躍遷至導帶，價帶上產生空穴，并在電場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，將其氧化成強氧化力的·OH基團。·OH可使絕大多數細菌、有機污染物最終分解為CO2、H2O等無害小分子物質。Glaze等人曾于1987年提出高級化學氧化的概念，主要就是利用通過各種方式產生的·OH來有效破壞污染物。
納米TiO2的催化抗菌機理為：TiO2在光照后生成的·OH可直接攻擊細菌等微生物，抽取有機物的H原子或攻擊細菌結構中的不飽合鍵，導致蛋白質變性及脂類分解，以此實現抗菌。納米TiO2的光催化抗菌，不僅可有效殺滅細菌，而且能攻擊細菌細胞的外層并破壞細胞膜結構，達到徹底降解細菌，并根除了內毒素引起的二次污染。
由于TiO2同時具有很好的化學穩定性和生物無毒性，利用納米TiO2的光催化劑抗菌作用可實現抗菌、解內毒素、除異味的效果，將納米TiO2和家電用塑料經過預處理后，采用常規成型工藝就可加工成應用廣泛的家電用抗菌解毒素塑料制品。
1 抗菌效果
對于含有納米TiO2的家電塑料制品的抗菌檢測，可參照的檢測方法包括日本抗菌協會1998版的覆膜抗菌法，中國抗菌材料及制品行業協會2002版的抗菌檢測法，GB15979-1995（附錄B：產品抑菌和殺菌性能與穩定性測試方法）和中華人民共和國衛生部1999年消毒技術規范中的抑菌試驗方法。
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。檢測表明，1%納米TiO2粉體水溶液在20分鐘內，對大腸桿菌、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。
對于含1%納米TiO2的家電用HIPS制品，采用覆膜光催化抗菌法測試，作用3小時后，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果達到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表明，使用TiO2光催化劑后，空氣中浮游細菌數可降低90%左右。可見，含有納米TiO2的塑料制品，對于周圍空氣中的細菌也將有一定的抗菌作用，這是普通抗菌制品無法實現的。
2 解內毒素效果
細菌內毒素是許多病原性細菌所產生的毒素。它的特殊性在于不是細菌或細菌的代謝產物，而是細菌死亡或解體后才釋放出來的一種具有生物活性的物質。它是醫學上導致冷感、寒戰、發熱、頭痛、惡心、嘔吐、休克、嚴重時導致死亡等癥狀的熱原。
根據某紅十字協會血站對納米TiO2粉體的解內毒素檢測，采用動態濁度法，在室溫狀態下，1%的納米TiO2水溶液，在2小時內對內毒的分解率可達99%以上，顯示出該納米TiO2粉體優異的分解內毒素功效。
為了檢測納米TiO2家電塑料的分解內毒效果，試驗中以納米TiO2含量為0.7%的冰箱用單層HIPS板材為檢測樣，在100µm/cm2強度熒光燈照射下，經過17小時后，檢測樣品對內毒素的分解率可達90%以上，可見，即使對于納米TiO2含量較低的家電塑料制品，仍有較高的分解內毒素效果。
由于具備了分解內毒素的功能，使得納米TiO2抗菌劑較普通無機體系抗菌劑，在功能上實現了巨大飛躍。
3 異味功能
對于家電特別是冰箱的中異味氣體，是困擾冰箱行業多年的難題，其主要來源是食物殘渣、儲存食品中部分成分在細菌等微生物作用下，營養成分分解而產生的。
日本環境廳已確定的八大惡臭包括腐爛的氨臭味；腐爛魚的三甲胺臭味；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；燒塑料產生苯乙烯臭味。這些惡臭中的絕大多數可出現在家電的內部及其周圍環境。
人類嗅覺對臭氣很敏感，在可感知到時的實際濃度一般都很低，大多在10ppm以下，而魚產生的胺類臭味在含量0.1ppb時就可被感知。對于低濃度的臭味氣體，根據日本的研究報道，在納米TiO2存在的情況下，只要用室內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內膽板材生產的雙門直冷冰箱，在密閉的狀態下，采用普通熒光燈提供光源，將冷藏化霜出水口密封后，在冷藏室內通入異味氣體甲醛，使濃度達到了30ppm，24小時后檢測，甲醛的降解率可達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。
對于實際使用中的家用電器，其周圍異味氣體的濃度是很低的，室內光或家電內部的光線一般也較弱，而這可滿足納米TiO2塑料制品對微量異味氣體的分解去除要求。
4 力學性能和老化性能
納米TiO2對家電塑料的老化始終是一個讓人關注的問題。TiO2的制造商則認同，TiO2在光照時，雖會產生一定的催化作用，但同時也因TiO2對紫外線強屏蔽作用，減少了塑料基體接受紫外光照射的機會，從而一定程度上保護了基體樹脂。紫外線加速老化試驗結果表明，對于添加納米TiO2的塑料，不僅不會加速老化，反而因對紫外線較強的吸收及散射作用，使塑料受到屏蔽保護，即達到在最大程度保留塑料基本力學性能的基礎上，賦予了制品抗菌解毒素效果。可見，納米TiO2家電塑料制品在應用時具備安全穩定性。
5 安全衛生指標
只有在保證抗菌劑及其制品符合國家衛生要求的前提下，才能確保對人無害，并進一步探討將其用于抗菌解毒素塑料及家電的可行性。根據某省疾病防疫中心的檢測結果，按GB15193.1-1994（食品安全性毒理學評價程序和方法）進行毒理檢測，納米TiO2粉體及塑料制品的經口急性毒性實驗（LD50）均大于20,000mg/kg，屬實際無毒物質。結合發達國家已認可在食品包裝膜及化妝品中使用納米TiO2的現狀，可認為納米TiO2抗菌劑符合衛生要求，可用于抗菌解毒家電塑料件的生產，且經高溫加工后亦不會產生有害物質。
6 應用前景
隨著人們生活水平的提高，健康和保護意識在不斷增加，對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以其獨具的抗菌、分解內毒素、凈化周圍空氣及降解異味氣體的功能，在眾多的抗菌類產品中，獨占鰲頭，成為普通塑料抗菌劑的升級換代產品。現在，國內已有系列鈦光抗菌家電產品上市，其主要采用的就是納米TiO2抗菌解毒素家電塑料，市場銷售情況良好。
