本文对纳米TiO2抗菌解内毒素家电塑料的性能与应用予以介绍。
塑料抗菌材料的研究在国际上是一门新兴学科。目前常见的家电塑料用抗菌剂，主要成分为载体 沸石等以及搭载其上的银、锌等金属离子，制品表面的金属离子与细菌接触一定时间后，细菌失去繁殖功能并死亡，但其尸体可释放出有害成分如内毒素，会在抗菌的同时带来二次污染。
纳米TiO2出现于上世纪80年代后期，人们发现它在催化及环保方面有广泛应用前景。现在，纳米TiO2已开始在抗菌、空气净化、紫外屏蔽剂、制品自清洁、静电屏蔽、红外反射等领域得以应用。
纳米TiO2的价带和导带之间存在禁带，当光能量大于禁带宽度时，价带电子被激发跃迁至导带，价带上产生空穴，并在电场作用下分离移至粒子表面，空穴可夺取颗料表面OH-和H2O中的电子，将其氧化成强氧化力的·OH基团。·OH可使绝大多数细菌、有机污染物最终分解为CO2、H2O等无害小分子物质。Glaze等人曾于1987年提出高级化学氧化的概念，主要就是利用通过各种方式产生的·OH来有效破坏污染物。
纳米TiO2的催化抗菌机理为：TiO2在光照后生成的·OH可直接攻击细菌等微生物，抽取有机物的H原子或攻击细菌结构中的不饱合键，导致蛋白质变性及脂类分解，以此实现抗菌。纳米TiO2的光催化抗菌，不仅可有效杀灭细菌，而且能攻击细菌细胞的外层并破坏细胞膜结构，达到彻底降解细菌，并根除了内毒素引起的二次污染。
由于TiO2同时具有很好的化学稳定性和生物无毒性，利用纳米TiO2的光催化剂抗菌作用可实现抗菌、解内毒素、除异味的效果，将纳米TiO2和家电用塑料经过预处理后，采用常规成型工艺就可加工成应用广泛的家电用抗菌解毒素塑料制品。
1 抗菌效果
对于含有纳米TiO2的家电塑料制品的抗菌检测，可参照的检测方法包括日本抗菌协会1998版的覆膜抗菌法，中国抗菌材料及制品行业协会2002版的抗菌检测法，GB15979-1995（附录B：产品抑菌和杀菌性能与稳定性测试方法）和中华人民共和国卫生部1999年消毒技术规范中的抑菌试验方法。
本研究中所用纳米TiO2粉体锐钛矿型含量≥80%，粒径≤80nm，外观白色粉体。检测表明，1%纳米TiO2粉体水溶液在20分钟内，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念球菌的抗菌率分别为99.2%、93.0%和99.3%；另外，对绿浓杆菌、键球菌、青霉菌、黑霉菌、枯草杆菌、肺炎杆菌等均有良好的抑制作用。
对于含1%纳米TiO2的家电用HIPS制品，采用覆膜光催化抗菌法测试，作用3小时后，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果达到90%以上，表明纳米TiO2塑料制品具有良好的抗菌效果。
纳米TiO2光触媒在病房的试验表明，使用TiO2光催化剂后，空气中浮游细菌数可降低90%左右。可见，含有纳米TiO2的塑料制品，对于周围空气中的细菌也将有一定的抗菌作用，这是普通抗菌制品无法实现的。
2 解内毒素效果
细菌内毒素是许多病原性细菌所产生的毒素。它的特殊性在于不是细菌或细菌的代谢产物，而是细菌死亡或解体后才释放出来的一种具有生物活性的物质。它是医学上导致冷感、寒战、发热、头痛、恶心、呕吐、休克、严重时导致死亡等症状的热原。
根据某红十字协会血站对纳米TiO2粉体的解内毒素检测，采用动态浊度法，在室温状态下，1%的纳米TiO2水溶液，在2小时内对内毒的分解率可达99%以上，显示出该纳米TiO2粉体优异的分解内毒素功效。
为了检测纳米TiO2家电塑料的分解内毒效果，试验中以纳米TiO2含量为0.7%的冰箱用单层HIPS板材为检测样，在100?m/cm2强度荧光灯照射下，经过17小时后，检测样品对内毒素的分解率可达90%以上，可见，即使对于纳米TiO2含量较低的家电塑料制品，仍有较高的分解内毒素效果。
由于具备了分解内毒素的功能，使得纳米TiO2抗菌剂较普通无机体系抗菌剂，在功能上实现了巨大飞跃。
3 异味功能
对于家电特别是冰箱的中异味气体，是困扰冰箱行业多年的难题，其主要来源是食物残渣、储存食品中部分成分在细菌等微生物作用下，营养成分分解而产生的。
日本环境厅已确定的八大恶臭包括腐烂的氨臭味；腐烂鱼的三甲胺臭味；收、蔬菜的硫化氢烂味；腐烂蔬菜的甲烷硫醇、二甲硫醇臭味；腐烂蔬菜的二硫化二甲烷烂味；香味中臭的乙醛味；烧塑料产生苯乙烯臭味。这些恶臭中的绝大多数可出现在家电的内部及其周围环境。
人类嗅觉对臭气很敏感，在可感知到时的实际浓度一般都很低，大多在10ppm以下，而鱼产生的胺类臭味在含量0.1ppb时就可被感知。对于低浓度的臭味气体，根据日本的研究报道，在纳米TiO2存在的情况下，只要用室内光或白色荧光灯所含的紫外光量就足以将其有效分解掉。
用纳米TiO2含量为0.7%的HIPS内胆板材生产的双门直冷冰箱，在密闭的状态下，采用普通荧光灯提供光源，将冷藏化霜出水口密封后，在冷藏室内通入异味气体甲醛，使浓度达到了30ppm，24小时后检测，甲醛的降解率可达90%以上，这证明了添加了纳米TiO2的家电塑料制品，同样具有良好的分解异味气体的能力。
对于实际使用中的家用电器，其周围异味气体的浓度是很低的，室内光或家电内部的光线一般也较弱，而这可满足纳米TiO2塑料制品对微量异味气体的分解去除要求。
4 力学性能和老化性能
纳米TiO2对家电塑料的老化始终是一个让人关注的问题。TiO2的制造商则认同，TiO2在光照时，虽会产生一定的催化作用，但同时也因TiO2对紫外线强屏蔽作用，减少了塑料基体接受紫外光照射的机会，从而一定程度上保护了基体树脂。紫外线加速老化试验结果表明，对于添加纳米TiO2的塑料，不仅不会加速老化，反而因对紫外线较强的吸收及散射作用，使塑料受到屏蔽保护，即达到在最大程度保留塑料基本力学性能的基础上，赋予了制品抗菌解毒素效果。可见，纳米TiO2家电塑料制品在应用时具备安全稳定性。
5 安全卫生指标
只有在保证抗菌剂及其制品符合国家卫生要求的前提下，才能确保对人无害，并进一步探讨将其用于抗菌解毒素塑料及家电的可行性。根据某省疾病防疫中心的检测结果，按GB15193.1-1994（食品安全性毒理学评价程序和方法）进行毒理检测，纳米TiO2粉体及塑料制品的经口急性毒性实验（LD50）均大于20,000mg/kg，属实际无毒物质。结合发达国家已认可在食品包装膜及化妆品中使用纳米TiO2的现状，可认为纳米TiO2抗菌剂符合卫生要求，可用于抗菌解毒家电塑料件的生产，且经高温加工后亦不会产生有害物质。
6 应用前景
随着人们生活水平的提高，健康和保护意识在不断增加，对于日常接触的家电制品的自身免疫能力也提出了更高的要求，纳米TiO2以其独具的抗菌、分解内毒素、净化周围空气及降解异味气体的功能，在众多的抗菌类产品中，独占鳌头，成为普通塑料抗菌剂的升级换代产品。现在，国内已有系列钛光抗菌家电产品上市，其主要采用的就是纳米TiO2抗菌解毒素家电塑料，市场销售情况良好。
塑料抗菌材料的研究在国际上是一门新兴学科。目前常见的家电塑料用抗菌剂，主要成分为载体 沸石等以及搭载其上的银、锌等金属离子，制品表面的金属离子与细菌接触一定时间后，细菌失去繁殖功能并死亡，但其尸体可释放出有害成分如内毒素，会在抗菌的同时带来二次污染。
纳米TiO2出现于上世纪80年代后期，人们发现它在催化及环保方面有广泛应用前景。现在，纳米TiO2已开始在抗菌、空气净化、紫外屏蔽剂、制品自清洁、静电屏蔽、红外反射等领域得以应用。
纳米TiO2的价带和导带之间存在禁带，当光能量大于禁带宽度时，价带电子被激发跃迁至导带，价带上产生空穴，并在电场作用下分离移至粒子表面，空穴可夺取颗料表面OH-和H2O中的电子，将其氧化成强氧化力的·OH基团。·OH可使绝大多数细菌、有机污染物最终分解为CO2、H2O等无害小分子物质。Glaze等人曾于1987年提出高级化学氧化的概念，主要就是利用通过各种方式产生的·OH来有效破坏污染物。
纳米TiO2的催化抗菌机理为：TiO2在光照后生成的·OH可直接攻击细菌等微生物，抽取有机物的H原子或攻击细菌结构中的不饱合键，导致蛋白质变性及脂类分解，以此实现抗菌。纳米TiO2的光催化抗菌，不仅可有效杀灭细菌，而且能攻击细菌细胞的外层并破坏细胞膜结构，达到彻底降解细菌，并根除了内毒素引起的二次污染。
由于TiO2同时具有很好的化学稳定性和生物无毒性，利用纳米TiO2的光催化剂抗菌作用可实现抗菌、解内毒素、除异味的效果，将纳米TiO2和家电用塑料经过预处理后，采用常规成型工艺就可加工成应用广泛的家电用抗菌解毒素塑料制品。
1 抗菌效果
对于含有纳米TiO2的家电塑料制品的抗菌检测，可参照的检测方法包括日本抗菌协会1998版的覆膜抗菌法，中国抗菌材料及制品行业协会2002版的抗菌检测法，GB15979-1995（附录B：产品抑菌和杀菌性能与稳定性测试方法）和中华人民共和国卫生部1999年消毒技术规范中的抑菌试验方法。
本研究中所用纳米TiO2粉体锐钛矿型含量≥80%，粒径≤80nm，外观白色粉体。检测表明，1%纳米TiO2粉体水溶液在20分钟内，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念球菌的抗菌率分别为99.2%、93.0%和99.3%；另外，对绿浓杆菌、键球菌、青霉菌、黑霉菌、枯草杆菌、肺炎杆菌等均有良好的抑制作用。
对于含1%纳米TiO2的家电用HIPS制品，采用覆膜光催化抗菌法测试，作用3小时后，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果达到90%以上，表明纳米TiO2塑料制品具有良好的抗菌效果。
纳米TiO2光触媒在病房的试验表明，使用TiO2光催化剂后，空气中浮游细菌数可降低90%左右。可见，含有纳米TiO2的塑料制品，对于周围空气中的细菌也将有一定的抗菌作用，这是普通抗菌制品无法实现的。
2 解内毒素效果
细菌内毒素是许多病原性细菌所产生的毒素。它的特殊性在于不是细菌或细菌的代谢产物，而是细菌死亡或解体后才释放出来的一种具有生物活性的物质。它是医学上导致冷感、寒战、发热、头痛、恶心、呕吐、休克、严重时导致死亡等症状的热原。
根据某红十字协会血站对纳米TiO2粉体的解内毒素检测，采用动态浊度法，在室温状态下，1%的纳米TiO2水溶液，在2小时内对内毒的分解率可达99%以上，显示出该纳米TiO2粉体优异的分解内毒素功效。
为了检测纳米TiO2家电塑料的分解内毒效果，试验中以纳米TiO2含量为0.7%的冰箱用单层HIPS板材为检测样，在100?m/cm2强度荧光灯照射下，经过17小时后，检测样品对内毒素的分解率可达90%以上，可见，即使对于纳米TiO2含量较低的家电塑料制品，仍有较高的分解内毒素效果。
由于具备了分解内毒素的功能，使得纳米TiO2抗菌剂较普通无机体系抗菌剂，在功能上实现了巨大飞跃。
3 异味功能
对于家电特别是冰箱的中异味气体，是困扰冰箱行业多年的难题，其主要来源是食物残渣、储存食品中部分成分在细菌等微生物作用下，营养成分分解而产生的。
日本环境厅已确定的八大恶臭包括腐烂的氨臭味；腐烂鱼的三甲胺臭味；收、蔬菜的硫化氢烂味；腐烂蔬菜的甲烷硫醇、二甲硫醇臭味；腐烂蔬菜的二硫化二甲烷烂味；香味中臭的乙醛味；烧塑料产生苯乙烯臭味。这些恶臭中的绝大多数可出现在家电的内部及其周围环境。
人类嗅觉对臭气很敏感，在可感知到时的实际浓度一般都很低，大多在10ppm以下，而鱼产生的胺类臭味在含量0.1ppb时就可被感知。对于低浓度的臭味气体，根据日本的研究报道，在纳米TiO2存在的情况下，只要用室内光或白色荧光灯所含的紫外光量就足以将其有效分解掉。
用纳米TiO2含量为0.7%的HIPS内胆板材生产的双门直冷冰箱，在密闭的状态下，采用普通荧光灯提供光源，将冷藏化霜出水口密封后，在冷藏室内通入异味气体甲醛，使浓度达到了30ppm，24小时后检测，甲醛的降解率可达90%以上，这证明了添加了纳米TiO2的家电塑料制品，同样具有良好的分解异味气体的能力。
对于实际使用中的家用电器，其周围异味气体的浓度是很低的，室内光或家电内部的光线一般也较弱，而这可满足纳米TiO2塑料制品对微量异味气体的分解去除要求。
4 力学性能和老化性能
纳米TiO2对家电塑料的老化始终是一个让人关注的问题。TiO2的制造商则认同，TiO2在光照时，虽会产生一定的催化作用，但同时也因TiO2对紫外线强屏蔽作用，减少了塑料基体接受紫外光照射的机会，从而一定程度上保护了基体树脂。紫外线加速老化试验结果表明，对于添加纳米TiO2的塑料，不仅不会加速老化，反而因对紫外线较强的吸收及散射作用，使塑料受到屏蔽保护，即达到在最大程度保留塑料基本力学性能的基础上，赋予了制品抗菌解毒素效果。可见，纳米TiO2家电塑料制品在应用时具备安全稳定性。
5 安全卫生指标
只有在保证抗菌剂及其制品符合国家卫生要求的前提下，才能确保对人无害，并进一步探讨将其用于抗菌解毒素塑料及家电的可行性。根据某省疾病防疫中心的检测结果，按GB15193.1-1994（食品安全性毒理学评价程序和方法）进行毒理检测，纳米TiO2粉体及塑料制品的经口急性毒性实验（LD50）均大于20,000mg/kg，属实际无毒物质。结合发达国家已认可在食品包装膜及化妆品中使用纳米TiO2的现状，可认为纳米TiO2抗菌剂符合卫生要求，可用于抗菌解毒家电塑料件的生产，且经高温加工后亦不会产生有害物质。
6 应用前景
随着人们生活水平的提高，健康和保护意识在不断增加，对于日常接触的家电制品的自身免疫能力也提出了更高的要求，纳米TiO2以其独具的抗菌、分解内毒素、净化周围空气及降解异味气体的功能，在众多的抗菌类产品中，独占鳌头，成为普通塑料抗菌剂的升级换代产品。现在，国内已有系列钛光抗菌家电产品上市，其主要采用的就是纳米TiO2抗菌解毒素家电塑料，市场销售情况良好。
