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- 食品级钛白粉俗名：白色素，白色颜料6，是食用二氧化钛在食品医药行业的俗称，是较高分散性非包膜处理的锐钛型二氧化钛，常称为食用钛白粉，也可以称为医药级钛白粉，也作为食品增白剂使用，无毒、无味、白色粉末状，有时候为了方便分散，也制成液体状，广泛应用于制药，食品和化妆品行业中。 化学名称：二氧化钛 分子式 Molecular formula:TiO2 分子量 Molecular weight:79.88 颜色索引 Color Index:77891 颜色名称 Color Name: 白色6 Pigment White 6 美国化学文摘登记号CAS No. 13463-67-7 EINECS NO.: 236-675-5 DIN ISO:591 在欧洲，白色素代号是E171。 用途 应用制药:药物制剂中，可作为白色着色剂制备薄膜包衣混悬液，糖包衣和明胶胶囊剂，也可与其它着色剂混合使用，应用于皮肤用制剂，也可取代淀粉用做药物的赋型剂。 食品:用于糖果包衣，凉果，口香糖，无甜味剂型固体饮料和浓缩型固体饮料中，在日化工业中用于制造牙膏. 化妆品:粉饼，防晒霜，眼影，口红，唇膏，牙膏，爽身粉，膏霜。 增白原理：白色素的原料来自钛精矿，生产出钛白粉，再经过重金属的提炼，得出白色素，由于白色素是有矿石生产，所以比重比较重，所以在做液体食品时，必须配合稳定剂使用，使用稳定度可以有两种功效，一、稳定白色素不沉淀，二、增加液体食品的口感。白色素增白原理是物理增白，不属于化学增白，所以和任何化学产品不产生化学反应。 白色素参考用量及使用范围 使用范围 最大使用量 备注 1、凉果类 10g/kg 2、可可制品、巧克力和巧克力制品(包括类巧克力和代巧克力)以及糖果 2.0g/kg 3、硬制糖果 10g/kg 4、抛光糖果 按生产需要适量使用 5、胶基糖果 5．0g/kg 6、糖果巧克力制品包衣 按生产需要适量使用 7、装饰糖果(如工艺造型,或用于蛋糕装饰),顶饰(非水果材料)和甜汁 5．0g/kg 8、蛋黄酱、沙拉酱 5．0g/kg 9、固体饮料类 按生产需要适量使用 10、果冻 5．0g/kg 如用于果冻粉，按冲剂倍数增加使用量 11、油炸小食品 10g/kg 12、膨化食品 10g/kg 13、其它（饮料混浊剂） 10g/L 14、果酱 5．0g/kg 15、干制蔬菜（仅限脱水马铃薯） 0.5g/kg 16、其他（仅限磨芋凝胶食品） 2.5g/kg 17、调味糖浆 5.g/kg 白色素质量指标 序号 技术数据（单位） 指 标 检 测 方 法 序号 技术数据（单位） 指 标 检 测 方 法 01 二氧化钛含量（%） 99 GB1706-2006 11 酸溶钡Ba mg/kg Max.5 SPTM:LM/TB.24 02 105℃时的挥发物（%） Max.0.5 ISO 787/2-1978 12 重金属 mg/kg Max.20 SPTM:LM/TB.24 03 水溶盐（%） Max.0.5 ISO 787/8-2000 13 锌Zn mg/kg Max.50 SPTM:LM/TB.17 04 酸溶盐（热滤0.5M HCI）% Max.0.5 SPTM:LM/TB.14 14 锑Sb mg/kg Max.50 SPTM:LM/TB.17 05 800℃燃烧失量 % Max.0.5 SPTM:LM/TB.13 15 铬Cr mg/kg Max.20 SPTM:LM/TB.19 06 白度% Min.97.0 SPTM:LM/TB.12.2 16 铅Pb mg/kg Max.10 SPTM:LM/TB.19 07 三氧化二铝AI2O3 % Max.0.5 SPTM:LM/TB.17 17 砷As mg/kg Max.3 SPTM:LM/TB.19 08 二氧化硅SiO2 % Max.0.5 SPTM:LM/TB.17 18 汞Hg mg/kg Max.1 SPTM:LM/TB.21 09 砷As mg/kg（USP法） Max.5 SPTM:LM/TB.23 19 镉Cd mg/kg Max.1 SPTM:LM/TB.19 10 酸溶锑Sb mg/kg Max.2 SPTM:LM/TB.22 20 铁Fe mg/kg Max.50 SPTM:LM/TB.17 [查看全文]
- 遮盖力是指当一物体涂以某种涂料时，涂料中颜料能遮盖被涂物体表面的底色，使这底色不能再透过涂料而显露出来的能力。 遮盖力=颜料质量（g）/被涂物体表面积（cm<SUP>2</SUP>） 颜料遮盖力越大，则这个数值便越小。影响颜料遮盖力的主要因素有以下几个方面： 1）料晶体本身的折射率。 钛白粉的折射率是白色颜料中最高的，因此从理论上来说它的折射率也是最高的。 2）颜料粒度的大小，颗粒结构的分散程度也影响遮盖力。 在大于可见光半波波长的范围内，粒径越细，颗粒结构越光滑，分散性越好，则遮盖力便越大，但它有一定限度。平均颗粒为0.2ｕm时，遮盖力最大。小于可见光波长一半时，则由于晶粒对光的透明性，使遮盖力反而下降。由于可见粒子过大过小都不好。常见白色颜料的遮盖力的相对值： 颜料名称 遮盖力相对值 颜料名称 遮盖力相对值 金红石钛白粉 100 氧化锌 14 锐钛型钛白粉 78 三氧化锌 14 硫化钡 38 碳酸铅 10 立德粉 18 硫化铅 9 [查看全文]
- 钛白粉是最重要的白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%。它的真实粒径约在0.20至0.30微米之间，这区间正好为光波长的一半(光波长大约为0.55微米。从理论上讲，金红石型钛白粉的粒径大小在大约0.2微米的时候，所有波长的光散射为最大值。当增加到0.5微米的时候，蓝光的散射急速下降，但是绿光和红光的散射相对没有变化;然而，在0.15微米的时候，蓝光散射的直径为最大，而红光和绿光则显著下降。所以钛白粉能最大程度地散射可见光，从而当其应用于涂料的时候能够表现出洁白、明亮以及不透明的品性。 遮盖力和着色力 遮盖力和着色力是用来描述白色颜料的光散色效率的两种光学性能。遮盖力衡量钛白粉增强白色漆膜不透明性的能力;而着色力则描述其增加有色涂料颜色的白度和亮度的能力。 着色力测试是指当某白色漆料的反射率被特定的一彩色颜料调到50%时，钛白粉光散射能力相对于彩色颜料光吸收能力的贡献。 耐候性 耐候性是用于描述有色涂料的外观和功能价值所发生各种变化的术语。它涵盖全面的外部使用能力，比如颜色和光泽的保有率、粉化、粘结性和漆膜的完整性。抗粉化性是衡量钛白粉耐候性的关键指标。 金红石型钛白粉能有效地吸收更多的紫外线，并将其转化成相对无害的热能，从而能保护涂膜的有机成分不受紫外线直接照射而发生的光老化降解，因此同锐钛型钛白粉相比具有更强的抗粉化性。采用特殊材料及方法包覆，可使钛白粉具备优异的耐候性。 分散性 通常粉体粒径小于0.5微米时，粒子间会形成较大的二次自聚体。单纯地把钛白粉搅人涂料中并不足以克服粒子吸引力去阻止二次自聚体的崩解。我们须采用适当的方法(包膜等)使钛白粉粒子问不形成较大二次自聚体，这些二次自聚体的存在往往影响涂料的终端使用性能 [查看全文]
- LiCoO2是商品化锂离子电池最早使用的正极材料，因其具有易于合成，电压平台高，比能量适中，循环性能好等优点，仍为锂离子电池的主流正极材料。但由于其结构固有的特点，LiCoO2在生产加工过程中，很容易被氧化，从而使其容量急速衰退，存在过充安全隐患。 在LiCoO2正极材料中惨杂纳米二氧化钛(VK-TA18)，可以有效的阻止LiCoO2的氧化，从而提高其容量及循环稳定性,特别是循环时放电电压平台的稳定性，可有效提高电池在多次充放电过程中的电化学稳定性和热稳定性，电池在使用过程中更稳定、更耐用。 (1)在LiCoO2表面掺杂电化学性能相对稳定的纳米二氧化钛(VK-TA18)后，降低了LiCoO2表面氧的活性，减少了其与电解液的接触面积，抑制了LiCoO2中Co在电解液中的溶解，避免电池容量的衰退，增加锂电池的稳定性; (2)在钴酸锂表面，适量的纳米二氧化钛(VK-TA18)可以疏松状存在，降低了粒子间应力及循环过程中所造成的结构和体积的微小应变，增加电池的稳定性。 (3)纳米二氧化钛(VK-TA18)掺杂降低了LiCoO2在充放电过程中的极化，使材料具有更高的放电电压及更平稳的放电效果。 (4)纳米二氧化钛(VK-TA18)掺杂到钴酸锂中，可以有效抑制LiCoO2在充放电循环过程中的电化学阻抗的增加，有利于降低电池的容量衰减，提高高温循环性能，提高电池的电化学性能。 [查看全文]
- 1.纳米级钛白粉在聚氨酯涂料的应用 中国专利：200610046768中记载在聚氨酯涂料中加入金红石型纳米级钛白粉，可起到很好的防水效果，低温柔性好。可用于厨房、浴室、卫生间防水工程、水池、游泳池防漏等。 2.纳米二氧化钛在低表面能海洋网箱网衣涂料的应用 中国专利：200410068130在低表面能海洋网箱网衣涂料加入0.2-2％的纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化镁等；解决污损生物附着问题，起到很好的防污效果。 3.纳米二氧化钛在光催化、自清洁水基涂料的应用 美国普里茨马莱特工业公司在水基涂料中加入光化学活性金属氧化物的含水组合物如纳米二氧化钛组合物，其在环境条件下涂覆或者喷涂和干燥，形成新颖的光化学活性的、无色的涂层，该涂层对透明基材例如窗玻璃具有强的润湿性和粘合性。起到了光催化活性、自清洁的作用。 4.纳米二氧化钛在外墙装饰用弹性涂料中的应用 专利号：200410058168天津中油渤星工程科技股份有限公司在外墙装饰用弹性涂料中加入纳米级钛白粉，使涂料具有常温自交联固化的特点，其涂膜具有优异的弹性、耐候性、耐水性、耐沾污性，可用于混凝土外墙表面的涂装。 5.纳米二氧化钛在白色导电性底层涂料中的应用 专利号：200480020334日本关西涂料株式会社；日本石原产业株式会社在白色导电性底层涂料中加入10～250重量份白色导电性纳米二氧化钛粉末，使用该涂料形成多层涂膜。0563-2062192 6.纳米二氧化钛在抗水型乳胶涂料调色系统中的应用 专利号03108715中记载：在抗水型基础漆涂料中加10-20％的金红石纳米钛白粉等。色浆按调色系统2-5％的添加量添加到抗水型基础漆中，即形成这种抗水型乳胶漆调色系统，它克服了传统乳胶涂料抗水性差，使用寿命短的缺陷。 7.纳米二氧化钛改性氟碳涂料及其制备工艺与应用 专利号：200610031354“一种纳米二氧化钛改性氟碳涂料及其制备工艺与应用”，该涂料是将锐钛矿型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛混合物添加到现有氟碳涂料中，氟碳涂料涂装后的铝合金型材和板材具有良好的自清洁性能，耐沾污和耐洗刷性能，良好的耐候性、耐化学腐蚀性，防水防潮，质量轻、防震、隔声、隔热、色泽均匀、不开裂、不变形、不剥落、不褪色等特点。 8.一种多功能绿色环保纳米二氧化钛涂料及其制备方法 专利号：200410027589一种多功能绿色环保纳米二氧化钛涂料，该涂料不仅能解决现有涂料耐沾污性差、耐候性差、不环保等技术问题，同时赋予涂料自清洁、杀菌消毒、净化空气等新功能，是一种多功能绿色环保涂料。制备工艺简单，性价比高，具有很好的经济效益和社会效益。 9.纳米二氧化钛在建筑涂料中应用 中国专利200610015084.1“抗老化建筑涂料制备方法”记载了抗老化建筑涂料的制备方法，涂料配方中，添加0.5-1%的纳米级钛白粉，1%的纳米二氧化硅，做出的涂料优点与：抗老化指标提高，耐洗刷性能、耐水性、抗沾污性；减少涂料配方中的环境污染。 10.纳米二氧化钛在内墙装饰涂料中的应用 中国专利200810222374.2“尘、降尘内墙装饰涂料及其配置方法”中记载，在涂料中添加2-15%的纳米二级氧化钛,制备得到的涂料，吸尘、降尘能力是普通涂料的8倍以上，接触角小于45度，耐洗刷性大于4500次，达到内墙涂料优等品要求，应用于建筑物表面，除了具有内饰面装饰材料的功能，还具有吸尘、降尘、易清洁等功能。 [查看全文]
- 在纤维纺织成纱的过程中，为了减少经纱断头必须上浆。我国从上世纪五六十年代开始使用的浆料PVA为高分子化合物，在自然环境中很难降解。因此在欧洲部分国家被列为“不洁浆料”，已经被明令禁止使用。欧盟对PVA的限制，也将是我国棉纺织品出口绿色贸易壁垒的关注重点。开发绿色环保浆料，取代难降解的PVA是国内纺织行业一直寻求的“破壁”目标。 纳米级钛白粉用在纺织浆料里面，通过与淀粉的完美结合，提高纱线的综合织造性能，减少PVA的用量，煮浆时间短，降低了浆料成本，提高浆纱效益，也解决了PVA浆料不易退浆、环境污染等诸多问题。纳米级钛白粉在纱线里主要是替代PVA,起到贴顺毛羽，填补缺口，润滑的作用。 纳米级钛白粉用在纺织浆纱的程序： 1、调浆过程应保持原有的粘度 2、浆纱机的参数保持稳定。 3、先将纳米粉体分散成20%的液体(A) 3、纳米级钛白粉粉体的用量：按淀粉重量的1.5-3% (这里的淀粉重量=原来淀粉量+代替PVA的淀粉量) 4、纯棉上浆中用等量的淀粉代替掉PVA，其他组份不变。 5、调浆时适当往调浆桶中加入规定量的水，然后摇匀液体(A)浆料助剂. 6、加入规定量淀粉，中速搅拌十分钟后再投入其他原材料。 7、升温煮浆，常压闷浆30分钟或高压闷浆20分钟。 备注：32支纱 每桶浆 用液体(A) 2公斤， 40支纱 每桶浆 用液体(A) 3公斤， 60支纱 保留5公斤PVA,其他PVA用等量淀粉代替掉，用液体(A)3.5公斤。 如果浆料配方中有液体聚丙烯酸酯浆料， 应在浆料升温到50℃以后再加入此纳米助剂。 添加量：900公斤浆 + 2~ 8公斤液体A 含有纳米级钛白粉的纺织浆料的特点： 1、在中细号纯棉品种织物的上浆中，能够大幅度取代甚至完全取代PVA浆料，1 kg纳米浆料能取代15 kg左右的PVA浆料。在T/C品种上能部分或完全取代PVA浆料。具有比较明显的经济效益和社会效益。 2、纳米级浆料添加剂对淀粉浆液的粘度和粘度热稳定性基本没有影响 3、加入纳米级浆料添加剂后，淀粉浆膜的断裂强度有了明显提高，与添加了20%PVA的浆膜的断裂强度相近。根据浆膜断裂截面的电镜照片可以看到，纯变性淀粉浆膜的断裂截面粗糙，且凹凸不平，而添加了纳米级浆料添加剂后的浆膜断裂截面明显整齐且光滑。 4、纯变性淀粉浆膜表面较粗糙，表现为表面颗粒较大，而加入纳米级浆料添加剂后，淀粉浆膜表面的颗粒明显变小。在摩擦力的作用下，后者膜的表面受到的磨损较小，因此加入纳米级浆料添加剂后，淀粉浆膜的耐磨性能有所提高。纳米级浆料添加剂使淀粉浆膜的磨耗有所减小，耐磨性能有所提高 [查看全文]
- 利用滴度测定和透射电镜观察研究了365 nm的紫外光照射下纳米级钛白粉 对流感病毒(H1N1)的灭活性能， 并结合催化剂样品的XRD分析 、N 气吸附性能测定及其在实验条件下的表面 Zeta电势的测量结果 ，探讨了催化剂用量、焙烧温度、比表面积以及表面电性与灭活性能的关系．研究结果表明，40O℃时焙烧的纳米级钛白粉 对 H1N1的灭活性最好；纳米级钛白粉的表面电性对灭活性有显著影响, 纳米级钛白粉对 H1N1的光催化灭活作用首先发生在 HlN1的纤突部分，纤突部分的破坏导致 H1N1的失活，分解直至矿化． 流感病毒感染是危害人类健康的顽症之一，虽然对其防治研究已有数十年之久，但至今仍然难以防范．目前，预防流感的主要措施是注射流感疫苗，但是疫苗只有与正在传播的流感亚型相配时才有效．因此，在进行新流感疫苗研制的同时，开发广谱、高效及环境友好的病毒灭活剂有着同等重要的意义．纳米级钛白粉在紫外光激发下，可以催化氧化各种有机物和杀灭细菌，已在环境保护领域获得实际应用．然而到目前为止，利用光催化灭活病毒的研究却报道很少． 本文研究了纳米级钛白粉 对流感病毒(H1N1)的光催化灭活性能，并探讨了其用量、制备条件以及实验条 件对灭活性能的影响，发现光催化对于病毒的杀灭十分有效，它不仅能使病毒失去生物活性，而且还能彻底破坏病毒的分子结构．这为依据光催化原理制造高效病毒灭活剂和开发医用和公用防护服、空 调和墙面涂料等提供了重要的实验依据． 1 实验部分 1．1 试 剂 流感病毒(H1N1)株由中国预防医学科学院提供，其经鸡胚扩增收集尿囊腔病毒液后分装、保存于液氮贮存罐内．取新鲜鸡血离心分离出杂质后，用生理盐水配成质量分数为 2％的血红细胞溶液， 在测定滴度前保存于4℃冰箱中待用． 1．2 催化剂制备和表征 TiO2溶胶采用改进的溶胶．凝胶法制备．将该溶胶于60℃缓慢烘干、破碎、过筛，在不同温度 (300，400，500，600℃)下焙烧 3 h，制得实验用纳米级钛白粉粉末催化剂，分别记为 T一300，T-400，T-500和 T-《500，颗粒尺寸为400目． 催化剂的品相用 Philips PW1710 X射线衍射仪测定，BET比表面积在 OMNISORP 100CX气体吸附 分析仪上用 N2气吸附测定．用 MALVERN 3000 HSA Zatasizer(Malvem Instruments Ltd．)测定催化剂的 等电点，具体步骤如下：将样品分散在生理盐水中，超声波振荡 10 min后用 0．4 Ixm的滤膜滤去大颗 粒，将小颗粒重新分散于生理盐水中，用0．1 mol／L的NaOH或HCI调节悬浮液的pH值，并测定不同 pH值下的Zeta电势．通过 Zeta电势对 pH作图得到其等电点． 1．3 H1N1的光催化灭活实验 在 自制的间歇式反应器中加入一定 比例经高温处理后的纳米级钛白粉粉末 和病毒反应液，用紫外 光(Philips 8 w荧光紫外灯管，主波长 365 nm)从液面正上方照射，光强约为 0．45 mW／cm (SUV UV-METER)，在此过程中用电磁搅拌器搅拌．反应不同时间后，离心分离反应液，取上清液用新鲜鸡血红细胞进行血凝实验，测定残余的病毒滴度．病毒的滴度是病毒感染力大小的一种量度，其值越高， 表明感染力越强，反之则越弱．病毒的滴度通常采用其对新鲜鸡血红细胞的凝血实验测得，因此也可称为血凝效价．病毒的滴度采用对倍稀释法测定．以催化剂在暗处和只有紫外光没有催化剂作为对照实验． 1．4 病毒的形貌观察 采用离心分离得到经光催化反应和对照实验不同时间的H1 N1病毒清液，用醋酸铀负染后在JEM． 100CX Ⅱ型透射电镜下直接观察病毒形态的变化． 2 结果与讨论 2．1 紫外光下，纳米纳米级钛白粉吸附及光催化作用对 H1N1病毒的灭活效果 图 1为分别仅用紫外光照射、只加入 TiO (4 mg／mL T-400)和加入 TiO 同时用紫外光照射等3种 情况下所测 H1N1病毒液滴度随时间的变化．由图1可看出，单独在 365 nm紫外光照射下，病毒的滴度不随光照时问增加而改变，说明365 nm紫外光对 H1N1病毒无灭活作用．当仅加纳米纳米级钛白粉而无紫外光照射时，病毒的滴度只稍有下降，1 h后由初始时的64下降到 32．这说明纳米纳米级钛白粉 催化剂能与病毒发生作 用，病毒可能在催化剂表面有吸附作用．随后，将吸附病毒的纳米纳米级钛白粉加入到 2 mL生理盐水中振荡后，离心分离并收集洗脱液，再用血凝实验测定洗脱液中病毒的滴度，发现呈阴性，表明纳米纳米级钛白粉通过表面对病 毒的吸附作用也能使病毒失活，但由于吸附量的限制只能杀火一小部分病毒．有意义的是，当纳米纳米级钛白粉 催化剂和紫外灯同时存在时，病毒的滴度随光照时间增加而下降，1 h后降为0，即病毒被全部灭活． 上述结果表明，纳米级钛白粉通过其表面吸附作用，特别是光催化作用能够彻底杀灭 H1 N1流感病毒． 2．2纳米级钛白粉对 H1N1病毒光催化灭活的影响因素 2．2．1 纳米纳米级钛白粉用量的影响 由于H1N1病毒的光催化病毒灭活中包含有催化剂纳米纳米级钛白粉吸附的影响，有必要 考察催化剂用量对灭活的影响．图2给出当催化剂(T-400)用量不同时，H1N1病毒液的滴度(初始滴 度 =64)随光照时间的变化．由图2可看出，当加有2 mg／mL T-400，光照20 min时病毒滴度几乎没有变化；当加有4，6和8 m~／mL的 T-400，同样光照20 rain时 H1N1的滴度分别降为32，16和8．但随 着光照时间延长，加入2～8 m~／mL的 T-400都能最终使病毒失活，所需的时间随纳米纳米级钛白粉 用量的增加而 缩短，分别为 120，60，40和 30 rain．说明当纳米纳米级钛白粉用量增加时，对 HlNl的综合灭活效能增大． 实验结果证明，纳米纳米级钛白粉对 H1Nl病毒综合灭活效能包括吸附灭活和光催化灭活两种贡献。催化剂的用量和所用的灭活时间成反比，如果催化剂对 H1N1的吸附量与其质量成正比，则其对 H1N1的光催化灭活能力在2～8 mg／mL用量范围内也成正比．这与一般有机物光催化降解中催化剂用量存 在一个最佳值 的结论不一致．可能是由于催化剂在这个用量范围内的增加尚不能造成对光利用率的降低所致。 2．2．2纳米纳米级钛白粉焙烧温度的影响 图3为初始滴度为64的H1N1病毒液中加入4 mg／mL不同温度焙烧的纳米纳米级钛白粉 时滴度随光照时间的变化．由图 3可看出， 经 300，400和 500 焙烧的纳米纳米级钛白粉用 T-300T-400，T．500和T-600作催化剂，完全灭活 H1N1所需的时间分别为 120，60，80和 140 rain． 由表 1中所列催化剂样品晶相组成和 BET比表面积数据可看出，随着焙烧温度的增加，样品比表面积减少，锐钛矿相逐渐向金红石相转变．通常认为，由于纳米纳米级钛白粉中锐钛矿相比金红石相具有较高的费米能级、较多的表面羟基和较大的比表面积，因而具有较高的光催化活性．T-600由于全为金红石相且比表面积最低，因而对 ⅢN1的灭活能力最低 ，达到 100％灭活需要的时间最长．其余几个样品中，T-d00对 HlN1的灭活效率最好，这可能是由于其组成中所含锐钛矿相和金红石相有比较合适的比例 ，金红石和锐态矿相对光生电子产生和迁移有协同作用，同时其具有相对较大的比表面积，吸附能力较强． 2．2．3 催化剂表面电性的影响对于液相光催化过程，催化剂表面所处的状态比气相复杂得多，以超细固态分散的催化剂颗粒由于与介质的作用，如 吸附H 或 OH，使表面胶粒化是不可避免的． 而 H1Nl病毒粒子带有电荷，所以有必要考察催化剂表面电性对反应的影响．这一点在过去的溶液相 光催化研究中很少被考虑，但对于病毒分子的光催化则是一个不可忽视的重要因素．为此，测定了不 同温度焙烧所制纳米级钛白粉悬浮液的Zeta电势随pH的变化(图4)，并把据此所得催化剂的等电点与反应液 的初始 pH 值 和对 病毒 的灭活 活性 进 行 了关 联(图5)，得到了有意义的结果．由图4和图5可看出，样品的焙烧温度不同，加入反应液时会引起其 pH值发生变化，而同时样品各 自有着不同的等电点．当反应液的初始 pH低于纳米级钛白粉 等电点时，TiO 2颗粒带正电；当初始pH高于纳米级钛白粉等电点时，TiO 颗粒则带负电．由于血凝素和神经氨酸酶的等电点均大于6，在实验条件下带正电；加入T-300时，溶液的初始 pH(3．37)低于T．300的等电点，纳米纳米级钛白粉颗粒所 带的正电不利于同样带正电的病毒在其上的吸附，因而虽有较大的比表面积，但光催化活性不佳；对加有 T-dO0和T-500的溶液，初始 pH都略高于纳米纳米级钛白粉等当点，纳米级钛白粉颗粒带负电，表面易于吸附带正电的 病毒，所以光催化活性提高；T-600虽带负电但由于比表面积太小，所以活性最低． 为了验证催化剂表面电性对灭活性能的影响，把含 T一300反应液的 pH值调节到等电点附近的 5．86，并测定了该条件下 T一300对 HlNI的光催化灭活性能．T．300对 Ⅲ N1的灭活性能的比较(图6) 可以看出，pH=3．37时，完全灭活 HlNl需要 120 min，而 pH=5．86时，能在 100 min内完全灭活 HlN1．已知HlNl在酸性条件下存活的时间较短，如果只从酸性的影响判断，pH=3．37时应比pH= 5．86时更利于 H1N1灭活，但实验结果却相反．可能是当pH为 3．37时，带相同电荷的催化剂表面与 病毒分子之间存在静电排斥作用，使 HlN1分子难以在催化剂表面吸附；而当 pH接近于催化剂等电点时，催化剂表面电性接近中性，与病毒的静电排斥作用小，因此对 HlNl的吸附量增加，导致其发生 表面反应．这表明，催化剂表面电性对其上的病毒灭活具有重要作用． 2．3纳米级钛白粉表面上H1N1病毒的透射电镜观察 由HlNl的TEM图[图7(A)]可看到，H1Nl颗粒很完整，大小在80～120 rim，边缘有清楚的纤突(血凝素和神经氨酸酶)轮廓，与文献报道的结果一致 l ．图7(B)为含有 4 mg／mL的 T-400病毒液 经光照 1 h后分离出来的H1N1的 TEM图，由图7(B)可看到，病毒颗粒有一定的变形[如图7(B)中 箭头所示，纤突受到破坏而变得不连续．从滴度测定 (图 1)可知，光照 1 h时病毒已经失活，说明纳米级钛白粉对H1 N1的作用首先发生在 H1 N1的纤突部分，纤突部分的破坏就可导致 H1 N1的失活．继续光照 2 h，H1N1的形貌进一步变形和破裂[图7(C)]，表明 H1N1病毒颗粒接近破裂．随后再经过 5 h光 照，用透射电镜已经观察不到H1N1颗粒的存在，可能变成了有机分子．上述结果表明，光催化作用可以使 H1N1失活，最终分解成小分子．作为对比，可以看到，在加有T-400但无光照的情况下放置5 h， 滴度测定其也已失活，但病毒的轮廓基本完整[图7(D)]，纤突部分虽然变得模糊，但仍比图7(B)完 整．由前面的讨论可知，这是由于催化剂表面的吸附所致，表明吸附能使病毒失活，但不能使其颗粒破裂．当仅用365 hill的光照射5 h时，病毒的轮廓和纤突轮廓依然清楚可见[图7(E)]，未被破坏，与从滴度测定结果所作的判断一致． 综上所述，单独 365 nm的紫外光照射不会使流感病毒 H1N1失活，单独的纳米级钛白粉对 H1N1具有吸附 灭活作用，但需要较长的时间，且不能完全破坏病毒颗粒结构．当 TiO 和 365 rim的紫外光同时存在时，病毒能够被快速的杀灭，使其结构破裂，且最终可被分解为小分子，催化剂的焙烧温度对其性能有明显影响，400℃时焙烧的纳米级钛白粉对 HlN1的灭活性能最好．催化剂在溶液中的Zeta电势对其病毒火活性能有很大影响，当溶液的 pH值高于催化剂的等电点时，催化剂颗粒由于荷负电对 H1 Nl有好的 吸附能力，催化剂的灭活性能增强．纳米级钛白粉对 H1N1的灭活作用开始发生在 H1N1的纤突部分，破坏纤突 部分就可导致 Hl N1的失活．光催化作用不但会使病毒失活，最终会使 Hl N1分解成小分子． [查看全文]
- 纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米二氧化钛还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中。 1.杀菌功能 在紫外线作用下，以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米级钛白粉可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌，防止感染。因此，纳米级钛白粉能净化空气，具有除臭功能。 1）纳米级钛白粉抗菌特点： 1 对人体安全无毒，对皮肤无刺激性。 2 抗菌能力强，抗菌范围广。 3 无臭味、怪味，气味小。 4耐水洗，储存期长。 5热稳定性好，高温下不变色，不分解，不挥发，不变质。 6即时性好，纳米二氧化钛抗菌剂仅需1h就能发挥效果，而其他银系抗菌剂效果则需约24h。 7纳米级钛白粉是一种永久性维持抗菌效果的抗菌剂。 8具有很好的安全性，科用于食品添加剂等，与皮肤接触无不良影响。 2）纳米级钛白粉的抗菌原理： 纳米级钛白粉在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的。由于纳米二氧化钛的电子结构特点为一个满 TiO2的价带和一个空的导带 ,在水和空气的体系中 , 纳米二氧化钛在阳光尤其是在紫外线的照射下 ,当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 ,同时在价带产生相应的空穴 ,即生成电子、空穴对 ,在电场的作用下 ,电子与空穴发生分离 ,迁移到粒子表面的不同位置 ,发生一系列反应 : TiO2 + hν e－—— + h＋ H2O + h＋—— ·OH+ H＋ O2 +e－—— O－2· O－2 ·+ H＋—— HO2· 2HO2· —— O2 + H2O2 H2O2 +O－2 · —— ·OH+OH－ +O2 吸附溶解在 TiO2 表面的氧俘获电子形成O2 ·, 生成的超氧化物阴离子自由基与多数有机物反应(氧化) ,同时能与细菌内的有机物反应 ,生成 CO2和 H2O;而空穴则将吸附在 TiO2 表面的 OH 和H2O氧化成·OH,·OH 有很强的氧化能力 ,攻击有机物的不饱和键或抽取 H原子产生新自由基 ,激发链式反应 ,最终致使细菌分解。 TiO2 的杀菌作用在于它的量子尺寸效应 ,虽然钛白粉(普通 TiO2)也有光催化作用 ,也能够产生电子、空穴对 ,但其到达材料表面的时间在微秒级以上 ,极易发生复合 ,很难发挥抗菌效果，而达到纳米级分散程度的 TiO2 ,受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面 ,只需纳秒、皮秒、甚至飞秒的时间 ,光生电子与空穴的复合则在纳秒量级 ,能很快迁移到表面 ,攻击细菌有机体 ,起到相应的抗菌作用。 江沪牌纳米二氧化钛具有很高的表面活性，抗菌能力强，产品易于分散。经试验表明，江沪牌纳米级钛白粉对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力，已广泛应用于纺织、陶瓷、橡胶、医药等领域的抗菌产品，深受广大用户的欢迎。 3）国内外对纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例 1 农田抗菌剂：日本开发了一种新型无菌杀菌剂。其主要成分为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和银、铜等离子，可用于土壤中，对所有的细菌都有很强的抗菌性。改杀菌剂是陶瓷类微量混合金属离子，并在含有相同离子的催化剂作用下，具有使土壤中的氧活化之功能，该功能能持续时间长达2-5年。 2 卫生陶瓷洁具：陶瓷的烧结温度很高，故只能添加高温下稳定的无菌抗菌剂。日本最近开发出的用纳米二氧化硅包覆的抗菌陶瓷用品。其制造工艺是先将纳米级钛白粉加水制成浆料涂在陶瓷表面上，高温烧结即得到1微米厚的光催化纳米二氧化钛（同VK-TG01）薄膜产品。在光照射下，就能完全杀死其表面的细菌。微量在微弱光下也有抗菌性，可在纳米二氧化钛浆料中加银、铜等离子化合物。这种陶瓷的持久性、耐酸和耐碱行好，是医药、宾馆、家庭浴缸、地砖、卫生设施等抗菌除臭的理想陶瓷。 3 水处理：美国德克萨斯大学研究人员利用纳米级钛白粉和太阳光进行灭菌。他们将大肠杆菌和纳米二氧化钛混合液在大于380nm的光线照射下，发现大肠杆菌被迅速杀死。这种技术有可能成为目前用氯化方法水处理的代用技术。 4新型抗菌荧 光灯：日本制作新开发了具有抗菌作用的信息荧光灯，并于1997年商品化。这种灯寿命长，节能，应用前景广阔。该等表面涂布了光催化杀菌剂纳米二氧化钛，能分解等表面的油渍、空气中的菌类异臭等。清扫胜利，且具有防止灯光发暗的效果。 5抗菌纤维：抗菌纤维和除臭纤维是信息的功能纤维，这些是将纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌等微粉掺入天然、人工聚合物或长丝中，再纺制出各种抗菌和除臭纤维。抗菌纤维具有优良的保健功能。 6 抗菌建材和抗菌涂料：据报道，抗菌钛可杀死周围的菌类，具有抗菌、防锈、分解异臭、防污、减少二氧化氮含量等功能。不仅能将房间内新建材、粘结剂等产生的甲醛、吸烟产生的乙醛、家庭灰尘等产生的甲硫醇等有机异臭在紫外线照射下分解而消除掉，还能分解油分和有机物的表面污染。对油膜带3日照射就可以明显减少，5日照射就不留痕迹。对有机染料经3日照射，颜色就可消退。利用这种性能，可将抗菌钛用作外壁和内墙装饰材料。 在建筑物的屋顶和外墙上、医院手术室的手术台和墙壁上常附着细菌如果涂刷光催化纳米二氧化钛涂层或墙砖，在阳光或室内弱光照射下，细菌能很快消灭。而且，经雨水冲刷科随时把氧化分解后的污垢物冲刷掉。 7杀灭口腔微生物：纳米二氧化钛能杀灭S.Mutans株AHT(血清型)，还能杀灭仓鼠属链球菌SH-6、鼠属链球菌FA-1和黏性放线菌ATCC-19246。研究表明，纳米二氧化钛粒度越细、分散性越好、比表面积越大，杀菌效果越好。 2.2防紫外线功能 纳米级钛白粉既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。 纳米级钛白粉的抗紫外线机理： 按照波长的不同,紫外线分为短波区190～280 nm、中波区280～320 nm、长波区320～400nm。短波区紫外线能量最高,但在经过离臭氧层时被阻挡,因此,对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线。 纳米级钛白粉的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关:当粒径较大时,对紫外线的阻隔是以反射、散射为主,且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖,属一般的物理防晒,防晒能力较弱;随着粒径的减小,光线能透过纳米二氧化钛的粒子面,对长波区紫外线的反射、散射性不明显,而对中波区紫外线的吸收性明显增强。其防晒机理是吸收紫外线,主要吸收中波区紫外线。 由此可见, 纳米氧化钛对不同波长紫外线的防晒机理不一样,对长波区紫外线的阻隔以散射为主,对中波区紫外线的阻隔以吸收为主。 纳米氧化钛在不同波长区均表现出优异的吸收性能，与其他有机防晒剂相比，纳米二氧化钛具有无毒、性能稳定、效果好等特点。日本资生堂应用10-100nm的纳米二氧化钛（同VK-T25）作为防晒成分添加于口红、面霜中，其防晒因子可大SPF11-19。 万景牌纳米二氧化钛（同VK-T25）由于粒径小,活性大,既能反射、散射紫外线,又能吸收紫外线,从而对紫外线有更强的阻隔能力。与同样剂量的一些有机紫外线防护剂相比，万景牌纳米氧化钛（同VK-T25）在紫外区的吸收峰更高，更可贵的是它还是广谱屏蔽剂，不象有机紫外线防护剂那样只单一对UVA或UVB有吸收。它还能透过可见光，加入到化妆品使用时皮肤白度自然，不象颜料级TiO2，不能透过可见光，造成使用者脸上出现不自然的苍白颜色。 利用纳米TiO2的透明性和紫外线吸收能力还可用作食品包装膜、油墨、涂料、纺织制品和塑料填充剂，可以替代有机紫外线吸收剂，用于涂料中可提高涂料耐老化能力。 2.3光催化功能 万景牌的纳米二氧化钛采用液相法制备出的二氧化钛具有粒子团聚少、化学活性高，粒径分布窄、形貌均一等特性，具有很强的光催化性能，已广泛应用于环保中。 （1）气体净化 环境有害气体可分为室内有害气体和大气污染气体。室内有害气体主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。纳米二氧化钛（同VK-TG01）通过光催化作用可将吸附于其表面的这些物质分解氧化，从而使空气中这些物质的浓度降低，减轻或消除环境不适感。 另外，TiO2在光照下对环境中微生物的抑制或杀灭作用，因此，纳米二氧化钛能净化空气，具有除臭功能。 （2）对有机废水的处理，效果十分理想。 纳米二氧化钛复合材料对有机废水的处理，效果十分理想。以TiO2为光催化剂，在光照的条件下，可使水中的烃类、卤代物、羧酸等发生氧化-还原反应，并逐步降解，最终完全氧化为环境友好的CO2和H2O等无害物质。杭州万景新材料有限公司采用新型纳米二氧化钛载银复合催化剂，对印染和精炼废水生化处理后的出水进行深度处理，光照120min后，印染和精炼废水的CODcr去除率分别为75.3%和83.4%。经研究表明，在太阳光照射下用多孔纳米TiO2薄膜处理水溶液中的敌敌畏有很好的效果。除此之外，纳米级钛白粉还可有效地用于含CN—的工业废水的光催化降解。 （3）处理无机污水 除有机物外，许多无机物在TiO2表面也具有光学活性，例如无机污水中的Cr6+接触到TiO2催化剂表面时，能够捕获表面的光生电子而发生还原反应，使高价有毒的Cr6+降解为毒性较低或无毒的Cr3+，从而起到净化污水的作用；一些重金属离子如Pt4+，Hg2+，Au3+等，在催化剂表面也能够捕获电子而发生还原沉淀反应，可回收污水的无机重金属离子。 2.4 防雾及自清洁功能 TiO2薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此其具有防雾功能。如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴，使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。 纳米级钛白粉具有很强的“超亲水性”，在它的表面不易形成水珠，而且纳米二氧化钛在可见光照射下可以对碳氢化合物作用。利用这样一个效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2薄层，利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2，同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净，从而实现自清洁功能。日本东京已有人在实验室研制成功自洁瓷砖，这种新产品的表面上有一薄层纳米二氧化钛（同VK-TG01），任何粘污在表面上的物质，包括油污、细菌在光的照射下，由于纳米二氧化钛（同VK-TG01）的催化作用，可以使这些碳氢化合物物质进一步氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质。纳米TiO2光催化作用使得高层建筑的玻璃、厨房容易粘污的瓷砖、汽车后视镜及前窗玻璃的保洁都可很容易地进行。 2.5纳米级钛白粉可作为锂电池、太阳能电池原料 纳米级钛白粉添加到锂电池里，可提高锂电池容量及循环稳定性,特别是循环时放电电压平台的稳定性，可有效提高电池在多次充放电过程中的电化学稳定性和热稳定性，电池在使用过程中更稳定、更耐用。 2.6 纳米级钛白粉用在纺织上可以替代PVA 在纤维纺织成纱的过程中，为了减少经纱断头必须上浆。我国从上世纪五六十年代开始使用的浆料PVA为高分子化合物，在自然环境中很难降解。因此在欧洲部分国家被列为“不洁浆料”，已经被明令禁止使用。欧盟对PVA的限制，也将是我国棉纺织品出口绿色贸易壁垒的关注重点。开发绿色环保浆料，取代难降解的PVA是国内纺织行业一直寻求的“破壁”目标。 纳米二氧化钛用在纺织浆料里面，通过与淀粉的完美结合，提高纱线的综合织造性能，减少PVA的用量，煮浆时间短，降低了浆料成本，提高浆纱效益，也解决了PVA浆料不易退浆、环境污染等诸多问题。纳米二氧化钛在纱线里主要是替代PVA,起到贴顺毛羽，填补缺口，润滑的作用。 2.7.其它功能 纳米二氧化钛对某些塑料、氟里昂及表面活性剂SDBS也具有很好的降解效果。 还有人发现，TiO2对有害气体也具有吸收功能，如含TiO2的烯烃聚合物纤维涂在含磷酸钙的陶瓷上可持续长期地吸收不同酸碱性气体。 鉴于以上功能，纳米二氧化钛具有非常广阔的前景。对它的研究和利用会给人们的生活带来巨大改变。 [查看全文]
- 摘要: 介绍了纳米光触媒TiO2在纺织品功能整理上的应用及纳米光触媒TiO2作用于纺织品的方法. 提出了纳米光触媒纺织品应用性能的研究方向,即提高光触媒TiO2的分散性能、提高光触媒TiO2与织物的结合牢度以及减少纤维的裂化. 关键词: 纳米光触媒; 二氧化钛; 功能纺织品 中图分类号: TS 101. 8 文献标志码: A 随着生活水平、生活质量的提高,人们对纺织品的要求越来越高. 功能性纺织品迅速发展并逐渐成为当今世界纺织品发展的主流. 20 世纪80 年代开始,纳米技术被引入我国纺织领域;90 年代,被定为国家重点研究项目[1 ] ;目前,我国的纳米技术有了很大的进步, 在纺织品领域的应用也日趋普遍,已开发出具有防紫外线、防静电、防电磁辐射、抗菌、拒水拒油、红外吸收和抗老化等功能性纺织品[2 ] . 1 纳米光触媒TiO2的催化机理[ 3] 纳米TiO2为N 型半导体,具有特殊的电子结构,由一个满价带和一个空导带来表征. 它有3. 2eV 禁带宽度,相当于波长为385 nm 的光子能量.当波长小于或等于385 nm 大小能量的光子射入纳米TiO2时,就会有一个电子(e - ) 被从价带激发到导带,留下一个空穴(h + ) 在价带中,形成负电子和空穴两种载流体,价带空穴是良好的氧化剂,导带电子是良好的还原剂. TiO2 + hv →TiO2 + h + + e - 带正电的空穴将表面吸附的H2O 转变成具有强氧化性的羟基自由基(•OH) . H2O + h + →•OH + H+ 带负电的电子与表面吸附的氧分子反应,生成超氧离子自由基,氧分子不仅参与还原反应,还是表面羟基自由基的另外一个来源. O2 + e - →•O -2 •O -2 + H+ →HO2• 2HO2•→O2 + H2O2 H2O2 + •O -2 →•OH + OH- 当然,产生的空穴和电子还有复合的可能: h + + e - →复合+ 能量 这些空穴和羟基自由基的氧化摩尔内能大于502. 2 J / mol ,几乎能将所有构成有机物分子的化学键切断分解,因此可以将各种有害化学物质分解或无害化处理,起到净化空气、抗菌除臭等作用. 2 纳米光触媒TiO2在纺织品上应用 2. 1 抗紫外纺织品 根据光学原理,紫外线照射到织物上,部分被反射,部分被吸收,部分透过织物. 增强织物对紫外线的反射与吸收,就能达到织物抗紫外线的功能.TiO2和SiO2等纳米光触媒颗粒具有很好的吸收紫外线的能力,有在聚合或纺丝的过程中加入纳米粉体,使其渗入到纤维内部,达到抗紫外的效果;也有在后整理过程中,将纳米粉体加入到浸轧液或涂层剂中,进行浸轧或涂层整理,使纳米粉体进入纤维之间或在织物表面形成一层薄膜,达到抗紫外线的目的. 沈勇等[4 ]利用光敏性染料的感光活性对织物紫外透射率进行测定. 漂白平布用可溶性还原桃红IR 染色,将整理后的织物和对照织物分别覆盖在染色布上,用标准紫外光源高压汞灯曝光,然后用未曝光的染色布为标样,在测色配色仪上测定曝光后染色布的色度值( L3, a 3, b3 ) 和色差值( △E3 ) . 实验表明,经过纳米TiO2整理的织物,抗紫外性能有显著提高. 2. 2 抗菌纺织品 服用纺织品在人体穿着的过程中,不可避免会沾染汗液、皮脂和其他分泌物,同时也会被环境沾污,细菌等各类微生物就在这些纺织品上滋生. 纳米TiO2抗菌材料在紫外线的照射下,依靠光催化作用,将细菌等有机物氧化成CO2和H2O ,从而实现了抗菌效果.江海风等[5 ] 采用涂层整理的方法,以光合细菌作为标的物对经过涂层整理的布料进行抗菌性实验,探讨了涂覆TiO2 织物的抗菌性能. 实验表明,整理后织物抗菌性能较强,灭菌率达到97 %以上. 2. 3 空气净化纺织品 空气中的污染物主要是挥发性有机化合物,包括汽车尾气、工业排放的有害气体、室内家具释放出的醛类有害气体和吸烟时产生的刺激性气体等.将纳米TiO2整理到室内纺织品上,可利用光催化特性降解室内空气环境中的有害物质,这对于改善人们的居住生活环境,提高人们的健康水平具有十分重要的意义. 日本率先在营运车辆内部采用涂覆纳米TiO2光催化膜的方式进行车内空气净化[6 ] . 2. 4 自清洁纺织品 在光照条件下,纳米光触媒表面均匀分布着分离开的纳米级的亲水区和亲油区,宏观上纳米光触媒表面表现出亲水和亲油性. 停止光照后,化学吸附的羟基被空气中的氧取代,又从亲水状态回到疏水状态. 光触媒就能在光和空气中水的作用下,将纺织品表面的灰尘和油污等去除,达到自清洁作用.何燕芬等[7 ]针对不需要经常洗涤或洗涤要求较高的高档毛针织服装,开发研制出一种复合纳米自清洁整理剂,并总结出适合于毛针织企业实际生产的整理工艺方法.张路遥等[8 ]通过浸轧工艺将二氧化钛用于织物的自清洁整理,并根据国内外现状,建立了自清洁纺织品测试标准体系.Bozzi 等[9 - 10 ]则研究了经射频等离子体、微波等离子体和真空紫外线预处理的漂白棉织物和丝光棉织物,经金红石型光触媒TiO2整理后,低温日光照射的自清洁性. 并通过透射电镜和X射线衍射等方法进行表征,研究了纳米TiO2颗粒大小、用量对自清洁性的影响. 同时还对羊毛锦纶混纺织物和涤纶织物的自清洁性进行了研究,找到了最佳的光触媒整理温度. 2. 5 其他功能纺织品 在化学纤维中加入纳米光触媒粉末,可以产生良好的静电屏蔽作用,改善化学纤维的抗静电性 能[11 ] .赵海洋,杨金波等[12 ]研究了纳米氧化物对纯棉织物抗皱整理效果影响规律,纳米TiO2对树脂和纤维素的交联起了催化作用. 因此在纳米TiO2对纯棉织物的抗皱整理过程中,既有传统催化剂的催化作用,同时又有纳米TiO2的协同催化作用,在一定质量浓度范围内,织物的折皱回复角高于未加纳米TiO2时的折皱回复角. 3 纳米光触媒TiO2在纺织品上的加工方法及存在问题 3. 1 加工方法 纳米光触媒应用于纺织品主要有两种方法,即纤维处理和织物整理.在化学纤维方面,采用纤维处理,直接掺入的方法. 通过熔融纺丝的方法,将纳米光触媒颗粒掺入聚合物本体,得到纤维. 由于光触媒被纤维包覆,无法接触外界,光催化效率很低,于是有人对混有TiO2粉体的聚酯纤维减量加工(减量率为5 %～30 %) ,使纤维内部的TiO2尽量露出表面,获得较好的光催化效果[13 ] .在天然纤维方面,则采用整理的方法. 使纳米光触媒固着在纤维表面,发挥光催化功能. 常用的整理工艺有涂层整理、交联等. 大致工艺流程为:制备分散液→浸轧或涂层→烘干→焙烘. Yuranova等[14 ]将分子级的SiO2和TiO2胶体混合,加热后会产生交联,形成3 - D 的网状结构,对棉织物进行涂层整理,整理后的自清洁效果比单独使用TiO2涂层整理提高很多. 3. 2 存在问题 3. 2. 1 光触媒TiO2分散性问题 目前商品化的光触媒TiO2都是粉体状态,分散性差. 纳米TiO2颗粒粒径小于100 nm ,具有极大 的比表面积和表面能, 在化学纤维纺丝中加入TiO2颗粒,会出现纳米粉体团聚、堵塞喷丝头、纺丝断头和磨损织机等问题[15 ] ,且纳米粒子分布不匀、光催化活性低. 在天然纤维后整理以及应用过程中容易发生粒子凝聚、团聚、形成二次粒子,使粒子粒径变大,就会失去纳米粒子的特殊表面效应、小尺寸效应,从而在实际应用中失去了纳米粒子的优异性能. 3. 2. 2 光触媒颗粒与纤维结合问题 光触媒TiO2本身对纤维没有亲和力,难以固着在纤维表面,浸轧后,通过物理吸附固着在织物 表面,一次或多次水洗后,织物就丧失了光催化能力. 如通过涂层整理,依靠粘合剂固着在织物表面,虽然耐洗性有所提高,但是织物手感大大降低,并由于光触媒颗粒被粘合剂包覆,不能接触外界环境,光催化活性大幅下降. 3. 2. 3 纤维劣化问题 将光触媒TiO2掺入到纤维中,或整理到纤维表面,由于直接接触纤维,光触媒TiO2的强氧化性 会直接对纤维材料或者涂层使用的粘合剂进行降解,使纤维劣化、强力下降[16 ] .本文用10 g/ L (质量浓度) 的光触媒TiO2整理棉织物,在紫外灯下照射24 h 后,棉织物断裂强力下降20. 6 %;撕破强力经向下降20. 7 % ,纬向下降25. 9 %. 4 纳米光触媒TiO2在纺织品应用性 能的研究方向 4. 1 提高光触媒TiO2的分散性能 分散体系的稳定性是指某种物质(如分散相浓度、颗粒大小、体系黏度和密度等) 具有一定程度的不变性. 纳米颗粒的大小与胶体颗粒大小近似,因此可用胶体的稳定理论来近似探讨纳米颗粒的分散性. 在分散介质中的纳米颗粒,总是服从布朗运动,颗粒间存在着相互吸引力与相互排斥力. 国内外的研究都是基于减少纳米颗粒之间的吸引力,提高排斥力进行的.在一定条件下,提高分散性有以下几个途径: 1) 选择合适的分散剂,提高粒子之间的斥力; 2) 调节分散体系的pH 值,使纳米颗粒表面的 双电层厚度增大,增大排斥能; 3) 选用吸附能力强的聚合物,如亲水性表面 活性剂吸附于TiO2表面,有利于增大TiO2粒子在水中的排斥能,提高分散性[15 ] .冒爱琴[17 ]先研究了十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠和多聚磷酸盐等阴离子改性剂对纳米TiO2的分散性的影响. 由于阴离子表面活性剂的亲水基团带负电荷,当pH 大于TiO2等电点时,与TiO2粒子表面电性相同,两者之间存在静电斥力,因而提高了TiO2粒子在水中的分散稳定性. 接着又用空间位阻稳定理论解释了聚合物依靠色散作用和氢键作用吸附于粒子表面,增强了TiO2粒子在水中的分散性.黄毅,彭兵等[18 ]研究了聚乙二醇和聚丙烯酸类的阴离子聚合物分散剂共同作用对TiO2粒子在水中分散性的影响,同时研究了体系的离子浓度对分散性的影响. 研究表明,在低离子浓度下,加入适量的聚乙二醇和聚丙烯酸类的阴离子聚合物分散剂,可以明显改善TiO2粒子在水中的分散性. 4. 2 提高光触媒TiO2对织物的结合牢度 引入聚氨酯等交联剂,聚氨酯是主链含有氨基甲酸酯基( - NHCOO - ) 重复结构单元的一类聚合物,由异氰酸酯(单体) 与羟基化合物聚合而成.聚氨酯中含有较多的反应性基团,大分子间发生交联,又由于含有较多氨基甲酸酯基( - NHCOO- ) 、脲基( - NHCONH - ) 等极性基团,在强静电作用下,便可产生较多的氢键,形成氢键交联,具有良好的成膜性、韧性、耐磨性和粘合性,可以提高光触媒TiO2对织物的结合牢度. 本文采用浸轧工艺(二浸二轧(轧余率80 %) w ( TiO2 ) = 1 % ———预烘80 ℃, 5 min ———焙烘130 ℃,3 min) ,制备纳米光触媒TiO2抗菌功能织物. 对比了引入聚氨酯10 g/ L (质量浓度) 的TiO2整理的棉织物与单独使用TiO2整理的棉织物的抗菌效果,试验菌株采用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌. 根据《织物抗菌性能试验方法》( FZ/ T01021 — 92) ,检验光触媒织物对两种菌株作用24 h 后的菌落减少百分率,结果见表1. 表1 皂洗前后不同方法整理织物的细菌减少率 Tab. 1 Degradation rate of bacteria on fabrics treated in different ways before and af ter soaping % 整理方法 皂洗前皂洗1 次皂洗5 次 大肠杆菌 减少率 74. 11 金黄色葡萄 球菌减少率 71. 25 大肠杆菌 减少率 60. 12 金黄色葡萄 球菌减少率 58. 64 大肠杆菌 减少率 58. 95 金黄色葡萄 球菌减少率 57. 96 纳米TiO2 1) 纳米TiO2 + 聚氨酯2) 73. 46 70. 98 71. 38 68. 58 69. 77 66. 98 1) w ( TiO2) 1 %; 2) w ( TiO2) 1 % +ρ(聚氨酯) 10 g/ L. 由表1 可见,纳米TiO2整理棉织物后,抗菌 能力大幅提高,但是皂洗后,下降很多. 引入聚氨酯后,光触媒的抗菌性能基本保持,且皂洗后依旧保持很好的抗菌性,织物具备了较好的耐洗性,说明光触媒TiO2对织物的结合牢度有显著提高. 4. 3 降低纤维的劣化 4. 3. 1 SiO2包覆改性纳米TiO2 本文采用液相沉积法在TiO2 颗粒表面包覆SiO2纳米膜,通过加入Na2SiO3改性使纳米TiO2颗粒表面包覆一层硅薄膜. 将包覆改性后的TiO2溶液配成1 %的TiO2整理液,处理棉织物. 整理工艺:将棉布置于整理液二浸二轧(轧余率80 %)预烘90 ℃,3 min 焙烘120 ℃,5 min. 表2 不同处理织物的撕破强度 Tab. 2 Tear strength of fabrics treated in different ways 实验布样经向/ g 经向下降率/ % 纬向/ g 纬向下降率/ % 原布1 450 — 1 350 — A 1 150 20. 69 1 000 25. 93 B 1 350 7. 41 1 300 3. 70 C 1 400 3. 45 1 315 2. 59 注:A 为未包覆SiO2的纳米TiO2浸轧整理的棉布; B 为2 ml 的0.5 mol/ L Na2SiO3的改性纳米TiO2浸轧整理的棉布; C为6 ml 的0.5 mol/ L Na2SiO3的改性纳米TiO2浸轧整理的棉布. 由表2 和表3 可见,在机械性能方面,未经 Na2SiO3改性处理纳米TiO2对棉织物的机械性能产生较大程度的损伤,撕破强度和拉伸强度均有所下降. 而经改性处理后的棉织物在机械性能方面有所提高,由于改性后的纳米TiO2表面被包覆了一层硅薄膜,避免了纳米TiO2胶体颗粒直接与棉织物的接触,能使整理剂与织物很好地结合,从而减少了对织物的损伤. 表3 不同处理织物的拉伸强度 Tab. 3 Tensile strength of fabrics treated in different ways 实验布样断裂强力/ N 伸长率/ % 拉伸长度/ mm 原布288 7. 1 7 A 235 5. 6 6 B 301 8. 7 8 C 322 10. 5 10 注:A 为未包覆SiO2的纳米TiO2浸轧整理的棉布; B 为2 ml 的0.5 mol/ L Na2SiO3的改性纳米TiO2浸轧整理的棉布; C为6 ml 的0.5 mol/ L Na2SiO3的改性纳米TiO2浸轧整理的棉布. 4. 3. 2 纳米TiO2的接枝改性 接枝改性,即表面活性剂与TiO2表面的羟基反应而连接起来. Rong 等[19 ]将聚苯乙烯通过偶联剂MPS(甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷) 与TiO2表面共价结合. 徐惠等[20 ]在TiO2表面接枝甲基丙烯酸甲酯. Hwang 等[21 ]则将MSMA (甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯) 与MMA(甲基丙烯酸甲酯) 的聚合物接枝到TiO2表面. 经过接枝改性后的纳米TiO2表面接有空间位阻很大的基团,疏水性提高,分散性有了很大提高,同时通过连接基与棉纤维作用,可以避免对纤维的强氧化作用,防止纤维劣化. 5 结 语 纳米光触媒TiO2以其卓越的化学稳定性、光照稳定性、高效性、选择性及较宽光谱适应性,同时又具有安全、价廉、无污染和抗腐蚀等优点,广泛应用于空气净化、生物医学、环保涂料和环境建筑等行业,并在纺织行业有广阔的应用前景. 目前国内关于纳米光触媒TiO2的研究还处于起步阶段,随着对纳米光触媒TiO2制备工艺、掺杂方法、提高光催化活性等方面研究的不断深入,还将不断开发出具有环保、高附加值、多功能的纺织产品,以提高中国纺织工业在国际上的竞争力. 参考文献: [ 1 ] 侯凯,武海良. 我国功能性纺织品的现状及其发展 [J ] . 陕西纺织,2008 (1) :44 - 45. [ 2 ] 姚春明,张涛,周晓峰. 纳米材料在功能纺织品中的应用[J ] . 化工之友,2007 (4) :43 - 44. [ 3 ] 高濂,郑珊,张青红. 纳米氧化钛光催化材料及应用[M] . 北京:化学工业出版社,2002. [ 4 ] 沈勇,秦伟庭,张惠芳,等. 改性纳米氧化物的抗紫外整理研究[J ] . 印染,2003 ,29 (9) :1 - 4. [ 5 ] 江海风,杨建忠,刘娜. 纳米二氧化钛整理织物的自清洁和抗菌性能探讨[J ] . 纺织科技进展,2007 (1) : 14 - 15 ,24. [ 6 ] 王海汴. 光触媒2纳米TiO2 应用于空气净化领域现状及其发展[J ] . 中国材料科技与设备,2007 ,4 (3) : 15 - 18. [ 7 ] 何艳芬,孟家光. 毛针织服装的纳米自清洁整理[J ] .毛纺科技,2006 (2) :22 - 24. [ 8 ] 张路遥,张建飞,杜 伟. 纳米光触媒自清洁纺织品及其标准化评价[J ] . 山东纺织科技,2007 ,48 (5) : 47 - 49. 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- 纳米钛白粉能用在化妆品里面吗？ 紫外线是太阳光中对人体危害较大的一种光波。过度照射紫外线,会使皮肤产生红斑、黑斑,使皮肤老化,严重的会引发皮肤癌。近年来,随着人们对紫外线认识的提高及保健意识的增强,防晒型化妆品的开发、应用逐渐成为一个科研热点。纳米二氧化钛 VK-T02由于具有高折光性和高光活性,一直被作为一种主要的防晒剂。纳米二氧化钛 VK-T02因有着更为优越的性能而被广泛重视,被用于新型、优质防晒化妆品的研究和开发,逐步显示其特殊的优越性和广阔的应用前景。 0563-2062192 1 纳米二氧化钛 VK-T02的防晒机理 按照波长的不同,紫外线分为短波区190～280 nm、中波区280～320 nm、长波区320～400nm。短波区紫外线能量最高,但在经过离臭氧层时被阻挡,因此,对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线。 纳米二氧化钛 VK-T02的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关:当粒径较大时,对紫外线的阻隔是以反射、散射为主,且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖,属一般的物理防晒,防晒能力较弱;随着粒径的减小,光线能透过纳米二氧化钛 VK-T02的粒子面,对长波区紫外线的反射、散射性不明显,而对中波区紫外线的吸收性明显增强。其防晒机理是吸收紫外线,主要吸收中波区紫外线。 由此可见, 纳米二氧化钛 VK-T02对不同波长紫外线的防晒机理不一样,对长波区紫外线的阻隔以散射为主,对中波区紫外线的阻隔以吸收为主。 纳米二氧化钛 VK-T02由于粒径小,活性大,既能反射、散射紫外线,又能吸收紫外线,从而对紫外线有更强的阻隔能力。 2 纳米二氧化钛 VK-T02的防晒性能及应用前景 由于紫外线对人体有很大的危害性,发达国家近些年来比较重视防晒产品的研究、开发,相继推出了多种多样的抗紫外纤维、塑料、薄膜、涂料,以及防晒膏霜、粉底、口红、摩丝、火局油膏等防晒化妆品。我国近年来也加大了防晒化装品的研究和生产。 但以往防晒剂多为二苯甲酮类、邻氨基苯甲酮类、水杨酸酯类、对氨基苯甲酸类、肉桂酸酯类等有机化合物,因而不稳定、寿命短,并且副作用较大,具有一定的毒性和刺激性,如果添加过量,会产生化学性过敏,甚至可能导致皮肤癌。 而纳米二氧化钛 VK-T02为无机成分,具有优异的化学稳定性、热稳定性及非迁移性和较强的消色力、遮盖力,较低的腐蚀性,良好的易分散性,并且无毒、无味、无刺激性,使用安全,还兼有杀菌除臭的作用。更为重要的是,如前所述,纳米二氧化钛既能吸收紫外线,又能发射、散射紫外线,因此抗紫外线的能力强,与同样剂量的有机抗紫外剂相比,它在紫外区的吸收峰更高;而且纳米二氧化钛对中波区和长波区紫外线均有阻隔作用,不象有机抗紫外剂只是单一对中波区或长波区紫外线有屏蔽作用。特别是由于其颗粒较细,制成品透明度高,能透过可见光,加入化妆品使用时皮肤白度自然,克服了有的有机物或颜料级二氧化钛不透明,使皮肤呈现不自然的苍白色的缺点。0563-2062192 正因为如此, 纳米二氧化钛 VK-T02很快被广泛重视并逐步取代一些有机抗紫外剂,成为当今防晒化妆品中性能优越一种物理屏蔽型抗紫外剂。 随着人们生活水平的提高和国际竞争的加剧,安全、高效防晒型化妆品的研究、开发力度将逐步加大。目前,发达国家的防晒型化妆品市场已显现出强大的生命力。1999 、2000 年,美国的年销售额已分别达7. 37 、7. 65 亿美元,英国达2. 45 、2. 70 亿美元,而且近年来分别以20 %、10 %以上的速度增长,其中纳米二氧化钛的用量也逐年大幅度增长。日本抗紫外化妆品中纳米二氧化钛的年需求量在1 000 t 以上,纺织、塑料、橡胶制品中的用量更大。 从防晒化妆品的发展趋势来看,一是无机防晒剂代替有机防晒剂,二是仿生防晒。后者成本较大,目前难以推广,前者价格适中,且防晒性能优越,因而被普遍看好。尤其是纳米二氧化钛 VK-T02,由于具有较为优越的性能和应用前景,因而发展势头和市场潜力较好。 3 纳米二氧化钛 VK-T02在防晒化妆品中的应用选择 3. 1 晶型的选择 常用二氧化钛属正方晶体,其晶型有金红石型及锐钛矿型两种,前者可通过后者煅烧制得,因而晶格结构更完善,在热力学上更为稳定。 从折光率来看,金红石型为2. 7 ,锐钛矿型为2. 3 ,因此,金红石型对紫外线的发射、散射能力较强,而吸收力较弱。 通过对其表面进行研究,结果发现,在有氧气存在的情况下,金红石型的光活性比锐钛矿型的弱。这可能由于:1)金红石型产生电子2空穴对速率较快,更容易以热量或其它形式释放光能;2) 金红石型在热处理时逐渐失水,减少了表面羟基;3) 金红石型的氧气交换能力较弱,较不易吸收氧气。 因此,从保持稳定、增强屏蔽作用、减少二氧化钛光活性、降低其光危害性的角度出发,在化妆品中应尽量采用金红石型二氧化钛。 3. 2 粒径的选择 纳米二氧化钛 VK-T02微粒的大小与其抗紫外能力密切相关。当其粒径等于或小于光波波长的一半时,对光的反射、散射量最大,屏蔽效果最好。紫外线的波长在190～400 nm 之间,因此纳米二氧化钛 VK-T02的粒径不能大于200 nm , 最好不大于100nm。但是,也不是颗粒越小越好,粒度太小容易团聚,不利于分散,还易于堵塞皮肤的毛孔,不利于透气和汗液的排除。一般说来,当其粒径在30～100 nm 之间时,对紫外线的屏蔽效果最好,同时能透过可见光,使皮肤的白度显得更富自然美。因此,最好设法将化妆品用二氧化钛的大小控制在此范围内。 4 结论 0563-2062192 纳米二氧化钛 VK-T02由于有着较高的折光性和光活性,因而成为一种性能优越的新型防晒剂,在防晒化妆品的应用中具有较好的发展前景。 [查看全文]
