本發(fā)明涉及功能性薄膜領(lǐng)域，具體涉及一種含有納米二氧化鈦的薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

納米二氧化鈦在光照射下，能吸收相當(dāng)于帶隙能量以下的光能，產(chǎn)生類似光合作用的光催化反應(yīng)，并使其表面發(fā)生激勵而產(chǎn)生電子(e^-)和空穴(h⁺)。這些電子和空穴具有極強(qiáng)的還原能力，迅速遷移到其表面并激活被吸附的氧和水分，產(chǎn)生活性自由氫氧基(·oh)和活性氧(·o)，能與水或氧反應(yīng)，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的氫氧根自由基(·oh)和超級陰氧離子(·o2^-),使表面吸附的有機(jī)物質(zhì)及細(xì)菌發(fā)生鏈?zhǔn)浇到夥磻?yīng)，迅速氧化分解各類有機(jī)化合物和部分無機(jī)物，把有機(jī)污染物分解成無污染的水(h2o)和二氧化碳(co2)，因而具有極強(qiáng)的殺菌、除臭、防霉、防污自潔、凈化空氣功能。同時(shí)，納米二氧化鈦的特性是利用空氣中的氧分子及水分子將所接觸的有機(jī)物轉(zhuǎn)換為二氧化碳跟水，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，理論上有效期非常長久，維護(hù)費(fèi)用低。同時(shí)，二氧化鈦本身無毒無害，已廣泛用于食品、醫(yī)藥、化妝品等各種領(lǐng)域。

另外，納米二氧化鈦通過氫氧自由基的氧化能力可以有效破壞細(xì)胞內(nèi)的輔酶a等輔酶和呼吸作用酶等發(fā)揮抗菌作用而使細(xì)菌或真菌的繁殖終止，同時(shí)當(dāng)帶正電荷的空穴接觸到帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞后，依據(jù)庫侖引力，相互吸附，并有效擊穿細(xì)胞膜，使細(xì)胞蛋白質(zhì)變性，無法再呼吸、代謝和繁殖，直至細(xì)胞死亡，完成滅菌，并能將細(xì)菌或真菌釋放出來的有害毒素分解。

研究表明，在一定條件下，納米二氧化鈦對醛類、苯、氨、tvoc(總揮發(fā)性有機(jī)物)等有害物質(zhì)的降解分解率可以達(dá)到90％以上，而且其分解能力具有持續(xù)性，所以，納米二氧化鈦是當(dāng)前國際上治理殺菌、除臭、防霉、凈化空氣最理想的材料。

目前納米二氧化鈦產(chǎn)品的應(yīng)用主要集中在對室內(nèi)有害物質(zhì)和異味的治理，其使用方法是制備水分散型的納米二氧化鈦水分散液，然后經(jīng)過噴涂到室內(nèi)的墻面成膜而揮發(fā)作用，或噴涂到物件上成膜后揮發(fā)作用。而本技術(shù)發(fā)明通過制備一種含有納米二氧化鈦的薄膜而實(shí)現(xiàn)薄膜的除害除臭功能，不僅可以使用在不同的產(chǎn)品包裝上，而且可以重復(fù)使用，合適不同形狀、不同類型的各類產(chǎn)品，以除出產(chǎn)品在制備過程中附帶殘留的有害物質(zhì)(如甲醛、苯類、氨、和tvoc等)和異味，并通過此功能薄膜包裝后抑制霉變產(chǎn)生霉菌等。如紡織物品在制備過程中殘留的醛類有害物質(zhì)、通過多過程化學(xué)處理后制備的皮具皮革等產(chǎn)品、木器產(chǎn)品、和經(jīng)過有機(jī)油漆噴涂表面的產(chǎn)品等，都可以使用本發(fā)明技術(shù)制備的含有納米二氧化鈦薄膜進(jìn)行包裝后逐步除去這些產(chǎn)品中殘留的有害物質(zhì)和異味。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種含有納米二氧化鈦的薄膜及其制備方法，該制備方法由三個(gè)步驟進(jìn)行：1、先制備納米二氧化鈦母料；2、通過薄膜制備過程中添加納米二氧化鈦母料以實(shí)現(xiàn)含納米二氧化鈦的薄膜；3、含納米二氧化鈦的薄膜的拉伸后處理。此薄膜具有殺菌、除臭、防霉、防污自潔、凈化空氣功能。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種含有納米二氧化鈦的薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)含納米二氧化鈦分散載體的制備：將超細(xì)惰性無機(jī)粉料載體和分散助劑攪拌混合均勻，再采用噴淋方式加入納米二氧化鈦，攪拌均勻后，干燥，得含納米二氧化鈦分散載體；

(2)含納米二氧化鈦母料的制備：將低密度聚乙烯、eva蠟、pe蠟和含納米二氧化鈦分散載體攪拌混合均勻，再經(jīng)雙螺桿擠出造粒，得含納米二氧化鈦母料；

(3)含有納米二氧化鈦的薄膜的制備：將薄膜主料和含納米二氧化鈦母料攪拌混合均勻，再放入薄膜制備設(shè)備中成膜，最后進(jìn)行拉伸處理，得含有納米二氧化鈦的薄膜。

步驟(1)中要先制備含納米二氧化鈦的分散載體，是因?yàn)榧{米級的二氧化鈦顆粒細(xì)，不容易分散，所以為了提高其分散性而采用的技術(shù)方法，使其均勻的分散在載體上，然后再制備分散性和相容性好的母料。

優(yōu)選的，步驟(1)中超細(xì)惰性無機(jī)粉料載體、分散助劑和納米二氧化鈦按以下重量份混合：

超細(xì)惰性無機(jī)粉料載體100份

分散助劑0.5份

納米二氧化鈦2–8份。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述超細(xì)惰性無機(jī)粉料載體的細(xì)度≥5000目，為輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、二氧化硅、滑石粉、分子篩、氧化鋁、氧化鋅等中的一種或二種；所述分散助劑是指吐溫-20、吐溫-60、吐溫-80、烷基酚聚氧乙烯醚-10(op-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚(aeo-9)、十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉等水溶性非離子或陰離子表面活性劑中的一種。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述納米二氧化鈦為金紅石型，粒徑為2–6納米，添加時(shí)以納米二氧化鈦水分散體形式加入，納米二氧化鈦水分散體中納米二氧化鈦的固體含量為10％，以納米二氧化鈦固體含量計(jì)加入2–8重量份。

優(yōu)選的，步驟(1)所述含納米二氧化鈦分散載體的具體制備步驟如下：各組分按配方計(jì)量好；把超細(xì)惰性無機(jī)粉料載體和分散助劑加入到高速攪拌機(jī)中，啟動低速(300轉(zhuǎn)/分，下同)預(yù)混5分鐘后啟動高速攪拌(1500轉(zhuǎn)/分，下同)攪拌混合10分鐘；而后在高速攪拌下加入納米二氧化鈦水分散液，此分散液采用噴淋方式加入，此分散液加完后繼續(xù)保持高速攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)入低速出料，送入烘箱于120℃下進(jìn)行干燥處理4-6小時(shí)，物料降溫后即為含納米二氧化鈦分散載體。

優(yōu)選的，步驟(2)中低密度聚乙烯、eva蠟、pe蠟和含納米二氧化鈦分散載體按以下重量份混合：

優(yōu)選的，步驟(2)中將各組分計(jì)量后加入高速攪拌機(jī)中于低速下混合3分鐘，再經(jīng)高速攪拌混合5分鐘后出料備用。上述混合好后的物料，經(jīng)雙螺桿擠出造料后即為含納米二氧化鈦的分散母料。雙螺桿擠出造粒的溫度為100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。

優(yōu)選的，步驟(3)中薄膜主料和含納米二氧化鈦母料按以下重量份混合：

薄膜主料100份

含納米二氧化鈦母料10–30份。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述薄膜主料是指高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚丙烯和eva等熱塑性塑料中的一種。

優(yōu)選的，步驟(3)所述成膜的方法是吹塑成膜或流延成膜；所述拉伸處理的溫度為60–80℃，拉伸倍率為1.3–2.0。

步驟(3)中為了使納米二氧化鈦在薄膜中揮發(fā)更好的作用，對成膜后的含有納米二氧化鈦薄膜進(jìn)行后拉伸處理。其原因是因?yàn)楹卸趸伒亩栊暂d體在塑料中分散后已經(jīng)被塑料包裹，使載體上的納米二氧化鈦從塑料中不容易釋放出電子(e-)和空穴(h+)，通過遷移的速度慢，會大幅降低效率。而通過在一定條件下的拉伸處理，使含有二氧化鈦的載體在拉伸過程中與薄膜主料基體之間產(chǎn)生一定的間隙，這些間隙將有利于納米二氧化鈦從塑料中釋放出電子(e-)和空穴(h+)到薄膜表面，從而產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的氫氧根自由基(·oh)和超級陰氧離子(·o2-),使表面吸附的有機(jī)物質(zhì)及細(xì)菌發(fā)生鏈?zhǔn)浇到夥磻?yīng)，通過氧化分解各類有機(jī)化合物和部分無機(jī)物，因而實(shí)現(xiàn)殺菌、除臭、防霉、防污自潔、凈化空氣的功能。

由以上所述的制備方法制得的一種含有納米二氧化鈦的薄膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)效果：

1、本發(fā)明制備的薄膜不僅可以使用在不同的產(chǎn)品包裝上，而且可以重復(fù)使用，合適不同形狀、不同類型的各類產(chǎn)品；

2、與目前直接噴涂的方式對比，奔放不會污染被包裝的產(chǎn)品；

3、本發(fā)明通過薄膜制備過程的拉伸使其獲得更大的比表面，從而可以有效提高納米二氧化鈦的光觸媒作用，使其更高效地除出如甲醛、苯類、氨、和tvoc等有害物質(zhì)；與沒有經(jīng)過拉伸的同類薄膜相比，除出有害物質(zhì)的效率提高20％以上。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。

實(shí)施例1

1.1制備含納米級二氧化鈦分散載體

輕質(zhì)碳酸鈣(5000目)100kg

吐溫-600.5kg

納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液20kg

準(zhǔn)確計(jì)量上述組分后把輕質(zhì)碳酸鈣和吐溫-60加入到高速攪拌機(jī)中，在低速下(300轉(zhuǎn)/分)進(jìn)行混合5分鐘；然后高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌10分鐘；在高速攪拌下采用噴淋方式把納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液加入，納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液加完后，繼續(xù)保持高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌30分鐘后出料，然后送入烘箱中120℃下進(jìn)行干燥處理4小時(shí)，然后冷卻至室溫，得含納米級二氧化鈦分散載體。

1.2含納米二氧化鈦母料的制備

準(zhǔn)確計(jì)量上述組分后加入高速攪拌機(jī)中于低速(300轉(zhuǎn)/分)下混合3分鐘，再經(jīng)高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌混合5分鐘后出料后進(jìn)入雙螺桿擠出造料后即為含納米二氧化鈦母料。雙螺桿擠出造粒溫度為100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。

1.3含納米二氧化鈦的薄膜的制備

線性低密度聚乙烯(lldpe)100kg

含納米二氧化鈦母料10kg

上述各物料計(jì)量，將線性低密度聚乙烯和含納米二氧化鈦母料混合均勻后，直接進(jìn)入擠出吹膜機(jī)吹塑成膜，成膜后的薄膜，在60℃下進(jìn)行拉伸處理，其拉伸倍率為1.3，處理后的薄膜即為含有納米二氧化鈦的薄膜。此薄膜在光照射下對甲醛的分解率如表1所示：

表1

而按上述配方和條件制備的薄膜如果不經(jīng)過拉伸處理，則15天、30天、60天對甲醛的分解率為21.3％、49.6％、65.2％。

實(shí)施例2

2.1制備含納米級二氧化鈦分散載體

二氧化硅(8000目)100kg

烷基酚聚氧乙烯醚-10(op-10)0.5kg

納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液80kg

準(zhǔn)確計(jì)量上述組分后把二氧化硅和op-10加入到高速攪拌機(jī)中，在低速下(300轉(zhuǎn)/分)進(jìn)行混合5分鐘；然后高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌10分鐘；在高速攪拌下采用噴淋方式把納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液加入，納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液加完后，繼續(xù)保持高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌30分鐘后出料，然后送入烘箱中120℃下進(jìn)行干燥處理6小時(shí)，然后冷卻至室溫，得含納米級二氧化鈦分散載體。

2.2納米二氧化鈦母料的制備

準(zhǔn)確計(jì)量上述組分后加入高速攪拌機(jī)中于低速(300轉(zhuǎn)/分)下混合3分鐘，再經(jīng)高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌混合5分鐘后出料后進(jìn)入雙螺桿擠出造料后即為含納米二氧化鈦的分散母料。雙螺桿擠出造粒溫度為100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。

2.3含納米二氧化鈦的薄膜的制備

聚丙烯(pp)100kg

含納米二氧化鈦母料30kg

上述各物料計(jì)量，將線性低密度聚乙烯和含納米二氧化鈦母料混合均勻后，直接進(jìn)入擠出吹膜機(jī)吹塑成膜，成膜后的薄膜，在80℃下進(jìn)行拉伸處理，其拉伸倍率為2.0，處理后的薄膜即為含有納米二氧化鈦的薄膜。此薄膜在光照射下對苯的分解率如表2所示：

表2

而按上述配方和條件制備的薄膜如果不經(jīng)過拉伸處理，則7天、30天、60天對苯的分解率為19.1％、47.7％、51.3％。

實(shí)施例3

3.1制備含納米級二氧化鈦分散載體

氧化鋁(8000目)100kg

十二烷基苯磺酸鈉0.5kg

納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液50kg

準(zhǔn)確計(jì)量上述組分后把氧化鋁和十二烷基苯磺酸鈉加入到高速攪拌機(jī)中，在低速下(300轉(zhuǎn)/分)進(jìn)行混合5分鐘；然后高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌10分鐘；在高速攪拌下采用噴淋方式把納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液加入，納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液加完后，繼續(xù)保持高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌30分鐘后出料，然后送入烘箱中120℃下進(jìn)行干燥處理6小時(shí)，然后冷卻至室溫，得含納米級二氧化鈦分散載體。

3.2納米二氧化鈦母料的制備

準(zhǔn)確計(jì)量上述組分后加入高速攪拌機(jī)中于低速(300轉(zhuǎn)/分)下混合3分鐘，再經(jīng)高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌混合5分鐘后出料后進(jìn)入雙螺桿擠出造料后即為含納米二氧化鈦的母料。雙螺桿擠出造粒溫度為100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。

3.3含納米二氧化鈦的薄膜的制備

eva(va含量：9wt％)100kg

含納米二氧化鈦母料20kg

上述各物料計(jì)量，將線性低密度聚乙烯和含納米二氧化鈦母料混合均勻后，直接進(jìn)入擠出流延機(jī)成膜，成膜后的薄膜，在65℃下進(jìn)行拉伸處理，其拉伸倍率為1.6，處理后的薄膜即為含有納米二氧化鈦的薄膜。此薄膜在光照射下對氨的分解率如表3所示：

表3

而按上述配方和條件制備的薄膜如果不經(jīng)過拉伸處理，則3天、15天、60天對氨的分解率為2.13％、11.5％、32.9％。

實(shí)施例4

4.1制備含納米級二氧化鈦分散載體

準(zhǔn)確計(jì)量上述組分后把重質(zhì)碳酸鈣、二氧化硅和吐溫-20加入到高速攪拌機(jī)中，在低速下(300轉(zhuǎn)/分)進(jìn)行混合5分鐘；然后高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌10分鐘；在高速攪拌下采用噴淋方式把納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液加入，納米級二氧化鈦(10wt％)水分散液加完后，繼續(xù)保持高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌30分鐘后出料，然后送入烘箱于120℃下進(jìn)行干燥處理5小時(shí)，然后冷卻至室溫，得含納米級二氧化鈦分散載體。

4.2納米二氧化鈦母料的制備

準(zhǔn)確計(jì)量上述組分后加入高速攪拌機(jī)中于低速(300轉(zhuǎn)/分)下混合3分鐘，再經(jīng)高速(1500轉(zhuǎn)/分)攪拌混合5分鐘后出料后進(jìn)入雙螺桿擠出造料后即為含納米二氧化鈦的分散母料。雙螺桿擠出造粒溫度為100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。

4.3含納米二氧化鈦的薄膜的制備

低密度聚乙烯(ldpe)100kg

含納米二氧化鈦母料25kg

上述各物料計(jì)量，將線性低密度聚乙烯和含納米二氧化鈦母料混合均勻后，直接進(jìn)入擠出流延機(jī)成膜，成膜后的薄膜，在70℃下進(jìn)行拉伸處理，其拉伸倍率為1.8，處理后的薄膜即為含有納米二氧化鈦的薄膜。此薄膜在光照射下對tvoc的分解率如表4所示：

表4

而按上述配方和條件制備的薄膜如果不經(jīng)過拉伸處理，則3天、15天、30天、60天對tvoc的分解率為5.31％、24.8％、28.3％、37.2％。

以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求的技術(shù)方案范圍之中。