CN106916367B - 一种含有纳米二氧化钛的薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有纳米二氧化钛的薄膜及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：将超细惰性无机粉料载体和分散助剂搅拌混合均匀，再采用喷淋方式加入纳米二氧化钛，搅拌均匀后，干燥，得含纳米二氧化钛分散载体；然后将低密度聚乙烯、EVA蜡、PE蜡和含纳米二氧化钛分散载体搅拌混合均匀，再经双螺杆挤出造粒，得含纳米二氧化钛母料；再将薄膜主料和含纳米二氧化钛母料搅拌混合均匀，再放入薄膜制备设备中成膜，最后进行拉伸处理，得含有纳米二氧化钛的薄膜。该含有纳米二氧化钛的薄膜具有杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气的功能。

Description

一种含有纳米二氧化钛的薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性薄膜领域，具体涉及一种含有纳米二氧化钛的薄膜及其制备方法。
背景技术
纳米二氧化钛在光照射下，能吸收相当于带隙能量以下的光能，产生类似光合作用的光催化反应，并使其表面发生激励而产生电子(e-)和空穴(h+)。这些电子和空穴具有极强的还原能力，迅速迁移到其表面并激活被吸附的氧和水分，产生活性自由氢氧基(·OH)和活性氧(·O)，能与水或氧反应，产生氧化能力极强的氢氧根自由基(·OH)和超级阴氧离子(·O2 -),使表面吸附的有机物质及细菌发生链式降解反应，迅速氧化分解各类有机化合物和部分无机物，把有机污染物分解成无污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。同时，纳米二氧化钛的特性是利用空气中的氧分子及水分子将所接触的有机物转换为二氧化碳跟水，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，理论上有效期非常长久，维护费用低。同时，二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于食品、医药、化妆品等各种领域。
另外，纳米二氧化钛通过氢氧自由基的氧化能力可以有效破坏细胞内的辅酶A等辅酶和呼吸作用酶等发挥抗菌作用而使细菌或真菌的繁殖终止，同时当带正电荷的空穴接触到带负电荷的微生物细胞后，依据库仑引力，相互吸附，并有效击穿细胞膜，使细胞蛋白质变性，无法再呼吸、代谢和繁殖，直至细胞死亡，完成灭菌，并能将细菌或真菌释放出来的有害毒素分解。
研究表明，在一定条件下，纳米二氧化钛对醛类、苯、氨、Tvoc(总挥发性有机物)等有害物质的降解分解率可以达到90％以上，而且其分解能力具有持续性，所以，纳米二氧化钛是当前国际上治理杀菌、除臭、防霉、净化空气最理想的材料。
目前纳米二氧化钛产品的应用主要集中在对室内有害物质和异味的治理，其使用方法是制备水分散型的纳米二氧化钛水分散液，然后经过喷涂到室内的墙面成膜而挥发作用，或喷涂到物件上成膜后挥发作用。而本技术发明通过制备一种含有纳米二氧化钛的薄膜而实现薄膜的除害除臭功能，不仅可以使用在不同的产品包装上，而且可以重复使用，合适不同形状、不同类型的各类产品，以除出产品在制备过程中附带残留的有害物质(如甲醛、苯类、氨、和Tvoc等)和异味，并通过此功能薄膜包装后抑制霉变产生霉菌等。如纺织物品在制备过程中残留的醛类有害物质、通过多过程化学处理后制备的皮具皮革等产品、木器产品、和经过有机油漆喷涂表面的产品等，都可以使用本发明技术制备的含有纳米二氧化钛薄膜进行包装后逐步除去这些产品中残留的有害物质和异味。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有纳米二氧化钛的薄膜及其制备方法，该制备方法由三个步骤进行：1、先制备纳米二氧化钛母料；2、通过薄膜制备过程中添加纳米二氧化钛母料以实现含纳米二氧化钛的薄膜；3、含纳米二氧化钛的薄膜的拉伸后处理。此薄膜具有杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种含有纳米二氧化钛的薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)含纳米二氧化钛分散载体的制备：将超细惰性无机粉料载体和分散助剂搅拌混合均匀，再采用喷淋方式加入纳米二氧化钛，搅拌均匀后，干燥，得含纳米二氧化钛分散载体；
(2)含纳米二氧化钛母料的制备：将低密度聚乙烯、EVA蜡、PE蜡和含纳米二氧化钛分散载体搅拌混合均匀，再经双螺杆挤出造粒，得含纳米二氧化钛母料；
(3)含有纳米二氧化钛的薄膜的制备：将薄膜主料和含纳米二氧化钛母料搅拌混合均匀，再放入薄膜制备设备中成膜，最后进行拉伸处理，得含有纳米二氧化钛的薄膜。
步骤(1)中要先制备含纳米二氧化钛的分散载体，是因为纳米级的二氧化钛颗粒细，不容易分散，所以为了提高其分散性而采用的技术方法，使其均匀的分散在载体上，然后再制备分散性和相容性好的母料。
优选的，步骤(1)中超细惰性无机粉料载体、分散助剂和纳米二氧化钛按以下重量份混合：
超细惰性无机粉料载体 100份
分散助剂 0.5份
纳米二氧化钛 2–8份。
进一步优选的，所述超细惰性无机粉料载体的细度≥5000目，为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、二氧化硅、滑石粉、分子筛、氧化铝、氧化锌等中的一种或二种；所述分散助剂是指吐温-20、吐温-60、吐温-80、烷基酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠等水溶性非离子或阴离子表面活性剂中的一种。
进一步优选的，所述纳米二氧化钛为金红石型，粒径为2–6纳米，添加时以纳米二氧化钛水分散体形式加入，纳米二氧化钛水分散体中纳米二氧化钛的固体含量为10％，以纳米二氧化钛固体含量计加入2–8重量份。
优选的，步骤(1)所述含纳米二氧化钛分散载体的具体制备步骤如下：各组分按配方计量好；把超细惰性无机粉料载体和分散助剂加入到高速搅拌机中，启动低速(300转/分，下同)预混5分钟后启动高速搅拌(1500转/分，下同)搅拌混合10分钟；而后在高速搅拌下加入纳米二氧化钛水分散液，此分散液采用喷淋方式加入，此分散液加完后继续保持高速搅拌30分钟，转入低速出料，送入烘箱于120℃下进行干燥处理4-6小时，物料降温后即为含纳米二氧化钛分散载体。
优选的，步骤(2)中低密度聚乙烯、EVA蜡、PE蜡和含纳米二氧化钛分散载体按以下重量份混合：
优选的，步骤(2)中将各组分计量后加入高速搅拌机中于低速下混合3分钟，再经高速搅拌混合5分钟后出料备用。上述混合好后的物料，经双螺杆挤出造料后即为含纳米二氧化钛的分散母料。双螺杆挤出造粒的温度为100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。
优选的，步骤(3)中薄膜主料和含纳米二氧化钛母料按以下重量份混合：
薄膜主料 100份
含纳米二氧化钛母料 10–30份。
进一步优选的，所述薄膜主料是指高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯和EVA等热塑性塑料中的一种。
优选的，步骤(3)所述成膜的方法是吹塑成膜或流延成膜；所述拉伸处理的温度为60–80℃，拉伸倍率为1.3–2.0。
步骤(3)中为了使纳米二氧化钛在薄膜中挥发更好的作用，对成膜后的含有纳米二氧化钛薄膜进行后拉伸处理。其原因是因为含有二氧化钛的惰性载体在塑料中分散后已经被塑料包裹，使载体上的纳米二氧化钛从塑料中不容易释放出电子(e-)和空穴(h+)，通过迁移的速度慢，会大幅降低效率。而通过在一定条件下的拉伸处理，使含有二氧化钛的载体在拉伸过程中与薄膜主料基体之间产生一定的间隙，这些间隙将有利于纳米二氧化钛从塑料中释放出电子(e-)和空穴(h+)到薄膜表面，从而产生氧化能力极强的氢氧根自由基(·OH)和超级阴氧离子(·O2-),使表面吸附的有机物质及细菌发生链式降解反应，通过氧化分解各类有机化合物和部分无机物，因而实现杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气的功能。
由以上所述的制备方法制得的一种含有纳米二氧化钛的薄膜。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与技术效果：
1、本发明制备的薄膜不仅可以使用在不同的产品包装上，而且可以重复使用，合适不同形状、不同类型的各类产品；
2、与目前直接喷涂的方式对比，奔放不会污染被包装的产品；
3、本发明通过薄膜制备过程的拉伸使其获得更大的比表面，从而可以有效提高纳米二氧化钛的光触媒作用，使其更高效地除出如甲醛、苯类、氨、和Tvoc等有害物质；与没有经过拉伸的同类薄膜相比，除出有害物质的效率提高20％以上。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的具体详细描述，但本发明的实施和保护范围不限于此。
实施例1
1.1制备含纳米级二氧化钛分散载体
轻质碳酸钙(5000目) 100kg
吐温-60 0.5kg
纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液 20kg
准确计量上述组分后把轻质碳酸钙和吐温-60加入到高速搅拌机中，在低速下(300转/分)进行混合5分钟；然后高速(1500转/分)搅拌10分钟；在高速搅拌下采用喷淋方式把纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液加入，纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液加完后，继续保持高速(1500转/分)搅拌30分钟后出料，然后送入烘箱中120℃下进行干燥处理4小时，然后冷却至室温，得含纳米级二氧化钛分散载体。
1.2含纳米二氧化钛母料的制备
准确计量上述组分后加入高速搅拌机中于低速(300转/分)下混合3分钟，再经高速(1500转/分)搅拌混合5分钟后出料后进入双螺杆挤出造料后即为含纳米二氧化钛母料。双螺杆挤出造粒温度为100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。
1.3含纳米二氧化钛的薄膜的制备
线性低密度聚乙烯(LLDPE) 100kg
含纳米二氧化钛母料 10kg
上述各物料计量，将线性低密度聚乙烯和含纳米二氧化钛母料混合均匀后，直接进入挤出吹膜机吹塑成膜，成膜后的薄膜，在60℃下进行拉伸处理，其拉伸倍率为1.3，处理后的薄膜即为含有纳米二氧化钛的薄膜。此薄膜在光照射下对甲醛的分解率如表1所示：
表1
而按上述配方和条件制备的薄膜如果不经过拉伸处理，则15天、30天、60天对甲醛的分解率为21.3％、49.6％、65.2％。
实施例2
2.1制备含纳米级二氧化钛分散载体
二氧化硅(8000目) 100kg
烷基酚聚氧乙烯醚-10(OP-10) 0.5kg
纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液 80kg
准确计量上述组分后把二氧化硅和OP-10加入到高速搅拌机中，在低速下(300转/分)进行混合5分钟；然后高速(1500转/分)搅拌10分钟；在高速搅拌下采用喷淋方式把纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液加入，纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液加完后，继续保持高速(1500转/分)搅拌30分钟后出料，然后送入烘箱中120℃下进行干燥处理6小时，然后冷却至室温，得含纳米级二氧化钛分散载体。
2.2纳米二氧化钛母料的制备
准确计量上述组分后加入高速搅拌机中于低速(300转/分)下混合3分钟，再经高速(1500转/分)搅拌混合5分钟后出料后进入双螺杆挤出造料后即为含纳米二氧化钛的分散母料。双螺杆挤出造粒温度为100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。
2.3含纳米二氧化钛的薄膜的制备
聚丙烯(PP) 100kg
含纳米二氧化钛母料 30kg
上述各物料计量，将线性低密度聚乙烯和含纳米二氧化钛母料混合均匀后，直接进入挤出吹膜机吹塑成膜，成膜后的薄膜，在80℃下进行拉伸处理，其拉伸倍率为2.0，处理后的薄膜即为含有纳米二氧化钛的薄膜。此薄膜在光照射下对苯的分解率如表2所示：
表2
而按上述配方和条件制备的薄膜如果不经过拉伸处理，则7天、30天、60天对苯的分解率为19.1％、47.7％、51.3％。
实施例3
3.1制备含纳米级二氧化钛分散载体
氧化铝(8000目) 100kg
十二烷基苯磺酸钠 0.5kg
纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液 50kg
准确计量上述组分后把氧化铝和十二烷基苯磺酸钠加入到高速搅拌机中，在低速下(300转/分)进行混合5分钟；然后高速(1500转/分)搅拌10分钟；在高速搅拌下采用喷淋方式把纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液加入，纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液加完后，继续保持高速(1500转/分)搅拌30分钟后出料，然后送入烘箱中120℃下进行干燥处理6小时，然后冷却至室温，得含纳米级二氧化钛分散载体。
3.2纳米二氧化钛母料的制备
准确计量上述组分后加入高速搅拌机中于低速(300转/分)下混合3分钟，再经高速(1500转/分)搅拌混合5分钟后出料后进入双螺杆挤出造料后即为含纳米二氧化钛的母料。双螺杆挤出造粒温度为100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。
3.3含纳米二氧化钛的薄膜的制备
EVA(VA含量：9wt％) 100kg
含纳米二氧化钛母料 20kg
上述各物料计量，将线性低密度聚乙烯和含纳米二氧化钛母料混合均匀后，直接进入挤出流延机成膜，成膜后的薄膜，在65℃下进行拉伸处理，其拉伸倍率为1.6，处理后的薄膜即为含有纳米二氧化钛的薄膜。此薄膜在光照射下对氨的分解率如表3所示：
表3
而按上述配方和条件制备的薄膜如果不经过拉伸处理，则3天、15天、60天对氨的分解率为2.13％、11.5％、32.9％。
实施例4
4.1制备含纳米级二氧化钛分散载体
准确计量上述组分后把重质碳酸钙、二氧化硅和吐温-20加入到高速搅拌机中，在低速下(300转/分)进行混合5分钟；然后高速(1500转/分)搅拌10分钟；在高速搅拌下采用喷淋方式把纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液加入，纳米级二氧化钛(10wt％)水分散液加完后，继续保持高速(1500转/分)搅拌30分钟后出料，然后送入烘箱于120℃下进行干燥处理5小时，然后冷却至室温，得含纳米级二氧化钛分散载体。
4.2纳米二氧化钛母料的制备
准确计量上述组分后加入高速搅拌机中于低速(300转/分)下混合3分钟，再经高速(1500转/分)搅拌混合5分钟后出料后进入双螺杆挤出造料后即为含纳米二氧化钛的分散母料。双螺杆挤出造粒温度为100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。
4.3含纳米二氧化钛的薄膜的制备
低密度聚乙烯(LDPE) 100kg
含纳米二氧化钛母料 25kg
上述各物料计量，将线性低密度聚乙烯和含纳米二氧化钛母料混合均匀后，直接进入挤出流延机成膜，成膜后的薄膜，在70℃下进行拉伸处理，其拉伸倍率为1.8，处理后的薄膜即为含有纳米二氧化钛的薄膜。此薄膜在光照射下对Tvoc的分解率如表4所示：
表4
而按上述配方和条件制备的薄膜如果不经过拉伸处理，则3天、15天、30天、60天对Tvoc的分解率为5.31％、24.8％、28.3％、37.2％。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求的技术方案范围之中。

Claims (10)

1.一种含有纳米二氧化钛的薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）含纳米二氧化钛分散载体的制备：将超细惰性无机粉料载体和分散助剂搅拌混合均匀，再采用喷淋方式加入纳米二氧化钛，搅拌均匀后，干燥，得含纳米二氧化钛分散载体；
（2）含纳米二氧化钛母料的制备：将低密度聚乙烯、EVA蜡、PE蜡和含纳米二氧化钛分散载体搅拌混合均匀，再经双螺杆挤出造粒，得含纳米二氧化钛母料；
（3）含有纳米二氧化钛的薄膜的制备：将薄膜主料和含纳米二氧化钛母料搅拌混合均匀，再放入薄膜制备设备中成膜，最后进行拉伸处理，得含有纳米二氧化钛的薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中超细惰性无机粉料载体、分散助剂和纳米二氧化钛按以下重量份混合：
超细惰性无机粉料载体 100份
分散助剂 0.5份
纳米二氧化钛 2–8份。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超细惰性无机粉料载体的细度≥5000目，为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、二氧化硅、滑石粉、分子筛、氧化铝和氧化锌中的一种或二种；所述分散助剂是指吐温-20、吐温-60、吐温-80、烷基酚聚氧乙烯醚-10、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛为金红石型，粒径为2–6纳米，添加时以纳米二氧化钛水分散体形式采用喷淋方式加入，纳米二氧化钛水分散体中纳米二氧化钛的固体含量为10%，以纳米二氧化钛固体含量计加入2–8重量份。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中低密度聚乙烯、EVA蜡、PE蜡和含纳米二氧化钛分散载体按以下重量份混合：
低密度聚乙烯 100份
EVA蜡 20份
PE蜡 5份
含纳米二氧化钛分散载体 10–30份。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述双螺杆挤出造粒的温度为100/120/130/140/150/160/160/140/135℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中薄膜主料和含纳米二氧化钛母料按以下重量份混合：
薄膜主料 100份
含纳米二氧化钛母料 10–30份。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述薄膜主料是指高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯和EVA中的一种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述成膜的方法是吹塑成膜或流延成膜；所述拉伸处理的温度为60–80℃，拉伸倍率为1.3–2.0。
10.由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的一种含有纳米二氧化钛的薄膜。
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