二氧化钛在农用塑料薄膜中的应用

-----摘自《环境科学动态》

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        1. xx、表面自清洁薄膜

        xx塑料薄膜是一类在使用环境中本身对沾污在塑料上的xx、霉菌等起抑制或杀灭作用来保持自身的清洁。把纳米TiO2添加到塑料中而制成的xx薄膜的作用机理是：利用二氧化钛的光催化作用产生的化学活性很强的?OH、?O2-、Ti3+等攻击xx有机体，使其蛋白质变性从而达到xx的目的。TiO2xx剂克服大多数有机xx剂耐热性差、易分解产生有害物、安全性较差等缺点，它xx、无味、无刺激性、安全性好、xx迅速、xx彻底、效果更持久，xx可与食品接触[4]。纳米TiO2/PE复合膜的xx效果可达90％以上，可使食品的保质期延长3倍以上[5]。纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的xx，而且能同时降解由死亡xx释放出的有毒复合物[2]，这也使得纳米TiO2较普通无机xx剂（例如Ag、Cu等）相比，在功能上实现了巨大的飞跃。

        利用二氧化钛薄膜在紫外光激发下产生的强氧化能力和超亲水性能，可将其制成自清洁农用塑料薄膜。当镀有二氧化钛薄膜的塑料表面与污垢接触时，二氧化钛薄膜发挥其光催化氧化分解作用，将细微污垢分解为二氧化碳、水及无机物；又因为二氧化钛薄膜表面的超亲水性，可使附着在物体表面的水分形成水膜，渗入污垢与二氧化钛的界面，使污垢的附着力大幅降低，即使是附着也是同表面的外层水膜结合，附着的污物在受到雨水冲刷和水淋冲力等作用时，能自动从二氧化钛表面剥离下来，从而达到防污的效果。阳光中的紫外线足以维持二氧化钛薄膜表面的超亲水特性，可有效的防止碳氢化合物、灰尘、煤烟等有机物的薄膜附着，从而使得表面长期具有防污的自清洁效应，这种自清洁效应对农用塑料地膜、棚膜的透光率及重复多次使用非常重要。在塑料薄膜中加入一定量TiO2，彭红瑞等人的研究显示纳米TiO2/PS复合材料的表面清洁性能明显高于未加纳米TiO2的纯PS树脂[5]。

        2. 保鲜塑料薄膜

        新鲜的水果蔬菜采摘后，仍会自身呼吸，由于呼吸作用产生的乙烯、水分等有害物质，会导致果蔬在储存和运输过程中发生变质及腐烂。据资料显示，我国新鲜果蔬有25％～80％是在采摘后损失掉的，造成了巨大的经济损失。纳米TiO2复合薄膜可有效地减少这种情况的发生。

        由于纳米TiO2的xx杀毒、吸收紫外线、自清洁功能、良好的阻隔性及力学性能等，将纳米TiO2粒子掺入到树脂中制成的塑料薄膜作为各种农产品的保鲜包装材料，能将新鲜果蔬呼吸过程中产生的有害气体——乙烯分解为CO2和H2O，并可抑制或杀灭环境中的各种xx。陈丽等把纳米TiO2粒子添加到PVC树脂中制成的薄膜的强度明显提高，氧和水蒸汽的透过量降低，但不影响二氧化碳的透过量，对富士苹果的保鲜效果很好[6]。在塑料中添加纳米TiO2粒子制成的透明薄膜，用于肉类产品的包装，不但可看得见食品，而且可避免肉类食品氧化变色，保护食品中的维生素和芳香化合物免受破坏[1]。可以预测，纳米TiO2粒复合保鲜薄膜将有很好的应用前景。

        3. 防雾滴薄膜

        据文献报道，当水在TiO2薄膜表面的接触角小于15。时，具有高流动性；接触角小于10。时，具有自清洁效果；接触角小于7。时，有防雾效果，且接触角越小防雾效果越好。在塑料薄膜上制备防雾作用的TiO2膜，即将TiO2涂抹在塑料棚表面的塑料上形成一层薄膜，由于TiO2薄膜的超亲水性，此时，即使空气中的水分或者水蒸气在塑料薄膜上凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺在其表面，不会发生光散射的雾。凝结在塑料棚棚顶上的水珠顺着棚面往下流，不会掉下来，因此可减少由于塑料棚棚顶的水珠掉下来导致农作物的损害。

        4. 光催化剂降解塑料薄膜

        棚膜、地膜技术的推广和应用对我国农业的增产增收、解决十三亿人口的吃饭问题发挥了巨大的作用。这些聚合物在自然条件下极难降解，又由于其质量轻、分布广，不易回收利用。它们在农田中大量残留不仅影响土壤的物理性状、造成农作物减产，而且还污染环境，采用能自身降解的农膜是治理“白色污染”的一个很有效的措施。利用TiO2对有机物的光催化降解的性能，可设计光降解塑料，以减少其对环境带来的危害。熊裕华等以快速溶胶法制备了纳米TiO2光催化剂，对聚乙烯薄膜进行室温固相催化降解研究，发现经15W紫外光辐射240h后，锐钛型纳米TiO2光催化剂使PE质量损失达23.97％[7]。

        5. 耐久性塑料薄膜

        目前，我国各种农膜产品的拉伸强度、直角撕裂强度、耐候性、断裂伸长率等指标与国外同类产品比尚有一定差距。特别是近年来我国地膜产品在经济利益的驱动下片面追求超薄的现象，随着种植覆盖次数的增加，农膜在土壤中的残留量是相当惊人的。为了减少农膜对环境污染，另一种非常有效的措施是发展耐久性农膜，增加农膜的重复使用率，减少农膜的相对使用量。农膜使用的重复次数取决于其破损程度、表面污染程度。在薄膜中加入纳米TiO2，由于纳米粒子的超微尺寸和表面活性效应能够对薄膜内部的缺陷进行修饰，并可减少薄膜内部残留的活性基团；另外，粒径为30nm~40nm纳米TiO2的树脂膜对600nm波长以内的紫外线有良好的吸收性能。王许云等采用熔融共混方式LLDPE/LDPE复合体系中添加纳米TiO2所制成的复合膜表现出良好的力学性能、透光性及紫外线吸收能力[8]。李良训等在PP中加入了纳米TiO2后，可大程度地改善其抗老化性能[9]。另外，由于纳米TiO2的防污、自我清洁功能，也可大大延长塑料薄膜的使用寿命。不仅如此，添加超微细TiO2的农用塑料薄膜也具有很强的耐久性和透明性[10]，发挥其多功能效应，添加超微细TiO2/塑料复合薄膜制品的应用将更为广泛。