纳米TiO2运用进展浅探

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纳米钛白粉在涂料中的应用

纳米钛白粉具有良好的耐光性和耐候性，在防护涂层材料中具有潜在的应用前景。Topuz等［29］运用滴定法和异相成核机制，将纳米钛白粉涂在云母底物上得到了粒径大约为100nm的云母－tio2颜料。将云母－TiO2颜料掺杂在丙烯酸基绘画颜料中，通过研究其光彩和硬度性能，发现金红石含量多的试样表现出优良的光彩性能，加入金红石的绘画颜料的光彩比加入锐钛矿的强。由于纳米钛白粉易团聚且具有高的界面能和亲水性，其与有机树脂不相容。为了改善纳米钛白粉与有机树脂的相容性和分散性，需要对纳米钛白粉颜料进行改性。Zhang等［30］以Ti（OC4H9）为原料，通过溶胶－凝胶法制备了粒径为50～100nm的纳米钛白粉粉末。为了使纳米钛白粉作为颜料应用于涂料，将纳米粒子通过有机钛酸偶联剂进行改性，发现其接触角大于90°，表明纳米钛白粉具有好的亲脂性和疏水性。

纳米钛白粉在纸张中的应用

许多年来，研究者们致力于提出一种简便低成本的方法来制备电子模拟纸，电泳显示器（EPD）由于具有如纸般的高对比外观、超低能耗、薄且光亮以及能够重复使用等性质，被认为是最有前景的材料。TiO2带电粒子具有高的折射效率和优良的白度，被认为是一种很好的颜料，但是TiO2颜料在实际应用中形成的悬浮液不稳定，由于其具有较高的密度且会与金属表面产生强相互作用，导致电极上的吸附、聚集和沉降，因此需要对TiO2粒子表面进行处理来制备稳定的颜料。Bo等［31］通过原位冷凝聚合制备了具有高稳定性的聚苯乙烯／二氧化钛／脲醛树脂（PS／TiO2／UF）多层核壳复合微球。首先TiO2粒子通过静电作用吸附到聚苯乙烯粒子的表面，形成带有负电荷的PS／TiO2核壳胶态粒子；然后用3－氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对PS／TiO2微球进行改性得到APTES－改性PS／TiO2粒子；最后尿素－甲醛预聚物（UFP）与APTES长链末端的－NH2反应得到了PS／TiO2／UF多层核壳复合微球。图1为PS／TiO2／UF多层核壳复合微球的形成机理。复合微球的粒径大约为320nm，具有很好的分散性，甚至经过几个月也不团聚，可以用来制备电泳显示器。天然纤维由于具有无毒、生物可降解、可再生和力学性能好等优点而广泛应用于许多领域。然而由于纤维素的吸湿特性，使得纸张材料与塑料、金属和其他材料相比存在很多缺陷。为了获得抗水性强的纸张材料，可用蜡和其他疏水聚合物来进行涂布覆盖。纳米钛白粉与纤维素和其他填料相比具有高的折射系数，加入纳米钛白粉的纸张材料能够显著提高亮度和不透明性。Huang等［32］向纤维素纸浆中添加改性纳米钛白粉，制备出具有超疏水表面和不透明性质的新型手抄纸。纳米钛白粉首先用高速搅拌器进行分散，然后用偶联剂3－（三甲氧基甲硅基）丙基甲基丙烯酸丙酯（MPS）进行表面改性。图2为MPS表面改性纳米钛白粉的机理。通过向植物纤维中加入改性纳米钛白粉使其由亲水性变为疏水性，从而得到了超疏水和不透明的纸。

纳米钛白粉在食品包装中的应用

紫外光可以诱导食品中的光敏营养物质（抗坏血酸、花青素、核黄素和维生素D2）发生氧化反应，从而缩短食品的保质期。食品包装通过对入射光的吸收和反射来减缓这些反应的进行。TiO2颜料由于无毒、紫外吸收率和折光率高、化学性质稳定而被用于食品包装中。金属容器经常用于食品包装尤其是饮料包装，通常用镀锡钢片来制备金属钢容器，可以在镀锡钢片上涂上一层有机漆来提高其防腐保护。为了提高涂料性能和食品的兼容性，高保护性的有机涂料被广泛研究，旨在延长产品的保质期。Deflorian等［33］通过电化学特性研究有机涂层的保护性能。将包含不同化学成分和含量的涂料用于食品包装中，发现含有钛白粉颜料的涂料性能比清漆的好。近年来，TiO2纳米材料因其低维度和高比表面的独特性质而受到广泛关注，可以用于制备聚合物－纳米管复合材料。抗菌包装的主要缺点是活性化合物能够迁移进入食品中，在当前食品加工中限制食品添加剂使用的趋势下是非常不可取的。无毒的壳聚糖和TiO2成为了制备活性食品包装的最佳原料。Díaz－Visurraga等［34］通过水热法合成了直径为17nm的TiO2纳米管，然后将其加入到壳聚糖（CS）基质中制备了半透明复合膜，在贮存期间薄膜的阻光性质依然稳定，薄膜能够有效降低用于细菌测试的培养液中的微生物浓度。这为以后研究复合薄膜用来保护食物以及延长保质期提供了理论依据。

纳米钛白粉在化妆品中的应用

纳米钛白粉因具有可透过可见光、紫外吸收率高和发光等性质而广泛应用于化妆品。现在，研究钛白粉在化妆品中的应用成为了热点，牙膏中使用钛白粉能够增加其白度，香粉以及各种防晒霜中加入钛白粉作为遮盖剂能够增强抗紫外线的效果。纳米钛白粉在化妆品中的应用越来越广泛。纳米钛白粉作为紫外吸收剂能够将光学透明薄膜应用到人体皮肤，因而在防晒化妆品中广泛应用。通过对纳米钛白粉表面涂层改性，可以提高其紫外吸收。Jaroenworaluck等［35］首先制备了粒径约为10nm的锐钛矿钛白粉，然后合成了表面涂有SiO2涂层的纳米钛白粉，紫外可见漫反射光谱显示，SiO2涂层可提高纳米钛白粉的紫外吸收，能够应用于制备防晒化妆品中的紫外吸收剂。

本文作者：邵长旺周国伟宋宏斌武翠翠徐德兰作者单位：山东省高校轻工精细化学品重点实验室