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纳米二氧化钛保鲜薄膜的保鲜机理和制备上

2021年07月29日 临汾机械设备网

纳米二氧化钛保鲜薄膜的保鲜机理和制备(上)

摘 要:纳米二氧化钛复合薄膜作为一种新型的保鲜材料,具有高阻隔性,分解内毒素、除异味和一定的自洁能力,以及可以重复利用的特点,解决了一般食品包装塑料的二次污染的问题,介绍了纳米二氧化钛复合薄膜的抗菌机理、加工方法以及在保鲜包装方面的应用。

关键词:纳米二氧化钛 包装材料 保鲜

随着生活水平的提高,对水果和蔬菜在贮运和销售过程中的保鲜度以及货架寿命提出了更高要求。据资料表明,我国新鲜果蔬有25%~8O%是采摘后损失掉的,既造成了浪费,又给环境带来了严重污染。随着人们对营养摄入认识的不断深入,对新鲜果蔬的需求量迅速上升.要求这些食品的货架寿命至少在1周以上。新鲜果蔬最常见的包装技术为MAP(气调包装技术),其保鲜机理主要是依赖包装膜材料高分子链热振动形成的间隙 作为透过气体分子的通道。这就要求通过气体渗透,保持包装内部的气体组分对果蔬保鲜的最佳比例。所以其关键是保鲜膜的研制。二氧化钛是一种无机功能材料,而纳米级的二氧化钛则显示出普通二氧化钛所不具备的优异功能,如抗菌杀毒、吸收紫外线、自洁功效及良好的阻隔性和力学性能等。所有这些性能,对果蔬保鲜包装材料来说是再理想不过了。

l 纳米二氧化钛的特性

1.1 光催化性

由于纳米材料具有较高的表面积、表面键态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全等特点,导致表面活性位置增加,使纳米颗粒具备了作为催化剂的先决条件。

Ti0z是一种n型半导体,其光催化性能可用半导体的能带理论来阐释。在半导体能带结构中,被价电子占有的低能带称价带(又叫满带),它的最高级能中叫价带缘;与价带相邻的那个较高能带即激发态称导带.它的最低能级即导带缘。导带缘与价带缘的能级差就是禁带宽度Eg,又称带隙能。Ti0 的电子结构特点为一个满的价带和一个空的导带,锐钛型Ti0 的禁带宽度为3.2 eV,受光照射时,如光子能量达到或超过其带隙能(λ<400 nm)时,价带电子被激发到导带形成空穴一电子对,在电场作用下,电子与空穴发生分离.迁移到粒子表面的不同位置。空穴可将吸附在二氧化钛表面的0H和H20分子氧化成强氧化性的羟基自由基。活性自由基具有很高能量,能氧化分解各类有机物,最终生成二氧化碳和水。

此功能对果蔬保鲜包装来说是很有用的。一方面.在果蔬包装中,对货架寿命最有影响的一个因素是:新鲜果蔬呼吸过程中产生有害气体一乙烯,它诱导果蔬的成熟和衰老过程,还参与植物逆境胁迫响应和病理过程,即加速果实实物病变霉烂,而纳米二氧化钛的光催化性能够将产生的乙烯氧化分解成二氧化碳和水;另一方面,细菌等微生物也是由有机物复合构成,纳米TiO2在光照射下产生氧化性很强的活性自由基,这些自由基可氧化一些微生物体内的蛋白质,从而使其蛋白质变性,抑制微生物的生长甚至杀死微生物,因此对环境中微生物具有抑制或杀灭作用,与常用杀菌剂相比,纳米TiO。抗菌杀菌效果迅速,灭菌彻底。

1.2 自洁功能

纳米二氧化钛具有自清洁功能的原因主要有以下两个。

1)光催化性所产生的羟基自由基具有很强的氧化性,对有机污物有降解作用,降低污染物与基体的结合力.从而使制品具有自清洁功能。

2)二氧化钛的超亲水性。据文献报道,当水在二氧化钛薄膜表面的接触角小于1°时,具有高流动性;小于1O°时有自清洁效果,小于7°时有防雾效果。无论哪一方面,都对果蔬保鲜有重要作用,可以保证包装保持自身洁净和防雾滴功能。因为包装内部如果产生雾滴一抽吸现象。将使果蔬水分不断蒸发而导致枯萎,同时.水蒸气变为水滴使包装内部湿度下降,也将会加速果蔬枯萎。而纳米二氧化钛这一特性恰恰阻止了这一现象的发生。

1.3 紫外线吸收性

由于纳米粒子的小尺寸效应和量子尺寸效应,诱导光吸收带蓝移,可使原来在紫外波段没有吸收能力的常规材料通过纳米化技术的改造,而产生宽频带强紫外线吸收能力。实验证明,粒径为30~40 nm 的纳米二氧化钛的树脂膜对600 nm波长以内的紫外线有良好的吸收性能。这一特征很重要,因为纳米二氧化钛只有在吸收一定紫外光后,才能通过价带电子的能级跃迁,产生空穴,并继而产生活性自由基,发挥抗菌、分解内毒索及除异味功能。另外,塑料包装制品在紫外线照射下容易老化变脆,如果在包装表面涂上一层纳米二氧化钛,就可以防老化,从而增加塑料包装的用途和寿命.为塑料包装的二次使用奠定基础。

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