空氣中既存在帶正電的微粒子與也存在帶負(fù)電的微粒子，把這些粒子總稱為空氣離子。其中帶負(fù)電的微粒子就被稱為負(fù)離子。負(fù)離子被認(rèn)為是帶負(fù)電狀態(tài)的水的微粒子；正離子存在于帶正電的灰塵、干熱空氣及各種排出的廢氣中。
隨著工業(yè)化發(fā)展速度的不斷加快，生態(tài)環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重，空氣中負(fù)氧離子數(shù)越來(lái)越少，使不少人患上城市綜合癥,科學(xué)家將一種具有負(fù)氧離子功能的天然材料應(yīng)用在紡織品上,改善工作和生活環(huán)境的空氣質(zhì)量。這就是逐漸被人們熟知的負(fù)離子功能性整理產(chǎn)品。
1.負(fù)離子的形成和對(duì)人體的影響
自然界空氣中存在的負(fù)離子來(lái)源于以下幾個(gè)方面：一是空氣受光照、射線、地殼中放射性物質(zhì)等因素的影響發(fā)生電離所產(chǎn)生負(fù)離子；二是在瀑布落差、海浪推卷及雷電風(fēng)暴等自然過(guò)程中,強(qiáng)大的剪切力形成水分子裂解而產(chǎn)生大量負(fù)離子；三是森林的樹(shù)木、枝葉尖端放電及植被的光合作用所形成的光電效應(yīng)使空氣電離，產(chǎn)生負(fù)離子。
德國(guó)物理學(xué)家菲利浦?萊昂納德博士最早發(fā)現(xiàn)負(fù)離子的功效，他認(rèn)為在自然環(huán)境中，對(duì)人類健康十分有益的負(fù)離子存在最多的地方是在瀑布周圍。其后前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本等國(guó)家的科學(xué)家也相繼發(fā)表了利用空氣負(fù)離子輔助治療疾病的論文專著。
表1是不同環(huán)境中的負(fù)離子含量及其對(duì)人產(chǎn)生的影響。從表1的數(shù)據(jù)可以看出，空氣中的負(fù)離子含量對(duì)人體的健康和工作有著非常重要的影響。
表1.不同環(huán)境中的負(fù)離子含量及其對(duì)人產(chǎn)生的影響
環(huán)境條件 | 負(fù)離子數(shù)含量/(個(gè)·cm-3) | 對(duì)人產(chǎn)生的影響程度 |
密閉寫字樓 | 10～30 | 四肢無(wú)力、抵抗力低、易患感冒病 |
開(kāi)窗的室內(nèi) | 40～60 | 易失眠、煩燥、郁悶、工作效率低 |
小區(qū)及街道 | 200～400 | 人體處于心理、生理不適的邊緣區(qū) |
公園綠化地 | 400～1000 | 基本達(dá)到人們身心健康的需求 |
農(nóng)村田野中 | 1000～5000 | 可增強(qiáng)人們的抵抗力和提高工作效率 |
山區(qū)及沿海 | 5000～10000 | 可使人們精力旺盛并增強(qiáng)自身免疫力 |
原始森林及瀑布 | 10000～20000 | 身心得到凈化對(duì)疾病痊愈有輔助功效 |
2.
2.1電氣石
電氣石主要產(chǎn)自于我國(guó)的內(nèi)蒙、新疆、云南一帶，電氣石是一種成分與結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜、硬度很高的天然礦石，它具有壓電性和熱釋電性。在與空氣的接觸過(guò)程中，在風(fēng)的剪切作用和溫度變化作用下能持續(xù)電離空氣及空氣中的水分子，將水分子電離成H+和OHˉ離子，H+會(huì)形成水合氫離子H3O+或形成H2，OHˉ會(huì)形成水合羥基離子H3O2ˉ，H3O2ˉ源源不斷地釋放到空氣中而形成大量負(fù)離子。電氣石的晶體結(jié)構(gòu)決定了它具有沿C軸兩個(gè)結(jié)晶端天然的正、負(fù)極性。電氣石的電場(chǎng)強(qiáng)弱可用電極化強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)，電極化強(qiáng)度越大，產(chǎn)生負(fù)離子的能力就越強(qiáng)。因此，電氣石超微粉體的粒徑越小，其負(fù)離子發(fā)射性能越高。經(jīng)電氣石粉體材料附著整理的紡織品必須依靠一定程度的摩擦、壓力或熱能才能釋放負(fù)離子，如果不給予外界作用條件，負(fù)離子就難以大量產(chǎn)生，所以采用電氣石產(chǎn)生負(fù)離子的紡織品應(yīng)是易于產(chǎn)生摩擦的衣物、床單等。
2.2加入稀土元素的天然超微多孔質(zhì)礦石
利用蛋白輕質(zhì)巖石、火山沉積物、溫泉礦石、古代海底沉積礦石等天然超微多孔質(zhì)礦石輔以安全放射指標(biāo)內(nèi)的稀土天然礦石進(jìn)行微粒子化處理，該類巖礦比電氣石更能穩(wěn)定地激發(fā)產(chǎn)生負(fù)離子，加之稀土天然礦石具有產(chǎn)生微量放射線的能力，所產(chǎn)生的放射線與空氣中的氧氣、二氧化碳以及水分子等接觸，促使電離的形成，使空氣負(fù)離子化，從而在靜態(tài)條件下產(chǎn)生負(fù)離子。因此該種產(chǎn)品尤其適合于在窗簾、墻布類的紡織品上應(yīng)用。當(dāng)然，放射線的強(qiáng)度必須控制在十分安全的范圍內(nèi)。
GB6566-2001室內(nèi)裝飾材料放射性核素A類產(chǎn)品限量指標(biāo)
天然放射性核素鐳226Ra、釷232Th、鉀40K的放射性比活度同時(shí)滿足IRa≤1.0和Ir≤1.3
IRa——內(nèi)照射指數(shù)
Ir——外照射指數(shù)
將加入稀土元素的負(fù)離子整理劑送核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心測(cè)試，(報(bào)告編號(hào):核地分[2006]第2006-73號(hào))結(jié)果如下:
1號(hào)樣品IRa=0.09Ir
2號(hào)樣品IRa=0.11Ir=0.63
上述負(fù)離子產(chǎn)品原料中IRa、Ir實(shí)測(cè)指標(biāo)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國(guó)家規(guī)定的A類產(chǎn)品限量指標(biāo)。
3.負(fù)離子整理織物的加工
目前負(fù)離子紡織品的生產(chǎn)方法有3種，具體如下：
a.將負(fù)離子材料制成納米-亞納米超微粉體，然后加入到化學(xué)纖維紡絲液中，可制成負(fù)離子化學(xué)纖維。顯然該方法不適用于天然纖維。
b.將負(fù)離子粉體材料做成負(fù)離子漿，然后使用黏合劑將其黏附到織物上。該方法的優(yōu)點(diǎn)是適用于所有的纖維，不足的是影響織物的手感、透氣性、吸濕性，所產(chǎn)生負(fù)離子的效能可能會(huì)下降，特別是在滌綸、錦綸以及羊毛等織物上。
c.將納米負(fù)離子無(wú)機(jī)粉體分散液借助于架橋基和硅氧烷親水有機(jī)整理劑與織物結(jié)合，可使被整理織物具有更高的黏附牢度、更好的親水性、抗靜電性、更佳的手感、更優(yōu)的負(fù)離子發(fā)生效果。此法在負(fù)離子織物的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中更有競(jìng)爭(zhēng)力。
3.1負(fù)離子功能整理織物的生產(chǎn)工藝參數(shù)
不同品牌負(fù)離子整理劑的工藝參數(shù)見(jiàn)表2。
表2.不同品牌負(fù)離子整理劑工藝參數(shù)
負(fù)離子整理劑 | A | B | C |
納米級(jí)負(fù)離子整理劑/(g·L-1) | 120 | 40～60 | 50 |
架橋劑/(g·L-1) | ／ | 20～30 | 20 |
親水柔軟劑/(g·L-1) | ／ | 10 | 10 |
配套粘合劑/(g·L-1) | 10-20 | ／ | ／ |
浸軋軋余率% | 80 | 80 | 80 |
定形條件 | 170℃，1min | 170℃，1min | 170℃，1min |
負(fù)離子整理劑顏色 | 灰白色液體 | 無(wú)色透明液體 | 近白色液體 |
3.2生產(chǎn)條件及注意事項(xiàng)
3.2.1進(jìn)行負(fù)離子加工整理的織物必須具有很好的吸濕性,以保證在浸漬負(fù)離子整理工作液時(shí)能夠快速、均勻地附著于織物上。
3.2.2自來(lái)水或深井水容易和負(fù)離子整理劑中某些成分產(chǎn)生沉淀,所以配制負(fù)離子整理浸軋工作液需使用蒸餾水或離子交換水。
3.2.3要將待整理的織物充分清洗干凈,以防止其它化學(xué)助劑對(duì)負(fù)離子整理液的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。
3.2.4因負(fù)離子助劑主要原料來(lái)源于天然礦石,含量和色澤均有差異,因此，應(yīng)事先對(duì)其負(fù)離子產(chǎn)生量進(jìn)行
3.2.5若經(jīng)整理后織物表面呈現(xiàn)拒水性，需引起重視，必要時(shí)需進(jìn)行處方調(diào)整。
3.2.6有的負(fù)離子整理劑在存放過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生沉淀和分層，使用前需充分?jǐn)噭?。同時(shí)整理劑應(yīng)避免和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化劑、還原劑、陽(yáng)離子的物質(zhì)相接觸。應(yīng)避免陽(yáng)光照射，未用完品需密封后妥善保管。
3.2.7采用納米負(fù)離子材料進(jìn)行功能整理可根據(jù)織物的用途、設(shè)備、整理劑組成的不同而分為吸盡法和浸軋法。
4.負(fù)離子整理效果檢測(cè)
4.1測(cè)試結(jié)果
經(jīng)負(fù)離子整理劑整理后，3種織物的負(fù)離子產(chǎn)生曲線見(jiàn)圖1、圖2、圖3、織物的質(zhì)量檢測(cè)對(duì)照數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
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| |
圖1.A整理織物的負(fù)離子產(chǎn)生曲線 | 圖2.B整理織物的負(fù)離子產(chǎn)生曲線 | |
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圖3.C整理織物的負(fù)離子產(chǎn)生曲線 | ||
表3.不同品牌負(fù)離子整理劑整理效果對(duì)比
測(cè)試 地點(diǎn) | 儀器 | 負(fù)離子整理A織物測(cè)出負(fù)離子數(shù)/(個(gè)·cm-3) | 負(fù)離子整理B織物測(cè)出負(fù)離子數(shù)/(個(gè)·cm-3) | 負(fù)離子整理C織物測(cè)出負(fù)離子數(shù)/(個(gè)·cm-3) | |
國(guó)內(nèi) | IC- 1000 | 5000 | 5800 | ／ | |
室內(nèi)720 | 室內(nèi)490 | ／ | |||
日本 | FIC- 2000 | 50 | 68 | 1490 | |
容器內(nèi)13 | 容器內(nèi)13 | 室內(nèi)183 | |||
注∶測(cè)試時(shí)的溫度、濕度、操作方法(略)
4.2結(jié)果分析
從圖1-圖3可以看出，A負(fù)離子整理劑整理后織物所產(chǎn)生負(fù)離子的峰值帶窄，瞬時(shí)上升后又急速下降，這可能與負(fù)離子粉體粒徑較大(反映在淺色織物上呈少許黑點(diǎn)狀)，在織物上的分布不均勻有關(guān)。B產(chǎn)品為將經(jīng)挑選的易激發(fā)生成負(fù)離子的多組份無(wú)機(jī)化合物納米材料(粉體＜1μm)，制成一種透明的膠體，經(jīng)過(guò)溶膠、凝膠而固化涂在織物表面形成一種牢固的非連續(xù)的樹(shù)脂膜，可保證織物的原有色光不變，尤其適用于對(duì)白色織物的整理。C產(chǎn)品負(fù)離子整理劑(粉體＜3μm)中由于添加了稀土激發(fā)元素,可以在靜態(tài)產(chǎn)生負(fù)離子，因而適用織物的范圍更廣。B產(chǎn)品和C產(chǎn)品整理后織物經(jīng)測(cè)試所產(chǎn)生負(fù)離子
從表3的檢測(cè)結(jié)果中可以看出，由于所用的測(cè)試儀器及環(huán)境因素等不同，所測(cè)出的負(fù)離子數(shù)出現(xiàn)了很大的差異。即使是采用同一檢測(cè)儀器，若是測(cè)試條件不同，所產(chǎn)生的結(jié)果也會(huì)差異。因此，要證明所測(cè)織物的負(fù)離子產(chǎn)生的效果，應(yīng)以同一品牌、同一型號(hào)儀器所測(cè)試的森林浴中的負(fù)離子量為參考基準(zhǔn)。
根據(jù)《國(guó)際醫(yī)學(xué)雜志》資料，日本永井黿造提供資料和我國(guó)的統(tǒng)計(jì)資料三方面對(duì)瀑布森林地區(qū)的負(fù)離子濃度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。
表4.瀑布森林地區(qū)負(fù)離子含量比較
資料來(lái)源 | 瀑布森林地區(qū)負(fù)離子數(shù)量/(個(gè)·cm-3) |
歐美國(guó)家 | 100000～500000 |
中國(guó) | 10000～20000 |
日本 | 1000～1500 |
表4中所列出的歐美國(guó)家對(duì)負(fù)離子數(shù)的統(tǒng)計(jì)量是中國(guó)的10倍左右，是日本的100倍左右。從而也說(shuō)明了測(cè)試儀器和測(cè)試方法上的確存在一定差異。應(yīng)當(dāng)盡快出臺(tái)統(tǒng)一的測(cè)試方法和負(fù)離子整理產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
5.負(fù)離子整理織物的其他功效
負(fù)離子整理劑的主要成分為多種無(wú)機(jī)材料所組成的三方晶系硅酸鹽或無(wú)機(jī)多孔物質(zhì)。B產(chǎn)品的負(fù)離子粉體中的各種無(wú)機(jī)成份及其含量見(jiàn)表5，此結(jié)果由中國(guó)礦業(yè)研究院的測(cè)試。
表5.負(fù)離子整理劑中各種無(wú)機(jī)成分的含量
成分 | 波峰的強(qiáng)度 | 大約累計(jì)出現(xiàn) | 含量％ | 重量偏差范圍％ | 原子比％ |
O | 2.45 | 0.6823 | 37.52 | 1.90 | 52.11 |
Na | 0.30 | 1.0098 | 3.15 | 0.47 | 3.04 |
Mg | 0.03 | 0.8605 | 0.38 | 0.29 | 0.34 |
AL | 1.35 | 0.9485 | 14.87 | 0.74 | 12.25 |
Si | 2.68 | 0.8375 | 33.37 | 1.24 | 26.40 |
Ca | 0.92 | 0.9537 | 10.08 | 0.64 | 5.59 |
Ti | 0.02 | 0.7928 | 0.29 | 0.33 | 0.14 |
Fe | 0.03 | 0.8270 | 0.34 | 0.52 | 0.14 |
根據(jù)日本相關(guān)資料介紹,在經(jīng)負(fù)離子材料裝修的室內(nèi)測(cè)定<
本文僅就負(fù)離子織物的抗花粉、遠(yuǎn)紅外蓄熱和抗靜電效果的檢測(cè)結(jié)果作相應(yīng)討論。
5.1效果測(cè)試
5.1.1防止花粉附著性能試驗(yàn)
測(cè)試結(jié)果如表6所示。
表6.負(fù)離子整理織物防止花粉的附著率
織物 | 花粉附著數(shù)/(個(gè)) | 防止附著率/(%) |
負(fù)離子整理B織物 | 177 | 73.0 |
未整理織物 | 655 | / |
注:測(cè)試織物面積為7×7cm
5.1.2遠(yuǎn)紅外蓄熱效果試驗(yàn)
測(cè)試結(jié)果如表7所示。
表7.負(fù)離子整理織物遠(yuǎn)紅外蓄熱效果對(duì)照
照射時(shí)間(min) | 0 | 2 | 2.5 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 |
環(huán)境溫度(℃) | 21.1 | 20.8 | 20.9 | 20.9 | 21.0 | 20.3 | 20.1 | 20.3 |
負(fù)離子織物表面溫度(℃) | 19.7 | 19.4 | 33.8 | 43.2 | 52.0 | 57.3 | 59.0 | 59.8 |
未整理織物表面溫度(℃) | 19.6 | 19.2 | 30.9 | 38.6 | 45.9 | 50.5 | 53.2 | 55.3 |
5.1.3抗紫外蓄熱效果試驗(yàn)
經(jīng)中科院上海技術(shù)物理研究所、國(guó)家紅外及工業(yè)電熱產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè),抗紫外線UPF值為50+，遠(yuǎn)紅外輻射法向全發(fā)射率達(dá)0.86-0.87。
5.1.4抗靜電性能試驗(yàn):
測(cè)試結(jié)果如表8所示。
表8.負(fù)離子整理織物摩擦帶電壓測(cè)定
織物 | 摩擦帶電壓(V) | |
未整理織物 | 整理織物B | |
實(shí)測(cè)值 | 2800 | 700 |
5.2結(jié)果分析
根據(jù)標(biāo)6-表8測(cè)試結(jié)果，負(fù)離子功能整理織物具有以下特性:
a.制成沙發(fā)、窗簾、床上用品等室內(nèi)裝飾紡織品
能夠起到凈化空氣、消除臭味、抗菌、
b.制成醫(yī)用紡織品：
由于負(fù)離子功能織物具有消炎、殺菌、除臭、凈化空氣、遠(yuǎn)紅外蓄熱等功能，可應(yīng)用于醫(yī)用紗布，醫(yī)生的工作服以及病員床上用品，其防花粉之功效將阻斷花粉過(guò)敏源,對(duì)一些有花粉哮喘史的病人有一定的輔助治療效果。
6.負(fù)離子整理劑安全性檢測(cè)
盡管負(fù)離子功能整理劑主要原料為無(wú)機(jī)類納米級(jí)粉體材料，對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生毒副作用。但為了保經(jīng)負(fù)離子功能整理后紡織品的安全性和衛(wèi)生性能，仍必須由法定機(jī)構(gòu)對(duì)整理劑產(chǎn)品進(jìn)行以下指標(biāo)檢測(cè):雌雄試驗(yàn)用白鼠急性經(jīng)口毒性為LD502000mg/kg以上；微生物復(fù)原突變?cè)囼?yàn)為陰性；皮膚刺激性試驗(yàn)無(wú)異常；皮膚過(guò)敏性試驗(yàn)為陰性；放射性濃度在國(guó)家規(guī)定的安全指標(biāo)以內(nèi)。
如果負(fù)離子功能整理劑生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)提供法定機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的上述安全性檢測(cè)數(shù)據(jù)后,方可將其應(yīng)用于織物的整理加工。
7.結(jié)束語(yǔ)
把負(fù)離子功能性紡織品應(yīng)用日常生活,可以使我們“回歸自然”。由于其具有在自然條件下釋放生成負(fù)離子，改善織物周圍的空氣質(zhì)量，抗菌防臭，防止花粉及灰塵微沉降、遠(yuǎn)紅外蓄熱、抗紫外線、抗靜電等優(yōu)良性能。使其在服用、裝飾及其它領(lǐng)域有著廣闊的市場(chǎng)，也迎合了當(dāng)今人們追求“健康、環(huán)保”的生活理念。
國(guó)外在對(duì)織物進(jìn)行功能化整理方面已經(jīng)走在了前面，積累了不少寶貴的經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)在此方面的開(kāi)發(fā)應(yīng)用目前還僅僅是開(kāi)始，充分利用我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富、市場(chǎng)廣闊的有利條件，積極開(kāi)發(fā)具有高附加值的新型負(fù)離子保健紡織產(chǎn)品，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。負(fù)離子整理不僅會(huì)給企業(yè)帶來(lái)商機(jī)和經(jīng)濟(jì)效益，還可大大提高我國(guó)紡織企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
目前，我國(guó)檢測(cè)行業(yè)存在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不一、檢測(cè)儀器型號(hào)不一、精確度很難令人信服的問(wèn)題，這些都有礙于產(chǎn)品的健康發(fā)展及和國(guó)際接軌。所以有必要建立一從負(fù)離子原料到整理產(chǎn)品的一套完整的權(quán)威的檢測(cè)體系和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),從而為功能性整理產(chǎn)品的規(guī)范化、可持續(xù)性發(fā)展而提供有力的保障。<
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