1前言
眾所周知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，把這些粒子總稱為查氣離子。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。另一方面，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等。
在當(dāng)今的社會(huì)中，隨著工業(yè)化發(fā)展速度的不斷加快，其對(duì)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，而高頻率的工作要求以及工作生活環(huán)境空氣質(zhì)量的變差，使得不少人患上城市綜合癥，而科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)又促使人們的保健意識(shí)的增強(qiáng)。科學(xué)家將一種具有負(fù)氧離子功能
的天然材料應(yīng)用在于紡織品中，起到了改善工作生活環(huán)境質(zhì)量的效果。這就是逐漸被人們熟知的負(fù)離子功能性整理產(chǎn)品。
2負(fù)離子的形成和對(duì)人體的影響
自然界中空氣中存在的負(fù)離子來(lái)源于：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)為在地球自然環(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。發(fā)出了隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自然生態(tài)被逐漸破壞，
進(jìn)入21世紀(jì)后，空氣中正離子與負(fù)離子的比例為1．2：l的警告。
表1不同環(huán)境中的負(fù)離子含量對(duì)人們身體狀況所產(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 | 可以基本達(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 |
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 |
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。
3在紡織品上產(chǎn)生負(fù)離子的方法
為了改善室內(nèi)環(huán)境，各種人工產(chǎn)生負(fù)離子的方法被不斷推出，紡織產(chǎn)品應(yīng)用產(chǎn)生人工負(fù)離子的材料主要為電氣石和加稀土元素的天然超微多孔質(zhì)礦石。
3．1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)電離過(guò)濾空氣及空氣中的水分，將水分子電離成H＋和OH－離子H＋會(huì)形成水合氫離子H30＋或形成H2，OH－會(huì)形成水合羥基離子H302－，H302－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。所以，經(jīng)電氣石粉體材料附著整理的紡織品必須是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，所以采用以電氣石來(lái)產(chǎn)生負(fù)離子的紡織品應(yīng)是易處于產(chǎn)生摩擦的狀態(tài)條件下，如衣物、床單等。
3．2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)定的激發(fā)產(chǎn)生負(fù)離子，加之稀土天然礦石成分中因含有產(chǎn)生微量放射線的能力，而所產(chǎn)生的放射線與空氣中的氧、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，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，
4負(fù)離子整理織物的加工
目前負(fù)離子紡織品的生產(chǎn)方法有三種：
第一種方法是將負(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。但該方法不適用于天然纖維。
第二種方法是將負(fù)離子粉體材料做成負(fù)離子漿，然后通過(guò)并用黏合劑使其黏附到織物上。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、尼龍以及羊毛等織物上。
第三種方法是將納米負(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)結(jié)整理劑，可使經(jīng)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，在負(fù)離子織物的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中更有競(jìng)爭(zhēng)性。
4．1負(fù)離子功能織物的生產(chǎn)浸軋整理工藝
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)一覽表
工藝參數(shù) | A產(chǎn)品 | B產(chǎn)品 | C產(chǎn)品 |
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 | 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 |
4．2生產(chǎn)條件及注意事項(xiàng)
4．2．1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。
4．2．2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。
4．2．3要將待進(jìn)行負(fù)離子整理織物充分清洗干凈，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。
4．2．4因負(fù)離子助劑主要原料來(lái)源于天然礦石等，含量和色澤均有差異，為了保證整理效果，應(yīng)事先對(duì)其負(fù)離子產(chǎn)生量進(jìn)行測(cè)試，色澤鮮艷的織物最好選擇無(wú)色透明的負(fù)離子整理劑，若采用的是有顏色的整理劑，有必要對(duì)助劑顏色和助劑批次進(jìn)行控制。
4．2．5若經(jīng)整理后織物表面呈現(xiàn)拒水性，會(huì)降低其負(fù)離子的產(chǎn)生，需引起重視，必要時(shí)需進(jìn)行處方調(diào)整。
4．2．6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)噭颉Ｍ瑫r(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。助劑存放應(yīng)避免陽(yáng)光照射，未用完品需密封后妥善保管。
4．2．7織物采用納米負(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。這兩種方法是依靠相關(guān)助劑的化學(xué)結(jié)合力將負(fù)離子功能性物質(zhì)固定在織物上，再經(jīng)一定的熱處理，使織物表面形成一層功能性薄膜。經(jīng)負(fù)離子加工的產(chǎn)品，其耐洗性、手感、織物色光等方面指標(biāo)還有待進(jìn)一步提高。
5負(fù)離子整理效果檢測(cè)
5．1經(jīng)負(fù)離子整理劑整理后織物的質(zhì)量檢測(cè)對(duì)照數(shù)據(jù)見(jiàn)表3：
5．2結(jié)果分析
5．2．1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)根據(jù)用
表3不同品牌負(fù)離子整理劑整理效果對(duì)比表
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-100 | 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)
5．2．2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，如表4所示：
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 | lO00～1500 |
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。
為了負(fù)離子紡織品健康而穩(wěn)定地開(kāi)拓國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，應(yīng)當(dāng)盡快建立一個(gè)為業(yè)界接受的測(cè)試方法和必須達(dá)到最低負(fù)離子釋放量才可稱之為負(fù)離子整理產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
5．2．3從以上表3檢測(cè)中所繪出的負(fù)離子產(chǎn)生曲線中可以明顯看出(此處圖略)，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)挑選出的易激發(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)離子的峰值區(qū)域
6負(fù)離子整理織物的功效
負(fù)離子整理劑的主要成分為SiO2、P205、Al2O3、ZrO2、Fe203等無(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)，在相應(yīng)的環(huán)境條件中，經(jīng)負(fù)離子整理的織物中含有的復(fù)合礦物質(zhì)成份與空氣中的水分子接觸，分解水分子形成負(fù)離子。由于空氣中離子的生存期短，空氣中正、負(fù)離子不斷中和，同時(shí)又不斷產(chǎn)生新離子，正、負(fù)離子始終處于變動(dòng)狀態(tài)。
因織物表層可不斷產(chǎn)生對(duì)人體有保健功效的負(fù)離子，所以可以使處于該織物周圍環(huán)境空氣中的負(fù)離子個(gè)數(shù)增加，從而達(dá)到凈化空氣，消除各種臭氣等有害氣體，保持空氣長(zhǎng)時(shí)間的清新。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，48h內(nèi)可以去除丙酮、氯仿、甲醛等有毒刺激性氣味和臭味達(dá)95％。雖然病毒或細(xì)菌種類很多，但病毒和細(xì)菌結(jié)構(gòu)的有機(jī)體中都存在比較活潑不穩(wěn)定的碳氧雙鍵或其它不飽和雙鍵，當(dāng)遇到整理后織物激發(fā)生成的.OH游基和02離子，等活潑基團(tuán)攻擊后，亦會(huì)發(fā)生類似的分解反應(yīng)，破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜和固化病毒的蛋白質(zhì)，殺死細(xì)菌病毒或細(xì)菌被分解殺滅，起到廣譜抗菌作用，并使其失去再生繁殖能力。從而可起到抗菌防臭的作用。同時(shí)負(fù)離子整理織物具有抗花粉、遠(yuǎn)紅外蓄熱及抗靜電、將紫外線屏蔽、反射至織物以外等特性，所以該整理織物具有廣泛的應(yīng)用范圍：
關(guān)于負(fù)離子織物的抗菌防臭效果的檢測(cè)可見(jiàn)多篇文章表述，在此不再贅述。
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之檢測(cè)結(jié)果作相應(yīng)表述。
6．1．測(cè)試方法和測(cè)試結(jié)果
a．防止花粉附著性能試驗(yàn)：
測(cè)試方法(略)：
測(cè)試結(jié)果如表5所示(N00942006．01．31)：
表5負(fù)離子整理織物防止花粉的附著率
花粉附著個(gè)數(shù) | 防止附著率％ | |
負(fù)離子整理B織物 | 177 | 73.0 |
未整理織物 | 65 | / |
b．遠(yuǎn)紅外蓄熱效果試驗(yàn)：
測(cè)試方法(略)：
測(cè)試結(jié)果如表6所示(No．MS6112006．01．13)：
表6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 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
環(huán)境溫度℃ | 21.1 | 20.8 | 21.0 | 20.3 | 20.1 | 20.3 | 20.3 | 20.6 |
負(fù)離子織物℃ | 19.7 | 19.4 | 52.0 | 57.3 | 59.0 | 59.8 | 61.7 | 63.5 |
未整理織物℃ | 19.6 | 19.2 | 45.9 | 50.5 | 53.2 | 55.3 | 57.8 | 58.0 |
c．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。
d．抗靜電性能試驗(yàn)：
測(cè)試方法(略)：
測(cè)試結(jié)果如表7所示(N00842006．01．10)
表7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 |
注：測(cè)試時(shí)的溫度、濕度(略)
6．2測(cè)試結(jié)果分析
根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果可以認(rèn)為，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)用紡織品：
能夠起到凈化空氣、消除臭味、抗菌、改善呼吸功能、減輕身體疲勞、放松心情和增強(qiáng)人體舒適度的作用。
b．制成醫(yī)用紡織品：
可以起到活化大腦荷爾蒙，改善睡眠，使人精神振奮提高工作效率的作用。能激活肌體多種酶，促進(jìn)人體新陳代謝，增強(qiáng)肌體免疫力，延緩身體衰退，防止器官過(guò)快老化。促進(jìn)血液循環(huán)，抑制血清膽固醇的形成，降低血壓，促進(jìn)身體健康。另外由于負(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，可減少傷口的感染、治療和預(yù)防多種皮膚病，增加病人的抵抗能力，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。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。但為了保護(hù)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
·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350Bq／g以內(nèi)。
如果負(fù)離子功能整理劑生產(chǎn)企業(yè)能夠提供法定機(jī)構(gòu)安全性檢測(cè)數(shù)據(jù)，則方可應(yīng)用于對(duì)織物的整理加工之中。
7結(jié)束語(yǔ)
把負(fù)離子功能性紡織品帶進(jìn)日常生活，可以認(rèn)為是“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。使它在服用、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，要充分利用我國(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)各一、精確度很難令人信服、檢測(cè)儀器型號(hào)不統(tǒng)一的問(wèn)題，這些都有礙于產(chǎn)品的健康發(fā)展及和國(guó)際接軌。所以有必要建立一個(gè)從負(fù)離子原料到整理產(chǎn)品的一個(gè)完整的權(quán)威的檢測(cè)體系和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不再各自為政。為功能性整理產(chǎn)品規(guī)范化可持續(xù)性發(fā)展而提供有力的保障。
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[3]井筒清登．負(fù)離子發(fā)生劑Kayacera產(chǎn)品性能介紹，日本化藥(株)色材事業(yè)部
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