释放负离子功能纺织品装饰材料

释放负离子功能纺织品装饰 释放负离子功能纺织品装饰材料 李青山?? 张振琳? 王新伟? 闰 平? 王英民? 祁 财? 李世昌? (?燕山大学材料科学与工程学院高分子材料工程系 秦皇岛,,,,,,) (?铜牛集团北京股份有限公司 北京,,,,,,) ,,,,, ,, ,,,,,,,, ，,, ,,,;,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,, ,, ,,,,,,,,?,,,,, ,,,,,,,?,,,, ,,,,,,?,,, ,,,,? ,,,, ,,,,,,,? ,, ,,,?,, ,,,;,,,,? (?,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,, ,;,,,;, ,,, ,,百,,,,,,,，,,,,,,, ,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,，,,,,,,) (?,,,,,, ,,,,, ,,,,,,, ,,,,,, ,,,;, ,,(，,,,(，,,,,,,,，,,,,,,) 摘要,本文全面地综述了纤维织物的发展与人们健康保健的关系，报告了负离 子产生的机理、负离子纺织品的制备，概述了国内外负离子纺织品的开发与应 用现状及目前尚存在的问。指出负离子纺织品不仅能改善空气环境，且具有良 好的医疗保健功能。开发研制负离子纺织品具有较高的经济价值和重要的现实意 义。, 关键词 负离子纤维功能纺织品 蛋白石 电气石 负离子添加剂 ,,,,,,;, ,,,,,,,,, ,,, ;,,,,,;,,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,,,,, ,,:【,,,, ,,, ,,,,,, ,, ,,,,,，,,, ,,;,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,, ,,(, ,,,;,,,,, ,, ,,,, ,,,,,(,,, , ,,,, ,,,,,,, ,, ,,,,,;,,, ,,, ,,,,,,,, ,,,, ,,, ,,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,(,,, ;,,,,,, ,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,;,,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,( ,,, ;,,,,;,,,,,,,;, ,, ,,,,,,,,?,,, ,,,,,,,, ;,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,, ,,,,,,( ,,,,,,,,, ,,, ,,,,, ,;,,,,,; ,,,,,,, ,,, ,,,;,,;,, ,,,,,,,;,,;, ,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,—,,, ,,,,,,, ;,, ,, ,;,,,,,,( ,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,, ,,,,,，,,,?悖簦椋铮睿幔?,,,,,,,，,,,,，,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,引言 随着社会进步，工业化程度的日益提高，环境的污染越来越严重，空气中负离子数越来越少，而科学技术的进步和社会经济的发展又增强了人们的保健意识。当空气负离子的作用机理日益被认清之后，一种具有负离子功能的纤维，与纺织品一样能改善环境的功能纤维吸引了国内外学者对其进行研究和开发。负离子纤维及负离子纺织品作为新的一类功能性 ?李青山:男，,,,,年,月生，博士，教授;现主要从事光电功能材料及纳米复合材料方面的研究;电话,,,,,,,,,,;,,,,—,,,,,,,;电子信箱:？,,,,,,,, ,,,, ;, 释放负离子功能纺织品装饰材料 ,,,产品必将得到发展。本文在综述国内外负离子功能纤维纺织品基础上，介绍一种新的由蛋 ,白石为基本成分的负离子添加剂及由此创制的负离子功能纤维与织物。…,,负离子与健康的关系 表,负离子含?与人体健康的关系 环 境 含量,负离子个数…。, 关系程度 森林、瀑布区 ,,,,,,—,,,,,, 具有自然痊愈能力 高山、海边 ,,,,,一,,,,,, 杀菌减少痰病传染 郊外、田野 ,,,,—,,,,, 增强人体免疫力和抗菌力 都市公园里 ,,,,—,,,, 维持健康的基本需要 街道绿化区 ,,,,,,, 诱发生理障碍边缘 诱发生理障碍如头疼、失眠、 都市住宅封闭醒 ,,—,, 神经衰弱、倦怠等 装空调的室内 ,—,, 引发“空调病”症状 此外负离子还可以对血液有一定的净化功能，细胞复活的作用，增加人体的抵抗力，自律神经的作用，另外还可以除去各种味道，较强的吸附作用。 要做出负离子纺织品就必须根据负离子产生的机理为纺织纤维选择合适的添加剂，目前主要添加剂有以下四种，如表,所列。 裹,可以释放负离子的功能材料 名 称 组分及特征 奇冰石 主要含硼、少量铝、铙(铁，锂的环状结构的硅酸盐 电气石 (,,，,,)(,,，,,),,,,,,,,,(,，,,,，,),,的三方晶系硅酸盐 蛋白石 含水非晶质或胶质的活性二氧化硅(还含有少量,,,,,、,，:,，、,,和有机物等 奇才石 硅酸盐和铝、铁等氧化物为主要成分的无机系多孔物质 占代海底矿物层 硅酸盐和铝、铁等氧化物为主要成分的无机系多孔物质,负离子产生的机理 空气中的分子和原子在机械、光、静电、化学或生物能作用下会发生空气电离，其外层电子脱离原子核，失去电子的分子或原子带有正电荷，我们称为正离子或阳离子。而脱离出来的电子再与其他中性分子或原子结合，使其带有负电荷，称为负离子或阴离子。得到电子的气体分子带负电，称为空气负离子。由于空气中离子的生存期较短，不断有离子被中和，又不断有新的离子产生，因此空气中正、负离子的浓度不断变化，保持某一动态平衡，如图,所示。 空气负离子的保健作用，已为众多研究者所验证，又被人们称之为“长寿素”或“空气维生素”。基于使空气电离能产生负离子的原因，目前国内外研究的负离子纤维或纺织品都借助于某种含有微量放射性的稀土类矿石或天然矿物质。采用不同技术添加到纺织材料中， ,,, ,生物医用材料使之具有发生负离子的功效。这种含天然钍、铀的放射性稀土类矿石所释放的微弱放射线不断将空气中的微粒离子化，产生负离子。考虑到安全性，研究者更为看好一种叫电气石的自身具有电磁场的天然矿石。此种矿石是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂环状结构的硅酸盐物质，具有热电性和压电性。当温度和压力有微小变化时，即可引起矿石晶体之间电势差(电压)，这个能量可促使周围空气发生电离，脱离出的电子附着于邻近的水和氧分子使它转化为空气负离子。国内给电气石冠以“奇冰石”的商品名。而国外称电气石为托玛琳，即,,,,,,,,,,的音译名。还有其他一些物质，如蛋白石、珊瑚化石、海底沉积物、海藻炭等，这些物质都具有永久的白发电极，在受到外界微小变化时，能使周围空气电离，是一种天然的负 ,,离子发生器。, 图,空气中,,,，、(啦,)，的构造,负离子纤维、功能纺织品的加工方法阻”, 负离子纤维、功能纺织品的加工方法主要可分为两类:一类是应用具有产生负离子的添加剂纺制成纤维，另一类是通过织物的后整理来使纺织品具有产生负离子的功能。,(,负离子纤维 负离子纤维产生于,,世纪,,年代末期，由日本首先发表相关专利。其主要的生产方法大致可分为表面涂覆改性法、共混纺丝法、共聚法等等。 ,(,(,表面涂覆改性法 它是在纤维的后加工过程中，利用表面处理技术和树脂整理技术将含有电气石等能激发空气负离子的无机物微粒的处理液固着在纤维表面。如日本将由珊瑚化石的粉碎物、糖类、酸性水溶液再加上规定的菌类，在较高温度下长时间发酵制成的矿 物质原液，涂覆在纤维上。因该矿物原液中含有树脂黏合剂成分，得到了耐久性良好的负离子纤维。我们应用的奇才系列负离子添加剂，涂覆改性的涤纶，涤棉织物负离子数可达,,,,个,,,,?。 ,(，(,共混纺丝法 这是生产改性和多功能化纤的一种主要的方法，就是在聚合或纺丝前，将能激发空气负离子 释放负离子功能纺织品装饰材料 ,,,的矿物质做成负离子母粒加入到聚合物熔体或纺丝液中纺丝制得负离子纤维。与表面涂覆改性法相比，这种纤维产生负离子的耐久性更好。国内研发的负离子纤维均采用这种方法，即用稀土类矿石、陶瓷制成与高聚物材料具有良好相溶性的纳米级粉体，经表面处理后，与高聚物载体按一定比例混合，熔融挤出制得负离子母粒，再进行干燥，按,定配比与高聚物切片混合，采用共混纺丝法进行纺丝制备负离子纤维。我们已经成功共混纺成了负离子丙纶，经测试后负离子数达到了,,,,爪,;,,,;负离子腈纶的负离子数在,,,,个,;,,以上。 ,(,(,共聚法 共聚法是把负离子添加剂在聚合过程中加入，制成释放负离子功能切片后纺丝。一般共聚法所得切片或母料，添加剂分布均匀，纺丝成形性好。我们用共聚法合成了负离子腈纶，负离子数达,,,,个,;,,以上。,(,后整理技术 后整理法是指通过浸轧,烘燥将含有无机物微粒的处理液固着在织物的表面，从而使织物具有负离子功能的方法。 ,(,(,浸轧烘燥法 使用浸轧烘燥焙固法、循环浇淋法、喷雾法或上胶涂布法将含有无机物微粒和有机载体的水溶液作用到羊毛纤维制品上。该水溶液含有羊毛溶解物质，可很好地被羊毛纤维 制品吸收且不破坏其手感，产生的负离子数平均达到,,,个,,,,,,。 ,,(,(,涂覆固化法 用液状硅涂覆或含浸固化在面料上，使其产生负离子。 ,(,(,浸渍法 将面料浸渍在含有无机物微粒和黏合剂树脂的溶液中，用挤压的方式使面料中的无机物微粒达到规定的附着量，如具有负离子发生能力的布帛。采用浸渍法、层压法或印花法将处理液作用到纺织品上。如含有托玛琳的毛毯。该处理水溶液含有粒径为,,,, ，,,的托玛琳粉末、阴离子系分散剂、非离子树脂乳液黏合剂等高分子多糖类物质和适量的水。由于先经过了抗静电处理，产生的负离子不会因为毛毯静电的作用而被吸附，促进了负离子的发生效果。 ,(,(,印刷法 将离子交换物质及红外线放射物质加工成微米级粉末，混入油墨中，这种油墨被刷在蒲团、覆盖物等床上用品的布料表面产生负离子。 日本广泛采用后整理技术开发负离子纺织品。如日清纺公司的“，,,,,,”，,,,,,,,,,,,,,公司推出的以“,,,,,,,”冠名的负离子整理织物，东丽工业公司开发的新型后整理技术“,？,,,,,,”，,,,,,,,纤维公司的“森林浴纤维”等。后整理技术的优势在于可应用于所有类型的纺织面料，且工序简单，不同于常规将矿物质混入纱线的工艺。北京铜牛有限公司和香港驻成都办事处成都海蓉特纺有限公司都采用齐齐哈尔大学材料研究所研制，燕山大学国家高科技大学园区燕大超细功能材料有限责任公司所提供的奇才系列的负离子添加剂。用上述工艺进行生产，试验，取得良好的效果。,国外负离子纺织品的开发与应用 日本作了大量的负离子纺织品的研究工作。有多篇专利发表和多种产品问世。据日本 ,,, ,生物医用材料专利检索显示，自,,,,年以来以负离子为关键字的条目近,(,,件，其中负离子用于纺织方面的专利约占了全部的三分之一。从专利申请的趋势，可以看出负离子纺织品在日本将有很好的发展势头。欧美市场也有负离子衬衣等纺织品面市。后整理技术的普遍应用，负离子发生材料的不断开发，大大拓宽了负离子纺织 品的应用领域。所开发的负离子面料具有与肌肤接触柔软、耐水洗性好、负离子发生效果明显等优点，广泛用于服装、家居和医用产品等。尤其添加了红外线放射物质的负离子床上用品，其产生的负离子及红外线能促进人体血液循环，帮助睡眠，更增强了产品的保健效果，日本的家庭或医院大量使用这种床上用品。日本,,,,,,公司开发的海藻碳纤维，具有远红外放射功能和发生负离子的功能。其制成品:睡衣、运动护身带、袜子、内衣、床上用品、室内装饰物等服用纺织品和家庭用纤维制品现已投放日本市场。,我国负离子纺织品的开发与应用 国内开发负离子功能纤维还主要停留在化学纤维这一块，使用无机矿物粉体做成母粒，采用共混法或共聚法进行纤维改性。开发了负离子远红外线功能纤维，奇冰石纳米涤纶负离子纤维等。该纤维的制成品如壁纸、窗帘等，能不断地释放负离子，制成毛巾、服装、床单等具有保健和环保双功能。上海石化公司开发的命名为“奇异纤维”的负离子纤维，可作为填充料用于医疗纺织品和床上用品、汽车座椅的内芯，也可纺成纱线，用于制作服装和室内装饰织物等。与日本相比，我国开发和应用负离子纺织品的工作，无论是基础研究还是应用研究，目前尚处于初级阶段。但是我国有丰富的矿产资源，在新疆、内蒙古、辽宁、黑龙江、广西桂林和云南等地发现了丰富的电气石矿、蛋白石矿等可以释放负离子的矿产，充分开发利用这一自然资源，深入研究负离子在纺织领域的应用，开发和研制更多的保健型负离子纺织品，具有很大的经济价值和广阔的市场前景。表,是奇才负离子添加剂的测试结果。 裹,在不同的纤罐 ,, 丙纶卷绕丝,,, ,,,,,, ,,,, 普织物释放负离子数 普通丙纶 通腈纶 ,, 腈纶初生纤维,,, ,,,,,, ,,,, 普通椽棉布 ,, 涤棉印花布 ,,,,? 混纺布整理 ,,,,, 混纺布印花 ,,,,, ?上海中国化纤产品检测中心测定;?北京中国纺织科学研究院国家棉纺织产品质量监督检测中心测定 注:其余试样由,,本,,, ,,,公司,,(，,,离子测定议测定。,目前存在的问题 从目前国内外研究负离子功能纺织品的发展状况看，不少研究成果已经商品化。但是，还存在不完善的地方和亟待解决的问题。如无机物微粒在纤维及面料中的分散均匀性和牢固性等。希颦将无机物微粒径做到,„,,,以下，达到纳米级，这样既不影响材料的原有性 释放负离子功能纺织品装饰材料 ,,, 能，还有利于后道的纺丝加工，但是纳米级微粒在溶液中易聚积的特性又破坏了分散均匀的 要求，实际体现不出纳米级的效果。如何解决这一矛盾，找出最佳的无机物微粒的粒径大小 和附着量有待进一步探索。但最突出的还是关于负离子发生量的评价和测试方法问 题。到目前为止，国内外对纺织品的负离子发生量尚无统一的测量标准(包括国际标准、国 家标准、企业标准和地方标准)，各测试方法也不尽相同，测量仪器的精密度还有待进一步 提高，由于负离子自身的不稳定性，更增加了测试的难度，因此探讨和寻找科学而准确的测 试方法是开发研究负离子功能纤维与功能纺织品的迫切和必要的工作。,结语 在森林或瀑布周围因存在大量的负离子，人们的心情会很舒畅，而在空气污染的地带和 室内等，因存在大量的正离子，人们会感到郁闷、易烦躁。把负离子功能性纺织品带进日常 生活，可以认为是“回归自然”。由于其具有如此多的优良性能，使它在装饰、产业、服装三 大领域有着广阔的市场，的确是身处,,世纪追求“健康、环保”的人们的新宠。考虑到人们 目益增长的健康需求，开发功能保健型纺织品将成为纺织业发展的趋势。国外已在这方面 取得了显著的成绩，国内工作还仅仅是开始，充分利用我国资源丰富、市场广 阔的有利条件， 积极开发具有高附加值和高科技含量的新型负离子保健纺织品，具有重要的现实意义。 参考文献 刘勇(空气负离子的生物学效应国外医学:医学地理分册，,,,,，(,):,,—,,, 姚鼎山，环保与健康新材料一托玛琳(上海:中国纺织大学出版社，,,,, 李青山(乙烯基共聚物,蒙脱石纳米复合材料研究〔,〕东华大学博士(,,,,，, 日本,,,,,,,,株式会社(机能性人工陶瓷粉末(,,,,,,,,)(染化杂志,,,,(,,):,,,,,，“, 段菊兰(负离子纤维的性能与应用(金山石油化纤(,,,,，(,):,,,,,, 毕鹏宇，陈若华，李汝勤(负离子纺织品及其应用的研究〔,〕纺织学报(,,,,，,,(,):,,,,,,, 高继成(离子纺织品的开发与应用〔,〕(实用技术(,,,,，,(,):,,,,,, 李青山(一种天然纳米材料的发现与应用〔,,(中国非金属矿业导刊(,,,,，,(,,:,,—,, 饶剑辉(负离子纤维在非织造领域的应用〔,〕(北京纺织,,,,。,(,,):,,一,, 苍风波(负离子添加剂在涂料中的应用〔,〕(中国涂料(,,,,，(,):,,—,, 段菊兰，王濂生，徐晓辰(负离子纤维的性能与应用〔,〕(金山油化纤(,,,,，(,):,,—,, 陈芸(负离子纺织品产品的开发〔,〕(印染(,,,,，(,):,,,,, ,?, 张艳，陈跃华(负离子纺织品的研究与应用【,〕上海纺织科技(,,,,，,,(,):,,—,,,?，?， , ,;,,,, ,,,,,,,,,,,,(,,,,,;,, ,,,,;,, ,, ,,,, ,, , ,,, ,,,,,〔,〕，,, , ,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,(,,,,， ,,:,,,—,,, , 田中敦，桥本贵史于,，粒子元机抗菌剂,,,,,, ,,,,—,,加工技术，,,,,，,,(,):,,,—,,, ， , 李青山，高洁(王庆瑞(一种新型负离子纤维与织物的研究进展〔,〕(全国第三届功能纤维织物与纳米 材料应用学术研讨会论文集北京:,,,,，,,