负离子功能整理在涤纶装饰织物上的应用初探

负离子功能整理在涤纶装饰织物上的应用初探2009年04月22日来源：印染在线负离子功能整理在涤纶装饰织物上的应用初探顾浩常熟市福亿印花炼染有限公司摘要：负离子是一种带负电荷的空气离子。纺织品应用产生负离子的材料为电气石和加稀土元素的天然矿石。文中介绍了在纺织品上产生负离子的方法。分析了负离子含量与人体健康状况的关系。测试了负离子纺织品的防止花粉附着、远红外蓄热、抗紫外线和抗静电性能。测试结果表明：负离子纺织品具有保持头脑清新、呼吸舒畅、减少疾病、消炎、抗菌、除臭等功效，可应用于医用纺织品和室内纺织品领域。关键词：负离子功能整理剂作用原理整理织物检测评定应用效果1前言众所周知空气中既存在带正电的微粒子与也存在带负电的微粒子，把这些粒子总称为查气离子。其中带负电的微粒子就被称为负离子。负离子被认为是带负电状态的水的微粒子。另一方面，正离子存在于带正电的灰尘、干热空气及各种排出的废气中等。在当今的社会中，随着工业化发展速度的不断加快，其对生态环境的污染越来越严重，空气中负氧离子数越来越少，而高频率的工作要求以及工作生活环境空气质量的变差，使得不少人患上城市综合症，而科学技术进步和社会经济发展的同时又促使人们的保健意识的增强。科学家将一种具有负氧离子功能的天然材料应用在于纺织品中，起到了改善工作生活环境质量的效果。这就是逐渐被人们熟知的负离子功能性整理产品。2负离子的形成和对人体的影响自然界中空气中存在的负离子来源于：一是空气受光照、射线、地壳中放射性物质等因素的影响发生电离所产生负离子；二是在瀑布落差、海浪推卷及雷电风暴等自然过程中，强大的剪切力形成水分子裂解，而产生大量负离子；三是森林的树木、枝叶尖端放电及植被的光合作用所形成的光电效应使空气电离，产生负离子。德国物理学家菲利浦?莱昂纳德博士最早发现负离子的功效。他认为在地球自然环境中，对人类健康十分有益的负离子存在最多的地方是在瀑布周围。其后苏联、美国、日本等国家的科学家也相继发表了利用空气负离子辅助治疗疾病的论文专著。发出了随着世界经济的快速发展，自然生态被逐渐破坏，进入21世纪后，空气中正离子与负离子的比例为1．2：l的警告。表1不同环境中的负离子含量对人们身体状况所产生的影响。环境条件负离子数含量／(个cm－3)对人产生的影响程度密闭写字楼10～30四肢无力、抵抗力低、易患感冒病开窗的室内40～60易失眠、烦燥、郁闷、工作效率低小区及街道200～400人体处于心理、生理不适的边缘区公园绿化地400～1000可以基本达到人们身心健康的需求农村田野中1000～5000可增强人们的抵抗力和提高工作效率山区及沿海5000～10000可使人们精力旺盛并增强自身免疫力原始森林及瀑布10000～20000身心得到净化对疾病痊愈有辅助功效从表1的数据可以看出空气中的负离子含量对人体的健康和工作有着非常重要的影响。3在纺织品上产生负离子的方法为了改善室内环境，各种人工产生负离子的方法被不断推出，纺织产品应用产生人工负离子的材料主要为电气石和加稀土元素的天然超微多孔质矿石。3．1电气石电气石主要产自于我国的内蒙、新疆、云南一带，电气石是一种成分与结构极为复杂、硬度很高的天然矿石，它具有压电性和热释电性。在与空气的接触过程中，在风的剪切作用和温度变化作用下能持续电离过滤空气及空气中的水分，将水分子电离成H＋和OH－离子H＋会形成水合氢离子H30＋或形成H2，OH－会形成水合羟基离子H302－，H302－源源不断地释放到空气中而形成大量负离子。电气石的晶体结构决定了它具有沿C轴两个结晶端天然的正、负极性。电气石的电场强弱可用电极化强度来评价，电极化强度越大，产生负离子的能力就越强。因此，电气石超微粉体的粒径越小，其负离子发射性能越高。所以，经电气石粉体材料附着整理的纺织品必须是依靠一定程度的摩擦、压力或热能才能释放负离子。如果不给予外界作用条件，负离子就难以大量产生，所以采用以电气石来产生负离子的纺织品应是易处于产生摩擦的状态条件下，如衣物、床单等。3．2加入稀土元素的天然超微多孔质矿石利用蛋白轻质岩石、火山沉积物、温泉矿石、古代海底沉积矿石等天然超微多孔质矿石辅以安全放射指标内的稀土天然矿石进行微粒子化处理，该类岩矿比电气石更能稳定的激发产生负离子，加之稀土天然矿石成分中因含有产生微量放射线的能力，而所产生的放射线与空气中的氧、二氧化碳以及水分子等接触，促使电离的形成，使空气负离子化，在静态条件下产生负离子。因此该种产品尤其适合于在窗帘、墙布类的纺织品上应用。当然，放射线的强度必须控制在十分安全的控制线内。根据日本科学技术厅原子能局1989年3月公布的数据，人体一年接受来自自然界的放射线为1．10mSv／a的照射量(Sv是测定电离辐射的生物效应有效计量单位，以mSv／a表示，自然界中的计量为2mSv／a)。以日本某株式会社的生产的负离子发生剂Kayacera为例，原体的放射性浓度{产生Bq／g放射线的能力}控制在330Bq／g(财团法人日本分析中心测试数据)，低于日本文部省所规定控制标准370Bq／g以下[贝可{Bq}-表示某一材料放射性强度的单位，此单位与居里{Ci}的换算关系为：lCi=3．7×1010Bq]，就是充分考虑到了使用者的安全性。在目前我国自行生产的用于纺织品的负离子整理剂中尚无添加稀土激发元素成分。4负离子整理织物的加工目前负离子纺织品的生产方法有三种：第一种方法是将负离子材料制成纳米—亚纳米超微粉体，然后加入到化学纤维纺丝液中，可制成负离子化学纤维。但该方法不适用于天然纤维。第二种方法是将负离子粉体材料做成负离子浆，然后通过并用黏合剂使其黏附到织物上。该方法的优点是适用于所有的纤维，不足的是影响织物的手感、透气性、吸湿性，所产生负离子的效能可能会下降，特别是在涤纶、尼龙以及羊毛等织物上。第三种方法是将纳米负离子无机粉体分散液借助于架桥基和硅氧烷亲水有机结整理剂，可使经整理织物具有更高的黏附牢度、更好的亲水性、抗静电性、更佳的手感、更优的负离子发生效果，在负离子织物的开发应用中更有竞争性。4．1负离子功能织物的生产浸轧整理工艺不同品牌负离子整理剂的工艺参数见表2。表2不同品牌负离子整理剂工艺参数一览表工艺参数A产品B产品C产品纳米级负离子整理剂／(g.L－1)12040～6050架桥剂／(g.L－1)/20～3020亲水柔软剂／(g.L－1)/1010配套粘合剂／(g.L－1)10～20//浸轧轧余率％808080定形条件170℃，1min170℃，1min170℃，1min负离子整理剂颜色灰白色液体无色透明液体近白色液体4．2生产条件及注意事项4．2．1进行负离子加工整理的织物必须具有很好的吸湿性，以保证在浸渍负离子整理工作液时能够快速、均匀地附着于织物上。4．2．2自来水或深井水容易和负离子整理剂中某些成分产生沉淀，所以配制负离子整理浸轧工作液需使用蒸馏水或离子交换水。4．2．3要将待进行负离子整理织物充分清洗干净，以防止其它化学助剂对负离子整理液的稳定性产生影响。4．2．4因负离子助剂主要原料来源于天然矿石等，含量和色泽均有差异，为了保证整理效果，应事先对其负离子产生量进行测试，色泽鲜艳的织物最好选择无色透明的负离子整理剂，若采用的是有颜色的整理剂，有必要对助剂颜色和助剂批次进行控制。4．2．5若经整理后织物表面呈现拒水性，会降低其负离子的产生，需引起重视，必要时需进行处方调整。4．2．6有的负离子整理剂在存放过程中会产生沉淀和分层，使用前需充分搅匀。同时整理剂应避免和强酸、强碱、氧化剂、还原剂、阳离子的物质相接触。助剂存放应避免阳光照射，未用完品需密封后妥善保管。4．2．7织物采用纳米负离子材料进行功能整理可根据织物的用途、设备、整理剂组成的不同而分为吸尽法和浸轧法。这两种方法是依靠相关助剂的化学结合力将负离子功能性物质固定在织物上，再经一定的热处理，使织物表面形成一层功能性薄膜。经负离子加工的产品，其耐洗性、手感、织物色光等方面指标还有待进一步提高。5负离子整理效果检测5．1经负离子整理剂整理后织物的质量检测对照数据见表3：5．2结果分析5．2．1从表3的检测结果中可以看出，由于所用的测试仪器及环境因素等不同，所测出的负离子数出现了很大的差异。即使是采用同一检测仪器，若是测试条件不同，所产生的结果也会差异。因此，要证明所测织物的负离子产生的效果，应根据用同牌号仪器所测试的森林浴中的负离子量为参考基准。表3不同品牌负离子整理剂整理效果对比表测试地点仪器负离子整理A织物测出负离子数／(个.cm－3)负离子整理B织物测出负离子数／(个.cm－3)负离子整理C织物测出负离子数／(个.cm－3)国内IC-10050005800/室内720室内490/日本FIC-200050681490容器内13容器内13室内183注：测试时的温度、湿度、操作方法(略)5．2．2根据《国际医学杂志》资料，日本永井鼋造提供资料和我国的统计资料三方面对瀑布森林地区的负离子浓度测定结果，如表4所示：表4瀑布森林地区负离子含量比较资料来源瀑布森林地区负离子数量／(个.cm－3)欧美国家100000～500中国10000～20000日本lO00～1500表4中所列出的欧美国家对负离子数的统计量是中国的10倍左右，是日本的100倍左右。从而也说明了测试仪器和测试方法上的确存在一定差异。为了负离子纺织品健康而稳定地开拓国际和国内市场，应当尽快建立一个为业界接受的测试方法和必须达到最低负离子释放量才可称之为负离子整理产品的行业标准。5．2．3从以上表3检测中所绘出的负离子产生曲线中可以明显看出(此处图略)，A负离子整理剂整理后织物所产生负离子的峰值带窄，瞬时上升后又急速下降，这可能与负离子粉体粒径较大(反映在浅色织物上呈少许黑点状)，在织物上的分布不均匀有关，B产品为将经挑选出的易激发生成负离子的多组份无机化合物纳米材料(粉体1μm)，制成一种透明的胶体，经过溶胶、凝胶而固化涂在织物表面形成一种牢固的非连续的树脂膜，可保证织物的原有色光不变，尤其适用于对白色织物的整理。C产品负离子整理剂(粉体3μm)中由于添加了稀土激发元素，可以在静态产生负离子，因而适用织物的范围更广。B产品和C产品整理后织物经测试所产生负离子的峰值区域宽，无瞬时上升后急速下降现象，另外由上述工艺处方可以看出，因B、C两种产品材料的粒径细，在工作液中分布均匀，在织物上比表面积大，因此使用量较少。6负离子整理织物的功效负离子整理剂的主要成分为SiO2、P205、Al2O3、ZrO2、Fe203等无机材料所组成的三方晶系硅酸盐或无机多孔物质，在相应的环境条件中，经负离子整理的织物中含有的复合矿物质成份与空气中的水分子接触，分解水分子形成负离子。由于空气中离子的生存期短，空气中正、负离子不断中和，同时又不断产生新离子，正、负离子始终处于变动状态。因织物表层可不断产生对人体有保健功效的负离子，所以可以使处于该织物周围环境空气中的负离子个数增加，从而达到净化空气，消除各种臭气等有害气体，保持空气长时间的清新。根据日本相关资料介绍，在经负离子材料装修的室内测定，48h内可以去除丙酮、氯仿、甲醛等有毒刺激性气味和臭味达95％。虽然病毒或细菌种类很多，但病毒和细菌结构的有机体中都存在比较活泼不稳定的碳氧双键或其它不饱和双键，当遇到整理后织物激发生成的.OH游基和02离子，等活泼基团攻击后，亦会发生类似的分解反应，破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，杀死细菌病毒或细菌被分解杀灭，起到广谱抗菌作用，并使其失去再生繁殖能力。从而可起到抗菌防臭的作用。同时负离子整理织物具有抗花粉、远红外蓄热及抗静电、将紫外线屏蔽、反射至织物以外等特性，所以该整理织物具有广泛的应用范围：关于负离子织物的抗菌防臭效果的检测可见多篇文章表述，在此不再赘述。本文仅就负离子织物的抗花粉、远红外蓄热和抗静电效果之检测结果作相应表述。6．1．测试方法和测试结果a．防止花粉附着性能试验：测试方法(略)：测试结果如表5所示(N00942006．01．31)：表5负离子整理织物防