空氣中既存在帶正電的微粒子與也存在帶負電的微粒子，把這些粒子總稱為空氣離子。其中帶負電的微粒子就被稱為負離子。負離子被認為是帶負電狀態的水的微粒子；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。
隨著工業化發展速度的不斷加快，生態環境的污染越來越嚴重，空氣中負氧離子數越來越少，使不少人患上城市綜合癥,科學家將一種具有負氧離子功能的天然材料應用在紡織品上,改善工作和生活環境的空氣質量。這就是逐漸被人們熟知的負離子功能性整理產品。
1.負離子的形成和對人體的影響
自然界空氣中存在的負離子來源于以下幾個方面：一是空氣受光照、射線、地殼中放射性物質等因素的影響發生電離所產生負離子；二是在瀑布落差、海浪推卷及雷電風暴等自然過程中,強大的剪切力形成水分子裂解而產生大量負離子；三是森林的樹木、枝葉尖端放電及植被的光合作用所形成的光電效應使空氣電離，產生負離子。
德國物理學家菲利浦?萊昂納德博士最早發現負離子的功效，他認為在自然環境中，對人類健康十分有益的負離子存在最多的地方是在瀑布周圍。其后前蘇聯、美國、日本等國家的科學家也相繼發表了利用空氣負離子輔助治療疾病的論文專著。
表1是不同環境中的負離子含量及其對人產生的影響。從表1的數據可以看出，空氣中的負離子含量對人體的健康和工作有著非常重要的影響。
表1.不同環境中的負離子含量及其對人產生的影響
環境條件 | 負離子數含量/(個·cm-3) | 對人產生的影響程度 |
密閉寫字樓 | 10～30 | 四肢無力、抵抗力低、易患感冒病 |
開窗的室內 | 40～60 | 易失眠、煩燥、郁悶、工作效率低 |
小區及街道 | 200～400 | 人體處于心理、生理不適的邊緣區 |
公園綠化地 | 400～1000 | 基本達到人們身心健康的需求 |
農村田野中 | 1000～5000 | 可增強人們的抵抗力和提高工作效率 |
山區及沿海 | 5000～10000 | 可使人們精力旺盛并增強自身免疫力 |
原始森林及瀑布 | 10000～20000 | 身心得到凈化對疾病痊愈有輔助功效 |
2.
2.1電氣石
電氣石主要產自于我國的內蒙、新疆、云南一帶，電氣石是一種成分與結構極為復雜、硬度很高的天然礦石，它具有壓電性和熱釋電性。在與空氣的接觸過程中，在風的剪切作用和溫度變化作用下能持續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+會形成水合氫離子H3O+或形成H2，OHˉ會形成水合羥基離子H3O2ˉ，H3O2ˉ源源不斷地釋放到空氣中而形成大量負離子。電氣石的晶體結構決定了它具有沿C軸兩個結晶端天然的正、負極性。電氣石的電場強弱可用電極化強度來評價，電極化強度越大，產生負離子的能力就越強。因此，電氣石超微粉體的粒徑越小，其負離子發射性能越高。經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離子，如果不給予外界作用條件，負離子就難以大量產生，所以采用電氣石產生負離子的紡織品應是易于產生摩擦的衣物、床單等。
2.2加入稀土元素的天然超微多孔質礦石
利用蛋白輕質巖石、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礦石輔以安全放射指標內的稀土天然礦石進行微粒子化處理，該類巖礦比電氣石更能穩定地激發產生負離子，加之稀土天然礦石具有產生微量放射線的能力，所產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，使空氣負離子化，從而在靜態條件下產生負離子。因此該種產品尤其適合于在窗簾、墻布類的紡織品上應用。當然，放射線的強度必須控制在十分安全的范圍內。
GB6566-2001室內裝飾材料放射性核素A類產品限量指標
天然放射性核素鐳226Ra、釷232Th、鉀40K的放射性比活度同時滿足IRa≤1.0和Ir≤1.3
IRa——內照射指數
Ir——外照射指數
將加入稀土元素的負離子整理劑送核工業北京地質研究院分析測試研究中心測試，(報告編號:核地分[2006]第2006-73號)結果如下:
1號樣品IRa=0.09Ir
2號樣品IRa=0.11Ir=0.63
上述負離子產品原料中IRa、Ir實測指標值遠遠小于國家規定的A類產品限量指標。
3.負離子整理織物的加工
目前負離子紡織品的生產方法有3種，具體如下：
a.將負離子材料制成納米-亞納米超微粉體，然后加入到化學纖維紡絲液中，可制成負離子化學纖維。顯然該方法不適用于天然纖維。
b.將負離子粉體材料做成負離子漿，然后使用黏合劑將其黏附到織物上。該方法的優點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，所產生負離子的效能可能會下降，特別是在滌綸、錦綸以及羊毛等織物上。
c.將納米負離子無機粉體分散液借助于架橋基和硅氧烷親水有機整理劑與織物結合，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、更優的負離子發生效果。此法在負離子織物的開發應用中更有競爭力。
3.1負離子功能整理織物的生產工藝參數
不同品牌負離子整理劑的工藝參數見表2。
表2.不同品牌負離子整理劑工藝參數
負離子整理劑 | A | B | C |
納米級負離子整理劑/(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 |
負離子整理劑顏色 | 灰白色液體 | 無色透明液體 | 近白色液體 |
3.2生產條件及注意事項
3.2.1進行負離子加工整理的織物必須具有很好的吸濕性,以保證在浸漬負離子整理工作液時能夠快速、均勻地附著于織物上。
3.2.2自來水或深井水容易和負離子整理劑中某些成分產生沉淀,所以配制負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,以防止其它化學助劑對負離子整理液的穩定性產生影響。
3.2.4因負離子助劑主要原料來源于天然礦石,含量和色澤均有差異,因此，應事先對其負離子產生量進行
3.2.5若經整理后織物表面呈現拒水性，需引起重視，必要時需進行處方調整。
3.2.6有的負離子整理劑在存放過程中會產生沉淀和分層，使用前需充分攪勻。同時整理劑應避免和強酸、強堿、氧化劑、還原劑、陽離子的物質相接觸。應避免陽光照射，未用完品需密封后妥善保管。
3.2.7采用納米負離子材料進行功能整理可根據織物的用途、設備、整理劑組成的不同而分為吸盡法和浸軋法。
4.負離子整理效果檢測
4.1測試結果
經負離子整理劑整理后，3種織物的負離子產生曲線見圖1、圖2、圖3、織物的質量檢測對照數據見表3。
|
| |
圖1.A整理織物的負離子產生曲線 | 圖2.B整理織物的負離子產生曲線 | |
| ||
圖3.C整理織物的負離子產生曲線 | ||
表3.不同品牌負離子整理劑整理效果對比
測試 地點 | 儀器 | 負離子整理A織物測出負離子數/(個·cm-3) | 負離子整理B織物測出負離子數/(個·cm-3) | 負離子整理C織物測出負離子數/(個·cm-3) | |
國內 | IC- 1000 | 5000 | 5800 | ／ | |
室內720 | 室內490 | ／ | |||
日本 | FIC- 2000 | 50 | 68 | 1490 | |
容器內13 | 容器內13 | 室內183 | |||
注∶測試時的溫度、濕度、操作方法(略)
4.2結果分析
從圖1-圖3可以看出，A負離子整理劑整理后織物所產生負離子的峰值帶窄，瞬時上升后又急速下降，這可能與負離子粉體粒徑較大(反映在淺色織物上呈少許黑點狀)，在織物上的分布不均勻有關。B產品為將經挑選的易激發生成負離子的多組份無機化合物納米材料(粉體＜1μm)，制成一種透明的膠體，經過溶膠、凝膠而固化涂在織物表面形成一種牢固的非連續的樹脂膜，可保證織物的原有色光不變，尤其適用于對白色織物的整理。C產品負離子整理劑(粉體＜3μm)中由于添加了稀土激發元素,可以在靜態產生負離子，因而適用織物的范圍更廣。B產品和C產品整理后織物經測試所產生負離子
從表3的檢測結果中可以看出，由于所用的測試儀器及環境因素等不同，所測出的負離子數出現了很大的差異。即使是采用同一檢測儀器，若是測試條件不同，所產生的結果也會差異。因此，要證明所測織物的負離子產生的效果，應以同一品牌、同一型號儀器所測試的森林浴中的負離子量為參考基準。
根據《國際醫學雜志》資料，日本永井黿造提供資料和我國的統計資料三方面對瀑布森林地區的負離子濃度測定結果見表4。
表4.瀑布森林地區負離子含量比較
資料來源 | 瀑布森林地區負離子數量/(個·cm-3) |
歐美國家 | 100000～500000 |
中國 | 10000～20000 |
日本 | 1000～1500 |
表4中所列出的歐美國家對負離子數的統計量是中國的10倍左右，是日本的100倍左右。從而也說明了測試儀器和測試方法上的確存在一定差異。應當盡快出臺統一的測試方法和負離子整理產品的行業標準。
5.負離子整理織物的其他功效
負離子整理劑的主要成分為多種無機材料所組成的三方晶系硅酸鹽或無機多孔物質。B產品的負離子粉體中的各種無機成份及其含量見表5，此結果由中國礦業研究院的測試。
表5.負離子整理劑中各種無機成分的含量
成分 | 波峰的強度 | 大約累計出現 | 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 |
根據日本相關資料介紹,在經負離子材料裝修的室內測定<
本文僅就負離子織物的抗花粉、遠紅外蓄熱和抗靜電效果的檢測結果作相應討論。
5.1效果測試
5.1.1防止花粉附著性能試驗
測試結果如表6所示。
表6.負離子整理織物防止花粉的附著率
織物 | 花粉附著數/(個) | 防止附著率/(%) |
負離子整理B織物 | 177 | 73.0 |
未整理織物 | 655 | / |
注:測試織物面積為7×7cm
5.1.2遠紅外蓄熱效果試驗
測試結果如表7所示。
表7.負離子整理織物遠紅外蓄熱效果對照
照射時間(min) | 0 | 2 | 2.5 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 |
環境溫度(℃) | 21.1 | 20.8 | 20.9 | 20.9 | 21.0 | 20.3 | 20.1 | 20.3 |
負離子織物表面溫度(℃) | 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
經中科院上海技術物理研究所、國家紅外及工業電熱產品質量監督檢驗中心檢測,抗紫外線UPF值為50+，遠紅外輻射法向全發射率達0.86-0.87。
5.1.4抗靜電性能試驗:
測試結果如表8所示。
表8.負離子整理織物摩擦帶電壓測定
織物 | 摩擦帶電壓(V) | |
未整理織物 | 整理織物B | |
實測值 | 2800 | 700 |
5.2結果分析
根據標6-表8測試結果，負離子功能整理織物具有以下特性:
a.制成沙發、窗簾、床上用品等室內裝飾紡織品
能夠起到凈化空氣、消除臭味、抗菌、
b.制成醫用紡織品：
由于負離子功能織物具有消炎、殺菌、除臭、凈化空氣、遠紅外蓄熱等功能，可應用于醫用紗布，醫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敏源,對一些有花粉哮喘史的病人有一定的輔助治療效果。
6.負離子整理劑安全性檢測
盡管負離子功能整理劑主要原料為無機類納米級粉體材料，對人體不會產生毒副作用。但為了保經負離子功能整理后紡織品的安全性和衛生性能，仍必須由法定機構對整理劑產品進行以下指標檢測:雌雄試驗用白鼠急性經口毒性為LD502000mg/kg以上；微生物復原突變試驗為陰性；皮膚刺激性試驗無異常；皮膚過敏性試驗為陰性；放射性濃度在國家規定的安全指標以內。
如果負離子功能整理劑生產企業應提供法定機構對產品進行的上述安全性檢測數據后,方可將其應用于織物的整理加工。
7.結束語
把負離子功能性紡織品應用日常生活,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離子，改善織物周圍的空氣質量，抗菌防臭，防止花粉及灰塵微沉降、遠紅外蓄熱、抗紫外線、抗靜電等優良性能。使其在服用、裝飾及其它領域有著廣闊的市場，也迎合了當今人們追求“健康、環保”的生活理念。
國外在對織物進行功能化整理方面已經走在了前面，積累了不少寶貴的經驗。國內在此方面的開發應用目前還僅僅是開始，充分利用我國礦產資源豐富、市場廣闊的有利條件，積極開發具有高附加值的新型負離子保健紡織產品，具有重要的現實意義。負離子整理不僅會給企業帶來商機和經濟效益，還可大大提高我國紡織企業在國際市場的競爭力。
目前，我國檢測行業存在檢測標準不一、檢測儀器型號不一、精確度很難令人信服的問題，這些都有礙于產品的健康發展及和國際接軌。所以有必要建立一從負離子原料到整理產品的一套完整的權威的檢測體系和行業標準,從而為功能性整理產品的規范化、可持續性發展而提供有力的保障。<
[1]楊棟梁，王煥祥.負離子技術在紡織品中的應用近況[J].印染,2004,20:46～492004,21:43～47
[2]呂世靜.無機復合粉體和納米溶膠技術在紡織品上的應用，第18屆(2005年)全國針織染整學術研討會大會發言資料
[3]井筒清登.負離子發生劑Kayacera產品性能介紹，日本化藥(株)色材事業部
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