负离子添加剂在纺织品中的应用

高洁¹，李青山^1，3，周可富^2，4，杨宝臣⁴，齐凤林⁴，殷永传¹

1、齐哈尔大学，黑龙江 161006；2、燕山大学高分子材料系，秦皇岛 066004；3、东华大学纤维改性国家重点实验室，上海 200051，4、嫩江蛋白石科技开发公司，黑龙江 161400)

[收稿日期]2003-11-24;[修订日期]2004-03-02

原载：《纺织科学研究》2004/3；27-30

[摘要]介绍了负离子添加剂的作用机理、功能以及负离子纺织品的生产工艺，并对负离子纺织品的应用前景进行了展望。

[关键词]助剂;负离子;作用机理;应用前景

[中图分类号]TS190.2[文献标识码]A[文章编号]1003-1308[2004]01-0027-04

1 引言

当前，随着社会工业化程度的日益提高，空气的污染问题也越来越严重；同时，随着人类科学研究水平的不断发展，人们日益追求舒适、健康的生活环境，对纺织品也提出了更高的要求，希望其具有"健康、安全、环保"的性能。

根据《国际医学》杂志报道，人体的健康状况与空气中负离子的含量呈正比例关系(参见表1)[1]

表1 人体健康状况与空气中负离子含量的关系

环境	含量(负离子个数/cm^3)	关系程度
森林、瀑布区 高山、海边 郊外、田野 都市公园里 街道绿化区 都市住宅封闭区 装空调的室内	10万-50万 5万-10万 5000-5万 1000-2000 100-200 40-50 0-25	具有自然痊愈能力 杀菌，减少疾病传染 增强人体免疫力 维持健康的基本需要 容易诱发生理障碍 诱发生理障碍，如头疼、失眠、神经衰弱、倦怠等 引发"空调病"症状

2 负离子添加剂的作用机理及功能

2.1负离子的产生机理

气体分子的电离，主要是依靠外界催离素对气体作用的结果。所谓"催离素"是指能够产生负离子的外界条件因素，包括光触媒、紫外线、放射线、光点效应等。负离子粉末具有热电性和压电性，因此，在有温度和压力变化(即使是微小的变化)的情况下，就能引起负离子晶体之间的电势差，这种静电高达l0O万eV，从而形成电场。高电压使电场中的空气发生电离，被击中的电子附着于附近的水和氧分子上，并使它们转化为空气负离子，也即负离子[2]。

大气的主要成分为:O₂、N₂、CO₂、H₂O等。负离子产生的原理示意如下:

H₂O+e^-→OH^-+H⁺

OH^-+ H₂O→H₃0₂^-

上式中的水合羟离子(H₃0₂^-)，即为带负电的负离子。

2.2 负离子的功能

早在1931年，美国的Dessauer等人就已提出了"负离子能使人产生安宁的感觉、改善人体健康环境"的见解。近几十年来，有关专家做了许多试验，从各个方面研究负离子的生物效应，证明其除了具有降低大脑和血液中五羟色胺(5HT)的能力之外，还可调节人体中枢神经系统的兴奋和抑制状况，改善大脑皮层的功能;增加氧气吸收量和二氧化碳排放量，促进机体的新陈代谢，加速组织的氧化还原过程，增加机体的免疫力[3-5]。例如，德国1962年用负离子治疗3000名支气管哮喘患者，在小于20岁年龄组中，83%治愈，15%显著好转;在40-60岁年龄组中，53%治愈，45%好转;治疗800名儿童百日咳，全部治愈。另外，有人采用负离子丙纶纤维护膝，套在腿上2Omin之后，发现小腿血流量增加了41.6%;而当采用同样结构和厚度的棉护膝时，血流量仅增加了1.01%[1]。所以，营造富含负离子的环境非常重要。

3 负离子纺织品的加工

3.1 负离子添加剂的选择

要生产出含有负离子的纺织品，就必须根据产生负离子的机理，针对不同的纺织纤维选择合适的添加剂。目前，主要有5种添加剂材料，如表2所示。

表2 可以释放负离子的矿石品种

名称	组分及特征
奇冰石	主要含硼、铝、镁、铁、锂的环状结构的硅酸盐
电气石	(Na，Ca)(Mg，Fe)3B3Al6Si6(0，OH，F)31的三方晶系硅酸盐
蛋自石	含水非晶质或胶质的活性SiO2，还含有少量Fe2O3、Al203、Mn及有机物等硅酸盐
古代海底矿物层	以硅酸盐和铝、铁等氧化物为主要成分的无机系多孔物质
奇才石	矿石化学成分为Si02 81%-89%，Al203 3.07%，Fe2O3 1.68%，CaO 3.60%，Mg0 0.59%，K20 1.13%，NaO 0.20%，P205 0.01%，H2O^+ 0.10%，H2O^- 2.42%，FeO 0.21%，TiO2 0.20%，Mn O.01%。(含有蛋白石宝石成分) 化学分子式:Na(Mg，Fe，Mn，Li，Al) 3Al6[Si6016] 9(BO3) 3(0H，F) 4/(Si12)(Mg8)030 (0H) 4 (0H) 48H2O

由于天然矿石内部结构的稳定性差，无论使用上述哪一种天然矿石做负离子纤维的添加剂，都不能保证负离子纺织品的性能具有一致性。为此，用于纤维添加剂的负离子材料必须经过严格的筛选和科学合理的配制。

3.2 负离子纤维的生产工艺

生产负离子纤维时，一般可以采用涤纶、丙纶等作为载体来生产其短纤维以及长丝。下面仅就负离子涤纶、丙纶短纤维及其长丝的简单生产工艺进行讨论。

3.2.1 负离子涤纶短纤维的生产工艺

为生产负离子涤纶短纤维，一般需要添加负离子粉、少量的负离子添加剂，制备成可用来直接加工成负离子纤维的负离子切片;其生产过程与生产一般涤纶时类同。由于生产设备上的差别，其生产工艺条件也有不同之处，一般应控制的纺丝工艺条件如表3所示[6]。

表3 负离子涤纶短纤维的加工参数

螺杆各区温度 260-285℃	箱体温度 278-282℃	组件温度 275-280℃	纺丝速度 650-700m/min	熔体喂入速度 620-650m/min
拉伸槽温度 65-80℃	松弛区温度 110-140℃	总牵伸 4-5倍	切断长度 38-65mm

以上工艺参数，常因机器配置以及生产原料的不同而需要调节，故此仅供参考。

3.2.2 负离子涤纶长丝的生产工艺

切片干燥		纺丝温度		喷丝板组件
干燥温度 120-125℃	干燥时间 8-10h	螺杆温度 280-290℃	熔体温度 285-295℃	喷丝孔 0.28mm	过滤层目数 24-48目
油剂		侧吹凤条件		卷绕参数
型号 F2118B	浓度 10%-12%	侧吹风温度 20-25℃	侧吹风风速 0.5-0.7m/s	卷绕速度 2500-3200m/min	卷绕张力 10-20cN

负离子涤纶长丝的生产工艺和短纤维相类似，只不过在生产过程中需要特别注意负离子切片的干燥温度，其纺制POY丝的工艺条件如表4所示。

表4 负离子涤纶长丝的纺丝工艺参数

以上工艺参数，也常因机器配置及生产原料的不同而需要调节，故此仅供参考。

3.2.3 负离子丙纶的工艺参数

纺丝切片的准备，与生产涤纶长丝、短丝相同。负离子丙纶的纺丝工艺条件如表5所示。

4 负离子纺织品的应用

负离子对人体健康及生态环境的重大影响，已引起国内外专家的高度重视。一般来说，城市房间内的负离子浓度仅为40-50个/cm³，而负离子纺织品可以自动、长期地释放负离子，其浓度可达4000个/cm³以上，超过了城市公园内的负离子浓度[7]，对人类的身心健康大有益处。

目前，负离子纺织品主要应用在以下几个方面:

(1)衣物及家用纺织品:如内衣内裤、床上用品、毛巾等[8];

(2)室内装饰物:如装璜用的壁纸、地毯、沙发套、垫子等;

(3)医用织造布:如手术衣、护理服、病床用品等;

(4)过滤材料:如空调过滤网、水处理材料等[9];

(5)其它织物。

表5 负离子丙纶的纺丝工艺参数

切片干燥		纺丝温度		喷丝板组件
干燥温度100-105℃	干燥时间8-10h	螺杆温度 255-285℃	熔体温度 285-295℃	喷丝孔长度 0.28mm	过滤层目数 24-48目
油 剂		侧吹风条件		卷绕参数
型号 F2118B	浓度 10%-12%	侧吹风温度 20-25℃	侧吹风凤速 0.5-0.7m/s	卷绕速度 600-800m/min	卷绕张力10-20cN

5 负离子纺织品的市场前景

如前所述，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，人体的生理状况也良好;而在空气污染的地带，因存在大量的正离子，人们会感到郁闷和烦躁。将负离子功能性纺织品带迸日常生活中，可以认为是"回归大自然"的有效方法之一。由于其具有的优良使用效果，使其在"装饰用、产业用、服装用"三大领域都有着广阔的市场前景。

参考文献

[l]姚鼎山，环保与健康新材料——托玛林[M]，北京，中国纺织大学出版社，2001，125

[2]高继成，负离子纺织品的开发与应用[J]，实用技术，2003，3（3）；52-54

[3]李青山，一种天然纳米材料的发现与应用[J]，中国非金属矿业导刊，2003，5(5)；21-23

[4]绕剑辉，负离子纤维在非织造领域的应用[J]，北京纺织，2003，3(24)；17-19

[5]苍风波，负离子添加剂在涂料中的应用[J]，中国涂料，2003，(2)；34-35

[6]段菊兰、王谦生、徐晓辰，负离子纤维的性能与应用[J]，金山油化纤，2001，(2)；53-55

[7]陈芸，负离子纺织品产品的开发[J]，印染，2003，(2)29-30

[8]张艳、陈跃华，负离子纺织品的研究与应用[J]，上海纺织科技，2002，10(5)；52-53

[9]顾浇华、邱凯、李青山，超细嫩江蛋白石轻质页岩粉创制与应用研究[J]，化学工程师，2003，（3）；28-30