负离子纺织品及其测试与评价yd16913
贺志鹏，伏广伟，耿轶凡 中国纺织信息中心，北京100742
投稿日期：2013-05-28
作者简介：贺志鹏(1987-)，男，山西太谷人，助理工程师，主要从事环保、功能纺织品等研究。
染整技术2013/12；6-10
【摘要】 介绍了负离子的形成机理、产生负离子的材料及负离子对人体健康和环境的作用，论述了当前负离子功能性纺织品的生产加工工艺和测试技术，并对自行设计的测试系统进行了简要的介绍。
【关键词】负离子；纺织品；作用；加工方法；测试技术
【中图分类号】TS 192.25 文献标识码：A 文章编号：1005-9350(2013)12-0006-03
高速发展的科技在为人类带来便捷、舒适的同时，不可避免地伴随着污染问题，保护环境及人类健康已成为当今世界的共识。自从负离子被发现和确认具有保健、环保功能之后，对其研究和探索便从未间断。研究开发负离子功能纺织品及其测试技术成为了当前纺织、印染、检测等研究人员的共同课题。
1 负离子
1.1 形成机理
自然界中存在很多诸如紫外线、雷电、风暴等自然现象，大气中的分子或原子的外层电子在这些条件的作用下会脱离原子核的束缚而越出轨道，这些电子附着在其他分子或原子上便形成了所谓的负离子(阴离子)，而失去电子的分子或原子即为正离子(阳离子)。此外，树木、植物等的树冠、枝叶通过尖端放电以及光合作用过程的光电效应以及植物释放的挥发性物质如植物精气(又叫芬多精)等也能促进空气电离；瀑布附近水滴在空气中运动造成的能量消耗伴随着电荷的分离，水的高速喷射形成高电压使水分子电离，均能产生大量的空气负离子[1-2]。根据大地测量学和地球物理学国际联盟大气联合委员会采用的理论，大气中负离子的结构主要有O2-(H2O)n，OH-(H2O)n，CO4(H2O)n [3]。
1.2 产生负离子的材料
电气石：电气石是一种含水、氟等环状硅酸盐的矿物质。常见的电气石有铁电气石、锂电气石及镁电气石；含微量放射性物质的天然矿物：如含天然钍、铀等放射性矿石所释放的微弱放射线能不断地将空气中的微粒离子化，产生负离子 ；珊瑚化石、海底沉积物、海藻炭、木炭等：这些物质都具有永久的自发电极，在受到外界微小变化时能使周围空气电离，是天然的负离子发生器[2]；天然纤维织物：天然纤维织物棉、麻、毛、丝均能通过摩擦等机械作用释放出一定数量的负离子。
2 负离子的作用
2.1 对人体健康的作用
对呼吸系统的作用：空气负离子可增加气管、支气管纤毛活动，改善和增强肺功能，对呼吸道、支气管疾病等具有显著的辅助治疗作用，且无任何副作用[2]。试验表明，在玻璃面罩中吸入空气负离子30 min，可使肺部吸收氧气量增加2％，而排出二氧化碳量可增加14.5％[4]。
对神经系统的作用：5-羟色胺是一种作用力强的神经激素，它可以对神经血管系统、内分泌系统、代谢系统产生不良的影响。试验表明，空气负离子可促进消除5-羟色胺的生物酶的产生，从而降低血液中5-羟色胺的含量[5]。
对血液系统的作用：负离子能延长凝血时间.使血液流速变快，增加血液中的含氧量，对人体血、氧的输送、吸收、利用更加有利。
对免疫系统的作用：负离子具有增强免疫系统的作用。吸入空气负离子可提高巨噬细胞率，使血液中r-球蛋白升高，提高淋巴细胞增殖能力，对淋巴细胞存活有益，对肿瘤有抑制和衰减作用[6-8]。
2.2 对环境的作用
去除异味作用：空气负离子可消除各种室内装饰材料挥发出来的甲醛、氨等刺激性气体， 日常生活中剩饭、剩菜的酸臭味、体臭味、香烟异味等。如负离子能使甲醛转变成为无异味的水和二氧化碳，达到清洁空气的目的[4]。
抑菌、抗菌作用：负离子具有较高的活性，有很强的氧化还原作用，能破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，从而达到抑茵、除菌的目的。研究表明，负离子还能降低感染流感病毒的小鼠死亡率[9]。
除尘作用：小的空气正负离子与荷电及未荷电的污染物相互作用、复合、扩散而影响污染物的变化，尤其对小至0.01 µm的微粒，在工业上难以除去的飘尘，也有明显的沉降去除效果[5]。
3 负离子纺织品加工工艺
负离子功能纺织品的加工方法主要包括2种：(1)在纺丝过程中加入能产生负离子的添加剂纺制成纤维；(2)通过后整理技术来使纺织品具有产生负离子的功能。
3.1 负离子纤维
负离子纤维出现于20世纪90年代末期，最早由日本发表了相关专利。负离子纤维的制备主要有3种方法： (1)共混纺丝法，是目前最常用的方法，即在聚合或纺丝前，将能激发空气负离子的矿物质做成负离子母粒，并加入到聚合物熔体或纺丝液中纺丝制得负离子纤维； (2)共聚法，属于化学反应，是
把负离子添加剂在聚合过程中加入，制成负离子切片后纺丝。一般共聚法所得切片添加剂分布均匀，纺丝成形性好[10]；(3)表面涂覆改性法，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。
3.2 后整理技术
后整理法指通过浸轧、烘燥，将含有无机物微粒的处理液固着于织物表面，从而使织物具有产生负离子功能的方法。日本广泛采用后整理技术开发负离子纺织品，如Komatsu Seiren公司推出的以Verbano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aquaheal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[10]。
4 负离子纺织品测试技术及评价指标
要正确认识和客观评价纺织品的负离子特性就必须借助于有效的纺织品负离子测试技术，因此要进行纺织品负离子测试的研究。常见负离子测试方法主要有以下2类。
4.1 开放式测试法
4.1.1 手搓法
在一定温湿度条件下，以手握住纺织品做10 S搓揉的物理刺激后，通过空气离子测试仪读数。这种方法操作简单、方便，但手搓样品的过程中，摩擦时的有效面积、摩擦力大小以及测试人手的干湿程度对于测试结果有很大的影响，通过织物中负离子添加剂的压电和热电效应激发产生负离子，由于人为原因，测试条件无法量化；此外，不同的测试人对于同一样品的测试可能得到差异很大的结果；同时由于是在开放空间测试，环境的影响如大气流动、周围电场也给测试带来较大误差。测试结果误差大、重现性差、没有可比性，测试过程受人为因素影响无法进行科学规范。因此，必须设计一种机械操作来代替人手[11-12]。
4.1.2 静置法
将测试样品裁成A4纸大小，粘在硬纸板上卷成长290 mm、直径60 mm的圆筒状，并将负离子浓度测试仪置于一侧开口内，测量通过纸筒的负离子浓度。但由于样品未受任何形式的物理刺激，样品释放负离子的效果不明显，测试结果无法完全反映负离子纺织品的性能，纺织品在实际使用过程中，并非处于静止状态，而是不断受到各种外力的作用，如摩擦、挤压、摆动及人体的热辐射等，因此静置法没有太大的实际意义[11-12]。
4.2 封闭法
4.2.1 负离子测定室法
特别造一个独立的小房间进行纺织品的负离子测试，该测定室要求空间密闭，保证不受环境因素的影响，但没有排除人为影响，且加工要求高，造价也高[13]。
4.2.2 负离子测试箱法[5]
在绝缘的亚克利箱子内，将A4纸大小的试样加以小摆动进行测试。缺点是人为操作的摆动不能量化，仍然带来误差，箱体如不密闭，也要受到环境的影响。
4.2.3 平摩式测试法
此法主要是设计能产生往复运动的机械机构，借以产生水平摩擦的运动效果，模拟织物实际使用过程中的受力情况来对织物进行负离子测试[5]。虽然此法最为接近实际，但该摩擦装置能否在后期测试中获得满意的效果，能否真实地模拟现实状态还有待进一步研究及改进。
4.2.4 悬垂摆动式测试法
悬垂摆动式激发装置模拟织物在实际使用过程中悬垂摆动的运动状态，同时悬垂摆动也是激发纺织品产生负离子的另一种物理刺激模式，面料在摆动过程中产生负离子，然后借由负离子检测装置进行测量[5]。此法对于窗帘等悬挂式纺织品的测试结果较为准确，但对服装的测试由于摩擦作用不明显，因此不能很好地反应其功能性。
在吸取、总结前人经验和不足的基础上，充分利用实验室现有设备，拟在封闭式测试箱内使用机械摩擦负离子发生装置(带计数器)和空气离子测试仪组合的测试系统。本系统采用全自动色牢度摩擦测试仪[摩擦头圆形，直径16 mm；往复动程(105±5)mm；垂直压力9×(1％±10％)N，带计数器]作为负离子发生装置，该装置为色牢度测试设备，技术非常成熟，并经过了多年的实践检验，可较为准确地模拟纺织品在使用过程中的摩擦情况。此外，该方法摒除了人为、环境等诸多因素的干扰，测试结果更加准确、可靠，说服力更强，最大限度地发挥和利用了实验室设备资源，在节约资金的前提下达到了更好的效果
4.3 评价指标
目前国内外尚无针对纺织品负离子性能的评价指标及相关测试标准，均处于研究阶段。国内只有建材行业的J／CT 1016-2006《材料负离子发生量测试方法》。此外，由日本“机能性ION协会”组织专家研发制造的测量仪器和测量方法蓝本《空气中 のイォン／密度测定方法》已被日本规格协会审议通过，制定为JIS规格(日本国标)于2006年11月20日公布，但均对纺织品没有针对性。
已有的研究表明，当负离子浓度(I)>1 000个／cm3时对维持人体健康及增强人体免疫力有益，因此，目前普遍认为，当样品的负离子浓度(I)>1 000个／cm3，且测试结果CV<10％ 时，可称其为“负离子功能性纺织品”。
5 结论
人类对自身健康及环境安全的要求日益突出，因此，开发具有高附加值和高科技含量的负离子保健纺织品具有重要的现实意义；研究准确、可靠的负离子测试设备对市场上功能性纺织品评价，可促进、强化功能性纺织品生产企业对其流通产品的质量承担保证和提升义务，赋予消费者应有的知情权。封闭式摩擦测试法在吸取前人经验的基础上进行了合理的设置，该法操作简单，测试结果更加准确、可靠，可真实地反映负离子功能性纺织品的真正价值。
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