负离子功能整理在涤纶装饰织物上的应用vqq-6
顾浩 〔苏州市纺织工程学会印染专业委员会〕
资料来源：第七届后整理年会征集稿
【摘要】：负离子是一种带负电荷的空气离子。纺织品中应用的负离子整理剂主要为电气石和加稀土元素的天然超微多孔质矿石。文中分析了负离子含量与人体健康状况的关系，介绍了生产负离子纺织品的3种方法，并采用3种不同品牌负离子整理剂进行试验，测试了被整理织物产生负离子的浓度、防止花粉附着性能、远红外蓄热效果、抗紫外线和抗静电性能。结果表明：负离子整理织物除了具有产生负离子的功能外，还具有防止花粉附着、远红外蓄热、抗紫外线、抗静电等功效。
关键词:负离子功能整理剂、整理织物、检测评定、应用效果
空气中既存在带正电的微粒子与也存在带负电的微粒子，把这些粒子总称为空气离子。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；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。
随着工业化发展速度的不断加快，生态环境的污染越来越严重，空气中负氧离子数越来越少，使不少人患上城市综合症,科学家将一种具有负氧离子功能的天然材料应用在纺织品上,改善工作和生活环境的空气质量。这就是逐渐被人们熟知的负离子功能性整理产品。
1. 负离子的形成和对人体的影响
自然界空气中存在的负离子来源于以下几个方面：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。其后前苏联、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。
表1是不同环境中的负离子含量及其对人产生的影响。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。
表1.
不同环境中的负离子含量及其对人产生的影响
|
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 |
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 |
2. 纺织品用负离子整理剂
2.1 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空气及空气中的水分子，将水分子电离成H+和OH¯离子，H+会形成水合氢离子H3O+或形成H2，OH¯会形成水合羟基离子H3O2¯，H3O2¯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。经电气石粉体材料附着整理的纺织品必须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，所以采用电气石产生负离子的纺织品应是易于产生摩擦的衣物、床单等。
2.2 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地激发产生负离子，加之稀土天然矿石具有产生微量放射线的能力，所产生的放射线与空气中的氧气、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，从而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范围内。
GB6566-2001室内装饰材料放射性核素A类产品限量指标
天然放射性核素镭226Ra、钍232Th、钾40K的放射性比活度同时满足IRa≤1.0和Ir≤1.3
IRa——内照射指数
Ir——外照射指数
将加入稀土元素的负离子整理剂送核工业北京地质研究院分析测试研究中心测试，(报告编号:核地分[2006]第2006-73号)结果如下:
1号样品IRa=0.09
Ir=0.49
2号样品IRa=0.11
Ir=0.63
上述负离子产品原料中IRa、 Ir实测指标值远远小于国家规定的A类产品限量指标。
3. 负离子整理织物的加工
目前负离子纺织品的生产方法有3种，具体如下：
a. 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。显然该方法不适用于天然纤维。
b. 将负离子粉体材料做成负离子浆，然后使用黏合剂将其黏附到织物上。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、锦纶以及羊毛等织物上。
c. 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整理剂与织物结合，可使被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。此法在负离子织物的开发应用中更有竞争力。
3.1 负离子功能整理织物的生产工艺参数
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
|
负离子整理剂 |
A |
B |
C |
|
纳米级负离子整理剂/(g·L-1) |
120 |
40～60 |
50 |
|
架桥剂/(g·L-1) |
／ |
20～30 |
20 |
|
亲水柔软剂/(g·L-1) |
／ |
10 |
10 |
|
配套粘合剂/(g·L-1) |
10-20 |
／ |
／ |
|
浸轧轧余率% |
80 |
80 |
80 |
|
定形条件 |
|
|
|
|
负离子整理剂颜色 |
灰白色液体 |
无色透明液体 |
近白色液体 |
3.2 生产条件及注意事项
4. 负离子整理效果检测
4.1 测试结果
经负离子整理剂整理后，3种织物的负离子产生曲线见图1、图2、图3、织物的质量检测对照数据见表3。
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|
|
|
图1.A整理织物的负离子产生曲线 |
图2.B整理织物的负离子产生曲线 |
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|
图3.C整理织物的负离子产生曲线 |
表3. 不同品牌负离子整理剂整理效果对比
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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- 1000 |
5000 |
5800 |
／ |
|
室内720 |
室内490 |
／ |
||
|
日本 |
FIC- 2000 |
50 |
68 |
1490 |
|
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)
4.2 结果分析
从图1-图3可以看出，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。另外由表2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。
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，应以同一品牌、同一型号仪器所测试的森林浴中的负离子量为参考基准。
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见表4。
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 |
100000～500000 |
|
中国 |
10000～20000 |
|
日本 |
1000～1500 |
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。应当尽快出台统一的测试方法和负离子整理产品的行业标准。
5. 负离子整理织物的其他功效
负离子整理剂的主要成分为多种无机材料所组成的三方晶系硅酸盐或无机多孔物质。B产品的负离子粉体中的各种无机成份及其含量见表5，此结果由中国矿业研究院的测试。
表5. 负离子整理剂中各种无机成分的含量
|
成分 |
波峰的强度 |
大约累计出现 |
含量％ |
重量偏差范围％ |
原子比％ |
|
O |
2.45 |
0.682
3 |
37.52 |
1.90 |
52.11 |
|
Na |
0.30 |
1.009
8 |
3.15 |
0.47 |
3.04 |
|
Mg |
0.03 |
0.860
5 |
0.38 |
0.29 |
0.34 |
|
|
1.35 |
0.948
5 |
14.87 |
0.74 |
12.25 |
|
Si |
2.68 |
0.837
5 |
33.37 |
1.24 |
26.40 |
|
Ca |
0.92 |
0.953
7 |
10.08 |
0.64 |
5.59 |
|
Ti |
0.02 |
0.792
8 |
0.29 |
0.33 |
0.14 |
|
Fe |
0.03 |
0.827
0 |
0.34 |
0.52 |
0.14 |
根据日本相关资料介绍,在经负离子材料装修的室内测定,48 h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的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O2￣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。
本文仅就负离子织物的抗花粉、远红外蓄热和抗静电效果的检测结果作相应讨论。
5.1 效果测试
测试结果如表6所示。
表6. 负离子整理织物防止花粉的附着率
|
织 物 |
花粉附着数/(个) |
防止附着率/ (%) |
|
负离子整理B织物 |
177 |
73.0 |
|
未整理织物 |
655 |
/ |
注:测试织物面积为7×
测试结果如表7所示。
表7. 负离子整理织物远红外蓄热效果对照
|
照射时间(min) |
0 |
2 |
2.5 |
3 |
4 |
6 |
8 |
10 |
|
环境温度(℃) |
21.1 |
20.8 |
20.9 |
20.9 |
21.0 |
20.3 |
20.1 |
20.3 |
|
负离子织物表面温度(℃) |
19.7 |
19.4 |
33.8 |
43.2 |
52.0 |
57.3 |
59.0 |
59.8 |
|
未整理织物表面温度(℃) |
19.6 |
19.2 |
30.9 |
38.6 |
45.9 |
50.5 |
53.2 |
55.3 |
经中科院上海技术物理研究所、国家红外及工业电热产品质量监督检验中心检测,抗紫外线UPF值为50+，远红外辐射法向全发射率达0.86-0.87。
测试结果如表8所示。
表8. 负离子整理织物摩擦带电压测定
|
织 物 |
摩擦带电压(V) |
|
|
未整理织物 |
整理织物B |
|
|
实测值 |
2800 |
700 |
5.2 结果分析
根据标6-表8测试结果，负离子功能整理织物具有以下特性:
a. 制成沙发、窗帘、床上用品等室内装饰纺织品
能够起到净化空气、消除臭味、抗菌、改善呼吸功能、减轻身体疲劳、放松心情和增强人体舒适度的作用。
b. 制成医用纺织品：
由于负离子功能织物具有消炎、杀菌、除臭、净化空气、远红外蓄热等功能，可应用于医用纱布，医生的工作服以及病员床上用品，其防花粉之功效将阻断花粉过敏源,对一些有花粉哮喘史的病人有一定的辅助治疗效果。
6. 负离子整理剂安全性检测
尽管负离子功能整理剂主要原料为无机类纳米级粉体材料，对人体不会产生毒副作用。但为了保经负离子功能整理后纺织品的安全性和卫生性能，仍必须由法定机构对整理剂产品进行以下指标检测:雌雄试验用白鼠急性经口毒性为LD502000mg/kg以上；微生物复原突变试验为阴性；皮肤刺激性试验无异常；皮肤过敏性试验为阴性；放射性浓度在国家规定的安全指标以内。
如果负离子功能整理剂生产企业应提供法定机构对产品进行的上述安全性检测数据后,方可将其应用于织物的整理加工。
7. 结束语
把负离子功能性纺织品应用日常生活,可以使我们“回归自然”。由于其具有在自然条件下释放生成负离子，改善织物周围的空气质量，抗菌防臭，防止花粉及灰尘微沉降、远红外蓄热、抗紫外线、抗静电等优良性能。使其在服用、装饰及其它领域有着广阔的市场，也迎合了当今人们追求“健康、环保”的生活理念。
国外在对织物进行功能化整理方面已经走在了前面，积累了不少宝贵的经验。国内在此方面的开发应用目前还仅仅是开始，充分利用我国矿产资源丰富、市场广阔的有利条件，积极开发具有高附加值的新型负离子保健纺织产品，具有重要的现实意义。负离子整理不仅会给企业带来商机和经济效益，还可大大提高我国纺织企业在国际市场的竞争力。
目前，我国检测行业存在检测标准不一、检测仪器型号不一、精确度很难令人信服的问题，这些都有碍于产品的健康发展及和国际接轨。所以有必要建立一从负离子原料到整理产品的一套完整的权威的检测体系和行业标准,从而为功能性整理产品的规范化、可持续性发展而提供有力的保障。
参考文献:
[1] 杨栋梁，王焕祥.负离子技术在纺织品中的应用近况[J].印染,2004,20:46～49 2004,21:43～47
[2] 吕世静. 无机复合粉体和纳米溶胶技术在纺织品上的应用，第18届(2005年)全国针织染整学术研讨会大会发言资料
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