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负离子技术在纺织品上应用的近况
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2022/4/21
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杨栋梁 (全国染整新技术应用推广协作网)

王焕祥 (上海第二印染厂)

原载:六届论文集;330-344(lq067)

 

一、前言[1][2]

    随着科学技术的进步,人们的生活节奏加快,而现代人们物质文明生活的提高,在总体上说来,还是以牺牲环境或破坏生态为代价的。据美国统计的资料表明:在二十世纪初期,大气中正离子与负离子的比例为 1:1.2,而现在的比例是 1.2:1。说明人类赖以生存繁衍的重要条件之一——    空气质量下降,将导致人体和体内调节平衡的恢复功能随之衰弱,促使大量人群的身体处于亚健康状态。特别是大城市,人口稠密,工矿企业多,排放大量的三废,原来空气中负离子的数量就比农村或田野的空气少了很多。一般城市的房屋建筑密度高,高楼耸立,工作和居住的房屋密封性好,又装空调机等家用电气,致使室内空气中的负离子浓度,只有室外的1/2-1/3左右。为此近年来作为空气新鲜程度指标——    负离子浓度越来越受到世界各国人民的关注。

    最早证实负离子对人体有益的是德国物理学家菲利浦·莱纳德博士 (研究阴极射线而获得过诺贝尔物理学奖),他认为:在地球的自然环境中,对人类健康有益的负离子最多的地方是瀑布的附近,瀑布飞溅的水雾汽具有负离子效应,是届时划时代的学说。基于他这项功绩,人们将在瀑布周围由于吸入大量负离子而心情舒畅的状态称谓"莱纳德效应"。这是负离子有很强的吸附性,容易附着在瀑布的细微小水滴上,在瀑布四周大量存在的雾点为负离子存在提供了条件,所以瀑布四周的树木生长得特别茂盛,空气非常新鲜,人在那里也觉得心旷神怡,完全没有了在城市的那种压抑感。

二、空气负离子的由来[3][4][5]

     空气主要由氧气和氮气组成,当足够的能量作用于气体分子,并逐出一个电子时,便形成空气离子。这种能量,绝大多数来自地球外壳上的放射性物质,以及一些来自瀑布的剪切力(雷纳德效应,Lenard Effect),或者当大量的空气在大陆块表面迅速移动,所产生的摩擦力(例如焚风),或受到宇宙射线及闪电等的作用。击落的电子,自动依附到临近的分子上变成空气负离子,原来的分子就变成空气正离子。而分子的碰撞会转移电荷,离子化潜能最低的分子成为带正电荷的,而电子则被最稳定的分子所吸引。空气中离子可分为大、小两种离子,一般称直径为lmm(l03µm)的离子为小离子。空气中呈正电荷的小离子中,最主要的是水合氢离子 (Hydronium ion) H3O+·(H2O)n,距地面1O Km处n=6的离子最多。虽然负电荷的生成机理和实践尚不够完备,但以02··(H2O)n为最重要。一般认为空气中离子化的形式有下列几种,如表l所示。

1   空气离子电子式

正离子

负离子

H+(H2O)n

H3O2·(H2O)n

(H30)+(H2O)n

OH·(H2O)n

0+(H2O)n

02·(H2O)n

    由表1可知,空气负离子主要是:负羟离子(H302·),负氢氧离子(OH·)和负氧离子(02·)。可以看出,不论是那种空气负离子都离不开水分子的。另外,空气中还存在着许多直径为0.01µm-1Oµm的浮游尘埃 (微粒),与小离子碰撞、吸附而形成电荷的大离子。故大离子的生成过程,组成与由气体分子直接形成小离子是完全不同的。

    正离子和负离子生成初期的离子数是相同的,正离子在大气上层移动,负离子在地球表面上的数量比正离子约多 10-20%,这是一些自然现象产生负离子的关系,如雷电、飓风、海浪的撞击和瀑布等。据推测称:负离子可清净大气污染地域约 1/5(1×1O8个/M3),然而,由于日益增加的现代化交通工具、工厂的废气和废弃物大量排放,以及室内的家用电气 (如空调机、微波炉等)增多,使正、负离子的原有平衡被破坏,生态环境也遭受严重损伤,出现了空气中正离子数量多于负离子的局面。随着空气中正离子的增长,全球性氧化程度的发展,人类生活越来越疲惫了,特别是活性氧已成为生活中许多疾病起因。改善空气中的离子平衡就是增进人们的生活舒适性,增加恢复身体健康的能力。

     因此。可以设想不同环境中,其负离子含量是有差别的,兹举一例如表2所示

2   不同环境中负离子含量 (资料来源台湾科大叶正涛)

场所

负离子数量(个仰叼)

森林、瀑布区

疗养地区

 

 

旷野、郊区

城市公园

街道绿化地带

城市办公室

城市房间

工业净化区

10000-20000

5000-10000

1000-5000

400-1000

100*-1000

400-600

200-400

100*

40-50

0

  注:*100此数可能有误按作者估计不会小于400才合理

     除上述在自然条件下产生的空气负离子外,人们制造负离子一般有下列几种方法:

    1)喷水法:利用雷纳德效应,用高压空气或高压水,将水分裂成喷雾状小水滴,使其撞击金属盘或玻璃圆柱等坚硬表面,便水滴连续碎裂,形成正、负离子,从而使周围空气离

子的浓度增高。

    2)电晕放电法:利用电晕法,由电极放电,使空气电离,正离子被发生器中的阴极板吸收中和,负离子随气流吹出。

    3)放射源法:利用极微辐射剂量的放射性物质的放射性,使空气离子化。

    4)天然非金属矿石法:如电气石(托玛琳),硅藻土及其它一些天然矿石,它们在特定条件下,例如在温度、压力等发生变化,在潮湿的环境里,或者受到低水平辐射能的激发,

它们就会自动释放出负离子。

    在上述诸方法中,适合于纺织上应用的仅(3)和(4)两种。

三、负离子对人体健康的影响[6,7,8,9]

    通过多年来不断的研究与探索,确认我们所呼吸空气中的离子,会影响情绪,精力及健康。

  1、负离子对情绪的影响

    1932年,美国无线电公司的C.W.Hansell博士(国际离子化方面的权威),偶然发现,在离子发生器旁工作的一位科学家伙伴的情绪会令人吃惊地波动不定;有些天,他工作很当心,并且情绪很好,而另外一些日子,他却变得粗鲁,脾气暴燥,情绪沮丧。Hansell博士研究后发现,当生产负离子时,他的情绪很好,生产正离子时就变得乖僻。几个月后,欧洲离子化研究报吉,证实了这段奇异的经历。

  2、负离子对疾病的辅助治疗效果

   (1)对呼吸道疾病的影响

    1960年,美国A.P.Wehner医生对100名各种呼吸道疾病的患者 (包括:支气管哮喘、肺气肿、喉炎、支气管炎、干咳、上呼吸道感染、鼻炎、以及花粉热敏感症等),用负离子

进行治疗,它的报告说;症状全部消失的占30.3%,明显改善的占42.3%,有好转的占20%,没有好转的占7.4%。

    1966年,在耶鲁撒冷的一家医院里,用38名2-12个月的患有同样呼吸道疾病的婴儿分成二组(每组 19名),一组只用负离子电子空气清洁器处理,另一组按正常药物治疗 (包括麻醉药和抗生素等),第一组哮喘和支气管炎全部治愈,比对照组快得多,并且较少反复发作。

   (2)有效的"疼痛杀手"

    在美国费城,Komblueh博士研究了脑电波的图像,发现负离子能使处于剧痛中的病人的脑电波平静下来。

    在东北医院,他将高密度的负离子发生器,放到一个突然送来的背部和腿部二度烧伤的工人鼻子和嘴巴前,几分钟后,疼痛己全消失。病人在急救室只呆了半小时,以后每24小时重复处理三次,有85%的,清况下,不需要用止痛的麻醉药。东北医院的Robert Mc.Gowan博士说"负离于便烧伤创面较快干燥和治愈,并且很少疤痕;它能减少了植皮的需要,使病员较为乐观,睡眠良好"。

    在以后的八个月内,东北医院的外科主任医师Komblueh博士,J.R.Minchart博士等,在试用负离子减轻手术后深度疼痛的试验中,他们将 138名手术后第一、二天的病员进行负离子处理。后来Komblueh博士,在伦敦生物气象学会的大会上宣布试验的结果,负离子使79例占总数57%的病员消除或彻底减轻疼痛。

    Minchart博士说:"开始我想这是巫术,现在我深信这是真实的,并且是革命性的创举。"

    (3) 阻止癌症的发生

     香烟含有40种以上致癌的物质,也可以在体内形成自由基,Krueger博士和Smith博士,在对癌症的研究中发现,香烟的烟雾能使气管内壁的纤毛拍打迟缓——我们的气管和支气管内都有纤毛。纤毛在正常情况下,像鞭子似的前后运动,每分钟拍打900次和粘液一起,使呼吸进去的空气,除去尘埃、花粉及其它有害物质,不让它们通过。纤毛运动越快,它的作用越大,但是香烟的烟雾能便纤毛的拍打速度降低至600次/分或更低,粘液的流动也相应降低了,致使病毒、致敏原,以及致癌物质等有可能进入呼吸道的深处及肺脏。试验证明:加高浓的负离子空气,可使纤毛的拍打速度恢复正常,井有可能增速至 1200次/分,提高防止有害物质进入体内的能力。

    研究者们确信,负离子还能刺激网状内皮系统,增强体内抵抗疾病的防卫细胞群体,提高免疫力。

   (4)清洁空气,消灭细菌和病毒

    美国农业部研究表明,室内空气离子化后,空气中的尘埃可以减少52%,细菌减少95%。

    在用负离子发生器处理一家孵卵所的空气时,灰尘去除率平均在 81.1-92.2%,并发现空气中沙门氏菌含量也明显减少;用于地下室,可以消除霉味。

    在瑞士一纺织厂,曾进行一次研究,在二间房间(60'×60')内,都安装了负离子发生器,每个房间内都有22名职工,一个房间的负离子发生器,在研究的全过程始终是打开的,而另一房间则一直是关闭的,虽然这个房间的职工工作时也常到负离子的房间去工作。在整个研究的六个月中,第一个房间的职工,请假的只有22天,而第二个房间的职工,请假的却有64天。在流感流行的一个月内,第一组请病假的只3天,而第二组请病假的却有40天。

  3、改善睡眠质量,防止偏头痛

     法国研究人员发现,血液中的复合胺 (s医rotonin)一一神经激素,生产过剩,会引起失眠和梦魔,以及发生偏头痛。

     由于负离子能有效的防止血液中的复合胺生产过剩,所以采用负离子空气清洁器进行处理后,可以明显改善睡眠质量,及防止偏头痛的发生。

  4、使氧自由基无毒化

     机体内有适量的自由基,对人体有益无害,因为自由基能参予正常的新陈代谢和贮能作用、防御解毒作用、转化排废作用、抗癌作用等等。如稍有过量,机体可以通过调节机制,对自由基进行减活或排出体外。但若由于电离辐射,感染,吸烟,酗酒等影响,造成体内自由基过度增加,超过了机体的清除限度,则对人体危害不浅,如会破坏蛋白质,损害核酸,破坏细胞膜,加速动脉硬化,降低免疫功能,促使衰老及致癌。

    由于氧自由基是一种极不稳定的物质,所含电子要比正常状态少,而负离子的外围电子比正常状态多,负离子多出来的电子刚好可以供给缺少电子的氧自由基进行中和,使氧自由基无毒化,避免危害人体健康。

    通过科学家和医生们的反复实践与验证,至今已证实负离子对促进健康的直接效应有:

   (1)使细胞活化  负离子作用于细胞膜内外钠离子和钾离子的交换,将营养、氧气输送到细胞,排出二氧化碳和废物,使细胞活化。

   (2)净化血液  细胞活化促使新陈代谢活跃,使血液净化,负离子还有直接抑制血清胆固醇的作用,使血脂降低,降低动脉硬化的发病率。

   (3)恢复疲劳  机体疲劳是因为"疲劳元素"        乳酸和焦性葡萄糖在体内积聚形成,负离子能使体液呈弱碱性,新陈代谢活跃,使积聚的"疲劳元素"充分燃烧,体力迅速恢复。

   4)植物神经系统稳定,负离子可以影响植物神经系统的应激功能,调整交感神经和副交感神经,使兴奋和抑制调正到最佳平衡状态,达到防病治病目的。

5、增强抵抗力

1)负离子能使植物神经系统功能稳定,稳定情绪,心情愉快,能提高免疫力,战胜疾病创造良好条件。

2)负离子能活跃网状内皮系统功能便血液中丙种球蛋白含量增高,从而提高抗病能力。

3)负离子能改善白细胞的数量和质量,增强白细胞吞噬细菌的功能。

6、负离子对肿瘤细胞有抑制作用,Alberf keurger报道:呼吸含有4000/cm3负离子的空气,能增加机体的抵抗力。吸入负离子小鼠身上的肿瘤与未吸入负离子的小鼠的肿瘤生长明显受抑制。  

7、负离子能提高机体对放射性物质以及电磁辐射的抵抗力(机理目前不清楚)

8、镇痛作用。

9、改善过敏体质。

10、负离子与长寿  一方面因为5-羟色胺能加速人体衰老,由于吸入空气负离子后,能降低中枢神经系统内5-羟色胺的含量,因而有抗衰老的作用。另一方面,因为自由基能便蛋白质、核酸,脑磷脂等大分子交联成脂褐质(是使人衰老的元凶),而负离子能使自由基无毒化,所以有延缓衰老的作用,故有人称负离子为大气中的"长寿素"

四、负离子技术在纺织品上的应用

(一)    负离子商品的开发情况[10]

 进入二十一世纪以来,世界经济仍处于低迷状态,日本的经济情况也不佳,可是在日本市场上标有负离子的商品却一枝

独秀。首先登场的是家用电器,如夏普(Sharp)、东芝、松下电工、松下电气产业、三洋电机和日立制作等一些著名公司纷纷推出了负离子空调机、冰箱、和空气清净机等新产品。一股负离子热浪很快在日用品,纺织品、文体用品等方面得到了响应;甚至连超市也参与了负离子商品的开发,其声势远远超过十多年前的远红外线商品开发的情况。据称:参与开发负离子产品的企业已超过1000家,市场规模突破1000亿日元。

从电子图书馆检索以负离子为关键词的专利申请数量来看;自1993年以来共有698件, 其中属专利的为567件,实用

技术为131;如以具体内容分析,与纺织品关系较密切的寝装、寝具类33件,纤维类32件。同样,以远红外线为关键词的专利申请有3843件,其中属专利的为2974件,实用技术869件。可是,在远红外线的3843件中有143件是以负离子为申请内容的。由此可见,负离子技术与其它技术复合已成为开发新一代商品的途径了。日本染织经济新闻社纺织印染信息网,在"负离子整理呈酣战状态"标题中,在日本负离子整理已从助剂开发,试生产走向与多功能整理的发展阶段。例如:Sakai Nagoya生产的具有负离子效果,耐久吸水性和抗紫外线的产品,MioUVQⅡ已投放市场。锺纺 (Kanebo) 公司在开发负离子纤维的基础上,又添加了药草(herb)萃取液生产新的"Ione"纤维。   

为了规范负离子商品的市场,日本已成立了日本负离子应用学会 (由东京大学医学部山野井升博士任会长)和日本机能

性离子协会 (由东京理科大学中江茂教授任会长)为促进新产业的健康发展,同时将着手建立标准的测试方法,试测仪器的评估等工作。

(二)    负离子技术在纺织品上的应用负离子技术应用于纺织品,主要有二种形式:一种是制成负离子纤维,另一种是制成负

离子功能整理剂,施加到纺织品上,兹将两种形式简述于后: 

  1、负离子纤维

    如前述锺纺公司开发的"Ionsafe"纤维,是将一种含有天然的能释放负离子矿石细粉加入腈纶纺丝液制成的。由于矿石细粉均匀分散在纺丝液中,制成纤维后矿石细粉分布也均匀,经纺织染整加工以及翻复洗后,仍能保持释放负离子功能。据称"Ionsafe"主要与棉混纺,作春夏服饰等。该公司另一产品为"Ion Masonic A"是一种释放负离子和能发射远红外线的纤维,用于秋冬服饰。

    国内,上海正宇高科技有限公司,在引入国外技术,将托玛琳粉碎成超细粉后,植入短纤维中,便原来的纤维能产生出与人体相匹配的红外线和大量的负离子,据称此种纤维的红外发射率在0.70以上,负离子发生量在2000个/cm3以上。

    其它如上海月季化学纤维有限公司、吉林化纤、齐鲁化纤、新乡白鹭化纤集团技术中心开发了负离子粘胶纤维,中国石化集团中原勘探局舒普凡化纤开发了一系列功能性细旦丙纶低弹丝,其中也有负离子纤维。

  2、负离子功能整理剂,

    将能释放负离子的天然矿石或低辐照剂量的放射性矿石,经设法粉碎成超细微粉,一般要求50%微粒粒径在1µm以下,最大颗粒粒径不超过5μm,便可用以制备负离子功能整理剂的基础原料,然后配成一定浓度的整理剂。

  (1)会释放负离子的天然矿石,常用的又有两种;

   1) 一种是古代海底矿物,即硅藻土是白色水成岩,轻质、多孔、是硅藻属的壳埋没堆积在地层,经地壳变动隆起于地表的矿物,其主要化学成份是含有硅、铝和铁等氧化物,据称其孔径约为500Å,此表面积约达37.8M2/g,其形成可追溯至1800万年以前。硅藻土的优异的吸附性和良好的化学惰性,在过滤材料,保温材料,催化剂载体和功能填料等方面获得广泛应用。而硅藻土能释放负离子特性在纺织品和养生保健用品万面,可以说正在探索开发中。

   2) 另一种是电气石,又名托玛琳(Tourmaline),是由于它带电而称谓电气石的。关于电气石的种类,化学结构等本文从略,有兴趣者可查阅有关文献[11,12,13],仅将其与释放负离子有关的电学性能简单叙述于后。

电气石可视作是极性结晶体,即使不放入电场中,矿石木身也有电分极现象;即自然地在一端产生"正极",另一端生成"负极"。而且,这种正极和负极常常处于不稳定状态,使产生电位差,电子不断从负极流向正极,这种电子的流动就是电气石带静电由来。产生上述现象的原因? 这是宇宙空间中不断地有带电"基本粒子"撒向地球,其中有正电荷的和带负电荷的(即电子),而带正电荷的粒子通不过大气层,只有被称谓"太阳风"的带负电荷的通过大气层而散落到地球表面。这些带负电荷的粒子 (实为电子)被电气石的"正极"吸收,并接连不断地将电子传送到"负极"。于是就有一个电子从负极上跳出,沿电力线飞向正极,形成电场,如图 1 所示。于是,只要有太阳,宇宙空间便有负离子(e)不断地被电气石的正极吸收,形成的电场运行不息,静电现象就常驻不断。然而,这种电流极为微弱只有0.06mA (毫安),却和人体的生物电流却是惊人的相似。

 

由此,电气石产生负离子功能和保健作用可归纳成与如下原因有关:

    1)形状,一般为性状结晶,从侧面能看到与纵向平行的条线,也就是出现在结晶面上的线纹,截面呈六角形,只是大多数三面很大,近似于三角形,柱状结晶的两个端面为三面120°,上下相差180°,铁电气石特别易形成大的结晶体。

    2)压电效应,当施加压力于电气石,晶体表面会带电。

    3)热电效应,当温度发生变化时,晶体表面会带电。

    4)电气石在常温下,能发射波长4-14微米发射率在0.92以上的远红外线。

    5)电气石能自动地永久地释放负离子。

    6)电气石是带电的石头,它能带的电具有下列特性

       1、直流静电型;

       2、电级微弱电流 (0.06mA),与人体生物电流(0.06mA)相匹配;

       3、永久地连续地产生负静电;

       4、使水瞬间负离子化;

    7)含有人体必需的微量元素;铁、锰、硅、氟及矿物质;钠、镁、锂、铝、硼。

 (2)低辐照剂量的放射性矿石微粉[14]

    传统观念认为:人体受放射线辐照对健康都是有害的,因为即使放射线辐照剂量非常小,由于它直接作用于人体的分子和原子,对人体的影响仍旧非常大。例如:人体更本感觉不出使体温上升的0.002的放射线辐照,也许能置人于死地的,可见其杀伤多么强大。可是,二十世纪80年代初美国密斯里大学T.D.Lucky教授提出了放射线的Holmisis 效应。即处于放射线的低辐照剂量的环境下对生物体的健康是有益的。

    T.D.Lucky教授通过1200种动、植物,经低辐照剂量的放射线辐照试验后,证实:低辐照剂量放射线能活化机体。他选用了含有促进、刺激意义的一个意大利词Holmisis来命名这种效果。其实,在Lucky教授提出新观点之前,人们早就开始实践了,日本有许多含氡、镭的低辐照剂量放射线温泉,从古代以来,日本人早就习惯利用那些温泉的低剂量放射线的刺激促进效应,进行浴疗。当然,温泉的作用可能不仅是"刺激、促进"能概括的。尽管低辐照剂量仍是全球性的一个研究主题,其对健康有益方面可概括如下:

    治疗疾病;

    增强免疫系统;

    激活细胞;

促进新陈代谢;

抗衰老;

    增强健康;

    促进血液循环;

    较好的康复作用;

    复苏作用 (Revitalization)。

    在人类赖以生存的地球上,不论吃饭、喝水、呼吸的空气,以及给予人们光明的阳光,无一能摆脱辐射能的痕迹。在自然环境中,人体每年经受的自然辐照剂量,根据 1989年原子能局科学技术机构发布的资料为:

    宇宙辐射    0.35mSv/y

    地面辐射    0.4OmSv/y

    粮食辐射    0.35mSv/y

    注:Sv是Sieven的缩写,是测定电离辐射的生物效应有效剂量单位。一般以mSv/y表示,自然界中的剂量大约为2mSv/y,(lmsv=l0-3Sv),与旧单位换算1SV=100Rem(雷姆,人体伦琴当量)。其总辐射剂量为 1.1OmSv/y。所以,经低辐射剂量放射线负离子整理的产品,也必须在lmSv/y以下才是安全的。

    其次,对低辐射剂量放射线负离子整理剂的辐射强度也要控制,毋需告示有任何危险性的标准370Bq/g以下。Bq是Becquerel缩写,表示某一材料实际的放射能强度,与人类从它接受到的剂量不同,以每秒裂介 (distintegration)核子数表示:1Bq=1 distintegration/sec。与旧单位换算lBq=27picocuries(l0-12居里),l居里为l克22688Ra最初放射性,等于3.7×1O10distintegration/sec。

    低辐射剂量的放射线矿石,大都是含钍 (22390Th)或镭 (22688Ra)的放射性矿石。由这类放射性矿石经粉碎制成超微细粉末制成整理剂,注意控制其安全性是很高的。这可以从澳大利亚辐射防护及安全委员会与铀情报中心出版的"核电学"(2003,第七版)所载的辐射剂量作为证佐,如表3所示

3   人体最大辐射年剂量

2mSV/year

3mSV/year

2.9mSV/year

5.OmSV/year

1.5mSV/year

lOmSV/year

2OmSV/year

5OmSV/year

350mSV

l0O0mSV

10000mSV

澳大利亚公布的环境辐照剂量

北美公布的环境辐照剂量

美国核子工业雇员平均职业剂量

澳大利亚铀矿雇员平均职业剂量

全体机组人员平均增加剂量

澳大利亚铀矿最大实际剂量

核子工业雇员现行极限(5年平均)

核子工业及铀矿雇员过去的极限剂量,现在是一年的最大剂量

苏联切尔诺贝利事故后,重新规定的,人的一生终极剂量

短期剂量:可能导致(临时性的)辐射病

短期剂量:几天或几星期内死亡

  

五、负离子纺织品及其功能性整理剂的开发

    法国皮埃罗·查理兄弟于 1880年首先发现电气石对人体健康和生态环境有极为良好的作用,直到 100年后的 1986年前后,日本东京大学的中村辉太郎和久保哲治郎经一年多的研究,将其加工成超微晶粒 (0.1µm),掺入化纤纺丝液,制成具有释放负离子功能的纤维,才揭开负离子技术在纺织品上应用序幕。于是,一向认为毫无利用价值的非宝石级电气石,首先在日本开发用于对生态环境和人类健康大有裨益的功能性产品[14]。

    释放负离子的商品迅速由日本扩散到亚洲各地,并赢得了强烈的响应。这与 1995年开始,日本科学家对电气石进行全面的物理、化学基础研究成果是息息相关的。确认电气石具有"三方面的特性"、"九种功能"、"四十种效果",大量试验数据证明它是改善环境,促进人体健康的一种新材料。

    (一)负离子纺织品

    在日本市场上,不断推出释放负离子纺织品的新产品,主要作为高档服装面料、衬衣、内衣等;以及室内用品,如床上用品、窗帘、沙发布等;也有用于汽车内装饰织物和护膝、护肩等保健用品。

    日本Komatsu Seiren公司利用特定天然矿物质固着在纺织品上的技术,生产的商品名为 "Verbano"织物,能使穿着人心情舒畅,身体放松[2]。它有两类产品:一是"DIMA"超薄涂层的"Verbano S"织物;二是与"Mawus"亲水接枝聚合聚酯结合的"Verbano R"织物。

    日本东丽工业公司开发了一种舒适整理技术"Aquaheal",该整理技术系采用海底深处古代沉积物为原料,施加纺织品上,在服用过程中由于摩擦和振动等物理激发能产生负离子,据称40多次洗涤后,仍具有释放负离子功能(1500个/cm3)[2]。

     日清纺公司开发的负离子纺织品"Ionage"[15]是利用含钍或镭的放射性元素的矿石微细粉末。用特殊技术施加在纤维上,其放射线剂量为约达157µsv/年。即一般织物的放射线剂量为0.003µsv/hr/m2(不包括土地表面的天然放射剂量,以下同),一件衣服也仅0.014µsv/hr而已。该微细矿石粉末的的毒性,经口服的LD50为20OOµg/kg以上,变异性呈阴性,对皮肤也没有异常刺激性。

    据称:Ionage有放射性的Holmisis效应,使空气离子化以及对生物体内水分子团(或称缔合物)进行切割作用,促使其活化,使血液流动畅顺和有松弛效果。虽然,对人体的良好作用还有待今后的研究成果予以证实,但日清纺认为其效果是可以期待的。

    使用lonage纺织品,室内空气的离子化比较如表4所示。

4  由lonage导致空气的离子化程度(个/CC)

 

2nm

2-7nm

7-2Onm

合计

备注

通常的空气

+

95

288

2539

2922

测定场所:

神户电波(株)会议室

测定仪器:

KS1-3500

测定织物:

100%棉布平纹床单

-

59

346

2323

2728

合计

l54

634

4862

5650

使用lonage

+

908

23

2942

3873

-

7l9

16l

3191

4071

合计

1627

184

6123

7944

    日本大和纺公司开发的负离子纺织品"lorina"[16,17]是含负离子和远红外放射功能陶瓷粉与树脂并混物,经浸轧烘干热处理加工的纺织品,据称其加工技术己申请专利。

    lorina产品的耐洗性如表5所示。

5  lorina产品耐洗性测定

100%棉布

用途

负离子数量(个/cm3)

空气

L0

L5

L10

L30

高密平纹114g/m2

面料

61

312

235

202

208

高密纺纹114g/m2

面料

61

450

341

296

/

细平布114g/m2

被单,衣料

61

365

260

258

207

平布187g/m2

产业用布

61

567

425

324

/

测定仪器:lon Tester KST-800神户电波制

洗涤方法:103法转笼烘干

Iorina粉末及其整理织物的安全性,经法定机关检测确认:

      对细菌变异试验为阴性

      经鼠急性口服LD50 20Oomg/kg以上

      对兔急性皮肤刺激/腐蚀性试验:无异常

      皮肤合法试验:准阴性

lorina产品的室内使用测定,室内可达到森林浴环境的负离子数量(150个/cm3)如表6所示。

    表6  Iorina在室内使用效果测定

室内条件

 

负离子数(个/cm3)

 备注

空室内

 

65

房间lOm2,西式房空间,        共23m3

测定仪器,Ion Tester KST-800

   (神户电波(株)制)

负离子直径,2nm以下

窗帘

18Ocm×l8Ocm

5分钟后

l35

10分钟后

l58

窗帘+桌布

(桌布13Ocm×l7Ocm)

 5分钟后

185

10分钟后

205

窗帘+桌布+棉被

(单人用、垫被)

 5分钟后

255

 10分钟后

295

进入二十世纪以来,我国为适应国内外纺织品市场需求,一些企业如新乡化纤、吉林化纤、齐鲁化纤、上海一化纤等,也开发了负离子纤维,为生产负离子纺织品创造了条件,今举一二例,如;

    泰达生态内衣[18]

HN-350负离子涤纶短纤制成,其性能经上海计量科学院测定,HN-350负离子涤纶短纤(负离子粉,添加量3%)的负离子发生量如表7所示。

7   负离子涤纶短纤织物的负离子释放量

 

NN-l

NN-3

   

负离子粉添加量%

1.0

3.0

环境:25℃,RH70%,大气压100.5Kpa

设备:大气离子浓度相对标准测量装置

负离子浓度个/秒/cm2

2180

3860

   由上海一化纤负离子粘胶制成产品的性能如表8所示[19]

     表8   负离子粘胶织物的性能

纺织品

负离子浓度*个/cm3

涤粘混纺比40/60

40S×40S,133×72染色衬衫面料  (司麦脱印染)

40S×40S ,133×72印花闽料     (司麦脱印染)

32S针织品                      (针研所)

6450

2410

4710

棉粘交织

40 S/2(棉)×30 S/2(粘)88×55床上用布(民光,涂料印花)

3200

涤粘混纺(40/60)

40S×40S,112×110提花布       (色织二厂)

40S×40S,110×90提花布        (色织二厂)

5440

4430

    "由中国化纤工业协会化纤产品检测中心测定[01,12,13],日本lC-1000型离子测定仪

    (二)负离子整理剂

    l、Nippon Kayaku Colors公司的负离子整理剂Kayacera[7]粉末或10%糊状物,是采自火山及温泉周圃的天然稀有矿石制成的(它们与采自Misasa及Tofiori温泉的矿石相似,据说当地的癌病死亡率低于全国平均值的50%),粉碎成极细的粉末,80%的颗粒小于1µm。其特点是:能放射出低水平的辐射能,它们和空气中的氧气、二氧化碳及水分子接触,能促使电离或阴离子化,能持续不断地发放负离子。

    负离子整理剂的使用方法

    工艺流程及条件:

    织物(纯棉)→浸轧(轧余率80%)→烘干(110℃/5)→焙烘(170℃/1)

    处方:  Kayacera(Paste)                 l0%

           Kayacryl Resin T-126(粘合剂)     5%

                                          X%

    Kayacryl T-126是该公司开发的棉用粘合剂,耐洗 l0次,手感良好,(粘合剂的种类对负离子的发生具有明显的影响,甚至会失去负电荷;用于聚酪、尼龙及羊毛时,负离子不易发生)。

    处理织物具有下列特征;

    ① 具有远红外加热性能 (波长7-2Oµm);

    ② 用天然稀有矿石(类似于那些采自温泉的)安全水平很高;

    ③ 辐射能量低于lmSv/年,低于安全标准;

    ④ 原材料的辐射强度调整到 330Bq/g,低于(毋需告示有任何危险性的)安全标准370Bq/g。

Kayacera处理后试样的测试结果:(负离子浓度个/cm3)

洗涤次数

不加粘合剂

Kayacry Resin T-126

 

洗涤前

10次

30次

50次

346

270

l38

120

360

330

180

l70

森林中空气的负离子浓

度为200-300个/cm3

    :负离子的测定万法:

    测量仪器:lon Tester KS-9OO Kobe Dampa Co.Ltd制造。

    Open test:试样剪成A4大小,粘贴于一厚纸板上,做成长29Omm,直径6Omm的纸管,空气通过纸管寻入测试仪器,离于浓度即可被测量,测定放入试样前后的离子浓度,其差值即为发生的负离子数量。

    上表所示,经处理的棉针织物释放的负离子数与森林中空气的质量是近似的,也就是说这种织物可以使你好像身处大森林里一样,呼吸着富含负离子的清新空气,可耐洗10次。

    2、Ohara Paragium Chemical公司有二种负离子整理剂[20,21,22]投放市场,如:l)Parafine Ml-Aa(非放射性类型,,2) Parafine Ml-AW(非放肘性类型,专用于内衣),3) Parafine Ml-R(低水平辐射性类型)。

    兹将Parafine Ml-A及Ml-R的性能及整理效果介绍如下;

      Parafine Ml-A系采用古代海底沉积矿石(采自日本以外的地区),磨成超细粉末后,添加--种特殊的无机物,起活化剂的作朋,使产生更多的负离子。据介绍,这种负离子整理剂,能同时赋予吸收/释放湿气的性能,作服装或床上用品时,能将身体排出的汗液及时吸收和气化排出,所以能提供舒适的感觉 (此产品己中请了二个专利),具有预期促迸放松的作用。

     Parafine MI-A的性能

         外观:        黄棕至灰黄色分散体

         主要成份:    天然陶瓷化合物(古代海底沉积物/化石)及分散剂

         溶解性:      易扩散于水

         离子性:      弱阴离子性

         吸收/释放湿气:     3O℃×90%RH,16%(100%棉)

         安全性:      通过皮肤过敏试验(Kawai法)

         Parafine Ml-A应用举例

     材料:  40支棉平布

            45支65/35涤/棉平布

     处方:

 

处方(1)

 处方(2)

Parafine Ml/A

3%

 

Parasol GH/M

3%

 

100%

94%

加工条件;

浸轧法,轧余率:  棉布  83%

                 涤棉  78%

烘干:11O℃×2'

焙烘:160℃×l'

Parafine MI-A整理试样负离子测试 (个/cm3)结果;

   

洗涤次数

处方(1)

处方(2)

涤棉平布

0

400-450

3000-3200

棉 平布

0

10

20

30

400-450

400-450

400-450

400-450

3000-3200

3000-3200

3000-3200

1000-1400

    试样经物理刺激后,用空气负离子计数器ITC-2OlA(Andes Electric)测定,证明加Parasol GH-M可耐洗20次。

    注; 1)负离子发生的数量以及试剂的相容性随织物和助剂而异,实际应用前应进行预试验。

    2)处理后对颜色改变虽然很小,也应预作试验。

    3)当地环境的负离子数    山区              约700(数/cm3

        喷泉(Shinjuku)     780

        通风好的商业区       380

        瀑布(10米以外)    4730

        森林                1800

      (摘自N.Yamansi写的"Mainasu lon no Kankogoko(Anionic healhtology")

  Parafine Ml-R负离子整理剂

    据称Parafine Ml-R,它是由天然的沉积物/化石以及添加低水平辐射剂量的放射性的矿石为原料制成的负离子整理剂,具有浴疗作用。剂量符合国家安全标准。

    该公司猜想Parafine Ml-R的负离子发生机理是:当汗液中的水份或空气分离的水份通过大然沉积物/化石的超细孔穴(小于几十纳米)时,而这些孔穴中存在低水平的放射性物质,促使产生大量的负离子(氢氧根离子)。

    功能化学发展局纺织部经理Ksaito解释说:非放射性的整理剂,当加上物理刺激后,将迸一步产生更多"可触知的数值"。因此我们想,添加辐射剂量符合国家安全标准的低水平

放射性天然矿石,可以促进负离子的发生,其作用有如催化剂,促使水分子的分裂。

    Parafine Ml-R的主要性能与用途

    1)它是用古代海洋沉积物/化石,经粉碎磨细至儿个微米的粉末,添加具有低水平辐射能的天然矿石作为促催化剂制成。其辐射剂量符合国际安全标准。并具有低剂量放射线的生物刺激,促进作用,产生类似与镭温泉或氡温泉的疗效。

    2)皮肤接触试验 (Rawai method),证明安全。

    3)最好应用于与潮湿相关的用途,诸如内衣、睡衣、衬衫、宽松上衣。紧身内衣以及短袜、室内装饰,如窗帘、地毯、床上用品,如棉被和床单等,特别是治疗领域的作用,更在预料之中。

3% Parafine Ml-R与3%Parafine GH-M整理棉布的负离子释放量(个/cm3)结果;

洗涤次数

负离子含量

激效负离子量

0

10

20

30

2800-3000

2800-3000

1500-T700

1000-1200

400-450

400-450

250-300

100-120

    3、SL系列负离子整理剂[23]

    北京洁尔爽高科技有限公司开发SL系列负离子整理剂,其中SL-970负离子远红外浆,是藉成膜物质,将具有释放负离子功能的超微粉附着在纤维,适用于所有纤维,缺点是影响织物的手感和透气性。SL-988负离子远红外整理剂,具有反应性基团,可与纤维上的羟基、胺基形成共价键,可获得透气、柔软耐耐久的效果,适用于天然纤维织物。兹将 SL-988负离子远红外整理剂性能与用法简介于后。

    性能:

    淡黄色粘稠液体,易溶于水,由SL-988A和SL988B组成:

    具有明显的受激产生负离子作用。如温度和湿度变化,向织物上施能量 (机械能——穿着肘时的摩擦、光能、静电场能等);

    适用于漂、色、花织物,其远红外发射率可达86%以上:

    能与纤维上活性氢形成共价键结合;

    有抑菌除臭作用;

    良好的保温功能;

    因具有负离子和远红外两种功能,激发生物细胞的活性,有较好的医疗保健作用。

    用法:

1.浸轧法;

    工艺流程;

    织物(经染色或印花)→浸轧(SL988A 30g/L)→烘干(80-110℃)→浸轧(SL-988B 30g/L)→烘干拉幅。

  2.浸渍法

    织物(同上)→浸渍(SL-988A浓度4%,浴比1:10,75-80。℃,30-40分钟)→放残液→浸渍(SL-988B 4%,浴比1:10,40℃,20-40分钟)→甩水、烘干、拉幅。

六、结语

    (一)负离子纺织品的标准问题,任何功能性产品,其功能性达什么水平才能合格是一个必须同答的问题。一般说,负离子数量达4000个/cm3以上,才能算健康的空间。有人提出,睡眠系统和服装类纺织品的负离子释放量以5000个/ cm3为宜,而对老人身体健康有利的以15000个/cm3以上为好。目前在空气中负离子浓度对人体健康的影响还没统一认识以前,是否以瀑布森林地带的(负离子浓度10000个/cm3)和疗养地区负离子浓度 (负离子浓度5000

/cm3)作为制订产品的参照值。

    此外,空气中负离于浓度是一个动态平衡值[8],因负离子的寿命仅几秒到几十秒钟,处于一种不断消失和不断产生的过程。

由于各家使用测量负离子仪器和测定方法不同,以致文献上发表的研究结果很难进行比较。例如根据《国际医学杂志》资料,日本永井童造报导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9所示[24]。

   表9  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/cm3)

欧美国家

10-50万

中国

1-2万

日本

0.1-0.15万

    表9数量说明欧美国家的统计是中国的10倍左右,是日本的100倍左右。上述数据不是充分说明了测试仪器和测试方法上的差异吗?

    为了负离子纺织品健康而稳定地开拓市场,当然祈求尽快建立一个可资比较其性能又能为业界接受的测试方法和最低负离子释放量要求。

    在负离子纺织品性能测试方法中,作者认为钟纺公司在开发此类产品时所用测试方法相对比较完备,兹摘要介绍于后 (日本空气清洁协会、空气负离子委员会"空气负离子浓度测定标准"1970)。

    测定室内释放的负离子数量:

    测定的技术要求:

    ①离子计数器:Sigma Tech SC-5ON(抽气速率:60L/min)

    ②试样: a)织物3Ocm2

            b)放在距传感器1Ocm处

            c)在静止状态下进行测定

③测定的条件:

    a)位于地面以上1米处

            b)温度:20士5。C

            c)湿度:60士10%

    ④ 负离子计数:A一B

    其中:A为试样测定时的负离子计数

          B为无试样时测定的负离子计数

    注:1)静止状态的重要性;如果试样震动、摩擦,撞击,将会严重影响测试结果的真实性。

        2)离子计数器

          a)传感器,type consisfing of concentric cylinders(Gerdien condenser)

          b)试样,管内空气速度  2m/sec

          c)最低可测定离子密度  l0ions/cm3

  (二)负离子纺织品的生物效应是世人最关注的,其中以自由基无毒化、体液呈弱碱性和改善空气质量三者为主要。其次是促进健康、辅助治疗和康复作用,可见负离子与人体健康有十分密切关系,可从《国际医学杂志》刊登关于"负离子含量与健康关系资料"作为例证,如表10所示。

10   负离子含量与健康关系

 

负离子含量(个/cm3)

与健康关系

森林、瀑布区

10-50万

具有自然痊愈力

高山、海洋

5-10万

杀菌,减少疾病传染

郊外、田野

0.5-1万

增加人体免疫能力及抗菌力

都市公园里

1-2千

维持健康基本需要

街道绿化区

100-200

诱发生理障碍边缘

都市住宅封闭区

 

40-50

 

诱发生理障碍,如头痛、"失眠、神经衰弱、倦怠、呼吸道疾病、过敏性疾病等

长时间在室内空调房间

0-25

引发"空调病"症状

    (三)生产释放负离子纺织品的技术方案有三;一是以硅藻土为代表的古代海底沉积矿石;二是以电气石的天然矿石;三是低辐射剂量的放射性矿石。可根据资源开发合适的负离

子纺织品或负离子功能整理剂。其中低辐射剂量的放射性矿石,除能自动释放负离子外,还具有低水平辐射放射线,对人体有利的刺激和促进(Holmisis)作用,但其辐射剂要低于ImSv/年,以及辐射强度低于370Bg/克才能确保绝对安全。而电气石和硅藻土中的添加激活剂可以提高其释放负离子功能。

参考文献

[1]陈芸,负离子纺织品的开发 印染2003,29(2):29/30

[2]技术专题 神奇负离子纤维让你将负离子穿上身,纺织信息周刊,2003,(27):15

[3]Albert.p.Ksuger,el.at.Air ions and Health

[4]傍岛光郎,健康、舒适的纤维与加工加工技术,2002,37(5):10/12

[5]林德顺等,负离干纺织品开发现况纺织速报,(127)41/44

[6]lons can do Strange thinge to you

  [7] Lqutsu (Nippon kayaku colors Co.),Anion finishing auxiliary kayacera powder and Paste"

  [8]邵海荣,《世界林业研究》2000,13(1):9

  [9]林忠宁,《生态科学》1999,18(2):87

  [10]姚鼎山,《环保与健康新材料》2001,中国纺织大学出版社

  [11]许天飞,负离子产业的最新动向和商品发展染化杂志 2003,220期,60/64

  [12]永井  造,"地球环境电气互トルマリンはンぅレて使ラ,2000年发行ぅトムス出版

  [13]永井  造,くトマリン健康法”,1999年全日本学士学会

  [14]文献10, P.3/5

  [15]日清纺运用放射线 Hdmisis效果的纤维素材Ionage 染化杂志,2000,194期,63/66

  [16]大和纺,保健(治疗)素材l0RINA,染化杂志,2000 总195期(12)61/63

[17]大和纺,负离于加工素材,染化杂志,2003,总229 (10)52/53

[18]杨瑞玲等,负离子涤纶短纤的研制,合成纤维 31(5):29/31

[19]上海纺织控股(集团)公司新产品开发中心,2001年负离子产品开发小结

[20]Oharo Paragium Chem.Co.Ltd Non-Radioactive Anion Finishing Agent"

[21]"Minerals Diatomite””Super Sorb

[22]中国非金属矿信息网,"我国硅藻土开发利用五十年述评"

[23]高成杰等,新型染整助剂手册,2002,中国纺织工业出版社,R280/288

[24]文献1O P.62/63

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