負(fù)離子功能材料研究進(jìn)展

孫 偉，于海媛，姚露賢，李 宏，劉 冰，李繼平，付曉霞，崔鐵花，魏松艷

(吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130033)

隨著工業(yè)化進(jìn)程加快，整個(gè)大氣環(huán)境都面臨污染，城鄉(xiāng)空氣正、負(fù)離子比例失衡，水體污染，人口密集區(qū)植被稀少，空氣質(zhì)量指數(shù)超標(biāo)。人類(lèi)居住環(huán)境壓力使一種能夠改善環(huán)境、保護(hù)人體健康的負(fù)離子功能材料成為目前研究重點(diǎn)。

1 空氣負(fù)離子

空氣負(fù)離子也叫負(fù)氧離子，是指獲得多余成對(duì)電子而帶負(fù)電荷的氧氣離子，由于大氣受紫外線(xiàn)、雷電、宇宙射線(xiàn)、放射物質(zhì)、土壤和空氣放射線(xiàn)等因素影響發(fā)生電離而產(chǎn)生，具有凈化空氣、抗氧化、防衰老、清除體內(nèi)自由基等功能，在醫(yī)學(xué)界享有“維他氧” “空氣維生素”等美稱(chēng)。

2 負(fù)離子釋放材料

隨著工業(yè)發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，空氣中負(fù)離子濃度(單位體積空氣中負(fù)離子數(shù)目，下同)越來(lái)越低，人體健康受到威脅，為改善空氣質(zhì)量，增加空氣負(fù)離子濃度，使用人工方法(空氣負(fù)離子發(fā)生器和負(fù)離子材料)提高負(fù)離子濃度成為人們研究熱點(diǎn)。

2.1負(fù)離子釋放材料分類(lèi)及主要成分

負(fù)離子釋放材料是產(chǎn)生負(fù)離子的有效途徑，它們的主要成分也各不相同，詳見(jiàn)表1。其中，電氣石無(wú)毒、無(wú)污染、資源豐富，并具凈化水質(zhì)、凈化空氣、殺菌等功能，因此，具有很大優(yōu)勢(shì)和研究前景。

表1 負(fù)離子釋放材料分類(lèi)及主要成分

2.2電氣石應(yīng)用現(xiàn)狀

在改善環(huán)境方面，采用負(fù)離子發(fā)生器提高負(fù)離子濃度需消耗能源來(lái)提供電壓，并且有些不合格產(chǎn)品在釋放負(fù)離子過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生臭氧。電氣石可以自發(fā)、持續(xù)地釋放負(fù)離子，并能輻射紅外線(xiàn)，殺菌抗菌。電氣石可通過(guò)物理或化學(xué)方法與其他材料復(fù)合，可制得多種功能材料，被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、電子、醫(yī)藥、化工、輕工、建材等領(lǐng)域。中國(guó)的電氣石功能礦物的產(chǎn)地達(dá)150多處，有80多處電氣石儲(chǔ)存量在數(shù)千萬(wàn)噸以上，所以電氣石功能復(fù)合材料的研發(fā)對(duì)電氣石功能礦物的高性能利用以及新型功能復(fù)合材料的制備均具有重要意義[1]。

3 負(fù)離子功能材料研究現(xiàn)狀

3.1國(guó)外研究概況

1989年，日本學(xué)者Kubo[2]在一次調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，某些河流的水質(zhì)明顯優(yōu)于其他河流。通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證得知，水質(zhì)優(yōu)良是因?yàn)樵摱魏恿魍ㄟ^(guò)一片電氣石礦區(qū)，后又通過(guò)大量試驗(yàn)，證實(shí)電氣石對(duì)凈化水質(zhì)具有一定作用。1998年，Kubo[3]通過(guò)電氣石電解水產(chǎn)生氫氣的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電氣石具有釋放負(fù)離子功能，這對(duì)改善環(huán)境質(zhì)量具有十分重要作用。由此，電氣石的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到科學(xué)家的關(guān)注。2001年，Geissler等[4]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電氣石表面存在微電場(chǎng)，以此證明電氣石釋放負(fù)離子的原理，為電氣石釋放負(fù)離子功能材料的開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)。2001年，Yoshio M[5]將電氣石粉作為添加劑，與纖維合成制得新型Advanced Performance纖維，研究發(fā)現(xiàn)，該種纖維具有輻射遠(yuǎn)紅外線(xiàn)和釋放負(fù)離子的功能。此后，電氣石粉逐漸被應(yīng)用于紡織行業(yè)，研制出多種具有釋放負(fù)離子功能的紡織產(chǎn)品。2009年，Se-kyu[6]以電氣石為添加劑，研發(fā)出墻磚、地板磚等多功能建筑材料。

3.2國(guó)內(nèi)研究概況

在國(guó)內(nèi)，電氣石負(fù)離子功能材料主要應(yīng)用于建筑材料、紡織用品和生活用品。

3.2.1負(fù)離子建筑材料研究

中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院研制出一種能產(chǎn)生空氣負(fù)離子的復(fù)合材料，主要成分為電氣石、稀土復(fù)合鹽類(lèi)、納米半導(dǎo)體材料等，具有釋放效率高、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)[7]。

電氣石因其具備釋放負(fù)離子輻射遠(yuǎn)紅外線(xiàn)等保健功能受到廣泛關(guān)注，可作為填料添加到聚合物復(fù)合材料中。先用改性劑山梨醇酐單硬脂酸酯(Span-60)對(duì)電氣石粉進(jìn)行表面有機(jī)改性，改善了電氣石表面的親油性，通過(guò)熔融共混法制備了熱塑性淀粉(TPS)/聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)/電氣石復(fù)合材料。該材料具有優(yōu)異的負(fù)離子釋放功能，較高的遠(yuǎn)紅外輻射率，其遠(yuǎn)紅外輻射率達(dá)到0.95以上[8]。

康文杰系統(tǒng)地探索影響電氣石負(fù)離子釋放效率的外部因素，以其作為添加劑制備出具有負(fù)離子釋放功能的環(huán)境友好型多孔陶瓷與釉面磚[9]。

3.2.2負(fù)離子紡織材料研究

國(guó)內(nèi)對(duì)負(fù)離子紡織材料的研究起步較晚，20世紀(jì)90年代，中國(guó)科學(xué)院發(fā)明出一種具有自發(fā)熱功能及負(fù)離子釋放功能的“負(fù)離子特種功能纖維”，被應(yīng)用于保暖內(nèi)衣上。鐘紡公司將電氣石研磨成細(xì)粉后，作為添加劑加入到紡絲中制得能夠釋放負(fù)離子的纖維，并且負(fù)離子釋放能力不受水洗影響[10]。

董飛逸選用普通滌綸織物作為基布，對(duì)其進(jìn)行負(fù)離子光觸媒復(fù)合功能整理，采用納米Ti02做光觸媒、電氣石粉做負(fù)離子發(fā)生材料制備負(fù)離子空氣凈化織物。復(fù)合整理工藝織物的負(fù)離子釋放量可達(dá)3 250個(gè)·cm-3[11]。

天津市賽遠(yuǎn)保健品有限公司研制出負(fù)離子遠(yuǎn)紅外線(xiàn)多功能保健纖維，其特點(diǎn)是通過(guò)遠(yuǎn)紅外作用，提高負(fù)離子吸收率，高效地調(diào)節(jié)人體周?chē)諝赓|(zhì)量。該技術(shù)是將具有釋放負(fù)離子功能的微細(xì)陶瓷粉體材料制成多功能母粒，再采用高科技共混熔融紡絲，將其紡織成負(fù)離子遠(yuǎn)紅外線(xiàn)功能纖維，制作空調(diào)環(huán)保紡織品[12]。

3.2.3負(fù)離子生活用品研究

近年來(lái)，電氣石因其在空氣中可產(chǎn)生負(fù)離子，在水體環(huán)境中可吸附重金屬離子，因此，電氣石在人類(lèi)日用品行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

黃鳳萍等人將電氣石、抗菌劑應(yīng)用到陶瓷加工工藝中，研制出集釋放負(fù)離子、抗菌于一體的陶瓷產(chǎn)品[13]。

袁昌來(lái)等人以電氣石、納米TiO2和鑭系稀土氧化物為主要原料，研制出空氣負(fù)離子保健材料。試驗(yàn)檢測(cè)證實(shí)，當(dāng)電氣石添加量為40%時(shí)，該保健材料的負(fù)離子釋放量最高達(dá)2 000個(gè)·cm-3[14]。

4 負(fù)離子功能材料發(fā)展前景

研發(fā)新型負(fù)離子功能材料，不僅可以滿(mǎn)足人們物質(zhì)文化及健康的需要，而且還可以提高產(chǎn)品的科技含量和附加值，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工、紡織、建材等領(lǐng)域必將有廣泛的應(yīng)用前景?？v觀(guān)負(fù)離子功能材料的研究進(jìn)展，我們發(fā)現(xiàn)，將負(fù)離子釋放材料添加到石塑木復(fù)合板材中制成集環(huán)保、保健等功能于一體的工業(yè)用材，在國(guó)內(nèi)外尚屬空白，可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外裝飾裝修、城市生態(tài)景觀(guān)建設(shè)等，并且具有健康、綠色環(huán)保、不腐蝕、抗老化、防水、可回收利用等特點(diǎn)，進(jìn)行該產(chǎn)品研發(fā)對(duì)于該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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