负离子纤维品的制作方法

专利名称：负离子纤维品的制作方法
技术领域：
本发明涉及功能性纤维及制品，具体为一种含有释放负离子功能添加物的纤维及制品，简称负离子纤维品。国际专利主分类号拟为D01F 02/28。
《物理化学辞典》将带有电荷的原子、原子团(包括分子)称为“离子”。“负离子”也就是带有负电荷的原子、原子团(包括分子)。本发明中所说的“负离子”是指HO-或其与水分子缔合后形成的H3O2-。
“负离子”对人体的主要作用是镇静，因而具有止痛、催眠、镇咳、抑汗等功效；但也有增进食欲、降低血压、兴奋神经、感觉舒适、消除疲劳等功效。“正离子”的作用恰与“负离子”相反，如给人以烦躁、失眠、头痛、抑郁、血压增高、感觉温闷等不适感觉。
“负离子”通过呼吸进入肺部时，会使细胞的渗透力增强。它将穿过肺内皮细胞壁，通过毛细血管进入血液，并将血液的酸碱度调节到弱碱性(PH值=7.5)。负离子的这种弱表面活性化作用可以分解胆固醇，舒缓血液的凝结，降低血压，加速血液循环，改善新陈代谢，促进内分泌。“负离子”的表面活化作用还可以使细胞亲水化，从而增强人体的抗病能力。
医学研究还证实从皮肤表面渗透到体内与通过肺部进入体内的“负离子”作用相同。
研究表明，自然界中几乎所有的“正离子”都来自于放射性衰变。其中约40％来自于地表中矿物质的衰变(每个放射性原子衰变可使周围空气产生50,000～500,000个离子对)；另外40％来自空气中氡的放射性(每个氡原子产生250,000个离子对)；其余的20％“正离子”来自宇宙射线。
研究还表明，“负离子”通常来自于放射性物质衰变和水的蒸发。每有3×1013个水分子蒸发，就会有一个水分子带有负电荷。因而海滨、湖边、森林等处空气中的负离子特别多，有益人体健康。但水蒸发过程中产生的“负离子”数与留在水中的“正离子”数相等，如果水中的“正离子”不能被及时地传输到大地中，蒸发过程将不再产生“负离子”。闪电、雷雨、森林大火既产生“正离子”，也产生“负离子”。正常晴天条件下，每立方厘米大气中有200～800个“负离子”以及250～1,500个“正离子”。暴风雨前数小时，“正离子”浓度会迅速增大，每立方厘米大气中的“正离子”浓度甚至超过5,000个，暴风雨过程中，每立方厘米空气中的“负离子”个数增加到数千个，“正离子”个数则降低到500个以下。因而雨后空气清新，倍感舒适。
通常室内空气中的“负离子”数只有每立方厘米200个左右。阴天、早晚、人数较多、有人吸烟时，“负离子”个数会降至每立方厘米100个以下，此时的空气质量下降，使人感到憋闷、烦躁，所以每当开完会，从一个人员拥挤的室内走到室外时，人们都会有一种空气清新的感觉，禁不住要多做几次深呼吸。
“负离子”对于人体如此重要，人们致力于研究可以产生负离子或者说增加人体周围空气中负离子浓度的产品。例如负离子空调、负离子空气净化器等。它们能够产生丰富的“负离子”和活性氧，可吸附空气中的细菌、病毒、花粉、飘尘等，有效去除室内臭味和异味，并中和氨气，苯等有害气体，使室内空气清新怡人，头脑清醒。这些家用“负离子”发生器都是利用了高压放电的工作原理(空气在3,000V甚至更高的电压下被离子化)，使电极之间的空气电离，产生“正离子”和“负离子”，通过电过滤器除去“正离子”后，得到O1-、O2-、O3-、NO-或NO2-及部分OH-等“负离子”。明显可以看出，这些“负离子”发生器都属“家用电器”，既离不开“家”或“家用”，也少不了“电”或“用电”，应用条件受到“家”和“电”的绝对限制。
于是，人们又开始研究既可以离开“家”，也不需要“电”的负离子产品。首选的是与人们生活最密切的服装和纺织品。例如，日本实用新型公开昭61-180045中公开了一种方法，在熔喷非织造布的冷却成型过程中，对其进行静电场处理，使之形成半永久极化，在表面形成3×10-9～1×10-10库仑/cm2的静电场。该产品使用中的放电现象，可以使周围空气中的水分子电离，产生“负离子”。该非织造布虽具有促进血液循环的作用，但仅适用于被褥、坐垫等特定产品。特别是这种半永久极化产品的极化特性不稳定，当受到空气中的水分作用时，如阴天、潮湿或水洗等，这种极化作用就会消失或减弱，丧失了负离子功能。
日本公开特许公报昭60-160971和62-32948中公开了将可产生α、β和γ射线辐射的放射性物质粉末用于服装衣料，得到一种具有“负离子”发生作用衣料的技术。据介绍，该衣料的微量放射线作用可促进人体的新陈代谢，加速血液循环和微循环。但这些纺织品的放射性究竟对人体有无危害，却没有明确说明。须知，即便在检测时其放射剂量不足以构成对人体的危害，但对穿用这些带有放射性物质衣料的个人却并非一朝一夕，而是要长年接受这种放射性物质的照射，是否也不足以构成对人体的危害呢 另一方面，这些带有放射性物质的衣料在仓储和运输过程中，其累加的放射性剂量就要显著增大，是否会带来不良影响，颇值得怀疑。更要警惕的是这些带有放射性物质衣料的生产人员却不得不经年累月和累积大剂量地与所述的放射性物质为伴，它是否能保证安全呢 本发明的目的是提供一种适用范围广，对人体安全无害。并具有稳定“负离子”发生作用的纤维及其制品，取名负离子纤维品。
本发明目的是如下实现的；设计一种含有释放负离子功能添加物的纤维品，其特征在于所说的功能性添加物是指具有永久极化特征的天然矿物石英、电气石、蛇纹石中，和/或人工合成热释电晶体铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂钾中的一种至四种；所述的的功能性添加物的平均颗粒直径为0.001～3μm，纯度在80％以上；其与纤维品的重量比为0.1～20∶99.9～80。
所述的的纤维品，可以采用将所述的功能性添加物制成涂料，使用常规或近似常规的方法在纤维或其制品上涂敷，制成所述的纤维品。也可以采用将所述的功能性添加物与成纤聚合物熔融纺丝，制成负离子纤维；进而再以常规或近似常规的纺织方法制成所述的纤维品。
本发明产品利用了自然界中存在一系列无放射性的天然矿物，如石英、电气石、蛇纹石等，和/或类似于石英、电气石、蛇纹石等天然矿物质的人工合成的铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂钾等热释电晶体物质作为纤维品的功能性添加物，在所设计功能性添加物的粒度直径、含量纯度和重量配比范围内，可具有明显的负离子发生作用，并且因其负离子发生功能不是外界静电场附加在产品上，而是由于所设计的功能性添加物本身所具有的永久极化特征的物理特性所致，因而可保证其负离子发生功能具有良好的物理稳定性；特别是因其不含有任何放射性物质，因而人体服用或使用安全可靠，无害无忧。
下面结合实施例进一步详述本发明研究发现，自然界中存在一系列无放射性的天然矿物，如石英、电气石、蛇纹石等。在这些矿物的晶体中，因其特殊结构而存在着“+”、“-”电荷中心不重合现象，使矿物晶体具有永久极化特征。从微观角度看，这种“+”、“-”电荷中心不重合，可产生明显的电场作用。例如，在1.5μm距离上，这种电场的强度可高达106V/m。这样高的电场作用，足以使水分子产生电离。当这些天然矿物晶体感受到外界温度、光强度或压力变化时，就会产生放电现象，即物理学上所称的“热释电”现象，这一类矿物晶体因而被称为“热释电晶体”。热释电晶体的放电，可以使其周围的水分子发生电离
。
具有类似于石英、电气石、蛇纹石等天然热释电晶体性质的物质，人工也可以合成，如铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂钾等就是较好的人工合成热释电晶体(为简便，以下统称热释电晶体或晶体)。本发明精选所述的热释电晶体中的一种至四种作为功能性添加物，可以保证产品具有良好和稳定的负离子发生功能。
经试验研究，本发明的功能性添加物即热释电晶体必须研磨粉碎到平均颗粒直径范围为0.001～3μm，才可以获得较好的效果，但在0.01～1.5μm时，效果更好。试验显示将所述的热释电晶体的微粉与水混合后，其“负离子”发生作用十分明显在剧烈的搅动下，其产生的氢气可被明火引爆；其水溶液呈现明显的碱性，并散发出一种腥咸的味道。事实上，这些热释电晶体的精磨是在与水混合的状态下进行的。所以，随着研磨过程的进行，所述的现象可以逐渐观察或体验到。
研究表明，未经研磨的热释电晶体，其“负离子”发生作用不十分明显；晶体粉末平均颗粒直径大于3μm时，效果也不好。这主要是由于每个晶体单元中的“+”、“-”电荷中心虽然不重合，但由于整个矿物中的晶体单元无规排列，并不能显示出其各向异性。当这些热释电晶体被研磨到颗粒直径足够小(平均颗粒直径小于3μm)以后，这种各向异性才可被充分显示出来，并且由于每个晶粒都能够更好地与其周围的水分子接触，所以能够产生明显的“负离子”发生作用。但热释电晶体的颗粒直径也不宜过小(如0.001μm以下)，原因在于一是当要求颗粒直径过小时，必然要延长研磨时间，其结果是研磨所得到的微粉中研磨介质的含量会增高，导致热释电晶体微粉的纯度下降；二是过长时间的研磨过程中，由于外力对热释电晶体颗粒长时间的反复作用，会导致热释电晶体结构的畸变，破坏其永久极化特征，反而会降低其热释电性能。另一方面，在目前的技术和设备条件下，当要求颗粒直径过小时，研磨的难度也增大，成本将大幅提高，对实施本发明也不利。所以，所述的热释电晶体的平均颗粒直径应控制在0.001～3μm之间，最好是在0.01～1.5μm之间。
本发明所述的热释电晶体可以单独使用其中的一种作为功能性添加成分，例如，单独使用价格较低的天然矿石石英，或单独使用永久极化强度很高的人工合成铌酸锂均可。不过，考虑到单独使用石英作为功能性添加成分虽可降低其制成品的成本，但石英的永久极化强度较低，在添加相同的含量时，所得到制成品的“负离子”发生性能会不如添加其他成分好；而单独添加铌酸锂时，其永久极化强度虽然很高，但其价格却又十分昂贵，使一般需求的用户难以接受。因而本发明一般采用所述的热释电晶体中的两种至四种的混合物作为功能性添加成分，既可以使采用本发明制成的产品具有良好的“负离子”发生功能，又可以使其价格适宜，普遍可以接受，从而有利于实施推广。
除了功能性添加物的粒径要求以外，本发明所使用的热释电晶体还应具有较高的纯度。具体的说，每种热释电晶体(不论是天然还是人工合成)的纯度应达到80％以上，更好是85％以上。纯度低于80％时，含有的杂质过多，将影响其负离子发生性能或说性能得不到保证。但采用单晶则不必担心其纯度，因晶体生长过程中杂质很难进入到晶体内部。
实现本发明目的的另一个要求是功能性添加成分与纤维品的重量比为0.1～20∶99.9～80。之所以做如此限定是基于对本发明效果的考虑尽管在静电场处理条件下，功能性添加成分的比例超过20％时，可能会进一步提高纤维品的“负离子”发生功能，但此时纤维品的服用或使用舒适性将大大降低，而且加工工艺也与常规纤维品的加工工艺有所不同(但这并不排除功能性添加成分的比例超过20％的情况)。而当功能性添加成分的比例低于0.1％时，则纺织品的“负离子”发生作用不明显，难以被仪器检测到，不能实现本发明的目的。
具有热释电性能的人工合成晶体还有钛酸钡、钛酸铅和锆钛酸铅等，但这些晶体中由于含有毒的重金属钡或铅，生产或使用过程中有可能产生毒害作用，一般不适用于本发明。
对于本发明对所述的可作为功能性添加成分使用的热释电晶体，既可用于纤维或其制品的涂层整理，即将所述的功能性添加物制成涂料，采用常规或近似常规的方法在纤维或其制品上涂敷，制成所述的纤维品；也可用于与成纤聚合物混合纺丝，即将所述的功能性添加物与成纤聚合物熔融纺丝，制成负离子纤维；进而再以常规或近似常规的纺织或非纺、非织方法制成所述的纤维品。因此，本发明所称的“纤维品”是指天然或/和化学纤维、天然或/和化学纤维所制的纺织品(含机织、针织)、非织造物(含非纺品)和服装，具有广泛含义。这些纤维品在服用或使用时，由于肯定可以受到的摩擦、外力、温差或光照等物理量的单独或综合作用，因而必然会产生对人体有益的“负离子”，并且稳定持久、安全可靠。
本发明纤维品与对比普通纺织品相比，具有明显的(一般可达到几倍到十几倍)“负离子”发生效能，而且还具有抑菌、消臭作用；将其用于服装或床上用品或室内装饰用品，可使周围空气中的“负离子”浓度增大，细菌数下降，有害气体浓度降低，空气清新，有益健康，因而也可称其为负离子生态纤维品或负离子环保纤维品。
本发明的纤维品没有国家检测标准。本发明采用了下述方法测定所述的纤维品的“负离子”发生效能1．摩擦检测将本发明纤维品或普通纺织品用水润湿，用直径5cm的光滑木块在纺织品表面以一定压力快速摩擦，测试摩擦前后空气中“负离子”浓度的变化。
2．温差检测将本发明纤维品或普通纺织品置于温度为50℃的热板表面上，测试其前后的“负离子”浓度的变化。
3．光照检测将本发明纤维品或普通纺织品置于阳光照射下，测试其前后的“负离子”浓度的变化。
下面以具体实施例更详细地描述本发明实施例1将纯度95％以上的蛇纹石与纯度90％以上的电气石以1∶1的重量(下同)比例混合；经粗粉碎后，以其固体和去离子水的重量比为1∶9混合；将混合物精磨，直至平均颗粒直径在0.5μm以下的颗粒达到全部颗粒总重量的50％时止；将混合液与聚氨酯类印花涂料以1∶9的重量比例再混合，并搅拌均匀，制成本发明的负离子涂料；经常规或近似常规方法涂层在35∶65(重量比)的涤棉机织物上；烘干后，漂洗，再次干燥，即可得到蛇纹石和电气石与机织物重量比为0.2∶99.8的负离子机织物纤维品。经温差测试，所得纤维品的“负离子”浓度由加热前的240个/cm3增大到350个/cm3，提高了45.8％。
比较例1将纯度95％以上的蛇纹石与纯度90％以上的电气石以1∶1的比例混合；经雷蒙磨粗粉碎后，以固体和去离子水的重量比为1∶9混合；在搅拌磨中循环研磨至平均颗粒直径4.0μm的颗粒后，将混合液与聚氨酯类印花涂料以1∶4(重量)的比例再混合，并搅拌均匀；以刮刀式涂层机在35∶65(重量)的涤棉机织物上涂层，烘干后，漂洗，再次干燥，得到蛇纹石和电气石重量占机织物重量5％的“负离子”织物。经温差测试，“负离子”浓度在加热前后没有明显的变化。
实施例2将铌酸锂钾单晶和纯度90％的石英以1∶1的比例混合，以实施例1的方法粗磨和精磨分级后，得到平均颗粒直径0.3μm的微粉；将混合液中的水份缓慢蒸发除去后，微粉凝结为块状物；在球磨机上再次研磨，并经气流分级，得到平均颗粒直径0.4μm的微粉。在99份重量的聚己内酰胺切粒中加入1份重量的铌酸锂微粉，混合均匀后，用熔融双螺杆挤出机混炼制成切粒；然后熔融纺丝，制成含有铌酸锂微粉的锦纶长丝。将所得锦纶长丝经常规或近似常规方法针织加工后，可制成负离子针织布纤维品。经摩擦测试，“负离子”浓度由木块静止时的260个/cm3增大到木块快速摩擦时的2800个/cm3以上，提高了10.8倍。该针织物还表现出了明显的抗菌性能金黄葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均超过了40％。将该针织布置于家用加湿器出气口处，开动加湿器后，可将室内烟臭味迅速除去。
实施例3将纯度90％的石英、纯度85％的蛇纹石、纯度85％的电气石与钽酸锂单晶以1∶3∶5∶1的重量比混合均匀，粗磨和精磨分级后，得到平均颗粒直径为0.4μm的微粉。在80份重量的聚丙烯切粒中加入20份重量的上述微粉，混合均匀后，用熔融双螺杆机混炼制成切粒，然后熔融纺丝，制成含有石英、蛇纹石、电气石和钽酸锂微粉的丙纶长丝。将所述的丙纶长丝以常规方法加工成丙纶地毯纤维品。经摩擦测试，该地毯“负离子”浓度由木块静止时的260个/cm3增大到木块快速摩擦时的800个/cm3以上，提高了3.1倍。该纤维品还表现出了明显的消臭性能对硫化氢的吸收率达到了40％，并可去除室内吸烟产生的烟臭味，有助于清新室内空气。
比较例2用纯丙纶非织造布做摩擦测试，其“负离子”浓度由木块静止时的260个/cm3增大到木块快速摩擦时的600个/cm3，仅提高了2.3倍，并且没有显著的抗菌和消臭功能。丙纶非织造布在快速摩擦下“负离子”浓度的增高可解释为丙纶在摩擦下的静电发生作用，放电使水发生了电离。
实施例4将纯度为85％以上的石英、纯度90％的蛇纹石、纯度95％电气石与钽酸锂单晶以1∶1∶1∶2的重量比混合均匀粗磨和精磨分级后，得到平均颗粒直径1.4μm的微粉。在80份重量的聚丙烯切粒中加入20份重量的上述微粉，混合均匀后，用熔融双螺杆挤出机混炼制成切粒，然后熔融纺丝，制成含有石英、蛇纹石、电气石和钽酸锂微粉的丙纶长丝。所得纤维可加工成各种纺织或非纺织纤维品，经测试，摩擦法测试“负离子”发生性能较对比织物高8.2倍以上。
实施例5将纯度为95％以上的石英、纯度85％的蛇纹石、纯度95％的电气石与钽酸锂单晶以2∶3∶3∶2的重量比混合均匀，粗磨和精磨分级后，得到平均颗粒直径0.01μm的微粉。在95份重量的聚己内酰胺切粒中加入5份重量的上述微粉，混合均匀后，经熔融双螺杆挤出机混炼制成切粒，然后熔融纺丝，得到含有石英、蛇纹石、电气石与钽酸锂微粉的锦纶长丝。光照法测试，该长丝具有明显的“负离子”发生功能，采用常规或近似常规方法可加工成各种纺织纤维品。
实施例6将纯度95％以上的电气石和纯度83％的蛇纹石按8∶2的比例混合，按实施例1的方法粗磨和精磨分级后，得到平均颗粒直径0.4μm的微粉。在腈纶纺丝溶液中加入0.3％(微粉重量占聚丙烯腈和微粉总重量的百分比)的微粉，混合均匀，按常规腈纶纺丝工艺纺丝，可得到纤度2dtex腈纶短纤维。以80％(重量)的腈纶短纤维加入20％(重量)的细长绒棉后混纺成32支纱线；然后采用常规或近似常规的方法加工成含有添加物微粉的机织布。经光照测试，该纤维品的“负离子”浓度由光照前的240个/cm3增大到650个/cm3，提高了2.7倍。用该机织物做鞋面、鞋衬或鞋垫时，由于脚部与织物之间不断的挤压和摩擦、产生放电现象，使鞋内的水汽发生电离，产生HO-负离子，可以明显去除行走、特别是激烈运动后的脚臭或异味。当用该纤维产品做口罩、围巾、绒帽等产品时，所产生的负离子(HO-)被人体吸收后，有助于减轻疲劳、缓解疼痛、舒畅心情、防治疾病。
实施例7将钽酸锂单晶按实施例1的方法粗磨和精磨分级后，得到平均颗粒直径1.2μm的微粉，干燥后以3％的比例将其加入到对苯二甲酸二甲酯和乙二醇(摩尔比1∶1.6)混合物中，经常规酯交换和缩聚，得到聚酯切粒。在熔融纺丝设备上纺丝，得到含有钽酸锂的涤纶纤维，该纤维也具有“负离子”发生功能，并可以常规方法加工成多种负离子纺织纤维品，如丝巾、纱巾、厨衣帽等。
权利要求
1．一种含有释放负离子功能添加物的纤维品，其特征在于所说的功能性添加物是指具有永久极化特征的天然矿物石英、电气石、蛇纹石，和/或人工合成热释电晶体铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂钾中的一种至四种；所述的功能性添加物的平均颗粒直径为0.001～3μm，纯度在80％以上；其与纤维品的重量比为0.1～20∶99.9～80。
2．根据权利要求1所述的纤维品，其特征在于所说的功能性添加物的平均颗粒直径为0.01～1.5μm；所说的功能性添加物的纯度在85％以上。
3．根据权利要求1、2所说的纤维品，其特征在于将所述的功能性添加物制成涂料，采用常规或近似常规的方法在纤维或其制品上涂敷，制成所述的纤维品。
4．根据权利要求1、2所说的纤维品，其特征在于将所述的功能性添加物与成纤聚合物熔融纺丝，制成负离子纤维；进而再以常规或近似常规的纺织方法制成所述的纤维品。
全文摘要
本发明涉及含有释放负离子功能添加物的纤维品。其特征在于所说的功能性添加物是指具有永久极化特征的天然矿物石英、电气石、蛇纹石中，和/或人工合成热释电晶体铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂钾中的一种至四种；所述的功能性添加物的平均颗粒直径为0.001～3μm，纯度在80%以上，其与纤维品的重量比为0.1～20∶99.9～80。本发明产品可以清新空气、改善环境、舒畅心情、预防疾病，适用范围广，负离子释放功能稳定，并且安全可靠。
文档编号D06F1/02GK1317608SQ0010583
公开日2001年10月17日 申请日期2000年4月10日 优先权日2000年4月10日
发明者张兴祥, 王学晨, 牛建津, 张华 , 印学斌 申请人:天津纺织工学院