专利名称：带电微粒子水和形成其中分散有带电微粒子水的雾状物的环境的方法
技术领域：
本发明涉及带电微粒子水(charged fine particulate water)和形成其中分散有带电微粒子水的雾状物(mist)的环境的方法。
背景技术：
日本专利早期公开[kokai]2001_170514披露了将通过向水施加电荷而生成的带电微粒子水用作有效的尘粒收集剂，因为该带电微粒子水在空气中具有高吸附性能。 另一方面，已知自由基是活性化学物质，并且由于其高的化学活性，它们在将恶臭成分分解/除臭方面表现优异。但是，由于自由基在空气中不稳定，因此寿命短，常常在与恶臭成分反应之前就消失了。因此，难以充分获得自由基的效用。此外，日本专利早期公开[kokai]53_141167或2001-96190披露了借助含自由基的微粒子水清洁空气。但是，由于所述带电微粒子水具有微米级粒度，很难在空间分散。因此，将在房间中隔开一定距离的窗帘、布和墙壁表面粘附的恶臭成分/细菌分解/除臭的效果仍是不够的。
发明内容
考虑到上述问题，本发明主要涉及的是提供带电微粒子水，其特征为具有纳米粒
度并含有自由基。根据本发明的带电微粒子水，通过在具有纳米粒度的带电微粒子水中包含自由基，化学不稳定的自由基的寿命得到提闻，而且带电微粒子水在房间中的扩散(diffusion)性质得到改善。因此，可以有效去除房间中粘附在窗帘、布和墙壁表面的恶臭成分的臭味。此外，可以使细菌、霉菌、病毒和过敏原如花粉有效失活，以及改善皮肤的保湿性(moistureretention)。本发明还涉及的是提供形成其中分散有带电微粒子水的雾状物的环境的方法。该方法包括以下步骤提供一对电极，设置供水单元以在所述电极之间供应水，和设置施加电压单元以在电极之间施加电压；通过在电极之间施加高电压，同时借助供水单元在电极之间供应水，产生带电微粒子水的雾状物，该带电微粒子水的粒度为3-100nm，且含有自由基；将雾状物提供给所需空间，以在所需空间中形成其中分散有带电微粒子水的雾状物的环境。
根据该方法，可以稳定地获得其中分散了相对均匀的3-100nm粒度的带电微粒子水的空间。从下面描述的用于实施本发明的最佳方式中，本发明的其它特征和由此带来的优势将变得更加显而易见。本发明涉及如下内容I.带电微粒子水，其具有纳米粒度并含有自由基。2. (I)所述的带电微粒子水,其粒度为3-100nm。3. (I)所述的带电微粒子水，其含有羟基自由基、超氧化物、一氧化氮自由基和氧自由基中的至少一种作为所述自由基。4. (I)所述的带电微粒子水，其含有酸性化学物质。
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5. (4)所述的带电微粒子水，其含有氮氧化物或有机酸。6. (I)所述的带电微粒子水，其含有硝酸、水合硝酸、亚硝酸和水合亚硝酸中的至少一种。7. (I)所述的带电微粒子水，其中带电微粒子水带有负电。8. 一种形成其中分散有带电微粒子水的雾状物的环境的方法，所述方法包括以下步骤提供一对电极，设置供水单元以在所述电极之间供应水，和设置施加电压单元以在所述电极之间施加电压；通过在所述电极之间施加高电压，同时借助所述供水单元在所述电极之间供应水，产生所述带电微粒子水的雾状物，该带电微粒子水的粒度为3-100nm，且含有自由基；以及将所述雾状物提供给所需空间，以在所需空间中形成其中分散有带电微粒子水的雾状物的环境。
图IA和IB是产生本发明的带电微粒子水的装置的立体透视图和顶视图；图2是说明产生带电微粒子水的原理的示意图；图3A和3B是在水输送元件中电荷运动的说明性示意图；图4是带电微粒子水的粒度分布的曲线图；图5是带电微粒子水的颗粒数随时间变化的曲线图；图6是在带电微粒子水中的自由基的电子自旋共振(ESR)谱图；图7是带电微粒子水的乙醛分解能力的测量结果图；图8是带电微粒子水的质谱图；图9是评估带电微粒子水对杉木花粉抗原(cedar pollen antigen)失活能力的ELISA测试的测量结果图；图10是将皮肤角质层暴露在冷水中，然后再暴露在带电微粒子水中，皮肤角质层电导率的变化曲线图；以及图11是将手指暴露在冷水中，然后再暴露在带电微粒子水中，手指温度变化的曲线图。
具体实施例方式参考附图、根据优选实施方案来说明本发明的带电微粒子水及其形成方法。本实施方案的带电微粒子水可以通过以下步骤得到准备一对电极，设置供水单元以在电极之间供应水，和设置施加电压单元以在电极之间施加电压，以及在电极之间施加高电压，同时借助供水单元在电极之间供应水。具体地，如图IA所示，优选使用静电喷雾器，包括水罐I，多个水输送兀件2,用于支撑水输送兀件2并向水施加电压的第一电极3,设置在面对水输送元件2顶端的位置的第二电极4，以及在第一和第二电极(3，4)之间施加高电压的施加电压单元5，所述水输送元件2的每一个构造成具有底端的棒状，该底端可以与水罐I中的水接触。用作供水装置的水输送元件2由多孔材料制成，能够借助毛细现象将水罐I中的水从底端吸取到顶端。为了借助毛细现象稳定地输送水并产生具有均匀粒度的带电微粒子水，优选使用多孔陶瓷材料，特别是孔隙率为10-60%、晶粒度(grain size)为1-100 的多孔陶瓷材料。或者，可以使用毡等。水输送元件2的顶端为针状。例如，优选针尾(needle end)的直径为￠0.5111111或更小。此外,优选水输送元件2在圆的圆周(circumference ofa circle)上彼此均匀隔开，该圆的中心对应于第一电极3的中心，并且水输送元件2由第一电极3支撑，以便在需要的高度从第一电极3的顶面凸出(project)。在图的静电喷雾器中，在正六边形的顶角(vertices)处布置了六个水输送元件2。在中心具有开孔40的第二电极4通过管状元件6与第一电极3连接，该管状元件6由电绝缘材料制成。因此，在管状元件6的内部空间产生带电微粒子水，然后通过开孔40供应到外面。在本实施方案中，如图IB所示，开孔40的形状由具有圆心Q和半径Rl的大圆形开孔Cl和各自具有圆心P和半径R2的小圆形开孔C2拼合而成。在图中，小圆形开孔C2的数目为6。小圆形开孔C2的圆心P均匀布置在一个与大圆形开孔Cl同心的圆的圆周上。每个水输送元件2的针尾位于小圆形开孔C2的圆心P。因此，面对着各个圆形开孔C2的第二电极4的边缘部分41与相应的水输送元件2的针尾隔开的距离为R2。第一和第二电极(3，4)两者都可以由金属材料如不锈钢或含有导电材料(例如碳)的合成树脂制成。图2示出了借助该静电喷雾器产生带电微粒子水的原理。借助毛细现象，水罐I中的水从多孔材料制的水输送元件2的底端输送到针尾。当使用水作为带电微粒子水的原料时，例如，可以使用流动水、地下水、电解水、PH调节水、矿泉水、含有有价值成分(如维生素和氨基酸)的水，或含有芳香油、芳香物质或除臭剂的水。在借助毛细现象向水输送元件2的顶端供应水的状态下，通过电压施加单元5在第一电极3和第二电极4之间施加高电压，输送到水输送元件2顶端的水经历瑞利分裂(Rayleigh fission),从而获得雾化。在本实施方案中，当施加在第一电极3和第二电极4之间的电场强度为700-1200V/mm时，可以获得具有3-100nm纳米粒度的并含有自由基(如羟基自由基和超氧化物)的带电微粒子水的雾状物。通过控制用作水输送元件2的多孔材料的类型、水输送元件2的形状、水输送元件2和第二电极4之间的距离、施加在第一和第二电极(3，4)之间的电压值或电流值，可以获得具有所需纳米粒度的带电微粒子水。例如，当施加700-1200V/mm的电场强度时，主要产生粒度为3-20nm的雾状物和粒度为30_50nm的雾状物。另一方面，当施加900V/mm的电场强度时，可以获得具有16-20nm均匀粒度的带电微粒子水的雾状物。如此获得的带电微粒子水的特征为具有纳米粒度。在本发明的说明书中，“纳米”大小指粒度不大于I微米。因为粒度大于I微米，扩散性质会劣化。结果，基本上不能在所需空间的每个角落中均匀地分散带电微粒子水的雾状物。此外，由于在带电微粒子水中含有的活性物质和电荷的数量减少，难以充分获得除臭效果和使细菌和过敏原失活的效果。本发明的带电微粒子水更优选的粒度为3_100nm(电迁移率为0. 1-0. OOlcm2/vsec)。当粒度小于3nm时，由于在带电微粒子水中含有的自由基寿命减少，难以在所需空间均匀获得带电微粒子水的效果。特别是 ，当将带电微粒子水扩散到其中由障碍物的空间时，难以在空间的每个角落散布带电微粒子水。另一方面，当粒度超过IOOnm时,带电微粒子水很难渗入皮肤角质层的间隙中，认为该间隙大约为70-100nm。结果，将难以改善皮肤的保湿性。其次，本发明的带电微粒子水的特征在于含有自由基。自由基的类型没有限制。例如，优选自由基包括轻基自由基、超氧化物、一氧化氣自由基和氧自由基。这些自由基具有高反应性，无需使用原料来产生自由基，因为可以从空气中的氧和水蒸汽中产生自由基。因此，可以稳定地获得含有自由基的带电微粒子水。本发明的带电微粒子水的电性(polarity)没有限制。当带负电时，它可以提供应力弛豫效应，该效应也称为负离子效应，以及除臭效应。此外，当第一电极3是负极且第二电极4是地线(ground electrode)时,通过第二电极4的开孔40可以将带负电的微粒子水的雾状物提供至所需空间。除了自由基之外，带电微粒子水可以含有酸性活性物质。此时，可以更有效地使典型的恶臭成分(即，碱性恶臭成分如胺类化合物)除臭。酸性活性物质的类型没有限制。例如，由于氮的氧化物或有机酸是借助空气中的氮气和二氧化碳产生的，因此可以稳定地获得含有酸性活性物质的带电微粒子水而无需为此加入原料。此外，带电微粒子水可以含有硝酸、水合硝酸、亚硝酸和水合亚硝酸中的至少一种。此时，通过使带电微粒子水保持在微酸条件下，可以容易地获得使带电微粒子水渗入皮肤的效果和保湿效果，以及使碱性恶臭成分除臭的效果。为了形成其中在所需空间分散有本发明的带电微粒子水的雾状物的环境，优选在0. lg/hr或更高,特别在0. 5g/hr或更高的比率(proportion)下供应所述雾状物,该带电微粒子水的雾状物是通过上述装置产生的。雾状物的供给量可以根据静电喷雾器的水罐I中减少的水量测量。另外，当第一电极3接地，并向第二电极4施加负电压以产生带电微粒子水时，优选水输送元件2由具有等电点的材料制成，由水罐I中提供的水的pH值，其带有负电。也就是说，当作为带电微粒子水的原料水中含有矿物质成分如Ca和Mg时，借助毛细现象它们被输送至水输送元件2的顶端，然后与空气中的二氧化碳反应，从而在水输送元件2的顶端生成例如CaCO3和MgO沉淀。这些沉淀妨碍静电喷雾，即妨碍产生带电微粒子水。考虑到所用水的pH值，通过选择多孔陶瓷材料，借助该多孔材料的毛细管中产生的电渗流可以防止分散在水中的Mg离子和Ca离子流向水输送元件2的针尾。图3A是当使用在等电点的pH值低于所用水的pH值的材料制成的水输送元件2产生带负电的微粒子水时，所引起的电渗流的示意图。例如，当水输送元件2由多孔硅石制成时，由于多孔硅石和水之间的接触，甲硅烷醇基被疏离(alienated)出来，因此多孔硅石的毛细管的内壁带负电，在表面形成正电荷束缚(immobile)层。此外，在该束缚层上形成正电荷扩散层，从而得到双电层。在图中，“S”表示该双电层中的滑动面，“Z”表示;(zeta)电位。在该情况下，例如，当施加电场使得第一电极3为负极而第二电极4为正极时，产生的电渗流指向负极，如图3A的箭头所示，从而包含在水中的Mg离子和Ca离子以远离水输送元件2针尾的方向移动。因此，可以借助毛细现象将水输送至水输送元件2的针尾，同时防止Mg离子和Ca离子向针尾输送。图3B是当使用在等电点的pH值高于所用水的pH值的材料制成的水输送元件2产生带负电的微粒子水时，所引起的电渗流的示意图。例如，当水输送元件2由多孔氧化镁制成时，由于多孔氧化镁和水之间的接触，多孔氧化镁的毛细管的内壁带正电，在表面形成负电荷束缚层。此外，在该束缚层上形成负电荷扩散层，从而得到双电层。在该情况下，例如，当施加电场使得第一电极3为正极而第二电极4为地线时，产生的电渗流指向正极，如图3B的箭头所示，从而包含在水中的Mg离子和Ca离子以远离水输送元件2针尾的方向移动。因此，可以借助毛细现象将水输送至水输送元件2的针尾，同时防止Mg离子和Ca离子向针尾输送。根据上述原因，当所用水的pH值大于10时，使用在等电点的pH值不大于10的陶瓷材料。当水的PH值为7-10时，使用在等电点的pH值小于7的陶瓷材料。表I示出了几种多孔陶瓷材料在等电点的PH值。表I
权利要求
1.改善保湿性的方法或对恶臭成分除臭的方法或使细菌、霉菌、病毒、花粉失活的方法，所述方法通过提供具有3-100nm纳米级大小的粒径并含有自由基的带电微粒子水来改善保湿性或对恶臭成分除臭或使细菌、霉菌、病毒、花粉失活。
2.根据权利要求I的方法，其中，所述带电微粒子水含有羟基自由基、超氧化物、一氧化氮自由基和氧自由基中的至少一种作为所述自由基。
3.根据权利要求I的方法，其中，所述带电微粒子水含有酸性化学物质。
4.根据权利要求3的方法，其中，所述带电微粒子水含有氮氧化物或有机酸。
5.根据权利要求I的方法，其中，所述带电微粒子水含有硝酸、水合硝酸、亚硝酸和水合亚硝酸中的至少一种。
6.根据权利要求I的方法，其中，所述带电微粒子水带有负电。
全文摘要
本发明涉及带电微粒子水和形成其中分散有带电微粒子水的雾状物的环境的方法。本发明披露了含有自由基(如羟基自由基或超氧化物)的带电水粒，其粒径为纳米大小，例如，粒径为3-100nm。该带电水粒是通过在一对电极之间施加强度为700-1,200V/mm的电场，同时在电极之间提供水而制得的。通过在室内空间散布如此得到的带电水粒，可以有效除去室内空间中的恶臭成分/细菌。
文档编号F24F7/00GK102794256SQ20121014561
公开日2012年11月28日 申请日期2004年5月26日 优先权日2003年5月27日
发明者须田洋, 松井康训, 岩本成正, 山内俊幸, 小豆泽茂和, 中田隆行, 田中友规, 山口友宏 申请人:松下电器产业株式会社