负离子纤维织物及其应用

负离子纤维织物及其应用近年来,随着科学进步和经济发展,功能性纺织品的种类日益增多,功能性纺织品行业迅速发展成为一个重要的高新技术产业。功能性纺织品是指纺织品除具有自身的基本使用价值外还具有抗菌，除螨，防霉，防电磁辐射，香味，磁疗，红外线理疗，负离子保健等等林林总总的功效中的一种或几种。功能性纺织品的分类也就是功能性纤维的分类。功能性纤维按其属性可分四类：物理性功能纤维，化学性功能纤维，物质分离性功能纤维和生物适应性功能纤维。本文介绍的是负离子纤维纺织品，属物质分离性功能纺织品，可广泛作为服装用纺织品，装饰用纺织品及产业用纺织品。随着物质生活水平和保健意识的提高,人们不仅要求衣物具有避体、保暖和装饰作用,还要求具有医疗保健功能。负离子纤维纺织品的问世,给广大消费者带来了福音。该纤维在使用过程中能向空气中释放一定量的负离子,可以调节周围的空气质量,对人体健康有益。负离子对人体的保健、长寿及生态的重要作用已被国内外医 学实践所证明,被人们称为“长寿素”或“空气维生素”。随着人们对负离子产品性能的逐步了解,它作为21世纪人类保健的新型多功能材料,必将拥有广阔的发展前景。 用负离子纺织品制成的负离子服装直接与人体皮肤接触,在皮肤和衣服之间能形成负离子空气层,发挥负离子的健康功效。负离子纺织品除在服装领域的应用外,在装饰用纺织品和医疗卫生用纺织品两大领域也都有着广阔的应用前景。 （一）负离子的产生机理负离子纺织品的生产原理是在纤维的生产过程中或织物的后整理阶段中添加负离子整理剂,生产出来的含有负离子整理剂的纺织品在与空气、水气等介质接触时不间断地释放出负离子。当空气中的水分子、其他分子或皮肤表层的水分 进入负离子素电场空间内时(一般半径1015m球形),立即被永久电极电离,产生OH-和H+。由于H+移动速度很快(H+的移动速度是OH-的 18倍),迅速移向永久电极的负极,吸收一个电子变为H2逸散到空气中;而OH-则与另外水分子形成H3O2-负离子。这种变化只要空气湿度不为零就会 不间断地进行,而不会产生有毒物质引起其他副作用。（二）负离子的功能及作用原理1负离子对人体健康： 负离子对人类健康和生态的重大影响已被国内外医学界通过临床实践验证。负离子如人体健康有着重要的作用,如能使人体内活性酸素消失,消除疲劳,活化细胞,增强免疫力,改善睡眠等。有研究表明,夜晚睡眠时穿着具有负离子发射功能的睡衣会在一定程度上降低人体直肠温度,提高夜间睡眠效果,并有提高人体免疫力的效果1。这都是源于负离子优越的保健功能,具体如下:(1)调节中枢神经的兴奋和抑制功能。作用过程为:负离子肺泡血液血脑屏障脑脊液中枢神经系统。(2)改善肺的换气功能。原理是负离子通过呼吸道黏膜,促进黏膜上纤毛运动,使腺体分泌上升、平滑肌兴奋性上升、换气功能上升。(3)降低血压功能。作用过程为:负离子单胺氧化酶(MAO)氧化脱氨作用五羟色胺、儿茶酚胺、去甲肾上腺素浓度下降降压。(4)改善心肌功能,刺激造血机能。作用过程为:负离子血液增加红细胞排斥力血沉减慢;负离子脾脏功能上升红血球和血钙上升。(5)增强免疫功能。主要表现在:氧负离子(超氧阴离子自由基),生物活性高,有一定的杀菌作用。负离子使上皮细胞带负电荷,增强对同性电荷离子的排斥力,使病毒失去对细胞的攻击能力。(6) 水合羟基离子(H3O2-)通过呼吸进入人体后,能调整血液酸碱度,使人的体液变成弱碱性。弱碱性体液能活化细胞,增加细胞的渗透性,提高细胞的各种功 能,并保持离子平衡,还能提高氧气转化能力,加速新陈代谢,减轻疲劳,使人心情舒畅、身体放松,并产生理疗治愈作用。2负离子制作的抗臭纺织品负氧离子发生纤维（除臭纤维）作为高附加值的化纤产品，在涤纶熔体中添加特殊的无机添加剂，可以赋予涤纶纤维4大特性和功能。即可使纤维具有远红大量存在着纤维。人体表面覆盖着毛纤维。在构成人体骨架的200多块骨骼上由韧带固定着大约600多块肌肉，每一块肌肉由千千万万的肌纤维组成，在这些肌纤维内有成千上万的肌原纤维（直径约1微米），这些肌原纤维中包含两种类型的肌丝：肌球蛋白丝（粗肌丝）和肌动蛋白微丝（细肌丝）。人体内神经系统的总体形状很像垂柳树，有很多细长的分支；从脊髓分出来的多根肉眼可见的脊神经很像条绳索；而这些脊神经内包含有成千成束的神经纤维，每根神经纤维都包含裹着细而长的神经轴突。神经细胞的轴突长达数十微米至1米以上，直径1至数微米。人体其他组织或器官中同样可观察到类似的纤维现象。当我们钻进细胞的内部进行观察时，会惊讶地发现那里竟是一个纤维网络的世界！在这里构成细胞骨架的都是名副其实的纳米纤维！这些都使我们获得有了益的仿生学启示。” 最近10多年来，随着人体组织工程、克隆技术、干细胞移植、基因组计划等的先后兴起，再生医学逐渐形成为现实的生命科学和医疗技术，在组织工程学形成和发展中，很多成功的实例都反映或者运用了“细胞环境仿生”的思路。这些例子有：著名的Vacanti组织构筑模式（种子细胞多孔人工支架生长因子），层状细胞连接体重叠的组织构筑模式，装有多束可降解纤维的神经再生导管，生长因子控释型可降解凝胶纤维支架，借助干细胞移植的角膜再生等，还有人将周围神经再生导管的管壁采用了纤维体和海绵体层状复合的结构。引人注目的是，人们认识到支架材料及其尺度（微米量级，细胞尺寸级）对细胞的组织化过程影响很大，于是形成了“接触向导”概念。科研人员指出，目前对于肝脏、胰脏、多巴胺分泌组织等具有复杂化学功能的组织器官，还不可能采用上述组织再生的方式而只能运用组织替代的方式，即借助具有选择性穿透能力的高分子膜（免疫隔离膜）将异种细胞的特定分泌物安全有效地输送到人体中所需部位。据了解，目前科学家研究中的隔离膜装置形式有微胶囊型、鼓型及中空纤维型，其中，中空纤维型今后实用化可能性最大。 我们不难看出，功能性纤维是功能性纺织品的关键。功能性纤维按其属性可分四类：物理性功能纤维；化学性功能纤维；物质分离性功能纤维和生物适应性功能纤维。目前已经商品化的功能性纺织品采用的导电性、抗静电性、光电性、记忆性、耐高温性、阻燃性、热敏性、蓄热性、蓄光性、光导性、光折射性、光干涉性以及异型截面纤维、超细纤维、表面处理纤维均属物理功能纤维。化学功能纤维有光降解性、光交联性、催化活性等性能。物质分离功能纤维有中空分离性、微孔分离性、反渗透性、离子交换性、高吸水性、高吸油性及选择吸附性等性能。生物适应性功能有抗菌性、芳香性、生物适应性和人工透析性、生物吸收性和生物相容性等性能。对于服用性面料而言，目前主要是应用高分子物理化学改性、异形截面化、超细化、共混、接枝以及纤维的表面处理和整理综合技术制造出具有特殊功能的纺织面料。 中国纺织科学研究院汪乐江、潘淑娟两位专家对当前纺织品的功能性与舒适性的结合作了专题研究。他们认为，纺织面料具备某些特殊功能的同时，其舒适性指标绝对不能忽视，因为面料裁制成服装要穿在人身上，若没有良好的舒适感，体现不出纺织品的附加值，就会损失其商业价值。从国际动向上看，如美国军队未来要装备的高科技军服目标是“防寒阻热、四季适用、视夜如昼辨敌友”，他们的高科技军服将带有导航、水净化、温度调节、防弹、防红外线等先进装备。“四季适用”的防雨服装能够根据士兵的体温自我调节温度，实际上，从寒冷的北极到炙热的沙漠，士兵都可以穿着同一种服装，无需更换。这种未来军服带有全球定位系统，能够根据周围环境改变军服的颜色，一旦落入敌人的势力范围，它所采用的技术就会自行隐藏，这种研制的技术就象蜥蜴一样会变色，如果士兵靠在大理石墙上，军服就会变成大理石的颜色；如果士兵躺在黑色柏油路面上，军服也会随之变色；如果士兵受伤，这种“智能军服”还能像救护人员一样，在合适的位置向伤口加压止血。美国科学家运用纳米技术研制智能战斗服已经历十多年，该面料除子弹穿不透、红外线瞄不准外，还具有防化学功能。军服上安装了微型计算机和高灵敏度传感器，会及时得到警报，避开射来的子弹；军服内的净化水装置还能保证士兵随时随地有水喝。士兵很长一段时间在野外生活，清洗衣服会有困难，科学家研究出一种功能纤维能利用纳米级大小的海绵体“捕捉”各种难闻怪味，并把它们“锁住”、直到遇到肥皂水时再将怪气味释放。士兵的内衣、裤、袜子都用这类纤维制造，将无疑会大大改善野战士兵的生活条件。“聪明服装”还将监控穿着者的心率和排汗情况，从而根据士兵的生理状态提高他们的生存机会。英格兰足球队员穿上了有特殊防护的球衣，即使赛场温度高至30，湿度达90以上，他们也不会感到闷热，无需担心会患上皮肤癌。由布拉德医院皮肤科医师开发，菌宝公司制作的英格兰球队新队服，会更有效抵挡紫外线的侵害。这种球衣都使用阿迪达斯的“动态分层概念”，与身体接触的里层使用能起到一定的支撑作用并能减轻肌肉的振动的舒适性纤维，而外层织物所使用的功能纤维能减轻外界环境温度升高对球员体温的影响。耐克公司为巴西队设计的球衣使用球形纤维，不至于使衣料紧贴皮肤，该球衣透气性良好，球员穿着感觉凉爽。菲利普公司正在研制一种能感应人体健康指数的电子面料，这对于户外工作人员十分有用，能监视人的心跳频率和血压，并把信息转告微电脑来控制智能面料产生必要的功能，这种整合电子元件和功能面料的衣服是21世纪舒适面料发展方向。日本钟纺公司采用中草药、植物香料和茶叶树茎，经高技术处理开发出健康纤维衣料，可以中和人体的气味和臭气，起到抗菌防臭保健作用。这种健康面料可用在睡衣和床上用品方面，市场潜力已初见端倪。据报道，日本还开发出一种有护肤功能的纤维，他们把从茜草科植物以及菌菇中提取液用胶元蛋白、丝元蛋白、角质蛋白包裹起来，再用交联剂附加在纤维上，对肌肤有收紧、保湿效果和滑爽感觉，纤维风格仍保持不变等等。专家认为，科研工作者应在创造性地开发功能纺织品的同时，密切注意功能性与舒适性的完美统一。 今天，天然纤维和纤维素再生纤维无论在产量还是在质量上已不能满足人们日益增长的需求。合成纤维技术因此得以广泛的研究和发展，化学纤维经过改性后赋予更多的功能，逐渐取代了天然纤维。而涤纶作为第一大合成纤维，开发适合消费者需求的多功能新产品备受人们的关注。 上海石化涤纶事业部结合30多年的生产经验和现在所拥有的技术和装备等，从90年代末期起，研制和开发了包括阻燃、芳香、负离子、抗菌、抗紫外、保暖、抗静电、高阻光、蓄光等多品种功能性涤纶纤维，并形成批量产品规模推向市场，取得了一定的效果。 阻燃纤维自上个世纪70年代以来，世界各国对聚酯纤维的研究和应用开发非常活跃，聚酯纤维产品不断问世。据专家介绍，涤纶的阻燃改性有共混改性和共聚改性两种方法。共混改性是在聚酯切片制造过程中添加共混阻燃剂制造阻燃切片或在纺丝时添加阻燃剂与聚酯熔体共混成阻燃纤维；共聚改性是在制造聚酯过程中加入共聚型阻燃剂做单体通过共聚方法制造阻燃聚酯。 国外的阻燃涤纶，其性能和功能往往是多元化，即阻燃涤纶往往是阳离子可染和抗起毛起球功能的复合产品。国内阻燃纤维的开发比较早，但是目前工业化的不多。 芳香纤维是用皮芯复合的方法，在芯层加入由特殊塑料为载体的香料，由于芯层以较低的温度进行纺丝因此香味在纺丝过程中挥发减到了最低限度，纤维成型后香味沿纤维轴向切断的横截面逐渐逸出，达到持久芳香的效果。芳香纤维的主要用途是作为室内床上用品，例如枕头、被套、床垫、被子、坐垫等的填充材料。 负氧离子发生纤维（除臭纤维）作为高附加值的化纤产品，在涤纶熔体中添加特殊的无机添加剂，可以赋予涤纶纤维4大特性和功能。即可使纤维具有远红外保暖功能；具有明显的除臭效果；具有负氧离子发射功能，能在室温条件下产生负氧离子；具有一定的抗菌效果。因此我们对该纤维冠名“奇异纤维”。作为填充料，用于医疗纺织品的内芯等，也可以用于室内的床上用品、汽车的座椅等。以棉型和中长、毛型短纤维的形式用于纺成纱线，可以用于室内装潢、服装等产品。（三）负离子纤维及其纺织品的生产31负离子纤维的生产工艺负离子功能纤维是利用化学和物理的方法将负离子添加剂制成与高聚物材料具有良好相容性的纳米级粉体,经过表面处理后,与高聚物载体按一定比例混合,熔融挤出制得负离子母粒,将其进行干燥,按一定配比与高聚物切片混合,进行纺丝制成纤维,具体工艺如下2:原材料化学和物理方法纳米级粉体表面处理配料挤出制造母粒烘干再配料纺丝成品。32负离子纤维纺织品加工方法负离子纤维及功能性纺织品的加工方法主要可分为两类:一类是应用具有产生负离子的添加剂纺制成纤维;另一类是通过织物的后整理使纺织品具有产生负离子的功能。生产方法可分为表面涂覆改性法、共混纺丝法、共聚法等。321表面涂覆改性法它 是在纤维的后加工过程中,利用表面处理技术和树脂整理技术将含有电气石等能激发空气负离子的无机物微粒的处理液固着在纤维表面。如日本将由珊瑚化石的粉碎 物、糖类、酸性水溶液再加上规定的菌类,在较高温度下长时间发酵制成的矿物质原液,涂覆在纤维上。因该矿物原液中含有树脂黏合剂成分,得到了耐久性良好的 负离子纤维。322共混纺丝法这是生产改性和多功能合纤的一种主要方法,就是在聚合或纺丝前,将能激发空气负离子的 矿物质做成负离子母粒加入到聚合物熔体或纺丝液中纺丝制得负离子纤维。与表面涂覆改性法相比,这种纤维产生负离子的耐久性更好。国内研发的负离子纤维均采 用这种方法3-6,即用化学和物理方法将负离子发生体(电气石、微量放射性的稀土类矿石、陶瓷)制成与高聚物材料具有良好相容性的纳米级粉体,经表 面处理后,与高聚物载体按一定比例混合,熔融挤出制得负离子母粒,再进行干燥,按一定配比与高聚物切片混合,采用共混纺丝法进行纺丝制备负离子纤维。323共聚法该法属于化学反应,是把负离子添加剂在聚合过程中加入,制成释放负离子功能切片后纺丝。一般共聚法所得切片或母粒、添加剂分布均匀,纺丝成形性好。在国外,上述生产负离子纺织品的3种方法都有应用,主要以共聚法为主,共聚法的主要特性是产品的耐久性好。目前,国内研发负离子纤维的常用方法以表面涂覆改性法为主。33后整理技术整理法是指通过浸轧-烘燥将含有无机物微粒的处理液固着在织物的表面,从而使织物具有负离子性能的方法。日本采用多种后整理工艺7开发负离子产品, 走在了世界的前列。如日清纺公司的“ION-AGE”,KomatsuSeiren公司推出的以“Verbano”冠名的负离子整理织物8,东丽工 业公司开发的新型后整理技术“aquaheal”9等。北京铜牛有限公司和香港驻成都办事处成都 海蓉特纺有限公司都采用齐齐哈尔大学材料研究所研制,燕山大学国际科技大学园区燕大超细功能材料有