（纺织工程专业论文）负离子纤维及其针织产品的生产工艺及性能研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

中丘摘要 中文摘要 随着科技的发展和社会的进步，人们对纺织品的需求越来越趋向于生态、 环保、保健等多功能性。针对我国负离子纺织品在性能研究、产品丌发处于起步 阶段存在的不足，本论文对负离子纤维及其针织产品的生产工艺与性能进行了研 究。在对电气石负离子的产生机理、负离子纤维的制备、负离子纺织品的功能原 理进行研究的基础上，并对影响织物负离子产生的因素进行了分析，据此确定了 原料选择与产品丌发的理论基础。通过与无锡明丽雅针织时装有限公司合作，设 计、试产了负离子粘棉氨纶罗纹、负离子粘棉双罗纹及负离子粘棉抽条棉毛等 三种不同组织结构的针织物：然后将三种不同的织物进行染色、整理，设计、加 工成三种不同颜色、不同款式的男女针织保健服装。并对上述三种不同面料服装 常见金色葡萄球菌以及大肠杆菌的抗荫性进行了实验检测、比较，得出所丌发的 三款保健服装中，粘棉抽条棉毛产品的抗菌性能最佳。同时使用美国的负离子 测试仪a i ri o n c o u n t e r 对三种不同组织的面料测试比较，粘棉抽条棉毛的 负离子发射量要优于其他两个组织。本文还对采用共混纺丝法生产的负离子粘 棉产品与后整理浸轧负离子整理液的i o f i n a 产品进行了耐洗涤性能测试，得出采 用加入纳米级电气石共混纺丝制成的负离子粘棉针织保健服装，其负离子发射 性能基本不受洗涤次数的影响。为企业工业化生产提供了依据。 本文将负离子技术应用于针织内衣，使其既能利用人体的体温以及身体摩擦 来提供产生负离子的能量，又因其直接接触人体肌肤，更好地发挥其抗菌、除臭、 温升、释放人体需要的多种微鼍元素，以及产生负离子，改善空气环境的功效。 而且一天2 4 小时全天候地发挥其功能作用，这是其他任何负离子纺织品所不能 比拟的。 关键词：负离子影响因素针织服装抗菌性能 ， a b s l r a d a b s t r a c t a st e c h n o l o g ya n ds o c i e t yp r o g r e s s e s ，t h ed e m a n d sf o rf a b r i ca r ef o c u s e do n e c o l o g y , e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dh e a l t h n o wa n i o nf a b r i c si nc h i n aa r es t i l li n e a r l ys t a g eo fr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t i nt h i sc a s e ，w em a k ear e s e a r c ho n p r o d u c t i o np r o c e s sa n dp e r f o r m a n c eo f a n i o nk n i t t i n gs h e l lf a b r i c s b a s eo ns t u d y i n g r e a c t i o nm e c h a n i s mo ft o u r m a l i n e ，p r e p a r a t i o no fa n i o nf i b r e sa n dp e r f o r m a n c eo f a n i o nf a b r i c s ，i tp r o v i d e sw i t haf o u n d a t i o no fm a t e r i a lc h o o s ea n dd e v e l o p m e n t t h r o u g hc o o p e r a t i n gw it hw u x im i n e r v ak n i t t e df a s h i o nc ol t d ，w ed e v e l o p e d t h r e ek i n d so ff a b r i cr e s p e c t i v e l yi n c l u d i n gr i b b e df a b r i cw i t hu r e t h a n ee l a s t i cf i b e r , i n t e r l o c kf a b r i ca n ds p r o u t e di n t e r l o c kf a b r i c , t h e nm a d ei tt oc l o t h 。i na d d i t i o n ， t e s t i n gi t sa n t i b a c t e r i a lr a t ef o c u so nc o m m o ng o l d e ns t a p h y l o c o c c u sa n dc o l i b a c i l l u s a n di tc o m e st oac o n c l u s i o nt h a ta n i o nf a b r i ch a sh i g h e ra n t i b a c t e r i a lp e r f o r m a n c e t h i sp a p e ru s e sa i ri o nc o u n t e r ( m a d ei nu s a ) t ot e s tt h e s et h r e ek i n d so f f a b r i c s ，a n dw ec a ng e tt h a te m i s s i o no fa n i o n so fs p r o u t e di n t e r l o c kf a b r i ci ss u p e r i o r t oo t h e r s c o m p a r e dt ol o r i n a ，t h e r ei sn o to b v i o u s l yr e d u c t i o ni na n i o n i cn u m b e ra f t e r w a s h i n gw h i c hf a v o r a b l et oi n d u s t r i a l i z a t i o n i n t h i sp a p e r , i ta p p l i e da n i o nt e c h n o l o g yt ok n i t t i n gf a b r i c sw h i c hn o to n l y a d v i s e de n e r g yt h r o u g ht e m p e r a t u r ea n df r i c t i o nf r o mb o d y , a n da l s ob e c a u s ei ti s d i r e c t l yw i t hs k i n ，i tw i l li m p r o v ei t sa n t i b a c t e r i a lp e r f o r m a n c e ，t r a c ee l e m e n tr e l e a s e p e r f o r m a n c ea n da n i o nr e l e a s ep e r f o r m a n c ea n ds oo n m o s to fi m p o r t a n t ，i tc a nw o r k w h o l ed a y sw h i c hi ss p e c i a l l yd i f f e r e n tw i t ho t h e ra n i o nf a b r i c s k e y w o r d s ：a n i o n ，f a c t o r s ，k n i t t e dc l o t h i n g ，a n t i b a c t e r i a lp e r f o r m a n c e ， u 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不 包含本人为获得江南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 签名：盎赴笠尘 日期： 可年6 月仁e t 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定。江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：i 垒塑垃导师签名： 日期：、砂日 第一章绪论 第一章绪论 第一个在学术上证明负离子对人体功效的是德国物理学家菲利浦莱昂纳德 博士。他认为地球的自然环境中，对人类健康有益的负离子存在最多的地方是瀑 布的周嘲。瀑柿的小水汽有负离子效果，这在当时是划时代的学说。基于他这个 功绩，人们把在瀑布周围吸入负离子时心情舒畅的状态叫作莱昂纳德效应。随着 科技的进步和发展，人们逐渐发现了能自身产生负离子的天然矿石，并把它引入 纺织品中取得了优异的保健效果。 1 1 负离子的概念及其应用 1 1 1 空气负离子的概念 j 下常大气中的分子大部分是相互结合在一起，每个分子从整体上来看是电中 性。当外界某种因素作用于气体分子，则其外层电子摆脱原子核的束缚从轨道中 跃出此时气体分子呈币电性，变为f 离子，所跃出的自由电子，自由程极短( 约 l n m ) ，它很快就附着在某些气体分子或原子上( 特别容易附着在氧或水分子上) ， 成为空气负离子( a e r o a n i o n ) 。根据大地测量学和地理物理学国际联盟大气联合 委员会采用的理论，空气负离子的分子式是0 。一( h ：0 ) n 或o h ( m 0 ) n 或c o 。( h ：0 ) n 。 负离子在空气中的含量多少是衡量空气好坏的关键，负离子空气是人类提神醒脑 的保健空气。负离子像食物中的维生素一样重要，被称为“空气维生素”、“长寿 素”i i j 。根据预防医学专家研究证明：充满负离子的空气对支气管炎、冠心病、 脑血管病、心绞痛、神经衰弱、溃疡病等多种疾病均有较好的保健功效。 l - 1 2 负离子含量与健康的关系 空气负离子是对人体健康非常有益的一种物质。当人们通过呼吸将负离子空 气送进肺泡时，能刺激神经系统产生良好效应，经血液循环把所带电荷送到全身 组织细胞中，能改善心肌功能，增强心肌营养和细胞代谢提高免疫能力促进健 康。人吸入一定浓度的负离子空气能调节神经系统功能促进血液循环，使人精 力充沛，健康长寿。如吸入相当量的负离子空气，还能驱除哮喘、高血压、神经 衰弱、肺气肿、冠心病等疾患。由于这种负离子对机体的明显作用，故它的浓度 直接影响室内空气的质硅，因此，它将成为一种重要的室内卫生状况的评价指标。 ( 如表1 1 负离子合毓0 健康的关系) 江南人学坝j 学位论史 表1 1 负离子含量与健康的关系【2 i 1 i 3 负离子技术及其应用 鉴于负离子的一些特性和大气污染及室内污染的加重，近1 0 年来，各国逐 渐加强了对负离子研究的力度，以中国、美国、同本、中国台湾地区等水平最高， 研究领域多涉及空气离子对生物机体( 动物、人) 的生物学效应、类型行为特征、 应激反应，神经精神障碍、听力损伤，免疫以及环境空气离子测量等。负离子的 产生技术主要有：有源负离子技术和无源负离子技术1 3 j 。 ( 1 ) 有源负离子技术 随着城市居住愈束愈拥挤和室内居住环境的污染加剧，近年来出现了负离子 空调以改善室内环境，其核心技术就是通过高压电源放电技术，电离窀气或水分 子产生负离子，起剑改善室内空气环境的作用：再就是在室内模拟人造瀑布，利 用重力能产生负离子。其他的就是粒子碰撞阎体表面产生负离子、从等离子体直 接引出负离子源、电荷交换型负离子源、溅射型负离子源、表面电离负离f 源等。 其主要技术是利用外界能量激发或电离而产生负离子。有源负离子产生负离子技 术需要外界能源，为此负离子研究逐渐转移到无源负离子技术上，利刚邪本身 具有能量的无机i 会属矿物材料。 ( 2 ) 无源负离子技术 由于无机竹会属矿物材料本身的结构特性及品格的不对称性，具有f 发极化 产生负离子的特性，这螳材料不需要外界能鼍、安全可靠、无任何负作j f 】，目前 这是研究的热点，尤其足利用纳米技术，把这t i 材料纳米化应用剑纺彭：行业、涂 料、油漆等方由】更是负离子应用研究的前沿。 2 第一币绪论 1 1 4 负离子产品的应用 负离子除了在家电制造业、汽车内装饰材料、保温材料、材料制造业广泛应 用以外1 3 】，在纺织方面也有很大发展： ( 1 ) 床上用品 人每天最少有8h 睡眠，所以床上用品包括床单、被单、褥子、被子、枕头 等，如具有负离子产生功能将对人体健康保健、预防疾病、治疗某些慢性疾病十 分有益。 ( 2 ) 服装 内衣内裤、外衣外裤、西装套服、羊绒羊毛衫裤等，无论是春夏时装，还是 秋冬防寒保暖装，让人们随时享受到负离子功能纺织品的益处。鞋挚、袜子、手 套、帽子等，可以从头到脚呵护人们的健康。 ( 3 ) 室内用品 沈浴用品包括毛巾、浴巾等，通过与皮肤的直接接触摩擦产生美容美体、清 洁卫生、健康祛病的作用。应用于室内用品包括有地毯、窗帘、沙发套、桌布台 布等，既可以营造室内负离子空气氛围，又可以除臭去异味。 ( 4 ) 体育用品 人们在运动过程中穿着护膝、护腰、护腕等，既可以保护人体免受伤害，又 能起到舒筋活血、减轻伤痛的作用。 1 2 国内外发展状况 1 2 1 国内发展状况 我国近年来功能纺织品发展很快，特别是远红外纺织品、抗紫外线纺织品、 抗菌抑菌纺织品、抗电磁辐射纺一 f i r n l 等。但我们应该看到我国市场销售的功能纺 织品大多数功能单一，如秋冬季防寒保暖内衣的销售热点就是“薄而暖”，突出 的是美体、防寒，对人体健康并没有突出的功效。老百姓对健康产品的需求与企 业优质产品的推广销售存在严重脱节，人们欢迎健康产品但由于宣传引导不够， 使功能纺织品还没有像室内空气质量那样引起人们的普遍重视，例如目前我陶生 产的负离子纺织品多属于国外来料加工，纺织企业虽然拥有先进的加工生产技 术，原料企业也能够提供功效显著的助剂，但负离子纺织产品仍然大部分出口到 同本、韩啊和台湾等f 日家和地区，国内销售量很小，市场认知度并不高，尚未形 成成熟的市场，使这种对人体健康 e 常有益的纺织产品处于“高处不胜寒”的状 况。可喜的是日i h 国内些知名的企业为提升产品档次，已丌始注重对负离f 助 能纺织品的丌发、推广，这就为我陶消费者提供了一个有益于健康的新选择。 江南人学坝l 学位论史 我国的负离子纺织品中所使用的高效多功能的负离子材料，有超微粉体( 亚 微米级) 、水性浆料、凝胶等多种形态，其原料均选自纯天然矿物，经过高科技 手段进行配比、提炼、复合加工而成，因而对人体是绝对安全的。 我国负离子功能纺织品制造技术分为两种：一种是在纤维制造过程中就加入 负离子纺织添加剂，通过功能母粒法、全造粒法、注射法、复合纺丝法等方法生 产出人造纤维或混纺纱线，供面料企业及针织企业选用，制成负离子功能纺织品； 另一种是采用后整理技术，通过浸渍、浸轧、涂层、印刷等方法，用粘合剂将与 纺织品本身无亲和性的负离子纺织添加剂固定在纺织品上，制成负离子功能纺织 品。经国家权威部门检测：我围负离子功能纺织品模拟纺织品使用状态下与人体 摩擦产生的负离子达到36 0 0 个c m 。，完全达到同本同类产品的水平：在4 1 4 um 波长范围内远红外线辐射率高达9 1 ；去除游离甲醛等有害气体的能力均在 9 0 以上；并能确保沈涤5 0 次，其功能损失不超过1 0 。 目前生产负离子纺织品的国内企业主要有以下几家： 1 、钢铁研究总院安泰科技股份有限公司通过与同本方面的密切合作，于1 9 9 1 年建立了“托玛”粉未的理化性能检测实验室，并借助粉末冶金研究室多年来在 超细和纳米粉末的加工、后处理、检测与评价等方面的综合优势，在当年就丌始 向同本出口“托玛”粉体。目前研制的无机非会属负离子发生材料已经实现了超 微化，其平均粒径已经达至l j 4 0 0 n m 以下，并实现了舰模化生产，其水平已经达到 了国内领先水平。丌发的负离子纤维的品种主要有：粘胶纤维类：棉型、中长型、 毛型负离子粘胶短纤维，负离子粘胶长丝；丙纶类：棉型负离子丙纶短纤维、负 离子丙纶长丝；涤纶类：负离子涤纶短纤维。开发的负离子功能彭l 物主要肓：托 玛功能保健袜：除臭导湿透气型、静脉曲张舒缓型、保湿润肽型、脚气缓解型、 舒适型等；内衣系列：男女内裤、女士塑身内裤、塑身康体内衣、涂覆内衣等； 寝具系列：床单f 单、双人) 、被罩、枕袋等；文胸内衣系列：文胸、内裤等。1 4 l 2 、天津赛远公司丌发的负离子远红外线合成纤维制造的保健服饰含有负离 子发生材料，其产生的负离子呈弱碱性，可以中和穿用者周【蚓空气中的硫酸雾等 酸性毒素，减少因空气污染导致的不适，改善人体微循环，增加人体免疫力：碱 性负离子借助远红外线的渗透作用能透过皮肽进入血液，能够中和掉沉移 于血管 壁上的酸性代谢产生的毒素，具有增加肌体新陈代谢的功效。1 5 l 3 、河南新乡白鹭化纤集团公司与郑州中原工学院联合承担的河南省2 0 0 4 年 科技攻关项目“永久性抗菌负离子粘胶纤维防护服面料”，已经通过河南省科技厅 专家鉴定。该项目的研究成果是在人造纤维素纤维中加入具有在一定条件卜j 能够 产生热电效应的电，- t f i 微粉制成负离子纤维，通过电气石电离作用，使纤维表 面空气产生大量负氧离于，从而达到抗菌、杀毒与保健作用。公司产品注册商标 为“白鹭”牌，粘胶人造蝗和枯胶短纤维荣获“中围名牌产品”称号。产品分别 4 第一帝绪论 通过了国际环保纺织协会瑞士纺织鉴定有限公司生态纺织品认证( o e k o t e x s t a n d a r d1 0 0c l a s si i ) 和i s 0 9 0 0 2 2 0 0 0 质量体系认证。1 6 】 主要型号如下： ( 1 ) 负离子功能短纤维包括以下规格：1 3 d t e x x3 8 r a m 、1 6 7 d t e x x3 8 m m 、 2 2 2 d t e x 5 l m m 、2 7 8 d t e x 5 1 m 、2 7 8 d t e x 6 0 m m 、5 5 6 d t e x 7 0 m m ( 2 ) 负离子功能粘胶长丝主要有以下规格：8 3 3 d t e x 1 4 f 、1 3 3 3 d t e x 3 0 f 、 1 3 3 3 d t e x 4 4 f 、1 6 6 7 d t e x 3 0 f 、2 2 7 8 d t e x 5 0 f 、3 3 3 3 3 d t e x 6 0 f ，5 0 0 d t e x 9 0 f 4 、上海博瑞保健品合作公司与东华大学共同研究丌发了中国首创的负离子 纤维。该合作项目从负离子纳米材料的丌发，通过共混技术，制备用于纺丝的母 粒，到纤维成形加工、织造、染色整理及纺织制品，形成一条龙的产品丌发和最 终销售体系1 7j 。 5 、天津石油化工公司研究院采用聚合中将负离子粉均匀分散于聚酯中，再 纺丝、纺纱、织造的技术，通过控制负离子粉的加入量，制备不同大自然效果( 如 公园、绿地、森林等) 的纤维，制成高档夏季t 恤衫及秋冬内衣，效果极佳。该纤 维经上海计量科学院( 国家负离子检测中心) 检测，结果为：负离子纤维表面测得 空气负离子浓度：3 8 6 0 个s c l n 2 ，与常规纤维相差6 8 0 个s a m 2 【7 j 。 1 2 2 国外发展状况 1 、r 本k o m a t s us e i r e n 公司己成功丌发在织物上固着特定天然矿物质的技 术，这些矿物质能产生负离子，使人心情舒畅、身体放松。产生的负离子量控制 在2 0 0 0 4 1 0 0 0 0m u s 。该技术是一种整理技术，可应用于所有类型的纺织面料， 不同于常规将矿物质掺和入纱线的工艺。 k o m a t s us e i r e n 公司将以“v e r b a n o ”冠名销售这些织物，该整理织物有两种 类型：( 1 ) 结合“d i m a ”超薄膜涂层的“v e r b a n os ”织物；( 2 ) 结合“m a w u s ”用 于亲水性聚酯纤维的接枝聚合技术的v e r b a n or ”织物。“v e r b a n o ”织物应用相 当广泛。 在水泼洒处，诸如瀑布和喷泉、负离子充裕。随着有关负离子与健康的研究 发展负离于被誉为是“空气中的维生素”：旦诈离子激发并引起疲劳时，负 离子进人人体提高氧气转化能力、加速新障代谢，减轻疲劳。吸烟、排气，以及 使用电子和电器设备( 例如电视机、空调、计算机) 的环境易产生f 离子。在这种 环境下，能产生负离子的产品应引起关注。“v e r b a n o ”整理织物的主要用途；运 动服、外衣、内衣、制服、手套、鞋子、帽子、窗帘、床上用品和保健用一1 6 。 2 、同本东岍( t 0 r a y ) _ 1 ：业公司丌发了一种新型后整理技术“a q u a h e a l ”i s l 。 该整理技术采用来自占老的海底深处的原料以产生负离f ：经a q u a h e a l 整胖后 的面料可以广泛地应用丁| 制服、运动服、内衣、室内装饰物和床上用品。 江南人学帧i 学位论殳 在生产a q u a h e a l 的过程中，所用原料均来自古老的海底深处。在海底由于 地壳运动鱼、微生物和海藻被埋葬和堆积，采出后被制成精细微粒，在染色后 粘附在纤维表面。该原料具有多孔性，通过物理刺激作用，诸如衣服在穿着过程 中的摩擦和振动而产生2 0 0 0 单位的负离子m l 。该织物甚至在家庭洗涤4 0 多 次后，仍可产生1 5 0 0 单位的负离子m l 。 该后整理能应用于任何类型的纤维。东丽公司将a q u a h e a l 整理与其他功能 整理相结合、如微生物控制和除臭整理，以应用于处理纯涤和涤棉混纺织物。 3 、r 本大和纺织将放射性矿石微粉与远红外矿石微粉按一定比例混合后， 经整理附着于织物上，形成新产品“i o n i n a ”p j 。 据悉，这种方法使织物具有负离子和远红外双重效果，其床单产品经使用检 测，被检测者脑波中的c i 波产生抑制，对一些慢性病有较好的辅助疗效。 4 、f 1 本钟纺合纤公司新推出l o n s a f e 腈纶纤维，其中揉入可产生负离予的矿 物质。特种陶瓷粉被均匀揉进并分散于纤维中，因此有半永久性功能，使经染色 及反复水洗，该陶瓷粉也不会流失，可持续产生负离子。该纤维主要用途有服装、 床上用品、装饰织物、家用杂品及无纺布l l 。 1 2 3 负离子纺织品的发展前景 1 2 3 1 向功能高效化发展 当前，在研究丌发负离子织物过程中，研究人员正在不断寻求新的高效负离 子释放物质。将能释放负离子的天然矿石或低辐射剂量的放射性矿石粉碎成超细 微粉，一股要求5 0 微粒粒径在】pm 以下，最大颗粒粒径不超过5um ，将j e 作 为制备负离子功能祭理剂的基础原料，然后添加其他辅料，配成一定冰度的枇理 剂。 会释放负离子的天然矿石，常用的有两种j ： ( 1 ) 硅藻土。该物质为轻质多孔的白色水成岩，是硅藻腾的壳埋没堆秘订：海 底形成地层，后经地壳变动隆起于地表而形成，其主要化学成分为含彳| | 硅、钌：和 铁等氧化物，掘称其孔径约为5 0 r i m ，表面积约达3 7 8m j g ，其形成可追溯至i8 0 0 万年以前。硅藻土因为具有优异的吸附性和良好的化学惰性，广泛应片j 于二过滤材 料、保温材料、催化荆载体和功能填料等方面。利用硅藻土能释放负离f 的特性， 正在探索将其应用往纺织品和养生保健用品等方面。 ( 2 ) 电气石。由于其具有类似于磁铁磁极的f 1 然电极，电气石被广泛地应用 于环境保护、r 常乍活等许多领域。其中一个 f 常再要的用途就是应用f ：纺 1 。t j ，。 将电气石矿物超细粉砰加入人造丝中，闪为吆粉体具有币、负电极，刷含该粉体 的人造丝加工成织物，该织物和人体接触后，能在皮肤表血产生无数微刺 u 流， 刺激血液循环，凋帮一律神经，并形成宅气中的负离子效应。目前，电i 乍i 放射 第一章绪论 负离子的特性已得到科学界证实，现在对电气石的研究主要集中在如何提高它的 放射性能，以达到更好的效果。 1 2 3 2 向功能新型化发展 传统的负离子织物中通常都以具有放射负离子功能的矿物为添加物质，基材 是传统的涤纶、丙纶、腈纶或粘胶纤维。目前的发展己突破了这一格局，不断有 新型的负离子织物问世。上海意东不织布公司生产的新一代负离子空调空气清洁 片“y w y c p 型仞效滤材”，是一种活性炭空气过滤片，使用方便，只要将这 层薄薄的清洁片轻轻附于空调器送风口的滤网上，就相当于给空调送风口带上了 一个“活性炭口罩”，从而达到深层净化室内外空气的作用。其原理是活性炭不 仅能吸附异味、调节空气湿度、发射红外线，而且在水份运动或光合作用下会产 生负离子，并且负离子释放量达n 4 0 0 个m 3 。另外具有一定含量的松香织物可 以杀菌，同时还可以驱除白蚁、蚊子、蟑螂等害虫，所以活性碳与松香就被用束 作为生产负离子不织布材料1 1 2 j 。该产品曾在2 0 0 4 年获得上海市优秀发明会奖， 由于使用不织布作为生产负离子布的基材，使得不织布的使用范围与产品加工的 领域再度扩大。而且由于活性炭、松香、粘合剂均为天然物质，使得产品符合环 保诉求是一种绿色产品。更由于其使用布质形态，因此能够以折叠形式安装在 各种过滤器中，用于室内空气净化，或者做成卷简状，可以去除新装璜以后室内 的甲醛或其他异味，经济与环保效益不可限量，是一种有相当大的发展潜力的新 产品。可以相信，这些新型保健织物将是负离子织物的未来发展趋势。 1 2 3 3 向功能复合化发展 负离子织物在其发展过程中，为适应多方面的消费需求，正在寻求与其他功 能的复合。负离子技术与其它技术复合已成为丌发新一代产品的目标之一。f 1 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”一文指出，在同本 负离子整理已从助剂丌发、试生产走向与多功能整理的发展阶段。例如：s a k a i n a g o y a 公司生产的具有负离子效果，耐久吸水性和抗紫外线的产品m j o u v 已投放 市场。k a n e b o 公司在丌发负离子纤维的基础上，又添加了药草萃取液生产新的 “i o n e ”纤维。如上所述，负离子织物的发展将会在复合功能化的道路上不断迈 出新的步伐。 1 2 3 4 检测向规范化发展 为了规范负离子商品的市场，同本已成立了r 本负离子应用学会和只本机能 性离子协会，此举促进新产业的健康发展，同时他们将着手建立标准的测试方法， 测试仪器的评估等工作。近年来我国台湾厂商普遍投入功能性纺织品的研究丌 发，由于功能性纺织品的1 ：断推出，为协助纺织厂行车f i j 年1 j 拓展市场，台湾纺拓会 2 0 0 5 年将新增包括负离子、防污、防火等5 项纺织品质硅认证。消费者可凭此验 证辩明功能性纺钐! 、t l 的质超。f h 是我国大陆尚未出现一规权威的专门检验机构， 江南人学坝i j 学位论文 有待进一步的规范和发展。 1 3 研究意义 负离子纺织品在国内虽然已经有好几家公司投入生产，并已市场化，但是在 基础理论研究方面，尤其在影响负离子织物负离子产生因素的理论研究尚处于空 白，本课题基于这点，先对影响织物负离子产生的因素进行理论分析探讨，丌发 生产了几种不同组织的负离子针织面料，并通过对不同面料负离子产生数目的测 试实验和分析，找到了产生负离子效果最好的织物结构，从而指导企业组织生产， 使其更好地发挥优良的保健效果具有现实的指导意义。 另外从负离子产生的机理我们可以得知，负离子粉未具有热电性和压电性， 在有温度和压力变化( 即使微小的变化) 的情况下即能引起负离子晶体之间的电 势差，电离周围的空气，从而产生负离子。因此，将负离子技术应用于针织内衣 有着现实的意义，它既能利用人体的体温以及身体摩擦来提供产生负离子的能 量，又可以利用接触人体肌肤，发挥负离子作用，而且一天2 4 小时全天候地发 挥其温升、抗菌除臭、释放人体需要的多种微量元素以及产生负离子改善空气环 境的功效，提供更好的保健作用，这是其他任何负离子纺织品所不能比拟的。 1 4 研究内容 针对以上，本文主要进行了一下几个方面的工作：1 、影响织物负离子产生 的因素研究；2 ，负离子粘棉保健针织服装的丌发；3 、负离子粘棉针织面料抗菌 性能的测试；4 、负离子粘棉针织面料负离子发射性能的测试；5 、负离子丰占棉针 织面料的负离子耐沈涤性能测试。 第一章负高了柚脞纤维的制薪j 能究 第二章负离子粘胶纤维的制备与性能研究 应用于负离子纺织产品的方法主要有以下几种： ( 1 ) 把能产生负离子的天然矿石微粉化( 其中5 0 微粒直径在lum 以下，最 大5 1 1m ) 后，分散于粘合荆中，制成阴离子型、p h 值为弱酸性，在水中易分散的 淡灰色弱粘性分散液体。其处理纺织品的工艺为：浸轧一干燥一定形( 1 5 0 x 3 m i n ) 。浸轧液处方：分散液体1 0 ，分散剂o 1 ，柔软n 5 。其主要天然矿 石品种见表2 1 。 表2 1 可释放负离子的矿石品种1 1 4 1 名称组分及特征 奇冰i土要含硼、_ 吕、镁、铁、锂的环状结构的砗酸盐 l 乜气i i ( n a ，c a ) ( m g ，f e ) ，b - ：a 1 一s i 一( 0 ，o h ，f ) ，的二方品系砷酸盐 含水1 r 品质或胶质的活性s i o z ，还含有少鼙f e ：0 。、a 1 ：0 。、m n 蛋白t i 及有机物等砟酸盐 占代海底矿物层以砰酸盐和i 铝、铁管氧化物为土要成分的无机系多孔物质 矿f i 化学成分为s i 魄8 l 8 9 ，a 1 030 7 ，f e ：0 。1 6 8 ，c a o3 6 0 ，m g o0 5 9 ，k z o1 1 3 ，n a z o0 2 0 ， p 2 0 ；0 0 1 ，h ：o + 0 ，1 0 ，h z 0 2 4 2 ，f e o0 2 1 ，t i 0 20 2 0 奇才石 ，m n0 o l 。( 含有蛋白i l 宝_ i 成分) 化学分子式：n a ( m g ，f e ，m n ，l i a 1 ) 。a 1 e s i 一0 s - ( 肋z ) ，( 0 h ， f ) ，( s i ：) ( m g 。) o ：。( o h ) ( o h ) - 8 h 二0 ( 2 ) 采用自然界中大量存在、有稳定资源、并在化妆美容品和家禽饲料等 正在使用及具有安全性、可信度高的古代海底矿物层的组分作为负离子的发生 体。这种矿物层是数十i 年前海中的鱼类、微生物海藻埋没堆积在地层，经地壳 变动隆起于地表的物质，是硅酸和铝、铁等氧化物为主要成分的无机系多孔物质。 这些多孔物的平均细孔半径约为5 0 0 a ，比表面积非常大，约3 7 8 m 2 g 。因此， 从这些物质可以得到通常附加量以上的负离子，并产生明显效果。为最大限度发 挥古代海底矿物层成分的负离子发生能力，产品一般不采用纺丝加入，而采用后 加工方式，也就是把上述负离子发生体与对应于各种材料的粘合剂树脂同着于纤 维表面。粘合剂过多不但于i 感卡f l 糙，而且将负离子发生体埋没于粘合剂中，不能 充分发挥负离子效果。所以要选择对负离子发生影响小、使用量少，耐沈涤的芈占 合剂。 ( 3 ) 森林浴纤维。这类产品把森林空气中的树木挥发的成分萜烯化合物微 胶囊化，然后附着于纤维或纺织品。闻到这种香气后人们会心情爽朗和愉快，这 就足所谓的森林浴。从远处看望山的话，就可以看到白色雾气笼罩在上面，这种 9 江南人学颅l j 学化论史 雾气就是从树木中散发出来的惦烯类化合物，这种成分具有森林浴效果。森林浴 纤维经摩擦、碰撞后微胶囊释放出香气及负离子，使人感剑空气新鲜、心情愉快， 就像走在树林罩时那样，还可消除周罔的气味。 ( 4 ) 炭粉印花纺织品。选择合适的木炭、竹炭( 冈原料种类、炭化温度、炭 化炉等不同而不同) ，如将柏树炭微粒化( 1 0 2 0u1 1 1 ) 后加粘合剂，在棉、涤棉 上以水墨画、书画、艺术格调较高的艺术形式进行印花，制成被套、花毡、窗帘 等产品。这种炭粉具有产生负离子效果的特点，还具有抗菌、消臭作用。 本文介绍的是最常用的电气石法生产负离子粘胶纤维。 2 1 电气石负离子的发生机理 空气中气体分子电离的机理，主要靠外界催离素对气体作用的结果，催离索 有紫外线、放射线、光电效应等。负离子粉术具有热电性和压电性，凼此在囱温 度和压力变化f 即使微小的变化1 的情况下即能引起负离子晶体之问的电辨差。目 前生产负离子纤维较为广泛的是电气石法，其原理是：由于自发极化效应，在电 气石的周围存在着以c 轴轴面为两极的静电场，e o = p 。2e 。掘v o i g t 给 j 的p 。 值，得到e o = 6 2 1 0 “v m 。静电场随着远离中一t l , 迅速减弱，e ，= ( 2 3 ) e o ( a r ) 3 ，a 为电气石微粒半径，f 为距中心的距离【1 5 l 。由此可知，在电气石表嘶厚度十 几微米范围内存在1 0 7 ( 最高值) 1 0 1v m 的高场强。在静电场的作用f ，水 分子发生电解，形成h + 和o h 一，h + 和水分子结合形成活性分子h 3 0 + ，活性分 子具有极强的界面活性，可以节约洗涤剂的用量，而且有助于环境的净化；o h 和水分子结合形成负离子( h 3 0 2 一) ，可以增加空气中的负离子数，改善人们的 生活环境。具体反应过程如下： h 二o ( 电气石放电) 一h + + o h 一 2h+2e 一一h 2f h 2 0 + e 一一0 2 一( h 2 0 ) n c0 2 + e 一一c 0 4 。 9 - - ( h 二o ) n 但在实际使用中，利玎这个机理就不能解释所有的问题。电气石哑纳超微粒 子是以共混工艺n x , t - 维巾的，除了裸露在纤维表面的部分，绝大多数部在纤维 丝内部，电气石粒子的一负极有可能湮没在纤维中的高分子基团中而达f i 到将水 分子瞬时“负离子化”的 的。 有关研究认为叮以把电气石看成一种复合半导体材料，其中a i 二0 ；、s i 0 ，足 绝缘体，为半导体f e 0 、f e 二0 。、t i 0 。、b ：0 ，等的戟体：具彳1 饱和电子构型的l i 、m g 、 n a + 、k + 、c a 等对催化反应；舌性几乎没有影响。b 为+ j 价，没有变价。微：f ；= 的7 r i 、 m n 可作为掺杂元素考察。瞰此电气石的性能研究砸点阐绕f e “、f e ”眨，r i ：。【1 7 l 1 0 第币负离了柚腔纤维的制斋j 竹能研究 当电气石微粒中，f e 2 + 与f e ”共存时，相互1 日j 存在电子跃迁，形成电子 空穴迁移，当水分子与之接触形成氢氧根离子和过氧化氢，即： 3h 2 0 + h + + e 一一h 2 0 2 + 2h o 。+ h 2 ( f ) 过氧化氢h 2 0 2 不稳定，继续分解为氢氧根离子( h o ) 。 2 2 负离子粘胶纤维的制备及其功能 2 2 1 负离子粘胶纤维的生产工艺与设备 2 2 1 1 工艺路线 电气石粉体一活化、分散一负离子乳浆 浆粕一浸、压、粉一碱纤维素老成一黄化 纺丝一成型一成品包装 2 2 1 2 主要设备 ) 一熔解一混合一过滤一脱泡一 生产永久性负离子粘胶纤维的主要设备包括【1 8 j ： 制胶设备：主要有自动喂粕机、浸渍筒、压榨机、老成箱、黄化机、溶解 机、混和机、板框式过滤机、脱泡筒等设备； 纺丝设备：即半连续纺丝机器或常规的短纤流程设备； 辅助设备：主要有供酸浴设备、供脱盐水设备、压缩空气设备、真空脱泡 设备、油剂乳化制造设备、供汽供水供电设备、负离子功能乳化浆料设备、帮助 负离子功能浆料分散的静态、动态混合设备等。 2 2 i 3 生产方法 负离子粘胶功能纤维的7 l 三产方法是将电气石( t o u r m a li n e ) 微粉与活化剂和 分散助剂均匀配制成乳浆料，按一定比例通过特殊方法加入，经过静态和动念混 合，使该粉体均匀分散n ：j = i j i 胶中，再经近似常规纺丝，得到产生负离子功效的枯 胶纤维。 江南人学坝l 学位论丘 2 2 2 负离子粘胶纤维的生产技术关键 2 2 2 1 电气石负离子粉体的选择 电气石负离子功能性化纤添加刺技术参数如表2 2 ，技术参数范【目比较适宜 纺丝要求。 表2 2 负离子功能性添加剂技术参数i “l 2 2 2 2 负离子功能浆料的制作 因为负离子功能粉体属于干态，直接加入粘胶中难于分散均匀，必须在加入 粘胶中之前把它制作成水乳浆体，首先要在负离子功能粉体的配韦0 容器内加入一 定量的水以及非离子型1 j 阴离子型分散剂，制得负离子粉体与水呈1 5 比例的负 离子功能水乳浆体，由于表面活性剂分散作用，使负离子粉体表面水化浸润。这 样，负离子功能微小粉体颢粒与粘胶内纤维素黄酸酪紧密结合，减少其在粘胶中 的泳移现象，减少颗粒之问的碰撞几率，大大提高粘胶可纺性能。 2 2 2 3 负离子功能粉体在粘胶中的分散 由于负离子功能超细微粉比表面积大，h 具有一定的电负性，在粘胶中负离 子粉体小颗 t 极容易碰撞产生团聚效应在纺丝过程中出现喷丝孔堵摩，使纤维 产生毛丝甚至断头现象，可纺性降低。因此，添加改功能粉体首先要考虑j f 在粘 胶中的分散问题。选f f j 添加分散性功能材料1 j 机械作用等手段使负离了功能微粉 第一章识离了枯枝纤维的制箭l 忖能研究 均匀分散在粘胶中，纤维可纺性得到提高，满足了连续纺、半连续纺粘胶长丝以 及粘胶短纤维纺丝工艺要求，从而使其纺丝工艺与常规纺丝并无太大差异。 2 2 2 4 纺丝速度 在添加了大量负离子材料粉末之后，比常规粘胶纤维纺丝速度要相应降低。 一般纺此类丝都采用中速纺。随着电气石纳米级粉未的增多，纺丝的速度也可能 以低速纺的形式出现。 2 3 负离子粘胶纤维的性能分析 2 3 1 负离子粘胶纤维的负离子数量测试 负离子粘胶功能纤维，可以使其周围的空气产生负离子，发射生物波，释放 人体需要的微量元素。经有关部门检测，通过它的作用，产品周围产生负离子数 目明显，性能优良。将1m 2 的粘胶负离子纤维存入l m 3 的密闭容器内，测得负离 子是对比样的4 0 5 0 倍。另外，送样委托上海市计量测试技术研究院进行检测， 其测试方法及数据如下1 1 9 1 ： 主要测量设备：大气离子浓度相对标准测量装置 测试环境条件：环境温度1 0 ：相对湿度6 0 ；大气压1 0 3 0 k p a 测试方法：将负离子粘胶功能纤维和普通纤维分别剪成1 0 1 0 c m 2 大小，距离上 述测肇装置6 5 c m 2 的吸风口2 姗左右，测量空气负离子浓度。 测试数掘结果如下( 表2 3 ) ： 表2 3 负离子粘胶纤维的负离子释放性能 样晶编号负离子纤维 i 午通纤维 个负离子c m 3 7 87 4 两者相差值 40 ( 个负离子c m ) 相当丁| 6 4 0 0 ( 个负离子s c m 3 ) 2 3 2 负离子粘胶纤维的物理指标 江南人学顾 学位论上 表2 4 各种粘胶纤维物理指标对照分析【2 0 1 从表2 4 中可以分析： ( 1 ) 负离子粘胶短纤干断裂强度在一定程度上大于常规短纤，常舰枯胶纤维较负 离子粘胶纤维干断裂伸长增加9 8 4 ，应理解为常舰粘胶中加入电气石微细粉 后增加了结晶区的比例； ( 2 ) 负离子粘胶短纤湿干断裂强度= 5 8 7 7 ，与常规粘胶纤维接近； ( 3 ) 负离子粘胶短纤l 定伸长潜力与常规纤维接近，但其杨氏模最较常规纤维 平均高出8 2 c n d t e x 。 2 4 本章小结 ( 1 ) 负离子枯胶纤维的生产方法足将电气石( t o u r m a l i n e ) 微粉0 活化剂和 分散助剂均匀配胃成乳浆料，按一定比例通过特殊方法加入，经过静态和动态混 合，使该粉体均匀分散在粘胶溶液中，再经常舰短纤流程的纺奎幺，得到产， 负离 子功效的粘胶纤维。 ( 2 ) 生产永久性负离子粘胶纤维的主要设备包括自动喂棚机、浸滞简、压 榨机、老成箱、黄化机、溶解机、混合机等：i ；l l 胶发备；半连续纺幺幺机器或常规短 纤流程的纺丝设备及供酸浴、脱盐水、蒸气脱泡、油f i t j 孚l 化等辅助设备。 ( 3 ) 经测试：将1m 2 的粘胶负离子纤维存入1 m 3 的密闭容器内，测得负离 子是对比样的4 0 5 0 倍。另外，送样委托f ：海市计量测试技术研究院，采用大 气离子浓度十h 埘丰，j ：准测艟装胃进行枪测，将负离f 枯胶纤维和f f 通纤维分剧鲍成 1 0 l o c m 2 大小，孵! 离卜述测鞋装置6 5 c m 2 的吸风口21 1 1 1 1 1 左右，测世窄气负离产 浓度。负离子村i 胶纤维为6 4 0 个负离子s c m 3 时，普通利i 胶纤维的负离r 数| j ! | j 为 1 4 第一辛鲍高了柚股纤维的制并1 j 抖能研究 零。 ( 4 ) 同一细度的负离子粘胶短纤干断裂强度大于常舰粘胶短纤0 1 c n d t e x ； 负离子粘胶短纤湿干断裂强度= 5 8 7 7 ，与常规粘胶纤维接近； 负离子粘胶 短纤1 定伸长潜力与常规纤维接近，但其杨氏模鼍较常规纤维平均高出8 2 c n d t e x 。 江南人学倾