劉玉強　孫紹昆

摘要 負離子陶瓷是一種以電氣石為主要原料所制備的新型功能環(huán)境健康材料,本文介紹了負離子陶瓷材料的功能特性、制備方法以及應(yīng)用范圍,并就其應(yīng)用前景進行了展望。

關(guān)鍵詞 負離子陶瓷,電氣石,制備與應(yīng)用

1前 言

在功能陶瓷領(lǐng)域,紅外技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種環(huán)保與健康陶瓷產(chǎn)品。隨著陶瓷功能技術(shù)的發(fā)展,一種新的負離子功能陶瓷材料逐漸被人們所認識,并以此材料制備出各種環(huán)保健康的陶瓷新產(chǎn)品[1]。負離子功能陶瓷材料的顯著特征是永久釋放出負離子,有電自極化性能,極化能量主要來自于溫度的變化。在光源條件下產(chǎn)生的負離子,可吸附水中的重金屬離子,調(diào)節(jié)水的pH值,有活化水分子的作用。因此,負離子陶瓷材料的開發(fā)應(yīng)用,對保護生態(tài)環(huán)境、保障人體健康具有重要的意義。

2負離子陶瓷材料的功能

負離子陶瓷主要是以可釋放負離子的某種稀土類礦物或天然礦物質(zhì)為原料,再添加高嶺土、激發(fā)劑和助熔劑等原料,通過高溫煅燒后制成。電氣石、麥飯石、奇冰石、蛋白石、奇才石和古代海底礦物角閃石、微斜長石等均為可釋放負離子的天然礦物。最具代表性的是電氣石,電氣石具有獨特的異極對稱結(jié)構(gòu),其晶體結(jié)構(gòu)中的六元環(huán)和六個硅氧四面體,角頂指向同一方向,在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為具有電自極化性質(zhì),能釋放出微弱放射線,不斷將空氣中的微粒粒子化從而產(chǎn)生負離子。由電氣石制成的負離子陶瓷材料是一種成份復(fù)雜的硅酸鹽晶體材料[2],分子式為:Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6(BO3)3SiO18(OH)4。它的重要功能特性是具有熱電性和壓電性,即在適當?shù)臈l件下產(chǎn)生熱電效應(yīng)和壓電效應(yīng),熱電效應(yīng)是指某種晶體在溫度發(fā)生變化時,一部分帶正電一部分帶負電的現(xiàn)象。而壓電效應(yīng)是指某種晶體在壓力作用下產(chǎn)生極性而在兩端表面間出現(xiàn)電勢差的特性。由于這兩種效應(yīng)的作用,當溫度和壓力發(fā)生變化時,負離子陶瓷材料能在其周圍形成極高的電壓,這個能量足以使空氣發(fā)生電離,生成的電子附著于鄰近的分子并使之轉(zhuǎn)化為空氣負離子?？諝庳撾x子對健康的作用已被眾多的研究證明,負離子及負離子的含量與健康的關(guān)系如表1和表2所示。

空氣負離子是指獲得一個或一個以上電子而帶負電的離子,素有“環(huán)境警察、空氣維生素和大氣長壽素”三大美稱,空氣負離子主要有羥基負離子H3O2-、氫氧根負離子OH-以及負氧離子O2-,其顯著的生物效應(yīng)不僅體現(xiàn)在改善空氣質(zhì)量,還對人體的健康保健起到一定的作用。負離子對人體主要有以下作用:(1)可使人體大腦皮層功能增強,工作效率提高,睡眠質(zhì)量改善,還可以增強腦組織的氧化過程,使其獲得更多的氧;(2)具有明顯擴張血管的作用,可解除動脈血管痙攣,降低血壓,還可以改善心臟功能;(3)能使血中含氧量增加,有利于血氧輸送、吸收和利用;(4)負離子對呼吸系統(tǒng)影響最為明顯,可提高人體肺活量,改善和增強肺功能。

3負離子陶瓷材料的制備

負離子陶瓷材料的制備方法與一般陶瓷材料差異不大,主要在于主體材料的組成不同,可由原料電氣石、麥飯石、高嶺土、長石和熔塊組成[3],其中電氣石、麥飯石具有釋放負離子的功能,高嶺土在材料中可起到骨架作用,長石、熔塊起降低燒成溫度和粘接的作用,其基本組成材料如下:

制備方法為按上述配方配料,以球:料:水=2:1:0.6(wt%)混合研磨過篩并烘干,然后在1030℃、1060℃、1090℃和1120℃下燒成制備。負離子陶瓷的負離子釋放量與電氣石粉的含量和燒結(jié)溫度有關(guān),一般隨著電氣石粉含量的增加,負離子釋放量增大。燒結(jié)溫度高于1090℃時,負離子釋放量降低較快,因此,燒成溫度在1090℃以下較為適宜。負離子陶瓷材料如果在燒成前添加TiO2和銀系抗菌劑,則可賦予該材料抗菌功能,使材料具備抗菌和負離子雙功能,進一步擴大了其應(yīng)用范圍。

制備水處理的負離子陶粒的方法為:高嶺土10～50%、電氣石15～25%、沸石15～25%、麥飯石15～25%、活性炭1～5%[4],上述配合物經(jīng)機械攪拌混合均勻后造粒,在800～850℃下恒溫燒結(jié)12h,冷卻后制得。該負離子陶粒用于水處理時,可使飲用水呈弱堿性,用于制備負離子飲用水。此外,水處理負離子陶粒還可用電氣石、高嶺土、白云石和木節(jié)土在1000℃下燒成制得。

4負離子陶瓷材料的應(yīng)用

負離子陶瓷材料由于其獨特的負離子釋放功能,廣泛地應(yīng)用于健康和環(huán)保領(lǐng)域[5]。一般應(yīng)用形式主要以粉體或粒狀形式應(yīng)用于各種產(chǎn)品中,也可作為功能陶瓷直接制得成形產(chǎn)品來應(yīng)用。

4.1 在建筑工業(yè)中的應(yīng)用

在建筑工業(yè)中,負離子功能陶瓷粉體主要應(yīng)用于涂料和膩子中,其主要產(chǎn)品為內(nèi)墻涂料和內(nèi)墻膩子粉。房屋涂裝該類涂料后可有效增加室內(nèi)的空氣負離子數(shù)量,改善室內(nèi)環(huán)境,并對人體有很好的保健作用。目前國內(nèi)的建材公司已有負離子材料制成的工業(yè)化產(chǎn)品,并有相應(yīng)的國家產(chǎn)品技術(shù)標準——《負離子功能涂料》和《負離子功能內(nèi)飾材料》。負離子陶瓷還可用于室內(nèi)陶瓷和木質(zhì)地板中,或添加于塑料、橡膠中制成負離子塑料、橡膠地板,也可用于負離子塑料墻紙墻布。

4.2 在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

在紡織工業(yè)中,有各種含負離子材料的紡織物面料制作的衣物。穿著負離子材料處理過的服裝,可在人體周圍形成負離子的聚集效應(yīng),對人體起到抗菌保健的作用。如日本生產(chǎn)的“HOLIC”織物,其A4紙大小的織物在空氣中可產(chǎn)生150個/cm3的負離子,已接近森林中的負離子效果。國內(nèi)已有各種負離子功能纖維及產(chǎn)品制成的保健功能紡織品及服裝。

4.3 在環(huán)保方面的應(yīng)用

由于負離子陶瓷材料具有特殊的電效應(yīng),能與帶電離子發(fā)生反應(yīng),吸附空氣中的細小粉塵和凈化水質(zhì),故可處理工廠產(chǎn)生的廢氣、廢水;凈化水質(zhì);中和水、土壤、空氣中過多的酸。如在普通蜂窩陶瓷通道表面燒結(jié)一層電氣石負離子陶瓷膜作為污水處理產(chǎn)品,具有價廉物美的市場競爭優(yōu)勢,市場前景廣闊。

4.4 在飲用水質(zhì)改善方面的應(yīng)用

負離子功能陶瓷材料在與水接觸過程中,會對水產(chǎn)生電分解作用,使水中的氫離子形成氫氣跑出水面,從而使水變?yōu)槿鯄A性,保持pH在弱堿性范圍,產(chǎn)生健康的負離子水,長期飲用有益健康。因此,可由負離子陶瓷制成各種飲水用具,如水杯、茶具和餐具等。其中制作的茶具[6],可明顯改善飲茶口感,尤其適用于普洱茶的沖泡,并具有消除異味的作用;也可由其制成浴缸以改善水質(zhì),起到洗溫泉浴的保健效果,對人體起保健作用。

4.5 在其他方面的應(yīng)用

除上述主要應(yīng)用方面外,還可用于人們的日用品方面,如制成負離子飾件、負離子牙膏和抽煙用的負離子過濾嘴等。

5結(jié) 語

隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展以及人民生活水平的提高,對環(huán)保健康產(chǎn)品的要求會越來越高,負離子陶瓷材料的獨特作用與效果,使其具有良好的發(fā)展前景,它在環(huán)保健康領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,并將由此帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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