負離子功能陶瓷

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、制備方法以及應用范圍,并就其應用前景進行了展望。

關鍵詞 負離子陶瓷,電氣石,制備與應用

1前 言

在功能陶瓷領域,紅外技術被廣泛應用于各種環(huán)保與健康陶瓷產品。隨著陶瓷功能技術的發(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。在光源條件下產生的負離子,可吸附水中的重金屬離子,調節(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構,其晶體結構中的六元環(huán)和六個硅氧四面體,角頂指向同一方向,在物理性質上表現(xiàn)為具有電自極化性質,能釋放出微弱放射線,不斷將空氣中的微粒粒子化從而產生負離子。由電氣石制成的負離子陶瓷材料是一種成份復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件下產生熱電效應和壓電效應,熱電效應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。而壓電效應是指某種晶體在壓力作用下產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-,其顯著的生物效應不僅體現(xiàn)在改善空氣質量,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溫度有關,一般隨著電氣石粉含量的增加,負離子釋放量增大。燒結溫度高于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],上述配合物經機械攪拌混合均勻后造粒,在800～850℃下恒溫燒結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,廣泛地應用于健康和環(huán)保領域[5]。一般應用形式主要以粉體或粒狀形式應用于各種產品中,也可作為功能陶瓷直接制得成形產品來應用。

4.1 在建筑工業(yè)中的應用

在建筑工業(yè)中,負離子功能陶瓷粉體主要應用于涂料和膩子中,其主要產品為內墻涂料和內墻膩子粉。房屋涂裝該類涂料后可有效增加室內的空氣負離子數(shù)量,改善室內環(huán)境,并對人體有很好的保健作用。目前國內的建材公司已有負離子材料制成的工業(yè)化產品,并有相應的國家產品技術標準——《負離子功能涂料》和《負離子功能內飾材料》。負離子陶瓷還可用于室內陶瓷和木質地板中,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,對人體起到抗菌保健的作用。如日本生產的“HOLIC”織物,其A4紙大小的織物在空氣中可產生150個/cm3的負離子,已接近森林中的負離子效果。國內已有各種負離子功能纖維及產品制成的保健功能紡織品及服裝。

4.3 在環(huán)保方面的應用

由于負離子陶瓷材料具有特殊的電效應,能與帶電離子發(fā)生反應,吸附空氣中的細小粉塵和凈化水質,故可處理工廠產生的廢氣、廢水;凈化水質;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一層電氣石負離子陶瓷膜作為污水處理產品,具有價廉物美的市場競爭優(yōu)勢,市場前景廣闊。

4.4 在飲用水質改善方面的應用

負離子功能陶瓷材料在與水接觸過程中,會對水產生電分解作用,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,起到洗溫泉浴的保健效果,對人體起保健作用。

4.5 在其他方面的應用

除上述主要應用方面外,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 語

隨著我國國民經濟的發(fā)展以及人民生活水平的提高,對環(huán)保健康產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)保健康領域有著廣泛的應用前景,并將由此帶動相關產業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

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