劉玉強(qiáng)　孫紹昆

摘要 負(fù)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(fù)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(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 負(fù)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(fù)離子功能陶瓷材料逐漸被人們所認(rèn)識(shí),并以此材料制備出各種環(huán)保健康的陶瓷新產(chǎn)品[1]。負(fù)離子功能陶瓷材料的顯著特征是永久釋放出負(fù)離子,有電自極化性能,極化能量主要來(lái)自于溫度的變化。在光源條件下產(chǎn)生的負(fù)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(fù)離子陶瓷材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障人體健康具有重要的意義。

2負(fù)離子陶瓷材料的功能

負(fù)離子陶瓷主要是以可釋放負(fù)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(guò)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(zhǎng)石等均為可釋放負(fù)離子的天然礦物。最具代表性的是電氣石,電氣石具有獨(dú)特的異極對(duì)稱結(jié)構(gòu),其晶體結(jié)構(gòu)中的六元環(huán)和六個(gè)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(fù)離子。由電氣石制成的負(fù)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(dāng)?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(shí),一部分帶正電一部分帶負(fù)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(shì)差的特性。由于這兩種效應(yīng)的作用,當(dāng)溫度和壓力發(fā)生變化時(shí),負(fù)離子陶瓷材料能在其周圍形成極高的電壓,這個(gè)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(fù)離子。空氣負(fù)離子對(duì)健康的作用已被眾多的研究證明,負(fù)離子及負(fù)離子的含量與健康的關(guān)系如表1和表2所示。

空氣負(fù)離子是指獲得一個(gè)或一個(gè)以上電子而帶負(fù)電的離子,素有“環(huán)境警察、空氣維生素和大氣長(zhǎng)壽素”三大美稱,空氣負(fù)離子主要有羥基負(fù)離子H3O2-、氫氧根負(fù)離子OH-以及負(fù)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(duì)人體的健康保健起到一定的作用。負(fù)離子對(duì)人體主要有以下作用:(1)可使人體大腦皮層功能增強(qiáng),工作效率提高,睡眠質(zhì)量改善,還可以增強(qiáng)腦組織的氧化過(guò)程,使其獲得更多的氧;(2)具有明顯擴(kuò)張血管的作用,可解除動(dòng)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(fù)離子對(duì)呼吸系統(tǒng)影響最為明顯,可提高人體肺活量,改善和增強(qiáng)肺功能。

3負(fù)離子陶瓷材料的制備

負(fù)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(zhǎng)石和熔塊組成[3],其中電氣石、麥飯石具有釋放負(fù)離子的功能,高嶺土在材料中可起到骨架作用,長(zhǎng)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(guò)篩并烘干,然后在1030℃、1060℃、1090℃和1120℃下燒成制備。負(fù)離子陶瓷的負(fù)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(fù)離子釋放量增大。燒結(jié)溫度高于1090℃時(shí),負(fù)離子釋放量降低較快,因此,燒成溫度在1090℃以下較為適宜。負(fù)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(fù)離子雙功能,進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。

制備水處理的負(fù)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(jī)械攪拌混合均勻后造粒,在800～850℃下恒溫?zé)Y(jié)12h,冷卻后制得。該負(fù)離子陶粒用于水處理時(shí),可使飲用水呈弱堿性,用于制備負(fù)離子飲用水。此外,水處理負(fù)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(fù)離子陶瓷材料的應(yīng)用

負(fù)離子陶瓷材料由于其獨(dú)特的負(fù)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(lái)應(yīng)用。

4.1 在建筑工業(yè)中的應(yīng)用

在建筑工業(yè)中,負(fù)離子功能陶瓷粉體主要應(yīng)用于涂料和膩?zhàn)又?其主要產(chǎn)品為內(nèi)墻涂料和內(nèi)墻膩?zhàn)臃?。房屋涂裝該類涂料后可有效增加室內(nèi)的空氣負(fù)離子數(shù)量,改善室內(nèi)環(huán)境,并對(duì)人體有很好的保健作用。目前國(guó)內(nèi)的建材公司已有負(fù)離子材料制成的工業(yè)化產(chǎn)品,并有相應(yīng)的國(guó)家產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——《負(fù)離子功能涂料》和《負(fù)離子功能內(nèi)飾材料》。負(fù)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(fù)離子塑料、橡膠地板,也可用于負(fù)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(fù)離子材料的紡織物面料制作的衣物。穿著負(fù)離子材料處理過(guò)的服裝,可在人體周圍形成負(fù)離子的聚集效應(yīng),對(duì)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(gè)/cm3的負(fù)離子,已接近森林中的負(fù)離子效果。國(guó)內(nèi)已有各種負(fù)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(fù)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(xì)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(guò)多的酸。如在普通蜂窩陶瓷通道表面燒結(jié)一層電氣石負(fù)離子陶瓷膜作為污水處理產(chǎn)品,具有價(jià)廉物美的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),市場(chǎng)前景廣闊。

4.4 在飲用水質(zhì)改善方面的應(yīng)用

負(fù)離子功能陶瓷材料在與水接觸過(guò)程中,會(huì)對(duì)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(fù)離子水,長(zhǎng)期飲用有益健康。因此,可由負(fù)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(duì)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(fù)離子飾件、負(fù)離子牙膏和抽煙用的負(fù)離子過(guò)濾嘴等。

5結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高,對(duì)環(huán)保健康產(chǎn)品的要求會(huì)越來(lái)越高,負(fù)離子陶瓷材料的獨(dú)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(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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