学文网摘要 负离子陶瓷是一种以电气石为主要原料所制备的新型功能环境健康材料,本文介绍了负离子陶瓷材料的功能特性、制备方法以及应用范围,并就其应用前景进行了展望。
关键词 负离子陶瓷,电气石,制备与应用
1前 言
在功能陶瓷领域,红外技术被广泛应用于各种环保与健康陶瓷产品。随着陶瓷功能技术的发展,一种新的负离子功能陶瓷材料逐渐被人们所认识,并以此材料制备出各种环保健康的陶瓷新产品[1]。负离子功能陶瓷材料的显著特征是永久释放出负离子,有电自极化性能,极化能量主要来自于温度的变化。在光源条件下产生的负离子,可吸附水中的重金属离子,调节水的pH值,有活化水分子的作用。因此,负离子陶瓷材料的开发应用,对保护生态环境、保障人体健康具有重要的意义。
2负离子陶瓷材料的功能
负离子陶瓷主要是以可释放负离子的某种稀土类矿物或天然矿物质为原料,再添加高岭土、激发剂和助熔剂等原料,通过高温煅烧后制成。电气石、麦饭石、奇冰石、蛋白石、奇才石和古代海底矿物角闪石、微斜长石等均为可释放负离子的天然矿物。最具代表性的是电气石,电气石具有独特的异极对称结构,其晶体结构中的六元环和六个硅氧四面体,角顶指向同一方向,在物理性质上表现为具有电自极化性质,能释放出微弱放射线,不断将空气中的微粒粒子化从而产生负离子。由电气石制成的负离子陶瓷材料是一种成份复杂的硅酸盐晶体材料[2],分子式为:Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6(BO3)3SiO18(OH)4。它的重要功能特性是具有热电性和压电性,即在适当的条件下产生热电效应和压电效应,热电效应是指某种晶体在温度发生变化时,一部分带正电一部分带负电的现象。而压电效应是指某种晶体在压力作用下产生极性而在两端表面间出现电势差的特性。由于这两种效应的作用,当温度和压力发生变化时,负离子陶瓷材料能在其周围形成极高的电压,这个能量足以使空气发生电离,生成的电子附着于邻近的分子并使之转化为空气负离子。空气负离子对健康的作用已被众多的研究证明,负离子及负离子的含量与健康的关系如表1和表2所示。
空气负离子是指获得一个或一个以上电子而带负电的离子,素有“环境警察、空气维生素和大气长寿素”三大美称,空气负离子主要有羟基负离子H3O2-、氢氧根负离子OH-以及负氧离子O2-,其显著的生物效应不仅体现在改善空气质量,还对人体的健康保健起到一定的作用。负离子对人体主要有以下作用:(1)可使人体大脑皮层功能增强,工作效率提高,睡眠质量改善,还可以增强脑组织的氧化过程,使其获得更多的氧;(2)具有明显扩张血管的作用,可解除动脉血管痉挛,降低血压,还可以改善心脏功能;(3)能使血中含氧量增加,有利于血氧输送、吸收和利用;(4)负离子对呼吸系统影响最为明显,可提高人体肺活量,改善和增强肺功能。
3负离子陶瓷材料的制备
负离子陶瓷材料的制备方法与一般陶瓷材料差异不大,主要在于主体材料的组成不同,可由原料电气石、麦饭石、高岭土、长石和熔块组成[3],其中电气石、麦饭石具有释放负离子的功能,高岭土在材料中可起到骨架作用,长石、熔块起降低烧成温度和粘接的作用,其基本组成材料如下:
制备方法为按上述配方配料,以球:料:水=2:1:0.6(wt%)混合研磨过筛并烘干,然后在1030℃、1060℃、1090℃和1120℃下烧成制备。负离子陶瓷的负离子释放量与电气石粉的含量和烧结温度有关,一般随着电气石粉含量的增加,负离子释放量增大。烧结温度高于1090℃时,负离子释放量降低较快,因此,烧成温度在1090℃以下较为适宜。负离子陶瓷材料如果在烧成前添加TiO2和银系抗菌剂,则可赋予该材料抗菌功能,使材料具备抗菌和负离子双功能,进一步扩大了其应用范围。
制备水处理的负离子陶粒的方法为:高岭土10～50%、电气石15～25%、沸石15～25%、麦饭石15～25%、活性炭1～5%[4],上述配合物经机械搅拌混合均匀后造粒,在800～850℃下恒温烧结12h,冷却后制得。该负离子陶粒用于水处理时,可使饮用水呈弱碱性,用于制备负离子饮用水。此外,水处理负离子陶粒还可用电气石、高岭土、白云石和木节土在1000℃下烧成制得。
4负离子陶瓷材料的应用
负离子陶瓷材料由于其独特的负离子释放功能,广泛地应用于健康和环保领域[5]。一般应用形式主要以粉体或粒状形式应用于各种产品中,也可作为功能陶瓷直接制得成形产品来应用。
4.1 在建筑工业中的应用
在建筑工业中,负离子功能陶瓷粉体主要应用于涂料和腻子中,其主要产品为内墙涂料和内墙腻子粉。房屋涂装该类涂料后可有效增加室内的空气负离子数量,改善室内环境,并对人体有很好的保健作用。目前国内的建材公司已有负离子材料制成的工业化产品,并有相应的国家产品技术标准――《负离子功能涂料》和《负离子功能内饰材料》。负离子陶瓷还可用于室内陶瓷和木质地板中,或添加于塑料、橡胶中制成负离子塑料、橡胶地板,也可用于负离子塑料墙纸墙布。
4.2 在纺织工业中的应用
在纺织工业中,有各种含负离子材料的纺织物面料制作的衣物。穿着负离子材料处理过的服装,可在人体周围形成负离子的聚集效应,对人体起到抗菌保健的作用。如日本生产的“HOLIC”织物,其A4纸大小的织物在空气中可产生150个/cm3的负离子,已接近森林中的负离子效果。国内已有各种负离子功能纤维及产品制成的保健功能纺织品及服装。
4.3 在环保方面的应用
由于负离子陶瓷材料具有特殊的电效应,能与带电离子发生反应,吸附空气中的细小粉尘和净化水质,故可处理工厂产生的废气、废水;净化水质;中和水、土壤、空气中过多的酸。如在普通蜂窝陶瓷通道表面烧结一层电气石负离子陶瓷膜作为污水处理产品,具有价廉物美的市场竞争优势,市场前景广阔。
4.4 在饮用水质改善方面的应用
负离子功能陶瓷材料在与水接触过程中,会对水产生电分解作用,使水中的氢离子形成氢气跑出水面,从而使水变为弱碱性,保持pH在弱碱性范围,产生健康的负离子水,长期饮用有益健康。因此,可由负离子陶瓷制成各种饮水用具,如水杯、茶具和餐具等。其中制作的茶具[6],可明显改善饮茶口感,尤其适用于普洱茶的冲泡,并具有消除异味的作用;也可由其制成浴缸以改善水质,起到洗温泉浴的保健效果,对人体起保健作用。
4.5 在其他方面的应用
除上述主要应用方面外,还可用于人们的日用品方面,如制成负离子饰件、负离子牙膏和抽烟用的负离子过滤嘴等。
5结 语
随着我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高,对环保健康产品的要求会越来越高,负离子陶瓷材料的独特作用与效果,使其具有良好的发展前景,它在环保健康领域有着广泛的应用前景,并将由此带动相关产业的发展。
参考文献
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