CN111387206A - 一种抗菌电气石负离子粉母料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及负氧离子材料领域，针对现有技术的电气石负离子粉自身具有较高的电阻率、不具备较强的抗菌作用及离子释放率低的问题，公开了一种抗菌电气石负离子粉母料及其制备方法，每100质量份的抗菌电气石负离子粉母料中包含以下物质：4‑6份氧化锆、0.4‑0.6份氧化银、2‑3份二氧化钛、1‑2份石墨烯、8‑12份稀土材料、6‑10份浮石粉，其余均为电气石粉。制备步骤包括粉碎电气石粉、球磨电气石粉、细磨添加料及混磨得到母料四个步骤。本发明通过上述成分配方与工艺步骤，制得能够充分诱发电气石分自身的放电性能，电离并释放出更多的负氧离子，得到抗菌性能好，化学性能稳定，电阻率低的抗菌电气石负离子粉母料。

Description

一种抗菌电气石负离子粉母料及其制备方法

技术领域

本发明涉及负离子材料领域，尤其是涉及一种抗菌电气石负离子粉母料及其制备方法。

背景技术

负离子是空气中一种带负电荷的气体离子，不仅能促成人体合成和储存维生素，强化和激活人体的生理活动，对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响，因此它又被称为"空气维生素"。电气石负离子粉中产生的负离子具有较高的活性，同时，负离子粉体具有优良的抗菌杀菌功能，有很强的氧化还原作用，能破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，从而达到抗菌杀菌的目的，电气石又被称作天然能量场。

专利号CN200710171292.5，专利名称为“一种高负离子电气石粉及其制备方法”，本发明涉及一种高负离子电气石粉及其制备方法，该高负离子电气石粉按照下列重量百分比配伍：电气石60％-80％，氧化铈5％-10％，氧化钇2％-5％，氧化钕5％-10％，二氧化钛5％-15％，所述的高负离子电气石粉的D50≤2微米。与现有技术相比，本发明的高负离子电气石粉可以显著提高负离子发生量，且安全可靠；有助于调节人体生理机能，消除疲劳，改善心脑血管疾病症状，提高人体免疫力等，具有显著的保健效果。

其不足之处在于，仅仅初步提高了离子发生率，粉体自身具有较高的电阻率及不具备较强的抗菌作用，离子释放率低。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的电气石负离子粉自身具有较高的电阻率、不具备较强的抗菌作用及离子释放率低的问题，提供一种抗菌电气石负离子粉母料及其制备方法，该母料具有较强的抗菌作用、较高的电导率及负离子释放率和较强的远红外效应。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种抗菌电气石负离子粉母料，每100质量份的抗菌电气石负离子粉母料中包含以下物质：4-6份氧化锆、0.4-0.6份氧化银、2-3份二氧化钛、1-2份石墨烯、8-12份稀土材料、6-10份浮石粉，其余均为电气石粉。

电气石由于自极化效应使得电气石具有一些环境功能性如在无源条件下可产生负离子，红外发射功能发射率可达0.93及具有电磁屏蔽功能等。电气石具有显著的压电性与热电性，一旦环境压力或温度发生微弱变化，其内部分子震荡增强，偶极矩发生变化，即热运动使极性分子激发到更高的能级，当极性分子向下跃迁至较低能级时，就以发射电磁波的方式释放能量，多余的能量以光子形式被带走。因此，电气石向外界发射电磁波的动力来自于外界环境温度与压力的变化，该过程实质上是电气石与环境之间的能量变换。能量变换原理为，电气石由于温度和压力发生变化引起的电气石晶体之间的电势差，能使其周围空气中的水分子发生微弱的电解作用；氢离子由电气石电极之间的微弱电流中得到电子2H⁺+2e----→-H₂↑，氢氧根离子与水分子结合形成空气负离子；OH+nH₂→O---H(H2O)n。

氧化锆，具有很好的远红外效应，能接受外界热量并转化为远红外线的形式向周围发射热量，升高电气石温度，改变电气石的环境温度，加强电气石的自极化效应，有助于电气石负离子的产生，增强电气石的电子发射能力。

浮石粉，浮石粉遇水膨胀，同时具有较好的粘合作用，使得整体结构形成三维多微孔效应，微孔能构建一个立体的空间，增加材料整体的比表面积，为母料后期使用过程中负离子的产生与释放提供良好的反应平台与基础面。

稀土材料，提高电气石粉内部的离子震荡效果，激发离子迁移达到更高的能级，释放出更多的电量来电离周围的空气成分，增强电气石负离子粉的负离子释放效应。

氧化银，在空气中会吸收二氧化碳变为碳酸银，具有较好的空气清新作用；同时，具有较强杀菌作用，增强母料的抗菌性能，防止母料中细菌霉菌的滋生。

二氧化钛，将二氧化钛溶入电气石纳米粉，表面能生成高效光催化作用，能降解空气中的甲醛，同时二氧化钛具有表面电性，二氧化钛颗粒在极性介质中因表面带有电荷就会吸附相反的电荷而形成扩散双电层，使颗粒有效直径增加，当颗粒彼此接近时，因各具同性电荷而相斥，有利于分散体系的稳定，因此，二氧化钛有利于母料体系的稳定。

石墨烯的加入有利于改善电气石双向导电作用，提高放电效应从而形成高效电离作用。

上述成分配方，能够充分诱发电气石成分自身的放电性能，电离并释放出更多的负离子，得到抗菌性能好，化学性能稳定，电阻率低的抗菌电气石负离子粉母料。

一种所述的抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，所述制备步骤如下：

(1)粉碎电气石：将电气石矿石粉碎至50-150目的粗石粉，然后在磁场中进行筛选提纯，将提纯得到的粗石粉再进行粉碎，得到电气石粉；

(2)球磨电气石粉：在步骤(1)所得电气石粉中加入粗磨磨介，同时加入水和分散剂，粗磨4-5h，进行粗料分级，得到粗磨电气石粉；在所得粗磨电气石粉中加入细磨磨介，同时加入水和分散剂，细磨8-9h，进行细料分级，得到细磨电气石粉；

(3)细磨添加料：在氧化锆、稀土材料、浮石粉、氧化银、二氧化钛及石墨烯的混合料中加入细磨磨介，同时加入水和分散剂，球磨5-7h，进行细料分级，得到细磨添加料；

(4)混磨得到母料：将步骤(2)所得的电气石粉和步骤(3)所得的细磨添加料混磨搅拌，混磨1-1.5h，脱水烘干，测定检验，即得成品。

先后对电气石进行粉碎、粗磨、细磨三道工序，同种材料研磨，材料的硬度一致，协同作用较好，材料间的相互支撑、挤压作用均匀，能够使电气石得到充分的研磨，快速制成粒径尺寸均匀的粉体，减小电气石重复研磨的概率，提升研磨效率。

作为优选，所述分散剂为聚乙二醇，分散剂含量为步骤(2)中电气石粉及粗磨电气石粉和步骤(3)中混合料总质量的2-4％。

加入分散剂，有助于颗粒粉碎并阻止已碎颗粒凝聚而保持分散体稳定，含量过少达不到均匀分散体系的作用，其含量过多则达到过饱和状态，造成原料浪费，同时也会稀释母料其他成分，降低负离子释放效果与母料化学稳定性。

作为优选，步骤(4)中所述烘干温度为80-180℃，烘干时间为3-4小时。

烘干温度不宜过高，过高会导致母料添加成分不稳定，发生化学反应，温度过低则不易使母料中的水分蒸发，所以为提高烘干效率需将烘干温度与烘干时间限定在一个合理的范围内。

作为优选，所述水的含量为步骤(2)中电气石粉及粗磨电气石粉和步骤(3)中混合料总质量的10-15％。

加入水采用湿法研磨，能够避免粉体因摩擦而使温度急速上升，且粉体之间通过水相互间有轻微的连接作用，且当颗粒微细化后，能够避免粉体爆炸问题，它克服了化学法纳米粉体制造方法的高成本，也避免了机械法中干法研磨细度难以达到纳米级粉体的不足，所以湿法研磨是有效且低成本的加工方法。

水和分散剂相互配合，在研磨过程有利于粉体充分研磨，粉体粒径更细微，混合更均匀，分散剂外层极性端与水有较强亲合力，增加了固体粒子被水润湿的程度，因此，分散剂具有保水功能，水分含量过多时蓄水，水分含量过少时释放出其内蓄的水分，有助于颗粒粉碎并阻止已碎颗粒凝聚而保持分散体稳定，降低固-液间的界面张力，优化研磨效果，保持母料整体的均匀性和稳定性。

作为优选，步骤(1)将电气石粉碎至0.3-0.6mm。

作为优选，步骤(2)粗料分级筛选出粒径小于等于50μm的电气石，细料分级筛选出粒径小于等于0.5μm的粉体。

作为优选，步骤(1)所述提纯的纯度至少达到95％。

作为优选，所述粗磨磨介和细磨磨介均为氧化锆珠。

研磨珠的化学组成在研磨过程中的自然磨损对母料成分会有一定的影响，氧化锆珠质量密度大、耐磨损性优异，氧化锆是本发明中母料的成分之一，因此，这里采用氧化锆珠研磨。

作为优选，所述电气石粉为ZnO包覆电气石，制备步骤如下：

a、除杂：将电气石粉置于还原条件下，550-600℃下恒温1.5-2h，缓慢冷却至室温备用；

b、混合浆液：将电气石粉匀速加入配置好的ZnSO₄·7H₂O溶液中并搅拌，搅拌速度为850-950r/min，然后将NH₄HCO₃溶液匀速滴入混合溶液中并搅拌，搅拌速度为1100-1200r/min，温度控制在50-60℃，ZnSO₄·7H₂O和NH₄HCO₃反应得到ZnO，ZnO与电气石粉体的质量比为1.2-1.5：1；当开始沉淀时，加入总量的1-2％的分散剂聚乙二醇；反应过程中，使用稀氨水溶液调控混合浆液的pH值处于5.5-7之间，反应时间为40-60min；

c、煅烧：过滤混合浆料，用去离子水洗净，在580-620℃煅烧2-2.5h，即得到包覆产品。

电气石本身具有较高的电阻率，由自发电极性在晶体两端产生的电荷，无法在晶体表面形成有效的导电网链，不能对电磁波产生有效的反射、吸收和传输，严重影响电气石对周围的电离效果，对负离子的释放效率，ZnO是一层亚微米级的鳞片状结构，ZnO耐磨性较好，包覆后的复合粉体比表面积增大，可进一步提高电气石表面的化学活性；同时，ZnO可与电气石相互作用，促进其自发极化性能，提高其电导率，提升电磁波发射效率和负离子释放率。

由于ZnO前驱体碱式碳酸锌的等电点在pH为7.9左右，电气石的等电点在pH为5.3左右，当溶液的pH值界于5.3和7.9之间时，两者表面电荷相反，易于产生静电吸附而成膜。

因此，本发明具有如下有益效果：

(1)提供一种抗菌电气石负离子粉母料及其制备方法，该母料具有较强的抗菌作用、除了电气石本身的抗菌作用外，还加入抗菌剂氧化银直接抑制细菌霉菌的滋生，增强母料整体的抗菌能力；

(2)较高的电导率，加入双向导电剂石墨烯或者在电气石表面包覆亚微米级的鳞片状结构的ZnO，来降低电气石的电阻率，形成有效的导电网链，能有效实现电磁波的发射；

(3)较强的远红外效应，电气石本身及添加的氧化锆成分能接吸收远红外线，调整电气石温度，有助于电气石负离子的产生，增强电气石的电子发射能力；

(4)较强负离子释放率，添加远红外材料、提升电导率的材料及能激发离子迁移的材料，来增加电气石粉母料的负离子生产量与释放率；

(5)能够得到粉体均匀的母料，将电气石与添加料分开研磨，并采用湿法研磨，能够得到粒径尺寸细小且大小均匀的粉体，粉体间接触更加均匀，达到较好的抑菌与负离子释放效果。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种抗菌电气石负离子粉母料，每100质量份的抗菌电气石负离子粉母料中包含以下物质：4-6份氧化锆、0.4-0.6份氧化银、2-3份二氧化钛、1-2份石墨烯、8-12份稀土材料、6-10份浮石粉，其余均为电气石粉。

抗菌电气石负离子粉的制备步骤如下：

(1)粉碎电气石粉：将电气石矿石按等级粉碎至50-150目左右的粗石粉状，然后在强磁场中进行筛选提纯，纯度至少达到95％，将提纯得到的电气石粉再进行粉碎至0.3-0.6mm；

(2)球磨电气石粉：在步骤(1)的粉碎电气石粉中加入粗磨磨介，同时加入水和分散剂，粗磨4-5h，进行粗料分级，筛选出粒径小于等于50μm的电气石；在粗料分级合格后的电气石粉中加入细磨磨介，同时加入水和分散剂，细磨8-9h，进行细料分级筛选出粒径小于等于0.5μm的粉体；所述加入水采用湿法研磨，水的含量为粉体总质量的10-15％，所述分散剂为聚乙二醇，分散剂含量为粉体总质量的2-4％，所述粗磨磨介和细磨磨介均为氧化锆珠。

(3)细磨添加料：在氧化锆、稀土材料、浮石粉、氧化银、二氧化钛及石墨烯的混合料中加入细磨磨介，同时加入水和分散剂，球磨5-7h，进行细料分级；

(4)混磨得到母料：将步骤(2)所得的电气石粉和步骤(3)所得的细磨添加料混磨搅拌，混磨1-1.5h，脱水烘干，所述烘干温度为80-180℃，烘干时间为3-4小时，测定检验，即得成品。

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

与上述实施例1的区别在于，所述电气石粉为ZnO包覆电气石，制备步骤如下：

a、除杂：将电气石粉置于还原条件下，580℃下恒温1.8h，缓慢冷却至室温备用；

b、混合浆液：将电气石粉匀速加入配置好的ZnSO₄·7H₂O溶液中并搅拌，搅拌速度为900r/min，然后将NH₄HCO₃溶液匀速滴入混合溶液中并搅拌，搅拌速度为1150r/min，温度控制在55℃，ZnSO₄·7H₂O和NH₄HCO₃反应得到ZnO，ZnO与电气石粉体的质量比为1.4：1；当开始沉淀时，加入总量的1.5％的分散剂聚乙二醇；反应过程中，使用稀氨水溶液调控混合浆液的pH值位6.2，反应时间为50min；

c、煅烧：过滤混合浆料，用去离子水洗净，在600℃煅烧2.3h，即得到包覆产品。

结果：此配方工艺下制作抗菌电气石负离子粉母料的相关参数：负离子释放浓度为21000个/立方厘米；离子迁移率为0.49cm²/(V·s)。

对比例1(与实施例1的区别在于，氧化锆的含量由5％下降到1％。)

对比例2(与实施例1的区别在于，石墨烯含量由1.5％下降到0.2％。)

对比例3(与实施例1的区别在于，稀土材料由10％下降为1％。)

对比例4(与实施例1的区别在于，制备步骤中未加入分散剂。)

对比例5(与实施例1的区别在于，制备步骤中未加入水。)

结论分析：对于制备抗菌电气石负离子粉母料，负离子释放浓度越高，离子迁移率越大表示所制备母料的综合性能越好。

由实施例1-5以及对比例1-5的数据可知，只有在本发明权利要求范围内的方案，才能够在各方面均能满足上述要求，得出最优化的方案，得到最优的性能的抗菌电气石负离子粉母料。而对于配比的改动、原料的替换/加减，或者加料顺序的改变，均会带来相应的负面影响。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗菌电气石负离子粉母料，其特征是，每100质量份的抗菌电气石负离子粉母料中包含以下物质：4-6份氧化锆、0.4-0.6份氧化银、2-3份二氧化钛、1-2份石墨烯、8-12份稀土材料、6-10份浮石粉，其余均为电气石粉。

2.一种如权利要求1所述的抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，其特征是，所述制备步骤如下：

（1）粉碎电气石：将电气石矿石粉碎至50-150目的粗石粉，然后在磁场中进行筛选提纯，将提纯得到的粗石粉再进行粉碎，得到电气石粉；

（2）球磨电气石粉：在步骤（1）所得电气石粉中加入粗磨磨介，同时加入水和分散剂，粗磨4-5h，进行粗料分级，得到粗磨电气石粉；在所得粗磨电气石粉中加入细磨磨介，同时加入水和分散剂，细磨8-9h，进行细料分级，得到细磨电气石粉；

（3）细磨添加料：在氧化锆、稀土材料、浮石粉、氧化银、二氧化钛及石墨烯的混合料中加入细磨磨介，同时加入水和分散剂，球磨5-7h，进行细料分级，得到细磨添加料；

（4）混磨得到母料：将步骤（2）所得的电气石粉和步骤（3）所得的细磨添加料混磨搅拌，混磨1-1.5 h，脱水烘干，测定检验，即得成品。

3.根据权利要求2所述的一种抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，其特征是，所述分散剂为聚乙二醇，分散剂含量为步骤（2）中电气石粉及粗磨电气石粉和步骤（3）中混合料总质量的2-4%。

4.根据权利要求2所述的一种抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，其特征是，步骤（4）中所述烘干温度为80-180℃，烘干时间为3-4小时。

5.根据权利要求2所述的一种抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，其特征是，所述水的含量为步骤（2）中电气石粉及粗磨电气石粉和步骤（3）中混合料总质量的10-15%。

6.根据权利要求2所述的一种抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，其特征是，步骤（1）将电气石粉碎至0.3-0.6mm。

7.根据权利要求2所述的一种抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，其特征是，步骤（2）粗料分级筛选出粒径小于等于50μm的电气石，细料分级筛选出粒径小于等于0.5μm的粉体。

8.根据权利要求2所述的一种抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，其特征是，步骤（1）所述提纯的纯度至少达到95%。

9.根据权利要求2所述的一种抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，其特征是，所述粗磨磨介和细磨磨介均为氧化锆珠。

10.根据权利要求1或2所述的一种抗菌电气石负离子粉母料的制备方法，其特征是，所述电气石粉为ZnO包覆电气石，制备步骤如下：

a、除杂：将电气石粉置于还原条件下，550-600℃下恒温1.5-2h，缓慢冷却至室温备用；

b、混合浆液：将电气石粉匀速加入配置好的ZnSO₄•7H₂O溶液中并搅拌，搅拌速度为850-950r/min，然后将NH₄HCO₃溶液匀速滴入混合溶液中并搅拌，搅拌速度为1100-1200r/min，温度控制在50-60℃，ZnSO₄•7H₂O和NH₄HCO₃反应得到ZnO，ZnO与电气石粉体的质量比为1.2-1.5：1；当开始沉淀时，加入总量的1-2%的分散剂聚乙二醇；反应过程中，使用稀氨水溶液调控混合浆液的pH值处于5.5-7之间，反应时间为40-60min；

c、煅烧：过滤混合浆料，用去离子水洗净，在580-620℃煅烧2-2.5h，即得到包覆产品。