机能性布料介绍—负离子

機能性布料介紹—負離子
紡拓會產經資訊處陳進來
一、台灣機能性布料居全球領導地位
全球化風潮全面來臨，新興國家低價競爭日趨激烈，台灣梭織布製造業者要在低價供應國環伺中求得生機，勢必朝向「質變」發展，而機能性布料正是區隔市場的主力產品，尤其台灣紡織業向來以人造纖維傲視全球紡織市場，機能性紡織品即是以人造纖維產品為基礎發展各項功能，台灣在原有之優異發展基礎下，再加上原有開發流行性布料的經驗及能力，兩者結合，具備了提供國際買主對機能性布料需求及服務的最佳優勢，在全球紡織市場上持續保有一席之地，並以各種創新謀求永續發展，上、中、下游業者紛紛拿出看家本領，應用物理及化學原理於纖維、紗線或布料加工上(如表1所示)，達成各類優異之機能特性，應用於不同領域，展現台灣機能性紡織品的領導地位。

表1 機能性布料常用之加工型態。

二、機能性布料加工蓬勃發展
機能性紡織品是高附加價值、發展潛力很大的高質化産品，機能性紡織品製造加工技術隨著科學技術的進步得到了很大的發展，機能性紡織品生産加工技術呈現了多樣化的發展趨勢，不僅選擇性地使用了傳統的聚合紡絲技術，而且還充分的利用了生物、化工、材料等領域的最新研究成果，如採用接枝聚合技術、奈米技術，化學和物理改性技術、共混紡絲技術、複合紡絲技術、染整後加工技術，常用的機能性紡織品製造技術主要有以下幾種：
(一)化學改質紡絲技術
化學改質紡絲技術是獲取機能性紡織品的重要方法之一，其包括基質改變和表面改質兩方面。

通過基質改變可使紡絲聚合物與機能成分共聚合生成機能性的共聚合物，然後再經過紡絲製成機能性紡織品，而表面改質則是通過對紡織品進行化學處理，使製成的紡織品表面反應基上接枝機能基團，例如將疏水性的聚酯纖維以接枝聚合於高分子聚合接上烷氧基、磺烷基等親水性官能基，使聚酯纖維成為親水性纖維，最後再製成吸濕織物。

(二)共混紡絲技術
與化學改性紡絲技術相對應，共混紡絲技術是一種物理改性的紡絲方法，目前也是開發機能性紡織品的最熱門技術。

該技術主要在紡絲聚合物原液或熔體中添加所需的機能劑和分散劑，然後均勻混合紡絲製成所需機能性的紡織品，此一紡絲技術一般只需在常規的紡絲裝置中增添一台混煉設備即可生産，一般以雙雷螺桿混煉機最常用，所添加的機能劑主要爲有機和無機材料。

(三)複合紡絲技術
通過複合紡絲技術製造的機能性紡織品，一般來說，所用的複合聚合物材料（組分）一部分爲機能性聚合物，另一部分爲普通的聚合物。

複合紡絲技術現已在機能性紡織品的開發中得到了不斷完善，目前已開發的機能性紡織品，其複合形式各種各樣，已不再是簡單的芯鞘複合型、並列複合型等，而是出現了鑲嵌結構、中空微孔結構、扁平狀包芯結構，從而進一步的推動了機能性紡織品開發和應用，例如將含奈米銀抗菌的聚醯胺、聚酯、聚丙烯聚合體做為鞘（sheath）成分，以聚氨酯（polyurethane）彈性體做為芯（core）成分，經由紡絲形成複合彈性長絲即屬應用此類複合紡絲技術製成之抗菌彈性機能性纖維；。

(四)後整理加工技術
後整理加工技術較爲常見。

通過採用不同的機能整理劑，對紡織品表面進行浸置、塗置等後加工處理，然後，再通過低溫等離子照射和幹燥熱處理，使經過浸置、塗置後的機能劑牢固的浸入纖維材料內或粘附在纖維表面。

儘管後整理加工技術簡單易行，且生産成本較低，但由於這類機能性紡織品的耐久性較差，明顯低於上述其他方法生産的機能性紡織品，因而該技術主要用於普通機能性紡織品的製造，常見的機能性紡織品及其加工製造技術如表2所列。

表2 機能性紡織品的製造加工技術
近年來，許多化纖廠通過技術創新，並採用各種先進的生産技術，以共混紡絲、複合紡絲、後整理加工等多種技術的組合，開發一系列具有不同機能的紡織品，其中負離子紡織品是市場頗受青睞的產品，茲將負離子紡織品從纖維、紡紗、織布到染整等相關知識作一完整介紹。

三、負離子形成及由來
原子係物質組成最小單位，由原子再形成分子，在帶電狀態下，就稱為離子，各種物質原子及分子，普通時候都是正電和負電平衡態，由電氣立場來看屬於中性，但外部添加任何能量，使持有負電電子被拉開，剩下部份就是帶正電的正離子，被拉開的電子，有時候會被其他的原子及分子吸走，此時負電荷增加而變成負離子。

自然界空氣中氣體分子電離的機理，主要靠外界催離素對氣體作用的結果，催離素有紫外線、放射線、光電效應等。

負離子具有熱電性和壓電性，因此在有溫度和壓力變化的情況下，即能引起負離子晶體之間的電位差，此種電位差可以使空氣發生電離，被擊中的電子附著於附近的水和氧分子，並轉化為空氣負離子，即為負離子。

很多人已經知道在我們生活的大氣中存在有正離子及負離子之兩種離子，紡織品能產生負離子(Minus Ion)的效果是來自日本的研究，日本大氣科學家指出，在海上每c.c.的空氣中之負離子密度為830個，正離子則為495個，屬於最佳的環境，也因為如此，海灘度假成為眾人的最愛。

而當您漫步在阿里山、大阪根、溪頭或拉拉山神木群中享受森林浴之時，此時每c.c.空氣中負離子密度為692個，屬於良好級。

特別是當您進入桃園北橫公路著名風景區拉拉山時，走入神木群中會發現一塊看板上寫著『森林中負離子』，告訴您享受負離子時不妨多作一些深呼吸的動作。

當您住在郊區或市中心的住宅時，此時每c.c.空氣中負離子密度為110個左右，就感受不到負離子的神奇作用。

因此，處於朝霧、森林、急流之瀑布旁邊，我們會感到精神舒爽，即是該等環境充滿負離子之故。

而身處於都市中，充滿電氣用品的水泥
建築物當中，由於空氣氧化，大氣充滿正離子、缺乏負離子之故。

三、負離子纖維製造
奈米科技係改變負離子材料分子的關鍵技術，從而建立電氣石負離子材料高特性，奈米技術已廣泛應用在負離子電氣石製造纖維及布料加工上，因為電氣石粉末小到奈米尺寸時會產生量子效應及表面效應等特性，與纖維具有優異結合性能，有關負離子電氣石纖維方式敘述如下：
負離子粉體以電氣石(又稱托瑪琳)之礦石為主，包括巴西、俄羅斯、日本及中國大陸新疆、內蒙古、雲南等地都有生產，主要化學元素包含鋁Al、鈉Na、鉀K、鈣Ca、鎂Mg、鐵Fe等，物質含量以SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、MnO、Li2O、B2O3為主，形成之粒子呈短柱、長柱或針狀之緻密塊狀晶體。

從基礎科學原理說明，電氣石負離子粉體是以含硼、鋁、鈉、鎂、鋰環狀結構的矽酸鹽物質，因其熱電性和壓電性，使其極性離子在平衡位置震動而引起偶極矩變化產生4-14微米遠紅外線放射波段，亦即醫學專家所稱生命光波，此種電氣石負離子粉體屬極性分子，經預先混鍊製成母粒後予以紡絲，能充分摻透到有機物纖維(目前以聚酯、尼龍、嫘縈、亞克力、聚氯乙烯PVC或聚丙烯PP為大宗)的晶體組織中，與纖維的非極性分子集團形成均勻的海島結構，從纖維電子顯微鏡放大圖中電氣石負離子粉體為島，高分子聚合物為海，透過負離子粉體自身的自由離子、不純物離子和離子物性質、雜質共鳴而產生共振作用，牽動有機與無機分子交鏈的離子鍵極性振動，形成了較強的放射寬帶，含負離子之纖維能吸收周圍能量後，呈現正負兩極，電離周圍空氣，而產生負離子；另一方面，電氣石負離子粉體對遠紅外線的放射率達82﹪以上。

電氣石粒子越小，表面活化能越高，越能提高產生負離子的能力，此乃拜奈米科技所賜，電氣石粒子被研磨成奈米尺寸後，其表面活化能非常高，製成之電氣石粉體纖維負離子釋放數量多，具有遠紅外線放射效果，能吸附空氣中的異味，如油漆味、廚房中的油味、會議室或餐廳的香菸味道及人體散發的體味等，使得這種功能的纖維大受歡迎。

四、負離子布料製造
直接將負離子纖維織物布料係目前被公認最具效益之製程，另亦有利用後處理加工，選擇電氣石負離子粉體經奈米技術奈米化後，結合架橋劑或黏著劑製成懸浮狀態且均勻分散之負離子水溶液，對織物施以後整理加工後與纖維結合，由於電氣石負離子粉體屬極性分子，經黏著劑與棉、羊毛、聚酯、尼龍、嫘縈、亞克力、聚丙烯織物結合後，通過電氣石負離子粉體吸收周圍能量後，呈現正負兩極，電離周圍空氣，而產生負離子，同時電氣石負離子粉體亦牽動有機與無機分子交鏈的離子鍵極性振動，形成了較強的放射寬帶，形成遠紅外線共振作用。

五、負離子之作用
日本許多醫學及科學家對負離子進行無數臨床試驗，從表3負離子含量與人體健康的關係表看出，森林、瀑布區富含負離子，對人體健康是最佳來源，這也是古時候隱士君子都要找一個既是深山又是瀑布的地方修道的想法不謀而合。

綜合而言，負離子所具有的保健功能最為人所稱道，從表4醫學研究報導看出，每天吸入適量負離子可預防或改善心腦血管疾病的產生或症狀、預防感冒、呼吸道疾病和預防空調病，使人體精力旺盛、消除疲勞和倦怠、提高工作效益，改善睡眠，消除神經衰弱。

降低疾病發病率。

在負離子作用下可使骨骼肌興奮增加，有助於提高運動成績。

人體吸收空氣負離子後能降低導致人體老化的中樞神經系統內血清素含量，因此有抗衰老的作用，所以日本又將負離子喻為「大氣中的長壽素」。

表3 負離子含量與人體健康的關係表
當然，影響健康的因素包含食、衣、住、行各個層面，不可能單靠負離子作用就能保證永久保健功效。

一切這些功效正由許多負離子所產生的功效包括中和乳酸，將血液中的pH 値調製成為傾向鹼性、活化身體的新陳代謝、促進血液循環，防止老化、安定自律神經，穩定情緒、消除疲勞、減輕肩腰等之疼痛。

，許多竹炭還可吸濕乾燥，調節濕度，當周圍環境濕度較大的時候，可以吸收水分，但當周圍環境乾燥時，反而能夠釋放水分。

進一步從材料科學的角度切入，負離子纖維製成之內衣或襪子能恆久地釋放負離子，主要係電氣石負離子作用所造成的效應，將1平方公尺負離子布料放在一立方公尺立方米密閉容器內，測得負離子是一般纖維製成布料的40-50倍，顯然，負離子纖維製成之紡織品對環境與健康有著重要的意義，單就運動時人體接觸大氣和水蒸氣的情況下，布料具有自然釋放負離子的功能。

值得一提的是，負離子纖維在常溫下能產生波長4-14微米，放射率為82％以上的遠紅外線，遠紅外線能使人體70﹪的水份組成之大分子團的水分子鏈結構變成小分子團的水分子，使水容易進出細胞，使細胞活化，所以使用電氣石負離子紡織品能有效地促進細胞維持正常功能，進而把有毒有害的物質排出體外，有關負離子對人體的作用功能如表5所列：
表5 負離子布料功能及對人體之效應
六、負離子對健康作用探討
從日本引進帝人公司所生產的「特美龍」負離子機能衣於台灣行銷的妮芙露公司在行銷說明會上引用許多日本的醫學臨床研究報告作為說明數據，向消費者說明負離子的功效，特別是2003年SARS肆虐亞洲時，日本北海道地區並未發現任何病例，而且該地是流行病發病率最低城市，主要是此地特有地理環境和空氣質量，其三面環海、地勢平坦，負離子含量高。

而目前很多紡織廠指出負離子衣物能預防細菌傳染，負離子為何能預防傳染病呢？免疫
學專家楊仕音小姐以其常年臨床研究經驗發現，負離子對預防細菌傳染有一定作用，其原理為負離子由於增加一外層電子獲得負電荷，具有極高結合力，使飄塵凝集失去自由飄浮，迅速墜落不對人體構成危害。

故可淨化空氣改善環境，切斷傳染途徑。

而負離子可增強身體防禦力的基本學理在於一個人平均每天吸入1萬公升空氣，其中約有15億個細菌。

但在健康人肺內無一細菌存活，因為全被呼吸道防禦功能消滅，負離子可增強呼吸道纖毛運動，將氣道內細菌隨纖毛運動排出體外。

每日可排異物100毫升。

所以淨化呼吸道勝過戴口罩，而負離子增強呼吸道溶解細菌，對氣道具有殺菌作用，活化肺內潛在吞噬細胞，使肺內巨噬細胞發揮吞噬功能，改善肺通氣功能，增加細胞內供氧量，增強人體抗病力，提升特異性免疫。

日本醫學期刊研究指出，在動物休克後，如果吸入負離子即能減輕病情縮短病程，此正是負離子能增加對白喉毒素抵抗力，動物實驗證明負離子使免疫功能低下的患者血中白血球、紅血球、血紅蛋白及免疫球蛋白等迅速復原。

從事機能性紡織品行銷業務的王美菊小姐以她親身經歷指出，生活在高濃度負離子環境可增強免疫力，使人健康長壽。

也因為負離子具有抑制細菌生長作用，高濃度負離子環境中，無病菌生長，廣東鼎湖山負離子濃度每立方公分內有10萬個以上，專家對此細菌檢測發現空氣中有害細菌均是零，稱為無菌區。

部份病患親自到該地區，發現很少感冒，有的高血壓病人，血壓恢復正常。

所以負離子可淨化空氣，改善污染和滅菌消毒，預防傳染病播散。

由於負離子能促進身體部位血液循環，預防酸痛，消除疲勞和預防疾病，如骨質增生、頸椎炎、手腳麻痺等。

所以負離子處理劑，可加工不同負離子布料，如內衣褲、護膝、運動衣，或寢具用品，如被套、枕頭套等。

穿著負離子處理劑製品，就如活在森林、瀑布中自然環境。

其基本作用原理如下說明：
(一)中和離子效應
造成行離子平衡會因天氣而改變，當鋒面、冷氣團通過，正離子增加，人體內負離子減少，造成神經痛、中風增加，使用電器化製品產生電磁波，造成重大影響，使負離子量減少而正離子量增加，例如：工業廢氣、電器用品所發出電磁波，廢氣與電磁波含大量正離子，影響人體正常離子平衡，使體質酸化而發生疼痛，此時負離子即扮演中和離子之功效，減緩疼痛發生。

(二)使血液酸鹼中和
人體吸收正離子後，會使血液酸化，細胞膜被破壞，氧氣無法通過細胞膜；葡萄糖也無法進入細胞；其它毒素和廢物囤積在細胞，特別是體內乳酸。

乳酸值過高會造成血液循環惡劣，營養、氧氣輸送減緩，供給自律神經皮膚表面末端神經細胞養份微細管循環不良，造成自律神經傳遞變惡劣、遲緩，進而使自律神經失調，自律神經支配胃、腸、血管等和其他內臟動作調整神經。

正離子引起人體酸化時，體內組織和自律神經為保持人體正常情況，會為了平衡狀態而全力作用。

體內會產生強大壓力，此種壓力就是造成疾病的原因。

(三)活化細胞增強抵抗力
負離子直接作用於人體，使肺吸氧功能、排出二氧化碳增加。

負離子通過肺泡進入血液，可促進新陳代謝，減少肌肉中乳酸，增強肌膚活力，促進纖毛運動使氣管壁鬆弛，不會引起黏膜敏感，增加血液中血紅蛋白含量，降低血糖，減少呼吸次數，抑制空氣細菌，減少呼吸器官疾病，提高工作效率，舒解焦慮緊張情緒，活化細胞，減少體內自由基帶來疾病；減少外在環境造成的自由基，負離子被譽稱為「空氣維他命」，健康和長壽不可或缺要素。

七、負離子處理劑於紡織品之應用
在空氣中，每單位立方公分內含有900以上的負離子，而有益身體健康的環境，負離子和正離子是3 : 1 或4 : 1，而現代人生活環境惡化，負離子和正離子是1 : 4，負離子偏低，造成身體的平衡失調。

另一方面，負離子顆粒除了產生負離子外，還會產生遠紅外線，能使水分子產生共振，變成獨立水分子，使身體的含氧量提高，細胞能恢復活力，頭腦更靈活，提高抗病能力，延緩衰老。

故使用負離子處理劑之布料可得到吸附電磁波、產生負離子；遠紅外線、除臭及抗菌等功能。

紡織業者日前完成奈米級的遠紅外線和負離子顆粒技術開發，分別應用於前處理及後處理加工層次上，進而製成一系列內衣、襪子、口罩、家飾布等紡織品，其發展現況分別列舉說明如下：
(一)貼身衣物
以聚酯、嫘縈、尼龍等前處理型負離子纖維製成內衣、衛生衣等貼身衣物，藉由纖維吸收周圍能量後，呈現正負兩極，電離周圍空氣，而產生負離子，人體吸收負離子後可幫助呼吸及心肺機能，使細胞新陳代謝活絡，增進血液循環和心臟活力，精神便能飽滿心情愉悅，更可鎮定自律神經，消除失眠、腰痛，高血壓等。

(二)跑步帶
將負離子顆粒滲入跑步帶上，釋放負離子時可中和人體過多正電荷，讓運動者更有精神，細胞活化，達成驅蟲、殺菌、淨化空氣效能。

(三)襪子、護具
舒適、透氣的襪子採用最熱門負離子纖維製成已成市場主流，其他像護具、護膝、護腰等保健類產品亦在市場上盛行多時。

(四)休閒服
休閒服加入負離子，讓人神清氣爽，在休閒服健康主義掛帥下，吸濕排汗、抗蚊、光觸媒抗菌、遠紅外線等功能不斷上市，加入負離子可以藉由空氣中維生素來淨化血液、刺激細胞活化及調整自律神經等。

負離子服飾主要是在衣料中加入產生負離子元素，與空氣碰撞後會產生負離子，負離子透過皮膚，隨時隨地感受森林般氣氛。

(五)家飾布
包含窗簾、床單、毯子、棉被等寢飾用品相關紡織品都已相繼上市，位於土城的祥大科技股份有限公司成功研發負離子處理劑，可將該產品處理於家飾布上，由於負離子能夠活化人體細胞、中和電磁波、抗靜電的作用，負離子家飾布可以纖維直接製成，亦可使用家飾布為基材，再以後加工方式將負離子處理劑與架橋劑結合於布料上。

八、結語
負離子自19世紀德國物理學家菲利浦‧萊昂納德博士在學術上證明負離子對人體功，效以來，近年來許多負離子產品紛紛上市，包括吹風機、冷氣機、冰箱、空氣清淨機等；根據美國科學雜誌所發表負離子數據顯示，地球暖化使得大氣中之正離子與負離子的比例為1.2：
1，而社會發展無形中破壞自然界的「離子平衡」，如能以人造負離子讓環境獲得改善，無異對人類是一大福音，而負離子纖維所含有鈉、鉀、鋁、棚等多種元素，因此形成了人體所需的微量元素供給源，加上配合負離子作用機制，有效增加人體皮下組織中血流量，改善人體微循環，提高組織供氧，改善新陳代謝，增強免疫力，相信在穿的保養品時代來臨後，負離子布料的發展潛力會更加寬廣。