负离子人造板研究现状及发展建议

石林，袁少飞，王洪艳，张建，陈杰，郝向阳，李琴

（1.浙江农林大学 化学与材料工程学院，浙江 杭州 311300；2.浙江省林业科学研究院 浙江省竹类研究重点实验室，浙江 杭州 310023）

人类健康与空气质量密切相关[1]。随着工业化和城市化进程的加快，居住环境污染问题日益突出，特别是随着室内装饰装修材料的普遍应用，大量有害有毒物质被带入室内，导致居住生活、工作环境中的空气负离子减少。医学研究表明，负离子能够直接作用于人体的中枢神经，促进血液循环，并且具有增强身体免疫力、缓解身心疲劳、抑菌杀菌的作用[2]，负离子还能与室内的有害气体发生反应，有效减轻装修污染[3]，起到空气净化的作用。因此，负离子功能产品受到消费者的青睐，负离子人造板在室内装饰中的应用越来越广泛[4]。本文综述了负离子材料研究现状、负离人造板工艺、检测方法及相关标准，分析了负离子人造板当前面临的相关问题，并对其发展趋势做出展望，旨在为负离子人造板的发展提供参考。

1 负离子材料研究现状

1.1 产生负离子的方法

人工制造负离子的方式主要有4种，即喷水法、放射源法、电晕放电法、天然矿石法[5-6]，其中天然矿石法是目前应用最广泛的方法[7-9]。天然矿石主要有电气石、奇冰石、奇才石[10]、镭石、蛋白石、六环石、托玛琳石和古代海底矿物层等，此外，还有一些无机多孔材料、稀土型复合盐、光触媒材料也可以释放负离子。

为使负离子材料具有更优异的负离子释放性能，复合负离子材料[11]和负离子材料改性[12]等都是目前研究的重要方向，众多学者进行了相关研究。蔡梦军等[13]用聚羧酸盐做改性剂，研究电气石粉的改性工艺，将电气石粉超细化处理后具有较高的负离子释放量。王付龙[14]用硅烷偶联剂超细负离子粉表面进行有机改性，再通过悬浮聚合法制备包覆的超细负离子粉体微球，达到了对超细负离子粉稳定化处理的目的，提高了微球中负离子粉的有效含量。

1.2 负离子的作用与功效

负离子具有生物效应，能改善大脑皮层，刺激精神，改善肺功能，加速呼吸纤维组织的运动，加速基础代谢等功能，对呼吸道疾病、支气管哮喘、支气管炎和肺气肿有一定的疗效，被医学界称为“空气维生素”[15-16]；负离子可杀菌抑菌，如抑制霍乱弧菌、伤寒杆菌和葡萄球菌等细菌的生长，杀死大肠杆菌[17-18]，其主要机制是负离子与细菌结合后会引起细菌能量转移或结构变化，从而导致细菌死亡[19]；负离子还可以净化空气。日本科学家Kubo最先发现了电气石存在可以释放负离子的永久性电极，并且预测了电气石可以改善环境，具有很高的应用价值[20-22]。它能与环境中颗粒物（PM2.5等）、甲醛、氮氧化物、苯系物等有害物质发生反应[23-25]，从而起到净化空气的作用。

1.3 释放机理及其影响因素

目前发现的负离子材料主要是具有压电性和热电性的天然矿石，当环境温度或环境压力发生轻微变化时，负离子材料会产生热电效应和压电效应，即存在电热和电压差，从而使相邻的空气分子电离[26-27]，并转化为负离子。

负离子材料释放负离子的能力除取决于自身结构外，还受到多方面因素的影响[28]，如气流、水流、负离子材料的浓度、与空气的接触面积、承载率、环境温度、环境湿度等因素对其释放能力均有影响。康文杰[29]的研究证明了电气石与空气接触面增大、温度的升高或波动、环境湿度的增大都会促进电气石释放负离子效率；王晴等[30]发现负离子粉的掺量增加、负离子粉粒度的减小或环境湿度的增大都有利于增加板材的负离子释放量，其中湿度的变化影响更明显；彭友等[31]对人造板进行负离子催化处理，发现室内负离子浓度随其承载率的增加而增加。

2 负离子人造板研究现状

负离子人造板通常是将负离子材料与人造板通过浸渍、涂布、共混等方法制成[32]能够持续释放负离子的人造板[33]。按基材或处理对象不同可分为负离子胶合板、负离子纤维板、负离子细木工板、负离子刨花板、负离子定向刨花板等。

2.1 生产工艺研究进展

近年来，研究学者们对负离子人造板生产工艺的研究主要集中在负离子材料的添加方式方面。负离子材料的添加方式大致可以分为以下五种。

2.1.1 负离子装饰纸 将负离子粉和生产浸渍胶膜纸相结合，制成负离子装饰纸再将其覆贴在人造板的表面。如陈建新等[34]将负离子粉均匀的涂布在浸渍纸上，然后对细木工板进行覆贴，得到负离子改性的浸渍纸饰面板，经检测这种细木工板的负离子释放量平均值为1 344个·cm-3；田应祥[35]将特制负离子浓缩液滚涂于浸渍纸的表面制得负离子浸渍装饰纸，然后将负离子装饰纸铺放于基材层的表面，热压冷却后得到负离子板。用此种方法制得的负离子板，负离子能够直接接触到空气，但在使用时要尽量保持干燥。

2.1.2 负离子改性胶黏剂 通过对制备基材的胶黏剂进行负离子粉改性，使用负离子粉改性胶黏剂制成负离子人造板。如陈涛等[36]将负离子添加剂加入到大豆无醛胶中制得负离子大豆胶黏剂并用于制备负离子胶合板，研究发现添加负离子粉不会对大豆胶的使用性能产生影响，并测得其负离子释放量可达到1 000个·cm-3以上。用此种方法制得的负离子胶合板，空气不能与负离子粉直接接触，负离子释放速度慢，在添加相同含量的负离子粉时，较第一种方法相比，负离子释放量低。

2.1.3 负离子涂饰材料 将负离子材料添加到油漆、涂料中涂饰在人造板表面制成负离子人造板。一般是在制浆阶段加入负离子粉体，使负离子粉体与其他填料充分混合，或先将负离子粉体和润湿分散剂混合制成负离子浆加入到油漆、涂料中，使油漆和涂料具有释放负离子的功能。如赵传山等[37]将负离子超细研磨后与PVA、CMC、有机硅油和水配置成固含量为70%的涂料，经检测其负离子释放量可达3 800个·cm-3。用此种方法制成的人造板不宜在高温高湿环境中使用。

2.1.4 负离子水液 将负离子水液直接喷涂在人造板的表面。由于液体的蒸发速度较快，用这种方法所制得的负离子人造板的负离子释放时间很短，易失水形成负离子晶体，更为严重的是如果该负离子晶体被人体吸收会使身体发生病变甚至致癌，所以目前使用这种方法的人造板并不多见。

2.1.5 负离子无机人造板 将负离子粉通过偶联剂改性将其与木材、竹材、秸秆、无机材料等充分混合后制成负离子功能无机人造板。如高俊权[38]通过添加有复合稳定剂、硬脂酸、竹木粉和负离子矿粉等组分制成一种环保性防火性能优良的负离子装饰板。用此种方法在各种材料混合时负离子粉的添加量高于前几种方法的添加量，将会导致其产品的放射性高于其他产品。

综上所述，前两种方法在目前生产中使用较多且操作简便，其产品种类与生产量也高于其他几种，其他几种方法目前在人造板领域的应用较少。

2.2 负离子人造板相关产品

上述负离子人造板工艺在生产中已经得到了一定的应用，目前市面上还出现了一些多功能复合负离子人造板，这种人造板既有释放负离子的功能，又具有其他功能。如邸胜华[39]发明了一种负离子防火板，该板材从上到下依次设置了装饰层、负离子净化层、蛭石板层、香樟木板层、陶粒板层和耐磨层，层与层之间通过黏合剂连接，具有较好的防火、防蛀、空气净化和耐磨的作用；张焕兵等[40]将装饰纸浸渍在抗菌抗病毒液及负离子胶液中，烘干后将得到的装饰纸与基材热压从而得到负离子抗菌抗病毒饰面人造板，可用于室内墙板、门板、衣柜等，尤其适用于抗疫、具有传染性的空间装饰装修；孙丰文等[41]将经表面改性处理的生物质粉体材料、磷酸三钠和硫酸镁、硅微粉、氯氧镁水泥充分混合后制备具有阻燃防火、诱生负离子、轻质等功能型无醛装饰板。除此之外，还有抗菌防霉木制装饰板、负离子绝缘复合板、负离子除醛板、负离子净味板等多功能负离子板。这些多功能负离子复合板已被应用于室内墙板、门板、衣柜、鞋柜等家具与装饰。

3 负离子检测评价方法

随着市场上负离子人造板产品的增多，也出现了一些“纯属虚构”“偷换概念”的负离子产品[42]，产品质量良莠不齐。所以对负离子产品释放量的检测评价是十分必要的，这对促进负离子产品的市场规范与负离子产品健康发展的意义不言而喻。

3.1 负离子释放量检测方法

负离子释放量是衡量负离子人造板释放负离子能力的一个重要指标。目前，关于人造板的负离子释放量检测方法主要有两种，一种是静态测试法，另一种是动态测试法。

JC/T 1016—2006（材料负离子发生量的测试标准）中已经对静态测试法有了详细的介绍，静态测试法是针对负离子功能性涂料和板材诱发负离子能力评价而设计的方法[43]。静态测试法是通过测量规定时间内的累计电荷量，科学分析计算其数值，最后得出测量结果，通过计算机监控会降低周围因素对其造成的影响；而动态测试法是以JC/T 2110—2012（室内空气离子浓度测试方法）作为参考而规定的一种实验方法，测试结果为每立方厘米释放的负离子量[44]。此方法通过使用换风装置使空气产生流动来测试其瞬时值。所以动态测试法受到风速和环境等因素的影响会导致数据的不稳定性，其管理方式是通过人员的现场监测，所以人为因素也会对其测试结果造成一定的影响。将两者进行对比可以得出，静态测试法比起动态测试法具有更科学、更可观、更准确的评价效果。制定相关标准会使检测过程更加规范，检测结果更加准确。

3.2 负离子人造板相关检测标准

不同仪器、不同的测试环境等都会影响负离子的测试结果，制定标准的过程就是比较并确定测试仪器及测试条件方法的过程[45]，表1是一些国内外负离子相关检测标准。

表1 负离子相关检测标准Table 1 Testing standard on negative ions

JC/T 1016—2006中规定了负离子功能材料及其制品的负离子发生量的测试方法；在此基础上，GB/T 28628—2012中明确阐述了材料诱生空气离子的离子量测试系统、测试条件、测试方法和测试步骤等一系列相关内容；JC/T 2110—2012是专门针对各类建筑的室内空气离子的浓度测试的规定；JC/T 2040—2010中对负离子功能装饰材料的测试方法、空气负离子诱生量、放射性限量及检验规则进行了规定；LY/T 3235—2020是针对负离子功能人造板及其制品的制定标准，主要规定负离子发生材料要求、负离子功能人造板产品要求、检验方法、检验规则等。这些标准的制定规范了负离子人造板市场，为负离子人造板的评价提供了依据。

选择科学的测试仪器、制定一套科学的测试方法并制定负离子产品的相关标准，能够规范负离子产品市场，促进负离子产品市场发展。

4 负离子人造板存在的问题

4.1 负离子材料放射性检测存在监管盲区

负离子材料一般是由天然矿石磨制而来，这些天然矿石中会含有放射性物质，但目前对负离子粉的放射性监测研究相对较少。一部分厂家并不了解此类负离子材料的危害性，为了提高产品的负离子释放量而大量地添加这类放射性材料。这类做法导致市场上大部分产品放射性严重超标。有些使用含负离子粉产品的生产单位在未履行有关管理程序的情况下，通过网络等途径随意购买含放射性的物质用于生产，导致在负离子产品生产的过程中存在监管盲区[46]。

4.2 负离子人造板可持续释放性能差

负离子人造板在使用过程中容易受周围环境的影响（如气流、湿度、温度），其释放量相对不太稳定，且负离子人造板随着使用年限的增长，负离子释放功能也会随之衰减，保持负离子长效稳定释放是需要解决的技术难题。

4.3 负离子人造板质量参差不齐

由于负离子人造板市场还未形成规范的监督制度，导致目前市场上的负离子人造板质量参差不齐，部分产品只具备了释放负离子的能量，但空气中没有负离子或负离子释放量很低，使消费者对负离子行业的产生了负面认识。

4.4 缺乏关于负离子人造板的抗菌、降醛性能的质量评价标准

负离子能与空气中的污染物相互作用，抑菌除菌、分解有害气体，但目前关于负离子对细菌、甲醛等有害物质的去除效果没有规范的标准，对于负离子人造板的抗菌以及降醛性能缺乏充分的研究和评估标准。

5 展望

目前，负离子人造板的研究虽然在负离子材料、负离子人造板工艺、负离子检测方法等方面已经取得一些成果，但仍存在着一些问题，还需进一步的研究。因此，笔者对负离子人造板未来的研究重点做出如下展望。

（1）加强对负离子材料结构的研究，并深入研究其影响因素。研究负离子人造板在使用过程中的稳定与衰减性规律，并对负离子浓度变化的影响因素的分析，从而对负离子材料的使用原理、工艺方法和应用效果进行比较，使人造板能够长效稳定地释放负离子，为负离子人造板的进一步开发和应用提供方法和理论依据。

（2）加快开发能释放负离子新材料并制定负离子材料放射性相关检测标准。虽然负离子诱发源矿物的负离子诱发效果优异，但其本身所具有的放射性对其使用造成一定限制[47]。所以开发新的、安全性高的新材料是十分重要的。此外，目前我国只是针对装修建材有强制性标准，对其他产品未有明确限制标准，负离子材料放射性检测必须引起足够重视，制定相关产品放射性质量标准十分重要。

（3）加快制定负离子人造板对空气净化作用的评价方法，强化市场监管。深入研究负离子人造板系列产品对室内空气环境的净化作用，制定科学的适用于负离子人造板的对空气净化作用的评价方法，确保进入市场的负离子人造板相关产品符合相关标准要求，为规范产品质量和质检机构提供依据。

随着负离子人造板研究的不断深入，未来负离子人造板也将展现出更加优异的经济价值和广阔的市场前景。