[发明专利]一种碧玺的表面活化方法

说明书

技术领域

本发明属于医学保健材料领域，尤其涉及一种对碧玺进行活化处理，在其表面构建丰富孔隙的方法。获得的活化碧玺可用于美容养颜及医疗养生保健。

背景技术

碧玺又名“电气石”，“托玛琳”等，在古代又被称作“碧洗”，“碧霞玺”及“碧霞玭”等。碧玺作为装饰性宝石至少始于古罗马帝国，近年来因为其具有的显著静电场电极作用、负离子产生作用、发射远红外线作用，电磁屏蔽作用以及表面吸附性能等而被认为是优良的环境友好材料，更在医疗保健领域得到了广泛的重视。以碧玺块进行饮用水活化，以碧玺粉作为添加剂制备日化保健用品等均已有较多报道。但是，由于对碧玺发挥以上功能的理解程度及现有加工手段的限制，这些碧玺基制品均未形成规模，使用时医疗保健效果尚不够明显，社会认同度尚低。

目前碧玺的工业利用方式主要是将非宝石级的碧玺进行粉碎，在尽量降低其粒度的前题下利用其粉体高比表面积及表面能，以达到增强作用效果，更好的添加与分散于待制备产品中的目的。碧玺三方晶系具有异极对称结构，在物理性质上表现出自发电极性，以及与之相伴的热电性与压电性是其具有以上多种有益人体保健功能的基础。当碧玺晶粒产生电极时，其外部会形成电场，而当晶粒破碎时，外部电场强度及效果电极数可呈指数级增长，因此理论上粉碎处理确实可以有效的提升单位质量碧玺的表观效果。但是，受限于现有粉碎手段的局限，很难直接得到粒度足够小且分布均匀的粉体。更糟糕的是，由于碧玺微粒强大的自发电极性，微细化到一定程度的粉末会有极强烈的团聚倾向，从而形成二次团块且电极性发生相互间干扰，反而降低了其效果，这被认为是持续微粒化碧玺至一定程度后其表观效应不再上升的重要原因。另外，宝石级碧玺极佳的观赏性及高昂的价格，决定了不大可能使用诸如粉碎的方法来提升其养生保健效果。因此，为拓展，深化碧玺在保健医疗制品中的应用，增强其效果，提升人群认同性，寻找粉碎之外的其他处理方式非常重要。

表面处理也是常用的无机固体矿物活化改性方式之一。尤其是，通过构建特定的孔隙结构，可以有效的改变固体的表面层性质，提升其有效表面积及表面自由能。在孔隙达到一定微纳米尺度后，固体矿物表面可以表现出明显的小尺度效应，提供迥异的性能。对许多硅酸盐材料，钙磷陶瓷材料等的表面造孔赋予了许多有趣的生物学性质，相应的产品在化妆品，保健品及医疗器械中均得到了应用。一些方法，比如表面层的受控腐蚀可以达到无机固体表面造孔的目的。比如，光蚀刻技术已经是半导体晶片产业的基础。与碧玺相类似的玉及玉石表面活化造孔研究提示，经过适当控制的混合腐蚀液可以有效的重塑表面层，构建丰富的孔隙结构。因此，选择适当的腐蚀条件进行表面层孔隙化不失为除了粉碎处理之外的活化碧玺，提高其有益效能的另一手段。对碧玺而言，表面造孔其实尤其适用，因为粉碎处理时，由于大块晶体破碎后形成的微小子晶取向完全随机，直接导致其电极化方向相互干扰，而如果通过腐蚀造孔，由于大晶体初始取向方向的固定，造孔后的子晶方向具有了取向性，可以降低相互抵消。表面造孔活化，还能够在提供相似性能的前提下不必将碧玺过于微小化，间接的降低了解决二次团聚这个问题的困难。而且，不需将其破碎即可提升效能，使得宝石级碧玺也可循此方法活化。并且，由于光在微尺度结构上的干涉与衍射，适当的表面处理实际上还可以增进宝石级产品的光泽度。另外，碧玺也被称为“吸灰石”，是因为其自发电极致电场对微小粉粒具有显著的吸附作用。在当下我国各大城市空气污染严重的环境下，碧玺制品的此性能当可大有用武之地。表面造孔活化，通过表面层改性提供更强的自发电极，能够更好的吸附空气中的微小粒子，并且避免了过渡粉碎带来更多微粒污染物的矛盾。

碧玺实质上是含有多种金属离子及硼和氟成分的环状硅酸盐。常见的天然碧玺因其良好的结晶形态，具有了较高的硬度（摩氏硬度7-8）及较强的抗化学腐蚀的能力。因此，对用于腐蚀表面层的腐蚀剂需要进行慎重的选择，过弱的腐蚀剂不能有效的破坏晶粒结构，而过强的腐蚀剂对表面层的破坏过于剧烈，难于形成富含孔隙的结构。另外，如果着眼于将活化后的碧玺产品用于医疗保健，则必须考虑此类应用强调的“安全性”要求。一些虽具有良好腐蚀效果，但难于去除或带来残留的腐蚀剂需要慎重考虑。小分子有机酸腐蚀剂，以及序连的多步腐蚀可能更加适于进行碧玺制品的表面活化。对于天然碧玺，其表面微结构尺度常可观察到多种杂质共生矿晶粒，如石英、云母及透闪石等。这些杂质晶粒与碧玺主晶粒的键合不强，且对活性作用的贡献较小，甚至于，某些杂质晶粒还会带入有害于“安全性”的成分。因此，造孔操作可以从这些杂质晶粒入手，通过将其去除，暴露碧玺晶群的晶间区域，并通过将腐蚀剂引入这些区域以达到更好的构建孔隙的目的。