纺织品的抗紫外线整理及其应用

纺织品的抗紫外线整理及其应用 摘 要

纺织品抗紫外辐射机理和影响因素，纺织品后整理可提高其抗紫外辐射能力。纺织品的抗紫外线整理的途径，介绍几种纺织品抗紫外线整理的方法以及各种试剂，纺织品抗紫外性能的评价标准与测量方法，介绍几种常见的评价标准和测量方法。纺织品抗紫外线的应用与未来发展。

关键词：纺织品、抗紫外线、整理、应用

Abstract

：Textile resistance to ultraviolet radiation mechanism and influencing factors of textile finishing can improve its resistance to ultraviolet radiation ability. Textile uv radiation arrangement way, introduce a few kinds of textiles anti-ultraviolet finishing methods and various reagent, textile ultraviolet resistant performance evaluation standard and method of measurement, this paper introduces several common evaluation standard and method of measurement. Textile uvioresistant application and future development.

Keywords: Textile， Anti-ultraviolet， Finishing， Application

目 录

1.纺织品抗紫外辐射机理…………………………………………………………1

2.纺织品抗紫外线辐射的影响因素………………………………………………1 2.1 纤维种类…………………………………………………………………… 1

2.2 织物结构…………………………………………………………………… 1

2.3 织物色泽…………………………………………………………………… 1

3.提高纺织品抗紫外线辐射能力的途径……………………………………… 1

3.1 抗紫外纤维………………………………………………………………… 1

3.2 抗紫外线辐射整理………………………………………………………… 2

3.2.1高温高压吸尽法……………………………………………………………2

3.2.2常压吸尽法…………………………………………………………………2

3.2.3浸轧法………………………………………………………………………2

3.2.4涂层法………………………………………………………………………2

3.2.5微胶囊技术和印花法………………………………………………………2

3.2.6溶胶-凝胶技术…………………………………………………………………… 2

3.3 紫外线屏蔽剂………………………………………………………………………2

3.3.1无机类紫外线屏蔽剂………………………………………………………………3

3.3.2有机类紫外线屏蔽剂………………………………………………………………3

4.评价标准与测试方法………………………………………………………………… 3

4.1 紫外线光度计法……………………………………………………………………3

4.1.1UVR波长区域平均法………………………………………………………………3

4.1.2UVR特定波长平均法………………………………………………………………3

4.2 积分球法…………………………………………………………………………… 4

4.3 紫外线强度累计法…………………………………………………………………4

4.4 照度计法…………………………………………………………………………… 4

4.5 褪色法…………………………………………………………………………… 4

4.6 皮肤直接照射法………………………………………………………………… 4

4.7 利用感光活性的方法…………………………………………………………… 4

5. 防紫外线纳米纤维的发展前景……………………………………………5

6.参考文献…………………………………………………………………… 5

现代科学研究表明,紫外线(UVR)对人体的有害影响远大于它的有利作用。白内障、皮肤癌等主要都是由紫外线照射引起的。所以对织物进行抗紫外线整理,特别是对夏季服装面料做抗紫外线整理,显得相当重要。

1.纺织品抗紫外辐射机理

普通纺织品防紫外线的能力与纤维材料,织物厚度、紧密度、重量、颜色等有关。防紫外线纺织品的作用机理有吸收作用和反射作用,相应地紫外线遮蔽剂有吸收剂和反射剂(或称散射剂)两类。吸收剂和反射剂可单独使用,也可混用。紫外线反射剂主要是利用无机微粒的反射和散射作用,可起到防紫外线透过的作用。紫外线吸收剂,主要利用有机物质吸收紫外光,并进行能量转换,以热能形式或无害低能辐射形式将能量释放或消耗[1]。用适当的防紫外线方法处理纺织品,无论是什么纤维材料的织物(如棉织物),都可达到良好的抗紫外线效果,而织物的厚度、色泽等因素对防紫外线性能的影响可忽略。

2.纺织品抗紫外线辐射的影响因素

2.1 纤维种类

纤维种类不同,其紫外线防护系数(UPF)也不同。聚酯、羊毛纤维等比棉、粘胶纤维的紫外线防护系数大,因聚酯结构中的苯环和羊毛蛋白质分子中的芳香族氨基酸,对波长小于300 nm的光都具有很强的吸收能力[2]。棉织物抗紫外线的能力相对较差,是紫外线最易透过的面料[3]。

2.2 织物结构

影响紫外线透过量的主要因素是织物的紧密度。织物的紧密度越高,即表示经纬密度高,覆盖度就高,透射率则低。织物的多孔性或开孔性是影响UVR通过的一个关键参数。Crews等人发现,纺织品的多孔性是UVR通过未染色织物的最好预报因素。Pail-thorp将理想的防日光织物定义为UVR完全不能透过织物,织物上的洞或孔足够小而阻挡UVR的通过。UVR通过纺织品还与纺织品的覆盖因子有关,描述一种纺织品的多孔性可以通过下列式子表

示:UPF=100/(100-覆盖因子)。从式中可以容易地确定覆盖因子必须大于93%,才能获得一个最小的UPF级别15。而且,当覆盖因子超过95%时,覆盖因子较小的增长会引起UPF的显著改善。上述关系清楚地表明,为了获得很高的UPF级别,织物设计者必须在有限的覆盖因子范围内设计制作。

2.3 织物色泽

用于织物着色的染料,可以对织物UPF产生很大的影响。为了得到良好色泽,染料必须选择性地吸收可见光辐射。对某些染料,吸收带伸展到UVR光谱区域,起着UVR吸收剂的作用,这些染料会增加织物的UPF值。而每种染料的UVR吸收性质是独特的,因此不可以通用。然而,对同一种织物结构和染料,较深的色泽通常会增大织物的UPF值。黑、海军蓝和深绿等能显著改善织物的UPF值,而浅色对织物的UPF值只有微小的改善。

3.提高纺织品抗紫外线辐射能力的途径

为减少紫外线对皮肤的伤害,必须减少紫外线透过织物的量,主要有以下几种途径。

3.1 抗紫外纤维

抗紫外线纤维主要指在合成纤维生产过程中,掺入紫外线屏蔽剂,用共混、芯硝等方法纺丝,使纤维具有遮蔽紫外线的功能。这种方法所得到的织物抗紫外线效果持久且手感较好,但处理技术要求和成本较高,且有不宜用

于天然纤维和混纺时效果难以控制等缺点。日本可乐丽公司于90年代初首次推出具有抗紫外线功能的纤维,即在PET聚合物熔体中均匀掺入细陶瓷粉末,纺制成涤纶纤维。近年来,有人发现将特殊结构的陶瓷超细微粒混入纤维内制成的纤维,不仅能屏蔽紫外线,还有绝热作用[4]。

3.2 抗紫外线辐射整理

3.2.1高温高压吸尽法

高温高压吸尽法类似于涤纶的高温高压染色。一些不溶或难溶于水的紫外线吸收剂,它们的分子结构和分散染料很接近,在高温高压的条件下可以进入纤维内部并固着。高温高压吸尽法适用于涤纶、锦纶等合成纤维类织物,较多时候采用分散染料染色与抗紫外整理同浴进行。

3.2.2常压吸尽法

常压吸尽法主要适用于棉、麻、羊毛、蚕丝等天然纤维类织物的抗紫外整理。常压吸尽法须选用水溶性的紫外线吸收剂,如二苯甲酮类水溶性紫外线吸收剂,它的分子结构中有多个羟基,对棉和其它天然纤维具有较好的吸附能力,因此该方法可以在常压下用于棉等天然纤维织物抗紫外整理[5]。

3.2.3浸轧法

由于紫外线屏蔽剂大多不溶于水,并对棉、麻等天然纤维缺乏亲和力,因此不能用吸尽法,而采用与树脂同浴,将屏蔽剂固着在织物表面的方法,其浸轧液由紫外线屏蔽剂、树脂、柔软剂等组成[6]。但经热处理后,织物上孔眼易被树脂覆盖,影响整理织物的风格、吸水性和透气性。

3.2.4涂层法

涂层法一般在涂层剂中加入适量紫外线屏蔽剂,用涂布器在织物表面进行精密细涂层,然后经烘干和必要的热处理,在织物表面形成一层薄膜。这类方法虽会使耐洗牢度和手感受到影响,但对纤维种类的适用性广,处理成本低,应用的技术和设备要求不高。涂层法使用的紫外线屏蔽剂大多是一些高折射的无机化合物。

3.2.5微胶囊技术和印花法

微胶囊技术已广泛应用于工业领域,是一种特殊的包装形式。胶囊内的物质可以是固体微粒,也可以是液滴或气泡。通过微胶囊技术可将抗紫外线整理剂注入胶囊内,使服装在服用过程中受到磨擦使胶囊外层破裂,从而达到抗紫外线整理剂缓释的效果。如果在胶囊内加入光敏变色晶体则能使织物获得变色功能,这样除了增加美感外,还增强了抗紫外线的功能可抵御长时间的紫外线辐射。

印花法就是将紫外线屏蔽剂或吸收剂调制在印花色浆中,印制后,采用汽蒸处理固着在织物上,此方法适用于对紫外线屏蔽率要求不是很高的织物。

3.2.6溶胶-凝胶技术

一般屏蔽剂的耐洗牢度都比较差。作为一种多用途的新技术,溶胶凝胶技术可在织物表面涂覆一层透明的金属氧化物薄膜,它能极大地改善耐洗牢度,同时增强抗紫外线性能。

3.3 紫外线屏蔽剂

3.3.1无机类紫外线屏蔽剂

无机类紫外线屏蔽剂,主要通过对入射紫外线的反射或折射,而达到抗紫外辐射的目的。它没有光能的转化作用,只是利用陶瓷或金属氧化物等细粉或超细粉与纤维或织物结合,增加织物表面对紫外线的反射和散射作用,以防止紫外线透过织物而损害人体皮肤。这些粉末包括高岭土、碳酸钙、滑石粉、氧化铁、氧化锌、氧化亚铅等。经试验,在310~370 nm波长区氧化锌和氧化亚铅对紫外线的反射或防护效果较好氧化铁和高岭土也能起一定作用。紫外线反射剂用于高质量的屏蔽纤维或织物后整理时,要求先制成纳米级的超细粒子,并要求降低粒子的表面活性,所以技术比较复杂[7]。日本住友水泥公司开发的超微细ZnO-100和ZnO-200粒子,解决了这个问题。根据光散射理论,颗粒对光的散射能力与折射率和粒径有很大关系,颗粒折射率越大,颗粒对光的散射能力越大[8]。其中TiO2、Zn折射率都很高,纳米TiO2的折射率为2·71,纳米Zn的折射率为2·03[8]。颗粒也不可太大,一般在70 nm以下有较好的紫外屏蔽性能,分散稳定性好,对紫外线的吸收率增大,抗紫外能力增强,同时使可见光透过率也大大增加。

3.3.2有机类紫外线屏蔽剂

有机类紫外线屏蔽剂,主要是吸收紫外线并进行能量转换,将紫外线变成低能量的热能或波长较短的电磁波,从而达到抗紫外辐射的目的[9]。国内外的紫外线吸收剂品种较多,常用的第一代产品有水杨酸酯类化合物、金属离子螯合物、薄荷酯类、苯并三唑类和二苯甲酮类等。这些紫外线吸收剂不含反应性官能团,不易固着,很易扩散。第二代吸收剂包括瑞士汽巴克基公司开发的2-羟基苯-二苯基三唑的衍生物,它是一种阳离子自分散型配方,可用于高温染色、轧染、印花等,有优良的升华牢度和热固着性能。瑞士科莱恩公司开发的Ra系列可与纤维素纤维上的羟基和聚酰胺上的氨基发生反应,不改变织物的外观、手感、透气性,有较好的耐光和耐水洗牢度。汽巴公司近来开发的新的紫外线吸收剂UPF,用于纤维素和尼龙及其混纺交织品,具有抗紫外功能,该产品可与直接染料、活性染料同浴使用,处理后的织物在60度下洗涤多次效果都不会减弱,而且不会影响耐光牢度,对色泽、白度和手感几乎没有影响。

4.评价标准与测试方法

织物抗紫外线性能的测量标准有许多,如澳大利亚和新西兰的

AS/NZS4399,我国的GB/T18830-2002,美国的AATCC183-1998、ASTM草案D1965,英国的BS7914-1998、BS7949-1999等均是近几年制定的标准。 目前,用于紫外线防护效果的测试方法也有许多,但最为主要的方法有以下几种。

4.1 紫外线光度计法

4.1.1UVR波长区域平均法

UVR波长区域平均法通过紫外线分光光度计测定紫外线波长区域内,试样紫外线透过率的平均值,然后求出遮蔽率,其公式为:遮蔽率(%)=(1-透过率)×100。

4.1.2UVR特定波长平均法

UVR特定波长平均法通过紫外线分光光度计测定试样在若干有代表性的特定波长内的紫外线透过率,然后计算出上述测定值的平均透过率,再求

出遮蔽率。用紫外线分光光度计或者紫外线强度计测定各种抗紫外线试样的分光透过率曲线,可以判断各波长的透过率,并可用面积比求出某一紫外线区域的平均透过率,并评价防护效果。该方法精度较高,因此,在研究过程中采用分光光度计来测试的较多。该法也有不完善之处,因由于大多数织物呈半透明状,表面凹凸不平,光在织物中透过情况较复杂,除部分光被吸收外,还有光的折散和反射,折射量和反射量与单纤维的表面形态、织物组织结构和厚度密切相关,因而测出的透过率偏低。

4.2 积分球法

积分球是一种在光度学测量中常用的仪器。它的构造简单,一般是由一个内壁均匀喷涂高反射率漫反射材料(如聚四氟乙烯、硫酸钡等),并内置多个小体积光源的球形腔体和一些附件组成。

4.3 紫外线强度累计法

紫外线强度累计法是将被测试样放在紫外灯和紫外线累计仪器之间,对被测试样按给定时间进行照射,测定紫外线通过试样的紫外线累计量Qs。同时在未放试样的情况下,测定相同给定时间内紫外灯的照射累计量Q。

4.4 照度计法

用紫外灯作光源,在照度计上加装透紫外线玻璃,分别测定通过试样的累计量Qs和未放试样的情况下的照射累计量Q,透过率按以下公式计算:透过率(%)=(Qs/Q)×100。其中所谓的累计并不是指时间上的累计,而是指在波段上的累计。近几年紫外线透过率测试仪发展很快,美国仪器制造商制造的UV-1000F紫外线透过率测试仪,能够快速精确测定织物的紫外线透过率,不受荧光增白剂的影响;澳大利亚制造的UPF织物实验仪能够快速准确地测量织物样品的光谱传导率,自动将数据转换成UPF值,测量时间只需5 s。

4.5 褪色法

将试样覆盖于耐晒牢度标准卡上,距试样50 cm处,用紫外灯照射,测定耐晒牢度标淮卡到1级变色时的时间,所用时间越长,则遮蔽效果越好。但该方法无法确定纺织品通过抗紫外线整理加工后所获得的防护效果。因为除了遮蔽剂会对紫外线产生遮蔽作用外,其它诸如纤维种类、面料颜色,以及厚度等都会对紫外线的穿透产生影响。

4.6 皮肤直接照射法

在同一皮肤相近部位,以一块或几块织物覆盖皮肤,用紫外线直接照射,记录和比较出现红斑的时间,并进行评定。但是这种方法有不完善之处,因为地理条件、气温和湿度对实验结果有影响,紫外线辐射的强度、稳定性、重现性和时间延续性等均难以掌握,甚至无法控制,所以目前大多采用人工模拟光源。此外,照射条件、试样、实验者皮肤种类等差异也会对结果产生一定的影响,并且过量的紫外线照射对实验者的身体健康有一定害处。

4.7 利用感光活性的方法

这种方法是利用光敏染料的感光活性对紫外线透射率进行定性和定量测试[10]。光敏染料颜色改变程度随紫外光照射强度而变化。这样,通过光敏染料染色基布的颜色变化就能反映紫外光照射强度[11]。

5. 防紫外线纳米纤维的发展前景

防紫外线纺织品是90年代新发展起来的功能性产品，把高科技纳米技术用于纺织服装方面是典型的实例，因其在防紫外线方面的良好的效果，

已越来越受到广大消费者的青睐。但仍存在一些关键的技术问题，如纳米微粒的制备、保存、运输、纳米微粒的团聚、纳米颗粒的表面改性、纳米粉末在织物上的均匀分布等，这些使其应用受到限制。但因其在防紫外线方面的独特功能，在防紫外线织物方面已表现出巨大的应用和发展前景。防紫外线织物的应用前景面对越来越严重的环境问题，人们除了开始重视环境的保护外也更加注重对自身的防护，防紫外线纺织品同其它防护用品一样受到人们的关注。防紫外线纺织品的品种相当广泛。现代的女士非常注重对自己皮肤的保养，惟恐皮肤被紫外线所伤害，所以夏季具有防紫外线功能的女装面料市场前景非常好。除了女装面料之外，其它诸如具备防紫外线功能的遮阳帽、长筒袜等也会是较好的卖点。男士对这种防护功能的纺织品同样有着潜在的需求，经过防紫外线加工的衬衣、T恤、长短裤等男用服装的市场前景也不能小看，运动服和休闲服是户外经常穿着的服装，如果生产加工成有防紫外线的运动服以及休闲服包括泳装、高尔夫服、网球衫、滑雪衫、T恤等，将会是商业的另一卖点。在户外进行作业所需要的工装，如野外作业服、农业作业服、渔业作业服等同样需要具有防紫外线的功能。防紫外线产品不仅局限于服装产品，其它诸如窗帘布、广告布、篷布等都对防紫外线有着较高的要求。所以，具有防紫外线功能的纺织产品的市场前景不可估量。

结 语

面对越来越严重的环境问题,人们更加注重自身的防护,抗紫外线纺织品同其它防护用品一样受到人们的关注。现代的女士非常注重皮肤的保养,惟恐皮肤被紫外线伤害,所以使得具有抗紫外线功能的轻薄夏季女装面料市场前景较好。男士同样对具有防护功能的纺织品有着潜在的需求,经过抗紫外线加工的T恤、衬衣、长短裤等男用服装的市场前景不可估量。运动服和休闲服是户外经常穿着的服装,如果它们具备抗紫外线功能,将会成为市场的另一热点。抗紫外线产品不只是针对服装产品,其它诸如窗帘布、广告布、篷布等都对抗紫外线有着相应的要求。我国加入世贸组织,要想在国际市场上站稳脚,就必须在产品质量、档次和功能等诸多方面进行研究,以提高产品的附加值,形成新的经济增长点。

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