紡織品的抗紫外線整理
紡織品的抗紫外線整理
摘要：本文系統(tǒng)地介紹了紡織品抗紫外線整理的作用原理及不同種類(lèi)的抗紫外線整理劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明抗紫外線整理劑HTUV100具有優(yōu)異耐久的紫外線吸收性能及紫外線遮斷屏蔽效果，不影響織物的色光、強(qiáng)力和吸濕透氣性，安全無(wú)毒，對(duì)皮膚無(wú)刺激，符合環(huán)保要求。
關(guān)鍵詞：抗紫外線整理劑；HTUV100；抗紫外線測(cè)試；UPF
1前言
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，大氣污染日趨嚴(yán)重。繼1982年10月南極觀測(cè)到同溫層臭氧層厚度減少和臭氧層空洞存在以來(lái)，臭氧層厚度的破壞而導(dǎo)致的紫外線輻射問(wèn)題已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)之一。
紫外線過(guò)度照射會(huì)引起人體色素沉積、皮膚老化干燥、增加皺紋、產(chǎn)生褐斑甚至導(dǎo)致細(xì)胞核中的脫氧核糖核酸（DNA）損傷，影響和失去修復(fù)功能而使皮膚發(fā)生癌變[1]。據(jù)分析，如果臭氧層水平降低1%，就能增加2%UV-B的透射量，皮膚癌的發(fā)生率會(huì)提高0.5～5%。統(tǒng)計(jì)表明：在1980～1996年間，全球皮膚癌患者翻了一番。因此對(duì)織物進(jìn)行紫外線防護(hù)整理，特別是夏天衣服面料的紫外線防護(hù)整理，顯得相當(dāng)重要。
2抗紫外線的原理
2.1紫外線概述
紫外線(ultravioletrays簡(jiǎn)稱(chēng)UV)分為長(zhǎng)波紫外線(UV-A，320～400nm)、中波紫外線(UV-B，280～320nm)和短波紫外線(UV-C,200～280nm)。紫外線在日光中約占6%，其中UV-A的比例較大，UV-B比例較小，UV-B的作用是UV-A的1000倍。UV-A會(huì)透過(guò)表皮組織下面，使肌肉失去彈性，皮膚粗糙，造成皺紋；UV-B則有致皮膚癌問(wèn)題，夏季紅斑主要是由于UV-B的作用，皮下血管吸收紫外線B后會(huì)引起擴(kuò)張，使皮膚變紅、生產(chǎn)紅斑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生炎癥，它同樣也可以影響到皮下彈性纖維，使皮膚失去彈性，形成粗糙的皺紋；UB-C作為一種更強(qiáng)的紫外線，有一定的殺菌作用，但也對(duì)人體有害。
一般地講，UV-C波長(zhǎng)較短，在空氣中已被吸收，不能達(dá)到地球表面，但由于近年來(lái)空氣中含氟量的提高，到達(dá)地面的紫外線B和C也隨之增加。據(jù)研究表明，適當(dāng)?shù)淖贤饩�對(duì)人體是有益的：它能促進(jìn)維生素D的合成，對(duì)佝僂病有抑制作用，并具有消毒殺菌作用。但過(guò)量的紫外線對(duì)人體是十分有害的，它不僅能使人體黑色素增多，使皮膚老化，嚴(yán)重的還會(huì)使皮膚起水泡、紅斑，甚至?xí)鹌つw癌，還會(huì)促進(jìn)白內(nèi)障的生成并降低人體的免疫功能。另外，紫外線對(duì)紡織品也有不良影響，其不僅能使紡織品褪色，也可使蠶絲,尼龍和纖維素等纖維脆化，強(qiáng)力下降。
2.2影響紡織品紫外線透過(guò)率的因素
紫外線的透過(guò)率取決于許多因素，比如纖維的品種、纖度、截?cái)嗝�、織物的組織結(jié)構(gòu)、覆蓋系數(shù)、顏色、在工藝加工中的化學(xué)添加劑和工藝參數(shù)等：
1)織物的組織和結(jié)構(gòu)：織物的密度越大，紫外線的通過(guò)量越小。同一織物組織，紫外線防護(hù)性能隨著織物的厚度和質(zhì)量的增加而增加，基本上取決于織物的覆蓋系數(shù)。覆蓋系數(shù)或孔隙率為表征織物緊密度的指標(biāo)，兩者基本上為互補(bǔ)關(guān)系。在測(cè)試空隙率不同的防紫外線純棉織物的UPF值的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，空隙率值由10％減小為2％，UPF值明顯增大。這說(shuō)明，由防紫外輻射性能較差的纖維（如棉、粘膠等）制成的織物，UPF值較低，孔隙率大小對(duì)其影響相對(duì)較小，但一旦經(jīng)過(guò)防紫外線整理后，孔隙率對(duì)纖維防紫外輻射性能影響就變得非常明顯。這說(shuō)明對(duì)孔隙率小的薄型織物進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆雷贤饩�整理，是生產(chǎn)具有高UPF值輕薄面料的一種理想途徑。
2)織物纖維的種類(lèi)：不同的材料有不同的紫外線吸收性能。棉和粘膠織物紫外線的透過(guò)率均高；漂白的棉織物具有較大透過(guò)率；毛織物、絲織物具有較高的紫外線的吸收能力；滌綸，由于有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，具有較高的紫外線吸收能力；具有消光劑的材料，較容易吸收紫外線；尼龍纖維相當(dāng)容易通過(guò)紫外線的輻射。
3)織物的顏色及含濕量：一般來(lái)說(shuō)，深顏色的具有較好的防護(hù)性能，例如，黑色具有較低的紫外線穿透率。濕衣物較干的衣物具有較低的紫外線透過(guò)率。
4)后整理：經(jīng)抗紫外處理的織物，抗紫外性能會(huì)顯著提高。未經(jīng)紫外整理的服裝，經(jīng)縮水后也會(huì)改善它的抗紫外性能。
2.3抗紫外線整理原理
紫外線輻射到織物上，部分在表面被反射，部分被織物吸收，其余的則透過(guò)織物。一般情況下，紫外線的透過(guò)率+反射率+吸收率=100%。因此，提高織物對(duì)紫外線的吸收率和反射率就可以降低紫外線的透過(guò)率[2]。
2.3.1吸收整理
紡織品紫外線吸收整理的原理是在纖維、紗線或織物上添加紫外線吸收劑，這類(lèi)物質(zhì)能吸收紫外線，并將其轉(zhuǎn)換為低能量的熱能或波長(zhǎng)較短的電磁波，從而達(dá)到防紫外線輻射的目的。
2.3.2屏蔽整理
紡織品紫外線屏蔽整理的原理是在纖維、紗線或織物上添加對(duì)紫外線有較強(qiáng)的反射作用的無(wú)機(jī)涂料，增加表面對(duì)紫外線的反射和散射作用，以降低紫外線透過(guò)織物損害人體皮膚，其中沒(méi)有光能的轉(zhuǎn)化作用。
3抗紫外線整理劑
3.1抗紫外線整理劑的分類(lèi)
抗紫外線整理劑可分為紫外線吸收劑和紫外線屏蔽劑。前者大多是有機(jī)化合物，后者則多為無(wú)機(jī)化合物。
3.1.1紫外線吸收劑
1)二苯甲酮類(lèi)化合物
這類(lèi)化合物的紫外線吸收作用是依靠分子結(jié)構(gòu)中酮式與烯醇式的轉(zhuǎn)換，把吸收的光能轉(zhuǎn)換成熱能。該類(lèi)紫外線吸收劑的分子結(jié)構(gòu)中有多個(gè)羥基，對(duì)棉纖維有較高的吸附能力，可作為棉織物抗紫外線整理劑。把二苯甲酮類(lèi)化合物磺化后，就具有酸性染料的性質(zhì)，可用于絲綢的抗紫外線整理劑。
2)苯并三唑類(lèi)化合物
這類(lèi)化合物中如2-(2′-羥基-3′-特丁基-5′-甲基苯基)-5-氯-苯并三唑等，因?yàn)樗苄缘�，結(jié)構(gòu)與分散染料相近，又有一定的升華牢度，可作為滌綸高溫高壓同浴染色時(shí)作紫外線防護(hù)整理。但苯并三唑類(lèi)化合物在420nm附近略有吸收，會(huì)引起一些色光改變。
3)反應(yīng)性紫外線吸收劑
HerstInternationalGroup（赫特集團(tuán)）開(kāi)發(fā)的防紫外線整理劑HTUV150，可與纖維素上的羥基或聚酰胺纖維上的氨基發(fā)生反應(yīng)，耐洗牢度較好。整理后織物的外觀、手感及吸濕透氣性無(wú)變化。
4)脂肪族多元醇類(lèi)化合物
日本Shiibo公司產(chǎn)品[RICAKGUARD]是用這種化合物整理的織物。據(jù)報(bào)道，經(jīng)整理后織物的UV透過(guò)率僅為1.6%，洗滌30次后UV透過(guò)率也只有3.4%。它可用于棉及滌/棉織物。經(jīng)整理后的織物色牢度、透氣性、和吸濕性可保持不變。
3.1.2紫外線屏蔽劑
紫外線屏蔽劑大都是一些折射率較高的金屬氧化物如氧化鋅、二氧化鈦等。氧化鋅的折射率是1.9，二氧化鈦則高達(dá)2.6。氧化鋅由于折射率相對(duì)較低，因此涂布在織物上后的漫射率也低，透明度也就高一點(diǎn)。日本住友水泥公司開(kāi)發(fā)了超細(xì)氧化鋅粒子(n-100,n-200)。粒子為六方晶系，由于結(jié)晶度高，比表面能小，所以易于分散。它可以單分散狀態(tài)吸附在織物上，有較高的透明性。北京服裝學(xué)院曾測(cè)試過(guò)經(jīng)氧化鋅處理的織物，其紫外線屏蔽率可達(dá)89%。經(jīng)二氧化鈦處理的織物，紫外線屏蔽率為84.5%，經(jīng)五次洗滌后仍有83.6%。
由于無(wú)機(jī)紫外線屏蔽劑耐熱耐氧化，因此可摻入聚酯母粒，紡成防紫外線纖維。日本可樂(lè)麗公司產(chǎn)品“埃斯莫”纖維即為一例。日本東海染工的[僫僂儖NEW]估計(jì)亦為納米級(jí)的氧化鋅或氧化鈦類(lèi)屏蔽劑。
3.2防紫外線整理產(chǎn)品的安全性
3.2.1防紫外線效果
防紫外線效果測(cè)試結(jié)果表示方法有紫外線防護(hù)系數(shù)(UPF)和紫外線透過(guò)率(T(UV-A)AV，T(UV-B)AV)兩種。
紫外線防護(hù)系數(shù)UPF(UltravioletProtectionFactor)(又稱(chēng)紫外線遮擋系數(shù))是表示織物防護(hù)紫外線的能力。它是紫外線對(duì)未防護(hù)的皮膚的平均輻射量與要經(jīng)測(cè)試的織物遮擋后紫外線輻射量的比值。UPF的數(shù)值及防護(hù)等級(jí)見(jiàn)下表：
UPF、T(UV-A)AV、T(UV-B)AV的計(jì)算如式(1)～(4)。
其中,E耄盒緯珊彀叩淖賢庀吖餛啄芰(CIEJ.6：17-22，1987)
S耄禾艄餛追淠(W.M-2.nm-1)
T耄翰ǔの時(shí)的紫外線透過(guò)率
△耄鶴賢庀吖獠ǔざ燃渚(nm)
耄鶴賢庀吖獠úǔ(nm)
N：樣品數(shù)量
T(UV-A)AV：UV-A波段的紫外線透過(guò)率
T(UV-B)AV：UV-B波段的紫外線透過(guò)率
3.2.2防紫外線整理產(chǎn)品的安全性
由于防紫外線整理織物以制作夏天服裝為多，因此會(huì)直接與人體皮膚接觸。為此必須加強(qiáng)對(duì)抗紫外線整理劑的皮膚過(guò)敏試驗(yàn)，急性毒性試驗(yàn)以及致畸試驗(yàn)等一系列安全檢測(cè)，以確保產(chǎn)品對(duì)人類(lèi)安全，對(duì)環(huán)境友好。
3.3抗紫外線整理劑的選擇
紡織品要達(dá)到抗紫外線的目的，可采用TiO2粉、陶瓷粉等反光性強(qiáng)的物質(zhì)對(duì)織物進(jìn)行后整理加工，提高織物對(duì)紫外線的反射和散射的能力；或采用紫外線吸收劑對(duì)織物進(jìn)行后整理加工，提高織物對(duì)紫外線的吸收能力；也可以將這兩類(lèi)物質(zhì)混合后處理織物，使它們對(duì)紫外線既有反射和散射作用又具有吸收作用。
由于無(wú)機(jī)紫外線屏蔽劑嚴(yán)重影響織物的透氣性和手感，目前市場(chǎng)上大量使用的防紫外線劑是紫外線吸收劑。適宜于紡織品應(yīng)用的紫外線吸收劑應(yīng)具有的條件：⑴吸收紫外線的波長(zhǎng)范圍要寬，吸收系數(shù)要大，盡可能吸收280~400nm，并且吸收穩(wěn)定；⑵對(duì)紡織品無(wú)光催化現(xiàn)象，不影響織物的色澤、白度和色牢度；⑶產(chǎn)品安全無(wú)毒，無(wú)刺激性等有害氣味，對(duì)人體皮膚無(wú)過(guò)敏反應(yīng)；⑷與其它化學(xué)品兼容性好，具有一定的耐洗滌性能。
4抗紫外線整理工藝實(shí)踐
4.1抗紫外線整理劑選擇
抗紫外線整理劑HTUV100由HerstInternationalGroup（赫特集團(tuán)）生產(chǎn)，它可用于棉、絲、毛、滌綸、錦綸及其混紡織物的高效持久型防紫外線整理及提高部分染料的日曬牢度；提高運(yùn)動(dòng)服、沙灘裝、游泳衣、休閑服（T恤、襯衣、帽等）、職業(yè)裝及帳篷、遮陽(yáng)傘、窗簾等的紫外線屏蔽性能。
HTUV100的基本性狀（見(jiàn)下表）
組分三氮雜苯衍生物高效紫外線吸收材料
外觀淡黃色液體
離子性非離子
pH值約為7
溶解性可與水混溶
穩(wěn)定性在硬水中，pH值在5~8的酸、堿溶液中穩(wěn)定，使用方便
相容性可與陰離子及陽(yáng)離子產(chǎn)品一起安全使用
HTUV100具有以下特點(diǎn)：
1）高分子型之紫外線吸收劑，具有優(yōu)異耐久的紫外線吸收性能及紫外線遮斷屏蔽效果，對(duì)180～400nm波段的紫外線有良好的吸收轉(zhuǎn)化、反射和散射作用。
2）用量小，作用高效持久，在適當(dāng)結(jié)構(gòu)紡織品上有高的UPF值。
3）與纖維的親和性高，熱穩(wěn)定性好，適用于各種工藝，能最大程度地屏蔽紫外線
4）反應(yīng)型產(chǎn)品，可與纖維持久鏈接，有極高的耐水洗和光穩(wěn)定性，經(jīng)重復(fù)洗熨及強(qiáng)烈紫外線照射后效果均不下降。
5）產(chǎn)品通用性好，使用方便。適用于整理、涂層、印花、噴涂以及高溫吸盡法、浸軋法工藝。
4.2抗紫外線整理工藝篩選
4.2.1工藝配方
試驗(yàn)表明對(duì)于T40/C6045x45110x76織物采用以下配方即可達(dá)到良好的防紫外線效果。
抗紫外線整理劑HTUV10030g/L
交聯(lián)劑AF690030g/L
4.2.2工藝流程
浸軋防紫外線溶液（軋余率70%～80%）→烘干（90%～110℃）→高溫拉幅（170～190℃×30s）
4.3檢驗(yàn)結(jié)果及討論
4.3.1防紫外線性能檢驗(yàn)
采用GB/T18830-2002《紡織品防紫外線性能的評(píng)定》檢驗(yàn)，HTUV100防紫外線織物具有優(yōu)異的抗紫外線性能，其檢驗(yàn)樣品防紫外線性能指標(biāo)見(jiàn)下表：
檢驗(yàn)項(xiàng)目（防紫外線性能）防紫外線織物防紫外線織物（洗滌50次后）
日光紫外線（UVA）透射率（%）0.70.2
日光紫外線（UVB）透射率（%）0.10.1
UPF平均值485856
紫外線防護(hù)系數(shù)UPF〉50〉50
4.3.2甲醛含量的測(cè)定
采用GB/T2912.1紡織品甲醛的測(cè)定,抗紫外線整理劑HTUV100整理織物的甲醛含量是10mg/kg，完全符合GBl8401-2001《紡織品甲醛含量的限定》國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
4.3.3對(duì)皮膚刺激性
將10只日本大耳標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)用兔的脊柱兩側(cè)毛分別剪掉，將4%抗紫外線整理劑HTUV100應(yīng)用液涂在紗布上，敷貼在右側(cè)暴露的皮膚上。24h后觀察敷貼部位皮膚，均末出現(xiàn)紅斑和水腫等刺激癥狀，根據(jù)皮膚刺激強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該抗紫外線整理劑應(yīng)用液對(duì)皮膚屬無(wú)刺激物質(zhì)。
4.3.4經(jīng)口急性毒性
取4%抗紫外線整理劑HTUV100應(yīng)用液對(duì)40只空腹16h的昆明種標(biāo)準(zhǔn)小白鼠一次性經(jīng)口灌胃，4%抗紫外線整理劑HTUV100劑量l0000mg/kg，每天觀察動(dòng)物的中毒表現(xiàn)，十天結(jié)束實(shí)驗(yàn)，各組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)任何中毒表現(xiàn)，飲食和運(yùn)動(dòng)均正常，無(wú)一只動(dòng)物死亡。根據(jù)急性毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該4%抗紫外線整理劑應(yīng)用液實(shí)屬實(shí)際無(wú)毒物質(zhì)。
5結(jié)論
5.1UPF值受到纖維和織物的種類(lèi)、規(guī)格等以及紫外線吸收劑等影響。所選用的織物需滿足一定的物理參數(shù)才能保證對(duì)紫外線有足夠的屏蔽作用。為最大限度減少陽(yáng)光穿透織物而照射皮膚，孔隙度（單位面積孔隙的數(shù)量）應(yīng)小于2%。
5.2經(jīng)抗紫外線整理劑HTUV100處理后織物對(duì)180～400nm波段的紫外線，特別是UV-A和UV-B有良好的吸收作用，洗滌50次后UPF值仍為50+，并且不影響織物色光、強(qiáng)力和吸濕透氣性。
5.3抗紫外線整理劑HTUV100安全無(wú)毒，對(duì)皮膚無(wú)刺激，符合環(huán)保要求。LWN8b6Z4
