技術和原理

紫外線是一種波長400～100nm的輻射線。適量的紫外線照射能夠增強人的體(ti) 質和抵禦傳(chuan) 染病的能力，促進體(ti) 內(nei) 維生素D3的合成，維持正常的鈣磷代謝和骨骼的生長發育，加速傷(shang) 口的愈合，提高免疫力。當紫外線強烈作用於(yu) 皮膚時，可發生光照性皮炎，皮膚上出現紅斑、癢、水皰、水腫等；嚴(yan) 重的還可引起皮膚癌。據統計，自1983年以來，全球皮膚癌患者每年以5％的速度增加。這與(yu) 臭氧層減少有關(guan) ，臭氧層濃度每減少10％，人類皮膚癌發病率將增加26％。

陽光中的紫外線根據波長可分為(wei) 3部分：UVA(315～400 nm)，UVB(280～315 nm)，UVC(100～280nm)。Uvc到達地麵前基本被吸收，直接作用於(yu) 地表的紫外線主要是UVA和IUVB，即波長280～400nm的紫外線部分。因此，對這一波段紫外線的防護尤為(wei) 重要。服裝作為(wei) 人體(ti) 的第二皮膚，應具有一定的保護人體(ti) 盡量免受外界惡劣環境侵害的功能。 隨著人類對紫外線危害認識的深入，加強研究防紫外線紡織品勢在必行。

普通紡織品的防護效果不是很理想，這就要求染整工作者采用一定的技術和工藝，開發出有效防禦紫外線照射的功能整理劑。

1 抗紫外線機理

紡織品對紫外線防護的機理，分為(wei) 反射和吸收兩(liang) 種。紫外線照射到織物上，一部分被纖維吸收，一部分被反射，還有一部分從(cong) 織物纖維問的孔隙中透射，也有可能直接通過纖維本身。隻有透過織物的紫外線才可輻射到人體(ti) ，而且大部分是直接輻射至人體(ti) 的，其餘(yu) 的是通過散射輻射到達的。因此，抗紫外線織物主要是用屏蔽劑對纖維或織物進行防紫外線處理，來增強紡織品吸收或反射紫外線的能力。常用的紫外線屏蔽劑有無機和有機兩(liang) 大類。

1．1無機類紫外線屏蔽劑

無機紫外線屏蔽劑也稱紫外線反射劑，具有較高的折射率，主要通過對入射紫外線反射或折射，而達到防紫外線輻射的目的。

有些超細粒子(如納米粉體(ti) )由於(yu) 小尺寸效應等特性而導致其優(you) 異的抗紫外性能。作為(wei) 染整助劑，為(wei) 了不影響紡織品的色彩效應，最好選用具有透明性或白質材料，所以一般選用金屬氧化物的粉體(ti) ，如三氧化二鋁(Al203)、氧化鎂(MgO)、氧化鋅(zno)、二氧化鈦(Ti02)、高嶺土等，它們(men) 屏蔽紫外線的功料與(yu) 結構中的禁止帶間隙密切相關(guan) 。如Ti02的電子結構，由充滿電子的價(jia) 電子帶和沒有電子的道形成的傳(chuan) 導帶構成，存在禁止帶間隙。禁止帶間隙約為(wei) 3．2eV，相當於(yu) 約410nm波長的光能，當納米二氧化鈦受光照射時，能量與(yu) 禁止帶間隙相同或比禁止帶間隙能量稍大的光被吸收，價(jia) 電子帶的電子激發至傳(chuan) 導帶，因而對紫外線部分產(chan) 生吸收。研究表明，粒徑小於(yu) 100nm的Ti02紫外線透過率低於(yu) 20％。ZnO廉價(jia) 無毒，屏蔽紫外線波長範圍比Ti02寬，折光率(n=1．9)也比Ti02(n=2．6)小，對光線的漫散射率低，透明度也高。ZnO還被證實具有抗菌防黴防臭功能，因而應用前景更廣。

多種納米粉體(ti) 共同添加對紫外線有更好的屏蔽作用。如二氧化鈦、氧化鋅和二氧化矽混合，其中前2者隻針對uvA和uVB處吸收，而二氧化矽則在uVA和uvB的範圍內(nei) 對紫外線的反射率高達85％，並在紫外線和可見光範圍內(nei) 出現一個(ge) 很長的高反射平台。

1．2有機類紫外線屏蔽劑

有機防紫外線整理劑也稱為(wei) 紫外線吸收劑,通常是指能吸收波長為(wei) 270~400nm紫外線的有機化合物。

國內(nei) 外紫外線吸收劑品種較多，常用的產(chan) 品主要有非反應性、小分子紫外線吸收劑如水楊酸酯類化合物、二苯甲酮類、苯並三唑類、取代三嗪類、取代丙烯腈類以及聚合物型紫外吸收劑。水楊酸酯類化合物使用得較早，因其穩定性較差而在應用方麵有所局限；取代三嗪與(yu) 取代丙烯腈類用於(yu) 高聚物的光穩定劑較多；目前最有發展前景的當屬二苯甲酮類及苯並二唑類。這兩(liang) 者因其自身有效吸收波長範圍廣、相容性好等優(you) 點在工業(ye) 領域應用很廣泛，目前正嚐試將其化學結合入高分子骨架以避免它自身的某些缺點，有著相當廣泛的應用前景。

1．2．1 非反應性紫外線吸收劑

(1)水楊酸酯及其衍生物

聚合物加工和織物後整理過程中應用最早的一類紫外線吸收劑，可用於(yu) 聚乙烯、聚丙烯、聚氧乙烯、聚酰胺等纖維及其塑料薄膜產(chan) 品，有效吸收波長範圍為(wei) 290～320nm。代表性化合物有水楊酸苯酯、水楊酸對叔丁基苯酯等。產(chan) 品優(you) 點為(wei) 低毒，凝同點低，有紫外線吸收與(yu) 消毒防腐作用；缺點是升華性強，光穩定性能較差，對紫外線的吸收波長範圍較窄，因而應用方麵具有局限性。

(2)二苯甲酮及其衍生物

二苯甲酮及其衍生物不溶於(yu) 水,易溶於(yu) 甲醇、乙醇等有機溶劑,這一特性使其與(yu) 油溶性材料或高分子材料的物理兼容性較好,故可用於(yu) 塑料、油墨、化妝品、防曬劑等配方中。但此類產(chan) 品用於(yu) 織物整理,分子與(yu) 纖維之間隻存在物理吸附以及氫鍵作用,而無化學結合,故整理的織物耐曬性良好、但耐洗性卻差。

(3)苯並三唑及其衍生物

苯並二唑類紫外吸收劑的特點是毒性小，與(yu) 樹脂的相容性好，可用作包裝食品的聚乙烯、聚丙烯以及聚丁烯、聚苯乙烯、聚氨酯、環氧樹脂及塗料、染料、顏料等的光穩定劑，故在紡織、塑料、汽車塗料等方麵有廣泛應用。

(4)取代二嗪及其衍生物

在二嗪衍生物中取代苯環上的羥基與(yu) 二嗪環上的氮原子存在分子內(nei) 鍵的鍵合與(yu) 斷開反應，從(cong) 而轉化紫外能量，使此類化合物具備吸收紫外線能量的功能而被用作紫外線吸收劑。因此，這類化合物吸收紫外線效果與(yu) 鄰羥基的個(ge) 數有關(guan) ，鄰羥基個(ge) 數越多，吸收紫外線的能力越強，引入不同取代基，能降低均二嗪環的堿性，因此可改善此類化合物的耐光堅牢性及其與(yu) 樹脂的相容性。它的缺點是與(yu) 高聚物的相容性差，使用過程中易導致整理的織物著色。

(5)取代丙烯腈及其衍生物

此類紫外線吸收劑雖然僅(jin) 能吸收31O～320nm的紫外線，但因其不含酚式羥基，故具有良好的化學穩定性和與(yu) 高聚物的相容性。

1．2．2 聚合物型紫外吸收劑

非反應性、小分子紫外線吸收劑整理的織物耐洗牢度差，抗紫外線效果難以持久，而且織物的透氣性、手感、衛生性能受到影響。反應性紫外線吸收劑可解決(jue) 結合牢度等問題，但僅(jin) 適用於(yu) 高分子材料、化學纖維的合成或紡絲(si) ，在天然纖維或生態纖維的後整理方麵其應用受到一定限製。所以開發對人體(ti) 低毒或無毒，與(yu) 纖維結合牢度高，又符合綠色生態環保需求的高分子紫外吸收劑已勢在必行。

聚有機矽氧烷是一類特種高分子材料，表麵能低、易成膜，具有優(you) 異的耐高低溫性能耐輻射性、耐氧化性、透氣性、耐候性等。事實上氨烴基、環氧基、羧烴基、聚醚基等改性聚二甲基矽氧烷，是目前紡織工業(ye) 大量使用的柔軟整理劑。所以，若在聚二甲基矽氧烷的側(ce) 鏈或主鏈上，化學鍵合入二苯甲酮、苯並三氮唑等紫外吸收基團，則可望獲得兼具二者綜合性能的新型紫外吸收劑。

羧烴基矽油與(yu) 水楊酸經高溫酯化反應合成的水楊酸酯烴基聚矽氧烷，用於(yu) 護膚、毛發以及蛋白纖維的防護保養(yang) ，則能賦予基質持久的抗紫外線效果。

攜帶有2，2，6，6-四甲基派啶及其衍生物側(ce) 基的聚有機矽氧烷，本身雖無吸收紫外線的能力，但可捕獲光氧化反應或者聚合物降解過程中產(chan) 生的自由基，分解氫過氧化物並傳(chuan) 遞激發態分子能量，因而具有光穩定效果。

將Zn0等無機納米抗紫外線粉體(ti) 與(yu) 氨基矽乳柔軟劑複配，用於(yu) 織物整理，可使棉織物獲得抗紫外線與(yu) 柔軟等多重功能，而且經此處理的織物耐水洗，纖維強度、拉伸性、色澤等不受影響。

2 防紫外線輻射整理方法及其工藝

織物紫外線屏蔽整理工藝與(yu) 其最終用途有關(guan) 。如作為(wei) 服裝麵料，夏季穿著的對柔軟性和舒適性要求高，以采用吸盡法或浸軋法施加紫外線吸收劑為(wei) 好；如作為(wei) 裝飾、家用或產(chan) 業(ye) 用紡織品，則強調其功能性要求，可選用塗層法；對於(yu) 混紡織物的防紫外線整理，從(cong) 技術角度來說，還是以吸盡法和浸軋法為(wei) 好，因為(wei) 這種工藝對纖維性能、織物風格、吸濕(水)性和強力影響較小，同時還可與(yu) 其他功能性整理同浴進行，如抗菌防臭、親(qin) 水、防皺整理等。

2．1高溫高壓吸盡法

高溫高壓吸盡法類似於(yu) 滌綸的高溫高壓染色，這是由於(yu) 一些不溶或難溶於(yu) 水的紫外線吸收劑，它們(men) 的分子結構利分散染料很接近，在高溫高壓的條件下可以進入纖維內(nei) 部而固著。高溫高壓吸盡法適用於(yu) 滌綸、錦綸等合纖類織物，此法比較多地采用分散染料染色與(yu) 抗紫外整理同浴進行。

2．2常壓吸盡法

常壓吸盡法則主要適合於(yu) 棉、麻、羊毛、蠶絲(si) 等天然纖維類織物的抗紫外整理。常壓吸盡法須選用水溶性的紫外線吸收劑，如一些二苯甲酮類的水溶性紫外線吸收劑的分子結構中有多個(ge) 羥基，對棉及其它天然纖維有較好的吸附能力，因此，可以在常壓下被用於(yu) 此類織物抗紫外整理。

2．3浸軋法

由於(yu) 紫外線屏蔽劑大多不溶於(yu) 水，又對棉、麻等天然纖維缺乏親(qin) 和力。因此不能用吸盡法，而采用與(yu) 樹胎同浴，將屏蔽劑聞著在織物表麵。浸軋液由紫外線屏蔽劑、樹脂、柔軟劑等組成。但經熱處理後，織物上空隙易被樹脂所覆蓋，會(hui) 影響整理織物的風格、吸水性和透氣性。用浸軋法對純棉織物進行抗紫外線整理的工藝條件如圖1所示：

 2．4塗層法

一般在塗層劑中加入適量紫外線屏蔽劑，用塗布器在織物表麵進行精密細塗層，然後經烘幹及必要的熱處理，在織物表麵形成一層薄膜。這類方法雖使耐洗牢度及手感受到影響，但對纖維種類的適用性廣，處理成本低，對應用的技術和設備要求不高。塗層法使用的紫外線屏蔽劑，大多是一些高折射的無機化合物。

2．5微膠囊技術和印花法

  微膠囊技術是一種微包裝技術，是用天然或合成高分子成膜材料把分散的固體(ti) 、液體(ti) 或氣體(ti) 包覆，使形成微小粒子的方法。其實質是通過密閉的或半透性的壁膜將芯材與(yu) 外界環境隔離開來，從(cong) 而達到保護和穩定芯材、屏蔽氣味和顏色、控製釋放芯材等目的。其製成品典型大小範圍在2~2000μm之間，壁的典型厚度在0．5~150μm之間。可將抗紫外線整理劑注入膠囊內(nei) ，這樣在服裝的服用過程中由於(yu) 受到磨擦使膠囊外層破裂，達到抗紫外線整理劑緩釋的效果；如果膠囊內(nei) 加入光敏變色晶體(ti) 則能使織物獲得變色功能。光敏變色服裝除了增加美感外，還增強了抗紫外線功能，可抵禦長時間紫外線輻射。

印花法就是將紫外線屏蔽劑或吸收劑調製在印花色漿中，印製後，采用汽蒸處理固著在織物上，此法適合於(yu) 對紫外線屏蔽率要求不是很高的織物。

2．6溶膠一凝膠技術

一般的屏蔽劑的耐洗牢度都比較著，作為(wei) 一種多用途的新工具，溶膠凝膠技術可在織物表麵塗覆一層透明的金屬氧化物薄膜，極大地改善了耐洗牢度，同時抗紫外線性能也非常優(you) 良。

3 防紫外線織物效能的評價(jia) 及測試方法

目前織物抗紫外線效果評價(jia) 方法有分光光度計法、紫外線強度累計法、變色褪色法和直觀法等，其中分光光度計法較優(you) 。分光光度計可檢測各個(ge) 不同波長下的透射比，是目前國際上最流行和通用的方法。直觀法由於(yu) 紫外線過量照射對人體(ti) 有害，應少采用為(wei) 宜。目前國內(nei) 外的主要評價(jia) 標準有：我國的GB／T18830–2002，澳大利亞(ya) ／新西蘭(lan) 的AS／ZS4399，美國的AATCCl83–1998、ASTM草案D13．65，英國的BS7914．1998、BS7974．1999以及歐盟的PrEN13758等。

3．1分光光度計法

采用積分球式紫外分光光度計測試織物的紫外線透過率。紫外線透過率越小，表明織物隔斷紫外線效果越好。

3．2變色褪色法

利用光敏染料染色的基布，放在標準紫外光光源下，上麵覆蓋待測織物，開啟光源，光照一定時問，然後觀察覆蓋物下麵光敏染料染色基布的顏色變化情況，顏色變化越小，說明待測織物阻隔紫外線的效果越好。

3．3紫外線強度累計法

利用紫外光照射放在紫外線強度累計儀(yi) 上的織物，按給定時間照射，測定出通過織物的紫外線累計量然後進行計算。

3．4直觀法

分別使用防紫外線織物和相同材質的非防紫外線織物覆蓋皮膚，通過照射紫外線進行直接對比觀察。

3．5織物抗紫外耐久性

實際應用中，還要求抗紫外功能紡織品有優(you) 良的耐久性能，即經多次洗滌後仍然保持良好的抗紫外效果。可以參照國標GB／T3921．3–1997，用下述條件對織物進行洗滌：

皂液：標準皂片5g／L；

無水碳酸鈉：2g／L；

溫度：(60±2)℃；

時問：30min；

浴比：50：1

然後測定織物的紫外透過率，依此來評定耐久性。

對於(yu) 防紫外線織物質量的評價(jia) 指標，現采用紫外線遮蔽率較多。日本提出了采用紫外線遮蔽率與(yu) 紫外線透過量減少率相結合的標準。紫外線透過量減少率等於(yu) 傳(chuan) 統織物透過量與(yu) 防紫外線織物的差值與(yu) 傳(chuan) 統織物透過量的百分比。日本提出的標準是，織物首先要滿足紫外線透過量減少率達到50％的要求，然後再根據絕對遮蔽率進行等級劃分。一般分為(wei) 3級，遮蔽率在90％以上者為(wei) A級，遮蔽率在80％～90％者為(wei) B級，遮蔽率在50％～80％者為(wei) c級。這對於(yu) 國內(nei) 評價(jia) 防紫外線織物的性能具有很好的借鑒作用。

 4 前景與(yu) 展望

防紫外線織物符合人們(men) 愛美、保健的要求，同時也能提高產(chan) 品的附加值，隨著人們(men) 生活水平的提高和保健意識的增強，防紫外線紡織產(chan) 品具有極好的開發價(jia) 值和廣闊的市場前景。國外起步已久，我們(men) 應奮起直追，在研究開發時，首先應對紫外線遮蔽劑、防紫外線纖維進行深入的研究開發，形成工業(ye) 化生產(chan) 能力；其次應針對產(chan) 品的用途，采用不同的加工方法，以提高其服用性能。如用後處理法時，服裝用織物應采用含浸處理，以提高其透氣性，而對遮陽傘(san) 、窗簾用織物則可采用塗層處理；同時應注意到，人們(men) 已開始對合成纖維提出具有多種功能的要求，而且作為(wei) 紫外線遮蔽劑用的陶瓷微粉和金屬氧化物在紡織品的抗菌防臭、遠紅外保健等其他功能性加工中也有采用，因此在研製防紫外線纖維紡織品時，最好能賦予涼爽、抗菌防臭、遠紅外保健或阻燃、防靜電等多種功能，以進一步提高其使用價(jia) 值。

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