紡織品的抗紫外線整理
紡織品的抗紫外線整理
摘要：本文係統地介紹了紡織品抗紫外線整理的作用原理及不同種類的抗紫外線整理劑。實驗結果表明抗紫外線整理劑HTUV100具有優(you) 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、強力和吸濕透氣性，安全無毒，對皮膚無刺激，符合環保要求。
關(guan) 鍵詞：抗紫外線整理劑；HTUV100；抗紫外線測試；UPF
1前言
隨著現代工業(ye) 的發展，大氣汙染日趨嚴(yan) 重。繼1982年10月南極觀測到同溫層臭氧層厚度減少和臭氧層空洞存在以來，臭氧層厚度的破壞而導致的紫外線輻射問題已成為(wei) 人們(men) 日益關(guan) 注的焦點之一。
紫外線過度照射會(hui) 引起人體(ti) 色素沉積、皮膚老化幹燥、增加皺紋、產(chan) 生褐斑甚至導致細胞核中的脫氧核糖核酸（DNA）損傷(shang) ，影響和失去修複功能而使皮膚發生癌變[1]。據分析，如果臭氧層水平降低1%，就能增加2%UV-B的透射量，皮膚癌的發生率會(hui) 提高0.5～5%。統計表明：在1980～1996年間，全球皮膚癌患者翻了一番。因此對織物進行紫外線防護整理，特別是夏天衣服麵料的紫外線防護整理，顯得相當重要。
2抗紫外線的原理
2.1紫外線概述
紫外線(ultravioletrays簡稱UV)分為(wei) 長波紫外線(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(hui) 透過表皮組織下麵，使肌肉失去彈性，皮膚粗糙，造成皺紋；UV-B則有致皮膚癌問題，夏季紅斑主要是由於(yu) UV-B的作用，皮下血管吸收紫外線B後會(hui) 引起擴張，使皮膚變紅、生產(chan) 紅斑，嚴(yan) 重時會(hui) 發生炎症，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(wei) 一種更強的紫外線，有一定的殺菌作用，但也對人體(ti) 有害。
一般地講，UV-C波長較短，在空氣中已被吸收，不能達到地球表麵，但由於(yu) 近年來空氣中含氟量的提高，到達地麵的紫外線B和C也隨之增加。據研究表明，適當的紫外線對人體(ti) 是有益的：它能促進維生素D的合成，對佝僂(lou) 病有抑製作用，並具有消毒殺菌作用。但過量的紫外線對人體(ti) 是十分有害的，它不僅(jin) 能使人體(ti) 黑色素增多，使皮膚老化，嚴(yan) 重的還會(hui) 使皮膚起水泡、紅斑，甚至會(hui) 引起皮膚癌，還會(hui) 促進白內(nei) 障的生成並降低人體(ti) 的免疫功能。另外，紫外線對紡織品也有不良影響，其不僅(jin) 能使紡織品褪色，也可使蠶絲(si) ,尼龍和纖維素等纖維脆化，強力下降。
2.2影響紡織品紫外線透過率的因素
紫外線的透過率取決(jue) 於(yu) 許多因素，比如纖維的品種、纖度、截斷麵、織物的組織結構、覆蓋係數、顏色、在工藝加工中的化學添加劑和工藝參數等：
1)織物的組織和結構：織物的密度越大，紫外線的通過量越小。同一織物組織，紫外線防護性能隨著織物的厚度和質量的增加而增加，基本上取決(jue) 於(yu) 織物的覆蓋係數。覆蓋係數或孔隙率為(wei) 表征織物緊密度的指標，兩(liang) 者基本上為(wei) 互補關(guan) 係。在測試空隙率不同的防紫外線純棉織物的UPF值的實驗中發現，空隙率值由10％減小為(wei) 2％，UPF值明顯增大。這說明，由防紫外輻射性能較差的纖維（如棉、粘膠等）製成的織物，UPF值較低，孔隙率大小對其影響相對較小，但一旦經過防紫外線整理後，孔隙率對纖維防紫外輻射性能影響就變得非常明顯。這說明對孔隙率小的薄型織物進行適當的防紫外線整理，是生產(chan) 具有高UPF值輕薄麵料的一種理想途徑。
2)織物纖維的種類：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率均高；漂白的棉織物具有較大透過率；毛織物、絲(si) 織物具有較高的紫外線的吸收能力；滌綸，由於(yu) 有芳香環結構，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；尼龍纖維相當容易通過紫外線的輻射。
3)織物的顏色及含濕量：一般來說，深顏色的具有較好的防護性能，例如，黑色具有較低的紫外線穿透率。濕衣物較幹的衣物具有較低的紫外線透過率。
4)後整理：經抗紫外處理的織物，抗紫外性能會(hui) 顯著提高。未經紫外整理的服裝，經縮水後也會(hui) 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，部分在表麵被反射，部分被織物吸收，其餘(yu) 的則透過織物。一般情況下，紫外線的透過率+反射率+吸收率=100%。因此，提高織物對紫外線的吸收率和反射率就可以降低紫外線的透過率[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，這類物質能吸收紫外線，並將其轉換為(wei) 低能量的熱能或波長較短的電磁波，從(cong) 而達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紫外線有較強的反射作用的無機塗料，增加表麵對紫外線的反射和散射作用，以降低紫外線透過織物損害人體(ti) 皮膚，其中沒有光能的轉化作用。
3抗紫外線整理劑
3.1抗紫外線整理劑的分類
抗紫外線整理劑可分為(wei) 紫外線吸收劑和紫外線屏蔽劑。前者大多是有機化合物，後者則多為(wei) 無機化合物。
3.1.1紫外線吸收劑
1)二苯甲酮類化合物
這類化合物的紫外線吸收作用是依靠分子結構中酮式與(yu) 烯醇式的轉換，把吸收的光能轉換成熱能。該類紫外線吸收劑的分子結構中有多個(ge) 羥基，對棉纖維有較高的吸附能力，可作為(wei) 棉織物抗紫外線整理劑。把二苯甲酮類化合物磺化後，就具有酸性染料的性質，可用於(yu) 絲(si) 綢的抗紫外線整理劑。
2)苯並三唑類化合物
這類化合物中如2-(2′-羥基-3′-特丁基-5′-甲基苯基)-5-氯-苯並三唑等，因為(wei) 水溶性低，結構與(yu) 分散染料相近，又有一定的升華牢度，可作為(wei) 滌綸高溫高壓同浴染色時作紫外線防護整理。但苯並三唑類化合物在420nm附近略有吸收，會(hui) 引起一些色光改變。
3)反應性紫外線吸收劑
HerstInternationalGroup（赫特集團）開發的防紫外線整理劑HTUV150，可與(yu) 纖維素上的羥基或聚酰胺纖維上的氨基發生反應，耐洗牢度較好。整理後織物的外觀、手感及吸濕透氣性無變化。
4)脂肪族多元醇類化合物
日本Shiibo公司產(chan) 品[RICAKGUARD]是用這種化合物整理的織物。據報道，經整理後織物的UV透過率僅(jin) 為(wei) 1.6%，洗滌30次後UV透過率也隻有3.4%。它可用於(yu) 棉及滌/棉織物。經整理後的織物色牢度、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2.6。氧化鋅由於(yu) 折射率相對較低，因此塗布在織物上後的漫射率也低，透明度也就高一點。日本住友水泥公司開發了超細氧化鋅粒子(n-100,n-200)。粒子為(wei) 六方晶係，由於(yu) 結晶度高，比表麵能小，所以易於(yu) 分散。它可以單分散狀態吸附在織物上，有較高的透明性。北京服裝學院曾測試過經氧化鋅處理的織物，其紫外線屏蔽率可達89%。經二氧化鈦處理的織物，紫外線屏蔽率為(wei) 84.5%，經五次洗滌後仍有83.6%。
由於(yu) 無機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(le) 麗(li) 公司產(chan) 品“埃斯莫”纖維即為(wei) 一例。日本東(dong) 海染工的[僫僂(lou) 儖NEW]估計亦為(wei) 納米級的氧化鋅或氧化鈦類屏蔽劑。
3.2防紫外線整理產(chan) 品的安全性
3.2.1防紫外線效果
防紫外線效果測試結果表示方法有紫外線防護係數(UPF)和紫外線透過率(T(UV-A)AV，T(UV-B)AV)兩(liang) 種。
紫外線防護係數UPF(UltravioletProtectionFactor)(又稱紫外線遮擋係數)是表示織物防護紫外線的能力。它是紫外線對未防護的皮膚的平均輻射量與(yu) 要經測試的織物遮擋後紫外線輻射量的比值。UPF的數值及防護等級見下表：
UPF、T(UV-A)AV、T(UV-B)AV的計算如式(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の時的紫外線透過率
△耄鶴賢庀吖獠ǔざ燃渚(nm)
耄鶴賢庀吖獠úǔ(nm)
N：樣品數量
T(UV-A)AV：UV-A波段的紫外線透過率
T(UV-B)AV：UV-B波段的紫外線透過率
3.2.2防紫外線整理產(chan) 品的安全性
由於(yu) 防紫外線整理織物以製作夏天服裝為(wei) 多，因此會(hui) 直接與(yu) 人體(ti) 皮膚接觸。為(wei) 此必須加強對抗紫外線整理劑的皮膚過敏試驗，急性毒性試驗以及致畸試驗等一係列安全檢測，以確保產(chan) 品對人類安全，對環境友好。
3.3抗紫外線整理劑的選擇
紡織品要達到抗紫外線的目的，可采用TiO2粉、陶瓷粉等反光性強的物質對織物進行後整理加工，提高織物對紫外線的反射和散射的能力；或采用紫外線吸收劑對織物進行後整理加工，提高織物對紫外線的吸收能力；也可以將這兩(liang) 類物質混合後處理織物，使它們(men) 對紫外線既有反射和散射作用又具有吸收作用。
由於(yu) 無機紫外線屏蔽劑嚴(yan) 重影響織物的透氣性和手感，目前市場上大量使用的防紫外線劑是紫外線吸收劑。適宜於(yu) 紡織品應用的紫外線吸收劑應具有的條件：⑴吸收紫外線的波長範圍要寬，吸收係數要大，盡可能吸收280~400nm，並且吸收穩定；⑵對紡織品無光催化現象，不影響織物的色澤、白度和色牢度；⑶產(chan) 品安全無毒，無刺激性等有害氣味，對人體(ti) 皮膚無過敏反應；⑷與(yu) 其它化學品兼容性好，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）生產(chan) ，它可用於(yu) 棉、絲(si) 、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；提高運動服、沙灘裝、遊泳衣、休閑服（T恤、襯衣、帽等）、職業(ye) 裝及帳篷、遮陽傘(san) 、窗簾等的紫外線屏蔽性能。
HTUV100的基本性狀（見下表）
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(ti)
離子性非離子
pH值約為(wei) 7
溶解性可與(yu) 水混溶
穩定性在硬水中，pH值在5~8的酸、堿溶液中穩定，使用方便
相容性可與(yu) 陰離子及陽離子產(chan) 品一起安全使用
HTUV100具有以下特點：
1）高分子型之紫外線吸收劑，具有優(you) 異耐久的紫外線吸收性能及紫外線遮斷屏蔽效果，對180～400nm波段的紫外線有良好的吸收轉化、反射和散射作用。
2）用量小，作用高效持久，在適當結構紡織品上有高的UPF值。
3）與(yu) 纖維的親(qin) 和性高，熱穩定性好，適用於(yu) 各種工藝，能最大程度地屏蔽紫外線
4）反應型產(chan) 品，可與(yu) 纖維持久鏈接，有極高的耐水洗和光穩定性，經重複洗熨及強烈紫外線照射後效果均不下降。
5）產(chan) 品通用性好，使用方便。適用於(yu) 整理、塗層、印花、噴塗以及高溫吸盡法、浸軋法工藝。
4.2抗紫外線整理工藝篩選
4.2.1工藝配方
試驗表明對於(yu) T40/C6045x45110x76織物采用以下配方即可達到良好的防紫外線效果。
抗紫外線整理劑HTUV10030g/L
交聯劑AF690030g/L
4.2.2工藝流程
浸軋防紫外線溶液（軋餘(yu) 率70%～80%）→烘幹（90%～110℃）→高溫拉幅（170～190℃×30s）
4.3檢驗結果及討論
4.3.1防紫外線性能檢驗
采用GB/T18830-2002《紡織品防紫外線性能的評定》檢驗，HTUV100防紫外線織物具有優(you) 異的抗紫外線性能，其檢驗樣品防紫外線性能指標見下表：
檢驗項目（防紫外線性能）防紫外線織物防紫外線織物（洗滌50次後）
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
紫外線防護係數UPF〉50〉50
4.3.2甲醛含量的測定
采用GB/T2912.1紡織品甲醛的測定,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》國家強製性標準規定。
4.3.3對皮膚刺激性
將10隻日本大耳標準實驗用兔的脊柱兩(liang) 側(ce) 毛分別剪掉，將4%抗紫外線整理劑HTUV100應用液塗在紗布上，敷貼在右側(ce) 暴露的皮膚上。24h後觀察敷貼部位皮膚，均末出現紅斑和水腫等刺激症狀，根據皮膚刺激強度分級標準，該抗紫外線整理劑應用液對皮膚屬無刺激物質。
4.3.4經口急性毒性
取4%抗紫外線整理劑HTUV100應用液對40隻空腹16h的昆明種標準小白鼠一次性經口灌胃，4%抗紫外線整理劑HTUV100劑量l0000mg/kg，每天觀察動物的中毒表現，十天結束實驗，各組實驗動物在整個(ge) 實驗過程中，無任何中毒表現，飲食和運動均正常，無一隻動物死亡。根據急性毒性分級標準，該4%抗紫外線整理劑應用液實屬實際無毒物質。
5結論
5.1UPF值受到纖維和織物的種類、規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才能保證對紫外線有足夠的屏蔽作用。為(wei) 最大限度減少陽光穿透織物而照射皮膚，孔隙度（單位麵積孔隙的數量）應小於(yu) 2%。
5.2經抗紫外線整理劑HTUV100處理後織物對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次後UPF值仍為(wei) 50+，並且不影響織物色光、強力和吸濕透氣性。
5.3抗紫外線整理劑HTUV100安全無毒，對皮膚無刺激，符合環保要求。LWN8b6Z4
