棉织物防紫外线整理剂的制备及应用
周立祥，邢建伟(西安工程科技学院，陕西西安 710048)
苏开弟(深圳先进化工有限公司，广东深圳 518000)
收稿日期:2004-02-19
作者简介:周立祥(1981-)，男，四川犍为人，在读硕士生，从事染料的改性及应用工作。
原载：《染整技术》2004/3；11-13
摘要:介绍带反应基的防紫外整理剂UV-770的制备和应用情况。经测试:1%的UV-770处理后织物的紫外线防护系数(UPF)便能达到相关规定要求，并且UV-770选用了对人体无毒的原料，是目前棉织物上应用较为理想的抗紫外整理剂。
关键词:防紫外线;合成;棉织物;后整理
中图分类号:TS195.29 文献标识码:B 文章编号:1005-9350(2004)03-0011-03
紫外线对人体的伤害已为人们所认识，市场上也出现了许多具有防紫外线功能的织物。但是这些防紫外线整理剂通常都是采用交联剂的办法处理到织物上，这必然会影响织物的某些性能。而能直接与纤维反应的防紫外线整理剂则研究的较少。
织物用防紫外线整理剂主要有[1][2]；a、光屏蔽剂，这是一类能够反射紫外光的物质，在织物中添加光屏蔽剂可使织物屏蔽紫外光波，阻止紫外光直接射到皮肤上，从而起到防紫外线的作用。一般作为屏蔽剂的多是无机填料和颜料，如碳黑、氧化锌和二氧化铁等。B、紫外线吸收剂，能有效地吸收紫外光并能将其能量转化成热能或可见光释放。如邻烃基二苯甲酮，当它吸收紫外光后，所含的氢键被破坏，接着发生互变异构，再放出热回到原来状态。酸酯类等紫外光吸收剂的作用机理与二苯甲酮类相似。
本文作者则是在传统的苯并三唑类紫外线吸收剂衍生物中引入三聚氯氰反应基团，从而能使防紫外整理剂直接应用于棉织物的防紫外线整理，并且保证了防紫外整理的耐久性。
1 实验内容
1.1 实验试剂及仪器
邻硝基苯胺、亚硝酸钠、保险粉、NP-9，1631，及常用化学试剂(试剂均由深圳先进化工有限公司提供);40×40纯棉平纹织物(经退、煮、漂加工)。三口烧瓶，冷凝管、搅拌器等配套装置;紫外-可见分光光度计、数字式酸度计、振荡式恒温水浴锅等。
1.2 实验过程
防紫外剂的合成——防紫外剂的溶解——乳化—— 配制工作液处理织物——防紫外效果的评定。
2 实验结果与讨论
2.1 合成
2.1.1 合成流程
邻硝基苯胺重氨化→重氮化物与A偶合→将偶合产物中的硝基还原形成苯并三挫类衍生物→将苯并三唑类衍生物与三聚氯氰反应得到最终产物。其中A是含有烃基和氨基的芳香类有机物。
2.1.2 反应过程
在装的搅拌器及温度计的三口烧瓶中加入9.2g邻硝基苯胺、18.3ml浓盐酸和37ml水，搅拌均匀。保持温度在0-3℃，在约2Omin内滴加4.6g亚硝酸钠制成的饱和溶液。滴加完毕，在冰盐浴冷却下继续搅拌30min，直至澄清。抽滤，滤液即是重氮液，留以待用。
把1.1g氢氧化钠、4.7g碳酸钠及40ml水依次加入洗净的三口烧瓶中，混匀，再加大适量A冷至5℃以下，在约3Omin内滴加上述重氮液，滴加完毕搅拌lOmin，撒去冰盐浴，在室温下搅拌30
min，过滤。滤饼用温水洗至中性，风干，得暗红色偶合产物，待用。
取上述偶合产物6.7g加入12g氢氧化钠、16 m1 95%乙醇和43ml水，在三口烧瓶中搅拌均匀，控制温度在25℃左右，分批加大19g保险粉，快速搅拌，逐步升温至60-65℃，恒温2h后，待反应液呈淡黄色后，过滤。
将上一步得到的滤液在适当条件下与三聚氯氰反应，调pH值至中性，过滤，将滤饼干燥得防紫外整理剂。 此防紫外整理剂是一含有活性基团的苯并三 唑类衍生物紫外线吸收剂，它具有活性染料的性质，能与纤维素纤维反应而以化学键的形式与纤维素纤维结合。
2.2 将固体防紫外线整理剂制备成水溶性整理剂
2.2.1 选择溶剂
由于防紫外剂为颗粒状的固体，它不能直接溶 于水，也不能直接使用分散剂使之分散于水中，故
要选择一种有机溶剂使之溶解。 实验得出常用溶剂的溶解度如表1。
表l防紫外线剂在常用溶剂中的溶解度
|
溶剂 |
氯仿 |
丙酮 |
乙酸 |
甲醇 |
水 |
|
溶解度/g |
45 |
19 |
24 |
38 |
几乎不溶 |
注:溶解度指100g溶剂中最多溶解的溶质的量。
由表中数据得出:防紫外剂在氯仿中溶解度最大，但是氯仿具有很强的挥发性，而且它的毒性大，它能损伤肾脏、肝脏功能，引起心脏絮乱、心力衰竭以至死亡。防紫外剂在甲醇中也有较大溶解度，但是甲醇也具有挥发性和毒性。乙酸一般不用作溶剂，它也有很大的挥发性。在提倡绿色环保型助剂的今天不应选用以上溶剂。而对于丙酮，它虽然溶解防紫外剂的能力不如其它溶剂，但是它毒性小而且价格便宜，所以选用丙酮作为溶剂。
2.2.2 选择乳化剂
通过实验调节乳液的酸度对乳液的稳定性有重要的影响。实验结果显示pH值越低乳液越稳定，这是由于乳化剂1631(十六烷基三甲基氯化铵)是一种阳离子型乳化剂，它在酸性条件下具有更强的活性。但是酸性越强对织物(特别是棉织物)的损伤越大。所以选择了pH值为4的缓冲溶液作为稀释液以把防紫外剂的丙酮溶液制成含一定浓度的成品助剂。这样在实际应用时加入水稀释后仍能有足够的酸度使工作液稳定。
制成防紫外线液成品的处方(g):
防紫外线剂丙酮饱和溶液 626.3
NP-9
3.1
1631
12.5
pH=4的缓冲溶液稀释至l L。
制成的防紫外整理液取名为:UV-770。以下实验都是用以此方法配出的整理液UV-770处理织物。
2.3 防紫外整理剂的应用
防紫外整理剂UV-770的最大吸收波长是 350.4nm，并且在300-400nm波长范围内都有较大的吸光度，符合防紫外线整理剂的要求。
2.3.l
UV-770处理织物处方
UV-770用量(%，owf) X
元明粉用量(g/L) 50
浴比 1:30
2.3.2 处理工艺
在室温先后加入UV-770、元明粉和织物，处理少许时间后，升温至试验温度，调节处理浴pH为9， 保温4Omin后降温、排液、水洗。
2.3.3 织物对防紫外线剂的吸附情况
表2 不同温度时UV-770在织物上的固着率
|
UV-770用量(owf) |
固着率% |
||
|
60℃ |
80℃ |
100℃ |
|
|
0.5 |
46.4 |
64.0 |
62.8 |
|
1.0 |
59.0 |
74.6 |
54.4 |
|
1.5 |
64.0 |
58.4 |
52.0 |
|
2.0 |
45.0 |
58.5 |
49.2 |
|
2.5 |
39.4 |
53.2 |
49.4 |
|
3.0 |
34.0 |
50.0 |
48.5 |
|
3.5 |
30.4 |
44.0 |
46.6 |
|
4.0 |
26.5 |
39.3 |
42.2 |
比较在不同温度下的固着百分率与UV-770用量数据可得出，温度在80℃时固着百分率比在60℃和100℃时要高，这可能是由于在温度较低的情况下纤维素纤维的扩散孔道较小，不利于整理剂向纤维内部的扩散。而温度若是太高则整理剂上的活性基团水解加剧，使整理剂失去了与纤维素反应的能力。通过分析可知处理的温度选择在80℃。
3 紫外线吸收剂 UV-770的整理效果
3.1 防紫外效果的评定[3]
整理后织物的防紫外效果评价的指标有紫外线防护系数UPF和紫外线屏蔽率。
UPF:它是紫外线对未防护的皮肤的平均辐射量与经过防紫外整理的织物遮挡后紫外线辐射量比值
|
|
|
|
3.2 测试结果
经防紫外整理织物在测试前郡经过lg/L皂粉，浴比1:40，在40℃洗涤IOmin，再经清洗烘干。测试是将织物寄到有关测试部门进行。测试结果见表3。
表3 不同条件整理后织物的防紫外效果
|
防紫外剂用量% |
处理温度℃ |
UPF |
T(UVA) |
T(UVB) |
|
0.5 |
60 |
8.4 |
9.37 |
12.36 |
|
1 |
60 |
14 |
5.78 |
8.01 |
|
0.5 |
80 |
10.2 |
7.55 |
10.53 |
|
1 |
80 |
16.2 |
5.16 |
7.00 |
|
0.5 |
100 |
13.2 |
6.18 |
8.46 |
|
1 |
100 |
16.2 |
5.35 |
6.99 |
织物的UPF数值在15-24内织物就具有较好的防紫外线效果[5]。从测试结果可知当用量达到1%时经80℃，100℃处理的织物都能达到要求，说明此防紫外剂UV-770具有较好的防紫外效果。另外，有资料表明[4]三聚氯氰的衍生物本身就具有一定的防、吸收紫外线的能力，这样一个UV-770分子相当于含有两个紫外线吸收基团，所以此防紫外整理剂UV-770具有良好的防紫外效果。
4 结论
常规防紫外整理剂一般是以交联剂处理到织物上，而作者研制的防紫外线整理剂可与棉纤维形成化学键，从而保证了处理织物防紫外线能力的持久性。通过测试，此整理剂在较小用量的情况下就有良好的防紫外效果，是棉织物用防紫外整理较理想的防紫外整理剂。
5 参考文献
(1)周绍箕、安林红，防紫外线织物(J)印染助剂，1999，16(5)；1-3
(2）杨栋梁，紫外线屏蔽整理的近况（J)印染，2002，(3):38-43
(3）吴雄英，纺织品抗紫外线辐射性能的测试方法比较（J）印染，2001(2)；38-40
(4）杨明，塑料添加剂应用手册(M)南京:江苏科学技术出版社，2002，23
(5)R.Teichmann著，吕晶译，陈水林校.防紫外线整理(J)国外纺织技术，2000(9):32-34