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 西安市 710048）

苏升弟 (深圳先进化工有限公司)

原载：北京纺织2005/1；36-38

收稿日期:2004-02-19

作者简介:周立祥(1978-)男，四川犍为人，西安工程科技学院02级在读硕士研究生。研究方向为酸性金属络合染料的改性及应用。

 

【摘要】介绍了防紫外整理剂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 研制 应用

[中图分类号] TS195.2  [文献标识码]A  [文章编号]1002-3348(2005)01-0036-03

  

  近年来，由于人类生产和生活活动大量排放氟利昂之类的氯氟化烃化合物，使臭氧层遭到日趋严重的破坏，甚至使南北极地区上空出现臭氧层空洞现象。紫外线对人体的伤害也越来越严重[1]。随着人们生活水平的提高，人们对身体健康越来越重视，有关防紫外线的防护物和服装的开发和应用也越来越多。防紫外纺织品在某些西方发达国家的使用已比较普遍，其主要用途有：野战部队穿的军服、夏季服装、遮阳伞、帽子等等。相比较而言，我国的国民经济处在较低的发展阶段，防紫外线纺织品的消费量也不大，但是随着经济的发展，消费水平的提高，防紫外线纺织品在我国将具有广阔的前景。

    防止紫外线对皮肤的伤害，从纺织品方面来说，必须减少紫外线透过织物的量。织物对光的作用表现为对光的吸收、漫反射和透射三种形式[2]。因此减少紫外线透过量可以有以下两种方法:

    (1)提高织物对紫外线的反射和散射能力。可以选用适当的纤维，如高比表面纤维或含高比率的TiO2纤维，或使用反光性强的物质如陶瓷粉进行织物的后整理加工，以增强对光的反射和散射。

    (2)提高织物对紫外线的吸收能力。可以选用适当的纤维，选择适当的组织结构或使用紫外线吸收剂进行织物的后整理加工，来增强对紫外线的吸收。

1   实验理论

1·1 防紫外剂的作用机理[3-4]

    (1)光屏蔽剂  光屏蔽剂是一类能够反射或吸收紫外光的物质，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。

    (2)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。如邻羟基二苯甲酮，当它吸收紫外光后，所含的氧键被破坏，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类似。

    采用紫外线吸收剂对织物进行后整理加工，应用常用的整理工艺，其工艺简单，效果明显，一般都能与其他整理剂 (如柔软剂、防水剂、抗静电剂、树脂等)同浴应用。采用紫外线吸收剂整理织物已成为防紫外线纺织品生产的主要方法之一。自制备的UV-770也是一种紫外线吸收剂。

1·2   防紫外性能的评定[1]

    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。

   

Eλ- 相对红斑的紫外光谱效能;

      Sλ- 太阳光谱辐射能，W·m-2·mn-l

      Tλ- 波长加入时的紫外线透过率(%)；

      △λ-紫外光波长间距 (nm)；

      λ- 紫外线光波波长 (nm)。

T（UV-A）AV-；UV-A波段的紫外线透过率(%);

    T(UV-B) AV ：UV-B波段的紫外线透过率(%)。

2   实验内容

2·1 实验试剂及仪器

    丙酮、氯仿、甲醇、壬基酚聚氧乙烯醚、NP-9，1631，环氧基硅油AV-920、树脂TG、防水剂WRS-C15(试剂均由深圳先进化工有限分司提供)。

    磁力搅拌器、分光光度计、数字式酸度计、超声波仪、轧车、恒温水浴锅。

2·2 实验过程

    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。

3   实验结果与讨论

3·1 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列表如下:

表l  常用溶剂的溶解度

溶剂

氯仿

丙酮

乙酸

甲醇

水

溶解度(g/100g)

45

19

24

38

几乎不溶

    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，引起心脏紊乱、心力衰竭以至死亡。防紫外剂在甲醇中也有较大的溶解度，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。

3·2  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，它在酸性条件下具有更强的活性。但是酸性越强对织物的损伤越大。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。

表2  防紫外整理液成品的处方

试剂

防紫外剂的丙酮饱和溶液

NP-9

1631

用量(g)

626.3

3.1

12.5

注: pH=4的缓冲溶液稀释至1升。

    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处埋织物。

3·3   确定防紫外整理剂处理织物的工艺

3·3·1  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。

3·3·2  织物对防紫外剂的吸附情况

表3  60℃整理时的数据记录及计算

编号

1

2

3

4

5

6

7

8

UV-770(O.W.F)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

固着百分率（%）

46.4

59

64

45

39.4

34

30.4

26.5

表4  80℃整理时的数据记录及计算

编号

1

2

3

4

5

6

7

8

UV-770(O.W.F)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

固着百分率（%）

64

74.6

58.4

58.5

53.2

50

44

39.3

表5  100℃整理时的数据记录及计算

编号

1

2

3

4

5

6

7

8

UV-770(O.W.F)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

固着百分率（%）

62.8

54.4

52

49.2

49.4

48.5

46.6

42.2

    分析在不同温度下的UV-770用量与织物上所得的量，可得出温度越高织物对整理剂的饱和吸附量越大。在60℃时整理剂用量在2.5%(o.w.f)左右就达到饱和，80℃则要3%   (o.w.f)左右，100℃则要4%(o.w.f)左右。但是比较在不同温

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，而80℃时的饱和吸附量却只比100℃时的饱和吸附量稍低，从节约能源等综合因素考虑，整理工艺应选择在80℃。

    此外，通过实验可知防紫外整理剂UV-770可与环氧基硅油AV-920、树脂TG、防水剂WRS-Cl5同浴使用，使整理的织物具有多重功能。

3·4   防紫外效果的评定

表6  选择测试结果

No.

防紫外用量(o.w.f)

处理温度℃

UPF

T(UVA)

(%)

T(UVB)

(%)

1

2

3

4

5

6

0.5

1

0.5

1

0.5

1

60

60

80

80

100

100

8.4

14

10.2

16.2

13.2

16.2

9.37

5.78

7.55

5.16

6.18

5.35

12.36

8.01

10.53

7.00

8.46

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。从测试结果可知，当用量达到1%时就达到要求，说明此防紫外剂UV-770具有较好的防紫外效果。所以防紫外剂的工艺选择为: 用量1%，温度80℃。

4   结论

    随着人们生活水平的提高，人们对身体健康越来越重视。棉织物作为一种纯天然的纺织品，将越来越受到人们的喜欢，但是人类生产和生活活动大量地排放氟利昂之类的氯氟化烃化合物，使地球环境和平流层臭氧遭到日趋严重的破坏，使南北极地区上空臭氧层出现空洞现象，从而对于棉织物的防

紫外线提出了新的要求。我们根据防紫外线的作用机理，采用防紫外整理液，达到了很好的防紫外效果。

参考文献

[1]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

[2]唐增荣 蔡秀平,抗紫外整理剂DP-UV的研制和应用   [J]印染，2000，(5);30-33

[3]周绍箕 安林红,防紫外线织物[J]印染助剂，1999，   (10);1-3

[4]杨栋梁，紫外线屏蔽整理的近况[J]印染2002(3);38-43

[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