防紫外线辐射纺织品技术研究现状yd14209
郭开华 马小强 (武汉职业技术学院纺织服装学院 湖北 武汉43O073)
收稿日期：2011-04-16
作者简介：郭开华,男,1984年毕业于华东纺织工学院染整专业,具有副教授和高级工程师职称,多年从事染整专业教学工作,主要研究高职染整专业教学和染整生产工艺
原载：染整技术2011/10;8-10
【摘要】防紫外线辐射纺织品是近年来逐步开发的新型功能性纺织品之一,在近几十年的研究与发展中获得了令人瞩目的发展。本文对功能性防紫外线辐射纺织品的发展进行阐述,同时详细地介绍了抗紫外整理技术的作用原理及加工工艺等特性。最后,介绍了防紫外线辐射纺织品评价指标及其国内外的研究现状,同时对防紫外线辐射纺织品前景进行了展望。
【关键词】防紫外线;整理剂;屏蔽剂;有机类;无机类
【中图分类号】TS195.9 文献标识码：A 文章编号：1005-9350(2011)10-O008-03
紫外线是一种比可见光波长更短的电磁波,具有一定的能量。适量的紫外线可促进维生素D的合成,有利于人体对钙的吸收,促进骨骼健康发育,并能抑制病毒,起到消毒和杀菌的作用。但过量紫外线的照射则会降低人体的免疫功能,使免疫系统紊乱,脱氧核糖核酸出现异常,从而导致一些诸如皮肤癌、白内障等严重的疾病。
紫外辐射(UVR)根据波段的不同,可分为超短紫外线(UVC)、远紫外线(UVB)和近紫外线(UVA),其对人体的影响如表1.1[l]所示：
表1.1 不同紫外辐射对人体的影响
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紫外线名称 |
波长段(nm) |
对人体的影响 |
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超短紫外线(UVC) |
100~280 |
穿透力强,可影响白细胞和致癌。但大部分为臭氧层、二氧化碳或云雾等吸收。 |
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远紫外线(UVB) |
280~315 |
产生红斑和色素沉积, 且能导致皮肤红疹、灼伤; 过量照射,有致癌危险。 |
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近紫外线(UVA) |
315~400 |
生成黑色素、褐色斑,使皮肤老化、干燥和增加皱纹,可能导致皮肤癌。 |
由于UVC大部分为臭氧层等所吸收,所以日常生活中,UVB和UVA对人体的危害更为严重。UVB能直接作用于机体的免疫系统,导致免疫系统防范能力降低;长时间的照射还可诱发细胞变异,产生癌变。而UVA的穿透力极强,能深入皮肤,使皮肤加速老化,产生色斑,过多地照射有可能产生皮肤癌。所以防止人体遭受UVB或UVA的过度照射显得尤为重要,这也是当前抗紫外纺织品的主要目标所在。
l 防紫外线辐射纺织品发展现状
为了保护人体免受紫外线的侵害,日用化工行业率先研制出了防晒霜及系列防紫外线化妆品,但人们很快就发现了此类化妆品的弊端,因含有铅的成分对人体有毒,所以人们转而寻求防紫外线纺织品。日本对这类产品的研究开发较早,20世纪90年代初就有不少产业化生产的产品问世,仓敷人丝公司利用氧化锌及陶瓷微细粉末掺入聚酯共混纺丝,生产异截面短纤或皮芯长丝直接制成织物,紫外线遮蔽率达90%;尤尼契可公司开发研究成功了双组份涤纶长丝,能阻断紫外线60%;三菱人造丝公司用微细陶瓷粉生产聚丙烯纤维;国内天津石油化工公司研究所用微细陶瓷粉研制出了抗紫外线涤纶短纤维和网络低弹丝;尤尼契可公司对棉和涤棉织物进行整理:东洋纺公司用无机和有机整理剂共同处理棉织物[l]。
而国内,对于天然纤维,尤其是棉纤维来说,采用纳米无机紫外线屏蔽剂进行织物后整理尚处于刚刚起步的阶段。山东巨龙化工公司将紫外线吸收剂和反射剂合理配合,研制出成功用于棉织物的抗紫外线整理剂;另据报道,厦门华普高技术产业公司在清华大学的协助下,把纳米陶瓷微粉植入天然棉纤维中获得了抗紫外性能的棉织物,这种纤维除用于制造户外服装、夏日装、夏日帽、日光伞、运动服外,还可制造手术服、护士服等。华东理工大学的一些科研人员利用硅烷偶联剂对纳米ZnO进行预处理后,使其较好地分散在包括分散剂、柔软剂、增稠剂在内的特制整理液里,成功研制出了效果优良、耐水洗且具有柔软功能的抗紫外整理剂,并已成功应用在针棉织物。北京服装学院的一些科研人员通过添加电解质分散剂研究了纳米ZnO在水中的分散行为,涤棉混纺织物浸渍该纳米ZnO的微乳液后,织物的抗外性能显著提高。他们的研究为棉织物的抗紫外整理的发展趋势指明了方向,为纳米无机紫外屏蔽剂在棉织物上的应用奠定了一定的基础。要使纳米无机紫外屏蔽剂更好地应用于纺织品,关键在于解决好如何使其均匀而稳定地分散在整理液中和如何使其与纤维及织物形成良好而牢固的结合这两个问题[l]。
2 防紫外线辐射加工原理
穿着合适的服装,夏季在室外行走时打阳伞等,都是人们增加遮蔽作用,减少紫外线辐射的手段,但普通纺织品的紫外线遮蔽率一般较低,这种防护效果并不理想。研究表明:在常用的纺织纤维材料中粘胶织物、棉织物的抗紫外线能力较差,而涤纶织物和羊毛织物的抗紫外线能力较好;未经防紫外线加工的织物,其厚度越厚、织物紧密度越大、织物的色泽越深,抗紫外线的能力越大[4]。
在纤维、纱线或织物中添加了紫外线遮蔽剂而制成的防紫外线纺织品,对紫外线的防护能力显著提高,其紫外线遮蔽率一般可达90%以上。防紫外线纺织品的作用机理有两种:吸收作用和反射作用,相应的紫外线遮蔽剂有吸收剂和反射剂(或称散射剂) 两类[I]。吸收剂和反射剂可单独使用,也可二者混用。紫外线反射剂主要是利用无机微粒的反射和散射作用,可起到防紫外线透过的效应。紫外线吸收剂,主要利用有机物质吸收紫外光,并进行能量转换,以热能形式或无害低能辐射将能量释放或消耗。
2.l 无机类紫外线屏蔽剂
无机类紫外线屏蔽剂主要利用陶瓷或金属氧化物等细粉或超细粉与纤维或织物结合,增加织物表面对紫外线的反射和散射作用,以防止紫外线透过织物而损害人体皮肤。这些粉末包括高岭土、碳酸钙、滑石粉、氧化铁、氧化锌、氧化亚铅等。经实验,在310-370nm波长区,对紫外线的反射或防护效果,以氧化锌和氧化亚铅为好,氧化铁和高岭土也有一定作用[4]。
紫外线反射剂用于高质量的屏蔽纤维或织物后整理时,要求先制成纳米级超细粒子,并要求降低粒子的表面活性,因此技术比较复杂。日本住友水泥公司开发了超细ZnO-100和ZnO-200粒子,解决了这个问题。根据光散射理论,颗粒对光的散射能力与折射率和粒径有很大关系,颗粒折射率越大,颗粒对光的散射能力越大。
2.2 有机类紫外线屏蔽剂
有机类紫外线屏蔽剂,主要是吸收紫外线并进行能量转换,将紫外线变成低能量的热能或波长较短的电磁波,从而达到抗紫外辐射的目的。
国内外紫外线吸收剂品种较多,常用的第一代产品有水杨酸酯类化合物、金属离子螯合物、薄荷酯类、苯并三唑类和二苯甲酮类等。这些紫外线吸收剂没含反应性官能团,不易固着,很易扩散。第二代吸收剂包括瑞士汽巴克基公司开发的0-羟基苯-二苯基三唑的衍生物,是一种阳离子自分散型配方,可用于高温染色、轧染、印花等,有优良的升华牢度和热固着性能。瑞士科莱恩公司开发的Rayosan系列可与纤维素纤维上的羟基和聚酰胺上的氨基发生反应,不改变织物外观、手感、透气性,也有耐光和耐水洗牢度[1]。
3 防紫外线辐射整理方法及工艺
3.l 高温高压吸尽法
高温高压吸尽法类似于涤纶的高温高压染色,这是由于一些不溶或难溶于水的紫外线吸收剂,它们的分子结构和分散染料很接近,在高温高压的条件下可以进入纤维内部而固着。高温高压吸尽法适用于涤纶、锦纶等合纤类织物,此法比较多地采用分散染料染色与抗紫外整理同浴进行。
3.2 常压吸尽法
常压吸尽法则主要适合于棉、麻、羊毛、蚕丝等天然纤维类织物的抗紫外整理。常压吸尽法须选用水溶性的紫外线吸收剂,如一些二苯甲酮类的水溶性紫外线吸收剂的分子结构中有多个羟基,对棉及其它天然纤维有较好的吸附能力,因此可以在常压下被用于此类织物抗紫外整理。
3.3 浸轧法
由于紫外线屏蔽剂大多不溶于水,又对棉、麻等天然纤维缺乏亲和力。因此不能用吸尽法[l],而采用与树脂同浴,将屏蔽剂固着在织物表面。浸轧液由紫外线屏蔽剂、树脂、柔软剂等组成。但经热处理后,织物上孔眼易被树脂所覆盖,会影响整理织物的风格、吸水性和透气性。
3.4 涂层法
一般在涂层剂中加入适量紫外线屏蔽剂,用涂布器在织物表面进行精密细涂层,然后经烘干及必要的热处理,在织物表面形成一层薄膜。这类方法虽使耐洗牢度及手感受到影响,但对纤维种类的适用性广,处理成本低,对应用的技术和设备要求不高。涂层法使用的紫外线屏蔽剂,大多是一些高折射的无机化合物。
3.5 微胶囊技术和印花法
微胶囊技术己广泛应用于工业领域,它是一种特殊的包装形式,胶囊内的物质可以是固体微粒,也可以是液滴或气泡。可将抗紫外线整理剂注入胶囊内,这样在服装的服用过程中由于受到磨擦使胶囊外层破裂,达到抗紫外线整理剂缓释的效果;如果胶囊内加入光敏变色晶体则能使织物获得变色功能。光敏变色服装除了增加美感外,还增强了抗紫外线功能,可抵御长时间紫外线辐射。
印花法就是将紫外线屏蔽剂或吸收剂调制在印花色浆中,印制后,采用汽蒸处理固着在织物上,此法适合于对紫外线屏蔽率要求不是很高的织物。
3.6 溶胶-凝胶技术
一般的屏蔽剂的耐洗牢度都比较差,作为一种多用途的新工具,溶胶凝胶技术[2]可在织物表面涂覆一层透明的金属氧化物薄膜,极大地改善了耐洗牢度,同时抗紫外线性能也非常优良。
4 防紫外线织物效能测试方法
目前防紫外线织物国际上尚无统一的测试方法和标准,常用的测试方法有如下4种:
4.1 分光光度计法
采用积分球式紫外分光光度计测试织物的紫外线透过率。紫外线透过率越小,表明织物隔断紫外线效果越好。
4.2 变色褪色法
利用光敏染料染色的基布,放在标准紫外光光源下,上面覆盖待测织物,开启光源,光照一定时间,然后观察覆盖物下面光敏染料染色基布的颜色变化情况,颜色变化越小,说明待测织物阻隔紫外线的效果越好。
4.3 紫外线强度累计法
利用紫外光照射放在紫外线强度累计仪上的织物,按给定时间照射,测定出通过织物的紫外线累计量,然后进行计算。
4.4 直观法
分别使用防紫外线织物和相同材质的非防紫外线织物覆盖皮肤,通过照射紫外线进行直接对比观察。
以上4种测试方法中,分光光度计法比较准确,是较好的一种方法。直观法由于紫外线过量照射对人体有害,应少采用为宜。对于防紫外线织物质量的评价指标,现采用紫外线遮蔽率较多。日本提出了采用紫外线遮蔽率与紫外线透过量减少率相结合的标准。紫外线透过量减少率等于传统织物透过量与防紫外线织物的差值与传统织物透过量的百分比。这对于国内评价防紫外线织物的性能具有很好的借鉴作用。
5 前景展望
随着人们生活水平的提高和保健意识的增强,防紫外线纺织产品具有极好的开发价值和广阔的市场前景。国外起步已久,我们应奋起直追,在研究开发时,首先应对紫外线遮蔽剂、防紫外线纤维进行深入的研究开发,形成工业化生产能力;其次应针对产品的用途,采用不同的加工方法,以提高其服用性能。如用后处理法时,服装用织物应采用浸渍处理,以提高其透气性,而对遮阳伞、窗帘用织物则可采用涂层处理;同时应注意到,人们己开始对合成纤维提出具有多种功能的要求,而且作为紫外线遮蔽剂用的陶瓷微粉和金属氧化物在纺织品的抗菌防臭、远红外保健等其他功能性加工中也有采用,因此在研制防紫外线纤维纺织品时,最好能赋予凉爽、抗菌防臭、远红外保健或阻燃、防静电等多种功能,以进一步提高其使用价值。
6 参考文献
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[4]徐朴,叶奕梁,防紫外线辐射机理及产品研究[J]棉纺织技术,1999(7);5-10
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[6]薛少林,阎玉霄,防紫外纺织品的开发与应用[J]北京纺织,2000⑷;45