抗紫外線紡織品及其發(fā)展現(xiàn)狀

張振方，安紅玉

(西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048)

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抗紫外線紡織品及其發(fā)展現(xiàn)狀

張振方，安紅玉

(西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048)

論述了抗紫外線紡織品的防護(hù)指標(biāo)、整理途徑、影響因素以及測定方法，并對(duì)抗紫外線紡織品的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，以期對(duì)后續(xù)的研究提供相關(guān)指導(dǎo)。

抗紫外線 紡織品 發(fā)展現(xiàn)狀

0 前言

太陽光中包含有可見光和不可見光，不可見光包含有紫外線、紅外光線等，紅外線光具有加熱作用，紫外光的波長要比可見光短，波長范圍為180nm～400nm，在光譜中約占6%左右。根據(jù)紫外線的波長分類，180nm～290nm范圍的為短波段紫外光(即UVC)，290nm～320nm范圍的為中波段紫外光(即UVB)，320nm～400nm范圍的為長波段紫外光(即UVA)，不同波長的紫外光穿越障礙物的能力不同，所能傳播到遠(yuǎn)處的能力不同。適量紫外線對(duì)人體是有益的，其可以促進(jìn)維生素D的合成，能夠抑制佝僂病的產(chǎn)生和惡化，但長波段紫外線會(huì)穿過皮膚到達(dá)肌肉，使其彈性下降，皺紋增加，粗糙度增加。除此之外，持續(xù)較強(qiáng)烈的紫外線照射會(huì)使皮膚產(chǎn)生灼傷，產(chǎn)生水泡，誘發(fā)皮炎或者色素干皮癥，甚至產(chǎn)生皮膚癌。隨著大氣臭氧層的破壞，紫外線的輻射量逐漸增加，紫外線的輻射對(duì)人類的生存環(huán)境產(chǎn)生了較大的影響，加上目前國內(nèi)戶外活動(dòng)的逐漸升溫，人類日常活動(dòng)過多暴露在紫外線下的機(jī)會(huì)越來越多。因此，減少紫外線的輻射危害顯得迫切重要。遮蔽皮膚，減少紫外線的照射一般有涂防曬霜、衣服覆蓋皮膚等手段。防曬霜效果不持久，而紫外線對(duì)纖維和面料也有損傷，會(huì)使紡織品褪色，也會(huì)使纖維脆損，強(qiáng)力下降。因此，對(duì)于研究和探討紡織品的抗紫外線的新工藝及方法顯得比較重要和比較有前景。

1 抗紫外線紡織品的防護(hù)機(jī)理

1.1 防護(hù)指標(biāo)簡介

紫外輻射透過率是指防護(hù)用品在采用之后，紫外輻射損傷皮膚到某一種損傷(一般有紅斑、眼損傷以及癌癥)所需要的臨界值所需要的時(shí)間量和不用防護(hù)用品達(dá)到同樣傷害程度的時(shí)間量之比[1]。在紡織纖維的測試中，一般用紫外輻射透過率作為防護(hù)輻射特征值。輻射透過率越低，紫外線到達(dá)皮膚和肌肉的量越少，表明該紡織品防護(hù)性能越好。

1.2 抗紫外線的防護(hù)機(jī)理

目前，達(dá)到紡織品防護(hù)功能的方法大致有如下幾種[2]：(1)選用具有較好抗紫外線效果的纖維，如亞麻、滌綸和羊毛等，滌綸和羊毛中含有芳香族氨基酸和苯環(huán)，可以較強(qiáng)吸收紫外線。(2)減少紫外線透過率，以增加織物厚度和密度等改變織物結(jié)構(gòu)的手段。(3)纖維或紗線階段采用陶瓷微粒進(jìn)行處理。(4)在織物后整理階段，以屏蔽劑進(jìn)行整理。(5)選取具有抗紫外線功能的染料進(jìn)行處理[3]。普通的紡織品同樣具有抵御紫外線、防護(hù)皮膚的作用，但效果不佳。因此，抗紫外線的作用是由添加在纖維或織物表面或纖維內(nèi)部的整理劑引發(fā)的。影響織物防曬性能的優(yōu)劣主要取決于織物的組份纖維或者其含有或攜帶物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，還有織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如厚度、緊密度、彈性和尺寸穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)參數(shù)[4]。抗紫外線紡織品起到防護(hù)作用的原理一般是反射和吸收紫外線，反射率越高，防護(hù)性能越好，吸收率越高，防護(hù)效果越好。因此，抗紫外線紡織品的防護(hù)途徑有兩種；一種是增加紡織纖維或紡織品對(duì)紫外線的反射率，即紫外線屏蔽劑；一種是增加紡織品對(duì)紫外線的吸收率，即紫外線吸收劑。

1.2.1 屏蔽防護(hù)機(jī)理

此類的屏蔽劑一般是納微米級(jí)別的金屬氧化物,因這樣微小級(jí)別的顆粒具有很高的折射率,利用合適的分散劑對(duì)織物進(jìn)行整理或以熔融紡絲等技術(shù)進(jìn)行處理，提高織物表面對(duì)紫外線的折射率，達(dá)到提高織物的抗紫外性和耐久性[5]。此項(xiàng)工藝的優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好、無害、無刺激性等，因其應(yīng)用性廣，研究較為深入廣泛。

1.2.2 吸收防護(hù)機(jī)理

紫外線吸收機(jī)理是盡可能吸收紫外線并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的途徑是將紫外線轉(zhuǎn)化為光(熒光、磷光)、熱以及波長較短的電磁波，其中電子猝滅劑可以迅速以非輻射形式轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)能量至基態(tài)以達(dá)到抗紫外線輻射的目的。此類有效的吸收劑主要是水楊酸系列、金屬離子螯合物等，其整理技術(shù)主要應(yīng)用于纖維熔融、印染及后整理階段[6]。

2 抗紫外線紡織品的整理途徑

目前提高織物抗紫外線性能的途徑主要是紡絲、后整理，對(duì)纖維及織物進(jìn)行染色也可以部分增強(qiáng)抗紫外線性能[7]。

2.1 抗紫外線纖維

在合成纖維的高聚物中摻入紫外線屏蔽劑，在紡絲成紗時(shí)使纖維或紗線具有紫外線屏蔽功能。這種工藝得到的功能纖維由于屏蔽劑與高聚物之間有分子間力，結(jié)合力大，結(jié)合牢固，因此屏蔽效果持久且穩(wěn)定，手感較好。但處理工藝復(fù)雜，均勻性要求較高，成本高，較難應(yīng)用于天然纖維，因此其對(duì)纖維種類的應(yīng)用開發(fā)范圍不廣泛。

2.2 抗紫外線整理

2.2.1 普通工藝整理

根據(jù)不同纖維特性以及不同整理劑的特點(diǎn)采用不同工藝對(duì)纖維進(jìn)行抗紫外線整理，大致可歸類如下[8]：(1)一些水溶性差或不溶于水的整理劑，采用高溫高壓吸盡法，這類似于滌綸染色工藝。(2)水溶性較好的整理劑在處理羊毛、棉等產(chǎn)品時(shí)采用常溫常壓吸盡處理。(3)浸軋法的處理效果會(huì)嚴(yán)重影響紡織品的風(fēng)格、手感等舒適性，主要用于棉織物的處理，一般和活性染料一起進(jìn)行。(4)涂層法則一般用于對(duì)纖維沒有親和力的吸收劑，常常應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)用、裝飾用紡織領(lǐng)域，在用于服用產(chǎn)品時(shí)會(huì)影響手感等。

2.2.2 微膠囊技術(shù)抗紫外線整理

微膠囊技術(shù)已經(jīng)較為成熟，抗紫外線吸收劑收納在膠囊內(nèi)，將膠囊以某種工藝吸附在纖維與纖維之間或織物表面，在織物使用過程中，纖維與膠囊、膠囊與外界發(fā)生摩擦破裂，膠囊內(nèi)的抗紫外線吸收劑泄露緩慢釋放，達(dá)到緩釋抗紫外線的效果，效果較為持久。不同的膠囊生成方法所產(chǎn)生的效果不同，聚合法要比凝聚法的效果好。同時(shí)，抗紫外線膠囊的用量對(duì)抗紫外線的效果也有關(guān)系，用量越高，其抗紫外線效果越好。

2.2.3 溶膠凝膠抗紫外線整理技術(shù)

所謂的溶膠凝膠是指金屬烷氧基化合物作為前驅(qū)物在溫和條件下水解縮合成溶膠，溶膠經(jīng)過加熱或揮發(fā)后變成氧化物凝膠的過程[9]，生成物為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。采用物理或化學(xué)方法容易對(duì)納米溶膠進(jìn)行處理，獲得的紡織品抗紫外線性能優(yōu)良，服用性能良好。

此外，還有具有綠色節(jié)能的泡沫法、適用于分散染料染滌綸纖維的超臨界二氧化碳法以及引入反射劑的納米光觸媒等。

3 影響紡織品抗紫外線性能的因素

3.1 紡織品的結(jié)構(gòu)參數(shù)

首先是纖維種類，不同纖維的抗紫外線能力不同，毛、麻、滌綸等具有抗紫外線功能的纖維是抗紫外線服裝的首選原料，棉纖維的抗紫外線能力較差。因此，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)選擇不同的纖維原料。

其次，不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的織物所具有的抗紫外線能力也不同，織物厚度、緊密度較大的影響織物的抗紫外線能力。在合理范圍內(nèi)，織物的厚度越厚，紫外線到達(dá)皮膚遇到的阻礙越大，則織物的抗紫外線能力越強(qiáng)；織物的緊密度反映了織物的疏密程度，織物越密，縫隙越少越小，紫外線到達(dá)皮膚的機(jī)率越小，則織物的抗紫外線能力越強(qiáng)，但織物很不透氣，不適用于夏季穿著。

3.2 織物的色澤

對(duì)紗線或織物上色會(huì)較大地影響織物的抗紫外線能力。根據(jù)色彩顯示原理，織物的染料會(huì)選擇性的吸收可見光，當(dāng)有些染料的吸收帶覆蓋到紫外線的波長區(qū)內(nèi)時(shí)，可以起到吸收紫外線的作用。一般來講，隨著織物著色的變淺，織物紫外線的透過率隨之增加，因此其抗紫外線的能力下降。

3.3 織物的后整理

由于不同的后整理所產(chǎn)生的織物手感、外觀等效果不盡相同，因此應(yīng)根據(jù)目標(biāo)織物的效果采用相應(yīng)的整理工藝。以夏季穿著用的皮膚衣為例，面料多采用滌綸及氨綸，而夏季服裝對(duì)手感要求較高，為此可采用分散染料以高溫高壓工藝進(jìn)行處理，使紫外線吸收劑分子融入纖維內(nèi)部。而對(duì)于棉類織物，最好將紫外線吸收劑固著在織物的表面，可采用浸軋工藝對(duì)其進(jìn)行處理。除此之外，針對(duì)產(chǎn)業(yè)用紡織品，由于該類紡織品的手感、風(fēng)格要求相對(duì)較低，而對(duì)于織物功能性的要求稍高，可將紫外線反射劑利用涂層或者涂料印花的方式印在織物表面，形成的防護(hù)膜可反射紫外線，所得的涂層織物具有抗紫外線功能。

4 紡織品抗紫外線的測定方法

雖然目前國際上并沒有絕對(duì)統(tǒng)一的測定方法，但各個(gè)企業(yè)及實(shí)驗(yàn)室常用的測定方法大致有如下四類：

4.1 紫外分光光度計(jì)法

該方法是利用分光透過率曲線進(jìn)行計(jì)算，再利用面積比進(jìn)行評(píng)價(jià)，但考慮到紡織品是半透明狀的，表面并不平整，部分光線會(huì)被吸收，有的光會(huì)被反射或折射，并且反射及折射的具體情況與纖維、織物組織以及紡織品的厚密程度有關(guān)，因此所測得的透過率是偏低的。為改善測定結(jié)果，可使用乳白玻璃消除法等手段進(jìn)行測試，此外還應(yīng)增加空白試驗(yàn)組以作為對(duì)照比較其抗紫外線數(shù)據(jù)。

4.2 皮膚直接接觸法

此類方法即在皮膚相近的區(qū)域，以測試紡織品覆蓋在皮膚上，用紫外線照射紡織品，記錄時(shí)間或程度進(jìn)行比較。目前最多用的是紫外線輻射防護(hù)系數(shù)，指的是防護(hù)品被采用后，紫外輻射使皮膚達(dá)到出現(xiàn)紅斑的臨界劑量所需時(shí)間和不用防護(hù)品時(shí)達(dá)到同等傷害程度的時(shí)間之比[10]。

此外，還有變色褪色法、紫外線強(qiáng)度累計(jì)法。

5 展望

目前，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的提高、人們健康意識(shí)的提高以及消費(fèi)多樣化的演變，促進(jìn)了戶外運(yùn)動(dòng)的迅猛發(fā)展，越來越多的人走出辦公室走向戶外，而戶外登山及夏季活動(dòng)時(shí)的紫外線照射較為強(qiáng)烈，造成人們皮膚的損傷并阻礙了后續(xù)戶外活動(dòng)的進(jìn)行，以皮膚衣為代表的服用紡織品對(duì)紫外線的屏蔽要求顯得比較高，國內(nèi)如探路者、凱樂石等品牌對(duì)其投入的研發(fā)費(fèi)用較高，因此,抗紫外線服用紡織品的要求會(huì)越來越高，而且越來越向著高科技、輕量、高性能的方向發(fā)展。總之，抗紫外線紡織品具有很大的市場前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1] 曾鵬程.防紫外線紡織產(chǎn)品開發(fā)[J].綠色大世界,2015(6):40-42.

[2] 吉元晏.防紫外線紡織品[J].廣西紡織科技,2010,39(2):51-53.

[3] 張鵬飛,藍(lán)海嘯,趙堅(jiān).防紫外線紡織品的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].紡織科技進(jìn)展,2011(5):10-12.

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[5] 徐杰.防紫外線紡織品概述[J].化纖與紡織技術(shù),2009(12):26-30.

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[7] 李全明,王崇礡,王浩.防紫外線織物的研究[J].高科技纖維與應(yīng)用,2002(6):19-21.

[8] 高妍,謝孔良.紡織品防紫外線整理劑發(fā)展綜述[J].染整技術(shù),2010(12):11-14.

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[10]錢如山,朱傳龍,顧嬌，等.紡織品抗紫外線整理劑的發(fā)展現(xiàn)狀[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2013(9):261-265.

2016-06-28

張振方(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：功能性紡織材料研究開發(fā)。

TS195

A

1008-5580(2016)04-0182-03