棉織物抗紫外整理工藝及測試標準的研究

楊洋，習智華，李文燕，張新海

(1.西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安 710048；2.東華大學化學化工與生物工程學院，上海 201620)

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棉織物抗紫外整理工藝及測試標準的研究

楊洋1，習智華1，李文燕1，張新海2

(1.西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安 710048；2.東華大學化學化工與生物工程學院，上海 201620)

探討了加工工藝對純棉織物防紫外線整理效果的影響。通過選取不同的防紫外線整理劑，在浸染工藝處理方式下，對工藝中整理劑濃度、整理時間及整理溫度進行探討，確定了防紫外線整理最佳的工藝，即整理劑濃度8g/L，整理溫度70℃，整理時間60min。按照此最佳工藝對純棉織物進行整理，可將皮膚無防護時計算出的紫外線輻射平均效應與皮膚有織物防護時計算出的紫外線輻射平均效應的比值(UPF)由13提升至48。并進一步探討了不同的檢測標準的差異，美國標準AATCC測試出的UPF值要高于其他幾個測試標準。

抗紫外線整理 純棉織物 織物UPF值 影響因素

0 前言

紫外線透過臭氧層到達地球表面的量不斷增多，因紫外線輻射引起的人類皮膚病發病率的不斷上升，引起世界各國對紫外線輻射對人體危害的高度重視[1]。棉織物作為一種優良的服裝面料，廣泛受到人們的喜愛，但是棉織物的抗紫外性能很差，且是紫外線最容易透過的面料之一[2，3]。因此，研究純棉織物的紫外線防護對保護人類健康具有重大意義。

研究表明，織物防紫外線輻射效果的差異，與屏蔽劑的種類、添加量的多少、加工方法有關，還與原料的種類，紗線的表面形態及結構，織物的組織、結構、規格、色彩等有關[4-6]。目前，普遍認為羊毛、滌綸等纖維由于分子結構中含有苯環和芳香族氨基酸，對小于300nm的紫外線有較強的吸收性，因此，具有較好的防護阻隔作用；聚酯纖維由于紡絲時加人了二氧化鈦作消光劑，所以纖維的防紫外線輻射效果較好；一般棉、粘膠、錦綸、腈綸等纖維的防護阻隔作用較小[7-10]。但各種文獻在進行這些討論時，就紡織產品的服用性與功能性統一的問題未能達成一致。

本文將以棉織物為整理對象，主要研究整理工藝流程及工藝參數對防紫外線整理效果的影響，包括整理劑的選擇，不同的工藝參數(整理劑濃度、整理溫度和時間)及不同的測試標準之間測試結果的差異，在此基礎上探討抗紫外整理工藝因素對棉織物抗紫外效果的影響。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

材料：246×216純棉機織布，292×262純棉機織布。

藥品：整理劑UV-SUN CEL LIQ，工業品，亨斯邁紡織染化(中國)有限公司；整理劑UV-SUN WEC LIQ，工業品，亨斯邁紡織染化(中國)有限公司；整理劑DM-3090，工業品，廣東德美精細化工股份有限公司；Na2CO3，化學純，西安環宇化學與儀器廠；NaCl，化學純，西安環宇化學與儀器廠；Na2SO4，化學純，西安環宇化學與儀器廠；NaOH，化學純，西安環宇化學與儀器廠。

儀器：紫外線透過測試儀，HD902C，南通宏大實驗儀器有限公司；恒溫水浴鍋，HH-2，北京科偉永興儀器有限公司；電熱鼓風烘箱，DHG-9076A，北京科偉永興儀器有限公司；熱定型機，LA-205，日本株式會社；電子分析天平，BS210S，德國塞多利斯公司；全自動型白度儀，WS-Ⅲ，溫州鹿東儀器廠。

1.2 不同整理劑浸染時工藝流程

1.2.1 UV-SUN WEC的整理工藝

工藝處方：

UV-SUN WEC 5g/L

元明粉 20g/L

純堿 15g/L

溫度 70℃

浴比 1∶20

時間 70min

工藝流程：加入元明粉(30℃)→2℃/min升溫(70℃時加入整理劑，保溫20min)→加入純堿(保溫50min)

1.2.2 UV-SUN CEL的整理工藝

工藝處方：

UV-SUN CEL 5g/L

元明粉 20g/L

純堿 15g/L

溫度 70℃

時間 70min

工藝流程：加入元明粉(30℃)→2℃/min升溫(70℃時加入整理劑，保溫20min)→加入純堿(保溫50min)

1.2.3 DM-3090的整理工藝

工藝處方：

DM-3090 5g/L

元明粉 10g/L

溫度 100℃

浴比 1∶20

Vanavanan等[15]對年齡為30～79歲無心血管疾病史的一般人群，進行了一項為期11.7年的前瞻性研究，結果顯示隨著sdLDL的四分位分組增高，其心血管疾病風險也隨著增加。

時間 60min

工藝流程：加入整理劑(30℃，調pH值)→2℃/min升溫(100℃時加入整理劑，保溫60min)

1.3 測試方法

1)白度的測定，采取GB/T17644-2008標準在WS-Ⅲ全自動型白度儀上測試整理后的棉織物的白度；

2)UPF值的測定，采取GB/T18830-2003標準在HD902C防紫外線測試儀上測試整理后棉織物的UPF。

2 結果與討論

2.1 浸染工藝下不同整理劑對棉織物抗紫外線效果的影響

本節選用了3種市面上常見的防紫外線整理劑，分別按照工藝曲線1.2.1、1.2.2、1.2.3節中工藝處方及流程，對棉織物進行整理，整理后分別測定其UPF值和白度值，測試結果如表1所示。

表1 不同整理劑對UPF及白度值的影響

注:*1 長波黑斑效應紫外線，直達肌膚的真皮層，破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維，將皮膚曬黑；*2 中波紅斑效應紫外線，長期或過量照射會令皮膚曬黑，并引起紅腫脫皮。

從表1可以看出，經過抗紫外線整理后的棉織物都能達到較好的防紫外線效果(根據中國標準GB/T18830-2003規定UPF值大于30，紫外線透過率小于5%，即為非常好的防護效果)。整理劑UV-SUN WEC LIQ的整理效果最理想，但對織物白度影響較大，整理后需進一步改善其白度，工藝較為繁瑣。整理劑DM-3090對白度影響較小，但防護效果稍差于前兩者，而整理劑UV-SUN CEL LIQ整理后的棉織物具有優異的抗紫外線性能，且對棉織物的白度影響較小。因此后續的實驗中采用的整理劑為UV-SUN CEL LIQ。

2.2 浸染工藝下整理劑濃度對棉織物抗紫外線效果的影響

根據1.2.2中工藝流程，選擇不同整理劑濃度，分別為0g/L、2g/L、4g/L、6g/L、8g/L，對棉織物進行整理。整理后棉織物的UPF值及UVA、UVB透過率如圖1所示。

從圖1中可以看出，加入整理劑以后織物的UPF值大幅度提高，從13.7升高到38.4，UVA、UVB透過率大幅度降低，分別從9.21%降低到3.09%、8.26%降低到2.08%，這是由于當紫外線照射到織物上，整理劑分子吸收紫外線后，由基態躍遷至第一激發態，然后通過分子內氫鍵進行分子內質子轉移，經過一系列躍遷回到基態。從而減少了紫外線的透過率，提高了織物的紫外線防護等級。隨著整理劑用量的增加，對紫外線的吸收也隨之增加，當濃度達到8g/L時，接近纖維素對整理劑的吸附飽和值，透過率達到最小值，UPF達到最大值。因此，整理劑的濃度選擇為8g/L。

圖1 整理后棉織物的UPF值及UVA、UVB透過率

2.3 浸染工藝下整理時間對棉織物抗紫外線效果的影響

根據1.2.2中工藝流程，選擇不同整理時間，分別為40min、50min、60min、70min、80min，整理劑濃度選取8g/L，對棉織物進行整理，整理后棉織物的UPF值及UVA、UVB透過率如圖2所示。

圖2 整理后棉織物的UPF值及UVA、UVB透過率

從圖2中可以看出，隨著整理時間的增加，被整理后織物的UPF值隨之增大，最大值為51.5，隨后開始降低。UVA及UVB透過相應的先減小后增大，最小分別為2.47%、1.49%。由此可知，整理織物的時間對整理后織物的抗紫外效果有著極大的影響，當整理時間為60min時達到峰值，此時纖維對整理劑的吸附達到最大值，整理后棉織物的抗紫外線的能力最好。因此，整理60min為本文中最合適的時間，過長過短都不能使整理后棉織物抗紫外性能提高到最大。

2.3 浸染工藝下整理溫度對棉織物抗紫外線效果的影響

根據1.2.2中工藝流程，選擇不同整理溫度，分別為50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，整理劑濃度選取8g/L，整理時間為60min，對棉織物進行整理，整理后織物的UPF值及UVA、UVB透過率如圖3示。

圖3 整理棉織物的UPF值及UVA、UVB通過率

從圖3可以看出隨著整理溫度的增加織物的UPF值隨之增大，在70℃時達到最大值51.5。UVA/UVB透過率相應減小，當整理時間為70℃時達到最低值，分別為2.47%、1.49%，此時，纖維對整理劑的吸附達到最大值，整理后棉織物的抗紫外性能達到最好。因此，在整理溫度為70℃時，整理效果最好。

通過對整理劑濃度、整理時間、整理溫度的確定，在確定的工藝參數下對棉織物進行平行實驗，以確定該工藝的可應用性，結果見表2所示。由表2可知，按照優化后的工藝進行整理，織物能獲得非常優異的紫外線防護效果。

表2 優化方案的整理效果

2.4 不同測試標準的差異性

因標準不同，不同研究者采取不同標準時所得到的結論無法進行對比。為探究不同標準的差異性，選取兩種規格不同的棉織物(246×216純棉機織布，292×262純棉機織布)，分別用不同的測試標準進行測試GB/T18830-2003、EN13758.2、AS/NZS4399、AATCC-183，其測量結果如表3、表4所示。

表3 246×216棉織物不同測試標準的差異

表4 292×262棉織物不同測試標準的差異

從表3可以看出，對于UPF值，中國標準GB/T18830-2003與歐盟標準EN13758.2相同。AATCC183>(GB/T18830-2003=EN13758.2)>AS/NZS4399。中國標準GB/T18830-2003與美國標準AATCC183中的UVA透過率完全相同。但GB/T18830-2003標準比AATCC183標準中UVB的透過率偏大。

對于UVA、UVB的透過率，AS/NZS4399標準中的兩組數據都比AATCC-183標準大，所以AS/NZS4399標準實際測量結果的UPF值比AATCC183標準的UPF值小。因為AATCC-183標準要求在測試樣品時，第二次紫外線透射量必須與第一次相比偏轉45°角，第三次與第二次相比偏轉45°角，而其他三個測試標準在測試樣品時不需要偏轉角度，從而導致測試時紫外線的強度略有下降。

AS/NZS4399標準參照的光譜輻照度為澳大利亞墨爾本市1月1日夏季中午的太陽光，其他三個測試標準參照美國新墨西哥洲阿爾伯克基市7月3日夏季中午的太陽光，這個因素也會對測量結果造成影響。因此，在研究過程中，不需要和其他研究者進行數據上的對比。

3 結論

本文篩選出一種市場上普遍使用的抗紫外整理劑中效果最為優異的一種，即UV-SUN CEL LIQ，并著重探究了工藝因素對純棉織物防紫外線效果的影響，通過實驗研究和分析測試，主要得出如下結論：1)不同的測試標準因為地域環境差異及對織物的適用范圍和測試光線不同，會導致測量結果不同。2)確定了防紫外線整理劑的最佳工藝：整理劑用量為8g/L，整理溫度為70℃，整理時間為60min。

[1] 李立, 白雪濤. 紫外線輻射對人類皮膚健康的影響 [J]. 環境衛生學雜志， 2008, 35(4):198-202.

[2] 王晶晶. 液氨整理對棉織物服用性能的影響[J]. 印染助劑, 2014(9):36-38.

[3] 于湖生. 納米抗紫外整理對棉織物服用性能的影響 [J]. 紡織學報, 2003, 24(4): 54-55.

[4] 高蘊. 防紫外線紡織品的開發應用[J]. 中國纖檢, 2008(11):45-47.

[5] 薛少林, 閻玉霄. 防紫外線紡織品的開發與應用 [J]. 北京紡織, 2000(4):43-46.

[6] 董紹偉. 織物的抗紫外線整理[J]. 染整技術, 2005, 27(2):8-12.

[7] 楊澤志, 來侃. 紫外線輻射的危害及防紫外線紡織品的現狀及發展[J]. 新紡織, 2000(7):34-35.

[8] 莊興民. 防紫外線棉織物的開發與研究[J]. 現代紡織技術, 2001, 9(3):1-2.

[9] 曲琨玲, 金曉東, 王萬秀. 防紫外線紡織品的開發技術及研究方向[J]. 針織工業, 2001(2):90-92.

[10]唐增榮. 紡織品抗紫外線整理的開發和研究[C]. 功能性紡織品及納米技術研討會, 2005.

2016-09-13

楊洋(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：紡織化學與染整。

TS195

A

1008-5580(2016)04-0033-04