分散染料顏色對滌綸織物紫外線防護性能的影響

羅汝楠，趙勝男，范 敏，張 輝

(北京服裝學院 服裝藝術與工程學院，北京 100029)

分散染料顏色對滌綸織物紫外線防護性能的影響

羅汝楠，趙勝男，范 敏，張 輝*

(北京服裝學院 服裝藝術與工程學院，北京 100029)

選擇滌綸織物(聚酯纖維)，通過數碼印花的方式，利用分散染料得到HSV模式下的試驗樣品色塊。測試了在UVA和UVB波段各色塊的紫外線屏蔽率，探討了在HSV模式下色相、明度、飽和度對滌綸織物防紫外線性能的影響。

分散染料；數碼印花；顏色；防紫外線性能；滌綸織物

近年來，由于臭氧層被破壞，使得到達地表的紫外線(UV)輻射強度不斷增強，且UV具有累積效應，對人體的危害也越來越嚴重。紫外線中的UVC成分幾乎全部被大氣中的臭氧層所吸收，能夠到達地球表面對人體產生作用的主要是UVA和UVB[1]。適量的紫外線照射具有殺菌作用，促進維生素D的生成，但過多的紫外輻射會引起光化學反應，對人的皮膚和免疫系統產生不同程度的危害。紫外線對皮膚的損傷主要分為兩個方面：(1)UV-A稱為曬黑區，UVA可較深地透入皮膚，使皮膚曬黑，出現皺紋，產生雀斑等現象。UVA在人體免疫系統的參與下，會產生免疫放大效應。(2)UV-B稱為曬傷區，UVB可使毛細血管擴張，產生日曬紅斑、水皰等炎癥。UVB還可損傷細胞，嚴重時可引發皮膚癌[2]。

服裝面料所含纖維的種類，紗線的細度，織物的組織結構、密度、厚度、顏色及服裝的結構等對防紫外線都有一定的影響[3]。為了加強織物的防紫外線效果，人們對服裝面料進行了防紫外線整理研究。目前防紫外線整理劑的研究已取得了較大進展，在織物上的應用正逐漸向高效、輕薄的方向發展，整理劑和整理工藝也越來越多樣化。但經過防紫外線整理后的織物普遍存在服用性能下降的問題，尤其是作為要求較高的夏季服裝透氣透濕性能下降明顯。防曬服裝是人們在夏季的首選服裝，本文針對市場上防曬服的紫外線屏蔽率進行了測試。結果表明，目前市場上很多防曬服不僅未達到國家標準的紫外屏蔽率(95%及以上)，而且款式單一、熱濕舒適性能較差[4]。面對人們對服裝舒適性和外觀的重視，防曬服裝仍需進一步改善[5]。

太陽光按照波長可分為紅外線、可見光、紫外線，不同的物體對光具有不同的吸收和反射作用。物體的顏色是物體吸收了一定波段的太陽光，反射出特定波長可見光的結果。因此，不同顏色的物體對紫外線的吸收能力也有所不同。用于滌綸織物染色的分散染料結構簡單，結構中含有苯環、硝基、偶氮基團，這些基團對紫外線都有一定的吸收作用[6]。但目前對于滌綸織物顏色對防紫外線性能的影響情況尚不明確。本文針對HSV模式下的滌綸織物顏色展開研究，改變色相、明度、飽和度，研究各因素對紫外線屏蔽率的影響情況，希望對日常穿著服用的防紫外線生活服裝的研究有所幫助和指導。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

材料：輕薄型平紋滌綸織物(適合夏季穿著)，厚度0.204 mm，經密680根/10 cm,緯密450根/10 cm，克重58.62 g/m2。

儀器：紫外輻照計UV-340(北京師范大學光電儀器廠)。

1.2 研究機理

分散染料分子量小(一般為200～400)，具有疏水性。用于熱轉移印花時，染料的平均直徑小于0.5 μm。熱轉移印花原理：聚酯纖維的無定形區存在10～100 ?(埃)的微小空隙，當溫度上升到210 ℃時，無定形區劇烈運動，空隙增大并逐漸形成半熔融狀態。在這種溫度下，染料升華為氣態。由于范德華力的吸引，氣態染料分子擴散進入無定形區，達到著色上染的作用。

本文對滌綸織物采用的是分散染料數碼熱轉移印花方法[7]，工藝流程為：轉移紙→噴墨打印→噴墨印花紙與織物→熱壓轉印(210 ℃、30 s)→噴墨印花織物。熱轉印花無需對織物進行預處理，也無需對印花后的織物進行水洗。噴墨印花的墨水一般由染料、水、有機溶劑及添加劑組成。由于染料的升華點較低(180～240 ℃)，升華過程中，染料中的添加劑基本都殘留在轉移紙上，不會污染織物[7]。

1.3 樣品制備

在HSV顏色模式下，將色相環進行10等分，得到色相0、36、72、108、144、180、216、252、288、324，并在等分后的每個色相下，對明度和飽和度由0～100進行5等分，得到明度和飽和度分別為0、25、50、75、100，在每個色相下，使用分散染料以數碼花的方法得到250個試驗樣品。色相為0、36、72的試驗樣品見圖1。

圖1 色相(H)為0、36、72的試驗樣品

1.4 試驗方法

本試驗在北京夏季晴天無云的條件進行，測試時間為12∶00～13∶00，實驗過程中太陽光的UVA、UVB的紫外線輻射強度分別約為：(16.47±0.09) μW/cm2、(0.98±0.01) μW/cm2。參照GB/T 18830-2009《紡織品 防紫外線性能的評定》，紫外線的光譜透射比T(UV)=透射輻射量/入射輻射量[4]。將紫外輻照計分別連接365和297探頭，分別在有樣品覆蓋和無樣品覆蓋條件下測量紫外線透射輻射量。由于試驗周期較短，每個試樣測試得到穩定數值僅需5 s左右。因此，在測試時太陽光中紫外線強度的變化極小。在12∶00～13∶00的時間段內重復試驗發現，入射角度稍有不同時，雖然會引起紫外線強度的變化，但對紫外線屏蔽率沒有影響。所有參數進行5次重復測量，結果記平均值。紫外線屏蔽率的計算公式，如下所示：

單糖和雙糖的來源主要是蔗糖、糖果、甜食、糕點、水果、含糖飲料和蜂蜜等。飲食中的碳水化合物應該以淀粉為主，每日單糖和雙糖總量不建議超過25～50克，所以盡量控制甜食和水果。水果里的果糖對血脂代謝有不良影響，故水果一般建議每天不超過250克；甜食盡量不要吃，包括含糖飲料等。

式中，T為紫外線光譜透射比；W1為透射輻射量；W2為入射輻射量。

2 結果與討論

2.1 色相(H)對滌綸織物防紫外線性能的影響

太陽光下物體的顏色是吸收了可見光中的互補光反射出的顏色。太陽光中紫外線波長范圍為290～400 nm，與可見光中的藍紫光較接近，而能夠吸收藍紫光的物體的顏色為：黃綠色、黃色、橙色、紅色。經對比分析，不同顏色的滌綸織物對紫外線的吸收與對可見光中藍紫光的吸收有所不同。不同顏色的物體對可見光的吸收見表1。

表1 不同顏色的物體對可見光吸收波段

明度和飽和度均為100時，滌綸織物的紫外線屏蔽率隨色相的變化曲線見圖2。由圖2可知，滌綸織物的紫外線屏蔽率隨色相的變化呈現出一定的變化規律。同時，UVA和UVB隨色相的變化趨勢相似，其中，在H=0、H=126、H=234附近處屏蔽率達到峰值；在H=72、H=162、H=324附近時，屏蔽率較低。在H=0、H=126、H=234附近時，對應的滌綸織物顏色分別為紅色、綠色、藍色。

圖2 滌綸織物在不同色相(H)下紫外屏蔽率的變化曲線

本研究中滌綸織物采用的染料為分散染料，分散染料的小粒子在織物上聚集為稍大的固體粒子狀態，對于紫外線具有較好的散射作用。分散染料的分子量雖小，但含有苯環、π鍵不飽和基團及一些助色基團。有機物對于能夠到達地球表面的UVA、UVB的吸收主要是K吸收帶(波長>200 nm吸收帶)和B吸收帶(230～270 nm吸收帶)。K帶吸收主要是由含有不飽和基團的共軛雙鍵分子中的電子發生π→π*的躍遷，強度較強。B帶吸收主要是由苯環、共軛雙鍵分子中的電子發生n→π*的躍遷[8]。另外，不同的染料分子結構，不同分子間的排列方式，所含生色及助色團不同。在數碼印花中，采用的顏色模式為CMYK，共計4種顏色混合疊加，形成“全彩印刷”。4種標準顏色是：C(青色)、M(品紅)、Y(黃色)、K定位套版色(黑色)。在不同的色相時，加入的C、M、Y的含量不同，不同顏色的染料分子所含能夠吸收紫外線的基團不同，對紫外線的吸收波長及強度有差別。因此，不同顏色滌綸織物吸收紫外線的性能有差異，不能完全以可見光的吸收規律來判斷紫外線的吸收規律。

2.2 明度(V)對滌綸織物防紫外線性能的影響

經過試驗驗證可知，在各個色相段，明度對滌綸織物的防紫外性能均有一定影響。滌綸織物的飽和度為100%時，不同明度下，UVA、UVB紫外線屏蔽率隨色相的變化曲線見圖3和圖4。由圖3和圖4可知，在不同明度時，滌綸織物UVA、UVB紫外線屏蔽率隨色相的變化也呈現出一定的變化規律。在明度為100%時，UVA、UVB紫外線屏蔽率隨著色相的變化波動較大；當明度越來越小時，曲線波動逐漸變小，即色相對紫外線屏蔽率的影響逐漸減小。

圖3 不同色相、明度對滌綸織物UVA屏蔽率的影響

圖4 不同色相、明度對滌綸織物UVB屏蔽率的影響

2.3 飽和度(S)對滌綸織物防紫外線性能的影響

經過試驗驗證可知，在各個色相段，飽和度對滌綸織物的防紫外性能有一定的影響。滌綸織物的明度為100%時，不同飽和度下，UVA、UVB紫外線屏蔽率隨色相的變化曲線見圖5和圖6。由圖5和圖6可知，在不同明度時，滌綸織物UVA、UVB紫外線屏蔽率隨色相的變化呈現出一定的變化規律。當飽和度為100%時，UVA、UVB紫外線屏蔽率隨著色相的變化波動較大；當飽和度越來越小時，紫外線屏蔽率隨色相的變化波動逐漸變小。

圖5 滌綸織物不同色相(明度為100%)時飽和度對UVA屏蔽率的影響

圖6 滌綸織物在不同色相(明度為100%)時飽和度對UVB屏蔽率的影響

飽和度的變化是通過改變C、M、Y 3種染料的含量來實現，當滌綸織物顏色的飽和度增加時，3種染料的含量相應地增加，染料在滌綸織物上的含量增加，對于紫外線的吸收和散射作用增強。C、M、Y 3種顏色的染料分子中所含基團，如苯環，主色基團等，在UVA、UVB波段吸收能力不同，對紫外線的屏蔽率的大小及變化規律有差別。當飽和度為0%，明度為100%時，滌綸織物表現為白色，即為滌綸織物本身的顏色，不含染料分子，此時滌綸織物對紫外線的屏蔽率較低，為滌綸織物本身對紫外線的屏蔽率；隨著飽和度的增加，相應顏色的染料含量增加，滌綸織物對紫外線的吸收作用越來越規律化，呈現出相應顏色染料對紫外線的吸收規律。

3 結論

(1)滌綸織物的紫外線屏蔽率隨著顏色的變化呈現出一定的變化規律，在紅色、綠色、紫紅色時，達到峰值，取得較好的紫外線屏蔽效果，與對可見光的吸收規律不同。在UVA、UVB波段屏蔽率變化趨勢相似。

(2)滌綸織物的紫外線屏蔽率在明度較小時紫外線屏蔽性能較好，隨著明度的增大，UVA、UVB屏蔽率呈減小趨勢。在明度較小時，色相對紫外線屏蔽率的影響較小，隨著明度的增加，色相對紫外線屏蔽率的影響增加。

(3)滌綸織物的紫外線屏蔽率在飽和度較小時紫外線屏蔽性能較差，隨著飽和度的增大，UVA、UVB屏蔽率呈增加趨勢。在飽和度增大時，織物的紫外線屏蔽率增大，色相對紫外線屏蔽率的影響越來越規律化。

[1] 路婷婷,陳亞澤,盧 濤,等.紫外線的皮膚損傷機制及具有紫外線防護作用的天然產物的研究進展[J].中國藥理學通報,2012,28(12):1 655-1 659.

[2] 孫曉晨,張 放,邵 華.紫外線對人體健康影響[J].中國職業醫學,2016,43(3):380-383.

[3] ALGABA I，RIVA A，CREWS P C.纖維種類和織物孔隙度對夏季織物紫外線防護系數的影響[J].中國纖檢, 2010，(15):78-82.

[4] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會. 紡織品 防紫外線性能的評定：GB/T 18830-2009[S].北京：中國標準出版社，2009:1-4.

[5] 張 輝,周永凱,黎 焰.服裝工效學[M].北京：中國紡織出版社, 2015.

[6] 何瑾馨.染料化學[M].北京：中國紡織出版社, 2009.

[7] 劉敬秀.分散染料噴墨熱轉移印花墨水的制備及其應用[D].上海：東華大學, 2016.

[8] 薛 松.有機結構分析[M].合肥：中國科學技術大學出版社, 2012.

美國對中國細旦滌綸短纖作出雙反產業損害初裁

2017年7月14日，美國國際貿易委員會(USITC)發布公告稱，對進口自中國大陸、印度、韓國和臺灣地區的細旦滌綸短纖(FINE DENIER POLYESTER STAPLE FIBER)作出反傾銷產業損害肯定性初裁，同時對進口自中國和印度的涉案產品作出反補貼產業損害肯定性初裁。在本次裁決中，4名國際貿易委員會委員投肯定票。美國商務部預計將于2017年8月24日對此案作出反補貼初裁，于2017年11月7日對此案作出反傾銷初裁。

2017年5月31日，美國企業DAK AMERICAS LLC、NAN YA PLASTICS CORPORATION, AMERICA和AURIGA POLYMERS INC.代表美國國內產業向美國國際貿易委員會和美國商務部提出申請，要求對進口自中國大陸、印度、韓國、臺灣地區和越南的細旦滌綸短纖發起反傾銷和反補貼產業損害立案調查。2017年6月21日，美國商務部對進口自中國大陸、印度、韓國、臺灣地區和越南的細旦滌綸短纖進行反傾銷立案調查，同時對進口自中國和印度的涉案產品發起反補貼立案調查。本案涉及美國協調關稅稅號5503.20.0025項下產品。

(來源：美國國際貿易委員會官網)

Effect of Disperse Dye Color on UV Protection Performance of Polyester Fabric

LUO Ru-nan, ZHAO Sheng-nan, FAN Min, ZHANG Hui*

(Beijing Institute of Fashion Technology, Beijing 100029, China)

Polyester fabric was selected and disperse dye was used to get sample color swatch under HSV model by digital printing. The UV shielding ratios of each color block in UVA and UVB bands were tested. The influence of hue, brightness and saturation on the anti-UV performance of the fabric under HSV model was investigated.

disperse dye; digital printing; color; anti-UV performance; polyseter fabric

2017-06-15；

2017-06-23

服裝工效學及服裝功能創新設計北京市重點實驗室項目(KYTG02170202)

羅汝楠(1992-)，女，在讀碩士研究生，主要研究方向為服裝舒適性與人體工程，E-mail:1769762107@qq.com。

*通信作者：張 輝(1966-)，男，教授，博士，主要研究方向為服裝工效學，E-mail: gdcad@126.com。

TS190.9

A

1673-0356(2017)08-0033-04