紡織品抗紫外后整理的研究現狀

劉津瑋 優 昌 陸 東 郭 全 包肖婧

青島市纖維紡織品檢驗研究院(中國)

近年來，由于大氣層中臭氧的減少，導致到達地球的紫外線輻射量不斷增加。人體長期曝露在紫外線下會對其健康產生一系列負面影響，如加速皮膚老化，引發光皮膚病(痤瘡)、紅斑(皮膚變紅)，甚至還可能會誘發皮膚癌。隨著人們戶外活動的逐漸增多，日常活動過多曝露在紫外線下的機會越來越多，接觸到的紫外線輻射量逐漸增多，紫外線輻射對人類的生存環境產生了較大的影響。因此，降低紫外線對人體的影響已成為目前抗紫外紡織品研究領域的重點課題[1]。

日常生活中，人們用于抵御紫外線的方法主要有兩種：一種是涂覆防曬劑、防曬霜，通過化學吸收或物理反射和散射衰減紫外線穿透皮膚的量；另一種是穿戴具有紫外防護效果的服飾，即穿戴抗紫外紡織品。抗紫外紡織品一般通過吸收或者反射紫外線來達到防紫外的效果，通常情況下，紫外線反射率和吸收率越高，所能起到的保護作用就越好。普通紡織品一般由棉、麻、絲、毛、合成纖維等制得，對紫外線的阻隔效果很差，需要通過后整理添加功能材料達到滿意的抗紫外性能。隨著新工藝和新材料的出現，制備抗紫外紡織品的后整理方法以及抗紫外功能材料的種類越來越多。本文介紹了近年來國內外抗紫外紡織品的后整理方法及其性能，并對未來研究發展趨勢進行分析，以期為抗紫外紡織品的研究開發提供參考。

1 抗紫外紡織品防護機理及評價指標

1.1 紡織品抗紫外防護機理

紡織品的抗紫外性能主要是通過織物內部分子吸振、分子斷裂化學反應吸振、高密度材料反射吸振及晶格吸振等方式實現的[2]。紡織品的組分纖維及其含有或攜帶物質的化學結構是決定織物抗紫外性能優劣的主要影響因素，同時，紡織材料本身的規格、結構及性能也影響其抗紫外能力。日常生活中的普通紡織品雖然對紫外線能夠起到一定的防御作用并保護皮膚，但實際效果不佳，而通過纖維改性、浸漬、涂層等后整理方法獲得的抗紫外紡織品，則可有效解決這些問題。目前用于制備抗紫外紡織品的后整理方法主要為添加紫外線屏蔽劑或紫外線吸收劑。添加紫外線屏蔽劑是通過提高紡織品對紫外線的反射能力達到抗紫外效果的；添加紫外線吸收劑是通過抗紫外涂層吸收紫外線而達到抗紫外效果的。

1.2 紡織品抗紫外線性能評價指標

目前，抗紫外紡織品的主要評價指標有紫外防護系數、紫外線透過率等。紫外防護系數是指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；紫外線透過率是指在紫外線對織物的照射過程中穿透織物的紫外線能量占照射織物表面的紫外線能量的比率，通常抗紫外紡織品的紫外線透過率應低于10%。在這兩個指標中，紫外防護系數通常被用來表征織物抗紫外線能力的高低，而評價抗紫外紡織品最為關鍵的因素為紫外線透過率，其數值可直接反映紡織品的抗紫外能力。

2 抗紫外紡織品后整理的方法

目前提高織物抗紫外線性能的后整理方法主要包括層層自組裝法、浸軋法、溶膠-凝膠法、化學接枝法、水熱法、化學鍍層法、直接涂覆法及電泳沉積法等，方法是將碳材料、金屬及其氧化物、抗紫外助劑均勻分散到紡織品表面，通過抗紫外涂層的作用提高織物或纖維對紫外線的反射或者吸收能力。

2.1 層層自組裝法

層層自組裝法利用電泳沉積技術將帶有相反電荷的抗紫外材料沉積到紡織品表面，這是一種操作相對簡便的制備方法。例如，馮霞等[3]利用層層自組裝技術，將殼聚糖和氧化石墨烯在靜電吸附作用下沉積到非織造布表面，制備了不同層數抗紫外涂層的改性聚丙烯非織造布。測試結果表明，在進行10層抗紫外層處理后，該非織造布的紫外線防護系數增加近500倍，紫外線透過率僅為0.05%，有效提高了其抗紫外能力。由于電泳沉積技術是通過靜電力在分子技術層面上進行的，因此抗紫外材料與紡織品間具有結合強度高、致密等優點，但是層層自組裝法所需成本較高，對功能材料有限制且工藝相對復雜。

2.2 浸軋法

浸軋法是對經過改性液處理后的紡織材料進行快速輥筒擠軋，并在干燥后將抗紫外材料以涂層的形式涂覆于紡織材料表面。紡織品大都具有較好的吸水性，因而浸軋法也就成為最常用的紡織品后整理方法之一。王炳碩等[4]首先通過化學沉積法將氧化鋅沉積到絲織物表面，然后采用十六烷基三甲基溴化銨對織物表面的氧化鋅顆粒改性處理，再通過浸軋法對氧化鋅改性絲織物進一步整理，得到表面氧化鋅顆粒均勻分布的改性絲織物。試驗結果表明，經過納米氧化鋅處理后，改性絲織物的紫外線防護系數可超過50，并且其抗黃變性能得到極大的提高。浸軋法簡單有效，是賦予紡織品相關功能的最便捷方法，但浸軋法制備的功能性紡織品，涂層材料與紡織品間的結合通常以物理吸附和范德華力為主，由于缺少化學鍵結合，紡織品的耐洗性較差。

2.3 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法利用具有三維網狀結構的凝膠對紡織材料進行改性整理而獲得具有抗紫外涂層的改性紡織品。例如,陳秦君等[5]首先將二氧化鈦用乙二醇進行表面改性，然后利用乙二醛與改性二氧化鈦構成復合鞣制劑，以此來對皮革纖維進行抗紫外后整理。試驗結果表明，經過乙二醇改性的二氧化鈦仍保留著完整的晶型結構，并且具有優良的紫外屏蔽性能，同時，皮革纖維表面存在的二氧化鈦使得改性纖維具有良好的抗紫外性能。Kowalczyk等[6]采用溶膠-凝膠法制備出一種具有聚硅氧烷-二氧化鈦雜化涂層的表面改性棉織物，相比未經處理的棉織物，改性棉織物的紫外吸收能力提高了5～6倍，且經20次商業洗滌試驗后，其紫外吸收能力與未經洗滌時基本相同。然而，溶膠-凝膠法工藝復雜且制備成本較高，難以廣泛應用于抗紫外紡織品的實際生產。

2.4 化學接枝法

化學接枝法利用抗紫外材料與紡織品表面官能團之間的反應，將抗紫外材料接枝在紡織品表面。例如：管宇等[7]將對位芳綸纖維經過硫酸預處理后，再通過與酰氯反應生成酰胺鍵，制備出攜帶酰氯基的改性對位芳綸纖維。試驗結果表明，通過這種方法制備的改性對位芳綸纖維具有極為優異的抗紫外耐久性能，同時，這種加工工藝能夠保持纖維的基本結構和熱穩定性。由于化學接枝法是在功能分子和基底之間形成能量較高的化學鍵，因此該方法的優勢是成品具有較好的耐洗用效果。

2.5 水熱法

水熱法通過抗紫外材料前驅體在高溫、高壓的反應釜中進行水熱反應，能夠在紡織品表面進行原位合成和生長，從而得到抗紫外紡織品。Fan等[8]通過水熱法在絲織物表面沉積了納米棒狀氧化鋅，試驗結果表明，制備的改性抗紫外絲織物表面形成了均勻分布的納米棒狀氧化鋅陣列，且其紫外防護系數超過50，具有優良的抗紫外能力。水熱法可以在紡織品表面合成均勻的抗紫外功能材料，但生產中需要高溫和大量的水，成本較高，因而限制了它的規模化應用。

2.6 化學鍍層法

化學鍍層法是在還原劑的作用下使溶液中的金屬離子在織物表面還原為金屬單質顆粒，沉積在織物表面形成抗紫外涂層而制備抗紫外紡織品。該法因具有操作簡便、工藝簡單、耗能低等優勢而受到廣泛關注。例如,Mohammad等[9]采用不同質量分數的銀和檸檬酸三鈉在聚丙烯酸纖維表面原位合成納米銀，制備多功能聚丙烯酸纖維，處理后的纖維具有很好的抗菌活性、紫外吸收能力和抗靜電性能。隨著銀質量分數的增加，制備的多功能聚丙烯酸纖維的紫外線透過率降低，當銀質量分數為3%時，多功能聚丙烯酸纖維的紫外線透過率降低幅度最大。化學鍍層法工藝簡便、綠色，易于規模化生產，是制備抗紫外紡織品的理想方法。

2.7 直接涂覆法

與浸軋法類似，直接涂覆法操作簡單高效，其也是最常用的紡織品后整理方法之一。土耳其的Nurhan等[10]以不同質量分數(1%和5%)的含不同鐵礦石的聚丙烯酸酯聚合物漿料為主要原料，采用涂覆法對棉織物進行涂覆，使棉織物具有優異的抗紫外能力。涂層聚合物中分別加入明膠和針鐵礦均能夠大幅度提高棉織物的紫外防護性能，可使棉織物紫外防護系數相應提高50和40倍。Karthik等[11]以乙酸鋅為前驅體，以五加葉提取物為原料，綠色合成了納米氧化鋅，制備的氧化鋅納米粒子在100、 300和600 ℃ 3種不同溫度下煅燒，再將其涂覆于棉織物表面，使棉織物具有良好的抗紫外性能，且與涂覆100和300 ℃下煅燒的氧化鋅納米粒子的棉織物相比，涂覆600 ℃下煅燒的氧化鋅納米粒子的棉織物顯示出更高的紫外防護性能。直接涂覆法的缺點與浸軋法類似，由于缺少強化學鍵，涂覆在紡織品表面的功能材料很容易脫落。

2.8 電泳沉積法

電泳沉積是一種應用于制備功能陶瓷的技術，近年來才被用于功能織物的生產。Zhao等[12]以氧化石墨烯為前驅體，利用電泳沉積技術對疏水的聚酰胺織物進行功能化整理，熱還原后得到還原氧化石墨烯改性織物，改性后織物的紫外防護性能大幅提升，紫外防護系數超過500，紫外線透過率小于0.2%。電泳沉積技術最大的優勢在于高效，由于外加電場的存在，功能性材料能夠更加快速地沉積于紡織品表面。然而，電泳沉積法需要外加設備的支持，目前還難以規模化生產。

3 結語

后整理作為抗紫外紡織品重要的制備方法，其無疑是最受關注的抗紫外功能實現途徑。雖然目前抗紫外紡織品的制備方法很多，抗紫外功能材料也紛繁多樣，然而，受工藝和成本的限制，真正能應用于工業化生產的方法不多，因此開發能夠適應市場的抗紫外紡織品的制備方法是目前的迫切任務。

隨著國內經濟水平的提高，人們健康意識的提升及消費多樣化的演變，戶外運動迅猛發展，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時紫外線的強烈照射會造成人體皮膚的損傷，阻礙后續戶外活動的進行。以皮膚衣為代表的服用紡織品對紫外線的屏蔽要求不斷提高。因此，人們對抗紫外線服用紡織品的要求越來越高，且要求向著高科技、輕量、高性能的方向發展，因而抗紫外紡織品具有很大的市場前景和發展潛力。