氮化鋁涼感滌綸織物的防紫外線整理效果及評價

摘 要：為開發涼感滌綸織物并評價其防紫外線整理效果，首先制備了氮化鋁改性的聚酯纖維，再選用不同的防紫外線整理劑，采用一浸一軋法對織造得到的涼感滌綸織物進行防紫外線整理。通過比較自研的TQ-100防紫外線整理劑與常規市售的防紫外線整理劑的整理效果，對比分析涼感滌綸織物整理前后的表面形貌、導熱性能、耐水洗性、透氣性、紫外光照耐受性，發現防紫外線整理劑對涼感滌綸織物的涼感效果、防紫外線的耐洗持久性、透氣性以及紫外光照耐受性產生了顯著影響。研究表明：TQ-100整理劑在應用中顯著提高了涼感滌綸織物的涼感效果，同時賦予了織物出色的耐洗持久性和紫外光照耐受性，且該整理劑在適當的工藝條件下，對織物的透氣性影響微乎其微。此外，研究還表明，對于氮化鋁涼感滌綸類織物，采用無機納米材料和有機防紫外材料復配的助劑進行防紫外線整理更為有效。

關鍵詞：涼感滌綸；防紫外整理；導熱系數；UPF；UVA；耐洗；透氣性

中圖分類號：TS195.5

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2025）02-0083-06

隨著生活水平的提高和消費觀念的轉變，人們對具有舒適性和功能性的紡織品的需求明顯增加，涼爽舒適的衣服成為了炎熱夏季的必需品^［1］。據搜狐網先略研究院2023年5月8日發布的全球涼感面料市場分析報告^［2］：2022年全球涼感面料供給量為16.84億米，同比2021年增長7.40%；另據新華網2024年6月11日報道^［3］：2023年中國防曬服市場規模達到742億元，預計2026年將達958億元，防曬衣占比將超50%。但是與日、韓等國家相比，中國在兼具涼感和抗紫外線類的服裝織物面料上的研發還很欠缺。

在涼感服裝織物面料的加工制作中，通過提高服裝織物面料的導熱系數并降低其熱阻，以迅速釋放和排出人體產生的熱量，達到改善人體的悶熱感，提升穿著的舒適性的目的。為此，在涼感服裝織物面料加工制作過程中，導熱系數成為衡量涼感織物面料加工工藝效果的關鍵指標。涼感纖維通常具有較高的導熱系數，能將人體產生的熱量快速導出到外界環境^［4］。孫婷等^［5］在熔融紡絲時引入絹云母粉，對聚乙烯纖維進行共混改性，測試得出在絹云母粉質量分數為0.150%時，纖維的導熱系數達到了0.49 W/（m·K），涼感效果較為理想。安踏聯合杜邦公司使用添加了玉石粉的SORONA纖維，開發了一款A-CHILL TOUCH涼感T恤面料^［6］。

目前國內市場上常用的紫外線整理劑，主要是以二苯甲酮類和苯并三唑類化合物^［7］為基材的有機紫外線吸收劑。這些整理劑適用于整理各類服裝面料，可以賦予服裝織物面料優異的防紫外線性能，如北京潔而爽有限公司的AU-120，南京米蘭化工有限公司的UV-400。

無機類紫外線整理劑主要是利用無機物質對入射光進行折光和光活性處理，能夠實現紫外線的反射和散射。此類紫外散射劑通常為金屬、金屬氧化物及其鹽類，如二氧化鈦、二氧化硅、氧化鐵、炭黑等。納米級紫外散射粒子還可以吸收紫外線，對紫外線具有更強的阻隔能力，已成為抗紫外整理劑開發的重要材料。Felipe等^［8］將氮摻雜石墨烯量子點/二氧化鈦/PVA納米涂層應用到棉織物上，并對棉織物進行抗紫外性能評價，結果發現納米涂層有優良的抗紫外性能，還能承受多達20次洗滌循環，UPF無變化。Maity等^［9］采用溶膠-凝膠法在室溫水介質中實現了二氧化鈦在棉織物和真絲織物表面的多功能持久納米涂層。納米溶膠處理后，真絲織物的UPF性能均超越棉織物，其UPF值達61.79，棉織物則為53.87。此類整理劑具有防紫外效果優越、對紫外線耐受性好的特點，由其整理后的織物可在夏季服裝、窗簾、帳篷、戶外用品等領域廣泛應用。

本文基于近幾年來消費者對夏季服裝面料的消費需求，擬開發一種兼具涼感舒適和防紫外線輻射的滌綸織物。利用納米無機物分散液與有機類紫外吸收劑復配制備防紫外線整理劑TQ-100，并通過浸軋整理氮化鋁涼感滌綸織物，以期在不影響氮化鋁涼感滌綸織物涼感舒適的前提下，提高織物的防紫外線功能。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

材料：聚酯切片（浙江理工大學桐鄉研究院有限公司）。

試劑：純堿（浙江漢諾化工科技有限公司），去油靈101（東莞市三興高新材料科技有限公司），氮化鋁（上海攀田粉體材料有限公司），AU-120防紫外線整理劑（北京潔而爽有限公司），UV-400（南京米蘭化工有限公司），TQ-100防紫外線助劑（由無機納米材料和有機防紫外線高分子材料自研復配），二苯甲酮（上海笛柏生物科技有限公司），苯駢三氮唑（廣州市緣昌貿易有限公司），納米二氧化鈦（寧波極微納新材料科技有限公司），白炭黑（壽光市邦澤化工有限公司），分散劑（杭州助友化工有限公司），穩定劑（杭州助友化工有限公司）。

儀器：紡絲機（蘇州展橫智能科技有限公司），HK26雙螺桿擠出機（南京科亞化工成套設備有限公司），劍桿織機（蘇州碩海機電科技有限公司），小軋車（佛山市精柯紡織印染設備有限公司），定型機（佛山市精柯紡織印染設備有限公司），真空干燥箱（上海力辰邦西儀器科技有限公司），實驗室數顯高速分散均質機（上海滬析實業有限公司），染色機（佛山市精柯紡織印染設備有限公司），熱塑性塑料微粉磨（浙江豐利粉碎設備有限公司），HD902C防紫外線測試儀（南通宏大實驗儀器有限公司），YG（B）461G織物透氣性能測試儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司），JEOL-6000型掃描電子顯微鏡（日本電子株式會社），UP50UV光源（松下電器研究開發（中國）有限公司），積分球光譜測試儀（杭州遠方公司），TC3000E導熱系數儀（西安夏溪電子科技有限公司），MB100V33B洗衣機（美的集團有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 涼感滌綸長絲的制備

1.2.1.1 氮化鋁涼感聚酯母粒的制作

將聚酯切片經粉碎機粉碎加入氮化鋁，在高速攪拌機里混合均勻、干燥，經雙螺桿擠塑機熔融擠出、切片，得到氮化鋁涼感聚酯母粒。

1.2.1.2 氮化鋁涼感滌綸長絲的制備

將烘干后的普通聚酯切片和氮化鋁涼感母粒切片均勻混合，隨后真空干燥、高溫熔融、擠壓紡絲，制備的得到涼感滌綸長絲。長絲中氮化鋁的含量根據實際生產中成本和效果綜合考慮為2.0%，規格為FDY150D/76F。

1.2.2 涼感滌綸織物的制備

將制備涼感滌綸長絲在劍桿織機上織造成布，該織物組織為1∶1平紋，經緯密為（38×28）根/cm。

1.2.3 涼感滌綸織物的前處理

將以上織好的1∶1平紋涼感滌綸織物放入染色機中處理，加入純堿（2%～3%）、去油靈（1%～3%），浴比1∶10，在110℃將平紋涼感滌綸織物進行堿處理30min。

1.2.4 TQ-100防紫外線助劑的制備

由于涼感織物面料防紫外線整理后，須仍然保留織物原有的涼感功能，為此，配制了TQ-100防紫外線整理劑。具體制作如下：

a）常溫下，將納米二氧化鈦（TiO2）、白炭黑、二苯甲酮（C13H10O）、苯駢三氮唑（C6H5N3）加入水中，由高速攪拌機攪拌均勻。攪拌時間30～45min。

b）在上述分散液中加入分散劑、穩定劑，繼續攪拌15～30min。得TQ-100防紫外線助劑。

1.2.5 涼感滌綸織物的防紫外線整理

由于涼感滌綸織物與普通滌綸織物不同，織物進行防紫外線整理時，除常規指標外，不能影響其涼感效果。本文根據工廠生產的實際情況，采用一浸一軋法對織物進行整理，軋液率控制在70%，烘焙溫度控制在155 ℃；烘焙時間為15 s。

1.3 測試與表征

1.3.1 掃描電子顯微鏡測試

在樣品臺上貼上導電膠，真空噴金后采用掃描電子顯微鏡觀察織物的表面形態^［10］。

1.3.2 導熱性能測試

將未整理過和經TQ-100、AU-120、UV-400整理的滌綸織物熱壓成大于0.3mm的滌綸壓片，利用導熱系數儀，測試它們的導熱系數^［11］。

1.3.3 耐水洗性測試

采用標準AATCC 124—2001《多次家庭洗燙后織物的外觀》進行耐水洗測試。在洗衣粉質量濃度為2g/L、浴比1∶10、溫度為45℃的條件下，對整理后的試樣分別進行5、10、15、20、30、40次和50次水洗，然后60℃下烘干，分別測定其防紫外線作用。

1.3.4 透氣性測試

按照標準GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》對織物進行透氣性測試^［12］。采用大榮紡儀YG（B）461G織物透氣性能測試儀試驗面積為20cm2，壓強為100Pa條件下，選取面料不同部位測試10次，然后取其平均值。

1.3.5 紫外線防護系數測試

按照標準GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》對織物進行防紫外測試^［13］。使用單色或多色的UV射線輻射試樣。積分球光譜測試儀收集總的光譜透射射線，并測定出總的光譜透射比。根據收集的數據，計算試樣的紫外線防護系數UPF值。

2 結果與討論

2.1 形貌分析

防紫外整理的涼感滌綸織物SEM照片如圖1所示。從圖1（a）觀察到，沒有防紫外線整理的織物，纖維表面沒有任何附著物，但在纖維內存在氮化鋁顆粒；從圖1（b）可以看出，經過TQ-100整理后的織物表面有大量的附著物，這是因為TQ-100中有無機納米材料的緣故；由圖1（c）—（d）中可以看到：AU-120整理的織物纖維表面和UV-400整理的織物纖維表面的附著物，其界于未整理和TQ-100整理織物之間，這是因為經過AU-120、UV-400浸軋、烘焙整理后，AU-120、UV-400在織物纖維也形成了有機薄膜，但因為只有有機材料沒有無機材料，所以形貌沒有圖1（b）明顯。

2.2 防紫外整理對涼感滌綸織物導熱性能影響

為了判斷織物涼感性能的變化，本文測試了防紫外整理的織物的導熱性能，同時探究了涼感滌綸織物在3種不同的防紫外線助劑整理后導熱系數的變化，結果如圖2所示。

從圖2發現，隨著助劑用量的增加，AU-120、UV-400的導熱系數降低，熱阻增加，導熱性能下降；而TQ-100整理織物的導熱系數則隨著助劑用量的增加而升高，散熱提高，涼感效果好。這種差異可能是與TQ-100整理劑中所含的納米無機材料密切相關。由于無機材料的導熱系數普遍高于有機物，所以TQ-100整理劑處理的織物導熱性能得以顯著提升，這使得經TQ-100整理的涼感滌綸織物在涼感效果上有了顯著的提升，導熱散熱性能也更為出色。

2.3 涼感滌綸織物防紫外整理的耐洗性能

任何紡織品使用過程中不可避免要進行清洗處理。對抗紫外整理涼感滌綸織物進行水洗，并測試織物水洗后抗紫外線性能，結果如圖3所示。

從圖3可知，經過50次的水洗，TQ-100整理的織物TUVA為4.8，UPF為41.1；AU-120的TUVA為6.1，UPF為40.1；UV-400整理的織物TUVA為7.4，UPF為30.5。根據標準GB/T 18830—2009，當樣品UPF大于40，TUVA小于5時，可視為“防紫外線產品”。由此可知，以上3種抗紫外劑整理的涼感滌綸織物，經過50次水洗后，只有TQ-100整理的織物達到“防紫外線產品標準”。這是因為TQ-100由無機納米材料和有機防紫外線材料復配而成，在織物整理過程中，有機材料在高溫作用下會形成膜，而無機納米材料則成為膜的筋骨，使TQ-100在織物形成的膜更加牢固、更加有韌性，所以更耐洗。

2.4 防紫外線整理對織物透氣性的影響

采用3種防紫外線整理劑整理后，測定織物的透氣率效果，結果如圖4所示。

由圖4可知，AU-120、UV-400及TQ-100整理的織物隨著助劑用量增加，織物透氣性下降。但從圖4中可以看到TQ-100整理劑在28 g/L時，下降幅度明顯加大。這現象的產生，可以從助劑在織物上的作用機理來解釋。隨著助劑用量的增加，助劑在織物表面逐漸累積并形成薄膜，導致織物纖維之間的空隙被縮小，進而影響織物的透氣性。而TQ-100整理的織物由于無機納米材料的存在，無機顆粒更容易卡在纖維空隙之間，形成堵塞，影響織物的透氣性。綜上所述，在用量小于28 g/L時，TQ-100整理劑與AU-120、UV-400對透氣性的影響相差不大；鑒于當用量超過28 g/L時，TQ-100整理劑對AlN涼感滌綸織物的防紫外線效果雖顯著但可能影響其透氣性，因此，推薦在采用TQ-100整理劑對AlN涼感滌綸織物進行防紫外線整理時，其用量應控制在28 g/L以內，以保持織物的良好透氣性。

2.5 防紫外線助劑在涼感滌綸織物的衰減

不同材料在紫外光照后，使用相同防紫外線助劑所表現出的抗紫外線能力衰減情況各異。因此，在選擇防紫外助劑時，其與織物的匹配性是一個重要的考慮因素。抗紫外照的耐受能力與助劑的分子結構密切相關。有機分子結構的防紫外線助劑，由于C—C、C—H、CN、CC、—NH等共價鍵的存在，比較容易受到紫外光照的破壞；而無機分子結構的助劑中的離子鍵，紫外光照對它們幾乎沒有影響。圖5展示了50 h紫外光照后涼感滌綸織物抗紫外

線能力衰減情況。從圖5可以看到，TQ-100在氮化鋁涼感滌綸織物上相對其他的2種助劑，對紫外光照的能力明顯提升，主要是因為TQ-100整理劑是無機納米材料和有機防紫外線分子材料復配而成，它紫外光照衰減性明顯比其他2種由有機紫外線吸收劑組成的防紫外線助劑好。

3 結論

本文通過3種抗紫外助劑對制備的氮化鋁涼感滌綸織物進行防紫外線整理，并對比分析了3種助劑整理后涼感織物的形貌、導熱性能、防紫外耐洗性、透氣性的變化以及抗紫外線衰減耐受性。研究得出的主要結論為：

a）TQ-100整理劑能顯著提高涼感滌綸織物的涼感效果，同時賦予了織物出色的耐洗持久性和紫外光照耐受性，并且在合適用量下不影響織物洗滌后的透氣性能。在TQ-100防紫外線助劑使用量為21 g/L、焙烘溫度155 ℃、焙烘時間15 s、軋液率70%的條件下，整理后的氮化鋁涼感滌綸織物面料的導熱系數為0.173，TUVA為2.2，UPF為62.8。經50次水洗后，氮化鋁涼感滌綸織物面料的TUVA為4.8，UPF為41.1，透氣率為75.1 mm/s。

b）對于氮化鋁涼感滌綸類織物，采用無機納米材料和有機防紫外材料復配的助劑進行防紫外線整理更為有效。

氮化鋁涼感織物面料作為夏季特殊功能的面料，在進行防紫外線整理之前，對整理的防紫外線劑的選擇必須進行詳細的對比分析。市場一般銷售的防紫外線助劑雖然個別指標表現優越，但難以全面滿足氮化鋁涼感織物面料須兼具涼感、防紫外線兩大特殊要求的功能面料整理要求。防紫外線助劑使用不當，會導致涼感功能面料功能的喪失。對于功能織物面料的后整理，必須注意助劑的選用及用量、工藝的優化，以確保功能織物面料加工每一道環節不破壞織物的功能要求。

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Effect and evaluation of UV-resistant finishing of cool-feeling aluminum

nitride polyester fabrics

QIU" Jiangen1，" XU" Yalan1，" ZHANG" Chen1，" HONG" Xinghua2

（1.Zhejiang Sci-Tech University Tongxiang Research Institute， Tongxiang 314500， China;

2.College of Textile Science and Engineering （International Institute of Silk）， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

In the context of global warming， it has become particularly important for textiles to meet people's needs for coolness， comfort， protection against UV burning and tanning. Therefore， the research and development of textiles with these functions has become an important topic in the textile industry. In response to this demand， we have deeply studied the processing methods of cool textiles and UV-resistant textiles. First of all， we focus on reducing the thermal resistance of textiles， improving the thermal conductivity， so that the heat generated by the human body can be quickly released and discharged， the stuffy feeling of the human body can be overcome and the comfort of wearing can be improved. To this end， we modified the fiber raw materials with aluminum nitride and spun it successfully to make cool-feeling polyester fabrics.At present， the commonly used ultraviolet finishing agents in the domestic market are mainly organic ultraviolet absorbers based on benzophenone and benzotriazole compounds， and they are suitable for anti-ultraviolet finishing of all kinds of clothing fabrics， giving clothing fabrics excellent anti-ultraviolet properties. Inorganic substances have refractivity and optical activity to incident light， and ultraviolet scatters mainly utilize this feature to reflect and scatter ultraviolet light to varying degrees. These substances are metals， metal oxides and their salts， such as titanium dioxide， silicon dioxide， iron oxide and carbon black. Nanoscale UV scattering particles， which can also absorb ultraviolet rays and have stronger blocking ability against ultraviolet rays， have become an important material for the development of anti-ultraviolet finishing agents.

Considering the particularity of AlN cool-feeling modified polyester fabrics， we adopted an innovative method to prepare a UV protective finishing agent TQ-100 by combining nano inorganic dispersion with organic UV absorbent. We used one dip and one roll finishing method to treat the cool polyester fabric with UV protection， and compared it with common UV protection finishing agents sold in the market. Through testing， comparison and analysis of the surface morphology， thermal conductivity， washable resistance， air permeability and UV light resistance of the cool-feeling polyester fabrics before and after finishing， we have drawn the following conclusions： the TQ-100 finishing agent can significantly improve the cool-feeling effect of the polyester fabric， and has good durability and UV light resistance. At the same time， the finishing agent has little effect on the air permeability of the fabric under proper usage amount. The results show that it is a more reasonable method to finish AlN cool polyester fabric with agent combined inorganic nanomaterials with mechanical UV-resistant materials. This not only meets people's needs for coolness and UV protection， but also ensures the fabric's air permeability and durability. We believe that this research result will have great guiding significance for the UV and suntan protection finishing of cool textiles in summer.

Keywords：

cool-feeling polyester; UV-resistant finishing; thermal conductivity; UPF; UVA; washable; air permeability