抗紫外线纤维及纺织品

抗紫外线纺织品红外线可见光紫外线红、橙、黄、绿、青、蓝、紫UV-AUV-BUV-CUV-AUV-BUV-C320~400nm290~320nm200~290nm95~98%2~5%臭氧层吸收能量较小，能穿透玻璃、衣服、人的皮肤，使皮肤出现松驰和皱纹，加速老化。能量较大，能穿透人的表皮，引起晒伤，皮肤肿瘤。能量最大，作用最强，可引起晒伤，基因突变。抗紫外线的原理•紫外线屏蔽剂：能将紫外线反射的物质•紫外线吸收剂：对紫外线有强烈选择性吸收并进行能量转换而减少紫外线的透过量。一、普通衣料抗紫外线讨论•普通衣服对紫外线的屏蔽率是50%，有以下因素影响：•1.纤维材料的性质•2.织物结构•3.染料•4.后整理•棉纤维对紫外线的吸收最差，丝次之，羊毛和麻稍好。•合成纤维对紫外线的吸收能力比天然纤维强，尤以腈纶和涤纶强。•短纤维抗紫外线的能力优于长丝织物。纤维细的织物优于粗纤维织物，异形截面织物优于圆截面织物。1.纤维特征的影响•织物紧度越大，孔隙越小，紫外线的透过度越小。稀松织物尤其是一些网眼织物，抗紫外线的能力有限。•织物越厚，吸收的紫外线越多，紫外线的透过度越小。•机织物比针织物抗紫外线的效果好。2.织物结构的影响•同一种纺织品使用相同染料，颜色越深，对紫外线的吸收越多，对紫外线屏蔽性越好。•有些染料的吸收带伸展到紫外光谱区域，能起到紫外线吸收剂的作用。3.染料的影响•涂层整理、拒水拒油整理，使织物的厚度增加，织物的孔隙率降低，。•有些染料的吸收带伸展到紫外光谱区域，能起到紫外线吸收剂的作用。4.后整理的影响当光射到物体上，一部分光在表面被反射，一部分被物体吸收，其余则透过物体。透过率+反射率+吸收率＝100%通过提高纺织品对紫外线的反射及吸收，就能减少紫外线对人体的伤害。二、抗紫外线机理紫外线整理剂无机屏蔽剂：利用无机物对紫外线进行反射、散射来达到防紫外线的目的，整个过程没有能量转换。有机吸收剂：分子上大多含有发色基团和助色基团，它们能吸收高能量的紫外线，然后以热能或无害的波长较长的低辐射能量释放出来。（一）无机紫外线整理剂无机整理剂又称紫外线屏蔽剂，大多是金属、金属氧化物及其盐类。常见的是TiO2、ZnO、AL2O3、高岭土、滑石粉、炭黑、氧化铁、氧化亚铅、CaCO3,以ZnO和氧化亚铅的效果为最好，目前最常用的就是ZnO粒子。ZnO不仅具有良好的紫外线屏蔽作用，还具有抑制细菌和真菌繁殖及防臭的作用。ZnO粒子粉末的细度影响：1.加工的难易2.纺织品抗紫外线防护效果3.产品耐用性粒径对光散射和遮盖力的影响1.粒径与光波长之比极大时，粒子的遮盖效果与粒径成反比。即粒径越小，光的遮盖面积越大。2.粒径与光波长之比极小，光散射系数降低，光遮盖力降低。3.当粒径与光波长同级，粒径为光波长一半左右，光散射最大。纳米微粒的粒径并不是越小越好。粒径对光散射和遮盖力的影响TiO2的粒径在0.05~0.12μm时，吸收效率最大。ZnO的粒径在0.005~0.015μm，屏蔽紫外线的波长范围更大。医药和化妆用品使用的抗紫外线粒径为0.01~0.02μm如何在纺织品中加入屏蔽剂1.先将无机金属氧化物制成超细微粒，并降低粒子的表面活性，提高其在纤维中的分散性，这一环节技术复杂。2.掺入化纤高分子聚合物，形成纺丝液。或通过染整涂层等其它处理方法。（二）有机紫外线整理剂又称紫外线吸收剂。将紫外线变成低能量的热能或波长较短的电磁波。有机屏蔽剂分子上大多含有—N＝N—、—N＝O、C＝N—、C＝O、或—NH2、—OH、—SO3H、—COOH紫外线吸收剂结构大多具有共轭结构和氢键，吸收紫外线以后能转换为热能、荧光、磷光，同时产生氢键成互变异构。结构如：1.苯酮类化合物此类化合物有：2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-5-氯二苯甲酮等。特点：能吸收280～400nm的紫外线，对280nm以下紫外线吸收较少，有时易泛黄，价格较贵，应用较少。可用于纤维素、聚酯、聚酰胺、聚丙烯等纤维。生产厂家：联邦德国BASF的UV-9、美国ACY的UV-5312.苯并三唑类特点：对紫外线的吸收范围较广，可吸收波长为300～400nm的光，屏蔽紫外线效果好，而对400nm以上的可见光几乎不吸收，因此制品不会泛色。它的分子结构和分散染料很近似，可以采用高温高压法处理并被涤纶纤维吸附。它没有反应性基团，活性不高，处理时要吸附于纤维表面才能达到紫外线吸收和屏蔽效果。瑞土汽巴的紫外线吸收剂UV-P、UV-236、UV-237就属于这类产品。3.水杨酸类化合物水杨酸酯类紫外线屏蔽剂能大量吸收UV-B，仅吸收少量UV-A紫外线，而且吸收波长分布于短波长一侧，应用较少。水杨酸酯在分子中也有内在氢键。对紫外线吸收的能力在开始时很低，而且吸收的范围极窄(小于340nm)，但经紫外线照射一定时间后，对其吸收逐渐增大，直到最大吸收，这是由于其在紫外线照射下发生分子重排．形成了紫外线吸收能力强的二苯甲酮结构，从而强化其紫外线吸收作用。美国DOW的紫外线吸收剂TBS，国产紫外线吸收剂BAD等属于这类产品。4.有机镍聚合物特点：前几种都是通过分子本身结构变化(光化学反应)来消散能量，而有机镍聚合物则通过分子间的能量转移(光物理过程)来消散能量。当紫外线照射到有机镍聚合物上时，与高分子聚合物被激发成为激发态的分子作用，使激发态回到基态，把紫外线能量转化为低能量的光谱散发，而不致使其破坏，从而保护高分子不被破坏。常用这类化合物作为螯合物使用，对部分纤维织物在一定条件下能形成螯合物络合体，有屏蔽功能，它主要的目的是提高染色的耐光牢度，但往往离子有颜色，使用有局限性。5.三嗪类特点：主要在UVB和UVC区域发生吸收，在UVA区域几乎不吸收。收紫外线效果与邻羟基的个数有关，邻羟基个数越多，吸收紫外线的能力越强。三、抗紫外线纺织品的生产加工抗紫外线纺织品时，有机遮蔽剂和无机遮蔽剂可以单独使用，也可以两者配合使用。由于紫外线屏蔽剂大多对棉、麻等天然纤维缺乏亲和力，可采用浸渍法和涂层法将屏蔽剂固着在织物（纤维）表面。浸轧液由紫外线屏蔽剂、树脂、柔软剂等组成。但经烘干和/或热处理后，织物上孔眼易被树脂（粘合剂）所覆盖，会影响整理织物的风格、吸水性和透气性。如果遮蔽剂分子能与纤维大分子或交联剂反应，可采用浸渍法。（一）表面涂层技术在涂层剂中加入适量紫外线屏蔽剂，藉涂布器在织物表面进行精密细涂层，然后经烘干及必要的热处理，在织物表面形成一层薄膜以达到抗紫外防晒功能。此法虽耐洗牢度及手感受到影响，但对纤维种类的适用性广，处理成本低，简单易行。涂层使用的紫外线屏蔽剂，大多是一些高折射的无机化合物，它们吸收紫外线的效果与其颗粒大小有关，添加剂的浓度及涂层厚度对其防护效果有显著影响。（二）浸渍加工法1.染色同浴加工涤纶用紫外吸收剂，可采用涤纶的高温高压染色工艺，与分散染料染色同浴进行。2.单独吸尽法紫外吸收剂能依靠静电引力而吸附于纤维上，可与酸性染料、金属络合染料等阴离子型染料一起同浴用于羊毛、蚕丝和锦纶的染色。（三）印花法将紫外吸收剂加入到印花色糊中，与染料同浆印花。由于汽车内装饰织物对耐光牢度的要求很高，故国外在其织物印花时多将紫外吸收剂与高耐光染料同浆印花。（四）轧、烘、焙法轧-烘-焙法对各种织物均适用。水溶性的紫外吸收剂能在亲水性纤维上发生吸着，不溶性紫外吸收剂也能在高温下在疏水性纤维上发生吸着，其机理类似于分散染料的热熔染色。（五）微胶囊整理将紫外线吸收剂制成微胶囊，其囊衣以高分子聚合物，如苯乙烯、丙烯酸酯为佳。将紫外线吸收剂包于囊芯，然后用粘合剂及交联剂将微胶囊固着在织物上，可制成紫外线屏蔽率达85%以上的纺织品，微胶囊可以缓释紫外线吸收剂，从而达到长效防紫外的目的。四、抗紫外线性能测量织物抗紫外线性能的测量有许多标准，如澳大利亚和新西兰的AS／NZS4399，我国的GB／T18830—2002，美国的AATCC183—1998、ASTM草案D13.65，英国的BS7914—1998、BS7949—1999以及PrENI3758等均是近几年制定的标准。在中国国家标准中，将UPF值与UV-A透射比一起作为评价抗紫外线性能的指标。规定UPF值大于30%，UV-A透射比不大于5%。（一）紫外线透过率辐射光源，发射中段紫外线试样紫外线接收感应器透射比越小越好，分为UVA和UVB透射比%10001IIT透射比测试有试样和无试样时，紫外线接收器的感应接收强度。再计算阻隔紫外线的能力。（二）紫外线分光光度计法分光光度计法是采用紫外分光光度计作为辐射源，产生一定波长范围(280～400nm)的紫外线，照射到织物上，然后用积分球收集透过织物的各个方向上的辐射通量，计算紫外线透射比。紫外线透射比越小，表明织物阻隔紫外线效果越好。分光光度计法可检测各个不同波长下的透射比，是目前国际上较流行和通用的测定方法。虽然国际上尚无统一的测试标准，但澳大利亚、新西兰、英国、美国、欧盟等均采用分光光度计法。五、抗紫外线性能评价（一）紫外线透射比紫外线透射比是越小越好，分为UV-A和UV-B透射比。我国的标准UV-A透射比要求不大于5%（二）防晒因子(SPF)和紫外防护因子(UPF)SPF用于化妆品行业，UPF用于纺织行业。紫外线辐射防护因数UPF也称为紫外线遮挡因数或抗紫外指数，它是衡量织物抗紫外性能的一个重要参数。UPF值是指某防护品被采用后，紫外辐射使皮肤达到某一损伤(如红斑、眼损伤、甚至致癌等)的临界剂量所需时间阈值，比如在正常情况下裸露皮肤可接受某一强度紫外线辐射量为20min，则使用UPF为5的纺织品后，可在该强度紫外线下暴晒100min。UPF的范围防护分类紫外线透过率（%）UPF等级15～24较好防护6．7～4．215，2025～39非常好的防护4．1～2．625，30，3540～50，50+非常优异的防护≦2.540，45，50，50+UPF的数值及防护等级UPF是国外较多采用的抗紫外性能的指标，我国的UPF最高标识是50，超过50以后对人体的影响完全可以忽略不计。（三）紫外线屏障率紫外线透射比是越小越好，分为UV-A和UV-B透射比。我国的标准UV-A透射比要求不大于5%遮蔽率＝(1一透过率)×100%