抗紫外线纺织品纤维

抗紫外线纤维及纺织品防晒衣真的防晒吗？1前言随机从市场上购买32件防紫外线服装，上海市消保委工作人员1件符合国家标准要求，符合率为3.13%14件为大型商场购买，18件为网络购买，价格62~483元不等2目录研究背景&基础知识3抗紫外线机理&紫外线整理剂抗紫外线纺织品及纤维1研究背景臭氧层破坏每增加1%紫外线辐射增加约2%皮肤癌发病率增加约4%紫外线产品需求量大增《太阳紫外线辐射所致人类疾病报告》：每天约有150万人因过量紫外线照射患病，平均1小时就有1人死亡。42323231基础知识—紫外线分类约占阳光的6%UVA波长：320~400nm透过表皮组织，使皮肤粗糙变黑，形成皱纹。UVB波长：290~320nm对健康影响最大，导致皮肤癌。UVC波长：180~290nm大部分被臭氧层吸收，无影响。主要防护对象52323231基础知识—评价指标紫外线防护系数（UPF）：皮肤无防护时计算出的紫外线辐射平均效应与皮肤有织物防护时计算出的紫外线辐射平均效应的比值。光谱透射比（T（λ））:波长为λ时，透射辐通量与入射辐通量之比。评价抗紫外线性能常用指标GB/T18830-2009：样品UPF40，T(UVA)VA5%6UPF值范围防护效果紫外线透过率/%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+表1UPF值评价标准2323231相关知识—影响因素7纤维种类及形态结构竹浆纤维、涤纶等抗紫外线性能好，棉抗紫外线性能差织物结构参数及含水率织物组织结构决定了织物的孔隙率,织物越厚、越紧密,空隙率越低,光的反射越多,防紫外辐射效果越好。织物颜色当颜色饱和度相同或相近时,深色织物较浅色织物的紫外线屏蔽作用好。后整理2323231相关知识—影响因素8织物种类（平纹）织物平均紫外线防护系数UPF标态下浸酸汗渍后变化率(%)浸碱汗渍后变化率(%)羊毛19.9618.11-9.315.91-20.3腈纶9.336.69-28.36.28-32.7涤纶11.2812.7913.313.4018.8锦纶25.1322.24-11.522.18-11.7棉4.072.38-41.52.35-42.3粘胶5.954.43-25.54.48-24.7贮麻3.552.36-33.52.17-38.9丝7.573.83-49.43.93-48.1资料来源：付世伟，《常用织物干湿状态下抗紫外线性能比较》表2常用织物干湿态抗紫外性能2323232抗紫外线防护机理9紫外线被织物纤维表面反射回到入射侧；紫外线被织物吸收；紫外线以任何方式透过织物。抗紫外线防护机理反射吸收有机紫外线吸收剂无机紫外线屏蔽剂1313132抗紫外线整理剂：发展历程10131313反射型抗紫外线屏蔽剂吸收型抗紫外线整理剂纳米型抗紫外线屏蔽剂反射2抗紫外线整理剂：发展历程1反射型抗紫外线整理剂金属或金属氧化物及盐类，如TiO２、ZnO、AlO２、高岭土、滑石粉、炭黑、氧化铁、氧化亚铅和CaCO3等优点：无毒、无味、无刺激性、热稳定性好、不分解、不挥发，吸收范围广，对波长310~400纳米的紫外线反射率高达95%以上。缺点：透气性、手感、耐洗性差，色泽、牢度及白度下降应用：遮阳伞、帐篷等，少用于服装面料111313132抗紫外线整理剂：发展历程2吸收型抗紫外线整理剂（研究重点）有机化合物，如苯丙三唑类、三嗪类、二苯甲酮类、有机镍类等优点：质量稳定，经整理后织物物理性能和风格影响比较小缺点：吸收范围窄、整理后织物易泛黄、应用范围有限应用：多用于棉、麻、丝等织物的后整理121313132抗紫外线整理剂：发展历程313131313紫外线吸收剂吸收波长特点二苯甲酮类280nm～400nm织物易泛黄，价格昂，市场上应用较少水杨酸脂类340nm经照射，形成二苯甲酮结构；易升华，应用较少苯丙三唑类300nm～400nm耐挥发性、耐油性好，不影响织物色泽三嗪类280nm～380nm吸收能力强，与高聚物相容性差表3几种紫外线吸收剂特点2抗紫外线整理剂：发展历程3纳米型抗紫外线整理剂（研究热点）（吸收与反射）纳米材料，如纳米TiO２、纳米ZnO、碳纳米管等优点：与一般紫外线屏蔽剂相比，纳米紫外线屏蔽剂更易于材料结合，粒度小，对可见光反射率低，透明度高，对织物风格影响较小缺点：纳米材料易发生团聚现象，影响整理效果应用：范围广泛141313133抗紫外线纤维及纺织品Money15功能化纤维织物后整理纤维&织物化纤天纤发展趋势整理工艺发展现状1212123整理工艺16纤维改性功能化方法：共混法、共聚法、复合纺丝法优点：抗紫外线效果持久、耐洗涤、耐气候性好，不影响织物风格缺点：加工成本高，加工路线长、技术要求高主要产品：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶等12121217图片自上而下依次为竹炭涤纶纤维放大5000倍SEM图像染色前后的防紫外线涤纶纤维染色前后的普通涤纶纤维3整理工艺-抗紫外线整理18方法工艺优点缺点应用吸尽法类似于织物染色过程，分高温高压和常压吸尽法对织物风格影响小，可与其他功能整理同浴进行结合牢度低、耐久性差多用于夏季服装或贴身穿着类浸轧法浸—轧—烘工艺流程渗透性好，可与其他功能整理同浴进行影响织物风格、吸水性和透气性等，耐久性差--------------涂层法涂层整理方法简单、工艺要求低手感发硬，透气性差，穿着有闷热感产业用装饰用纺织品常用工艺12121219种类特点防水效果防紫外线稳定剂PU（白胶、银胶、珠光等）增加手感，防风，有垂感，银胶易脱落防水，可用于涤纶，锦纶等UV—196等PA（白胶、银胶、珠光）手感丰满，有弹性，表面有膜感，银胶层易脱落防水，可用于涤纶，锦纶等通用尼龙防紫外线UV剂PVC色彩艳丽，经济性好防水，可用于涤纶、锦纶等UV—531等PE/PP环保，安全防水，疏水，用于丙纶，PE面料等GW—770等特氟龙有透气性，应用广泛，水洗后易失效抗水应用效果不稳定表4耐气候性防紫外线涂层121212特斯林（TEXTILENE）化纤为使用70%PVC包覆30%涤纶长丝所得特种化纤，其产品适用于户外休闲家具，经过加工可以制作成户外地毯、遮阳窗帘、餐垫等。3整理工艺-抗紫外线整理20微胶囊技术定义：微胶囊是用天然的或合成的高分子聚合物壁壳包裹气态，液态或固态芯材的微型容器。机理：紫外线吸收剂位于胶囊内，通过浸渍法等方法将其附着在织物上，在服用过程中胶囊外层受摩擦破裂，达到抗紫外线整理剂缓释效果，可长时间抵御紫外辐射。优点：提高紫外线整理剂利用效率，延长作用时间，降低成本。12121221图1经过浸渍处理的棉织物图2经过浸渍处理的涤纶织物图3经过浸渍处理的锦纶织物棉织物抗紫外线整理--环糊精包合法22环糊精（CD）：由于具有一个疏水性的空腔，可包覆一些功能分子形成主-客体包合物，改善功能分子的应用性能。特点：紫外线吸收剂与环糊精结合，不同于直接以物理吸附作用附着在纤维表面，也具有良好的耐久性。不足：主客体分子必须具备一定的条件才能结合，有一定的局限性。23纳米复合壳结构涂层法具有很好的结合牢度，50次水洗后UPF值仍可达194.3；不足：整理工艺复杂，不适合大规模应用。。抗紫外无机纳米颗粒作为核壳结构的核被包裹起来。以化学键和棉纤维结合，结合牢度好。3整理工艺-抗紫外线整理24溶胶凝胶法定义：金属烷氧基化合物作为前驱物在温和条件下水解缩合成溶胶,经溶剂挥发或加热处理使溶胶转化为网状结构的氧化物凝胶的过程。常用TiO２、ZnO纳米溶胶处理织物。优点：克服了无机纳米粒子易聚集、与纤维结合力弱的缺点，抗紫外线性能显著。图4TiO2-SiO2复合溶胶整理前后棉织物的SEM照片12121225样品平均紫外线透过率平均UPFUPF等级UVAUVB空白棉织物未水热处理3222.73.80空白棉织物水热处理33.225.33.60整理后织物12.61.247.845+样品平均紫外线透过率平均UPFUPF等级UVAUVB未整理棉织物3222.73.80未整理棉织物水洗10次14.214.25.90整理后棉织物未水洗12.61.247.845整理后棉织物水洗1次6.40.9667.550+整理后棉织物水洗5次4.70.8977.251+整理后棉织物水洗10次3.90.8285.550+表5整理前后棉织物的平均紫外线透过率和平均UPF的变化表6整理前后棉织物水洗后的平均紫外线透过率和平均UPF3整理工艺-抗紫外线整理26其他方法泡沫整理法：采用尽可能多的空气来取代配制整理液时所需要的水,通过空气,将整理剂在水或其他溶液中的浓溶液或悬浮液膨胀转化成泡沫,然后通过涂刮使得泡沫扩散到被加工织物的表面并渗透入织物内部,保证在最小给湿量条件下化学药剂的均匀分布。纳米光触媒：指在光照下,自身不发生化学变化,却可以促进化学反应的物质,其功能就象光合作用中的叶绿素。根据纺织品抗紫外线机理,纳米光触媒主要作为紫外线反射剂(屏蔽剂),通过反射入射紫外线,达到抗紫外辐射的目的。121212312456END发展现状27国外发展现状--以日本市场为例日本在开发防紫外线织物中一直处于国际领先地位。防紫外线纤维与防紫外线后整理技术同时进入开发阶段。1991年,日本可乐丽公司首先开发了“埃斯莫”(ESMO)纤维并且投放市场。这是一种把超微细氧化锌粒子掺入聚酯内再经纺丝而成的纤维,具有很高的紫外线遮蔽率和热辐射遮蔽率。28公司名称产品商标技术途径龙尼奇卡萨恩古兰用紫外线吸收剂对棉或棉涤混纺织物进行整理敷岛纺织利卡嘎多以脂肪族多元醇与纤维素纤维相交联日东纺织坦西雅音用有机紫外线吸收剂对棉、棉麻和棉涤织物进行整理大和纺织利恩兹用有机紫外线吸收剂对棉织物进行整理三菱人造丝桑阿米用紫外线遮蔽剂对三醋酸纤维素织物进行整理东洋纺织鸠米奈司用无机和有机紫外线遮蔽剂共同处理棉织物日清纺织桑西尔达用无机和有机紫外线遮蔽剂共同处理棉织物东丽泰阿萨纶把紫外线吸收剂含浸到织物纤维内部钟纺纳比尤菲用无机、有机紫外线遮蔽剂处理棉、毛、丝和化纤混纺织物表7日本市场上部分防紫外线后整理织物29表8日本市场上部分防紫外线纤维公司名称产品商标技术途径可乐丽埃斯莫(短纤)将氧化锌微粒掺入聚酯共混纺丝尤尼奇卡塞米塞利阿纺出掺陶瓷微粉的聚酯超细纤维帝人菲齐澳塞萨将含紫外线遮蔽成分的聚酯纺成特殊纤维,对其进行多次防紫外线后整理三菱人造丝奥波埃把陶瓷微粉纺入聚丙烯纤维可乐丽埃斯莫(长丝)纺出芯鞘纤维,以普通聚酯为鞘,含高浓度氧化锌的聚酯为芯尤尼奇卡萨拉克尔芯部含氧化锌微粒的聚酯长丝尤尼奇卡拉拜纳用100%掺陶瓷粉的聚酯短纤纺成纱线尤尼奇卡托纳多UV先用含陶瓷物质聚酯长丝织成织物,再用有机紫外线遮蔽剂整理东洋纺织潘斯瓦多将陶瓷微粉和有机紫外线遮蔽剂同时掺入聚酯,纺成长丝东丽阿罗夫托把陶瓷微粉掺入聚酯,纺出特殊圆形截面的长丝30国内发展现状东华大学化纤工程研究中心研制出化纤级抗紫外线超微粉体和母粒;天津石化公司研究所用陶瓷微粉研制出了抗紫外线涤纶短纤维和网络低弹丝。山东巨龙化工公司将紫外线吸收剂和屏蔽剂合理配合,研制成功用于棉织物的抗紫外线整理剂;厦门华普高技术产业有限公司开发的纳米级陶瓷棉纺织品,同时具有抗紫外线、抗菌及远红外保温功能；东华大学自主研发的功能杂化材料做成的衣服可以屏蔽掉99.7%的紫外线,紫外线防护系数达50以上;兰精公司推出一种新型抗紫外线纤维TencelSun，防晒系数可达UPF110。上海交大的科研人员采用纳米氧化锌与聚酯原位聚合整理织物,在280一400nm波段紫外线屏蔽率大于95%,紫外线透过率小于3%;3121212发展趋势31种类化纤发展趋势环保性能市场规模增长腈纶环保型染色，纺纱工艺环保染色工艺，环保纺丝工艺80亿美元/年，增长较慢涤纶进一步开发超细旦涤纶复丝提高可回收性，采用环保型防水涂层60亿美元/年，年增长5%丙纶进一步开发超细旦丙纶复丝较好，需采用环保涂层材料2~5亿美元/年，年增长15%以上