第4期(总第144期)化纤与纺织技术2009No.4

2009年12月 ChemicalFiber&TextileTechnology Dec.2009

收稿日期:2009-09-02 作者简介:徐杰(1985-),男,河南商丘人,在读硕士研究生。主要研究方向为纺织新产品与新工艺的开发。

综述与专论 文章编号:1672-500X(2009)04-0026-05

防紫外线纺织品概述徐 杰(五邑大学,广东江门529020)摘 要:近年来经济快速增长,人们生活水平逐步提高,人们越来越重视自身的健康,一大批保健的功能性纺织品在市场上很走俏,其中包括防紫外线纺织品等。本文主要对防紫外线纺织品的防护机理、影响因素、制造方法、测试方法及应用前景作了简要的概述。关键词:防紫外线;纺织品;机理;影响因素;制造方法;测试方法;前景中图分类号:TS1 文献标识码:A

1 前言 近年来,由于大量的氟利昂等含卤素化合物的排放,导致臭氧层被破坏,出现臭氧层空洞,到达地球的紫外线量增加,致使人类皮肤癌的发病率成倍的增长。据国家气象中心提供的报告显示,1979年以来中国大气臭氧层总量逐年减少,至1999年臭氧层减少了14%,而臭氧层每递减1%,皮肤癌的发病率就会上升3%。防紫外线纺织品的开发最早出现在国外,始于20世纪90年代,其中的佼佼者当属日本。最近几年,国内的防紫外线纺织品也可谓是蓬勃发展,目前在上

海、天津等地的许多公司已开发出具有优异防紫外线功能的纤维和织物。防紫外线纺织品的发展方向是提高其质量和技术含量,使其不仅具有防紫外线作用,而且看起来要美观,穿起来要舒适[1~3]。

2 紫外线辐射及评定参数

紫外线约占全部光线的6%,主要由长波紫外线UVA(315~400nm)、中波紫外线UVB(280~315nm)和短波紫外线UVC(100~280nm)三部分组成。如表1所示。

表1 UV射线对人类皮肤的作用射线类型波长/nm作 用UVC射线100~280含有的能量最多,但不能到达地面,因为它可以被臭氧层完全吸收。

UVB射线280~315长时间辐射可导致皮肤变成棕褐色,引起红斑疹,严重的可灼伤皮肤,增加癌变的风险。

UVA射线315~400制造维生素D,直接导致皮肤变褐色,还可以进入到皮肤深层的真皮部分,引起皮肤过早老化。 第4期徐 杰:防紫外线纺织品概述27 一方面,阳光中的紫外线对人是有好处的,它可以促进维生素D的形成,促进骨骼发育,消毒杀菌,偶尔可以治疗某些皮肤病;另一方面,紫外线对人是有害的,它可以损害细胞,并引起皮肤发炎,最明显的后果就是晒伤皮肤,出现红斑疹。UVA和UVB除了伤害细胞,还能引起人类皮肤和眼睛中遗传物质的改变,最严重的后果就是引发皮肤癌。这是因为紫外线能破坏脱氧核糖核酸(DNA),使DNA携带的遗传信息不能被完全准确的翻译出来,最后导致控制细胞分裂的基因发生突变,细胞变性,发生癌变[4,14]。防紫外线效果的评定参数有防晒系数SPF(SunProtectionFactor)和防紫外线系数UPF(Ul2travioletProtectionFactor),通常情况下,化妆品行业采用前者,纺织行业则采用后者。根据国家标准中的定义,UPF值是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。这一概念比较抽象,为了便于理解,也可认为是有纺织品防护时紫外线辐射使皮肤达到某一损伤(如红斑等)所需时间与无纺织品防护时达到相同伤害程度的时间之比。UPF值可按下式进行计算。UPF=6K=400K=290E(K)@E(K)@$K6K=400K=290E(K)@E(K)@T(K)@$K式中:E(K))日光光谱辐照度,W#m-2#nm-1;E(K))相对的红斑效应;T(K))试样在波长为K时的光谱透射比;$K)波长间隔,nm。透过率也是评价防紫外线效果优劣的一个参数。紫外线透过率是指有试样时的紫外线透过辐射强度与无试样时的紫外线透过辐射强度的百分比。包括UVA透过率(TUVA)和UVB透过率(TUVB)。只有当样品的UPF值大于30,且UVA的透过率小于5%时,才能称之为防紫外线产品[5~8]。3 纺织品防紫外线机理 太阳光照射到纺织品上,一部分被反射回去,一部分被纺织品吸收,其余的则透过纺织品照射到人的皮肤上,这部分光是伤害人类的罪魁祸首,因此,我们防紫外线就是要减少透过纺织品照射到皮肤上的紫外线量。其实,纺织品本身就可以吸收、反射和散射一部分紫外线,但是仅靠纺织品本身阻挡还是远远不够,因此在纺织品中添加一种能反射或吸收紫外线的物质,这种物质称为紫外线遮蔽剂。紫外线遮蔽剂有有机类和无机类之分。有机类紫外线遮蔽剂主要有苯酮类和苯并三唑类等芳香族有机化合物,有机遮蔽剂主要吸收紫外线,并能进行能量转换,以热能或其他无害低能辐射,将能量释放或消耗,因此又称为紫外线吸收剂;无机类的紫外线遮蔽剂主要有二氧化钛、氧化锌和陶土等折射率很高的无机物,它们的作用机理主要是反射和散射紫外线,又称为紫外线反射剂,它们的耐热性非常好,尤其二氧化钛和氧化锌还有抗菌的功能,可以用来生产多功能的纺织品[9~10]。要使织物具有很好的防紫外线功能,就要让紫外线遮蔽剂与纤维相结合,结合方法有以下两种:一种是遮蔽剂上的基团和纤维上的基团反应,或者利用交联剂将两者连接;另一种是将遮蔽剂机械地粘在纤维上。大部分有机遮蔽剂含有可参与反应的基团,通常采用第一种方法。无机遮蔽剂没有可反应基团,通常是将其研磨成微细颗粒或者纳米级超细颗粒,利用合适的表面活性剂和粘合剂制成稳定的分散液,通过后整理将颗粒粘在纤维或织物上[9]。纳米级的紫外线遮蔽剂比表面积大,表面能高,尺寸与紫外线波长相当或更小,对紫外线的吸收增强。有研究表明并非遮蔽剂颗粒的尺寸越小越好,只有尺寸在某特定值时才具有很好的防紫外线效果[11,22]。

4 影响纺织品防紫外线的因素 影响纺织品防紫外线的因素有许多,主要有织物的结构、纤维的种类和织物的颜色[5,10~14]。4.1 织物结构织物的组织结构决定了织物的空间几何状态和多孔性,织物越紧密、越厚重,防紫外线作用越好。实质上织物的防护作用是由织物的覆盖系28 化纤与纺织技术总第144期数(紧度)决定的,即由纱线构成的表面占织物总表面的比例决定的,总紧度越大,防护作用越好。一般来说,机织物的防紫外线作用较针织物的好;机织物中缎纹织物的比斜纹织物的好,斜纹的要好于平纹的。4.2 纤维种类不同的纤维其防紫外线系数(UPF)也不同。因为聚酯结构中含有苯环和羊毛蛋白质分子中含有芳香族氨基酸,这些基团可以吸收紫外线,所以涤纶、羊毛纤维等比棉、粘胶纤维的防紫外线系数大。漂白后的棉织物防紫外线作用会降低,这是因为未经漂白的棉织物中含有天然色素、果胶和蜡质等伴生物,这些伴生物都可以吸收部分紫外线。4.3 织物的颜色染料可以吸收光,但是有选择性。对于许多染料来说,不仅可以吸收可见光,还可以吸收紫外线,这样的染料就相当于一种紫外线吸收剂,从而提高了织物的防护作用。在织物的结构和染料的类型不变的情况下,随着颜色的加深,织物的防护作用越好,因此,黑色和深蓝色的衣物的防护作用最好,白色最差。有人用涤纶织物做过实验,黑色的涤纶织物的紫外线透过率在5%以下,白色的透过率达20%左右。4.4 其他因素水分也可以削弱织物的防紫外线作用,一件湿衣服的防护作用要比其干燥时的防护作用明显降低。这是因为在纱线和纤维的空隙中的水降低了光的分散作用,提高了紫外线的透过性,这和一件湿衬衫看起来是透明的视觉效应很相似。5 防紫外线纺织品的制造方法 制造防紫外线纺织品的方法主要有两类。一类是纺丝法,将紫外线遮蔽剂与纺丝液共混,经纺丝设备制得防紫外线纤维。另一类是后整理,利用浸轧、涂层等方法将遮蔽剂附加到织物上。一般情况下,化纤厂多采用第一类方法,纺织印染厂则多采用第二类方法[2~4,9~16]。5.1 纺丝法纺丝法有共混纺丝法和复合纺丝法两种。共混法是将具有防紫外线功能的遮蔽剂,在聚合或纺丝过程中加入到纺丝液中,经过纺丝制成防紫外线纤维;复合纺丝法所生产的纤维一般为皮芯结构,芯层纤维含有遮蔽剂,具有防紫外线功能,皮层是常规的纤维,或者皮芯层都含有遮蔽剂,然后将制得的防紫外线纤维制成纱线,或与普通纤维混纺成纱,织成织物,这样织物就具有防紫外线功能。此方法具有良好的长效的防紫外线效果,织物耐洗涤、耐光性能好,是目前制造具有永久性防紫外线性能织物的最好方法,但该方法只能应用于化学纤维。而且遮蔽剂颗粒的大小、均匀度和在纺丝液中的分散情况均会影响纤维的性能。日本可乐丽公司生产的Lecture纤维和Esmo纤维就是利用此方法生产。Lecture纤维由三个层组成,最里面的20%是一个空腔,中间层含有10%的钛的氧化物,用于防紫外线,最外层是含有5%陶瓷材料的PET层,其紫外线透过率小于5%。Esmo纤维是一种聚酯纤维,在纺丝过程中混入了一种可吸收紫外线、反射可见光和红外线的陶瓷微粉末。5.2 后整理5.2.1 涂层法涂层法是将遮蔽剂与涂层剂共混,均匀分散后制得稳定的涂层胶,用涂布器(如刮刀、圆网等)涂到织物表面,烘干后形成薄膜而固着在织物上。这种方法通常在涂层机或圆网印花机上应用。这种方法对纤维种类的适用性广,处理成本低,对应用的技术和设备要求都不高。虽说现在使用了含有纳米粒子的涂层胶,涂层膜很薄,透明度也很好,但比起没有涂层的织物来说,其弯曲性能、透气性和手感均较差。不过现在透湿、透气性很好的涂层织物已经面世,这也为涂层法生产防紫外线织物提供了更广阔的发展空间。邓桦等用二氧化钛纳米溶胶对棉织物进行涂层处理,得到防紫外线效果很好的棉纺织品,而且织物手感较好,在浓度适宜的情况下,经50次水洗后,UPF值仍可达到50左右。5.2.2 吸尽法对于一些水溶性很好的紫外线遮蔽剂,我们可以直接将其溶于水制成整理液,利用类似于染色的方法对织物进行处理,制得防紫外线织物。对于锦纶、涤纶等合成纤维,要在高温高压的条