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    防紫外线纺织品

    发布时间:2014/03/25

    公式一尾中特平:                                                                          

    一尾中特规律公式 www.ynsdc.tw                                                                                        防紫外线纺织品            

                                                                                             第一节    概述

         太阳光是一种电磁波,辐射0.7-3000nm的连续光谱。在这段波长范围内,又可分为三个主要区域,即波长较短的紫外光区(100~400nm)、波长较长的红外光区(>800nm)和介于二者之间的可见光区(400~800nm)。太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区,前者占太阳辐射总量的52%,后者占42%,紫外区只占总能量的6%。太阳辐射波中小于175nm的辐射被地球同温层上半部(约100km高处)的氧所吸收;在15-30km高空的臭氧层又吸收小于280nm的辐射。红外辐射也被大气中的水蒸气和二氧化碳所吸收。因此,照射到地面的且能对人体皮肤产生影响的主要是280-800nm的部分。图1所示为能到达地面的紫外线部分对人体皮肤的影响。

     

    1.1紫外线的分类

    紫外线根据波长可以划分为长波UVA、中波UVB和短波UVC三种。波长越长,穿透能力越强。

    表1  不同波长的紫外线的特征

    紫外线区名称

    UVA

    UVB

    UVC

    波长(nm)

    320-400

    280-320

    100-280

    臭氧层

    吸收程度

    能穿透臭氧层

    大部分被臭氧层所吸收

    绝大部分

    被臭氧层所吸收

    到达地面的

    辐射量

    95%以上

    不足2%

    几乎为零

    对人的影响

    对人体皮肤会造成损伤,使其过早衰老

    其作用是UVA的1000倍,过量曝晒可引致皮肤癌、白内障等疾病

    难以到达地面,

    对人体无影响

     

    1.1.1UVA造成皮肤损伤老化

    紫外线UVA,波长介于320~400nm,具有很强的穿透力,能穿透玻璃,水等介质。日常皮肤接触到的紫外线95%以上是UVA,因此它对肌肤的伤害最大。UVA能透过表皮袭击真皮层,令皮肤中的骨胶原和弹性蛋白受到重创;且真皮细胞自我?;つ芰喜?,很少量的UVA便能造成极大伤害。久而久之,皮肤产生松驰、皱纹、微血管浮现等问题。同时,它又能激活酪氨酸酶,启动皮肤的天然防卫系统,导致黑色素沉积和新的黑色素形成,使皮肤变黑、缺乏光泽。这就是晒过的皮肤会变黑的原因。

    UVA会造成长期、慢性和持久的损伤,使皮肤过早衰老,所以又被称为老化射线。

    1.1.2 UVB引起皮肤即时晒伤

    紫外线UVB,波长介于280~320nm,会令表皮具?;ぷ饔玫闹什阊趸?,使皮肤变干;进而使表皮细胞内的核酸和蛋白质变性,产生急性皮炎(即晒伤)等症状,皮肤会变红、发痛。严重时,比如长时间的曝晒,还容易导致皮肤癌变。此外,UVB的长期伤害还会引起黑色素细胞的变异,造成难以消除的太阳斑。

    1.1.3 UVC不影响皮肤健康

    短波UVC,波长介于200~280nm,在到达地面之前就被臭氧层吸收了,因此其对皮肤的影响可以忽略。

    UVA段称为晒黑段,它对皮肤的伤害是日积月累的。UVB段称为晒红段,穿透力可达表皮层,它引致的皮肤损害是即时和严重的,能使皮肤晒伤,临床表现为皮肤潮红、灼痛明显,可出现小水泡,1周后开始脱皮,这是人们防止晒伤的主要波段。因此理想的防护品应该安全性高、刺激性小,更关键是同时具备抵御UVA和UVB的功能。

    1.2紫外线的双重性

    1.2.1紫外线的益处

      首先,中长波紫外线的照射,可使皮肤中的脱氧胆固醇转变为维生素D,维生素D可增强钙磷在体内的吸收,能帮助骨骼的生长发育,多在户外活动适当接受太阳照射,有利于预防佝偻病。

    其次,不同波长的UVA、UVB波段能够治疗类风湿性关节炎、银屑病、硬皮病、白癜风、玫瑰糠疹和皮肤T细胞性淋巴瘤等皮肤病。仅对红斑狼疮的治疗研究表明,用紫外线治疗的病人可以显著减轻症状和减少综合症发生的危险,而且随着治疗时间的延长,治疗的有效性不断增强。

      再次,紫外线还可使微生物细胞内核酸、原浆蛋白发生化学变化,可以杀灭微生物,对空气、水、污染物体表面进行消毒灭菌。

    1.2.2紫外线的危害

    早在1993年12月由世界卫生组织举办的关于紫外线对人体影响的研讨会上专家就指出“20世纪以来,随着碳氟系溶剂和氟里昂的大量使用,使地球大气层中臭氧层遭到严重破坏,到达地面的紫外线不断增加,如果不注意,将会对人体健康造成伤害。” 有资料分析,臭氧层每减少1%,紫外辐射强度就增大2%。

    强烈日光长时间照射会引起日晒伤:长时间强烈日晒可使暴露的皮肤出现弥漫性红斑。初为鲜红,以后渐变为暗红,并有烧灼或刺痛感。轻者2~3天内脱屑,遗留褐色素沉着而愈。重者可出现皮肤肿胀或水疱。

    长期日光照射会引起皮肤慢性损伤:长期日晒工作者如海员、地质勘探工作者、农民、运动员等的外露皮肤如面、颈、胸三角区、四肢露出部等处皮肤明显干燥、粗糙、脱屑、色素沉着、萎缩、皱纹和失去弹性。

      日光引起的癌前期疾病──日光性角化?。焊貌》⑸诔て谑苋丈沟睦夏耆嗣?、耳、手背等暴露部位。多为单个或少数米粒至蚕豆大高出皮面的疣状丘疹,表面有干燥角质痂皮,不易剥脱。强行剥脱即现潮红渗出面,极易出血,周围可有毛细血管扩张。此?。玻埃タ煞⒄刮?,故应及时请皮肤科医生确诊后做彻底手术或冷冻治疗。

      内服或外涂某些光敏物质受日晒后引起的皮肤?。?有些人进食了某些食物如藜(灰菜)或泥螺一至数天后,在受日晒后面部和手背出现红肿。有些人内服某些药物如磺胺药、四环素、氯丙嗪、补骨脂等以后,被光线照射也可引起皮炎。有些人外用药物或用化妆品后,可在照射部位出现红肿等皮炎症状。

      某些疾病可由日晒后诱发或使病情恶化,面部黄褐斑较常见于夏季和南方,日光是致病因素之一。白化病患者全身皮肤、毛发、眼睛因缺乏黑色素?;ざ菀妆簧股?。强烈的太阳光是人患白内障的主要原因之一。

    热带地区一年四季衣服单簿,日光中的紫外线容易透过,对人类已产生明显的不良后果,更有必要进行防护。资料统计显示,白种人容易受到紫外线伤害,澳大利亚、新西兰、美国等国,皮肤癌患者大多为50岁出头的人,与30年前相比,患皮肤癌提前了10岁。东方人的皮肤,大概可以分为三种类型。一是肤色较白。这种肤质一旦被晒很快就会变红,甚至起水疱,虽不易晒黑,但容易脱皮。这是最易受紫外线伤害的皮肤。二是肤色适中。这种皮肤被紫外线照射后会略微变红,也略黑。受紫外线伤害的程度为中等。三是皮肤黝黑。这种肤质经紫外线照射后既不变红,也不变黑,不容易受到紫外线的伤害。

    紫外线还可导致真丝泛黄,紫外线波长的不同引起真丝泛黄的程度也不同,能引起泛黄的紫外线波长约为200-331nm,但影响最大的波长为279-292nm部分,这恰好与酪氨酸和色氨酸的吸收特征相同。在紫外线等光照下,组成真丝纤维的氨基酸,尤其是色氨酸、酪氨酸残基吸收光能量,发生光氧化作用而变成有色物质;导致真丝强力下降。一般认为,酪氨酸在光照作用下形成吲哚化合物,再变成有色物质;而色氨酸在光照时迅速分解,明显地呈现黄褐色,从而引起泛黄。因而,在丝绸上施加紫外线吸收剂可以防止黄变。

    目前,纺织品抗紫外线性能评定标准已经实施,国内外对紫外线吸收剂和无机氧化物超细粉末等正在加速研究;屏蔽纤维也在研制和开发;防紫外线整理技术正在研究提高和扩大。随着防紫外线技术的进步和随之的成本降低,结合市场需要和高效益,防紫外线纺织品的品种和数量将会迅速增加。

     

     

     

     

     

     

     

    第2节防紫外辐射

    2.1紫外线指数

    由世界卫生组织与国际预防非电离辐射委员会、联合国环境规划署和世界气象组织共同制定的紫外线指数是国际公认的衡量紫外线辐射强度的标准尺度。紫外线指数是度量到达地球表面的太阳紫外线对人类皮肤损伤的程度。紫外线对人类皮肤的损害是根据"红斑作用光谱曲线"作出的。这个光谱曲线已被国际光照委员会采纳,用来代表人类皮肤对太阳紫外线的平均反应。
          世界气象组织及世界卫生组织所建议的计算紫外线指数标准方法为:量度不同波长的太阳紫外线强度,将不同波长的太阳紫外线强度乘以"红斑作用光谱曲线" 内对应的加权数值,以反映人类皮肤对紫外线的反应。将以上相乘的结果加起来,得出受红斑光谱加权后的总紫外线强度,单位是毫瓦/平方米。然后再将红斑光谱加权后的总紫外线强度乘以0.04以得出紫外线指数(每单位紫外线指数为25毫瓦/平方米)。例如,中午阳光最强的十五分钟内平均紫外射线到达地面的辐射量为100毫瓦/平方米,则转换为紫外线指数为4。

    紫外线指数从1 级至11级,其中1级强度最低,11级以上为危险级。通常,夜间的紫外线指数为0,热带、高原地区、晴天时的紫外线指数甚至能达到15。紫外线指数越高,紫外线辐射越强,其危险性也越高。紫外线到达地表的量随不同的地理位置、季节、气候以及天气的不同而变化。

    表2 紫外线指数与曝晒级数

    紫外线指数

    0-2

    3-5

    6-7

    8-10

    ≥11

    曝晒级数

    中等

    甚高

    极高

     

    表3 影响地面紫外线强度的因素

    因素

    对到达地面紫外线强度的影响

    太阳的位置

    这随每日和每年不同的时间及纬度的高低而变化。

    大气中的臭氧量

    臭氧吸收紫外线,大气中的臭氧越多,能到达地面的紫外线越少。

    云和烟霞

    云和烟霞吸收和散射紫外线。

    地面反射

    自然界中大多表面如草地,泥地反射不足百分之十的紫外线,但雪地会强烈反射(多达百分之八十)紫外线。而沙地也会反射百分之十至二十五的紫外线。

    海拔

    海拔越高,紫外线强度越高。这是因为大气的厚度减少以致较少紫外线被吸收。

     

     

     

    表4 紫外线指数分级表

    紫外线指数

    等级

    紫外线

    照射强度

    对人体

    可能影响

    建议采取的防护措施

    0-2

    1

    最弱

    安全

    可以不采取措施

    3-4

    2

    正常

    外出戴防护帽或太阳镜

    5-6

    3

    中等

    注意

    除戴防护帽和太阳镜外, 涂擦防晒霜(防晒霜SPF 指数应不低于15)

    7-9

    4

    较强

    在上午十点至下午四点 时段避免外出活动,外出时应尽可能在遮荫处

    >10

    5

    很强

    有害

    尽量不外出,必须外出时 ,要采取一定的防护措施

     

    2.2 防紫外线辐射机理

    紫外线照射到织物上,一部分被吸收,一部分被反射,一部分透过织物。透过的紫外线对皮肤产生影响,在一般情况下,紫外线的透过率+反射率+吸收率=100。因此吸收率和反射率增高,透过率就降低,防护性能就优越。

    紫外线的防护原理就是采用紫外线屏蔽剂对纤维、纱线或织物进行处理从而达到防紫外线的目的。

    2.3 织物的防紫外辐射性能

    织物防紫外线的能力,主要取决于织物本身屏蔽紫外线的能力。织物通常具有比较复杂的表面,它们除了吸收光之外,还有散射和反射光线的作用。而散射和反射作用则要考虑织物本身的各种因素:织物本身的组织结构,原纱结构,纤维品种和规格,染整色泽等。

    2.3.1织物组织结构的影响

    织物结构决定了织物的几何形态。织物结构包括厚度、紧密度(覆盖系数或空隙率)等。织物结构紧密,覆盖系数大,UV透射率低,防护作用就大。稀松织物的覆盖系数低,光线不易受到遮蔽,其防护作用就小。紫外线防护系数(UPF)随着织物的密度而增加。对于厚重织物也有相似的情况。

    2.3.1.1织物厚度

    织物越厚,防紫外辐射性能越好。用未经过和经过防辐射整理的纯棉织物做实验,观察它们的UPF值分别随厚度变化而变化的规律。实验发现,未经整理的织物厚度和UPF值的关系很密切;但经过防紫外辐射整理后,即使织物本身厚度不大时就达到较高的UPF值,再加厚织物,UPF值增大就不再明显??杉?,夏季野外工作服未必需要很厚实的衣服来防晒,只要对夏季常用织物面料进行适当的防紫外辐射整理,就能兼顾防晒和透湿排汗。

    2.3.1.2织物紧密度

    表征织物紧密度的指标通常为覆盖系数或孔隙率,两者基本上为互补关系。国内覆盖系数常用紧度理论值表示,国外有的采用实测。

    为便于讨论,将理想的纺织品定义为:

    (1)织物的纱线结构完全透不过UVR射线;

    (2)织物结构的空隙微?。?lt;0.2mm),足以避免由Mezieseral的定义“孔隙效应”。

    这种理想纺织品的UVR透射率(T)与覆盖系数(C)的关系如下:

    T=100—C……………………………….(1)

    同一纺织品的UPF定义为:

    UPF=100/T……………….…………….(2)

    合并方程式(1)和(2),得出:

    UPF=100/(100-C)……………………...(3)

    根据方程式(3)计算得出表5的UPF值(假定UVR屏蔽纱线):

    表5 覆盖系数和织物UPF的关系

    覆盖系数

    织物UPF值

    90.0

    93.3

    95.0

    97.5

    98.0

    99.0

    99.5

    10

    15

    20

    40

    50

    100(50+)

    200(50+)

    由表5所给的数据可轻易得出结论:要想使UPF值高于15,纺织品的覆盖系数必须大于93%。此外,一旦覆盖系数超过95%,覆盖系数的极小变化将导致纺织品UPF发生极大变化。这一效应与方程式(3)的例式直接有关。

    因此,很显然,为了获得高UPF值,就必需提高织物覆盖系数。当然,覆盖系数愈大,机织或针织结构愈紧密,织物的透气性就愈差。因而必须将高UPF值与夏季轻薄服装的凉爽、舒适性互相权衡。在这种情况下,双层组织,蜂窝组织等织物结构的开发利用具有明显潜力。

    覆盖系数也可通过一系列整理工艺加以改变。例如,在拉幅机上超喂可使织物产生收缩,因而提高覆盖系数。反之,如果织物经拉幅机拉伸(喂入不足),将会减小覆盖系数和织物UPF。通常用于获得尺寸稳定性的预缩工艺,将提高覆盖系数,从而提高织物UPF。薄型毛织物可通过轻度缩绒来提高覆盖系数。轧光工艺可使纱线扁平化也能提高织物的覆盖系数。

    在测试空隙率不同的防紫外线纯棉织物的UPF值的实验中发现,经过防紫外线整理的纯棉织物的空隙率P值由10%减小为2%,UPF值明显增大。这说明,由防紫外辐射性能较差的纤维(如棉、粘胶等)制成的织物,UPF值较低,孔隙率大小对其影响相对较小,但一旦加以防护整理后,孔隙率对纤维防紫外辐射性能影响就变得非常明显。这说明对孔隙率小的薄型织物进行适当的防紫外线整理,是生产具有高UPF值轻薄面料的一种理想途径。

    因此孔隙率是影响防紫外线织物性能的一个先决条件,经验表明,孔隙率应小于1.5~2%为好。

     

    2.3.1.3织物重量

    织物重量是织物厚度、紧密度等的综合反映,生产者和贸易商都乐于采用,因此探求织物重量与UPF值的关系,也有其实用之处。

    取棉、涤、粘胶、亚麻、腈纶、锦纶和羊毛等不同纤维种类的织物各若干块(克重均不相同),按纤维种类不同,分别计算这些织物重量对UPF值的相关程度。实验表明织物重量对UPF值有相当大的正相关影响。也就是说织物越厚,UPF值越高。

    表6   织物参数与紫外线透射率

    纤维种类

    经纬密度(根/英吋)

    厚度(英吋)

    覆盖度(%)

    透射率(%)

    147

    0.011

    88.8

    25.1

    粘胶

    155

    0.010

    86.0

    27.3

    尼龙

    163

    0.009

    89.2

    24.1

    101

    0.022

    93.1

    8.6

    179

    0.010

    90.0

    14.6

    涤纶

    146

    0.009

    79.5

    23.2

     

     

    2.3.2纤维和纱线的影响

    在织物组织结构相同的情况下,纤维种类不同,其紫外线透过率也不同。涤纶、羊毛纤维等比棉、粘胶纤维的紫外线透过率低,因为涤纶纤维分子中含有苯环,羊毛、蚕丝等蛋白质纤维中含有氨基酸,这些基团对小于300nm的紫外光有良好的吸收性。麻类纤维具有独特的果胶质斜偏孔结构:苎麻、罗布麻纤维中间有沟状空腔、管壁多孔隙;大麻纤维中心有细长的空腔并与纤维表面纵向分布着的许多裂纹和小空洞相连。由于这些结构上的原因使麻纤维不仅吸水好,而且对声波和光波有很好的消除作用,因而具有较强的防紫外功能。棉织物的防紫外线能力相对较差,是紫外线最易透过的面料。因此,对棉织物进行防紫外线整理最为迫切。

    表7  不同纤维未染织物的UPF值

    纤维种类

    织物类型

    厚度(mm)

    克重(g/m2)

    UPF值

    府绸(未漂)

    0.18

    107

    6

    府绸(漂白)

    0.22

    110

    2

    平布

    0.14

    89

    18

    蚕丝

    缎纹绉

    0.20

    84

    6

    试验织物

    0.28

    125

    24

    涤纶

    试验织物

    0.29

    165

    13

    粘胶

    试验织物

    0.11

    92

    4

     

    经比较分析知,涤棉混纺比例为80/20的紫外屏蔽性能远比40/60更理想,而相同截面内纤维根数多比根数少的抗紫外线能力强,异形纤维织物比普通圆形纤维织物的防紫外线性能。

    2.3.3织物色泽的影响

    每一种染料的UVR吸收性能因其结构而异,可对织物的UPF值产生不同的影响。为获得可视颜色,染料必须有选择地吸收可见光辐射(400~800nm),所有染料的吸收带均伸展到UVR光谱区(280~400nm),因此染料可起到UVR吸收剂的作用,吸收具有潜在危害的UVR射线。染料在UVR光谱区的衰减系数将决定其提高织物UPF的能力。

    众多关于染色对织物UPF影响的研究报告指出,染色织物比未染色织物有较高的UPF值,并认为随着织物色泽的加深,织物的紫外线透过率随之减小,即防紫外辐射性能提高。以常规的涤纶产品做试验,不同色泽相应的紫外辐射透过率从小到大的顺序依次为:黑色的透过率为5%,藏青、红、深绿、紫色的透过率为5-10%,而绿色、淡红、淡绿、白色的透过率为15-20%。因为染料颜色是该染料分子结构吸收可见光谱区的特性反映,只有某些染料分子的吸收光谱延伸进UV区,特别要在UVB区有较高的吸收率,才能提高染色织物UPF值?;宋南獯硪灿跋炱渥贤庀咄腹匦?。

    当然由色相来区别染料对UV的屏蔽作用是不妥当的。因为染料的色泽是由可见光区的吸收特性决定的,而UV区的吸收特性对色泽的影响不大。

    表8   不同染料与紫外线透射率的关系

    染料

    1染浴

    2染浴

    吸尽率(%)

    透射率(%)

    吸尽率(%)

    透射率(%)

    直接黄11

    58

    12.9

    59

    18.4

    直接黄26

    82

    19.9

    87

    29.5

    直接黄44

    60

    18.4

    60

    29.1

    直接黄l20

    65

    19.1

    58

    28.2

    直接红23

    78

    27.4

    73

    36.9

    直接红28

    90

    39.0

    91

    50.5

    直接红83

    70

    17.5

    70

    24.9

    直接蓝80

    40

    16.0

    31

    18.2

    直接蓝199

    71

    13.8

    68

    19.7

    直接绿26

    70

    22.7

    60

    29.6

    直接棕154

    83

    23.1

    85

    30.8

    直接黑56

    77

    30.0

    71

    40.9

     

    2.3.4其他因素的影响

    用于构成织物的纤维种类对织物,特别是对白色(未染色)织物的UPF值具有较大影响。例如由漂白棉和粘胶构成的白色织物具有相对较低的UPF值,而以完全相同方法,采用天然棉制成的织物则具有较高的UPF值。这是由于天然棉中的色素、木质素等能吸收紫外线。

    我们分别比较煮练、漂白、UVR吸收剂处理,对9种纯棉织物平均UPF值的影响。试验用织物分别采用不同参数,不同的棉纱制成。9种坯布平均UPF值十分低,达不到最低等级UPF15。松式煮练后,由于松弛和自然收缩的共同作用导致了更高的覆盖系数,其直接结果是9种织物平均UPF提高。漂白工艺除去了棉花中的色素、果胶等天然UVR吸收剂。9种织物经过漂白后其UPF值均明显减小。在这种情况下,对漂白棉施加UVR吸收剂SCJ-966,使平均UPF大幅度提高,织物全部达到UPF为15的额定值或以上,其中2种达到最大值UPF50+。

    因此生产加工中必须分别对待每一种织物,因为织物的UVR吸收性能取决于生产织造过程中所采用的加工方法,例如化学漂白,染色,施加消光剂、荧光增白剂、UVR吸收剂等。这些都对织物的UVR吸收性能产生作用。

    荧光增白剂的品种甚多,虽然各种增白剂化学结构和性能不同,但对纤维或织物的增白原理都是一样的。其增白原理主要是由于增白剂的分子中都含有共轭双键系统,具有良好的平面性,这种特殊的分子结构在日光照射下能吸收日光中紫外线(波长为300-400nm)发出蓝紫光(波长为420-500nm),蓝紫色光与纤维或织物上的黄光混合而变成白光,从而使纤维或织物明显变白。由此可知,织物的增白处理可影响织物的防紫外线性能。

    织物防紫外辐射性能的一般规律是:短纤优于长丝纤维,加工丝产品好于原丝产品,细纤维织物比粗纤维织物好,扁平异型丝织物优于圆形截面丝织物,机织物好于针织物。

    第3节防紫外线整理剂

    3.1无机类紫外线反射剂

    无机类紫外线反射剂没有光能的转化作用,只是利用陶瓷粉或金属氧化物等细粉或超细粉与纤维、纱线或织物结合,增加织物表面对紫外线的反射和折射作用,从而达到防紫外线透过的目的。

    具有对紫外线反射或折射作用的无机类物质有:高岭土、碳酸钙、滑石粉、氧化铁、氧化锌、二氧化钛等。它们的安全性优良,能反射或散射波长范围广的紫外线,而且一般是不具有色泽的微粒子,将其导入织物的纤维中,因其对光反射和散射率大,可以使纤维具有优良的防紫外线效果。通常粒径越细,效果越好。

    纳米材料是全新的超微固体材料,微粒尺寸通常在100nm以内。由于纳米材料的尺寸效应和表面效应,其表面原子数增多,表面能提高,因而具有很高的化学活性,具有许多传统材料所没有的性能。目前,在提高织物防紫外线辐射性能的纳米材料中最常用的是纳米氧化锌和二氧化钛粒子。纳米ZnO价廉、无毒、屏蔽紫外线范围广(240~400nm)。在波长350nm~400nm范围内,ZnO的屏蔽率明显高于TiO2。

    氧化锌除了具有良好的抗紫外线功能外,还具有一定的杀菌防臭功能。氧化锌具有吸收和散射紫外线的双重性质。氧化锌必须在基料中悬浮分散良好,保持超细微粒状态,不可凝聚。一旦凝聚就失去散射紫外线的能力。

    二氧化钛对紫外线的散射优于氧化锌。二氧化钛在基料中悬浮分散性良好。而且氧化锌和二氧化钛兼有反射红外线能力。

    纳米级紫外线屏蔽剂具有耐紫外线照射、耐热、无毒、稳定性强等特点;对纺织品的色牢度、白度和强度等没有影响;其功能是将紫外线屏蔽、反射至织物以外,而不将紫外线的能量转换释放在织物内部。

    3.1.1纳米氧化锌的制备、表面改性及应用

    纳米氧化锌是一种新型精细无机产品,其粒径介于1-100纳米。

    3.1.1.1纳米氧化锌的制备及性能

    氧化锌的制备方法分为三类:即直接法、间接法和湿化学法。目前所用氧化锌多为直接法或间接法产品,粒度为微米级,比表面积较小,这些性质大大制约了它们的应用领域及其在制品中的性能。在此采用湿化学法(NPP-法)制备纳米级超细活性氧化锌,可用各种含锌物料为原料,采用酸浸出锌,经过多次净化除去原料中的杂质,然后沉淀获得碱式碳酸锌,最后焙烘熔解获得纳米氧化锌。

    纳米级氧化锌的突出特点在于产品粒子为纳米级,同时具有纳米材料和传统氧化锌的双重特性。与传统氧化锌产品相比,其比表面积大、化学活性高,产品细度、化学纯度和粒子形状可以根据需要进行调整,并且具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能,同时,它还具有一定的抗菌、除味等独特性能。

    3.1.1.2纳米氧化锌的表面改性

    由于纳米氧化锌具有比表面积大和比表面能大等特点,自身易团聚;另一方面,纳米氧化锌表面极性较强,在有机介质中不易均匀分散,这就极大地限制了其纳米效应的发挥。因此对纳米氧化锌粉体进行分散和表面改性成为纳米氧化锌在基体中应用前必要的处理手段。

    所谓纳米分散是指采用各种方法和手段在特定的液体介质(如水)中,将干燥纳米粒子构成的各种形态的团聚体还原成单一粒子并使其稳定、均匀分布于介质中的技术。纳米粉体的表面改性则是在纳米分散技术基础上的扩展和延伸,即根据应用场合的需要,在已分散的纳米粒子表面包覆一层适当物质的薄膜或使纳米粒子分散在某种可溶性固相载体中。经过表面改性的纳米干粉体,其吸附、润湿、分散等一系列表面性质都会发生变化,一般可以自动或极易分散在特定的介质中,因此使用非常方便。

    一般来讲,纳米粒子的改性方法有三种:1. 在粒子表面均匀包覆一层其他物质的膜,从而使粒子表面性质发生变化;2. 利用电荷转移络合体(如硅烷、钛酸酯等偶联剂以及硬脂酸、有机硅等)作表面改性剂对纳米粒子表面进行化学吸附或化学反应;3. 利用电晕放电、紫外线、等离子、放射线等高能量手段对纳米粒子表面进行改性。

    根据不同应用领域的要求,选择适当的表面改性剂或表面改性工艺,对纳米氧化锌进行表面改性,改善其表面性能,增加纳米颗粒与基体之间的相容性,从而应用于各种领域,提高产品的性能技术指标。

    3.1.1.3纳米氧化锌的应用

    纳米氧化锌应用于化纤产品中有两种途径:一种方法是把纳米微粒直接添加在化学纤维的初始反应液中,采用常规的聚合反应合成功能纤维,使纳米微粒均匀分布于纤维内部;另一种方法就是把纳米氧化锌制成纤维母粒,再与相应的聚丙烯、聚酯等切片混合熔融纺丝。纳米氧化锌用于织物整理的途径是把纳米微粒配制为一种后整理剂,通过浸轧使纳米微粒吸附在纤维的表面,或者用粘合剂等成膜物质将纳米微粒涂覆到织物表面形成一种功能性的涂层,改善织物的防紫外线性能,但该方法存在着手感硬、透气性差等问题。

    目前纳米氧化锌的制备技术已经取得了一些突破,在国内形成了数个产业化生产厂家。但是纳米氧化锌的表面改性技术及应用技术尚未完全成熟,其应用领域的开拓受到了较大的限制,并制约了该产业的发展。如何克服纳米氧化锌表面处理技术的瓶颈,加快其在各个领域的广泛应用,成为诸多纳米氧化锌生产厂家所面临的亟待解决的问题。

    3.1.2纳米氧化钛

    在所有无机紫外线遮蔽剂中,纳米TiO2具有较高的化学稳定性、热稳定性、非迁移性、无味、无毒、无刺激性,使用安全,对UVA区和UVB区紫外线都有屏蔽作用,因此纳米TiO2很快登上抗紫外材料的舞台。
      上海交大科研人员研究的"纳米二氧化钛(TiO2)抗紫外纤维"项目采用纳米二氧化钛与聚酯原位聚合方法制备纳米TiO2/ 聚酯复合材料,实现了纳米颗粒在高聚物中的纳米级分散,不仅提高了纺丝效率,而且使材料的力学、热学性能得到了较大提高,由该纤维制成的织物具有较高的紫外线屏蔽率,具有触感凉爽的性能,特别适宜织造高档T恤衫、运动服、训练服等。

    3.2有机类紫外线吸收剂

        紫外线吸收剂吸收紫外光是由该化合物的共轭∏电子体系结构和能够进行氢移动的结构这两部分决定的。有机类紫外线吸收剂本身能吸收280-400nm波长范围内的紫外线能量,使自身变为激发态,并把能量向低能量的热能或波长较长的电磁波转换,从而消除紫外线对人体和织物的危害。理想的紫外线吸收剂吸收紫外光能量后转变成活性异构体,随之以光和热的形式释放这些能量恢复到原分子结构,用它处理过的纤维和织物具有较强的抗紫外线功能。

    国外对紫外线吸收剂的安全性极为重视。一个品种的推出需要经过反复的试验,如皮肤一次刺激性试验、连续皮肤刺激性试验、过敏性试验、眼粘膜刺激性试验、急性毒性试验、亚急性毒性试验、慢性毒性试验,致癌性试验、致突变试验、致畸型试验、应用试验(反复涂擦)等。

    理想的紫外线吸收剂归纳如下7条:

    (1)             对皮肤无刺激,无毒性,无过敏性,即安全性高;

    (2)             吸收紫外线波长范围广,效果良好;

    (3)             在阳光下不分解,有一定的耐热性;

    (4)             配伍性好,与其他组分不起反应;

    (5)             与生物成分不结合;

    (6)             对织物的牢度、白度、色泽、强度、手感和风格没有影响。

    实验表明,合成的紫外线吸收剂其作用机理并无不同之处,故按照其有机化学结构的类别可分为水杨酸酯系、金属离子螯合物系、二苯甲酮系、苯并三唑系、三嗪系及氰代丙烯酸酯系等。

    3.2.1第一代紫外线吸收剂

    目前,纺织品上应用的有机类抗紫外线吸收剂主要有以下几种类型,这些吸收剂因没有反应性官能团而不易固着。

    3.2.1.1水杨酸酯系

    (1)价格低廉;

    (2)能吸收280~330nm波长的紫外线(即大量吸收UV-B,仅吸收少量UV-A);

    (3)熔点低,易升华,并在强光照下会引起色变现象,故应用较少。

    此类化合物有:水杨酸苯酯、水杨酸-4-叔丁基苯酯等。易吸收280-330nm紫外线,但吸收系数较低,在曝晒过程中分子重排成二苯甲酮类,有强烈吸收辐射能的作用,然而,此重排反应是不完全的,且形成带有颜色醌型反应物。

    3.2.1.2金属离子螯合物系

    (1)不能与纤维反应,但对部分染色纤维或织物,在一定条件下能形成螯合物络合体,主要提高染色的耐光率;

    (2)离子有颜色,适用有局限性。

    3.2.1.3二苯甲酮系

    (1)这类化合物具有共轭结构和氢键成互变异构,它吸收紫外线后放出萤光、磷光回到基态能级,同时伴随着发生氢键的光致互变异构,此结构能够接受光能而不导致键的断裂,且能使光能转变成热能,从而消耗吸收的能量;

    (2)多个羟基对纤维有较好的吸附能力,是棉纤维良好的抗紫外线整理剂;

    (3)能吸收UV-A和UV-B(280nm~400nm)紫外线;

    (4)对280nm以下紫外线吸收较少,有时易泛黄;

    (5)价格较高。

    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。

    3.2.1.4苯并三唑系

    (1)品种最多、产量最大的一类紫外线吸收剂。

    (2)大量吸收UV-A(315nm~400nm)紫外线,效果好;

    (3)分子结构和分散染料相似,可采用高温高压处理,故是较好的涤纶纤维防紫外线整理剂;

    (4)吸附在纤维上有一定耐洗性;

    (5)无反应性基团,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应;

    (6)毒性小,有一定前途。

    此类化合物有:2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)5-氯苯并三唑等。

    表9  第一代紫外线吸收剂的吸收特性

                                                (注:C:氯仿;M:甲醇;W:水)

    化学名称

    分子量

    有效吸收波长(nm)

    最大吸收

    外观

    熔点(℃)

    备注

    波长(nm)

    系数(%)

    二苯甲酮类

    2,4二羟基二苯甲酮

    214

    280~340

    288-C 323-C

    66.5 43.0

    灰白

    140~142

    142~143

     

    FDA2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮

    238

    280~340

    287-C 328-C

    68.0 44.0

    浅黄色粉末

    63~64

    1978年美国FDA认可安全

    2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮

    326

    280~340

    280-C

    48.0

    浅黄色粉末

    48~49

     

    2-羟基-4-癸氧基二苯甲酮

     

     

    288-C

    42.0

    灰白色粉末

    49~50

     

    2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮

    380

    270~280

    288-C

    40

    浅黄色粉末

    43~44

     

    2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮

    224

    270~280

    285-C

    45

    浅黄色粉末

    68~70

    1978年美国FDA认可安全

    2,2’-4,4’-四羟基二苯甲酮

     

     

    280-M

    48.8

    黄色粉末

    195

     

    2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮

    308

     

    288-W

    46.0

    白色粉末

    109~135

    1978年美国FDA认可安全

    2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮

    274

    270~340

     

     

     

    130~140

     

    苯并三唑类

    2(2-羟基-5’-甲基苯基)-苯并三唑

    225

    270~370

    298-C340-C

    61

    70

    灰白色粉末

    128~132

     

    2(3’,5’-二特丁基-2’-羟基苯基)-苯并三唑

     

     

    305-C 345-C

    50

    49

    浅黄色粉末

    152~156

     

    2(3’-特丁基-2’-羟基-5’-甲基苯基)-苯并三唑

    306

    270~380

    313-C 350-C

    46

    50

    浅黄色粉末

    140

    ( 152~154)

     

    2(3’,5’-二特丁基-2’-羟基苯)-5-氯苯并三唑

    361

    270~380

    315-C325-C

    42

    47

    浅黄色粉末

    151

     

    2(2’-羟基-4’,6’-二特丁基苯基)-苯并三唑

     

     

    300-C340-C

    45.0

    44.0

    浅黄色粉末

    87

     

    2(2’-羟基-3’-特丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑

    315

    270~380

     

     

     

    140

     

     

     

    3.2.2第二代紫外线吸收剂-反应型紫外线吸收剂

    反应型紫外线吸收剂是在紫外线吸收剂母体上接上活性基团,处理织物后可以获得耐久的防紫外线效果。目前国际上生产反应型紫外线吸收剂的厂家有瑞士CIBA公司、德国HERST公司、CLARIANT公司和北京洁尔爽高科技有限公司等

    3.2.2.1北京洁尔爽高科技有限公司开发的紫外线吸收剂UV-120:该产品带有活性集团,可与纤维素纤维上的羟基和聚酰胺纤维上的胺基发生反应,不改变织物外观、手感、透气性,也具有良好的耐光和水洗牢度,长时间的强紫外线照射也不会引起分子分解。

    3.2.2.2北京洁尔爽高科技有限公司开发的紫外线吸收剂SCJ-966:它属于带有活性集团的苯并三唑类衍生物,可用于涤纶、尼龙及其混纺交织物的防紫外线整理。该产品可与分散染料同浴使用,处理后的织物在60℃下洗涤多次不会减弱效果,而且不会影响耐光牢度,对色泽、白度和手感几乎没有影响,具有良好的升华牢度和热固着性能。

    3.2.2.3有一些紫外线吸收剂对纤维没有亲和力,容易挥发和被洗去,如将其制成微胶囊后使用,则可大大提高使用的耐久性。

    3.2.3紫外线吸收剂的生态问题

    紫外线吸收剂的生态参数(如AOX含量,COD值,生物降解性和N、P含量)有显著的差异。目前常用的有机紫外线吸收剂应注意其对生态环境的影响,首先是潜在的危害性,例如二苯甲酮类的化合物属环境激素,不宜采用。其次,推荐的使用量是否降至最低水平,以及其残液如何处理。

     

    3.2.4紫外线吸收剂举例

    CIBAFAST  PEX

    主要组分:苯并三唑衍生物、分散剂

    物化性能:白色的粘性乳液;阴离子型;5%溶液的pH值6~7;在硬水中对一般用量的酸、碱和电解质稳定。

    用途及应用方法:

    1.     用于需承受曝晒的涤纶、改性涤纶及其混纺的染色织物,尤其是汽车坐垫和车内装饰织物。

    2.     提高分散染料的染色耐晒牢度,使颜色和纤维更加耐久,尤其是在高温耐晒条件下。

    3.     提高纤维的稳定性,光和风化所引致的纤维降解大大减少。

    4.     可用于喷射染色机,以确保纺织材料的平滑运行。

    5.     在染色循环之初将CIBAFAST PEX加入染浴中,可采用高温吸尽法或浸轧-热熔法进行加工。

    1.     5~5.0%CIBAFAST PEX(o.w.f.)

     

    HERST HTUV-200

    主要组分:杂环化合物

    物化性能:白色粘稠液体;阴离子型;pH约7;密度(20℃)约1.20g/cm3;能用冷水稀到任何比例;对硬水、酸稳定性好;与非、阴离子产品相容性好,低泡。

    用途及应用方法:HERST HTUV-200能与含羟基的纤维素纤维和含氨基的锦纶纤维反应,显示出优良的耐久性。经HERST HTUV-200处理过的织物,其紫外线吸收性能在重复洗熨(ISO 102 E2 S,95℃,10次)、氯洗(M&S C37)、及300h暴晒后(氙灯)仍保持不变,日晒和水洗牢度优良。HERST HTUV-200适用于浸染和轧染法处理。一般用量为1~4%HERST HTUV-200,全白织物用量最高,深色织物用量最低。

     

    JLSUNÒ防紫外线整理剂SCJ-966

    主要组分:苯并三唑衍生物

    物化性能:淡黄色液体,含固量为33%,pH值约为7,非离子性,可与水混溶。 防紫外线整理剂SCJ-966无毒、不燃、不爆、对人体安全,对皮肤无刺激、无过敏反应,不影响织物的色泽、强力和吸湿透气性。

    用途及应用方法:防紫外线整理剂SCJ-966适用于棉和涤棉等织物的防紫外线整理,处理后的普通织物对180-400nm波段的紫外线(特别是UV-A和UV-B)有良好的吸收转化、反射和散射作用,澳大利亚等国内外权威机构测试证明:SCJ-966整理JC40X40 110X90 色平布UPF 值高达50+,并且40次洗涤后UPF值仍为50+。

    SCJ-966整理织物的方法可以是浸轧、涂层、浸渍或喷涂,用量通常为2-4% o.w.f.,具体用量、用法视织物的品种和用途而定。

    一、浸轧法工艺:

    1.工艺配方:(以轧液率70%为例)

    防紫外线整理剂SCJ-966       20-50克/升

    低温固着剂SCJ-939           20-50克/升

    2.工艺流程:漂染后的织物→浸轧防紫外溶液→烘干(80-110℃)→拉幅(160-170℃,30秒或120℃,5-6分钟 )

    二.涂层法工艺:

    1.工艺处方:

    防紫外线整理剂SCJ-966      2-5%

    涂层浆                       X%

    2.工艺流程:漂染后的织物→涂层→烘干(→高温焙烘或拉幅)

    三、浸渍工艺:

    SCJ-966可单独或与分散染料同浴使用,适于高温浸染工艺、沸点载体染色工艺、热熔轧染工艺。

    纯涤纶织物及纱线:

    30-60min

    SCJ-966    3-6%                 130℃

    分散染料   X%                           

    醋酸调PH值=4-6

    2-3℃/min                           洗净(同常规工艺)

                           

    室温

     

    JLSUNÒ防紫外线整理剂UV-120

    主要成分:苯并三氮唑

    物化性能:淡蓝色粘稠状液体,pH值7-8,非离子性,能与水以任意比例混溶。UV-120是新一代环保型防紫外线整理剂,无毒,不燃,不爆,对人体安全,对皮肤无刺激,无过敏反应。它对波长180-400mm的紫外线具有强烈的吸收作用,并将之转化为光能和热能释放。该物质具有反应性基团,可与纤维上的羟基、胺基发生键合,耐洗涤性优良。UV-120对织物原来的色泽及手感无不良影响,在纤维素纤维织物上用量低,可赋予持久的抗紫外线辐射功效。UV-120可与活性染料或直接染料同浴吸尽法加工,也可和活性染料一起用于印花工艺。

    用途及应用方法:防紫外线整理剂UV-120适用于棉,麻,丝,毛,锦纶等及其混纺织物的防紫外线整理,可提高织物防紫外线性能,?;は宋?,提高染色织物的耐日晒牢度。

    1.染色、防紫外同?。杭尤肓?-2%(o,w,f),UV-120与染料同时加入染缸使用。

    2.柔软、防紫外同?。浩竞蟮闹?rarr;浸轧防紫外溶液(柔软剂适量,UV-120  10-20克/升)→烘干(80-110℃)→拉幅(160-170℃,30秒)

    3.皂洗时加入:UV-120   3-20克/升(轻薄织物)

     

    YIMANANO  PL-LF

    主要组分:特殊纳米材料分散液

    物化性能:非离子型;米白色液体;密度1.798g/cm3;可溶于水。

    用途及应用方法:本品主要由特殊纳米材料组成,具有优异的提高日光牢度的性能和良好的光吸收、紫外线吸收能力。是优良的紫外线屏蔽剂和吸收剂,可应用于任何纤维,不会损伤纤维。适用于任何染料,可有效提高染料日光牢度,解决固色后牢度下降的问题。本产品非常安全,无毒无味,对皮肤没有刺激性。稳定性好,高温下不变色,不分解,不变质。使用简便,成本低廉。任何工艺兼可,如浸渍或浸轧。

    使用工艺:

    1.本品用于纤维后整理时建议使用该公司配套的粘合剂,用量2%,以获得更优异的耐洗效果。

    2.     建议采用浸轧法处理,二浸二轧,轧液率75~90%,配套浓度5.0~4.5%(YIMANANO PL-LF);100℃烘干,140℃×1min焙烘??突Э筛菥咛逍枰髡?。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    第4节防紫外线纤维及织物的生产方法

    改善纺织品防紫外效果的途径一般有:一是使用防紫外线纤维;二是采用功能性整理技术。前者仅限于化纤;后者适用性强、工艺简便。根据防紫外线整理的途径可以把防紫外线产品分为两大类,即防紫外线纤维和防紫外线后整理织物。

    4.1防紫外线纤维

    防紫外线纤维兴起于功能纤维迅速发展的时期,借助于其它功能纤维成功的经验,防紫外线纤维几乎是与防紫外线后整理技术同时进入开发阶段。因为防紫外线纤维织物在风格、耐洗涤性和工艺成本方面比后整理织物具有更大的优势,所以很受日本化纤企业的青睐??衫掷龉窘葑阆鹊?,较先开展了这方面的研究,开发了著名的“埃斯莫”纤维,于1991年投放市场。这是一种把超微细氧化锌粒子掺入聚酯纺成的纤维,具有很高的紫外线屏蔽率和热辐射屏蔽率,在20J/cm2·h剂量紫外线的照射下,紫外线透过率只有0.4%。在热辐射屏蔽性能的对比测量中,比普通织物的温度要低3~4℃。

    继可乐丽公司之后,日本诸多公司在短时间内纷纷开发出自己的产品,仅在短短两三年时间内,防紫外线纤维就有了10多个品种(参见表3)。

     

     

     

     

     

    表10 日本市场上的防紫外线纤维

    公司名称

    产品商标

    技术途径

    可乐丽

    埃斯莫(短纤)

    将氧化锌微粉掺入聚酯共混纺丝

    埃斯莫(长纤)

    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

    芯部含氧化锌微粉的聚酯短纤纺成纱线

    拉拜纳

    用含陶瓷粉的聚酯短纤纺成纱线

    托纳多UV

    先用含陶瓷物质聚酯长丝织成织物,再用有机紫外线屏蔽剂整理

    塞米塞利阿

    含陶瓷微粉的聚酯超细纤维

    东洋纺织

    潘斯瓦多

    将陶瓷微粉和有机紫外线屏蔽剂同时掺入聚酯,纺成长丝

    东丽

    阿罗夫托

    把陶瓷微粉掺入聚酯,纺出特殊截面的长丝

    帝人

    菲齐奥塞萨

    将含紫外线遮蔽成分的聚酯纺成特殊结构纤维

    三菱人造丝

    奥波埃

    把陶瓷微粉纺入聚丙稀纤维

     

     

    防紫外线纤维首先要选择合适的防紫外线添加剂,这是一类能选择性地强烈吸收波长为280-400nm的紫外线,有效地防止和抑制光老化作用而自身结构不起变化的助剂。这类助剂还应具备无毒、低挥发性、良好的热稳定性、化学稳定性、耐水解性、耐水中萃取性、与高聚物的相容性。

    用于防紫外线纤维的防紫外线添加剂必须具有一定的性质:

    1有良好的紫外线屏蔽功能;

    2良好的持久性;

    3与普通制品一样耐洗和耐烫性好;

    4从聚合物中不溶出屏蔽剂;

    5安全性好、光稳定性好,对皮肤无伤害;

    6穿着舒适,服用性能好;

    7 陶瓷细粉或金属氧化物有较高细度,符合纺丝工艺要求;

    8 紫外线吸收剂必须与纤维有较好的相容性;

    9 要求纺丝工艺不使添加剂产生分解、升华等不良影响;

    10要求添加剂对纤维质量,包括强度、透明度和染色性能等各项物理和化学指标无严重影响。

     

    4.1.1防紫外线纤维的加工方法

    4.1.1.1在成纤聚合物聚合过程中或熔融状态下加入具有紫外线屏蔽性能的成分。也就是选择一种合适的紫外线屏蔽剂与成纤高聚物的单体一起共聚,制得防紫外线共聚物,然后纺成防紫外线纤维。例如,用常规的直接酯化或酯交换后缩聚的方法制得防紫外线聚酯切片,再通过常规的熔融纺丝法纺制成纤维。该方法中防紫外线剂经历聚合过程中的搅拌和挤出纺丝两次分散,分散均匀性好,同时聚酯仅经过干燥和挤出纺丝两次热历史,其分子量和特性粘度下降较少,因此该方法的可纺性非常好。这种防紫外线纤维具有良好的防紫外线性能,能有效地吸收波长为280-340nm的紫外线,可用作室外用品。

    4.1.1.2利用无机物陶瓷微粉与聚合切片混合,制成母粒再进行纺丝。这些陶瓷微粉包括高岭土、碳酸钙、滑石粉、氧化铁、氧化锌、氧化亚铅等。经试验这些无机组对紫外线吸收效果较小,没有光能转化作用,但光热稳定性、耐久性等优良。例如,将丙纶的聚合体和具有吸收紫外线的陶瓷纳米微?;旌?,制成防紫外线母粒,再进行纺丝,可获得具有出色防紫外线效果的细旦丙纶纤维。再例如预先制备高含量无机紫外线遮蔽剂(>15%)涤纶母粒,采用添加这种防紫外线母粒进行纺丝,母粒在纤维中的添加量可高达10%以上。由于抗紫外线涤纶母粒的载体-聚酯,经过挤出造粒和添加前干燥,纺丝生产的熔融挤出等加热过程已多次降解,尤其是母粒添加量较大,促使纺丝熔体的分子量、特性粘度下降,造成分子量分布加宽,可纺性下降。另外在添加抗紫外线涤纶母粒的纺丝过程中,其无机粒子仅仅一次分散,分散不均匀也影响其可纺性。再者,共混纺丝法由于粉体加入量的多少、颗粒的大小和均匀度的不同,其功能也不一样,并有可能逐渐堵塞喷丝孔,缩短喷丝板的寿命,增加成本。

    此外,紫外线吸收剂与陶瓷微粉在纤维上同时应用,使纤维可吸收并反对紫外线,相互起到增效作用,防护效果更为优越??稍谙宋圃旃讨谢蛉我饨锥谓雷贤庀呒粱烊胂宋?,即将紫外线屏蔽剂的粉体在聚合物聚合时加入或共混纺丝。

     

    4.1.1.3工艺举例:

    方法一

    设备:聚酯切片干燥机  挤压机  纺丝卷绕机  DTY机  母粒加料器  高速拉伸假捻机

    原料:聚酯切片POY油剂  DTY油剂  抗紫外线涤纶母粒

    工艺流程:

    将紫外线遮蔽剂与PET切片熔融共混制成改性母粒后,将其与PET切片混合纺丝,然后加捻成丝。

     

    母粒-干燥-母粒加料器

                            -纺丝-卷绕(中速纺)-涤纶半预取向丝(MOY)聚酯切片-筛?。稍?/p>

     

    -平衡-拉伸加捻-防紫外涤纶低弹丝(DTY)-检验分级包装

     

    问题与结果讨论

    1 操作性  由于熔体中所添加的抗紫外线母粒通常含水较高,经干燥后一般在80~100ppm左右,导致熔体粘度降增加,可纺性较差,操作难度大,纺丝过程中断头较多。另外,加入母粒后,组件使用周期缩短,一般在24-48小时左右,增加了操作工的劳动强度。

    2 纤维质量

    ①物理性能,抗紫外线低弹丝强度较常规丝低,这主要是由于加入抗紫外母粒后,熔体粘度较低所致。其他物理性能(如卷曲收缩率等)和常规丝差别不大,质量稳定。

    ②染色性能,抗紫外涤纶低弹丝染色均匀性良好。因织物的纤维内部加入了陶瓷粉,有消光作用,因而改善了涤纶光泽,经染色后织物的色泽柔和、细腻,染色上染率明显高于普通涤纶。

    ③产品外观,僵丝、小卷丝降等较多,主要由于纺丝过程中飘单、断头较多而引起的重量降等所致。

    3功能性指标

    抗紫外线纤维最重要的指标是紫外线屏蔽率,防紫外线纯涤纶DTY丝织成织物,对250~390nm的紫外线屏蔽率在96%以上,尤其是对UVB的屏蔽率可达到95%以上。

    4穿着舒适性分析

    由防紫外线涤纶分别进行纯纺和与棉纱交织制成的面料,手感舒适、织造性能良好,并具有较好的透气性、导湿性。另外,在后加工过程中,若对织物进行碱减量处理,可使其透气性、悬垂性、吸湿性、手感和穿着舒适性得到明显的改善。

     

    方法二

    1抗紫外线聚酯的合成

    在半连续聚酯聚合生产装置上,将DMT:EG=1:2.10(摩尔比)加入釜中,添加酯化催化剂,加热到175~215℃进行酯交换反应。结束后,加入缩聚催化剂、热稳定剂以及预先细化的无机紫外线遮蔽剂的EG浆液,在215~255℃常压预缩聚、减压,加热到275~285℃下缩聚,待物料的粘度达到要求时,通氮气、铸带、切粒。

    2纺丝设备

    POY-DTY:聚酯切片干燥机  螺杆挤出机  卷绕机  高速拉伸假捻机

    FDY:聚酯切片干燥机  螺杆挤出机  卷绕机

    3纺丝加工工艺流程

    POY-DTY:抗紫外线改性聚酯-预结晶干燥-熔融挤出-预过滤-纺丝-冷却-上油集束-卷绕-POY-平衡-拉伸变形-DTY

    FDY:抗紫外线改性聚酯-预结晶干燥-熔融挤出-预过滤-纺丝-冷却-上油集束-热辊拉伸-卷绕-FDY

    4问题与结果讨论

    (1)抗紫外线改性聚酯的高速可纺性分析

    在半连续聚酯聚合装置上合成抗紫外线改性聚酯生产正常稳定,切片粒径可以达到规格要求,且具有特性粘度高、热稳定性优良、色相白度好等特点,其产品质量指标均达到普通半消光聚酯水平,仅二甘醇(DEG)含量稍高。

    由于抗紫外线改性聚酯聚合生产过程中的副产物DEG存在于聚酯链中,使聚酯链中除了酯基外还存在醚键。由于DEG进入链结构,使大分子柔性增加;DEG含量越高,分子链越柔顺,玻璃化温度(Tg)也就越低。熔点(Tm)也随DEG含量的增加而呈下降趋势。

    研究表明,聚酯切片可纺性好坏与熔融结晶峰(Tc)和过冷度(△T)有关。熔融结晶峰的尖锐程度反应了聚酯熔体在冷却过程中结晶速度的大小,其结晶峰半高宽/峰高的比值,可以定量地反映熔体冷却的全过程,比值越大,结晶区域越长,结晶速度越慢,高速纺可纺性就越好。过冷度的高低表示了熔融纺丝过程中凝固点与结晶点距离,△T越高,纺丝过程中凝固点和结晶点的距离越长,其高速可纺性就越好。

    抗紫外改性聚酯与普通半消光聚酯比较,其Tc低矮,熔融结晶峰的半高宽/峰高的比值大,△T高,结晶速度慢,因此高速可纺性优异,POY结构均匀性好,有利于后加工。

    (2)抗紫外改性聚酯切片的干燥

    在使用干燥机对聚酯切片进行预结晶干燥的过程中,为了防止DEG含量较高的抗紫外改性聚酯切片在预结晶过程中软化粘结,应采用较低的预结晶温度(165℃)、干燥温度(170℃)和较低的喂料速度(40%),还要使干燥塔有较高的料位(80%),尽可能延长干燥时间。这样,干燥后期切片含水率可以低于20ppm。经过干燥后,特性粘度由湿切片的0.670达到干切片的0.702,说明延长干燥时间有一定的增粘效果,为稳定纺丝工艺起到良好作用。

    (3)高速纺POY-DTY工艺条件

    l  纺丝工艺温度及冷却成形

    由于抗紫外改性聚酯切片的DEG含量较高,切片熔点较低,为了有利于高速纺丝成形,纺丝过程中温度要控制得低一些。

    抗紫外改性涤纶POY冷却成形条件同普通半消光涤纶POY相近。侧吹风温度22±2℃,风湿65±5%,风速0.4m/s。稍提高POY原丝含油率(提高喷油泵转速以加大给油量)有利于集束丝卷绕成型。

    l  纺丝组件及预过滤器的使用周期

    由于抗紫外改性聚酯属非均相共混体系,与普通半消光聚酯比较,无机粒子含量较高,灰分较多,部分粗大粒子易堵塞预过滤芯、组件过滤网,使预过滤器前后压差及组件内压力在较短时间内增高,缩短了预过滤芯和组件的使用周期。因此选择合理的组件、过滤材料及配比、预过滤精度,将组件的起始压力控制得比纺普通涤纶长丝要低一些是有利的。

    l  卷绕工艺

    采用3000m/min以上的纺丝速度,通过对辅助槽筒超喂率、卷绕张力以及卷绕头接触压力的合理调整,可以获得成型良好并具有良好退绕性能的卷装。纺制130dtex/36f的抗紫外改性涤纶POY时,辅助槽筒超喂至7.5~8%,卷绕头接触压力0.260/0.285Mpa。

    l  拉伸加捻工艺

    在高速拉伸假捻机上对抗紫外改性涤纶POY进行拉伸假捻加工时,仍可采用陶瓷摩擦盘,工艺条件与加工普通涤纶相近。将130dtex/36f抗紫外改性涤纶POY生产83dtex/36f低弹丝,工艺条件为:拉伸比R1.64,D/Y比1.8,第一加热器温度T1210℃,第二加热器温度T2190℃,卷绕速度600m/min。

    (4)纺丝拉伸FDY工艺条件

    纺制抗紫外涤纶FDY工艺条件与高速纺POY的条件基本一样。

    (5)抗紫外改性涤纶长丝的特性

    试样A:130dtex/36f抗紫外改性涤纶长丝(DTY)为纬纱、130dtex/36f普通涤纶长丝(DTY)为经纱,喷水织机交织生产的平纹织物;

    试样B:相同规格普通涤纶长丝(DTY)为经纬纱的平纹织物,均染红色;

    试样C:相同规格抗紫外涤纶长丝(DTY)大圆机纬编织物,白色。

    表11 织物遮蔽率

    试样

    遮蔽率(%)

    波长(nm)

    250

    300

    350

    380

    A

    B

    C

    99.6

    64.5

    98.6

    98.1

    83.6

    98.8

    95.3

    63.5

    96.1

    94.1

    52.3

    93.0

    由表中数据可知抗紫外改性涤纶具有优良的抗紫外线性能??棺贤飧男缘勇诔に恐镒贤庀哒诒温视胫锏慕峁?、密度以及染色染料有着密不可分的关系。

    4.2防紫外线后整理织物

    归纳日本市场上的防紫外线后整理织物如表11,这些产品多是从90年代初期开始投放市场的。

     

    表12 日本市场上的防紫外线后整理织物

    公司名称

    产品商标

    技术途径

    尤尼奇卡

    萨恩古兰

    用紫外线吸收剂对棉或涤棉织物进行整理

    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织物

    东丽

    泰阿萨纶

    用紫外线吸收剂对织物进行整理

    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

    敷岛纺织

    利卡嘎多

    以脂肪族多元醇与纤维素纤维相交联

    仓敷纺织

    密尔密瓦

    用有机紫外线吸收剂对棉和涤棉织物进行整理

    日东纺织

    坦西雅音

    用有机紫外线吸收剂对棉、棉麻和涤棉织物进行整理

    大和纺织

    利恩兹

    用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

     

     

    4.2.1防紫外线织物的加工方法

    防紫外线织物的加工主要是采用各种方法将无机和有机紫外线整理剂分别或共同对纤维、纱线或织物进行处理,并使之牢固结合。

    4.2.1.1后整理法

    将防紫外线整理剂和纺织品结合,以后整理法最为简单。后整理法应用最为广泛,常用于天然纤维、合纤及其混纺织物。

    (1)高温高压吸尽法

    一些与分散染料分子结构相近的防紫外线整理剂,可采用类似分散染料染涤纶的方法,在高温高压下吸附扩散进入涤纶。涤纶及涤棉混纺织物的抗紫外整理可以采用热熔法,选用分解温度较高的紫外线吸收剂与分散染料同浴,使抗紫外整理与热熔染色同时进行。

    (2)常压吸尽法 

    一些水溶性的紫外线吸收剂处理羊毛、蚕丝、棉以及锦纶纺织品,可采用常压吸尽法,类似于水溶性染料染色。有些紫外线吸收剂也可以采用和染料同浴进行一浴法染色防紫外线整理加工。  

    (3)浸轧或轧堆法

    这主要是用于纤维素纤维织物的方法。和染色一样,浸轧后烘干,或和树脂整理一起进行,采用轧——烘——焙工艺加工。轧堆方法特别适用和活性染料染色一起进行,经堆置使吸收剂吸附扩散进入纤维内部,在染色过程中完成处理。
     (4)后整理法注意点

    l  涤纶可用苯并三唑系或改性过的苯并三唑系紫外线吸收剂

    l  部分紫外线吸收剂可与树脂共同整理,可提高耐洗性。

    l  荧光增白剂加白织物,用紫外线吸收剂整理有时会影响白度,应加以注意。

    由于采用防紫外线整理剂的不同,处理浴浓度的不同,以及处理工艺条件和参数的不同,就形成质量不同的防紫外线制品。

    4.2.1.2涂层法

    涂层法可使紫外吸收剂和反射剂与涂层剂共同牢固地粘合在织物上。涂层剂可采用PA、PU、PVC和橡胶等。涂层技术使用的紫外线反射剂,大多是一些高折射的无机化合物,它们反射紫外线的效果与其颗粒大小有关。实验证明最适用涂层法防紫外线剂是有机类化合物,如北京洁尔爽高科技有限公司的生产的JLSUNÒ紫外线吸收剂SCJ-966,它处理织物的UPF值高达50,手感明显好于无机化合物,并且不影响织物色光。

    这种技术对纤维种类的适用性广,处理成本低,对应用技术要求不高,唯独对织物的耐洗牢度和手感有影响。如果采用泡沫涂层设备和工艺,则产品的手感柔软。

    涂层类防紫外线产品以阳伞、窗帘和帐篷较多。

     

    防紫外线织物的加工方法实例

    织物:纯棉漂白平布45×45  110×76

    实验

    1抗紫外剂UV  淡黄色乳液

    2进口紫外吸收剂A   黄褐色液体;

    3在水中,加入适量的高分子分散剂,搅拌溶解;然后加入纳米二氧化钛或氧化锌粉体,用高剪切搅拌器(转速10000~20000r/min)和超声波仪分散,再加入表面处理剂,升温,反应若干小时;最后用冰醋酸调节pH值至5~6,得到性能稳定的改性二氧化钛或氧化锌的分散液。在一定浓度的这种分散液中加入定量的带有活性基团的固着剂,再加入适量渗透剂JFC,配成整理工作液。

    4进口紫外吸收剂B  白色乳液;

    5 JLSUNÒ防紫外线整理剂SCJ-966和低温固着剂SCJ-939复配;SCJ-966外观为淡黄色液体,含固量为33%,PH值约为7,非离子性,可与水混溶。SCJ-939外观为白色乳液。

    五种整理液整理工艺流程

    漂染后织物二浸二轧工作液(轧液率70%)→烘干(100~105℃,2~5min)→焙烘(160~170℃,30s)

    测试方法

    1织物抗紫外线性能按AS/NZS 4399标准测试。

    2耐洗性测定

        参照JIS 217-103标准,将含有2g/l洗衣粉的洗涤液和测试织物放入洗衣机中,控制浴比1:30,水温40℃,洗涤5min,脱水,冷水洗2min,脱水,烘干。多次洗涤重复以上过程。

    结果与讨论

    经上述五种整理液整理及水洗40次后的各项指标检测如下:

    表13  紫外线透过率测试结果

     

    紫外线透过率(%)[280-400nm]

    整理后

    水洗40次后

    空白

    31.0

    33.2

    实验1

    8.5

    11.2

    实验2

    7.2

    10.0

    实验3

    5.0

    8.6

    实验4

    3.0

    3.9

    实验5

    1.1

    2.0

     

    由上表可看出,经实验5处理的效果明显优于其他配方。而且经SCJ-966整理的产品比其他同类产品有更高的防紫外线吸收率,吸收范围广,耐水洗性好,而且SCJ-966工作液整理不影响织物的色泽和手感,工艺操作简单,防紫外线指数UPF值高达50+,并且40次洗涤后UPF值仍为50+。另外,用SCJ-966整理还可以与纯涤纶织物或纱线的染色同浴进行。

    大样试验

    经过以上比较实验,我们在此选用JLSUNÒ防紫外线整理剂SCJ-966对漂白纯棉平布进行生产实践,经过反复实验,得出最佳工艺。

    织物:JC 纯棉漂白平布32×32  110×90  125g/m2

    浸轧法整理

    工艺配方(轧液率70%):

    防紫外线整理剂SCJ-966        30g/l

    低温固着剂SCJ-939            30g/l

    化料操作(配制500l溶液):

    首先在化料桶内加入约400L水,搅拌加入SCJ-966,再加入SCJ-939,搅拌均匀,最后加水至500L,继续搅拌(化料桶的放料管加过滤袋)。

    工艺流程

    漂染后织物二浸二轧工作液(轧液率70%)→烘干(80~110℃,2~5min)→焙烘(160~170℃,30s)

    测试结果

          UVA波段(315-400nm)平均透过率(%)   0.1

    UVB波段(280-315nm)平均透过率(%)         1.1

    UPF平均值                                 650.9

    紫外遮挡系数.UPF                            50+

     

     

     

    第5节防紫外线测试方法和产品标准

    5.1防紫外线性能评价方法

    5.1.1直观法

    即分别使用防紫外线织物和相同材质的非防紫外线织物覆盖皮肤,通过照射紫外线进行直接的对比观察。

    5.1.2变色褪色法

    简易变色法是用来比较不同织物防紫外线性能的、定性的测试方法。是在不同的织物试样下面垫着相同的感光纸,然后放在太阳光下(或人造光源下)暴露15-30s,再把感光纸定影处理后比较其颜色浓淡。感光纸色淡的,显然感光少,其上的织物防紫外线性能高。要提高可比性,这种方法和测试人体防晒系数一样最好采用紫外灯代替变化较大的太阳光源,以便于交流试验结果。采用耐晒牢度标准卡还可使测试结果具有定量性。把被测织物覆盖在耐晒牢度标准卡上,用紫外线灯在距试样50cm处照射,分别测出标准卡达到一级变色的时间,可进行定量分析。

    5.1.3分光光度计法

    该方法应用积分球式分光光度计,通过测定各种布料试样的分光透过率曲线,可以判定各波长的透过率。也可以用面积比求出某一紫外线区域的平均紫外线透过率。

    这种方法又分为全波长域平均法和特定波长平均法,前者是选取全部紫外线区域,求其透过率平均值;后者则是选取指定波长进行测量,比如在红斑效应最大的305nm、360nm处进行测量,再取平均值。

    用这种方法测试时,对于有荧光的试样,测量时受光前部要安装荧光过滤片。

    5.1.4紫外线强度累计法

    紫外线透过有一个累计问题,紫外线少时延长测量时间和紫外线多时缩短测量时间,测得的累计量几乎相同。为此,采用紫外线强度累计法测量更有实用意义。其方法是用阳光式紫外线灯照射放在紫外线强度累计仪上的织物,按给定时间照射,测定出通过布料的紫外线累计量(Q)。并在未放布料的状态下,测定相同给定时间的紫外线累计量(Q0)。然后进行计算:

        紫外线透过率=(Q/ Q0)×100%

        紫外线遮蔽率=(1-Q/ Q0)×100%

    在这一测量中,所谓给定时间是使Q0不超过10J/cm2的时间。

        分光光度计法和紫外线强度累计法都属于UV仪器测试法。

    对于测量方法,由于测量仪器不同而使测量值不同。通过比较不同测量方法对相同防紫外线织物屏蔽率测定平均值之差,发现分光光度计全波长域平均法最小,为1.9%;分光光度计特定波长平均法最大,为10.9%;紫外线强度累计法为6.6%。

    由此可以认为,采用分光光度计全波长域平均法比较准确,宜作为统一的测试方法。

    5.2影响紫外线性能测试结果的因素

    5.2.1产品的荧光效果

    在测试过程中,纺织品上的染料或白度剂可能会发荧光,这样将影响测试结果的准确性。因此,应当采取措施,如考虑增加滤片等手段,减小荧光的影响。

    5.2.2 试样的均匀性

    由于纺织产品的不均匀性,选择试样时应加以注意:
    1不同染料和不同颜色有不同的光谱区中的消光系数将决定它增加织物UPF的能力。一般来说,对于相同织物和染料,色泽越深,织物的UPF越大。因此对不同颜色构成的织物,每种颜色都应试验。并且应以最低值报告。
    2织物的覆盖系数影响UPR的透过率,因此当同一样品上有不同结构时,应当取覆盖系数最?。ㄈ缱钏缮⒔峁梗┑那蜃魑?。
    3不同类型织物组成的产品,如不同原材料,也应分别测试。这是因为不同纤维对UPR的吸收性能不同。

    5.2.3试样的前处理

    对试样是否需经水洗会对如棉、丝和粘胶等织物产生收缩,使纱线间的孔隙变得更小。

    5.2.4 试样状态

    应规定在试样干态下测定。当样品润湿时,如汗或水(海水、淡水、游泳池的水等),一般UPF都会降低。当水充满织物的孔隙时,使光的散射比孔隙中为空气时少,由于折射指数的不同,因此织物会透过更多的紫外线。

    5.3防紫外线效果评定指标

    防晒品大多标有SPF或PA:SPF(Sun Protection Factor)是显示防止UVB伤害的防晒效果数值,PA(Protection UVA)则是指防止UVA到何种程度的指标。

    一般人对SPF较熟悉,不过由于皮肤医学专家不断提出警告,强调UVA虽然不易晒伤皮肤,但会引起肌肤老化及病变,所以PA标识也越来越受到重视。

    5.3.1 SPF(SPF抵御UVB)

    防晒系数或防晒倍数SPF(Sun Protection Factor),用于评估防晒产品抵御UVB的效果。SPF值的高低从客观上反映了防晒产品对紫外线UVB防护能力的大小。测定SPF值时,在选定的一块皮肤上涂抹防晒品,另一块皮肤则不涂任何产品。然后用UVB分别照射直至两块皮肤都出现红斑,并记录两种条件下不同的紫外线照射时间,其比值就是该防晒品的SPF值。

    SPF防晒系数的数值适用于每一个人,其计算方法是:假设紫外线的强度不会因时间改变,一个没有任何防晒措施的人如果待在阳光下20分钟后皮肤会变红,当他使用SPF15的防晒品时,表示可延长15倍的时间,也就是在300分钟后皮肤才会被晒红。

    SPF值计算公式

    SPF=涂抹防晒品皮肤的MED/未涂抹防晒品皮肤的MED

    *MED(Minimal Erythema Dose)最小红斑量,指引起最轻微可见红斑(泛红)所需的紫外线最低剂量(J/m2)或最短照射时间。

    可以看出SPF值越大,抵御UVB的能力越强。一个SPF值为15的防晒产品,可理解为能使皮肤的抗晒红、也就是抵御UVB的能力提高了15倍。

    棉质衣服的SPF值约为15-40;聚酯浅色衣服的SPF值约为7-10针织浅色衣服的SPF值约为4-9。

    5.3.2 PA(PA抵御UVA)

    对于UVA防护效果的评价,目前国际上还没有一个比较统一的测定方法。有些国家参照SPF值的测定方法使用“人体斑贴实验”测定PFA(Protection Factor of UVA)值,然后转换成PA分级方法来表示防晒品对UVA的防护效果。测定时使用UVA光源,分别照射皮肤直至出现黑化或色素沉着,记录并对比时间。

    PFA值计算公式:

    PFA=涂抹防晒品皮肤的MPPD值/未涂抹防晒品皮肤的MPPD值

      * MPPD(Minimal Persistent Pigmentation Dose),黑化或色素沉着量。MPPD指引起可见黑化或色素沉着量所需的紫外线最低剂量(J/m2)或最短照射时间。

    与SPF的定义类似,一个PFA值为5 的防晒产品,可理解为能使皮肤的抗晒黑、也就是抵御UVA的能力提高5倍。

    但通常来讲,抗UVA的防晒系数会以PA来表示,这是一种分级式的表示方法。它将测定出的PFA值按照一定的对应关系,转换成PA。PA后面紧跟+号,+号越多,代表抵御UVA的能力越强?!?/p>

    PA则是1996年日本化妆品工业联合会公布的「UVA防止效果测定法标准」,是目前日系商品中最广被采用的标准,防御效果被区分为三级,即PA+、PA++、PA+++。PA+表示有效、PA++表示相当有效、PA+++表示非常有效。

    表12 PA和防护等级分类表

    PFA

    防晒系数

    抵御UVA能力

    2~4

    PA+

    低效防护

    4~8

    PA++

    中效防护

    8以上

    PA+++

    高效防护

     

    5.3.3 UPF

    紫外线防护系数UPF(UV Protection Factor)是皮肤无防护时计算出的紫外线平均效应与试验织物?;てし羰奔扑愠龅钠骄вΦ谋戎?。UPF值越大,表明防紫外线性能越好。

    国际防辐射协会(IRPA)颁布了日晒剂量限值准。日晒剂量限值可换算成日晒时间限值。以澳大利亚最大的城市悉尼为例,1月份(夏季)超过IRPA规定限值的时间约为12min。例如一个人穿着UPF为20的服装,其持续日晒时间为12min×20=240min(4hr)。人的皮肤无论使未加防护露晒12min,还是在?;ぷ刺律?40min,其皮肤接受的UVR(紫外线辐射)总剂量相同。

    一般采用以下公式计算:
    UPF=∑SλEλ/∑SλEλTλ

    式中:

    λ-光波波长;

    Sλ一紫外辐射在各波长段的致红斑效应;

    Eλ一紫外辐射在各波长段的强度;

    Tλ一紫外辐射在各波长段的透过率;

    Sλ和Eλ由测定资料提供,因此测定防辐射织物时,UPF值与Tλ为双曲线函数关系。

    新出台的国家标准规定:只有当UPF>30时,并且UVR的透过率小于5%时,才能称为防紫外线产品,防护等级标识为UPF30+;而当UPF>50时,则表明该产品的紫外线防护性能极佳,防护等级标识为UPF50+。

    表13  UPF值及防护等级分类表

    UPF等级

    防护等级

    防紫外线百分率

    15,20

    较好防护

    93.3%~95.8%

    25,30,35

    很好的防护

    95.9%~97.4%

    40,50,50+

    极佳的防护

    >97.5%

     

     

    一般SPF和PA用于化妆品行业,而UPF用于纺织行业。

    5.3.4 UVR透过率

          有试样时的UVR透过辐射强度与无试样时的UVR透过辐射强度之比。该指标为采用紫外线强度计改造的仪器测试采用指标。

    5.3.5 UVR透过率平均值

    测得的试样对不同波段光谱透过率TUVA和TUVB的算术平均值。
      TUVA:波长315~400nm时的透过百分率
      TUVB:波长290~315nm时的透过百分率

    5.3.6 UVR遮挡率(或阻断率)

    计算公式为:(%)=100-TUVA
               (%)=100-TUVB

    5.3.7 UVR透过量减少率

    该指标可作为工艺研究或工艺调试过程中评价防紫外整理的加工效果的指标,即未经整理和经过整理的织物紫外线透过率差值与未经整理织物的紫外线透过率的比值。

    1994年,日本通产省生活产业局组织市场调研,分别选取24件防紫外线织物制品和23件相同材料的非防紫外线织物,测试紫外线屏蔽率。结果是,在标明防紫外线的织物制品中,遮蔽率为38.2~95.2%,参差不齐;而对于非防紫外线的传统制品中,遮蔽率竟然也达到28.8~81.9%。

    分析这一结果后认为,仅凭遮蔽率还不能评价防紫外线功能的附加效果,应该引入紫外线透过量减少率的概念。

    紫外线透过量减少率等于传统制品透过量与防紫外线织物透过量的差值与传统制品透过量的百分比。

    按照这一计算方法,实测防紫外线织物透过量的减少率在50%以上者为11件。

    通过分析实测样品的遮蔽率和透过量减少率的测试结果,日本人提出了评价防紫外线织物性能的标准。这一标准包括两个方面,首先是要满足紫外线透过量减少率达到50%的要求,然后再根据绝对遮蔽率进行等级划分。一般分为三类:

    遮蔽率在90%以上者为A级;                                                           

    遮蔽率在80~90%者为B级;

    遮蔽率在50~80%者为C级。

    这种调研和规范,对统一防紫外线织物的行业管理提供了具体的指导。

    5.4防紫外线产品质量标准

    目前防紫外线测试方法尚无统一的国际标准,由于澳大利亚和新西兰受紫外线的辐射较为强烈,人们对紫外线辐射造成的危害更为关注。早在1990年,澳大利亚就提出了太阳镜紫外线防护标准,1993年澳大利亚和新西兰提出了防晒霜的相关标准。有关抗紫外线防护服测试标准,1996年澳大利亚和新西兰首先提出了AS/NZS 4399。

    目前国内外的相关标准有:

    澳大利亚/新西兰标准AS/NZS 4399-1996日光防护服评定和分级

    美国标准AATCC183-1998紫外线透过织物的透射比和阻截率试验方法

    美国在同年(1998年)还提出了相关的ASTM草案D13.65

    英国标准BS7914-1998紫外线透过织物的穿透性试验方法

    欧盟标准prEN 13758-2001 纺织品日光紫外线防护性能

    中国标准GB/T 17032-1997 纺织品织物紫外线透过率的试验方法

    中国标准GB/T 18830-2002 纺织品防紫外线性能的评定

    1997年德国的霍恩斯坦(Hohenstein Institute)提出UV 801标准,以评估纺织品的抗紫外线性能;授予合格的纺织品以防紫外线辐射标签。

    1999年英国又制定了BS7949:1999儿童服装抗紫外线辐射性能的产品标准,规定儿童的上衣、内裤和全身衣服的紫外线透过率不超过2.5%。

     

     

    表14 国外对抗紫外线产品控制要求的程度

    项目

    澳大利亚                美国                英国

    强制程度

    标牌

    法定标签

    对抗紫外产品控制        可选          对儿童服装制定方针

    有                      无                   无

    有                      无               对儿童服装有

     

     

     

    表15 不同国家测试方法的比较[11]

    项目

    GB/T17032-1997

    AS/NZS 4399-1996

    AATCC 183-1998

    BS 7914-1998

    范围

    该标准测定纺织品的紫外线透过率。适用于各类织物。

    该标准用于确定紧贴于皮肤的防护纺织品、服装和其他防护用品(如帽子)的紫外线透射率,也提出了对紫外线辐射标签的要求。不包括防晒霜、建筑及遮阳用蓬布、太阳镜、伞等;也不用于非太阳光紫外线辐射源。

    该标准用于测试织物阻隔或透过紫外线的能力。该方法也可用于测试湿的和/或可伸长的织物,但不是本标准的内容。

    该标准用于测试紧贴于皮肤灼伤的紫外线透过率,不包括抗紫外线产品的设计、防晒霜、太阳镜、遮阳棚布和伞用织物。

    样品规格及数量

    尺寸和大小满足仪器的要求??刹患舨?,或剪裁后大于Φ20mm。

    至少4块样品。为保证样品的代表性,离边部5cm的样品不要;样品干燥、不扭曲。

    至少测试50×50mm或Φ50mm的样品2块。样品干燥;、不扭曲。每次测量的量与上一次相交450,每样测试3次。

    对于均匀的样品,每样至少测试4次。对于非均匀样品,对每一种颜色和组织测试2次。

    样品测试数量

    10

    4

    6

    4

    测试条件

    三级大气

    测试需在20±5℃,50±20%相对湿度的测试环境下进行,样品不需预调湿。

    预处理每一个样品在21±1℃,50±20%下至少4h

    预处理每一个样品在20±2℃,50±20%下至少16h

    样品的选择

    避开边缘10cm以上

    如果样品不均匀,需要较多取样(如不同颜色、印花和纤维含量)1如果一件衣服有多种颜色,应测试不同颜色,报告最低的测试值;2如果一件衣服有不同的组织,取最小的覆盖系数的部位(如最敞开的结构);3有衬里的衣服,衬里与面料一起测试。

    测试每一个可能的颜色或结构(面积尽可能覆盖有孔径的地方)

    测试每一个颜色和组织

    测试波长间隔

    5nm

    2nm

    5nm

    UVR波长范围

    280~315nm

    290~400nm

    280~400nm

    290~400nm

    结果

    透过率T,变异系数

    UPF,UVA和UVB,标准偏差,UPF的级数

    UPF,T(UVA),T(UVB)

    最高的P值

     

    各国标准相比较:

    1对不同测试方法的比较可以看出,纺织品抗紫外性能测试原理基本相同。GB/T17032为UVB波段(主峰波长297nm)的透过率;BS 7914测试结果为三个波段的紫外线透过率;BS 7914测试结果为三个波段的紫外线透过率;AS/NZS 4399和AATCC 183测得平均值及TUVA,TUVB。

    2不同方法对测试的温、湿度环境要求有差异,其差异对同一织物的测试结果的影响程度有待进一步研究。AS/NZS 4399、AATCC 183、BS 7914测试样品要求均为干燥、不扭曲,且为皮肤紧密接触的织物。

    3AS/NZS 4399、AATCC 183 、BS 7914对试样测试应视颜色、组织等因素而进行选择。GB/T17032适合于任何织物。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    参考文献

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    2.R.Teichm ann 等.防紫外线整理.国外纺织技术.2000(9).P32-34

    3.赵家祥.日本开发防紫外线织物的现状.1998(4)P43-47

    4. 夏季正确防御紫外线的知识 日本《自然与健康》2005(7)

    5.翁泰文.防紫外线整理织物的研究.印染.1995(8).P5-9

    6.张剂邦.防紫外线织物(一).印染.1996(2).P39-44

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    9.张永久 冯爱芬.棉织物抗紫外线整理剂UV-R的研制.纺织学报.2004(2).P95-98

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     11.吴雄英 纺织品抗紫外线辐射性能的测试方法比较 印染2001(2)P38-41

    12.白刚 刘艳春 真丝织物防紫外线多功能整理 丝绸2002(9)P20-22

    13.杨栋梁. 紫外线屏蔽整理的近况 印染2002(3)P38-43

    14.林大林 渠东梅 金志成 抗紫外改性聚酯的高速纺长丝试验 合成纤维2001(5)P32-34

    15.万震 刘嵩 李克让 防紫外线织物的最新研究进展 印染2001(1)P42-44

    16.曲琨玲 金晓东 王万秀 防紫外线纺织品的开发技术及研究方向 针织工业2001(2)P90-92

    17.商成杰 纺织品防紫外线整理的探讨与实践 印染1999(8)P39-40

    18.沈勇 秦伟庭 张惠芳 丁颖 王黎明 改性纳米氧化物的抗紫外整理研究 印染2003(9)P1-4


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