抗紫外整理 結題20120920.doc

抗紫外助劑效果研究1前言部分1.1紡織品抗紫外處理的必要二十世紀以來，隨著碳氟系溶劑和氟里昂的大量使用，使地球大氣層中臭氧層遭到嚴重的破壞，到達地球表面的紫外線不斷增加，造成對人體健康的危害更令人擔憂。紫外線是波長為180400nm的電磁波，適量的紫外線輻射具有殺菌作用并能促進維生素D的合成，有利于人體健康，但在烈日持續(xù)照射下，人體皮膚會失去抵御能力，易發(fā)生灼傷，出現(xiàn)紅斑或水皰，過量的紫外線照射還會誘發(fā)皮膚病，會導致皮膚癌、白內(nèi)障，抑制人體免疫系統(tǒng)。據(jù)科學家預測到2050年大氣平流層臭氧量將會減少約20左右，到那時紫外線將會給人類健康帶來更大的危害。因此，人們開發(fā)了具有防紫外線功能的纖維及其紡織品。1.2抗紫外線機理從光學原理上講，當光射到物體上，有一部分在表面上反射，一部分被物體吸收，其余的則透過物體，在一般情況下，透過率+反射率+吸收率100%因此，反射率和吸收率增大，透過率就減少，對紫外線的防護性就越好。紡織品抗紫外線加工的原理是在纖維或織物上添加紫外線屏蔽劑，反射或有選擇性吸收紫外線，并進行能量交換，以熱量或其他無害低能輻射將能量釋放或消耗，從而將紫外線遮斷，使之具有抗紫外的效果。1.3 影響紡織品抗紫外線效果的因素影響紡織品吸收或反射紫外線的因素很多，主要有以下幾種：（1）纖維材質(zhì)：紡織品防紫外線性能受到纖維本身基質(zhì)以及人工附著于纖維的有機或無機材料的影響。棉、真絲等天然纖維對紫外線的吸收能力低，因而防紫外線性能就差；毛則稍為好一些；成纖維對紫外線的吸收能力強于天然纖維，其中滌綸最強。（2）織物結構：結構稀松的織物，其覆蓋系數(shù)很低，光線受到有限的遮蔽，因而很容易通過；在同樣密度的條件下，織物越厚重，紫外線也就越不易透過。（3）染料：不同的染色和未經(jīng)染色的高分子紡織材料對光譜的吸收是不同的，不同性質(zhì)的染料其分子結構不同，對光譜的吸收也就不同。通常情況下，紡織品經(jīng)同一類染料染色越深，對紫外線的遮蔽性能就越好。（4）后整理：將抗紫外助劑通過染整或涂層工藝整理于織物上，使織物的防紫外線功能大大加強。1.4抗紫外線整理劑的種類抗紫外產(chǎn)品的作用機理有兩種：屏蔽作用和吸收作用，相應地把抗紫外產(chǎn)品分為紫外屏蔽劑和紫外吸收劑。紫外屏蔽劑大多為無機類紫外線整理劑，又被稱作紫外線反射劑，主要通過對入射紫外線反射或折射，而達到防紫外線的目的。它們沒有光能的轉(zhuǎn)化作用，只是利用粘合劑與纖維或織物結合，增加織物表面對紫外線的反射和散射作用，進而防止紫外線透過織物，達到抗紫外的效果。典型的如Ti02、ZnO、Al2O3、高嶺土、滑石粉、和炭黑等。這些具有紫外線屏蔽功能的無機物材料，具有無毒、無味、無刺激性、熱穩(wěn)定性好、不分解、不揮發(fā)、紫外線屏蔽性好等性能，是高效安全的紫外線防護劑。目前最常用的無機類紫外線屏蔽劑是納米氧化鋅粒子，它除了具有良好紫外線屏蔽作用外，還具有抑制細菌和真菌等繁殖和防臭的功能。紫外吸收劑一般多為有機類助劑，又稱紫外線吸收劑，顧名思義這類物質(zhì)能吸收紫外線，并將其轉(zhuǎn)換為低能量的熱能或波長較短的電磁波，從而達到防紫外線輻射的目的。理想的紫外線吸收劑大多具有共軛結構和氫鍵，吸收紫外線后能轉(zhuǎn)化成熱能等，同時產(chǎn)生氫鍵成互變異構。目前紡織品上應用的有機類抗紫外線吸收劑種類很多，主要有水楊酸酯類化合物、金屬離子螯合物、二苯甲酮類化合物、苯并三唑類化合物、反應型紫外線吸收劑等。1.5抗紫外整理加工方法（1）紡絲法將紫外吸收劑或紫外散射劑加入到紡絲原液中，從而制得防紫外纖維。要求紫外吸收劑和紫外散射劑與纖維的相容性要好。（2）染色同浴法滌綸用紫外吸收劑分散液中的紫外吸收劑具有疏水性，對滌綸纖維有一定的親和力，因而采用滌綸的高溫高壓染色工藝，與分散染料染色同浴進行。這個加工方法的染浴組成一般是由分散染料、分散劑、抗紫外助劑等組成。（3）印花法可將紫外吸收劑加入到印花色糊中，與染料同漿印花。由于汽車內(nèi)裝飾織物對耐光牢度的要求很高，故國外在其織物印花時多將紫外吸收劑與高耐光染料同漿印花。（4）軋烘焙法這種方法對各種織物均適用。水溶性的紫外吸收劑能在親水性纖維上發(fā)生吸著，不溶性的紫外吸收劑分散液中的紫外吸收劑也能在高溫下在疏水性纖維上發(fā)生吸著。其機理類似于分散染料的熱熔染色。分散液中的無機散射劑除能在纖維上有一定量的吸附外，還能依靠添加的粘合劑粘合在織物上。（5）微膠囊整理將紫外線吸收劑用微膠囊技術制成微膠囊，其囊衣以高分子聚合物，如苯乙烯、丙烯酸酯為佳，采用邊聚合邊微膠囊的方法制成微膠囊。將紫外線吸收劑包于囊芯，然后用粘合劑及交聯(lián)劑將微膠囊固著在織物上，可制成紫外線屏蔽率達85%以上的紡織品，微膠囊可以緩釋紫外線吸收劑，從而達到長效防紫外的目的。（6）涂層法在涂層劑中加入適量的抗紫外線助劑，在織物表面進行精細涂層，然后經(jīng)烘干及必要的熱處理，在織物表面形成一層薄膜以達到抗紫外防曬功能。此法雖使耐洗牢度及手感受到影響，但對纖維種類的適用性廣，處理成本低，對應用技術和設備要求并不高，簡單易行。較厚重的服裝面料以及遮陽傘、帳篷等選擇涂層的加工方法較為合適。1.6我公司布料抗紫外整理的現(xiàn)狀以及問題目前我公司印花分廠織物抗紫外整理是采用抗紫外助劑UV-326進行處理，UV-326抗紫外效果好，但是對素色布及淺色布料進行抗紫外處理時，會發(fā)生色（黃）變，影響布料的顏色外觀，達不到客戶的要求。此外，車間對一些布料處理當中還常用涂銀膠、黑膠來提高布料的抗紫外性能。因此需要尋找一種新的抗紫外助劑來替代或者與UV-326進行復配來提高素色布料的抗紫外性能，并且做到不發(fā)生或發(fā)生少量色變。2 實驗部分2.1實驗方案的確定結合抗紫外機理以及我公司對布料處理的工藝中我們可以看出，抗紫外助劑的加入應該選在染色或涂層工藝步驟中。由于坯布在染色之后，需要經(jīng)過定型拉伸，這樣會導致孔隙率的增大（孔隙率指孔隙體積對總體積的比值，它是衡量孔隙大小的一個指標）?？紫堵试酱?，紫外光透過率越大，織物的防紫外性能就越差。本廠所用的都是滌綸織物，都要經(jīng)過定型工序，所以染色同浴法不適用。此研究方案，染色同浴法僅做參考，重點是涂層法的研究?？紤]到影響抗紫外效果的因素，染色同同浴法中，我們選用未做染色的春亞紡和180TZ滌絲紡做為實驗基材，主要觀察其抗紫外效果；涂層法中選用已增白防水的春亞紡為實驗基材，觀察整理后的抗紫外能力以及色變情況。另外，在涂層法中，黃變現(xiàn)象突出，為了便于用數(shù)據(jù)展現(xiàn)，我們采用白度值做為依據(jù)，通過對實驗布樣的觀察，以及查閱資料，定為白度值110為可接受白度。2.1.1抗紫外助劑UV-326（印花分廠現(xiàn)用助劑） CTA-765、CTA-760A、FK-766（中紡化工提供） UV-SUN CUT-01（亨斯邁提供） 注：CTA-760A和UV-SUN CUT-01可溶于水，可用于染色同浴和涂層法；其余均不溶于水，僅適用于涂層法。其中，為了有所對比，UV-326亦加入染色同浴。2.1.2加工方法（1）染色同浴法染浴組成： 春亞紡（坯布）、180TZ滌絲紡、抗紫外助劑（1%5%）o.w.f、浴比1:50工藝流程：70 始染，以2 /min的升溫速度升溫至135 ，保溫60min降溫，水洗，燙平，涂層（PA膠、150 90s）。（2）涂層法 涂層組成：春亞紡（已增白防水）、PA膠、抗紫外助劑（1%5%） 工藝流程：把一定用量抗紫外助劑加入PA膠中，刮樣，焙烘（150 90s）2.2各種抗紫外助劑效果研究2.2.1 UV-326抗紫外效果的研究紫外線吸收劑UV-326是苯并三氮唑類紫外線吸收劑中較有代表性的一種。其優(yōu)點是性能穩(wěn)定、毒性低、紫外線吸收能力強，可以廣泛用于感光材料如彩色膠卷和高分子聚合物外防護涂層等許多領域。淡黃色粉末狀。表1 UV-326的抗紫外效果 整理方法織物種類染色同浴涂層春亞紡180TZ滌絲紡春亞紡（已增白防水）UV-326（%）UPFUVAUPFUVAUPF白度01234515.6643.1849.2654.2553.0068.8218.34%3.37%2.93%2.22%2.31%1.50%9.9716.7418.5421.5826.4327.9330.16%9.86%9.00%6.95%5.28%4.44%14.12116.89141.37177.89189.24187.33176.81129.22109.06108.53105.4896.93 0501001502000123456UV-326用量（%）UPF染色同浴 春亞紡（坯布）染色同浴 180TZ滌絲紡涂層 春亞紡（增白）040801201602000123456UV-326用量（%）UPF04080120160200UPF白度白度圖1 UV-326染色、涂層效果對比 圖2 UV-326對織物白度、抗紫外效果的影響通過表1的數(shù)據(jù)我們可以看出，在染色同浴中加入抗紫外助劑UV-326，對春亞紡和180TZ滌絲紡抗紫外效果有一定的改善，但是180TZ滌絲紡經(jīng)過處理之后抗紫外效果不理想，達不到國家抗紫外標準。如圖1所示，采用涂層法的抗紫外效果遠好于染色同浴法。從圖2可知，在涂層法中，隨著UV-326用量增加，UPF值逐漸增大，白度值逐漸減小，即抗紫外效果越好，黃變越嚴重。當用量為1%時，可以滿足抗紫外效果和白度要求。2.2.2中紡CTA-765抗紫外效果的研究 納米抗紫外整理劑CTA-765是采用紫外線吸收劑制備而成，廣泛用于棉、絲、粘膠、麻、毛及其混紡織物的防紫外整理。淡黃色微固體顆粒，不溶于水。此助劑由中紡化工股份有限公司提供。表2 中紡CTA-765的抗紫外效果整理方法織物種類染色同浴涂層春亞紡180TZ滌絲紡春亞紡（已增白防水）CTA-765（%）UPFUVAUPFUVAUPF白度01234515.6628.3232.7635.1543.8941.7118.34%10.75%9.53%8.28%7.23%7.16%9.9714.3116.4917.5018.5422.1230.16%23.41%28.33%18.86%16.52%15.12%14.1250.5182.52109.88101.50100.94176.81135.58134.97119.27113.59103.130501001502000123456CTA-765用量（%）UPF染色同浴 春亞紡（坯布）染色同浴 180TZ滌絲紡涂層 春亞紡（增白） 040801200123456CTA-765用量（%）UPF04080120160200UPF白度白度圖3 CTA-765染色、涂層效果對比 圖4 CTA-765對織物白度、抗紫外效果的影響通過對表2和圖3的觀察我們可以看出，在染色同浴中加入抗紫外助劑CTA-765，對春亞紡和180TZ滌絲紡抗紫外效果沒有明顯改善；在涂層時加入抗紫外助劑CTA-765能有效提高春亞紡的抗紫外效果，用量在3%以上UPF可以達到100+，UVA小于5%。從圖4可以得出，在涂層法中，隨著CTA-765用量增加，UPF值逐漸增大，白度值逐漸減?。划斢昧砍^3%時，UPF值趨于不變，白度變化趨緩。2%-3%用量是CTA-765的最佳用量。2.2.3亨斯邁UV-SUN CUT-01抗紫外效果的研究 亨斯邁UV-SUN CUT-01是基于N,N-二苯基乙二酰胺的反應型紫外線吸收劑，陰離子型，淺米色乳液。5%溶液的PH值 4-5 ，在硬水及一般濃度電解質(zhì)溶液中都很穩(wěn)定。與滌綸的親和性高，適用于高溫染色過程，連續(xù)浸軋，熱溶染色，直接印花。即使熱定型后，仍能最大程度地屏蔽紫外線，極高的耐水洗及耐光穩(wěn)定性，對織物的色光變化影響小。表4 亨斯邁UV-SUN CUT-01的抗紫外效果整理方法織物種類染色同浴涂層春亞紡（坯布）180TZ滌絲紡春亞紡（已增白防水）CUT-01（%）UPFUVAUPFUVAUPF白度01234515.6635.7738.4938.9038.9543.1118.34%8.01%6.92%6.77%6.47%5.88%9.9712.5213.0513.7513.9614.0830.16%23.61%21.37%20.83%19.39%18.95%14.1227.5537.7959.1563.4974.89176.81175.23163.84158.68161.04161.430204060801000123456亨斯邁CUT-01用量（%）UPF染色同浴 春亞紡（坯布）染色同浴 180TZ滌絲紡涂層 春亞紡（增白） 0204060800123456亨斯邁CUT-01用量（%）UPF150160170180UPF白度白度圖6 CUT-01染色、涂層效果對比 圖7 CUT-01對織物白度、抗紫外效果的影響通過對表4及圖6的對比來看，抗紫外助劑CUT-01在染色同浴法中對春亞紡有改善，對180TZ滌絲紡沒有明顯改善；涂層法的效果優(yōu)于同浴法。從圖7中可知，在涂層時加入CUT-01能有效提高春亞紡的抗紫外效果，而且白度值較高，可達160左右。當用量在3%以上時，UPF可以達到60+，UVA也小于5%。2.2.4中紡CTA-760A抗紫外效果的研究納米抗紫外線整理劑CTA-760A為納米無機復合物，廣泛用于棉及混紡制品的抗紫外線整理。微帶藍光的白色液體，與水混溶，PH值為3-4，不可與堿性物質(zhì)同浴整理。由于此助劑屬于無機類抗紫外整理劑，對纖維無親和力，只能在涂層時使用。表3 中紡CTA-760A的抗紫外效果CTA-760A用量（%）春亞紡（已增白防水）UPF白度01234514.1218.4117.7517.3818.9119.39176.81174.721176.628175.686173.898172.672510152025300123456CTA-760A用量（%）UPF150160170180白度UPF白度圖5 CTA-760A對織物白度、抗紫外效果的影響通過圖5和表3可知中紡CTA-760A的UPF值小于20，整體抗紫外效果很差，無法達到抗紫外標準，但白度較高，經(jīng)過CTA-760A處理之后白度仍將近可以達到170以上，黃變甚微。2.2.5中紡FK-766抗紫外效果的研究FK-766介紹表5 中紡FK-766的抗紫外效果FK-766用量（%）春亞紡（已增白防水）UPF白度01234514.1253.4277.3183.8790.6695.63176.81166.20155.41153.84152.44146.610204060801000123456FK-766用量（%）UPF120140160180200UPF白度白度圖8 FK-766對織物白度、抗紫外效果的影響通過上述表格可以看到，隨著中紡FK-766用量增加，UPF值逐漸增大，白度值逐漸減小。整體上，中紡FK-766的抗紫外效果較好，白度值也在150以上，色變較小。由此可見FK-766可以用作素色布料的抗紫外助劑。2.3 助劑間的對比研究經(jīng)上述涂層實驗，我們將相關數(shù)據(jù)整理，得到圖9和圖10的對比，借此觀察上述抗紫外助劑的優(yōu)劣。0501001502000123456助劑用量（%）UPFUV-326CTA-765亨斯邁760AFK-766901101301501701900123456助劑用量（%）白度UV-326CTA-765亨斯邁760AFK-766圖9 助劑間抗紫外效果UPF對比 圖10 助劑間對織物白度影響的對比 從圖9可以看出，印花分廠現(xiàn)用的UV-326抗紫外效果最好，中紡CTA-765、中紡FK-766以及亨斯邁UV-SUN CUT-01有一定的抗紫外效果，中紡CTA-760A達不到抗紫外標準。通過圖10可知，整體上中紡CTA-760A的白度變化最小，UV-326變化最大，其余助劑隨著用量的增加，白度降低。綜上所述，中紡CTA-765、中紡FK-766以及亨斯邁UV-SUN CUT-01在一定的用量條件下，可以在滿足抗紫外要求，同時控制黃變在可接受的范圍內(nèi)。2.4 復配抗紫外助劑的研究印花分廠選用的UV-326抗紫外效果好，成本較低，缺點是經(jīng)涂層整理后，黃變嚴重?，F(xiàn)選用黃變較小的中紡CTA-765和亨斯邁UV-SUN CUT-01與之復配，定為組和組，觀察抗紫外效果，對比二者之間抗紫外效果以及白度的差距。涂層工藝：春亞紡（已增白防水）、PA膠、防紫外助劑3% 工藝流程：把抗紫外助劑加入PA膠中，刮樣，烘干（150 90s ） 助劑配比：1:1，1:2，1:3，2:1，3:1表6 復配抗紫外助劑的抗紫外效果復配物復配比值組 CTA-765:UV-326組 亨斯邁CUT-01:UV-326UPF白度UPF白度新助劑X 3%1:11:21:32:13:1UV-326 3%109.88136.54159.73167.91126.82114.01177.89119.27112.31104.23105.69110.93115.24108.5359.1578.54115.51111.8272.0971.97177.89158.68119.72112.94112.61122.49130.50108.5350100150200新助劑X 3%1：11：21：32：13：1UV-326 3%復配比例UPF亨斯邁:326765:32680100120140160180新助劑X 3%1：11：21：32