織物抗紫外線性能評價與分析

織物抗紫外線性能評價與分析

自20世紀20年代以來，工業(yè)的發(fā)展導致了環(huán)境的許多污染和破壞。其中，碳氟化合金和氟化合金的廣泛使用嚴重破壞了環(huán)境。有害的紫外輻射在地殼中不斷增加。臭氧層每受到1%的破壞,抵達地球表面的有害紫外線將增加2%左右1抗紫外線紡織品紫外線的防護問題早在20世紀80年代初就被提到議事日程上,最先發(fā)展的防紫外線商品是化妝品,之后才慢慢發(fā)展到紡織品。紡織界對紫外防護產(chǎn)品進行了研發(fā),在一些發(fā)達國家近年已形成一定的規(guī)?；a(chǎn)。澳大利亞等一些處在低緯度、日照強烈的國家率先開發(fā)出抗紫外線紡織品,以對人體或一些光敏材料進行防護。日本抗紫外線織物的開發(fā)一直處于國際領先地位,相繼推出了抗紫外線的運動服、襯衫、帽子和太陽傘等制品。近年來,國內(nèi)也開始了有關紡織品抗紫外線等方面的研究1.1抗織物水合花的機理紫外線照射到織物上,主要有如圖2所示的三種傳播路徑。一束紫外線(R當人體的皮膚有織物覆蓋時,作用在皮膚上的只有R1.2織物的抗紫外線性能測定由紫外線在織物上的穿透情況可知,紫外線可以通過纖維和纖維之間的空隙穿透織物。最開始,日本研究人員測試了一些經(jīng)抗紫外線處理的織物和未經(jīng)處理的相同材質(zhì)織物的遮蔽率(織物有效遮蔽面積占總面積的百分比),結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種織物的遮蔽率都在20%~90%內(nèi)不等,說明僅僅靠遮蔽率不足以評價織物的抗紫外線能力,便提出了將織物的紫外線透過量減少率(即紫外線防護系數(shù),UPF)和遮蔽率結(jié)合的標準來判斷織物的抗紫外線能力。符合標準的抗紫外線織物要求其UPF大于50%,然后再根據(jù)其遮蔽率將抗紫外線織物分為A、B、C三個等級目前提供的測試織物抗紫外性能的方法主要有四種(1)直接法:直接將整理后的織物與相同材質(zhì)和大小的未整理織物覆蓋皮膚,記錄兩處皮膚出現(xiàn)紅斑的時間,進行比較。該方法帶有很大的主觀性,且有很多難以控制的誤差。(2)變色褪色法:把被測織物覆蓋在耐曬牢度標準卡上,用紫外線燈在距離試樣50cm處照射,先測出標準卡達到一級變色的時間,再進行定量分析。(3)紫外線強度累計法:用陽光式紫外線燈照射織物,照射給定的時間,測定通過織物的紫外線的累積量。(4)分光光度計法:采用分光光度計,測定透過織物的紫外線的量,再通過計算得到織物的紫外線透過率和UPF值,還可以分段求出特定波長的平均透過率。該方法更為便捷和有效,檢測機構(gòu)或研發(fā)單位一般采用此法。測試方法可以有多種形式,在實際應用中應根據(jù)所要得到的結(jié)果的精確程度和使用的設備進行選擇。目前,全球還沒有統(tǒng)一的抗紫外線紡織品的檢測標準。由于不同區(qū)域的紫外線輻射量和當?shù)厝朔N的皮膚對紫外線的敏感程度不同,各國和一些地區(qū)需要結(jié)合當?shù)氐那闆r制定合適的檢測條件和標準美國和澳大利亞標準規(guī)定UPF值≥15,歐洲標準規(guī)定UPF值>40的紡織品為抗紫外線紡織品。中國標準GB/T18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》的評定原則是:當樣品的UPF>40且T(UVA)av<5%時,可稱為“防紫外線產(chǎn)品”。由于進行測試的預處理操作與條件不同,這些標準之間并沒有太大的可比性2熒光增白劑對紫外線的吸收利用在織物上的應用研究人員通過大量的實驗分析了紫外線透過織物的影響因素此外,織物的顏色也會影響紫外線防護作用,如黑色、深藍色等深濃顏色對紫外線的吸收強;熒光增白劑對紫外線也有吸收作用,添加了熒光增白劑的織物紫外線防護性能較好;成形的紡織品在縮水后會改善其抗紫外性能;如棉、滌綸、錦綸、腈綸、羊毛和蠶絲等一般織物的抗紫外性能隨著其含水率的增加而降低。3纖維在紫外線透過率和消光劑的影響未經(jīng)防紫外線整理的織物一般也具有一定的吸收或反射紫外線的作用。為分析纖維及其結(jié)構(gòu)對織物抗紫外線性能的影響,筆者測定了一般紡織品及紡織纖維材料的UPF和紫外線透過率,結(jié)果見表1及圖3和圖4。從表1可見,本實驗中織物和纖維本身的UPF都較低,遠達不到我國防紫外線紡織品的要求。對比2號、4號、5號和6號樣品,棉織物的UPF值最小,而滌/棉混紡織物的UPF值最大,滌綸織物的UPF值比棉織物相對高一些,但并不明顯。再對比1號和2號樣品,由于滌綸薄膜的致密性比滌綸織物好很多,降低了直接從空隙中透過的紫外線量,所以其UPF比滌綸坯布要大,抗紫外線效果要好一些。7號、8號、9號和10號樣品的實驗結(jié)果如圖4所示。不同的纖維在UVA段和UVB段的透過率有明顯的差異。滌綸和錦綸在UVB段透過率較低,可以較好地阻礙此段紫外線;而4種纖維對UVA的透過率均較高。從圖3可以看出,在整個紫外線波長范圍內(nèi)消光過的滌綸商品布(3號樣品)明顯比滌綸坯布(2號樣品)的透過率低很多,尤其是在UVA段(320~400nm),說明消光劑可以有效降低紫外線透過率,從而提高其抗紫外線能力。纖維結(jié)構(gòu)對織物的抗紫外性能有很大影響,但是很少有人單獨測量纖維的UPF值,而是測量用不同纖維制成的織物的UPF值來反映纖維對UPF值的影響。本實驗通過手工將多根纖維捋直形成纖維面,再兩層交叉排布形成纖維網(wǎng),直接測量了纖維的UPF值和紫外線透過率。對比幾組纖維的UPF值和紫外線透過率曲線,表明具有大量酰胺基結(jié)構(gòu)的錦綸UPF值最高,但是并不能有效阻礙UVA。有文獻報道4抗紫外線性能提高雖然部分紡織品具有一定的防紫外線性能,但是從本實驗結(jié)果和各國對抗紫外線織物的要求來看,織物本身的抗紫外線性能還遠遠達不到防護標準。因此,研究人員用紫外線整理劑對織物進行整理,通過紫外線整理劑自身的吸收和反射紫外線的作用,或改變織物的表面性能來提高織物的抗紫外線性能。這些紫外線整理劑可分為紫外線屏蔽劑和紫外線吸收劑,在加工其他防紫外線產(chǎn)品時也會使用紫外線猝滅劑和光電子捕獲劑4.1織物的抗靜電整理理想的紫外線整理劑應符合以下條件:1安全無毒,不刺激皮膚或引起過敏反應;2能夠吸收反射紫外線的波長范圍應包含UVA和UVB波段,有些整理劑的吸收反射波長窄,需要幾種整理劑配合使用;3不影響織物的色澤、手感、強度和色牢度;4耐水洗和干洗,對光、熱和化學物質(zhì)穩(wěn)定;5整理到織物上后不會產(chǎn)生有毒的氣體或固體4.1.1無機類抗菌屏蔽劑紫外線屏蔽劑又稱“遮光劑”,主要以遮擋和反射高能量的紫外光為目的,是紫外線和織物之間的第一道屏障,該類整理劑沒有光能的轉(zhuǎn)化作用。常見的紫外線屏蔽劑主要是無機物質(zhì),如陶瓷粉、金屬氧化物等細粉或超細粉。該類無機物質(zhì)有高嶺土、CaCOZnO整理劑是一種很典型的無機類紫外線屏蔽劑,市場上已經(jīng)有大量利用ZnO整理劑處理過的功能性紡織品。納米ZnO粒子具有很好的抗紫外線和抗菌性能,而且整理到織物上后對織物的風格影響很小;防紫外線性能相對于有機紫外線吸收劑更穩(wěn)定,牢度更好,且安全無毒。納米ZnO粒子可以直接添加到紡絲液中,再采用常規(guī)的紡絲方法制備化學纖維,該方法能使納米ZnO粒子均勻地分布在纖維內(nèi)部;也可以將納米ZnO制成母粒,再與聚丙烯或聚酯等聚合物切片混合,進行熔融紡絲TiO2粒子(特別是納米級TiO4.1.2紫外線吸收劑紫外線吸收劑一般為有機化合物,能夠強烈吸收紫外線,并將高能量的紫外線轉(zhuǎn)變成低能量的熱能或波長較短的電磁波釋放出來,從而起到抗紫外線的作用。紫外線吸收劑是紫外線和織物之間的第二道屏障。理想的紫外線吸收劑大多具有共軛結(jié)構(gòu)和氫鍵,主要的種類有水楊酸酯及其衍生物、二苯甲酮及其衍生物、苯并三唑及其衍生物、取代三嗪及其衍生物、取代丙烯腈及其衍生物和聚合物型紫外線吸收劑等有機類紫外線吸收劑種類比無機類紫外線屏蔽劑要繁多,在實際應用中靈活度較大。由于不同區(qū)域的紫外線強度和人體皮膚的承受能力不同,可相應地選擇不同的整理劑和整理工藝,而且可以多種整理劑結(jié)合使用,效果更好4.2抗紫外線整理劑抗紫外線紡織品的加工和整理工藝有很多?？梢灾苯又苽淇棺贤饩€纖維,然后再紡成織物,該方法的優(yōu)點是能夠讓紫外線整理劑均勻地分布在纖維上,得到的抗紫外線織物的功能性更穩(wěn)定、持久;也可以在織物的后整理加工過程中進行抗紫外線的整理,該方法不受纖維種類和整理劑的限制,對織物的風格影響也較小將聚合物和紫外線整理劑共混是目前生產(chǎn)抗紫外線纖維的主要方法,而所用的整理劑要求與聚合物有很好的相容性,一般選擇無機類紫外線屏蔽劑傳統(tǒng)的對織物進行抗紫外線后整理加工的方法主要有四種:高溫高壓吸盡法、常壓吸盡法、軋烘-焙或軋堆法和涂層法。對于一些不溶或難溶的整理劑,可以采用類似于用分散染料對滌綸進行染色的高溫高壓吸盡法工藝隨著技術進步和人們對服裝等織物性能和風格的更高要求,研發(fā)工作者們也在不斷嘗試新的方法和工藝來改善目前工藝的不足。例如利用微膠囊技術,先將紫外線整理劑包裹在膠囊內(nèi),然后通過黏合劑和交聯(lián)劑使膠囊固著在織物上,在服用過程中膠囊緩慢釋放整理劑發(fā)揮抗紫外線的作用,該方法大大延長了織物的有效抗紫外線的作用時間5防紫外線紡織品隨著生活水平的提高,人們對生活質(zhì)