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防紫外線織物--功能紡織品

來源:發布時間:2021-09-06

第一節   

太陽光是一種電磁波,輻射0.7-3000nm的連續光譜。在這段波長范圍內,又可分為三個主要區域,即波長較短的紫外光區(100~400nm)、波長較長的紅外光區(>800nm)和介于二者之間的可見光區(400~800nm)。太陽輻射的能量主要分布在可見光區和紅外區,前者占太陽輻射總量的52%,后者占42%,紫外區只占總能量的6%。太陽輻射波中小于175nm的輻射被地球同溫層上半部(約100km高處)的氧所吸收;在15-30km高空的臭氧層又吸收小于280nm的輻射。紅外輻射也被大氣中的水蒸氣和二氧化碳所吸收。因此,照射到地面的且能對人體皮膚產生影響的主要是280-800nm的部分。圖1所示為能到達地面的紫外線部分對人體皮膚的影響。

 

1.1紫外線的分類

紫外線根據波長可以劃分為長波UVA、中波UVB和短波UVC三種。波長越長,穿透能力越強。

表1  不同波長的紫外線的特征

紫外線區名稱

UVA

UVB

UVC

波長(nm)

320-400

280-320

100-280

臭氧層

吸收程度

能穿透臭氧層

大部分被臭氧層所吸收

絕大部分

被臭氧層所吸收

到達地面的

輻射量

95%以上

不足2%

幾乎為零

對人的影響

對人體皮膚會造成損傷,使其過早衰老

其作用是UVA的1000倍,過量曝曬可引致皮膚癌、白內障等疾病

難以到達地面,

對人體無影響

 

1.1.1UVA造成皮膚損傷老化

紫外線UVA,波長介于320~400nm,具有很強的穿透力,能穿透玻璃,水等介質。日常皮膚接觸到的紫外線95%以上是UVA,因此它對肌膚的傷害最大。UVA能透過表皮襲擊真皮層,令皮膚中的骨膠原和彈性蛋白受到重創;且真皮細胞自我保護能力較差,很少量的UVA便能造成極大傷害。久而久之,皮膚產生松馳、皺紋、微血管浮現等問題。同時,它又能激活酪氨酸酶,啟動皮膚的天然防衛系統,導致黑色素沉積和新的黑色素形成,使皮膚變黑、缺乏光澤。這就是曬過的皮膚會變黑的原因。

UVA會造成長期、慢性和持久的損傷,使皮膚過早衰老,所以又被稱為老化射線。

1.1.2 UVB引起皮膚即時曬傷

紫外線UVB,波長介于280~320nm,會令表皮具保護作用的脂質層氧化,使皮膚變干;進而使表皮細胞內的核酸和蛋白質變性,產生急性皮炎(即曬傷)等癥狀,皮膚會變紅、發痛。嚴重時,比如長時間的曝曬,還容易導致皮膚癌變。此外,UVB的長期傷害還會引起黑色素細胞的變異,造成難以消除的太陽斑。

1.1.3 UVC不影響皮膚健康

短波UVC,波長介于200~280nm,在到達地面之前就被臭氧層吸收了,因此其對皮膚的影響可以忽略。

UVA段稱為曬黑段,它對皮膚的傷害是日積月累的。UVB段稱為曬紅段,穿透力可達表皮層,它引致的皮膚損害是即時和嚴重的,能使皮膚曬傷,臨床表現為皮膚潮紅、灼痛明顯,可出現小水泡,1周后開始脫皮,這是人們防止曬傷的主要波段。因此理想的防護品應該安全性高、刺激性小,更關鍵是同時具備抵御UVA和UVB的功能。

1.2紫外線的雙重性

1.2.1紫外線的益處

  首先,中長波紫外線的照射,可使皮膚中的脫氧膽固醇轉變為維生素D,維生素D可增強鈣磷在體內的吸收,能幫助骨骼的生長發育,多在戶外活動適當接受太陽照射,有利于預防佝僂病。

其次,不同波長的UVA、UVB波段能夠治療類風濕性關節炎、銀屑病、硬皮病、白癜風、玫瑰糠疹和皮膚T細胞性淋巴瘤等皮膚病。僅對紅斑狼瘡的治療研究表明,用紫外線治療的病人可以顯著減輕癥狀和減少綜合癥發生的危險,而且隨著治療時間的延長,治療的有效性不斷增強。

  再次,紫外線還可使微生物細胞內核酸、原漿蛋白發生化學變化,可以殺滅微生物,對空氣、水、污染物體表面進行消毒滅菌。

1.2.2紫外線的危害

早在1993年12月由世界衛生組織舉辦的關于紫外線對人體影響的研討會上專家就指出“20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破壞,到達地面的紫外線不斷增加,如果不注意,將會對人體健康造成傷害。” 有資料分析,臭氧層每減少1%,紫外輻射強度就增大2%。

強烈日光長時間照射會引起日曬傷:長時間強烈日曬可使暴露的皮膚出現彌漫性紅斑。初為鮮紅,以后漸變為暗紅,并有燒灼或刺痛感。輕者2~3天內脫屑,遺留褐色素沉著而愈。重者可出現皮膚腫脹或水皰。

長期日光照射會引起皮膚慢性損傷:長期日曬工作者如海員、地質勘探工作者、農民、運動員等的外露皮膚如面、頸、胸三角區、四肢露出部等處皮膚明顯干燥、粗糙、脫屑、色素沉著、萎縮、皺紋和失去彈性。

  日光引起的癌前期疾病──日光性角化?。涸摬“l生于長期受日曬的老年人面、耳、手背等暴露部位。多為單個或少數米粒至蠶豆大高出皮面的疣狀丘疹,表面有干燥角質痂皮,不易剝脫。強行剝脫即現潮紅滲出面,極易出血,周圍可有毛細血管擴張。此?。玻埃タ砂l展為癌,故應及時請皮膚科醫生確診后做徹底手術或冷凍治療。

  內服或外涂某些光敏物質受日曬后引起的皮膚?。?有些人進食了某些食物如藜(灰菜)或泥螺一至數天后,在受日曬后面部和手背出現紅腫。有些人內服某些藥物如磺胺藥、四環素、氯丙嗪、補骨脂等以后,被光線照射也可引起皮炎。有些人外用藥物或用化妝品后,可在照射部位出現紅腫等皮炎癥狀。

  某些疾病可由日曬后誘發或使病情惡化,面部黃褐斑較常見于夏季和南方,日光是致病因素之一。白化病患者全身皮膚、毛發、眼睛因缺乏黑色素保護而容易被曬傷。強烈的太陽光是人患白內障的主要原因之一。

熱帶地區一年四季衣服單簿,日光中的紫外線容易透過,對人類已產生明顯的不良后果,更有必要進行防護。資料統計顯示,白種人容易受到紫外線傷害,澳大利亞、新西蘭、美國等國,皮膚癌患者大多為50歲出頭的人,與30年前相比,患皮膚癌提前了10歲。東方人的皮膚,大概可以分為三種類型。一是膚色較白。這種膚質一旦被曬很快就會變紅,甚至起水皰,雖不易曬黑,但容易脫皮。這是最易受紫外線傷害的皮膚。二是膚色適中。這種皮膚被紫外線照射后會略微變紅,也略黑。受紫外線傷害的程度為中等。三是皮膚黝黑。這種膚質經紫外線照射后既不變紅,也不變黑,不容易受到紫外線的傷害。

紫外線還可導致真絲泛黃,紫外線波長的不同引起真絲泛黃的程度也不同,能引起泛黃的紫外線波長約為200-331nm,但影響最大的波長為279-292nm部分,這恰好與酪氨酸和色氨酸的吸收特征相同。在紫外線等光照下,組成真絲纖維的氨基酸,尤其是色氨酸、酪氨酸殘基吸收光能量,發生光氧化作用而變成有色物質;導致真絲強力下降。一般認為,酪氨酸在光照作用下形成吲哚化合物,再變成有色物質;而色氨酸在光照時迅速分解,明顯地呈現黃褐色,從而引起泛黃。因而,在絲綢上施加紫外線吸收劑可以防止黃變。

目前,紡織品抗紫外線性能評定標準已經實施,國內外對紫外線吸收劑和無機氧化物超細粉末等正在加速研究;屏蔽纖維也在研制和開發;防紫外線整理技術正在研究提高和擴大。隨著防紫外線技術的進步和隨之的成本降低,結合市場需要和高效益,防紫外線紡織品的品種和數量將會迅速增加。

 

 

 

 

 

 

 

2節 防紫外輻射

2.1紫外線指數

由世界衛生組織與國際預防非電離輻射委員會、聯合國環境規劃署和世界氣象組織共同制定的紫外線指數是國際公認的衡量紫外線輻射強度的標準尺度。紫外線指數是度量到達地球表面的太陽紫外線對人類皮膚損傷的程度。紫外線對人類皮膚的損害是根據"紅斑作用光譜曲線"作出的。這個光譜曲線已被國際光照委員會采納,用來代表人類皮膚對太陽紫外線的平均反應。
      世界氣象組織及世界衛生組織所建議的計算紫外線指數標準方法為:量度不同波長的太陽紫外線強度,將不同波長的太陽紫外線強度乘以"紅斑作用光譜曲線" 內對應的加權數值,以反映人類皮膚對紫外線的反應。將以上相乘的結果加起來,得出受紅斑光譜加權后的總紫外線強度,單位是毫瓦/平方米。然后再將紅斑光譜加權后的總紫外線強度乘以0.04以得出紫外線指數(每單位紫外線指數為25毫瓦/平方米)。例如,中午陽光最強的十五分鐘內平均紫外射線到達地面的輻射量為100毫瓦/平方米,則轉換為紫外線指數為4。

紫外線指數從1 級至11級,其中1級強度最低,11級以上為危險級。 通常,夜間的紫外線指數為0,熱帶、高原地區、晴天時的紫外線指數甚至能達到15。紫外線指數越高,紫外線輻射越強,其危險性也越高。紫外線到達地表的量隨不同的地理位置、季節、氣候以及天氣的不同而變化。

表2 紫外線指數與曝曬級數

紫外線指數

0-2

3-5

6-7

8-10

≥11

曝曬級數

中等

甚高

極高

 

表3 影響地面紫外線強度的因素

因素

對到達地面紫外線強度的影響

太陽的位置

這隨每日和每年不同的時間及緯度的高低而變化。

大氣中的臭氧量

臭氧吸收紫外線,大氣中的臭氧越多,能到達地面的紫外線越少。

云和煙霞

云和煙霞吸收和散射紫外線。

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線,但雪地會強烈反射(多達百分之八十)紫外線。而沙地也會反射百分之十至二十五的紫外線。

海拔

海拔越高,紫外線強度越高。這是因為大氣的厚度減少以致較少紫外線被吸收。

 

 

 

表4 紫外線指數分級表

紫外線指數

等級

紫外線

照射強度

對人體

可能影響

建議采取的防護措施

0-2

1

最弱

安全

可以不采取措施

3-4

2

正常

外出戴防護帽或太陽鏡

5-6

3

中等

注意

除戴防護帽和太陽鏡外, 涂擦防曬霜(防曬霜SPF 指數應不低于15)

7-9

4

較強

在上午十點至下午四點 時段避免外出活動,外出時應盡可能在遮蔭處

>10

5

很強

有害

盡量不外出,必須外出時 ,要采取一定的防護措施

 

2.2 防紫外線輻射機理

紫外線照射到織物上,一部分被吸收,一部分被反射,一部分透過織物。透過的紫外線對皮膚產生影響,在一般情況下,紫外線的透過率+反射率+吸收率=100。因此吸收率和反射率增高,透過率就降低,防護性能就優越。

紫外線的防護原理就是采用紫外線屏蔽劑對纖維、紗線或織物進行處理從而達到防紫外線的目的。

2.3 織物的防紫外輻射性能

織物防紫外線的能力,主要取決于織物本身屏蔽紫外線的能力??椢锿ǔ>哂斜容^復雜的表面,它們除了吸收光之外,還有散射和反射光線的作用。而散射和反射作用則要考慮織物本身的各種因素:織物本身的組織結構,原紗結構,纖維品種和規格,染整色澤等。

2.3.1織物組織結構的影響

織物結構決定了織物的幾何形態??椢锝Y構包括厚度、緊密度(覆蓋系數或空隙率)等??椢锝Y構緊密,覆蓋系數大,UV透射率低,防護作用就大。稀松織物的覆蓋系數低,光線不易受到遮蔽,其防護作用就小。紫外線防護系數(UPF)隨著織物的密度而增加。對于厚重織物也有相似的情況。

2.3.1.1織物厚度

織物越厚,防紫外輻射性能越好。用未經過和經過防輻射整理的純棉織物做實驗,觀察它們的UPF值分別隨厚度變化而變化的規律。實驗發現,未經整理的織物厚度和UPF值的關系很密切;但經過防紫外輻射整理后,即使織物本身厚度不大時就達到較高的UPF值,再加厚織物,UPF值增大就不再明顯??梢?,夏季野外工作服未必需要很厚實的衣服來防曬,只要對夏季常用織物面料進行適當的防紫外輻射整理,就能兼顧防曬和透濕排汗。

2.3.1.2織物緊密度

表征織物緊密度的指標通常為覆蓋系數或孔隙率,兩者基本上為互補關系。國內覆蓋系數常用緊度理論值表示,國外有的采用實測。

為便于討論,將理想的紡織品定義為:

(1)織物的紗線結構完全透不過UVR射線;

(2)織物結構的空隙微?。?0.2mm),足以避免由Mezieseral的定義“孔隙效應”。

這種理想紡織品的UVR透射率(T)與覆蓋系數(C)的關系如下:

T=100—C……………………………….(1)

同一紡織品的UPF定義為:

UPF=100/T……………….…………….(2)

合并方程式(1)和(2),得出:

UPF=100/(100-C)……………………...(3)

根據方程式(3)計算得出表5的UPF值(假定UVR屏蔽紗線):

表5 覆蓋系數和織物UPF的關系

覆蓋系數

織物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所給的數據可輕易得出結論:要想使UPF值高于15,紡織品的覆蓋系數必須大于93%。此外,一旦覆蓋系數超過95%,覆蓋系數的極小變化將導致紡織品UPF發生極大變化。這一效應與方程式(3)的例式直接有關。

因此,很顯然,為了獲得高UPF值,就必需提高織物覆蓋系數。當然,覆蓋系數愈大,機織或針織結構愈緊密,織物的透氣性就愈差。因而必須將高UPF值與夏季輕薄服裝的涼爽、舒適性互相權衡。在這種情況下,雙層組織,蜂窩組織等織物結構的開發利用具有明顯潛力。

覆蓋系數也可通過一系列整理工藝加以改變。例如,在拉幅機上超喂可使織物產生收縮,因而提高覆蓋系數。反之,如果織物經拉幅機拉伸(喂入不足),將會減小覆蓋系數和織物UPF。通常用于獲得尺寸穩定性的預縮工藝,將提高覆蓋系數,從而提高織物UPF。薄型毛織物可通過輕度縮絨來提高覆蓋系數。軋光工藝可使紗線扁平化也能提高織物的覆蓋系數。

在測試空隙率不同的防紫外線純棉織物的UPF值的實驗中發現,經過防紫外線整理的純棉織物的空隙率P值由10%減小為2%,UPF值明顯增大。這說明,由防紫外輻射性能較差的纖維(如棉、粘膠等)制成的織物,UPF值較低,孔隙率大小對其影響相對較小,但一旦加以防護整理后,孔隙率對纖維防紫外輻射性能影響就變得非常明顯。這說明對孔隙率小的薄型織物進行適當的防紫外線整理,是生產具有高UPF值輕薄面料的一種理想途徑。

因此孔隙率是影響防紫外線織物性能的一個先決條件,經驗表明,孔隙率應小于1.5~2%為好。

 

2.3.1.3織物重量

織物重量是織物厚度、緊密度等的綜合反映,生產者和貿易商都樂于采用,因此探求織物重量與UPF值的關系,也有其實用之處。

取棉、滌、粘膠、亞麻、腈綸、錦綸和羊毛等不同纖維種類的織物各若干塊(克重均不相同),按纖維種類不同,分別計算這些織物重量對UPF值的相關程度。實驗表明織物重量對UPF值有相當大的正相關影響。也就是說織物越厚,UPF值越高。

表6   織物參數與紫外線透射率

纖維種類

經緯密度(根/英吋)

厚度(英吋)

覆蓋度(%)

透射率(%)

147

0.011

88.8

25.1

粘膠

155

0.010

86.0

27.3

尼龍

163

0.009

89.2

24.1

101

0.022

93.1

8.6

179

0.010

90.0

14.6

滌綸

146

0.009

79.5

23.2

 

 

2.3.2纖維和紗線的影響

在織物組織結構相同的情況下,纖維種類不同,其紫外線透過率也不同。滌綸、羊毛纖維等比棉、粘膠纖維的紫外線透過率低,因為滌綸纖維分子中含有苯環,羊毛、蠶絲等蛋白質纖維中含有氨基酸,這些基團對小于300nm的紫外光有良好的吸收性。麻類纖維具有獨特的果膠質斜偏孔結構:苧麻、羅布麻纖維中間有溝狀空腔、管壁多孔隙;大麻纖維中心有細長的空腔并與纖維表面縱向分布著的許多裂紋和小空洞相連。由于這些結構上的原因使麻纖維不僅吸水好,而且對聲波和光波有很好的消除作用,因而具有較強的防紫外功能。棉織物的防紫外線能力相對較差,是紫外線最易透過的面料。因此,對棉織物進行防紫外線整理最為迫切。

表7  不同纖維未染織物的UPF值

纖維種類

織物類型

厚度(mm)

克重(g/m2)

UPF值

府綢(未漂)

0.18

107

6

府綢(漂白)

0.22

110

2

平布

0.14

89

18

蠶絲

緞紋縐

0.20

84

6

試驗織物

0.28

125

24

滌綸

試驗織物

0.29

165

13

粘膠

試驗織物

0.11

92

4

 

經比較分析知,滌棉混紡比例為80/20的紫外屏蔽性能遠比40/60更理想,而相同截面內纖維根數多比根數少的抗紫外線能力強,異形纖維織物比普通圓形纖維織物的防紫外線性能。

2.3.3織物色澤的影響

每一種染料的UVR吸收性能因其結構而異,可對織物的UPF值產生不同的影響。為獲得可視顏色,染料必須有選擇地吸收可見光輻射(400~800nm),所有染料的吸收帶均伸展到UVR光譜區(280~400nm),因此染料可起到UVR吸收劑的作用,吸收具有潛在危害的UVR射線。染料在UVR光譜區的衰減系數將決定其提高織物UPF的能力。

眾多關于染色對織物UPF影響的研究報告指出,染色織物比未染色織物有較高的UPF值,并認為隨著織物色澤的加深,織物的紫外線透過率隨之減小,即防紫外輻射性能提高。以常規的滌綸產品做試驗,不同色澤相應的紫外輻射透過率從小到大的順序依次為:黑色的透過率為5%,藏青、紅、深綠、紫色的透過率為5-10%,而綠色、淡紅、淡綠、白色的透過率為15-20%。因為染料顏色是該染料分子結構吸收可見光譜區的特性反映,只有某些染料分子的吸收光譜延伸進UV區,特別要在UVB區有較高的吸收率,才能提高染色織物UPF值?;瘜W纖維的消光處理也影響其紫外線透過特性。

當然由色相來區別染料對UV的屏蔽作用是不妥當的。因為染料的色澤是由可見光區的吸收特性決定的,而UV區的吸收特性對色澤的影響不大。

表8   不同染料與紫外線透射率的關系

染料

1染浴

2染浴

吸盡率(%)

透射率(%)

吸盡率(%)

透射率(%)

直接黃11

58

12.9

59

18.4

直接黃26

82

19.9

87

29.5

直接黃44

60

18.4

60

29.1

直接黃l20

65

19.1

58

28.2

直接紅23

78

27.4

73

36.9

直接紅28

90

39.0

91

50.5

直接紅83

70

17.5

70

24.9

直接藍80

40

16.0

31

18.2

直接藍199

71

13.8

68

19.7

直接綠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其他因素的影響

用于構成織物的纖維種類對織物,特別是對白色(未染色)織物的UPF值具有較大影響。例如由漂白棉和粘膠構成的白色織物具有相對較低的UPF值,而以完全相同方法,采用天然棉制成的織物則具有較高的UPF值。這是由于天然棉中的色素、木質素等能吸收紫外線。

我們分別比較煮練、漂白、UVR吸收劑處理,對9種純棉織物平均UPF值的影響。試驗用織物分別采用不同參數,不同的棉紗制成。9種坯布平均UPF值十分低,達不到最低等級UPF15。松式煮練后,由于松弛和自然收縮的共同作用導致了更高的覆蓋系數,其直接結果是9種織物平均UPF提高。漂白工藝除去了棉花中的色素、果膠等天然UVR吸收劑。9種織物經過漂白后其UPF值均明顯減小。在這種情況下,對漂白棉施加UVR吸收劑SCJ-966,使平均UPF大幅度提高,織物全部達到UPF為15的額定值或以上,其中2種達到最大值UPF50+。

因此生產加工中必須分別對待每一種織物,因為織物的UVR吸收性能取決于生產織造過程中所采用的加工方法,例如化學漂白,染色,施加消光劑、熒光增白劑、UVR吸收劑等。這些都對織物的UVR吸收性能產生作用。

熒光增白劑的品種甚多,雖然各種增白劑化學結構和性能不同,但對纖維或織物的增白原理都是一樣的。其增白原理主要是由于增白劑的分子中都含有共軛雙鍵系統,具有良好的平面性,這種特殊的分子結構在日光照射下能吸收日光中紫外線(波長為300-400nm)發出藍紫光(波長為420-500nm),藍紫色光與纖維或織物上的黃光混合而變成白光,從而使纖維或織物明顯變白。由此可知,織物的增白處理可影響織物的防紫外線性能。

織物防紫外輻射性能的一般規律是:短纖優于長絲纖維,加工絲產品好于原絲產品,細纖維織物比粗纖維織物好,扁平異型絲織物優于圓形截面絲織物,機織物好于針織物。

3節 防紫外線整理劑

3.1無機類紫外線反射劑

無機類紫外線反射劑沒有光能的轉化作用,只是利用陶瓷粉或金屬氧化物等細粉或超細粉與纖維、紗線或織物結合,增加織物表面對紫外線的反射和折射作用,從而達到防紫外線透過的目的。

具有對紫外線反射或折射作用的無機類物質有:高嶺土、碳酸鈣、滑石粉、氧化鐵、氧化鋅、二氧化鈦等。它們的安全性優良,能反射或散射波長范圍廣的紫外線,而且一般是不具有色澤的微粒子,將其導入織物的纖維中,因其對光反射和散射率大,可以使纖維具有優良的防紫外線效果。通常粒徑越細,效果越好。

納米材料是全新的超微固體材料,微粒尺寸通常在100nm以內。由于納米材料的尺寸效應和表面效應,其表面原子數增多,表面能提高,因而具有很高的化學活性,具有許多傳統材料所沒有的性能。目前,在提高織物防紫外線輻射性能的納米材料中最常用的是納米氧化鋅和二氧化鈦粒子。納米ZnO價廉、無毒、屏蔽紫外線范圍廣(240~400nm)。在波長350nm~400nm范圍內,ZnO的屏蔽率明顯高于TiO2。

氧化鋅除了具有良好的抗紫外線功能外,還具有一定的殺菌防臭功能。氧化鋅具有吸收和散射紫外線的雙重性質。氧化鋅必須在基料中懸浮分散良好,保持超細微粒狀態,不可凝聚。一旦凝聚就失去散射紫外線的能力。

二氧化鈦對紫外線的散射優于氧化鋅。二氧化鈦在基料中懸浮分散性良好。而且氧化鋅和二氧化鈦兼有反射紅外線能力。

納米級紫外線屏蔽劑具有耐紫外線照射、耐熱、無毒、穩定性強等特點;對紡織品的色牢度、白度和強度等沒有影響;其功能是將紫外線屏蔽、反射至織物以外,而不將紫外線的能量轉換釋放在織物內部。

3.1.1納米氧化鋅的制備、表面改性及應用

納米氧化鋅是一種新型精細無機產品,其粒徑介于1-100納米。

3.1.1.1納米氧化鋅的制備及性能

氧化鋅的制備方法分為三類:即直接法、間接法和濕化學法。目前所用氧化鋅多為直接法或間接法產品,粒度為微米級,比表面積較小,這些性質大大制約了它們的應用領域及其在制品中的性能。在此采用濕化學法(NPP-法)制備納米級超細活性氧化鋅,可用各種含鋅物料為原料,采用酸浸出鋅,經過多次凈化除去原料中的雜質,然后沉淀獲得堿式碳酸鋅,最后焙烘熔解獲得納米氧化鋅。

納米級氧化鋅的突出特點在于產品粒子為納米級,同時具有納米材料和傳統氧化鋅的雙重特性。與傳統氧化鋅產品相比,其比表面積大、化學活性高,產品細度、化學純度和粒子形狀可以根據需要進行調整,并且具有光化學效應和較好的遮蔽紫外線性能,同時,它還具有一定的抗菌、除味等獨特性能。

3.1.1.2納米氧化鋅的表面改性

由于納米氧化鋅具有比表面積大和比表面能大等特點,自身易團聚;另一方面,納米氧化鋅表面極性較強,在有機介質中不易均勻分散,這就極大地限制了其納米效應的發揮。因此對納米氧化鋅粉體進行分散和表面改性成為納米氧化鋅在基體中應用前必要的處理手段。

所謂納米分散是指采用各種方法和手段在特定的液體介質(如水)中,將干燥納米粒子構成的各種形態的團聚體還原成單一粒子并使其穩定、均勻分布于介質中的技術。納米粉體的表面改性則是在納米分散技術基礎上的擴展和延伸,即根據應用場合的需要,在已分散的納米粒子表面包覆一層適當物質的薄膜或使納米粒子分散在某種可溶性固相載體中。經過表面改性的納米干粉體,其吸附、潤濕、分散等一系列表面性質都會發生變化,一般可以自動或極易分散在特定的介質中,因此使用非常方便。

一般來講,納米粒子的改性方法有三種: 1. 在粒子表面均勻包覆一層其他物質的膜,從而使粒子表面性質發生變化; 2. 利用電荷轉移絡合體(如硅烷、鈦酸酯等偶聯劑以及硬脂酸、有機硅等)作表面改性劑對納米粒子表面進行化學吸附或化學反應; 3. 利用電暈放電、紫外線、等離子、放射線等高能量手段對納米粒子表面進行改性。

根據不同應用領域的要求,選擇適當的表面改性劑或表面改性工藝,對納米氧化鋅進行表面改性,改善其表面性能,增加納米顆粒與基體之間的相容性,從而應用于各種領域,提高產品的性能技術指標。

3.1.1.3納米氧化鋅的應用

納米氧化鋅應用于化纖產品中有兩種途徑:一種方法是把納米微粒直接添加在化學纖維的初始反應液中,采用常規的聚合反應合成功能纖維,使納米微粒均勻分布于纖維內部;另一種方法就是把納米氧化鋅制成纖維母粒,再與相應的聚丙烯、聚酯等切片混合熔融紡絲。納米氧化鋅用于織物整理的途徑是把納米微粒配制為一種后整理劑,通過浸軋使納米微粒吸附在纖維的表面,或者用粘合劑等成膜物質將納米微粒涂覆到織物表面形成一種功能性的涂層,改善織物的防紫外線性能,但該方法存在著手感硬、透氣性差等問題。

目前納米氧化鋅的制備技術已經取得了一些突破,在國內形成了數個產業化生產廠家。但是納米氧化鋅的表面改性技術及應用技術尚未完全成熟,其應用領域的開拓受到了較大的限制,并制約了該產業的發展。如何克服納米氧化鋅表面處理技術的瓶頸,加快其在各個領域的廣泛應用,成為諸多納米氧化鋅生產廠家所面臨的亟待解決的問題。

3.1.2納米氧化鈦

在所有無機紫外線遮蔽劑中,納米TiO2具有較高的化學穩定性、熱穩定性、非遷移性、無味、無毒、無刺激性,使用安全,對UVA區和UVB區紫外線都有屏蔽作用,因此納米TiO2很快登上抗紫外材料的舞臺。
  上海交大科研人員研究的"納米二氧化鈦(TiO2)抗紫外纖維"項目采用納米二氧化鈦與聚酯原位聚合方法制備納米 TiO2/ 聚酯復合材料,實現了納米顆粒在高聚物中的納米級分散,不僅提高了紡絲效率,而且使材料的力學、熱學性能得到了較大提高,由該纖維制成的織物具有較高的紫外線屏蔽率,具有觸感涼爽的性能,特別適宜織造高檔T恤衫、運動服、訓練服等。

3.2有機類紫外線吸收劑

    紫外線吸收劑吸收紫外光是由該化合物的共軛∏電子體系結構和能夠進行氫移動的結構這兩部分決定的。有機類紫外線吸收劑本身能吸收280-400nm波長范圍內的紫外線能量,使自身變為激發態,并把能量向低能量的熱能或波長較長的電磁波轉換,從而消除紫外線對人體和織物的危害。理想的紫外線吸收劑吸收紫外光能量后轉變成活性異構體,隨之以光和熱的形式釋放這些能量恢復到原分子結構,用它處理過的纖維和織物具有較強的抗紫外線功能。

國外對紫外線吸收劑的安全性極為重視。一個品種的推出需要經過反復的試驗,如皮膚一次刺激性試驗、連續皮膚刺激性試驗、過敏性試驗、眼粘膜刺激性試驗、急性毒性試驗、亞急性毒性試驗、慢性毒性試驗,致癌性試驗、致突變試驗、致畸型試驗、應用試驗(反復涂擦)等。

理想的紫外線吸收劑歸納如下7條:

  1. 對皮膚無刺激,無毒性,無過敏性,即安全性高;
  2. 吸收紫外線波長范圍廣,效果良好;
  3. 在陽光下不分解,有一定的耐熱性;
  4. 配伍性好,與其他組分不起反應;
  5. 與生物成分不結合;
  6. 對織物的牢度、白度、色澤、強度、手感和風格沒有影響。

實驗表明,合成的紫外線吸收劑其作用機理并無不同之處,故按照其有機化學結構的類別可分為水楊酸酯系、金屬離子螯合物系、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第一代紫外線吸收劑

目前,紡織品上應用的有機類抗紫外線吸收劑主要有以下幾種類型,這些吸收劑因沒有反應性官能團而不易固著。

3.2.1.1水楊酸酯系

(1)價格低廉;

(2)能吸收280~330nm波長的紫外線(即大量吸收UV-B,僅吸收少量UV-A);

(3)熔點低,易升華,并在強光照下會引起色變現象,故應用較少。

此類化合物有:水楊酸苯酯、水楊酸-4-叔丁基苯酯等。易吸收280-330nm紫外線,但吸收系數較低,在曝曬過程中分子重排成二苯甲酮類,有強烈吸收輻射能的作用,然而,此重排反應是不完全的,且形成帶有顏色醌型反應物。

3.2.1.2金屬離子螯合物系

(1)不能與纖維反應,但對部分染色纖維或織物,在一定條件下能形成螯合物絡合體,主要提高染色的耐光率;

(2)離子有顏色,適用有局限性。

3.2.1.3二苯甲酮系

(1)這類化合物具有共軛結構和氫鍵成互變異構,它吸收紫外線后放出螢光、磷光回到基態能級,同時伴隨著發生氫鍵的光致互變異構,此結構能夠接受光能而不導致鍵的斷裂,且能使光能轉變成熱能,從而消耗吸收的能量;

(2)多個羥基對纖維有較好的吸附能力,是棉纖維良好的抗紫外線整理劑;

(3)能吸收UV-A和UV-B(280nm~400nm)紫外線;

(4)對280nm以下紫外線吸收較少,有時易泛黃;

(5)價格較高。

此類化合物有:2,4-二羥基二苯甲酮,2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羥基-5-氯二苯甲酮等。

3.2.1.4苯并三唑系

(1)品種最多、產量最大的一類紫外線吸收劑。

(2)大量吸收UV-A(315nm~400nm)紫外線,效果好;

(3)分子結構和分散染料相似,可采用高溫高壓處理,故是較好的滌綸纖維防紫外線整理劑;

(4)吸附在纖維上有一定耐洗性;

(5)無反應性基團,活性不高,處理時要吸附于纖維表面才能達到紫外線吸收和屏蔽效應;

(6)毒性小,有一定前途。

此類化合物有:2-(2’-羥基-5’-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羥基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)5-氯苯并三唑等。

表9  第一代紫外線吸收劑的吸收特性

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

化學名稱

分子量

有效吸收波長(nm)

最大吸收

外觀

熔點(℃)

備注

波長(nm)

系數(%)

二苯甲酮類

2,4二羥基二苯甲酮

214

280~340

288-C 323-C

66.5 43.0

灰白

140~142

142~143

 

FDA2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮

238

280~340

287-C 328-C

68.0 44.0

淺黃色粉末

63~64

1978年美國FDA認可安全

2-羥基-4-辛氧基二苯甲酮

326

280~340

280-C

48.0

淺黃色粉末

48~49

 

2-羥基-4-癸氧基二苯甲酮

 

 

288-C

42.0

灰白色粉末

49~50

 

2-羥基-4-十二烷氧基二苯甲酮

380

270~280

288-C

40

淺黃色粉末

43~44

 

2,2’-二羥基-4-甲氧基二苯甲酮

224

270~280

285-C

45

淺黃色粉末

68~70

1978年美國FDA認可安全

2,2’-4,4’-四羥基二苯甲酮

 

 

280-M

48.8

黃色粉末

195

 

2-羥基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮

308

 

288-W

46.0

白色粉末

109~135

1978年美國FDA認可安全

2,2’-二羥基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮

274

270~340

 

 

 

130~140

 

苯并三唑類

2(2-羥基-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’-羥基苯基)-苯并三唑

 

 

305-C 345-C

50

49

淺黃色粉末

152~156

 

2(3’-特丁基-2’-羥基-5’-甲基苯基)-苯并三唑

306

270~380

313-C 350-C

46

50

淺黃色粉末

140

( 152~154)

 

2(3’,5’-二特丁基-2’-羥基苯)-5-氯苯并三唑

361

270~380

315-C325-C

42

47

淺黃色粉末

151

 

2(2’-羥基-4’,6’-二特丁基苯基)-苯并三唑

 

 

300-C340-C

45.0

44.0

淺黃色粉末

87

 

2(2’-羥基-3’-特丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑

315

270~380

 

 

 

140

 

 

 

3.2.2第二代紫外線吸收劑-反應型紫外線吸收劑

反應型紫外線吸收劑是在紫外線吸收劑母體上接上活性基團,處理織物后可以獲得耐久的防紫外線效果。目前國際上生產反應型紫外線吸收劑的廠家有瑞士CIBA公司、德國HERST公司、CLARIANT公司和北京潔爾爽高科技有限公司等

3.2.2.1北京潔爾爽高科技有限公司開發的紫外線吸收劑UV-120:該產品帶有活性集團,可與纖維素纖維上的羥基和聚酰胺纖維上的胺基發生反應,不改變織物外觀、手感、透氣性,也具有良好的耐光和水洗牢度,長時間的強紫外線照射也不會引起分子分解。

3.2.2.2北京潔爾爽高科技有限公司開發的紫外線吸收劑SCJ-966:它屬于帶有活性集團的苯并三唑類衍生物,可用于滌綸、尼龍及其混紡交織物的防紫外線整理。該產品可與分散染料同浴使用,處理后的織物在60℃下洗滌多次不會減弱效果,而且不會影響耐光牢度,對色澤、白度和手感幾乎沒有影響,具有良好的升華牢度和熱固著性能。

3.2.2.3有一些紫外線吸收劑對纖維沒有親和力,容易揮發和被洗去,如將其制成微膠囊后使用,則可大大提高使用的耐久性。

3.2.3 紫外線吸收劑的生態問題

紫外線吸收劑的生態參數(如AOX含量,COD值,生物降解性和N、P含量)有顯著的差異。目前常用的有機紫外線吸收劑應注意其對生態環境的影響,首先是潛在的危害性,例如二苯甲酮類的化合物屬環境激素,不宜采用。其次,推薦的使用量是否降至最低水平,以及其殘液如何處理。

 

3.2.4紫外線吸收劑舉例

CIBAFAST  PEX

主要組分:苯并三唑衍生物、分散劑

物化性能:白色的粘性乳液;陰離子型;5%溶液的pH值6~7;在硬水中對一般用量的酸、堿和電解質穩定。

用途及應用方法:

  1. 用于需承受曝曬的滌綸、改性滌綸及其混紡的染色織物,尤其是汽車坐墊和車內裝飾織物。
  2. 提高分散染料的染色耐曬牢度,使顏色和纖維更加耐久,尤其是在高溫耐曬條件下。
  3. 提高纖維的穩定性,光和風化所引致的纖維降解大大減少。
  4. 可用于噴射染色機,以確保紡織材料的平滑運行。
  5. 在染色循環之初將CIBAFAST PEX加入染浴中,可采用高溫吸盡法或浸軋-熱熔法進行加工。
    1. 5~5.0%CIBAFAST PEX(o.w.f.)

 

HERST HTUV-200

主要組分:雜環化合物

物化性能:白色粘稠液體;陰離子型;pH約7;密度(20℃)約1.20g/cm3; 能用冷水稀到任何比例;對硬水、酸穩定性好;與非、陰離子產品相容性好,低泡。

用途及應用方法:HERST HTUV-200能與含羥基的纖維素纖維和含氨基的錦綸纖維反應,顯示出優良的耐久性。經HERST HTUV-200處理過的織物,其紫外線吸收性能在重復洗熨(ISO 102 E2 S,95℃,10次)、氯洗(M&S C37)、及300h暴曬后(氙燈)仍保持不變,日曬和水洗牢度優良。HERST HTUV-200適用于浸染和軋染法處理。一般用量為1~4%HERST HTUV-200,全白織物用量最高,深色織物用量最低。

 

JLSUNÒ防紫外線整理劑SCJ-966

主要組分:苯并三唑衍生物

物化性能:淡黃色液體,含固量為33%,pH值約為7,非離子性,可與水混溶。 防紫外線整理劑SCJ-966無毒、不燃、不爆、對人體安全,對皮膚無刺激、無過敏反應,不影響織物的色澤、強力和吸濕透氣性。

用途及應用方法:防紫外線整理劑SCJ-966適用于棉和滌棉等織物的防紫外線整理,處理后的普通織物對180-400nm波段的紫外線(特別是UV-A和UV-B)有良好的吸收轉化、反射和散射作用,澳大利亞等國內外權威機構測試證明:SCJ-966整理JC40X40 110X90 色平布UPF 值高達50+,并且40次洗滌后UPF值仍為50+。

SCJ-966整理織物的方法可以是浸軋、涂層、浸漬或噴涂,用量通常為2-4% o.w.f.,具體用量、用法視織物的品種和用途而定。

一、浸軋法工藝:

1.工藝配方:(以軋液率70%為例)

防紫外線整理劑SCJ-966       20-50克/升

低溫固著劑SCJ-939           20-50克/升

2.工藝流程:漂染后的織物→浸軋防紫外溶液→烘干(80-110℃)→拉幅(160-170℃,30秒或120℃,5-6分鐘 )

二.涂層法工藝:

1.工藝處方:

防紫外線整理劑SCJ-966      2-5%

涂層漿                       X%

2.工藝流程:漂染后的織物→涂層→烘干(→高溫焙烘或拉幅)

三、浸漬工藝:

SCJ-966可單獨或與分散染料同浴使用,適于高溫浸染工藝、沸點載體染色工藝、熱熔軋染工藝。

純滌綸織物及紗線:

30-60min

SCJ-966    3-6%                 130℃

分散染料   X%                           

醋酸調PH值=4-6

2-3℃/min                           洗凈(同常規工藝)

                       

室溫

 

JLSUNÒ防紫外線整理劑UV-120

主要成分:苯并三氮唑

物化性能:淡藍色粘稠狀液體,pH值7-8,非離子性,能與水以任意比例混溶。UV-120是新一代環保型防紫外線整理劑,無毒,不燃,不爆,對人體安全,對皮膚無刺激,無過敏反應。它對波長180-400mm的紫外線具有強烈的吸收作用,并將之轉化為光能和熱能釋放。該物質具有反應性基團,可與纖維上的羥基、胺基發生鍵合,耐洗滌性優良。UV-120對織物原來的色澤及手感無不良影響,在纖維素纖維織物上用量低,可賦予持久的抗紫外線輻射功效。UV-120可與活性染料或直接染料同浴吸盡法加工,也可和活性染料一起用于印花工藝。

用途及應用方法:防紫外線整理劑UV-120適用于棉,麻,絲,毛,錦綸等及其混紡織物的防紫外線整理,可提高織物防紫外線性能,保護纖維,提高染色織物的耐日曬牢度。

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

2.柔軟、防紫外同?。浩竞蟮目椢?rarr;浸軋防紫外溶液(柔軟劑適量,UV-120  10-20克/升)→烘干(80-110℃)→拉幅(160-170℃,30秒)

3.皂洗時加入:UV-120   3-20克/升(輕薄織物)

 

YIMANANO  PL-LF

主要組分:特殊納米材料分散液

物化性能:非離子型;米白色液體;密度1.798g/cm3;可溶于水。

用途及應用方法:本品主要由特殊納米材料組成,具有優異的提高日光牢度的性能和良好的光吸收、紫外線吸收能力。是優良的紫外線屏蔽劑和吸收劑,可應用于任何纖維,不會損傷纖維。適用于任何染料,可有效提高染料日光牢度,解決固色后牢度下降的問題。本產品非常安全,無毒無味,對皮膚沒有刺激性。穩定性好,高溫下不變色,不分解,不變質。使用簡便,成本低廉。任何工藝兼可,如浸漬或浸軋。

使用工藝:

  1. 本品用于纖維后整理時建議使用該公司配套的粘合劑,用量2%,以獲得更優異的耐洗效果。
  2. 建議采用浸軋法處理,二浸二軋,軋液率75~90%,配套濃度5.0~4.5%(YIMANANO PL-LF);100℃烘干,140℃×1min焙烘??蛻艨筛鶕唧w需要調整。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第4節 防紫外線纖維及織物的生產方法

改善紡織品防紫外效果的途徑一般有:一是使用防紫外線纖維;二是采用功能性整理技術。前者僅限于化纖;后者適用性強、工藝簡便。根據防紫外線整理的途徑可以把防紫外線產品分為兩大類,即防紫外線纖維和防紫外線后整理織物。

4.1防紫外線纖維

防紫外線纖維興起于功能纖維迅速發展的時期,借助于其它功能纖維成功的經驗,防紫外線纖維幾乎是與防紫外線后整理技術同時進入開發階段。因為防紫外線纖維織物在風格、耐洗滌性和工藝成本方面比后整理織物具有更大的優勢,所以很受日本化纖企業的青睞??蓸符惞窘葑阆鹊?,較先開展了這方面的研究,開發了著名的“埃斯莫”纖維,于1991年投放市場。這是一種把超微細氧化鋅粒子摻入聚酯紡成的纖維,具有很高的紫外線屏蔽率和熱輻射屏蔽率,在20J/cm2·h劑量紫外線的照射下,紫外線透過率只有0.4%。在熱輻射屏蔽性能的對比測量中,比普通織物的溫度要低3~4℃。

繼可樂麗公司之后,日本諸多公司在短時間內紛紛開發出自己的產品,僅在短短兩三年時間內,防紫外線纖維就有了10多個品種(參見表3)。

 

 

 

 

 

表10 日本市場上的防紫外線纖維

公司名稱

產品商標

技術途徑

可樂麗

埃斯莫(短纖)

將氧化鋅微粉摻入聚酯共混紡絲

埃斯莫(長纖)

芯鞘纖維,以普通聚酯為鞘,含高濃度氧化鋅的聚酯為芯

尤尼奇卡

薩拉克爾

芯部含氧化鋅微粉的聚酯短纖紡成紗線

拉拜納

用含陶瓷粉的聚酯短纖紡成紗線

托納多UV

先用含陶瓷物質聚酯長絲織成織物,再用有機紫外線屏蔽劑整理

塞米塞利阿

含陶瓷微粉的聚酯超細纖維

東洋紡織

潘斯瓦多

將陶瓷微粉和有機紫外線屏蔽劑同時摻入聚酯,紡成長絲

東麗

阿羅夫托

把陶瓷微粉摻入聚酯,紡出特殊截面的長絲

帝人

菲齊奧塞薩

將含紫外線遮蔽成分的聚酯紡成特殊結構纖維

三菱人造絲

奧波埃

把陶瓷微粉紡入聚丙稀纖維

 

 

防紫外線纖維首先要選擇合適的防紫外線添加劑,這是一類能選擇性地強烈吸收波長為280-400nm的紫外線,有效地防止和抑制光老化作用而自身結構不起變化的助劑。這類助劑還應具備無毒、低揮發性、良好的熱穩定性、化學穩定性、耐水解性、耐水中萃取性、與高聚物的相容性。

用于防紫外線纖維的防紫外線添加劑必須具有一定的性質:

1有良好的紫外線屏蔽功能;

2良好的持久性;

3與普通制品一樣耐洗和耐燙性好;

4從聚合物中不溶出屏蔽劑;

5安全性好、光穩定性好,對皮膚無傷害;

6穿著舒適,服用性能好;

7 陶瓷細粉或金屬氧化物有較高細度,符合紡絲工藝要求;

8 紫外線吸收劑必須與纖維有較好的相容性;

9 要求紡絲工藝不使添加劑產生分解、升華等不良影響;

10要求添加劑對纖維質量,包括強度、透明度和染色性能等各項物理和化學指標無嚴重影響。

 

4.1.1防紫外線纖維的加工方法

4.1.1.1在成纖聚合物聚合過程中或熔融狀態下加入具有紫外線屏蔽性能的成分。也就是選擇一種合適的紫外線屏蔽劑與成纖高聚物的單體一起共聚,制得防紫外線共聚物,然后紡成防紫外線纖維。例如,用常規的直接酯化或酯交換后縮聚的方法制得防紫外線聚酯切片,再通過常規的熔融紡絲法紡制成纖維。該方法中防紫外線劑經歷聚合過程中的攪拌和擠出紡絲兩次分散,分散均勻性好,同時聚酯僅經過干燥和擠出紡絲兩次熱歷史,其分子量和特性粘度下降較少,因此該方法的可紡性非常好。這種防紫外線纖維具有良好的防紫外線性能,能有效地吸收波長為280-340nm的紫外線,可用作室外用品。

4.1.1.2利用無機物陶瓷微粉與聚合切片混合,制成母粒再進行紡絲。這些陶瓷微粉包括高嶺土、碳酸鈣、滑石粉、氧化鐵、氧化鋅、氧化亞鉛等。經試驗這些無機組對紫外線吸收效果較小,沒有光能轉化作用,但光熱穩定性、耐久性等優良。例如,將丙綸的聚合體和具有吸收紫外線的陶瓷納米微?;旌?,制成防紫外線母粒,再進行紡絲,可獲得具有出色防紫外線效果的細旦丙綸纖維。再例如預先制備高含量無機紫外線遮蔽劑(>15%)滌綸母粒,采用添加這種防紫外線母粒進行紡絲,母粒在纖維中的添加量可高達10%以上。由于抗紫外線滌綸母粒的載體-聚酯,經過擠出造粒和添加前干燥,紡絲生產的熔融擠出等加熱過程已多次降解,尤其是母粒添加量較大,促使紡絲熔體的分子量、特性粘度下降,造成分子量分布加寬,可紡性下降。另外在添加抗紫外線滌綸母粒的紡絲過程中,其無機粒子僅僅一次分散,分散不均勻也影響其可紡性。再者,共混紡絲法由于粉體加入量的多少、顆粒的大小和均勻度的不同,其功能也不一樣,并有可能逐漸堵塞噴絲孔,縮短噴絲板的壽命,增加成本。

此外,紫外線吸收劑與陶瓷微粉在纖維上同時應用,使纖維可吸收并反對紫外線,相互起到增效作用,防護效果更為優越??稍诶w維制造過程中或任意階段將防紫外線劑混入纖維中,即將紫外線屏蔽劑的粉體在聚合物聚合時加入或共混紡絲。

 

4.1.1.3工藝舉例:

方法一

設備:聚酯切片干燥機  擠壓機  紡絲卷繞機  DTY機  母粒加料器  高速拉伸假捻機

原料:聚酯切片 POY油劑  DTY油劑  抗紫外線滌綸母粒

工藝流程:

將紫外線遮蔽劑與PET切片熔融共混制成改性母粒后,將其與PET切片混合紡絲,然后加捻成絲。

 

母粒-干燥-母粒加料器

                        -紡絲-卷繞(中速紡)-滌綸半預取向絲(MOY)聚酯切片-篩選-干燥

 

-平衡-拉伸加捻-防紫外滌綸低彈絲(DTY)-檢驗分級包裝

 

問題與結果討論

1 操作性  由于熔體中所添加的抗紫外線母粒通常含水較高,經干燥后一般在80~100ppm左右,導致熔體粘度降增加,可紡性較差,操作難度大,紡絲過程中斷頭較多。另外,加入母粒后,組件使用周期縮短,一般在24-48小時左右,增加了操作工的勞動強度。

2 纖維質量

①物理性能,抗紫外線低彈絲強度較常規絲低,這主要是由于加入抗紫外母粒后,熔體粘度較低所致。其他物理性能(如卷曲收縮率等)和常規絲差別不大,質量穩定。

②染色性能,抗紫外滌綸低彈絲染色均勻性良好。因織物的纖維內部加入了陶瓷粉,有消光作用,因而改善了滌綸光澤,經染色后織物的色澤柔和、細膩,染色上染率明顯高于普通滌綸。

③產品外觀,僵絲、小卷絲降等較多,主要由于紡絲過程中飄單、斷頭較多而引起的重量降等所致。

3功能性指標

抗紫外線纖維最重要的指標是紫外線屏蔽率,防紫外線純滌綸DTY絲織成織物,對250~390nm的紫外線屏蔽率在96%以上,尤其是對UVB的屏蔽率可達到95%以上。

4穿著舒適性分析

由防紫外線滌綸分別進行純紡和與棉紗交織制成的面料,手感舒適、織造性能良好,并具有較好的透氣性、導濕性。另外,在后加工過程中,若對織物進行堿減量處理,可使其透氣性、懸垂性、吸濕性、手感和穿著舒適性得到明顯的改善。

 

方法二

1抗紫外線聚酯的合成

在半連續聚酯聚合生產裝置上,將DMT:EG=1:2.10(摩爾比)加入釜中,添加酯化催化劑,加熱到175~215℃進行酯交換反應。結束后,加入縮聚催化劑、熱穩定劑以及預先細化的無機紫外線遮蔽劑的EG漿液,在215~255℃常壓預縮聚、減壓,加熱到275~285℃下縮聚,待物料的粘度達到要求時,通氮氣、鑄帶、切粒。

2紡絲設備

POY-DTY: 聚酯切片干燥機  螺桿擠出機  卷繞機  高速拉伸假捻機

FDY:聚酯切片干燥機  螺桿擠出機  卷繞機

3紡絲加工工藝流程

POY-DTY:抗紫外線改性聚酯-預結晶干燥-熔融擠出-預過濾-紡絲-冷卻-上油集束-卷繞-POY-平衡-拉伸變形-DTY

FDY:抗紫外線改性聚酯-預結晶干燥-熔融擠出-預過濾-紡絲-冷卻-上油集束-熱輥拉伸-卷繞-FDY

4問題與結果討論

(1)抗紫外線改性聚酯的高速可紡性分析

在半連續聚酯聚合裝置上合成抗紫外線改性聚酯生產正常穩定,切片粒徑可以達到規格要求,且具有特性粘度高、熱穩定性優良、色相白度好等特點,其產品質量指標均達到普通半消光聚酯水平,僅二甘醇(DEG)含量稍高。

由于抗紫外線改性聚酯聚合生產過程中的副產物DEG存在于聚酯鏈中,使聚酯鏈中除了酯基外還存在醚鍵。由于DEG進入鏈結構,使大分子柔性增加;DEG含量越高,分子鏈越柔順,玻璃化溫度(Tg)也就越低。熔點(Tm)也隨DEG含量的增加而呈下降趨勢。

研究表明,聚酯切片可紡性好壞與熔融結晶峰(Tc)和過冷度(△T)有關。熔融結晶峰的尖銳程度反應了聚酯熔體在冷卻過程中結晶速度的大小,其結晶峰半高寬/峰高的比值,可以定量地反映熔體冷卻的全過程,比值越大,結晶區域越長,結晶速度越慢,高速紡可紡性就越好。過冷度的高低表示了熔融紡絲過程中凝固點與結晶點距離,△T越高,紡絲過程中凝固點和結晶點的距離越長,其高速可紡性就越好。

抗紫外改性聚酯與普通半消光聚酯比較,其Tc低矮,熔融結晶峰的半高寬/峰高的比值大,△T高,結晶速度慢,因此高速可紡性優異,POY結構均勻性好,有利于后加工。

(2)抗紫外改性聚酯切片的干燥

在使用干燥機對聚酯切片進行預結晶干燥的過程中,為了防止DEG含量較高的抗紫外改性聚酯切片在預結晶過程中軟化粘結,應采用較低的預結晶溫度(165℃)、干燥溫度(170℃)和較低的喂料速度(40%),還要使干燥塔有較高的料位(80%),盡可能延長干燥時間。這樣,干燥后期切片含水率可以低于20ppm。經過干燥后,特性粘度由濕切片的0.670達到干切片的0.702,說明延長干燥時間有一定的增粘效果,為穩定紡絲工藝起到良好作用。

(3)高速紡POY-DTY工藝條件

  • 紡絲工藝溫度及冷卻成形

由于抗紫外改性聚酯切片的DEG含量較高,切片熔點較低,為了有利于高速紡絲成形,紡絲過程中溫度要控制得低一些。

抗紫外改性滌綸POY冷卻成形條件同普通半消光滌綸POY相近。側吹風溫度22±2℃,風濕65±5%,風速0.4m/s。稍提高POY原絲含油率(提高噴油泵轉速以加大給油量)有利于集束絲卷繞成型。

  • 紡絲組件及預過濾器的使用周期

由于抗紫外改性聚酯屬非均相共混體系,與普通半消光聚酯比較,無機粒子含量較高,灰分較多,部分粗大粒子易堵塞預過濾芯、組件過濾網,使預過濾器前后壓差及組件內壓力在較短時間內增高,縮短了預過濾芯和組件的使用周期。因此選擇合理的組件、過濾材料及配比、預過濾精度,將組件的起始壓力控制得比紡普通滌綸長絲要低一些是有利的。

  • 卷繞工藝

采用3000m/min以上的紡絲速度,通過對輔助槽筒超喂率、卷繞張力以及卷繞頭接觸壓力的合理調整,可以獲得成型良好并具有良好退繞性能的卷裝。紡制130dtex/36f的抗紫外改性滌綸POY時,輔助槽筒超喂至7.5~8%,卷繞頭接觸壓力0.260/0.285Mpa。

  • 拉伸加捻工藝

在高速拉伸假捻機上對抗紫外改性滌綸POY進行拉伸假捻加工時,仍可采用陶瓷摩擦盤,工藝條件與加工普通滌綸相近。將130dtex/36f抗紫外改性滌綸POY生產83dtex/36f低彈絲,工藝條件為:拉伸比R1.64,D/Y比1.8,第一加熱器溫度T1210℃,第二加熱器溫度T2190℃,卷繞速度600m/min。

(4)紡絲拉伸FDY工藝條件

紡制抗紫外滌綸FDY工藝條件與高速紡POY的條件基本一樣。

(5)抗紫外改性滌綸長絲的特性

試樣A:130dtex/36f抗紫外改性滌綸長絲(DTY)為緯紗、130dtex/36f普通滌綸長絲(DTY)為經紗,噴水織機交織生產的平紋織物;

試樣B:相同規格普通滌綸長絲(DTY)為經緯紗的平紋織物,均染紅色;

試樣C:相同規格抗紫外滌綸長絲(DTY)大圓機緯編織物,白色。

表11 織物遮蔽率

試樣

遮蔽率(%)

波長(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

由表中數據可知抗紫外改性滌綸具有優良的抗紫外線性能??棺贤飧男詼炀]長絲織物紫外線遮蔽率與織物的結構、密度以及染色染料有著密不可分的關系。

4.2防紫外線后整理織物

歸納日本市場上的防紫外線后整理織物如表11,這些產品多是從90年代初期開始投放市場的。

 

表12 日本市場上的防紫外線后整理織物

公司名稱

產品商標

技術途徑

尤尼奇卡

薩恩古蘭

用紫外線吸收劑對棉或滌棉織物進行整理

東洋紡織

鳩米奈司

用無機和有機紫外線遮蔽劑共同處理織物

日清紡織

桑西爾達

用無機和有機紫外線遮蔽劑共同處理織物

東麗

泰阿薩綸

用紫外線吸收劑對織物進行整理

鐘紡

納比尤菲

用無機、有機紫外線遮蔽劑處理棉、毛、絲和化纖混紡織物

敷島紡織

利卡嘎多

以脂肪族多元醇與纖維素纖維相交聯

倉敷紡織

密爾密瓦

用有機紫外線吸收劑對棉和滌棉織物進行整理

日東紡織

坦西雅音

用有機紫外線吸收劑對棉、棉麻和滌棉織物進行整理

大和紡織

利恩茲

用紫外線吸收劑對棉織物進行整理

三菱人造絲

桑阿米

用紫外線遮蔽劑對三醋酸纖維素織物進行整理

 

 

4.2.1防紫外線織物的加工方法

防紫外線織物的加工主要是采用各種方法將無機和有機紫外線整理劑分別或共同對纖維、紗線或織物進行處理,并使之牢固結合。

4.2.1.1后整理法

將防紫外線整理劑和紡織品結合,以后整理法最為簡單。后整理法應用最為廣泛,常用于天然纖維、合纖及其混紡織物。

(1)高溫高壓吸盡法

一些與分散染料分子結構相近的防紫外線整理劑,可采用類似分散染料染滌綸的方法,在高溫高壓下吸附擴散進入滌綸。滌綸及滌棉混紡織物的抗紫外整理可以采用熱熔法,選用分解溫度較高的紫外線吸收劑與分散染料同浴,使抗紫外整理與熱熔染色同時進行。

(2)常壓吸盡法 

一些水溶性的紫外線吸收劑處理羊毛、蠶絲、棉以及錦綸紡織品,可采用常壓吸盡法,類似于水溶性染料染色。有些紫外線吸收劑也可以采用和染料同浴進行一浴法染色防紫外線整理加工。  

(3)浸軋或軋堆法

這主要是用于纖維素纖維織物的方法。和染色一樣,浸軋后烘干,或和樹脂整理一起進行,采用軋——烘——焙工藝加工。軋堆方法特別適用和活性染料染色一起進行,經堆置使吸收劑吸附擴散進入纖維內部,在染色過程中完成處理。
 (4)后整理法注意點

  • 滌綸可用苯并三唑系或改性過的苯并三唑系紫外線吸收劑
  • 部分紫外線吸收劑可與樹脂共同整理,可提高耐洗性。
  • 熒光增白劑加白織物,用紫外線吸收劑整理有時會影響白度,應加以注意。

由于采用防紫外線整理劑的不同,處理浴濃度的不同,以及處理工藝條件和參數的不同,就形成質量不同的防紫外線制品。

4.2.1.2涂層法

涂層法可使紫外吸收劑和反射劑與涂層劑共同牢固地粘合在織物上。涂層劑可采用PA、PU、PVC和橡膠等。涂層技術使用的紫外線反射劑,大多是一些高折射的無機化合物,它們反射紫外線的效果與其顆粒大小有關。實驗證明最適用涂層法防紫外線劑是有機類化合物,如北京潔爾爽高科技有限公司的生產的JLSUNÒ紫外線吸收劑SCJ-966,它處理織物的UPF值高達50,手感明顯好于無機化合物,并且不影響織物色光。

這種技術對纖維種類的適用性廣,處理成本低,對應用技術要求不高,唯獨對織物的耐洗牢度和手感有影響。如果采用泡沫涂層設備和工藝,則產品的手感柔軟。

涂層類防紫外線產品以陽傘、窗簾和帳篷較多。

 

防紫外線織物的加工方法實例

織物:純棉漂白平布 45×45  110×76

實驗

1抗紫外劑UV  淡黃色乳液

2進口紫外吸收劑A   黃褐色液體;

3在水中,加入適量的高分子分散劑,攪拌溶解;然后加入納米二氧化鈦或氧化鋅粉體,用高剪切攪拌器(轉速10000~20000r/min)和超聲波儀分散,再加入表面處理劑,升溫,反應若干小時;最后用冰醋酸調節pH值至5~6,得到性能穩定的改性二氧化鈦或氧化鋅的分散液。在一定濃度的這種分散液中加入定量的帶有活性基團的固著劑,再加入適量滲透劑JFC,配成整理工作液。

4進口紫外吸收劑B  白色乳液;

5 JLSUNÒ防紫外線整理劑SCJ-966和低溫固著劑SCJ-939復配;SCJ-966外觀為淡黃色液體,含固量為33%,PH值約為7,非離子性,可與水混溶。SCJ-939外觀為白色乳液。

五種整理液整理工藝流程

漂染后織物二浸二軋工作液(軋液率70%)→烘干(100~105℃,2~5min)→焙烘(160~170℃,30s)

測試方法

1織物抗紫外線性能按AS/NZS 4399標準測試。

2耐洗性測定

    參照JIS 217-103標準,將含有2g/l洗衣粉的洗滌液和測試織物放入洗衣機中,控制浴比1:30,水溫40℃,洗滌5min,脫水,冷水洗2min,脫水,烘干。多次洗滌重復以上過程。

結果與討論

經上述五種整理液整理及水洗40次后的各項指標檢測如下:

表13  紫外線透過率測試結果

 

紫外線透過率(%)[280-400nm]

整理后

水洗40次后

空白

31.0

33.2

實驗1

8.5

11.2

實驗2

7.2

10.0

實驗3

5.0

8.6

實驗4

3.0

3.9

實驗5

1.1

2.0

 

由上表可看出,經實驗5處理的效果明顯優于其他配方。而且經SCJ-966整理的產品比其他同類產品有更高的防紫外線吸收率,吸收范圍廣,耐水洗性好,而且SCJ-966工作液整理不影響織物的色澤和手感,工藝操作簡單,防紫外線指數UPF值高達50+,并且40次洗滌后UPF值仍為50+。另外,用SCJ-966整理還可以與純滌綸織物或紗線的染色同浴進行。

大樣試驗

經過以上比較實驗,我們在此選用JLSUNÒ防紫外線整理劑SCJ-966對漂白純棉平布進行生產實踐,經過反復實驗,得出最佳工藝。

織物:JC 純棉漂白平布 32×32  110×90  125g/m2

浸軋法整理

工藝配方(軋液率70%):

防紫外線整理劑SCJ-966        30g/l

低溫固著劑SCJ-939            30g/l

化料操作(配制500l溶液):

首先在化料桶內加入約400L水,攪拌加入SCJ-966,再加入SCJ-939,攪拌均勻,最后加水至500L,繼續攪拌(化料桶的放料管加過濾袋)。

工藝流程

漂染后織物二浸二軋工作液(軋液率70%)→烘干(80~110℃,2~5min)→焙烘(160~170℃,30s)

測試結果

      UVA波段(315-400nm)平均透過率(%)    0.1

UVB波段(280-315nm)平均透過率(%)         1.1

UPF平均值                                 650.9

紫外遮擋系數.UPF                            50+

 

 

 

5節 防紫外線測試方法和產品標準

5.1防紫外線性能評價方法

5.1.1直觀法

即分別使用防紫外線織物和相同材質的非防紫外線織物覆蓋皮膚,通過照射紫外線進行直接的對比觀察。

5.1.2變色褪色法

簡易變色法是用來比較不同織物防紫外線性能的、定性的測試方法。是在不同的織物試樣下面墊著相同的感光紙,然后放在太陽光下(或人造光源下)暴露15-30s,再把感光紙定影處理后比較其顏色濃淡。感光紙色淡的,顯然感光少,其上的織物防紫外線性能高。要提高可比性,這種方法和測試人體防曬系數一樣最好采用紫外燈代替變化較大的太陽光源,以便于交流試驗結果。采用耐曬牢度標準卡還可使測試結果具有定量性。把被測織物覆蓋在耐曬牢度標準卡上,用紫外線燈在距試樣50cm處照射,分別測出標準卡達到一級變色的時間,可進行定量分析。

5.1.3分光光度計法

該方法應用積分球式分光光度計,通過測定各種布料試樣的分光透過率曲線,可以判定各波長的透過率。也可以用面積比求出某一紫外線區域的平均紫外線透過率。

這種方法又分為全波長域平均法和特定波長平均法,前者是選取全部紫外線區域,求其透過率平均值;后者則是選取指定波長進行測量,比如在紅斑效應最大的305nm、360nm處進行測量,再取平均值。

用這種方法測試時,對于有熒光的試樣,測量時受光前部要安裝熒光過濾片。

5.1.4紫外線強度累計法

紫外線透過有一個累計問題,紫外線少時延長測量時間和紫外線多時縮短測量時間,測得的累計量幾乎相同。為此,采用紫外線強度累計法測量更有實用意義。其方法是用陽光式紫外線燈照射放在紫外線強度累計儀上的織物,按給定時間照射,測定出通過布料的紫外線累計量(Q)。并在未放布料的狀態下,測定相同給定時間的紫外線累計量(Q0)。然后進行計算:

    紫外線透過率=(Q/ Q0)×100%

    紫外線遮蔽率=(1-Q/ Q0)×100%

在這一測量中,所謂給定時間是使Q0不超過10J/cm2的時間。

    分光光度計法和紫外線強度累計法都屬于UV儀器測試法。

對于測量方法,由于測量儀器不同而使測量值不同。通過比較不同測量方法對相同防紫外線織物屏蔽率測定平均值之差,發現分光光度計全波長域平均法最小,為1.9%;分光光度計特定波長平均法最大,為10.9%;紫外線強度累計法為6.6%。

由此可以認為,采用分光光度計全波長域平均法比較準確,宜作為統一的測試方法。

5.2影響紫外線性能測試結果的因素

5.2.1產品的熒光效果

在測試過程中,紡織品上的染料或白度劑可能會發熒光,這樣將影響測試結果的準確性。因此,應當采取措施,如考慮增加濾片等手段,減小熒光的影響。

5.2.2 試樣的均勻性

由于紡織產品的不均勻性,選擇試樣時應加以注意:
1不同染料和不同顏色有不同的光譜區中的消光系數將決定它增加織物UPF的能力。一般來說,對于相同織物和染料,色澤越深,織物的UPF越大。因此對不同顏色構成的織物,每種顏色都應試驗。并且應以最低值報告。
2織物的覆蓋系數影響UPR的透過率,因此當同一樣品上有不同結構時,應當取覆蓋系數最?。ㄈ缱钏缮⒔Y構)的區域作為樣品。
3不同類型織物組成的產品,如不同原材料,也應分別測試。這是因為不同纖維對UPR的吸收性能不同。

5.2.3試樣的前處理

對試樣是否需經水洗會對如棉、絲和粘膠等織物產生收縮,使紗線間的孔隙變得更小。

5.2.4 試樣狀態

應規定在試樣干態下測定。當樣品潤濕時,如汗或水(海水、淡水、游泳池的水等),一般UPF都會降低。當水充滿織物的孔隙時,使光的散射比孔隙中為空氣時少,由于折射指數的不同,因此織物會透過更多的紫外線。

5.3防紫外線效果評定指標

防曬品大多標有SPF或PA:SPF(Sun Protection Factor)是顯示防止UVB傷害的防曬效果數值,PA(Protection UVA)則是指防止UVA到何種程度的指標。

一般人對SPF較熟悉,不過由于皮膚醫學專家不斷提出警告,強調UVA雖然不易曬傷皮膚,但會引起肌膚老化及病變,所以PA標識也越來越受到重視。

5.3.1 SPF(SPF抵御UVB)

防曬系數或防曬倍數SPF(Sun Protection Factor),用于評估防曬產品抵御UVB的效果。SPF值的高低從客觀上反映了防曬產品對紫外線UVB防護能力的大小。測定SPF值時,在選定的一塊皮膚上涂抹防曬品,另一塊皮膚則不涂任何產品。然后用UVB分別照射直至兩塊皮膚都出現紅斑,并記錄兩種條件下不同的紫外線照射時間,其比值就是該防曬品的SPF值。

SPF防曬系數的數值適用于每一個人,其計算方法是:假設紫外線的強度不會因時間改變,一個沒有任何防曬措施的人如果待在陽光下20分鐘后皮膚會變紅,當他使用SPF15的防曬品時,表示可延長15倍的時間,也就是在300分鐘后皮膚才會被曬紅。

SPF值計算公式

SPF=涂抹防曬品皮膚的MED/未涂抹防曬品皮膚的MED

*MED(Minimal Erythema Dose)最小紅斑量,指引起最輕微可見紅斑(泛紅)所需的紫外線最低劑量(J/m2)或最短照射時間。

可以看出SPF值越大,抵御UVB的能力越強。一個SPF值為15的防曬產品,可理解為能使皮膚的抗曬紅、也就是抵御UVB的能力提高了15倍。

棉質衣服的SPF值約為15-40;聚酯淺色衣服的SPF值約為7-10針織淺色衣服的SPF值約為4-9。

5.3.2 PA(PA抵御UVA)

對于UVA防護效果的評價,目前國際上還沒有一個比較統一的測定方法。有些國家參照SPF值的測定方法使用“人體斑貼實驗”測定PFA(Protection Factor of UVA)值,然后轉換成PA分級方法來表示防曬品對UVA的防護效果。測定時使用UVA光源,分別照射皮膚直至出現黑化或色素沉著,記錄并對比時間。

PFA值計算公式:

PFA=涂抹防曬品皮膚的MPPD值/未涂抹防曬品皮膚的MPPD值

  * MPPD(Minimal Persistent Pigmentation Dose),黑化或色素沉著量。MPPD指引起可見黑化或色素沉著量所需的紫外線最低劑量(J/m2)或最短照射時間。

與SPF的定義類似,一個PFA值為5 的防曬產品,可理解為能使皮膚的抗曬黑、也就是抵御UVA的能力提高5倍。

但通常來講,抗UVA的防曬系數會以PA來表示,這是一種分級式的表示方法。它將測定出的PFA值按照一定的對應關系,轉換成PA。PA后面緊跟+號,+號越多,代表抵御UVA的能力越強?!?/p>

PA則是1996年日本化妝品工業聯合會公布的「UVA防止效果測定法標準」,是目前日系商品中最廣被采用的標準,防御效果被區分為三級,即PA+、PA++、PA+++。PA+表示有效、PA++表示相當有效、PA+++表示非常有效。

表12 PA和防護等級分類表

PFA

防曬系數

抵御UVA能力

2~4

PA+

低效防護

4~8

PA++

中效防護

8以上

PA+++

高效防護

 

5.3.3 UPF

紫外線防護系數UPF(UV Protection Factor)是皮膚無防護時計算出的紫外線平均效應與試驗織物保護皮膚時計算出的平均效應的比值。UPF值越大,表明防紫外線性能越好。

國際防輻射協會(IRPA)頒布了日曬劑量限值準。日曬劑量限值可換算成日曬時間限值。以澳大利亞最大的城市悉尼為例,1月份(夏季)超過IRPA規定限值的時間約為12min。例如一個人穿著UPF為20的服裝,其持續日曬時間為12min×20=240min(4hr)。人的皮膚無論使未加防護露曬12min,還是在保護狀態下曬240min,其皮膚接受的UVR(紫外線輻射)總劑量相同。

一般采用以下公式計算:
UPF=∑SλEλ/∑SλEλTλ

式中:

λ-光波波長;

Sλ一紫外輻射在各波長段的致紅斑效應;

Eλ一紫外輻射在各波長段的強度;

Tλ一紫外輻射在各波長段的透過率;

Sλ和Eλ由測定資料提供,因此測定防輻射織物時,UPF值與Tλ為雙曲線函數關系。

新出臺的國家標準規定:只有當UPF>30時,并且UVR的透過率小于5%時,才能稱為防紫外線產品,防護等級標識為UPF30+;而當UPF>50時,則表明該產品的紫外線防護性能極佳,防護等級標識為UPF50+。

表13  UPF值及防護等級分類表

UPF等級

防護等級

防紫外線百分率

15,20

較好防護

93.3%~95.8%

25,30,35

很好的防護

95.9%~97.4%

40,50,50+

極佳的防護

>97.5%

 

 

一般SPF和PA用于化妝品行業,而UPF用于紡織行業。

5.3.4 UVR透過率

      有試樣時的UVR透過輻射強度與無試樣時的UVR透過輻射強度之比。該指標為采用紫外線強度計改造的儀器測試采用指標。

5.3.5 UVR透過率平均值

測得的試樣對不同波段光譜透過率TUVA和TUVB的算術平均值。
  TUVA:波長315~400nm時的透過百分率
  TUVB:波長290~315nm時的透過百分率

5.3.6 UVR遮擋率(或阻斷率)

計算公式為:(%)=100-TUVA
           (%)=100-TUVB

5.3.7 UVR透過量減少率

該指標可作為工藝研究或工藝調試過程中評價防紫外整理的加工效果的指標,即未經整理和經過整理的織物紫外線透過率差值與未經整理織物的紫外線透過率的比值。

1994年,日本通產省生活產業局組織市場調研,分別選取24件防紫外線織物制品和23件相同材料的非防紫外線織物,測試紫外線屏蔽率。結果是,在標明防紫外線的織物制品中,遮蔽率為38.2~95.2%,參差不齊;而對于非防紫外線的傳統制品中,遮蔽率竟然也達到28.8~81.9%。

分析這一結果后認為,僅憑遮蔽率還不能評價防紫外線功能的附加效果,應該引入紫外線透過量減少率的概念。

紫外線透過量減少率等于傳統制品透過量與防紫外線織物透過量的差值與傳統制品透過量的百分比。

按照這一計算方法,實測防紫外線織物透過量的減少率在50%以上者為11件。

通過分析實測樣品的遮蔽率和透過量減少率的測試結果,日本人提出了評價防紫外線織物性能的標準。這一標準包括兩個方面,首先是要滿足紫外線透過量減少率達到50%的要求,然后再根據絕對遮蔽率進行等級劃分。一般分為三類:

遮蔽率在90%以上者為A級;                                                           

遮蔽率在80~90%者為B級;

遮蔽率在50~80%者為C級。

這種調研和規范,對統一防紫外線織物的行業管理提供了具體的指導。

5.4防紫外線產品質量標準

目前防紫外線測試方法尚無統一的國際標準,由于澳大利亞和新西蘭受紫外線的輻射較為強烈,人們對紫外線輻射造成的危害更為關注。早在1990年,澳大利亞就提出了太陽鏡紫外線防護標準,1993年澳大利亞和新西蘭提出了防曬霜的相關標準。有關抗紫外線防護服測試標準,1996年澳大利亞和新西蘭首先提出了AS/NZS 4399。

目前國內外的相關標準有:

澳大利亞/新西蘭標準AS/NZS 4399-1996日光防護服 評定和分級

美國標準AATCC183-1998紫外線透過織物的透射比和阻截率試驗方法

美國在同年(1998年)還提出了相關的ASTM草案D13.65

英國標準BS7914-1998紫外線透過織物的穿透性試驗方法

歐盟標準prEN 13758-2001 紡織品 日光紫外線防護性能

中國標準GB/T 17032-1997 紡織品 織物紫外線透過率的試驗方法

中國標準GB/T 18830-2002 紡織品 防紫外線性能的評定

1997年德國的霍恩斯坦(Hohenstein Institute)提出UV 801標準,以評估紡織品的抗紫外線性能;授予合格的紡織品以防紫外線輻射標簽。

1999年英國又制定了BS7949:1999兒童服裝抗紫外線輻射性能的產品標準,規定兒童的上衣、內褲和全身衣服的紫外線透過率不超過2.5%。

 

 

表14 國外對抗紫外線產品控制要求的程度

項目

澳大利亞                美國                英國

強制程度

標牌

法定標簽

對抗紫外產品控制        可選          對兒童服裝制定方針

有                      無                   無

有                      無               對兒童服裝有

 

 

 

表15 不同國家測試方法的比較[11]

項目

GB/T17032-1997

AS/NZS 4399-1996

AATCC 183-1998

BS 7914-1998

范圍

該標準測定紡織品的紫外線透過率。適用于各類織物。

該標準用于確定緊貼于皮膚的防護紡織品、服裝和其他防護用品(如帽子)的紫外線透射率,也提出了對紫外線輻射標簽的要求。不包括防曬霜、建筑及遮陽用蓬布、太陽鏡、傘等;也不用于非太陽光紫外線輻射源。

該標準用于測試織物阻隔或透過紫外線的能力。該方法也可用于測試濕的和/或可伸長的織物,但不是本標準的內容。

該標準用于測試緊貼于皮膚灼傷的紫外線透過率,不包括抗紫外線產品的設計、防曬霜、太陽鏡、遮陽棚布和傘用織物。

樣品規格及數量

尺寸和大小滿足儀器的要求??刹患舨?,或剪裁后大于Φ20mm。

至少4塊樣品。為保證樣品的代表性,離邊部5cm的樣品不要;樣品干燥、不扭曲。

至少測試50×50mm或Φ50mm的樣品2塊。樣品干燥;、不扭曲。每次測量的量與上一次相交450,每樣測試3次。

對于均勻的樣品,每樣至少測試4次。對于非均勻樣品,對每一種顏色和組織測試2次。

樣品測試數量

10

4

6

4

測試條件

三級大氣

測試需在20±5℃,50±20%相對濕度的測試環境下進行,樣品不需預調濕。

預處理每一個樣品在21±1℃,50±20%下至少4h

預處理每一個樣品在20±2℃,50±20%下至少16h

樣品的選擇

避開邊緣10cm以上

如果樣品不均勻,需要較多取樣(如不同顏色、印花和纖維含量)1如果一件衣服有多種顏色,應測試不同顏色,報告最低的測試值;2如果一件衣服有不同的組織,取最小的覆蓋系數的部位(如最敞開的結構);3有襯里的衣服,襯里與面料一起測試。

測試每一個可能的顏色或結構(面積盡可能覆蓋有孔徑的地方)

測試每一個顏色和組織

測試波長間隔

5nm

2nm

5nm

UVR波長范圍

280~315nm

290~400nm

280~400nm

290~400nm

結果

透過率T,變異系數

UPF,UVA和UVB,標準偏差,UPF的級數

UPF,T(UVA),T(UVB)

最高的P值

 

各國標準相比較:

1對不同測試方法的比較可以看出,紡織品抗紫外性能測試原理基本相同。GB/T17032為UVB波段(主峰波長297nm)的透過率;BS 7914測試結果為三個波段的紫外線透過率;BS 7914測試結果為三個波段的紫外線透過率;AS/NZS 4399和AATCC 183測得平均值及TUVA,TUVB。

2不同方法對測試的溫、濕度環境要求有差異,其差異對同一織物的測試結果的影響程度有待進一步研究。AS/NZS 4399、AATCC 183、BS 7914測試樣品要求均為干燥、不扭曲,且為皮膚緊密接觸的織物。

3 AS/NZS 4399、AATCC 183 、BS 7914對試樣測試應視顏色、組織等因素而進行選擇。GB/T17032適合于任何織物。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

參考文獻

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