抗紫外线剂发泡印花浆衣料拒油拒水整理剂吸湿排汗整理剂防静电助剂Word格式.docx
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表1皮肤癌发病率
癌的种类
每十万人的发病率
男性
女性
基本细胞癌
1335
817
鳞状细胞癌
890
287
恶性黑色素癌
26
23
因此，防止皮肤过度受到紫外线照射的防护商品开发，引起了全社会各界人士的极大兴趣。
继日用化学品行业推出防晒霜或uv系列化妆品之后，具有紫外线屏蔽功能的整理纺织产品也相继问世了。
我国于20世纪90年代初也开发了此
项技术，作者曾撰文作过介绍[3]。
鉴于近年业界同仁进行不少研究开发工作，为此拟对其近况作简要回顾分析。
2太阳的辐射对皮肤的伤害
太阳辐射0.7-300）nm的连续光谱，其中小于175nm的辐射被地球同温层上半部（约l00km高处）中的氧所吸收;
在15-3Okm高空的臭氧层又吸收小于28Onm的辐射。
而红外辐射也被大气中的水蒸汽和二氧化碳所吸收。
因此，照射到地面的只是280-3000nm部分。
太阳辐射中对人类有害部分己大部分被吸收了。
到达地面的紫外线部分对人体皮肤的影响如图1所示。
紫外线一般是指波长为10-400nm电磁波的总称。
但本文仅按其波长在200-400nm部分，且分成三部分予以说明:
即UVA，波长为320-400nm，能促进人体内维生素的合成，但过量照射会引起抑制免疫系统功能;
UVB，波长为280-320nm，能使皮肤变红和短时间照射会降低维生素D的生成，长期照射能导致皮肤癌、白内障并抑制免疫系统功能;
UVC，波长为200-280nm，它和波长小于200nm的所谓远紫外线（VCUV），几乎全部被高空各种气体吸收，它的能量虽很大，对人类健康影响暂不讨论。
所以紫外线对人类的不良作用，其实就是UVA和UVB的综合。
地面上的紫外线幅射约占太阳到地面总辐射量的6%，其中UVA约占5.5%，UVB仅为0.5%。
由于UVB能量大（约为UVA能量的1000倍），对人类的伤害要严重得多。
地球上紫外线辐射的强度和分布取决于它照射到地球上的角度、不同地区的位置、季节、昼夜时间而不同，同一天早中晚也有很大的变化。
人类对紫外线照射的敏感性有很大的不同，人的皮肤对阳光照射也同样起阻挡作用。
如图1所示，可见光和红外辐射能渗透皮肤的三层;
紫外线辐射也能完全被表层和真皮层吸收，而UVA渗透为深入。
人类的皮肤按其肤色不同对紫外线辐射敏感性也有区别，如表2所示。
表2不同肤色的皮肤对紫外线幅射的敏感性[3]
类型
外观
290*300nm时皮肤晒红的临界剂量，mJ5/cm2
自身防护时间min
晒伤或晒黑的历程
1
很白晰
15-30
5-10
常容易晒伤，但不晒黑
2
白晰
25-35
8-12
常容易晒伤，晒黑程度很低
3
浅棕
30-50
10-15
晒伤程度中等，常晒黑
4
中棕
45-60
15-20
晒伤程度很低，常晒黑
5
深棕
60-100
20-30
很少晒伤，明显晒黑
6
黑
l00-200
35-70
不会晒伤，深度黑色素形成
因此，保护皮肤的防晒霜或具有屏蔽紫外线功能纺织品的需要，按各地区的地理位置和肤色人群而不同。
3紫外线屏蔽效果的标准
为了防止皮肤受紫外线辐射引起的伤害，开发了太阳眼镜、防晒霜以及具有屏蔽紫外线功能的太阳帽和服装。
在澳大利亚这些商品都有规定的标准，如太阳眼镜按AS1067，防晒霜（或乳液）按AS/NZS2604，服装按AS/NZS4399。
在这些标准中，过去沿用阳光防护因素（SunProtectionFactor，SPF;
UltravioletProtectionFactor,简称UPF值），作为进行屏蔽紫外线效果的尺度，即以紫外线辐射引起人们红斑效应的最小剂量为基础，用UPF值进行评价。
任何纺织品都由UPF值（或SPF值）来表示其屏蔽紫外线的效果。
由AS/NZS4399标准提出了划分UPF级别[4]，如表3所示。
表3AS/NZSUPF值与评定的等级
UPF值范围
紫外线屏蔽程度
UV幅射透射率
UPF等级
15-24
好
6.2-9.2
25-39
很好
4.1-2.6
25，30，35
40-50，50+
优良
＜2.5
40，45，50，50+
简言之，UPF值表示它容许接受照射限度时间的倍数，在澳大利亚要求UPF值为30。
如一件UPF值为30的服装，在当地曝晒1Omin，皮肤未产生红斑，则穿它后可防护达300min，即5h。
据称，在澳大利亚夏季最热的日子，从黎明到黄昏的曝晒总剂量在30-40MED（最小红斑剂）之间，因此，整日在户外工作的工作服将要求UPF等级为40以上。
UPF值可按下式求得[5]:
式中:
Eλ————形成红斑的紫外线能量;
Sλ————太阳光谱辐射能量，W·
m2·
nm-1;
Tλ————波长为λ时紫外线透过率;
△λ——紫外线光波长度间距，nm;
λ——紫外线光波波长，nm。
目前有四个国家的紫外线屏蔽性能测试方法，其测试的技术参数和结果表示的方法各异[6]（表4）。
表4四种测试方法的主要技术参敛与评定结果
测试方法
测试的技术条件
评定结果
AS/N2S
4398/196
290-400nm,5nm不预处理，测试在20±
5℃相对湿度50%±
2%环境下进行
UPF平均值UVAAv和UVBAv平均值标准差UPF级数
AATCC
183/98
280-400nm,2nm预处理条件:
21±
1℃相对湿度65%±
2%,4h
UPF平均值T（UVA）Av,T（UVB）Av
BS
7914/98
290-400nm,5nm预处理条件；
21±
2℃相对湿度65%±
2%,16h
最高的P值（UPF的倒数）
GB/T
17032/97
280-400nm三级大气压
透过率T，变异系数
4纺织品的紫外线屏蔽性能
一般纺织品，特别是适宜于夏季的纺织品所能提供防护紫外线辐射的功能是不足够的，曾有人对250种织物的UPF值作了测定[4]。
但测定结果显示，有相当多的织物低于澳大利亚提出的标准规定的要求。
首先，大家关心各种纤维材料本身对紫外线屏蔽的特征。
几种天然和合成纤维及其混纺织物的紫外线（扩散）透射率及其计算的SPF值如图2所示[3]。
图2各种纤维的扩散透射率，SPF和单位面积重量
由图2可知，在纤维中未整理的棉、真丝、聚酰胺和聚丙烯腈只有很小的防护作用;
聚酯分子结构含有苯环，使小于320m紫外线的扩散透射率较小。
研究织物结构参数与屏蔽紫外线辐射效果之间的关系众多。
有纤维、纱线的种类和结构、组织规格（密度、纱支、组织、平方克重等），其中最重要的为覆盖系数（CoverFactor）。
因为影响织物对阳光遮蔽能力的重要参数是孔隙率，而覆盖系数、孔隙率或织物的紧度都可表征织物含有孔隙的程度。
设理想织物紫外线透射率与织物的孔隙率之间关系为:
UVR透射率，%=100-覆盖系数
（2）
UPF=l00/T%（UVR）（3）
UPF=l00/（100-覆盖系数）（4）
要注意的是（3）、（4）式中的UPF不等同AS/NZS等标准中的UPF等级，但由上述UVR不能透过由纱线组成的理想织物，其覆盖系数与UPF值之间关系，如表5所示。
表5理想织物的覆盖系数与UPF
覆盖系数
织物的UPF
90.00
10
93.33
15
95.0
20
97.5
40
98.0
50
99.0
100（50+）
99.5
200（50+）
由此可知，影响UPF值的织物覆盖系数要在93%以上，而覆盖系数95%以上时，即使微细的差别就会使UPF发生很大变化，给织造技术带来很大困难。
由于织物的透气性急速下降，以致不宜于作夏季服装面料。
其次，织物在染整加工中对其UPF也有明显的影响。
10种不同结构的棉针织物，经煮练、漂白和紫外线屏蔽剂（Rayosan）处理的UPF变化如图3所示[1]。
图3针织布的UPF
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UPF值，并认为染色较深的织物，尤其是藏青和黑色，比其他染较浅的织物对紫外线有较好的屏蔽作用。
因为染料的颜色和深度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，才能显示出其有效的潜在的提高染色织物UPF值的价值。
按染料化学结构、色泽选用了14只商品直接染料，染漂白棉印花布（34×
4578×
78，106g/m2），进行两种染色深度的染色试验。
对试样和14只染料的稀溶液（0.005%）分别测定紫外线辐射透射率及计算其UPF等。
所选用直接染料的主要化学结构有单、双三偶氮、二苯乙烯和酞菁，且色谱齐全，试验结果的部分数据如表6所示[7]。
表6未染色和染色的棉印花布及染料水溶液（0.005%）的透射率
染料
0.5%（owf）染浴染色的棉印花布
吸尽率,%
透射率,%
UV
UV-A
UV-B
UPF
未染色对照样
-
24.7
25.6
22.5
4.1
直接黄12
60
6.0
5.3
7.8
13.1
直接黄28
86
4.3
4.0
5.0
19.9
直接黄44
58
4.4
3.9
5.7
18.4
直接黄l06
68
4.5
19.3
直接红24
80
4.9
3.7
27·
直接红28
88
2·
7
8
38·
直接红80
74
6.6
7.2
5.1
17.3
直接紫9
5.5
20.9
直接蓝1
76
5.9
6.3
4.8
21.5
直接蓝86
36
7.0
16.2
直接蓝218
8.1
8.5
直接绿26
72
22.3
直接棕154
82
3.6
3.3
22.8
直接黑38
3.4
29.8
表6未染色和染色的棉印花布及染料水溶液（0.005%）的透射率（续上）
0.005%（w/w）染料水溶液
校正的
平均UV
平均UV*A
平均UV*B
有效VBR
18.7
16.0
26.4
28.3
17.8
30.6
25.2
44.5
43.2
21.6
16.6
9.8
33.5
28.9
25.3
21.3
17.5
32.2
34.6
25.0
32.5
38.3
17.2
17.9
31.3
12.3
11.4
13.7
9.5
41.3
56.7
61.5
46.2
53.2
20.3
42.2
32.8
37.5
23.5
43.5
47.4
32.3
29.9
25.5
44.6
45.5
40.9
36.6
24.0
63.9
65.8
59.0
60.7
31.9
32.6
31.7
38.9
26.2
24.3
18.0
40.5
40.0
23.4
23.3
22.6
33.7
由表6知，经0.5%染浴染色后棉印花布的UV、UV-A、UV-B的辐射透射率明显降低，导致UPF值显著提高，由未染色的4.1提高至13.1～38.7，而1.0%染色试样进一步提高至18.6～50.7不等。
表6计算约有效UVR透射量性质类似于染色织物的UPF值，14只染料溶液的有效UVR透
表6未染色和染色的棉印花布及染料水溶液（0.005%）的透射量值与其中UV-B透射量值非常接近。
事实上，其间的线性关系系数（γ=0.93）和UPF与有效UVR透射量之间关系相同。
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区的吸收特性可能没有影响。
按校正浓度差异的织物UPF值，同色相中染料提供防护程度很大。
例如直接红24和28染色的织物，比直接红80的UPF值高得多。
所有染料的吸收光谱都延伸入UV区，提高了染色织物的UV值，这与其化学结构对提高UPF之间没有明确关系。
例如在双偶氮染料中，直接红28对UPF值的增加，大于其他双偶氮的直接红24、直接蓝1和直接紫9。
那些在UV区显示明显的吸收峰的染料，如直接红24、直接红28以及直接蓝1等，还与分子结构中通过分子间氢键形成鳖合环产生电子跃迁有关。
导致UV吸收作用的电子跃迁，取决于许多因素。
例如分子几何结构电子跃迁概率以及空间效应。
总之，染料化学组成与UV吸收作用之间关系有待进一步研究。
5紫外线屏蔽整理中的若干问题
关于紫外线屏蔽整理的原理和使用的紫外线吸收剂等，在作者发表的文章中已有介绍，这里不再赘述。
5·
1建立数学模式
人们对影响织物紫外线屏蔽性能的多种参数进行广泛和重复的研究，并导出了许多结论，但其中有些结论彼此却正好相反。
这是由于他们各自的研究条件不同所致，因此很难用于织物屏蔽紫外线功能量化设计计算方面。
不久前R.Nilqiker等详细而全面地研究了影响织物UPF的各项参数，提出一个简单的模型。
其参数是:
d为材料厚度;
A0（λ）为无孔隙和无紫外线吸收剂时，单位厚度的吸收率;
P为孔隙率Σm为紫外线吸收剂的光分子消光系数;
C为织物中紫外线吸收剂的浓度，以W/V表示，以及光分子量为MW;
为简化起
见，又假设织物厚度（d）是均匀的，不计对光子的散射即不散射;
紫外线在织物和在溶液中的光分子消光系数是相同的，呈单分子状分散（即符合Lambert-Beer’s朗伯-比尔定律），以及织物施加紫外线吸收剂后，其散射性能的变化可忽略不计。
由此可得出吸附紫外线吸收剂后的透射率为[3]:
Tλ=P+（l-P）×
lO-[A0（λ）.d]+（∑m（λ）dC/MW）]（5）
将（5）式代人
（1）就可得到UPF值（不包括织物散射系数的影响）。
2紫外线吸收剂浓度的影响
紫外线屏蔽整理中紫外线吸收剂的浓度及其在织物上的吸收量，对整理织物的UPF值有显著的影响。
对一种薄而紧密的棉织物（d=0.2mm,70-150g/m2，P=0.015），分别用两种不同类型的UVA-l（三嗪型）和UVA-2羟基三唑型）不同浓度进行整理，用（5）式计算相应的UPF值，结果如图4所示;
而UVA-l和UVA-2在氯仿溶液中其UV区的吸收光谱见图5。
图4棉织物[d=O.2mm，P=O.015]计剪的UPF和对UVA-l和UVA-2的UVA浓度的关系
图5UVA-l和UVA-2在氯仿中[C=O.001%，d=1cm]测量的吸收光谱
图4的曲线表明，随着紫外线吸收剂浓度增大，UPF值随之增大，但有一渐近的饱和值。
从（5）式来推断，对于一定孔隙率织物所能得到的最大UPF值是l/P。
图中例子为67。
这个极限值UVA-2几乎能达到，而UVA-l最大只能约为25。
而从溶液的吸收光谱表明（图5），UVA-l的吸收光谱上限约在335nm处，在31Onm处消光系数是高的，因而，在很低浓度时，其UPF值能快速提高。
3织物孔隙率与紫外线吸收剂的关系
棉织物的紫外线屏蔽性能较差，因此，作为夏季首选的衣料，需要提高其UPF值。
D=O.2mm的棉织物，若用0.5%的UVA-l和UVA-2分别整理后，按（5）式计算，在不同孔隙率织物可达到的UPF值如图6所示。
图6有和无0.5%物UVA-2或UVA-l整理的棉织物（d=O.2mm）的计算的UPF与织物空隙度的关系
由图6可知，未整理织物的UPF与孔隙率关系很少，可经紫外线吸收剂整理后，显出明显的依赖关系。
说明选用适当的紫外吸收剂整理薄型而孔隙率小的织物，是一种理想途径，可生产有高UPF值且穿着轻松的衣料。
另外，两种棉织物，府绸（110g/m2，P=O.6%），装饰布（144g/m2，P=4，d=0.28mm），经UVA-2不同浓度整理，试样的实测值与计算式列于表7。
表7不向浓度UVA-2整理棉布的UPF实测值和计算值
UVA-2在织物上浓度g/cm3
府绸上UPF值
UVA-2在织物上浓度，g/cm3
装饰布上UPF值
测量值
计算值
3.2
2.9
6.5
1.l×
10-3
12
2.0×
21
2.3×
27
4.1×
19
4.6×
46
66
5.2×
24
9.1×
83
1.2×
10-2
1.4×
105
97
I.6×
1.8×
L03
104
2.O×
由此可知，已建立的数学模式（5）有良好指导意义。
同时，屏蔽紫外线的织物，孔隙率是一个先决条件，经验表明，孔隙率应小于1.5%～2%为好。
4紫外线吸收剂的生态问试
紫外线吸收剂的生态参数（如AOX含量、COD值、生物降解性，N、P含量和荧光细菌的毒性）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。
相比之下，近年来开发用无机氧化物作紫外线屏蔽整理剂则可排除生态方面的挑战，而且效果极佳。
例如采用超微细级或纳米级的氧化锌的效果及其耐久性和安全性都是十分满意的[8-11]。
5反应型紫外线吸收剂的开发
织物紫外线屏蔽整理开始沿用塑料中常用的紫外线吸收剂品种。
这些品种只是吸附在织物（或纤维）表面，从某种意义上讲其耐洗性即使采取措施后也不够理想。
科菜恩（Clarsiant）和汽巴精化两公司开发了反应型制剂，商品名分别为:
RayosanC（浆状），CO（液状），SolaztexCEL（Tinofast
CEL）。
它们可以活性染料染色一样进行处理，并且对织物外观、手感和透气性都没有影响。
如RayosanC（浆状）和CO（液状）商品可用于纤维素纤维、聚酰胺纤维和羊毛织物，其反应性能较高，可与低温型活性染料同浴染色;
CO（液状）的反应性较差;
可与高温型活性染料同浴染色[12，13]。
6结语
6·
1对薄而密实的夏令面料进行紫外线屏蔽整理后，可大大地提高防护日光晒伤功能，但稀松织物即使加倍紫外线屏蔽整理剂用量也无法达到预期的防护功能。
具有高度屏蔽紫外线功能的纺织品在产业用布方面有广泛的应用前景。
6·
2本文提出以UPF值（由1式）作为评价纺织品对紫外线屏蔽功能尺度。
可用它作为相对比较各种织物屏蔽紫外线功能的高低，通用性很好。
可是，在特定条件下，如地域不同和条件差异，如何评价织物的紫外线透过率是否低于容许紫外线透过率的上限时，可用下式求得:
该地区平均最小红斑剂量×
安全系数
容许紫外线透过率上限
=——————————————————————————————
—（6）
某段紫外线量相对曝晒量×
曝晒时间
3改善纺织品屏蔽紫外线效果的途径有:
一是生产防紫外线纤维;
二是采用功能性整理技术。
前者仅限于化学纤维;
后者适应性强、工艺简便，防止由此而引起的生态问题。
4据中国计量科学院的统计资料表明，自1999-2000年间该院共收到全国企事业单位送验的112个屏蔽紫外线纺织品试样，经测定样品的透射率如表8所示[14]。
如按本文
（1）式计算，则其UPF值如表9所示。
表8样品的紫外线透射率测定
透射率
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