抗紫外纺织品.docx

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抗紫外纺织品

摘要

随着工业的发展及人们对紫外线危害意识的提升，抗紫外线纺织品越来越多的出现在人们的视野中，提高抗紫外线纺织品的抗紫外线性能，以及如何能更好的对纺织品进行抗紫外整理依旧是近年来研究的重点

为了降低紫外线对人类的危害,人们需要开发各种具有紫外线有吸收和屏蔽作用的防紫外线纤维及其织物，现在服装面料发展的趋势是把高科技与时代经济和文化发展紧密结合，进一步融入百姓生活，舒适、休闲、时尚、绿色、环保和健康的复合型功能是发展的潮流。

目前生产的防紫外线纺织品大多采用抗紫外线整理剂和紫外线屏蔽剂处理的方法，但其所具有的服用性能仍旧不能很好的满足要求。

随着纳米技术的出现，纳米氧化锌和二氧化钛粒子被用于防紫外线整理剂，纳米紫外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。

利用纳米材料的表面残键与其他有机物质复合后再对纺织品进行功能整理，从而达到更好的整理效果。

纺织品抗紫外辐射机理和影响因素，纺织品后整理可提高其抗紫外辐射能力。

纺织品的抗紫外线整理的途径，介绍几种纺织品抗紫外线整理的方法以及各种试剂，纺织品抗紫外性能的评价标准与测量方法，介绍几种常见的评价标准和测量方法。

纺织品抗紫外线的应用与未来发展。

关键词：

纺织品，抗紫外线，应用，防紫外线纤维，纳米技术，功能整理

Abstract

Withthedevelopmentoftheindustryandupgradingpeople'sconsciousnessofultravioletharm,anti-ultraviolettextiles,moreandmoreappearinpeople'sfieldofvision,improvetheanti-ultraviolettextileultravioletresistance,andhowtobetterultravioletresistantfinishingoftextilesisstillthefocusoftheresearchinrecentyears

Inordertoreducetheharmofultraviolet,humansisdevelopingallkindsoffiberandfabrictopreventit.Thetrendofthefabriciscombiningthehigh-techeraeconomicwithculturaldevelopment,andgoingintopeople'slives.Comfortable,leisure,fashionable,greenenvironmentalandhealthcompoundfunctionispopularwithpeople.CurrentfinishingagentandshieldingagentisusedtoproduceUltravioletprotectivefiberandfabric.Butit’susingpropertiescannotsatisfythedemandofhumanneedsverywell.

Withtheemergenceofnanotechnology,ZincoxideandtitaniumdioxideparticlesareusedforUVfinishingagent,Ultravioletprotectiveshieldingagenthasheat-resistant,non-toxic,stabilityandothercharacteristics.Taketheadvantageofthesurfaceofnano-materialscombinewithotherorganicresiduesmaterials,willachieveabetterfinishingfunction.

Keywords:

Textiles,anti-ultravioletradiation,application,UltravioletProtectiveFiber,Nanotechnology,FinishingFunction

目录

前言1

第1章绪论2

第2章调研结果2

2.1文献出版时间和计量分析见图2-12

2.2机构分布3

2.3来源期刊分析4

2.4文献被引频分析5

2.5文献下载频次分析6

第3章防紫外线机理及方法原理6

3.1抗紫外线功能纤维7

3.2紫外线吸收剂整理7

3.3抗紫外线涂层整理8

第4章防紫外线纳米纤维的制备8

4.1无机防紫外线整理剂8

4.2制备高防紫外线纳米聚酰胺母粒8

4.3防紫外线纳米纤维生产方法9

4.3.1共混法10

4.3.2复合纺丝法10

第5章防紫外线织物及紫外线防护指标11

5.1外线防护指标11

5.1.1紫外线防护系数UPF值11

5.1.2防晒因子SPF值11

5.1.3紫外线透过率11

5.1.4紫外线织物的测试方法11

5.1.5紫外线分光光度计法11

5.1.6紫外线强度累计法12

5.1.7光致变色法12

5.1.8紫外线屏蔽效果的标准12

第6章展望13

参考文献14

前言

人类离不开阳光，世界万物也需要阳光，紫外线对人类来说就像一枚双刃剑，一方面，紫外线具有杀菌消毒的作用，能帮助生物体合成抗佝偻病的必要成分维生素D。

紫外线对人类和地球上的生物的生存是必不可少的。

另一方面，长波紫外线能晒黑皮肤，加速皮肤老化；中波紫外线灼伤皮肤，使皮肤变红，严重时产生水泡；短波紫外线是最具有伤害力的紫外线，它可以使断链的DNA分子在具有修复能力的酶的作用下恢复原状的能力下降，从而使人类易患上皮肤癌。

值得幸运是，短波紫外线被地面上空10~5km处的臭氧层吸收而无法达到地面，对人类起到了很大的保护作用。

然而，由于现代科技的非速发展，地表大气层外的臭氧层正在遭受着来自人类工业化的破坏，地球面临着气候变暖的危害，越来越多的紫外线透过被破坏的臭氧层照射到地球表面。

有关研究发现，大量的紫外线辐射会改变细胞核内DNA分子链，导致基因突变，进一步引起皮肤病变，产生光毒性和光变态反应，引发日光性角化病，并易转化为皮肤癌等疾病[1]。

随着现在科学技术的非速发展,人们消费水平的不断提高，人类对大自然，尤其是对人类生存环境的认识日益加深。

为了降低紫外线对人类的危害，人们迫切需要研发出各种各样具有紫外线有吸收和屏蔽作用的防紫外线纺织品，防紫外线纤维及其织物的应用范围非常的广泛，这些防紫外线服饰，对夏天长时间从事野外工作的人员，如地质人员、交警、军人、建筑工人，尤其对长期受强紫外线照射的高原地区人们来说，无疑是多了一层防护，可以防紫外线穿透，减少了紫外线照射时对身体的伤害。

家用窗帘、汽车内用装饰布、帐幕等装饰纺织品用防紫外线纤维制成，可延缓因紫外线照射而引起的纺织品老化，降低其褪色程度。

同时更减轻了紫外线辐射对人体伤害[2]。

现在市场上出现的各种抗紫外线用品，如太阳伞、衣物等已经说明人们对抗紫外纺织品的需求，以运动休闲为主题的旅游和户外运动正成为一种生活时尚,现在服装面料发展的趋势，是把高科技与时代经济和文化发展紧密结合，进一步融入人类日常生活，时尚、环保和健康的复合型功能是当代发展的必然趋势。

目前生产的防紫外线纺织品一般是采用抗紫外线整理剂和紫外线屏蔽剂的方法来处理的，但其所具有的服用性能仍旧不能很好的满足要求。

因此，开发出具有明显抗紫外线辐射功能和服用性能的纺织新产品具有迫切的市场需求和重要意义。

第1章绪论

随着我国工业的发展，环境污染日益恶劣，工业所产生的废气对臭氧层造成了很大的破坏，过去人们所追求的日光浴，而今却危害着人类的健康，我们都知道，臭氧层破坏，紫外线过量的透过，人类皮肤病的概率增大。

有专家预言，在本世纪末期，皮肤癌的发病率将跃居各类疾病之，将成为人类的头号杀手。

因此人们对抗紫外产品大量研究，如今抗紫外线化妆品、日用品销量激增，但是它们的防护能力和保护面积毕竟有限。

因此有必要大力开发研究保护面积更大，防护效果更好的纺织品来防止紫外线的危害。

目前，澳大利亚和荷兰的抗紫外研究较为先进【3】。

因此，国内应该加快步伐跟上来并超越其。

第2章调研结果

CNKI数据库学术期刊2002/2011收录抗紫外纺织品研究的文献计量学分析

2.1文献出版时间和计量分析见图2-1

图2-1

近10年来CNKI数据库学术期刊共收录抗紫外纺织品研究的文献153篇，从文献数量的趋势上看，文献数量总体处于上升趋势，发表文献数量最多的时间是在2006年。

2.2机构分布

CNKI数据库学术期刊2002/2011收录抗紫外纺织品研究文献数量排在前11位的机构，见图2-2

图2-2CNKI数据库学术期刊2002/2011收录人工血管材料学研究文献数量排在前10位的机构

CNKI数据库学术期刊收录2002/2011抗紫外纺织品研究文献数量最多的是东华大学，发表文献35篇；天津工业大学发表15篇，苏州大学10篇，浙江理工大学6篇，中原工学院5篇，西安工程科技学院4篇，山东纺织科学研究所及北京服装学院和四川大学各三篇，大连理工大学和中国纺织科学研究院各俩篇。

2.3来源期刊分析

CNKI数据库收录2002/2011关于抗紫外线纺织品研究的文献量较多的有东华大学，共35篇占总数的35%，《印染助剂》20篇占总数20%，苏州大学和《印染》，各占10%，其余各占3%到7%。

2.4文献被引频分析

CNKI数据库学术期刊2002/2011共收录的关于抗紫外纺织品文献引频最高

的文献为TiO2纳米溶胶在纯棉织物抗紫外整理中的应用，来源于《印染助剂》，

作者王明勇、孙晓燕、毛志平，被引频33次，其次分别为：

防紫外织物的研究，

纳米TiO2在织物后整理中的应用，分别被引频29和23次，分别来源于《高科技

纤维与应用》和《

纺织学报》。

2.5文献下载频次分析

CNKI数据库学术期刊2002/2011收录抗紫外线纺织品研究的文献中下载频

次最高的是超拒水，抗紫外功能性织物的研究，作者尉霞，被载612次，其次

是溶胶-凝胶技术在织物上的应用与研究，被下载602次，作者罗敏，东华大

学博士。

下载频次在300到500的有6篇，其余都不足300篇。

第3章防紫外线机理及方法原理

太阳光照射到纺织品上，只有一部分被反射回去。

剩下的有一部分被纺织品吸收，其余的则透过纺织品照射到人的皮肤上，透过的紫外线是伤害人类的主要成分。

因为透过率+反射率+吸收率=100%。

吸收率和反射率越高，透过率就越低，防护性能就越好，因此，我们防紫外线就是要减少透过纺织品照射到皮肤上的紫外线量[4]。

其实，纺织品自身就能吸收、反射和散射一部分紫外线，但是仅靠纺织品自身阻挡还是远远不够。

因此，在纺织品中添加一种能反射或吸收紫外线的物质很重要，这种物质称为紫外线遮蔽剂。

紫外线遮蔽剂有有机类和无机类。

有机类紫外线遮蔽剂主要有苯酮类和苯并三唑类等芳香族有机化合物，有机遮蔽剂主要吸收紫外线，并能进行能量转换，以热能或其他无害低能辐射，将能量释放或消耗，因此又称为紫外线吸收剂；无机类的紫外线遮蔽剂，又称为紫外线反射剂，主要有二氧化钛、氧化锌和陶土等折射率很高的无机物，它们的作用机理主要是反射和散射紫外线，它们的耐热性非常好，尤其二氧化钛和氧化锌还有抗菌的功能，可以用来生产多功能的纺织品要使织物具有很好的防紫外线功能。

要让有机紫外线遮蔽剂与纤维相结合，其方法有以下两种:

一种是使遮蔽剂上的基团和纤维上的基团发生反应，或者利用交联剂将两者连接；另一种是将遮蔽剂机械地粘在纤维上。

因为大部分有机遮蔽剂含有可参与反应的基团，所以一般采用第一种方法。

无机遮蔽剂没有可反应基团，一般是将其研磨成微细颗粒或者纳米级超细颗粒，利用合适的表面活性剂和粘合剂制成稳定的分散液，通过后整理将颗粒粘在纤维或织物上，纳米级的紫外线遮蔽剂比表面积大，表面能高，尺寸与紫外线波长相当或者更小，对紫外线的吸收大大增强。

相关研究证明并非遮蔽剂颗粒的尺寸越小越好，只有尺寸在某特定值时才具有很好的防紫外线效果。

紫外线的防护方法原理，就是采用紫外线屏蔽剂对纤维、纱线或织物进行改性处理，从而达到吸收或反射紫外线的目的。

具体有3种方法：

3.1抗紫外线功能纤维

选择一种合适的紫外线吸收剂与成纤高聚物的单体共聚，制备抗紫外线共聚物，然后纺成抗紫外线纤维。

制成的这种纤维具有良好的抗紫外线效果，能很好地吸收波长为280~340nm的紫外线，也可用作室外用品。

如果在聚合前，将无机物（如TiO2系的陶瓷）微粒子与单体混合，然后进行聚合制成无机物均匀分散的高聚物，经纺丝得到具有屏蔽性能的抗紫外线纤维。

这样聚合物经改性产生良好的持久性与普通纤维一样具有耐洗、耐烫性，穿上对皮肤无伤害，安全性、光稳定性良好。

目前，这是一种最佳的生产抗紫外线的纤维的方法没。

日本可乐丽公司1991年开发的ESMO就是混入了可吸收紫外线、反射可见光和红外线的陶瓷粉末的聚酯纤维。

3.2紫外线吸收剂整理

利用无机紫外线散射剂或有机紫外线吸收剂单独或混合使用，用浸渍法、印花法或吸尽法附着在合纤维材料上，制备防紫外线纤维。

用此法制得的防外线织物耐光性差、洗涤牢度差,穿着感较差的点。

当织物用于衣物时就必须选择安全性能高的紫外线吸收剂，以确保对人体无不良影响。

3.3抗紫外线涂层整理

早期常见的纺织品抗紫外线功能加工方法是涂层整理法，例如，将紫外线屏蔽剂和粘合树脂涂于织物上。

用此法制得的产品，具有紫外线屏蔽性，但洗涤、弯曲及摩擦牢度差。

通常制成的纺织品手感硬，穿着感差。

如普通织物布纹细密，虽然屏蔽了阳光的直射，但是其透气性差，穿着时有闷热感，所以目前这种方法正在逐渐被其他方法取代。

第4章防紫外线纳米纤维的制备

4.1无机防紫外线整理剂

无机紫外线屏蔽剂具有较高的折射率，也称紫外线反射剂。

紫外线反射剂主要是利用无机微粒的反射和散射作用，可起到防紫外线透过的作用。

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、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，从而起到防紫外线透过的效果。

具有反射或折射紫外线作用的无机类物质有许多，以ZnO应用最多。

无机类紫外线反射剂的安全性优良，能反射或散射波长范围较广的紫外线，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，可使纤维具有优良的防紫外线效果。

但大多没有活性，耐久性能较差。

4.2制备高防紫外线纳米聚酰胺母粒

纳米技术出现后，纳米氧化锌和二氧化钛粒子被广泛用于防紫外线整理剂，纳米紫外屏蔽剂具有耐紫外线照射、无毒、耐热、稳定性好，对纺织品的色牢度、白度和强度等没有影响等优点[5]。

一些科研人员完成的纳米氧化钛（TiO2）抗紫外线纤维研制项目，研究了可以使织物的紫外线屏蔽指数大于50，在280~400波段紫外线屏蔽率大于95%，紫外线透过率小于3%的方法。

根据目前无机类紫外线反射剂的应用状况，其发展趋势是向低分子量和反应型方向进展。

因为低分子量的紫外线反射剂渗透性能好且均匀，反应型的紫外线反射剂能与纤维形成共价键，从而可以更好的提高耐久性能。

聚酰胺纤维在纺织工业中用量较大，特别是在夏季服装上应用很广。

夏季的紫外线强度大，对人体伤害大，但聚酰胺阻隔紫外线的能力较差，需要进行改性整理。

工业上应用最多的方法是母粒纺丝，在聚酰胺切片中加入防紫外线功能材料，制成抗紫外线母粒。

利用纳米SiO2-x和TiO2材料特殊的物理结构，制成具有高防紫外线聚酰胺母粒。

由于纳米材料表面极丰富的残键使其具有超强的表面活性，对色素粒子具有超强的吸附保护作用，因此将大大降低因紫外线照射而造成的色素衰减，大大提高染色织物的耐光牢度,同时也会降低纺织材料本身的老化现象。

  纳米级的紫外线遮蔽剂比表面积大，表面能高，尺寸与紫外线波长相当或更小，对紫外线的吸收增强。

有研究表明并非遮蔽剂颗粒的尺寸越小越好，只有尺寸在某特定值时才具有很好的防紫外线效果。

一些实验在制备聚酰胺母粒的实验中得出的结论中表明 ：

加入10%纳米SiO2-x和TiO2复配粉的聚酰胺母粒紫外线透过率比纯聚酰胺母粒的紫外线透过率下降3~10倍，聚酰胺薄膜的紫外线透过率随厚度的增加几乎呈线性下降。

在纳米科技的不断发展中，随着纳米材料表面改性技术的完善，会在更小的尺度上分散于纺织品内部，从而在纤维材料的内部进行纳米组装，从宏观上实现纺织品的多功能性[6]，此外，我们还可以利用纳米材料的表面残键与其他有机物质复合后再对纺织品进行功能整理，从而达到更好的整理效果。

纳米材料除了开发防紫外线、防电磁辐射、防静电、红外、抗菌、拒水拒油、抗老化、防皱功能纺织品外，对其他纺织产品的开发也将发挥奇异的功效，如吸水吸湿纤维、变色纤维、芳香纤维、耐热纤维、磁性纤维、储能纤维、发光纤维、阻燃织物、隔音织物等。

随着纳米粉体生产成本的降低及功能性纳米粒子品种的增多，纳米材料极有可能成为新一类高性能、高功能的复合材料。

以纳米材料、纳米技术开发多功能、高质量的纺织新产品，将是纺织以及印染行业一个全新的领域。

4.3防紫外线纳米纤维生产方法

防紫外线纤维一般是采用有机防紫外线整理剂、无机防紫外线整理剂或有机与无机防紫外线整理剂共混的方法来进行生产的。

纤维改性功能化主要是利用化纤改性技术，用防紫外线整理剂来对纤维实现的改性，制备功能化纤维。

对于纤维而言，其防紫外线功能的填加可以通过共混和复合纺丝法得到。

4.3.1共混法

共混法就是在纺丝过程中，将防紫外线整理剂掺入到聚合物中，进行混合纺丝。

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。

选择一种合适的紫外线吸收剂与成纤高聚物的单体一起进行共聚，制备防紫外线的共聚物，然后纺成防紫外线纤维。

例如，据日本专利报道，用常规的直接酯化或酯交换后缩聚的方法制备防紫外线良好的线型聚酯，再通过常规的熔融纺丝法制备成纤维。

这种纤维具有很好的防紫外线性能，能有效地吸收波长为280~340nm的紫外线，可用作室外用品。

例如，湿法纺丝就是将高聚物经适当的溶剂溶解后，将纳米粒子加入其中，然后进行纺丝加工。

而熔融纺丝则是将纳米微粒加入熔融的聚合物中，制备功能化纤维早在20世纪80年代初期，日本可乐丽公司推出的有防紫外线功能的ESMO纤维就是通过这种方法来实现的，这种纤维是一种聚酯纤维，在纺丝过混入了一种可吸收紫外线、反射可见光和红光的纳米粒子，以提高其防紫外线的性能[7]。

4.3.2复合纺丝法

复合纺丝法是利用复合纺丝技术，将整理剂加入到纤维的皮层，在纤维制造过程中或任意阶段将屏蔽紫外线剂混入纤维中。

防紫外线纤维的生产制造也可通过共混纺丝法制得，就是将紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂的粉体在聚合物聚合时加入或者直接共混纺丝，也可先制成防紫外线母粒，然后再进行纺丝。

这样制得的防紫外线纤维比后整理法制成的纺织品的防紫外线功能持久，耐洗性好，手感柔软，易于染色。

但其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。

这种方法是目前具有永久性防紫外线性能织物的最好方法，此方法只能应用于化学纤维。

而且遮蔽剂颗粒小、均匀度和在纺丝液中的分散情况都会影纤维的性能。

不仅利于保持纤维原有的基本性能，同时更节约了原料的利用。

日本可乐丽公司生产的Lecture纤维就是利用此方法生产。

Lecture纤维由三层组成，最里面的20%是一个空腔，中间层10%的钛的氧化物，用于防紫外线，最外层有5%陶瓷材料的PET层，其紫外线透过率5%。

通过纤维改性方法处理过的织物，一般比经过后整理法生产出来的织物，在耐洗性以及风格上都要好很多。

第5章防紫外线织物及紫外线防护指标

5.1外线防护指标

5.1.1紫外线防护系数UPF值

UPF值是指无试样时测试器的红斑紫外线辐射剂量加权值与有试样时测试器的红斑紫外线辐射剂量加权值之比。

5.1.2防晒因子SPF值

SPF值的含义是被防护的皮肤产生红斑所需的最小红斑量与未被防护皮肤产生红斑所需的最小红斑量之比值[8]。

5.1.3紫外线透过率

紫外线透过率=透过织物后的紫外线强度/无织物遮挡的紫外线强度。

其中“透过织物后紫外线的强度”，是指在一定时间内紫外线灯发出的紫外线透过织物被紫外线强度计接收到的能量；而“无织物遮挡的紫外线强度”是在相同时间内紫外线灯发出的紫外线直接被紫外线强度计接收到的能量。

5.1.4紫外线织物的测试方法

防紫外线的测试方法大体上分为仪器法和直接法两类。

仪器法采用光谱辐射，应用测试仪器进行测试，相比而言直接法客观性不够，可重复性差。

5.1.5紫外线分光光度计法

紫外线分光光度计法是采用紫外分光光度计作为辐射源，波长范围为280~400nm的紫外线，照射到织物上，然后用积分球收集透过织物的各个方向上的辐射通量，计算出紫外线透射比。

这种方法精度较高，在研究过程中应用较多。

5.1.6紫外线强度累计法

将被测试样放在紫外灯和紫外线累计器之间，对被测试样按给定时间进行照射，测定紫外线通过试样的紫外线累计量Qs（J/cm）2及相同时间内紫外灯的照射累计量Qp（J/cm）2，则紫外线透过率为：

Qs/Qp×100%。

5.1.7光致变色法

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。

5.1.8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[9]，如表5-1所示。

表5-1AS/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

15-20

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[10]:

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