抗紫外線整理

1、抗紫外線整理 武宗文 本章主要學習內(nèi)容 、紫外線防護概述 、紫外線屏蔽原理 3、常用紫外線整理劑 4、紡織品防紫外線整理加工方法 5、紡織品防紫外線性能評定 紫外線防護概述 1.1紫外線的特征 1.2 紫外線對人體的益處 1.3 紫外線對人體的危害 1.4紫外線的分類 1.5 紫外線的能量 1.6影響織物紫外線透過率的因素 Ultra Violet 1.1紫外線的特征紫外線的特征 紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線同 屬于電磁波,只是波長和能量不同. 1.2 紫外線對人體的益處紫外線對人體的益處 太陽照射太陽照射 維生素維生素D合成合成 骨骼發(fā)育；骨骼發(fā)育； 兒童多曬太陽，防止佝僂病，身體健

2、康；兒童多曬太陽，防止佝僂病，身體健康； 皮膚曬得又黑又紅是健康的象征等等皮膚曬得又黑又紅是健康的象征等等 紫外線具有殺菌消毒作用，有利于保持衛(wèi)紫外線具有殺菌消毒作用，有利于保持衛(wèi) 生。生。 過多遭受紫外線輻射產(chǎn)生的危害有：過多遭受紫外線輻射產(chǎn)生的危害有： 引起急性角膜炎和結(jié)膜炎，慢性白內(nèi)引起急性角膜炎和結(jié)膜炎，慢性白內(nèi) 障等眼疾；障等眼疾； 對皮膚造成傷害，甚至誘發(fā)皮膚癌；對皮膚造成傷害，甚至誘發(fā)皮膚癌； 對人體免疫系統(tǒng)造成破壞對人體免疫系統(tǒng)造成破壞 1.3 紫外線對人體的危害紫外線對人體的危害 1.4紫外線的分類及特點紫外線的分類及特點 名稱名稱符號符號波長波長/nm對皮膚影響對皮膚影響

3、近紫外線近紫外線UVA315400 危險性較小，可穿過真皮層，可導致危險性較小，可穿過真皮層，可導致 皮膚老化，占總量皮膚老化，占總量95%-98%。 遠紫外線遠紫外線UVB280315 能量大，比能量大，比UVA更危險，能穿過人的更危險，能穿過人的 表皮，引起曬傷、皮膚腫瘤，占總量表皮，引起曬傷、皮膚腫瘤，占總量 2%-5%。 超短紫外線超短紫外線UVC200280穿透力接近穿透力接近X和和Y射線，對皮膚和射線，對皮膚和 眼睛都很危險，由于大氣臭氧層的眼睛都很危險，由于大氣臭氧層的 吸收，無吸收，無UVC可到達地面，實際生可到達地面，實際生 活中的電弧光可產(chǎn)生活中的電弧光可產(chǎn)生UVC E=h

4、y， 普朗克常量h = 6.63 10-34 表表1 光的波長和能量光的波長和能量 波長波長/nm200300400500700800 光能量光能量/(k J/mol) 598397301238171146 表表2 幾種典型化學鍵的離解能幾種典型化學鍵的離解能 化學鍵化學鍵O-HC-HC-CC-Cl 離解能離解能/(kJ/mol)462413347326 1.5 紫外線的能量紫外線的能量 1.6 影響織物紫外線透過率的因素影響織物紫外線透過率的因素 1)織物的組織和結(jié)構(gòu)：隨著織物密度、厚度和質(zhì)量增加、紫 外線的透過率越小。紫外線防護性能取決于織物的覆蓋系數(shù) 2)織物纖維的種類：纖維材料分子結(jié)構(gòu)

5、影響紫外線吸收性能 。與棉、粘膠、錦綸和腈綸織物相比，羊毛和滌綸的紫外線 透過率較低。 3)織物的顏色及顏色的深淺：許多染料的吸收帶往往延伸到 紫外光譜區(qū)域。一般來說，紡織品色澤越深，紫外線輻射防 護性能越好。 4)含濕量：濕衣物較干的衣物具有較低的紫外線透過率 5)纖維形狀：一般短纖維抗紫外線能力優(yōu)于長絲織物，細纖 維織物優(yōu)于粗纖維織物，扁平異形化纖織物優(yōu)于圓形截面化 纖，機織物優(yōu)于針織物 紫外線屏蔽原理及方法 2.1 織物對紫外線的吸收與反射作用 2.2抗紫外線機理 2.3紫外線整理劑的分類 2.3防紫外線織物生產(chǎn)方法 吸收吸收 反射反射 散射散射 直接輻射直接輻射 透過透過 太陽光太陽光

6、 2.1 織物對紫外線的吸收與反射作用織物對紫外線的吸收與反射作用 2.2抗紫外線機理抗紫外線機理 反射作用：通過一些無機材料對紫外線的 反射或散射作用，降低紫外線透過率。 吸收作用：紫外線吸收劑在吸收紫外線光 能量后，分子內(nèi)產(chǎn)生電子能級遷移，由基 態(tài)到激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)處于高能量態(tài)不 穩(wěn)定，電子又可能回到基態(tài)或過渡態(tài)，同 時放射出較低能量的輻射能，最終以光和 熱的形式釋放這些能量并恢復到其原來的 分子結(jié)構(gòu)。 2.3 紫外線整理劑分類紫外線整理劑分類 (1)無機紫外線整理劑 反射材料：包括金屬、金屬氧化及其鹽類， 氧化鋅，氧化鈦，氧化硅等 (2)有機紫外線吸收劑 紫外線吸收劑：苯酮類化合物、苯

7、并三唑類 化合物、水楊酸類化合物、三嗪類化合物等。 1） 在化纖紡絲或聚合的過程中加入紫外線屏 蔽劑生產(chǎn)抗紫外線纖維，再織成織物?？棺贤?線性能更持久。 2）在織物后整理加工時通過浸軋或涂層的方 法賦予紡織品抗紫外線功能。采用此種方法獲 得的抗紫外線功能耐水洗牢度差，且對織物風 格會有一定程度的影響。 2.4抗紫外線織物的制造方法抗紫外線織物的制造方法 3、常用紫外線整理劑、常用紫外線整理劑 紡織品紫外線吸收劑應具有的條件：紡織品紫外線吸收劑應具有的條件： 吸收紫外線的波長范圍要寬，吸收系數(shù)要大，盡吸收紫外線的波長范圍要寬，吸收系數(shù)要大，盡 可能吸收可能吸收 280400nm，并且吸收穩(wěn)定；，

8、并且吸收穩(wěn)定； 對紡織品無光催化現(xiàn)象，不影響織物的色澤、白對紡織品無光催化現(xiàn)象，不影響織物的色澤、白 度和色牢度；度和色牢度； 產(chǎn)品安全無毒，無刺激性等有害氣味，對人體皮產(chǎn)品安全無毒，無刺激性等有害氣味，對人體皮 膚無過敏反應；膚無過敏反應； 與其它化學品兼容性好，具有一定的耐洗滌性能與其它化學品兼容性好，具有一定的耐洗滌性能 無機紫外線整理劑或屏蔽劑無機紫外線整理劑或屏蔽劑 金屬、金屬氧化及其鹽類：氧化鋅、氧化鈦、三 氧化二鋁、高嶺土、滑石粉、氧化鐵、炭黑、碳 酸鈣、二氧化硅等， 特點特點 無毒、無味、熱穩(wěn)定性好、不分解、不揮發(fā)，高 效安全， 3.1無機紫外線整理劑 3.1無機紫外線整理劑

9、納米材料抗紫外線劑 近來把納米技術引入到紡織中，通過添加 具有紫外線屏蔽作用的納米級TiO2和ZnO 來提高織物的紫外線防護性能。 納米微粒的小尺寸效應、表面效應等，使材 料具有特殊性能。 當粒徑約為1/2波長時，對紫外線的屏蔽效 果最好。 3.2有機紫外線吸收劑 能強烈地、選擇性地吸收高能量的紫外線， 將吸收的能量以熱能或無害的低能輻射釋 放出來而消耗掉。 紫外線吸收劑的光能吸收與轉(zhuǎn)化機理隨種 類不同而異，從分子結(jié)構(gòu)上講，一般都具 有共軛結(jié)構(gòu)和氫鍵，吸收紫外線后能轉(zhuǎn)化 成熱能或熒光等。 C R OH O R OH CO O R 表表3 不同種類的紫外線吸收劑不同種類的紫外線吸收劑 種類種類

10、結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式機理機理備注備注 二二 苯苯 甲甲 酮酮 類類 R，R為烷基，烷氧為烷基，烷氧 基基 分子中的羰基與羥基能生分子中的羰基與羥基能生 成內(nèi)在氫鍵，構(gòu)成了一個成內(nèi)在氫鍵，構(gòu)成了一個 螯合環(huán)，吸收紫外線后，螯合環(huán)，吸收紫外線后， 發(fā)生分子的熱運動，內(nèi)在發(fā)生分子的熱運動，內(nèi)在 氫鍵破壞，螯合環(huán)打開，氫鍵破壞，螯合環(huán)打開， 把紫外光的能量變成熱能把紫外光的能量變成熱能 而釋放出來。而釋放出來。 在羰基的鄰位在羰基的鄰位 必須含有個羥必須含有個羥 基，否則不能基，否則不能 形成內(nèi)在氫鍵，形成內(nèi)在氫鍵， 就不能作為紫就不能作為紫 外線吸收劑。外線吸收劑。 水水 楊楊 酸酸 酯酯 類類 R=芳基或

11、取代芳基芳基或取代芳基也有分子內(nèi)氫鍵，但是開也有分子內(nèi)氫鍵，但是開 始時對紫外線的吸收能力始時對紫外線的吸收能力 較低，經(jīng)紫外線照射一定較低，經(jīng)紫外線照射一定 時間后，吸收能力增大，時間后，吸收能力增大， 由于其在紫外線的照射下由于其在紫外線的照射下 發(fā)生分子重排，形成了紫發(fā)生分子重排，形成了紫 外線吸收能力強的二苯甲外線吸收能力強的二苯甲 酮結(jié)構(gòu)，從而強化紫外線酮結(jié)構(gòu)，從而強化紫外線 吸收能力。吸收能力。 分子重排后生分子重排后生 成的雙羥基二成的雙羥基二 苯甲酮及其衍苯甲酮及其衍 生物可吸收部生物可吸收部 分可見光而呈分可見光而呈 現(xiàn)黃色?，F(xiàn)黃色。 N N N OH R N NN X Y

12、OH R OH R X 或 Y= 苯并苯并 三唑三唑 類類 吸收機理與二苯甲酮類相吸收機理與二苯甲酮類相 似似 對對400nm的可的可 見光不吸收，見光不吸收， 制品不會泛黃。制品不會泛黃。 三三 嗪嗪 類類 推測是按順反異構(gòu)化，使推測是按順反異構(gòu)化，使 光的能量轉(zhuǎn)換成無害的能光的能量轉(zhuǎn)換成無害的能 量而釋放出來。量而釋放出來。 吸收紫外線的吸收紫外線的 效果同鄰羥基效果同鄰羥基 的個數(shù)有關，的個數(shù)有關， 鄰羥基個數(shù)越鄰羥基個數(shù)越 多，吸收紫外多，吸收紫外 線的能力越強。線的能力越強。 3.2有機紫外線吸收劑缺點： 使用的范圍較窄，且牢度不好； 添加有機物會對人體造成危害； 會帶來廢水對環(huán)境的

13、污染問題。 防紫外線整理產(chǎn)品的安全性 防紫外線整理產(chǎn)品的安全性由于防紫外線整理織物以制作 夏天服裝為多，因此會直接與人體皮膚接觸。為此必須加 強對抗紫外線整理劑的皮膚過敏試驗，急性毒性試驗以及 致畸試驗等一系列安全檢測，以確保產(chǎn)品對人類安全，對 環(huán)境友好。 抗紫外線整理劑的選擇：紡織品要達到抗紫外線的目的， 防止紫外線對人體皮膚的傷害，可采用TiO2粉、陶瓷粉等 反光性強的物質(zhì)對織物進行后整理加工，提高織物對紫外 線的反射和散射的能力；同時利用比較安全的紫外線吸收 劑，提高織物對紫外線的吸收能力。如將這兩類物質(zhì)混合 后處理織物，使它們對紫外線既有反射和散射作用又具有 吸收作用，從而極大地降低紫

14、外線的透過率，獲得高質(zhì)量 的抗紫外線輻射紡織品 4.抗紫外線紡織品生產(chǎn)工藝 1.抗紫外線纖維的生產(chǎn) 2.抗紫外線紡織品的生產(chǎn) 4.1 抗紫外抗紫外線線纖維纖維的生產(chǎn)的生產(chǎn) 主要指在合成纖維生產(chǎn)過程中，用共聚、共混方法 等摻入紫外線屏蔽劑，再經(jīng)紡絲，使纖維具有遮蔽 紫外線的功能。這種方法所得到的織物效果持久且 手感較好，但對處理技術要求高，成本大，且有不 宜用于天然纖維及混紡時效果難以控制等弱點。主 要有三種途徑。 1）將紫外線屏蔽劑與成纖高聚物的單體共聚紡絲 例如：在制備聚酯對苯二甲酸乙二醇酯時，添加一定量的（ 小于10%）4，4二羥基二苯甲酮，用常規(guī)的直接酯化或酯 交換后縮聚的方法制得改性聚

15、酯樹脂，經(jīng)熔融紡絲制成性能 優(yōu)良的抗紫外線纖維。 在聚合前將無機物（TiO2陶瓷）微粒與單體混合，聚合成無 機抗紫外線粒子均勻分散的高聚物，紡絲后可得抗紫外線纖 維。 抗紫外線纖維的其它兩種生產(chǎn)方法 2） 無機或有機抗紫外線屏蔽劑單獨或混合使用與聚合物 共混后紡絲無機或有機抗紫外線屏蔽劑單獨或混合使用。 3）用浸漬或染色法附著與纖維上，適用與天然纖維和一些合 成纖維。 4.2抗紫外線抗紫外線紡織品紡織品整理方法整理方法 4.2. 1 吸盡法 4.2. 2 浸軋法 4.2. 3 涂層法 4.2. 4 印花法 4.2. 5微膠囊技術 4. 2. 6 溶膠凝膠技術 4.2. 1 吸盡法 1）高溫高壓

16、吸盡法高溫高壓吸盡法 高溫高壓吸盡法類似于滌綸的高溫高壓染色，這是由于一些不 溶或難溶于水的紫外線吸收劑，它們的分子結(jié)構(gòu)和分散染料很接近 ，在高溫高壓的條件下可以進入纖維內(nèi)部而固著。高溫高壓吸盡法 適合于滌綸，錦綸等合纖織物，此法比較多的采用分散染料染色與 抗紫外輻射整理同浴進行。例如： 染浴組成： 分散染料 x 分散劑 3g/L 硫酸銨 3g/L 紫外線吸收劑 2-4% 工藝流程：60開始，以2/min的升溫速度至130 ，保溫 60min,再經(jīng)降溫、還原清洗、水洗烘干等 。 4.2. 1 吸盡法 2）常壓吸盡法常壓吸盡法 常壓吸盡法則主要適合于棉，麻，羊毛，蠶絲等天然纖維類織 物的抗紫外整

17、理。常壓吸盡法須選用水溶性的紫外線吸收劑，如一 些二苯甲酮類的水溶性紫外線吸收劑的分子結(jié)構(gòu)中有多個羥基，對 棉及其它天然纖維有較好的吸附能力；還可以利用一些水溶性紫外 線吸收劑帶有磺酸基團，可與酸性染料、金屬絡合染料一起同浴用 于羊毛、蠶絲和錦綸的染色。因此可以在常壓下被用于此類織物抗 紫外整理，pH值在等電點以下，紫外線吸收劑和染料可以靠電荷引 力被纖維吸附，實現(xiàn)在常壓下上染纖維。 4.2. 2 浸軋法 由于紫外線屏蔽劑大多不溶于水，又對棉，麻等天 然纖維缺乏親和力，因此不適合用吸盡法，而采用 與樹脂同浴，將屏蔽劑固著在織物表面。浸軋液由 紫外線屏蔽劑，樹脂，柔軟劑等組成。但經(jīng)加熱處 理后，

18、織物上孔眼易被樹脂覆蓋，會影響整理織物 的風格，吸水性和透氣性。 4.2. 3 涂層法 一般在涂層劑中加入適量紫外線屏蔽劑，用涂布器 在織物表面進行精密細涂層，然后經(jīng)烘干及必要的 熱處理，在織物表面形成一層薄膜。這類方法雖使 耐洗牢度及手感受到影響，但對纖維種類的適應性 廣，處理成本低，對應用的技術和設備要求不高。 涂層法使用的紫外線屏蔽劑，大多是一些高折射的 無機化合物。 4.2. 4 印花法 印花法就是將紫外線屏蔽劑或吸收劑調(diào)制在印花色 漿中，印制后，采用氣蒸處理固著在織物上，此方 法適合于對紫外線屏蔽要求不是很高的織物。 在印花色漿中添加紫外線吸收劑有助于提高印花圖 案的耐曬牢度。 4.

19、2.5微膠囊技術 微膠囊技術已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)領域，它是一種特殊的包裝 形式，膠囊內(nèi)的物質(zhì)可以是固體微粒，也可以是液滴或氣泡 ?？蓪⒖棺贤饩€整理劑注入膠囊內(nèi)，并通過粘合劑或交聯(lián)劑 將微膠囊固著在織物上，達到抗紫外線的整理劑緩釋的效果 ，達到長效防紫外線輻射的效果。 4.2.6 溶膠凝膠技術 一般的屏蔽劑耐洗牢度都比較差，作為一種多用途 的新工藝，溶膠凝膠技術可在織物表面涂敷一層透 明的金屬氧化物薄膜，極大的改善了耐洗牢度，同 時抗紫外線性能優(yōu)良。 5 織物防紫外線性能評價 1 紫外線透過率測試方法 2 其它防紫外線性能測試方法 3國內(nèi)外相關標準 4織物抗紫外線評價指標 5GB/T18830-2

20、002(紡織品防紫外線性能的評定)介紹 5.1織物紫外線透過率測試方法 1） 標準檢測方法標準檢測方法 2）紫外線分光光度計法 3) 紫外線透過率曲線 4） 紫外線強度累計法 5）皮膚直接照射法 6）利用感光活性的方法 1）織物紫外線透過率標準檢測方法）織物紫外線透過率標準檢測方法 GB/T17032-1997(織物紫外線透過率的試驗方法） 紫外光源采用中波段紫外線（主峰297nm), 檢測器 響應波長：290-320nm T=I1/I0 x100% T:紫外線透過率 I1:樣品吸收后的紫外線透射量 I2:沒有放置樣品時的紫外線輻射量 2）紫外線分光光度計法 該法采用積分球式紫外分光光度計，測

21、試紡織品的紫外線透 射率. (1)波長區(qū)域平均法：即通過紫外線分光光度計測定紫外線波長 區(qū)域內(nèi)（200-400nm）試樣紫外線透過率的平均值，而后 可求出遮蔽率。 遮蔽率=(1-透過率)100 (2)特定波長平均法：即通過紫外線分光光度計測定試樣在若干 有代表性的特定波長內(nèi)的紫外線透過率，然后計算出上述測 定值的平均透過率，再求出遮蔽率。 測試原理 紫外線輻射源為測試紫外線輻射源為測試 提供充足且穩(wěn)定的紫提供充足且穩(wěn)定的紫 外線輻射能量。外線輻射能量。 單色儀將輻射源的紫外線輻射能單色儀將輻射源的紫外線輻射能 量色散，以便進行光譜測量。量色散，以便進行光譜測量。 積分球可計算出由樣品出射的所有

22、方向積分球可計算出由樣品出射的所有方向(直直 射和漫射射和漫射)的光譜輻射通量。探測器為光電的光譜輻射通量。探測器為光電 倍增管組成，將信號經(jīng)放大和處理后，輸入倍增管組成，將信號經(jīng)放大和處理后，輸入 計算機，進行信號的最后處理。計算機，進行信號的最后處理。 用紫外線分光光度計測定各種抗紫外線試樣的分光透過率曲線， 可以判斷各波長的透過率，并可用面積比求出某一紫外線區(qū) 域的平均透過率，評價防護效果。 該方法精度較高。在研究過程中較多采用分光光度計來測試。 該法也有不完善之處，因為大多數(shù)織物呈半透明狀，表面凹凸 不平，因此光在織物中透過情況較復雜。 3)紫外線透過率曲線紫外線透過率曲線 4）紫外線

23、強度累計法 將被測試樣放在紫外燈和紫外線累計儀器之間，對 被測試樣按給定時間進行照射，測定紫外線通過試 樣的紫外線累計量Qs(Jcm2)。同時在未放試樣 的情況下，測定相同給定時間內(nèi)紫外燈的照射累計 量Qk(Jcm2)。 UV透過率=(QsQk)xl00。 5.2 其它防紫外線評價方法 皮膚直接照射法皮膚直接照射法 在同一皮膚相近部位，以一塊或幾塊織物覆蓋皮膚，用紫外線直接 照射，記錄和比較出現(xiàn)紅斑的時間，并進行評定。這種方法也有不 完善之處，如地理條件、氣溫和濕度對實驗結(jié)果有影響；紫外線輻 射的強度、穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和時間延續(xù)性等均難以掌握，甚至無法 控制，所以目前大多采用人工模擬光源。此外，

24、照射條件、試樣、 實驗者皮膚種類等差異也會對結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。而且過量的紫 外線照射有害于實驗者的身體健康。 利用感光活性的方法利用感光活性的方法 利用光敏染料的感光活性，對紫外線透射率進行定性和定量測試。 光敏染料顏色改變程度隨紫外光照射強度的變化而變化。這樣，通 過光敏染料染色基布的顏色變化就能反映紫外光照射強度。 5.3紡織品紫外線防護性能評定 織物抗紫外線性能通常以UPF 和UVA 透射比兩項 指標來綜合評定： 1）UPFUPF是英文Ultraviolet Protection Factor的簡稱，即紫外線防護系數(shù)。皮膚無防護時 計算出的紫外線輻射平均效應與皮膚有織物防護時 計算出的

25、紫外線輻射平均效應的比值。它是目前國 內(nèi)外較多使用的評價織物抗紫外線性能的指標。 2）UVA 透射比有試樣時長波紫外線透射輻射 通量與無試樣時長波紫外線透輻射通量之比。 5.4國內(nèi)外相關的標準 （1）澳大利亞/新西蘭標準AS/NZS 4399-1996日光防護服 評定和分級； （2）美國標準AATCC 183-1998紫外線透過織物的透射比和 阻截率試驗方法； （3）英國標準BS 7914-1998紫外線透過織物的穿透性試驗方 法； （4）歐盟標準PrEN 13758-2001紡織品日光紫外線防護性能； (5)GB/T18830-2002紡織品防紫外線性能的評定 （5）中國標準GB/T 170

26、32-1997紡織品織物紫外線透過率的 試驗方法。 5.5GB/T18830-2002紡織品防紫外線性能的評定 2003年2月1日開始實施。標準號為：GB/T 18830-2002 根據(jù)GB/T 18830-2002要求，防紫外線產(chǎn)品必需是UPF值 大于30，并且UVA的透過率小于5%。 （1）如果UPF的測定值大于30，并且UVA的透過率小于5% ，標識為：30+ （2）如果UPF的測定值大于50，并且UVA的透過率小于5% ，標識為：50+ 紡織品 防紫外線性能的評定國家標準是推薦性標準， 而不是強制性標準，企業(yè)可以根據(jù)自身的實際情況選擇是否 生產(chǎn)防紫外線產(chǎn)品，但如果產(chǎn)品稱為“防紫外線產(chǎn)品

27、”，就必 須遵循這個標準。 表2 UPF的數(shù)值及防護等級 紫外線防護系數(shù)、透射比的計算公式 相關名詞解釋 日光輻照度E()solar irradiance E() 在地球表面所接受到的太陽發(fā)出的單位面積和單位波長 的能量，以Wm-2nm-1表示。在地球表面測得的UVR光譜 是290nm400nm。 3.6紅斑erythema 由各種各樣的物理或化學作用引起的皮膚變紅。 3.7紅斑作用光譜()erythema action spectrum () 與波長為相關的紅斑輻射效應。 3.8光譜透射比T()spectral transmittance T() 波長為時,透射輻通量與入射輻通量之比。 結(jié)語：結(jié)語：抗紫外線輻射整理的前景展望抗紫外線輻射整理的前景展望 1. 面對越來越嚴重的環(huán)境問題，人們除了開始重視環(huán)境的保護外 也更加