纺织品的抗紫外线性能与面料的种类、组织结构和厚度、所用的染料等因素有关。如纤维中涤纶的抗紫外线性能最好,因为涤纶分子结构中的苯环具有吸收紫外线的作用,而纯棉或真丝服装的抗紫外线能力很小。纺织品的抗紫外线性能可以通过整理得到提高和改善。
1.抗紫外线机理
紫外线照射到织物上,部分被反射,部分被吸收,其余的透过织物,一般情况下,反射率和吸收率增大,透过率就减少,对紫外线的防护性就好。由此可以得到两个防紫外线的途径;一是增加织物对紫外线的反射率,称紫外屏蔽剂;二是增加纺织品对紫外线的吸收率,称紫外吸收剂。
2.抗紫外线整理
(1)屏蔽作用。具有紫外线屏蔽作用的主要指一些能反射或散射紫外线的物质,大多是金属氧化物或陶瓷粉末,如氧化锌、二氧化钛、氧化亚铅、硫酸钡、二氧化硅、氧化铝、三氧化二铁、云母粉等。无机紫外线屏蔽剂具有安全有效、性能稳定等优点。把这些超细粉末与纤维或织物结合,可以增加织物表面对紫外线的反射和散射,防止紫外线透过织物损害皮肤。由于超微粒ZnO价廉无毒,折光率(n=1.9)比TiO2(n=2.6)小,透明度高,且其屏蔽紫外线波长范围(240~380nm)也比TiO2(340~360nm)宽,所以ZnO应用尤为广泛。
把特殊结构的ZnO超细微粒混入纤维内,不仅能屏蔽紫外线,还能反射可见光与红外光,有绝热作用以及抗菌除臭的效果。这些无机组分与有机紫外吸收剂相比,除耐光和耐紫外线性能优越外,其耐热性能也相当突出。如选用纳米材料和紫外线吸收剂复配的抗紫外线整理剂UV-R性能优良,可用于整理纯棉及涤/棉细布。整理剂用量为20g/L、黏合剂10g/L、交联剂1~4g/L、柔软剂10~20g/L。
整理后,纯棉和涤/棉织物紫外线透过率分别为1%和0.8%,UPF均在40以上(AS/NZS 4399:1996),经水洗20次后UPF≥40。而且整理后织物手感好,强力变化不大,对染色性能没有影响。
(2)吸收作用。Ciba精细化工公司近年来研制的UV吸收剂,是一种双反应基团草酸2-N-酰苯胺衍生物,能显著改善黏胶纤维、纤维素纤维、聚酰胺纤维及其混纺织物的UPF,尤其对浅色印花产品效果更加明显,就好像可以增加织物的紧密度,降低孔隙度一样,所以有较好的防护性能。该吸收剂能耐UV-A和UV-B范围的辐射,具有良好的耐水洗性,对皮肤无刺激,对纺织品不会造成不良影响。该吸收剂和染料一起竭染用于纤维素纤维织物,固色率高,UPF也很高,在酸性条件下不能与纤维结合。对涤/棉织物(50/50)也可采用一浴染色法。
Ciba公司还开发了含紫外吸收成分的织物柔软剂Ciba Tinosorb FR,用该产品洗涤服装获得抗紫外的效果。Ciba Tinosorb FR能黏结于被洗涤织物上,通过多次洗涤和冲洗进行累积以提高抗紫外效果。
英国的L J.Specialities开发了一系列服装抗紫外的整理剂,其中UVT-50A能吸收波长为200~400nm的50%~90%的紫外线,其主要成分为化妆品级的试剂,可预防中毒和其他过敏反应,对织物的手感和质量无不良影响。当与Nicca Cilicone AMZ3组合使用时,可获得极佳的耐洗牢度。该产品适用于棉、麻、羊毛等天然纤维。
美国的Milliken公司开发了一种紫外线吸收剂,不仅能阻挡UV辐射,而且对红外线辐射能形成一道屏障,使服用者在阳光下比穿着普通服装感觉凉爽。(www.daowen.com)
(3)石墨烯在抗紫外线整理中的应用。石墨烯是目前自然界中比较薄、坚硬且室温下导电性较好的纳米材料,被誉为“21世纪神奇材料”。石墨烯具有优异的电学、光学性能且在水中具有很好的分散性,可用于织物防紫外线功能整理。胡希丽等采用石墨烯纳米片(GNs)作为功能整理剂,水溶性聚氨酯(WPU)为黏合剂,通过传统的轧—烘—焙工艺对棉织物进行改性整理,结果表明,经石墨烯改性后的棉织物具有超强的紫外线防护性,当石墨烯涂覆量为240mg/m2时,其UPF值达到253.9。
氧化石墨烯是石墨烯的衍生物,它具有与石墨烯相似的结构和电学、光学等特性。它与石墨烯结构区别在于表面含有大量含氧官能团,在水中具有很好的分散性,且含氧官能团可以连接各种分子,具有很好相容性,因此可用于纺织品功能整理。高妍等探究了氧化石墨烯用于纯棉织物防紫外线功能整理的工艺,发现涂层工艺、浸渍工艺、浸渍还原工艺整理对纯棉织物的防紫外线性能不同,但都可以提高棉织物的防紫外线性能。其中,浸渍工艺防紫外线性能、均匀性、手感等各方面均较优异,对棉织物采用浸渍工艺,当氧化石墨烯用量为2.0g/L,浸渍温度为100℃,浸渍时间为30min,水洗10次时,整理后织物的UPF值为110左右。
3.抗紫外线织物的加工方法
(1)涂料印制法。将具有防紫外线效果的反光陶瓷材料与涂料靠黏合剂在织物上形成薄膜,机械地固着在织物上。优点是着色鲜艳,工艺流程短,面料品种不受限制。但干燥后,织物上的空隙被覆盖,降低了透气性,影响手感,故不适合开发服用面料,宜开发遮阳伞、防晒服等。
(2)吸尽法。对涤纶、氨纶等合成纤维织物的紫外线屏蔽整理,可以与分散性染料高温高压染色同时进行,使紫外线吸收剂分子融入纤维内部。但需要选择对织物具有亲和力的紫外线吸收剂。
(3)浸轧法。紫外线吸收剂大多不溶于水,对棉麻等天然纤维缺乏亲和力,故不能采用吸尽法。此法是将织物浸轧后,经烘干和热处理,使紫外线吸收剂与树脂或黏合剂同时固着在织物或纤维表面。浸轧液由紫外线吸收剂、树脂(或黏合剂)、柔软剂等组成。浸轧液中也可添加少量紫外线屏蔽剂以提高抗紫外线的效果。
应用溶胶-凝胶技术可以在纺织品基质材料上形成牢固、透明、多孔的功能性薄膜,纳米TiO2、ZnO等微粒具有许多优越的性能,并逐步取代了一些有机紫外线吸收剂。但ZnO等无机氧化物对纤维无结合力,处理后织物耐洗性差。当将其填充在有机改性硅烷的溶胶-凝胶中,不仅可以提高其与织物的结合牢度,增强耐久性,而且可获得良好的透气性和柔软的手感。
(4)涂层法。在织物表面涂上适量的紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂,经烘干和热处理在织物表面形成一层薄膜的方法。涂层剂可以采用PA、PU、PVC和橡胶等,也可与超细陶瓷或金属氧化物等混合。对纺织品进行抗紫外处理时,应根据纺织品的纤维种类、织物的结构以及最终用途来选择合适的加工方法。例如对要求穿着柔软性和舒适性较高的面料则不宜采用涂层法处理;而对用作家纺或产业用强调功能性的纺织品可选择涂层法。
当紫外线吸收剂和反射剂在纤维或织物上同时应用,相互还有协同增效作用,防护效果更加优越。
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