抗紫外線紡織品及其發展現狀

張振方，安紅玉

(西安工程大學 紡織與材料學院，陜西西安 710048)

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抗紫外線紡織品及其發展現狀

張振方，安紅玉

(西安工程大學 紡織與材料學院，陜西西安 710048)

論述了抗紫外線紡織品的防護指標、整理途徑、影響因素以及測定方法，并對抗紫外線紡織品的發展前景進行了展望，以期對后續的研究提供相關指導。

抗紫外線 紡織品 發展現狀

0 前言

太陽光中包含有可見光和不可見光，不可見光包含有紫外線、紅外光線等，紅外線光具有加熱作用，紫外光的波長要比可見光短，波長范圍為180nm～400nm，在光譜中約占6%左右。根據紫外線的波長分類，180nm～290nm范圍的為短波段紫外光(即UVC)，290nm～320nm范圍的為中波段紫外光(即UVB)，320nm～400nm范圍的為長波段紫外光(即UVA)，不同波長的紫外光穿越障礙物的能力不同，所能傳播到遠處的能力不同。適量紫外線對人體是有益的，其可以促進維生素D的合成，能夠抑制佝僂病的產生和惡化，但長波段紫外線會穿過皮膚到達肌肉，使其彈性下降，皺紋增加，粗糙度增加。除此之外，持續較強烈的紫外線照射會使皮膚產生灼傷，產生水泡，誘發皮炎或者色素干皮癥，甚至產生皮膚癌。隨著大氣臭氧層的破壞，紫外線的輻射量逐漸增加，紫外線的輻射對人類的生存環境產生了較大的影響，加上目前國內戶外活動的逐漸升溫，人類日常活動過多暴露在紫外線下的機會越來越多。因此，減少紫外線的輻射危害顯得迫切重要。遮蔽皮膚，減少紫外線的照射一般有涂防曬霜、衣服覆蓋皮膚等手段。防曬霜效果不持久，而紫外線對纖維和面料也有損傷，會使紡織品褪色，也會使纖維脆損，強力下降。因此，對于研究和探討紡織品的抗紫外線的新工藝及方法顯得比較重要和比較有前景。

1 抗紫外線紡織品的防護機理

1.1 防護指標簡介

紫外輻射透過率是指防護用品在采用之后，紫外輻射損傷皮膚到某一種損傷(一般有紅斑、眼損傷以及癌癥)所需要的臨界值所需要的時間量和不用防護用品達到同樣傷害程度的時間量之比[1]。在紡織纖維的測試中，一般用紫外輻射透過率作為防護輻射特征值。輻射透過率越低，紫外線到達皮膚和肌肉的量越少，表明該紡織品防護性能越好。

1.2 抗紫外線的防護機理

目前，達到紡織品防護功能的方法大致有如下幾種[2]：(1)選用具有較好抗紫外線效果的纖維，如亞麻、滌綸和羊毛等，滌綸和羊毛中含有芳香族氨基酸和苯環，可以較強吸收紫外線。(2)減少紫外線透過率，以增加織物厚度和密度等改變織物結構的手段。(3)纖維或紗線階段采用陶瓷微粒進行處理。(4)在織物后整理階段，以屏蔽劑進行整理。(5)選取具有抗紫外線功能的染料進行處理[3]。普通的紡織品同樣具有抵御紫外線、防護皮膚的作用，但效果不佳。因此，抗紫外線的作用是由添加在纖維或織物表面或纖維內部的整理劑引發的。影響織物防曬性能的優劣主要取決于織物的組份纖維或者其含有或攜帶物質的化學結構，還有織物的結構參數，如厚度、緊密度、彈性和尺寸穩定性等結構參數[4]。抗紫外線紡織品起到防護作用的原理一般是反射和吸收紫外線，反射率越高，防護性能越好，吸收率越高，防護效果越好。因此，抗紫外線紡織品的防護途徑有兩種；一種是增加紡織纖維或紡織品對紫外線的反射率，即紫外線屏蔽劑；一種是增加紡織品對紫外線的吸收率，即紫外線吸收劑。

1.2.1 屏蔽防護機理

此類的屏蔽劑一般是納微米級別的金屬氧化物,因這樣微小級別的顆粒具有很高的折射率,利用合適的分散劑對織物進行整理或以熔融紡絲等技術進行處理，提高織物表面對紫外線的折射率，達到提高織物的抗紫外性和耐久性[5]。此項工藝的優點是熱穩定性好、無害、無刺激性等，因其應用性廣，研究較為深入廣泛。

1.2.2 吸收防護機理

紫外線吸收機理是盡可能吸收紫外線并進行能量轉化，轉化的途徑是將紫外線轉化為光(熒光、磷光)、熱以及波長較短的電磁波，其中電子猝滅劑可以迅速以非輻射形式轉移激發態能量至基態以達到抗紫外線輻射的目的。此類有效的吸收劑主要是水楊酸系列、金屬離子螯合物等，其整理技術主要應用于纖維熔融、印染及后整理階段[6]。

2 抗紫外線紡織品的整理途徑

目前提高織物抗紫外線性能的途徑主要是紡絲、后整理，對纖維及織物進行染色也可以部分增強抗紫外線性能[7]。

2.1 抗紫外線纖維

在合成纖維的高聚物中摻入紫外線屏蔽劑，在紡絲成紗時使纖維或紗線具有紫外線屏蔽功能。這種工藝得到的功能纖維由于屏蔽劑與高聚物之間有分子間力，結合力大，結合牢固，因此屏蔽效果持久且穩定，手感較好。但處理工藝復雜，均勻性要求較高，成本高，較難應用于天然纖維，因此其對纖維種類的應用開發范圍不廣泛。

2.2 抗紫外線整理

2.2.1 普通工藝整理

根據不同纖維特性以及不同整理劑的特點采用不同工藝對纖維進行抗紫外線整理，大致可歸類如下[8]：(1)一些水溶性差或不溶于水的整理劑，采用高溫高壓吸盡法，這類似于滌綸染色工藝。(2)水溶性較好的整理劑在處理羊毛、棉等產品時采用常溫常壓吸盡處理。(3)浸軋法的處理效果會嚴重影響紡織品的風格、手感等舒適性，主要用于棉織物的處理，一般和活性染料一起進行。(4)涂層法則一般用于對纖維沒有親和力的吸收劑，常常應用于產業用、裝飾用紡織領域，在用于服用產品時會影響手感等。

2.2.2 微膠囊技術抗紫外線整理

微膠囊技術已經較為成熟，抗紫外線吸收劑收納在膠囊內，將膠囊以某種工藝吸附在纖維與纖維之間或織物表面，在織物使用過程中，纖維與膠囊、膠囊與外界發生摩擦破裂，膠囊內的抗紫外線吸收劑泄露緩慢釋放，達到緩釋抗紫外線的效果，效果較為持久。不同的膠囊生成方法所產生的效果不同，聚合法要比凝聚法的效果好。同時，抗紫外線膠囊的用量對抗紫外線的效果也有關系，用量越高，其抗紫外線效果越好。

2.2.3 溶膠凝膠抗紫外線整理技術

所謂的溶膠凝膠是指金屬烷氧基化合物作為前驅物在溫和條件下水解縮合成溶膠，溶膠經過加熱或揮發后變成氧化物凝膠的過程[9]，生成物為網狀結構。采用物理或化學方法容易對納米溶膠進行處理，獲得的紡織品抗紫外線性能優良，服用性能良好。

此外，還有具有綠色節能的泡沫法、適用于分散染料染滌綸纖維的超臨界二氧化碳法以及引入反射劑的納米光觸媒等。

3 影響紡織品抗紫外線性能的因素

3.1 紡織品的結構參數

首先是纖維種類，不同纖維的抗紫外線能力不同，毛、麻、滌綸等具有抗紫外線功能的纖維是抗紫外線服裝的首選原料，棉纖維的抗紫外線能力較差。因此，應根據產品特點選擇不同的纖維原料。

其次，不同結構參數的織物所具有的抗紫外線能力也不同，織物厚度、緊密度較大的影響織物的抗紫外線能力。在合理范圍內，織物的厚度越厚，紫外線到達皮膚遇到的阻礙越大，則織物的抗紫外線能力越強；織物的緊密度反映了織物的疏密程度，織物越密，縫隙越少越小，紫外線到達皮膚的機率越小，則織物的抗紫外線能力越強，但織物很不透氣，不適用于夏季穿著。

3.2 織物的色澤

對紗線或織物上色會較大地影響織物的抗紫外線能力。根據色彩顯示原理，織物的染料會選擇性的吸收可見光，當有些染料的吸收帶覆蓋到紫外線的波長區內時，可以起到吸收紫外線的作用。一般來講，隨著織物著色的變淺，織物紫外線的透過率隨之增加，因此其抗紫外線的能力下降。

3.3 織物的后整理

由于不同的后整理所產生的織物手感、外觀等效果不盡相同，因此應根據目標織物的效果采用相應的整理工藝。以夏季穿著用的皮膚衣為例，面料多采用滌綸及氨綸，而夏季服裝對手感要求較高，為此可采用分散染料以高溫高壓工藝進行處理，使紫外線吸收劑分子融入纖維內部。而對于棉類織物，最好將紫外線吸收劑固著在織物的表面，可采用浸軋工藝對其進行處理。除此之外，針對產業用紡織品，由于該類紡織品的手感、風格要求相對較低，而對于織物功能性的要求稍高，可將紫外線反射劑利用涂層或者涂料印花的方式印在織物表面，形成的防護膜可反射紫外線，所得的涂層織物具有抗紫外線功能。

4 紡織品抗紫外線的測定方法

雖然目前國際上并沒有絕對統一的測定方法，但各個企業及實驗室常用的測定方法大致有如下四類：

4.1 紫外分光光度計法

該方法是利用分光透過率曲線進行計算，再利用面積比進行評價，但考慮到紡織品是半透明狀的，表面并不平整，部分光線會被吸收，有的光會被反射或折射，并且反射及折射的具體情況與纖維、織物組織以及紡織品的厚密程度有關，因此所測得的透過率是偏低的。為改善測定結果，可使用乳白玻璃消除法等手段進行測試，此外還應增加空白試驗組以作為對照比較其抗紫外線數據。

4.2 皮膚直接接觸法

此類方法即在皮膚相近的區域，以測試紡織品覆蓋在皮膚上，用紫外線照射紡織品，記錄時間或程度進行比較。目前最多用的是紫外線輻射防護系數，指的是防護品被采用后，紫外輻射使皮膚達到出現紅斑的臨界劑量所需時間和不用防護品時達到同等傷害程度的時間之比[10]。

此外，還有變色褪色法、紫外線強度累計法。

5 展望

目前，隨著國內經濟水平的提高、人們健康意識的提高以及消費多樣化的演變，促進了戶外運動的迅猛發展，越來越多的人走出辦公室走向戶外，而戶外登山及夏季活動時的紫外線照射較為強烈，造成人們皮膚的損傷并阻礙了后續戶外活動的進行，以皮膚衣為代表的服用紡織品對紫外線的屏蔽要求顯得比較高，國內如探路者、凱樂石等品牌對其投入的研發費用較高，因此,抗紫外線服用紡織品的要求會越來越高，而且越來越向著高科技、輕量、高性能的方向發展。總之，抗紫外線紡織品具有很大的市場前景和發展潛力。

[1] 曾鵬程.防紫外線紡織產品開發[J].綠色大世界,2015(6):40-42.

[2] 吉元晏.防紫外線紡織品[J].廣西紡織科技,2010,39(2):51-53.

[3] 張鵬飛,藍海嘯,趙堅.防紫外線紡織品的現狀及發展趨勢[J].紡織科技進展,2011(5):10-12.

[4] 杜艷芳,裴重華.防紫外線紡織品的研究進展[J].針織工業,2007(9):23-27.

[5] 徐杰.防紫外線紡織品概述[J].化纖與紡織技術,2009(12):26-30.

[6] 郭開華,馬小強.防紫外線輻射紡織品技術研究現狀[J].染整技術,2011(10):8-10.

[7] 李全明,王崇礡,王浩.防紫外線織物的研究[J].高科技纖維與應用,2002(6):19-21.

[8] 高妍,謝孔良.紡織品防紫外線整理劑發展綜述[J].染整技術,2010(12):11-14.

[9] 劉桂陽,張增強.紡織品防紫外整理的開發現狀[J].浙江紡織服裝職業技術學院學報,2006(3):29-33.

[10]錢如山,朱傳龍,顧嬌，等.紡織品抗紫外線整理劑的發展現狀[J].上海工程技術大學學報,2013(9):261-265.

2016-06-28

張振方(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：功能性紡織材料研究開發。

TS195

A

1008-5580(2016)04-0182-03