純棉色織物在不同工藝下的抗紫外性能

陳 森，徐惠棟，王玉霞，侯 娟

（江蘇省生態(tài)染整技術(shù)重點實驗室，江蘇聯(lián)發(fā)高端紡織技術(shù)研究院，江蘇聯(lián)發(fā)紡織股份有限公司，江蘇南通 226600）

每到夏秋季節(jié)，大量光照總是伴隨著過量紫外線照射，不僅會對人體產(chǎn)生危害，導(dǎo)致皮膚老化、曬傷、紅腫脫皮，甚至還會引發(fā)皮膚癌［1］。棉纖維是用量最大的天然纖維素纖維，吸濕透氣、手感柔軟、價格低廉、可生物降解，深受人們的喜愛；但是也存在不足，例如抗紫外輻射能力差，在一定程度上限制了純棉織物的應(yīng)用。如今紫外線防護已經(jīng)得到越來越多的重視。近年來，具有紫外線防護功能的紡織品備受青睞，提高紡織品的抗紫外線性能已經(jīng)成為功能紡織品研發(fā)的重要方向之一。影響棉織物抗紫外能力的主要因素有組織規(guī)格的緊密度（織物覆蓋系數(shù)和厚度）、織物顏色（不同顏色及深淺度對紫外線的吸收度不同）、紫外線吸收劑的種類以及不同染整工藝處理后的抗紫外能力［2］。組織規(guī)格及織物顏色是品牌商根據(jù)使用場景以及服裝的使用對象在下單時確定的，對面料或服裝生產(chǎn)工廠來講可以調(diào)整的空間有限；而通過紫外線吸收劑的選擇使用以及不同染整工藝的設(shè)計是面料生產(chǎn)工廠改善純棉織物抗紫外功能的重點方向。

紫外線吸收劑的常見種類：（1）二苯甲酮類，是鄰羥基二苯甲酮的衍生物，廣泛應(yīng)用于紡織材料的后整理，與大多數(shù)高聚物的相容性好，對光、熱穩(wěn)定性良好，但是升華性強；（2）水楊酸酯類，紫外線吸收率比二苯甲酮類小，吸收波段較窄，本身對紫外光不夠穩(wěn)定而吸收可見光，會使被施加物呈黃色，但是與高聚物相容性好且價格便宜，是染整加工常用的抗紫外功能助劑之一；（3）苯并三唑類，性能比二苯甲酮類優(yōu)良，能夠吸收310～385 nm 的紫外光，幾乎不吸收可見光，穩(wěn)定性也好，對金屬離子不敏感、揮發(fā)性小，有抗氧化作用，初期易著色，特別適用于無色透明和淺色紡織品的功能整理，但是不耐皂洗，原因是能溶于堿性肥皂中使纖維顏色變黃［3］；（4）三嗪類，是2-羥基苯基三嗪的衍生物，鄰位上有羥基，吸收紫外線的效果與鄰羥基的個數(shù)有關(guān)，鄰羥基個數(shù)越多，吸收紫外線的能力越強，對280～380 nm 的紫外光有較高的吸收能力，是一類高效的吸收型光穩(wěn)定劑，可用于高溫染色、軋染染色和印花；（5）取代丙烯腈類，能夠吸收310～320 nm 的紫外光，但是吸收率較低，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和與高聚物的相容性，耐堿性好，可以賦予制品優(yōu)良的光熱穩(wěn)定性，與樹脂的相容性好，不著色，可以用于各種合成材料。

將紫外線吸收劑施加于服裝或者織物上的方法因紫外線吸收劑的品種而異［4］。（1）將能與纖維素的羥基、聚酰胺的酰胺基、羊毛和絲綢的氨基形成氫鍵的紫外線吸收劑施加于染色或者柔軟整理浴中同時上染纖維，可以用浸染法、軋染法、印花法或者柔軟整理施加。（2）制備微膠囊再施加于織物上，囊衣為高分子聚合物，例如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯，采用邊聚合邊微膠囊的方法制備微膠囊，將紫外線吸收劑包于囊芯，然后用黏合劑及交聯(lián)劑將微膠囊固著在織物上，制成紫外線屏蔽率達85%以上的紡織品；微膠囊可以緩慢釋放紫外線吸收劑，從而達到長效防紫外的目的。（3）涂層施加法，將紫外線吸收劑添加到涂層劑中進行涂層、烘干、焙烘，在涂層液中還可以添加其他功能性整理劑，用此法制備帳篷、帽子，方法簡便，但是耐候性、耐洗性尚待改進。

本實驗采用苯并三唑衍生物TF6162 抗紫外整理劑，適合染色同浴與整理定形，對棉織物采用不同的工藝流程進行整理，探究整理方式對純棉織物抗紫外線性能的影響，優(yōu)化棉織物抗紫外加工方式，提高其抗紫外線功能值及耐洗性，為生產(chǎn)工廠根據(jù)客戶抗紫外功能要求選擇合適的生產(chǎn)方式提供借鑒。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：40s純棉原紗（江蘇聯(lián)發(fā)棉紡有限公司），純棉織物（規(guī)格40s×40s，經(jīng)緯密120×100，單位面積質(zhì)量156 g/m2，江蘇聯(lián)發(fā)紡織股份有限公司），TF6162 抗紫外整理劑（傳化智聯(lián)股份有限公司），活性染料CA黃、CA 紅、CA 藍（德司達集團），勻染劑（上海雙康實驗有限公司）。

儀器：高溫高壓溢流染色機、絲光機（中國恒天立信國際有限公司），定形烘干機［立信門富士紡織機械（中山）有限公司］，UV-2000F 紡織物防曬指數(shù)分析儀（美國Labsphere 公司）。

1.2 實驗方法

先通過對一種色織棉布進行抗紫外性能（紫外線透過率與UPF 值）分析，選擇適宜的規(guī)格，再設(shè)計不同的染色整理工藝對織物進行抗紫外性能、絲光影響度及耐洗性研究。

1.3 實驗布規(guī)格

取客戶喜歡的色織格子面料，檢測不同顏色交織處的抗紫外性能，以純棉色織面料抗紫外UPF 50+確定成品規(guī)格，色布標(biāo)注如圖1所示。

圖1 色布標(biāo)注圖

參考GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》，對各標(biāo)注處采用紡織物防曬指數(shù)分析儀進行測試，結(jié)果如表1所示。

表1 布樣防紫外線性能

選擇UPF 基礎(chǔ)值16.3、UVA 透過率7.9%、UVB 透過率5.2%的點為基礎(chǔ)，設(shè)計面料規(guī)格為40s×40s、經(jīng)緯密為120×100 的基材，進行不同染色整理工藝下的抗紫外能力研究。

1.4 染色整理工藝

1.4.1 染色抗紫外同浴+小整理

染色抗紫外工藝配方：CA 黃0.24%，CA 紅0.35%，CA 藍0.18%，TF6162 5%（對織物質(zhì)量），元明粉15 g/L，純堿5 g/L，冰醋酸0.3 g/L，勻染劑1 g/L。

工藝流程：活性染料染色階段浴比為1∶6，染色時將染料與TF6162 同步加入（考慮到加入TF6162 與染料同浴，對紗線顏色色光有一定影響，在化驗確定配方時就加入此助劑一起打樣，以保證大貨與小樣顏色一致），跟隨鹽堿同時保溫30 min，關(guān)注顏色及層差情況；將色紗織造成布，經(jīng)過燒毛→退漿→水洗→定形→預(yù)縮等小整理工序后進行檢驗。

工藝曲線如下：

1.4.2 染色抗紫外同浴+絲光整理

染色抗紫外工藝配方同1.4.1。

工藝流程：活性染料染色階段浴比為1∶6，加染料時將TF6162 一同加入染液中，跟隨鹽堿同時保溫30 min，關(guān)注顏色及層差情況；將色紗織造成布，經(jīng)過燒毛→退漿→絲光（堿180～190 g/L）→定形→預(yù)縮等工序后進行檢驗。

工藝曲線同1.4.1。

1.4.3 絲光+定形抗紫外整理

染色工藝配方：CA 黃0.23%，CA 紅0.32%，CA 藍0.16%，元明粉15 g/L，純堿5 g/L，冰醋酸0.3 g/L，勻染劑1 g/L。

工藝流程：活性染料染色階段浴比為1∶6；將色紗織造成布，經(jīng)過燒毛→退漿→絲光（堿180～190 g/L）→定形［加入抗紫外整理劑進行功能整理（TF6162 100 g/L，160 ℃，30 s）］→預(yù)縮等工序后進行檢驗。

工藝曲線同1.4.1。

1.4.4 小整理+定形抗紫外整理

染色工藝配方同1.4.3。

工藝流程：活性染料染色階段浴比為1∶6；將色紗織造成布，經(jīng)過燒毛→退漿→水洗→定形［加入抗紫外整理劑進行功能整理（TF6162 100 g/L，160 ℃，30 s）］→預(yù)縮等工序后進行檢驗。

工藝曲線同1.4.1。

1.5 測試

1.5.1 抗紫外線性能

參考GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》，使用紡織物防曬指數(shù)分析儀測定整理后棉織物在AS/NZS 4399:1996 下的UPF 值、UVA 和UVB 透過率，每個樣品測試8次，取平均值。當(dāng)UPF值大于30、紫外線透過率小于5%時，紡織品為防紫外線產(chǎn)品；UPF 值越高，紫外線透過率越低，防紫外線能力越好。

1.5.2 耐洗性

將織物浸入4 g/L 標(biāo)準(zhǔn)合成洗滌劑（浴比1∶50）中，40 ℃洗滌10 min；取出織物用冷水沖洗，晾干，此為1 次洗滌。重復(fù)上述步驟n次，洗滌織物n次，測試洗滌后織物的紫外線防護性能。

1.5.3 顏色特征值

采用電腦測色儀測試染色試樣的表觀色深值（DEcmc）等，D65光源、10°觀察角，測試4次，取平均值。

1.5.4 染色牢度

耐皂洗色牢度：參考GB/T 3921.1—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)驮硐瓷味取愤M行測定；耐摩擦色牢度：參考GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗 耐摩擦色牢度》進行測定；耐水漬色牢度：參考AATCC 107—2009《耐水漬色牢度》進行測定；色泣牢度：參考日本大丸法進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗紫外性能

由表2 可以看出，相同規(guī)格的純棉織物，未加抗紫外整理劑時，本身UPF 值只有16.3，經(jīng)過抗紫外整理劑整理后，UPF 值均大于30。其中3 種工藝整理的棉織物UPF 值達到50+，具備抗紫外性能。但是染色同浴+絲光工藝提升很少，與其余幾種工藝的提升數(shù)值相差甚遠，可能是由于TF6162 類似于一氯均三嗪活性染料，但是結(jié)構(gòu)比活性染料更加簡單，與棉纖維之間的親和力較小，經(jīng)過高濃度的燒堿絲光后，大部分結(jié)合的共價鍵斷裂，抗紫外效果減弱。

表2 不同染色整理工藝的抗紫外性能

2.2 耐洗性能

由圖2、圖3 可以看出，絲光+定形抗紫外、小整理+定形抗紫外工藝的抗紫外性能接近，而且絲光后的面料效果稍好，說明在定形時添加抗紫外整理劑對前期的工藝要求不大，絲光后面料的吸濕性能稍優(yōu)，對于定形具有一定的優(yōu)勢；對比水洗5 次、10 次、20 次的UPF 值可以看出，在染色時同浴加入抗紫外整理劑，與面料具有更好的結(jié)合力以及更優(yōu)異的耐水洗性能，作為反應(yīng)型抗紫外整理劑具有染色同浴牢度好的優(yōu)勢。

圖2 不同染色整理工藝整理織物水洗后的UPF 值

圖3 不同染色整理工藝整理織物水洗后的紫外透過率

2.3 顏色特征值

不同染色整理工藝的顏色差異見表3。

表3 不同染色整理工藝的顏色差異

以未加TF6162 的色布為標(biāo)準(zhǔn)樣，由表3 可以看出，染色時加入TF6162 對色光的影響不大，4 種不同工藝中，染色同浴+絲光工藝整理的織物差異最大，但是DEcmc值也小于1，在合格范圍里。

2.4 染色牢度

由表4 可知，使用CA 系列活性染料，不同工藝加入TF6162 后的色牢度均達到4～5 級，說明TF6162 對于布面的牢度情況影響不大。

表4 各工藝下布面的牢度情況

3 結(jié)論

反應(yīng)型抗紫外整理劑具有耐洗性能好，提升抗紫外性能強的特點，但是得注意后絲光的情況，在染色時加入抗紫外整理劑，經(jīng)過濃堿的絲光過程，助劑與面料結(jié)合的共價鍵會遭到一定程度的破壞，抗紫外效果會變?nèi)酢Ｔ诙ㄐ喂ば蜻M行抗紫外整理也具備良好的抗紫外效果，但是耐洗性較差，在水洗過程中抗紫外效果下降較快。因此，抗紫外整理選擇染色同浴+小整理的方式，在取得良好抗紫外性能的同時兼具優(yōu)異的耐洗性能。