紡織品的抗紫外線整理

2016-07-18上海工程技術大學服裝學院 錢如山 朱傳龍 等

 

摘要： 從織物的纖維種類和結構對織物抗紫外性能的影響，綜述了臭氧層被氟氯烷烴破壞的機理及對人體的傷害。綜合分析目前織物抗紫外線整理存在的不足，提出了納米抗紫外線是抗紫外整理的研究方向。

關鍵詞：臭氧  織物  抗紫外  整理劑

1 引言

 

1801年德國物理學家里特發現紫外線以來，人們對于紫外線的認識與研究已有兩個多世紀。紫外線來自太陽輻射的一種電磁射線，國際照明委員會C.I.E將紫外光譜區分為三個不同波段，根據紫外線波長可分為：近紫外線LNA (315-400nm)，遠紫外線UVB (280-315nm)和超短紫外線LNC (100-280)。太陽光中波長在300nm以下的電磁波幾乎被大氣中的臭氧吸收，很難到達地面。因此，到達地面大多數是近紫外線和遠紫外線。適量照射紫外線對身體有好處，有助于人體吸收鈣，加強人體非特異性免疫功能和機體防御能力、促進體內某些激素的分泌功能等。但是受到過量的紫外線照射則會引起身體不適，甚至會患上很多疾病。大量動物實驗表明：UV-B紫外線輻射能損壞眼角膜和晶狀體，導致眼睛渾濁。也有研究表明：紫外線輻射能夠擾亂人體的免疫系統（如使人產生黑色素），免疫受到抑制，結核、單純皰疹等疾病惡化或增加。

 

    過量的紫外線特別會對皮膚造成嚴重的傷害。紫外線的波長愈短，對人類皮膚危害越大。短波紫外線可穿過真皮，中波則可進入真皮。過量的紫外線能使皮膚細胞中的DNA受損引起曬斑，產生色素沉著，如果表皮細胞DNA損傷增多，超過了其修復能力，會使皮膚致癌。

 

近年來，隨著人們對生活水平的要求越來越高，在舒適的享受的同時，向大氣中排放了大量的氟、氯化合物，使臭氧層遭到了日趨嚴重的破壞。到達地面的紫外線輻射量增多，對人體的傷害也越來越嚴重。因此人體防護紫外線輻射的研究得到了重視，而服裝是人體最有效的保護工具，所以對紡織品進行抗紫外線整理很有必要，防止紫外線對皮膚傷害的同時保持織物原有性能已成為紡織染整業的重要課題之一。   

 

2 織物抗紫外整理

 

2.1 影響紫外線透過織物的因素

 

    未經防紫外整理的織物本身具有一定的防紫外作用，其防紫外的效果與織物的種類、形態結構、結構組織以及厚度有關。一般認為分子結構中含有苯環、芳香族氨基酸的纖維（如：滌綸、羊毛、絲綢等），對300nm 以下的紫外光有強烈吸收，紫外線透過率較低；形態呈光滑圓柱形的纖維對光線反射率較高；織物組織交織點少，浮長較長的結構（如緞紋組織），防紫外輻射效果較好；較厚的織物紫外線透過率較少。

    棉纖維的結構中不含苯環，且具有縱向扭曲不光滑的形態，紫外線最容易透過棉織物，因此棉織物的防紫外整理顯得尤為重要。

 

2.2 抗紫外整理劑的分類

    抗紫外整理劑的研究很早便引起了人們的重視，根據抗紫外機理可分為：反射型抗紫外線整理劑、吸收型抗紫外線整理劑和納米型抗紫外線整理劑。

2.2.1 反射型抗紫外線整理劑

    反射型抗紫外線整理劑對紫外線無吸收作用，只是依靠對光線的反射作用，減少紫外線的透過率。亦稱紫外線屏蔽劑。這類屏蔽劑具有無毒、無味、無刺激性、熱穩定性好、不分解及不揮發等性能，大多是金屬、金屬氧化物及鹽類，典型的如Ti02、 Zn0、Al02、高嶺土、滑石粉、炭黑、氧化鐵、氧化亞鉛和CaC03等，對波長在310-400nm的紫外線反射率可高達95%。

    雖然紫外線屏蔽劑有獨特的優勢，但是經其整理后織物的透氣性、手感及耐洗性較差，并且織物的色澤、牢度以及白度有所下降，有些甚至使人體發生過敏反應。因此這類整理劑大多用于遮陽傘、帳篷等，而很少用于服裝面料。

2.2.2 吸收型抗紫外線整理劑

    吸收型抗紫外整理劑也稱為紫外線吸收劑，能強烈地、選擇性地吸收高能量的紫外線，以其它較低能量的形式（如：波長較長的光或熱量）釋放，從而避免紫外線對人體皮膚的傷害，而吸收劑本身并不受到紫外線的破壞。其吸收劑原理一般認為是分子內質子的轉移：結構中的羥基與附近結構中的N或O原子形成一個含有氫鍵的分子內六元環，六元環經紫外照射吸收能量后打開，伴隨烯醇式和酮式結構的轉換，將有害能量轉化為無害的光波或熱能釋放，六元環再閉合恢復。

 

作為織物的紫外線吸收劑應具備如下條件：

(1)安全無毒，對人體無過敏反應，不能對人體健康產生威脅；

(2)符合環保要求；

(3)耐常用溶劑和耐洗性良好；

(4)吸收紫外線后無著色現象；

(5)不影響或少影響織物的白度、牢度、強力和手感等物理性能和織物風格；

(6)有一定的穩定性。

常見的紫外吸收劑有：

① 二苯甲酮類化合類：

    是最早使用的紫外吸收劑，這類化合物分子中的羰基與羥基形成分子內氫鍵，構成一個螯合環結構。在吸收紫外線后，內氫鍵發生振蕩，穩定的螯合環打開，將吸收的能量以熱能的形式釋放出來，另外分子中的羰基會被吸收的紫外光能所激發，生成烯醇式結構的互變異構，這也消耗了一部分能量。

    此類化合物有：2-羥基．5氯二苯甲酮，2-4二羥基二苯甲酮等。此類化合物具有多個羥基，對纖維有較好的吸附能力能吸收280～400nm的紫外線，主要用于聚丙烯、聚酯、纖維素等纖維。但其對280nm以下的紫外線幾乎沒有吸收，有時易泛黃，另外價格比較昂貴所以在市場上運用很少。

② 水楊酸酯類：

    水楊酸酯類紫外線吸收劑分子中也有內在氫鍵，開始時對紫外線吸收能力較低，且吸收的范圍窄(小于340nm)，但照射一定時間后，吸收逐漸增大。原因是在紫外線照射下發生分子重排形成了紫外線吸收能力強的二苯甲酮結構，強化了其對紫外線的吸收能力。重排后生成的雙羥基二苯甲酮及其衍生物可吸收部分可見光而呈現黃色．而導致整理后織物泛黃。另外這類吸收劑熔點較低，易升華、吸收系數低，因此運用較少。

③ 苯并三唑類：

    苯并三唑類紫外吸收劑的作用原理與二苯甲酮類相似：苯并三唑類的紫外線吸收效果要優于二苯甲酮類紫外線吸收劑，可吸收300-400nm的光，且不吸收400nm波長以上的光，所以不會泛黃，并且具有耐揮發性、耐油等優點。苯并三唑類吸收劑的結構和分散染料很接近，故應用范圍有限，可采用高溫高壓法處理到滌綸上，但若要應用于錦綸、羊毛、蠶絲和棉織物上，需要在分子中接上適當數量的磺酸基。

④ 三嗪類：

    三嗪與三唑類紫外吸收劑均含有N，依靠N、H形成的分子內氫鍵及烯醇式和酮式結構的轉換來有效吸收紫外線，對280～380nm的紫外光有較高的吸收能力。而三嗪類吸收劑的吸收效果與羥基的個數成正比，因此吸收能力較苯并三唑類強，其缺點是與高聚物的相容性差，整理后織物易著色。

⑤ 有機鎳類：

    有機鎳聚合物作為紫外線吸收劑的作用機理與上述4類吸收劑有所不同，常把它歸類于猝滅劑（又稱減活劑、消光劑、激光態猝滅或能量猝滅劑），

    有機鎳吸收劑的吸收能力較低，當有機鎳聚合物分子接受紫外線光照的能量被激發成為激發態，當紫外光失去后，又由激發態回到基態，把紫外能量轉化為低能量的光譜散發。從而減少了紫外線的透過率。有機鎳吸收劑可與部分纖維織物在一定條件下能形成螯合物絡合體，但往往有顏色，使用有局限。

常見的紫外吸收劑有：

① 二苯甲酮類化合類：

    是最早使用的紫外吸收劑，這類化合物分子中的羰基與羥基形成分子內氫鍵，構成一個螯合環結構。在吸收紫外線后，內氫鍵發生振蕩，穩定的螯合環打開，將吸收的能量以熱能的形式釋放出來，另外分子中的羰基會被吸收的紫外光能所激發，生成烯醇式結構的互變異構，這也消耗了一部分能量。

    此類化合物有：2-羥基．5氯二苯甲酮，2-4二羥基二苯甲酮等。此類化合物具有多個羥基，對纖維有較好的吸附能力能吸收280～400nm的紫外線，主要用于聚丙烯、聚酯、纖維素等纖維。但其對280nm以下的紫外線幾乎沒有吸收，有時易泛黃，另外價格比較昂貴所以在市場上運用很少。

② 水楊酸酯類：

    水楊酸酯類紫外線吸收劑分子中也有內在氫鍵，開始時對紫外線吸收能力較低，且吸收的范圍窄(小于340nm)，但照射一定時間后，吸收逐漸增大。原因是在紫外線照射下發生分子重排形成了紫外線吸收能力強的二苯甲酮結構，強化了其對紫外線的吸收能力。重排后生成的雙羥基二苯甲酮及其衍生物可吸收部分可見光而呈現黃色．而導致整理后織物泛黃。另外這類吸收劑熔點較低，易升華、吸收系數低，因此運用較少。

③ 苯并三唑類：

    苯并三唑類紫外吸收劑的作用原理與二苯甲酮類相似：苯并三唑類的紫外線吸收效果要優于二苯甲酮類紫外線吸收劑，可吸收300-400nm的光，且不吸收400nm波長以上的光，所以不會泛黃，并且具有耐揮發性、耐油等優點。苯并三唑類吸收劑的結構和分散染料很接近，故應用范圍有限，可采用高溫高壓法處理到滌綸上，但若要應用于錦綸、羊毛、蠶絲和棉織物上，需要在分子中接上適當數量的磺酸基。

④ 三嗪類：

    三嗪與三唑類紫外吸收劑均含有N，依靠N、H形成的分子內氫鍵及烯醇式和酮式結構的轉換來有效吸收紫外線，對280～380nm的紫外光有較高的吸收能力。而三嗪類吸收劑的吸收效果與羥基的個數成正比，因此吸收能力較苯并三唑類強，其缺點是與高聚物的相容性差，整理后織物易著色。

⑤ 有機鎳類：

    有機鎳聚合物作為紫外線吸收劑的作用機理與上述4類吸收劑有所不同，常把它歸類于猝滅劑（又稱減活劑、消光劑、激光態猝滅或能量猝滅劑），

    有機鎳吸收劑的吸收能力較低，當有機鎳聚合物分子接受紫外線光照的能量被激發成為激發態，當紫外光失去后，又由激發態回到基態，把紫外能量轉化為低能量的光譜散發。從而減少了紫外線的透過率。有機鎳吸收劑可與部分纖維織物在一定條件下能形成螯合物絡合體，但往往有顏色，使用有局限。