各國隨著工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)廢氣排放增加導(dǎo)致大氣層污染,臭氧層破壞。 之前人們認(rèn)為是健康的日光浴,如今卻成為威脅人類健康的無情殺手。臭氧層破壞,紫外線透過率增大,人類患皮膚病和皮膚癌機(jī)率增大。有專家預(yù)言,到本世紀(jì)中期,皮膚癌的發(fā)病率將躍居各類疾病之首,成為人類的頭號殺手。因此人類正在大力研究紫外線輻射防護(hù)產(chǎn)品,如今抗紫外線化妝品、日用品銷量激增,但它們防護(hù)能力和保護(hù)面積畢竟有限。因此,有必要利用保護(hù)面積更大、防護(hù)效果更好的紡織品來有效地阻擋對人體有害或過度紫外線。
1紫外線簡介
紫外線是電磁波譜中波長從10nm到400nm輻射的總稱，不能引起人們的視覺。1801年德國物理學(xué)家里特發(fā)現(xiàn)在日光光譜的紫端外側(cè)一段能夠使含有溴化銀的照相底片感光，因而發(fā)現(xiàn)了紫外線的存在。根據(jù)生物效應(yīng)的不同，將紫外線按照波長劃分為四個(gè)波段: UVA波段，波長320～400nm，又稱為長波黑斑效應(yīng)紫外線 。它有很強(qiáng)的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的長波紫外線有超過98%能穿透臭氧層和云層到達(dá)地球表面，UVA可以直達(dá)肌膚的真皮層，破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維，將我們的皮膚曬黑。360nm波長的UVA紫外線符合昆蟲類的趨光性反應(yīng)曲線，可制作誘蟲燈。UVB波段，波長275～320nm，又稱為中波紅斑效應(yīng)紫外線。中等穿透力，它的波長較短的部分會被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外線大部分被臭氧層所吸收，只有不足2%能到達(dá)地球表面，在夏天和午后會特別強(qiáng)烈。UVB紫外線對人體具有紅斑作用，能促進(jìn)體內(nèi)礦物質(zhì)代謝和維生素D的形成，但長期或過量照射會令皮膚曬黑，并引起紅腫脫皮。 UVC波段，波長200～275nm，又稱為短波滅菌紫外線。它的穿透能力弱，無法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外線幾乎被臭氧層完全吸收。短波紫外線對人體的傷害很大，短時(shí)間照射即可灼傷皮膚，長期或高強(qiáng)度照射還會造成皮膚癌。UVD波段，波長100～200nm，又稱為真空紫外線。由此可見，防止紫外線照射給人體造成的皮膚傷害，主要是防止紫外線UVB的照射；而防止UVA紫外線，則是為了避免皮膚曬黑。
2　紡織品的抗紫外線加工方法
2•1　紡織品抗紫外線的機(jī)理
紫外線照射到織物上后部分被反射,部分被吸收,其余透過織物,因此，反射率和吸收率大,透過率就小,也即對紫外線的防護(hù)性好。紫外線的防護(hù)原理就是采用紫外線屏蔽劑或吸收劑對纖維、紗線或織物進(jìn)行處理,從而紫外線的反射率和吸收率,達(dá)到防紫外線的目的。
2•2　提高紡織品抗紫外線的途徑
提高纖維和紡織品的抗紫線外性能的主要途徑為紡絲、織造和后整理,染色也能適當(dāng)提高織物的防紫外線性能。
2•2•1抗紫外線纖維
合成纖維生產(chǎn)過程中,摻入紫外線屏蔽劑,用共混、芯硝等方法加入紡絲液中,使纖維具有遮蔽紫外線的功能。這種方法所得到的織物,抗紫外效果明顯,耐久性強(qiáng),手感好,并能滿足服裝面料的要求。缺點(diǎn)是處理技術(shù)要求高,成本大,不易應(yīng)用于天然纖維, 在混紡時(shí)效果難以控制。
2•2•2抗紫外線整理
(1)常用工藝方法
纖維或紡織品的抗紫外線整理工藝與整理劑特點(diǎn)和產(chǎn)品的 終用途有關(guān)。常用的工藝方法有:高溫高壓吸盡法,一些不溶 或難溶于水的紫外線吸收劑,可以采用類似于滌綸的高溫高壓 染色的方法;常壓吸盡法,一些水溶性的整理劑在處理羊毛、蠶 絲、棉以及錦綸紡織品時(shí)只需常壓下在水溶液中處理,類似水溶性染料染色;浸軋法,這種方法的缺點(diǎn)是,整理后會影響織物的風(fēng)格、手感、吸水性和透氣性;涂層法,這種方法的缺點(diǎn)是,會影響耐洗牢度及手感,一般應(yīng)用于裝飾用、產(chǎn)業(yè)用紡織品;印花法, 適合于對紫外線屏蔽劑要求不高的織物。
(2)微膠囊技術(shù)
微膠囊技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)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、液體或氣泡。將紫外線吸收劑注入膠囊內(nèi),膠囊被吸附于服裝上,在服用過程中由于受到摩擦,膠囊外層破裂,達(dá)到防紫外整理劑緩釋的效果,可抵御長時(shí)間的紫外輻射。有研究發(fā)現(xiàn),利用凝聚法與聚合法均可以得到合適的微膠囊產(chǎn)品,且后者具有更好的抗紫外性能;抗紫外線效果與抗紫外線微膠囊的用量有關(guān),選擇合適的用量,整理織物后,布樣的UPF值可以達(dá)到澳大利亞標(biāo)準(zhǔn),并有一定的耐洗滌牢度。
(3)溶膠凝膠技術(shù)
溶膠凝膠技術(shù)是指金屬烷氧基化合物作為前驅(qū)物在溫和條件下水解縮合成溶膠,經(jīng)溶劑揮發(fā)或加熱處理使溶膠轉(zhuǎn)化為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的氧化物凝膠的過程。用二氧化硅或其它金屬氧化物納米溶膠處理織物,可在織物表面形成一層多孔結(jié)構(gòu)的氧化物干凝膠膜,而原來的納米溶膠粒子形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。納米溶膠易于進(jìn)行化學(xué)或物理的改性,可大幅度地改善織物的服用性能, 使之多功能化,同時(shí)抗紫外性能優(yōu)良。紡織研究所陳曉光采用溶膠-凝膠技術(shù),制備出鈦納米溶膠,對棉織物進(jìn)行抗 紫外性能整理,不僅克服了無機(jī)納米粒子進(jìn)行抗紫外整理時(shí)易聚集、與纖維結(jié)合力弱的缺點(diǎn),而且經(jīng)過鈦溶膠處理的棉織物的抗紫外性能顯著提高。
(4)泡沫法
泡沫整理工藝是20世紀(jì)70年代受中東石油危機(jī)的影響, 在歐美迅速發(fā)展起來的一種低給液、少污染的節(jié)能減少排的染整加工技術(shù)。泡沫整理工藝可替代常規(guī)浸軋工藝對織物進(jìn)行抗紫外線整理。該工藝大大降低織物帶液率,節(jié)能降耗效果顯著,且提高生產(chǎn)車速、節(jié)約染化料和減少廢水排放,符合當(dāng)今綠色染整發(fā)展方向。主要將經(jīng)過泡沫抗紫外線整理工藝處理過的純棉府綢和經(jīng)過常規(guī)浸軋法工藝處理后的棉氨彈力布織物質(zhì)量進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn),得到分別經(jīng)過上述工藝整理后的織物, 抗紫外線效果顯著,紫外線透過率比處理前大大降低,紫外線防護(hù)系數(shù)(UPF值)與常規(guī)浸軋工藝接近,證明了采用泡沫整理工藝對織物進(jìn)行抗紫外線整理可行性。
(5)納米光觸媒
根據(jù)紡織品抗紫外線機(jī)理,納米光觸媒主要作為紫外線反射劑(屏蔽劑),通過反射入射紫外線,達(dá)到抗紫外輻射的目的。 有研究者用鈦酸丁酯為前驅(qū)體,水為溶劑,冰乙酸為穩(wěn)定劑,制 備穩(wěn)定的光觸媒水溶膠,并將該水溶膠用于純棉織物后整理上, 研究發(fā)現(xiàn)用含0.9%溶膠整理后的純棉織物,對波長297 nm的 紫外線屏蔽率達(dá)到93%。東華大學(xué)研究人員將用特殊的配置 工藝制成納米光觸媒TiO2溶液,將其加入到涂層劑中,用來對 棉織物進(jìn)行涂層整理,也得到了抗菌性能良好的抗紫外線織物。
3　紡織品抗紫外線性能的影響因素
3•1　纖維和織物
紡織品抗紫外線輻射性能首先決定于其纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)即 纖維種類,其次是織物的組織結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、厚度、緊密度、孔隙率、 纖維的粗細(xì)和形態(tài)結(jié)構(gòu)等。聚酯纖維中的苯環(huán)和蛋白質(zhì)分子中 的芳香族氨基酸,對于小于300 nm的光都有很大吸收性,所以 滌綸纖維和羊毛纖維對紫外線的透過率較低;棉纖維是各種纖 維中抗紫外效果差的一種纖維,對棉織物抗紫外整理研究也 多;粘膠纖維對紫外線輻射的透過率較高,蠶絲對紫外線輻射 的透過率居中。織物的各項(xiàng)物理參數(shù)影響抗紫外性能的一般規(guī) 律為纖維織物越厚,其抗紫外線輻射的性能越好;織物越緊抗紫 外能力越好;織物越重抗紫外能力越好;織物的色澤越深抗紫外 能力越好。
3•2　處理工藝
選擇不同的處理工藝也可以提高織物的抗紫外性能:如避 免前處理、取消熒光增白處理、選擇合適的染料、新工藝的應(yīng)用 等。棉纖維在漂白過程中,會損失可以吸收紫外線的天然吸收 劑色素、木質(zhì)素使UPF值會明顯降低。此外,在精煉過程中,棉 發(fā)生松弛與收縮,兩種過程綜合結(jié)果導(dǎo)致布面覆蓋系數(shù)增加, UPF值增大。對有縮水現(xiàn)象的織物(棉織物、絲織物和粘膠織 物),水洗后UPF值增大;蘇州大學(xué)鄭敏等人,用活性染料染 色、紫外吸收劑與納米TiO2共同處理竹纖維,突破了以前單一 使用紫外整理劑和染色劑。其抗紫外線效果好,UPF達(dá)到 38,具有了非常好的紫外防護(hù)效果。利用大氣壓等離子體技術(shù),對先浸漬整理劑VC-100E再經(jīng)等離子體處理和先用等離子體處理再浸漬整理劑VC-100E的兩種棉 織物抗紫外線整工藝進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn),經(jīng)測試結(jié)果表明,先浸 整理劑VC-100E再經(jīng)等離子體處理工藝整理的棉織物抗紫外線 性能較好而且織物手感柔軟、滑爽,斷裂強(qiáng)力及抗起毛起球性均得到了提高。
4　抗紫外線紡織品的研究進(jìn)展和應(yīng)用
4•1　研究進(jìn)展
國際上抗紫外線紡織品始于90年代初,以澳大利亞為代表 的地處低緯度、日照較強(qiáng)的國家,率先開發(fā)抗紫外線紡織品對人 體進(jìn)行防護(hù),并使抗紫外線紡織品進(jìn)入了商品化階段。日本在 開發(fā)抗紫外線織物中一直處于國際領(lǐng)先地位,相繼推出具有抗 紫外線輻射功能的運(yùn)動服、襯衫、帽子和太陽傘等制品,受到廣 大消費(fèi)者的青睞。
國內(nèi)對抗紫外線紡織品的研究剛剛起步。東華大學(xué)化纖工 程研究中心研制出化纖級抗紫外線超微粉體和母粒;山東巨龍 化工公司將紫外線吸收劑和屏蔽劑合理配合,研制成功用于棉 織物的抗紫外線整理劑;廈門華普高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)的 納米級陶瓷棉紡織品,同時(shí)具有抗紫外線、抗菌及遠(yuǎn)紅外保溫功 能;上海交大的科研人員采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的納米氧化鈦 與聚酯原位聚合使材料的力學(xué)、熱學(xué)性能得到了較大提高,在 280~400 nm波段紫外線屏蔽率大于95%,紫外線透過率小于 3%[13~15];東華大學(xué)自主研發(fā)的功能雜化材料做成的衣服可以 屏蔽掉99.7%的紫外線,紫外線防護(hù)系數(shù)達(dá)50以上。
4•2　應(yīng)用前景
4•2•1服裝方面
抗紫外輻射紡織品主要應(yīng)用于夏季T恤、襯衣、女士裙裝、 運(yùn)動服、遮陽帽、兒童服裝、戶外工作人員的工作服、用具等。由 于夏季紫外線照射強(qiáng)烈,開發(fā)抗紫外線夏季輕薄涼爽面料,市場 前景廣闊。例如:羊毛纖維通過提高精紡紗的比例和細(xì)度,或 用滌氨包芯紗生產(chǎn)“涼爽”呢絨,可以滿足夏季服裝輕、薄、爽的 要求。此外,在開發(fā)服用抗紫外線紡織品過程中,還應(yīng)注重花 色、款式的更新,以適應(yīng)多變的市場要求。
4•2•2家紡方面
抗紫外線紡織品在家紡中的窗簾布、各種裝飾布等上也有應(yīng)用。
4•2•3產(chǎn)業(yè)方面
隨著全球氣溫上升,過度的紫外線照射不僅危害人體而且破壞織物。所以抗紫外線產(chǎn)品存在兩個(gè)方面的含義:既要保護(hù)人體又要保護(hù)織物,這也就意味著在那些長時(shí)間處于紫外線照 射及紫外輻射強(qiáng)烈地區(qū)(高原、沙漠等地)使用的產(chǎn)品:帳篷、遮 陽傘、戶外廣告布、篷布等也要進(jìn)行抗紫外線整理?？萍嫉陌l(fā)展 使抗紫外輻射紡織品在航空航天、建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用將更加 廣泛。
5　展望
隨著紡織工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和人們對紫外防護(hù)意識的增強(qiáng), 抗紫外纖維紡織品應(yīng)用前景廣闊,在服用和產(chǎn)業(yè)用方面都大有 用武之地。今后抗紫外線紡織品的研究點(diǎn)還將主要集中在對抗 紫外線纖維和新型抗紫外整理劑的開發(fā),還有與其它功能整理 的結(jié)合。納米技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用將使織物的抗紫外劑選用和抗 紫外整理技術(shù)更趨于完善。