棉織物抗紫外整理工藝及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的研究

楊洋，習(xí)智華，李文燕，張新海

(1.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048；2.東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620)

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棉織物抗紫外整理工藝及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的研究

楊洋1，習(xí)智華1，李文燕1，張新海2

(1.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048；2.東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620)

探討了加工工藝對(duì)純棉織物防紫外線整理效果的影響。通過(guò)選取不同的防紫外線整理劑，在浸染工藝處理方式下，對(duì)工藝中整理劑濃度、整理時(shí)間及整理溫度進(jìn)行探討，確定了防紫外線整理最佳的工藝，即整理劑濃度8g/L，整理溫度70℃，整理時(shí)間60min。按照此最佳工藝對(duì)純棉織物進(jìn)行整理，可將皮膚無(wú)防護(hù)時(shí)計(jì)算出的紫外線輻射平均效應(yīng)與皮膚有織物防護(hù)時(shí)計(jì)算出的紫外線輻射平均效應(yīng)的比值(UPF)由13提升至48。并進(jìn)一步探討了不同的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的差異，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AATCC測(cè)試出的UPF值要高于其他幾個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

抗紫外線整理 純棉織物 織物UPF值 影響因素

0 前言

紫外線透過(guò)臭氧層到達(dá)地球表面的量不斷增多，因紫外線輻射引起的人類(lèi)皮膚病發(fā)病率的不斷上升，引起世界各國(guó)對(duì)紫外線輻射對(duì)人體危害的高度重視[1]。棉織物作為一種優(yōu)良的服裝面料，廣泛受到人們的喜愛(ài)，但是棉織物的抗紫外性能很差，且是紫外線最容易透過(guò)的面料之一[2，3]。因此，研究純棉織物的紫外線防護(hù)對(duì)保護(hù)人類(lèi)健康具有重大意義。

研究表明，織物防紫外線輻射效果的差異，與屏蔽劑的種類(lèi)、添加量的多少、加工方法有關(guān)，還與原料的種類(lèi)，紗線的表面形態(tài)及結(jié)構(gòu)，織物的組織、結(jié)構(gòu)、規(guī)格、色彩等有關(guān)[4-6]。目前，普遍認(rèn)為羊毛、滌綸等纖維由于分子結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)和芳香族氨基酸，對(duì)小于300nm的紫外線有較強(qiáng)的吸收性，因此，具有較好的防護(hù)阻隔作用；聚酯纖維由于紡絲時(shí)加人了二氧化鈦?zhàn)飨鈩?，所以纖維的防紫外線輻射效果較好；一般棉、粘膠、錦綸、腈綸等纖維的防護(hù)阻隔作用較小[7-10]。但各種文獻(xiàn)在進(jìn)行這些討論時(shí)，就紡織產(chǎn)品的服用性與功能性統(tǒng)一的問(wèn)題未能達(dá)成一致。

本文將以棉織物為整理對(duì)象，主要研究整理工藝流程及工藝參數(shù)對(duì)防紫外線整理效果的影響，包括整理劑的選擇，不同的工藝參數(shù)(整理劑濃度、整理溫度和時(shí)間)及不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)之間測(cè)試結(jié)果的差異，在此基礎(chǔ)上探討抗紫外整理工藝因素對(duì)棉織物抗紫外效果的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

材料：246×216純棉機(jī)織布，292×262純棉機(jī)織布。

藥品：整理劑UV-SUN CEL LIQ，工業(yè)品，亨斯邁紡織染化(中國(guó))有限公司；整理劑UV-SUN WEC LIQ，工業(yè)品，亨斯邁紡織染化(中國(guó))有限公司；整理劑DM-3090，工業(yè)品，廣東德美精細(xì)化工股份有限公司；Na2CO3，化學(xué)純，西安環(huán)宇化學(xué)與儀器廠；NaCl，化學(xué)純，西安環(huán)宇化學(xué)與儀器廠；Na2SO4，化學(xué)純，西安環(huán)宇化學(xué)與儀器廠；NaOH，化學(xué)純，西安環(huán)宇化學(xué)與儀器廠。

儀器：紫外線透過(guò)測(cè)試儀，HD902C，南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；恒溫水浴鍋，HH-2，北京科偉永興儀器有限公司；電熱鼓風(fēng)烘箱，DHG-9076A，北京科偉永興儀器有限公司；熱定型機(jī)，LA-205，日本株式會(huì)社；電子分析天平，BS210S，德國(guó)塞多利斯公司；全自動(dòng)型白度儀，WS-Ⅲ，溫州鹿東儀器廠。

1.2 不同整理劑浸染時(shí)工藝流程

1.2.1 UV-SUN WEC的整理工藝

工藝處方：

UV-SUN WEC 5g/L

元明粉 20g/L

純堿 15g/L

溫度 70℃

浴比 1∶20

時(shí)間 70min

工藝流程：加入元明粉(30℃)→2℃/min升溫(70℃時(shí)加入整理劑，保溫20min)→加入純堿(保溫50min)

1.2.2 UV-SUN CEL的整理工藝

工藝處方：

UV-SUN CEL 5g/L

元明粉 20g/L

純堿 15g/L

溫度 70℃

時(shí)間 70min

工藝流程：加入元明粉(30℃)→2℃/min升溫(70℃時(shí)加入整理劑，保溫20min)→加入純堿(保溫50min)

1.2.3 DM-3090的整理工藝

工藝處方：

DM-3090 5g/L

元明粉 10g/L

溫度 100℃

浴比 1∶20

Vanavanan等[15]對(duì)年齡為30～79歲無(wú)心血管疾病史的一般人群，進(jìn)行了一項(xiàng)為期11.7年的前瞻性研究，結(jié)果顯示隨著sdLDL的四分位分組增高，其心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)也隨著增加。

時(shí)間 60min

工藝流程：加入整理劑(30℃，調(diào)pH值)→2℃/min升溫(100℃時(shí)加入整理劑，保溫60min)

1.3 測(cè)試方法

1)白度的測(cè)定，采取GB/T17644-2008標(biāo)準(zhǔn)在WS-Ⅲ全自動(dòng)型白度儀上測(cè)試整理后的棉織物的白度；

2)UPF值的測(cè)定，采取GB/T18830-2003標(biāo)準(zhǔn)在HD902C防紫外線測(cè)試儀上測(cè)試整理后棉織物的UPF。

2 結(jié)果與討論

2.1 浸染工藝下不同整理劑對(duì)棉織物抗紫外線效果的影響

本節(jié)選用了3種市面上常見(jiàn)的防紫外線整理劑，分別按照工藝曲線1.2.1、1.2.2、1.2.3節(jié)中工藝處方及流程，對(duì)棉織物進(jìn)行整理，整理后分別測(cè)定其UPF值和白度值，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 不同整理劑對(duì)UPF及白度值的影響

注:*1 長(zhǎng)波黑斑效應(yīng)紫外線，直達(dá)肌膚的真皮層，破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維，將皮膚曬黑；*2 中波紅斑效應(yīng)紫外線，長(zhǎng)期或過(guò)量照射會(huì)令皮膚曬黑，并引起紅腫脫皮。

從表1可以看出，經(jīng)過(guò)抗紫外線整理后的棉織物都能達(dá)到較好的防紫外線效果(根據(jù)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18830-2003規(guī)定UPF值大于30，紫外線透過(guò)率小于5%，即為非常好的防護(hù)效果)。整理劑UV-SUN WEC LIQ的整理效果最理想，但對(duì)織物白度影響較大，整理后需進(jìn)一步改善其白度，工藝較為繁瑣。整理劑DM-3090對(duì)白度影響較小，但防護(hù)效果稍差于前兩者，而整理劑UV-SUN CEL LIQ整理后的棉織物具有優(yōu)異的抗紫外線性能，且對(duì)棉織物的白度影響較小。因此后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中采用的整理劑為UV-SUN CEL LIQ。

2.2 浸染工藝下整理劑濃度對(duì)棉織物抗紫外線效果的影響

根據(jù)1.2.2中工藝流程，選擇不同整理劑濃度，分別為0g/L、2g/L、4g/L、6g/L、8g/L，對(duì)棉織物進(jìn)行整理。整理后棉織物的UPF值及UVA、UVB透過(guò)率如圖1所示。

從圖1中可以看出，加入整理劑以后織物的UPF值大幅度提高，從13.7升高到38.4，UVA、UVB透過(guò)率大幅度降低，分別從9.21%降低到3.09%、8.26%降低到2.08%，這是由于當(dāng)紫外線照射到織物上，整理劑分子吸收紫外線后，由基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)，然后通過(guò)分子內(nèi)氫鍵進(jìn)行分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移，經(jīng)過(guò)一系列躍遷回到基態(tài)。從而減少了紫外線的透過(guò)率，提高了織物的紫外線防護(hù)等級(jí)。隨著整理劑用量的增加，對(duì)紫外線的吸收也隨之增加，當(dāng)濃度達(dá)到8g/L時(shí)，接近纖維素對(duì)整理劑的吸附飽和值，透過(guò)率達(dá)到最小值，UPF達(dá)到最大值。因此，整理劑的濃度選擇為8g/L。

圖1 整理后棉織物的UPF值及UVA、UVB透過(guò)率

2.3 浸染工藝下整理時(shí)間對(duì)棉織物抗紫外線效果的影響

根據(jù)1.2.2中工藝流程，選擇不同整理時(shí)間，分別為40min、50min、60min、70min、80min，整理劑濃度選取8g/L，對(duì)棉織物進(jìn)行整理，整理后棉織物的UPF值及UVA、UVB透過(guò)率如圖2所示。

圖2 整理后棉織物的UPF值及UVA、UVB透過(guò)率

從圖2中可以看出，隨著整理時(shí)間的增加，被整理后織物的UPF值隨之增大，最大值為51.5，隨后開(kāi)始降低。UVA及UVB透過(guò)相應(yīng)的先減小后增大，最小分別為2.47%、1.49%。由此可知，整理織物的時(shí)間對(duì)整理后織物的抗紫外效果有著極大的影響，當(dāng)整理時(shí)間為60min時(shí)達(dá)到峰值，此時(shí)纖維對(duì)整理劑的吸附達(dá)到最大值，整理后棉織物的抗紫外線的能力最好。因此，整理60min為本文中最合適的時(shí)間，過(guò)長(zhǎng)過(guò)短都不能使整理后棉織物抗紫外性能提高到最大。

2.3 浸染工藝下整理溫度對(duì)棉織物抗紫外線效果的影響

根據(jù)1.2.2中工藝流程，選擇不同整理溫度，分別為50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，整理劑濃度選取8g/L，整理時(shí)間為60min，對(duì)棉織物進(jìn)行整理，整理后織物的UPF值及UVA、UVB透過(guò)率如圖3示。

圖3 整理棉織物的UPF值及UVA、UVB通過(guò)率

從圖3可以看出隨著整理溫度的增加織物的UPF值隨之增大，在70℃時(shí)達(dá)到最大值51.5。UVA/UVB透過(guò)率相應(yīng)減小，當(dāng)整理時(shí)間為70℃時(shí)達(dá)到最低值，分別為2.47%、1.49%，此時(shí)，纖維對(duì)整理劑的吸附達(dá)到最大值，整理后棉織物的抗紫外性能達(dá)到最好。因此，在整理溫度為70℃時(shí)，整理效果最好。

通過(guò)對(duì)整理劑濃度、整理時(shí)間、整理溫度的確定，在確定的工藝參數(shù)下對(duì)棉織物進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，以確定該工藝的可應(yīng)用性，結(jié)果見(jiàn)表2所示。由表2可知，按照優(yōu)化后的工藝進(jìn)行整理，織物能獲得非常優(yōu)異的紫外線防護(hù)效果。

表2 優(yōu)化方案的整理效果

2.4 不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的差異性

因標(biāo)準(zhǔn)不同，不同研究者采取不同標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所得到的結(jié)論無(wú)法進(jìn)行對(duì)比。為探究不同標(biāo)準(zhǔn)的差異性，選取兩種規(guī)格不同的棉織物(246×216純棉機(jī)織布，292×262純棉機(jī)織布)，分別用不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試GB/T18830-2003、EN13758.2、AS/NZS4399、AATCC-183，其測(cè)量結(jié)果如表3、表4所示。

表3 246×216棉織物不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的差異

表4 292×262棉織物不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的差異

從表3可以看出，對(duì)于UPF值，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18830-2003與歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN13758.2相同。AATCC183>(GB/T18830-2003=EN13758.2)>AS/NZS4399。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18830-2003與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AATCC183中的UVA透過(guò)率完全相同。但GB/T18830-2003標(biāo)準(zhǔn)比AATCC183標(biāo)準(zhǔn)中UVB的透過(guò)率偏大。

對(duì)于UVA、UVB的透過(guò)率，AS/NZS4399標(biāo)準(zhǔn)中的兩組數(shù)據(jù)都比AATCC-183標(biāo)準(zhǔn)大，所以AS/NZS4399標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際測(cè)量結(jié)果的UPF值比AATCC183標(biāo)準(zhǔn)的UPF值小。因?yàn)锳ATCC-183標(biāo)準(zhǔn)要求在測(cè)試樣品時(shí)，第二次紫外線透射量必須與第一次相比偏轉(zhuǎn)45°角，第三次與第二次相比偏轉(zhuǎn)45°角，而其他三個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)在測(cè)試樣品時(shí)不需要偏轉(zhuǎn)角度，從而導(dǎo)致測(cè)試時(shí)紫外線的強(qiáng)度略有下降。

AS/NZS4399標(biāo)準(zhǔn)參照的光譜輻照度為澳大利亞墨爾本市1月1日夏季中午的太陽(yáng)光，其他三個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照美國(guó)新墨西哥洲阿爾伯克基市7月3日夏季中午的太陽(yáng)光，這個(gè)因素也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響。因此，在研究過(guò)程中，不需要和其他研究者進(jìn)行數(shù)據(jù)上的對(duì)比。

3 結(jié)論

本文篩選出一種市場(chǎng)上普遍使用的抗紫外整理劑中效果最為優(yōu)異的一種，即UV-SUN CEL LIQ，并著重探究了工藝因素對(duì)純棉織物防紫外線效果的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和分析測(cè)試，主要得出如下結(jié)論：1)不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)榈赜颦h(huán)境差異及對(duì)織物的適用范圍和測(cè)試光線不同，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不同。2)確定了防紫外線整理劑的最佳工藝：整理劑用量為8g/L，整理溫度為70℃，整理時(shí)間為60min。

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2016-09-13

楊洋(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：紡織化學(xué)與染整。

TS195

A

1008-5580(2016)04-0033-04