防紫外線紡織品的發(fā)展現(xiàn)狀

廖 俠，張 茜

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048)

防紫外線紡織品的發(fā)展現(xiàn)狀

廖 俠，張 茜

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048)

闡述了紫外線對(duì)人體的作用，介紹了防紫外線輻射機(jī)理及無機(jī)類紫外線反射劑和有機(jī)類紫外線吸收劑，并詳細(xì)分析了防紫外線纖維及織物的生產(chǎn)方法。最后，闡述了防紫外線織物的發(fā)展現(xiàn)狀并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

防紫外線機(jī)理 紫外線反射劑 紫外線吸收劑 生產(chǎn)方法 發(fā)展前景

太陽光是一種能夠輻射0.7nm～3000nm的連續(xù)光譜的電磁波。人們將此范圍內(nèi)的波長分成三個(gè)部分，分別為：紫外線(100nm～400nm),紅外線(≥800nm)和可見光(400nm～800nm)。可見光區(qū)域在太陽輻射的能量中占有最大的比例，為52%；紅外光區(qū)域次之，占42%；紫外光區(qū)域只有6%。太陽輻射波能照射到地表面并且能對(duì)人體皮膚造成影響的光波波長在280nm～800nm之間，這是由于距地球表面100km高的同溫層上半部的氧吸收了小于175nm的波，距地球15km～30km的高空臭氧層吸收了小于280nm的輻射波。隨著科技的進(jìn)步，近些年工業(yè)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)的空氣質(zhì)量令人堪憂。經(jīng)調(diào)查，因紫外線輻射導(dǎo)致皮膚病的患者逐年增多。因此，保護(hù)環(huán)境并且采取正確的防紫外線措施極為重要。對(duì)于紡織行業(yè)而言，防紫外線織物的開發(fā)至關(guān)重要[1-3]。

1 紫外線對(duì)人體皮膚的影響

根據(jù)波長的不同，人們將紫外線命名為長波紫外線UVA、中波紫外線UVB和短波紫外線UVC三種。隨著波長的增加，紫外線的穿透能力越來越強(qiáng)[4]。UVA的波長在320nm～400nm，其能穿透臭氧層，到達(dá)地面的輻射量可達(dá)95%以上，會(huì)對(duì)人體的皮膚造成損傷，使其過早衰老。UVB的波長在280nm～320nm，其大部分被臭氧層吸收，只有不足2%的UVB到達(dá)了地面，其作用是UVA的1000倍，過量暴曬可引起皮膚癌、白內(nèi)障等疾病。UVC的波長在100nm～280nm，絕大多數(shù)已被臭氧層吸收，達(dá)到地面的幾乎為零，其很難到達(dá)地面，因此對(duì)人體沒有影響。

1.1 UVA對(duì)人體皮膚的影響

UVA的穿透力非常強(qiáng)，能穿透玻璃、水等介質(zhì)。日常生活中人們所接觸到的紫外線大多數(shù)是UVA，UVA是三種紫外線中對(duì)皮膚損傷最嚴(yán)重的。2006年，南京醫(yī)科大學(xué)的王小勇對(duì)UVA輻射時(shí)對(duì)真皮成纖維細(xì)胞在皮膚光老化中的作用機(jī)理進(jìn)行了研究，充分證實(shí)了UVA對(duì)皮膚真皮層的損傷[5]。2013年，浙江大學(xué)的王劉祥探究了UVA輻射對(duì)人皮膚成纖維細(xì)胞的過氧化損傷，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了UVA可以抑制人皮膚成纖維細(xì)胞增殖，間接地?fù)p害了人體皮膚[6]。同時(shí)，相關(guān)研究表明，皮膚在UVA的輻射下會(huì)產(chǎn)生酪氨酸酶，其可以阻礙皮膚受到傷害，從而出現(xiàn)黑色素，這就是皮膚容易被曬黑的主要原因[6-7]。UVA又被稱為人體老化射線，因?yàn)樗鼤?huì)造成長期、緩慢且持久的損傷，使皮膚過早衰老[8]。

1.2 UVB對(duì)人體皮膚的影響

UVB主要影響的是皮膚的表層，能夠氧化皮膚的脂質(zhì)層，導(dǎo)致皮膚表層細(xì)胞發(fā)生變性，促使各種皮膚類疾病席卷而來。若曬傷程度較輕，只會(huì)使皮膚紅腫、疼痛，若曬傷程度較嚴(yán)重，會(huì)使皮膚癌變，難以治愈，還會(huì)產(chǎn)生難以消除的太陽斑[9-10]。

1.3 人體對(duì)紫外線的防衛(wèi)

紫外線是一把雙刃劍，少量的紫外線射入人體，可以促進(jìn)局部血液循環(huán)、傷口愈合、消毒等。過量的紫外線不但可以使皮膚表層產(chǎn)生黑色素并沉積，而且難以去除的曬斑也會(huì)使人十分痛苦[11]。同時(shí)，經(jīng)常暴露在紫外線下的皮膚容易過早衰老，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致皮膚癌[12-14]。除此之外，紫外線對(duì)眼睛和毛發(fā)都是有損傷的。

2 防紫外線輻射機(jī)理及防紫外線整理劑

2.1 防紫外線輻射機(jī)理

紫外線照射到織物上，一部分被吸收，一部分被反射，一部分透過織物。我們一般認(rèn)為，紫外線透過率+反射率+吸收率=100%[15-17]。因此，為了防止人體皮膚受到紫外線的傷害，最有效的辦法就是增大織物對(duì)紫外線的反射率和吸收率，從而使紫外線少量或幾乎不能射入到人體皮膚。目前，紡織企業(yè)一般根據(jù)織物用途不同，對(duì)織物進(jìn)行不同性能的整理。針對(duì)在日曬條件下工作的人群，織物對(duì)紫外線的吸收和反射量大小尤為重要。若是采用紫外線屏蔽劑對(duì)纖維、紗線或者織物進(jìn)行整理，則幾乎所有的紫外線均難以透過織物表面，從而達(dá)到了較好的防紫外線效果。

2.2 無機(jī)類紫外線反射劑介紹

無機(jī)類紫外線反射劑沒有任何化學(xué)反應(yīng)，不能將光能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，只是利用陶瓷粉、金屬氧化物等細(xì)粉或超細(xì)粉與纖維、紗線或織物結(jié)合，增加織物表面對(duì)紫外線的反射和折射作用，從而達(dá)到防紫外線的目的。目前，紡織企業(yè)使用的主要無機(jī)類紫外線反射劑有高嶺土、碳酸鈣、滑石粉、氧化鐵、氧化鋅和二氧化鈦等。其對(duì)身體無副作用及傷害性，且反射及散射紫外線效果好。一般情況下，反射劑的粒徑越細(xì)，效果越好。

2.3 有機(jī)類紫外線吸收劑介紹

紫外線吸收劑能夠有效吸收紫外線的原因是其具有共軌π電子體系及能夠進(jìn)行氫移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。紫外線吸收劑可以將光能轉(zhuǎn)變成活性異構(gòu)體，之后以光和熱的形式釋放這些能量，使之恢復(fù)為原本分子結(jié)構(gòu)。有機(jī)類紫外線吸收劑自身可以吸收280nm～400nm波長的紫外線，使自身由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，并把高能量向低能量的熱能或波長較長的電磁波轉(zhuǎn)換，因此，紫外線吸收劑可以消除紫外線給人體和織物帶來的傷害。目前，紡織企業(yè)常用的紫外線吸收劑有：CIBAFAST PEX(苯并三唑衍生物)、HERST HTUV-200(雜環(huán)化合物)、JLSUN防紫外線整理劑SCJ-966(苯并三唑衍生物)、JLSUN防紫外線整理劑UV-120(苯并三氮唑)、YIMANANO PL-LF(特殊納米材料分散液)等。

3 防紫外線纖維及織物的生產(chǎn)方法

改善紡織品防紫外線效果的途徑有兩種，直接使用防紫外線纖維，或者利用功能性整理技術(shù)對(duì)織物進(jìn)行后整理。前者僅限化學(xué)纖維，后者適用范圍廣、工藝簡便。根據(jù)防紫外線整理劑處理的對(duì)象不同，可以把防紫外線織物分為兩種，分別為防紫外線纖維和防紫外線后整理織物[18]。

3.1 防紫外線纖維

防紫外線纖維興起于功能纖維迅速發(fā)展的時(shí)期。當(dāng)時(shí)，防紫外線纖維和防紫外線后整理技術(shù)齊頭并進(jìn)，一起發(fā)展起來。由于紡織品無論是在織物的性能還是工藝成本方面都較后整理織物有更好的發(fā)展前景，因而，日本的化纖企業(yè)采用防紫外線纖維，對(duì)防紫外線織物進(jìn)行了多項(xiàng)研究，并大批量的生產(chǎn)。例如，1991年，可樂麗公司針對(duì)防紫外線纖維做了細(xì)化研究，開發(fā)出了著名的“埃斯莫”纖維，并大批量生產(chǎn)，投放到市場，受到了廣大消費(fèi)者的青睞[19]。“埃斯莫”纖維的制成原理是：在聚酯紡絲液中加入一種超微細(xì)氧化鋅粒子，將兩種原料混合后紡成纖維，這種纖維具有優(yōu)良的紫外線屏蔽率和熱輻射屏蔽率，在30J/(cm2·h)的紫外線照射下，其紫外線透射率為0.7%。在熱輻射屏蔽性能的對(duì)比測試中，其比普通織物的溫度要低4.5℃左右，充分說明了該纖維性能的優(yōu)勢。

防紫外線纖維的紡制方法是：將紫外線屏蔽劑加入到成纖聚合物中，制得防紫外線共聚物，之后通過噴絲孔，紡出防紫外線纖維。下面舉例說明一種防紫外線纖維的紡制方法：將氧化鋅微粉摻入聚酯共混紡絲；制成芯鞘纖維，以普通聚酯為鞘，含高濃度氧化鋅的聚酯為芯；將陶瓷微粉摻入聚酯，紡出各種截面的長絲；將陶瓷微粉紡入到聚丙烯纖維中。防紫外線纖維的生產(chǎn)工藝流程：

→滌綸半預(yù)取向絲(POY)→平衡→拉伸加捻→防紫外線滌綸低彈絲(DTY)→檢驗(yàn)、分級(jí)、包裝

3.2 防紫外線織物

防紫外線織物的加工主要是利用多種方法對(duì)纖維、紗線或織物進(jìn)行整理，包括：無機(jī)紫外線屏蔽劑整理；有機(jī)紫外線吸收劑整理；有機(jī)和無機(jī)紫外線整理劑共同整理，并使之牢固結(jié)合。

防紫外線的加工方法有很多，下面介紹幾種常用的方法：

(1)后整理法：將防紫外線整理劑和紡織品結(jié)合的方法，后整理方法最為簡單常用，應(yīng)用廣泛，常用于天然纖維、合成纖維及其混紡織物。后整理法具體包括：高溫高壓吸盡法、常壓吸盡法、浸軋或軋堆法。

(2)涂層法：一般是在涂層劑中加入適量的紫外線屏蔽劑 ,用涂布設(shè)備在織物表面進(jìn)行精密細(xì)涂層，然后經(jīng)烘干及必要的熱處理，在織物表面形成一層薄膜。這類方法雖使耐洗牢度及手感受到影響，但對(duì)纖維種類的適用性廣，處理成本低，對(duì)應(yīng)用的技術(shù)和設(shè)備要求并不高。涂層法適用的紫外線屏蔽劑，大多是一些高折射的無機(jī)化合物。一般是將PVA、PVC和橡膠等與超細(xì)陶瓷、金屬氧化物等基材混合，之后對(duì)其混合物進(jìn)行涂層整理，工藝簡單，防紫外線效果明顯。若采用泡沫涂層工藝對(duì)織物進(jìn)行處理，織物會(huì)具有更加柔軟的手感，主要用于陽傘、窗簾和帳篷較多。

4 防紫外線織物的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步及環(huán)境的不斷惡化，人們的防紫外線意識(shí)在不斷地增強(qiáng)，對(duì)防紫外線紡織品的要求也越來越高，從而防紫外線織物的開發(fā)具有非常廣闊的前景。2012年，東華大學(xué)紡織化學(xué)與染整工程的王碩對(duì)隔熱降溫型納米材料防紫外線傘布進(jìn)行了開發(fā)與研究，結(jié)果表明,納米顆粒能夠均勻地分散在涂層中；試樣的防紫外線效果,UPF>50,UVA<5%,達(dá)到了GB/T 18830-2009規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)[20]。同時(shí)，南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院的吉利梅等采用HB902型紫外線測試儀,對(duì)竹漿/棉針織面料的防紫外線性能進(jìn)行了測試,研究了混紡比對(duì)竹漿/棉針織物防紫外線性能的影響[21]；2015年，浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院張錫均等在低溫條件下釆用溶膠凝膠法制備SiO2/TiO2,Fe3+、Ag+、SiO2/TiO2復(fù)合水溶膠,通過浸軋法對(duì)滌綸織物進(jìn)行了防紫外線整理,并測試了整理后織物的紫外線透過率和UPF值[22]。

目前國內(nèi)外的相關(guān)學(xué)者正在對(duì)防紫外線織物進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)、研究及優(yōu)化。日本對(duì)防紫外線織物的研究相對(duì)較早，技術(shù)較為成熟，早在20世紀(jì)90年代，日本就已經(jīng)將開發(fā)出的防紫外線纖維及織物投入市場。國內(nèi)已有多家生產(chǎn)防紫外線纖維的公司，例如，天津市的石油化工研究所，他們用微細(xì)陶瓷粉研制出了抗紫外線滌綸短纖維和網(wǎng)絡(luò)低彈絲；尤尼契可公司對(duì)棉和滌棉織物進(jìn)行后整理，賦予織物防紫外線性能；東洋紡公司用無機(jī)和有機(jī)整理劑共同處理棉織物，使織物既能反射紫外線又能吸收紫外線。隨著消費(fèi)者對(duì)防紫外線紡織品需求量的增加，防紫外線織物的產(chǎn)出量在逐年增加，紡織企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)大。

5 展望

近幾年國內(nèi)的空氣質(zhì)量正在不斷地惡化，臭氧層空洞事件發(fā)生后，人類已在竭盡全力彌補(bǔ)，但因紫外線輻射而患上皮膚病甚至致命的人越來越多，因此防紫外線織物的開發(fā)極為重要，無論是服用領(lǐng)域還是裝飾、產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域都需要在紫外線的防護(hù)上把好關(guān)。越來越多的各種款式的防曬衣在市面上大量銷售，雖然具備了較高的防紫外線效果，但其透氣性并未得到很好的解決。目前，市面上有各種各樣的防紫外線織物，大到服用、裝飾用布，小到遮陽傘面、口罩、汽車裝飾配件等，其防紫外線效果優(yōu)良。這種紡織品還具有一定的局限性，即防紫外線添加劑引入纖維后易揮發(fā)，很難長久保持防曬降溫的功能。因此，防紫外線服用織物的各項(xiàng)優(yōu)良性能將被繼續(xù)探究優(yōu)化。

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Development Status of Anti-UV Textile

LIAOXia,ZHANGXi

(School of Textile and Materials, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048)

The effects of ultraviolet radiation to human body were described, the anti-UV radiation mechanism, the inorganic UV-reflecting agent and organic UV-absorbent were introduced and anti-UV fiber and its production ways were analyzed in detail. The development status of anti-UV fabric was summarized and its prospect was proposed.

anti-UV mechanism UV-reflecting agent UV-absorbent production way development prospect

2016-06-12

廖俠(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)。

TS195

A

1008-5580(2017)03-0168-04