抗紫外线整理

1、抗紫外线整理 武宗文 本章主要学习内容 、紫外线防护概述 、紫外线屏蔽原理 3、常用紫外线整理剂 4、纺织品防紫外线整理加工方法 5、纺织品防紫外线性能评定 紫外线防护概述 1.1紫外线的特征 1.2 紫外线对人体的益处 1.3 紫外线对人体的危害 1.4紫外线的分类 1.5 紫外线的能量 1.6影响织物紫外线透过率的因素 Ultra Violet 1.1紫外线的特征紫外线的特征 红外线、可见光、紫外线、X射线、射线同 属于电磁波,只是波长和能量不同. 1.2 紫外线对人体的益处紫外线对人体的益处 太阳照射太阳照射 维生素维生素D合成合成 骨骼发育；骨骼发育； 儿童多晒太阳，防止佝偻病，身体健

2、康；儿童多晒太阳，防止佝偻病，身体健康； 皮肤晒得又黑又红是健康的象征等等皮肤晒得又黑又红是健康的象征等等 紫外线具有杀菌消毒作用，有利于保持卫紫外线具有杀菌消毒作用，有利于保持卫 生。生。 过多遭受紫外线辐射产生的危害有：过多遭受紫外线辐射产生的危害有： 引起急性角膜炎和结膜炎，慢性白内引起急性角膜炎和结膜炎，慢性白内 障等眼疾；障等眼疾； 对皮肤造成伤害，甚至诱发皮肤癌；对皮肤造成伤害，甚至诱发皮肤癌； 对人体免疫系统造成破坏对人体免疫系统造成破坏 1.3 紫外线对人体的危害紫外线对人体的危害 1.4紫外线的分类及特点紫外线的分类及特点 名称名称符号符号波长波长/nm对皮肤影响对皮肤影响

3、近紫外线近紫外线UVA315400 危险性较小，可穿过真皮层，可导致危险性较小，可穿过真皮层，可导致 皮肤老化，占总量皮肤老化，占总量95%-98%。 远紫外线远紫外线UVB280315 能量大，比能量大，比UVA更危险，能穿过人的更危险，能穿过人的 表皮，引起晒伤、皮肤肿瘤，占总量表皮，引起晒伤、皮肤肿瘤，占总量 2%-5%。 超短紫外线超短紫外线UVC200280穿透力接近穿透力接近X和和Y射线，对皮肤和射线，对皮肤和 眼睛都很危险，由于大气臭氧层的眼睛都很危险，由于大气臭氧层的 吸收，无吸收，无UVC可到达地面，实际生可到达地面，实际生 活中的电弧光可产生活中的电弧光可产生UVC E=h

4、y， 普朗克常量h = 6.63 10-34 表表1 光的波长和能量光的波长和能量 波长波长/nm200300400500700800 光能量光能量/(k J/mol) 598397301238171146 表表2 几种典型化学键的离解能几种典型化学键的离解能 化学键化学键O-HC-HC-CC-Cl 离解能离解能/(kJ/mol)462413347326 1.5 紫外线的能量紫外线的能量 1.6 影响织物紫外线透过率的因素影响织物紫外线透过率的因素 1)织物的组织和结构：随着织物密度、厚度和质量增加、紫 外线的透过率越小。紫外线防护性能取决于织物的覆盖系数 2)织物纤维的种类：纤维材料分子结构

5、影响紫外线吸收性能 。与棉、粘胶、锦纶和腈纶织物相比，羊毛和涤纶的紫外线 透过率较低。 3)织物的颜色及颜色的深浅：许多染料的吸收带往往延伸到 紫外光谱区域。一般来说，纺织品色泽越深，紫外线辐射防 护性能越好。 4)含湿量：湿衣物较干的衣物具有较低的紫外线透过率 5)纤维形状：一般短纤维抗紫外线能力优于长丝织物，细纤 维织物优于粗纤维织物，扁平异形化纤织物优于圆形截面化 纤，机织物优于针织物 紫外线屏蔽原理及方法 2.1 织物对紫外线的吸收与反射作用 2.2抗紫外线机理 2.3紫外线整理剂的分类 2.3防紫外线织物生产方法 吸收吸收 反射反射 散射散射 直接辐射直接辐射 透过透过 太阳光太阳光

6、 2.1 织物对紫外线的吸收与反射作用织物对紫外线的吸收与反射作用 2.2抗紫外线机理抗紫外线机理 反射作用：通过一些无机材料对紫外线的 反射或散射作用，降低紫外线透过率。 吸收作用：紫外线吸收剂在吸收紫外线光 能量后，分子内产生电子能级迁移，由基 态到激发态，由于激发态处于高能量态不 稳定，电子又可能回到基态或过渡态，同 时放射出较低能量的辐射能，最终以光和 热的形式释放这些能量并恢复到其原来的 分子结构。 2.3 紫外线整理剂分类紫外线整理剂分类 (1)无机紫外线整理剂 反射材料：包括金属、金属氧化及其盐类， 氧化锌，氧化钛，氧化硅等 (2)有机紫外线吸收剂 紫外线吸收剂：苯酮类化合物、苯

7、并三唑类 化合物、水杨酸类化合物、三嗪类化合物等。 1） 在化纤纺丝或聚合的过程中加入紫外线屏 蔽剂生产抗紫外线纤维，再织成织物。抗紫外 线性能更持久。 2）在织物后整理加工时通过浸轧或涂层的方 法赋予纺织品抗紫外线功能。采用此种方法获 得的抗紫外线功能耐水洗牢度差，且对织物风 格会有一定程度的影响。 2.4抗紫外线织物的制造方法抗紫外线织物的制造方法 3、常用紫外线整理剂、常用紫外线整理剂 纺织品紫外线吸收剂应具有的条件：纺织品紫外线吸收剂应具有的条件： 吸收紫外线的波长范围要宽，吸收系数要大，尽吸收紫外线的波长范围要宽，吸收系数要大，尽 可能吸收可能吸收 280400nm，并且吸收稳定；，

8、并且吸收稳定； 对纺织品无光催化现象，不影响织物的色泽、白对纺织品无光催化现象，不影响织物的色泽、白 度和色牢度；度和色牢度； 产品安全无毒，无刺激性等有害气味，对人体皮产品安全无毒，无刺激性等有害气味，对人体皮 肤无过敏反应；肤无过敏反应； 与其它化学品兼容性好，具有一定的耐洗涤性能与其它化学品兼容性好，具有一定的耐洗涤性能 无机紫外线整理剂或屏蔽剂无机紫外线整理剂或屏蔽剂 金属、金属氧化及其盐类：氧化锌、氧化钛、三 氧化二铝、高岭土、滑石粉、氧化铁、炭黑、碳 酸钙、二氧化硅等， 特点特点 无毒、无味、热稳定性好、不分解、不挥发，高 效安全， 3.1无机紫外线整理剂 3.1无机紫外线整理剂

9、纳米材料抗紫外线剂 近来把纳米技术引入到纺织中，通过添加 具有紫外线屏蔽作用的纳米级TiO2和ZnO 来提高织物的紫外线防护性能。 纳米微粒的小尺寸效应、表面效应等，使材 料具有特殊性能。 当粒径约为1/2波长时，对紫外线的屏蔽效 果最好。 3.2有机紫外线吸收剂 能强烈地、选择性地吸收高能量的紫外线， 将吸收的能量以热能或无害的低能辐射释 放出来而消耗掉。 紫外线吸收剂的光能吸收与转化机理随种 类不同而异，从分子结构上讲，一般都具 有共轭结构和氢键，吸收紫外线后能转化 成热能或荧光等。 C R OH O R OH CO O R 表表3 不同种类的紫外线吸收剂不同种类的紫外线吸收剂 种类种类

10、结构式结构式机理机理备注备注 二二 苯苯 甲甲 酮酮 类类 R，R为烷基，烷氧为烷基，烷氧 基基 分子中的羰基与羟基能生分子中的羰基与羟基能生 成内在氢键，构成了一个成内在氢键，构成了一个 螯合环，吸收紫外线后，螯合环，吸收紫外线后， 发生分子的热运动，内在发生分子的热运动，内在 氢键破坏，螯合环打开，氢键破坏，螯合环打开， 把紫外光的能量变成热能把紫外光的能量变成热能 而释放出来。而释放出来。 在羰基的邻位在羰基的邻位 必须含有个羟必须含有个羟 基，否则不能基，否则不能 形成内在氢键，形成内在氢键， 就不能作为紫就不能作为紫 外线吸收剂。外线吸收剂。 水水 杨杨 酸酸 酯酯 类类 R=芳基或

11、取代芳基芳基或取代芳基也有分子内氢键，但是开也有分子内氢键，但是开 始时对紫外线的吸收能力始时对紫外线的吸收能力 较低，经紫外线照射一定较低，经紫外线照射一定 时间后，吸收能力增大，时间后，吸收能力增大， 由于其在紫外线的照射下由于其在紫外线的照射下 发生分子重排，形成了紫发生分子重排，形成了紫 外线吸收能力强的二苯甲外线吸收能力强的二苯甲 酮结构，从而强化紫外线酮结构，从而强化紫外线 吸收能力。吸收能力。 分子重排后生分子重排后生 成的双羟基二成的双羟基二 苯甲酮及其衍苯甲酮及其衍 生物可吸收部生物可吸收部 分可见光而呈分可见光而呈 现黄色。现黄色。 N N N OH R N NN X Y

12、OH R OH R X 或 Y= 苯并苯并 三唑三唑 类类 吸收机理与二苯甲酮类相吸收机理与二苯甲酮类相 似似 对对400nm的可的可 见光不吸收，见光不吸收， 制品不会泛黄。制品不会泛黄。 三三 嗪嗪 类类 推测是按顺反异构化，使推测是按顺反异构化，使 光的能量转换成无害的能光的能量转换成无害的能 量而释放出来。量而释放出来。 吸收紫外线的吸收紫外线的 效果同邻羟基效果同邻羟基 的个数有关，的个数有关， 邻羟基个数越邻羟基个数越 多，吸收紫外多，吸收紫外 线的能力越强。线的能力越强。 3.2有机紫外线吸收剂缺点： 使用的范围较窄，且牢度不好； 添加有机物会对人体造成危害； 会带来废水对环境的

13、污染问题。 防紫外线整理产品的安全性 防紫外线整理产品的安全性由于防紫外线整理织物以制作 夏天服装为多，因此会直接与人体皮肤接触。为此必须加 强对抗紫外线整理剂的皮肤过敏试验，急性毒性试验以及 致畸试验等一系列安全检测，以确保产品对人类安全，对 环境友好。 抗紫外线整理剂的选择：纺织品要达到抗紫外线的目的， 防止紫外线对人体皮肤的伤害，可采用TiO2粉、陶瓷粉等 反光性强的物质对织物进行后整理加工，提高织物对紫外 线的反射和散射的能力；同时利用比较安全的紫外线吸收 剂，提高织物对紫外线的吸收能力。如将这两类物质混合 后处理织物，使它们对紫外线既有反射和散射作用又具有 吸收作用，从而极大地降低紫

14、外线的透过率，获得高质量 的抗紫外线辐射纺织品 4.抗紫外线纺织品生产工艺 1.抗紫外线纤维的生产 2.抗紫外线纺织品的生产 4.1 抗紫外抗紫外线线纤维纤维的生产的生产 主要指在合成纤维生产过程中，用共聚、共混方法 等掺入紫外线屏蔽剂，再经纺丝，使纤维具有遮蔽 紫外线的功能。这种方法所得到的织物效果持久且 手感较好，但对处理技术要求高，成本大，且有不 宜用于天然纤维及混纺时效果难以控制等弱点。主 要有三种途径。 1）将紫外线屏蔽剂与成纤高聚物的单体共聚纺丝 例如：在制备聚酯对苯二甲酸乙二醇酯时，添加一定量的（ 小于10%）4，4二羟基二苯甲酮，用常规的直接酯化或酯 交换后缩聚的方法制得改性聚

15、酯树脂，经熔融纺丝制成性能 优良的抗紫外线纤维。 在聚合前将无机物（TiO2陶瓷）微粒与单体混合，聚合成无 机抗紫外线粒子均匀分散的高聚物，纺丝后可得抗紫外线纤 维。 抗紫外线纤维的其它两种生产方法 2） 无机或有机抗紫外线屏蔽剂单独或混合使用与聚合物 共混后纺丝无机或有机抗紫外线屏蔽剂单独或混合使用。 3）用浸渍或染色法附着与纤维上，适用与天然纤维和一些合 成纤维。 4.2抗紫外线抗紫外线纺织品纺织品整理方法整理方法 4.2. 1 吸尽法 4.2. 2 浸轧法 4.2. 3 涂层法 4.2. 4 印花法 4.2. 5微胶囊技术 4. 2. 6 溶胶凝胶技术 4.2. 1 吸尽法 1）高温高压

16、吸尽法高温高压吸尽法 高温高压吸尽法类似于涤纶的高温高压染色，这是由于一些不 溶或难溶于水的紫外线吸收剂，它们的分子结构和分散染料很接近 ，在高温高压的条件下可以进入纤维内部而固着。高温高压吸尽法 适合于涤纶，锦纶等合纤织物，此法比较多的采用分散染料染色与 抗紫外辐射整理同浴进行。例如： 染浴组成： 分散染料 x 分散剂 3g/L 硫酸铵 3g/L 紫外线吸收剂 2-4% 工艺流程：60开始，以2/min的升温速度至130 ，保温 60min,再经降温、还原清洗、水洗烘干等 。 4.2. 1 吸尽法 2）常压吸尽法常压吸尽法 常压吸尽法则主要适合于棉，麻，羊毛，蚕丝等天然纤维类织 物的抗紫外整

17、理。常压吸尽法须选用水溶性的紫外线吸收剂，如一 些二苯甲酮类的水溶性紫外线吸收剂的分子结构中有多个羟基，对 棉及其它天然纤维有较好的吸附能力；还可以利用一些水溶性紫外 线吸收剂带有磺酸基团，可与酸性染料、金属络合染料一起同浴用 于羊毛、蚕丝和锦纶的染色。因此可以在常压下被用于此类织物抗 紫外整理，pH值在等电点以下，紫外线吸收剂和染料可以靠电荷引 力被纤维吸附，实现在常压下上染纤维。 4.2. 2 浸轧法 由于紫外线屏蔽剂大多不溶于水，又对棉，麻等天 然纤维缺乏亲和力，因此不适合用吸尽法，而采用 与树脂同浴，将屏蔽剂固着在织物表面。浸轧液由 紫外线屏蔽剂，树脂，柔软剂等组成。但经加热处 理后，

18、织物上孔眼易被树脂覆盖，会影响整理织物 的风格，吸水性和透气性。 4.2. 3 涂层法 一般在涂层剂中加入适量紫外线屏蔽剂，用涂布器 在织物表面进行精密细涂层，然后经烘干及必要的 热处理，在织物表面形成一层薄膜。这类方法虽使 耐洗牢度及手感受到影响，但对纤维种类的适应性 广，处理成本低，对应用的技术和设备要求不高。 涂层法使用的紫外线屏蔽剂，大多是一些高折射的 无机化合物。 4.2. 4 印花法 印花法就是将紫外线屏蔽剂或吸收剂调制在印花色 浆中，印制后，采用气蒸处理固着在织物上，此方 法适合于对紫外线屏蔽要求不是很高的织物。 在印花色浆中添加紫外线吸收剂有助于提高印花图 案的耐晒牢度。 4.

19、2.5微胶囊技术 微胶囊技术已经广泛应用于工业领域，它是一种特殊的包装 形式，胶囊内的物质可以是固体微粒，也可以是液滴或气泡 。可将抗紫外线整理剂注入胶囊内，并通过粘合剂或交联剂 将微胶囊固着在织物上，达到抗紫外线的整理剂缓释的效果 ，达到长效防紫外线辐射的效果。 4.2.6 溶胶凝胶技术 一般的屏蔽剂耐洗牢度都比较差，作为一种多用途 的新工艺，溶胶凝胶技术可在织物表面涂敷一层透 明的金属氧化物薄膜，极大的改善了耐洗牢度，同 时抗紫外线性能优良。 5 织物防紫外线性能评价 1 紫外线透过率测试方法 2 其它防紫外线性能测试方法 3国内外相关标准 4织物抗紫外线评价指标 5GB/T18830-2

20、002(纺织品防紫外线性能的评定)介绍 5.1织物紫外线透过率测试方法 1） 标准检测方法标准检测方法 2）紫外线分光光度计法 3) 紫外线透过率曲线 4） 紫外线强度累计法 5）皮肤直接照射法 6）利用感光活性的方法 1）织物紫外线透过率标准检测方法）织物紫外线透过率标准检测方法 GB/T17032-1997(织物紫外线透过率的试验方法） 紫外光源采用中波段紫外线（主峰297nm), 检测器 响应波长：290-320nm T=I1/I0 x100% T:紫外线透过率 I1:样品吸收后的紫外线透射量 I2:没有放置样品时的紫外线辐射量 2）紫外线分光光度计法 该法采用积分球式紫外分光光度计，测

21、试纺织品的紫外线透 射率. (1)波长区域平均法：即通过紫外线分光光度计测定紫外线波长 区域内（200-400nm）试样紫外线透过率的平均值，而后 可求出遮蔽率。 遮蔽率=(1-透过率)100 (2)特定波长平均法：即通过紫外线分光光度计测定试样在若干 有代表性的特定波长内的紫外线透过率，然后计算出上述测 定值的平均透过率，再求出遮蔽率。 测试原理 紫外线辐射源为测试紫外线辐射源为测试 提供充足且稳定的紫提供充足且稳定的紫 外线辐射能量。外线辐射能量。 单色仪将辐射源的紫外线辐射能单色仪将辐射源的紫外线辐射能 量色散，以便进行光谱测量。量色散，以便进行光谱测量。 积分球可计算出由样品出射的所有

22、方向积分球可计算出由样品出射的所有方向(直直 射和漫射射和漫射)的光谱辐射通量。探测器为光电的光谱辐射通量。探测器为光电 倍增管组成，将信号经放大和处理后，输入倍增管组成，将信号经放大和处理后，输入 计算机，进行信号的最后处理。计算机，进行信号的最后处理。 用紫外线分光光度计测定各种抗紫外线试样的分光透过率曲线， 可以判断各波长的透过率，并可用面积比求出某一紫外线区 域的平均透过率，评价防护效果。 该方法精度较高。在研究过程中较多采用分光光度计来测试。 该法也有不完善之处，因为大多数织物呈半透明状，表面凹凸 不平，因此光在织物中透过情况较复杂。 3)紫外线透过率曲线紫外线透过率曲线 4）紫外线

23、强度累计法 将被测试样放在紫外灯和紫外线累计仪器之间，对 被测试样按给定时间进行照射，测定紫外线通过试 样的紫外线累计量Qs(Jcm2)。同时在未放试样 的情况下，测定相同给定时间内紫外灯的照射累计 量Qk(Jcm2)。 UV透过率=(QsQk)xl00。 5.2 其它防紫外线评价方法 皮肤直接照射法皮肤直接照射法 在同一皮肤相近部位，以一块或几块织物覆盖皮肤，用紫外线直接 照射，记录和比较出现红斑的时间，并进行评定。这种方法也有不 完善之处，如地理条件、气温和湿度对实验结果有影响；紫外线辐 射的强度、稳定性、重现性和时间延续性等均难以掌握，甚至无法 控制，所以目前大多采用人工模拟光源。此外，

24、照射条件、试样、 实验者皮肤种类等差异也会对结果产生一定的影响。而且过量的紫 外线照射有害于实验者的身体健康。 利用感光活性的方法利用感光活性的方法 利用光敏染料的感光活性，对紫外线透射率进行定性和定量测试。 光敏染料颜色改变程度随紫外光照射强度的变化而变化。这样，通 过光敏染料染色基布的颜色变化就能反映紫外光照射强度。 5.3纺织品紫外线防护性能评定 织物抗紫外线性能通常以UPF 和UVA 透射比两项 指标来综合评定： 1）UPFUPF是英文Ultraviolet Protection Factor的简称，即紫外线防护系数。皮肤无防护时 计算出的紫外线辐射平均效应与皮肤有织物防护时 计算出的

25、紫外线辐射平均效应的比值。它是目前国 内外较多使用的评价织物抗紫外线性能的指标。 2）UVA 透射比有试样时长波紫外线透射辐射 通量与无试样时长波紫外线透辐射通量之比。 5.4国内外相关的标准 （1）澳大利亚/新西兰标准AS/NZS 4399-1996日光防护服 评定和分级； （2）美国标准AATCC 183-1998紫外线透过织物的透射比和 阻截率试验方法； （3）英国标准BS 7914-1998紫外线透过织物的穿透性试验方 法； （4）欧盟标准PrEN 13758-2001纺织品日光紫外线防护性能； (5)GB/T18830-2002纺织品防紫外线性能的评定 （5）中国标准GB/T 170

26、32-1997纺织品织物紫外线透过率的 试验方法。 5.5GB/T18830-2002纺织品防紫外线性能的评定 2003年2月1日开始实施。标准号为：GB/T 18830-2002 根据GB/T 18830-2002要求，防紫外线产品必需是UPF值 大于30，并且UVA的透过率小于5%。 （1）如果UPF的测定值大于30，并且UVA的透过率小于5% ，标识为：30+ （2）如果UPF的测定值大于50，并且UVA的透过率小于5% ，标识为：50+ 纺织品 防紫外线性能的评定国家标准是推荐性标准， 而不是强制性标准，企业可以根据自身的实际情况选择是否 生产防紫外线产品，但如果产品称为“防紫外线产品

27、”，就必 须遵循这个标准。 表2 UPF的数值及防护等级 紫外线防护系数、透射比的计算公式 相关名词解释 日光辐照度E()solar irradiance E() 在地球表面所接受到的太阳发出的单位面积和单位波长 的能量，以Wm-2nm-1表示。在地球表面测得的UVR光谱 是290nm400nm。 3.6红斑erythema 由各种各样的物理或化学作用引起的皮肤变红。 3.7红斑作用光谱()erythema action spectrum () 与波长为相关的红斑辐射效应。 3.8光谱透射比T()spectral transmittance T() 波长为时,透射辐通量与入射辐通量之比。 结语：结语：抗紫外线辐射整理的前景展望抗紫外线辐射整理的前景展望 1. 面对越来越严重的环境问题，人们除了开始重视环境的保护外 也更加注